JP6939385B2

JP6939385B2 - センサ装置

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Description

本発明は、支持体に対して回転可能に支持されたシャフトの回転角を検出可能なセンサ装置に関する。

従来、シャフトの回転角を検出可能なセンサ装置が、例えば車両のステアリング装置に用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のステアリング装置は、支持体としての筒状のケース部材にステアリングシャフトが挿通されており、ステアリングホイールの操舵操作に伴うステアリングシャフトの回転角がセンサ装置の回転角センサによって検出される。ステアリングシャフトは、ケース部材の内周面とステアリングシャフトの外周面との間に配置された軸受によって回転可能に支持されている。

回転角センサは、箱状のセンサ本体を備えており、センサ本体の内部に検出ギヤや基板などの構成部品が収容されている。検出ギヤは、ステアリングシャフトと共に回転する保持部材に形成された外歯に噛み合い、かつ磁石を固定するための載置台を有している。基板には、検出ギヤの載置台に固定された磁石の磁気が付与される磁気センサが実装されており、この磁気センサの出力信号によってステアリングシャフトの回転角（操舵角）が検出される。ケース部材には、センサ本体を収容するための収容部が形成されており、この収容部にセンサ本体の大部分が収容されると共に、センサ本体の一端部に形成されたフランジ部が収容部の開口端面に固定されている。

特開２０１３−９２４６１号公報

上記のように形成されたステアリング装置のケース部材は、ステアリングシャフトの支持剛性を確保するため、ケース部材がアルミニウム等の金属により形成されるが、このようなケース部材に箱状のセンサ本体を収容する収容部を形成する加工は困難性が高く、多くの工数を要していた。また、箱状のセンサ本体の内部に基板を挿入して固定する作業にも、多くの工数を要していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、加工や組み付けを容易に行うことができ、製造コストの低減を図ることが可能なセンサ装置を提供することにある。

本発明は、上記の目的を達成するため、支持体に対して回転可能に支持されたシャフトの前記支持体に対する回転角を検出可能なセンサ装置であって、前記シャフトと共に回転する外歯歯車と、前記外歯歯車に噛み合って回転する従動歯車と、前記従動歯車と共に回転する回転角検出用の永久磁石と、前記回転角検出用の永久磁石の磁界を検出する回転角検出用の磁気センサと、前記回転角検出用の磁気センサがプリント基板に実装された実装基板と、前記外歯歯車を収容する筒状の第１ハウジング部材と、前記従動歯車を支持すると共に前記実装基板を収容する第２ハウジング部材と、前記第２ハウジング部材に取り付けられる蓋体とを備え、前記第１ハウジング部材には、前記シャフトの回転軸線に平行な軸方向に対して垂直な径方向に開口する嵌合孔が形成されており、前記第２ハウジング部材は、前記嵌合孔の開口端面に突き当てられるフランジ部を有し、前記フランジ部から突出した前記従動歯車の一部が前記第１ハウジング部材内に挿入されて前記外歯歯車に噛み合わされていると共に、前記フランジ部よりも前記第１ハウジング部材から前記径方向に離間した位置に基板導入口が形成されており、前記基板導入口は、前記実装基板を前記第２ハウジング部材に対して前記径方向に移動させることにより、前記フランジ部の内側に前記実装基板の一部を挿通させることが可能な形状及び大きさを有しており、前記蓋体により前記基板導入口が閉塞されている、センサ装置を提供する。

本発明に係るセンサ装置によれば、加工や組み付けを容易に行うことができ、以って製造コストの低減を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るセンサ装置を備えて構成されたステアリング装置の構成例を模式的に示す構成図である。ラックハウジングの第１筒部の内部を第１ピニオンシャフトの回転軸を含む断面で示す断面図である。センサ装置の第２ハウジング部材、第１及び第２の従動歯車、第１及び第２の永久磁石、実装基板、ならびに蓋体を示す斜視図である。第１及び第２の従動歯車ならびに実装基板を図３とは異なる方向から見た斜視図である。第２ハウジング部材、第１及び第２の従動歯車、第１及び第２の永久磁石、実装基板、ならびに蓋体が組み合わされたアセンブリ体を示す斜視図である。第２ハウジング部材ならびに第１及び第２の従動歯車を軸方向から見た図である。第２ハウジング部材を第１ハウジング部材とは反対側から径方向に見た図である。トルク検出部の構成部材を示す分解斜視図である。ヨークユニットを一部を破断して示す側面図である。第１ハウジング部材及びヨークユニットを示す斜視図である。センサ装置を軸方向に見た図である。実装基板を第２ハウジング部材に組み付けて基板導入口を蓋体で閉塞する製造工程の第１乃至第４段階を示す説明図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置を備えて構成されたステアリング装置の構成例を模式的に示す構成図である。

ステアリング装置１は、運転者が回転操作するステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０が一端部に固定されたコラムシャフト２１と、コラムシャフト２１に自在継手２０１を介して連結された中間シャフト２２と、中間シャフト２２に自在継手２０２を介して連結された第１ピニオンシャフト２３と、第１ピニオンシャフト２３に噛み合う転舵軸としてのラックシャフト３と、ラックシャフト３を収容して車幅方向に延びるラックハウジング４と、運転者による操舵操作を補助する操舵補助装置５と、操舵角及び操舵トルクを検出するセンサ装置６とを備えている。

自在継手２０１，２０２は、例えばカルダンジョイントからなる。コラムシャフト２１、中間シャフト２２、及び第１ピニオンシャフト２３は、ステアリングホイール１０に付与された操舵トルクをラックシャフト３に伝達するステアリングシャフト２を構成する。第１ピニオンシャフト２３は、ステアリングホイール１０の操舵操作に応じて回転する本発明のシャフトに相当する部材であり、その一端部にはピニオン歯部２３０が形成されている。

操舵補助装置５は、コントローラ５０と、コントローラ５０から出力されるモータ電流によってトルクを発生する電動モータ５１と、電動モータ５１の出力軸５１１の回転を減速する減速機構５２と、減速機構５２によって減速された電動モータ５１のトルクによって回転する第２ピニオンシャフト５３とを備えている。減速機構５２は、電動モータ５１の出力軸５１１と一体回転するように連結されたウォーム５２１と、ウォーム５２１に噛み合うウォームホイール５２２とからなる。ウォームホイール５２２は、第２ピニオンシャフト５３と共に回転し、この第２ピニオンシャフト５３に操舵補助トルクを付与する。第２ピニオンシャフト５３には、ピニオン歯部５３０が形成されている。コントローラ５０は、例えばステアリングホイール１０に付与される操舵トルクや操舵角、ならびに車速等に基づいて電動モータ５１を制御する。

ラックシャフト３には、第１ピニオンシャフト２３のピニオン歯部２３０に噛み合う第１ラック歯部３１と、第２ピニオンシャフト５３のピニオン歯部５３０に噛み合う第２ラック歯部３２とが形成されている。ラックシャフト３の両端部には、それぞれボールジョイントソケット１１，１１が固定され、これらのボールジョイントソケット１１，１１にそれぞれ連結されたタイロッド１２，１２が、図示しないナックルアームを介して左右一対の前輪１３，１３に連結されている。ラックシャフト３は、車幅方向への進退移動によって、転舵輪である左右の前輪１３，１３を転舵させる。

ラックハウジング４は、ラックシャフト３を収容する本体部４０と、ピニオン歯部２３０を含む第１ピニオンシャフト２３の一部を収容する第１筒部４１と、ピニオン歯部５３０を含む第２ピニオンシャフト５３の一部を収容する第２筒部４２とを有している。

第１ピニオンシャフト２３は、車室内外を区画するダッシュパネル１４に設けられた挿通口１４０に挿通されている。センサ装置６は、図１においてダッシュパネル１４よりも下側の車室外に配置されている。

図２は、ラックハウジング４の第１筒部４１の内部を第１ピニオンシャフト２３の回転軸を含む断面で示す断面図である。以下、第１ピニオンシャフト２３を単にピニオンシャフト２３という。

ピニオンシャフト２３は、第２の自在継手２０２に連結されるインプットシャフト２３１と、ピニオン歯部２３０を有するアウトプットシャフト２３２と、インプットシャフト２３１とアウトプットシャフト２３２とを、可撓性を有するトーションバー（捩れ軸）２３３によって連結してなる。トーションバー２３３は、操舵トルクによって捩れ、この捩じれ量に相当する角度で一対の回転軸部材としてのインプットシャフト２３１及びアウトプットシャフト２３２が相対回転する。以下、ピニオンシャフト２３の回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向といい、この軸方向に対して垂直な方向を径方向という。また、図２の上方にあたる軸方向の一側を上側とし、図２の下方にあたる軸方向の他側を下側とする。

インプットシャフト２３１は、第１筒部４１の上端部に固定されたセンサ装置６の第１ハウジング部材７（後述）に玉軸受２４を介して回転可能に支持されている。アウトプットシャフト２３２は、ピニオン歯部２３０の上側にあたる部位が玉軸受２５によって支持され、ピニオン歯部２３０の下側にあたる部位が針状ころ軸受２６によって支持されている。ピニオンシャフト２３は、これらの玉軸受２４，２５及び針状ころ軸受２６により、支持体としてのラックハウジング４に対して回転可能に支持されている。インプットシャフト２３１は第１ハウジング部材７に挿通されており、第１ハウジング部材７の上端部における内周面には、インプットシャフト２３１の外周面に摺接するシール部材２７が取り付けられている。また、インプットシャフト２３１には、第１ハウジング部材７の上端部を覆う傘状のカバー部材２８が取り付けられている。

ラックハウジング４には、ラックシャフト３のラック歯部３１をピニオンシャフト２３のピニオン歯部２３０に弾性的に押し付けるラックガイド機構４４が収容されている。ラックガイド機構４４は、第１筒部４１に設けられた収容穴４１０に進退移動可能に収容されたサポートヨーク４４１と、サポートヨーク４４１をラックシャフト３のギヤ背面に向かって付勢するコイルばね４４２と、収容穴４１０の開口を閉塞するプラグ４４３とを有している。

センサ装置６は、ラックハウジング４に対するピニオンシャフト２３の回転角を検出すると共に、トーションバー２３３の捩じれ量によってインプットシャフト２３１とアウトプットシャフト２３２との間で伝達される操舵トルクを検出する。本実施の形態では、センサ装置６がアウトプットシャフト２３２の回転角を操舵角として検出する。なお、センサ装置６によって検出された回転角の情報は、例えば車両の走行を安定化させる走行安定化装置（スタビリティ・コントロール・システム）において車両の横滑りを防止する制御のために用いられるなど、車両の各種制御のためにも用いられる。

（センサ装置６の構成）
次に、センサ装置６の構成について、図２乃至図１１を参照して詳細に説明する。センサ装置６は、センサハウジング６１と、回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２及びトルク検出用の磁気センサ６２３，６２４等の電子部品がプリント基板６２０に実装された実装基板６２と、インプットシャフト２３１に固定された筒状のリング磁石６３と、リング磁石６３の磁束の磁路となる第１及び第２のヨーク６４１，６４２、ならびに嵌合環６４３が樹脂部６４４に一体化されたヨークユニット６４と、第１及び第２のヨーク６４１，６４２にそれぞれ対応して配置された第１及び第２の集磁リング６５１，６５２と、ヨークユニット６４の樹脂部６４４に形成された外歯歯車６４５に噛み合って回転する第１及び第２の従動歯車６６，６７と、第１の従動歯車６６と共に回転する回転角検出用の第１の永久磁石６８と、第２の従動歯車６７と共に回転する回転角検出用の第２の永久磁石６９とを有している。

センサハウジング６１は、外歯歯車６４５を含むヨークユニット６４を収容する筒状の第１ハウジング部材７と、第１及び第２の従動歯車６６，６７を支持すると共に実装基板６２を収容する第２ハウジング部材８と、第２ハウジング部材８に取り付けられた平板状の蓋体９とを有している。

ヨークユニット６４は、第１及び第２のヨーク６４１，６４２ならびに嵌合環６４３が樹脂部６４４にインサート成型されて一体化されている。嵌合環６４３には、アウトプットシャフト２３２の上端部が圧入されており、ヨークユニット６４がアウトプットシャフト２３２と共に回転する。第１及び第２のヨーク６４１，６４２は、リング磁石６３の外側に、リング磁石６３の外周面と所定の隙間を有して配置される。

実装基板６２は、回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２及びトルク検出用の磁気センサ６２３，６２４、ならびに抵抗器やコンデンサ等の受動素子６３５がプリント基板６２０に実装されている。トルク検出用の磁気センサ６２３，６２４は、プリント基板６２０の第１実装面６２０ａに実装され、回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２は、プリント基板６２０の第２実装面６２０ｂに実装されている。ただし、トルク検出用の磁気センサ６２３，６２４を第２実装面６２０ｂに実装してもよい。

プリント基板６２０は、例えばガラスエポキシ等の板状の絶縁体からなる基材の表面に図略の配線パターンが形成されたソリッド基板である。プリント基板６２０には、基材を貫通するスルーホールからなる複数（本実施の形態では１２個）の電極６２６、及び２つの切り欠き６２０ｃが形成されている。トルク検出用の磁気センサ６２３，６２４は、切り欠き６２０ｃを跨ぐように実装されている。それぞれの電極６２６は、配線パターンによって、回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２又はトルク検出用の磁気センサ６２３，６２４の端子、あるいは受動素子６３５に接続されている。また、プリント基板６２０には、第２ハウジング部材８に設けられた一対の軸状突起８２３をそれぞれ挿通させる２つの挿通孔６２０ｄが形成されている。

第１の従動歯車６６は、外周端部に複数のギヤ歯が形成された平歯車からなるギヤ部６６１と、ギヤ部６６１の中心部から回転軸方向の一側に突出した円筒状のボス部６６２と、ギヤ部６６１の中心部から回転軸方向の他側に突出した円柱状の突部６６３とを一体に有している。ボス部６６２の内側には、第１の永久磁石６８が固定されている。ボス部６６２の外周面には、磁界の干渉を防止する筒状の磁気シールドリング６６０が嵌着されている。第１の従動歯車６６は樹脂からなり、磁気シールドリング６６０は鉄等の軟磁性体からなる。

同様に、第２の従動歯車６７は、外周端部に複数のギヤ歯が形成された平歯車からなるギヤ部６７１と、ギヤ部６７１の中心部から回転軸方向の一側に突出した円筒状のボス部６７２と、ギヤ部６７１の中心部から回転軸方向の他側に突出した円柱状の突部６７３とを一体に有している。ボス部６７２の内側には、第２の永久磁石６９が固定されている。ボス部６７２の外周面には、磁界の干渉を防止する筒状の磁気シールドリング６７０が嵌着されている。第２の従動歯車６７は樹脂からなり、磁気シールドリング６７０は鉄等の軟磁性体からなる。

第１の従動歯車６６と第２の従動歯車６７とは、ギヤ部６６１，６７１の歯数が互いに異なり、第１の従動歯車６６の歯数が第２の従動歯車６７の歯数よりも多い。本実施の形態では、第１の従動歯車６６の歯数が２６であり、第２の従動歯車６７の歯数が２４である。また、外歯歯車６４５の歯数は４８である。

回転角検出用の磁気センサ６２１は、その一部が第１の従動歯車６６のボス部６６２の内側に配置されて第１の永久磁石６８に向かい合い、第１の永久磁石６８の磁界を検出する。また、回転角検出用の磁気センサ６２２は、その一部が第２の従動歯車６７のボス部６７２の内側に配置されて第２の永久磁石６９に向かい合い、第２の永久磁石６９の磁界を検出する。

第１及び第２の永久磁石６８，６９は、それぞれ一対の磁極（Ｎ極及びＳ極）を有し、回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２は、第１及び第２の従動歯車６６，６７の回転角度に応じた正弦波状の信号を出力する。そして、第１の従動歯車６６と第２の従動歯車６７の歯数の違いにより、ステアリングホイール１０が左右方向への最大舵角まで操舵されてピニオンシャフト２３が複数回転しても、磁気センサ６２１，６２２の出力信号の位相が同期することがない。これにより、コントローラ５０は、磁気センサ６２１，６２２の出力信号に基づいて、ピニオンシャフト２３の回転角の絶対値を検出することが可能である。

第２ハウジング部材８は、長方形状の外形を有して第１ハウジング部材７に突き当てられるフランジ部８１と、フランジ部８１に対して第１ハウジング部材７側とは反対側に設けられた有底枠体部８２と、フランジ部８１に対して第１ハウジング部材７側に突出し、第１及び第２の従動歯車６６，６７を支持する平板状の突板部８３と、フランジ部８１の長手方向における突板部８３の両端部においてフランジ部８１から第１ハウジング部材７側に突出する一対の側板部８４と、実装基板６２への電源供給ならびにコントローラ５０への信号伝送のための図略のコネクタが嵌合される筒状のコネクタ嵌合部８５とを一体に有している。

第２ハウジング部材８には、その一端部がコネクタ嵌合部８５内に突出する複数の接続端子８０が固定されている。接続端子８０は、軸方向に延びる棒状であり、その他端部は有底枠体部８２内に突出している。また、第２ハウジング部材８は、フランジ部８１を構成する鋼板８１０及び複数の接続端子８０がモールド樹脂にインサート成型されている。鋼板８１０には、第１ハウジング部材７との固定のためのボルト７０（図１１に示す）を挿通させる一対のボルト挿通孔８１０ａが形成されている。第２ハウジング部材８を形成するモールド樹脂としては、例えば６６ナイロンを用いることができる。

突板部８３は、底部８２２に連続して設けられ、第１の従動歯車６６の突部６６３が遊嵌される支持孔８３１、及び第２の従動歯車６７の突部６７３が遊嵌される支持孔８３２を有している。第１及び第２の従動歯車６６，６７は、その回転軸線がフランジ部８１よりも第１ハウジング部材７側に位置している。

有底枠体部８２は、軸方向視において略台形状の枠部８２１と、軸方向における枠部８２１の一側を閉塞する底部８２２と、底部８２２から枠部８２１の内側に向かって軸方向に突出する一対の軸状突起８２３とを有している。底部８２２は、軸状突起８２３が立設された第１底面８２２ａと、第１底面８２２ａよりも軸方向の深さが深い第２底面８２２ｂとを有している。接続端子８０の一端部は、第１底面８２２ａよりも高い位置まで延在している。

枠部８２１における底部８２２とは反対側の端部には、有底枠体部８２内に実装基板６２を導入するための基板導入口８２０が形成されており、枠部８２１の端面が基板導入口８２０の開口端面８２０ａとなっている。この開口端面８２０ａは、軸方向及び径方向に対して傾斜した傾斜平面であり、フランジ部８１よりも第１ハウジング部材７から径方向に離間した位置に形成されている。複数の接続端子８０は、底部８２２を軸方向に貫通しており、コネクタ嵌合部８５は、底部８２２における枠部８２１とは反対側に設けられている。軸状突起８２３は、底部８２２から基板導入口８２０に向かって、接続端子８０よりも軸方向に高い位置まで突出している。

図６に示すように、基板導入口８２０は略台形状であり、そのフランジ部８１側を下底８２０ｂとしたとき、下底８２０ｂ及び上底８２０ｃはフランジ部８１と平行な直線状である。また、フランジ部８１の長手方向（図６の左右方向）において、下底８２０ｂは上底８２０ｃよりも長く、下底８２０ｂの長さはプリント基板６２０の同方向の長さよりも長い。また、図２における径方向にあたるフランジ部８１に直交する方向（図６の上下方向）において、下底８２０ｂと上底８２０ｃとの間の距離は、プリント基板６２０の同方向の長さよりも短い。

プリント基板６２０は、軸方向に対して垂直に第２ハウジング部材８に保持されている。実装基板６２が基板導入口８２０から有底枠体部８２に導入されるときには、一対の軸状突起８２３の先端部がプリント基板６２０の挿通孔６２０ｄに挿通されてプリント基板６２０が位置決めされ、その後プリント基板６２０が第２ハウジング部材８に対して軸方向に相対移動することで、スルーホールからなる電極６２６に接続端子８０が挿通される。その後さらに、電極６２６と接続端子８０が例えば半田付けにより電気的に接続される。このように、複数の接続端子８０と複数の電極６２６とは、実装基板６２が第２ハウジング部材８内で軸方向に相対移動して嵌合される接続構造により接続されている。そして、この構成により、容易に複数の接続端子８０と複数の電極６２６とを電気的に接続することが可能となっている。

基板導入口８２０は、実装基板６２を第２ハウジング部材８に対して径方向に移動させることにより、フランジ部８１の内側に実装基板６２の一部を挿通させることが可能な形状及び大きさを有している。実装基板６２を第２ハウジング部材８に導入して組み付ける工程の詳細については後述する。

基板導入口８２０は、実装基板６２を第２ハウジング部材８に組み付けた後、蓋体９により閉塞される。この際、蓋体９の縁部が基板導入口８２０の開口端面８２０ａに当接して有底枠体部８２が密封される。蓋体９は、６６ナイロン等の樹脂からなり、例えばレーザー溶着、超音波溶着、又は接着により、枠部８２１に接合される。また、蓋体９には実装基板６２に対向する内面９ａに複数の突起９１，９２（図２に示す）が設けられており、これらの突起９１，９２が枠部８２１における基板導入口８２０側の端部内側に係合している。

前述のように、基板導入口８２０の開口端面８２０ａは傾斜平面であるので、この開口端面８２０ａに取り付けられた蓋体９の外面９ｂは、軸方向に対して傾斜する。これにより、ステアリング装置１が車両に搭載された状態において、車両の上下方向（鉛直方向）に対する蓋体９の外面９ｂの傾斜角度が大きくなり、例えば車両の雨天走行時に前輪１３に跳ね上げられた水沫が蓋体９の外面９ｂに付着しても、その水沫が重力によって流れ落ちやすくなる。これにより、センサハウジング６１の防水性が高まる。

次に、図８等を参照し、トーションバー２３３の捩じれ量によって操舵トルクを検出するセンサ装置６のトルク検出部６０の構成について説明する。本実施の形態では、トルク検出部６０が、リング磁石６３、第１及び第２のヨーク６４１，６４２、ならびに第１及び第２の集磁リング６５１，６５２からなる磁気回路、及びトルク検出用の磁気センサ６２３，６２４、によって構成されている。

リング磁石６３は、複数のＮ極６３１及びＳ極６３２が周方向に沿って交互に配置された多極の永久磁石である。また、リング磁石６３は、固定材６３０を介してインプットシャフト２３１の外周面に固定され、インプットシャフト２３１と共に回転する。

第１のヨーク６４１は、リング磁石６３を囲む円環板状の囲繞部６４１ａと、囲繞部６４１ａの内周側の端部から屈曲されて軸方向に突出する三角形状の複数の爪部６４１ｂとを有している。第２のヨーク６４２は、第１のヨーク６４１と軸方向に離間した位置でリング磁石６３を囲む円環板状の囲繞部６４２ａと、囲繞部６４２ａの内周側の端部から屈曲されて軸方向に突出する三角形状の複数の爪部６４２ｂとを有している。第１及び第２のヨーク６４１，６４２の爪部６４１ｂ，６４２ｂの数の合計は、リング磁石６３の磁極の数と等しい。図８の図示例では、爪部６４１ｂ，６４２ｂの数がそれぞれ１０個であり、Ｎ極６３１及びＳ極６３２の数もそれぞれ１０個である。

第１及び第２のヨーク６４１，６４２の囲繞部６４１ａ，６４２ａは、軸方向に対して垂直な平板状である。第１のヨーク６４１の爪部６４１ｂと第２のヨーク６４２の爪部６４２ｂとは、図９に示すように周方向に所定の間隔を有して交互に配置され、リング磁石６３の外周面に対向する。第１のヨーク６４１の囲繞部６４１ａと第２のヨーク６４２の囲繞部６４１ａとは、軸方向に所定の間隔を有して並列配置され、それぞれの外周側の縁部がヨークユニット６４の樹脂部６４４の外周面から突出している。なお、図９では、破断した部分においてヨークユニット６４の内周面を図示している。

第１の集磁リング６５１は、第１のヨーク６４１の囲繞部６４１ａの外周に配置される円弧状の集磁部６５１ａと、集磁部６５１ａから径方向外側に突出する一対の舌片部６５１ｂとを有している。第２の集磁リング６５２は、第２のヨーク６４２の囲繞部６４２ａの外周に配置される円弧状の集磁部６５２ａと、集磁部６５２ａから径方向外側に突出する一対の舌片部６５２ｂとを有している。なお、本実施の形態では集磁部６５１ａ，６５２ａが半円状であるが、集磁部６５１ａ，６５２ａを環状に形成してもよい。

リング磁石６３は、本発明のトルク検出用の永久磁石の一態様であり、第１及び第２の集磁リング６５１，６５２を含む磁路に磁束を発生させる。第１及び第２の集磁リング６５１，６５２は、本発明の一対の軟磁性体の一態様であり、第１の集磁リング６５１の一対の舌片部６５１ｂ及び第２の集磁リング６５２の一対の舌片部６５２ｂは、それぞれが軸方向に互いに向かい合わされた本発明の対向部の一態様である。

第１のヨーク６４１の磁束は、第１の集磁リング６５１により一対の舌片部６５１ｂに集められる。また、第２のヨーク６４２の磁束は、第２の集磁リング６５２により一対の舌片部６５２ｂに集められる。磁気センサ６２３，６２４は、第１の集磁リング６５１の一対の舌片部６５１ｂと第２の集磁リング６５２の一対の舌片部６５２ｂとの間にそれぞれ配置され、第１の集磁リング６５１の舌片部６５１ｂと第２の集磁リング６５２の舌片部６５２ｂとの間の磁界の強度を検出する。

操舵トルクによってトーションバー２３３が捩じれると、その捩じれ量に応じて第１及び第２のヨーク６４１，６４２がリング磁石６３に対して相対回転し、第１及び第２のヨーク６４１，６４２の爪部６４１ｂ，６４２ｂとリング磁石６３のＮ極６３１及びＳ極６３２との相対的な位置関係が変化する。そして、この位置関係の変化により、第１の集磁リング６５１の舌片部６５１ｂと第２の集磁リング６５２の舌片部６５２ｂとの間の磁界がトーションバー２３３の捩じれ量に応じて変化する。コントローラ５０は、磁気センサ６２３，６２４の検出信号に基づく演算により、操舵トルクを求めることが可能である。

第１ハウジング部材７は、６６ナイロン等の熱可塑性樹脂からなり、第１及び第２の集磁リング６５１，６５２がインサート成型されている。また、第１ハウジング部材７は、図１０，１１に示すように、ヨークユニット６４を収容する大径筒部７１と、インプットシャフト２３１を挿通させる小径筒部７２と、大径筒部７１の外方に突出したフランジ部７３と、第２ハウジング部材８が嵌合する嵌合部７４とを一体に有している。フランジ部７３には、ラックハウジング４の第１筒部４１への固定のためのボルト４５を挿通させる一対のボルト挿通孔７３０が形成されている。図１０では、一対のボルト挿通孔７３０のうち一方のボルト挿通孔７３０を図示している。

第１ハウジング部材７の嵌合部７４には、径方向に開口する嵌合孔７４０が形成されており、この嵌合孔７４０の開口端面７４０ａには、第２ハウジング部材８を固定するためのボルト７０が螺合するねじ穴７４０ｂが形成されている。また、嵌合部７４には、第１の集磁リング６５１の一対の舌片部６５１ｂを支持する第１壁部７４１、及び第２の集磁リング６５２の一対の舌片部６５２ｂを支持する第２壁部７４２が設けられている。

第２ハウジング部材８は、フランジ部８１における鋼板８１０が嵌合部７４の開口端面７４０ａに突き当てられ、ボルト挿通孔８１０ａを挿通するボルト７０がねじ穴７４０ｂに螺合することにより第１ハウジング部材７に固定される。フランジ部８１は、図３等に示すように、樹脂により形成された嵌合部８１１が鋼板８１０よりも側板部８４側に突出しており、この嵌合部８１１が嵌合孔７４０に嵌合する。これにより、第１ハウジング部材７の嵌合孔７４０が第２ハウジング部材８によって閉塞される。

第１の従動歯車６６は、ギヤ部６６１の一部がフランジ部８１から突出しており、この突出した一部が第１ハウジング部材７の嵌合孔７４０から大径筒部７１内に挿入されてヨークユニット６４の外歯歯車６４５に噛み合わされている。同様に、第２の従動歯車６７は、ギヤ部６７１の一部がフランジ部８１から突出しており、この突出した一部が第１ハウジング部材７の嵌合孔７４０から大径筒部７１内に挿入されてヨークユニット６４の外歯歯車６４５に噛み合わされている。ピニオンシャフト２３がラックハウジング４の第１筒部４１内で回転すると、第１の従動歯車６６と第２の従動歯車６７とが、歯数の違いに応じた異なる速度で回転する。

次に、実装基板６２を第２ハウジング部材８に組み付けて基板導入口８２０を蓋体９で閉塞する製造工程について、図１２Ａ−Ｄを参照して説明する。図１２Ａ−Ｄは、製造工程の第１乃至第４段階をそれぞれ示している。実装基板６２の第２ハウジング部材８への組み付けは、例えば図１２Ａに示すＸ方向及びＹ方向へ対象物を移動させることが可能な直交２軸ロボットを用いて行う。Ｘ方向及びＹ方向は、センサ装置６がラックハウジング４の第１筒部４１に取り付けられた状態における軸方向及び径方向に相当する。なお、Ｘ方向及びＹ方向に対象物を移動させることが可能なものであれば、例えばＸ方向及びＹ方向に対して直交する方向への対象物の移動が可能な直交３軸ロボットを用いてもよい。

図１２Ａに示す第１段階では、予め第１及び第２の従動歯車６６，６７が支持された第２ハウジング部材８を図略の治具に固定し、実装基板６２を図略のロボットハンドで把持してＸ方向に移動させ、実装基板６２の一部を基板導入口８２０から有底枠体部８２内に導入する。

図１２Ｂに示す第２段階では、実装基板６２をＹ方向に移動させ、実装基板６２の一部をフランジ部８１の内側に挿通させる。このとき、プリント基板６２０の挿通孔６２０ｄと軸状突起８２３とがＸ方向に向かい合うように実装基板６２を位置決めする。図１２Ｂでは、実装基板６２の厚さＴを図示している。厚さＴの寸法は、プリント基板６２０自体の板厚と、プリント基板６２０の第１実装面６２０ａに実装された電子部品のうち最も第１実装面６２０ａからの高さが高い部品（本例ではトルク検出用の磁気センサ６２３，６２４）の高さと、プリント基板６２０の第２実装面６２０ｂに実装された電子部品のうち最も第２実装面６２０ｂからの高さが高い部品（本例では回転角検出用の磁気センサ６２１，６２２）の高さとを加算した寸法である。

図１２Ｃに示す第３段階では、実装基板６２を有底枠体部８２の底部８２２側に移動させ、プリント基板６２０の挿通孔６２０ｄに軸状突起８２３を挿通させると共にプリント基板６２０の電極６２６に接続端子８０を挿通させて、プリント基板６２０の第２実装面６２０ｂを底部８２２の第１底面８２２ａに当接させる。そして、電極６２６と接続端子８０とを半田付けする。

図１２Ｃに示すように、底部８２２の第１底面８２２ａに当接した状態のプリント基板６２０と基板導入口８２０におけるフランジ部８１側の端部とのＸ方向の距離をＤ_１とし、同じく底部８２２の第１底面８２２ａに当接した状態のプリント基板６２０と基板導入口８２０におけるフランジ部８１とは反対側の端部とのＸ方向の距離をＤ_２とすると、Ｄ_１とＤ_２との差であるΔＤ（＝Ｄ_１−Ｄ_２）は、実装基板６２の厚さＴ以上である。この寸法関係により、第２段階において実装基板６２のプリント基板６２０や電子部品がフランジ部８１や枠部８２１に干渉することなく、実装基板６２を所定の位置までＹ方向に移動させることができ、その後さらに実装基板６２をＸ方向に移動させることで、挿通孔６２０ｄに軸状突起８２３を挿通させると共に電極６２６に接続端子８０を挿通させることができる。

図１２Ｄに示す第４段階では、蓋体９の縁部を基板導入口８２０の開口端面８２０ａに接合する。図１２Ｄでは、レーザー溶着で蓋体９を第２ハウジング部材８に接合する場合について図示している。この場合、蓋体９は光源Ｌから放射されるレーザー光の波長において光透過性を有する樹脂からなり、第２ハウジング部材８は光透過性を有しない樹脂からなる。レーザー光は蓋体９を透過して枠部８２１の一部を溶融させ、これにより蓋体９の縁部が基板導入口８２０の開口端面８２０ａに液密に接合される。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態によれば、第１ハウジング部材７に形成された嵌合孔７４０の開口端面７４０ａに第２ハウジング部材８のフランジ部８１が突き当てられることにより嵌合孔７４０が閉塞され、かつ第１及び第２の従動歯車６６，６７が第１ハウジング部材７内に挿入されて外歯歯車６４５に噛み合わされる。これにより、センサ装置６の組み付けを容易に行うことができる。また、第１ハウジング部材７及び第２ハウジング部材８は、樹脂のインサート成型により形成することができるので、その加工も容易である。このため、センサ装置６の製造コストの低減を図ることが可能となる。

また、基板導入口８２０を通して実装基板６２と第２ハウジング部材８の径方向の相対位置を視覚的に確認できる。これにより、手作業により実装基板６２を組み付ける場合の作業員による目視確認や、実装基板６２を機械により自動で組み付ける場合のカメラと画像認識装置による相対位置の確認が可能となる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの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。

また、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。例えば、上記実施の形態では、ステアリングシャフト２のピニオンシャフト２３にセンサ装置６が適用されたステアリング装置１を例にとって説明したが、これに限らず、コラムシャフト２１にセンサ装置６を適用することも可能である。なお、この場合には、センサ装置６がダッシュパネル１４の車室側に配置されるので、蓋体９を液密に第２ハウジング部材８に接合しなくともよい。

また、センサ装置６の適用対象は、車両のステアリング装置に限らず、様々な対象装置にセンサ装置６を適用することが可能である。

２３…第１ピニオンシャフト（シャフト）
２３１…インプットシャフト（回転軸部材）
２３２…アウトプットシャフト（回転軸部材）
２３３…トーションバー（捩れ軸）
４…ラックハウジング（支持体）
６…センサ装置
６０…トルク検出部
６１…センサハウジング
６２…実装基板
６２０…プリント基板
６２１，６２２…回転角検出用の磁気センサ
６２３，６２４…トルク検出用の磁気センサ
６２６…電極
６３…リング磁石（トルク検出用の永久磁石）
６４５…外歯歯車
６５１…第１の集磁リング（軟磁性体）
６５２…第２の集磁リング（軟磁性体）
６５１ｂ，６５２ｂ…舌片部（対向部）
６６…第１の従動歯車
６７…第２の従動歯車
６８…回転角検出用の第１の永久磁石
６９…回転角検出用の第２の永久磁石
７…第１ハウジング部材
７４０…嵌合孔
７４０ａ…開口端面
８…第２ハウジング部材
８０…接続端子
８１…フランジ部
８２０…基板導入口
８２０ａ…開口端面
９…蓋体

Claims

支持体に対して回転可能に支持されたシャフトの前記支持体に対する回転角を検出可能なセンサ装置であって、
前記シャフトと共に回転する外歯歯車と、
前記外歯歯車に噛み合って回転する従動歯車と、
前記従動歯車と共に回転する回転角検出用の永久磁石と、
前記回転角検出用の永久磁石の磁界を検出する回転角検出用の磁気センサと、
前記回転角検出用の磁気センサがプリント基板に実装された実装基板と、
前記外歯歯車を収容する筒状の第１ハウジング部材と、
前記従動歯車を支持すると共に前記実装基板を収容する第２ハウジング部材と、
前記第２ハウジング部材に取り付けられる蓋体とを備え、
前記第１ハウジング部材には、前記シャフトの回転軸線に平行な軸方向に対して垂直な径方向に開口する嵌合孔が形成されており、
前記第２ハウジング部材は、前記嵌合孔の開口端面に突き当てられるフランジ部を有し、前記フランジ部から突出した前記従動歯車の一部が前記第１ハウジング部材内に挿入されて前記外歯歯車に噛み合わされていると共に、前記フランジ部よりも前記第１ハウジング部材から前記径方向に離間した位置に基板導入口が形成されており、
前記基板導入口は、前記実装基板を前記第２ハウジング部材に対して前記径方向に移動させることにより、前記フランジ部の内側に前記実装基板の一部を挿通させることが可能な形状及び大きさを有しており、
前記蓋体により前記基板導入口が閉塞されている、
センサ装置。
２つの前記従動歯車を備え、当該２つの前記従動歯車の歯数が互いに異なる、
請求項１に記載のセンサ装置。
前記従動歯車は、その回転軸線が前記フランジ部よりも前記第１ハウジング部材側に位置している、
請求項１又は２に記載のセンサ装置。
前記第２ハウジング部材には、前記軸方向に延びる複数の接続端子が固定され、
前記実装基板には、前記複数の接続端子と電気的に接続される複数の電極が設けられ、
前記複数の接続端子と前記複数の電極とが、前記実装基板が前記第２ハウジング部材内で前記軸方向に相対移動して嵌合される接続構造により接続されている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載のセンサ装置。
前記プリント基板は、前記軸方向に対して垂直に前記第２ハウジング部材に保持されており、
前記基板導入口は、前記フランジ部側の端部における前記プリント基板との前記軸方向の距離が、前記フランジ部とは反対側の端部における前記プリント基板との前記軸方向の距離よりも大きく、その距離の差が前記実装基板の厚み以上である、
請求項１乃至４の何れか１項に記載のセンサ装置。
前記第２ハウジング部材における前記基板導入口の開口端面が前記軸方向及び前記径方向に対して傾斜した傾斜平面であり、
平板状に形成された前記蓋体の縁部が前記傾斜平面に接合されている、
請求項１乃至５の何れか１項に記載のセンサ装置。
前記シャフトは、可撓性を有する捩じれ軸によって一対の回転軸部材を連結してなり、
前記捩じれ軸の捩じれ量によって前記一対の回転軸部材間で伝達されるトルクを検出するトルク検出部をさらに備え、
前記トルク検出部は、前記軸方向に互いに向かい合わされた対向部を有する一対の軟磁性体、前記一対の軟磁性体を含む磁路に磁束を発生させるトルク検出用の永久磁石、及び前記対向部間において前記捩じれ軸の捩じれ量に応じて変化する磁界を検出するトルク検出用の磁気センサを有し、
前記プリント基板に前記トルク検出用の磁気センサが実装された、
請求項１乃至６の何れか１項に記載のセンサ装置。
前記一対の軟磁性体は、樹脂からなる前記第１ハウジング部材にインサート成型されている、
請求項７に記載のセンサ装置。