JP2021012077A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えることができるセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ装置はシャフトに設けられる。シャフトは、入力軸と出力軸とがトーションバーを介して互いに連結されてなる。センサ装置の部分組立品２３は、集磁リング６４および基板５５が設けられる第１のホルダ５１と、集磁リング８４、従動歯車５３，５４およびカバー５６が設けられる第２のホルダ５２とがシャフトの軸線Ｏに沿った方向において組み合わせられてなる。従動歯車５３，５４は第２のホルダ５２に対して第１のホルダ５１と反対側から装着されて、入力軸の回転に連動して回転する。カバー５６は第２のホルダ５２に対して第１のホルダ５１と反対側から取り付けられる。基板５５には集磁リング６４，８４に誘導されるトーションバーのねじれに応じた磁束および従動歯車５３，５４の回転角度を検出する磁気センサ１０４〜１０７が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、センサ装置に関する。

従来、たとえば特許文献１に記載されるセンサ装置が知られている。このセンサ装置は、ステアリングホイールに付与される操舵トルク、およびステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトの回転角である操舵角の双方を検出する。センサ装置は、ステアリングシャフトを構成するピニオンシャフトに設けられている。ピニオンシャフトは、インプットシャフトとアウトプットシャフトとがトーションバーを介して連結されてなる。

センサ装置は、インプットシャフトに固定された永久磁石、およびアウトプットシャフトに固定されたヨークユニットを有している。ヨークユニットは、２つのヨークが樹脂部分を介して一体化されたものである。インプットシャフトにトルクが加えられてトーションバーがねじれ変形すると、永久磁石とヨークとの回転方向における相対位置が変化する。センサ装置は、永久磁石とヨークとの相対位置の変化に伴うヨークの磁束の変化に基づきトーションバーに加わるトルクを検出する。

センサ装置は、ピニオンシャフトのアウトプットシャフトと一体的に回転する外歯歯車、および外歯歯車に歯合する２つの従動歯車を備えている。２つの従動歯車の歯数は異なっているため、外歯歯車の回転に伴う２つの従動歯車の回転角度は互いに異なる。センサ装置は、２つの従動歯車の回転角度をそれぞれ検出し、これら検出される回転角度に基づいてアウトプットシャフトの回転角度を検出する。

特開２０１９−０７４３６４号公報

特許文献１のセンサ装置においては、操舵トルクを検出するための構成および操舵角を検出するための構成を併せ持つため、部品点数の増加が懸念される。
本発明の目的は、部品点数の増加を抑えることができるセンサ装置を提供することにある。

上記目的を達成し得るセンサ装置は、入力軸と出力軸とがトーションバーを介して互いに連結されてなるシャフトに設けられるものである。センサ装置は、前記トーションバーのねじれに応じた磁束を誘導する２つの集磁部材と、前記２つの集磁部材をそれぞれ保持するとともに前記シャフトの軸線に沿った方向において互いに組み合わせられる２つのホルダと、前記２つのホルダのうち一方のホルダに対して、他方のホルダと組み合わせられる側とは反対側から装着されるとともに前記入力軸の回転に連動して回転する少なくとも１つの従動歯車と、前記他方のホルダに設けられ前記集磁部材に誘導される磁束および前記従動歯車の回転角度を検出する検出器と、を有している。

このセンサ装置によれば、２つのホルダのいずれか一方のホルダは、２つの集磁部材のいずれか一方を保持するホルダとしての機能と、従動歯車を保持するホルダとしての機能とを兼用する。このため、センサ装置として、たとえば集磁部材を保持するホルダと従動歯車を保持するホルダとを別個に設け、これらホルダを組み合わせる構成を採用する場合に比べて、部品点数の増加を抑えることができる。

ちなみに、上記のセンサ装置によれば、トーションバーに加わるトルクおよび入力軸の回転角度の双方を検出することが可能である。すなわち、集磁部材はトーションバーのねじれに応じた磁束を誘導する。このため、検出器を通じて検出される集磁部材の磁束にトーションバーに加わるトルクを求めることができる。また、従動歯車は入力軸の回転に連動して回転する。このため、検出器を通じて検出される従動歯車の回転角度に基づき入力軸の回転角度を求めることができる。

上記のセンサ装置において、前記一方のホルダに対して前記従動歯車が装着されている側に装着され、前記従動歯車を前記一方のホルダに保持するとともに前記２つのホルダを互いに連結する保持部材を有していることが好ましい。

このセンサ装置によれば、保持部材によって従動歯車が２つのホルダのいずれか一方のホルダに保持される。このため、従動歯車が一方のホルダから脱落することが抑制される。また、２つのホルダは保持部材を介して互いに連結される。すなわち、保持部材は、従動歯車を保持する機能、および２つのホルダを連結する２つの機能を兼ね備えている。このため、従動歯車を保持するための構成と、２つのホルダを連結するための構成とを別個に設ける場合に比べて、センサ装置としての部品点数をより少なくすることができる。

上記のセンサ装置において、前記保持部材は、前記従動歯車の一部を覆うカバーであってもよい。この場合、前記カバーは、前記２つのホルダが互いに離間する方向の動きを阻止するように前記一方のホルダの一部分に係合する第１の係合爪と、前記２つのホルダが互いに離間する方向の動きを阻止するように前記他方のホルダの一部分に係合する第２の係合爪と、を有していることが好ましい。

この構成によれば、２つのホルダのうち従動歯車が装着された一方のホルダの一部分にカバーの第１の係合爪が係合することにより、一方のホルダから従動歯車が脱落することを抑制することができる。また、従動歯車が装着されない他方のホルダの一部分にカバーの第２の係合爪が係合することにより、２つのホルダを、カバーを介して互いに連結することができる。カバーと２つのホルダとの間の係合関係を利用することによって、従動歯車の脱落を抑制しつつ２つのホルダを簡単に連結することができる。

上記のセンサ装置において、前記２つの集磁部材、前記２つのホルダ、前記従動歯車、前記検出器および前記カバーが組み立てられてなる部分組立品が挿入される挿入口を有するセンサハウジングを備えていてもよい。この場合、前記カバーには、前記部分組立品を前記挿入口に挿入した状態において、前記挿入口の内面と前記部分組立品の外面との間に形成される隙間を塞ぐ閉塞壁が設けられていることが好ましい。

部分組立品をセンサハウジングの挿入口に挿入した場合、センサハウジングにおける挿入口の内面と部分組立品の外面との間に隙間が形成されるおそれがある。この点、上記のセンサ装置によれば、センサハウジングにおける挿入口の内面と部分組立品の外面との間に隙間が形成される場合であれ、この隙間はカバーに設けられた閉塞壁で塞がれる。このため、センサハウジングにおける挿入口の内面と部分組立品の外面との間に形成される隙間から粉塵あるいは液体が進入することを抑制することができる。

上記のセンサ装置において、前記シャフトは、ステアリング操作に応じて回転するものであってもよい。

本発明のセンサ装置によれば、部品点数の増加を抑えることができる。

センサ装置の一実施の形態を分解した斜視図。 一実施の形態の部分組立品を分解した斜視図。 一実施の形態のカバーの斜視図。 一実施の形態の第１のホルダに基板を取り付けた状態を示す斜視図。 一実施の形態の第２のホルダに従動歯車を取り付けた状態を示す斜視図。 一実施の形態の第２のホルダにカバーを取り付けた状態を示す側面図。 一実施の形態のカバーが装着された第２のホルダの要部を示す断面斜視図。 一実施の形態のセンサ装置の要部を示す断面斜視図。 一実施の形態のセンサ装置の側面図。 一実施の形態のセンサカバーに部分組立品を取り付ける様子を示す斜視図。 一実施の形態のセンサカバーに部分組立品を取り付けた状態を示す斜視図。 一実施の形態における磁気ヨークと集磁リングとの位置関係を示す斜視図。 一実施の形態における主動歯車と従動歯車との位置関係を示す平面図。

以下、センサ装置をトルクアングルセンサに具体化した一実施の形態を説明する。
図１に示すように、センサ装置１０はシャフト１１に設けられる。シャフト１１は、入力軸１２、トーションバー１３、および出力軸１４を有している。入力軸１２と出力軸１４とはトーションバー１３を介して互いに連結される。入力軸１２、トーションバー１３、および出力軸１４は同一の軸線Ｏ上に位置している。

センサ装置１０は、永久磁石２１、磁気ヨーク２２、部分組立品２３、およびセンサハウジング２４を有している。
永久磁石２１は、円筒状をなしている。永久磁石２１は、その周方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に着磁されている。永久磁石２１は、入力軸１２に固定される。

磁気ヨーク２２は、円筒状をなしている。磁気ヨーク２２の内部には永久磁石２１が挿入される。磁気ヨーク２２は、磁性体からなる環状の２つのヨーク３１，３２が合成樹脂材料によりモールドされてなる。磁気ヨーク２２の合成樹脂材料により形成された部分は、２つのヨーク３１，３２の位置関係を保持するホルダ３３として機能する。このホルダ３３の端部には主動歯車３４が一体成型されている。２つのヨーク３１，３２は、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向に沿って並んでいる。磁気ヨーク２２は出力軸１４に固定される。

２つのヨーク３１，３２には、それぞれ複数の歯部３１ａ，３２ａが周方向に沿って等間隔で設けられている。これら歯部３１ａ，３２ａは、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において互いに反対側へ向けて延びている。２つのヨーク３１，３２は、それらの歯部３１ａ，３２ａが周方向において交互に位置するように保持されている。２つのヨーク３１，３２は、トーションバー１３にねじれ変形が生じていない状態において、複数の歯部３１ａ，３２ａの周方向における中心が永久磁石２１のＮ極とＳ極との境界に一致するように設けられる。

部分組立品２３は、シャフト１１の回転角度を検出するための部品、およびシャフト１１に加わるトルクを検出するための部品をホルダ５０に取り付けることによって一体に扱えるようにしたものである。部分組立品２３については、後に詳述する。

センサハウジング２４には、シャフト１１が貫通される。また、センサハウジング２４の内部には、永久磁石２１、磁気ヨーク２２、および部分組立品２３の一部分が収容される。センサハウジング２４は、合成樹脂材料により段付きの筒状に設けられている。センサハウジング２４は、半円筒状の大径部４１および円筒状の小径部４２を有している。小径部４２には、シャフト１１の入力軸１２が挿入される。大径部４１には、永久磁石２１、磁気ヨーク２２、および部分組立品２３の一部分が収容される。

大径部４１には、部分組立品２３が挿入される矩形状の挿入口４３が側方へ向けて開口するかたちで設けられている。大径部４１には、部分組立品２３を固定するための２つの取付壁４４，４５が設けられている。２つの取付壁４４，４５は、シャフト１１の軸線Ｏに直交する方向において互いに反対側へ向けて延びている。２つの取付壁４４，４５は、挿入口４３の周縁部分４３ａに対して段差のない面一の状態となるように設けられている。部分組立品２３は、その一部分がセンサハウジング２４の挿入口４３に挿入された状態で、センサハウジング２４に固定される。

つぎに、部分組立品２３について詳細に説明する。
図２に示すように、部分組立品２３は、ホルダ５０を構成する第１のホルダ５１および第２のホルダ５２を有している。また、部分組立品２３は、２つの従動歯車５３，５４、基板５５、および保持部材としてのカバー５６を有している。

第１のホルダ５１は、合成樹脂材料によって一体成型されている。第１のホルダ５１は、円弧状の輪郭を有するヨーク挿入部６１、および矩形状の輪郭を有する基板収容部６２を有している。

ヨーク挿入部６１には、磁気ヨーク２２が挿入される円形の挿入孔６３が設けられている。挿入孔６３の内径は磁気ヨーク２２の外径よりも若干長い長さに設定される。挿入孔６３の内周面には集磁部材としての環状の集磁リング６４が設けられている。集磁リング６４は、磁気ヨーク２２のヨーク３１に対応する部分である。また、ヨーク挿入部６１には、２つの係合爪６５，６６が設けられている。これら係合爪６５，６６は、ヨーク挿入部６１における基板収容部６２と反対側の周縁部に沿って間隔を開けて設けられている。２つの係合爪６５，６６は、それぞれシャフト１１の軸線Ｏに沿って延びている。２つの係合爪６５，６６の先端部には、係合突部６５ａ，６６ａが設けられている。これら係合突部６５ａ，６６ａは挿入孔６３の半径方向における内側へ向けて突出している。

基板収容部６２には、凹部７１が設けられている。凹部７１の内底面における挿入孔６３の近傍には、集磁リング６４に設けられた２つの集磁突部６４ａ，６４ｂが露出している。これら集磁突部６４ａ，６４ｂは、集磁リング６４の環状部分からその径方向における外側へ向けて突出するように設けられる部分である。また、凹部７１の内底面における中央付近には、段付き円柱状の２つの基板支持部７２，７３が設けられている。また、凹部７１の内底面における挿入孔６３と反対側の部分には複数の端子７４が突出して設けられている。複数の端子７４は、凹部７１における挿入孔６３と反対側の内側縁に沿って一列に並んでいる。複数の端子７４は、配線７５を介してセンサ装置１０の外部に設けられる図示しない演算回路に接続される。

基板収容部６２には、矩形板状の２つの固定部７６，７７が設けられている。２つの固定部７６，７７は、ヨーク挿入部６１および基板収容部６２の並び方向に直交する方向において互いに反対側に位置する基板収容部６２の２つの側面に設けられている。２つの固定部７６，７７は、基板収容部６２の底壁に対して直交するかたちで設けられている。また、基板収容部６２には２つの係合部７８，７９が設けられている。２つの係合部７８，７９は、ヨーク挿入部６１および基板収容部６２の並び方向に直交する方向において互いに反対側に位置する基板収容部６２の２つの側面と２つの固定部７６，７７とで形成される角部に設けられている。２つの係合部７８，７９は、固定部７６，７７を基準として挿入孔６３と反対側に位置している。２つの係合部７８，７９には、矩形の係合孔７８ａ，７９ａが設けられている。

第２のホルダ５２は、合成樹脂材料によって一体成型されている。第２のホルダ５２は、基本的には第１のホルダ５１の形状に対応して設けられる。第２のホルダ５２は、円弧状の輪郭を有するヨーク挿入部８１および矩形状の輪郭を有する基板収容部８２を有している。

ヨーク挿入部８１には、磁気ヨーク２２が挿入される円形の挿入孔８３が設けられている。挿入孔８３の内径は磁気ヨーク２２の外径よりも若干長い長さに設定される。挿入孔８３は、センサ装置１０が組み立てられた状態において、第１のホルダ５１の挿入孔６３と一致する。挿入孔８３の内周面には、集磁部材としての環状の集磁リング８４が設けられている。集磁リング８４は、磁気ヨーク２２のヨーク３２に対応する部分である。また、ヨーク挿入部８１には、２つの係合凹部８５，８６が設けられている。２つの係合凹部８５，８６は、ヨーク挿入部８１における基板収容部６２と反対側の周縁部に沿って間隔を開けて設けられている。２つの係合凹部８５，８６は、ヨーク挿入部８１の周縁部において、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向における第１のホルダ５１と反対側の部分に設けられている。２つの係合凹部８５，８６は、第１のホルダ５１における２つの係合爪６５，６６に対応する。また、ヨーク挿入部８１において、基板収容部８２との境界の近傍位置には２つの係合孔８７，８８が設けられている。２つの係合孔８７，８８は、挿入孔８３に沿って定められた間隔を開けて設けられている。

基板収容部８２において、挿入孔８３の近傍には２つの支持孔９１，９２が設けられている。また、基板収容部８２の第１のホルダ５１側の側面（図２中の下面）における挿入孔８３の近傍には、集磁リング８４に設けられた２つの集磁突部８４ａ，８４ｂが露出している。２つの集磁突部８４ａ，８４ｂは、集磁リング８４の環状部分からその径方向における外側へ向けて突出するように設けられる部分である。２つの集磁突部８４ａ，８４ｂは、センサ装置１０が組み立てられた状態において、第１のホルダ５１に保持された集磁リング６４の２つの集磁突部６４ａ，６４ｂに対してシャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において対向する。また、ヨーク挿入部８１および基板収容部８２の並び方向に直交する方向において互いに反対側に位置する基板収容部８２の２つの側面には、２つの係合突部９３，９４が設けられている。２つの係合突部９３，９４は、２つの支持孔９１，９２を基準とする挿入孔８３と反対側に位置している。

従動歯車５３，５４は、第２のホルダ５２に対して回転可能に支持される。従動歯車５３は、軸部５３ａ、歯車部５３ｂおよび永久磁石５３ｃを有している。従動歯車５４も、軸部５４ａ、歯車部５４ｂおよび永久磁石５４ｃを有している。永久磁石５３ｃ，５４ｃは、軸部５３ａ，５４ａの先端部に固定されている。従動歯車５３の軸部５３ａは第２のホルダ５２の支持孔９１に、従動歯車５４の軸部５４ａは第２のホルダ５２の支持孔９２に挿入される。歯車部５３ｂ，５４ｂは、軸部５３ａ，５４ａが支持孔９１，９２に挿入された状態において、第２のホルダ５２における第１のホルダ５１と反対側（図２中の上面）の側面に対して摺動回転可能に支持される。歯車部５３ｂ，５４ｂの歯数は異なっている。センサ装置１０が組み立てられた状態において、２つの従動歯車５３，５４は、磁気ヨーク２２に設けられた主動歯車３４に噛合する。

基板５５は、矩形状に設けられている。基板５５は、第１のホルダ５１の凹部７１に取り付けられる。基板５５の中央付近には、２つの支持孔１０１，１０２が設けられている。これら支持孔１０１，１０２には凹部７１の内底面に設けられた２つの基板支持部７２，７３の先端部が挿入される。また、基板５５には、端子７４と同数の接続孔１０３が一列に並んで設けられている。これら接続孔１０３には、それぞれ端子７４が挿入される。各接続孔１０３に各端子７４が挿入された状態で半田付けなどが行われることにより、基板５５の図示しない配線パターンと各端子７４とが接続される。

また、基板５５における第２のホルダ５２側の側面（図２中の上面）には、検出器としての２つの磁気センサ１０４，１０５が設けられている。２つの磁気センサ１０４，１０５は、基板５５の長側縁に沿って並んで設けられている。センサ装置１０が組み立てられた状態において、２つの磁気センサ１０４，１０５は、従動歯車５３，５４の永久磁石５３ｃ，５４ｃに対してシャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において対向する。磁気センサ１０４，１０５としては、たとえばＭＲ（磁気抵抗）センサが採用される。２つの磁気センサ１０４，１０５は、従動歯車５３，５４の回転に伴う磁界の変化に応じた電気信号を生成する。

また、基板５５における第２のホルダ５２側の側面（図２中の上面）には、検出器としての２つの磁気センサ１０６，１０７が設けられている。２つの磁気センサ１０６，１０７は、基板５５の長側縁に沿った方向において、２つの磁気センサ１０４，１０５の間に位置している。また、磁気センサ１０６は、センサ装置１０が組み立てられた状態において、集磁リング６４，８４の集磁突部６４ａ，８４ａの間に介在される。磁気センサ１０７は、センサ装置１０が組み立てられた状態において、集磁リング６４，８４の集磁突部６４ｂ，８４ｂの間に介在される。磁気センサ１０６，１０７としては、たとえばホールセンサが採用される。磁気センサ１０６，１０７は、磁気ヨーク２２の２つのヨーク３１，３２から２つの集磁リング６４，８４に誘導される磁束を検出する。磁気センサ１０６，１０７は、付与される磁界の強さに応じた電気信号を生成する。

カバー５６は、第２のホルダ５２に装着される。カバー５６は、合成樹脂材料によって一体成型されている。カバー５６は、平板状の押さえ部１１１、および２つの側壁１１２，１１２を有している。

押さえ部１１１の４つの側縁部のうち１つの側縁部には、挿入孔８３の輪郭に対応する円弧面１１１ａが設けられている。押さえ部１１１において、円弧面１１１ａと押さえ部１１１の２つの側面とが交わる２つの角部には、それぞれ係合爪１１３，１１４が設けられている。２つの係合爪１１３，１１４は、押さえ部１１１に対して直交する方向に沿って延びている。２つの係合爪１１３，１１４の先端には、それぞれ係合突部１１３ａ，１１４ａが設けられている。これら係合突部１１３ａ，１１４ａは、それぞれ２つの係合爪１１３，１１４の並び方向に沿った方向おける外側へ向けて突出している。２つの係合爪１１３，１１４は、第２のホルダ５２に設けられた２つの係合孔８７，８８に対応する。

２つの側壁１１２，１１２は、押さえ部１１１における２つの係合爪１１３，１１４の並び方向において互いに反対側に位置する２つの側縁部から２つの係合爪１１３，１１４と同方向へ向けて延びている。２つの側壁１１２，１１２は、押さえ部１１１における円弧面１１１ａと反対側に位置する側縁部寄りに位置している。２つの側壁１１２，１１２における押さえ部１１１と反対側の端部である先端部には、それぞれ係合爪１１５，１１６が設けられている。２つの係合爪１１５，１１６の先端部には、それぞれ係合突部１１５ａ，１１６ａが設けられている。これら係合突部１１５ａ，１１６ａは、それぞれ２つの側壁１１２，１１２の並び方向における外側へ向けて突出している。２つの係合爪１１５，１１６は、第１のホルダ５１に設けられた２つの係合孔７８ａ，７９ａに対応する。

図３に示すように、カバー５６における２つの側壁１１２，１１２の先端部の内面、換言すれば側壁１１２，１１２における係合爪１１５，１１６との境界部分の内面には、それぞれ係合突部１１７，１１８が設けられている。これら係合突部１１７，１１８は、２つの側壁１１２，１１２の並び方向において互いに対向している。また、カバー５６の押さえ部１１１には、閉塞壁１１９が設けられている。閉塞壁１１９は、押さえ部１１１における２つの側壁１１２，１１２が延びる方向と反対側の側面に設けられている。閉塞壁１１９は、押さえ部１１１の２つの側壁１１２，１１２の並び方向における全長にわたって設けられている。

＜センサ装置の組立手順＞
つぎに、センサ装置１０の組み立て手順を説明する。センサ装置１０を組み立てる際には、まず部分組立品２３を組み立てる。集磁リング６４、端子７４および配線７５が一体的に設けられた第１のホルダ５１、集磁リング６４が一体的に設けられた第２のホルダ５２、ならびに磁気センサ１０４，１０５および磁気センサ１０６，１０７が設けられた基板５５は、あらかじめ用意される。

図４に示すように、第１のホルダ５１の凹部７１に基板５５を取り付ける。基板５５の支持孔１０１，１０２には基板支持部７２，７３の先端部が挿入される。また、基板５５の複数の接続孔１０３には、それぞれ端子７４が挿入される。凹部７１に基板５５が取り付けられた状態において、トルク検出用の磁気センサ１０６，１０７は、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において、集磁リング６４の２つの集磁突部６４ａ，６４ｂに対向する。

また、図５に示すように、第２のホルダ５２に２つの従動歯車５３，５４を取り付ける。すなわち、従動歯車５３，５４の軸部５３ａ，５４ａを第１のホルダ５１と反対側（図５中の上方）、すなわち第１のホルダ５１と組み合わせられる側とは反対側となる方向から第２のホルダ５２の２つの支持孔９１，９２に挿入する（図２を参照）。従動歯車５３，５４の支持孔９１，９２に対する挿入方向へ向けた移動は、歯車部５３ｂ，５４ｂが第２のホルダ５２における支持孔９１，９２の周縁部分に当接することにより規制される。従動歯車５３，５４は、軸部５３ａ，５４ａが支持孔９１，９２に挿入されることにより、第２のホルダ５２に対して回転可能に支持される。歯車部５３ｂ，５４ｂは、第２のホルダ５２の第１のホルダ５１と反対側となる側面に対して摺動回転可能である。

図６に示すように、その後、カバー５６を第１のホルダ５１に対して反対側となる方向、すなわち従動歯車５３，５４が装着されている側から第２のホルダ５２に取り付ける。カバー５６を第２のホルダ５２に近づけるに伴いカバー５６の側壁１１２に設けられた係合突部１１７，１１８が第２のホルダ５２の係合突部９３，９４を乗り越えることによって、カバー５６の係合突部１１７，１１８が第２のホルダ５２の係合突部９３，９４に対してカバー５６が第２のホルダ５２から外れる方向（図６中の上方）において係合する。すなわち、係合突部１１７，１１８は、第１のホルダ５１および第２のホルダ５２が互いに離間する方向におけるカバー５６の動きを阻止するように第２のホルダ５２の一部分である係合突部９３，９４に係合する。

また図７に示すように、カバー５６を第２のホルダ５２に近づけるに伴い、係合爪１１３，１１４は第２のホルダ５２の係合孔８７，８８に対して徐々に挿入される。やがて、カバー５６の係合突部１１７，１１８が第２のホルダ５２の係合突部９３，９４に係合するタイミングで、係合爪１１３，１１４の係合突部１１３ａ，１１４ａが第２のホルダ５２に係合する。係合突部１１３ａ，１１４ａは、第２のホルダ５２において第１のホルダ５１側となる側面（図７中の下面）の係合孔８７，８８の周縁部分に対して、カバー５６が第２のホルダ５２から外れる方向（図７中の上方）において係合する。すなわち、係合爪１１３，１１４は、第１のホルダ５１および第２のホルダ５２が互いに離間する方向におけるカバー５６の動きを阻止するように第２のホルダ５２の一部分である係合孔８７，８８の周縁部分に係合する。これにより、カバー５６は第２のホルダ５２に連結される。

図８に示すように、つぎに、第１のホルダ５１の基板５５が取り付けられている側の面と、第２のホルダ５２のカバー５６が取り付けられている面と反対側の面とをシャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において対向させた状態で、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とを互いに近接させることによって組み合わせる。第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とが互いに近づくにつれて、第２のホルダ５２に装着されたカバー５６の係合爪１１５，１１６が第１のホルダ５１の係合孔７８ａ，７９ａに対して徐々に挿入される。やがて係合爪１１５，１１６の係合突部１１５ａ，１１６ａが第１のホルダ５１に係合する。係合突部１１５ａ，１１６ａは、第１のホルダ５１に設けられた係合部７８，７９の第２のホルダ５２と反対側の側面（図８中の下面）における係合孔７８ａ，７９ａの周縁部分に対して、第２のホルダ５２が第１のホルダ５１から離れる方向（図８中の上向き）に係合する。すなわち、係合爪１１５，１１６は、第１のホルダ５１および第２のホルダ５２が互いに離間する方向におけるカバー５６の動きを阻止するように第１のホルダ５１の一部分である係合部７８，７９に係合する。これにより、カバー５６は第１のホルダ５１に連結される。

また図９に示すように、カバー５６の係合爪１１５，１１６が第１のホルダ５１に係合するタイミングで、第１のホルダ５１の係合爪６５，６６の係合突部６５ａ，６６ａが、第２のホルダ５２の係合凹部８５，８６に対して第１のホルダ５１が第２のホルダ５２から離れる方向（図９中の下向き）において係合する。これにより、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とが互いに連結される。

以上で、部分組立品２３の組立作業が完了となる。この後、センサハウジング２４に部分組立品２３を取り付ける。具体的には、つぎの通りである。
図１０に示すように、部分組立品２３をその挿入孔６３，８３側からセンサハウジング２４の挿入口４３に挿入する。ただしこのとき、カバー５６における押さえ部１１１の第２のホルダ５２と反対側の側面（図１０中の上面）と、挿入口４３における小径部４２に近い方の内側面（図１０中の上側の内側面）との間に隙間δが形成されることがある。

図１１に示すように、部分組立品２３をセンサハウジング２４の挿入口４３に対してさらに挿入すると、やがて部分組立品２３の閉塞壁１１９がセンサハウジング２４の挿入口４３の周縁部分４３ａに当接するとともに、部分組立品２３の固定部７６，７７がセンサハウジング２４の取付壁４４，４５に当接する。この状態で固定部７６，７７の挿通孔７６ａ，７７ａおよび取付壁４４，４５の挿通孔４４ａ，４５ａにボルト１２１を挿通し、そのボルト１２１の先端部にナット１２２を締め付けることにより、部分組立品２３はセンサハウジング２４に固定される。先の図１０に示される部分組立品２３と挿入口４３の内側面との間の隙間δは、閉塞壁１１９によって塞がれる。

この後、入力軸１２に固定された永久磁石２１、および出力軸１４に固定された磁気ヨーク２２を、入力軸１２と出力軸１４とがトーションバー１３を介して連結された状態で、センサハウジング２４の内部に収容する。

以上で、センサ装置１０の組み立て作業が完了となる。
＜永久磁石、磁気ヨークおよび集磁リングの位置関係＞
つぎに、センサ装置１０が組み立てられた状態における永久磁石２１、磁気ヨーク２２、および集磁リング６４，８４の位置関係を説明する。

図１２に示すように、永久磁石２１は磁気ヨーク２２の内部に挿入されている。２つの集磁リング６４，８４は、磁気ヨーク２２の外周を囲むように設けられている。シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において、集磁リング６４はヨーク３１に、集磁リング８４はヨーク３２に対応した位置に保持されている。また、磁気ヨーク２２の半径方向において、集磁リング６４とヨーク３１との間、および集磁リング８４とヨーク３２との間には、それぞれ全周にわたって隙間が形成されている。また、集磁リング６４の２つの集磁突部６４ａ，６４ｂと集磁リング８４の２つの集磁突部８４ａ，８４ｂとは、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において互いに対向している。これら集磁突部６４ａ，６４ｂと集磁突部８４ａ，８４ｂとの間には、トルク検出用の磁気センサ１０６，１０７が介在されている。

さて、シャフト１１の入力軸１２にトルクが加わってトーションバー１３がねじれ変形すると、入力軸１２に加えられたトルクに応じて入力軸１２と出力軸１４との間に相対的な回転変位が生じる。すると、永久磁石２１と磁気ヨーク２２との回転方向における相対位置、ならびに永久磁石２１と磁気ヨーク２２との回転方向における相対位置が変化する。これに伴い、永久磁石２１から磁気ヨーク２２を通じて集磁リング６４，８４に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサ１０６，１０７は、集磁リング６４の集磁突部６４ａ，６４ｂと集磁リング８４の集磁突部８４ａ，８４ｂとの間に漏出する磁束に応じた電気信号を生成する。すなわち、磁気センサ１０６，１０７により生成される電気信号は、トーションバー１３のねじれ変形、ひいてはねじれ角に応じて変化する。演算回路は、磁気センサ１０６，１０６により生成される電気信号に基づきトーションバー１３に作用するトルクを演算する。

＜主動歯車と従動歯車との位置関係＞
つぎに、センサ装置１０が組み立てられた状態における主動歯車３４と従動歯車５３，５４との位置関係を説明する。

図１３に示すように、センサ装置１０が組み立てられた状態において、２つの従動歯車５３，５４は、磁気ヨーク２２に設けられた主動歯車３４に噛合する。このため、シャフト１１が回転すると、主動歯車３４も一体的に回転し、これに伴って２つの従動歯車５３，５４もそれぞれ回転する。２つの従動歯車５３，５４の歯数は互いに異なっているため、シャフト１１の回転に連動して主動歯車３４が回転した場合、主動歯車３４の回転角度に対する２つの従動歯車５３，５４の回転角度はそれぞれ異なった値となる。

ここで、従動歯車５３，５４の軸部５３ａ，５４ａの先端部には永久磁石５３ｃ，５４ｃが設けられているところ、これら永久磁石５３ｃ，５４ｃはシャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において角度検出用の磁気センサ１０４，１０５に対向している。このため、磁気センサ１０４，１０５に印加される磁界は、従動歯車５３，５４の回転に伴い変化する。磁気センサ１０４，１０５は従動歯車５３，５４の回転に伴う磁界の変化に応じた電気信号を生成するところ、主動歯車３４に対する２つの従動歯車５３，５４の回転角度が互いに異なるため、磁気センサ１０４，１０５により生成される電気信号の位相は従動歯車５３，５４の回転角度に応じたものとなる。演算回路は、磁気センサ１０４，１０５により生成される電気信号に基づきシャフト１１の３６０°を超える多回転の回転角度を絶対値で演算する。

＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）部分組立品２３のホルダ５０は、シャフト１１に加わるトルクを検出するための部品である集磁リング６４，８４、およびシャフト１１の回転角度を検出するための部品である従動歯車５３，５４をそれぞれ保持する。すなわち、ホルダ５０（特に、第２のホルダ５２）は、シャフト１１に加わるトルクを検出するための部品を保持するホルダとしての機能と、シャフト１１の回転角度を検出するための部品を保持するホルダとしての機能とを兼用する。このため、センサ装置１０として、たとえばシャフト１１に加わるトルクを検出するための部品を保持するホルダと、シャフト１１の回転角度を検出するための部品を保持するホルダとを別個に設け、これら２つのホルダを組み合わせる構成を採用する場合に比べて、センサ装置１０としての部品点数の増加を抑えることができる。

（２）センサ装置１０の部分組立品２３は、基板５５が取り付けられた第１のホルダ５１と、従動歯車５３，５４およびカバー５６が取り付けられた第２のホルダ５２とを互いに組み合わせることにより構築される。このとき、第１のホルダ５１の係合爪６５，６６が第２のホルダ５２の係合凹部８５，８６に係合するとともに、カバー５６の係合爪１１５，１１６が第１のホルダ５１の係合部７８，７９に係合することにより、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とが互いに連結される。このため、部分組立品２３を簡単に組み立てることができる。

（３）また、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とを組み合わせた際、カバー５６の係合爪１１５，１１６が第１のホルダ５１の係合部７８，７９に係合することにより、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２との連結状態が良好な状態に維持される。また、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２とが互いに近接する方向においてわずかながらにも押圧される場合、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２との間の隙間をより減らすことが可能である。

（４）また、従動歯車５３，５４の歯車部５３ｂ，５４ｂは、第２のホルダ５２とカバー５６との間に介在される。このため、従動歯車５３，５４の支持孔９１，９２に対する離脱方向へ向けた移動は、歯車部５３ｂ，５４ｂがカバー５６に当接することにより規制される。したがって、シャフト１１の軸線Ｏに沿った方向において、従動歯車５３，５４の位置が変動することが抑制されることにより、従動歯車５３，５４の軸線Ｏに沿った方向における位置精度を向上させることができる。ひいては、従動歯車５３，５４と主動歯車３４とが適切に噛み合った状態に維持される。また、前述したように、第１のホルダ５１と第２のホルダ５２との連結状態が良好な状態に維持されることにより、磁気センサ１０４，１０５と永久磁石５３ｃ，５４ｃとの間の距離を定められた設定値により近い状態に維持することができる。

（５）従動歯車５３，５４は、第２のホルダ５２に第１のホルダ５１と反対側から装着される。さらに、従動歯車５３，５４が装着された第２のホルダ５２には、第１のホルダ５１と反対側からカバー５６が取り付けられる。すなわち、従動歯車５３，５４およびカバー５６は、この順で第２のホルダ５２に重ねるかたちで取り付ければよい。そして、従動歯車５３，５４およびカバー５６が装着された第２のホルダ５２は、基板５５が取り付けられた第１のホルダ５１に対して重ねるかたちで取り付けられる。このように、部分組立品２３は、基本的にはその各構成部材を重ねていくだけで簡単に組み立てることができる。

（６）部分組立品２３は、従動歯車５３，５４がカバー５６により覆われた状態でセンサハウジング２４に取り付けられる。このため、たとえば部分組立品２３をセンサハウジング２４の挿入口４３に挿入する際、従動歯車５３，５４がセンサハウジング２４の一部分に当たることがない。したがって、部分組立品２３をセンサハウジング２４に取り付ける際、従動歯車５３，５４を保護することができる。また、従動歯車５３，５４が第２のホルダ５２から脱落することが抑制される。

（７）センサハウジング２４の挿入口４３の内側面と部分組立品２３との間の隙間がカバー５６の閉塞壁１１９により塞がれる。このため、センサハウジング２４の内部に粉塵あるいは液体が進入することを抑制することができる。

＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・本実施の形態では、集磁リング６４には２つの集磁突部６４ａ，６４ｂを、集磁リング８４には２つの集磁突部８４ａ，８４ｂを設けたが、これら集磁リング６４，８４にはそれぞれ１つの集磁突部を設けるようにしてもよい。この場合、集磁リング６４の１つの集磁突部と集磁リング８４の１つの集磁突部との間に１つの磁気センサ（１０６または１０７）を介在させればよい。

・本実施の形態では、磁気ヨーク２２のホルダ３３に主動歯車３４を一体形成したが、主動歯車３４と磁気ヨーク２２とを別部品として設けてもよい。
・本実施の形態では、磁気ヨーク２２の磁束を誘導する集磁部材として円環状の集磁リング６４，８４を採用したが、集磁部材として、たとえばＣ字状、半円環状、あるいは四半円環状の集磁部材を採用してもよい。

・本実施の形態では、シャフト１１の回転角度を検出するための構成として主動歯車３４に噛み合う２つの従動歯車５３，５４を設けたが、センサ装置１０として単一の従動歯車５３または従動歯車５４を有する構成を採用してもよい。このようにしても、シャフト１１の３６０°以内の回転角度を検出することができる。また、センサ装置１０として、３つあるいはそれ以上の従動歯車を有する構成を採用してもよい。

・センサ装置１０の搭載先の一例として、たとえば車両の操舵装置が挙げられる。この車両の操舵装置には、ステアリングシャフトあるいは転舵シャフトに対してモータのトルクをアシスト力として付与する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、およびステアリングホイールと転舵輪との間の動力伝達が分離されるステアバイワイヤ方式の操舵装置が含まれる。この場合、ステアリングホイールの操作に応じて回転するステアリングシャフト、あるいは車両の転舵シャフトに連結されるピニオンシャフトがシャフト１１に相当する。また、センサ装置１０は、車載用途に限らない。

１０…センサ装置、１１…シャフト、１２…入力軸、１３…トーションバー、１４…出力軸、２３…部分組立品、２４…センサハウジング、４３…挿入口、５１…第１のホルダ、５２…第２のホルダ、５３，５４…従動歯車、５６…カバー（保持部材）、６４，８４…集磁リング（集磁部材）、１０４，１０５…磁気センサ（検出器）、１０６，１０７…磁気センサ（検出器）、１１３，１１４…係合爪（第１の係合爪）、１１５，１１６…係合爪（第２の係合爪）、１１９…閉塞壁。

Claims (5)

1. 入力軸と出力軸とがトーションバーを介して互いに連結されてなるシャフトに設けられるセンサ装置であって、
   前記トーションバーのねじれに応じた磁束を誘導する２つの集磁部材と、
   前記２つの集磁部材をそれぞれ保持するとともに前記シャフトの軸線に沿った方向において互いに組み合わせられる２つのホルダと、
   前記２つのホルダのうち一方のホルダに対して、他方のホルダと組み合わせられる側とは反対側から装着されるとともに前記入力軸の回転に連動して回転する少なくとも１つの従動歯車と、
   前記他方のホルダに設けられ前記集磁部材に誘導される磁束および前記従動歯車の回転角度を検出する検出器と、を有しているセンサ装置。
2. 前記一方のホルダに対して前記従動歯車が装着されている側に装着され、前記従動歯車を前記一方のホルダに保持するとともに前記２つのホルダを互いに連結する保持部材を有している請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記保持部材は、前記従動歯車の一部を覆うカバーであって、
   前記カバーは、前記２つのホルダが互いに離間する方向の動きを阻止するように前記一方のホルダの一部分に係合する第１の係合爪と、
   前記２つのホルダが互いに離間する方向の動きを阻止するように前記他方のホルダの一部分に係合する第２の係合爪と、を有している請求項２に記載のセンサ装置。
4. 前記２つの集磁部材、前記２つのホルダ、前記従動歯車、前記検出器および前記カバーが組み立てられてなる部分組立品が挿入される挿入口を有するセンサハウジングを備え、
   前記カバーには、前記部分組立品を前記挿入口に挿入した状態において、前記挿入口の内面と前記部分組立品の外面との間に形成される隙間を塞ぐ閉塞壁が設けられている請求項３に記載のセンサ装置。
5. 前記シャフトは、ステアリング操作に応じて回転するものである請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載のセンサ装置。