JP7462482B2 - トルクセンサシャフトの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シャフト（回転軸）の表面にトルク検出用の磁歪部を有するトルクセンサシャフトの製造方法に関する。

磁歪部を有するシャフトを用いてトルクを検出するトルクセンサは、一般的な構造を図３に示すように、トルクを受けるシャフト（トルクセンサシャフト）１１が軸受１６を介してハウジング１７に支持されており、そのシャフト１１の一部表面において全周（３６０度）に磁歪部１１Ｖ・１１Ｗが形成されている。又、ハウジング１７の内側で、磁歪部１１Ｖ・１１Ｗの各外周に近い位置にコイルＸ・Ｙが配置されている。磁歪部１１Ｖ・１１Ｗとしては、シャフト１１の周面に磁歪材料が、図示の通り軸方向に対して逆向きに傾斜した螺旋状（いわゆるシェブロン状）の縞模様に形成される（つまり、磁歪特性を有する皮膜や突出部を螺旋状の複数の線として形成される）のが一般的である。ハウジング１７には、図示のようにアンプ基板１８や信号線用のコネクタ１９なども付設される。
即ち、図３に示す一般的なトルクセンサは、シャフト１１にトルクが作用すると、磁歪部１１Ｖ・１１Ｗに引張応力と圧縮応力とがそれぞれ発生し、その結果、相反する磁歪効果によって各磁歪部１１Ｖ・１１Ｗの透磁率がそれぞれ増加・減少することにより、この透磁率の変化に基づいてコイルＸ・Ｙに誘導起電力が発生し、直流変換や両者の差動増幅を行うことにより、トルクの大きさに比例した電圧出力が得られる構造となっている（特許文献１、特許文献２参照）。

このようなトルクセンサシャフトの製造方法として特許文献１には、より品質の優れたトルクセンサシャフトを円滑に量産することが可能な当該シャフトの製造方法が提案されている。具体的には、前記シャフトの表面に形成される磁歪部１１Ｖ・１１Ｗが金属ガラス（アモルファス合金）の皮膜の場合、当該皮膜は、火炎を急速冷却する方式の溶射によってシャフトの表面に形成していた。そのアモルファス溶射皮膜成形の主な工程は、溶射前の粗面加工処理工程（ショットブラスト）、アモルファス溶射工程、マスキング工程（マスキングシート貼り付け）、アモルファス皮膜のシェブロン状パターン成形工程（ショットブラスト）、マスキングシート除去（剥がし）工程からなり、各工程の処理を経て前記縞模様の磁歪部を得ている。

また、特許文献２には、シャフトの表面に磁歪部を溶射により形成する前に、シャフトに所定のめっきを施し、このめっきされたシャフトに溶射する範囲のめっきをショットブラストにて剥離（溶射後のシェブロン状パターン成形を含む）してアモルファス溶射皮膜の磁歪部を形成するトルクセンサシャフトの製造方法が開示されている。具体的には、シャフト（回転軸）の外周にめっきを施すめっき処理工程と、磁歪部を形成する位置のめっきをショットブラストにて除去する粗面加工処理工程と、粗面加工処理後のシャフトを予熱工程で予熱した後磁歪材料を溶射して磁歪部を形成するアモルファス溶射工程と、シャフト表面の磁歪部に、スリットを形成する位置以外を覆うマスキング工程（マスキングシート貼り付け）と、磁歪部にショットブラストによりスリットを形成するシェブロン状パターン成形工程と、マスキングシートを除去するマスキング除去工程と、からなっている。

しかしながら、上記した特許文献１、２に記載されている従来のトルクセンサシャフトの製造方法には、以下に記載する問題点がある。
即ち、特許文献１に記載のトルクセンサシャフトの製造方法は、前記したように溶射前の粗面加工処理（ショットブラスト）、アモルファス溶射、マスキング（シート貼り付け）、アモルファス皮膜のシェブロン状パターン成形（ショットブラスト）、マスキングシート剥がし工程等からなる工程を経て前記縞模様の磁歪部を得ているため、アモルファス皮膜のシェブロン状パターン成形工程では、シェブロン状パターン成形後にシャフト金属素地が露出した部分が生じ、その露出部分が腐食され易い環境にさらされることになり耐食性が損なわれるという問題がある。また、特許文献２に記載のトルクセンサシャフトの製造方法は、シャフト（回転軸）の表面に磁歪部を溶射により形成する前に、当該シャフトにメッキ等の表面処理を施すことにより錆の発生を防止して耐食性を維持し、安定した出力感度を有するトルクセンサシャフトを得る方法を提案したものであるが、この方法においても、磁歪部にショットブラストによりスリットを形成するシェブロン状パターン成形工程において、シェブロン状パターン成形後にシャフト金属素地が露出した部分が生じ、腐食環境下の場合には磁歪皮膜の部分が腐食され易い環境にさらされることになり耐食性が損なわれるという問題がある。

特開２０１６－２１７８９８号公報 特開２０１９－２１１３５２号公報

本発明は、前記した従来技術の問題点を解消すべくなされたもので、アモルファス皮膜のシェブロン状パターン成形工程において、シェブロン状パターン成形後にシャフトの金属素地が露出した部分が生じ、その露出部分が腐食され易い環境にさらされることになり耐食性が損なわれるという問題を解決し、耐食性に優れ、かつ、安定した出力特性が得られる高品質のトルクセンサシャフトの製造方法を提案しようとするものである。

本発明者は、上記課題を解消すべく鋭意検討した結果、シェブロン状パターン成形後に、メッキによる表面処理を施すことにより上記課題を解消できることを見出した。
即ち、本発明のトルクセンサシャフトの製造方法は、シャフトの表面にトルク検出用の磁歪部を有する磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法であって、アモルファス溶射前の粗面加工処理とアモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理をそれぞれ従来のショットブラスト処理に替えて、レーザ照射により行い、シェブロン状パターン成形処理後に表面処理工程にて当該シャフトの金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施すとともに、前記メッキ処理後にマスキング除去工程でマスキングシートを除去することを特徴とするものである。
また、本発明は、基材にアモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理をレーザ照射により行い、前記シェブロン状パターン成形処理後に表面処理工程にて当該シャフトの金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施すとともに、前記メッキ処理後にマスキング除去工程でマスキングシートを除去することを特徴とするものである。

本発明のトルクセンサシャフトの製造方法における前記メッキの種類としては、Ｚｎを基本とするが、Ｎｉ－Ｐメッキ等も適宜選択して用いることはいうまでもない。なお、表面処理としては、メッキの他、黒染めもある。

なお、本発明における基材としては、例えばアルミニウム、銅、炭素鋼およびステンレス鋼等の金属材を用いることができる。

本発明において、溶射前の粗面加工処理と、アモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理を、それぞれ従来のショットブラスト処理に替えて、レーザ照射方式を採用したのは、以下に示す理由による。
即ち、従来のショットブラストでは溶射前の粗面加工処理、具体的には基材表面に対するアモルファス溶射皮膜の形成に必要な密着性（アンカー効果）を向上させるための表面処理に相当の時間を要するのみならず、ショットブラストガンによるショットブラストの照射状態で基材表面の仕上がりにバラツキが生じ、精度よく安定した表面性状が得られにくいのに対し、レーザ照射方式の場合はレーザ出力や移動速度等を調節するだけで基材表面に適度な粗面を短時間で形成することができる上、基材表面の仕上がりも良好で精度よく安定した表面性状が得られるという利点を有するからである。

また、アモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理にレーザ照射方式を採用したのは、ショットブラストを採用する従来方式は、ショット粒が繰り返しの使用により摩耗して所定の粒径より小さくなるとショットブラスト機能が失われて廃棄処理されるのに対し、レーザ照射方式は基材表面に形成されたアモルファス溶射皮膜にレーザ照射することにより、レーザの持つ光エネルギーをアモルファス溶射皮膜が吸収し瞬時に蒸発することとなり基材表面から除去され、所望の皮膜パターンを形成する方式であるから、加工精度および品質の安定性に優れた磁歪式トルクセンサ用シャフトを低コストで製造することができるという利点を有するためである。

本発明のトルクセンサシャフトの製造方法によれば、アモルファス溶射前の粗面加工処理にレーザ照射方式を採用したことにより、レーザ出力や移動速度等を調節するだけで基材表面に適度な粗面を短時間で形成することができる上、基材表面の仕上がりも良好で精度よく安定した表面性状が得られる。また、アモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理に同じくレーザ照射方式を採用したことにより、ショットブラスト装置の不要による設備の簡便化がはかられる上、複雑なパターンの形成も容易である。さらに、本発明のトルクセンサシャフトは、磁歪皮膜の部分が腐食され易い環境にさらされるような腐食環境下にあっても、耐食性が損なわれることがなく、安定した出力感度を維持することができるという優れた効果を奏する。

本発明に係るトルクセンサシャフト製造方法の第一実施例を示すフローチャートである。 同じく本発明に係るトルクセンサシャフト製造方法の第二実施例を示すフローチャートである。 トルクセンサシャフトの一般的な構造例を示す縦断面図である。

図１に示す第一実施例のトルクセンサシャフトの製造方法は、アモルファス溶射前の粗面加工処理とシェブロン状パターン成形をそれぞれレーザ照射にて実施したもので、基材（アルミニウム、銅、炭素鋼およびステンレス鋼等の金属材）の表面に施すアモルファス溶射前の粗面加工処理をレーザ照射にて実施する粗面加工処理工程と、前記レーザ照射による粗面加工処理を終えた基材の表面に磁歪特性を有するアモルファス溶射皮膜で磁歪部を形成するアモルファス溶射工程と、基材表面の磁歪部にスリットを形成する位置以外をマスキングシートで覆うマスキング工程（マスキングシート貼り付け）と、磁歪部にレーザ照射によりスリットを形成するシェブロン状パターン成形工程と、前記シェブロン状パターン成形工程においてシェブロン状パターン成形後に露出したシャフト金属素地部分を被覆するためのメッキを施すメッキ処理工程と、前記メッキ処理後にマスキングシートを除去するマスキング除去工程と、からなっている。

即ち、図１に示す第一実施例のトルクセンサシャフトの製造方法は、アモルファス溶射前の粗面加工処理とシェブロン状パターン成形をそれぞれレーザ照射にて実施するとともに、シェブロン状パターン成形工程（レーザ照射）後に、当該パターン成形工程で生じた金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施し、続いて前記マスキングシートを除去する点を主たる特徴とするものである。ここで、アモルファス溶射前の粗面加工処理にレーザ照射方式を採用するのは、前記した通り基材表面に対するアモルファス溶射皮膜の形成に必要な密着性（アンカー効果）を向上させることが可能であるのみならず、レーザ出力や移動速度等を調節するだけで基材表面に適度な粗面を短時間で形成することができる上、基材表面の仕上がりも良好で精度よく安定した表面性状が得られるという利点を有するためである。また、シェブロン状パターン成形工程では、前記した通りアモルファス溶射皮膜をレーザ照射により基材より除去し、所望の皮膜パターン（模様）を形成することができるので、パターン成形処理時間の短縮等がはかられるとともに、加工精度および品質の安定性に優れた磁歪式トルクセンサ用シャフトを低コストで製造することができるという利点を有するためである。

また、図２に示す第二実施例のトルクセンサシャフトの製造方法は、基材の表面に磁歪特性を有するアモルファス溶射皮膜で磁歪部を形成した後、基材表面の磁歪部にスリットを形成する位置以外をマスキングシートで覆うマスキング工程後に行うシェブロン状パターン成形工程で生じた金属素地露出部をメッキ皮膜にて被覆し、その後に前記マスキングシートを除去する点を主たる特徴とするものである。この方法によれば、シェブロン状パターン成形工程後に当該シャフトの金属素地露出部をメッキ皮膜にて被覆するとともに、前記メッキ処理後にマスキングシートを除去するので、前記金属素地露出部の耐食性が維持され、安定した出力感度を有するトルクセンサシャフトを得ることができる。したがって、この製造方法においても、シェブロン状パターン成形工程では、アモルファス溶射皮膜をレーザ照射により基材より除去し、所望の皮膜パターン（模様）を形成することができるので、パターン成形処理時間の短縮等がはかられ、加工精度および品質の安定性に優れた磁歪式トルクセンサ用シャフトを低コストで製造することができるのみならず、シェブロン状パターン成形工程後に、当該パターン成形工程で生じた金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施して、当該シャフトの金属素地露出部をメッキ皮膜にて被覆するので、前記金属素地露出部であった部分の耐食性が維持され、安定した出力感度を有するトルクセンサシャフトを得ることができる。

なお、本発明は、適用範囲としてアモルファス溶射皮膜に限らず、アモルファス以外の他の磁歪材料にも適用可能であることはいうまでもない。

１１ トルクセンサシャフト
１１Ｖ・１１Ｗ 磁歪部

Claims (2)

1. シャフトの表面にトルク検出用の磁歪部を有する磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法であって、アモルファス溶射前の粗面加工処理とアモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理をそれぞれレーザ照射により行い、シェブロン状パターン成形処理後に表面処理工程にて当該シャフトの金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施すとともに、前記メッキ処理後にマスキング除去工程でマスキングシートを除去することを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法。
2. シャフトの表面にトルク検出用の磁歪部を有する磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法であって、アモルファス溶射後のシェブロン状パターン成形処理をレーザ照射により行い、前記シェブロン状パターン成形処理後に表面処理工程にて当該シャフトの金属素地露出部を被覆するためのメッキ処理を施すとともに、前記メッキ処理後にマスキング除去工程でマスキングシートを除去することを特徴とする磁歪式トルクセンサシャフトの製造方法。