JP6946917B2

JP6946917B2 - センサ装置

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Description

本発明は、一対の回転軸部材が可撓性を有する捩じれ軸によって連結されたシャフトを検出対象とし、シャフトに作用するトルク及び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、一対の回転軸部材が可撓性を有する捩じれ軸によって連結されたシャフトのトルク及び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コラム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コラムシャフトの回転角及び操舵トルクがセンサ装置によって検出される。コラムシャフトは、インプットシャフトとロアシャフトとがトーションバーによって連結されている。また、このステアリング装置は、電動モータと、電動モータのトルクを減速してロアシャフトに伝達するギヤ機構と、センサ装置の検出結果に基づいて電動モータを制御する制御装置とを備えている。センサ装置は、コラムシャフトの回転角を検出する回転角センサと、操舵トルクを検出するトルクセンサとを備えており、回転角センサとトルクセンサとの間にコラムシャフトが配置されている。

トルクセンサは、磁気センサと、インプットシャフトの外周面に取り付けられた円筒磁石と、円筒磁石を囲繞するように配置される第１及び第２のヨークと、第１及び第２のヨークに発生する磁気を磁気センサに導く第１及び第２の集磁リングを備えている。第１及び第２のヨークは、第１の保持部材にモールドされてロアシャフトと一体に回転する。第１及び第２の集磁リングは、磁気センサと共に第２の保持部材にモールドされ、ケース部材に固定されている。

回転角センサは、第１の保持部材に形成された外歯に噛み合って回転する検出ギアと、検出ギアに噛み合って回転する従属ギアと、検出ギアに固定された第１の磁石の磁気を検出する第１の磁気センサと、従属ギアに固定された第２の磁石の磁気を検出する第２の磁気センサと、第１の磁気センサ及び第２の磁気センサが実装された基板とを備えている。

特開２０１３−９２４６１号公報

上記のように形成されたセンサ装置は、トルクセンサ及び回転角センサをそれぞれケース部材に取り付ける必要があり、配線もそれぞれのセンサに対応して配索する必要があるので、部品点数や組み付け工数の削減が難しかった。また、コラムシャフトの径方向にトルクセンサ及び回転角センサがそれぞれ突出するので、他の車載装置等との干渉を避けながら搭載スペースを確保することが困難となる場合もあった。

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、部品点数や組み付け工数の削減を可能とし、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。また、本発明の別の目的は、車両等の搭載対象への搭載性が向上した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、支持体に回転可能に支持された一対の回転軸部材が可撓性を有する捩じれ軸によって連結されたシャフトを検出対象とし、前記シャフトに作用するトルク及び前記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、前記シャフトの回転軸線方向に沿って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発生する磁界を検出するトルク検出用の磁気センサを有し、前記トルク検出用の磁気センサで検出される磁界が前記捩じれ軸の捩じれ量に応じて変化するトルク検出部と、前記シャフトと共に回転する外歯歯車に噛み合って回転する回転体、前記回転体に固定された回転角検出用の永久磁石、及び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を有し、前記回転角検出用の磁気センサで検出される磁界が前記シャフトの回転角に応じて変化する回転角検出部と、前記トルク検出部及び前記回転角検出部を収容するハウジングと、前記ハウジングに保持された基板とを備え、前記回転角検出部は、互いに異なる歯数を有して前記外歯歯車に噛み合う大径ギヤ及び小径ギヤを前記回転体として備え、前記大径ギヤ及び前記小径ギヤにそれぞれ前記回転角検出用の永久磁石が固定されると共に、それぞれの前記回転角検出用の永久磁石に対応する２つの前記回転角検出用の磁気センサを有し、前記ハウジングは、前記基板を収容する収容部が、枠部と前記枠部の軸方向の一側を閉塞する底部とを有する有底枠体状に形成されており、前記トルク検出用の磁気センサ及び２つの前記回転角検出用の磁気センサは、前記基板の一方の面である実装面に実装されると共に、前記シャフトの径方向に対して直交する方向に沿って一列に配置され、かつ２つの前記回転角検出用の磁気センサの間に前記トルク検出用の磁気センサが配置されており、前記基板における前記実装面とは反対側の非実装面が前記ハウジングの前記収容部における前記底部の底面に面している、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、部品点数や組み付け工数の削減が可能となり、コストの低減を図ることが可能となる。また、本発明によれば、車両等の搭載対象へのセンサ装置の搭載性を向上す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。トルク検出部の構成部材を示す分解斜視図である。センサ装置の分解斜視図である。大径ギヤ及び小径ギヤの裏面側を示す斜視図である。基板を単体で示す斜視図である。蓋体を除いて示すセンサ装置の斜視図である。ヨークユニットを一部を破断して示す側面図である。

［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が固定され、これらのボールジョイントソケット１１にそれぞれ連結されたタイロッド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、センサ装置６によるトルク及び回転角の検出対象である。

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（捩じれ軸）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のハウジング６０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はハウジング６０に挿通されており、ハウジング６０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、ハウジング６０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８を参照して詳細に説明する。センサ装置６は、ハウジング６０と、ハウジング６０に保持された１枚の基板７０と、トルク検出用の磁気センサ７１，７２と、回転角検出用の磁気センサ７３，７４と、ハウジング６０内に基板７０を固定するリテーナ７５と、リテーナ７５に回転可能に支持された回転体としての大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７と、大径ギヤ７６に固定された回転角検出用の第１の永久磁石７８（図５参照）と、小径ギヤ７７に固定された回転角検出用の第２の永久磁石７９と、第１及び第２のヨーク８１，８２ならびに嵌合環８３が樹脂部８４に一体化されたヨークユニット８０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８５と、第１及び第２のヨーク８１，８２にそれぞれ対応して配置された第１及び第２の集磁部材８６，８７と、ハウジング６０の開口６２０を閉塞する板状の蓋体９とを有している。

このうち、トルク検出用の磁気センサ７１，７２、リング磁石８５、第１及び第２のヨーク８１，８２、ならびに第１及び第２の集磁部材８６，８７は、ピニオンシャフト２３に作用するトルク（操舵トルク）を検出するトルク検出部６ａを構成する。また、回転角検出用の磁気センサ７３，７４、大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７、ならびに第１及び第２の永久磁石７８，７９は、ピニオンシャフト２３の回転角（操舵角）を検出する回転角検出部６ｂを構成する。

磁気センサ７１〜７４は、基板７０の一方の面に実装されている。以下、基板７０ならびに基板７０に実装された磁気センサ７１〜７４を一括してセンサボード７００という。基板７０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プリント基板であり、図６に示すように、トルク検出用の磁気センサ７１，７２が実装される第１実装部７０１と、回転角検出用の磁気センサ７３，７４が実装される第２実装部７０２と、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７０３と、ハウジング６０に設けられた一対の軸状突起６３２をそれぞれ挿通させる２つの挿通孔７０４とが形成されている。

また、基板７０には、第１実装部７０１に切り欠き７０５が形成されている。トルク検出用の磁気センサ７１，７２は、切り欠き７０５を跨ぐように実装されている。基板７０のうち、第１実装部７０１、複数の電極７０３、及び２つの挿通孔７０４が形成された部分は矩形状であり、第２実装部７０２は、この矩形状の部分から張り出した部分に形成されている。切り欠き７０５は、矩形状の部分のうち、ヨークユニット８０側の１つの辺に開口している。それぞれの電極７０３は、配線パターンによってトルク検出用の磁気センサ７１，７２の端子や回転角検出用の磁気センサ７３，７４の端子に接続されている。

基板７０には、２つの回転角検出用の磁気センサ７３，７４の間に、トルク検出用の２つの磁気センサ７１，７２が実装されている。本実施の形態では、これらの磁気センサ７１〜７４が、ピニオンシャフト２３の径方向に対して直交する方向に沿って一列に配置されている。

ハウジング６０は、例えば６６ナイロン等の樹脂からなり、トルク検出部６ａ及び回転角検出部６ｂを収容している。また、ハウジング６０は、ヨークユニット８０、リング磁石８５、ならびに第１及び第２の集磁部材８６，８７を収容する筒状の第１収容部６１と、大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７ならびにセンサボード７００を収容する有底枠体状の第２収容部６２と、ラックハウジング４の第１筒部４１への固定のための複数のボルト孔６３０が形成されたフランジ部６３と、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コネクタ嵌合部６４とが一体に形成されている。

第１収容部６１は、ヨークユニット８０を収容する大径筒部６１１と、インプットシャフト２３１を挿通させる小径筒部６１２とを有している。大径筒部６１１は、第２収容部６２との連結部が開口しており、この開口を介して第１収容部６１の内部空間と第２収容部６２の内部空間とが連通している。

第２収容部６２は、枠部６２１と、軸方向における枠部６２１の一側を閉塞する底部６２２とを有している。底部６２２における第２収容部６２の底面６２２ａには、一対の軸状突起６２３が立設されている。基板７０は、２つの挿通孔７０４のそれぞれに軸状突起６２３が挿通され、磁気センサ７１〜７４が実装された実装面とは反対側の非実装面が底面６２２ａに面している。

枠部６２１における底部６２２とは反対側の端部には、第２収容部６２内にセンサボード７００を導入することが可能な大きさの開口６２０が形成されており、枠部６２１の端面が開口６２０の開口端面６２０ａとなっている。この開口端面６２０ａは、軸方向及び径方向に対して傾斜した傾斜平面である。

ハウジング６０には、第２の集磁部材８７と、基板７０の複数の電極７０３にそれぞれ電気的に接続される複数の接続端子６６とが固定されている。接続端子６６は、底部６２２を軸方向に貫通する棒状であり、一端部が枠部６２１内に突出し、他端部はコネクタ嵌合部６４内に突出している。枠部６２１内に突出した接続端子６６の一端部は、基板７０の電極７０３に挿通され、半田付けによって電極７０３と電気的に接続されている。ハウジング６０は、６６ナイロン等の熱可塑性樹脂からなり、複数の接続端子６６及び第２の集磁部材８７がインサート成型されている。

リテーナ７５は、ピニオンシャフト２３の周方向に沿って円弧状に延在する円弧部７５１と、基板７０を押える押さえ部７５２と、円弧部７５１と押さえ部７５２との間に設けられ、大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７を回転可能に支持する支持孔７５３ａ，７５３ｂが形成された支持部７５３とを一体に有している。円弧部７５１は、その両端部７５１ａ，７５１ｂが例えば接着により底部６２２の底面６２２ａに固定されている。押さえ部７５２は、基板７０の実装面に当接している。

リテーナ７５の円弧部７５１には、第１の集磁部材８６が固定されている。リテーナ７５は、６６ナイロン等の熱可塑性樹脂からなり、第１の集磁部材８６がインサート成型されている。支持部７５３は平板状であり、大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７を支持する支持孔７５３ａ，７５３ｂは、支持部７５３を軸方向に貫通している。

大径ギヤ７６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７６１と、ギヤ部７６１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７６２（図５参照）と、ギヤ部７６１の中心部から回転軸方向の他側に突出した軸部７６３とを一体に有している。ボス部７６２の内側には、第１の永久磁石７８が固定されている。ボス部７６２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７６０が嵌着されている。

同様に、小径ギヤ７７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７７１と、ギヤ部７７１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７７２と、ギヤ部７７１の中心部から回転軸方向の他側に突出した軸部７７３とを一体に有している。ボス部７７２の内側には、第２の永久磁石７９が固定されている。ボス部７７２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７７０が嵌着されている。

大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７は樹脂からなり、磁気シールドリング７６０，７７０は鉄等の軟磁性体からなる。大径ギヤ７６と小径ギヤ７７とは、ギヤ部７６１，７７１の歯数が互いに異なり、大径ギヤ７６の歯数が小径ギヤ７７の歯数よりも多い。本実施の形態では、大径ギヤ７６の歯数が２６であり、小径ギヤ７７の歯数が２４である。

大径ギヤ７６は、ボス部７６２がハウジング６０の底部６２２側に、また軸部７６３が開口６２０側になるように配置される。大径ギヤ７６のボス部７６２及び磁気シールドリング７６０は、リテーナ７５の支持部７５３における支持孔７５３ａに遊嵌され、一部が支持部７５３よりも基板７０側に突出している。回転角検出用の磁気センサ７３は、その一部がボス部７６２及び磁気シールドリング７６０の内側に配置され、第１の永久磁石７８の磁界を検出する。

同様に、小径ギヤ７７は、ボス部７７２がハウジング６０の底部６２２側に、また軸部７６３が開口６２０側になるように配置される。小径ギヤ７７のボス部７７２及び磁気シールドリング７７０は、リテーナ７５の支持部７５３における支持孔７５３ｂに遊嵌され、一部が支持部７５３よりも基板７０側に突出している。回転角検出用の磁気センサ７４は、その一部がボス部７７２及び磁気シールドリング７７０の内側に配置され、第２の永久磁石７９の磁界を検出する。

第１及び第２の永久磁石７８，７９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７３，７４で検出される磁界がピニオンシャフト２３の回転角に応じて変化する。より具体的には、回転角検出用の磁気センサ７３，７４が大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７の回転速度に応じた周期の正弦波状の信号を出力する。大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７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７３，７４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７３，７４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。

ヨークユニット８０は、第１及び第２のヨーク８１，８２ならびに嵌合環８３が樹脂部８４にインサート成型されて一体化されている。嵌合環８３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８０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８１，８２は、リング磁石８５の外側に、リング磁石８５の外周面と所定の隙間を有して配置される。樹脂部８４には、軸方向の一端部に外歯歯車８４１が形成されている。大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７は、それぞれのギヤ部７６１，７７１が外歯歯車８４１に噛み合い、ピニオンシャフト２３の回転に伴って互いに異なる速度で回転する。

開口６２０は、センサボード７００、リテーナ７５、ならびに大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７をハウジング６０に組み付けた後、蓋体９により液密に密閉される。蓋体９は、６６ナイロン等の平板状の樹脂からなり、例えばレーザー溶着、超音波溶着、又は接着により、開口６２０の開口端面６２０ａに接合される。蓋体９には、図２及び図４に示すように、ハウジング６０の枠部６２１の内側に係合する係合突起９１、及び大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７の軸部７６３，７７３に対向して大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７をリテーナ７５から抜け止めする抜け止め突起９２が、基板７０に対向する内面９ａに設けられている。

前述のように、開口６２０の開口端面６２０ａは傾斜平面であるので、この開口端面６２０ａ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、センサ装置６の防水性が高まる。

次に、図３を参照し、トルク検出部６ａの構成について説明する。リング磁石８５は、複数のＮ極８５１及びＳ極８５２が周方向に沿って交互に配置されたトルク検出用の多極の永久磁石である。また、リング磁石８５は、固定材８８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８１は、リング磁石８５を囲む円環板状の囲繞部８１１と、囲繞部８１１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８１２とを有している。第２のヨーク８２は、第１のヨーク８１と軸方向に離間した位置でリング磁石８５を囲む円環板状の囲繞部８２１と、囲繞部８２１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８２２とを有している。第１及び第２のヨーク８１，８２の爪部８１２，８２２の数の合計は、リング磁石８５の磁極の数と等しい。図３の図示例では、爪部８１２，８２２の数がそれぞれ１０個であり、Ｎ極８５１及びＳ極８５２の数もそれぞれ１０個である。

第１及び第２のヨーク８１，８２の囲繞部８１１，８２１は、軸方向に対して垂直な平板状である。第１のヨーク８１の爪部８１２と第２のヨーク８２の爪部８２２とは、図８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８５の外周面に対向する。第１のヨーク８１の囲繞部８１１と第２のヨーク８２の囲繞部８２１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８０の樹脂部８４の外周面から突出している。なお、図８では、破断した部分においてヨークユニット８０の内周面を図示している。

第１の集磁部材８６は、第１のヨーク８１の囲繞部８１１の外周に配置される円弧状の集磁部８６１と、集磁部８６１から径方向外側に突出する一対の舌片部８６２とを有している。第２の集磁部材８７は、第２のヨーク８２の囲繞部８２１の外周に配置される円弧状の集磁部８７１と、集磁部８７１から径方向外側に突出する一対の舌片部８７２とを有している。第２の集磁部材８７の一対の舌片部８７２は、基板７０の切り欠き７０５にそれぞれ配置される。なお、本実施の形態では集磁部８６１，８７１が半円状であるが、集磁部８６１，８７１を環状に形成してもよい。

リング磁石８５は、第１及び第２のヨーク８１，８２ならびに第１及び第２の集磁部材８６，８７を含む磁路に磁束を発生させる。第１及び第２の集磁部材８６，８７は、本発明の一対の軟磁性体の一態様であり、第１の集磁部材８６の一対の舌片部８６２及び第２の集磁部材８７の一対の舌片部８７２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８１の磁束は、第１の集磁部材８６により一対の舌片部８６２に集められる。また、第２のヨーク８２の磁束は、第２の集磁部材８７により一対の舌片部８７２に集められる。トルク検出用の磁気センサ７１，７２は、第１の集磁部材８６の一対の舌片部８６２と第２の集磁部材８７の一対の舌片部８７２との間にそれぞれ配置され、舌片部８６２，８７２の間に発生する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８１，８２がリング磁石８５に対して相対回転し、第１及び第２のヨーク８１，８２の爪部８１２，８２２とリング磁石８５のＮ極８５１及びＳ極８５２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、舌片部８６２，８７２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７１，７２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。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態によれば、ハウジング６０に保持された基板７０にトルク検出用の磁気センサ７１，７２及び回転角検出用の磁気センサ７３，７４が実装されているので、例えば特許文献１に記載されたセンサ装置のように回転角センサとトルクセンサとがシャフトを挟んで別個に設けられた場合に比較して、部品点数や組み付け工数の削減が可能となる。これにより、センサ装置６のコストの低減を図ることが可能となる。また、センサ装置６は、ラックハウジング４の第１筒部４１に対し、ピニオンシャフト２３の径方向に沿って一方向にのみ突出するので、他の車載装置との干渉を避けることが容易となり、車両搭載性が向上する。

また、本実施の形態では、回転角検出用の磁気センサ７３，７４の間にトルク検出用の磁気センサ７１，７２が実装されているので、基板７０を小型化することができる。つまり、回転角検出用の磁気センサ７３，７４は、大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７のそれぞれの中心部に対応して配置されるので、磁気センサ７３，７４間の距離を大径ギヤ７６及び小径ギヤ７７のギヤ部７６１，７７１の半径の合計の寸法よりも短くすることができない。本実施の形態では、不可避的に間隔が開いてしまう回転角検出用の２つの磁気センサ７３，７４の間にトルク検出用の磁気センサ７１，７２を配置することで、基板７０の小型化を実現している。

（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を液密にハウジング６０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、様々な搭載対象にセンサ装置６を適用することが可能である。

２３…ピニオンシャフト（検出対象としてのシャフト）
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（捩じれ軸）
４…ラックハウジング（支持体）
６…センサ装置
６０…ハウジング
６１…第１収容部
６２…第２収容部
６２０…基板導入口
６２０ａ…開口端面
６ａ…トルク検出部
６ｂ…回転角検出部
７０…基板
７０１…第１実装部
７０２…第２実装部
７１，７２…トルク検出用の磁気センサ
７３，７４…回転角検出用の磁気センサ
７６…大径ギヤ
７７…小径ギヤ
７８…回転角検出用の第１の永久磁石
７９…回転角検出用の第２の永久磁石
８４１…外歯歯車
８５…リング磁石（トルク検出用の永久磁石）
８６，８７…第１及び第２の集磁部材（一対の軟磁性体）
８６２，８７２…舌片部（対向部）
９…蓋体
９ｂ…外面

Claims

支持体に回転可能に支持された一対の回転軸部材が可撓性を有する捩じれ軸によって連結されたシャフトを検出対象とし、前記シャフトに作用するトルク及び前記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、
前記シャフトの回転軸線方向に沿って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発生する磁界を検出するトルク検出用の磁気センサを有し、前記トルク検出用の磁気センサで検出される磁界が前記捩じれ軸の捩じれ量に応じて変化するトルク検出部と、
前記シャフトと共に回転する外歯歯車に噛み合って回転する回転体、前記回転体に固定された回転角検出用の永久磁石、及び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を有し、前記回転角検出用の磁気センサで検出される磁界が前記シャフトの回転角に応じて変化する回転角検出部と、
前記トルク検出部及び前記回転角検出部を収容するハウジングと、
前記ハウジングに保持された基板とを備え、
前記回転角検出部は、互いに異なる歯数を有して前記外歯歯車に噛み合う大径ギヤ及び小径ギヤを前記回転体として備え、前記大径ギヤ及び前記小径ギヤにそれぞれ前記回転角検出用の永久磁石が固定されると共に、それぞれの前記回転角検出用の永久磁石に対応する２つの前記回転角検出用の磁気センサを有し、
前記ハウジングは、前記基板を収容する収容部が、枠部と前記枠部の軸方向の一側を閉塞する底部とを有する有底枠体状に形成されており、
前記トルク検出用の磁気センサ及び２つの前記回転角検出用の磁気センサは、前記基板の一方の面である実装面に実装されると共に、前記シャフトの径方向に対して直交する方向に沿って一列に配置され、かつ２つの前記回転角検出用の磁気センサの間に前記トルク検出用の磁気センサが配置されており、
前記基板における前記実装面とは反対側の非実装面が前記ハウジングの前記収容部における前記底部の底面に面している、
センサ装置。
前記ハウジングに樹脂製のリテーナが固定されており、
前記リテーナは、前記シャフトの周方向に沿って円弧状に延在する円弧部と、前記基板の前記実装面に当接して前記基板を押える押さえ部と、前記大径ギヤ及び前記小径ギヤをそれぞれ回転可能に支持する支持孔が形成された支持部とを一体に有し、
前記リテーナの前記円弧部に、前記一対の軟磁性体のうち一方の軟磁性体が固定されている、
請求項１に記載のセンサ装置。
前記ハウジングは、前記トルク検出部の前記一対の軟磁性体及び前記トルク検出用の永久磁石を収容する第１収容部と、前記回転体及び前記基板を収容する第２収容部と、コネクタが嵌合されるコネクタ嵌合部とが樹脂により一体に形成されると共に、複数の接続端子が前記底部に固定されており、
前記複数の接続端子は、前記底部を貫通して一端部が前記枠部内に突出し、他端部が前記コネクタ嵌合部内に突出しており、
前記基板には、前記シャフト側の端部に前記トルク検出用の磁気センサ及び２つの前記回転角検出用の磁気センサが一列に配置され、前記シャフトとは反対側の端部に、前記複数の接続端子のそれぞれの前記他端部が接続される複数の電極が形成されており、
前記トルク検出用の磁気センサと前記複数の電極とが前記シャフトの径方向に並んでいる、
請求項１又は２に記載のセンサ装置。
前記ハウジングに形成された開口を密閉する蓋体をさらに備え、
前記蓋体には、前記大径ギヤ及び前記小径ギヤを前記リテーナの前記支持孔から抜け止めする抜け止め突起が、前記基板に対向する内面に設けられている、
請求項２に記載のセンサ装置。