特許 6740908 磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6740908

(24)【登録日】2020年7月29日

(45)【発行日】2020年8月19日

(54)【発明の名称】磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/10 20060101AFI20200806BHJP

【ＦＩ】

   G01L3/10 301D

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-2547(P2017-2547)

(22)【出願日】2017年1月11日

(65)【公開番号】特開2018-112451(P2018-112451A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年9月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100071526

【弁理士】

【氏名又は名称】平田 忠雄

(74)【代理人】

【識別番号】100099597

【弁理士】

【氏名又は名称】角田 賢二

(74)【代理人】

【識別番号】100124235

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 恵子

(74)【代理人】

【識別番号】100124246

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 和光

(74)【代理人】

【識別番号】100128211

【弁理士】

【氏名又は名称】野見山 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100145171

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 浩行

(72)【発明者】

【氏名】中村 晃之

【審査官】 公文代 康祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０９００３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２２９８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−００９５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１１８０８１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５２８２９０６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ３／１０

Ｃ２１Ｄ ７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

−４０℃以上１５０℃以下の温度域下において、４ｍＶ／Ｎｍ以上のセンサ感度、かつ３％ＦＳ以下のヒステリシス誤差が要求される磁歪式トルクセンサのセンサ部が取り付けられる磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法であって、
クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、
少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を備え、
前記ショットピーニング工程では、粒径０．６ｍｍ以上０．８ｍｍ以下かつロックウェル硬さ６０以上のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下、噴射時間を２分以上とする、
磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項2】

前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を５分以上とする、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項3】

前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を１０分以上とする、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項4】

前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とする、
請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項5】

前記軸材がクロム鋼からなる、
請求項２乃至４の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項6】

前記熱処理工程では、該熱処理工程後の軸材の硬度がロックウェル硬さ５８以上となるように熱処理を行う、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項7】

前記磁歪式トルクセンサ用シャフトのマルテンサイト（２００）及びマルテンサイト（２１１）のＸ線回折強度のピーク値が、前記ショットピーニング工程を行う前のピーク値の１．１５倍以上となっている、
請求項１乃至６の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【請求項8】

前記ショットピーニング工程を行う前は、前記磁歪式トルクセンサ用シャフトのオーステナイト（２００）のＸ線回折強度のピーク値が、マルテンサイト（２００）のピーク値よりも大きく、
前記ショットピーニング工程を行った後は、前記磁歪式トルクセンサ用シャフトのオーステナイト（２００）のＸ線回折強度のピーク値が、マルテンサイト（２００）のピーク値よりも小さくなる、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、磁歪式トルクセンサが知られている。磁歪式トルクセンサは、応力が付与された際に透磁率が変化する磁歪特性を有するシャフトを用い、トルクが付与されてシャフトが捩じれた際のシャフトの透磁率の変化を検出コイルのインダクタンスの変化として検出することにより、シャフトに付与されたトルクを検出する（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−３４０７０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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

【0005】

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

【0006】

しかしながら、熱処理の条件を調整すること等によりシャフト全体のオーステナイト量を少なくすると、シャフトの靱性が低下し、シャフトに割れが生じやすくなってしまう。

【0007】

また、ヒステリシスは誤差（直線性誤差、以下ヒステリシス誤差という）の原因となるため、できるだけ小さいことが望まれる。

【0008】

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

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題を解決することを目的として、磁歪式トルクセンサのセンサ部が取り付けられる磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法であって、クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を備え、前記ショットピーニング工程では、粒径０．６ｍｍ以上かつロックウェル硬さ６０以上のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上とする、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法を提供する。

【発明の効果】

【0010】

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

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】磁歪式トルクセンサのセンサ部の一例を示す図であり、（ａ）はシャフトに取り付けた際の側面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。

【図2】ボビンを展開した状態を模式的に示す平面図であって、（ａ）は第１検出コイル及び第４検出コイルを説明する図、（ｂ）は第２検出コイル及び第３検出コイルを説明する図である。

【図3】トルクセンサの検出信号によりシャフトに付与されたトルクを測定する測定部の一例を示す回路図である。

【図4】感度及びヒステリシス誤差を説明する図である。

【図5】軸材としてクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用いた場合の試験結果を示すグラフ図であり、（ａ）はショットピーニングの条件ごとのセンサ感度の測定結果、（ｂ）はショットピーニングの条件ごとのヒステリシス誤差の測定結果を示すグラフ図である。

【図6】（ａ）〜（ｃ）は、図５におけるＰ５Ｍ１０の試料、及びショットピーニングを施さない試料のＸ線回折試験の結果を示すグラフ図である。

【図7】軸材としてクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を用いた場合の試験結果を示すグラフ図であり、（ａ）はショットピーニングの条件ごとのセンサ感度の測定結果、（ｂ）はショットピーニングの条件ごとのヒステリシス誤差の測定結果を示すグラフ図である。

【図8】（ａ）〜（ｃ）は、図７におけるＰ５Ｍ１０の試料、及びショットピーニングを施さない試料のＸ線回折試験の結果を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0013】

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

【0014】

図１（ａ），（ｂ）に示すように、トルクセンサ１のセンサ部２は、磁歪特性を有する磁歪式トルクセンサ用シャフト（以下、単にシャフトという）１０１の周囲に取り付けられている。トルクセンサ１は、シャフト１００に付与されたトルク（回転トルク）を測定するものである。

【0015】

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

【0016】

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

【0017】

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

【0018】

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

【0019】

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

【0020】

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

【0021】

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

【0022】

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

【0023】

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

【0024】

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

【0025】

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

【0026】

（シャフト１００とその製造方法の説明）
本実施の形態では、シャフト１００として、クロム鋼（ＳＣｒ）又はクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施した後に、ショットピーニングを施したものを用いる。

【0027】

つまり、本実施の形態に係るシャフト１００の製造方法は、クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも熱処理工程後の軸材のセンサ部２が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を備えている。

【0028】

軸材の全体に浸炭焼入れ焼戻し処理を施すことによって、シャフト１００の靱性を含む機械的強度を高めることができる。

【0029】

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

【0030】

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

【0031】

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

【0032】

本実施の形態では、シャフト１００の軸材としてクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用いた場合、及びクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）を用いた場合について、最適なショットピーニングの条件について検討した。使用したクロム鋼（ＳＣｒ４２０）及びクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）の成分表を表１に示す。また、それぞれの熱処理条件を表２に示す。

【0033】

【表1】

【0034】

【表2】

【0035】

表２に示すように、本実施の形態では、熱処理工程後の軸材の硬度を、ＨＲＣ５９以上６２以下としている。これは、熱処理工程後の軸材の硬度が低いと、センサ感度が低下したりヒステリシス誤差が高くなったりする場合があるためである。センサ感度及びヒステリシス誤差の悪化を抑制するために、熱処理工程後の軸材の硬度はＨＲＣ５８以上とすることが望ましい。つまり、熱処理工程では、熱処理工程後の軸材の硬度がＨＲＣ５８以上となるように熱処理を行うことが望ましい。ただし、熱処理工程後の軸材の硬度が高すぎると、靱性が低下してシャフト１００としての性能が低下するおそれがあるため、熱処理工程後の軸材の硬度は、ＨＲＣ６２以下とすることが望ましく、ＨＲＣ５９以上６２以下とすることがより望ましい。

【0036】

本実施の形態では、ショットピーニングのショット材として、粒径０．６ｍｍ、ＨＲＣ（ロックウェル硬さ）６０のスチールからなるものを用いた。また、ショットピーニングにおける噴射圧力は０．４ＭＰａ（Ｐ４と表す）、あるいは０．５５ＭＰａ（Ｐ５と表す）とし、噴射時間は２分（Ｍ２と表す）、５分（Ｍ５と表す）、あるいは１０分（Ｍ１０と表す）とした。

【0037】

試験では、シャフト１００に与えるトルクを、０、１０、２０、３０、４０、５０、４０、３０、２０、１０、０、−１０、−２０、−３０、−４０、−５０、−４０、−３０、−２０、−１０、０（単位はＮｍ）と変化させて、トルクに対するセンサ出力の関係（図４参照）を取得し、当該関係からセンサ感度とヒステリシス誤差を演算した。また、温度を１５０℃、２０℃、−４０℃として同様の試験を行った。

【0038】

軸材としてクロム鋼（ＳＣｒ４２０）を用いた場合の試験結果を図５（ａ），（ｂ）に示す。図５（ａ），（ｂ）の横軸において、例えばＰ４Ｍ２という表記は、噴射圧力が０．４ＭＰａであり、噴射時間が２分であることを表している。図５（ａ），（ｂ）の横軸では、概略として、左から右にかけてショットピーニングの噴射エネルギーが大きくなっている。

【0039】

図５（ａ），（ｂ）に示すように、クロム鋼（ＳＣｒ４２０）では、噴射時間を長くするほど、また噴射圧力を高くするほど、センサ感度の向上、及びヒステリシス誤差の低減の効果が得られることが分かる。つまり、ショットピーニングの噴射エネルギーが大きくなるほど、センサ感度及びヒステリシス誤差が改善されている。

【0040】

ショットピーニングを行わない試料に対しても同様に試験を行ったところ、センサ感度は約２ｍＶ／Ｎｍであり、ヒステリシス誤差は約６％ＦＳであった。よって、軸材としてクロム鋼を用い、粒径０．６ｍｍでＨＲＣ６０のショット材を用いる場合には、少なくとも噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上とすることで、センサ感度の向上、及びヒステリシス誤差の低減の効果が得られるといえる。

【0041】

トルクセンサ１では、センサ感度が４ｍＶ／Ｎｍ以上であり、かつヒステリシス誤差が３％以下であることが望まれる。よって、センサ感度が４ｍＶ／Ｎｍ以上でかつヒステリシス誤差が３％以下となるように、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を５分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とすることが好ましい。

【0042】

さらに、ノイズやシャフト１００の回転の影響（回転軸の偏心の影響）を考慮して全体のヒステリシス誤差を３％以下に抑えるためには、これらの影響がない状況でのヒステリシス誤差を２％以下に抑えることがより望ましく、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を１０分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とすることがより好ましいといえる。なお、１０分以上の噴射時間とした場合にはシャフト１００の生産に時間がかかり、量産性が低下してしまうおそれがある。よって、量産性を高めるという観点からは、ショットピーニング工程において、噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間２分以上とすることがより好ましいといえる。

【0043】

上述のように、噴射エネルギーが大きいほどセンサ感度及びヒステリシス誤差が改善されることから、ショット材としては、できるだけ粒径が大きく硬度が高いものを用いることが望ましいといえる。図５の試験結果より、少なくとも、粒径０．６ｍｍ以上、ＨＲＣ６０以上（ＨＶ７００以上）のショット材を用い、かつ噴射圧力０．４ＭＰａ以上、噴射時間２分以上の条件でショットピーニングを行うことで、センサ感度及びヒステリシス誤差を改善可能である。

【0044】

なお、本発明者が粒径０．３５ｍｍかつＨＶ（ビッカース硬さ）１２００のショット材を用いてショットピーニングを行ったところ、ヒステリシス誤差は低減したもののセンサ感度の十分な向上が認められなかった。また、粒径０．８ｍｍかつＨＲＣ６０のショット材を用いてショットピーニングを行ったところ、粒径０．６ｍｍかつＨＲＣ６０のショット材を用いた場合とほぼ同様の結果が得られた。なお、ショット材の粒径が大きすぎるとシャフト１００の表面の凹凸が大きくなり、それによる誤差が大きくなるおそれがあるため、ショット材の粒径は、０．６ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とすることが望ましい。

【0045】

また、ショットピーニング時の噴射圧力を高くし過ぎると、安全性を確保するために特殊なショットピーニング装置を用いる必要が生じ、コストが高くなる。一般的なショットピーニング装置を使用することを考慮すると、安全性を確保する観点から、ショットピーニング時の噴射圧力は０．４ＭＰａ以上０．６ＭＰａ以下とすることが望ましい。

【0046】

次に、噴射圧力０．５ＭＰａかつ噴射時間２分とした資料（Ｐ５Ｍ１０）を用い、Ｘ線回折試験を行った。Ｘ線回折試験では、直径２０ｍｍかつ厚さ５ｍｍの短円柱状の試料を用い、当該試料にＣｕＫα線を照射して試験を行った。Ｘ線回折試験の結果を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図６（ｂ），（ｃ）は、図６（ａ）の一部を拡大したものである。また、図６（ａ）〜（ｃ）では、比較のため、ショットピーニングを行わない試料についての結果も併せて示している。

【0047】

図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の試料（ショットピーニングありＰ５Ｍ１０）では、ショットピーニングを行わない従来例の試料（ショットピーニングなし）と比較して、非磁性のオーステナイトが減少し、強磁性のマルテンサイトが増加しており、これによりセンサ感度が向上することが分かる。なお、図６（ａ）〜（ｃ）における括弧内の数字はミラー指数を表している。また、図６（ａ）〜（ｃ）の縦軸である回折強度の単位は、ｃｐｓ（ｃｏｕｎｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ）である。

【0048】

また、図６（ｃ）に示すように、ミラー指数（２００）におけるオーステナイトとマルテンサイトのピーク値の大小関係が、本発明と従来例とで逆転している。つまり、従来例では、オーステナイト（２００）のピーク値がマルテンサイト（２００）のピーク値よりも大きいが、本発明では、オーステナイト（２００）のピーク値がマルテンサイト（２００）のピーク値よりも小さくなっている。本発明者が検討したところ、特にマルテンサイト（２００）及びマルテンサイト（２１１）のピーク値が高いほど、低温時のヒステリシス誤差を低減できることが分かった。低温時のヒステリシス誤差を低減するために、マルテンサイト（２００）及びマルテンサイト（２１１）のピーク値は、ショットピーニングを行う前のピーク値の１．１５倍以上であることが望ましい。

【0049】

次に、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ４２０）における試験結果を図７（ａ），（ｂ）に示す。なお、試験条件は図５のクロム鋼における試験条件と同様とした。図７（ａ），（ｂ）に示すように、クロムモリブデン鋼では、Ｐ４Ｍ２、Ｐ５Ｍ２、及びＰ５Ｍ１０のいずれの場合でもセンサ感度が４ｍＶ／Ｎｍ以上であり、かつヒステリシス誤差が概略２％以下となっている。よって、少なくとも、粒径０．６ｍｍ以上、ＨＲＣ６０以上（ＨＶ７００以上）のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上とすることで、センサ感度の向上及びヒステリシス誤差の低減の効果を十分に得ることができる。

【0050】

また、クロムモリブデン鋼についても、噴射圧力０．５ＭＰａかつ噴射時間２分とした資料（Ｐ５Ｍ１０）を用い、クロム鋼と同様にＸ線回折試験を行った。結果を図８（ａ）〜（ｃ）に示す。なお、図８（ｂ），（ｃ）は、図８（ａ）の一部を拡大したものである。また、図８（ａ）〜（ｃ）では、比較のため、ショットピーニングを行わない試料（ＳＣＭ４２０）についての結果も併せて示している。

【0051】

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、本発明の試料（ショットピーニングありＰ５Ｍ１０）では、ショットピーニングを行わない従来例の試料（ショットピーニングなし）と比較して、非磁性のオーステナイトが減少し、強磁性のマルテンサイトが増加しており、これによりセンサ感度の向上に寄与していることが分かる。また、ミラー指数（２００）におけるオーステナイトとマルテンサイトのピーク値の大小関係が、本発明と従来例とで逆転している。さらに、マルテンサイト（２００）及びマルテンサイト（２１１）のピーク値は、ショットピーニングを行う前のピーク値の１．１５倍以上となっている。

【0052】

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係るシャフト１００の製造方法では、クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも熱処理工程後の軸材のセンサ部が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を備え、ショットピーニング工程において、粒径０．６ｍｍ以上かつＨＲＣ６０以上のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上としている。

【0053】

ショットピーニング工程を備えることにより、シャフト１００の表面のみで非磁性のオーステナイトを減少させることが可能となり、シャフト１００の靱性の低下を抑制できる。また、クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材を用いた場合において、粒径０．６ｍｍ以上かつＨＲＣ６０以上のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上とする条件でショットピーニングを行うことにより、センサ感度を向上でき、かつヒステリシス誤差を低減することが可能となる。

【0054】

また、ショットピーニング工程において、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を５分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とすることで、−４０℃以上１５０℃以下の広い温度域において、センサ感度を４ｍＶ／Ｎｍ以上と高いセンサ感度を確保でき、かつ３％ＦＳ以下と低いヒステリシス誤差を実現できる。

【0055】

さらに、ショットピーニング工程において、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を１０分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とすることで、ヒステリシス誤差を２％ＦＳ以下とし、ノイズやシャフト１００の回転の影響を考慮した場合においても、全体として３％ＦＳ以下の低いヒステリシス誤差を実現可能になる。

【0056】

さらにまた、ショットピーニング工程において、噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とすることで、２％ＦＳ以下のヒステリシス誤差を維持しつつも、ショットピーニング工程にかかる時間を短縮でき、量産性を高めることができる。

【0057】

また、熱処理工程において、熱処理工程後の軸材の硬度がＨＲＣ５８以上となるように熱処理を行うことで、熱処理の影響によるセンサ感度及びヒステリシス誤差の悪化を抑制できる。

【0058】

また、ショットピーニング工程において、ショットピーニング工程後のシャフト表面の表面粗さＲａが０．２以下となるようにショットピーニングを行うことで、シャフト１００表面の凹凸の影響による誤差を抑制し、より精度の高いトルク検出が可能になる。

【0059】

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

【0060】

［１］磁歪式トルクセンサ（１）のセンサ部（２）が取り付けられる磁歪式トルクセンサ用シャフト（１００）の製造方法であって、クロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる軸材に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施す熱処理工程と、少なくとも前記熱処理工程後の軸材の前記センサ部（２）が取り付けられる位置に、ショットピーニングを施すショットピーニング工程と、を備え、前記ショットピーニング工程では、粒径０．６ｍｍ以上かつロックウェル硬さ６０以上のショット材を用い、噴射圧力を０．４ＭＰａ以上、噴射時間を２分以上とする、磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0061】

［２］前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を５分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とする、［１］に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0062】

［３］前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．４ＭＰａ以上０．５５ＭＰａ未満でかつ噴射時間を１０分以上とするか、あるいは噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とする、［１］に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0063】

［４］前記ショットピーニング工程では、噴射圧力０．５５ＭＰａ以上でかつ噴射時間を２分以上とする、［１］に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0064】

［５］前記軸材がクロム鋼からなる、［２］乃至［４］の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0065】

［６］前記熱処理工程では、該熱処理工程後の軸材の硬度がロックウェル硬さ５８以上となるように熱処理を行う、［１］乃至［５］の何れか１項に記載の磁歪式トルクセンサ用シャフトの製造方法。

【0066】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【0067】

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１…トルクセンサ（磁歪式トルクセンサ）
２…センサ部
３…検出コイル
２１…コイル
２２…磁性体リング
２３…ボビン
１００…シャフト（磁歪式トルクセンサ用シャフト）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】