(57)【要約】【課題】回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出する場合であれ、回転軸の軸方向において小型化を図ることのできるセンサ装置を提供する。【解決手段】このセンサ装置１４は、トーションバー２２を介して互いに連結されたインプットシャフト２０及びロアシャフト２１に沿って配置されてインプットシャフト２０に付与されるトルクを検出するトルクセンサ４０と、各シャフト２０，２１の径方向におけるトルクセンサ４０の外周に近接して配置される回転角センサ５０とを備える。この回転角センサ５０は、ロアシャフト２１の回転に基づいて回転する検出ギア５２と、検出ギア５２の回転角を検出する部分であるセンサ本体５１とを備える。そして、回転角センサ５０は、センサ本体５１を通じて検出される検出ギア５２の回転角に基づきロアシャフト２１の回転角を検出する。【選択図】図２
2013092461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して同軸上に連結された第１及び第２の回転軸に沿って配置されて、前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方にトルクが付与されたときにそれらの間に生じる相対的な回転変位を検出することにより前記トルクを検出するトルクセンサと、
前記回転軸の径方向における前記トルクセンサの外周に近接して配置される回転角センサと、を備え、
前記回転角センサは、
前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転に基づいて回転する検出ギアと、
前記検出ギアの回転角を検出する部分であるセンサ本体と、を有し、
前記センサ本体を通じて検出される前記検出ギアの回転角に基づき前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転角を検出する
ことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記トルクセンサは、トルクセンサ用磁気検出部と、同トルクセンサ用磁気検出部に付与する第１の磁気を形成する磁気形成部とを有し、前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位の協働のもとに生じる前記第１の磁気の変化を前記トルクセンサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位を検出するものであり、
前記検出ギアには、４極磁石が設けられ、
前記センサ本体は、前記４極磁石に対向して配置されて同４極磁石により形成される第２の磁気を検出する回転角センサ用磁気検出部を有し、
前記回転角センサは、前記検出ギアの回転に基づき前記第２の磁気に生じる変化を前記回転角センサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転角を検出するものである
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記トルクセンサと前記４極磁石との間には、磁気遮蔽部材が設けられてなる
請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記磁気形成部が、前記第１の回転軸の外周に取り付けられた円筒状の磁石からなるものであり、
前記トルクセンサは、前記円筒状の磁石を囲繞するように配置されたヨークと、同ヨークを保持するとともに前記第２の回転軸と一体回転する円筒状の保持部材とを有し、前記第１及び第２の回転軸に相対的な回転変位が生じたとき、前記円筒状の磁石及び前記保持部材の相対的な回転変位に基づき前記ヨークに発生する磁気の変化を前記トルクセンサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位を検出するものであり、
前記保持部材の外周面には、前記検出ギアが噛合される外歯が形成されている
請求項２又は３に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記保持部材は、その内部に前記第２の回転軸が圧入されることで同第２の回転軸に一体に組み付けられるものであって、前記外歯は、前記保持部材において前記第２の回転軸が圧入される部分の外周面に形成されている
請求項４に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出することが可能なセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のステアリングシャフトあるいはラック軸に電動モータを設け、電動モータからステアリングシャフトやラック軸にアシスト力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する、いわゆる電動パワーステアリング装置が周知である。この電動パワーステアリング装置では、ステアリングシャフトに設けられたトルクセンサを通じて検出される操舵トルクに基づいて目標トルクが設定され、この目標トルクを発生させるべく電動モータの駆動量（アシスト量）が制御される。なお、このような電動パワーステアリング装置では、一般に、ステアリングシャフトが、ステアリングホイールに連結されるインプットシャフトと、ラック軸などを介して駆動輪に連結されるロアシャフトとに分割されるとともに、各シャフトがトーションバーを介して互いに連結された構造を有している。これにより、ステアリングホイールの操作に伴いインプットシャフトに操舵トルクが入力されると、トーションバーに操舵トルクに応じたねじれ変形が生じる。すなわち、インプットシャフト及びロアシャフトに相対的な回転変位が生じる。トルクセンサは、通常、インプットシャフト及びロアシャフトを囲繞するように配置されており、各シャフトの相対的な回転変位を検出することにより、操舵トルクを検出する。
【０００３】
ところで、車両のステアリングシャフトの途中には、車両の各種制御の実行のために、ステアリングシャフトの回転角を複数回転に亘って検出する、すなわちステアリングシャフトの絶対角である操舵角を検出する回転角センサが配設される場合がある。そして、この種の回転角センサを上述したトルクセンサと共にステアリングシャフトに配設した場合、これらのセンサがステアリングシャフトの軸方向に占める設置スペースの長さが長くなるといった問題がある。特に、ステアリングシャフトの途中には、所定のストロークに亘って略一定の抵抗下にてテレスコピックに短縮することにより車両の前面衝突時に加わる衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収機構が設けられる場合があり、このような場合、エネルギ吸収に寄与するステアリングシャフトの短縮ストロークを長く確保する必要がある。よって、前述したトルクセンサ及び回転角センサの軸方向の長さを、できる限り短縮することが要求される。
【０００４】
そこで従来は、例えば特許文献１に見られるように、回転角センサ及びトルクセンサをステアリングシャフトの軸方向に沿って隣接して配置しつつ、各センサのそれぞれの構成部品の一部を一体化するといった方法が提案されている。これにより、ステアリングシャフトの軸方向における各センサの設置スペースを小さくすることができるため、電動パワーステアリング装置に搭載されるセンサ装置の小型化を図ることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７１５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、回転角センサ及びトルクセンサのそれぞれの構成部品の一部を一体化することとすれば、確かに各センサの設置スペースを小さくすることが可能となる。しかしながら、ステアリングシャフトの軸方向に沿って各センサの設置スペースを確保しなければならないため、軸方向においてセンサ装置の十分な小型化が図られているとはいえず、未だ改良の余地を残すものとなっている。
【０００７】
なお、このような課題は、電動パワーステアリング装置に搭載されるセンサ装置に限らず、回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出することが可能なセンサ装置に共通する課題である。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出する場合であれ、回転軸の軸方向において小型化を図ることのできるセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、トーションバーを介して同軸上に連結された第１及び第２の回転軸に沿って配置されて、前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方にトルクが付与されたときにそれらの間に生じる相対的な回転変位を検出することにより前記トルクを検出するトルクセンサと、前記回転軸の径方向における前記トルクセンサの外周に近接して配置される回転角センサと、を備え、前記回転角センサは、前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転に基づいて回転する検出ギアと、前記検出ギアの回転角を検出する部分であるセンサ本体と、を有し、前記センサ本体を通じて検出される前記検出ギアの回転角に基づき前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転角を検出することを要旨とする。
【００１０】
同構成によれば、回転角センサがトルクセンサに対して第１及び第２の回転軸の径方向に並列配置されるため、各回転軸の軸方向における回転角センサの設置スペースを小さくすることができる。このため、各回転軸の軸方向におけるセンサ装置の小型化を図ることができるようになる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセンサ装置において、前記トルクセンサは、トルクセンサ用磁気検出部と、同トルクセンサ用磁気検出部に付与する第１の磁気を形成する磁気形成部とを有し、前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位の協働のもとに生じる前記第１の磁気の変化を前記トルクセンサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位を検出するものであり、前記検出ギアには、４極磁石が設けられ、前記センサ本体は、前記４極磁石に対向して配置されて同４極磁石により形成される第２の磁気を検出する回転角センサ用磁気検出部を有し、前記回転角センサは、前記検出ギアの回転に基づき前記第２の磁気に生じる変化を前記回転角センサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸のいずれか一方の回転角を検出するものであることを要旨とする。
【００１２】
トルクセンサ及び回転角センサとして、例えば磁石やコイルなどにより形成される磁気を利用してセンシングを行う磁気式のセンサを用いることが考えられる。ところでこの場合、上述のように、トルクセンサの外周に近接して回転角センサを配置すると、回転角センサにおいて形成される磁気がトルクセンサ側で検出されてしまい、トルクセンサのセンシング精度が低下するおそれがある。この点、上記構成によるように、回転角センサにおいて磁気を形成する部材として４極磁石を用いることとすれば、周囲への磁気の拡散を抑制することができるため、トルクセンサへの磁気干渉を抑制することができる。このため、トルクセンサ及び回転角センサとして磁気式のセンサを用いた場合であれ、トルクセンサのセンシング精度を的確に維持することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のセンサ装置において、前記トルクセンサと前記４極磁石との間には、磁気遮蔽部材が設けられてなることを要旨とする。
同構成によれば、回転角センサの４極磁石において形成される磁気を磁気遮蔽部材により遮蔽することができるため、トルクセンサへの磁気干渉を更に抑制することができる。このため、トルクセンサのセンシング精度をより的確に維持することができるようになる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載のセンサ装置において、前記磁気形成部が、前記第１の回転軸の外周に取り付けられた円筒状の磁石からなるものであり、前記トルクセンサは、前記円筒状の磁石を囲繞するように配置されたヨークと、同ヨークを保持するとともに前記第２の回転軸と一体回転する円筒状の保持部材とを有し、前記第１及び第２の回転軸に相対的な回転変位が生じたとき、前記円筒状の磁石及び前記保持部材の相対的な回転変位に基づき前記ヨークに発生する磁気の変化を前記トルクセンサ用磁気検出部を通じて検出することにより前記第１及び第２の回転軸の相対的な回転変位を検出するものであり、前記保持部材の外周面には、前記検出ギアが噛合される外歯が形成されていることを要旨とする。
【００１５】
同構成によるように、トルクセンサの構成部品である保持部材に、検出ギアが噛合される外歯を形成することとすれば、検出ギアが噛合される別途のギアを第１の回転軸あるいは第２の回転軸に設ける必要がなくなるため、部品点数を削減することができる。このため、構造の簡素化を図ることができるようになる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のセンサ装置において、前記保持部材は、その内部に前記第２の回転軸が圧入されることで同第２の回転軸に一体に組み付けられるものであって、前記外歯は、前記保持部材において前記第２の回転軸が圧入される部分の外周面に形成されていることを要旨とする。
【００１７】
同構成によるように、保持部材の内部に第２の回転軸が圧入されている場合、保持部材において第２の回転軸が圧入される部分の外周面に外歯を形成することとすれば、保持部材に外歯を設けつつも、各回転軸の軸方向における保持部材の長さを極力短くすることができる。このため、センサ装置の小型化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかるセンサ装置によれば、回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出する場合であれ、回転軸の軸方向において小型化を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかるセンサ装置を適用した車両の電動パワーステアリング装置の一実施形態についてその概略構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態のセンサ装置についてその断面構造を示す断面図。
【図３】同実施形態のセンサ装置についてそのトルクセンサの分解斜視構造を示す斜視図。
【図４】同トルクセンサについてその第１及び第２のヨーク、並びに円筒磁石を平面上に展開した展開図。
【図５】（ａ），（ｂ）は、同トルクセンサの動作例を示す展開図。
【図６】同実施形態のセンサ装置についてその回転角センサの取付部分を拡大して示す斜視図。
【図７】同実施形態のセンサ装置についてその回転角センサ周辺の断面構造を示す断面図。
【図８】図２のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示す断面図。
【図９】本発明にかかるセンサ装置を適用した車両の電動パワーステアリング装置の他の例についてその断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明にかかるセンサ装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるセンサ装置に適用した一実施形態について図１〜図８を参照して説明する。はじめに、図１を参照して、本実施形態にかかる車両の電動パワーステアリング装置の概要について説明する。
【００２１】
図１に示すように、車両では、ステアリングホイール１が運転者により操作されると、ステアリングホイール１に付与された操舵力に基づきステアリングシャフト２が回転する。ステアリングシャフト２は、コラムシャフト３、インターミディエイトシャフト４、及びピニオンシャフト５を連結してなる。また、ピニオンシャフト５の端部にはラックアンドピニオン機構６が連結されており、ステアリングシャフト２の回転は、ラックアンドピニオン機構６を介してラック軸７の往復直線運動に変換される。そして、このラック軸７の往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド８を介して転舵輪９に伝達されることにより、転舵輪９の舵角、すなわち車両の進行方向が変更される。
【００２２】
このような車両において、電動パワーステアリング装置１０は、ギア機構１２を介してコラムシャフト３に連結された電動モータ１１を備えている。この電動パワーステアリング装置１０は、電動モータ１１の回転をギア機構１２を通じて減速してコラムシャフト３に伝達することにより、モータトルクをアシスト力としてステアリングシャフト２に付与する。
【００２３】
また、車両には、車両の状態やステアリングホイール１の操作量を検出する各種センサが設けられている。例えば車両には、車両の速度を検出する車速センサ１３が設けられている。また、コラムシャフト３には、同シャフトに作用するトルク（操舵トルク）、及び同シャフトの絶対回転角（操舵角）を検出するセンサ装置１４が設けられている。そして、車速センサ１３及びセンサ装置１４の出力は、マイクロコンピュータを中心に構成される制御装置１５に入力される。この制御装置１５は、車速センサ１３及びセンサ装置１４を通じて検出される車両の速度、及び操舵トルクに基づいて運転者の操舵トルクの目標値である目標トルクを設定する。そして、センサ装置１４を通じて検出される操舵トルクが目標トルクとなるように電動モータ１１に流される電流をフィードバック制御する。なお、センサ装置１４を通じて検出される操舵角は、例えばＥＳＣ（エレクトロニック・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、車両の各種制御の実行のために用いられる。
【００２４】
次に、図２を参照して、センサ装置１４の構造について説明する。
図２に示すように、コラムシャフト３は、ステアリングホイール１に連結されるインプットシャフト２０と、インターミディエイトシャフト４に連結されるロアシャフト２１とがトーションバー２２を介して同軸線ｍ上に連結された構造からなる。なお、本実施形態では、インプットシャフト２０が第１の回転軸となるとともに、ロアシャフト２１が第２の回転軸となっている。このうち、インプットシャフト２０は、連結ピン２３を介してトーションバー２２に連結されるとともに、ケース３０の上方に設けられた図示しない軸受により回転可能に支持されている。また、ロアシャフト２１は、連結ピン２４を介してトーションバー２２に連結されるとともに、ケース３０の下方に設けられた軸受３１により回転可能に支持されている。そして、このコラムシャフト３では、ステアリングホイール１の操作に伴いインプットシャフト２０に操舵トルクが付与されると、この操舵トルクがインプットシャフト２０からトーションバー２２を介してロアシャフト２１に伝達される際にトーションバー２２にねじれ変形が生じる。これにより、インプットシャフト２０とロアシャフト２１との間に操舵トルクに応じた相対的な回転変位が生じるようになっている。センサ装置１４は、このようなインプットシャフト２０とロアシャフト２１との間の相対的な回転変位に基づいて操舵トルクを検出するトルクセンサ４０と、ロアシャフト２１の回転角を検出することにより操舵角を検出する回転角センサ５０とから構成されている。
【００２５】
このうち、トルクセンサ４０は、インプットシャフト２０及びロアシャフト２１に沿って配置されている。このトルクセンサ４０は、インプットシャフト２０の外周面に取り付けられた磁気形成部としての円筒磁石４１、同円筒磁石４１を囲繞するように配置される第１及び第２のヨーク４３，４４、及びこれらのヨーク４３，４４に発生する磁気を磁気センサ４７に導く第１及び第２の集磁リング４５，４６を備えている。なお、第１及び第２のヨーク４３，４４は、樹脂部材からなる第１の保持部材４８により一体にモールドされることで保持されている。また、第１及び第２の集磁リング４５，４６は、樹脂部材からなる第２の保持部材４９により一体にモールドされることで保持されている。
【００２６】
ここで、トルクセンサ４０の分解斜視構造を図３に示すと、円筒磁石４１は、周方向にＮ極及びＳ極の各磁極が交互に配置された多極磁石からなるものである。なお、図３では、便宜上、第１及び第２の保持部材４８，４９の図示を割愛している。
【００２７】
また、第１及び第２のヨーク４３，４４は、円筒磁石４１の周囲を囲繞する円環部４３ａ，４４ａ、及び同円環部４３ａの内周面に形成されてコラムシャフト３の軸方向（図中の矢印ａで示す方向）に折り曲げ加工された三角状の複数の爪部４３ｂ，４４ｂをそれぞれ備えている。このうち、爪部４３ｂ，４４ｂは、インプットシャフト２０及びロアシャフト２１の軸方向と平行に且つ、それぞれ逆方向に折り曲げ加工されている。また、第１及び第２のヨーク４３，４４、並びに円筒磁石４１を平面上に展開した図を図４に示すと、爪部４３ｂ，４４ｂは、コラムシャフト３の径方向（図３で矢印ｂで示す方向）に沿って交互に配置されている。
【００２８】
一方、図２に示すように、第１の保持部材４８の下端部には、円筒磁石４１を囲繞する部分よりも内径が小さく設定された圧入部４８ｂが設けられており、この圧入部４８ｂの内部にロアシャフト２１の上端部が圧入されることで、ロアシャフト２１に第１の保持部材４８が組み付けられている。これにより、第１の保持部材４８はロアシャフト２１と一体となって軸線ｍを中心に回転する。
【００２９】
また、第１及び第２の集磁リング４５，４６は、図３に示すように、円環状の磁性部材からなるものである。これらの集磁リング４５，４６は、図２に示すように、第１の保持部材４８の外周面から露出する第１及び第２のヨーク４３，４４の外縁にそれぞれ対向して配置されている。これにより、第１及び第２のヨーク４３，４４に発生する磁気が第１及び第２の集磁リング４５，４６に誘導されるようになっている。また、第１及び第２の集磁リング４５，４６は、図３に示すように、所定の間隙を隔てて対向配置される集磁部４５ａ，４６ａをそれぞれ備えている。これら集磁部４５ａ，４６ａの間には、印加される磁気（磁界）の強度に応じた電圧信号をホール効果により出力するホール素子を中心に構成されるトルクセンサ用磁気検出部としての磁気センサ４７が配置されている。これにより、第１及び第２のヨーク４３，４４から第１及び第２の集磁リング４５，４６に磁気が誘導されると、集磁部４５ａ，４６ａの間に漏れ磁束が発生し、これが磁気センサ４７に作用する。
【００３０】
一方、図２に示すように、第２の保持部材４９の外周面には、磁気を遮断する板状の磁気遮蔽部材６０が設けられている。また、第２の保持部材４９の右端部は、トルクセンサ用ケース４２の内部に収容されている。そして、このトルクセンサ用ケース４２が図示しないねじなどによりケース３０の右側面に締結されることで、第１及び第２の集磁リング４５，４６が図中の位置でケース３０に対して相対移動不能に保持されている。
【００３１】
そして、このトルクセンサ４０では、インプットシャフト２０に操舵トルクが入力されてインプットシャフト２０とロアシャフト２１との間に相対的な回転変位が生じると、図５（ａ），（ｂ）に示すように円筒磁石４１と第１及び第２のヨーク４３，４４との位置関係が変化し、各ヨーク４３，４４に集磁される磁気が変化する。この変化に応じて、磁気センサ４７に付与される磁気の強度が変化し、各シャフト２０，２１の相対的な回転変位に応じた電圧信号が磁気センサ４７から出力される。なお、磁気センサ４７の出力信号は、図２に示すように、トルクセンサ用ケース４２の右側面に設けられた配線４２ａを介して制御装置１５に出力される。そして、制御装置１５は、磁気センサ４７の出力に基づいて各シャフト２０，２１の相対的な回転変位を検出するとともに、検出された相対的な回転変位に例えばトーションバー２２のばね定数を積算するなどして操舵トルクを演算する。
【００３２】
一方、回転角センサ５０は、ケース３０の左側面に形成された開口部からその内部に収容されてトルクセンサ４０の左側面の外周に近接して配置される箱状のセンサ本体５１を備えており、このセンサ本体５１の内部に検出ギア５２や基板５３などの各種構成部品が収容される構造となっている。そして、図６に示すように、センサ本体５１に形成されたフランジ部５１ｂがねじ３３によってケース３０の左側面に締結されることで、回転角センサ５０全体がケース３０に固定されている。ここで、図２に示すように、検出ギア５２の中央部は、センサ本体５１の内壁に形成された軸部５１ａにより図中の軸線ｎ１を中心に回転可能に支持されている。また、検出ギア５２の一部は、センサ本体５１のトルクセンサ４０側に形成された開口部から外部に露出するとともに第２の保持部材４９の下端に近接して延伸され、第１の保持部材４８の圧入部４８ｂの外周面に形成された外歯４８ａに噛合されている。すなわち、検出ギア５２は、第１の保持部材４８の回転に基づき軸部５１ａを中心に回転する。そしてこのように、第１の保持部材４８に外歯４８ａを形成することとすれば、第１の保持部材４８をギアとして機能させることができるため、検出ギア５２が噛合される別途のギアを第１の保持部材４８やロアシャフト２１に取り付ける必要がなくなる。このため、部品点数を削減することが可能となる。また、第１の保持部材４８の圧入部４８ｂの外周面に外歯４８ａを形成することとすれば、第１の保持部材４８に外歯４８ａを設けつつも、各シャフト２０，２１の軸方向における第１の保持部材４８の長さを極力短くすることができる。このため、センサ装置１４の小型化を図ることが可能となる。
【００３３】
一方、検出ギア５２の中央部には、第１の磁石５４が固定された載置台５２ａが設けられている。また、基板５３には、第１の磁石５４に対向して回転角センサ用磁気検出部としての第１の磁気センサ５５が実装されており、第１の磁石５４により形成される磁気（バイアス磁界）が第１の磁気センサ５５に付与されている。この第１の磁気センサ５５は、磁気抵抗効果により磁気の方向に応じて抵抗値を変化させる磁気抵抗素子を中心に構成される、いわゆるＭＲセンサであって、第１の磁石５４により形成される磁気の方向に応じた電圧信号を出力する。
【００３４】
ところで、こうした構造からなる回転角センサ５０では、第１の磁石５４から発せられる磁気がトルクセンサ４０の第１及び第２の集磁リング４５，４６まで達すると、この磁気がトルクセンサ４０の磁気センサ４７により検出されてしまう。すなわち、トルクセンサ４０において磁気干渉が発生してしまう。そしてこのような磁気干渉が発生すると、トルクセンサ４０のセンシング精度が低下するおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施形態では、図７に示すように、第１の磁石５４として、上層及び下層にＮ極及びＳ極の２つの磁極がそれぞれ設けられるとともに、上層のＮ極に対向して下層のＳ極が、また、上層のＳ極に対向して下層のＮ極がそれぞれ配置された４極磁石を用いるようにしている。これにより、図７に矢印で示すように、上層のＮ極から上方に発せられる磁力線Ｂ１は、上層のＳ極に取り込まれるとともに、上層のＮ極から左方に発せられる磁力線Ｂ２は、下層のＳ極に取り込まれる。また、下層のＮ極から下方に発せられる磁力線Ｂ３は、下層のＳ極に取り込まれるとともに、下層のＮ極から右方に発せられる磁力線Ｂ４は、上層のＳ極に取り込まれる。よって、第１の磁石５４から発せられる磁気が上下方向以外へ拡散するのを抑制することができるため、第１の磁石５４から発せられる磁気が第１及び第２の集磁リング４５，４６に達することを抑制することができる。また、第１の磁石５４と第１及び第２の集磁リング４５，４６との間には磁気遮蔽部材６０が設けられているため、この磁気遮蔽部材６０によっても第１の磁石５４から発せられる磁気が第１及び第２の集磁リング４５，４６に達することを抑制することが可能である。これにより、トルクセンサ４０の検出精度を的確に維持することが可能となる。また、第１の磁石５４の上層のＮ極から上方に発せられる磁力線Ｂ１は第１の磁気センサ５５を通過するため、第１の磁気センサ５５に磁気を的確に付与することができる。
【００３６】
そして、この回転角センサ５０では、図２に示すように、ロアシャフト２１と一体となって第１の保持部材４８が軸線ｍを中心に回転すると、検出ギア５２及び第１の磁石５４が軸線ｎ１を中心に回転し、第１の磁気センサ５５に付与される磁気の方向が変化する。これにより、第１の磁気センサ５５から検出ギア５２の回転角に応じた電圧信号が出力される。なお、第１の磁気センサ５５への給電、並びに第１の磁気センサ５５の出力信号の外部機器への取り込みは、センサ本体５１の左側面に設けられた配線５１ｃを介して行われる。
【００３７】
一方、図２のＡ−Ａ線に沿った断面構造を図８に示すと、センサ本体５１には、検出ギア５２に噛合されるとともに図中の軸線ｎ２を中心に回転する従属ギア５６が設けられている。なお、図８では、参考のため、第１の保持部材４８の断面形状も併せて図示している。また、便宜上、検出ギア５２、従属ギア５６、及び第１の保持部材４８のそれぞれの外歯については、噛合部分のみを図示するとともに、ピッチ円を一点鎖線で、また、歯先円を二点鎖線でそれぞれ示している。図８に示すように、従属ギア５６は、検出ギア５２よりも小さい外径を有して且つ、検出ギア５２と異なる歯数を有している。また、従属ギア５６の中央部にも、検出ギア５２と同様に載置台５６ａが設けられており、この載置台５６ａの上面に第２の磁石５７が固定されている。なお、この第２の磁石５７も、周囲への磁気の拡散を防止すべく、第１の磁石５４と同様に４極磁石により構成されている。また、図示は割愛しているが、この第２の磁石５７とトルクセンサ４０との間にも、先の図２に例示した磁気遮蔽部材６０が配置されている。一方、図２に示した基板５３には、図８に破線で示すように、第２の磁石５７に対向して第２の磁気センサ５８が実装されており、第２の磁石５７により形成される磁気（バイアス磁界）が第２の磁気センサ５８に付与されるようになっている。この第２の磁気センサ５８も、第１の磁気センサ５５と同様に、ＭＲセンサからなるものである。これにより、検出ギア５２の回転に伴い従属ギア５６が図中の軸線ｎ２を中心に回転すると、第２の磁気センサ５８から従属ギア５６の回転角に応じた電圧信号が出力される。なお、第２の磁気センサ５８への給電、並びに第２の磁気センサ５８の出力信号の外部機器の取り込みも、先の図２に示した配線５１ｃを介して行われる。また、外部機器では、第１及び第２の磁気センサ５５，５８のそれぞれの出力に基づいて検出ギア５２及び従属ギア５６のそれぞれの回転角が検出されるとともに、それらの検出結果から周知の演算方法によりロアシャフト２１の絶対回転角、すなわち操舵角が演算されることとなる。
【００３８】
このような構造によれば、図２に示すように、回転角センサ５０のセンサ本体５１がトルクセンサ４０に対して各シャフト２０，２１の径方向に並列配置されるため、各シャフト２０，２１の軸方向における回転角センサ５０の設置スペースを小さくすることができる。このため、各シャフト２０，２１の軸方向においてセンサ装置１４を小型化することが可能となる。
【００３９】
また、例えば電動パワーステアリング装置のオプション設定などに応じて回転角センサ５０が不要な場合には、先の図６に示したねじ３３を外すだけで、ケース３０の側面から回転角センサ５０全体を簡単に取り外すことができる。このため、オプション設定に応じた電動パワーステアリング装置の製造ラインでの作り分けが容易となる。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態にかかるセンサ装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）回転角センサ５０を、各シャフト２０，２１の径方向におけるトルクセンサ４０の外周に近接して配置することとした。これにより、各シャフト２０，２１の軸方向における回転角センサ５０の設置スペースを小さくすることができるため、各シャフト２０，２１の軸方向においてセンサ装置を小型化することができるようになる。また、ケース３０の側面から回転角センサ５０全体を簡単に取り外すことができるため、電動パワーステアリング装置の製造ラインでは回転角センサ５０の有無に応じた作り分けが容易となる。
【００４１】
（２）回転角センサ５０では、第１及び第２の磁気センサ５５，５８に磁気を付与するための第１及び第２の磁石５４，５７として４極磁石を採用することとした。これにより、トルクセンサ４０における磁気干渉を抑制することができるため、トルクセンサ４０のセンシング精度を的確に維持することができるようになる。
【００４２】
（３）トルクセンサ４０と第１及び第２の磁石５４，５７との間には、磁気遮蔽部材６０を設けることとした。これにより、トルクセンサ４０における磁気干渉を更に抑制することができるため、トルクセンサ４０のセンシング精度をより的確に維持することができるようになる。
【００４３】
（４）第１の保持部材４８の圧入部４８ｂの外周面には、検出ギア５２が噛合される外歯４８ａを形成することとした。これにより、検出ギア５２が噛合される別途のギアを第１の保持部材４８やロアシャフト２１に取り付ける必要がなくなるため、構造の簡素化を図ることができるようになる。また、第１の保持部材４８に外歯４８ａを設けつつも、各シャフト２０，２１の軸方向における第１の保持部材４８の長さを極力短くすることができるため、センサ装置の小型化を図ることが可能となる。
【００４４】
（５）本発明にかかるセンサ装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるセンサ装置に適用することとした。これにより、電動パワーステアリング装置では、操舵角及び操舵トルクを検出するためのセンサ装置を、インプットシャフト２０及びロアシャフト２１の軸方向、換言すればステアリングシャフト２の軸方向に小型化することができるため、電動パワーステアリング装置としての小型化を図ることが可能となる。
【００４５】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、第１の保持部材４８の圧入部４８ｂの外周面に外歯４８ａを形成することとしたが、第１の保持部材４８の形状によっては圧入部４８ｂ以外の部分に外歯を形成してもよい。要は、第１の保持部材４８の外周面に外歯が形成されていればよい。
【００４６】
・上記実施形態では、第１及び第２の磁石５４，５７として４極磁石を用いることとしたが、例えば磁気遮蔽部材６０を設けるだけでトルクセンサ４０の磁気干渉を抑制することが可能な場合には、第１及び第２の磁石５４，５７として２極磁石を用いるなど、各種の磁石を用いてもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、第１及び第２の磁石５４，５７とトルクセンサ４０との間に磁気遮蔽部材６０を設けることとしたが、例えば第１及び第２の磁石５４，５７として４極磁石を用いるだけでトルクセンサ４０の磁気干渉を抑制することが可能な場合には、磁気遮蔽部材６０を省略することも可能である。
【００４８】
・上記実施形態では、トルクセンサ４０として、ホール素子を中心に構成される磁気センサ４７を利用したトルクセンサを用いることとした。これに代えて、例えばツインレゾルバ式のトルクセンサや、２ボビン式のトルクセンサなど、適宜のトルクセンサを用いてもよい。図９に、ツインレゾルバ式のトルクセンサ７０の一例を示す。なお、図９では、先の図２に示した要素と同一の機能を有する要素には各々同一の符号を付して示している。図９に示すように、このトルクセンサ７０は、インプットシャフト２０の回転角を検出する第１のレゾルバ７１と、ロアシャフト２１の回転角を検出する第２のレゾルバ７２とを備えている。このうち、第１のレゾルバ７１は、インプットシャフト２０の外周面に取り付けられた励磁コイル７１ａと、保持部材７３を介してケース３０に取り付けられた検出コイル７１ｂとを備えている。この第１のレゾルバ７１は、励磁コイル７１ａから発せられる磁気を検出コイル７１ｂにより検出することにより、インプットシャフト２０の回転角に応じた電圧信号を出力する。また、第２のレゾルバ７２は、ロアシャフト２１の外周面に取り付けられた励磁コイル７２ａと、保持部材７３を介してケース３０に取り付けられた検出コイル７２ｂとを備えている。この第２のレゾルバ７２は、励磁コイル７２ａから発せられる磁気を検出コイル７２ｂにより検出することにより、ロアシャフト２１の回転角に応じた電圧信号を出力する。そして、第１及び第２のレゾルバ７１，７２の出力は、ケース３０の右側面に設けられたコネクタ３２を通じて制御装置１５に出力される。一方、ロアシャフト２１の外周において励磁コイル７２ａが取り付けられている部分よりも下方側の部分には、検出ギア５２が噛合されるメインギア７４が取り付けられている。これにより、ロアシャフト２１と一体となってメインギア７４が軸線ｍを中心に回転すると、検出ギア５２が軸線ｎ１を中心に回転する。このように、ツインレゾルバ式のトルクセンサ７０を用いた場合であっても、図中に示すように、回転角センサ５０のセンサ本体５１を、インプットシャフト２０及びロアシャフト２１の径方向におけるトルクセンサ７０の外周に近接して配置すれば、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能である。なお、上記実施形態と同様に、トルクセンサ７０と第１及び第２の磁石５４，５７との間に磁気遮蔽部材を設けてもよい。
【００４９】
・上記実施形態では、回転角センサ５０として、検出ギア５２及び従属ギア５６のそれぞれの回転角に基づいてロアシャフト２１の絶対角を検出する回転角センサを用いることとした。これに代えて、例えば検出ギア５２のみを備え、その回転角に基づいてロアシャフト２１の相対角を検出する回転センサを用いてもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、第１の保持部材４８の外周面に、検出ギア５２が噛合される外歯４８ａを形成することとしたが、これに代えて、例えばロアシャフト２１の外周面に外歯を形成してもよい。また、インプットシャフト２０の外周面に外歯を形成してもよい。なお、インプットシャフト２０の外周面に外歯を形成する場合、例えば先の図２に例示した回転角センサ５０の配置を上下方向に逆転させて且つ、検出ギア５２の外径を大きくすれば、インプットシャフト２０に形成された外歯に検出ギア５２を噛合させることができる。またこの場合、検出ギア５２の右側の部分を、第２の保持部材４９の上端に近接して配置させれば、各シャフト２０，２１の軸方向における回転角センサ５０の設置スペースを小さくすることが可能となる。なお、第１の保持部材４８やインプットシャフト２０、及びロアシャフト２１に外歯を形成することが難しい場合には、先の図９に例示したように、それらの外周に適宜のギアを別途取り付けてもよい。
【００５１】
・第１及び第２の磁気センサ５５，５８は、ＭＲセンサに限られず、例えば、ホールＩＣ等のように磁気方向を検出できるものであればよい。
・上記実施形態では、本発明にかかるセンサ装置を、車両の電動パワーステアリング装置に搭載されるセンサ装置に適用することとしたが、回転軸に付与されるトルク、及び回転軸の回転角を検出することの可能な適宜のセンサ装置に適用することが可能である。
【００５２】
＜付記＞
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。
（イ）車両のステアリングシャフトあるいはラック軸にアシスト力を付与する電動モータを有して、車両のステアリング操作に際しての操舵角及び操舵トルクをステアリングシャフトに設けられたセンサ装置を通じて検出するとともに、同センサ装置を通じて検出される操舵トルクに基づいて目標トルクを設定し、同目標トルクを発生させるべく前記電動モータの駆動量が制御される電動パワーステアリング装置において、前記ステアリングシャフトは、トーションバーを介して互いに連結された第１の回転軸及び第２の回転軸からなるものであり、前記センサ装置として、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサ装置が用いられることを特徴とする電動パワーステアリング装置。本発明は、付記イに記載の発明のように、電動パワーステアリング装置に適用して特に有効である。これにより、電動パワーステアリング装置では、操舵角及び操舵トルクを検出するためのセンサ装置をステアリングシャフトの軸方向に小型化することができるため、電動パワーステアリング装置としての小型化を図ることが可能となる。
【符号の説明】
【００５３】
ｍ…軸線、Ｂ１〜Ｂ４…磁力線、ｎ１，ｎ２…軸線、１…ステアリングホイール、２…ステアリングシャフト、３…コラムシャフト、４…インターミディエイトシャフト、５…ピニオンシャフト、６…ラックアンドピニオン機構、７…ラック軸、８…タイロッド、９…転舵輪、１０…電動パワーステアリング装置、１１…電動モータ、１２…ギア機構、１３…車速センサ、１４…センサ装置、１５…制御装置、２０…インプットシャフト、２１…ロアシャフト、２２…トーションバー、２３，２４…連結ピン、３０…ケース、３１…軸受、３２…コネクタ、３３…ねじ、４０，７０…トルクセンサ、４１…円筒磁石、４２…トルクセンサ用ケース、４２ａ…配線、４３，４４…ヨーク、４３ａ，４４ａ…円環部、４３ｂ，４４ｂ…爪部、４５，４６…集磁リング、４５ａ，４６ａ…集磁部、４７，５５，５８…磁気センサ、４８，４９…保持部材、４８ａ…外歯、４８ｂ…圧入部、５０…回転角センサ、５１…センサ本体、５１ａ…軸部、５１ｂ…フランジ部、５１ｃ…配線、５２…検出ギア、５２ａ…載置台、５３…基板、５４，５７…磁石、５６…従属ギア、５６ａ…載置台、６０…磁気遮蔽部材、７１，７２…レゾルバ、７１ａ，７２ａ…励磁コイル、７１ｂ，７２ｂ…検出コイル、７３…保持部材、７４…メインギア。
【図１】
2013092461.tif 000003
【図２】
2013092461.tif 000004
【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】
2013092461.tif 000009
【図８】
2013092461.tif 000010
【図９】
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