专利名称：磁致伸缩式转矩传感器的制造方法
技术领域：
本发明涉及磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，特别是涉及减少在各工序中由磁化作用引起的每个传感器的传感器灵敏度偏差，对提高向电动动力转向装置等组装作业的效率所适合的磁致伸缩式转矩传感器的制造方法。
背景技术：
例如作为汽车转弯系统所装备的电动动力转向装置，一般是把由司机转弯操作而从转向盘向转向轴所加的转弯转矩通过转弯转矩检测部进行检测。转弯转矩检测部在现有通常是由扭杆式转矩传感器所构成，最近磁致伸缩式转矩传感器也被提案。上述的转向轴接受转弯操作的旋转力而旋转而有作为旋转轴的功能。在转弯转矩检测部的设置部位转向轴有旋转轴的功能。电动动力转向装置根据从该转弯转矩检测部检测到的转矩信号而控制驱动操舵力辅助用电机，减轻司机的操舵力而给予舒适的转弯感觉。
作为电动动力转向装置中使用的转弯转矩检测部而知道的有如上所述的磁致伸缩式转矩传感器。磁致伸缩式转矩传感器在转向轴表面规定的两个部位上具备相互具有相反磁各向异性的磁致伸缩膜。磁致伸缩式转矩传感器具有在转矩从转向盘向转向轴作用时，把根据转向轴扭曲的磁致伸缩膜的磁致伸缩特性变化以非接触形式进行检测的传感器。
在制造磁致伸缩式转矩传感器的处理中，需要在转向轴一部分规定的表面，即在旋转轴规定轴向宽度的圆周表面上形成磁致伸缩膜，并在该磁致伸缩膜上附加磁各向异性的工序。磁致伸缩式转矩传感器的制造中在磁致伸缩膜上附加磁各向异性的现有方法，例如是通过电解镀敷处理而在旋转轴上形成磁致伸缩材料镀敷部(磁致伸缩膜)，使扭矩作用在旋转轴上而对旋转轴的圆周表面给予应力，在被给予应力的状态下把该旋转轴在恒温槽中进行热处理的方法(例如参照特开2002-82000号公报)。
根据现有磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，由于在把磁致伸缩膜形成在旋转轴上的电解镀敷工序和向旋转轴表面上形成的磁致伸缩膜附加磁各向异性的加热工序中具备产生电磁作用的装置，所以对于旋转轴给予电磁作用。其结果是这些工序使旋转轴表面和磁致伸缩膜表面的多个部位产生了不一样的不规则磁化状态。因此，由现有磁致伸缩式转矩传感器制造方法所制造的磁致伸缩式转矩传感器中，磁致伸缩膜的磁各向异性特性受旋转轴表面和磁致伸缩膜表面不规则磁化的影响，在检测转矩时传感器灵敏度有偏差。特别是由于旋转轴表面和磁致伸缩膜表面的磁化不一样且不规则，所以产生每个磁致伸缩式转矩传感器出现转矩检测灵敏度有偏差的问题。若这样地每个磁致伸缩式转矩传感器出现转矩检测灵敏度有偏差，则作业员在把磁致伸缩式转矩传感器向电动动力转向装置上组装时就必须进行检测灵敏度的调整。因此，在磁致伸缩式转矩传感器的制造方法中就需要把完成的磁致伸缩式转矩传感器的检测灵敏度进行全数检查，并需要在组装装置时根据由检查所得到的各磁致伸缩式转矩传感器的检测灵敏度特性来对各个传感器进行调整。
因此，改善现有磁致伸缩式转矩传感器制造方法的工序，预想若把完成的磁致伸缩式转矩传感器检测灵敏度的偏差消除，则能省略检测灵敏度全数进行检查的工序，且能把组装装置时传感器灵敏度调整作业简单化。
根据以上，把由磁致伸缩式转矩传感器制造方法工序所引起的每个传感器检测灵敏度特性的偏差，希望通过改善该制造方法的工序来降低的。
因此，把由磁致伸缩式转矩传感器制造处理所引起的每个传感器检测灵敏度特性的偏差，通过改善该制造处理来减少，希望确立能省略对每个各传感器的转矩检测灵敏度进行全数检查的工序、能减轻组装装置时传感器调整的负担、且能提高向电动动力转向装置等组装作业效率的磁致伸缩式转矩传感器的制造方法。
发明内容
本发明提供一种磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其包括在旋转轴上形成磁致伸缩膜的工序、对形成在所述旋转轴上的磁致伸缩膜施予磁各向异性特性的工序、把所述旋转轴进行退磁的工序。
根据本发明，由于具有把旋转轴进行退磁的退磁工序，所以把在形成磁致伸缩膜工序和附加磁各向异性工序等中在旋转轴表面等上产生的不一样且不规则的剩余磁化等进行退磁。这样使在旋转轴上形成的磁致伸缩膜的磁致伸缩特性不受旋转轴剩余磁化的影响，能减少转矩检测时传感器灵敏度等传感器特性的偏差。
在所述制造方法中，退磁工序最好是把退磁工序前各工序在旋转轴上产生的剩磁进行初始化的工序。
在所述制造方法中，退磁工序最好是设置在形成磁致伸缩膜工序之后。
所述磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，最好在退磁工序后的最终阶段具有设置了检测装置的工序，来检测磁致伸缩膜周围的向旋转轴付与转矩时磁致伸缩膜的磁致伸缩特性变化。通过对完成的旋转轴附设励磁线圈等检测装置来完成磁致伸缩式转矩传感器。
根据本发明的磁致伸缩式转矩传感器制造方法，由于在向磁致伸缩膜附加磁各向异性的工序之后或是将之前设置了退磁工序，把电解镀敷工序等或附加磁各向异性工序在旋转轴表面和磁致伸缩膜表面等产生的不规则多处磁化尽可能地进行了退磁，所以减少了现有存在的不规则磁化对磁致伸缩膜磁致伸缩特性的影响，减少了转矩检测时传感器灵敏度特性的偏差。
且由于与每个磁致伸缩式转矩传感器的转矩检测灵敏度有关的传感器特性被均匀化了，所以不需要对制造的磁致伸缩式转矩传感器进行全数检查。其结果是磁致伸缩式转矩传感器的质量检查是抽取检查就足够了，这样能减少磁致伸缩式转矩传感器质量检查的工序数，能缩短检查工序的时间。
由于磁致伸缩式转矩传感器的传感器特性被均匀化了，所以提高了该磁致伸缩式转矩传感器的质量，把该磁致伸缩式转矩传感器向电动动力转向装置等上组装时使传感器检测灵敏度的调整变简单，能达到减轻作业负担、缩短作业时间，能提高作业效率。
以下根据附图详细说明本发明几个实施例。
图1是表示由本发明磁致伸缩式转矩传感器制造方法所制造的磁致伸缩式转矩传感器基本结构的局部剖面侧视图；图2是概念表示磁致伸缩式转矩传感器基本结构的侧视图；图3是把磁致伸缩式转矩传感器作为转弯转矩检测部而组装到电动动力转向装置的转向轴上的具体结构主要部分的纵剖视图；图4是的表示有关磁致伸缩式转矩传感器各检测线圈的磁致伸缩特性曲线和传感器检测特性的曲线；图5是本发明磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，是表示旋转轴制造处理的工序图；图6是附加磁各向异性工序的流程图；图7A～图7D是表示在附加磁各向异性工序的各步骤中旋转轴的径向温度分布和应变分布的图；图8是表示在本发明磁致伸缩式转矩传感器的制造方法中，刚形成磁致伸缩材料镀敷部后磁致伸缩式转矩传感器的阻抗特性和使用了附加磁各向异性后磁致伸缩膜的磁致伸缩式转矩传感器的阻抗特性的图；图9A、图9B分别是表示退磁工序后旋转轴磁化等状态的模式图；图10是进行旋转轴退磁的退磁装置的立体图；图11是使用退磁装置对旋转轴进行退磁时的立体图；图12是表示在退磁装置容器的表面通常磁场随时间变化的曲线；图13是表示使用退磁装置对旋转轴进行退磁时磁场随时间变化的曲线；图14是表示对于磁场的变化而旋转轴上磁化变化的变化特性图；图15是把由不具备退磁工序的制造方法所制造的磁致伸缩式转矩传感器的工序能力指数与由具备退磁工序的制造方法所制造的磁致伸缩式转矩传感器的工序能力指数Cp进行对比表示的曲线。
具体实施例方式
参照图1～图3说明磁致伸缩式转矩传感器。图1～图3是表示由本发明磁致伸缩式转矩传感器制造方法所制造的磁致伸缩式转矩传感器一结构例。
如图1和图2所示，磁致伸缩式转矩传感器10包括旋转轴11和配置在旋转轴11周围的一个励磁线圈12和两个检测线圈13A、13B。在图1和图2中为了说明方便而把旋转轴11的上部和下部切断省略而进行的表示。
参照图3所示的利用例，旋转轴11例如是作为转向轴21的一部分而构成。旋转轴11承受围绕其轴心11a如箭头A那样向右转(顺时针)或向左转(逆时针)的旋转力(转矩)。旋转轴11例如由铬钼钢(SCM)等金属棒所形成。旋转轴11在轴向上下两个部位处设置有磁致伸缩膜14A、14B。各个磁致伸缩膜14A、14B在旋转轴11的轴向具有一定的宽度且是形成在旋转轴11圆周方向的全周上。各磁致伸缩膜14A、14B的轴向宽度尺寸和两个磁致伸缩膜14A、14B的间隔尺寸可根据条件而任意设定。实际上磁致伸缩膜14A、14B是通过电解镀敷加工处理等作为磁致伸缩材料镀敷部而形成在旋转轴11的表面上。是通过对该磁致伸缩材料镀敷部实施磁各向异性加工而形成具有磁各向异性的磁致伸缩膜14A、14B。
在以下的说明中为了说明方便，“磁致伸缩膜14A、14B”和“磁致伸缩材料镀敷部(14A、14B)”是指的同一物，但根据制造的阶段·状况而分开使用。原则上把附加了磁各向异性的完成阶段叫做“磁致伸缩膜14A、14B”，而在其前面的阶段叫做“磁致伸缩材料镀敷部(14A、14B)”。
如图1所示，励磁线圈12和检测线圈13A、13B设置成与旋转轴11表面上形成的两个磁致伸缩膜14A、14B分别对应。即如图1所示那样使在磁致伸缩膜14A的周围存在间隙地配置检测线圈13A。环状的检测线圈13A把磁致伸缩膜14A的整个周围包围且检测线圈13A的轴向宽度尺寸与磁致伸缩膜14A的轴向宽度尺寸大致相等。且在磁致伸缩膜14B的周围存在间隙地配置检测线圈13B。同样地环状的检测线圈13B把磁致伸缩膜14B的整个周围包围且检测线圈13B的轴向宽度尺寸与磁致伸缩膜14B的轴向宽度尺寸大致相等。在两个检测线圈13A、13B各自的周围配置有环状的励磁线圈12。图1中图示的是与各个磁致伸缩膜14A、14B对应而个别设置了励磁线圈12，但实际上是把一个励磁线圈12的两个部分分开进行的表示。检测线圈13A、13B和励磁线圈12是利用旋转轴11周围把旋转轴11包围设置的环状支承框体部15A、15B而绕设在磁致伸缩膜14A、14B周围的空间上。
图2概念表示了对于旋转轴11的磁致伸缩膜14A、14B所配置的励磁线圈12与检测线圈13A、13B的电气性关系。对于磁致伸缩膜14A、14B所共用配置的励磁线圈12上连接有持续供给励磁用交流电流的交流电源16。从与各个磁致伸缩膜14A、14B对应配置的检测线圈13A、13B的各输出端子输出与检测对象，即转矩对应的感应电压VA、VB。
在旋转轴11表面上形成的磁致伸缩膜14A、14B例如是通过镀Ni-Fe的电解镀敷加工处理而制成的具有磁各向异性的磁致伸缩膜。两个磁致伸缩膜14A、14B的各个被制成相互具有相反方向的磁各向异性。把对旋转轴11作用由旋转力引起的转矩时而在各个磁致伸缩膜14A、14B上产生的逆磁致伸缩特性，利用配置在磁致伸缩膜14A、14B周围的检测线圈13A、13B来进行检测。
磁致伸缩式转矩传感器10例如作为转弯转矩检测部而被组入到图3所示那样的电动动力转向装置的转向轴中。图3中在与图1和图2说明的元件实质是相同的元件上付与相同的符号。图3表示了转弯转矩检测部20、转向轴21(与旋转轴11对应)的支承结构、齿条-小齿轮机构34、动力传递机构35和操舵力辅助用电机42的结构。
图3中，转向轴21的上部结合在车辆转向盘(未图示)上。转向轴21的下部是能通过齿条-小齿轮机构34而把操舵力向具备齿条轴的车轴传递的结构。附设在转向轴21上部的转弯转矩检测部20是利用磁致伸缩式转矩传感器10而构成的。转弯转矩检测部20与磁致伸缩式转矩传感器10对应，形成有磁致伸缩膜14A、14B的转向轴21部分与上述的旋转轴11对应。
在形成了齿轮箱31的壳体31a内，转向轴21通过两个轴支承部32、33支承而能自由旋转。齿条-小齿轮机构34和动力传递机构35被收容在壳体31a的内部。
在转向轴21上附设了转弯转矩检测部20。是在转向轴21上形成所述的磁致伸缩膜14A、14B，并与这些磁致伸缩膜14A、14B对应而把励磁线圈12和检测线圈13A、13B支承在支承框体部15A、15B和轭体部36A、36B上，这样来设置。
壳体31a的上部开口被盖37所覆盖。设置在转向轴21下端部的齿轮38位于轴支承部32、33之间。齿条轴39被齿条导向器40导向且被压缩了的弹簧41靠压而向齿轮38侧按压。动力传递机构35是由固定在与操舵力辅助用电机42输出轴结合的传动轴43上的蜗杆44和固定在转向轴21上的蜗轮45所形成。所述转弯转矩检测部20被安装在盖37的圆筒部37a内部。
转弯转矩检测部20检测作用在转向轴21上的转弯转矩。其检测值被输入到控制装置(未图示)中作为用于使电机42产生适当的辅助表面的基准信号使用。转弯转矩检测部20在转向盘的转弯转矩作用在转向轴21上时，把与转向轴21上产生的扭曲对应的磁致伸缩膜14A、14B的磁特性变化作为从检测线圈13A、13B各输出端子感应电压VA、VB的变化来进行电气检测。
在转向轴21上作用有转弯转矩时则转向轴21上产生扭曲，其结果是在磁致伸缩膜14A、14B上产生磁致伸缩效果。转弯转矩检测部20由于持续从交流电源16向励磁线圈12供给励磁用电流，所以就把由磁致伸缩膜14A、14B的磁致伸缩效果引起的磁场变化作为感应电压VA、VB的变化而通过检测线圈13A、13B进行检测。转弯转矩检测部20根据感应电压VA、VB的变化而把两个感应电压VA、VB的差作为检测电压值输出。因此根据转弯转矩检测部20的输出电压值(VA-VB)就能检测出加在转向轴21上的转弯转矩的方向和大小。
下面进一步详述图4。图4中横轴意味着加在转向轴21上的转弯转矩，正侧(+)对应向右旋转、负侧(-)对应向左旋转。图4的纵轴意味着电压轴。
有关磁致伸缩膜14A、14B的磁致伸缩特性曲线51A、51B同时也表示检测线圈13A、13B的检测输出特性。即对于具有磁致伸缩特性曲线51A、51B的磁致伸缩膜14A、14B是通过共同的励磁线圈12来供给励磁用交流电流的，由于与该励磁用交流电流感应而检测线圈13A、13B输出感应电压，所以检测线圈13A、13B感应电压的变化特性与磁致伸缩膜14A、14B的磁致伸缩特性曲线51A、51B对应。换言之就是磁致伸缩特性曲线51A表示从检测线圈13A输出的感应电压VA的变化特性，另一方面磁致伸缩特性曲线51B表示从检测线圈13B输出的感应电压VB的变化特性。
根据磁致伸缩特性曲线51A，从检测线圈13A输出的感应电压VA的值具有下面的特性随着转弯转矩的值从负区域向正区域变化且进一步达到转弯转矩的正值T1，是以大致线性特性在增加，在转弯转矩成为正值T1时成为峰值，当转弯转矩从T1进一步增加则就逐渐减少。另一方面根据磁致伸缩特性曲线51B，从检测线圈13B输出的感应电压VB的值具有下面的特性在转弯转矩的值到达负值-T1之前是逐渐增加，在转弯转矩是负值-T1时成为峰值，当转弯转矩从-T1进一步增加而从负区域向正区域变化时则以大致线性特性减少。
如图4所示，与检测线圈13A有关的磁致伸缩特性曲线51A和与检测线圈13B有关的磁致伸缩特性曲线51B，反映出各自的磁致伸缩膜14A、14B具有相互逆方向的磁各向异性，且是关于包含两磁致伸缩特性曲线交点的横轴有大致线对称的关系。
图4中所示的线52表示的是在磁致伸缩特性曲线51A、51B的共用域也是具有大致线性特性的区域中，从作为检测线圈13A的输出电压而得到磁致伸缩特性曲线51A各值中减去作为检测线圈13B的输出电压而得到磁致伸缩特性曲线51B对应的各值，并根据该减去的值而制作的曲线。在转弯转矩是零时由于从各检测线圈13A、13B输出的感应电压相等，所以其差的值是零。转弯转矩检测部20通过在上述磁致伸缩特性曲线51A、51B中转弯转矩中立点(零点)附近的被看作大致具有一定斜度的区域使用，而把所述线52作为具有大致直线特性形成。关于线52的特性曲线是图4的横轴意味着是表示差电压值的轴。成为特性曲线的直线52是通过原点(0、0)的直线，且存在于横轴和纵轴的正侧-负侧中。转弯转矩检测部20的检测输出值如前所述由于是作为检测线圈13A、13B输出的感应电压的差(VA-VB)而得到的，所以根据利用所述直线52的情况就能检测出加在转向轴21上的转弯转矩的方向和大小。
如上所述，根据转弯转矩检测部20的输出值就能对于向转向轴21(旋转轴11)输出的转弯转矩而取出与其旋转方向和大小对应的检测信号。即通过从转弯转矩检测部20输出的检测值就能知道作用在转向轴21上的转弯转矩的旋转方向和大小。
换言之就是转弯转矩检测部20的检测值是根据转弯转矩而作为直线52上的某点来输出的。该检测值在位于横轴正侧时则判断转弯转矩是向右旋转，在位于横轴负侧时则判断转弯转矩是向左旋转。且所述检测值在纵轴上的绝对值是转弯转矩的大小。这样通过转弯转矩检测部20利用直线52的特性并以检测线圈13A、13B的输出电压为基础就能检测转弯转矩。
下面参照图5～图15说明所述磁致伸缩式转矩传感器10的制造方法。图5所示磁致伸缩式转矩传感器10制造方法的主要部分是磁致伸缩式转矩传感器10的旋转轴11，即转向轴21的制造工序。图5主要表示的是旋转轴11整个的制造工序。
图5中旋转轴11的制造处理大体上可划分为形成磁致伸缩膜工序P1、附加磁各向异性工序P2、特性稳定化工序P3和检查工序P4。特性稳定化工序P3还包括退火工序P31和退磁工序P32。检查工序P4是检查制造完的旋转轴质量的工序。为了作为磁致伸缩式转矩传感器10而完成，在检查工序P4之后设置有在旋转轴11上附设励磁线圈12和检测线圈13A、13B等检测器的检测器附设工序。
最初是实行形成磁致伸缩膜工序P1。该形成磁致伸缩膜工序P1中通过电解镀敷处理而把磁致伸缩材料镀敷部作为磁致伸缩膜的基础部分形成在旋转轴11表面的规定部位上。
形成磁致伸缩膜工序P1首先进行旋转轴11洗净等的前处理(步骤S11)。然后进行电解镀敷(步骤S12)。该电解镀敷工序在旋转轴11的上下部位处把磁致伸缩材料形成规定的膜厚度。上下的磁致伸缩材料镀敷部通过后述的后处理而成为具有磁各向异性的磁致伸缩膜14A、14B部分。然后进行干燥(步骤S13)。
上述的形成磁致伸缩膜工序P1为了在旋转轴11的表面上形成所述的磁致伸缩膜14A、14B而使用了电解镀敷处理法。但旋转轴11上形成磁致伸缩膜14A、14B的基础部分，除了电解镀敷法以外的方法也可以通过例如溅射法、离子喷镀法等的PVD法、等离子喷镀法等的方法来形成。
接着实行附加磁各向异性工序P2。该附加磁各向异性工序P2是向在旋转轴11上形成的上下两部位磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性而形成所述的磁致伸缩膜14A、14B的工序。附加磁各向异性工序P2具有对上侧的磁致伸缩材料镀敷部进行高频加热的步骤S21和对下侧的磁致伸缩材料镀敷部进行高频加热的步骤S22。
图6是表示在附加磁各向异性工序P2的各步骤S21、S22中所实施的处理工序的流程图。图7A～图7D是表示在附加磁各向异性工序P2的各步骤S21、S22中旋转轴11的磁致伸缩材料镀敷部径向温度分布和径向应变分布的图。
如图6所示，附加磁各向异性工序P2把上侧磁致伸缩材料镀敷部进行高频加热的步骤S21在最初实行，包括步骤S201，其通过转矩施加装置而向旋转轴11施加规定的扭矩；热处理步骤S202，其接着对被施加了规定扭矩状态的旋转轴11的上侧磁致伸缩材料镀敷部仅供给规定时间的高频，通过电磁感应来进行加热处理；步骤S203，其接着把被加热了的旋转轴11进行自然冷却；转矩释放步骤S204，其最后通过释放转矩而向上侧磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性并形成所述磁致伸缩膜14A。
热处理步骤S202是在旋转轴11的上侧磁致伸缩材料镀敷部上配置感应加热线圈，通过从高频电源向该感应加热线圈供给规定的高频而仅对上侧磁致伸缩材料镀敷部进行高频加热。
通过步骤S201～S204，旋转轴11的上侧磁致伸缩材料镀敷部被附加了磁各向异性，这样就形成了具有磁各向异性的磁致伸缩膜14A。
对旋转轴11下侧磁致伸缩材料镀敷部的高频加热步骤S22也同样地是实行上述的步骤S201～S204，对下侧磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性，这样就形成了具有磁各向异性的磁致伸缩膜14B。这时，在向下侧磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性时为了使磁致伸缩膜14B的磁各向异性是逆向的，而把给予旋转轴11的转矩施加方向设定为是逆向的。
参照图7A～图7D和图8，详述附加磁各向异性工序P2中向磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性而形成磁致伸缩膜14A的机理。
图7A～图7D中分别是上侧图表示的是旋转轴11径向的温度分布，下侧的图表示的是旋转轴11径向的应变分布。且图7A～图7D分别表示的是施加转矩状态(图7A)、感应加热状态(图7B)、镀敷部应变释放状态(图7C)、转矩释放状态(图7D)。施加转矩状态(图7A)与图6所示的步骤S201对应，感应加热状态(图7B)与同图的步骤S202对应，镀敷部应变释放状态(图7C)与同图的步骤S203对应，转矩释放状态(图7D)与同图的步骤S204对应。图7A中轴61所示的是表示温度的轴，轴62所示的是表示应变的轴。表示温度的轴61和表示应变的轴62对于其他的图7B～图7D也同样适用。
图7A中向旋转轴11作用扭矩Tq而把应力给予旋转轴11的圆周表面上。这样就被作用有了扭矩Tq。这时旋转轴11径向的应变分布是从位于旋转轴11中心的轴心11a向周边方向增加的分布ST1。但若在分布ST1中也考虑应变的分布方向，则由于在轴心11a的右侧和左侧是相反的，所以把右侧的应变分布表示为正侧(+)，把左侧的应变分布表示为负侧(-)。且图7A中旋转轴11径向的温度分布如虚线所示，从旋转轴11的轴心11a到周边方向是室温、是一定的分布T1。该室温是旋转轴11温度的基准温度。
图7B中向旋转轴11作用扭矩Tq的情况不变，通过用感应加热线圈包围住磁致伸缩材料镀敷部的周围，并使该感应加热线圈中流过高频电流而对磁致伸缩材料镀敷部进行加热处理。图7B中旋转轴11径向的应变分布与图7A的情况相同。而旋转轴11径向的温度分布是从靠近旋转轴11外周边缘部处向该外周边缘部急剧增加的分布T2。
图7C是进行冷却，其结果是在磁致伸缩材料镀敷部产生蠕变，而磁致伸缩材料镀敷部的应变成为零。这时旋转轴11径向的应变分布用ST2表示。表示图7C状态的步骤是加热处理后进行自然冷却的步骤S203。旋转轴11径向温度分布T2的形状没有实质性的变化，是与冷却过程的推移一起整体温度下降。
图7D是冷却后把向旋转轴11施加的扭矩Tq解除，进行转矩释放。这样，如应变分布ST3所示那样在旋转轴11内的径向应变分布是零。另一方面相反地如应变分布ST3所示，仅在磁致伸缩材料镀敷部产生了应变分布。其结果是通过该应变分布ST3而能向磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性，这样就能形成具有磁各向异性的磁致伸缩膜14A。图7D中的温度分布如T3所示是整体平稳分布地降低。
在制作磁致伸缩膜14B时由于与磁致伸缩膜14A比较是附加逆向的磁各向异性，所以上述的扭矩Tq给予逆向的时针方向扭矩来实行所述的处理。
图8表示的是在旋转轴11上下两部位处设置的磁致伸缩材料镀敷部的阻抗特性Z0和向磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性而形成的磁致伸缩膜14A、14B的阻抗特性ZA、ZB。图8中横轴意味着转矩(相对单位)、纵轴意味着阻抗(相对单位)。附加磁各向异性前那阶段磁致伸缩材料镀敷部的阻抗特性Z0，通过附加磁各向异性而变化成磁致伸缩膜14A情况下的阻抗特性ZA或是磁致伸缩膜14B情况下的阻抗特性ZB。由于磁致伸缩膜14A具有阻抗特性ZA，所以与磁致伸缩膜14A对应的检测线圈13A就具有所述的磁致伸缩特性曲线51A。由于磁致伸缩膜14B具有阻抗特性ZB，所以与磁致伸缩膜14B对应的检测线圈13B就具有所述的磁致伸缩特性曲线51B。
图8中范围73是作为阻抗特性ZA、ZB的重复部分而能得到大致线性变化特性的范围。该范围73作为磁致伸缩式转矩传感器10的传感器使用范围而被利用。
上述的附加磁各向异性工序P2之后则进行特性稳定化工序P3。在特性稳定化工序P3中进行最后的退火工序P31。退火工序P31例如是以转弯转矩检测部20使用状况下使用温度以上的温度来进行规定时间的加热处理。该退火工序P31并不是必须进行的工序，也可以被省略。
接着退火工序P31是进行退磁工序P32。退磁工序P32是对于旋转轴11给予交流磁场而把旋转轴11表面上产生的磁化等进行退磁的工序。通过该退磁工序P32把旋转轴11上整个表面(包括磁致伸缩膜14A、14B的表面)产生的所有磁化部分进行退磁，把残磁初始化。
所述形成磁致伸缩膜工序P1在电解脱脂等前处理工序的步骤S11、电解镀敷的步骤S12、向磁致伸缩材料镀敷部附加磁各向异性工序P2等的制造处理中设置了各种电磁发生装置。因此例如如图9A所示那样在旋转轴11的表面(也包括磁致伸缩膜的表面)上产生多处不需要的磁化部MS。图9A中，与退磁工序P32之前阶段旋转轴11的磁致伸缩膜14A、14B表面上散乱的多处磁各向异性MM一起还在旋转轴11的表面上产生多处磁化部MS和应变MK。磁各向异性MM、磁化部MS和应变MK形成得不规则。
如上所述，若磁化部MS等是以不规则的状态存在于旋转轴11上，则在根据施加转矩而使磁致伸缩膜14A、14B的磁致伸缩特性产生变化时给予该磁致伸缩特性以不稳定性的影响。若把这种旋转轴11使用在磁致伸缩式转矩传感器10中，则磁致伸缩式转矩传感器10的检测灵敏度就不稳定。由于旋转轴11在其制造处理中由上述那样各种原因而被不规则磁化，所以磁化部MS等的发生状态随每个旋转轴11而不同，旋转轴11之间出现偏差，磁致伸缩式转矩传感器10的传感器输出灵敏度也出现偏差。
于是对上述状态的旋转轴11要在退磁工序P32中进行退磁处理。这样使退磁后旋转轴11的状态如图9B所示那样。退磁后的旋转轴11把其表面上存在的磁化部MS和应变MK进行初始化，并使两个磁致伸缩膜14A、14B的各个形成磁各向异性MM而实现相互逆向的稳定的传感器输出灵敏度。其结果是能消除上述的不稳定检测灵敏度和传感器输出灵敏度有偏差的问题。
在旋转轴11的退磁中使用图10所示的退磁装置81。退磁装置81在内部内藏有交流磁场发生装置。通过该交流磁场发生装置而从退磁装置81的容器表面81a发生交流磁场82。作为退磁装置81知道的有由电容器和线圈构成的具有谐振电路的电容式去磁电源装置。把交流磁场82通常强度的时间变化表示在图12。图12中横轴表示时间，纵轴表示磁场强度。通常交流磁场82的磁场强度变化是具有一定振幅的交流变化。
如图11所示，在利用所述退磁装置81进行旋转轴11的退磁时是使其对于退磁装置81的容器表面81a上平行制作的交流磁场82区域向箭头D的方向移动。对旋转轴11进行退磁时的交流磁场82在初始状态下是图11所示的状态，但在最终阶段是变化成图13所示那样交流磁场82的振幅逐渐地衰减。
使交流磁场82逐渐衰减而进行旋转轴11表面的退磁时，在旋转轴11表面上不规则产生的磁化部MS的磁化状态则如图14所示那样变化衰减。随着交流磁场82振幅的衰减而旋转轴11磁化部MS的磁化强度就按照磁滞特性与时间经过一起逐渐地接近于零。通过该退磁工序P32则如图9B所示那样使旋转轴11上产生的磁化部MS的磁化状态变成零，把形成磁致伸缩膜工序P1等中旋转轴11上产生的不规则磁化部和应变进行退磁。这样使旋转轴11上形成的磁致伸缩膜14A、14B的各磁各向异性MM的特性被稳定维持，能减少转矩检测时传感器灵敏度的偏差。
上述实施例是把退磁工序P32设置在了附加磁各向异性工序P2之后，但也可以把退磁工序P32设置在形成磁致伸缩膜工序P1之后或是设置在旋转轴11的前处理工序(未图示)中。且退磁工序P32也可以在用于缓和应力的再加热后任何工序中进行多次。若把退磁工序P32在用于缓和应力的再加热后进行，则在后面的工序中不会发生磁化，且能把之前工序中发生的磁化全部变成零，即能进行初始化，所以是理想的。
退磁工序P32之后是进行以抽取检查形式实行的检查工序P4。
之后，设置配置有励磁线圈等检测器的检测器附设工序P5，配置检测旋转轴11的磁致伸缩膜14A、14B周围磁致伸缩特性变化的检测装置。通过以上的工序就完成磁致伸缩式转矩传感器10。
下面说明由所述磁致伸缩式转矩传感器制造方法制造的磁致伸缩式转矩传感器10的有关传感器特性偏差的试验结果。
有关磁致伸缩式转矩传感器10的传感器特性偏差试验，是把由不具备所述退磁工序P32的现有制造方法制造的10根旋转轴作为试料的试验和把由具备所述退磁工序P32的本发明制造方法制造的10根旋转轴(11)作为试料的试验。对比两个试验结果来进行说明。
下面的表1中把“传感器灵敏度”以标准离差(σ)表示。表1“退磁工序”的栏中“无”是指不具备退磁工序P32的情况，“退磁工序”的栏中“有”是指具备退磁工序P32的情况。“电镀”的栏中14A、14B是与图1所示的磁致伸缩膜14A、14B对应。“传感器灵敏度”意味着在输入转矩阻抗特性中把每1N·m输入转矩的阻抗变化量用0输入转矩时的阻抗值“0点Z”去除而得到的值。表1中把无退磁工序的值作为基准1，与此相对把有退磁工序的以比率来表示传感器灵敏度的标准离差(σ)。从表1可了解到，由不具备退磁工序P32的制造方法制造的试料的“传感器灵敏度”的标准离差σ是1，相对地由具备退磁工序的制造方法制造的试料的“传感器灵敏度”的标准离差σ是0.658和0.591，是更小的值。从这点了解到与使用了由不具备退磁工序P32的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”偏差相比，使用了由具备退磁工序P32的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”偏差小。
表1
下面的表2表示了关于使用了由不具备退磁工序P32的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器和使用了由具备退磁工序P32的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”的“工序能力指数Cp”。
表2
表2中“退磁工序”的栏和“电镀”的栏是与上述的表1相同的内容。“工序能力指数Cp”是评价按照制造工序制造出的制品质量相对于标准是处于何种状态的指数。其表示的是工序相对于标准的偏差大小的能力。“工序能力指数Cp”能通过下面的式(1)给予。
Cp＝(标准上限值-标准下限值)/6σ (1)一般来说只要“工序能力指数Cp”满足1.33＜Cp＜1.67关系则工序能力就好，认识到在Cp＜1.33时工序能力不一定能说好。上述表2的值如前所述，是对于由不具备退磁工序P32的现有制造方法制造的10根旋转轴试料和由具备退磁工序P32的本发明制造方法制造的10根旋转轴试料来求“传感器灵敏度”(表1)，并根据这些值来设定标准上限值和标准下限值，并根据上述式(1)所计算出的值。
从上述表2了解到使用了由不具备退磁工序P32的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器的“工序能力指数Cp”，其“传感器灵敏度”是比1.33小的值。从这点了解到不具备退磁工序P32的制造方法的工序能力不一定能说好。相对地，使用了由具备退磁工序P32的本发明制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器的“工序能力指数Cp”，其“传感器灵敏度”比1.33大，了解到工序能力好。
图15把上述表2“传感器灵敏度”的“工序能力指数Cp”以立柱式图形进行了表示。横轴表示电镀的种类，纵轴表示“工序能力指数Cp”。图形B10、B11与使用了由不具备退磁工序的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器对应。图形B20、B21与使用了由具备退磁工序的制造方法制造的旋转轴的磁致伸缩式转矩传感器对应。
如图15所示了解到，对于由不具备退磁工序的制造方法制造的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”，其“工序能力指数Cp”是比1.33小的值。因此，该制造方法的工序能力不一定好。与此相对，对于由本发明制造方法制造的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”，其“工序能力指数Cp”比1.33大，工序能力好。
如表2或图15所示，对于由具备本发明退磁工序P32的制造方法制造的磁致伸缩式转矩传感器的“传感器灵敏度”，其“工序能力指数Cp”比1.33大，工序能力好，不需要全数检查，以抽取检查就能保证质量。因此能谋求缩短工时数。
根据以上的本发明，由于把由制造工序各种情况而引起产生的旋转轴磁化等进行了初始化，所以能减少磁致伸缩式转矩传感器特性的偏差，能缩短工时数和提高质量。
本发明作为制造在电动动力转向装置等中检测转弯转矩的磁致伸缩式转矩传感器的方法被利用。
权利要求
1.一种磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其特征在于，包括在旋转轴(11)上形成磁致伸缩膜(14A、14B)的工序(P1)、对形成在所述旋转轴上的所述磁致伸缩膜(14A、14B)施予磁各向异性特性的工序(P2)、把所述旋转轴(11)进行退磁的工序(P32)。
2.如权利要求1所述的磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其特征在于，所述退磁工序(P32)是把该退磁工序前各工序中在所述旋转轴(11)上产生的剩磁进行初始化的工序。
3.如权利要求1所述的磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其特征在于，所述退磁工序(P32)是在所述形成磁致伸缩膜工序(P1)之后。
4.如权利要求1所述的磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其特征在于，在所述退磁工序(P32)后的最终阶段具有在所述磁致伸缩膜(14A、14B)周围设置检测装置的工序，所述检测装置当所述旋转轴(11)上给予转矩后检测所述磁致伸缩膜(14A、14B)的磁致伸缩特性的变化。
全文摘要
一种磁致伸缩式转矩传感器的制造方法，其具有在磁致伸缩式转矩传感器(10)的旋转轴(11)上形成磁致伸缩膜(14A、14B)的形成磁致伸缩膜工序(P1)和向在该形成磁致伸缩膜工序(P1)中形成的所述磁致伸缩膜(14A、14B)附加磁各向异性的附加磁各向异性工序(P2)，且具有把旋转轴(11)进行退磁的退磁工序(P32)。退磁工序(P32)被设置在形成磁致伸缩膜工序(P1)后的任一阶段，是把旋转轴(11)上产生的剩磁(MS、MK)进行初始化的工序。
文档编号G01L3/10GK1940516SQ20061015431
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月30日
发明者樫村之哉, 土肥瑞穗, 原田仁, 福田佑一, 吉本信彦 申请人:本田技研工业株式会社