JP4659115B2

JP4659115B2 - Manufacturing method of magnetostrictive torque sensor

Info

Publication number: JP4659115B2
Application number: JP2009272322A
Authority: JP
Inventors: 康夫清水; 義人中村; 俊一郎末吉; 信彦吉本; 幸司小林; 祐一福田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2010048820A

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサの製造方法に関し、特に、自動車用の電動パワーステアリング装置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に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor, and more particularly to a method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor that is optimal for detecting steering torque of an electric power steering apparatus for an automobile.

図１７は、従来の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１００は、ハンドル（ステアリングホイール）１０１からの操舵トルクを検出する操舵トルク検出装置（トルクセンサ）１０２と、運転者の操舵に対して動力補助するモータ１０３と、このモータ１０３の回転トルクを倍力する減速装置（動力伝達機構）１０４と、少なくとも操舵トルク検出装置１０２の信号を基本にして、例えば車速センサ１０５などに基づいてモータを駆動制御する制御装置１０６、およびハンドル１０１の回転により前輪１０７の向きを変えるラック・ピニオン機構１０８などによって構成されている。 FIG. 17 is an overall configuration diagram of a conventional electric power steering apparatus. The electric power steering device 100 includes a steering torque detection device (torque sensor) 102 that detects a steering torque from a handle (steering wheel) 101, a motor 103 that assists the driver in steering, and rotation of the motor 103. A reduction device (power transmission mechanism) 104 that boosts torque, a control device 106 that controls driving of a motor based on, for example, a vehicle speed sensor 105 based on at least a signal from a steering torque detection device 102, and rotation of a handle 101 The rack and pinion mechanism 108 changes the direction of the front wheel 107.

電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール（ハンドル）１０１に連結されるステアリング軸１０９ａ等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１０９ａはステアリング軸１０９ｂと自在軸継手１０９ｃを介して連結されており、ステアリング軸１０９ａの上端はステアリングホイール１０１に連結され、ステアリング軸１０９ｂの下端にはピニオンギヤ１１０が取り付けられている。ピニオンギヤ１１０に対して、これに噛み合うラックギヤ１１１ａを設けたラック軸１１１が配置されている。ピニオンギヤ１１０とラックギヤ１１１ａによってラック・ピニオン機構１０８が形成される。ラック軸１１１の両端にはタイロッド１１２が設けられ、各タイロッド１１２の外側端には前輪１０７が取り付けられる。上記ステアリング軸１０９ｂに対し動力伝達機構１０４を介してモータ１０３が設けられている。動力伝達機構１０４は、ウォームギヤ１０４ａとウォームホイール１０４ｂによって形成されている。モータ１０３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１０４を経由して、ステアリング軸１０９ｂ，１０９ａに与える。またステアリング軸１０９ｂには操舵トルク検出装置（トルクセンサ）１０２が設けられている。操舵トルク検出装置１０２は、運転者がステアリングホイール１０１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１０９ａ，１０９ｂに加えたとき、ステアリング軸１０９ａ，ｂに加わる当該操舵トルクを検出する。１０５は車両の車速を検出する車速検出部であり、１０６はコンピュータで構成される制御装置である。制御装置１０６は、操舵トルク検出装置１０２から出力される操舵トルク信号Ｔと車速検出部１０５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１０３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１０８等は図１６中で図示しないギヤボックス１１３に収納されている。 The electric power steering apparatus 100 is configured to give an auxiliary steering force (steering torque) to a steering shaft 109a or the like connected to a steering wheel (handle) 101. The steering shaft 109a is connected to the steering shaft 109b via a universal shaft joint 109c, the upper end of the steering shaft 109a is connected to the steering wheel 101, and the pinion gear 110 is attached to the lower end of the steering shaft 109b. A rack shaft 111 provided with a rack gear 111a meshing with the pinion gear 110 is disposed. A rack and pinion mechanism 108 is formed by the pinion gear 110 and the rack gear 111a. Tie rods 112 are provided at both ends of the rack shaft 111, and front wheels 107 are attached to the outer ends of the tie rods 112. A motor 103 is provided via a power transmission mechanism 104 for the steering shaft 109b. The power transmission mechanism 104 is formed by a worm gear 104a and a worm wheel 104b. The motor 103 outputs a rotational force (torque) that assists the steering torque, and applies this rotational force to the steering shafts 109 b and 109 a via the power transmission mechanism 104. Further, a steering torque detection device (torque sensor) 102 is provided on the steering shaft 109b. The steering torque detection device 102 detects the steering torque applied to the steering shafts 109a and 109b when the steering torque generated when the driver operates the steering wheel 101 is applied to the steering shafts 109a and 109b. Reference numeral 105 denotes a vehicle speed detection unit that detects the vehicle speed of the vehicle, and reference numeral 106 denotes a control device constituted by a computer. The control device 106 takes in the steering torque signal T output from the steering torque detection device 102 and the vehicle speed signal V output from the vehicle speed detection unit 105, and based on the information related to the vehicle speed, information related to the steering torque is obtained from the motor 103. A drive control signal SG1 for controlling the rotation operation is output. The rack and pinion mechanism 108 and the like are housed in a gear box 113 (not shown in FIG. 16).

上記において電動パワーステアリング装置１００は、通常のステアリング系の装置構成に対し、操舵トルク検出装置１０２、車速検出部１０５、制御装置１０６、モータ１０３、動力伝達機構１０４を付加することによって構成されている。 In the above, the electric power steering device 100 is configured by adding a steering torque detection device 102, a vehicle speed detection unit 105, a control device 106, a motor 103, and a power transmission mechanism 104 to a normal steering system configuration. .

上記構成において、運転者が操作した時の操舵トルクを操舵トルク検出装置１０２により検出し、制御装置１０６を介してこのトルクセンサ信号を基に車速信号等に応じてモータ１０３を駆動制御する。このときのモータ発生トルクを倍力装置（動力伝達機構）１０４により、トルク倍力してラック・ピニオン機構１０８のピニオン軸に作用させて運転者の操舵トルク負担を軽減している。 In the above configuration, the steering torque when the driver operates is detected by the steering torque detection device 102, and the motor 103 is driven and controlled based on the torque sensor signal via the control device 106 in accordance with the vehicle speed signal. The motor generated torque at this time is boosted by a booster (power transmission mechanism) 104 and applied to the pinion shaft of the rack and pinion mechanism 108 to reduce the steering torque burden on the driver.

すなわち、運転者がステアリングホイール１０１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１０９ａ，１０９ｂ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１０８を介してラック軸１１１の軸方向の直線運動に変換され、さらにタイロッド１１２を介して前輪１０７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１０９ｂに付設された操舵トルク検出装置１０２は、ステアリングホイール１０１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１０６へ出力する。また、車速検出部１０５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１０６へ出力する。制御装置１０６は、操舵トルク信号Ｔ、車速信号Ｖに基づいてモータ１０３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１０３は、動力伝達機構１０４を介して補助操舵力をステアリング軸１０９ｂ，１０９ａに作用させる。以上のごとくモータ１０３を駆動することにより、ステアリングホイール１０１に加えられる運転者による操舵力が軽減される。 That is, when the driver operates the steering wheel 101 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 109 a and 109 b is transmitted via the rack and pinion mechanism 108. It is converted into a linear motion in the axial direction of the rack shaft 111, and further, the traveling direction of the front wheel 107 is changed via the tie rod 112. At the same time, the steering torque detector 102 attached to the steering shaft 109b detects the steering torque corresponding to the steering by the driver at the steering wheel 101 and converts it into an electrical steering torque signal T. A steering torque signal T is output to the control device 106. Further, the vehicle speed detection unit 105 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 106. The control device 106 generates a motor current for driving the motor 103 based on the steering torque signal T and the vehicle speed signal V. The motor 103 driven by the motor current causes an auxiliary steering force to act on the steering shafts 109b and 109a via the power transmission mechanism 104. By driving the motor 103 as described above, the steering force applied by the driver to the steering wheel 101 is reduced.

例えば、操舵トルクをＴＨ、アシスト量ＡＨの係数を、例えば一定の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、 For example, assuming that the steering torque is TH and the coefficient of the assist amount AH is constant kA, for example, AH = kA × TH, so that the pinion torque as a load is TP,

［数１］
ＴＰ＝ＴＨ＋ＡＨ
＝ＴＨ＋ｋＡ×ＴＨ（１） [Equation 1]
TP = TH + AH
= TH + kA x TH (1)

という関係が成り立つから、操舵トルクＴＨは（２）式のように表される。 Therefore, the steering torque TH is expressed as shown in Equation (2).

［数２］
ＴＨ＝ＴＰ／（１＋ｋＡ）（２） [Equation 2]
TH = TP / (1 + kA) (2)

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は０より大、またはｋＡ＝０）となり軽減される。 Therefore, the steering torque TH is reduced to 1 / (1 + kA) and (kA is greater than 0 or kA = 0) of the pinion torque TP.

図１８は、電動パワーステアリング装置１００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１１１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１１１は、車幅方向（図１８中左右方向）に配置される筒状ハウジング１３１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１３１から突出したラック軸１１１の両端にはボールジョイント１３２がネジ結合され、これらのボールジョイント１３２に左右のタイロッド１１２が連結されている。ハウジング１３１は、図示しない車体に取り付けるためのブラケット１３３を備えると共に、両端部にストッパ１３４を備えている。 FIG. 18 shows a specific configuration of the main part of the mechanical mechanism of the electric power steering apparatus 100 and the electric system. A part of the left end portion and the right end portion of the rack shaft 111 is shown in cross section. The rack shaft 111 is housed in a cylindrical housing 131 arranged in the vehicle width direction (left and right direction in FIG. 18) so as to be slidable in the axial direction. Ball joints 132 are screwed to both ends of the rack shaft 111 protruding from the housing 131, and left and right tie rods 112 are connected to the ball joints 132. The housing 131 includes a bracket 133 for attaching to a vehicle body (not shown) and stoppers 134 at both ends.

図１８において、１３５はイグニションスイッチ、１３６は車載バッテリ、１３７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１３７は車両エンジンの動作で発電を開始する。制御装置１０６に対してバッテリ１３６または交流発電機１３７から必要な電力が供給される。制御装置１０６はモータ１０３に付設されている。また１３８はラック軸の移動時にストッパ１３４に当たるラックエンドであり、１３９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。 In FIG. 18, 135 is an ignition switch, 136 is an in-vehicle battery, and 137 is an AC generator (ACG) attached to the vehicle engine. The AC generator 137 starts power generation by the operation of the vehicle engine. Necessary electric power is supplied from the battery 136 or the AC generator 137 to the control device 106. The control device 106 is attached to the motor 103. Reference numeral 138 denotes a rack end that contacts the stopper 134 when the rack shaft moves, and reference numeral 139 denotes a dust seal boot for protecting the inside of the gear box from water, mud, dust, and the like.

図１９は図１８中のＡ−Ａ線断面図である。図１９では、ステアリング軸１０９ｂの支持構造、操舵トルク検出装置１０２、動力伝達機構１０４、ラック・ピニオン機構１０８の具体的構成が明示される。 19 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 19, the specific structure of the support structure of the steering shaft 109b, the steering torque detection device 102, the power transmission mechanism 104, and the rack and pinion mechanism 108 is clearly shown.

図１９において、上記ギヤボックス１１３を形成するハウジング１１３ａにおいてステアリング軸１０９ｂは４つの軸受け部１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄによって回転自在に支持されている。ハウジング１１３ａの内部にはラック・ピニオン機構１０８と動力伝達機構１０４が収納され、さらに上部には操舵トルク検出部（トルクセンサ）１０２が付設されている。また、操舵トルク検出装置１０２では、ステアリング軸（回転軸）１０９ｂに磁歪膜１０２ｂ，１０２ｃが形成され、それらの周りにはコイル１０２ｄ，１０２ｆ，１０２ｅ，１０２ｆと、それらを囲むヨーク部１０２ｇによってステアリング軸１０９ｂを取り囲んでいる。ハウジング１１３ａの上部開口はリッド１４３で塞がれ、リッド１４３はボルトで固定されている。ステアリング軸１０９ｂの下端部に設けられたピニオン１１０は軸受け部１４１ａ，１４１ｂの間に位置している。ラック軸１１１は、ラックガイド１４５で案内され、かつ圧縮されたスプリング１４６で付勢されピニオン１１０側へ押さえ付けられている。動力伝達機構１０４は、モータ１０３の出力軸に結合される伝動軸１４８に固定されたウォームギヤ１０４ａとステアリング軸１０９ｂに固定されたウォームホイール１０４ｂとによって形成される。操舵トルク検出装置１０２はリッド１４３に取り付けられている。 In FIG. 19, in the housing 113a forming the gear box 113, the steering shaft 109b is rotatably supported by four bearing portions 141a, 141b, 141c, and 141d. A rack and pinion mechanism 108 and a power transmission mechanism 104 are housed inside the housing 113a, and a steering torque detector (torque sensor) 102 is attached to the upper part. Further, in the steering torque detection device 102, magnetostrictive films 102b and 102c are formed on a steering shaft (rotating shaft) 109b, around which a steering shaft is provided by coils 102d, 102f, 102e and 102f, and a yoke portion 102g surrounding them. 109b is surrounded. The upper opening of the housing 113a is closed with a lid 143, and the lid 143 is fixed with a bolt. The pinion 110 provided at the lower end portion of the steering shaft 109b is located between the bearing portions 141a and 141b. The rack shaft 111 is guided by a rack guide 145 and is urged by a compressed spring 146 and pressed against the pinion 110 side. The power transmission mechanism 104 is formed by a worm gear 104a fixed to a transmission shaft 148 coupled to an output shaft of the motor 103 and a worm wheel 104b fixed to a steering shaft 109b. The steering torque detection device 102 is attached to the lid 143.

上記したようにトルクセンサ１０２は、ステアリング・ギヤボックス１１３内に設けられており、ステアリング軸１０９ｂに作用する操舵トルクを検出し、その検出値は制御装置１０６へ入力されて、モータ１０３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。 As described above, the torque sensor 102 is provided in the steering gear box 113, detects the steering torque acting on the steering shaft 109b, and the detected value is input to the control device 106, and is appropriate for the motor 103. It is supplied as a reference signal for generating an auxiliary steering torque.

このような電動パワーステアリング装置１００の操舵トルクセンサ１０２としては、ステアリング軸に負荷される操舵トルクを、トーションバーを使って捩れ角を増大させて、その捩れ角を検出したり、この捩れ角を軸方向変位に変換してこの変位を検出する形式と異なって、直接的に検出する方式として、磁歪式トルクセンサが知られている。 As the steering torque sensor 102 of the electric power steering apparatus 100, the steering torque applied to the steering shaft is detected by increasing the torsion angle using a torsion bar and detecting the torsion angle. A magnetostrictive torque sensor is known as a method of directly detecting the displacement, which is different from a method of detecting the displacement by converting it into an axial displacement.

この磁歪式トルクセンサは、図１８で示したように、ハンドル１０１に連結されるステアリング軸１０９ｂが軸受け１４１ｃと１４１ｄを介してギヤボックス１１３に回転自在に支持されており、これらの軸受け１４１ｃと１４１ｄの間のステアリング軸表面部に例えばニッケル鉄メッキのような磁歪膜が所定の厚さで２ヶ所（１０２ｂと１０２ｃ）施され、しかもそれぞれ逆方向の磁気異方性が与えられ、例えば後で説明する図２０に示すような逆磁歪特性が付与されている。 In this magnetostrictive torque sensor, as shown in FIG. 18, a steering shaft 109b connected to the handle 101 is rotatably supported by a gear box 113 via bearings 141c and 141d, and these bearings 141c and 141d are supported. Two magnetostrictive films (102b and 102c), such as nickel iron plating, are applied to the surface of the steering shaft between the two with a predetermined thickness, and magnetic anisotropies in opposite directions are given respectively. The reverse magnetostriction characteristic as shown in FIG. 20 is given.

図２０は、上記のような磁歪式トルクセンサ１０２における励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。ステアリング軸１０９ｂの表面に形成された磁歪膜１０２ｂとその磁歪膜１０２ｂに間隔を設けて形成された磁歪膜１０２ｃとが設けられており、それらの磁歪膜の近傍に微小の空隙を介して配置された励磁コイル１０２ｆと、その励磁コイル１０２ｆには、励磁電圧供給源１０２ｈが接続されている。また、磁歪膜１０２ｂの近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０２ｄが設けられ、磁歪膜１０２ｃの近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０２ｅが設けられている。 FIG. 20 is a schematic diagram of an arrangement relationship among the excitation coil, the detection coil, and the magnetostrictive film in the magnetostrictive torque sensor 102 as described above. A magnetostrictive film 102b formed on the surface of the steering shaft 109b and a magnetostrictive film 102c formed with an interval between the magnetostrictive films 102b are provided, and are arranged in the vicinity of these magnetostrictive films via a minute gap. An exciting voltage supply source 102h is connected to the exciting coil 102f and the exciting coil 102f. Further, a detection coil 102d is provided in the vicinity of the magnetostrictive film 102b through a minute gap, and a detection coil 102e is provided in the vicinity of the magnetostrictive film 102c.

図２０で示した磁歪式トルクセンサ１０２において、ステアリング軸１０９ｂにトルクが作用したときに、磁歪膜１０２ｂ，１０２ｃにもトルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜１０２ｂ，１０２ｃに逆磁歪効果が生じる。そのため、励磁電圧供給源１０２ｈから励磁コイル１０２ｆに高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給したときに、トルクに基づく磁歪膜１０２ｂ，１０２ｃの逆磁歪効果による磁界の変化を検出コイル１０２ｄ，１０２ｅによりインピーダンスあるいは誘導電圧の変化として検出することができる。このインピーダンスあるいは誘導電圧の変化からステアリング軸１０９ｂに加えられたトルクを検出することができることになる。 In the magnetostrictive torque sensor 102 shown in FIG. 20, when torque acts on the steering shaft 109b, torque also acts on the magnetostrictive films 102b and 102c, and the magnetostrictive films 102b and 102c have an inverse magnetostrictive effect according to this torque. Arise. Therefore, when a high-frequency AC voltage (excitation voltage) is supplied from the excitation voltage supply source 102h to the excitation coil 102f, the change in the magnetic field due to the inverse magnetostriction effect of the magnetostrictive films 102b and 102c based on the torque is detected by the detection coils 102d and 102e. Alternatively, it can be detected as a change in induced voltage. The torque applied to the steering shaft 109b can be detected from this change in impedance or induced voltage.

このような逆磁歪特性の一例を図２１に示す。図２１において、横軸は操舵入力トルク、縦軸は励磁コイルに交流電圧を印加した時の検出コイルによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１００は、検出コイル１０２ｄによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示し、曲線Ｃ１０１は、検出コイル１０２ｅによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示している。検出コイル１０２ｄによる検出では、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１をとり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。また、検出コイル１０２ｅによる検出では、操舵トルクが正から負になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１をとり、さらに操舵トルクを負の方向に増加すると減少する。図２１に示すように、検出コイル１０２ｄ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１０２ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は略凸形状を示し、検出コイル１０２ｄ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１０２ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は、先に述べた磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性を反映して縦軸に対してほぼ対称的になる。また、直線Ｌ１００は、検出コイル１０２ｄにより検出された特性曲線Ｃ１００から検出コイル１０２ｅにより検出された特性曲線Ｃ１０１を引いた値を示すものであり、理想的には操舵トルクがゼロのときにその値はゼロとなり、操舵トルクの範囲Ｒにおいては、操舵トルクの変化にほぼ直線的に変化することを示す。磁歪式トルクセンサはこのような特性曲線Ｃ１００，Ｃ１０１の中でも、特に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している。また、直線Ｌ１００の特性を利用することで、検出コイル１０２ｄ，１０２ｅの値から操舵トルクを検出することができる。 An example of such inverse magnetostriction characteristics is shown in FIG. In FIG. 21, the horizontal axis represents the steering input torque, and the vertical axis represents the impedance or induced voltage detected by the detection coil when an AC voltage is applied to the excitation coil. A curve C100 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 102d, and a curve C101 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 102e. In the detection by the detection coil 102d, the impedance or induced voltage increases as the steering torque changes from negative to positive. When the steering torque becomes a positive value T1, the impedance or induced voltage takes the peak value P1, and the steering torque is T1. The above will decrease. In the detection by the detection coil 102e, the impedance or the induced voltage increases as the steering torque changes from positive to negative. When the steering torque is a negative value −T1, the impedance or induced voltage takes the peak value P1, and further the steering torque. Decreases when increases in the negative direction. As shown in FIG. 21, the steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the detection coil 102d and the steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the detection coil 102e are substantially convex and obtained by the detection coil 102d. Steering torque-impedance (inductive voltage) characteristics and steering torque-impedance (inductive voltage) characteristics obtained by the detection coil 102e reflect the magnetic anisotropy in opposite directions at the two upper and lower portions of the magnetostrictive film described above. Thus, it becomes almost symmetrical with respect to the vertical axis. A straight line L100 indicates a value obtained by subtracting the characteristic curve C101 detected by the detection coil 102e from the characteristic curve C100 detected by the detection coil 102d. Ideally, the value is obtained when the steering torque is zero. Becomes zero, indicating that in the steering torque range R, the change in the steering torque changes almost linearly. The magnetostrictive torque sensor outputs a detection signal corresponding to the direction and magnitude of the input torque by using a region regarded as a substantially constant gradient in the vicinity of the torque neutral point among the characteristic curves C100 and C101. ing. Further, by using the characteristics of the straight line L100, the steering torque can be detected from the values of the detection coils 102d and 102e.

磁気異方性を与える方法として、例えば特許文献１のように、ステアリング軸（回転軸）１０９ｂに磁歪膜を４０μｍの厚さでメッキ処理した後に捩りトルクを２ｋｇｍ作用させて応力を付与して、１５０〜５５０℃にて１０分から２０時間熱処理しているものが提案されている。 As a method for giving magnetic anisotropy, for example, as in Patent Document 1, a magnetostrictive film is plated on the steering shaft (rotating shaft) 109b with a thickness of 40 μm, and then a torsion torque is applied by 2 kgm to give a stress. What has been heat-treated at 150 to 550 ° C. for 10 minutes to 20 hours has been proposed.

特開平２００２−８２０００公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-82000

しかしながら、上記従来の磁歪式トルクセンサ１０２は、操舵トルクの検出値が不安定であると共にヒステリシスが大きいばかりか、熱処理に時間がかかり、生産性にも課題があった。図２２は、このような実際の逆磁歪特性の一例を示したグラフである。図２２において、横軸は操舵入力トルク、縦軸は励磁コイルに交流電圧を印加した時の検出コイルによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１０２は、検出コイル１０２ｄにより検出された実際の特性曲線（図２１の曲線Ｃ１００に対応）から検出コイル１０２ｅにより検出された実際の特性曲線（図２１の曲線Ｃ１０１に対応）を引いた値（Ａ−Ｂ）を示すものである。これは、図２１における直線Ｌ１００に対応するものである。図２２で示すように、実際には曲線Ｃ１０２は、操舵トルクがゼロのときに（Ａ−Ｂ）値はゼロとならず、ヒステリシスが生じていることが分かる。それゆえ、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採用した場合は、操舵フィーリングを低下させるという課題があり実用化することができなかった。 However, the conventional magnetostrictive torque sensor 102 not only has an unstable steering torque detection value and a large hysteresis, but also takes time for heat treatment and has a problem in productivity. FIG. 22 is a graph showing an example of such actual inverse magnetostriction characteristics. In FIG. 22, the horizontal axis represents the steering input torque, and the vertical axis represents the impedance or induced voltage detected by the detection coil when an AC voltage is applied to the excitation coil. A curve C102 is obtained by subtracting an actual characteristic curve (corresponding to the curve C101 in FIG. 21) detected by the detection coil 102e from an actual characteristic curve (corresponding to the curve C100 in FIG. 21) detected by the detection coil 102d (corresponding to the curve C101 in FIG. 21). A-B). This corresponds to the straight line L100 in FIG. As shown in FIG. 22, in actuality, it can be seen that the curve C102 does not have a value of (A−B) when the steering torque is zero, and hysteresis is generated. Therefore, when such a magnetostrictive torque sensor is employed in an electric power steering apparatus, there is a problem that the steering feeling is lowered and it cannot be put into practical use.

また、逆磁歪特性は、図２３に示すように、熱処理前のメッキで形成された磁歪膜の特性の影響を受けるという課題があった。図２３は、磁歪膜の熱処理前の逆磁歪特性と磁歪膜の熱処理後の逆磁歪特性の測定結果を示す。図２３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ磁歪膜１０２ｂ，１０２ｃの熱処理前の特性であり、実線で描かれた曲線は時計回りのトルクの印加であり、点線で描かれた曲線は、反時計回りのトルクの印加である。このとき、磁歪膜１０２ｂの方が、磁歪膜１０２ｃに比べてヒステリシスが大きいことが分かる。また、図２３（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、３００℃１時間で熱処理した場合の磁歪膜１０２ｂと磁歪膜１０２ｃの逆磁歪特性であり、実線で描かれた曲線は時計回りのトルクの印加であり、点線で描かれた曲線は、反時計回りのトルクの印加である。このとき、磁歪膜１０２ｂの方が、磁歪膜１０２ｃに比べてヒステリシスが大きいことが分かる。 Further, as shown in FIG. 23, there is a problem that the inverse magnetostrictive characteristic is affected by the characteristic of the magnetostrictive film formed by plating before the heat treatment. FIG. 23 shows the measurement results of the inverse magnetostriction characteristic before the heat treatment of the magnetostrictive film and the inverse magnetostriction characteristic after the heat treatment of the magnetostrictive film. 23 (a) and 23 (b) show the characteristics of the magnetostrictive films 102b and 102c before the heat treatment, respectively, the curve drawn with a solid line is a clockwise torque application, and the curve drawn with a dotted line is Application of clockwise torque. At this time, it can be seen that the magnetostrictive film 102b has a larger hysteresis than the magnetostrictive film 102c. FIGS. 23C and 23D show the inverse magnetostrictive characteristics of the magnetostrictive film 102b and the magnetostrictive film 102c when heat-treated at 300.degree. C. for 1 hour, respectively, and the solid line represents the clockwise torque. The curve drawn with a dotted line is the application of counterclockwise torque. At this time, it can be seen that the magnetostrictive film 102b has a larger hysteresis than the magnetostrictive film 102c.

このように、例えば、磁歪膜１０２ｂの場合の熱処理前のヒステリシスが大きいと熱処理後も大きく、逆に磁歪膜１０２ｃのように熱処理前のヒステリシスが比較的に小さいと熱処理後も小さくなることが分かった。このように、熱処理後の逆磁歪特性は、熱処理前の逆磁歪特性の影響を受けてしまうので、熱処理前のメッキ特性の影響を受けないで常にヒステリシスの小さい製造方法が望まれていた。 Thus, for example, in the case of the magnetostrictive film 102b, it is found that if the hysteresis before the heat treatment is large, it is large after the heat treatment, and conversely, if the hysteresis before the heat treatment is relatively small like the magnetostrictive film 102c, it is small after the heat treatment. It was. As described above, the inverse magnetostriction characteristics after the heat treatment are affected by the inverse magnetostriction characteristics before the heat treatment. Therefore, there has been a demand for a manufacturing method having always small hysteresis without being influenced by the plating characteristics before the heat treatment.

本発明の目的は、上記問題を解決するため、ヒステリシスが小さく、電動パワーステアリング装置の操舵フィーリングを向上することができる磁歪式トルクセンサの製造方法を提供することにある。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor that has small hysteresis and can improve the steering feeling of an electric power steering apparatus.

本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention is configured as follows.

磁歪式トルクセンサの製造方法（請求項１に対応）は、シャフト部に磁歪膜を設ける磁歪膜付与工程と、次にシャフト部に所定の捩りトルクを加え磁歪膜に歪みを発生させた後、高周波加熱により１秒から１０秒までの範囲で磁歪膜のみを加熱することによって、磁歪膜の歪みを加熱前よりも抜けた状態にする加熱工程と、次にシャフト部に所定の捩りトルクを加えた状態で磁歪膜を冷却する冷却工程と、次に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トルク解放工程と、によって、シャフト部に磁気異方性を有する磁歪膜を設け、この磁歪膜が、磁気異方性単独の磁気異方性を有することで特徴づけられる。 Method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor (corresponding to claim 1) includes a magnetostrictive film applying step of providing the magnetostrictive film on the shaft portion, then after generating a distortion to the magnetostrictive film by adding a predetermined twisting torque to the shaft portion A heating process in which only the magnetostrictive film is heated in a range of 1 to 10 seconds by high-frequency heating, thereby removing the distortion of the magnetostrictive film from before the heating, and then a predetermined torsion torque is applied to the shaft portion. A magnetostrictive film having magnetic anisotropy on the shaft portion is formed by a cooling process for cooling the magnetostrictive film in the added state, and a torque release process for providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing torsional torque. provided, the magnetostrictive film, characterized in Rukoto to have a magnetic anisotropy of the magnetic anisotropy alone.

磁歪式トルクセンサの製造方法によれば、シャフト部に磁歪膜を設ける磁歪膜付与工程と、次にシャフト部に所定の捩りトルクを加え磁歪膜に歪みを発生させた後、高周波加熱により１秒から１０秒までの範囲で磁歪膜のみを加熱することによって、磁歪膜の歪みを加熱前よりも抜けた状態にする加熱工程と、次にシャフト部に所定の捩りトルクを加えた状態で磁歪膜を冷却する冷却工程と、次に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トルク解放工程と、によって、シャフト部に磁気異方性を有する磁歪膜を設け、この磁歪膜が、磁気異方性単独の磁気異方性を有するため、シャフト部に設けた磁歪膜に、捩りトルクを付与して電磁誘導加熱（高周波加熱）により１秒から１０秒までの範囲で磁歪膜のみを加熱することにより、シャフト部の磁歪膜に大きな残留引っ張り歪みと捩り歪みとを同時に付与することができ、これにより検出値のヒステリシスを小さくすることができ、しかも高周波加熱後は、この処理前のメッキ特性の影響を受けないので逆磁歪特性が安定している。 According to the manufacturing method of the magnetostrictive torque sensor, a magnetostrictive film applying step of providing the magnetostrictive film on the shaft portion, then after generating a distortion to the magnetostrictive film by adding a predetermined twisting torque to the shaft portion, the high-frequency heating 1 A heating process in which only the magnetostrictive film is heated in a range from 1 second to 10 seconds to remove the distortion of the magnetostrictive film from before the heating, and then the magnetostriction is applied in a state where a predetermined torsion torque is applied to the shaft portion. a cooling step of cooling the film, then the torque releasing step of providing a magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the twisting torque, by providing the magnetostrictive film with magnetic anisotropy in a shaft portion, the magnetostrictive film However, since it has magnetic anisotropy of magnetic anisotropy alone, a magnetostrictive film is applied in the range of 1 second to 10 seconds by applying torsion torque to the magnetostrictive film provided on the shaft portion and electromagnetic induction heating (high frequency heating). heating the only Thus, a large residual tensile strain and torsional strain can be simultaneously applied to the magnetostrictive film of the shaft portion, thereby reducing the hysteresis of the detected value, and after high frequency heating, the plating characteristics before this treatment Therefore, the inverse magnetostriction characteristics are stable.

本発明に係る磁歪式トルクセンサとこ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を示す図である。1 is a diagram showing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and an electric power steering apparatus equipped with the magnetostrictive torque sensor. FIG. 本発明に係る磁歪式トルクセンサにおける励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。It is a schematic diagram of the arrangement | positioning relationship between the exciting coil, the detection coil, and the magnetostrictive film in the magnetostrictive torque sensor which concerns on this invention. 本発明に係る磁歪式トルクセンサにおける逆磁歪特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reverse magnetostriction characteristic in the magnetostriction type torque sensor which concerns on this invention. 本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the magnetostrictive torque sensor which concerns on this invention. 磁歪膜を熱処理するときの方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the method when heat-treating a magnetostrictive film. 加熱時間とトルクの印加の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time change of heating time and application of torque. 磁歪膜の熱処理を行った後のトルクセンサの特性曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic curve of the torque sensor after performing the heat processing of a magnetostriction film. 磁歪膜の高周波加熱を行う前と後の逆磁歪特性を示すグラフである。It is a graph which shows the reverse magnetostriction characteristic before and after performing high frequency heating of a magnetostriction film. 高周波加熱の時の、加熱される部分について説明する図である。It is a figure explaining the part heated at the time of high frequency heating. 熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film | membrane in heat processing. 従来の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the conventional heat processing. 従来の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the conventional heat processing. 従来の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the conventional heat processing. 本発明の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the heat processing of this invention. 本発明の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the heat processing of this invention. 本発明の熱処理での磁歪膜の状態のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the state of the magnetostriction film in the heat processing of this invention. 電動パワーステアリング装置の全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of an electric power steering device. 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である。It is a figure which shows the specific structure of the principal part of the mechanical mechanism of an electric power steering apparatus, and an electric system. 図１８中のＡ−Ａ線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 磁歪式トルクセンサにおける励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。It is a schematic diagram of the arrangement | positioning relationship between the exciting coil in a magnetostrictive torque sensor, a detection coil, and a magnetostrictive film. 逆磁歪特性の理想的な一例を示すグラフである。It is a graph which shows an ideal example of a reverse magnetostriction characteristic. 逆磁歪特性の実際の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an actual example of a reverse magnetostriction characteristic. 熱処理前後の逆磁歪特性の実際の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an actual example of the reverse magnetostriction characteristic before and behind heat processing.

以下、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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法で製造した磁歪式トルクセンサとこ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１０を示す図である。図１は、図１９で示した電動パワーステアリング装置１００に対応するものであり、磁歪膜の熱処理方法以外は、構成は同様であるので対応する構成要素には同じ符号を付し、磁歪式トルクセンサ以外の説明は省略する。 FIG. 1 is a diagram showing a magnetostrictive torque sensor manufactured by a method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention and an electric power steering apparatus 10 equipped with the magnetostrictive torque sensor. FIG. 1 corresponds to the electric power steering apparatus 100 shown in FIG. 19, and the configuration is the same except for the heat treatment method of the magnetostrictive film. Descriptions other than the sensor are omitted.

磁歪式トルクセンサ１１は、ハンドル１０１に連結されるステアリング軸（回転軸）１０９ｂが軸受け１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄを介してハウジング１１３ａに回転自在に支持されている。そして、軸受け１４１ｃと１４１ｄの間のステアリング軸（回転軸）１０９ｂの表面部に例えばニッケル鉄メッキのような正の磁歪定数を示す磁歪材が所定の膜厚（例えば３０ミクロン以下）で、２ヶ所（１２と１３）施され、しかもそれぞれ逆方向の磁気異方性が、回転軸１０９ｂに所定のトルクを印加し高周波加熱により加熱し室温に戻し、トルクを取り去ることにより付与している。これにより、後述する機構によって、磁歪膜に捩りトルクが印加されていない場合においても、常に引っ張り応力がかかっており、引っ張りのひずみが加わっているため、逆磁歪特性でのヒステリシスが小さくなっている。 In the magnetostrictive torque sensor 11, a steering shaft (rotating shaft) 109b coupled to the handle 101 is rotatably supported by the housing 113a via bearings 141a, 141b, 141c, and 141d. A magnetostrictive material exhibiting a positive magnetostriction constant such as nickel iron plating on the surface portion of the steering shaft (rotating shaft) 109b between the bearings 141c and 141d has a predetermined film thickness (for example, 30 microns or less) at two locations. (12 and 13) The magnetic anisotropy in the opposite direction is applied by applying a predetermined torque to the rotating shaft 109b, heating it by high frequency heating to return to room temperature, and removing the torque. As a result, even when no torsional torque is applied to the magnetostrictive film by a mechanism described later, tensile stress is always applied, and tensile strain is applied, so hysteresis in inverse magnetostrictive characteristics is reduced. .

図２は、上記のようなトルクセンサ１１における励磁コイルと検出コイルと磁歪膜との配置関係の模式図である。ステアリング軸１０９ｂの表面に形成されたトルクを印加しながら高周波加熱を行った磁歪膜１２とその磁歪膜１２に間隔を設けて形成されたやはりトルクを印加しながら高周波加熱を行った磁歪膜１３とが設けられており、それらの磁歪膜の近傍に微小の空隙を介して配置された励磁コイル１０２ｆと、その励磁コイル１０２ｆには、励磁電圧供給源１０２ｈが接続されている。また、磁歪膜１２の近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０２ｄが設けられ、磁歪膜１３の近傍には微小の空隙を介して検出コイル１０２ｅが設けられている。 FIG. 2 is a schematic diagram of an arrangement relationship among the excitation coil, the detection coil, and the magnetostrictive film in the torque sensor 11 as described above. A magnetostrictive film 12 that has been subjected to high-frequency heating while applying torque formed on the surface of the steering shaft 109b, and a magnetostrictive film 13 that has been formed by providing a gap to the magnetostrictive film 12 and that has also been subjected to high-frequency heating while applying torque. An excitation coil 102f disposed in the vicinity of the magnetostrictive film via a minute gap, and an excitation voltage supply source 102h is connected to the excitation coil 102f. A detection coil 102d is provided in the vicinity of the magnetostrictive film 12 via a minute gap, and a detection coil 102e is provided in the vicinity of the magnetostrictive film 13 via a minute gap.

図２で示した磁歪式トルクセンサ１１において、ステアリング軸１０９ｂにトルクが作用したときに、磁歪膜１２，１３にもトルクが作用し、このトルクに応じて磁歪膜１２，１３に逆磁歪効果が生じる。そのため、励磁電圧供給源１０２ｈから励磁コイル１０２ｆに高周波の交流電圧（励磁電圧）を供給したときに、トルクに基づく磁歪膜１２，１３の逆磁歪効果による磁界の変化を検出コイル１０２ｄ，１０２ｅによりインピーダンスあるいは誘導電圧の変化として検出することができる。このとき、捩りトルク以外にも常に引っ張り応力が磁歪膜に印加された状態となっているため、ヒステリシスが小さい特性が得られ、このインピーダンスあるいは誘導電圧の変化からステアリング軸１０９ｂに加えられたトルクを検出することができることになる。 In the magnetostrictive torque sensor 11 shown in FIG. 2, when torque acts on the steering shaft 109b, torque also acts on the magnetostrictive films 12 and 13, and the magnetostrictive films 12 and 13 have an inverse magnetostrictive effect according to this torque. Arise. Therefore, when a high-frequency AC voltage (excitation voltage) is supplied from the excitation voltage supply source 102h to the excitation coil 102f, the change in the magnetic field due to the inverse magnetostriction effect of the magnetostrictive films 12 and 13 based on the torque is detected by the detection coils 102d and 102e. Alternatively, it can be detected as a change in induced voltage. At this time, since a tensile stress is always applied to the magnetostrictive film in addition to the torsional torque, a characteristic with low hysteresis is obtained, and the torque applied to the steering shaft 109b from the change of this impedance or induced voltage is obtained. It will be possible to detect.

このような本発明に係る磁歪式トルクセンサにおける逆磁歪特性を図３に示す。図３において、横軸は操舵入力トルク、縦軸は励磁コイルに交流電圧を印加した時の検出コイルによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧を示している。曲線Ｃ１０は、検出コイル１０２ｄによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示し、曲線Ｃ１１は、検出コイル１０２ｅによって検出されるインピーダンスあるいは誘導電圧の変化を示している。検出コイル１０２ｄによる検出では、操舵トルクが負から正になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが正の値Ｔ１となったときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１０をとり、操舵トルクがＴ１以上では減少する。また、逆にそのトルクを大きくした状態から、トルクを減少させていき、トルクがゼロになったときも引っ張り応力が加わっているため、磁歪膜の磁化状態は安定しており、トルクに対する磁気特性の変化も安定している。そのため、ヒステリシスは小さくなる。また、検出コイル１０２ｅによる検出では、操舵トルクが正から負になるにつれてインピーダンスあるいは誘導電圧は増加し、操舵トルクが負の値−Ｔ１のときインピーダンスあるいは誘導電圧はピーク値Ｐ１０をとり、さらに操舵トルクを負の方向に増加すると減少する。また、トルクが負の方向で増加した状態から、減少させるとき、磁歪膜内の磁区の方向は変化するが、そのとき、トルクがゼロになっても引っ張り応力がかかっているために、磁歪膜の磁化状態は安定しており、トルクに対する磁気特性の変化も安定しているため、ヒステリシスは少なくなる。図３に示すように、検出コイル１０２ｄ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１０２ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性はヒステリシスの小さな、略凸形状を示し、検出コイル１０２ｄ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１０２ｅで得られる操舵トルク−インピーダンス（誘導電圧）特性は、先に述べた磁歪膜の上下２箇所でそれぞれ逆方向となる磁気異方性を反映して縦軸に対してほぼ対称的になる。また、直線Ｌ１０は、検出コイル１０２ｄにより検出された特性曲線Ｃ１０から検出コイル１０２ｅにより検出された特性曲線Ｃ１１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り、操舵トルクの範囲Ｒにおいては、操舵トルクの変化にほぼ直線的に変化することを示す。そして、ヒステリシスは小さい特性となっている。磁歪式トルクセンサはこのような特性曲線Ｃ１０，Ｃ１１の中でも、特に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ことができる。また、直線Ｌ１０の特性を利用することで、検出コイル１０２ｄ，１０２ｅの値から操舵トルクを検出することができる。そして、このようなヒステリシスの小さい逆磁歪特性を有する磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置を備えた車両のステアリング系で発生するトルクを検出するセンサとして搭載することにより、ハンドル戻りの良好な操舵フィールを付与することができる。 FIG. 3 shows the inverse magnetostriction characteristics of the magnetostrictive torque sensor according to the present invention. In FIG. 3, the horizontal axis represents the steering input torque, and the vertical axis represents the impedance or induced voltage detected by the detection coil when an AC voltage is applied to the excitation coil. A curve C10 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 102d, and a curve C11 shows a change in impedance or induced voltage detected by the detection coil 102e. In the detection by the detection coil 102d, the impedance or induced voltage increases as the steering torque changes from negative to positive. When the steering torque becomes a positive value T1, the impedance or induced voltage takes the peak value P10, and the steering torque is T1. The above will decrease. Conversely, when the torque is increased, the torque is decreased, and when the torque reaches zero, tensile stress is applied, so the magnetization state of the magnetostrictive film is stable, and the magnetic characteristics against torque The change of is also stable. Therefore, the hysteresis becomes small. Further, in the detection by the detection coil 102e, the impedance or induced voltage increases as the steering torque changes from positive to negative. When the steering torque is a negative value −T1, the impedance or induced voltage takes the peak value P10, and further the steering torque. Decreases when increases in the negative direction. In addition, when the torque is increased from the negative direction and then decreased, the direction of the magnetic domain in the magnetostrictive film changes. At that time, the tensile stress is applied even if the torque becomes zero. Since the magnetization state is stable and the change in the magnetic characteristics with respect to the torque is also stable, the hysteresis is reduced. As shown in FIG. 3, the steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the detection coil 102d and the steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the detection coil 102e show a substantially convex shape with small hysteresis. The steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the coil 102d and the steering torque-impedance (inductive voltage) characteristic obtained by the detection coil 102e are magnetic differences in opposite directions at the two upper and lower portions of the magnetostrictive film described above. Reflecting the direction, it becomes almost symmetrical with respect to the vertical axis. A straight line L10 indicates a value obtained by subtracting the characteristic curve C11 detected by the detection coil 102e from the characteristic curve C10 detected by the detection coil 102d. The value becomes zero when the steering torque is zero. In the range R of the steering torque, it shows that the steering torque changes almost linearly. And the hysteresis has a small characteristic. The magnetostrictive torque sensor outputs a detection signal corresponding to the direction and magnitude of the input torque by using a region regarded as a substantially constant gradient in the vicinity of the torque neutral point among the characteristic curves C10 and C11. be able to. Further, by using the characteristic of the straight line L10, the steering torque can be detected from the values of the detection coils 102d and 102e. And, by mounting such a magnetostrictive torque sensor having a reverse magnetostriction characteristic with small hysteresis as a sensor for detecting torque generated in a steering system of a vehicle equipped with an electric power steering device, a steering feel with good steering wheel return is achieved. Can be granted.

次に、本発明の磁歪式トルクセンサの製造方法について述べる。磁歪式トルクセンサは、回転軸に磁歪膜を形成した後、回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で熱処理を行い、磁歪膜に所定方向の磁気異方性を設ける。このときの熱処理は高周波加熱によって所定時間加熱する。また、好ましくは磁歪膜は主成分が鉄ニッケルからなり、所定の捩りトルクは５０Ｎｍ以上かつ１００Ｎｍ以下である。 Next, a method for manufacturing the magnetostrictive torque sensor of the present invention will be described. In a magnetostrictive torque sensor, after a magnetostrictive film is formed on a rotating shaft, heat treatment is performed in a state where a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft, and magnetic anisotropy in a predetermined direction is provided on the magnetostrictive film. The heat treatment at this time is performed for a predetermined time by high-frequency heating. Preferably, the magnetostrictive film is mainly composed of iron nickel, and the predetermined torsional torque is 50 Nm or more and 100 Nm or less.

図４は、本発明に係る磁歪式トルクセンサの製造方法を示すフローチャートである。この磁歪式トルクセンサの製造方法は、磁歪膜堆積工程（ステップＳＴ１０）と、トルク印加高周波加熱工程（ステップＳＴ１１）と、トルク解放工程（ステップＳＴ１２）と、コイル配置工程（ステップＳＴ１３）と、からなる。 FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor according to the present invention. The magnetostrictive torque sensor manufacturing method includes a magnetostrictive film deposition step (step ST10), a torque application high-frequency heating step (step ST11), a torque release step (step ST12), and a coil placement step (step ST13). Become.

磁歪膜堆積工程（ステップＳＴ１０）は、回転軸に磁歪膜を設ける工程であり、回転軸１２ｂに磁歪膜をめっき法で形成する。トルク印加高周波加熱工程（ステップＳＴ１１）は、回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で高周波加熱によって所定時間加熱する工程であり、めっき法で磁歪膜を形成した回転軸に所定の捩りトルクを加えた状態で、磁歪膜の周囲をコイルで囲み、このコイルに高周波の電流を流し、磁歪膜を加熱する。トルク解放工程（ステップＳＴ１２）は、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であり、ステップＳＴ１２の工程後に自然に冷却した後に、捩りトルクを取り除く。これにより、磁歪膜に磁気異方性が設けられる。コイル配置工程（ステップＳＴ１３）は、磁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である。以上の工程により、磁歪式トルクセンサが形成される。以下に上記の工程のうち主要な工程であるトルク印加高周波加熱工程の詳細を重点的に述べる。 The magnetostrictive film deposition step (step ST10) is a step of providing a magnetostrictive film on the rotating shaft, and forms the magnetostrictive film on the rotating shaft 12b by a plating method. The torque application high-frequency heating step (step ST11) is a step of heating for a predetermined time by high-frequency heating in a state where a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft, and a predetermined torsion torque is applied to the rotating shaft formed with a magnetostrictive film by plating. In the added state, the magnetostrictive film is surrounded by a coil, a high-frequency current is passed through the coil, and the magnetostrictive film is heated. The torque release process (step ST12) is a process of providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the torsion torque, and after the process is naturally cooled after the process of step ST12, the torsion torque is removed. Thereby, magnetic anisotropy is provided in the magnetostrictive film. The coil arrangement step (step ST13) is a step of arranging a multi-turn coil for detecting a change in magnetostriction characteristics around the magnetostrictive film. The magnetostrictive torque sensor is formed by the above process. The details of the torque application high-frequency heating process, which is the main process among the above processes, will be described below.

回転軸の材質は、例えばクロムモリブデン鋼鋼材（ＪＩＳ−Ｇ−４１０５，記号；ＳＣＭ）である。磁歪膜は、回転軸の外周面にめっき法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは好ましくは３０μｍ以下である。Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｎｉを概ね２０重量％含んだ場合と、概ね５０重量％含んだ場合に、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Ｎｉ含有量の材料を使用することが望ましい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜として、Ｎｉを５０〜６０重量％含み、残りがＦｅである材料を使用する。なお、磁歪膜は強磁性体の膜であればよく、パーマロイ（Ｎｉ；約７８重量％、Ｆｅ；残り）やスーパーマロイ（Ｎｉ；７８重量％、Ｍｏ；５重量％、Ｆｅ；残り）の膜であってもよい。ここで、Ｎｉはニッケル、Ｆｅは鉄、Ｍｏはモリブデンである。 The material of the rotating shaft is, for example, chromium molybdenum steel (JIS-G-4105, symbol: SCM). The magnetostrictive film is a Ni—Fe-based alloy film formed by plating on the outer peripheral surface of the rotating shaft. The thickness of this alloy film is preferably 30 μm or less. The Ni-Fe-based alloy film tends to increase the magnetostriction effect when the Ni content is approximately 20% by weight and approximately 50% by weight because the magnetostriction constant is increased. It is desirable to use materials. For example, as the Ni—Fe-based alloy film, a material containing 50 to 60% by weight of Ni and the rest being Fe is used. The magnetostrictive film may be a ferromagnetic film such as permalloy (Ni; about 78 wt%, Fe; remaining) or supermalloy (Ni; 78 wt%, Mo; 5 wt%, Fe; remaining). It may be. Here, Ni is nickel, Fe is iron, and Mo is molybdenum.

図５は、磁歪膜を熱処理するときの方法を示す模式図である。図５（ａ）は、磁歪膜１２の熱処理を示し、図５（ｂ）は、磁歪膜１３の熱処理を示す。回転軸１０９ｂに鉄ニッケルをめっきし、磁歪膜１２，１３を形成する。ここで、回転軸１０９ｂの磁歪膜１２と１３は、１００Ｎｍのトルクを矢印で示すように負荷しながら誘導子であるコイル１４とコイル１５に５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の高周波の電流をＴＵ＝１〜１０秒の間流して、磁歪膜１２と１３を図５のように加熱する。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a method when heat-treating the magnetostrictive film. FIG. 5A shows the heat treatment of the magnetostrictive film 12, and FIG. 5B shows the heat treatment of the magnetostrictive film 13. The rotating shaft 109b is plated with iron nickel to form the magnetostrictive films 12 and 13. Here, the magnetostrictive films 12 and 13 of the rotating shaft 109b apply a high frequency current of about 500 kHz to 2 MHz to the inductor 14 and the coil 15 while applying a torque of 100 Nm as indicated by an arrow TU = 1 to 10. The magnetostrictive films 12 and 13 are heated as shown in FIG.

図６は、加熱時間とトルクの印加の時間変化を示すグラフである。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トルクを印加する。その後、高周波を時間ＴＵ（１〜１０秒）印加する。それにより、磁歪膜の温度がＴｐ（３００℃）まで上がり、その後、減少する。温度が減少し、温度Ｔになったときに、トルク印加を停止する。 FIG. 6 is a graph showing changes over time in heating time and application of torque. The horizontal axis is time, and the vertical axis is applied torque or temperature. Torque is applied before applying high frequency. Thereafter, a high frequency is applied for a time TU (1 to 10 seconds). Thereby, the temperature of the magnetostrictive film rises to Tp (300 ° C.) and then decreases. When the temperature decreases and reaches the temperature T, the torque application is stopped.

図７は、上記の方法で磁歪膜を熱処理を行った後の、トルクセンサの逆磁歪特性曲線を示す。図７（ａ）は、高周波を１秒間印加したものであり、横軸はトルクであり、縦軸はインピーダンスである。曲線Ｃ２０はコイル１０２ｄからの出力であり、曲線Ｃ２１は、コイル１０２ｅからの出力である。曲線Ｃ２０は、トルクが負から増加すると、インピーダンスは増加し、約１０ｋｇｍでピークを持ち、それ以上のトルクで減少する。また、曲線Ｃ２１では、−１０ｋｇｍのトルクでピークをとり、それ以上のトルクで減少する。そして、トルクを逆に変化させたときも同様の曲線になり、ヒステリシスはほとんどない。また、図７（ｂ）は、高周波を３秒印加したものであり、図７（ａ）で示した特性とほぼ同じであり、図７（ｃ）は、高周波を５秒印加したものであり、このときも図７（ａ）で示した特性とほぼ同様である。このように、ピーク温度ＴＰ＝３００℃になるように通電時間をＴＵ＝１秒、３秒、５秒に変えてもヒステリシスの小さい安定した特性が得られている。 FIG. 7 shows an inverse magnetostrictive characteristic curve of the torque sensor after the magnetostrictive film is heat-treated by the above method. In FIG. 7A, a high frequency is applied for 1 second, the horizontal axis is torque, and the vertical axis is impedance. A curve C20 is an output from the coil 102d, and a curve C21 is an output from the coil 102e. In the curve C20, when the torque increases from negative, the impedance increases, has a peak at about 10 kgm, and decreases at a higher torque. Further, in the curve C21, a peak is obtained at a torque of −10 kgm, and the torque is reduced at a torque higher than that. A similar curve is obtained when the torque is changed in reverse, and there is almost no hysteresis. FIG. 7B shows a case where a high frequency is applied for 3 seconds, which is almost the same as the characteristic shown in FIG. 7A, and FIG. 7C shows a case where a high frequency is applied for 5 seconds. At this time, the characteristics are substantially the same as those shown in FIG. Thus, even when the energization time is changed to TU = 1 second, 3 seconds, and 5 seconds so that the peak temperature TP = 300 ° C., stable characteristics with small hysteresis are obtained.

図８は、磁歪膜に高周波加熱を行う前と、高周波加熱を行った後の逆磁歪特性である。図８（ａ）は、磁歪膜に高周波加熱による熱処理を行う前の逆磁歪特性である。このとき、トルクを増加させ、また、減少させると、曲線Ｃ３０のようになり、ヒステリシスが見られ、また、トルクがゼロ付近で、窪みが見られる。図８（ｂ）は、磁歪膜の高周波加熱後（３００℃）の磁歪膜特性であり、曲線Ｃ３１はトルク印加を増加させ、その後減少させたときのグラフである。インピーダンスは初期特性よりも小さな値となるが、ヒステリシスが小さくなり、また、窪みが無くなったことが分かる。このように、図８に示すように電磁誘導加熱（高周波加熱）であれば、熱処理前の磁歪膜の逆磁歪特性においてヒステリシスが大きくても、熱処理後はヒステリシスが小さくなり、熱処理前の磁歪膜の逆磁歪特性の影響を受けない。 FIG. 8 shows the inverse magnetostriction characteristics before and after high-frequency heating of the magnetostrictive film. FIG. 8A shows the inverse magnetostriction characteristics before the magnetostrictive film is heat-treated by high frequency heating. At this time, when the torque is increased or decreased, a curve C30 is obtained and hysteresis is observed, and a depression is observed when the torque is near zero. FIG. 8B shows magnetostrictive film characteristics after high-frequency heating (300 ° C.) of the magnetostrictive film, and a curve C31 is a graph when the torque application is increased and then decreased. It can be seen that the impedance is smaller than the initial characteristic, but the hysteresis is reduced and the depression is eliminated. Thus, as shown in FIG. 8, if electromagnetic induction heating (high-frequency heating) is used, even if the hysteresis is large in the inverse magnetostriction characteristics of the magnetostrictive film before the heat treatment, the hysteresis becomes small after the heat treatment. It is not affected by the reverse magnetostriction characteristics.

次に、以上のようにヒステリシスの小さい逆磁歪特性曲線が得られる理由について考察する。 Next, the reason why an inverse magnetostriction characteristic curve with small hysteresis can be obtained as described above will be considered.

図９は、ステアリング軸１０９ｂにめっきした磁歪膜１２，１３の高周波加熱をする時の、加熱される部分について説明する図である。回転軸１０９ｂに磁歪膜１２と１３がめっきで形成されている。このとき、上記のように高周波加熱すると、高周波に曝された部分にうず電流が生じ、それにより加熱されるが、これは、図９に示すように、メッキ生成された磁歪膜１２と１３の部分１２Ａと１３Ａが加熱され回転軸１０９ｂの深部はほとんど加熱されない。そのために大きな引っ張り歪みと捩りトルクによる歪みが同時に残留される。 FIG. 9 is a diagram illustrating a portion to be heated when the magnetostrictive films 12 and 13 plated on the steering shaft 109b are subjected to high frequency heating. Magnetostrictive films 12 and 13 are formed on the rotary shaft 109b by plating. At this time, when high-frequency heating is performed as described above, an eddy current is generated in a portion exposed to the high frequency, and this is heated. This is because the magnetostrictive films 12 and 13 formed by plating as shown in FIG. The portions 12A and 13A are heated and the deep portion of the rotating shaft 109b is hardly heated. Therefore, large tensile strain and strain due to torsional torque remain simultaneously.

これをモデルで表現すると図１０〜図１６のようになる。まず、従来の熱処理での状態を説明する。図１０は、磁歪膜１２をめっきした回転軸１０９ｂにトルクＴを印加したときの磁歪膜の円形の微小部分Ｄ１０が受ける変形を図示する。図１０（ｂ）、（ｃ）は、微小部分を拡大した図である。まず、図１０（ｃ）において、回転軸１０９ｂに捩りトルクを印加する前の円形微小部分Ｄ１０は、回転軸１０９ｂに例えば１００Ｎｍの捩りトルクを作用して捩ると磁歪膜１２の微小部分Ｄ１０は図１０（ｂ）に示すように引っ張り荷重Ｆ１と圧縮荷重Ｆ２を同時に受け円形（捩りトルクをうけないとき）から右上がりのつぶれた楕円形に変形する。 This can be expressed as a model as shown in FIGS. First, the state in the conventional heat treatment will be described. FIG. 10 illustrates the deformation that the circular minute portion D10 of the magnetostrictive film undergoes when the torque T is applied to the rotating shaft 109b plated with the magnetostrictive film 12. FIGS. 10B and 10C are enlarged views of a minute portion. First, in FIG. 10C, when the circular minute portion D10 before applying the torsion torque to the rotating shaft 109b is twisted by applying a torsion torque of, for example, 100 Nm to the rotating shaft 109b, the minute portion D10 of the magnetostrictive film 12 is illustrated. As shown in FIG. 10 (b), the tensile load F1 and the compressive load F2 are simultaneously received and deformed from a circular shape (when no torsional torque is applied) to an elliptical shape that rises to the right.

次に、恒温槽にて全体を３００℃にて１時間加熱する。図１１は、加熱したときの微小部分の変形の様子を示す。図１１（ａ）のように磁歪膜１２と回転軸１０９ｂが加熱されるが、これらの磁歪膜１２と回転軸１０９ｂは過熱され膨張する。そのとき、図１１（ｂ）のように楕円形に変形した磁歪膜は、全体が膨張した状態となるが３００℃で過熱されるために磁歪膜１２は、図１１（ｃ）のようにほぼ歪みが抜けた状態になる。図１２は、室温に戻したときの微小部分の変形を示す図である。図１２のように常温まで冷却されると熱膨張した磁歪膜は、その状態で、回転軸と共に縮小する。そして、室温に冷却すると、その時の微小部分は図１２（ｂ）のようになる。図１３は、捩りトルクをゼロにしたときの微小部分の変形を示す図である。そして、図１３（ｂ）のように捩りトルクＴを取り除くと微小部分Ｄ１０は逆方向のすなわち左上がりの楕円形になる。 Next, the whole is heated at 300 ° C. for 1 hour in a thermostatic bath. FIG. 11 shows a state of deformation of a minute portion when heated. As shown in FIG. 11A, the magnetostrictive film 12 and the rotating shaft 109b are heated, but the magnetostrictive film 12 and the rotating shaft 109b are overheated and expanded. At that time, the magnetostrictive film deformed into an elliptical shape as shown in FIG. 11 (b) is in an expanded state, but is overheated at 300 ° C., so that the magnetostrictive film 12 is almost as shown in FIG. 11 (c). The distortion is lost. FIG. 12 is a diagram showing deformation of a minute portion when the temperature is returned to room temperature. As shown in FIG. 12, when the magnetostrictive film is thermally expanded when cooled to room temperature, the magnetostrictive film shrinks together with the rotating shaft in that state. And when it cools to room temperature, the micro part at that time will become like FIG.12 (b). FIG. 13 is a diagram showing deformation of a minute portion when the torsional torque is zero. When the torsion torque T is removed as shown in FIG. 13B, the minute portion D10 becomes an elliptical shape in the opposite direction, that is, upward to the left.

このように、図１３のように常温に冷却されたあと、図１３のように捩りトルクＴが取り除かれても図１０の楕円とほぼ同じ大きさ（面積）で左上がりにつぶれている。 Thus, after cooling to room temperature as shown in FIG. 13, even if the torsion torque T is removed as shown in FIG. 13, it is crushed to the left with almost the same size (area) as the ellipse of FIG.

次に、本発明に係る磁歪膜での状態を説明する。トルクは従来と同様に印加し、図１０に示したように、磁歪膜１２をめっきした回転軸１０９ｂにトルクＴを印加したときの磁歪膜の円形の微小部分Ｄ１０が受ける変形を図示する。まず、図１０において、回転軸１０９ｂに捩りトルクを印加する前の円形微小部分Ｄ１０は、回転軸１０９ｂに例えば１００Ｎｍの捩りトルクを作用して捩ると磁歪膜１２の微小部分Ｄ１０は引っ張り荷重Ｆ１と圧縮荷重Ｆ２を同時に受け円形（捩りトルクをうけないとき）から右上がりのつぶれた楕円形に変形する。 Next, the state in the magnetostrictive film according to the present invention will be described. The torque is applied in the same manner as in the prior art, and as shown in FIG. 10, the deformation that the circular minute portion D10 of the magnetostrictive film undergoes when the torque T is applied to the rotating shaft 109b plated with the magnetostrictive film 12 is illustrated. First, in FIG. 10, when the circular minute portion D10 before applying the torsional torque to the rotating shaft 109b is twisted by applying a torsional torque of, for example, 100 Nm to the rotating shaft 109b, the minute portion D10 of the magnetostrictive film 12 becomes the tensile load F1. At the same time, the compression load F2 is received and deformed from a circular shape (when no torsional torque is applied) to an elliptical shape that rises to the right.

次に、図３のようなコイル１３で電磁誘導加熱（高周波加熱）する。図１４は、電磁誘導加熱したときの微小部分の変形の様子を示す。図１４（ｂ）のように磁歪膜１２のみが数秒で瞬時に加熱されるが、軸１０９ｂは過熱されないので磁歪膜は膨張することができない。したがって、図１４（ｂ）のように磁歪膜１２は膨張しようとするが、回転軸１０９ｂは膨張しないので、全体に圧縮応力Ｆ３がかかる。また、３００℃で過熱されているので、その後、磁歪膜にはクリープが起こり、図１４（ｃ）のようにほぼ歪みが抜けた状態になる。図１５は、室温に戻したときの微小部分の変形を示す図である。図１５のように常温まで冷却されると熱膨張して歪の抜けた磁歪膜は、その状態で、回転軸と接合面を形成する。そして、室温に冷却すると、磁歪膜は収縮しようとするが、回転軸との接合面で接合しているために、全体に引っ張り歪みＳが残留する。その時の微小部分はＤ１０で示す。図１６は、捩りトルクをゼロにしたときの微小部分の変形を示す図である。そして、微小部分Ｄ１０は図１６のように捩りトルクＴを取り除くと引っ張り歪みＳと捩り歪みＣ１，Ｃ２の残留した逆方向のすなわち左上がりのつぶれた全体に大きい楕円形になる。 Next, electromagnetic induction heating (high frequency heating) is performed by the coil 13 as shown in FIG. FIG. 14 shows a state of deformation of a minute portion when electromagnetic induction heating is performed. As shown in FIG. 14B, only the magnetostrictive film 12 is instantaneously heated in several seconds. However, since the shaft 109b is not overheated, the magnetostrictive film cannot expand. Therefore, as shown in FIG. 14B, the magnetostrictive film 12 tries to expand, but the rotating shaft 109b does not expand, so that a compressive stress F3 is applied to the whole. Further, since the film is overheated at 300 ° C., thereafter, creep occurs in the magnetostrictive film, and the strain is almost eliminated as shown in FIG. FIG. 15 is a diagram showing deformation of a minute portion when the temperature is returned to room temperature. As shown in FIG. 15, when cooled to room temperature, the magnetostrictive film, which has been thermally expanded and has undergone distortion, forms a rotating shaft and a joint surface in that state. When cooled to room temperature, the magnetostrictive film tends to shrink, but the tensile strain S remains on the entire surface because it is joined at the joint surface with the rotating shaft. The minute portion at that time is indicated by D10. FIG. 16 is a diagram showing the deformation of the minute portion when the torsional torque is made zero. Then, when the torsional torque T is removed as shown in FIG. 16, the minute portion D10 becomes a large ellipse in the reverse direction in which the tensile strain S and the torsional strains C1 and C2 remain, that is, the entire left side is crushed.

したがって、従来手法では捩り歪みのみが磁歪膜に付与されるが、本発明では引っ張り歪みと捩り歪みが同時に付与される。 Therefore, in the conventional method, only torsional strain is applied to the magnetostrictive film, but in the present invention, tensile strain and torsional strain are simultaneously applied.

本実施形態のように、ソレノイドコイル１０２ｆにより回転軸の軸方向に磁歪膜を励磁するとき、全方向に引っ張り歪みが作用しているときには、この引っ張り歪みを感知することができる。また、回転軸の軸方向に対しては引っ張り歪み、軸と直角方向では圧縮歪みのみを感知することができる。これらの特性により、例えば、図３のＴ１あるいは−Ｔ１のところまで捩りトルクが作用すると磁歪膜の微小部分はほぼ図１５のようになる。このとき、従来手法では、図１２のように歪みがほとんど発生していないため、歪みを感知しない。したがって、図２３のように磁歪膜の初期歪みなどのみを検出し不安定であるが、本発明では、磁歪膜の初期歪みを上回る引っ張り歪みが残留されているので、この残留歪みが感知されて安定な状態となる。 When the magnetostrictive film is excited in the axial direction of the rotating shaft by the solenoid coil 102f as in the present embodiment, this tensile strain can be sensed when tensile strain is acting in all directions. In addition, tensile strain can be detected with respect to the axial direction of the rotating shaft, and only compressive strain can be detected in a direction perpendicular to the axis. With these characteristics, for example, when a torsional torque is applied up to T1 or -T1 in FIG. 3, the minute portion of the magnetostrictive film becomes substantially as shown in FIG. At this time, in the conventional method, since distortion hardly occurs as shown in FIG. 12, the distortion is not sensed. Therefore, as shown in FIG. 23, only the initial strain of the magnetostrictive film is detected and unstable. However, in the present invention, the tensile strain exceeding the initial strain of the magnetostrictive film remains, so this residual strain is detected. It becomes a stable state.

また、さらに、捩りトルクを増大させて再び捩りトルクを減少させると従来手法では、歪みを感知しないところを通過するのでヒステリシスが増大するが、本発明手法では、常に引っ張り歪みが残留しているため、ヒステリシスがほとんどない良好な逆磁歪特性が得られる。 Further, when the torsional torque is increased and the torsional torque is decreased again, in the conventional method, the hysteresis increases because it passes through a place where the strain is not sensed. However, in the method of the present invention, the tensile strain always remains. Good reverse magnetostriction characteristics with little hysteresis can be obtained.

また、このヒステリシスの小さい磁歪式トルクセンサを電動パワーステアリング装置に適用すると、ハンドルに作用する運転者の操舵トルクを直接検出することができ、とくに運転者が操舵トルクを減少させたときのハンドル軸上のトルクのヒステリシスを小さく検出できる。したがって、運転者のハンドル操作に忠実にモータの動きを応答できるので、ハンドル戻りを良好にすることができる。 In addition, when this magnetostrictive torque sensor with low hysteresis is applied to an electric power steering device, it is possible to directly detect the steering torque of the driver acting on the steering wheel, particularly when the driver reduces the steering torque. The upper torque hysteresis can be detected small. Therefore, since the motor motion can be responded faithfully to the driver's steering wheel operation, the steering wheel return can be improved.

本発明は、磁歪式トルクセンサを製造する製造方法と、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として利用される。 The present invention is used as a manufacturing method for manufacturing a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus equipped with the magnetostrictive torque sensor.

１０…電動パワーステアリング装置、１１…磁歪式トルクセンサ、１２，１３…磁歪膜、１００…電動パワーステアリング装置、１０１…ステアリングホイール、１０２…磁歪式トルクセンサ、１０２ｄ…検出コイル、１０２ｅ…検出コイル、１０２ｆ…励磁コイル、１０２ｇ…ヨーク部、１０２ｈ…電源、１０３…モータ、１０４…動力伝達機構、１０５…車速センサ、１０６…制御装置、１０７…前輪、１０８…ラック・ピニオン機構、１０９ａ，ｂ…ステアリング軸、１１０…ピニオンギヤ、１１１…ラック軸、１１２…タイロッド DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric power steering apparatus, 11 ... Magnetostrictive torque sensor, 12, 13 ... Magnetostrictive film, 100 ... Electric power steering apparatus, 101 ... Steering wheel, 102 ... Magnetostrictive torque sensor, 102d ... Detection coil, 102e ... Detection coil, DESCRIPTION OF SYMBOLS 102f ... Excitation coil, 102g ... Yoke part, 102h ... Power supply, 103 ... Motor, 104 ... Power transmission mechanism, 105 ... Vehicle speed sensor, 106 ... Control apparatus, 107 ... Front wheel, 108 ... Rack and pinion mechanism, 109a, b ... Steering Shaft, 110 ... pinion gear, 111 ... rack shaft, 112 ... tie rod

Claims

シャフト部に磁歪膜を設ける磁歪膜付与工程と、
次に前記シャフト部に所定の捩りトルクを加え磁歪膜に歪みを発生させた後、高周波加熱により１秒から１０秒までの範囲で磁歪膜のみを加熱することによって、磁歪膜の歪みを加熱前よりも抜けた状態にする加熱工程と、
次に前記シャフト部に所定の捩りトルクを加えた状態で磁歪膜を冷却する冷却工程と、
次に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トルク解放工程と、
によって、前記シャフト部に磁気異方性を有する磁歪膜を設け、この磁歪膜は、前記磁気異方性単独の磁気異方性を有することを特徴とする磁歪式トルクセンサの製造方法。 A magnetostrictive film application step of providing a magnetostrictive film on the shaft portion;
Next, a predetermined torsional torque is applied to the shaft portion to generate distortion in the magnetostrictive film, and then only the magnetostrictive film is heated in a range of 1 to 10 seconds by high-frequency heating, whereby the distortion of the magnetostrictive film is heated. Heating process to make the state more loose,
Next, a cooling step of cooling the magnetostrictive film in a state where a predetermined torsion torque is applied to the shaft portion,
Next, a torque release step of providing magnetic anisotropy to the magnetostrictive film by releasing the torsional torque,
The magnetostrictive film is provided with a magnetostrictive film having magnetic anisotropy on the shaft portion, and the magnetostrictive film has a magnetic anisotropy of the magnetic anisotropy alone.