(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を検出する磁気検出素子（５１１、６１１）、前記磁気検出素子を封止する封止部（５２０、６２０）、前記封止部の一側である第１端子形成部（５２１、６２１）から突出する複数の端子からなる第１端子群（５３０、６３０）、および、前記封止部の前記第１端子形成部と反対側である第２端子形成部（５２２、６２２）から突出する複数の端子からなる第２端子群（５４０、６４０）を有する複数の磁気センサ（５０、６０）と、
複数の前記磁気センサが同一面上に実装される基板（４１）と、
を備え、
同方向に配列されて隣り合う２つの前記磁気センサは、一方の前記第２端子群（５４０）と他方の前記第１端子群（６３０）とが対向し、
前記第１端子群は、前記磁気検出素子の検出値に基づく出力信号を出力可能な第１出力端子（５３１、６３１）を含み、
前記第２端子群は、前記出力信号を出力可能な第２出力端子（５４１、６４１）を含み、
前記第１出力端子と前記第２出力端子とは、前記第１端子形成部と前記第２端子形成部の延在方向に沿った中心線に対して非対称に設けられることを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記磁気センサは、前記出力信号を演算する演算部（５１３、６１３）を有し、
前記演算部は、前記出力信号を、メイン信号とするか、前記メイン信号と基準値に対する正負が反転されたサブ信号とするか、を切り替え可能であることを特徴とする請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
隣り合って配置される２つの前記磁気センサの一方は前記メイン信号を出力し、他方は前記サブ信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記基板の前記磁気センサが実装される面に実装されるコンデンサ（７１〜７４）をさらに備え、
前記コンデンサは、複数の前記磁気センサが実装される領域であるセンサ領域の外側に実装されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記第１端子群は、第１給電端子（５３３、６３３）および第１グランド端子（５３２、６３２）を含み、
前記第２端子群は、第２給電端子（５４３、６４３）および第２グランド端子（５４２、６４２）を含み、
前記第１出力端子、前記第１グランド端子、前記第１給電端子がこの順で配列され、
前記第２出力端子、前記第２グランド端子、前記第２給電端子がこの順で配列されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサユニット（４０）と、
前記磁気センサを挟んで配置される集磁部（２１５、２２５）を有する集磁リング（２１、２２）と、
外部からの磁気を遮蔽する遮蔽部材（２６、２７）と、
前記集磁リングおよび前記センサユニットを保持する保持部材（２５、３１）と、
を備えることを特徴とする集磁モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサユニット、および、これを用いた集磁モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁束を検知する素子部を有するホールＩＣを備えるセンサユニットが知られている。例えば特許文献１では、２つのホールＩＣは、一方が表面に配置され、他方が裏面に配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０６７６７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ホールＩＣを両面に表面実装するため、リフロー工程を２回行う必要がある。
ところで、例えばＳＯＰ等の端子が両側に形成されるＩＣを同一面上に隣接して配置した場合、隣接するＩＣでのピン間ショートが発生する虞がある。
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ピン間ショートに配慮したセンサユニット、および、これを用いた集磁モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のセンサユニットは、複数の磁気センサと、基板と、を備える。
磁気センサは、磁界を検出する磁気検出素子、磁気検出素子を封止する封止部、第１端子群、および、第２端子群を有する。第１端子群は、封止部の一側である第１端子形成部から突出する複数の端子からなる。第２端子群は、封止部の第１端子形成部と反対側である第２端子形成部から突出する複数の端子からなる。
基板には、複数の磁気センサが同一面上に実装される。
同方向に配列されて隣り合う２つの磁気センサは、一方の第１端子群と他方の第２端子群とが対向する。
【０００６】
第１端子群は、磁気検出素子の検出値に基づく出力信号を出力可能な第１出力端子を含む。第２端子群は、出力信号を出力可能な第２出力端子を含む。
第１出力端子と第２出力端子とは、第１端子形成部と第２端子形成部の延在方向に沿った中心線に対して非対称に設けられる。
【０００７】
本発明では、第１出力端子と第２出力端子とは、中心線に対して非対称に設けられるので、複数の磁気センサを基板の同一面上において同方向に配列したとき、隣り合う２つの磁気センサ間にて内側となる第２出力端子と第１出力端子とが、ずれて配置される。これにより、複数の磁気センサを近接配置したとしても、出力端子間におけるピン間ショートの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による電動パワーステアリング装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるトルクセンサの分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態によるによる多極磁石、磁気ヨーク、および、磁気検出装置の位置関係を説明する分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による集磁モジュールの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による集磁モジュールの側面図である。
【図６】図５のＶＩ方向矢視図である。
【図７】本発明の一実施形態による集磁モジュールの分解斜視図である。
【図８】本発明の一実施形態による集磁部とセンサユニットとの位置関係を説明する平面図である。
【図９】本発明の一実施形態によるセンサユニットおよび基板保持部材を示す分解斜視図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるセンサユニットの磁気センサが実装される側を示す平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態によるセンサユニットの磁気センサが実装されない側を示す平面図である。
【図１２】本発明の一実施形態による磁気センサを示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による回路部を示すブロック図である。
【図１４】本発明の一実施形態によるメイン信号およびサブ信号を説明する説明図である。
【図１５】参考例による磁気センサを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明によるセンサユニット、および、これを用いた集磁モジュールを図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態によるセンサユニット、および、これを用いた集磁モジュールを図１〜図１３に示す。
図１に示すように、集磁モジュール２０（図４等参照）を用いたトルクセンサ１０は、例えば車両のステアリング操作を補助するための電動パワーステアリング装置８０に適用される。
【００１０】
図１に示すように、電動パワーステアリング装置８０を備えたステアリングシステム９０の全体構成を示す。ハンドル９１は、ステアリングシャフト９２と接続される。
ステアリングシャフト９２は、第１の軸としての入力軸１１および第２の軸としての出力軸１２を有する。入力軸１１は、ハンドル９１と接続される。入力軸１１と出力軸１２との間には、ステアリングシャフト９２に加わるトルクを検出するトルクセンサ１０が設けられる。出力軸１２の入力軸１１と反対側の先端には、ピニオンギア９６が設けられる。ピニオンギア９６はラック軸９７に噛み合っている。ラック軸９７の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪９８が連結される。
これにより、運転者がハンドル９１を回転させると、ハンドル９１に接続されたステアリングシャフト９２が回転する。ステアリングシャフト９２の回転運動は、ピニオンギア９６によってラック軸９７の直線運動に変換され、ラック軸９７の変位量に応じた角度に一対の車輪９８が操舵される。
【００１１】
電動パワーステアリング装置８０は、運転者によるハンドル９１の操舵を補助する補助トルクを出力するモータ８１、減速ギア８２、および、制御装置（以下、「ＥＣＵ」という。）８５等を備える。図１では、モータ８１とＥＣＵ８５とが別体となっているが、一体としてもよい。
減速ギア８２は、モータ８１の回転を減速してステアリングシャフト９２に伝達する。すなわち本実施形態の電動パワーステアリング装置８０は、所謂「コラムアシストタイプ」であるが、モータ８１の回転をラック軸９７に伝える所謂「ラックアシストタイプ」としてもよい。
ＥＣＵ８５は、センサユニット４０から出力される出力信号を取得し、出力信号に基づいて演算される操舵トルクに基づき、モータ８１の駆動を制御する。また、出力信号に基づき、センサユニット４０の異常を検出する。ＥＣＵ８５の詳細は後述する。
【００１２】
図２および図３に示すように、トルクセンサ１０は、入力軸１１、出力軸１２、トーションバー１３、多極磁石１５、磁気ヨーク１６、および、集磁モジュール２０等を備える。図２においては、後述するヨーク保持部材１９、集磁リング保持部材２５、および、基板保持部材３１等を省略した。
【００１３】
トーションバー１３は、一端側が入力軸１１に、他端側が出力軸１２に、それぞれ固定ピン１４で固定され、入力軸１１と出力軸１２とを回転軸Ｏの同軸上に連結する。トーションバー１３は、棒状の弾性部材であり、ステアリングシャフト９２に加わるトルクを捩れ変位に変換する。
多極磁石１５は、円筒状に形成され、入力軸１１に固定される。多極磁石１５は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。磁極数はいくつであってもよいが、本実施形態では、Ｎ極およびＳ極の数は１２対、計２４極である。
【００１４】
磁気ヨーク１６は、樹脂等の非磁性材により形成されるヨーク保持部材１９に保持され、多極磁石１５が発生する磁界内に磁気回路を形成する。本実施形態では、磁気ヨーク１６は、ヨーク保持部材１９にインサート成形される。
磁気ヨーク１６は、入力軸１１側に設けられる第１ヨーク１７および出力軸１２側に設けられる第２ヨーク１８を有する。第１ヨーク１７および第２ヨーク１８は、ともに軟磁性体により環状に形成され、多極磁石１５の径方向外側にて、出力軸１２に固定される。
第１ヨーク１７は、リング部１７１および爪１７５を有する。爪１７５は、リング部１７１の内縁に沿って全周に等間隔で設けられる。第２ヨーク１８は、リング部１８１および爪１８５を有する。爪１８５は、リング部１８１の内縁に沿って全周に等間隔で設けられる。
【００１５】
爪１７５、１８５は、多極磁石１５の極対数と同数（本実施形態では１２）であり、爪１７５と爪１８５とは、周方向にずれて交互に配置され、第１ヨーク１７と第２ヨーク１８とがエアギャップを介して対向している。
トーションバー１３に捩れ変位が生じていない場合、すなわちステアリングシャフト９２に操舵トルクが加わっていないとき、爪１７５、１８５の中心と、多極磁石１５のＮ極とＳ極との境界とが一致するように配置される。
【００１６】
図３〜図７に示すように、集磁モジュール２０は、集磁リング２１、２２、集磁リング保持部材２５、遮蔽部材２６、２７、基板保持部材３１、および、センサユニット４０等を備える。
集磁リング２１、２２は、磁気ヨーク１６の径方向外側に配置され、磁気ヨーク１６からの磁束を集める。第１集磁リング２１は入力軸１１側に設けられ、第２集磁リング２２は出力軸１２側に設けられる。第１集磁リング２１および第２集磁リング２２は、インサート成形等により、集磁リング保持部材２５により保持される。
【００１７】
第１集磁リング２１は、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部２１１、および、リング部２１１から径方向外側に突出した２つの集磁部２１５から構成される。第２集磁リング２２は、第１集磁リング２１と同様、軟磁性体で形成され、略環状に形成されるリング部２２１、および、リング部２２１から径方向外側に突出した２つの集磁部２２５から構成される。本実施形態では、第１集磁リング２１と第２集磁リング２２とは、略同様の形状である。
第１集磁リング２１の集磁部２１５と、第２集磁リング２２の集磁部２２５とは、対向する面が略平行となるように設けられる。集磁部２１５、２２５の間には、後述する磁気センサ５０、６０が配置される。
【００１８】
集磁リング保持部材２５は、樹脂等の非磁性材により形成される。集磁リング保持部材２５は、リング保持部２５１、センサユニット収容部２５５、および、取付部２５８から一体に構成される。
リング保持部２５１は、略環状に形成される。リング保持部２５１の径方向内側には、集磁リング２１、２２の集磁部２１５、２２５の間隔が所定の間隔となるように、リング部２１１、２２１が離間して埋設される。このとき、少なくとも集磁部２１５、２２５の互いに対向する面は、集磁リング保持部材２５から露出する。
【００１９】
センサユニット収容部２５５は、リング保持部２５１の集磁部２１５、２２５が設けられる側に設けられ、リング保持部２５１と反対側に開口２５６が形成される。開口２５６は、集磁リング２１、２２の径方向外側を向くように形成される。図７に矢印Ｙ１で示すように、開口２５６からは、センサユニット４０および配線部材３５が固定された状態の基板保持部材３１が挿入される。
【００２０】
取付部２５８は、リング保持部２５１とセンサユニット収容部２５５との間に設けられる。取付部２５８は、集磁リング２１、２２のリング部２１１、２２１の接線方向に延びて形成される。取付部２５８には、孔部２５９が形成される。孔部２５９には図示しないねじ等が挿入され、このねじ等により、集磁モジュール２０がハウジング等の他の部材に固定される。
【００２１】
遮蔽部材２６は、リング保持部２５１の径方向外側に設けられる。遮蔽部材２７は、センサユニット収容部２５５の外周に設けられる。遮蔽部材２６、２７は、いずれも外部からの磁気を遮断するためのものである。
【００２２】
基板保持部材３１は、樹脂等の非磁性材により形成される。図９に示すように、基板保持部材３１の基板４１が固定される側の面である基板固定面３１１には、柱状部３１２が形成される。また、基板保持部材３１の側面３１５には、位置決め溝３１６が形成される。位置決め溝３１６には、センサユニット収容部２５５に形成される図示しないリブが挿入される。これにより、集磁リング保持部材２５に対して基板保持部材３１が位置決めされる。なお、集磁リング保持部材２５側に溝を形成し、基板保持部材３１側にリブと形成してもよい。
【００２３】
蓋部材３２は、樹脂等の非磁性材により、センサユニット収容部２５５の開口を覆うように形成される。蓋部材３２は、嵌合等により、基板保持部材３１と固定される。蓋部材３２からは、配線部材３５が取り出される。
配線部材３５は、基板接続部３５１、中間部３５２、および、集合部３５５から構成される。基板接続部３５１は、基板４１の配線挿通孔４３（図１０および図１１参照）に挿通される。中間部３５２は、複数の基板接続部３５１ごとに設けられる。集合部３５５は、蓋部材３２から集磁モジュール２０の外部へ取り出される。配線部材３５の基板接続部３５１と反対側の端部は、ＥＣＵ８５と接続される。
【００２４】
図１０および図１１に示すように、センサユニット４０は、基板４１、および、磁気センサ５０、６０、および、コンデンサ７１〜７４等を有する。
基板４１は、略矩形の平板状に形成され、切欠部４２、配線挿通孔４３、および、固定孔４４が形成される。
切欠部４２は、集磁リング保持部材２５に挿入するときに先端となる一端４１１側に開口する。切欠部４２は、磁気センサ５０、６０の個数に応じて形成され、本実施形態では２つ形成される。
配線挿通孔４３には、配線部材３５の基板接続部３５１が挿入され、はんだ等により電気的に接続される。固定孔４４には、基板保持部材３１の柱状部３１２が挿入され、熱かしめ等により固定される。
【００２５】
図１０に示すように、基板４１の第１面４１５には、磁気センサ５０、６０、および、コンデンサ７１〜７４が実装される。なお、図１１に示すように、基板４１の第２面４１６には、電子部品が実装されない。これにより、１回のリフロー工程にて、磁気センサ５０、６０、および、コンデンサ７１〜７４を基板４１に表面実装することができる。
【００２６】
メイン磁気センサ５０およびサブ磁気センサ６０について説明する。本実施形態では、便宜上、出力する信号が後述のメイン信号Ｓｍかサブ信号Ｓｓかに応じ、「メイン磁気センサ５０」または「サブ磁気センサ６０」としたが、機能、構成等については実質的に同様である。メイン磁気センサ５０に係る構成を５００番台で付番し、サブ磁気センサ６０に係る構成を６００番台で付番し、下２桁が同じであれば、同様の構成であることを意味する。以下、メイン磁気センサ５０を中心に説明し、サブ磁気センサ６０に係る説明は適宜省略する。
【００２７】
メイン磁気センサ５０は、磁気検出素子５１１を含む回路部５１０（図１３参照）、封止部５２０、第１端子群５３０、および、第２端子群５４０を有し、封止部５２０の少なくとも一部が切欠部４２に重複するように、基板４１に実装される。
磁気検出素子５１１は、例えばホール素子であって、集磁部２１５、２２５間の磁束を検出する。図８、図１０および図１１に示すように、磁気検出素子５１１は、基板４１の第１面４１５または第２面４１６側から見たとき、集磁部２１５、２２５が配置される領域内に配置される。すなわち、磁気検出素子５１１は、集磁部２１５、２２５の間に配置される。本実施形態では、基板４１に切欠部４２が形成されており、切欠部４２に集磁部２２５を挿入することにより、集磁部２１５、２２５間の距離を可及的小さくすることができ、磁気回路ギャップを小さくできる。これにより、磁気センサを基板上に表面実装しない場合と同程度の磁気回路を形成できるので、磁気検出素子５１１により、集磁部２１５、２２５間の磁束を適切に検出することができる。
【００２８】
封止部５２０は、回路部５１０を封止するためのものであって、平面視略矩形に形成される。封止部５２０の一方の長辺側を第１端子形成部５２１、他方の長辺側を第２端子形成部５２２とする。また、配線挿通孔４３が形成される方の短辺側を配線側端部５２３、切欠部４２が開口する方の短辺側を開口側端部５２４とする。
本実施形態では、磁気検出素子５１１は、端子形成部５２１、５２２を２分割する中心線Ｃ１よりも開口側端部５２４側に設けられる。
【００２９】
第１端子群５３０は第１端子形成部５２１から突出して形成され、第２端子群５４０は第２端子形成部５２２から突出して形成される。端子群５３０、５４０は、はんだ等により基板４１と接続される。本実施形態では、端子形成部５２１、５２２間の距離を封止部５２０の幅とすると、封止部５２０の幅は、切欠部４２の幅より大きく形成されている。これにより、端子群５３０、５４０との接続に用いられるはんだのスペースが確保され、接続の信頼が向上する。
【００３０】
メイン磁気センサ５０において、第１端子群５３０と第２端子群５４０とは、第１端子形成部５２１と第２端子形成部５２２との中心である中心線Ｃ２に対して線対称に形成される。サブ磁気センサ６０において、第１端子群６３０と第２端子群６４０とは、第１端子形成部６２１と第２端子形成部６２２との中心である中心線Ｃ３に対して線対称に形成される。
【００３１】
図１２に基づいて、端子配列について説明する。図１２は、基板４１上に実装された状態の磁気センサ５０、６０を模式的に示す。図１２中においては、基板４１の記載を省略している。後述の図１５についても同様である。
図１２に示すように、第１端子群５３０は、１４本の端子から構成され、第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、および、第１給電端子５３３を含む。第１出力端子５３１は、配線側端部５２３側から１番目の端子であり、第１グランド端子５３２は、配線側端部５２３側から３番目の端子であり、第１給電端子５３３は、配線側端部５２３側から５番目の端子である。すなわち、第１端子群５３０において、第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、第１給電端子５３３は、配線側端部５２３側から、この順で配列される。
【００３２】
第２端子群５４０は、１４本の端子から構成され、第２出力端子５４１、第２グランド端子５４２、および、第２給電端子５４３を含む。第２出力端子５４１は、配線側端部５２３側から３番目の端子であり、第２グランド端子５４２は、配線側端部５２３側から４番目の端子であり、第２給電端子５４３は、配線側端部５２３側から５番目の端子である。すなわち、第２端子群５４０において、第２出力端子５４１、第２グランド端子５４２、第２給電端子５４３は、配線側端部５２３側から、この順で配列される。
また、第１端子群５３０と第２端子群５４０において、第１出力端子５３１と第２出力端子５４１とは、中心線Ｃ２に対して非対称に配置される。
【００３３】
第１出力端子５３１および第２出力端子５４１は、磁気検出素子５１１にて検出された検出値に比例する電圧信号を出力可能に構成される。
第１グランド端子５３２および第２グランド端子５４２は、ＥＣＵ８５を経由してグランドと接続可能に構成される。
第１給電端子５３３および第２給電端子５４３は、ＥＣＵ８５の図示しないレギュレータから所定電圧（例えば５［Ｖ］）が入力電圧Ｖｉｎとして入力可能に構成される。
【００３４】
本実施形態では、メイン磁気センサ５０において、外側となる第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、および、第１給電端子５３３は、基板４１に形成される図示しない配線パターン、および、配線部材３５を経由し、ＥＣＵ８５と接続される。
サブ磁気センサ６０において、外側となる第２出力端子６４１、第２グランド端子６４２、および、第２給電端子６４３は、基板４１に形成される配線パターン、および、配線部材３５を経由し、ＥＣＵ８５と接続される。
すなわち、本実施形態では、メイン磁気センサ５０の第１出力端子５３１からメイン信号ＳｍがＥＣＵ８５へ出力され、サブ磁気センサ６０の第２出力端子６４１からサブ信号ＳｓがＥＣＵ８５へ出力される。
【００３５】
内側となるメイン磁気センサ５０の第２出力端子５４１、第２グランド端子５４２、および、第２給電端子５４３、ならびに、サブ磁気センサ６０の第１出力端子６３１、第１グランド端子６３２、および、第１給電端子６３３は、基板４１に形成される配線パターンと接続されない。
なお、第１端子群５３０および第２端子群５４０において、出力端子５３１、５４１、グランド端子５３２、５４２、および、給電端子５３３、５４３以外の端子は、初期検査に用いられるテスト端子等であって、正常であれば、トルクセンサ１０に適用される段階において、機能しない。
【００３６】
図１０に示すように、コンデンサ７１〜７４は、セラミックコンデンサ等のチップコンデンサであり、ノイズ除去等に用いられる。コンデンサ７１〜７４は、磁気センサ５０、６０の両側に設けられる。詳細には、コンデンサ７１、７２がメイン磁気センサ５０のサブ磁気センサ６０と反対側、すなわち、第１端子群５３０側に設けられる。また、コンデンサ７３、７４がサブ磁気センサ６０のメイン磁気センサ５０と反対側、すなわち第２端子群６４０側に設けられる。磁気センサ５０、６０が実装される領域をセンサ領域Ｒｓとすると、コンデンサ７１〜７４をセンサ領域Ｒｓの外側に配置することにより、磁気センサ５０、６０を可及的近接させて配置することができる。本実施形態では、図１０中に２点鎖線にて示すように、センサ領域Ｒｓは、複数の磁気センサ５０、６０の外縁にて規定される領域とする。
これにより、メイン磁気センサ５０とサブ磁気センサ６０とを可及的近接配置することができる。
【００３７】
コンデンサ７１は、第１出力端子５３１と第１グランド端子５３２と接続される。コンデンサ７２は、第１グランド端子５３２と第１給電端子５３３と接続される。本実施形態では、配線側端部５２３側から、第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、第１給電端子５３３の順に配列されているので、配線パターンの形成が容易である。
コンデンサ７３は、第２出力端子６４１と第２グランド端子６４２と接続される。コンデンサ７４は、第２グランド端子６４２と第２給電端子６４３と接続される。本実施形態では、配線側端部５２３側から、第２出力端子６４１、第２グランド端子６４２、第２給電端子６４３の順に配列されているので、配線パターンの形成が容易である。
【００３８】
図１３に示すように、回路部５１０は、磁気検出素子５１１、記憶部５１２、および、演算部５１３等を有する。
磁気検出素子５１１は、集磁部２１５、２２５間の磁束を検出する。図１３中では、２つの磁気検出素子５１１を１つの機能ブロックとして記載した。
【００３９】
ここで、磁気検出素子５１１による操舵トルクの検出について説明する。
本実施形態では、集磁部２１５、２２５の間に磁気検出素子５１１が配置される。入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが印加されていないとき、第１ヨーク１７の爪１７５および第２ヨーク１８の爪１８５の中心が、多極磁石１５のＮ極とＳ極との境界に一致するように配置される。このとき、爪１７５、１８５には、多極磁石１５のＮ極およびＳ極から同数の磁力線が出入りするため、第１ヨーク１７と第２ヨーク１８との内部で、それぞれ磁力線が閉ループを形成する。そのため、ヨーク１７、１８間のギャップに磁束が漏れることがなく、磁気検出素子５１１が検出する磁束密度はゼロとなる。
【００４０】
入力軸１１と出力軸１２との間に操舵トルクが印加されてトーションバー１３に捩れ変位が生じると、入力軸１１に固定された多極磁石１５と、出力軸１２に固定されたヨーク１７、１８との相対位置が周方向にずれる。その結果、磁気検出素子５１１を通過する磁束密度は、トーションバー１３の捩れ変位量に略比例し、かつ、トーションバー１３の捩れ方向に応じて極性が反転する。磁気検出素子５１１は、磁気センサ４５の厚み方向、すなわち集磁部２１５、２２５の面と直交する方向に通る磁界の強さを検出する。
【００４１】
記憶部５１２は、例えばＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリにより構成され、組み付け誤差や温度補正等のためのパラメータ等が記憶されている。
また、記憶部５１２には、切替設定情報が記憶される。切替設定情報は、磁気検出素子５１１の検出値に応じ、図１４に示すメイン信号Ｓｍまたはサブ信号Ｓｓのどちらを出力するかを指令するための情報である。
【００４２】
本実施形態では、メイン磁気センサ５０からメイン信号Ｓｍが出力され、サブ磁気センサ６０からサブ信号Ｓｓが出力されるものとし、メイン磁気センサ５０の記憶部５１２にはメイン信号を出力させる旨の情報が記憶されており、サブ磁気センサ６０の記憶部６１２にはサブ信号を出力させる旨の情報が記憶されている。
メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓの詳細については、後述する。
【００４３】
演算部５１３は、例えばデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等のコンピュータにより、各種演算処理を実行可能に構成される。演算部５１３は、組み付け誤差や温度等に応じ、磁気検出素子５１１の検出値を補正する補正演算を行う。また、メイン磁気センサ５０の演算部５１３は、記憶部５１２から取得される切替設定情報に基づき、ＥＣＵ８５へ出力する信号として、メイン信号Ｓｍを生成する。また、サブ磁気センサ６０の演算部６１３は、記憶部６１２から取得される切替設定情報に基づき、ＥＣＵ８５へ出力する信号として、サブ信号Ｓｓを生成する。
【００４４】
ＥＣＵ８５は、機能ブロックとして、トルク演算部８５１、および、異常判定部８５２を有する。
トルク演算部８５１は、メイン信号Ｓｍが正常である場合、メイン信号Ｓｍに基づき、操舵トルクを演算する。また、トルク演算部８５１は、メイン信号Ｓｍが異常であり、サブ信号Ｓｓが正常である場合、サブ信号Ｓｓに基づき、操舵トルクを演算する。
異常判定部８５２は、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓの異常判定を行う。
【００４５】
ここで、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓについて、図１４に基づいて説明する。
磁気センサ５０、６０は、磁気検出素子５１１、６１１にて検出される磁束密度と比例する電圧信号を、メイン信号Ｓｍまたはサブ信号ＳｓとしてＥＣＵ８５へ出力する。メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓは、基準値Ｘに対する正負が反対であって、基準値Ｘとの差が等しくなるように設計される。ここで、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓについて、基準値Ｘより大きい場合を正、基準値Ｘより小さい場合を負とする。本実施形態では、磁束密度が負のとき、メイン信号Ｓｍが基準値Ｘに対して正、サブ信号Ｓｓが基準値Ｘに対して負、磁束密度が正のとき、メイン信号Ｓｍが基準値Ｘに対して負、サブ信号Ｓｓが基準値Ｘに対して正となる。また、磁束密度が負側の所定値−Ｂ以下のとき、メイン信号ＳｍとしてＸ＋ａ（ただし、ａ＜Ｘ）、サブ信号ＳｓとしてＸ−ａ、磁束密度が正側の所定値＋Ｂ以上のとき、メイン信号ＳｍとしてＸ−ａ、サブ信号ＳｓとしてＸ＋ａが出力されるように、飽和ガードが設けられる。
基準値Ｘは、例えば、ＥＣＵ８５から給電端子５３３、６４３に入力される入力電圧Ｖｉｎの半分の値に設定される。すなわち、例えば入力電圧Ｖｉｎが５［Ｖ］であれば、基準値Ｘを２．５［Ｖ］とするが、基準値Ｘの値は、これに限らない。
【００４６】
図１４（ａ）に示すように、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓが共に正常である場合、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和は、基準値Ｘの２倍の値となる。すなわち、Ｓｍ＋Ｓｓ＝２Ｘとなる。以下、基準値Ｘの２倍の値を「判定値２Ｘ」という。
一方、図１４（ｂ）に示すように、メイン信号Ｓｍまたはサブ信号Ｓｓが異常である場合、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和が、判定値２Ｘと異なる値となる。すなわちＳｍ＋Ｓｓ≠２Ｘである。
【００４７】
そこで、異常判定部８５２では、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和が判定値２Ｘを含む所定範囲内である場合、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓが正常であると判定し、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和が判定値２Ｘを含む所定範囲内ではない場合、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓの少なくとも一方が異常であると判定する。
【００４８】
本実施形態では、メイン磁気センサ５０およびサブ磁気センサ６０を「冗長構成」とすべく、メイン磁気センサ５０で検出される磁束と、サブ磁気センサ６０で検出される磁束とが可及的同じであることが望まれる。
そのため、図１０および図１１に示すように、本実施形態では、メイン磁気センサ５０とサブ磁気センサ６０とを、できるだけ近接配置する。
【００４９】
本実施形態では、部品種類低減の観点より、メイン磁気センサ５０とサブ磁気センサ６０とは、同様の構成となっている。また、磁気センサ５０、６０において、磁気検出素子５１１、６１１が中心線Ｃ１からずれた位置に配置されている。そのため、磁気センサ５０、６０にて同じ磁束を検出するためには、磁気センサ５０、６０を反対向きに配置することができず、同方向にて横並びの状態にて基板４１に実装する必要がある。磁気センサ５０、６０を同方向に配列すると、メイン磁気センサ５０において、第１端子群５３０がサブ磁気センサ６０と反対側（すなわち外側）、第２端子群５４０がサブ磁気センサ６０側（すなわち内側）となり、サブ磁気センサ６０において、第１端子群６３０がメイン磁気センサ５０側（すなわち内側）、第２端子群６４０がメイン磁気センサ５０と反対側（すなわち外側）となる。
【００５０】
本実施形態では、メイン磁気センサ５０において、第１端子群５３０および第２端子群５４０のそれぞれに、出力端子５３１、５４１、グランド端子５３２、５４２、および、給電端子５３３、５４３を設け、第１端子群５３０側および第２端子群５４０側のいずれもがＥＣＵ８５と接続可能に構成している。同様に、サブ磁気センサ６０において、第１端子群６３０および第２端子群６４０のそれぞれに、出力端子６３１、６４１、グランド端子６３２、６４２、および、給電端子６３３、６４３を設け、第１端子群６３０側および第２端子群６４０側のいずれもがＥＣＵ８５と接続可能に構成している。
そして、メイン磁気センサ５０において外側に配置される第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、および、第１給電端子５３３をＥＣＵ８５と接続し、サブ磁気センサ６０において外側に配置される第２出力端子６４１、第２グランド端子６４２、および、第２給電端子６４３をＥＣＵ８５と接続している。これにより、基板４１における配線パターンを形成しやすい。
【００５１】
ここで、ピン配列について説明する。
ピン配列が線対称である場合の参考例を図１５に示す。図１５に示すように、参考例では、メイン磁気センサ９００の第１端子群９１０および第２端子群９２０において、封止部９３０の配線側端部９３３側から１番目の端子を出力端子９１１、９２１とし、３番目の端子をグランド端子９１２、９２２とし、５番目の端子を給電端子９１３、９２３としている。すなわち、参考例では、第１出力端子９１１と第２出力端子９２１とを、中心線Ｃ９２に対して対称に配置している。換言すると、第１出力端子９１１または第２出力端子９２１と、配線側端部９３３との距離は、ともにＬ１であって、等しい。サブ磁気センサ９５０においても同様である。
【００５２】
同様に、サブ磁気センサ９５０の第１端子群９６０および第２端子群９７０において、封止部９８０の配線側端部９８３側から１番目の端子を出力端子９６１、９７１と、３番目の端子をグランド端子９６２、９７２とし、５番目の端子を給電端子９６３、９７３としている。すなわち、参考例では、第１出力端子９６１と第２出力端子９７１とを、中心線Ｃ９３に対して対称に配置している。
この場合、メイン磁気センサ９００の第２出力端子９２１と、サブ磁気センサ９５０の第１出力端子９６１とが対向するため、出力端子間におけるショート故障が生じる虞がある。
【００５３】
図１４にて説明した通り、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとが基準値Ｘに対して正負が逆となっているため、メイン磁気センサ９００の第２出力端子９２１とサブ磁気センサ９５０の第１出力端子９６１とがショートするピン間ショートが生じると、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓが共に基準値Ｘとなる。異常判定部８５２では、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和に基づいて異常検出を行っている。仮に、メイン磁気センサ９００の第２出力端子９２１とサブ磁気センサ９５０の第１出力端子９６１とがピン間ショートすると、メイン信号Ｓｍとサブ信号Ｓｓとの和が判定値２Ｘとなる。そのため、異常判定部８５２は、当該ピン間ショートを検出することができない。
【００５４】
そこで本実施形態では、図１２に示すように、出力端子５４１、６３１間のピン間ショートを回避すべく、メイン磁気センサ５０における第１出力端子５３１と第２出力端子５４１とを中心線Ｃ２に対して非対称に配置し、サブ磁気センサ６０における第１出力端子６３１と第２出力端子６４１とを中心線Ｃ３に対して非対称に配置している。換言すると、第１出力端子５３１と配線側端部５２３との距離Ｌ１と、第２出力端子５４１との距離Ｌ２とが異なるようにしている。ここで、距離Ｌ１、Ｌ２は、端子形成部５２１、５２２における出力端子５３１、５４１の中心と、配線側端部５２３との距離とする。
距離Ｌ１と距離Ｌ２とが異なっていれば、メイン磁気センサ５０およびサブ磁気センサ６０を、配線側端部５２３、６２３を揃えて同方向に横並びに配列しても、メイン磁気センサ５０の第２出力端子５４１とサブ磁気センサ６０の第１出力端子６３１とが対向しないので、出力端子５４１、６３１間のピン間ショートの発生を抑制することができる。
【００５５】
配線側端部５２３から何番目の端子であるかを端子番号とすると、本実施形態では、第１出力端子５３１、６３１の端子番号は１であり、第２出力端子５４１、６４１の端子番号が３である。端子番号を２以上異ならせることで、対向するメイン磁気センサ５０の第２出力端子５４１とサブ磁気センサ６０の第１出力端子６３１との間に１列以上の端子が設けられることとなり、出力端子５４１、６３１間でのピン間ショートの発生をより確実に回避可能である。
また、本実施形態では、第１端子群５３０において、第１出力端子５３１を最も配線側端部５２３側としているので、第１出力端子５３１と配線部材３５とを接続する配線パターンを短くすることができる。
【００５６】
以上詳述したように、センサユニット４０は、複数の磁気センサ５０、６０と、基板４１と、を備える。
メイン磁気センサ５０は、磁気検出素子５１１、封止部５２０、第１端子群５３０、および、第２端子群５４０を有する。磁気検出素子５１１は、磁界を検出する。封止部５２０は、磁気検出素子５１１を封止する。第１端子群５３０は、封止部５２０の一側である第１端子形成部５２１から突出する複数の端子からなる。第２端子群５４０は、封止部５２０の第１端子形成部５２１と反対側である第２端子形成部５２２から突出する複数の端子からなる。
【００５７】
同様に、サブ磁気センサ６０は、磁気検出素子６１１、封止部６２０、第１端子群６３０、および、第２端子群６４０を有する。磁気検出素子６１１は、磁界を検出する。封止部６２０は、磁気検出素子６１１を封止する。第１端子群６３０は、封止部６２０の一側である第１端子形成部６２１から突出する複数の端子からなる。第２端子群６４０は、封止部６２０の第１端子形成部６２１と反対側である第２端子形成部６２２から突出する複数の端子からなる。
基板４１には、複数の磁気センサ５０、６０が同一面上に実装される。
【００５８】
同方向に配列されて隣り合う２つの磁気センサ５０、６０は、一方の第２端子群５４０と他方の第１端子群６３０とが対向する。
第１端子群５３０、６３０は、磁気検出素子５１１、６１１の検出値に基づく出力信号を出力可能な第１出力端子５３１、６３１を含む。
第２端子群５４０、６４０は、出力信号を出力可能な第２出力端子５４１、６４１を含む。
【００５９】
メイン磁気センサ５０の第１出力端子５３１と第２出力端子５４１とは、第１端子形成部５２１と第２端子形成部５２２との中心線Ｃ２に対して非対称に設けられる。また、サブ磁気センサ６０の第１出力端子６３１と第２出力端子６４１とは、第１端子形成部６２１と第２端子形成部６２２との中心線Ｃ３に対して非対称に設けられる。
【００６０】
本実施形態では、２つの磁気センサ５０、６０が基板４１の同一面上に設けられるので、１回のリフロー工程にて、磁気センサ５０、６０を基板４１に実装可能である。したがって、基板４１の一方の面に磁気センサ５０を実装し、他方の面に磁気センサ６０を実装する場合と比較し、製造工程を短縮することができる。
本実施形態では、第１出力端子５３１、６３１と第２出力端子５４１、６４１とは、中心線Ｃ２、Ｃ３に対して、非対称に設けられる。そのため、複数の磁気センサ５０、６０を、基板４１の同一面上において同方向に配置したとき、隣り合う２つの磁気センサ５０、６０間にて内側となるメイン磁気センサ５０の第２出力端子５４１とサブ磁気センサ６０の第１出力端子６３１とが対向せず、ずれた位置に配置される。これにより、複数の磁気センサ５０、６０を同方向に近接配置したとしても、出力端子５４１、６３１間におけるピン間ショートの発生を抑制することができる。
【００６１】
メイン磁気センサ５０は、出力信号を演算する演算部５１３を有する。また、サブ磁気センサ６０は、出力信号を演算する演算部６１３を有する。
演算部５１３、６１３は、出力信号を、メイン信号Ｓｍとするか、メイン信号Ｓｍと基準値Ｘに対する正負が反転されたサブ信号Ｓｓとするか、を切り替え可能である。
【００６２】
また、隣り合って配置される２つの磁気センサ５０、６０の一方はメイン信号Ｓｍを出力し、他方はサブ信号Ｓｓを出力される。
これにより、メイン信号Ｓｍおよびサブ信号Ｓｓを用いた各種演算や異常検出等を適切に行うことができる。また、同一の磁気センサ５０、６０にて、出力信号をメイン信号Ｓｍとするか、サブ信号Ｓｓとするかを切り替え可能であるので、部品種類を低減することができる。
【００６３】
センサユニット４０は、磁気センサ５０、６０が実装される面に実装されるコンデンサ７１〜７４をさらに備える。コンデンサ７１〜７４は、複数の磁気センサ５０、６０が実装される領域であるセンサ領域Ｒｓの外側に実装される。
これにより、コンデンサ７１〜７４を磁気センサ５０、６０内に設ける場合と比較し、磁気センサ５０、６０の体格を小型化可能である。また、コンデンサ７１〜７４は、磁気センサ５０、６０が実装されるセンサ領域Ｒｓの外側（本実施形態では、磁気センサ５０、６０の両側）に実装されるので、センサ領域Ｒｓの内部に実装される場合と比較し、磁気センサ５０、６０を近づけて配置することができる。
【００６４】
メイン磁気センサ５０の第１端子群５３０は、第１給電端子５３３、および、第１グランド端子５３２を含む。サブ磁気センサ６０の第１端子群６３０は、第１給電端子６３３、および、第１グランド端子６３２を含む。
メイン磁気センサ５０の第２端子群５４０は、第２給電端子５４３、および、第２グランド端子５４２を含む。サブ磁気センサ６０の第２端子群６４０は、第２給電端子６４３、および、第２グランド端子６４２を含む。
【００６５】
第１出力端子５３１、第１グランド端子５３２、第１給電端子５３３は、この順で配列され、第１出力端子６３１、第１グランド端子６３２、第１給電端子６３３は、この順で配列される。
第２出力端子５４１、第２グランド端子５４２、第２給電端子５４３は、この順で配列され、第２出力端子６４１、第２グランド端子６４２、第２給電端子６４３は、この順で配列される。
コンデンサ７１、７２に接続される第１グランド端子５３２を、第１給電端子５３３と第１出力端子５３１との間に設けることにより、コンデンサ７１、７２との接続に係る配線パターンの形成が容易となる。同様に、コンデンサ７３、７４に接続される第２グランド端子６４２を、第２給電端子６４３と第２出力端子６４１との間に設けることにより、コンデンサ７３、７４との接続に係る配線パターンの形成が容易となる。
また、グランド端子５３２、５４２、６３２、６４２を真ん中に配置することで、給電端子５３３、５４３、６３３、６４３と、出力端子５３１、５４１、６３１、６４１との短絡を抑制することができる。
【００６６】
集磁モジュール２０は、センサユニット４０と、集磁リング２１、２２と、遮蔽部材２６、２７と、集磁リング保持部材２５および基板保持部材３１と、を備える。
集磁リング２１、２２は、磁気センサ５０、６０を挟んで配置される集磁部２１５、２２５を有する。遮蔽部材２６、２７は、外部からの時期を遮蔽する。集磁リング保持部材２５および基板保持部材３１は、集磁リング２１、２２およびセンサユニット４０を保持する。本実施形態では、集磁リング保持部材２５および基板保持部材３１が「保持部材」に対応する。
これにより、集磁リング２１、２２により集められた磁束を、磁気センサ５０、６０にて適切に検出することができる。
【００６７】
（他の実施形態）
（ア）磁気センサ
上記実施形態では、磁気センサは２つである。他の実施形態では、磁気センサは３つ以上としてもよい。３つ以上の磁気センサを配列する場合、メイン信号を出力する磁気センサと、サブ信号を出力する磁気センサとが交互に配列されることが好ましい。
上記実施形態では、一方の磁気センサからメイン信号が出力され、他方の磁気センサからサブ信号が出力される。他の実施形態では、全ての磁気センサから出力される出力信号を、メイン信号またはサブ信号としてもよい。また、上記実施形態では、メイン信号は、磁束密度が大きくなるに従って出力電圧が小さくなる信号である。他の実施形態では、メイン信号は、磁束密度が大きくなるに従って出力電圧が大きくなる信号としてもよい。また、上記実施形態では、サブ信号は、磁束密度が大きくなるに従って出力電圧が大きくなる信号である。他の実施形態では、サブ信号は、磁束密度が大きくなるに従って出力電圧が小さくなる信号としてもよい。
【００６８】
上記実施形態では、第１端子群において、配線側端部側から、１番目の端子が出力端子、３番目の端子がグランド端子、５番目の端子が給電端子である。また、第２端子群において、配線側端部側から、３番目が出力端子、４番目がグランド端子、５番目が給電端子である。他の実施形態では、出力端子が中心線に対して非対称に配置されていればよく、出力端子、グランド端子、および、給電端子を上記実施形態にて例示した箇所以外としてもよい。また、上記実施形態では、第１端子群および第２端子群がともに１４本の端子から構成される。他の実施形態では、第１端子群および第２端子群の端子数は、問わない。
また、上記実施形態では、給電端子、グランド端子、出力端子の順で配列されるが、他の実施形態では、例えば真ん中に給電端子が配置される等、他の配列としてもよい。
上記実施形態では、第１端子群と第２端子群とが中心線に対して線対称に形成される。他の実施形態では、第１端子群と第２端子群とが中心線に対して非対称であってもよいし、端子数が異なっていてもよい。
【００６９】
上記実施形態では、磁気センサは、封止部の両側に端子が形成されるパッケージである、所謂ＳＯＰ（Small Outline Package）タイプである。他の実施形態では、配線側端部および開口側端部の少なくとも一方にも端子が形成されていてもよい。なお、磁気センサを４辺に端子が設けられるＱＦＰ（Quad Flat Package）タイプとする場合、基板には、切欠部に替えて、外縁に開口しない穴部を形成し、当該穴部に集磁部を配置することが好ましい。
上記実施形態では、磁気センサは、リフローにて基板に表面実装される。他の実施形態では、磁気センサの基板への実装方法は、リフローに限らず、どのような方法としてもよい。
上記実施形態では、１つの磁気センサに２つの磁気検出素子が設けられる。他の実施形態では、１つの磁気センサに設けられる磁気検出素子の数は、１つでもよく、３つ以上でもよい。
【００７０】
（イ）集磁モジュール
上記実施形態では、センサユニットは、集磁モジュールに適用される。他の実施形態では、集磁モジュールの構成等は、上記実施形態の例に限らず、どのように構成してもよい。また、センサユニットを集磁モジュール以外の装置に適用してもよい。
上記実施形態では、集磁モジュールは、トルクセンサに適用される。他の実施形態では、集磁モジュールをトルクセンサ以外の装置に適用してもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００７１】
２０・・・集磁モジュール
２１、２２・・・集磁リング
４０・・・センサユニット
４１・・・基板
５０、６０・・・磁気センサ
５１１、６１１・・・磁気検出素子
５２０、６２０・・・封止部
５３０、６３０・・・第１端子群    ５３１、６３１・・・第１出力端子
５４０、６４０・・・第２端子群    ５４１、６４１・・・第２出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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