JP2017120249A - 検出装置、および、トルクセンサ - Google Patents

検出装置、および、トルクセンサ Download PDF

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Abstract

【課題】センサの損傷や誤動作を防止可能な検出装置、および、トルクセンサを提供する。
【解決手段】検出装置21は、下側集磁リング40と、上側集磁リング30と、センサ部51と、を備える。下側集磁リング40は、グランド電位であるコラム75と導電可能に設けられる。センサ部51は、センサ素子512、センサ本体511、および、グランド端子517を有する。センサ素子512は、下側集磁リング40と上側集磁リング30との間であって、下側集磁リング40と上側集磁リング30との間の距離が最短であるセンサ配置領域に配置される。下側集磁リング40は、センサ配置領域とは異なる領域である導電可能領域にて、グランド端子517と導電可能に設けられている。これにより、静電気やノイズは、センサ本体511を経由せずにコラム75側に逃がされるので、センサの損傷や誤動作を防ぐことができる。
【選択図】 図5

Description

本発明は、検出装置、および、トルクセンサに関する。
従来、磁石および磁気センサを使ったトルクセンサが知られている。例えば特許文献1では、磁気センサが軸方向に対向する磁気ヨークの間のギャップに挿入され、磁束密度を検出する。
特開2003−149062号公報
ところで、電気抵抗が最も低い経路に磁気センサが配置されていると、静電気エネルギが磁気センサを通過することでセンサが損傷したり、ノイズによりセンサの誤動作が生じたりする虞がある。
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、センサの損傷や誤動作を防止可能な検出装置、および、トルクセンサを提供することにある。
本発明の検出装置は、導電部材(31、32、40〜43)と、対向部材(30、44)と、センサ部(51、53、55)と、を備える。
導電部材は、グランド電位であるグランド部材(75)と導電可能に設けられる。
対向部材は、少なくとも一部が導電部材と対向して配置される。
センサ部は、センサ素子(512、532)、センサ本体(511、531)、および、グランド端子(517、537、557)を有する。センサ素子は、導電部材と対向部材との間であって、導電部材と対向部材との間の距離が最短であるセンサ配置領域に配置される。センサ本体は、センサ素子を封止している。グランド端子は、センサ本体から突出し、グランドと接続される。
導電部材は、センサ配置領域とは異なる領域である導電可能領域にて、グランド端子またはグランド端子と接続されるグランド配線部(617、657、663、677)と導電可能に設けられている。
ここで、「導電可能に設けられている」とは、導電部材とグランド端子またはグランド配線部とが当接している場合、および、はんだ付けや溶接等により電気的に接続されている場合に限らず、絶縁破壊や容量結合等により静電気やノイズを伝達可能な程度の微小ギャップが導電部材とグランド端子またはグランド配線部との間に形成されている場合を含むものとする。また、静電気やノイズを伝達可能であれば、微小ギャップに別部材(例えば絶縁シートやレジストパターン等)が配置されていてもよい。導電部材とグランド部材とについても同様である。
これにより、静電気やノイズは、センサ本体を経由せずに、グランド部材に逃がされるので、センサの損傷や誤動作を防ぐことができる。
本発明の第1実施形態によるトルクセンサが適用された電動パワーステアリングシステムを示す概略構成図である。 本発明の第1実施形態によるトルクセンサの分解斜視図である。 本発明の第1実施形態によるトルクセンサの断面図である。 本発明の第1実施形態によるセンサ部の斜視図である。 本発明の第1実施形態によるセンサ部および集磁部の断面図である。 図5のVI方向矢視図である。 図5のVII方向矢視図である。 本発明の第1実施形態による静電気の通電経路を示す模式的な回路図である。 本発明の第2実施形態によるセンサ部および集磁部の断面図である。 図9のX方向矢視図である。 本発明の第3実施形態によるセンサ部および集磁部の断面図である。 図11のXII方向矢視図である。 本発明の第4実施形態によるセンサ部および集磁部の断面図である。 図13のXIV方向矢視図である。 図13のXV方向矢視図である。 本発明の第5実施形態によるセンサ部および集磁部の側面図である。 図16のXVII方向矢視図である。 図16のXVIII方向矢視図である。 本発明の第6実施形態によるセンサ部および集磁部の側面図である。 図19のXX方向矢視図である。 本発明の第7実施形態によるセンサ部および集磁部の側面図である。 図21のXXII方向矢視図である。 本発明の第8実施形態によるセンサ部および集磁部の側面図である。 図23のXXIV方向矢視図である。 参考例による集磁部およびセンサ部の断面図である。 参考例による集磁部およびセンサ部の断面図である。
以下、本発明による検出装置、および、トルクセンサを図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図8に示す。本実施形態の各図は、いずれも模式的な図であり、説明のため、スケール等は適宜変更して記載している。後述の実施形態に係る図も同様である。
図1および図2に示すように、本実施形態の検出装置21が用いられるトルクセンサ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。
図1は、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。
操舵部材であるハンドル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921、および、第2の軸としての出力軸922を有する。入力軸921は、ハンドル91と接続される。入力軸921のハンドル91と反対側の端部と、出力軸922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。入力軸921と出力軸922とは、トルクセンサ10のトーションバー13により、同軸に接続される。出力軸922の入力軸921と反対側の端部には、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。
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車輪98が操舵される。
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、制御装置(以下、「ECU」)85、および、トルクセンサ10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。
動力伝達部である減速ギア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、トルクセンサ10から出力されるトルクを取得し、検出されたトルクに応じ、モータ81の駆動を制御する。
図2に示すように、トルクセンサ10は、トーションバー13、多極磁石15、磁気ヨーク17、および、検出装置21等を備え、ステアリングシャフト92に加わるトルクを検出する。
トーションバー13は、一端が入力軸921に固定ピン131で固定され、他端が出力軸922に固定ピン132で固定される。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、入力軸921に固定され、N極とS極とが周方向に交互に着磁される。本実施形態では、N極およびS極の数は、12対、計24極であるが、極対数は問わない。
磁気ヨーク17は、入力軸921側に設けられる第1ヨーク171、および、出力軸922側に設けられる第2ヨーク176を有する。第1ヨーク171および第2ヨーク176は、いずれも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922に固定される。ヨーク171、176は、図示しない非磁性材で形成されるヨーク保持部材に保持される。
第1ヨーク171は、環状部172、および、環状部172から第2ヨーク176側に突出して形成される爪173を有する。爪173は、環状部172の内縁に沿って、全周に等間隔で設けられる。
第2ヨーク176は、環状部177、および、環状部177から第1ヨーク171側に突出して形成される爪178を有する。爪178は、環状部177の内縁に沿って、全周に等間隔で設けられる。
爪173、178の数は、多極磁石15の極対数と同数(本実施形態では12)である。爪173、178は、周方向にずれて交互に配置される。第1ヨーク171と第2ヨーク176とは、離間した状態にて対向している。
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173、178の中心位置は、多極磁石15のN極とS極との境界位置と一致するように配置される。
図2および図3に示すように、検出装置21は、集磁リング保持部材201、ターミナル保持部材205、シールド部材206、集磁リング30、40、センサ部51、ターミナル基板61、および、雑防素子71(図4参照)等を備える。
図3に示すように、集磁リング保持部材201およびターミナル保持部材205は、樹脂等の非磁性材で形成される。集磁リング保持部材201は、径方向内側に集磁リング30、40を露出した状態で保持する環状部202、および、コネクタ79が挿抜可能に形成されているコネクタ挿入部203が一体に形成される。
ターミナル保持部材205は、センサ部51のセンサ本体511が露出した状態にて、センサ部51の各端子、および、ターミナル基板61を保持する。ターミナル保持部材205は、各端子等を保持した状態であって、センサ部51が集磁リング30、40の集磁部301、401間に配置された状態にて、インサート成形等により、集磁リング保持部材201に保持される。
シールド部材206は、外部からの磁気を遮蔽すべく、集磁リング保持部材201の環状部202の径方向外側を覆うように設けられる。
集磁リング保持部材201は、シールド部材206、集磁リング30、40、および、センサ部51等を保持した状態にて、コラム75に固定される。コラム75は、アルミ等の導電可能な金属で形成され、車体グランドと接続される。すなわち、コラム75の電位は、グランドであり、コラム75が「グランド部材」に対応する。本実施形態では、コラム75が、トルクセンサ10の筐体として機能している。
本実施形態では、集磁リング30、40とコラム75との間には、静電気およびノイズを伝達可能な程度の微小ギャップが形成される。換言すると、集磁リング30、40は、静電気およびノイズをコラム75に伝達可能に設けられている。
図2および図3に示すように、集磁リング30、40は、いずれもニッケル合金等の軟磁性体で形成される。集磁リング30、40、磁気ヨーク17の径方向外側に配置され、磁気ヨーク17からの磁束を集める。本実施形態では、上側集磁リング30が入力軸921側に配置され、下側集磁リング40が出力軸922側に配置される。以下適宜、入力軸921側を「上側」、出力軸922側を「下側」とする。また、トーションバー13を中心に配置される多極磁石15、磁気ヨーク17、および、集磁リング30、40の軸方向および径方向を、単に「軸方向」、「径方向」という。
上側集磁リング30は、環状に形成される上側基部38、および、上側基部38から径方向外側に突出する2つの上側集磁部301を含む。
下側集磁リング40は、環状に形成される下側基部48、および、下側基部48から径方向外側に突出する2つの下側集磁部401を含む。
上側集磁部301と下側集磁部401とは、離間した状態で、対向する面が略平行となるように配置される。
2つのセンサ部51は、それぞれ、集磁部301、401の間に配置され、集磁部301、401間の磁束の変化を検出する磁気センサである。
図4および図5に示すように、センサ部51は、センサ本体511、出力端子515、電源端子516、および、グランド端子517を有する。出力端子515、電源端子516およびグランド端子517は、センサ本体511の端子形成面513に設けられる。端子形成面513は、径方向外側に向いて配置され、端子515〜517は、径方向外側に突出して設けられる。本実施形態では、一方の側から、出力端子515、グランド端子517、電源端子516の順に配列される。なお、端子515〜517間は、静電気が印加されたときであっても絶縁破壊不能な程度に離間している。また、出力端子515とグランド端子517と距離と、電源端子516とグランド端子517との距離とは、等しくてもよいし、異なっていてもよい。
端子515〜517は、ターミナル基板61と当接可能な箇所にて上側に折り曲げられ、ターミナル基板61の対応する接続部615、616、617と、溶接等により電気的に接続される。
ターミナル基板61は、金属基板であって、センサ部51とECU85との接続に用いられる。ターミナル基板61は、出力端子接続部615、電源端子接続部616、グランド端子接続部617を有する。各接続部615、616、617は、それぞれ、配線208を経由し、ECU85との接続に用いられるコネクタ79と接続される(図3参照)。これにより、センサ部51とECU85とは、ターミナル基板61等を経由して接続される。
センサ部51の出力端子515は、出力端子接続部615に接続され、センサ部51の検出信号の出力に用いられる。検出信号は、出力端子接続部615を経由してECU85に出力される。
電源端子516は、電源端子接続部616に接続され、ECU85に設けられる図示しないレギュレータ等である給電部と接続される。
グランド端子517は、グランド端子接続部617と接続され、ECU85を経由してグランドと接続される。
雑防素子71は、出力端子接続部615または電源端子接続部616と、グランド端子接続部617とに接続される。雑防素子71は、コンデンサやツェナーダイオード等である。
図5は、集磁部301、401およびセンサ部51を示す模式的な断面図であって、図4中のV−V線断面に対応している。図5では、ハッチングを省略して記載した。後述の実施形態に係る図9、図11、図13、図25および図26も同様である。
図5に示すように、センサ本体511には、センサ素子512、および、差動増幅器等の検出回路を構成する電子部品等が封止されている。センサ素子512は、ホール素子等の磁気検出素子であって、集磁部301、401間の距離が最短となる箇所に配置される。これにより、センサ素子512は、集磁リング30、40間の磁束の変化を適切に検出することができる。
ここで、静電気およびノイズの影響について説明する。静電気やノイズが装置に印加されると、電気抵抗が最も小さい経路を通ってグランドに逃がされる。ここで、静電気とは、比較的高電圧にて過渡的に印加される外乱電圧を想定しており、ノイズとは、静電気より低電圧にて連続的に印加される外乱電圧を想定している。
例えば、図25に示す参考例の検出装置901では、第2集磁リング940の集磁部941が、上側集磁リング30の集磁部301と同様の形状に形成されている。この場合、電気抵抗が最も小さい経路上にセンサ本体511が配置されている状態となる。そのため、静電気が印加されると、矢印Ys2で示すように、静電気エネルギがセンサ本体511を通過するため、センサ部51が破損する虞がある。また、ノイズがセンサ本体511を通過することで、センサ部51の誤動作や誤検出が生じる虞がある。
この場合、センサ部51自体に静電気やノイズの対策をするか、センサ部51を静電気やノイズから保護するための保護部材を別途に設ける必要がある。
また、図26に示す参考例の検出装置902では、第1集磁リング930の集磁部931には、下側集磁リング40と同様、突出部935および折曲部936が形成される。この場合、矢印Ym2で示す箇所が、磁気抵抗が最も小さい箇所となるため、集められた磁束がセンサ素子512を透過しない。そのため、センサ素子512は、集磁リング30、40間の磁束の変化を適切に検出することができない。
そこで本実施形態では、図5、図6および図7に示すように、集磁リング30、40にて集められた磁束がセンサ素子512を透過し、かつ、センサ素子512の配置位置が、電気抵抗の最も小さい経路上とならないように、集磁部301、401を形成している。換言すると、グランド端子517と下側集磁部401が最も近接する箇所である導電可能領域と、集磁部301、401が最も近接する箇所であるセンサ配置領域とが異なるようにし、センサ配置領域にセンサ素子512を配置している。
これにより、図5中に矢印Ym1のように、集められた磁束はセンサ素子512を透過する。また、矢印Ys1で示す静電気およびノイズが逃がされる経路から外れた箇所に、センサ本体511が配置される。
図5中において、集磁部301、401が最も近接する箇所を記号R1で示し、グランド端子517と下側集磁部401とが最も近接する箇所を記号R2で示す。すなわち、記号R1で示す箇所が「導電部材と対向部材との距離が最短であるセンサ配置領域」であり、記号R2で示す箇所が「導電可能領域」である。後述の実施形態に係る図面においても同様とする。なお、図25については、グランド端子517の内部配線がセンサ本体511に形成されている点を考慮し、R1=R2として記載した。
また、グランド端子517と下側集磁部401とが当接している場合、グランド端子517と下側集磁部401との距離は0である。したがって、当該当接箇所において下側集磁リング40とグランド端子517とが最も近接しており、当該当接箇所が下側集磁リング40とグランド端子517との距離が最短となる箇所である。
具体的には、上側集磁部301の先端部303は、センサ本体511の端子形成面513よりも上側基部38側となるように形成される。
一方、下側集磁部401のグランド端子517と対応する箇所には、端子形成面513よりもターミナル基板61側に突出する逃がし部405が形成される。詳細には、図7に示すように、逃がし部405は、下側から見て、少なくとも一部がグランド端子517と重複する箇所に形成される。逃がし部405は、グランド端子517側に折り曲げられる。グランド端子517側に折り曲げて形成された折曲部406は、グランド端子517と当接する。折曲部406とグランド端子517とは、単に当接している状態であってもよいし、はんだ接合や溶接等により、導電可能に接続されていてもよい。逃がし部405を折り曲げてグランド端子517と当接させることで、ターミナル基板61との距離によらず、逃がし部405を比較的小さく形成することができる。
本実施形態では、逃がし部405の幅は、グランド端子517より幅広であるが、グランド端子517より幅狭であってもよいし、出力端子515および電源端子516との絶縁を確保可能な程度の範囲で、グランド端子517より幅広であってもよい。
第2実施形態の逃がし部415についても同様である。
本実施形態では、逃がし部405とターミナル基板61とは、離間している。
静電気エネルギが伝達される経路を図8に基づいて説明する。図8は、検出装置21と回路図とを組み合わせた模式的な図である。図8中には、静電気を記号Sで示した。
本実施形態では、下側集磁リング40の集磁部401には、逃がし部405が形成され、グランド端子517と当接している。そのため、静電気エネルギは、センサ本体511を通ることなく、グランド端子517から下側集磁リング40に伝わるとともに、下側集磁リング40とコラム75との間を絶縁破壊しながら、コラム75に逃がされる。
また、本実施形態では、雑防素子71が設けられており、出力端子515および電源端子516は、雑防素子71を経由して、グランド端子517と電気的に接続されている。そのため、出力端子515または電源端子516に静電気が印加された場合、静電気エネルギは、雑防素子71を経由してグランド端子517に抜け、グランド端子517に静電気が印加された場合と同様、コラム75に逃がされる。
ノイズについても、同様の経路でコラム75側に逃がされる。
これにより、センサ素子512において磁束を検出可能である状態を確保しつつ、静電気およびノイズからセンサ部51を保護することができる。
以上説明したように、検出装置21は、下側集磁リング40と、上側集磁リング30と、センサ部51と、を備える。
下側集磁リング40は、グランド電位であるコラム75と導電可能に設けられる。
上側集磁リング30は、少なくとも一部が下側集磁リング40と対向して配置される。
センサ部51は、センサ素子512、センサ本体511、および、グランド端子517を有する。センサ素子512は、下側集磁リング40と上側集磁リング30との間であって、下側集磁リング40と上側集磁リング30との間の距離が最短であるセンサ配置領域に配置される。センサ本体511は、センサ素子512を封止している。グランド端子517は、センサ本体511から突出し、グランドと接続される。
下側集磁リング40は、センサ配置領域とは異なる領域である導電可能領域にて、グランド端子517と導電可能に設けられている。
これにより、静電気エネルギおよびノイズは、センサ本体511を経由せずにコラム75側に逃がされるので、静電気によるセンサ部51の損傷や、ノイズによるセンサの誤動作を防ぐことができる。また、静電気やノイズを防ぐために設けられる別途の部品や、センサ部51内部の静電気やノイズ対策のための構成を省くことができ、装置を簡素化することができる。
また、静電気エネルギおよびノイズがセンサ本体511を通過することなく、上側集磁リング30と下側集磁リング40との間の電磁気信号を適切に検出することができる。換言すると、本実施形態では、センサ本体511を経由するよりも抵抗値が低い経路を積極的に形成することで、静電気エネルギがセンサ本体511を通過するのを防止し、センサ本体511を保護している、といえる。また、センサ本体511を経由する箇所とは別途の容量結合を積極的に形成することで、ノイズがセンサ本体511に伝達されるのを防ぎ、センサ部51の誤動作や誤検出を防いでいる、といえる。
下側集磁リング40は、下側基部48、および、下側基部48から突出して形成される下側集磁部401を有する。
上側集磁リング30は、上側基部38、および、上側集磁部301を有する。上側集磁部301は、上側基部38から突出し、下側集磁部401と対向する。
センサ配置領域は、下側集磁部401と上側集磁部301とが対向する箇所である。センサ素子512は、下側集磁部401と上側集磁部301との間の磁束を検出する。
これにより、下側集磁部401と上側集磁部301との間の磁束を適切に検出することができる。
下側集磁部401には、下側基部48と反対側に突出する逃がし部405が形成される。逃がし部405は、先端がグランド端子517側に折れ曲がっており、グランド端子517と導電可能に設けられている。本実施形態では、逃がし部405とグランド端子517とが導電可能に当接する。
これにより、静電気エネルギやノイズを、グランド端子517を経由して、コラム75側に適切に逃がすことができる。
トルクセンサ10は、検出装置21を備える。センサ素子512は、入力軸921と出力軸922との間に加わるトルクに応じた磁束を検出する。
これにより、トルクセンサ10は、入力軸921と出力軸922との間のトルクを適切に検出することができる。
本実施形態では、下側集磁リング40が「導電部材」、下側基部48が「第1基部」、上側集磁リング30が「対向部材」、上側基部38が「第2基部」に対応する。第2実施形態〜第5実施形態も同様である。また、下側集磁部401が「第1集磁部」、上側集磁部301が「第2集磁部」に対応する。
ここで、本明細書における「導電可能に設けられている」とは、下側集磁リング40とグランド端子517とが当接している場合、および、下側集磁リング40とグランド端子517とがはんだ付けや溶接等により電気的に接続されている場合に限らず、絶縁破壊や容量結合等により静電気やノイズを伝達可能な程度の微小ギャップが下側集磁リング40とグランド端子517との間に形成されている場合を含むものとする。また、静電気やノイズを伝達可能であれば、例えば絶縁シートやレジストパターン等の別部材が微小ギャップに配置されていてもよい。下側集磁リング40とコラム75とについても同様である。
後述の実施形態についても同様である。補足として、下側集磁リングに替えて上側集磁リングであってもよい。また、グランド端子に替えて、グランド端子接続部617やグランドパターン等であってもよい。
(第2実施形態)
本発明の第2実施形態を図9および図10に示す。
本実施形態の検出装置22の下側集磁リング41には、2つの下側集磁部411が形成される。下側集磁リング41は、集磁部411の形状が異なる点を除き、上記実施形態の下側集磁リング40と同様である。
下側集磁部411の逃がし部415は、グランド端子517と対応する箇所にターミナル基板61側に延びて形成され、先端部416がグランド端子接続部617と当接する。本実施形態では、逃がし部415とグランド端子接続部617との当接箇所が、「導電可能領域」に対応する。
逃がし部415とグランド端子517とは、離間している。
本実施形態では、逃がし部415は、第1基部48と反対側に延びて形成され、先端部416にて、グランド端子接続部617と導電可能に設けられる。本実施形態では、逃がし部415とグランド端子接続部617とが導電可能に当接する。
このように構成しても、センサ本体511を経由することなく、グランド端子接続部617および下側集磁リング41を経由してコラム75側に静電気やノイズを適切に逃がすことができる。また、逃がし部415を折り曲げなくてもよいので、加工が容易となる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、下側集磁リング41が「導電部材」、下側集磁部411が「第1集磁部」に対応する。また、グランド端子接続部617が「グランド配線部」に対応する。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態を図11および図12に示す。
本実施形態の検出装置23の下側集磁リング42には、2つの下側集磁部421が形成される。下側集磁リング42は、集磁部421の形状が異なる点を除き、上記実施形態の下側集磁リング40と同様である。
下側集磁部421は、全体がターミナル基板61側まで延びて形成される。換言すると、図12に示すように、下側集磁部421は、下側から見たとき、出力端子515、電源端子516およびグランド端子517と重複して形成される。下側集磁部421の先端部422とターミナル基板61との間には、微小ギャップLgが形成される。微小ギャップLgは、通常時、下側集磁部421とターミナル基板61とを絶縁可能であって、静電気印加時に静電気エネルギによって絶縁破壊可能な程度、または、ノイズが通過できる容量結合を形成可能な程度に形成される。また、両端に配置される出力端子515または電源端子516と、真ん中に配置されるグランド端子517との距離である端子間距離Ltは、静電気によって絶縁破壊不能な大きさに形成される。すなわち、微小ギャップLgは、端子間距離Ltと比較して十分に小さい。
本実施形態では、センサ部51は、センサ本体511から突出し、グランド端子517とは別途に設けられる非グランド端子である出力端子515および電源端子516をさらに有する。下側集磁部421は、下側集磁部421側から見て、出力端子515、電源端子516およびグランド端子517を、それぞれ少なくとも一部を覆うように形成され、先端部422にて、グランド端子接続部617、ならびに、出力端子接続部615および電源端子接続部616を含むターミナル基板61と導電可能に設けられる。
先端部422とターミナル基板61との間には、微小ギャップLgが形成される。
静電気が印加されたとき、静電気エネルギにより端子515、516、517と、下側集磁部421との間が絶縁破壊されるので、静電気エネルギは、下側集磁リング42を経由してコラム75に適切に逃がされる。また、ノイズは、下側集磁部421とターミナル基板61との間の容量結合を経由してコラム75側に逃がされる。また、本実施形態では、下側集磁部421がセンサ部51の全端子515〜517を覆っているので、どの端子に静電気やノイズが印加された場合であっても、下側集磁リング42を経由して、コラム75側に静電気やノイズが逃がされる。これにより、雑防素子71を有さない場合であっても、センサ本体511を経由することなく、静電気やノイズを適切に逃がすことができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、下側集磁リング42が「導電部材」、下側集磁部421が「第1集磁部」に対応し、グランド端子接続部617が「グランド配線部」に対応し、出力端子接続部615および電源端子接続部616が「非グランド配線部」に対応する。また、下側集磁部421とターミナル基板61とが対向する箇所が「導電可能領域」に対応する。
(第4実施形態)
本発明の第4実施形態を図13〜図15に示す。
本実施形態は、第3実施形態の変形例であって、検出装置24では、下側集磁部421とターミナル基板61との間には、絶縁シート49が設けられる。絶縁シート49は、通常時において、下側集磁部421とターミナル基板61とを絶縁可能であって、静電気印加時に静電気エネルギによって絶縁破壊可能なもの、または、ノイズが通過可能な容量結合を形成可能なものである。
絶縁シート49を設けることで、下側集磁部421とターミナル基板61との間の微小ギャップLgを適切に確保することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
(第5実施形態)
本発明の第5実施形態を図16〜図18に示す。なお、図17等において、表面のレジスト直下層の回路パターンを一点鎖線で示す。
本実施形態の検出装置25では、2つのセンサ部53が、プリント基板である1枚の基板65の同一面に実装されている点が上記実施形態と異なる。センサ部53は、上側集磁リング30の集磁部301と下側集磁リング43の下側集磁部431との間に配置され、集磁部401、431間の磁束の変化を検出する。下側集磁リング43は、下側集磁部431の形状等が上記実施形態と異なるが、その他については上記実施形態の下側集磁リング40と同様である。下側集磁部431については後述する。
図17に示すように、2つのセンサ部53は、基板65の素子実装面651に、横並びの状態で実装される。それぞれのセンサ部53は、センサ本体531、センサ素子532、外側端子群533、および、内側端子群534を有する。センサ本体531は、平面視略矩形に形成され、センサ素子532を封止する。
センサ素子532は、上記実施形態のセンサ素子512と同様、ホール素子等の磁気検出素子であって、素子実装面651側から見て、集磁部301、431が重複する領域に設けられる。本実施形態では、センサ部53は、2つのセンサ素子532を有する。センサ素子532は、上記実施形態と同様、集磁部301、431が最も近接する箇所に配置される。これにより、上側集磁部301と下側集磁部431との間の磁束の変化を適切に検出することができる。
外側端子群533は、センサ本体531の一方の長辺に形成され、内側端子群543は、センサ本体531の他方の長辺に形成される。
外側端子群533には、出力端子535、電源端子536、および、グランド端子537が含まれる。出力端子535、グランド端子537、電源端子536は、この順で配列され、各端子間には、空ピンが配置される。本実施形態では、端子群533、534は、いずれも8本の端子からなるが、端子数はいくつであってもよい。また、端子配列は、どのようであってもよい。後述の実施形態についても同様である。
出力端子535は、基板65の素子実装面651側のレジスト659の直下の層に形成される出力パターン655と接続され、センサ部53の検出信号の出力に用いられる。検出信号は、ECU85に出力される。
電源端子536は、基板65の素子実装面651側のレジスト659の直下の層に形成される電源パターン656と接続され、ECU85に設けられる図示しないレギュレータ等である給電部と接続される。
グランド端子537は、基板65の素子実装面651側のレジスト659の直下の層に形成されるグランドパターン657と接続され、ECU85を経由してグランドと接続される。
また、雑防素子72は、基板65の素子実装面651側に実装され、出力パターン655または電源パターン656と、グランドパターン657とに接続される。雑防素子72は、雑防素子71と同様、コンデンサやツェナーダイオード等である。
基板65には、基部38、48側に開口する2つの切欠部653が形成される。切欠部653は、それぞれのセンサ部53の実装箇所に対応して設けられ、基板65の上側から見たとき、少なくとも一部が、センサ本体531に重複するように形成される。センサ部53は、切欠部653を覆うように実装される。切欠部653には、集磁部431がそれぞれ挿入される。切欠部653に集磁部431を挿入することで、切欠部653を形成せずに、基板65を挟んだ状態にて上側集磁部301と下側集磁部431とが対向する場合と比較し、集磁部301と集磁部431との距離が短くなるので、検出精度が高まる。
センサ部53において、集磁リング30、43の基部38、48と反対側の端部を先端部539とする。
本実施形態では、上側集磁部301の先端部303は、センサ部53の先端部539よりも、基部38側である。
下側集磁部431の先端部439は、センサ部53の先端部539よりも、基部48と反対側まで延びて形成され、切欠部653の最奥部にて、基板65と当接する。切欠部653の最奥部には、グランドパターン663が露出している。これにより、下側集磁リング43は、グランドパターン663と電気的に接続される。
これにより、第1実施形態等と同様、静電気およびノイズは、センサ本体531を通ることなく、グランドパターン663および下側集磁リング43を経由してコラム75に逃がされる。
本実施形態では、下側集磁部431の先端部439とグランドパターン663との当接箇所が、「導電可能領域」に対応する。
本実施形態のセンサ部53は、基板65に表面実装されている。基板65には、グランド配線部であるグランドパターン657、663が設けられている。グランドパターン657、663は、電気的に接続されているものとする。後述の実施形態においても、グランドパターンが「グランド配線部」に対応する。
上側集磁部301は、センサ部53の実装上面側に配置される。下側集磁部431は、基板65に形成される切欠部653に挿入されている。
切欠部653に下側集磁部431を挿入することで、切欠部653に挿入しない場合と比較し、上側集磁部301と下側集磁部431とを近接させることができる。これにより、上側集磁部301と下側集磁部431との間の磁束をより適切に検出することができる。
下側集磁部431は、切欠部653に挿入され、当該切欠部652の内部にてグランドパターン663と導電可能に設けられる。本実施形態では、下側集磁部431は、切欠部653の最奥部に露出するグランドパターン663と導電可能に当接する。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。また、下側集磁部431の形状が簡素であるので、加工が容易である。
本実施形態では、下側集磁リング43が「導電部材」、下側集磁部431が「第1集磁部」に対応し、上側集磁リング30が「対向部材」に対応する。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態を図19および図20に示す。
検出装置26の上側集磁リング31には、2つの上側集磁部311が形成される。また、下側集磁リング44には、2つの下側集磁部441が形成される。集磁部311、441の形状等が異なる点を除き、集磁リング31、44の機能等は、上記実施形態と同様である。また、基板67は、配線パターンを除き、上記実施形態の基板65と同様である。
下側集磁部441の先端部449は、センサ部53の先端部539よりも基部48側である。
上側集磁部311の先端部312は、センサ部53の先端部539より基部38と反対側まで延びて形成され、基板67側に折り曲げられて基板67の素子実装面671と当接する。
基板67において、上側集磁部311の先端部312との当接箇所には、グランドパターン677が露出する。したがって、上側集磁リング30は、グランドパターン677と電気的に接続される。これにより、静電気およびノイズは、センサ本体531を通ることなく、グランドパターン677および上側集磁リング31を経由してコラム75側に逃がされる。
本実施形態では、上側集磁部311の先端部312とグランドパターン677との当接箇所が「導電可能領域」に対応する。
図20では、グランドパターン677は、先端部312の当接領域より大きく形成されているが、少なくとも一部が先端部312の当接領域と重複するように形成されていれば、当接領域より小さくてもよい。また、上側集磁部311の先端部312と基板67とは、単に当接していてもよいし、はんだ接合等により、導電可能に接続されていてもよい。
センサ部53の実装上面側に配置される上側集磁部311は、センサ部53の外側の領域まで延び、先端部312が基板65側に折れ曲がって形成され、グランドパターン677と導電可能に設けられる。本実施形態では、先端部312は、素子実装面671に露出するグランドパターン677と導電可能に当接する。
このように構成しても上記実施形態と同様の効果を奏する。また、上側集磁部311を基板65の素子実装面651に当接させればよいので、組み付けが容易である。
本実施形態では、上側集磁リング31が「導電部材」、上側基部38が「第1基部」、上側集磁部311が「第1集磁部」に対応する。また、下側集磁リング44が「対向部材」、下側基部48が「第2基部」、下側集磁部441が「第2集磁部」に対応する。
(第7実施形態)
本発明の第7実施形態を図21および図22に示す。
本実施形態の検出装置27の集磁リング31、44は第6実施形態と同様であり、基板65は第5実施形態と同様である。なお、切欠部653の最奥部には、グランドパターン663(図21〜図24では不図示。)が露出していなくてもよい。第8実施形態についても同様である。
本実施形態では、基板65において、上側集磁部311の先端部312との当接箇所には、レジスト659が形成されている。レジスト659は、静電気により絶縁破壊可能、或いは、ノイズが通過可能な容量結合を形成可能な程度のものとする。
レジスト659の直下の層であって、先端部312の当接領域内には、出力パターン655、電源パターン656、および、グランドパターン657が形成される。これにより、第3実施形態と同様、どの端子に静電気またはノイズが印加された場合であっても、上側集磁リング31を経由して、コラム75に静電気エネルギが逃がされる。
先端部312は、基板65のセンサ部53が実装される側の面である素子実装面651のレジスト659の直下の層に形成されるグランドパターン657、ならびに、グランドパターン以外の非グランドパターンである出力パターン655および電源パターン656と導電可能に設けられる。
これにより、雑防素子72を有さない場合であっても、センサ本体531を経由することなく、静電気またはノイズをコラム75側に適切に逃がすことができる。
本実施形態では、出力パターン655および電源パターン656が「非グランドパターン」に対応する。
(第8実施形態)
本発明の第8実施形態を図23および図24に示す。なお、図24においては、回路パターン、および、雑防素子等の記載を省略した。
本実施形態の検出装置28は、センサ部55の端子配列、および、上側集磁リング32の上側集磁部321の形状が異なっている。
センサ部55は、センサ本体531、第1端子群553、および、第2端子群554を有する。本実施形態では、入力軸921側(すなわち図24の紙面手前側)から見て、センサ本体531の右側を第1端子群553とし、左側を第2端子群554とする。
本実施形態では、上側集磁リング32の上側集磁部321の先端部329、および、下側集磁リング44の下側集磁部441の先端部449は、いずれもセンサ本体531の先端部539よりも基部38、48側である。
本実施形態では、第1端子群553における先端部539側から4番目の端子、および、第2端子群554における先端部539側から3番目の端子がグランド端子557である。グランド端子557は、第1端子群553および第2端子群554のいずれの端子に割り当ててもよい。また、第1端子群553または第2端子群554の一方のグランド端子557を省略してもよい。
ここで、上側集磁部321が上側基部38から突出する方向に対して垂直方向(図24の紙面左右方向)を幅方向とする。
上側集磁部321には、グランド端子557と対応する箇所にて、幅方向に突出する突出部323が形成される。突出部323は、基板65側に折り曲げられて、グランド端子557と当接する。突出部323とグランド端子557とは、単に当接していてもよいし、はんだ接合等により、導電可能に接続されていてもよい。
本実施形態では、センサ部55の実装上面側に配置される上側集磁部321の突出部323は、グランド端子557と導電可能に設けられる。
これにより、上記実施形態と同様、静電気およびノイズは、センサ本体531を通ることなく、グランド端子557から上側集磁リング32に伝わり、コラム75側に逃がされる。また、突出部323が比較的小さく形成可能であるので、上側集磁リング32の形成に必要な材料の使用量を抑えることができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、上側集磁リング32が「導電部材」、上側基部38が「第1基部」、上側集磁部321が「第1集磁部」に対応する。
(他の実施形態)
(ア)集磁リング
第1実施形態〜第4実施形態では、下側集磁リングを経由してコラム側に静電気またはノイズを逃がすように構成した。他の実施形態では、上側集磁リングと下側集磁リングとを入れ替え、上側集磁リングを経由してコラム側に静電気またはノイズを逃がすように構成してもよい。換言すると、静電気またはを逃がすための構成を、上側集磁リングに設けてもよい。この場合、上側集磁リングが「導電部材」、下側集磁リングが「対向部材」に対応する。
第5実施形態では、切欠部の最奥部にて、下側集磁部とグランドパターンとが導電可能に設けられる。他の実施形態では、切欠部の側面側にて、下側集磁部とグランドパターンとが導電可能となるようにしてもよい。
第6実施形態および第7実施形態では、上側集磁部の先端部は、センサ部の基部と反対側に延びて形成される。他の実施形態では、上側集磁部の先端部は、例えば端子形成部に隣接する側等、基板におけるセンサ部の外側のいずれの領域にて、グランドパターンと導電可能となるようにしてもよい。
第8実施形態では、センサ部の両側に突出部を形成する。他の実施形態では、センサ部ごとに1つのグランド端子に対応して突出部が形成されていればよい。
(イ)センサ部
第1実施形態等では、グランド端子が、出力端子と電源端子との間となるように配列される。他の実施形態では、グランド端子は、出力端子と電源端子との間以外の箇所に設けられていてもよく、端子配列はどのようであってもよい。
上記実施形態では、センサ素子は、集磁部間の磁束を検出するものである。他の実施形態では、センサ素子は、磁束以外の電磁気信号を検出するものであってもよい。上記実施形態では、1つのセンサ部に設けられるセンサ素子の数は、1または2である。他の実施形態では、1つのセンサ部に3つ以上のセンサ素子を設けてもよい。
また、上記実施形態では、集磁部およびセンサ部は、2組設けられる。他の実施形態では、集磁部およびセンサ部の組数は、2組に限らず、1組であってもよいし、3組以上であってもよい。集磁部およびセンサ部が複数組ある場合、集磁部およびセンサ部の組み合わせごとに、静電気またはノイズを逃がすための構成が異なっていてもよい。
また、上記実施形態において、「導電可能に当接している」箇所は、絶縁破壊や容量結合等により静電気やノイズを伝達可能な程度の微小ギャップが形成されていてもよい。また、静電気やノイズを伝達可能であれば、例えば絶縁シートやレジストパターン等の別部材が微小ギャップに設けられていてもよい。
(ウ)基板
第5実施形態〜第8実施形態では、センサ部は、基板に実装され、下側集磁部が基板に形成される切欠部に挿入される。切欠部は、集磁リングの基部側に開口している。他の実施形態では、切欠部は、基部側に開口していなくてもよい。換言すると、切欠部は、センサ部の形状に応じた孔部とし、基板実装面と反対側から下側集磁部を挿入するようにしてもよい。また、基板に切欠部を形成しなくてもよい。
(エ)グランド部材
上記実施形態では、グランド部材は、コラムである。他の実施形態では、静電気またはノイズが逃がされるグランド部材は、コラムに限らず、例えば検出装置の筐体等、どのような部材であってもよい。
(オ)検出装置
上記実施形態の検出装置は、トルクセンサに適用される。他の実施形態では、検出装置をトルクセンサ以外に適用してもよい。また、上記実施形態では、トルクセンサは、電動パワーステアリング装置に適用される。他の実施形態では、トルクセンサを電動パワーステアリング装置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。
10・・・トルクセンサ
21〜28・・・検出装置
30・・・上側集磁リング(対向部材)
31、32・・・上側集磁リング(導電部材)
40〜43・・・下側集磁リング(導電部材)
44・・・下側集磁リング(対向部材)
51、53、55・・・センサ部
511、531・・・センサ本体 512、532・・・センサ素子
517、537、557・・・グランド端子
75・・・コラム(グランド部材)

Claims (13)

  1. グランド電位であるグランド部材(75)と導電可能に設けられる導電部材(31、32、40〜43)と、
    少なくとも一部が前記導電部材と対向して配置される対向部材(30、44)と、
    前記導電部材と前記対向部材との間であって、前記導電部材と前記対向部材との間の距離が最短であるセンサ配置領域に配置されるセンサ素子(512、532)、前記センサ素子を封止しているセンサ本体(511、531)、および、前記センサ本体から突出し、グランドと接続されるグランド端子(517、537、557)を有するセンサ部(51、53、55)と、
    を備え、
    前記導電部材は、前記センサ配置領域とは異なる領域である導電可能領域にて、前記グランド端子または前記グランド端子と接続されるグランド配線部(617、657、663、677)と、導電可能に設けられている検出装置。
  2. 前記導電部材は、第1基部(38、48)、および、前記第1基部から突出して形成される第1集磁部(311、321、401、411、421、431)を有し、
    前記対向部材は、第2基部(38、48)、および、前記第2基部から突出し前記第1集磁部と対向する第2集磁部(301、441)を有し、
    前記センサ配置領域は、前記第1集磁部と前記第2集磁部とが対向する箇所であって、
    前記センサ素子は、前記第1集磁部と前記第2集磁部との間の磁束を検出する請求項1に記載の検出装置。
  3. 前記第1集磁部(401、411)には、前記第1基部と反対側に突出する逃がし部(405、415)が形成される請求項2に記載の検出装置。
  4. 前記逃がし部(405)は、先端が前記グランド端子側に折れ曲がっており、前記グランド端子と導電可能に設けられている請求項3に記載の検出装置。
  5. 前記逃がし部(415)は、前記第1基部と反対側に延びて形成され、先端部(416)にて前記グランド配線部(617)と導電可能に設けられている請求項3に記載の検出装置。
  6. 前記センサ部は、前記センサ本体から突出し、前記グランド端子とは別途に設けられる非グランド端子(515、516)をさらに有し、
    前記第1集磁部(421)は、当該第1集磁部側から見て、前記グランド端子および前記非グランド端子を、それぞれ少なくとも一部を覆うように形成され、先端部(422)にて、前記グランド配線部および前記非グランド端子と接続される非グランド配線部を含むターミナル基板(61)と導電可能に設けられ、
    前記先端部と前記ターミナル基板との間には、微小ギャップが形成されている請求項2に記載の検出装置。
  7. 前記微小ギャップには、絶縁シート(49)が設けられる請求項6に記載の検出装置。
  8. 前記センサ部(53、55)は、前記グランド配線部であるグランドパターン(663、657、677)が設けられる基板(65、67)に表面実装されており、
    前記第1集磁部または前記第2集磁部の一方(301、311、321)が、前記センサ部の実装上面側に配置されており、
    前記第1集磁部または前記第2集磁部の他方(431、441)が、前記基板に形成される切欠部(653)に挿入されている請求項2に記載の検出装置。
  9. 前記第1集磁部(431)は、前記切欠部に挿入され、当該切欠部の内部にて前記グランドパターン(663)と導電可能に設けられる請求項8に記載の検出装置。
  10. 前記センサ部の実装上面側に配置される前記第1集磁部(311)は、前記センサ部の外側の領域まで延び、先端部(312)が前記基板側に折れ曲がって形成され、前記先端部にて、前記グランドパターン(657、677)と導電可能に設けられる請求項8に記載の検出装置。
  11. 前記先端部は、前記基板(65)の前記センサ部が実装される側の面(651)のレジスト(659)の直下の層に形成される前記グランドパターン(657)、および、前記グランドパターン以外の非グランドパターン(655、656)と導電可能に設けられる請求項10に記載の検出装置。
  12. 前記センサ部の実装上面側に配置される前記第1集磁部(321)の突出部(323)は、前記グランド端子(557)と導電可能に設けられる請求項8に記載の検出装置。
  13. 請求項2〜12のいずれか一項に記載の検出装置(21〜28)を備えるトルクセンサであって、
    前記センサ素子は、第1の軸(921)と第2の軸(922)との間に加わるトルクに応じた磁束を検出するものであるトルクセンサ。
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