JP5638516B2 - 磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを具備した電動パワーステアリング装置に関する。

非接触式トルクセンサとして、磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用等に用いられている（特開２００４−３０９１８４号公報参照）。

この種の磁歪式トルクセンサは、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜及び第２磁歪膜）をシャフトに設けると共に、第１磁歪膜及び第２磁歪膜に対向してそれぞれ第１コイル及び第２コイルを配置して構成されている。そして、シャフトにトルク（よじれ）が加えられると、第１磁歪膜及び第２磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて第１コイル及び第２コイルの各インダクタンスが変化するため、第１コイル及び第２コイルのインピーダンスあるいは誘導電圧の変化としてトルクを検出することができる。

ところで、特開２００４−３０９１８４号公報等に示す従来の磁歪式トルクセンサは、操舵軸が、軸受けによりアルミ合金からなるハウジングに回転自在に支持される。操舵軸の軸方向中央部の外周面には、上述したように、第１磁歪膜及び第２磁歪膜が、めっき法等により設けられている。また、第１磁歪膜及び第２磁歪膜と対応した位置に第１コイル及び第２コイルが配置されている。これら第１コイル及び第２コイルの巻線の端末は、ハウジングと別体に設けられたコネクタのピンに接続される。そして、第１コイル及び第２コイルがコネクタを介して交流通電されることにより、操舵トルクに応じた第１磁歪膜及び第２磁歪膜の透磁率の変化がインピーダンス変化とされ、このインピーダンス変化が電気信号に変換されることにより、操舵トルクが検出される。

従来の磁歪式トルクセンサは、アルミ合金製のハウジング内に、多重巻きされた第１コイルと第２コイルを収容する樹脂製のボビンを挿入組み付けた後、第１コイルと第２コイルのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端が、コネクタの挿入穴の近傍にまとめられる。

電気的に絶縁されたコネクタをハウジングの外方から挿入する前に、コネクタの挿入穴の近傍にまとめられた第１コイルと第２コイルの巻き始め端と巻き終わり端を、予めピンに接続する。そして、コネクタをボルト等でハウジングに固定する。

このときに、アルミ合金製のハウジングと第１コイルと第２コイルのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端が接触して導通不良を起こすという問題があった。

この問題を解決するために、例えば図３１に示すような構成のトルクセンサ３００が考えられる。すなわち、樹脂製のボビン３０２に収容された第１コイル３０４ａと第２コイル３０４ｂのそれぞれの巻き始め端と巻き終わり端とコネクタ３０６の対応するピン３０８とを予め接続し、コネクタ３０６を含む全体を樹脂材でモールドして樹脂製ハウジング３１０を作製する。そして、この樹脂製ハウジング３１０をアルミ合金でできた蓋３１２にボルト３１４（例えば３箇所）で固定し、さらに、ボルト３１６でアルミ合金からなる第２ハウジング３１８に固定する。これによって、上述した導通不良を解決することができる。なお、操舵軸３２０には、上述したように、磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜３２２ａ及び第２磁歪膜３２２ｂ）が設けられている。

しかし、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車では、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があり、図３２の実線で示すように、交流磁束Φが操舵軸３２０や第１磁歪膜３２２ａ及び第２磁歪膜３２２ｂや第１コイル３０４ａや第２コイル３０４ｂを通過してトルク検出信号にノイズが混入するという新たな問題がある。もちろん、上述した従来の磁歪式トルクセンサにおいても同様の問題がある。

このような磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置に用いると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイールにアシストするモータから伝達して、滑らかな操舵フィーリングを得ることができない。

このノイズの対策として、ローパスフィルタで除去する方法が考えられるが、ローパスフィルタによる遅れにより、検出信号の応答性が低下し、ダイナミックレンジの広い出力信号を得ることができない。

本発明は、これらの課題を解決した磁歪式トルクセンサと、該磁歪式トルクセンサを用いて操舵フィーリングを向上させた電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係る磁歪式トルクセンサは、軸部材に設けられた磁歪材と、該磁歪材の磁気特性の変化を検出するコイルと、少なくとも前記軸部材、前記磁歪材及びコイルを収容するハウジングとを有する磁歪式トルクセンサであって、前記ハウジングは、樹脂部と、金属で構成された円筒部と、金属で構成されたフランジ部とを有し、且つ、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする。

これにより、交流磁束が軸部材又は磁歪材又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。これは、操舵トルクの検出精度の向上につながる。

［２］ 第１の本発明において、前記円筒部は、軟磁性の金属で構成され、前記フランジ部は、軟磁性の金属で構成されていてもよい。これにより、交流磁束がフランジ部及び円筒部を通過することとなって、軸部材又は磁歪膜又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。

［３］ 第１の本発明において、前記円筒部は、非磁性の金属で構成され、前記フランジ部は、非磁性の金属で構成されていることを特徴とする。これにより、交流磁束が円筒部及びフランジ部の外側を通過することとなって、軸部材又は磁歪膜又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。

［４］ 第１の本発明において、前記円筒部と前記フランジ部とが同じ金属で一体に形成されていてもよい。これにより、円筒部及びフランジ部にて１つの金属部材が構成される。その結果、交流磁束が金属部材を通過し易くなり、あるいは金属部材の外側を通過し易くなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。

［５］ 第１の本発明において、前記ハウジングは、前記軸部材の一方の端部寄りの位置であって、且つ、前記磁歪材と前記コイルを収容する位置に配され、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とを有する第１ハウジング部と、前記軸部材の他方の端部寄りの位置に配された金属製の第２ハウジング部とを有し、前記円筒部は、前記第１ハウジングのうち、前記コイルを収容する部位に位置され、前記フランジ部は、前記第１ハウジング部と前記第２ハウジング部との接続部分に位置され、前記樹脂部は、前記コイルと前記円筒部との間に位置されていてもよい。

［６］ 第１の本発明において、前記円筒部は、前記軸部材の軸方向に対して傾斜していてもよい。円筒部の勾配を使って、交流磁束を集磁して軸部材の先端部に導くことができる。その結果、交流磁束は軸部材又は磁歪膜又はコイルを一層通過しなくなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。

［７］ 第１の本発明において、前記磁歪材及び前記コイルは、前記軸部材の一方の端部寄りに設けられ、前記円筒部は、前記軸部材の一方の端部寄りの開口の大きさが、前記軸部材の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されていてもよい。この場合も、交流磁束を集磁して軸部材の先端部に導くことができるため、交流磁束は軸部材又は磁歪膜又はコイルを一層通過しなくなり、交番磁界の影響をより受けにくくなる。

［８］ 第１の本発明において、前記ハウジングは、さらに、前記コイルの巻き始め端が接続されるピンと、前記コイルの巻き終わり端が接続されるピンとを収容し、外部機器と電気的に接続する外部接続部材を有し、前記外部接続部材は、前記樹脂部と一体的に形成されていてもよい。これにより、コイルの各種端部が他の金属部材に接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。

［９］ 第１の本発明において、前記コイルの近傍に軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。この場合、コイル付近の磁束が軟磁性の金属部材を通過することになるため、検出値が安定する。

［１０］ 第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、中空の円筒状を有してもよい。円筒状のリングとなるため、軸部材に直接設けることができる。

［１１］ 第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記軸部材とは別に作られた部材であってもよい。軸部材に一体に形成された場合と異なり、１つあるいは複数の金属部材を、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができる。

［１２］ 第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、前記コイルの軸方向両端に設けられていてもよい。コイルの軸方向両端に軟磁性の金属部材があることで、その中でしか磁束が通らないため、検出値が安定する。

［１３］ 第１の本発明において、前記軟磁性の金属部材は、その一部にスリットが形成されていてもよい。軟磁性の金属部材にスリットがあることで、軟磁性の金属部材に渦電流が発生しないため、コイルの磁束を打ち消す方向に磁束は発生せず、感度を低下させることなく、トルクを検出することができる。

［１４］ 第１の本発明において、前記磁歪式トルクセンサを収めるハウジングを有し、前記ハウジングは、前記軸部材の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材が設けられていてもよい。ハウジングの外側に出ようとするコイルの磁束が軟磁性の金属部材を通ることとなるため、検出値が安定する。

［１５］ 第２の本発明において、運転者が車両のステアリングホイールを操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサを有し、モータの動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、前記操舵トルクセンサは、操舵軸に設けられた磁歪膜と、該磁歪膜の磁気特性の変化を検出するコイルと、少なくとも前記操舵軸、前記磁歪膜及びコイルを収容するハウジングとを有し、前記ハウジングは、樹脂部と、金属で構成された円筒部と、金属で構成されたフランジ部とを有し、且つ、前記樹脂部と前記円筒部と前記フランジ部とが一体的に形成されて構成されていることを特徴とする。

これにより、電動パワーステアリングを取り巻く環境に、エンジンや発電機、又は電気自動車用電動機の交番磁界が発生しても、操舵軸中を通過しなくなるので、ノイズの発生が無く、振動が減少されて、静粛でしかも応答性の良い滑らかな操舵フィーリングを得ることができるばかりか、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えない。

以上説明したように、本発明に係る磁歪式トルクセンサによれば、交流磁束が軸部材又は磁歪材又はコイルを通過しなくなり、交番磁界の影響を受けにくくなる。その結果、操舵トルクを正確に検出することができる。

また、本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、周辺機器において交番磁界が発生しても、操舵軸中を通過しなくなるので、ノイズの発生が無く、振動が減少されて、静粛でしかも応答性の良い滑らかな操舵フィーリングを得ることができるばかりか、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えない。

本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を示す構成図である。 第１トルクセンサを一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサの信号処理の一例を示す説明図である。 第１トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 第１トルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。 図６Ａは樹脂モールドによって第１樹脂部を作製した状態を示す工程図であり、図６Ｂは第１樹脂部と金属部材とを組み付けた状態を示す工程図であり、図６Ｃはモールド金型によって樹脂モールドを行って第１樹脂部、金属部材及び第２樹脂部を含む樹脂モールド部材を作製した状態を示す工程図である。 図７Ａはモールド金型から樹脂モールド部材を離型した状態を示す工程図であり、図７Ｂは樹脂モールド部材の上部にシール部材を挿入することよって第１ハウジング部が作製した状態を示す工程図である。 第１円板及び第２円板を示す斜視図である。 第１円板及び第２円板がない場合の構成を、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 第１コイル及び第２コイルの交番磁束によるトルク検出値（検出データ）の影響を示す特性図である。 図１１Ａは第１円板及び第２円板の作用を示す説明図であり、図１１Ｂはスリットがない円板の作用を示す説明図である。 第１円板及び第２円板を有する第１トルクセンサを、第１コイル及び第２コイルの交番磁束の磁路と共に示す説明図である。 第１トルクセンサの操舵トルクに対するトルク検出値（検出データ）の変化を示す特性図である。 図１４Ａは第１トルクセンサの要部を一部省略して示す側面図であり、図１４Ｂは従来のトルクセンサの要部を一部省略して示す側面図である。 従来のトルクセンサにおいて、操舵軸をマスキングして磁歪膜を形成した状態を示す工程図である。 図１６Ａは第１磁歪膜及び第２磁歪膜をめっき処理にて形成する過程において、めっき膜表面の電流密度の軸方向のばらつきを示す特性図であり、図１６Ｂは第１磁歪膜及び第２磁歪膜の膜厚の軸方向のばらつきを示す特性図である。 第１磁歪膜及び第２磁歪膜のそれぞれ膜厚が不均一な部分に第１コイル及び第２コイルが対向した場合の出力特性を示す説明図である。 第１磁歪膜及び第２磁歪膜のそれぞれ膜厚が均一な部分に第１コイル及び第２コイルが対向した場合の出力特性を示す説明図である。 本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を示す工程ブロック図である。 操舵軸をマスキングして磁歪膜を形成した状態を示す工程図である。 図２１Ａは磁歪膜をめっき処理にて形成する過程において、めっき膜表面の電流密度の軸方向のばらつきを示す特性図であり、図２１Ｂは磁歪膜の膜厚の軸方向のばらつきを示す特性図である。 図２２Ａは磁歪膜の上部を高周波加熱している状態を示す工程図であり、図２２Ｂは磁歪膜の下部を高周波加熱している状態を示す工程図である。 操舵軸へのトルク印加、高周波加熱、冷却、トルク開放のタイミングを示すシーケンス図である。 第１トルクセンサにおいて、第１の好ましい具体例を一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサの操舵軸に固定されるリングを示す斜視図である。 図２６Ａは通常の磁歪式トルクセンサにおいて、操舵軸に交番磁束が通過する状態を示す説明図であり、図２６Ｂは第１トルクセンサにおいて、操舵軸への交番磁束の通過が阻止された状態を示す説明図である。 第１トルクセンサにおいて、中間膜を有する構造を一部破断して示す側面図である。 第１トルクセンサにおいて、第２の好ましい具体例を一部破断して示す側面図である。 第２トルクセンサを一部破断して示す側面図である。 第２トルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。 提案例に係るトルクセンサを一部破断して示す側面図である。 提案例に係るトルクセンサの交番磁束に対する作用を示す説明図である。

以下、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置の実施の形態例を図１〜図３０を参照しながら説明する。

先ず、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサが適用される電動パワーステアリング装置１０について図１を参照しながら説明する。

この電動パワーステアリング装置１０は、図１に示すように、運転者がステアリングホイール１２を操作することによって生じた操舵トルクと操舵角が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８、第２自在継手１６ｂ、連結部１７（例えばセレーション）を経由してステアリングギヤボックス２０の操舵軸２２に入力されるようになっている。

ステアリングギヤボックス２０は、上述した操舵軸２２（軸部材）と、運転者の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサである第１の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ（以下、第１トルクセンサ５０Ａと記す）と、運転者の操舵に対して動力補助するモータ５２（例えばブラシレスモータ）と、このモータ５２の回転トルクを倍力する減速装置５４（ウォーム５６及びウォームホイール５８：図２参照）と、ラック・ピニオンギヤ６０と、該ラック・ピニオンギヤ６０のラックギア６２が形成されたラック軸６４とを有する。

操舵軸２２は、一方の端部に、ステアリングホイール１２が、ステアリング軸１４、第１自在継手１６ａ、中間軸１８及び第２自在継手１６ｂを介して連結され、他方の端部がラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を構成している。

そして、減速装置５４にて倍力された回転トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６を介してラック軸６４の軸方向の推力に変換され、タイロッド６８ａ及び６８ｂを介して左右のタイヤ７０ａ及び７０ｂに伝達される。これにより、ステアリングホイール１２の操舵角に応じてタイヤ７０ａ及び７０ｂが鉛直方向を中心に回転し、車両の向きが変わることになる。

このとき、制御装置７２（ＥＣＵ）は、少なくとも第１トルクセンサ５０Ａからの信号を基本にして、例えば車速センサ７４等の信号に基づいてモータ５２を駆動制御する。なお、図１では、各種配線、例えば制御装置７２と第１トルクセンサ５０Ａ間の配線、制御装置７２とモータ５２間の配線等を省略して示してある。

例えば運転者が操作したときの操舵トルクを第１トルクセンサ５０Ａより検出し、制御装置７２を介して第１トルクセンサ５０Ａの出力信号を基に車速センサ７４等からの信号に応じてモータ５２を駆動制御する。このときのモータ発生トルクは、ラック・ピニオンギヤ６０のピニオンギヤ６６に作用され、その結果、ステアリングホイール１２を回転するのに必要なトルクが軽減され、運転者の操舵トルク負担を軽減している。

例えば、操舵トルクをＴｓ、アシスト量Ａ_Hの係数を、例えば一定のｋ_Aとすると、
Ａ_H＝ｋ_A×Ｔｓ
であるから、負荷をピニオントルクＴｐ±で考えると、
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_H
＝Ｔｓ＋ｋ_A×Ｔｓ
であり、その結果、操舵トルクＴｓは、
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_A）
となる。

従って、操舵トルクＴｓは、非アシスト時のピニオントルクＴｐの１／（１＋ｋ_A）に軽減される。この場合、ｋ_A＞０又はｋ_A＝０である。

なお、車速が高速走行になるに従って、路面からタイヤへの反力が減少することから、ステアリングホイール１２を操作する際の手応え感が減少することになるが、定数ｋ_Aを車速の関数として、車速の増大に伴って小さくすることによって、車両が高速走行になるに従って手応え感が減少するのを抑制することができる。その際にも操舵トルクＴｓを大きくして手応え感を付与することができる。

そして、第１トルクセンサ５０Ａは、図２に示すように、他方の端部にピニオンギヤ６６が設けられた操舵軸２２の外周面に設けられた１つの磁歪膜８０（磁歪材）と、操舵軸２２に作用される捩りトルクに応じて変化する磁歪膜８０の透磁率の変化を検出する第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと、これら第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂを収容する１つのボビン８４と、このボビン８４の両端にそれぞれ設置され、スリット８５（図８参照）が形成された軟磁性の良導体（例えば低炭素鉄合金）からなる第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂと、少なくとも操舵軸２２、磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容するハウジング８８により構成される。操舵軸２２は、少なくとも中央部分に設置された軸受け、他方の端部に設置された軸受けによりハウジング８８に回転自在に支持されている。なお、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂには、それぞれ図示しない磁気シールド用のバックヨークが取り付けられている。

ハウジング８８は、図２に示すように、操舵軸２２の一方の端部（ステアリングホイール１２側の端部）寄りの位置であって、且つ、少なくとも磁歪膜８０、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ、ボビン８４、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを収容する位置に配された第１ハウジング部８８ａと、操舵軸２２の他方の端部寄りの位置に配され、且つ、少なくとも減速装置５４を収容する位置に配された金属製の第２ハウジング部８８ｂとを有する。

第１ハウジング部８８ａは、樹脂部９０と、軟磁性の金属で構成された円筒部９２と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部９４とを有し、且つ、樹脂部９０と円筒部９２とフランジ部９４とが一体的に形成されて構成されている。ここで、「一体的に形成」とは、「一体成型」も含む意である。

具体的には、円筒部９２は、第１ハウジング部８８ａのうち、少なくとも第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂを収容する部位に位置され、フランジ部９４は、第１ハウジング部８８ａと第２ハウジング部８８ｂとの接続部分に位置され、樹脂部９０は、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂと円筒部９２との間から操舵軸２２の一方の端部寄りにかけて位置されている。図２の例では、円筒部９２とフランジ部９４とは同じ軟磁性の金属で一体に形成されている。従って、以下の説明では、円筒部９２とフランジ部９４とが一体に形成された部材を金属部材９６と記す。

さらに、円筒部９２は、操舵軸２２の一方の端部寄りの開口の大きさが、操舵軸２２の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されている。従って、円筒部９２は、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対して傾斜した状態となっている。

また、第１ハウジング部８８ａは、外部機器と電気的に接続するコネクタ９８（外部接続部材）を有する。このコネクタ９８は、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部（巻き始め端、巻き終わり端）が接続された複数のピン１００（第１コイル８２ａの巻き始め端が接続されたピン、第１コイル８２ａの巻き終わり端が接続されたピン、第２コイル８２ｂの巻き始め端が接続されたピン及び第２コイル８２ｂの巻き終わり端が接続されたピン）を収容する。また、このコネクタ９８は、樹脂部９０と一体的に樹脂モールドにて形成され、樹脂部９０の一部として構成されている。

円筒部９２の上面と樹脂部９０との間には、第１Ｏリング１０２ａが介在され、円筒部９２と一体とされたフランジ部９４の下面と第２ハウジング部８８ｂとの間には、第２Ｏリング１０２ｂが介在され、樹脂部９０の上部と操舵軸２２との間にシール部材１０４が入れられ、さらに、フランジ部９４と第２ハウジング部８８ｂとが例えば３本のボルト１０６により一体的に固定される。この場合、第１Ｏリング１０２ａと第２Ｏリング１０２ｂ及びシール部材１０４により、第１トルクセンサ５０Ａの内部とステアリングギヤボックス２０（図１参照）内の気密は保たれる。

上述したように、操舵軸２２の一方の端部寄りの外周面には、厚さ５〜１００μｍのＦｅ−Ｎｉ系（Ｆｅ−Ｃｏ合金やＳｍＦｅ合金等でも良い）の磁歪材からなる１つの磁歪膜８０が、めっき法（溶射法、スパッタ法や蒸着法、接着法等の製法でもよい）により設けられる。これにより、操舵軸２２の外周面にほぼ均一な膜厚で密着よく成膜することができる。もちろん、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０が形成される外周部分は、機械加工後にアルカリ洗浄や水洗いや酸洗浄等が適宜施され、磁歪膜８０に対する密着性が向上されている。

この磁歪膜８０には、それぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与され、図４の出力特性に示す検出データＤＴ１とＤＴ２のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。

磁歪膜８０への異方性の付与は、後で詳述するが、例えば５〜２００Ｎｍ程度（要求によってはこれ以上でもこれ以下でもよい）のそれぞれ逆方向のトルクを印加しながら、例えば高周波誘導加熱のような熱処理法で、例えば３００〜５００℃程度になるように数秒から数１００秒、加熱する。これにより、操舵軸２２を介して磁歪膜８０に印加されていたそれぞれ逆方向のトルクによる歪が抜けるため、その後、概ね応力が作用しない状態にする。この状態で常温まで冷却する。なお、加熱によってトルクによる歪が抜かれる原因は、加熱によって磁歪膜８０にクリープが発生したことによるものと考えられる。そして、印加していたトルクを開放すると、磁歪膜８０にそれぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与される。

第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が、コネクタ９８の複数のピン１００のうち、それぞれ対応するピンに接続され、このコネクタ９８を介して制御装置７２によって第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが交流通電される。この交流通電により、操舵トルクに応じて生じる磁歪膜８０の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂの透磁率の変化が、それぞれインピーダンス変化として検出され、図３に示すように、インターフェイス部１１０の検出回路においてそれぞれ第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２に変換され、さらに、インターフェイス部１１０のＡ／Ｄ変換器においてデジタルの第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２に変換されて出力される。なお、このインターフェイス部１１０は、制御装置７２内に設けても、ハウジング８８内に設けてもよい。

これらの透磁率の変化、すなわち、第１検出データＤＴ１、第２検出データＤＴ２は、インターフェイス部１１０を介して制御装置７２内の演算部１１２に取り込まれ、例えば下式に基づいて、図４の出力特性を有するデジタルデータ（トルク検出データＤＴ３）を得ることができる。
ＤＴ３＝ｋ・（ＤＴ１−ＤＴ２）＋Ｄａ （ｋは比例定数）

得られたトルク検出データＤＴ３に基づいて、上述したように、モータ５２の制御が実施される。

このように、第１トルクセンサ５０Ａにおいては、樹脂部９０を、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４を収容し、さらに、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００を収容したコネクタ９８と一体に樹脂にて構成するようにしたので、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂの各種端部が他の金属部材に接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。

さらに、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車等のように、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があっても、図５の実線で示すように、交流磁束Φは、ハウジング８８の金属部分、すなわち、鉄合金からなる金属部材９６（円筒部９２及びフランジ部９４）及び操舵軸２２の一方の端部を通り抜けることになり、磁歪膜８０、第１コイル８２ａ、第２コイル８２ｂを通過しないため、第１検出電圧ＶＴ１、第２検出電圧ＶＴ２等の検出信号にノイズが混入するという課題を解決できる。

金属部材９６は、上述したように、縦断面がやや勾配を有している円筒部９２とフランジ部９４とを有するので、円筒部９２の勾配を使って、交流磁束Φを集磁して操舵軸２２の先端（第２自在継手１６ｂ側）に導くことができ、操舵軸２２の軸方向中央部分や、磁歪膜８０又は第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂを一層通過しなくなり、交番磁界Φの影響を受けなくなる。

このような第１トルクセンサ５０Ａを電動パワーステアリング装置１０に導入すると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイール１２をアシストするモータ５２から伝達することがないので、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

さらに、従来では、このノイズの対策としてのローパスフィルタで除去する必要があったが、第１トルクセンサ５０Ａではローパスフィルタを不要にできるので、ローパスフィルタによる遅れがなくなり、第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２等の各種信号の応答性を向上することができ、ダイナミックレンジの広い出力信号（トルク検出データＤＴ３）を得ることができ、モータ５２によるアシスト遅れのない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

また、第１トルクセンサ５０Ａでは、舵角センサ等のような操舵軸２２やその近傍に設けられるセンサに磁気的な悪影響を与えないという利点もある。

次に、第１トルクセンサ５０Ａの製造方法、特に第１ハウジング部８８ａの製造方法の一例を図６Ａ〜図７Ｂを参照しながら説明する。

先ず、図６Ａに示すように、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４と、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００とを樹脂モールドして、コネクタ９８が樹脂にて一体的に形成された第１樹脂部９０ａを作製する。

その後、図６Ｂに示すように、円筒部９２とフランジ部９４とが同じ軟磁性の金属で一体に形成された金属部材９６を用意し、第１樹脂部９０ａと金属部材９６とを第１Ｏリング１０２ａを介して組み付ける。

その後、図６Ｃに示すように、組み付けた第１樹脂部９０ａと金属部材９６をモールド金型１１２ａ及び１１２ｂ内に投入し、円筒部９２と第１樹脂部９０ａとの間に樹脂を注入して第２樹脂部９０ｂを形成する。このとき、第１樹脂部９０ａと第２樹脂部９０ｂとが一体となって樹脂部９０となり、少なくとも第１コイル８２ａ、第２コイル８２ｂ、ボビン８４、円筒部９２及びフランジ部９４が樹脂モールドされ、コネクタ９８が一体的に形成された樹脂モールド部材１１４が出来上がる。

そして、図７Ａに示すように、樹脂モールド部材１１４をモールド金型１１２ａ及び１１２ｂから取り出した後、図７Ｂに示すように、樹脂モールド部材１１４の上部にシール部材１０４を挿入することよって、第１ハウジング部８８ａが完成する。

上述の製造方法を採用することによって、樹脂部９０と、軟磁性の金属で構成された円筒部９２と、軟磁性の金属で構成されたフランジ部９４とを有し、且つ、樹脂部９０と円筒部９２とフランジ部９４とが一体的に形成されて構成された第１ハウジング部８８ａを容易に作製することができる。

ここで、スリット８５が形成された第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂの作用と効果について、図８〜図１３を用いて説明する。

最初に、第１円板８６ａや第２円板８６ｂがない場合の影響について図９及び図１０を参照しながら説明する。

図９に示すように、第１コイル８２ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル８２ａの磁束Φ１）と、第２コイル８２ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル８２ｂの磁束Φ２）のそれぞれの経路の長さが異なり（対称ではない）、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂに検出される出力が異なる。これにより、第１検出データＤＴ１の大きさが設計値と異なることとなり、例えば図１０に示すように、トルクの中央値（第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２とが一致するトルク値）が基準値（トルク値＝ゼロ）からＴａだけずれてしまい、それに伴い、演算して求められるトルク検出データＤＴ３も、その傾きやトルクの中央値が設計値と大きくずれてしまう。その結果、右捩り（＋）と左捩り（−）とで検出トルクの大きさが異なるという問題が生じるおそれがある。具体的には、操舵トルクを＋ｃだけ入力すると、出力は、基準値Ｄａから＋ｄｅの値であるが、−ｃだけ入力すると基準値Ｄａから−ｄｆを出力し、対称性が損なわれている。このことにより、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを低下させるおそれがある。

さらに、実際には故障していなくても、ＤＴ１＋ＤＴ２によって求められる診断判定値ＤＴ４が安全範囲ｈａを逸脱しやすくなり、その結果、故障と誤判定され、モータ５２によるアシスト制御を停止してしまうおそれがある。

第１コイル８２ａの磁束Φ１は、操舵軸２２とステアリングホイール１２との間に取り付けられる第１自在継手１６ａや、第２自在継手１６ｂや、中間軸１８や、ステアリング軸１４等の鉄合金の磁気的な影響を受ける。

従って、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手１６ａや、中間軸１８や、第２自在継手１６ｂや、ステアリング軸１４を組み付けると、第１コイル８２ａの磁束Φ１は、ステアリング軸１４まで通ることになり、第２コイル８２ｂの磁束Φ２の経路の長さとは大きく異なる経路を通ることになり、ステアリングギヤボックス単体を工場で組み立てて調整しても自動車として組み立てると検出トルクの値がずれてしまう。

さらに、磁束Φ１や磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えるおそれもある。

これに対して、第１トルクセンサ５０Ａでは、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを取り付けるようにしている。第１円板８６ａと第２円板８６ｂは、軟磁性体である低炭素鉄合金で構成されているため、図１１Ａに示すように、制御装置７２によって交流通電され、例えば交番磁束Φ１を通すが、それ自身は磁化されない性質を有する。従って、図１２に示すように、第１コイル８２ａの回りを取り巻く交番磁束（第１コイル８２ａの交番磁束Φ１）の経路は、第１円板８６ａを通る経路となり、また、第２コイル８２ｂの回りを取り巻く交番磁束（第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２）の経路は、第２円板８６ｂを通る経路となり、それぞれ対称な磁路を形成する。

次に、図８に示すスリット８５の作用について説明する。先ず、図１１Ｂに示すように、スリット８５を設けない円板８６の場合、例えば交番磁束Φ１が円板８６を通過したとき、渦電流ｉａが発生し、これにより、交番磁束Φ１を打ち消す方向に磁束が発生し、交番磁束Φ１よりも小さい交番磁束Φ３（Φ３＜Φ１）が第１コイル８２ａの回りを取り巻くことになる。つまり、スリット８５を設けない場合、大きな磁束を流すことができず、感度と安定性が低下する。

一方、本実施の形態では、図１１Ａに示すように、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにそれぞれスリット８５を設けるようにしている。この場合、渦電流が発生しないため、大きな磁束を流すことができ、感度と安定性が向上する。また、図１２に示すように、交番磁束Φ１の磁路と交番磁束Φ２の磁路に対称性があることから、図１に示すように、第１自在継手１６ａや中間軸１８や第２自在継手１６ｂやステアリング軸１４が存在しても、操舵トルクの中央値（操舵トルクがゼロのときの検出値）が第１異方性部１０８ａ及び第２異方性部１０８ｂでずれるということがなくなり、図１３に示すように、安定した第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２が得られる。その結果、演算値であるトルク検出データＤＴ３が安定する。しかも、互いに対称とされた第１検出電圧ＶＴ１及び第２検出電圧ＶＴ２の傾きを大きくすることができ、演算値であるトルク検出データＤＴ３の感度を上げることができる。

さらに、図１３に示すように、第１検出データＤＴ１と第２検出データＤＴ２の加算によって求められる診断判定値ＤＴ４も、安全範囲ｈａを逸脱することがないので、故障と誤判定されることがない。

従って、ステアリングギヤボックス２０を工場で組み立て調整した後で、自動車に組み付けてから、第１自在継手１６ａや、中間軸１８や、第２自在継手１６ｂや、ステアリング軸１４を組み付けても、第１コイル８２ａの交番磁束Φ１と、第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２は、それぞれ対称の経路をたどることになるため、安定した出力が得られる。

しかも、交番磁束Φ１の磁路は、第１コイル８２ａの回りであって、且つ、第１円板８６ａを通る狭い範囲の磁路であり、交番磁束Φ２の磁路は、第２コイル８２ｂの回りであって、且つ、第２円板８６ｂを通る狭い範囲の磁路であることから、交番磁束Φ１や交番磁束Φ２が、その他の例えば舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに悪影響を与えることがない。

もちろん、感度と安定度の低下が、さほど要求されない場合は、第１円板８６ａと第２円板８６ｂにスリット８５を設けなくてもよい。

上述の例では、ボビン８４の両端にそれぞれ第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設けるようにしたが、その他、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば操舵軸２２のうち、ボビン８４の上端面に接する部分に第１円板８６ａを設置し、ボビン８４の下端面に接する部分に第２円板８６ｂを設置する等である。また、第１ハウジング部８８ａのうち、磁歪膜８０の軸方向中央に対して上下対称の位置に、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを設置してもよい。例えば第１ハウジング部８８ａのうち、上部の開口部近傍に第１円板８６ａを設置し、下部の開口部近傍に第２円板８６ｂを設置する等である。この場合、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第１コイル８２ａの交番磁束Φ１が第１円板８６ａを通り、第１ハウジング部８８ａの外側に出ようとする第２コイル８２ｂの交番磁束Φ２が第２円板８６ｂを通ることとなるため、検出値が安定し、トルクを正確に検出することができる。しかも、その他のセンサ等に悪影響を与えることがない。

また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、中空を有する円筒状としたので、上述したように、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを操舵軸２２に直接設けたり、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、第１トルクセンサ５０Ａの作製が容易になると共に、小型化することができる。

また、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂは、操舵軸２２とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸２２に一体に形成された場合と異なり、第１円板８６ａ及び第２円板８６ｂを、検出値が安定する位置に、自由に組み付けることができ、第１トルクセンサ５０Ａを容易に作製することができる。

次に、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与された磁歪膜８０について図１４Ａ〜図１８を参照しながら説明する。

第１トルクセンサ５０Ａは、図１４Ａに示すように、操舵軸２２に形成された１つの磁歪膜８０には、それぞれ相異なる、すなわち、それぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂが付与され、図４の出力特性に示す検出データＤＴ１とＤＴ２のような逆の勾配を持った特性が得られるようになっている。第１トルクセンサ５０Ａの第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂには、それぞれ磁気シールド用の第１バックヨーク１５０ａ及び第２バックヨーク１５０ｂが取り付けられている。

一方、従来の磁歪式トルクセンサ２０８は、図１４Ｂに示すように、操舵軸２０２の表面に例えばＮｉ−Ｆｅめっき処理によって、２つの磁歪膜（第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂ）をそれぞれ上下の位置関係となるように、且つ、それぞれ逆方向の磁気異方性となるように軸方向所定幅で成膜するようにしている。なお、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂには、それぞれ磁気シールド用の第１バックヨーク２５０ａ及び第２バックヨーク２５０ｂが取り付けられている。

具体的には、従来の磁歪式トルクセンサ２０８は、Ｎｉ−Ｆｅめっき処理にて第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂを設ける場合、図１５に示すように、操舵軸２１０を第１マスク２５６ａ〜第３マスク２５６ｃでマスキングした状態で、めっき浴に浸して電界めっき処理を行うことで、操舵軸２１０に第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂを設けていた。導電体である操舵軸２１０と第１マスク２５６ａ〜第３マスク２５６ｃとの境界部分は電気力線が集中するため、図１６Ａに示すように、操舵軸２１０のうち、露出している部分（第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂが形成される部分）の軸方向上端と下端における電流密度が高くなり、その結果、図１６Ｂに示すように、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向上端と下端における膜厚が局部的に厚くなり、膜厚の不均一な部分が形成される。図１７に示すように、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂがこの不均一な部分に対向すると、出力特性（第１コイル２４６ａからの検出信号ＶＴ１及び第２コイル２４６ｂからの検出信号ＶＴ２）が変化してしまい、例えば、操舵トルクがゼロのときの電圧（中点電圧）及びゲインが、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂで異なる、若しくは電圧（中点電圧）及びゲインが不均一な部分に対向しない時と異なるという不都合が生じる。

これを避けるために、従来では、図１８に示すように、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向寸法を第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂに対して長くして、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの各中央部の膜厚が一定の部分に、第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂが対向するように位置決めして、中点電圧及びゲインが、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂで一致するようにしていた。膜厚の不均一な部分は、第１磁歪膜２４４ａで上下２箇所、第２磁歪膜２４４ｂで上下２箇所、合計４箇所あり、これを避けて第１コイル２４６ａ及び第２コイル２４６ｂを配置するためには、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂの軸方向に沿った長さを大きくする必要があり、しかも、第１磁歪膜２４４ａ及び第２磁歪膜２４４ｂ間のギャップ２４８も、第３マスク２５６ｃの関係で、狭くできないことから、磁歪式トルクセンサ２０８の全体の長さが大きくなり、磁歪式トルクセンサ２０８が設置される電動パワーステアリング装置が大型化するという問題がある。

一方、第１トルクセンサ５０Ａは、操舵軸２２の外周面に設けた１つの磁歪膜８０に、異なる複数の磁気異方性（第１異方性部１０８ａ及び第２異方性部１０８ｂ）を設けたので、図２０に示すように、マスクとしては、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂで済み（第３マスク２５６ｃが不要）、膜厚の不均一な部分は、磁歪膜８０の上端と下端のみとなる。第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂは、この２箇所を避ければよいので、磁歪膜８０の軸方向長さを短くすることができ、第１トルクセンサ５０Ａの全体の長さを従来よりも短くすることができる。

具体的な寸法を想定して、第１トルクセンサ５０Ａと従来の磁歪式トルクセンサ２０８との違いを説明する。

例えば従来の磁歪式トルクセンサ２０８では、図１４Ｂに示すように、第１磁歪膜２４４ａの膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬａは、第１コイル２４６ａとの位置ずれを考慮すると８〜１０ｍｍであり、膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｂ１及びＬｂ２はそれぞれ１〜２ｍｍである。第２磁歪膜２４４ｂも、膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬｃは第２コイル２４６ｂとの位置ずれを考慮すると８〜１０ｍｍであり、膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｄ１及びＬｄ２はそれぞれ１〜２ｍｍである。しかも、第１磁歪膜２４４ａと第２磁歪膜２４４ｂ間のギャップ２４８の長さＬｇは、第３マスク２５６ｃ（図１５参照）の寸法に支配され、７〜１０ｍｍ程度である。従って、第１磁歪膜２４４ａの上端から第２磁歪膜２４４ｂの下端までの長さＬｅは、２７〜３８ｍｍとなる。

一方、第１トルクセンサ５０Ａでは、図１４Ａに示すように、磁歪膜８０の膜厚が不均一な部分（上端部分及び下端部分）の軸方向の長さＬｆ１及びＬｆ２はそれぞれ１〜２ｍｍであるため、膜厚が均一な部分の軸方向の長さＬｉは全体の長さＬｈから２〜４ｍｍ差し引いた長さとなる。もちろん、磁歪膜８０の軸方向中央は、磁気異方性が区別できる程度の長さＬｊ（＝１〜２ｍｍ）が必要であることから、第１異方性部１０８ａの軸方向長さＬＫ１を第１コイル８２ａとの位置ずれを考慮して８〜１０ｍｍに設定し、第２異方性部１０８ｂの軸方向長さＬＫ２を第２コイル８２ｂとの位置ずれを考慮して８〜１０ｍｍに設定したとき、磁歪膜８０の上端から下端までの長さＬｈは、１９〜２６ｍｍとなり、従来の場合よりも大幅に短くすることができる。

このように、第１トルクセンサ５０Ａは、磁歪膜８０の軸方向の長さを従来と比して大幅に短くすることができ、その結果、操舵軸２２全体の軸方向の長さも短くすることができ、第１トルクセンサ５０Ａが設置される電動パワーステアリング装置１０の小型化を有効に図ることができる。

次に、第１トルクセンサ５０Ａの製造方法について図１９〜図２３を参照しながら説明する。

本実施の形態の製造方法は、図１９に示すように、磁歪膜形成工程Ｓ１と、第１トルク印加工程Ｓ２と、トルク印加状態での第１高周波加熱工程Ｓ３と、トルク印加状態での第１冷却工程Ｓ４と、第１トルク開放工程Ｓ５と、第２トルク印加工程Ｓ６と、トルク印加状態での第２高周波加熱工程Ｓ７と、トルク印加状態での第２冷却工程Ｓ８と、第２トルク開放工程Ｓ９と、コイル配置工程Ｓ１０とを有する。

磁歪膜形成工程Ｓ１は、図２０に示すように、例えば操舵軸２２の一方の端部に第１マスク２５６ａを設置し、操舵軸２２の他方の端部から長手方向中央部に第２マスク２５６ｂを設置して、後に磁歪膜８０が形成される部分のみを露出させる。従来使用していた第３マスク２５６ｃ（図１５参照）は設置する必要はない。その後、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂが設置された操舵軸２２をめっき浴に浸して電界めっき処理（例えばＮｉ−Ｆｅめっき処理）を施して、露出した部分に、膜厚が約４０μｍの磁歪膜８０を形成する。

上述のめっき処理によって、導電体である操舵軸２２と第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂとの各境界部は電気力線が集中する。そのため、図２１Ａに示すように、操舵軸２２のうち、露出している部分（磁歪膜８０が形成される部分）の軸方向上端と下端における電流密度が高くなり、その結果、図２１Ｂに示すように、磁歪膜８０の軸方向上端と下端における膜厚が局部的に厚くなり、磁歪膜８０の軸方向上端と下端に、膜厚の不均一な部分が形成される。

第１トルク印加工程Ｓ２は、操舵軸２２に捩りトルクを一方向に印加する工程である。操舵軸２２に印加する捩りトルクは、磁歪膜８０の主成分が鉄ニッケルであれば５０Ｎｍ以上、１００Ｎｍ以下である。

トルク印加状態での第１高周波加熱工程Ｓ３は、図２２Ａに示すように、第１マスク２５６ａ及び第２マスク２５６ｂを取り外した後、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程で、磁歪膜８０の上部に所定方向の磁気異方性を設ける目的で行う。このときの熱処理は、磁歪膜８０のうち、上部の周囲を加熱コイル１５２で囲み、この加熱コイル１５２に高周波の電流を流し、磁歪膜８０を所定時間加熱する。

トルク印加状態での第１冷却工程Ｓ４は、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で常温まで冷却する工程である。

第１トルク開放工程Ｓ５は、操舵軸２２から捩りトルクを開放することによって、磁歪膜８０の上部に磁気異方性を設ける工程である。これにより、磁歪膜８０の上部に第１異方性部１０８ａが設けられることとなる。

次に、第２トルク印加工程Ｓ６は、操舵軸２２に捩りトルクを今度は他方向（一方向とは逆の方向）に印加する工程である。操舵軸２２に印加する捩りトルクは、５０Ｎｍ以上、１００Ｎｍ以下である。

トルク印加状態での第２高周波加熱工程Ｓ７は、図２２Ｂに示すように、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程で、磁歪膜８０の下部に所定方向の磁気異方性を設ける目的で行う。このときの熱処理は、磁歪膜８０のうち、下部の周囲を加熱コイル１５２で囲み、この加熱コイル１５２に高周波の電流を流し、磁歪膜８０を所定時間加熱する。

トルク印加状態での第２冷却工程Ｓ８は、操舵軸２２に所定の捩りトルクを加えた状態で常温まで冷却する工程である。

第２トルク開放工程Ｓ９は、操舵軸２２から捩りトルクを開放することによって、磁歪膜８０の下部に磁気異方性を設ける工程である。これにより、磁歪膜８０の下部に第２異方性部１０８ｂが設けられることとなる。

コイル配置工程Ｓ１０は、磁歪膜８０の周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイル（第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂ）を配置する工程である。

上述の工程を経ることによって、本実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ５０Ａが作製される。

次に、上記の工程のうち主要な工程であるトルク印加工程（Ｓ２、Ｓ６）、高周波加熱工程（Ｓ３、Ｓ７）、冷却工程（Ｓ４、Ｓ８）、トルク開放工程（Ｓ５、Ｓ９）について詳細に説明する。

操舵軸２２の材質は、例えばクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５、記号；ＳＣＭ）である。磁歪膜８０は、操舵軸２２の外周面にめっき処理で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは、好ましくは５〜４０μｍである。Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｆｅを概ね３５重量％含んだ場合、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＦｅ含有量の材料を使用することが望ましい。

そして、図２２Ａに示すように、磁歪膜８０に一方向の異方性を付与するための処理を行う。すなわち、磁歪膜８０の上部（第１異方性部１０８ａとなる部分）を囲むように加熱コイル１５２を配置し、次いで、操舵軸２２に例えば１００Ｎｍの捩りトルクを一方向に印加する（第１トルク印加工程Ｓ２）。そして、捩りトルクを一方向に印加しながら、加熱コイル１５２に５００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ程度の高周波の電流を１〜１０秒間流して、磁歪膜８０の上部を高周波加熱する（第１高周波加熱工程Ｓ３）。

図２３は、操舵軸２２へのトルク印加、高周波加熱、冷却、トルク開放のタイミングを示すシーケンス図である。横軸は時間であり、縦軸は、印加するトルクあるいは温度である。高周波を印加する前に、操舵軸２２に捩りトルクＴｒを印加する。その後、加熱コイル１５２に高周波の電流を時間Ｔｕ（＝１〜１０秒）流す。磁歪膜８０の上部の温度がＴｍｐ（３００℃）まで上がった時点で加熱コイル１５２への高周波電流の供給を停止する。その後、捩りトルクＴｒを印加した状態で冷却を行う（第１冷却工程Ｓ４）。この冷却は自然冷却でもよい。磁歪膜８０の上部の温度が減少し、温度Ｔｍｈ（例えば室温）になったときに、捩りトルクＴｒの印加を停止する（第１トルク開放工程Ｓ５）。これらの工程を経ることによって、磁歪膜８０の上部に第１異方性部１０８ａが形成される。

次に、磁歪膜８０に他方向の異方性を付与するための処理を行う。すなわち、図２２Ｂに示すように、磁歪膜８０の下部（第２異方性部１０８ｂとなる部分）を囲むように加熱コイル１５２を配置し、次いで、操舵軸２２に例えば１００Ｎｍの捩りトルクを今度は他方向（一方向とは逆の方向）に印加する（第２トルク印加工程Ｓ６）。捩りトルクを他方向に印加しながら、加熱コイル１５２に５００ｋＨｚ〜３ＭＨｚ程度の高周波の電流をＴｕ＝１〜１０秒間流して、磁歪膜８０の上部を高周波加熱する（第２高周波加熱工程Ｓ７）。その後、上述と同様に、磁歪膜８０の下部の温度がＴｍｐ（３００℃）まで上がった時点で加熱コイル１５２への高周波電流の供給を停止し、捩りトルクを印加した状態で冷却を行い（第２冷却工程Ｓ８）、磁歪膜８０の下部の温度が温度Ｔｍｈ（例えば室温）になったときに、トルク印加を停止する（第２トルク開放工程Ｓ９）。これらの工程を経ることによって、磁歪膜８０の下部に第２異方性部１０８ｂが形成される。

このように、高周波加熱によって磁歪膜８０を加熱するため、図２２Ａ及び図２２Ｂに示すように磁歪膜８０を局所的に加熱することが可能となり、１つの磁歪膜８０に異なる複数の磁気異方性を正確に設けることができる。

次に、第１トルクセンサ５０Ａのさらなる好ましい態様について図２４〜図２８を参照しながら説明する。

先ず、第１の好ましい具体例は、図２４に示すように、操舵軸２２のうち、一方の端部寄りの位置にリング１５４を固定する。例えばリング１５４は、操舵軸２２のうち、磁歪膜８０の上端とシール部材１０４の下端との間に固定される。リング１５４の上端からシール部材１０４の下端までの間隔は、例えば０ｍｍ以上、５ｍｍ以下の範囲である。リング１５４は、良導体（電気抵抗が小さい）である非磁性材料、例えば金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等で構成されており、体積抵抗率が小さい。この例では、Ａｌ材にて構成されている。また、このリング１５４は、操舵軸２２の径方向外側に渦電流を発生することができる厚みを有することが好ましい。例えば図２５に示すように、寸法として、軸方向の長さｈが１〜５ｍｍ、径方向の厚みｔが１〜５ｍｍが挙げられるがそれ以外でもよい。

ここで、リング１５４の作用について説明する。

例えばエンジンや発電機、工業用モータ等の近くに、第１トルクセンサ５０Ａが設置されると、回転機械の磁束Φが漏れて、図２６Ａに示すように、操舵軸２２の母材中を貫通するが、図２４に示す第１トルクセンサ５０Ａでは、操舵軸２２にリング１５４を設けているので、回転機械の磁束が漏れていても、図２６Ｂに示すように、操舵軸２２の母材中を貫通することはない。

これは、図２６Ａに示すような交番磁束Φが操舵軸２２を貫通してリング１５４を通ろうとすると、リング１５４に渦電流が発生して、操舵軸２２内を通過しようとする交番磁束Φを打ち消す方向に磁束が発生することによる。その結果、操舵軸２２内への交番磁束Φの通過を有効に阻止することできる。もちろん、リング１５４は電気抵抗が小さいので、交番磁束Φの一部が熱となって消費される。操舵軸２２内への通過を阻止された交番磁束Φは、ほかの経路を通ることになる。体積抵抗率が小さい程、リング１５４にて発生する渦電流が大きくなるため、交番磁束Φの阻止効果がより大きくなる。また、磁歪膜８０の両端近傍にそれぞれリング１５４を設置しても、交番磁束Φの阻止効果をより大きくすることができる。

このように、第１トルクセンサ５０Ａにおいては、操舵軸２２への交番磁束Φの通過が抑制されることから、第１トルクセンサ５０Ａから出力されるセンサ信号は、交番磁束Φによる影響をほとんど受けなくなり、その結果、ノイズによる振動の発生や異音の発生を抑制することができる。

また、上述した異音発生の対策としてのローパスフィルタを設置する必要がないため、ローパスフィルタに起因する遅れがなく、高い応答性、すなわち、ダイナミックレンジの広い出力信号を得ることができる。また、リング１５４をアルミ材で製作したので、組み立て製作がし易く、しかも価格が安く入手しやすい（金や銀に比べて）材料なので、第１トルクセンサ５０Ａを低価格で製作でき、安定して市場に供給できる。

さらに、円筒状のリング１５４としたので、リング１５４を操舵軸２２に直接設けたり、第１コイル８２ａや第２コイル８２ｂの近傍等に設ければよいので、取り付け場所の自由度が高く、しかも、調整も不要であるため、第１トルクセンサ５０Ａの作製が容易になると共に、小型化することができる。

また、リング１５４は、操舵軸２２とは別に作られた部材で構成したので、操舵軸２２に一体に形成された場合と異なり、１つあるいは複数のリング１５４を、操舵軸２２への交番磁束Φの通過を有効に阻止する位置に、自由に組み付けることができ、第１トルクセンサ５０Ａを容易に作製することができる。

また、図２７に示すように、磁歪膜８０と操舵軸２２との間に、錫（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、インジウム（Ｉｎ）、カドミウム（Ｃｄ）のいずれかの金属、あるいはいずれかを主成分とする合金による中間膜１５６を設けた場合においても同様である。この例においても、操舵軸２２には機械的な強度を必要とする。そのため、鉄合金を母材とし、さらに、熱処理により強度を確保しなければならず、磁化の影響を受けやすい。

しかし、円筒状のリング１５４を、磁歪膜８０の近傍、例えば図２７中、中間膜１５６の右端の近傍に、圧入により一体的に固定するようにしたので、操舵軸２２内への交番磁束Φの通過を阻止することができる。なお、中間膜１５６の右端からリング１５４の左端までの間隔ｄｃは、０≦間隔≦１０ｍｍの範囲が望ましいがそれ以上でもよい。この場合も、リング１５４は、図２７中、中間膜１５６の左端の近傍でもよいし、中間膜１５６の両端の近傍にそれぞれ設けてもよい。

次に、第２の好ましい具体例について説明する。この第２の好ましい具体例は、図２８に示すように、第１ハウジング部８８ａにおける樹脂部９０の内壁面のうち、上部の開口部９１近傍に円筒状のリング１５４を固定した点で異なる。具体的には、樹脂部９０の開口部９１の近傍に設置されたシール部材１０４と樹脂部９０との間にリング１５４が固定される。もちろん、リング１５４は、上述した開口部９１の近傍に加えて、ウォームホイール５８寄りの部分に固定してもよい。この第２の好ましい具体例においても、上述した第１の好ましい具体例と同様に、操舵軸２２への交番磁束Φの通過が抑制されることから、第１トルクセンサ５０Ａから出力されるセンサ信号は、交番磁束Φによる影響をほとんど受けなくなり、その結果、ノイズによる振動の発生や異音の発生を抑制することができる。

次に、第２の実施の形態に係る磁歪式トルクセンサ（以下、第２トルクセンサ５０Ｂと記す）について図２９及び図３０を参照しながら説明する。

この第２トルクセンサ５０Ｂは、上述した第１トルクセンサ５０Ａとほぼ同様の構成を有するが、円筒部９２とフランジ部９４とを有する金属部材９６の構成が異なる。

すなわち、金属部材９６は、樹脂部９０に樹脂モールドされず、縦断面ほぼＬ字状に屈曲されて構成され、上部端面を樹脂部９０のコネクタ９８の下面を含むフランジ部分に当接し、円筒部９２を樹脂部９０に押し付けた状態で金属部材９６のフランジ部９４をボルト１０６によって第２ハウジング部８８ｂに固定することで取り付けられている。従って、円筒部９２は、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対してわずかに傾斜した状態となっている。なお、金属部材９６の上部端面を樹脂部９０のフランジ部分に確実に当接させるために、金属部材９６の屈曲部分と樹脂部９０との間にリング状の調整板１１６を介在させるようにしてもよい。

また、第１トルクセンサ５０Ａでは、鉄合金で構成された金属部材９６を用いたが、この第２トルクセンサ５０Ｂでは、金属部材９６（及び調整板１１６）は、非磁性の良導体（例えばアルミ合金や銅合金等）で構成されている。ここではアルミ合金を例にとって説明する。

金属部材９６は、上述したように、縦断面でみたとき、操舵軸２２の軸方向に対してわずかに傾斜した勾配を有する円筒部９２とフランジ部９４とを有する。アルミ合金は非磁性なので交番磁束Φを通さない。しかも、円筒部９２内に交番磁束Φが通過しようとすると、円筒部９２の円周上に渦電流が流れ、交番磁束Φの通過を阻止する。この場合、導電率が高い（電気抵抗が低い）ほど交番磁束Φの通過を阻止する効果が大きい。従って、アルミ合金よりも銅合金、銅合金よりも銀や金の方が効果が大きい。

また、非磁性の良導体、例えばアルミ合金の場合、円筒部９２の縦断面形状に勾配をつけなくても十分な効果を有する。

このように、この第２トルクセンサ５０Ｂにおいても、第１トルクセンサ５０Ａと同様に、樹脂部９０を、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂが巻回されたボビン８４を収容し、さらに、第１コイル８２ａ及び第２コイル８２ｂの各種端部が接続された複数のピン１００を収容したコネクタ９８と一体に樹脂にて構成するようにしたので、第１コイル８２ａと第２コイル８２ｂの各種端部が接触するということがなくなり、導通不良を解決することができる。

さらに、例えばガソリン自動車や電動機駆動の電気自動車のように、周囲に発電機や燃料噴射装置のソレノイドや電動機等の電磁機器があっても、図３０の実線で示すように、交流磁束Φは、ハウジング８８のアルミ合金からなる金属部材９６（円筒部９２及びフランジ部９４）の外側を通過して操舵軸２２の一方の端部を通り抜けることになり、磁歪膜８０、第１コイル８２ａや第２コイル８２ｂを通過しないばかりか、より一層遠い位置を通過するので、第１検出電圧、第２検出電圧等の検出信号にノイズが混入するという課題を一層解決できる。

このような第２トルクセンサ５０Ｂを電動パワーステアリング装置１０に導入すると、ノイズによる振動が、運転者のステアリングホイール１２をアシストするモータ５２から伝達することがないので、滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

さらに、従来では、このノイズの対策としてのローパスフィルタで除去する必要があったが、第２トルクセンサ５０Ｂではローパスフィルタを不要にできるので、ローパスフィルタによる遅れがなくなり、第１検出電圧、第２検出電圧等の検出信号の応答性を向上することができ、ダイナミックレンジの広い出力信号（トルク検出データＤＴ３）を得ることができ、モータ５２によるアシスト遅れのない滑らかな操舵フィーリングを得ることができる。

また、第２トルクセンサ５０Ｂでは、舵角センサ等のような操舵軸やその近傍に設けられるセンサに磁気的な悪影響を与えないという利点もある。

上述の例では、操舵軸２２に１つの磁歪膜８０を成膜して、該磁歪膜８０にそれぞれ逆の第１異方性部１０８ａと第２異方性部１０８ｂを付与するようにしたが、その他、操舵軸２２にそれぞれ磁気異方性を異にする２つの磁歪膜（第１磁歪膜及び第２磁歪膜）を成膜してもよい。

この第２トルクセンサ５０Ｂにおいても、図２４〜図２８に示すように、第１の好ましい具体例及び第２の好ましい具体例を採用することができる。

なお、本発明に係る磁歪式トルクセンサ及び電動パワーステアリング装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (14)

1. 軸部材（２２）に設けられた磁歪材（８０）と、該磁歪材（８０）の磁気特性の変化を検出するコイル（８２ａ，８２ｂ）と、少なくとも前記軸部材（２２）、前記磁歪材（８０）及び前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容するハウジング（８８）とを有する磁歪式トルクセンサであって、
   前記ハウジング（８８）は、前記軸部材（２２）の一方の端部寄りの位置に配される第１ハウジング部（８８ａ）と、前記軸部材（２２）の他方の端部寄りの位置に配された金属製の第２ハウジング部（８８ｂ）とを有し、
   前記第１ハウジング部（８８ａ）は、樹脂部（９０）と、金属で構成された円筒部（９２）と、金属で構成されたフランジ部（９４）とを有し、且つ、前記樹脂部（９０）と前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが一体的に形成され、
   前記円筒部（９２）は、前記第１ハウジング部（８８ａ）のうち、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容する部位に位置され、
   前記フランジ部（９４）は、前記第１ハウジング部（８８ａ）と前記第２ハウジング部（８８ｂ）との接続部分に位置され、
   前記樹脂部（９０）は、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）と前記円筒部（９２）との間に位置されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
2. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記円筒部（９２）は、軟磁性の金属で構成され、
   前記フランジ部（９４）は、軟磁性の金属で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
3. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記円筒部（９２）は、非磁性の金属で構成され、
   前記フランジ部（９４）は、非磁性の金属で構成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
4. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが同じ金属で一体に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
5. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記円筒部（９２）は、前記軸部材（２２）の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
6. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記磁歪材（８０）及び前記コイル（８２ａ，８２ｂ）は、前記軸部材（２２）の一方の端部寄りに設けられ、
   前記円筒部（９２）は、前記軸部材（２２）の一方の端部寄りの開口の大きさが、前記軸部材（２２）の他方の端部寄りの開口の大きさよりも小さく設定されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
7. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記ハウジング（８８）は、さらに、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の巻き始め端が接続されるピンと、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の巻き終わり端が接続されるピンとを収容し、外部機器と電気的に接続する外部接続部材（９８）を有し、
   前記外部接続部材（９８）は、前記樹脂部（９０）と一体的に形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
8. 請求項１記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の近傍に軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
9. 請求項８記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
   前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、中空の円筒状を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
10. 請求項８記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、前記軸部材（２２）とは別に作られた部材であることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
11. 請求項８記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）の軸方向両端に設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
12. 請求項８記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）は、その一部にスリット（８５）が形成されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
13. 請求項８記載の磁歪式トルクセンサにおいて、
    前記磁歪式トルクセンサを収めるハウジング（８８）を有し、
    前記ハウジング（８８）は、前記軸部材（２２）の軸方向に開口部を備え、前記開口部に前記軟磁性の金属部材（８６ａ，８６ｂ）が設けられていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
14. 運転者が車両のステアリングホイール（１２）を操舵することによって発生する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ（５０Ａ）を有し、モータ（５２）の動力を操舵系に直接作用させて、運転者の前記操舵トルクを軽減する電動パワーステアリング装置において、
    前記操舵トルクセンサ（５０Ａ）は、
    操舵軸（２２）に設けられた磁歪膜（８０）と、該磁歪膜（８０）の磁気特性の変化を検出するコイル（８２ａ，８２ｂ）と、少なくとも前記操舵軸（２２）、前記磁歪膜（８０）及びコイル（８２ａ，８２ｂ）を収容するハウジング（８８）とを有し、
    前記ハウジング（８８）は、前記操舵軸（２２）の一方の端部寄りの位置に配される第１ハウジング部（８８ａ）と、前記操舵軸（２２）の他方の端部寄りの位置に配された金属製の第２ハウジング部（８８ｂ）とを有し、
    前記第１ハウジング部（８８ａ）は、樹脂部（９０）と、金属で構成された円筒部（９２）と、金属で構成されたフランジ部（９４）とを有し、且つ、前記樹脂部（９０）と前記円筒部（９２）と前記フランジ部（９４）とが一体的に形成されて構成され、
    前記円筒部（９２）は、前記第１ハウジング部（８８ａ）のうち、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）を収容する部位に位置され、
    前記フランジ部（９４）は、前記第１ハウジング部（８８ａ）と前記第２ハウジング部（８８ｂ）との接続部分に位置され、
    前記樹脂部（９０）は、前記コイル（８２ａ，８２ｂ）と前記円筒部（９２）との間に位置されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
    

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