JP7173697B2

JP7173697B2 - 磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法

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Publication number: JP7173697B2
Application number: JP2018238573A
Authority: JP
Inventors: 晃之中村; 雄太杉山; 潤司小野; 晃大福田
Original assignee: NSK Ltd; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: NSK Ltd; Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: EP3901601A4; US11732318B2; WO2020129769A1; EP3901601A1; CN113196025A; US20220074010A1; JP2020101403A

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法に関する。

従来、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、応力が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有するシャフトを用い、トルクが付与されてシャフトが捩じれた際のシャフトの透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、シャフトに付与されたトルクを検出する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２０１８－１１２４５１号公報

ところで、シャフトに用いられる鋼材には、残留オーステナイトと呼称される非磁性の組織が含まれていることが知られている。なお、残留オーステナイトは、面心立方格子構造のγ鉄に他元素が固溶したものである。

シャフトに非磁性の残留オーステナイトが多く含まれると、トルクを付与された際の透磁率の変化が小さくなり、磁歪式トルクセンサの感度低下につながる。

しかしながら、熱処理の条件を調整すること等によりシャフト全体の残留オーステナイト量を少なくすると、シャフトの靱性が低下し、シャフトに割れが生じるおそれがある。

また、磁歪式トルクセンサは、例えばトランスミッションのストローク制御、エンジンの出力制御等に用いられるものである。そのため、確実な変速を行うことができるように、できるだけ誤差が小さいことが望まれる。

そこで、本発明は、靱性を確保しつつも、センサ感度の向上及び誤差の低減が可能な磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪式トルクセンサのセンサ部が取り付けられ、前記センサ部が取り付けられる部分の表面に溝が形成されていない磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法であって、クロム鋼からなる円柱状の軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部が取り付けられる位置に、ビッカース硬さ１１００以上１３００以下のスチール製のショット材を用いてショットピーニングを施すショットピーニング工程と、ショットピーニング後の前記軸材に表面研磨を施す表面研磨工程と、を備え、前記表面研磨工程では、前記軸材の表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下で、かつ、最大高さＲｚが３μｍ以下となるように、表面研磨を行い、前記熱処理工程では、該熱処理工程後の前記軸材の表面硬度がビッカース硬さ６５０以上となるように熱処理を行い、ヒステリシス誤差と角度誤差の合計値である合計誤差を３．５％以下とする、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法を提供する。

本発明によれば、靱性を確保しつつも、センサ感度の向上及び誤差の低減が可能な磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法を提供できる。

磁歪式トルクセンサのセンサ部の一例を示す図であり、（ａ）はシャフトに取り付けた際の側面図、（ｂ）はそのＡ－Ａ線断面図である。ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルを説明する図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルを説明する図である。トルクセンサの検出信号によりシャフトに付与されたトルクを測定する測定部の一例を示す回路図である。（ａ）は感度及びヒステリシス誤差を説明する図であり、（ｂ）は角度誤差を説明する図である。（ａ）はＨＶ７００のスチール製のショット材を用いた場合の誤差の測定結果を示す図、（ｂ）はＨＶ１２００のスチール製のショット材を用いた場合の誤差の測定結果を示す図である。（ａ）はショットピーニング前後のセンサ感度を示すグラフ図、（ｂ）はショットピーニング前後のヒステリシス誤差を示すグラフ図である。（ａ）は表面研磨前後の残留オーステナイト量の深さ方向分布示すグラフ図であり、（ｂ）は表面研磨前後の軸材表面における残留オーステナイト量の周方向分布を示すグラフ図である。表面研磨前後の軸材表面のＸ線回折結果を示すグラフ図である。表面研磨前後の誤差の測定結果を示す図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（磁歪式トルクセンサの説明）
まず、磁歪式トルクセンサ（以下、単にトルクセンサという）について図１乃至図３を用いて説明する。図１は、トルクセンサのセンサ部の一例を示す図であり、（ａ）はシャフトに取り付けた際の側面図、（ｂ）はそのＡ－Ａ線断面図である。図２は、ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルを説明する図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルを説明する図である。図３は、トルクセンサの検出信号によりシャフトに付与されたトルクを測定する測定部の一例を示す回路図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、トルクセンサ１のセンサ部２は、磁歪特性を有する磁歪式トルクセンサ用シャフト（以下、単にシャフトという）１００の周囲に取り付けられている。トルクセンサ１は、シャフト１００に付与されたトルク（回転トルク）を測定するものである。

シャフト１００は、磁歪特性を有する材料（ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４２０、ＳＮＣＭ６１６、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ６３０等）から構成され、円柱状（棒状）に形成されている。シャフト１００は、例えば、車両のパワートレイン系のトルク伝達に用いられるシャフト、あるいは車両のエンジンのトルク伝達に用いられるシャフトである。

センサ部２は、コイル２１と、磁性体リング２２と、を備えている。磁性体リング２２は、磁性体（強磁性体）からなり、中空円筒状に形成されている。磁性体リング２２の中空部にはコイル２１が挿入される。磁性体リング２２は、コイル２１の検出コイル３で生じた磁束が外部に漏れて感度が低下することを抑制する役割を果たす。

コイル２１は、非磁性体である樹脂からなるボビン２３と、ボビン２３の外周に絶縁電線を巻き付けて構成される複数の検出コイル３と、を有している。ボビン２３は、シャフト１００と離間して同軸に設けられており、中空円筒状に形成されている。ボビン２３の外周面には、シャフト１００の軸方向に対して所定角度（ここでは＋４５度）傾斜した複数の第１傾斜溝４と、軸方向に対して第１傾斜溝４と反対方向に所定角度（ここでは－４５度）傾斜した複数の第２傾斜溝５とが形成されている。第１傾斜溝４及び第２傾斜溝５は、ボビン２３の径方向に窪んだ溝によって形成されている。

図２（ａ），（ｂ）に示すように、コイル２１は、検出コイル３として、第１～第４検出コイル３１～３４を有している。第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４は、第１傾斜溝４に沿って絶縁電線をボビン２３に巻き付けて形成される。第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３は、第２傾斜溝５に沿って絶縁電線をボビン２３に巻き付けて形成される。

図２（ａ）中、符号３１ａ，３１ｂは、それぞれ第１検出コイル３１の１層分の入力端と出力端を示し、符号３４ａ，３４ｂは、それぞれ第４検出コイル３４の１層分の入力端と出力端を示す。図２（ｂ）中、符号３２ａ，３２ｂは、それぞれ第２検出コイル３２の１層分の入力端と出力端を示し、符号３３ａ，３３ｂは、それぞれ第３検出コイル３３の１層分の入力端と出力端を示す。なお、図２（ａ），（ｂ）では１ターン分の絶縁電線の巻き付けを示しており、目的のターン数となるように絶縁電線の巻き付けを繰り返すことで、各検出コイル３１～３４が形成される。また、図２（ａ），（ｂ）に示した絶縁電線の巻き付け方法は一例であり、他の巻き付け方を用いて検出コイル３１～３４を形成してもよい。

第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４は、シャフト１００の軸方向に対して所定角度（ここでは＋４５度）傾斜した第１方向でのシャフト１００の透磁率変化を検出するためのものである。また、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３は、シャフト１００の軸方向に対して第１方向と反対側に所定角度（ここでは－４５度）傾斜した第２方向でのシャフト１００の透磁率変化を検出するためのものである。

図３に示すように、測定部４１は、第１～第４検出コイル３１～３４のインダクタンスの変化を検出することにより、シャフト１００に付与されたトルクを測定するものである。

測定部４１は、第１検出コイル３１、第２検出コイル３２、第４検出コイル３４、第３検出コイル３３をこの順序で環状に接続して構成されたブリッジ回路４２と、第１検出コイル３１と第２検出コイル３２との間の接点ａと第３検出コイル３３と第４検出コイル３４との間の接点ｂとの間に交流電圧を印加する発信器４３と、第１検出コイル３１と第３検出コイル３３との間の接点ｃと第２検出コイル３２と第４検出コイル３４との間の接点ｄ間の電圧を検出する電圧測定回路４４と、電圧測定回路４４で測定した電圧を基にシャフト１００に付与されたトルクを演算するトルク演算部４５と、を備えている。ブリッジ回路４２は、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４を対向する一方の辺に配置し、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３を対向する他方の辺に配置して構成される。

測定部４１では、シャフト１００にトルクが付与されない状態では、第１～第４検出コイル３１～３４のインダクタンスＬ１～Ｌ４は等しくなり、電圧測定回路４４で検出される電圧は略０となる。

シャフト１００にトルクが付与されると、軸方向に対して＋４５度の方向の透磁率が減少（又は増加）し、軸方向に対して－４５度方向の透磁率が増加（又は減少）する。よって、発信器４３から交流電圧を印加した状態でシャフト１００にトルクが付与されると、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４ではインダクタンスが減少（又は増加）し、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３ではインダクタンスが増加（又は減少）する。その結果、電圧測定回路４４で検出される電圧が変化するので、この電圧の変化を基に、トルク演算部４５がシャフト１００に付与されたトルクを演算する。

第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４と、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３とは、巻き付け方向が異なる以外は全く同じ構成であるから、図３のようなブリッジ回路４２を用いることで、第１～第４検出コイル３１～３４のインダクタンスへの温度等の影響をキャンセルすることが可能であり、シャフト１００に付与されたトルクを精度よく検出することができる。また、トルクセンサ１では、第１検出コイル３１及び第４検出コイル３４でインダクタンスが増加（又は低下）すれば、第２検出コイル３２及び第３検出コイル３３ではインダクタンスが低下（又は増加）するため、図３のようなブリッジ回路４２を用いることで、検出感度をより向上することができる。

（シャフト１００とその製造方法の説明）
本実施の形態では、シャフト１００として、鉄系の軸材に浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に、ショットピーニングを施し、さらにその後表面研磨を施したものを用いる。

つまり、本実施の形態に係るシャフト１００の製造方法は、鉄系の軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも熱処理工程後の軸材のセンサ部が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施す表面研磨工程と、を備えている。

シャフト１００に用いる軸材としては、鉄系の材料、例えば、ＳＣｒ４２０（クロム鋼）、ＳＣＭ４２０（クロムモリブデン鋼）、ＳＮＣＭ６１６（ニッケルクロムモリブデン鋼）、ＳＵＳ４４０Ｃ（マルテンサイト系ステンレス）、あるいはＳＵＳ６３０（析出硬化系ステンレス）等を用いることができる。ここでは、軸材としてＳＣｒ４２０を用いた。

軸材の全体に浸炭焼入れ焼戻し処理を施すことによって、シャフト１００の靱性を含む機械的強度を高めることができる。本実施の形態では、熱処理工程後の軸材の表面硬度を、ＨＶ（ビッカース硬さ）６５０以上としている。これは、熱処理工程後の軸材の表面硬度が低いと、センサ感度が低下したりヒステリシス誤差が高くなったりする場合があるためである。センサ感度及びヒステリシス誤差の悪化を抑制するために、熱処理工程後の軸材の表面硬度はＨＶ６５０以上とすることが望ましい。つまり、熱処理工程では、熱処理工程後の軸材の表面硬度がＨＶ６５０以上となるように熱処理を行うことが望ましい。本実施の形態では、ガス浸炭（９２０℃×３時間→８３０℃×１５分→油冷，焼戻２００℃×１．５時間）により熱処理工程を行った。

熱処理工程を行うと、軸材に歪が生じる。そのため、熱処理工程に、軸材の曲げ戻しを行う工程や、軸材の表面を研削して直線状とする研削工程を行うことが望ましい。研削工程においては、センサ部２を装着する部分（測定部という）での研削量（研削深さ）が周方向で均一になるように研削を行うことが望ましい。これは、軸材の深さ方向（径方向）で組成が異なるためであり、測定部において研削量（研削深さ）が均一でないと、測定部の表面において組成が異なる部分が生じ、後述する角度誤差の原因となる場合があるためである。なお、研削工程後に所望の外径を得るため、熱処理前の軸材としては、仕上がり外径よりも若干太いもの（例えば直径が０．２ｍｍ程度大きいもの）を用いるとよい。

ショットピーニング工程では、熱処理後の軸材に、ショットピーニングが施される。熱処理後の軸材にショットピーニングを施すことで、シャフト１００の表面（表面から所定深さの領域）においてマルテンサイト変態（無拡散変態）を生じさせ、非磁性の残留オーステナイトを減少させ、強磁性のマルテンサイトを増大させることができる。その結果、シャフト１００の表面における非磁性領域が減少し磁性領域が増大することにより、トルクが付与された際の透磁率の変化が大きくなり、トルクセンサ１の感度を向上させることが可能になる。なお、残留オーステナイトは、面心立方格子構造の鉄（γ鉄）に他元素が固溶したものである。また、マルテンサイトは、体心正方格子の鉄の結晶中に炭素が侵入した固溶体である。

また、熱処理後の軸材にショットピーニングを施すことで、軸材の表面が加工硬化されヒステリシス特性が改善される。より詳細には、熱処理後の軸材にショットピーニングを施すことにより、シャフト１００の表面における磁区（磁気モーメントの向きが揃った区域）が細分化されると共に、磁区の境界である磁壁の移動を妨げるピニングサイトとなる残留オーステナイトが低減される。その結果、付与しているトルクを開放した際に、磁区や磁壁がもとの状態に戻り易くなり、ヒステリシス誤差が低減される。

なお、トルクセンサ１の感度とは、図４（ａ）に示すように、センサ出力Ｖ（ｍＶ）を、シャフト１００に付与されるトルクＴ（Ｎｍ）で除したものであり、Ｖ／Ｔ（ｍＶ／Ｎｍ）で表される。シャフト１００に付与するトルクＴを－Ｔ１以上＋Ｔ１以下とし、トルク－Ｔ１に対応するセンサ出力をＶ１、トルク＋Ｔ１に対応するセンサ出力をＶ２とすると、センサ感度は（Ｖ２－Ｖ１）／（２×Ｔ１）＝Ｖｓ／Ｔｓで表される。また、ヒステリシス誤差は、直線性誤差とも呼称されるものであり、センサ出力Ｖｓ（＝Ｖ２－Ｖ１）に対するトルク増加時及び減少時の同トルクでのセンサ出力差の最大値Ｖｈの比率であり、Ｖｈ／Ｖｓ（％ＦＳ、ＦＳはフルスケールを意味する）で表すことができる。

また、本実施の形態では、ヒステリシス誤差に加えて、シャフト１００の周方向でのセンサ出力のばらつき（以下、角度誤差という）についても評価を行った。図４（ｂ）に示すように、角度誤差とはシャフト回転時に発生する誤差であり、センサ出力の最大値をＶｍａｘ、最小値をＶｍｉｎとしたとき、（Ｖｍａｘ－Ｖｍｉｎ）／Ｖｓ（％）で表される。以下、ヒステリシス誤差と角度誤差の合計値を合計誤差という。本実施の形態では、合計誤差を３．５％以下とすることを目標とする。

本実施の形態では、シャフト１００の軸材としてクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用い、最適なショットピーニングの条件について検討した。本実施の形態では、粒径０．６ｍｍのスチール製のショット材を用いた。また、シャフト１００の直径は１８ｍｍとした。また、ショットピーニングを行う際には、シャフト１００を低速（例えば６ｒｐｍ）で回転させつつショット材の噴射を行った。

まず、ＨＶ７００のスチール製のショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ，０．５５ＭＰａとした場合の誤差の測定結果を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、ＨＶ７００のショット材を用いた場合、合計誤差が４％以上と大きくなっている。なお、図５（ａ）に示される誤差（ヒステリシス誤差及び角度誤差）は、温度特性（環境温度―４０℃～１５０℃の条件下で測定）を含めた最大値を表している。また、図５（ａ）の横軸は、ショット材の噴射時間を表しており、総噴射時間をシャフト１００の長さで除した値、すなわちシャフト１００の軸方向１ｃｍあたりの噴射時間を表している（以下、単に噴射時間という）。

次に、ＨＶ１２００のスチール製のショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ，０．５５ＭＰａとした場合の誤差の測定結果を図５（ｂ）に示す。なお、ショット材には硬度のばらつきが存在するため、ショット材としては、ＨＶ１１００以上１３００以下のものを用いればよい。図５（ｂ）に示すように、ＨＶ１２００のショット材を用いた場合、ＨＶ７００のショット材を用いた場合と比較してヒステリシス誤差が低減しているものの、角度誤差が大きくなっており、結果として合計誤差が大きくなっている。

本実施の形態では、粒径０．６ｍｍ以上のショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ以下としている。図５（ｂ）の結果より、粒径０．６ｍｍのショット材を用いた場合、合計誤差を小さくするためには、噴射圧を０．４ＭＰａとし、噴射時間を８秒／ｃｍ以上２０秒／ｃｍ以下とするショット条件が望ましいといえる。本実施の形態では、噴射圧を０．４ＭＰａとし、噴射時間を８秒／ｃｍとするショット条件でショットピーニングを行うようにした。この条件でショットピーニングを行うことにより、図６（ａ）に示すように、ショットピーニング前に１．５ｍＶ／Ｎｍであったセンサ感度を６．４ｍＶ／Ｎｍまで向上でき、目標値に設定した４．０ｍＶ／Ｎｍ以上のセンサ感度が得られた。また、図６（ｂ）に示すように、ショットピーニング前に５．５％ＦＳであったヒステリシス誤差を１．３％ＦＳまで低減でき、目標値に設定した１．７５％ＦＳ以下のヒステリシス誤差を実現できた。

上述のように、ショット材の硬度を高くするのみでは、合計誤差を小さくすることはできないことが分かった。そこで、本発明者らは、角度誤差が大きくなる理由について検討を行った。この検討の結果、本発明者らは、主に２つの要因で角度誤差が大きくなっていることを見出した。

１つ目の要因は、ショットピーニング工程で残留した残留オーステナイトがシャフト１００の周方向に均一に分布していないことである。上述のようにショットピーニングを行うことで、残留オーステナイトを加工誘起によりマルテンサイト変態させ非磁性領域を磁性化すると同時に、塑性変形しやすい残留オーステナイト領域を低減させ、表面の高硬度化を実現でき、その結果、センサ感度向上と、ヒステリシス誤差の低減を同時に実現できる。しかし、残留オーステナイトが完全に除かれるわけではなく、図７（ａ）に破線で示すように、ショットピーニング後の軸材の表面には、残留オーステナイトが残っている。

そこで、図７（ｂ）に破線で示すように、ショットピーニング後の軸材の角度位置毎に残留オーステナイト量を測定したところ、残留オーステナイト量が０．４％～１．０％とばらついていることが分かった。残留オーステナイトは非磁性であるため、測定部において残留オーステナイトの分布が周方向にばらついていると、角度誤差が大きくなる。このような残留オーステナイトのばらつきは、ショットピーニングを行うのみでは十分に解消できないと考えられる。

２つ目の要因は、ショット材に含まれるホウ素の影響により軸材表面にＦｅ_２Ｂが生成されることである。ＨＶ１２００のスチール製のショット材には、ショット材の硬度を高めるためにホウ素が添加されている。そのため、このようなショット材を用いることによって、軸材の表面にＦｅ_２Ｂが形成されてしまう。Ｆｅ_２Ｂは、結晶磁気異方性が大きいため、角度誤差が大きくなっていると考えられる。図８に破線で示すように、Ｘ線回折装置を用いてショットピーニング後の軸材表面の分析を行ったところ、軸材の表面にＦｅ_２Ｂが形成されていることが確認された。

そこで、本実施の形態では、これら２つの要因を除き、角度誤差を改善するために、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施す表面研磨工程を行うようにした。表面研磨工程では、例えば、ウォーターペーパーあるいは耐水ペーパーと呼称される研磨用ペーパーを用いて、軸材の表面の研磨を行うとよい。研磨後の軸材の表面の算術平均粗さＲａは０．３μmで、最大高さＲｚが３μmであった。

ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施すことによって、表面研磨時の応力によってマルテンサイト変態を促進させ、残留オーステナイトの分布を均一にすることができる。研磨後の残留オーステナイトの分布を図７（ａ），（ｂ）に実線で併せて示す。図７（ａ），（ｂ）に実線で示されるように、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施すことによって、残留オーステナイト量が低減しており、角度位置による残留オーステナイト量のばらつきは０．２％程度（０．４％～０．６％）抑えられていることが分かる。

また、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施すことによって、ショットピーニング時に軸材表面に形成されたＦｅ_２Ｂが除去される。表面研磨後の軸材のＸ線回折装置による分析結果を図８に実線で併せて示す。図８に実線で示されるように、表面研磨後の軸材の表面ではＦｅ_２Ｂが少なく（体積率が小さく）なっていることが分かる。

表面研磨工程では、軸材の表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下で、かつ、最大高さＲｚが３μｍ以下となるように、表面研磨を行うとよい。これは、軸材の表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍより大きい、あるいは最大高さＲｚが３μｍより大きい場合、表面研磨が十分でなく、残留オーステナイトの分布の均一化やＦｅ_２Ｂの除去が十分に行われない場合があるためである。

このように、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施すことによって、残留オーステナイトの分布の均一化と、軸材表面に形成されたＦｅ_２Ｂの除去を同時に実現することができ、その結果、角度誤差を大幅に小さくすることができる。図９に示すように、表面研磨前（ショットピーニング後）の軸材と比較して、表面研磨後のシャフト１００では、角度誤差が大幅に小さくなっている。

具体的には、シャフト１００では、ヒステリシス誤差を２％程度、角度誤差を１％程度にでき、合計誤差を３．５％以下にすることができる。検出回路に起因する回路誤差を含めた場合であっても、その誤差の総計を３．５％以下とし、非常に誤差が小さいトルクセンサ１を実現することができる。なお、図９では、粒径０．６ｍｍ、ＨＶ１２００のスチール製のショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ、噴射時間を８秒／ｃｍとしてショットピーニングを行った場合について示している。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るトルクセンサ１の製造方法では、鉄系の軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも熱処理工程後の軸材のセンサ部２が取り付けられる位置に、ビッカース硬さ１１００以上１３００以下のスチール製のショット材を用いてショットピーニングを施すショットピーニング工程と、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施す表面研磨工程と、を備えている。

ショットピーニング工程を備えることにより、シャフト１００の表面のみで非磁性の残留オーステナイトを減少させることが可能となり、シャフト１００の靱性の低下を抑制できる。また、ＨＶ１２００の高硬度のショット材を用いてショットピーニングを行うことで、ヒステリシス誤差を低減しセンサ感度を向上することが可能になる。しかし、ショット材に含まれるホウ素の影響等により角度誤差は大きくなってしまう。本実施の形態では、ショットピーニング後の軸材に表面研磨を施すことで、残留オーステナイトの周方向の分布を均一化すると共に、ショット材に含まれるホウ素の影響で軸材表面に形成されたＦｅ_２Ｂを除去することができ、角度誤差を小さくすることができる。その結果、靱性を確保しつつもセンサ感度が高く、また、合計誤差が３．５％以下と誤差が小さいトルクセンサ１を得ることができる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］磁歪式トルクセンサ（１）のセンサ部（２）が取り付けられる磁歪式トルクセンサ用シャフト（１００）の製造方法であって、鉄系の軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部（２）が取り付けられる位置に、ビッカース硬さ１１００以上１３００以下のスチール製のショット材を用いてショットピーニングを施すショットピーニング工程と、ショットピーニング後の前記軸材に表面研磨を施す表面研磨工程と、を備えた、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

［２］前記表面研磨工程では、前記軸材の表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下で、かつ、最大高さＲｚが３μｍ以下となるように、表面研磨を行う、［１］に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

［３］前記軸材が、クロム鋼からなる、［１］または［２］に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

［４］前記熱処理工程では、該熱処理工程後の前記軸材の表面硬度がビッカース硬さ６５０以上となるように熱処理を行う、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

［５］前記ショットピーニング工程では、粒径０．６ｍｍ以上の前記ショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ以下とする、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…トルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）
２…センサ部
３…検出コイル
１００…シャフト（磁歪式トルクセンサ用シャフト）

Claims

磁歪式トルクセンサのセンサ部が取り付けられる磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法であって、
鉄系の軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、
少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部が取り付けられる位置に、ビッカース硬さ１１００以上１３００以下のスチール製のショット材を用いてショットピーニングを施すショットピーニング工程と、
ショットピーニング後の前記軸材に表面研磨を施し、前記ショットピーニング工程において前記軸材の表面に生成されたＦｅ _２Ｂを除去する表面研磨工程と、を備えた、
磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。
前記表面研磨工程では、前記軸材の表面の算術平均粗さＲａが０．３μｍ以下で、かつ、最大高さＲｚが３μｍ以下となるように、表面研磨を行う、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。
前記軸材が、クロム鋼からなる、
請求項１または２に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。
前記熱処理工程では、該熱処理工程後の前記軸材の表面硬度がビッカース硬さ６５０以上となるように熱処理を行う、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。
前記ショットピーニング工程では、粒径０．６ｍｍ以上の前記ショット材を用い、噴射圧を０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ以下とする、
請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。