JP3730234B2

JP3730234B2 - Manufacturing method of magnetostrictive torque sensor, and electric power steering apparatus equipped with magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number: JP3730234B2
Application number: JP2003133478A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水; 義人中村; 俊一郎末吉; 瑞穂土肥; 智弘星; 仁原田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-12
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2023-05-12
Also published as: JP2004333449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用の電動パワーステアリングの操舵トルクを検出するのに最適な磁歪式トルクセンサの製造方法および、磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、自動車を運転中、運転者がステアリングホイール（操舵ハンドル）を操作するとき、モータを連動させて操舵力を補助する支援装置である。電動パワーステアリング装置では、運転者のハンドル操舵によりステアリング軸に生じる操舵トルクを検出する操舵トルク検出部からの操舵トルク信号、および車速を検出する車速検出部からの車速信号を利用し、モータ制御部（駆動制御回路）の制御動作に基づいて、補助操舵力を出力する支援用のモータをＰＷＭ駆動し、運転者の操舵力を軽減している。
【０００３】
例えば、操舵トルクをTH、アシスト量AHの係数を一定のkAとすると、AH＝kA×THであるから、負荷であるピニオントルクをTPとすると、TP＝TH＋AHからTH＝TP／（1＋kA）となる。したがって操舵トルクTHは、ピニオントルクTPの1／（1＋kA）、（kA≧0）となり軽減される。このような電動パワーステアリング装置における操舵トルク検出部として、ピニオンの入出力軸間に設けたトーションバーの捻れを利用するトーションバー式の他、磁歪式トルクセンサが知られている。
【０００４】
磁歪式トルクセンサの一例としては、例えば、ステアリングホイールに連結されたステアリング軸の表面に、Ｎｉ−Ｆｅメッキの磁歪膜を上下２箇所で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設け、磁歪膜に操舵トルクが作用したとき、磁気異方性に基づいて発生する逆磁歪特性を、磁歪膜の周囲に配設されたコイルの交流抵抗等を利用して、ステアリング軸にかかるトルクを検出するものがある。
【０００５】
図１１は、磁歪式トルクセンサ１００の模式図である。磁歪式トルクセンサ１００はステアリング軸１０１の周囲に形成された磁歪膜１０２とその磁歪膜１０２の下方に間隔を設けて形成された磁歪膜１０３と、磁歪膜１０２，１０３の近傍に微小の空隙を介して配置された励磁コイル１０４と、磁歪膜１０２に対応して設けられる検出コイル１０６と、磁歪膜１０３に対応して設けられる検出コイル１０７とから構成される。励磁コイル１０４には、励磁電圧供給源１０５が接続される。
【０００６】
図１１で示した磁歪式トルクセンサ１００において、ステアリング軸１０１にトルクが作用したとき、磁歪膜１０２，１０３にもトルクが作用する。このトルクに応じて磁歪膜１０２，１０３に磁歪効果が生じる。そこで、励磁電圧供給源１０５から励磁コイル１０４に高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給し、トルクに応じた磁歪膜１０２，１０３の磁歪効果による磁界の変化を検出コイル１０６，１０７によりインピーダンスまたは誘導電圧の変化として検出する。このインピーダンスまたは誘導電圧の変化に基づいてステアリング軸１０１に加えられたトルクを検出することができる。
【０００７】
図１２は磁歪特性を示す図である。横軸はステアリング軸１０１に加えられた操舵トルク、縦軸は励磁コイル１０４に交流電圧を印加したときに検出コイル１０６，１０７によって検出されるインピーダンスまたは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１１０は、検出コイル１０６によって検出されるインピーダンスまたは誘導電圧の変化を示し、曲線Ｃ１１１は、検出コイル１０７によって検出されるインピーダンスまたは誘導電圧の変化を示している。
【０００８】
検出コイル１０６による検出値は、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスまたは誘導電圧が増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときにインピーダンスまたは誘導電圧がピーク値となり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。また、検出コイル１０７による検出値は、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときにインピーダンスまたは誘導電圧がピーク値をとり、操舵トルクの絶対値が増加すると減少する。
【０００９】
図１２に示すように、検出コイル１０６で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性と検出コイル１０７で得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性はほぼ凸形状を示す。また、検出コイル１０６で得られる操舵トルク−インピーダンス特性（曲線Ｃ１１０）と検出コイル１０７で得られる操舵トルク−インピーダンス特性（曲線Ｃ１１１）は、磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性であることを反映して、それぞれの特性曲線が交わる点を通る縦軸に対してほぼ対称的になる。
【００１０】
直線Ｌ１０は、検出コイル１０６により検出された特性曲線Ｃ１１０から検出コイル１０７により検出された特性曲線Ｃ１１１を引いた値を示すものであり、操舵トルクがゼロのときにその値はゼロとなる。磁歪式トルクセンサ１００はトルク中立点付近のほぼ一定勾配とみなされる領域を使用することで、入力トルクの方向と大きさに対応した検出信号を出力する。また、直線Ｌ１０の特性を利用することで、検出コイル１０６，１０７の値から操舵トルクを検出することができる。
【００１１】
従来の磁歪式トルクセンサでは、図１３に示すように、その磁歪膜１０２，１０３の異方性を与える方法として、ステアリング軸１０１に磁歪膜１０２をメッキ処理し（図１３（ａ）参照）、メッキ処理後に、捩りトルクＴｑ（ステアリング軸１０１の上部を反時計方向へ、下部を時計方向へ加える）を作用させてステアリング軸の円周表面に応力を付与し（図１３（ｂ）参照）、捩りトルクＴｑを作用させたまま恒温槽で加熱処理し（図１３（ｃ）参照）、冷却後に（図１３（ｄ）参照）捩りトルクＴｑを取り除き（図１３（ｅ）参照）、センサ出力の設定を行い、製造していた（特許文献１を参照）。
【００１２】
図１３中、ステアリング軸１０１の図の横に描かれた円形や楕円形は磁歪膜１０２での異方性歪モデルを示し、矢印はそれぞれ応力を示す。図１３（ｂ）では捩りトルクＴｑにより、楕円形の異方性歪モデルとなっている。図１３（ｃ）では、加熱によってクリープが生じ、異方性歪モデルが円に近い楕円形となっている。図１３（ｄ）では、冷却後もクリープが生じた後の異方性歪モデルの形を保っていることを示している。図１３（ｅ）では、捩りトルクＴｑを取り除くことで、磁歪膜１０２に対して捩りトルクＴｑと逆方向に捩りトルクが加わった状態を示している。
【００１３】
ここで、従来の磁歪式トルクセンサでは、磁歪膜１０２を40μmの厚さでメッキ処理し、ステアリング軸１０１に対して捩りトルクＴｑを７０N・m作用させ、捩りトルクＴｑを付与したまま150〜550℃にて10分から20時間加熱処理していた。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−８２０００公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような製造方法によって製造された磁歪式トルクセンサは、例えば、80〜100℃程度の高温になる自動車のエンジンルームに長時間晒されると、磁歪式トルクセンサのトルクゼロ点と感度が変化するという課題があった。図１４は、従来の磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造された磁歪式トルクセンサの高温耐久特性を示す図である。特性曲線Ｃ１２０は使用初期時に検出コイル１０６により検出された値であり、特性曲線Ｃ１２１は使用初期時に検出コイル１０７により検出された値である。特性曲線Ｃ１３０は高温放置後に検出コイル１０６により検出された値であり、特性曲線Ｃ１３１は高温放置後に検出コイル１０７により検出された値である。
【００１６】
高温放置後（例えば、１万回使用した後）の特性曲線Ｃ１３０，Ｃ１３１は、使用初期時の特性曲線Ｃ１２０，Ｃ１２１と比べインピーダンスのピーク値が上方へ、入力トルクのピーク値がトルク中立点方向へ変化している。例えば、使用初期時の特性曲線Ｃ１２０と高温放置後の特性曲線Ｃ１３０を比べると、インピーダンスのピーク値が２６．６Ωから２６．９Ωへ、入力トルクのピーク値が４５．１N・mから４２．８N・mへ変化している。これは、メッキがクリープ（歪みが抜ける）することによって起こる現象であり、温度が下がってもクリープ後の特性を保つため、使用初期時（設定時）の特性には戻らない。
【００１７】
上記変化により、ゼロ点Ｚ２００がゼロ点Ｚ２１０に変化してしまう。ゼロ点が変化してしまうと、例えば、検出コイル１０６，１０７の検出値の加算値が所定範囲内にあるか否かによって、センサの故障判定を行うときに、所定範囲を超えてしまい、故障判定を行うことができなくなる。
【００１８】
また、トルク値は検出コイル１０６により検出される特性曲線と検出コイル１０７により検出される特性曲線との差に基づいて決定されるのであるが、この差の傾きが上記変化に伴い変化するため、トルクセンサの感度も変化してしまう。ここで、トルクセンサの感度は、トルクセンサ製造時にトルクに対する制御量が最適になるように設定するので、設定した感度から変化することによって、操舵に違和感が生じることがある。また、トルクセンサの製作時に中点ズレが生じた場合には、さらにゼロ点および感度の変化が大きくなってしまう。
【００１９】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、自動車のエンジンルームのように高温度の雰囲気に長時間晒されても検出出力の特性が変わることなく、電動パワーステアリングの操舵フィーリングを良好に保つことが可能な磁歪式トルクセンサの製造方法およびこの製造方法で製造された磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法、および磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
【００２１】
第１の磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項１に対応）は、回転軸に磁歪膜を付与する工程と、回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程と、捩りトルクを解放することによって磁歪膜に磁気異方性を設ける工程と、回転軸を再度加熱処理する工程と、磁歪膜周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程とから成ることを特徴とする。捩りトルク解放後に再度加熱処理をするので、使用時には高温度の雰囲気に晒されることによるクリープをすることなく、検出出力の変化がなくなり、安定してトルクを検出する。また、検出出力の変化がないので、検出出力の加算値が所定範囲内にあるか否かによって、センサの故障判定を行う場合、確実な故障判定を行うことが可能となる。
【００２２】
第２の磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項２に対応）は、再度加熱処理工程の温度を磁歪式トルクセンサが実際に使用される状況での使用温度以上としたことを特徴とする。実際に使用される状況であるエンジンルーム内の使用温度（環境温度）以上で、予めクリープさせた後に、センサ出力の設定を行うため、エンジンルーム内のような高温度の雰囲気に長時間晒されても、検出出力の特性が変わらない磁歪式トルクセンサを製造することが可能である。
【００２３】
第１の磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置（請求項３に対応）は、ステアリング系に補助トルクを付加するモータと、ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいてモータを駆動制御する制御手段と、を備えた電動パワーステアリング装置において、操舵トルクセンサを回転軸に磁歪膜を付与し、回転軸に捩りトルクを加えた状態で熱処理を行い、捩りトルクを解放することによって磁歪膜に磁気異方性を設け、その後磁歪式トルクセンサが実際に使用される状況での使用温度以上で再度加熱処理した磁歪式トルクセンサとしたことを特徴とする。高温度の雰囲気に晒されても検出出力の特性がかわらない磁歪式トルクセンサを搭載したので、エンジンルーム内の高温度の雰囲気に長時間晒されても、操舵トルクセンサの感度が変わらず、操舵フィーリングを良好に保つことが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。電動パワーステアリング装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されるステアリング軸１２ａに対して補助用の操舵力（操舵トルク）を与えるように構成されている。ステアリング軸１２ａはステアリング軸１２ｂと自在軸継手１２ｃを介して連結されており、ステアリング軸１２ａの上端はステアリングホイール１１に連結され、ステアリング軸１２ｂの下端にはピニオンギヤ１３が取り付けられている。ピニオンギヤ１３に対して、これに噛み合うラックギヤ１４ａを設けたラック軸１４が配置されている。ピニオンギヤ１３とラックギヤ１４ａによってラック・ピニオン機構１５が形成される。ラック軸１４の両端にはタイロッド１６が設けられ、各タイロッド１６の外側端には前輪１７が取り付けられる。
【００２６】
ステアリング軸１２ｂに対し動力伝達機構１８を介してモータ１９が設けられている。動力伝達機構１８は、ウォームギヤ１８ａとウォームホイール１８ｂによって形成されている。モータ１９は、操舵トルクを補助する回転力（トルク）を出力し、この回転力を、動力伝達機構１８を経由して、ステアリング軸１２ｂ，１２ａに与える。
【００２７】
ステアリング軸１２ｂには操舵トルク検出部（操舵トルクセンサ）２０が設けられている。操舵トルク検出部２０は、運転者がステアリングホイール１１を操作することによって生じる操舵トルクをステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えたとき、ステアリング軸１２ａ，ｂに加わった当該操舵トルクを検出する。２１は車両の車速を検出する車速検出部であり、２２はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置２２は、操舵トルク検出部２０から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部２１から出力される車速信号Ｖを取り入れ、操舵トルクに係る情報を車速に係る情報に基づいて、モータ１９の回転動作を制御する駆動制御信号ＳＧ１を出力する。上記のラック・ピニオン機構１５等は図１中で図示しないギヤボックス２４（図２、図３参照）に収納されている。
【００２８】
電動パワーステアリング装置１０は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出部２０、車速検出部２１、制御装置２２、モータ１９、動力伝達機構１８を付加することによって構成されている。
【００２９】
運転者がステアリングホイール１１を操作して自動車の走行運転中に走行方向の操舵を行うとき、ステアリング軸１２ａ，１２ｂに加えられた操舵トルクに基づく回転力はラック・ピニオン機構１５を介してラック軸１４の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１６を介して前輪１７の走行方向を変化させようとする。このときにおいて、同時に、ステアリング軸１２ｂに付設された操舵トルク検出部２０は、ステアリングホイール１１での運転者による操舵に応じた操舵トルクを検出して電気的な操舵トルク信号Ｔに変換し、この操舵トルク信号Ｔを制御装置２２へ出力する。また、車速検出部２１は、車両の車速を検出して車速信号Ｖに変換し、この車速信号Ｖを制御装置２２へ出力する。
【００３０】
制御装置２２は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１９を駆動するためのモータ電流を発生する。モータ電流によって駆動されるモータ１９は、動力伝達機構１８を介して補助操舵力をステアリング軸１２ｂ，１２ａに作用させる。以上のごとくモータ１９を駆動することにより、ステアリングホイール１１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。
【００３１】
図２は、電動パワーステアリング装置１０の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。ラック軸１４の左端部および右端部の一部は断面で示されている。ラック軸１４は、車幅方向（図２中左右方向）に配置される筒状ハウジング３１の内部に軸方向へスライド可能に収容されている。ハウジング３１から突出したラック軸１４の両端にはボールジョイント３２がネジ結合され、これらのボールジョイント３２に左右のタイロッド１６が連結されている。ハウジング３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット３３を備えると共に、両端部にストッパ３４を備えている。
【００３２】
３５はイグニションスイッチ、３６は車載バッテリ、３７は車両エンジンに付設された交流発電機（ＡＣＧ）である。交流発電機３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置２２に対してバッテリ３６または交流発電機３７から必要な電力が供給される。制御装置２２はモータ１９に付設されている。また３８はラック軸の移動時にストッパ３４に当たるラックエンドであり、３９はギヤボックスの内部を水、泥、埃等から保護するためのダストシール用ブーツである。
【００３３】
図３は図２中のＡ−Ａ線断面図である。図３では、ステアリング軸１２ｂの支持構造、操舵トルク検出部２０、動力伝達機構１８、ラック・ピニオン機構１５の具体的構成が明示される。
【００３４】
ギヤボックス２４を形成するハウジング２４ａにおいてステアリング軸１２ｂは２つの軸受け部４１，４２によって回転自在に支持されている。ハウジング２４ａの内部にはラック・ピニオン機構１５と動力伝達機構１８が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部２０が付設されている。ステアリング軸１２ｂには磁歪膜２０ｕ，２０ｄが形成され、これらに対応してコイル２０ｒ，２０ｓ，２０ｒ’，２０ｓ’がヨーク部２０ｙに囲まれて設けられている。
【００３５】
ハウジング２４ａの上部開口はリッド４３で塞がれ、リッド４３はボルトで固定されている。ステアリング軸１２ｂの下端部に設けられたピニオン１３は軸受け部４１，４２の間に位置している。ラック軸１４は、ラックガイド４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング４６で付勢されピニオン１３側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１８は、モータ１９の出力軸に結合される伝動軸４８に固定されたウォームギヤ１８ａとステアリング軸１２ｂに固定されたウォームホイール１８ｂとによって形成される。操舵トルク検出部２０はリッド４３に取り付けられている。
【００３６】
操舵トルク検出部２０は、図３に示されるように鉄材等の強磁性材からなるステアリング軸（シャフト）１２ｂの周囲２箇所に設けられた磁歪膜２０ｕ，２０ｄと、磁歪膜２０ｕ，２０ｄを励磁する励磁コイル２０ｒ，２０ｒ’と、磁歪膜２０ｕ，２０ｄの磁歪特性の変化を検出する検出コイル２０ｓ，２０ｓ’とから構成されている。
【００３７】
また、励磁コイル２０ｒ，２０ｒ’および検出コイル２０ｓ，２０ｓ’の外周にはヨーク部２０ｙが設けられている。操舵トルク検出部２０は、ステアリング・ギヤボックス２４内に設けられており、ステアリング軸１２ｂに作用する操舵トルクを検出し、その検出値は制御装置２２へ入力されて、モータ１９に適切な補助操舵トルクを発生させるための基準信号として供給される。
【００３８】
ここで用いられる操舵トルク検出部２０は、磁歪式トルクセンサであり、図３に示すように、ステアリング軸１２ｂの表面に例えばＮｉ−Ｆｅメッキで磁気異方性を有する磁歪膜を、上下２箇所（２０ｕおよび２０ｄ）にそれぞれ逆方向の異方性となるように軸方向所定幅で設け、磁歪膜２０ｕ，２０ｄに操舵トルクが作用したときに発生する逆磁歪特性を、磁歪膜２０ｕ，２０ｄの周囲に配設したコイル２０ｓ，２０ｓ’の交流抵抗等を利用して検知するものである。操舵トルク検出部２０は操舵トルクを検出するため、ステアリング軸１２ｂの上記位置に設けられるものであり、この位置はエンジンルーム内であるので、エンジン作動中には高温度の雰囲気となっている。
【００３９】
電動パワーステアリング装置１０の制御装置２２は、操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔ、および車速検出部２１からの車速信号Ｖを利用し、補助操舵力を出力する支援用のモータ１９をＰＷＭ駆動し、運転者の操舵力を軽減している。操舵トルク検出部２０からの操舵トルク信号Ｔが変動すると、操舵トルク信号Ｔに基づいて駆動されるモータ１９も変動し、操舵フィーリングに悪い影響を与える。
【００４０】
従来の磁歪式トルクセンサである操舵トルク検出部２０では、エンジンルーム内のように高温度の雰囲気の中で、ステアリング軸１２ｂにメッキした磁歪膜がクリープを起こし、操舵トルク信号Ｔが変動していた。本発明に係る電動パワーステアリング装置１０では、操舵フィーリングに影響を与える操舵トルク信号Ｔの変動をなくすため、磁歪式トルクセンサである操舵トルク検出部２０を、以下の方法によって製造した。
【００４１】
図４、図５を参照して、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を説明する。図４は、磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。図５は、磁歪式トルクセンサである操舵トルク検出部２０の製造過程を示す図である。ここでは、磁歪膜２０ｕ，２０ｄのうち磁歪膜２０ｕを例に製造方法を説明する。以下、磁歪式トルクセンサの製造方法を図４のフロー図および図５の製造過程に従って説明する。
【００４２】
ステアリング軸１２ｂに磁歪膜２０ｕをメッキ処理する（図４のステップＳ１０１、図５（ａ）参照）。メッキ処理は、磁歪材が所定の膜厚（例えば、３０μｍ）で施される。メッキ処理後に、捩りトルクＴｑ（ステアリング軸１２ｂの上部を反時計方向へ、下部を時計方向へ加える）を作用させてステアリング軸の円周表面に応力を付与する（図４のステップＳ１０２、図５（ｂ）参照）。ここで、捩りトルクＴｑは従来の製造時に作用させる捩りトルクＴｑよりも大きな捩りトルクＴｑを作用させる。例えば、従来の捩りトルクＴｑ７０N・mに対して捩りトルクＴｑ７５N・mを作用させる。この捩りトルクＴｑを作用させたまま、磁歪膜２０ｕの周囲をコイルで囲み、このコイルに対して高周波の電流を流し、磁歪膜２０ｕを加熱処理する（図４のステップＳ１０３、図５（ｃ）参照）。加熱処理後は自然に冷却させる（図５（ｄ）参照）。冷却後（図４のステップＳ１０４）、捩りトルクＴｑを取り除く（図４のステップＳ１０５、図５（ｅ）参照）。ここで、プリロードトルク（ステアリング軸１２ｂに残っている捩りトルク）は−６０N・m程度になっている。捩りトルクＴｑ除去後、再び加熱処理を行う（図４のステップＳ１０６、図５（ｆ）参照）。この再加熱処理では、操舵トルク検出部２０が使用される状況での使用温度以上の温度、例えば１８０℃で１時間から３時間加熱処理を行う。ここで、プリロードトルクは−５５N・m程度になっている。再加熱処理後、磁歪膜２０ｕに対応する位置にコイルを配置する（図４のステップＳ１０７）。
【００４３】
図５中、ステアリング軸１２ｂの図の横に描かれた円形や楕円形は磁歪膜２０ｕでの異方性歪モデルを示し、矢印はそれぞれ応力を示す。図５（ｂ）では捩りトルクＴｑにより、楕円形の異方性歪モデルとなっている。図５（ｃ）では、加熱によってクリープが生じ、異方性歪モデルが円に近い楕円形となっている。図５（ｄ）では、冷却後もクリープが生じた後の異方性歪モデルの形を保っていることを示している。図５（ｅ）では、捩りトルクＴｑを取り除くことで、磁歪膜２０ｕに対して捩りトルクＴｑと逆方向に捩りトルクが加わった状態を示している。図５（ｆ）では、再加熱処理によってクリープが起こったことを示している。なお、加熱処理時にコイルに高周波の電流を流すことで、磁歪膜を加熱したが、従来と同様に恒温槽で加熱処理してもよい。磁歪膜２０ｄの場合には、上記捩りトルクと逆方向に捩りトルクを付与して行う。
【００４４】
図６は捩りトルク付与工程から捩りトルク除去工程までの間での捩りトルクＴｑの印加と温度変化を示した図である。矩形の線はトルクを示し、破線は温度を示す。図７は加熱処理工程でのステアリング軸１２ｂを示す図である。ステアリング軸１２ｂに対して捩りトルクＴｑ７５N・mを付与し、コイルに高周波電流を流すことによって加熱する。加熱処理は図７に示すようにコイル５０を加熱処理する部位である磁歪膜２０ｕに対して配置し、例えばこのコイル５０に対して５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚの高周波の電流を、ｔｕ＝１〜１０［sec］の間流すことによって行う。これにより、ｔｕ秒後には温度３００℃となる。この時点で加熱を停止、つまり電流の供給を停止し、冷却する。所定の温度まで下がったとき（例えば、ｔｅ秒後）に、捩りトルクＴｑを解放する。
【００４５】
図８は本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造した磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性Ｃ３０、Ｃ３１と再加熱処理前の磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性Ｃ２０、Ｃ２１を示す図である。破線Ｃ２０、Ｃ２１は再加熱処理前の磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性を示し、曲線Ｃ３０、Ｃ３１は磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性を示す。破線Ｃ２０、曲線Ｃ３０は磁歪膜２０ｕに対応する値であり、破線Ｃ２１、曲線Ｃ３１は磁歪膜２０ｄに対応する値である。ここで、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造した磁歪式トルクセンサでは、再加熱処理における加熱を１８０℃で３時間行ったものとした。
【００４６】
再加熱処理における加熱温度はエンジンルームの環境温度である８０〜１００℃よりも高い温度で処理をしている。再加熱処理により、予め磁歪膜のクリープが進行する。この結果、磁歪膜２０ｕに対応するインピーダンス特性では、プリロードトルクが５０N・mから４０N・m（図８中の矢印Ａ）に抜ける。また、トルクゼロ点が上昇（図８中の矢印Ｂ）したことによって、トルク中立点付近の傾きがａからｂ（ａ＜ｂ）に変化し、感度が良好になる。このように、センサとして使用する以前に予めクリープさせ、プリロードトルクが抜けた状態において、トルクセンサとしての設定を行う。
【００４７】
次に、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造した磁歪式トルクセンサのトルクゼロ点とトルク中立点付近の傾きについての試験結果について示す。図９、図１０は、再加熱処理における加熱を１８０℃で１時間行ったものの試験結果を示す図である。図９は、トルクゼロ点の試験結果を示す図である。図１０はトルク中立点付近の傾きの試験結果を示す図である。
【００４８】
再加熱処理（アニリング）を１８０℃で１時間行ったものに対して、トルクゼロ点のインピーダンスおよびトルク中立点付近の傾きを調べた。使用される状況での使用温度で使用をしても、当該使用温度以上で予め再加熱処理を行っているため、クリープは生じない。従って、トルクゼロ点およびトルク中立点付近の傾き（センサ感度）ともに変化の少ない良好な特性を示している。このような特性を持つ磁歪式トルクセンサを、電動パワーステアリング装置１０の操舵トルク検出部２０として用いるので、検出出力に変化が生じず、操舵フィーリングの良好な電動パワーステアリング装置を提供できる。また、検出出力に変化が生じないので、検出値の加算値が所定範囲内にあるか否かによって、センサの故障判定を確実に行うことができる。
【００４９】
上述したように本発明の磁歪式トルクセンサの製造方法で製造された磁歪式トルクセンサによれば、ステアリング軸１２ｂに設けた磁歪膜２０ｕ，２０ｄを、使用温度(80〜100℃)より高い温度(例えば180〜200℃)にて予めクリープさせることにより、通常使用時にクリープすることが無いので、高温度に対して変化が無くなり安定化する。また、ステアリング軸１２ｂを使用温度(80〜100℃)より高い温度(例えば150〜200℃)にて加熱処理することにより、磁歪膜２０ｕ，２０ｄを予めクリープさせることができるので、操舵トルク検出部２０の組み立て後にステアリング軸１２ｂを加熱処理すれば良いので、操舵トルク検出部２０の出力を見ながら最適値に設定することができる。ステアリング軸１２ｂと磁歪膜２０ｕ，２０ｄを使用温度(80〜100℃)より高い温度(例えば180〜200℃)にて加熱処理することにより、磁歪膜２０ｕ，２０ｄを予めクリープさせることができるので、操舵トルク検出部２０の組み立て後に装置全体を加熱処理すれば良いので、生産性が向上できる。また、操舵トルク検出部２０の出力を見ながら最適値に設定することができる。操舵トルク検出部２０を電動パワーステアリング装置の操舵トルクを検出させたことにより、ハンドルの右回転と左回転にて操舵トルクの大きさが異ならない良好な操舵フィールを付与する事ができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、次の効果を奏する。
【００５１】
本発明は、回転軸に磁歪膜を付与する工程と、回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程と、捩りトルクを解放することによって磁歪膜に磁気異方性を設ける工程と、回転軸を再度加熱処理する工程と、磁歪膜周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程とから磁歪式トルクセンサを製造するので、使用時には高温度の雰囲気に晒されることによるクリープをすることなく、検出出力の変化がなくなり、安定してトルクを検出する。また、検出出力の変化がないので、検出出力の加算値が所定範囲内にあるか否かによって、センサの故障判定を行う場合、確実な故障判定を行うことができる。さらに、再度加熱処理工程の温度を磁歪式トルクセンサが実際に使用される状況であるエンジンルーム内の使用温度（環境温度）以上で、予めクリープさせた後に、センサ出力の設定を行うため、エンジンルーム内のような高温度の雰囲気に長時間晒されても、検出出力の特性が変わらない磁歪式トルクセンサを製造することができる。また、上記製造方法によって製造された磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置に搭載することにより、操舵フィーリングを良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図２】電動パワーステアリング装置の機械的機構の要部と電気系の具体的構成を示す。
【図３】図２におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図５】操舵トルク検出部の製造過程を示す図である。
【図６】捩りトルク付与工程から捩りトルク除去工程までの間での捩りトルクＴｑの印加と温度変化を示した図である。
【図７】加熱処理工程を示す図である。
【図８】本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造した磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性と再加熱処理前の磁歪式トルクセンサのインピーダンス特性を示す図である。
【図９】トルクゼロ点の試験結果を示す図である。
【図１０】トルク中立点付近の傾きの試験結果を示す図である。
【図１１】磁歪式トルクセンサの模式図である。
【図１２】磁歪特性を示す図である。
【図１３】従来の磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフロー図である。
【図１４】従来の磁歪式トルクセンサの製造方法によって製造された磁歪式トルクセンサの高温耐久特性を示す図である。
【符号の説明】
１０電動パワーステアリング装置
１１ステアリングホイール
１２ａ、１２ｂステアリング軸
１９モータ
２０操舵トルク検出部
２０ｕ磁歪膜
２０ｄ磁歪膜
２０ｒ励磁コイル
２０ｓ検出コイル
２２制御装置
５０コイル
ＳＧ１駆動制御信号
Ｔ操舵トルク信号
Ｔｑ捩りトルク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor that is optimal for detecting the steering torque of an electric power steering for an automobile, and an electric power steering apparatus equipped with the magnetostrictive torque sensor.
[0002]
[Prior art]
The electric power steering device is a support device that assists a steering force by interlocking a motor when a driver operates a steering wheel (steering handle) while driving an automobile. In the electric power steering apparatus, a motor control unit uses a steering torque signal from a steering torque detection unit that detects a steering torque generated in a steering shaft by a steering wheel of a driver, and a vehicle speed signal from a vehicle speed detection unit that detects a vehicle speed. Based on the control operation of the (drive control circuit), the assisting motor that outputs the auxiliary steering force is PWM-driven to reduce the driver's steering force.
[0003]
For example, if the steering torque is TH and the coefficient of the assist amount AH is a constant kA, AH = kA × TH. Therefore, if the pinion torque as a load is TP, TP = TH + AH to TH = TP / (1 + kA) Become. Therefore, the steering torque TH is reduced to 1 / (1 + kA) and (kA ≧ 0) of the pinion torque TP. As a steering torque detection unit in such an electric power steering apparatus, a magnetostrictive torque sensor is known in addition to a torsion bar type that uses a twist of a torsion bar provided between input and output shafts of a pinion.
[0004]
As an example of the magnetostrictive torque sensor, for example, on the surface of a steering shaft connected to a steering wheel, a Ni-Fe plated magnetostrictive film is predetermined in the axial direction so as to have magnetic anisotropies in two opposite directions at the top and bottom. When the steering torque acts on the magnetostrictive film, the reverse magnetostrictive characteristic generated based on the magnetic anisotropy is applied to the steering shaft using the AC resistance of the coil disposed around the magnetostrictive film. Some devices detect such torque.
[0005]
FIG. 11 is a schematic diagram of the magnetostrictive torque sensor 100. The magnetostrictive torque sensor 100 includes a magnetostrictive film 102 formed around the steering shaft 101, a magnetostrictive film 103 formed below the magnetostrictive film 102 with a space therebetween, and a minute gap in the vicinity of the magnetostrictive films 102 and 103. And the detection coil 106 provided corresponding to the magnetostrictive film 102 and the detection coil 107 provided corresponding to the magnetostrictive film 103. An excitation voltage supply source 105 is connected to the excitation coil 104.
[0006]
In the magnetostrictive torque sensor 100 shown in FIG. 11, when torque acts on the steering shaft 101, the torque also acts on the magnetostrictive films 102 and 103. A magnetostrictive effect is generated in the magnetostrictive films 102 and 103 in accordance with this torque. Therefore, a high-frequency AC voltage (excitation voltage) is supplied from the excitation voltage supply source 105 to the excitation coil 104, and a change in the magnetic field due to the magnetostriction effect of the magnetostrictive films 102 and 103 according to the torque is detected or impedanced by the detection coils 106 and 107. Detect as voltage change. The torque applied to the steering shaft 101 can be detected based on the change in impedance or induced voltage.
[0007]
FIG. 12 is a diagram showing magnetostriction characteristics. The horizontal axis represents the steering torque applied to the steering shaft 101, and the vertical axis represents the impedance or induced voltage detected by the detection coils 106 and 107 when an AC voltage is applied to the excitation coil 104. A curve C110 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 106, and a curve C111 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 107.
[0008]
The value detected by the detection coil 106 indicates that the impedance or induced voltage increases as the steering torque changes from negative to positive. When the steering torque reaches a positive value T1, the impedance or induced voltage becomes a peak value, and the steering torque is T1. The above will decrease. In addition, the detected value by the detection coil 107 decreases when the absolute value of the steering torque increases when the impedance or induced voltage has a peak value when the steering torque is a negative value −T1.
[0009]
As shown in FIG. 12, the steering torque-impedance (induced voltage) characteristic obtained by the detection coil 106 and the steering torque-impedance (induced voltage) characteristic obtained by the detection coil 107 are substantially convex. In addition, the steering torque-impedance characteristic (curve C110) obtained by the detection coil 106 and the steering torque-impedance characteristic (curve C111) obtained by the detection coil 107 are magnetic anisotropies in opposite directions at the upper and lower portions of the magnetostrictive film. Reflecting the fact that it is characteristic, it becomes almost symmetrical with respect to the vertical axis passing through the point where the characteristic curves intersect.
[0010]
A straight line L10 indicates a value obtained by subtracting the characteristic curve C111 detected by the detection coil 107 from the characteristic curve C110 detected by the detection coil 106, and the value becomes zero when the steering torque is zero. The magnetostrictive torque sensor 100 outputs a detection signal corresponding to the direction and magnitude of the input torque by using a region regarded as a substantially constant gradient near the torque neutral point. Further, the steering torque can be detected from the values of the detection coils 106 and 107 by using the characteristic of the straight line L10.
[0011]
In the conventional magnetostrictive torque sensor, as shown in FIG. 13, as a method of imparting anisotropy to the magnetostrictive films 102 and 103, the steering shaft 101 is plated with the magnetostrictive film 102 (see FIG. 13A). After the plating process, a torsion torque Tq (applying the upper part of the steering shaft 101 counterclockwise and applying the lower part clockwise) is applied to apply stress to the circumferential surface of the steering shaft (see FIG. 13B). Heating is performed in a thermostatic chamber with the torsion torque Tq applied (see FIG. 13C), and after cooling (see FIG. 13D), the torsion torque Tq is removed (see FIG. 13E), and the sensor output It was set and manufactured (see Patent Document 1).
[0012]
In FIG. 13, a circle or an ellipse drawn beside the diagram of the steering shaft 101 indicates an anisotropic strain model in the magnetostrictive film 102, and arrows indicate stresses, respectively. In FIG. 13B, an elliptical anisotropic strain model is formed by the torsion torque Tq. In FIG. 13C, creep is generated by heating, and the anisotropic strain model has an elliptical shape close to a circle. FIG. 13D shows that the anisotropic strain model after creep is maintained even after cooling. FIG. 13E shows a state in which the torsion torque is applied to the magnetostrictive film 102 in the direction opposite to the torsion torque Tq by removing the torsion torque Tq.
[0013]
Here, in the conventional magnetostrictive torque sensor, the magnetostrictive film 102 is plated to a thickness of 40 μm, and the torsion torque Tq is applied to the steering shaft 101 by 70 N · m, and the torsion torque Tq is applied to 150 to 550. Heat treatment was performed at 10 ° C. for 10 minutes to 20 hours.
[0014]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-82000
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
When the magnetostrictive torque sensor manufactured by the above manufacturing method is exposed to an engine room of an automobile having a high temperature of about 80 to 100 ° C. for a long time, the torque zero point and sensitivity of the magnetostrictive torque sensor change. There was a problem. FIG. 14 is a diagram showing high-temperature durability characteristics of a magnetostrictive torque sensor manufactured by a conventional magnetostrictive torque sensor manufacturing method. The characteristic curve C120 is a value detected by the detection coil 106 at the initial use, and the characteristic curve C121 is a value detected by the detection coil 107 at the initial use. The characteristic curve C130 is a value detected by the detection coil 106 after being left at a high temperature, and the characteristic curve C131 is a value detected by the detection coil 107 after being left at a high temperature.
[0016]
The characteristic curves C130 and C131 after being left at a high temperature (for example, after 10,000 use) have an impedance peak value upward compared to the characteristic curves C120 and C121 at the initial use, and the peak value of the input torque is in the torque neutral point direction. Has changed. For example, when the characteristic curve C120 at the initial use is compared with the characteristic curve C130 after being left at high temperature, the peak value of impedance is changed from 26.6Ω to 26.9Ω, and the peak value of input torque is changed from 45.1N · m to 42.8N.・ Changed to m. This is a phenomenon that occurs when the plating creeps (the strain is removed). Even if the temperature drops, the characteristics after creep are maintained, so the characteristics do not return to the characteristics at the initial use (setting).
[0017]
Due to the above change, the zero point Z200 changes to the zero point Z210. If the zero point changes, for example, when the sensor failure determination is made depending on whether or not the addition value of the detection values of the detection coils 106 and 107 is within the predetermined range, the predetermined range is exceeded. The judgment cannot be performed.
[0018]
Further, the torque value is determined based on the difference between the characteristic curve detected by the detection coil 106 and the characteristic curve detected by the detection coil 107. However, since the gradient of this difference changes with the above change, The sensitivity of the torque sensor will also change. Here, the sensitivity of the torque sensor is set so that the control amount with respect to the torque becomes optimum at the time of manufacturing the torque sensor, and therefore, the steering may become uncomfortable by changing from the set sensitivity. Further, if a midpoint shift occurs during the manufacture of the torque sensor, the zero point and the sensitivity change further increase.
[0019]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and the steering feeling of an electric power steering is not changed even if it is exposed to a high temperature atmosphere for a long time like an engine room of an automobile, without changing the characteristics of the detection output. The present invention provides a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor capable of maintaining a good state and an electric power steering apparatus equipped with a magnetostrictive torque sensor manufactured by this manufacturing method.
[0020]
[Means and Actions for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and an electric power steering apparatus equipped with the magnetostrictive torque sensor are configured as follows.
[0021]
A first magnetostrictive torque sensor manufacturing method (corresponding to claim 1) includes a step of applying a magnetostrictive film to a rotating shaft, a step of performing heat treatment in a state where a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft, and a torsion torque. The step of providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the magnetic field, the step of heat-treating the rotating shaft again, and the step of arranging a multi-turn coil around the magnetostrictive film to detect a change in magnetostrictive characteristics. Features. Since the heat treatment is performed again after releasing the torsional torque, the detection output does not change and the torque is stably detected without being creeped by being exposed to a high temperature atmosphere during use. In addition, since there is no change in the detection output, it is possible to perform a reliable failure determination when the sensor failure determination is performed depending on whether or not the added value of the detection output is within a predetermined range.
[0022]
The second method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor (corresponding to claim 2) is characterized in that the temperature of the heat treatment step is set again to be equal to or higher than the operating temperature in a situation where the magnetostrictive torque sensor is actually used. In order to set the sensor output after creeping at a temperature higher than the operating temperature (environmental temperature) in the engine room that is actually used, it is exposed to a high temperature atmosphere like in the engine room for a long time. However, it is possible to manufacture a magnetostrictive torque sensor whose detection output characteristics do not change.
[0023]
An electric power steering apparatus equipped with a first magnetostrictive torque sensor (corresponding to claim 3) includes a motor for adding auxiliary torque to a steering system, a steering torque sensor for detecting steering torque of the steering system, and at least steering torque. An electric power steering apparatus comprising: a control means for driving and controlling a motor based on a steering torque signal from the sensor; wherein the steering torque sensor is provided with a magnetostrictive film on the rotating shaft and torsional torque is applied to the rotating shaft. The magnetostrictive torque sensor was subjected to heat treatment and released torsional torque to provide magnetic anisotropy, and then heat-treated again at a temperature higher than the operating temperature in the situation where the magnetostrictive torque sensor is actually used. It is characterized by. Since it has a magnetostrictive torque sensor that does not change the characteristics of the detection output even if it is exposed to a high temperature atmosphere, the sensitivity of the steering torque sensor does not change even if it is exposed to a high temperature atmosphere in the engine room for a long time. It is possible to keep the steering feeling good.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0025]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The electric power steering device 10 is configured to give an auxiliary steering force (steering torque) to a steering shaft 12 a connected to the steering wheel 11. The steering shaft 12a is connected to the steering shaft 12b via a universal shaft joint 12c. The upper end of the steering shaft 12a is connected to the steering wheel 11, and the pinion gear 13 is attached to the lower end of the steering shaft 12b. A rack shaft 14 provided with a rack gear 14a meshing with the pinion gear 13 is disposed. A rack and pinion mechanism 15 is formed by the pinion gear 13 and the rack gear 14a. Tie rods 16 are provided at both ends of the rack shaft 14, and front wheels 17 are attached to the outer ends of the tie rods 16.
[0026]
A motor 19 is provided via a power transmission mechanism 18 for the steering shaft 12b. The power transmission mechanism 18 is formed by a worm gear 18a and a worm wheel 18b. The motor 19 outputs a rotational force (torque) that assists the steering torque, and applies this rotational force to the steering shafts 12 b and 12 a via the power transmission mechanism 18.
[0027]
A steering torque detector (steering torque sensor) 20 is provided on the steering shaft 12b. The steering torque detection unit 20 detects the steering torque applied to the steering shafts 12a and 12b when the steering torque generated by the driver operating the steering wheel 11 is applied to the steering shafts 12a and 12b. Reference numeral 21 denotes a vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed of the vehicle, and reference numeral 22 denotes a control device constituted by a computer. The control device 22 takes in the steering torque signal T output from the steering torque detection unit 20 and the vehicle speed signal V output from the vehicle speed detection unit 21, and uses the information related to the steering torque based on the information related to the vehicle speed. A drive control signal SG1 for controlling the rotation operation is output. The rack and pinion mechanism 15 and the like are housed in a gear box 24 (see FIGS. 2 and 3) not shown in FIG.
[0028]
The electric power steering device 10 is configured by adding a steering torque detection unit 20, a vehicle speed detection unit 21, a control device 22, a motor 19, and a power transmission mechanism 18 to a normal steering system configuration.
[0029]
When the driver operates the steering wheel 11 to steer in the traveling direction during the traveling operation of the automobile, the rotational force based on the steering torque applied to the steering shafts 12 a and 12 b is transmitted to the rack shaft via the rack and pinion mechanism 15. 14 is converted into a linear motion in the axial direction, and the traveling direction of the front wheel 17 is changed through the tie rod 16. At this time, at the same time, the steering torque detector 20 attached to the steering shaft 12b detects the steering torque corresponding to the steering by the driver at the steering wheel 11 and converts it into an electrical steering torque signal T. A steering torque signal T is output to the control device 22. In addition, the vehicle speed detection unit 21 detects the vehicle speed of the vehicle, converts it into a vehicle speed signal V, and outputs the vehicle speed signal V to the control device 22.
[0030]
The control device 22 generates a motor current for driving the motor 19 based on the steering torque signal T and the vehicle speed signal V. The motor 19 driven by the motor current causes an auxiliary steering force to act on the steering shafts 12 b and 12 a via the power transmission mechanism 18. By driving the motor 19 as described above, the steering force applied by the driver to the steering wheel 11 is reduced.
[0031]
FIG. 2 shows a specific configuration of the main part of the mechanical mechanism of the electric power steering apparatus 10 and the electric system. A part of the left end portion and the right end portion of the rack shaft 14 is shown in cross section. The rack shaft 14 is housed in a cylindrical housing 31 arranged in the vehicle width direction (left-right direction in FIG. 2) so as to be slidable in the axial direction. Ball joints 32 are screwed to both ends of the rack shaft 14 protruding from the housing 31, and left and right tie rods 16 are connected to these ball joints 32. The housing 31 includes a bracket 33 for attaching to a vehicle body (not shown), and includes stoppers 34 at both ends.
[0032]
Reference numeral 35 denotes an ignition switch, 36 denotes an in-vehicle battery, and 37 denotes an AC generator (ACG) attached to the vehicle engine. The AC generator 37 starts power generation by the operation of the vehicle engine. Necessary electric power is supplied from the battery 36 or the AC generator 37 to the control device 22. The control device 22 is attached to the motor 19. Reference numeral 38 denotes a rack end that contacts the stopper 34 when the rack shaft is moved. Reference numeral 39 denotes a dust seal boot for protecting the inside of the gear box from water, mud, dust, and the like.
[0033]
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 3, the specific structure of the support structure of the steering shaft 12b, the steering torque detector 20, the power transmission mechanism 18, and the rack and pinion mechanism 15 is clearly shown.
[0034]
In the housing 24 a forming the gear box 24, the steering shaft 12 b is rotatably supported by two bearing portions 41 and 42. A rack and pinion mechanism 15 and a power transmission mechanism 18 are housed inside the housing 24a, and a steering torque detector 20 is additionally provided at the top. Magnetostrictive films 20u and 20d are formed on the steering shaft 12b, and coils 20r, 20s, 20r ′, and 20s ′ are provided so as to be surrounded by the yoke portion 20y.
[0035]
The upper opening of the housing 24a is closed with a lid 43, and the lid 43 is fixed with bolts. The pinion 13 provided at the lower end portion of the steering shaft 12b is located between the bearing portions 41 and 42. The rack shaft 14 is guided by a rack guide 45 and is urged by a compressed spring 46 and pressed against the pinion 13 side. The power transmission mechanism 18 is formed by a worm gear 18a fixed to a transmission shaft 48 coupled to an output shaft of the motor 19 and a worm wheel 18b fixed to a steering shaft 12b. The steering torque detector 20 is attached to the lid 43.
[0036]
As shown in FIG. 3, the steering torque detector 20 excites the magnetostrictive films 20u and 20d and the magnetostrictive films 20u and 20d provided at two places around the steering shaft (shaft) 12b made of a ferromagnetic material such as iron. Excitation coils 20r, 20r 'and detection coils 20s, 20s' for detecting changes in magnetostriction characteristics of the magnetostrictive films 20u, 20d.
[0037]
A yoke portion 20y is provided on the outer periphery of the excitation coils 20r and 20r ′ and the detection coils 20s and 20s ′. The steering torque detection unit 20 is provided in the steering gear box 24, detects the steering torque acting on the steering shaft 12b, and the detected value is input to the control device 22 to appropriately assist the motor 19 with auxiliary steering. It is supplied as a reference signal for generating torque.
[0038]
The steering torque detection unit 20 used here is a magnetostrictive torque sensor, and as shown in FIG. 3, magnetostrictive films having magnetic anisotropy, for example, Ni—Fe plating are provided on the surface of the steering shaft 12 b at two locations on the upper and lower sides. (20u and 20d) are provided with a predetermined axial width so as to have anisotropy in the reverse direction, respectively, and the reverse magnetostrictive characteristics generated when steering torque acts on the magnetostrictive films 20u and 20d are expressed by the magnetostrictive films 20u and 20d. The detection is performed by using the AC resistance of the coils 20s and 20s ′ arranged around the periphery. The steering torque detector 20 is provided at the above position of the steering shaft 12b in order to detect the steering torque. Since this position is in the engine room, the atmosphere is at a high temperature during engine operation.
[0039]
The control device 22 of the electric power steering device 10 uses the steering torque signal T from the steering torque detection unit 20 and the vehicle speed signal V from the vehicle speed detection unit 21 to PWM the assisting motor 19 that outputs auxiliary steering force. Driven to reduce the steering force of the driver. When the steering torque signal T from the steering torque detector 20 varies, the motor 19 driven based on the steering torque signal T also varies, which adversely affects the steering feeling.
[0040]
In the steering torque detector 20 which is a conventional magnetostrictive torque sensor, the magnetostrictive film plated on the steering shaft 12b creeps in a high temperature atmosphere as in the engine room, and the steering torque signal T fluctuates. It was. In the electric power steering apparatus 10 according to the present invention, in order to eliminate the fluctuation of the steering torque signal T that affects the steering feeling, the steering torque detector 20 that is a magnetostrictive torque sensor is manufactured by the following method.
[0041]
A method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor. FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the steering torque detector 20 which is a magnetostrictive torque sensor. Here, the manufacturing method will be described taking the magnetostrictive film 20u as an example of the magnetostrictive films 20u and 20d. Hereinafter, a method of manufacturing the magnetostrictive torque sensor will be described with reference to the flowchart of FIG. 4 and the manufacturing process of FIG.
[0042]
The steering shaft 12b is plated with the magnetostrictive film 20u (see step S101 in FIG. 4, FIG. 5A). In the plating process, the magnetostrictive material is applied with a predetermined film thickness (for example, 30 μm). After the plating process, a torsion torque Tq (applying the upper part of the steering shaft 12b in the counterclockwise direction and the lower part in the clockwise direction) is applied to apply stress to the circumferential surface of the steering shaft (step S102 in FIG. 4, FIG. 5). (See (b)). Here, the torsion torque Tq applies a torsion torque Tq that is larger than the torsion torque Tq that is applied during the conventional manufacturing. For example, the torsion torque Tq75N · m is applied to the conventional torsion torque Tq70N · m. The magnetostrictive film 20u is surrounded by a coil while the torsion torque Tq is applied, a high-frequency current is passed through the coil, and the magnetostrictive film 20u is heated (step S103 in FIG. 4, FIG. 5C). reference). After the heat treatment, it is naturally cooled (see FIG. 5D). After cooling (step S104 in FIG. 4), the torsion torque Tq is removed (see step S105 in FIG. 4 and FIG. 5E). Here, the preload torque (torsion torque remaining on the steering shaft 12b) is about −60 N · m. After removing the twisting torque Tq, the heating process is performed again (see step S106 in FIG. 4 and FIG. 5F). In this reheating process, the heating process is performed at a temperature equal to or higher than the operating temperature in the situation where the steering torque detector 20 is used, for example, 180 ° C. for 1 to 3 hours. Here, the preload torque is about −55 N · m. After the reheating process, a coil is disposed at a position corresponding to the magnetostrictive film 20u (step S107 in FIG. 4).
[0043]
In FIG. 5, a circle or an ellipse drawn next to the steering shaft 12 b indicates an anisotropic strain model in the magnetostrictive film 20 u, and arrows indicate stresses. FIG. 5B shows an elliptical anisotropic strain model based on the torsion torque Tq. In FIG.5 (c), creep arises by heating and the anisotropic strain model is an ellipse near a circle. FIG. 5D shows that the anisotropic strain model after creep is maintained even after cooling. FIG. 5 (e) shows a state in which the torsion torque is applied in the direction opposite to the torsion torque Tq to the magnetostrictive film 20u by removing the torsion torque Tq. FIG. 5F shows that creep has occurred due to the reheating treatment. In addition, although the magnetostrictive film was heated by supplying a high frequency current to the coil during the heat treatment, the heat treatment may be performed in a constant temperature bath as in the conventional case. In the case of the magnetostrictive film 20d, the torsion torque is applied in the direction opposite to the torsion torque.
[0044]
FIG. 6 is a diagram showing the application of the torsion torque Tq and the temperature change during the period from the torsion torque application process to the torsion torque removal process. A rectangular line indicates torque, and a broken line indicates temperature. FIG. 7 is a view showing the steering shaft 12b in the heat treatment process. A torsion torque Tq75N · m is applied to the steering shaft 12b, and heating is performed by passing a high-frequency current through the coil. As shown in FIG. 7, the heat treatment is performed with respect to the magnetostrictive film 20 u which is a part for heat-treating the coil 50. For example, a high-frequency current of 500 KHz to 2 MHz is applied to the coil 50 with tu = 1 to 10 [sec. ] For a while. As a result, the temperature reaches 300 ° C. after tu seconds. At this time, the heating is stopped, that is, the supply of current is stopped and the cooling is performed. When the temperature drops to a predetermined temperature (for example, after te seconds), the torsion torque Tq is released.
[0045]
FIG. 8 is a diagram showing impedance characteristics C30 and C31 of the magnetostrictive torque sensor manufactured by the method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and impedance characteristics C20 and C21 of the magnetostrictive torque sensor before the reheating process. Dashed lines C20 and C21 indicate impedance characteristics of the magnetostrictive torque sensor before the reheating process, and curves C30 and C31 indicate impedance characteristics of the magnetostrictive torque sensor. A broken line C20 and a curve C30 are values corresponding to the magnetostrictive film 20u, and a broken line C21 and a curve C31 are values corresponding to the magnetostrictive film 20d. Here, in the magnetostrictive torque sensor manufactured by the method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention, heating in the reheating treatment was performed at 180 ° C. for 3 hours.
[0046]
The heating temperature in the reheating treatment is higher than 80 to 100 ° C. which is the environmental temperature of the engine room. By the reheating treatment, creep of the magnetostrictive film proceeds in advance. As a result, in the impedance characteristic corresponding to the magnetostrictive film 20u, the preload torque falls from 50 N · m to 40 N · m (arrow A in FIG. 8). Further, when the torque zero point increases (arrow B in FIG. 8), the inclination near the torque neutral point changes from a to b (a <b), and the sensitivity is improved. In this way, setting as a torque sensor is performed in a state in which creeping is performed in advance before use as a sensor and the preload torque is lost.
[0047]
Next, the test results of the inclination near the torque zero point and the torque neutral point of the magnetostrictive torque sensor manufactured by the magnetostrictive torque sensor manufacturing method according to the present invention will be described. FIG. 9 and FIG. 10 are diagrams showing test results of heating in the reheating treatment performed at 180 ° C. for 1 hour. FIG. 9 is a diagram showing a test result at a torque zero point. FIG. 10 is a diagram showing a test result of the inclination near the torque neutral point.
[0048]
The impedance at the torque zero point and the inclination near the torque neutral point were examined for the reheat treatment (aniring) performed at 180 ° C. for 1 hour. Even if it is used at the use temperature in the situation where it is used, creep does not occur because reheating treatment is performed in advance at the use temperature or higher. Therefore, both the slope near the torque zero point and the torque neutral point (sensor sensitivity) show good characteristics with little change. Since the magnetostrictive torque sensor having such characteristics is used as the steering torque detection unit 20 of the electric power steering apparatus 10, a detection output does not change, and an electric power steering apparatus with good steering feeling can be provided. In addition, since no change occurs in the detection output, it is possible to reliably determine the failure of the sensor depending on whether or not the addition value of the detection values is within a predetermined range.
[0049]
As described above, according to the magnetostrictive torque sensor manufactured by the method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor of the present invention, the magnetostrictive films 20u and 20d provided on the steering shaft 12b are heated at a temperature higher than the operating temperature (80 to 100 ° C.). By preliminarily creeping at (for example, 180 to 200 ° C.), there is no creep during normal use, so there is no change with respect to high temperatures and stabilization. Further, since the magnetostrictive films 20u and 20d can be preliminarily creeped by heating the steering shaft 12b at a temperature (for example, 150 to 200 ° C.) higher than the operating temperature (80 to 100 ° C.), a steering torque detector Since the steering shaft 12b may be heated after assembling 20, the optimum value can be set while observing the output of the steering torque detector 20. Since the steering shaft 12b and the magnetostrictive films 20u and 20d are heated at a temperature (for example, 180 to 200 ° C) higher than the operating temperature (80 to 100 ° C), the magnetostrictive films 20u and 20d can be preliminarily creeped. Product productivity can be improved because the entire apparatus has only to be heated after the steering torque detector 20 is assembled. Further, the optimum value can be set while looking at the output of the steering torque detector 20. By causing the steering torque detection unit 20 to detect the steering torque of the electric power steering device, it is possible to provide a good steering feel in which the magnitude of the steering torque does not differ between the right rotation and the left rotation of the steering wheel.
[0050]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
[0051]
The present invention includes a step of applying a magnetostrictive film to a rotating shaft, a step of performing a heat treatment in a state where a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft, and a step of providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the torsion torque. Since the magnetostrictive torque sensor is manufactured from the step of reheating the rotating shaft and the step of arranging the multi-turn coil for detecting the change in the magnetostriction characteristics around the magnetostrictive film, the magnetostrictive torque sensor is exposed to a high-temperature atmosphere during use. Thus, the detection output does not change without creeping, and the torque is detected stably. In addition, since there is no change in the detection output, a reliable failure determination can be performed when the sensor failure determination is performed depending on whether or not the added value of the detection output is within a predetermined range. Furthermore, the engine temperature is set again after the temperature of the heat treatment process is creeped in advance at or above the operating temperature (environmental temperature) in the engine room where the magnetostrictive torque sensor is actually used. A magnetostrictive torque sensor that does not change the characteristics of the detection output even when exposed to a high temperature atmosphere such as in a room for a long time can be manufactured. Further, by mounting the magnetostrictive torque sensor manufactured by the above manufacturing method on the electric power steering device, the steering feeling can be kept good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a specific configuration of an essential part of a mechanical mechanism of an electric power steering apparatus and an electric system.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of a steering torque detector.
FIG. 6 is a diagram showing application of torsion torque Tq and temperature change during a period from the torsion torque applying process to the torsion torque removing process.
FIG. 7 is a diagram showing a heat treatment process.
FIG. 8 is a diagram showing impedance characteristics of a magnetostrictive torque sensor manufactured by the method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and impedance characteristics of the magnetostrictive torque sensor before reheating.
FIG. 9 is a diagram showing a test result at a torque zero point.
FIG. 10 is a diagram showing a test result of an inclination near a torque neutral point.
FIG. 11 is a schematic diagram of a magnetostrictive torque sensor.
FIG. 12 is a diagram showing magnetostriction characteristics.
FIG. 13 is a flowchart showing a method of manufacturing a conventional magnetostrictive torque sensor.
FIG. 14 is a diagram showing a high temperature durability characteristic of a magnetostrictive torque sensor manufactured by a conventional method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor.
[Explanation of symbols]
10 Electric power steering device
11 Steering wheel
12a, 12b Steering shaft
19 Motor
20 Steering torque detector
20u magnetostrictive film
20d magnetostrictive film
20r excitation coil
20s detection coil
22 Control device
50 coils
SG1 Drive control signal
T Steering torque signal
Tq Torsion torque

Claims

回転軸に磁歪膜を付与する工程と、
前記回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行う工程と、
前記捩りトルクを解放することによって前記磁歪膜に磁気異方性を設ける工程と、
前記回転軸を再度加熱処理する工程と、
前記磁歪膜周囲に磁歪特性の変化を検出する多重巻きコイルを配置する工程と、から成ることを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。Applying a magnetostrictive film to the rotating shaft;
Performing a heat treatment in a state where a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft;
Providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the torsional torque;
Heat-treating the rotating shaft again;
A method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor, comprising the step of arranging a multi-turn coil for detecting a change in magnetostriction characteristics around the magnetostrictive film.

前記再度加熱処理工程の温度を磁歪式トルクセンサが実際に使用される状況での使用温度以上としたことを特徴とする請求項１記載の磁歪式トルクセンサの製造方法。2. The method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein the temperature of the heat treatment step is set to be equal to or higher than a use temperature in a situation where the magnetostrictive torque sensor is actually used.

ステアリング系に補助トルクを付加するモータと、前記ステアリング系の操舵トルクを検出する操舵トルクセンサと、少なくとも前記操舵トルクセンサからの操舵トルク信号に基づいて前記モータを駆動制御する制御手段と、を備えた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を、回転軸に磁歪膜を付与し、前記回転軸に捩りトルクを加えた状態で熱処理を行い、前記捩りトルクを解放することによって前記磁歪膜に磁気異方性を設け、その後磁歪式トルクセンサが実際に使用される状況での使用温度以上で再度加熱処理した磁歪式トルクセンサとしたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。A motor that adds auxiliary torque to the steering system, a steering torque sensor that detects steering torque of the steering system, and a control unit that controls driving of the motor based on at least a steering torque signal from the steering torque sensor. In the electric power steering device
The steering torque sensor is provided with a magnetostrictive film on a rotating shaft, heat-treated in a state where a torsional torque is applied to the rotating shaft, and provided with magnetic anisotropy on the magnetostrictive film by releasing the torsional torque, An electric power steering apparatus, wherein the magnetostrictive torque sensor is heat-treated again at a temperature equal to or higher than a temperature at which the magnetostrictive torque sensor is actually used.