JP7115113B2

JP7115113B2 - センサ装置

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Publication number: JP7115113B2
Application number: JP2018141438A
Authority: JP
Inventors: 祐一外山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: US11060931B2; US20200033209A1; EP3599450B1; EP3599450A1; CN110779641A; JP2020016608A; CN110779641B

Description

本発明は、センサ装置に関する。

特許文献１に示すように、回転軸に加わるトルクを検出するトルクセンサが知られている。回転軸は、入力軸と出力軸とを有している。入力軸と出力軸とは、トーションバーにより接続されている。

トルクセンサは、入力軸に固定されている永久磁石と、出力軸に固定されているとともに永久磁石が形成する磁界内に配置された磁気ヨークと、磁気ヨークからの磁束を誘導する一対の集磁リングと、集磁リングに誘導された磁束に基づいて検出信号を生成する磁気センサとを有している。集磁リングは、それぞれホルダに保持されている。磁気センサは、一対のホルダの間に配置されている。

特開２０１５－３１６００号公報

特許文献１に記載のトルクセンサの場合、磁気センサは一対のホルダの間に配置されているだけで、磁気センサがホルダに対して位置決めされるようにして固定されてはいない。このことから、トルクセンサを組み立てる際には、ホルダと磁気センサとの間に組み付け公差が生じるおそれがある。ホルダに対する磁気センサの組み付け公差が生じると、集磁リング間を通る磁束を検出する磁気センサの検出精度に影響を与えるおそれがある。

上記課題を解決するセンサ装置は、第１軸に取り付けられるとともに、周方向に着磁された永久磁石と、連結軸を介して前記第１軸と連結された第２軸に固定されるとともに、前記永久磁石が形成する磁界内に配置された磁気ヨークと、前記磁気ヨークを取り囲むように配置されるとともに、前記磁気ヨークの磁束を集める第１集磁リングと、前記第１集磁リングを保持する第１ホルダと、前記第１集磁リングと前記第２軸の軸方向に並んで配置されて、前記磁気ヨークを取り囲むように配置されるとともに、前記磁気ヨークの磁束を集める第２集磁リングと、前記第１ホルダと前記軸方向に並んで配置されるとともに、前記第２集磁リングを保持する第２ホルダと、前記永久磁石、前記磁気ヨーク、前記第１集磁リング、および前記第２集磁リングにより形成される磁気回路の磁束を検出する磁気センサと、を備え、前記磁気センサは、前記第２ホルダに対して予め一体的に組み付けられた状態で、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングとの間に配置されている。

上記構成によれば、磁気センサが第２ホルダに対して予め一体的に組み付けられた状態であることで磁気センサが第２ホルダに対して位置ずれすることが抑制されている。この場合、センサ装置を組み立てる際には、第２ホルダに対する磁気センサの組み付け公差が生じることが抑えられている。このため、第２ホルダに対する磁気センサの組み付け公差が生じることが抑えられる分だけ、各ホルダに対する磁気センサの組み付け公差に起因して、磁気センサの検出精度に影響を与えることが抑えられている。

上記のセンサ装置において、前記磁気センサは、回路部に実装されており、前記回路部には、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記第２ホルダには、前記第１ホルダへ向けて延びる位置決め突起が設けられ、前記第２ホルダに設けられた位置決め突起は、前記回路部の前記貫通孔に挿通していることが好ましい。

上記構成によれば、回路部に設けられた貫通孔に第２ホルダに設けられた位置決め突起が挿通されることによって、第２ホルダに対する回路部の位置決めがなされている。すなわち、貫通孔に位置決め突起が挿通されることによって、回路部が第２ホルダに対して回路部の板厚方向に直交する方向に位置ずれすることが規制されている。このことから、回路部の第２ホルダに対する回路部の板厚方向と直交する方向の組み付け公差を抑えることができるため、回路部に実装されている磁気センサの第２ホルダに対する組み付け公差を抑えることができるようになる。

上記のセンサ装置において、前記位置決め突起は、前記第１ホルダへ向けて延びる軸部と、前記軸部の先端部に設けられているとともに前記軸部より拡径している頭部とを有し、前記頭部は、前記回路部の前記第１ホルダ側の面と当接していることが好ましい。

上記構成によれば、磁気センサを実装した回路部の第１ホルダ側の面が頭部と当接していることによって、第２ホルダに対して回路部が板厚方向に位置ずれすることが規制されている。このことから、回路部の第２ホルダに対する回路部の板厚方向の組み付け公差を抑えることができるため、回路部に実装されている磁気センサの第２ホルダに対する組み付け公差を抑えることができるようになる。

上記のセンサ装置は、前記第１ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の外壁面には、前記第２ホルダへ向けて延びる嵌合凸部が設けられ、前記第２ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の外壁面には、前記嵌合凸部と嵌合する嵌合凹部が設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、第１ホルダにおける磁気センサを収容する部分と第２ホルダにおける磁気センサを収容する部分とを組み付けるための嵌合凸部を、磁気センサが一体的に組み付けられている第２ホルダに設けずに、第１ホルダに設けている。嵌合凹部に嵌合させる際には、主に嵌合凸部が変形することによって、嵌合凸部は嵌合凹部に嵌合することになる。このことから、嵌合凸部を嵌合凹部に嵌合させる際において、磁気センサが一体的に組み付けられている第２ホルダには、嵌合凸部が設けられている第１ホルダよりも、嵌合に伴って生じる変形力が作用することが抑えられている。この変形力が作用することを抑制することによって、磁気センサの第２ホルダに対する組み付け公差が生じることを抑えることができる。

本発明のセンサ装置によれば、ホルダに対する磁気センサの組み付け公差を抑えることができる。

トルクセンサの構成を示す分解斜視図。（ａ）は、第１ホルダの斜視図、（ｂ）は、第２ホルダ及び磁気センサが実装された回路基板の斜視図。第２ホルダ及び磁気センサが実装された回路基板をＸ方向から見たときの図。（ａ），（ｂ）は、位置決め突起を示す概略断面図。

トルクセンサの一実施形態について説明する。
図１～図３に示すように、センサ装置としてのトルクセンサ１は、例えば、電動パワーステアリング装置のステアリングシャフト等の回転軸１０に付与されたトルクを検出するものであり、トーションバー１３と、円筒状の永久磁石２０と、円筒状の磁気ヨーク３０と、磁気ヨーク３０を取り囲むように配置されている円筒状の集磁リング４０と、集磁リング４０を保持するホルダ５０と、ホルダ５０の外周を覆う磁気シールド１００と、磁気センサ１１０とを備えている。

回転軸１０は、入力軸１１、出力軸１２、及びトーションバー１３により構成されている。連結軸としてのトーションバー１３は、第１軸としての入力軸１１と、第２軸としての出力軸１２との間に配置されている。入力軸１１及び出力軸１２は、トーションバー１３を介して同一軸線上に連結されている。

永久磁石２０は、入力軸１１に連結されている。永久磁石２０は、円筒状の保持部２１と、多極磁石２２とを有している。保持部２１は、入力軸１１における出力軸１２側の端部に外嵌されている。保持部２１は、入力軸１１と一体回転可能に取り付けられている。保持部２１の外周面には、多極磁石２２が取り付けられている。多極磁石２２は、保持部２１の周方向にＮ極及びＳ極の各磁極を交互に配置した構造からなる。

磁気ヨーク３０は、出力軸１２に連結されている。磁気ヨーク３０は、円環状の第１磁気ヨーク３１と、円環状の第２磁気ヨーク３２とを有している。第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２は出力軸１２と同軸に配置された状態で、出力軸１２と一体回転可能に固定されている。第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２は、多極磁石２２を取り囲むように多極磁石２２の外周に所定の隙間を空けて配置されている。第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２は、多極磁石２２が形成する磁界内に配置されている。第１磁気ヨーク３１と第２磁気ヨーク３２とは、軸方向Ｘに所定の隙間を空けて互いに対向配置されている。軸方向Ｘは、出力軸１２の軸方向であって、入力軸１１及び出力軸１２の軸線と平行な方向である。第１磁気ヨーク３１は、円環状の第１環状部３１ａと、第１環状部３１ａの内周面から第２磁気ヨーク３２に向かって延びる複数の第１爪部３１ｂとを有している。第１爪部３１ｂは、第１環状部３１ａの内周面において、周方向に等間隔を空けて配置されている。第２磁気ヨーク３２は、円環状の第２環状部３２ａと、第２環状部３２ａの内周面から第１磁気ヨーク３１に向かって延びる複数の第２爪部３２ｂとを有している。第２爪部３２ｂは、第２環状部３２ａの内周面において、周方向に等間隔を空けて配置されている。第１爪部３１ｂと第２爪部３２ｂとが互いに周方向に一定の間隔でずれた状態で、第１磁気ヨーク３１と第２磁気ヨーク３２とは合成樹脂体３３によりモールドされている。第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２の内周面は、合成樹脂体３３から露出している。また、第１環状部３１ａ及び第２環状部３２ａの外周面は、合成樹脂体３３から露出している。第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２は、磁性材料により構成されている。

入力軸１１と出力軸１２との間のトーションバー１３が捩られていない中立状態において、第１磁気ヨーク３１の第１爪部３１ｂの先端と第２磁気ヨーク３２の第２爪部３２ｂの先端とは、永久磁石２０の多極磁石２２のＮ極とＳ極との間の境界を指している。

集磁リング４０は、第１磁気ヨーク３１の磁束を誘導して集める円環状の第１集磁リング４１と、第２磁気ヨーク３２の磁束を誘導して集める円環状の第２集磁リング４２とを有している。第１集磁リング４１と第２集磁リング４２とは、軸方向Ｘに所定の隙間を空けて並んで配置されている。第１集磁リング４１及び第２集磁リング４２は、磁性材料により構成されている。

第１集磁リング４１は、第１磁気ヨーク３１を取り囲むように第１磁気ヨーク３１の外周に所定の隙間を空けて配置されている第１リング部４１ａと、第１リング部４１ａから径方向外側に向かって延びている第１集磁部４１ｂとを有している（図３参照）。本実施形態では、第１集磁リング４１の第１集磁部４１ｂは一対設けられている。

第２集磁リング４２は、第２磁気ヨーク３２を取り囲むように第２磁気ヨーク３２の外周に所定の隙間を空けて配置されている第２リング部４２ａと、第２リング部４２ａから径方向外側に向かって延びている第２集磁部４２ｂとを有している（図３参照）。本実施形態では、第２集磁リング４２の第２集磁部４２ｂは一対設けられている。

第１集磁リング４１が第１磁気ヨーク３１の外周に配置され、第２集磁リング４２が第２磁気ヨーク３２の外周に配置された状態において、第１集磁部４１ｂと第２集磁部４２ｂとは、軸方向Ｘに所定の隙間を空けて互いに対向配置されている。

ホルダ５０は、第１集磁リング４１を保持する第１ホルダ５１と、第２集磁リング４２を保持する第２ホルダ５２とを有している。第１ホルダ５１と第２ホルダ５２とは、軸方向Ｘに並んで配置されている。これら第１ホルダ５１と第２ホルダ５２とが組み付けられることにより、ホルダ５０が構成されている。

第１ホルダ５１は、第１リング部４１ａを取り囲んで保持する第１リング部ホルダ６０と、第１集磁部４１ｂを取り囲んで保持する第１集磁部ホルダ７０とを有している。第１集磁部ホルダ７０は、第１リング部ホルダ６０から径方向外側に向かって延びている。第１リング部ホルダ６０及び第１集磁部ホルダ７０は、一体的に成型されている。第１リング部ホルダ６０及び第１集磁部ホルダ７０は、合成樹脂により構成されている。

第１リング部ホルダ６０は、第１リング部４１ａを取り囲むように略円筒状をなしている。第１リング部ホルダ６０の内周面には、全周にわたって第１リング部４１ａが嵌る第１リング部凹部が凹み形成されている。第１リング部凹部は、第１リング部ホルダ６０の内周面において、軸方向Ｘにおける中間部分に設けられている。第１リング部ホルダ６０の内周面には、３つの第１嵌合凹部６２が設けられている。第１嵌合凹部６２は、それぞれ第１リング部ホルダ６０の軸方向全域において凹み形成されている。第１嵌合凹部６２の凹み量は、第１リング部凹部の凹み量よりも大きく設定されている。第１嵌合凹部６２は、中央凹部６２ａ、一方側凹部６２ｂ、及び他方側凹部６２ｃからなる。中央凹部６２ａは、第１リング部ホルダ６０の周方向において、第１集磁部ホルダ７０と反対側の位置に設けられている。一方側凹部６２ｂは、第１リング部ホルダ６０の内周面において、中央凹部６２ａから周方向一方側（図２（ａ）中の右側）へ向けて所定の間隔を空けた位置に設けられている。他方側凹部６２ｃは、第１リング部ホルダ６０の内周面において、中央凹部６２ａから周方向他方側（図２（ａ）中の左側）へ向けて所定の間隔を空けた位置に設けられている。一方側凹部６２ｂ及び他方側凹部６２ｃは、中央凹部６２ａに対して周方向に同じ間隔を空けて設けられている。第１集磁部ホルダ７０が延びる方向と直交する方向に延びるとともに第１リング部ホルダ６０の内周域の中心を通る第１仮想水平直線Ｌ１よりも第１集磁部ホルダ７０と反対側の部分において、第１リング部ホルダ６０は、その外側面が円周面状をなす第１円周面部６３を有している。第１円周面部６３には、その外側面において径方向外側に突出した第１フランジ部６４が設けられている。第１フランジ部６４は、第１円周面部６３の外側面のうち、第２ホルダ５２と反対側の部分に設けられている。第１リング部ホルダ６０は、外側面が３つの平面からなり、その径方向の幅が第１円周面部６３よりも幅広に形成されている第１平面部６５を有している。第１平面部６５は、第１リング部ホルダ６０における第１仮想水平直線Ｌ１よりも第１集磁部ホルダ７０側の部分に設けられている。第１平面部６５の外側面は、第１集磁部ホルダ７０の延びる方向に沿う２つの平面６５ａ，６５ｂと、第１仮想水平直線Ｌ１と平行に延びる直線に沿う平面６５ｃとからなる。平面６５ａ，６５ｂには、第１凹み６６が設けられている。第１平面部６５には、軸方向Ｘにおいて四角形状をなして貫通する第２嵌合凹部６７が一対設けられている。

第１集磁部ホルダ７０は、矩形板状をなしている。第１集磁部ホルダ７０は、第１リング部ホルダ６０の外周面における第２ホルダ５２側の部分に接続されている。第１集磁部ホルダ７０は、第１基板収容部７１及び壁部７２を有している。第１基板収容部７１における第２ホルダ５２側の面は、磁気センサ１１０が当接する当接面として機能する。第１集磁部ホルダ７０における第２ホルダ５２側の面は、第１リング部ホルダ６０における第２ホルダ５２側の面と同一平面上に位置している。第１集磁部ホルダ７０の第１基板収容部７１の軸方向Ｘの厚さは、第１リング部ホルダ６０の軸方向Ｘの厚さよりも薄く設定されている。第１基板収容部７１には、壁部７２が接続されているとともに第１リング部ホルダ６０の第１平面部６５に接続されている。壁部７２は、矩形板状をなしている。壁部７２の軸方向Ｘの長さは、第１リング部ホルダ６０の軸方向Ｘの長さよりも長く設定されている。壁部７２の第１仮想水平直線Ｌ１と平行な方向に位置する両端面に凸条７３が設けられている。凸条７３は、軸方向Ｘに延びている。凸条７３は、設けられる端面のうち、第１集磁部ホルダ７０の延びる方向における中間位置に設けられている。第１基板収容部７１は、第３嵌合凸部７４を有している。第３嵌合凸部７４は、第１基板収容部７１（第１集磁部ホルダ７０）の先端側において、第１基板収容部７１の第２ホルダ５２側の面から第２ホルダ５２に向けて延びている。第３嵌合凸部７４は、スナップフィットのための係合爪をなしている。

第２ホルダ５２は、第２リング部４２ａを取り囲んで保持する第２リング部ホルダ８０と、第２集磁部４２ｂを取り囲んで保持する第２集磁部ホルダ９０とを有している。第２集磁部ホルダ９０は、第２リング部ホルダ８０から径方向外側に向かって延びている。第２リング部ホルダ８０及び第２集磁部ホルダ９０は、一体的に成型されている。第２リング部ホルダ８０及び第２集磁部ホルダ９０は、合成樹脂により構成されている。

第２リング部ホルダ８０は、第２集磁リング４２を取り囲むように略円筒状をなしている。第２リング部ホルダ８０の内周面には、全周にわたって第２リング部４２ａが嵌る第２リング部凹部が凹み形成されている。第２リング部凹部は、第２リング部ホルダ８０の内周面において、軸方向Ｘにおける中間部分に設けられている。第２リング部ホルダ８０には、３つの第１嵌合凸部８２が設けられている。第１嵌合凸部８２は、それぞれ第２リング部ホルダ８０における第１ホルダ５１側の面から第１ホルダ５１へ向けて突出している。第１嵌合凸部８２は、中央凸部８２ａ、一方側凸部８２ｂ、及び他方側凸部８２ｃからなる。中央凸部８２ａは、第２リング部ホルダ８０の周方向において、第２集磁部ホルダ９０と反対側の位置に設けられている。一方側凸部８２ｂは、第２リング部ホルダ８０の周方向において、中央凸部８２ａから周方向一方側（図２（ｂ）中の右側）へ向けて所定の間隔を空けた位置に設けられている。他方側凸部８２ｃは、第２リング部ホルダ８０の周方向において、中央凸部８２ａから周方向他方側（図２（ｂ）中の左側）へ向けて所定の間隔を空けた位置に設けられている。一方側凸部８２ｂ及び他方側凸部８２ｃは、中央凸部８２ａに対して周方向に同じ間隔を空けて設けられている。第２集磁部ホルダ９０が延びる方向と直交する方向に延びるとともに第２リング部ホルダ８０の内周域の中心を通る第２仮想水平直線Ｌ２よりも第２集磁部ホルダ９０と反対側の部分において、第２リング部ホルダ８０は、その外側面が円周面状をなす第２円周面部８３を有している。第２円周面部８３には、その外側面において径方向外側に突出した第２フランジ部８４が設けられている。第２フランジ部８４は、第２円周面部８３の外側面のうち、第１ホルダ５１と反対側の部分に位置している。第２リング部ホルダ８０は、外側面が３つの平面からなり、その径方向の幅が第２円周面部８３よりも幅広に形成されている第２平面部８５を有している。第２平面部８５は、第２リング部ホルダ８０における第２仮想水平直線Ｌ２よりも第２集磁部ホルダ９０側の部分に設けられている。第２平面部８５の外側面は、第２集磁部ホルダ９０の延びる方向に沿う２つの平面８５ａ，８５ｂと、第２仮想水平直線Ｌ２と平行に延びる直線に沿う平面８５ｃとからなる。平面８５ａ，８５ｂには、第２凹み８６が一対設けられている。第２平面部８５における第１ホルダ５１側の面には、第１ホルダ５１側に向けて突出する第２嵌合凸部８７が設けられている。第２嵌合凸部８７は、スナップフィットのための係合爪をなしている。

磁気シールド１００は、第１ホルダ５１及び第２ホルダ５２が組み付けられた状態において、第１リング部ホルダ６０及び第２リング部ホルダ８０の外周側に配置されている。磁気シールド１００は、断面Ｃ字形状をなしている。磁気シールド１００には、例えば金属等の磁気を遮断できる材料が採用されている。磁気シールド１００は、第１リング部ホルダ６０の第１フランジ部６４及び第２リング部ホルダ８０の第２フランジ部８４に軸方向Ｘにおいて当接している。磁気シールド１００の周方向における両端部は、第１凹み６６及び第２凹み８６に挿入して固定されている。

第２集磁部ホルダ９０は、矩形板状をなしている。第２集磁部ホルダ９０は、第２リング部ホルダ８０の外周面に接続されている。第２集磁部ホルダ９０は、軸方向Ｘにおいて第１ホルダ５１と対向するように配置されている。第２集磁部ホルダ９０における第１ホルダ５１と反対側の面は、第２リング部ホルダ８０における第１ホルダ５１と反対側の面と同一平面上に位置している。第２集磁部ホルダ９０は、第２基板収容部９１及び鍔部９２を有している。第２基板収容部９１の第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向における両端面には、それぞれ鍔部９２が設けられている。鍔部９２は、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向に延びている。鍔部９２は、第２基板収容部９１における第１ホルダ５１側の面よりも第１ホルダ５１側に向けて延びている。鍔部９２の軸方向Ｘの長さは、第２基板収容部９１の軸方向Ｘの長さよりも長く設定されている。鍔部９２における第２基板収容部９１側の面には、それぞれ軸方向Ｘに延びている凹条９３が設けられている。凹条９３は、設けられる面のうち、第２集磁部ホルダ９０の延びる方向における中間位置に設けられている。凹条９３の凹み量は、凸条７３の突出量と同程度に設定されている。第２基板収容部９１は、第３嵌合凸部７４と嵌合するための第３嵌合凹部９４を有している。第３嵌合凹部９４は、第２基板収容部９１の先端側に位置するとともに軸方向Ｘに延びている。第２集磁部ホルダ９０の第２基板収容部９１の軸方向Ｘの厚さは、第２リング部ホルダ８０における第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７の設けられていない部分の軸方向Ｘの厚さと同程度に設定されている。

第２リング部ホルダ８０の第２平面部８５における第１ホルダ５１側の面及び第２基板収容部９１における第１ホルダ５１側の面には、回路基板１１１を配置するための凹みである基板凹部９５が設けられている。基板凹部９５は、第２平面部８５及び第２基板収容部９１にまたがって形成されている。基板凹部９５は、軸方向Ｘから見たとき、矩形をなしている。第１基板収容部７１、第２基板収容部９１、第２リング部ホルダ８０の第２平面部８５における基板凹部９５が設けられている部分、及び第１リング部ホルダ６０の第１平面部６５における基板凹部９５と軸方向Ｘにおいて対向している部分は、磁気センサ１１０を収容する部分として機能する。すなわち、第３嵌合凸部７４及び第３嵌合凹部９４は、磁気センサ１１０を収容する部分の外壁面に設けられている。基板凹部９５には、基板凹部９５の第１ホルダ５１側の面から第１ホルダ５１側へ向けて延びる位置決め突起９６が設けられている。位置決め突起９６は、基板凹部９５において一対設けられている。各位置決め突起９６は、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において並んで配置されている。

回路部としての回路基板１１１は、矩形板状をなしている。回路基板１１１における第１ホルダ５１側の面には、磁気センサ１１０が実装されている。磁気センサ１１０は、直方体状をなしている。本実施形態では、磁気センサ１１０は一対設けられている。磁気センサ１１０は、回路基板１１１における第２リング部ホルダ８０側の端部に設けられている。各磁気センサ１１０は、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において並んで配置されている。回路基板１１１における第２リング部ホルダ８０側の端部には、切り欠き１１１ａが設けられている。切り欠き１１１ａは、軸方向Ｘに貫通している。各切り欠き１１１ａは、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において並んで設けられている。磁気センサ１１０は、軸方向Ｘから見たとき、切り欠き１１１ａと重なる位置において、切り欠き１１１ａに架け渡されるように配置されている。切り欠き１１１ａには、第２集磁リング４２の第２集磁部４２ｂが配置されている。磁気センサ１１０は、第１ホルダ５１及び第２ホルダ５２が組み付けられた状態において、それぞれ第１集磁部４１ｂと第２集磁部４２ｂとの間に配置されている。第２集磁部ホルダ９０の延びる方向から見たとき、磁気センサ１１０の間に第１嵌合凸部８２の中央凸部８２ａが位置している。鍔部９２の凹条９３は、回路基板１１１に実装されている磁気センサ１１０よりも、第２集磁部ホルダ９０の先端側に位置している。第３嵌合凹部９４は、回路基板１１１の第２集磁部ホルダ９０の先端側の端部よりも先端側に位置している。

各磁気センサ１１０は、永久磁石２０、第１磁気ヨーク３１、第２磁気ヨーク３２、第１集磁リング４１、及び第２集磁リング４２によって構成される磁気回路の磁束を検出する。各磁気センサ１１０には、例えばホール素子等の磁気検出素子が内蔵されている。各磁気センサ１１０は、付与された磁気の強さに応じた電圧値を検出信号として生成する。磁気センサ１１０は、信号配線１２０と接続されている。磁気センサ１１０は、信号配線１２０を通じて検出信号を出力する。

回路基板１１１における第１ホルダ５１側の面には、第２リング部ホルダ８０側から第２集磁部ホルダ９０の先端側へ向かう順に、磁気センサ１１０、各種の電子部品１１２、貫通孔１１３、及び接続部１１４が配置されている。各種の電子部品１１２は、磁気センサ１１０により検出信号を生成するための各種の演算を実行する。接続部１１４は、外部の装置と接続するための信号配線１２０と電子部品１１２とを接続している。接続部１１４は、例えば半田付けされた部分である。

回路基板１１１における電子部品１１２と接続部１１４との間の部分は、何も電子部品は実装されていない部分であり、この部分に貫通孔１１３が形成されている。貫通孔１１３は、軸方向Ｘに延びている。貫通孔１１３は、回路基板１１１に一対形成されている。各貫通孔１１３は、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において並んで配置されている。貫通孔１１３には、基板凹部９５に設けられた位置決め突起９６が挿通されている。貫通孔１１３は、それぞれ磁気センサ１１０よりも第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において外側に設けられている。

図４（ａ）に示すように、位置決め突起９６は、回路基板１１１が第２集磁部ホルダ９０に組み付けられた状態において、第１集磁部ホルダ７０へ向けて延びる軸部９６ａ、及び軸部９６ａの先端部に設けられている頭部９６ｂを有している。軸部９６ａは、円柱状をなしている。軸部９６ａは、貫通孔１１３に挿通している。頭部９６ｂは、半球状をなしている。頭部９６ｂの外周面は、軸部９６ａよりも拡径している。頭部９６ｂは、軸方向Ｘから見たとき、丸状をなしている。頭部９６ｂの外径は、貫通孔１１３の内径よりも大きく設定されている。位置決め突起９６は、熱でかしめられることにより形成されている。頭部９６ｂの底面は、回路基板１１１の第１集磁部ホルダ７０側の面に当接している。

図４（ｂ）に示すように、回路基板１１１が第２集磁部ホルダ９０に組み付けられる前の状態、すなわち回路基板１１１に設けられた貫通孔１１３に位置決め突起９６が挿通しただけの状態である場合、位置決め突起９６の頭部９６ｂは形成されていない。回路基板１１１に設けられた貫通孔１１３を位置決め突起９６に挿通した後、位置決め突起９６の先端を熱によってかしめることにより、頭部９６ｂが形成される。これにより、回路基板１１１は、第２集磁部ホルダ９０に対して一体的に組み付けられる。

図１～図３に示すように、第１ホルダ５１と第２ホルダ５２とは、磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１を挟み込んだ状態で組み付けられる。第１ホルダ５１及び第２ホルダ５２の組み付けの際、第２ホルダ５２に対して回路基板１１１が予め一体的に組み付けられている。具体的には、第１ホルダ５１及び第２ホルダ５２の成型後から第２ホルダ５２に対して第１ホルダ５１を組み付けるまでの間に、回路基板１１１は第２ホルダ５２に対して予め一体的に組み付けられる。その後、第１集磁部ホルダ７０の凸条７３を第２集磁部ホルダ９０の凹条９３に嵌める。また、第２リング部ホルダ８０の第１嵌合凸部８２は、第１リング部ホルダ６０の第１嵌合凹部６２に嵌合する。また、第２リング部ホルダ８０の第２嵌合凸部８７は、第１リング部ホルダ６０の第２嵌合凹部６７に嵌合する。また、第１集磁部ホルダ７０の第３嵌合凸部７４は、第２集磁部ホルダ９０の第３嵌合凹部９４に嵌合する。これらにより、第２ホルダ５２に対する第１ホルダ５１の組み付けが完了する。

このように構成されたトルクセンサ１では、例えば回転軸１０が回転操作されることにより、入力軸１１と出力軸１２との間に相対的な回転変位が生じると、永久磁石２０と第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２との位置関係が変化するため、第１磁気ヨーク３１及び第２磁気ヨーク３２に集磁される磁気が変化する。これにより、第１集磁部４１ｂと第２集磁部４２ｂとの間を通る磁束が変化するため、磁気センサ１１０に付与される磁気の強さが変化する。磁気センサ１１０に付与される磁気の強さは、トーションバー１３の捩れ角に応じて変化する。したがって、磁気センサ１１０により出力される検出信号に基づいてトーションバー１３の捩れ角を演算することができるため、トーションバー１３の捩れ角に基づいて回転軸１０に付与されたトルクを演算することができる。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）回路基板１１１に実装された磁気センサ１１０が第２ホルダ５２の第２集磁部ホルダ９０に対して予め一体的に組み付けられた状態であることで、磁気センサ１１０が第２ホルダ５２に対して位置ずれすることが抑制されている。この場合、トルクセンサ１を組み立てる際には、第２ホルダ５２に対する磁気センサ１１０の組み付け公差が抑えられている。このため、第２ホルダ５２に対する磁気センサ１１０の組み付け公差が生じることが抑えられる分だけ、第１ホルダ５１及び第２ホルダ５２に対する磁気センサ１１０の組み付け公差に起因して、磁気センサ１１０の検出精度に影響を与えることが抑えられている。

（２）回路基板１１１に設けられた貫通孔１１３に第２ホルダ５２の第２集磁部ホルダ９０に設けられた位置決め突起９６が挿通されていることによって、第２集磁部ホルダ９０に対する回路基板１１１の位置決めがなされている。すなわち、回路基板１１１が軸方向Ｘに直交する方向に移動しようとしたとき、回路基板１１１の貫通孔１１３が位置決め突起９６に当接する。これにより、貫通孔１１３に位置決め突起９６が挿通されていることによって、回路基板１１１が第２集磁部ホルダ９０に対して回路基板１１１の板厚方向に直交する方向に位置ずれすることが規制されている。このことから、回路基板１１１の板厚方向と直交する方向の組み付け公差を抑えることができるため、回路基板１１１に実装されている磁気センサ１１０の第２ホルダ５２に対する組み付け公差を抑えることができるようになる。

（３）磁気センサ１１０を実装した回路基板１１１の第１集磁部ホルダ７０側の面が位置決め突起９６の頭部９６ｂに当接していることによって、第２ホルダ５２に対して回路基板１１１が板厚方向に位置ずれすることが規制されている。このことから、回路基板１１１の第２ホルダ５２に対する回路基板１１１の板厚方向の組み付け公差を抑えることができるため、回路基板１１１に実装されている磁気センサ１１０の第２ホルダ５２に対する組み付け公差を抑えることができるようになる。

（４）比較例として、第１ホルダ５１における磁気センサ１１０を収容する部分である第１集磁部ホルダ７０と第２ホルダ５２における磁気センサ１１０を収容する部分である第２集磁部ホルダ９０とを組み付けるための嵌合凸部が第２集磁部ホルダ９０に設けられている場合について説明する。嵌合凸部を嵌合凹部に嵌合させる際には、主に嵌合凸部が変形することから、嵌合凸部が設けられている第２集磁部ホルダ９０に、嵌合に伴って生じる変形力が作用することになる。このことから、第２集磁部ホルダ９０が変形することで、第２集磁部ホルダ９０に対して一体的に組み付けられている回路基板１１１の組み付け公差が生じるおそれがある。本実施形態では、第１集磁部ホルダ７０と第２集磁部ホルダ９０とを組み付けるための第３嵌合凸部７４を、磁気センサ１１０が一体的に組み付けられている第２集磁部ホルダ９０に設けずに、第１集磁部ホルダ７０に設けている。第３嵌合凹部９４に嵌合させる際には、主に第３嵌合凸部７４が変形することによって、第３嵌合凸部７４は第３嵌合凹部９４に嵌合する。このことから、第３嵌合凸部７４を第３嵌合凹部９４に嵌合させる際において、磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１が一体的に組み付けられている第２集磁部ホルダ９０には、第３嵌合凸部７４が設けられている第１集磁部ホルダ７０よりも、嵌合に伴って生じる変形力が作用することが抑えられている。この変形力が作用することを抑制することによって、磁気センサ１１０の第２ホルダ５２に対する組み付け公差が生じることを抑えることができる。

（５）第１リング部ホルダ６０と第２リング部ホルダ８０とを組み付けるための第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７を第２リング部ホルダ８０側に設け、第１集磁部ホルダ７０と第２集磁部ホルダ９０とを組み付けるための第３嵌合凸部７４を第１集磁部ホルダ７０側に設けている。第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７と第３嵌合凸部７４とを互いに異なるホルダに配置していることから、嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合に伴って生じる変形力を各ホルダに分散させることができる。

（６）比較例として、位置決め突起９６が第２集磁部ホルダ９０に１つのみ設けられている場合、回路基板１１１は、貫通孔１１３に挿通する位置決め突起９６を中心として回転するおそれがある。この点、本実施形態では、位置決め突起９６は、第２集磁部ホルダ９０の基板凹部９５において、第２仮想水平直線Ｌ２と平行な方向において並んで２つ設けられている。このことから、回路基板１１１が第２集磁部ホルダ９０に対して回転することが規制されている。

（７）回路基板１１１の貫通孔１１３は、貫通孔１１３に挿通される位置決め突起９６が熱によってかしめられることを考慮して、回路基板１１１において磁気センサ１１０を貫通孔１１３から離して配置している。これにより、位置決め突起９６が熱によってかしめられた場合においても、この熱が磁気センサ１１０に伝わり難くしている。

本実施形態は次のように変更してもよい。また、以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・第１嵌合凸部８２は、１つのみ設けられてもよいし、２つ以上設けられてもよい。これに対応して、第１嵌合凹部６２は、１つのみ設けられてもよいし、２つ以上設けられてもよい。また、第２嵌合凸部８７及び第２嵌合凹部６７についても、１つのみ設けられてもよいし、２つ以上設けられてもよい。また、第３嵌合凸部７４及び第３嵌合凹部９４についても、１つのみ設けられてもよいし、２つ以上設けられてもよい。

・第１リング部ホルダ６０と第２リング部ホルダ８０とを組み付けるための第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７を第１リング部ホルダ６０側に設け、第１集磁部ホルダ７０と第２集磁部ホルダ９０とを組み付けるための第３嵌合凸部７４を第２集磁部ホルダ９０側に設けるようにしてもよい。

・第１リング部ホルダ６０と第２リング部ホルダ８０とを組み付けるための第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７を第１リング部ホルダ６０側に設けるとともに、第１集磁部ホルダ７０と第２集磁部ホルダ９０とを組み付けるための第３嵌合凸部７４を第１集磁部ホルダ７０側に設けるようにしてもよい。また、第１嵌合凸部８２及び第２嵌合凸部８７を第２リング部ホルダ８０側に設けるとともに、第３嵌合凸部７４を第２集磁部ホルダ９０側に設けるようにしてもよい。

・第３嵌合凸部７４を第２集磁部ホルダ９０側に設けるようにしてもよい。
・位置決め突起９６は、第２集磁部ホルダ９０の基板凹部９５において２つ設けられたが、１つのみであってもよい。また、位置決め突起９６は、３つ以上設けられてもよい。

・位置決め突起９６には、頭部９６ｂが形成されたが、頭部９６ｂはなくてもよい。すなわち、位置決め突起９６は、少なくとも軸部９６ａがあればよい。また、位置決め突起９６の先端を熱によってかしめることにより頭部９６ｂを形成する工程を省いてもよい。

・軸部９６ａの軸方向Ｘから見たときの断面形状は、円形に限らず、多角形状であってもよい。
・位置決め突起９６は、第１集磁部ホルダ７０に設けてもよい。すなわち、磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１を第１ホルダ５１に対して一体的に組み付けるようにしてもよい。

・磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１を第２ホルダ５２に対して一体的に組み付けるために位置決め突起９６が設けられたが、設けなくてもよい。例えば、ねじ等の他の締結手段によって磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１を第２ホルダ５２に対して一体的に組み付けるようにしてもよい。すなわち、磁気センサ１１０が実装された回路基板１１１を第２ホルダ５２に対して一体的に組み付ける方法はどのようなものであってもよい。

・磁気センサ１１０は、回路基板１１１に１つのみ実装されてもよい。この場合、第１集磁リング４１の第１集磁部４１ｂも１つのみ設けられるとともに、第２集磁リング４２の第２集磁部４２ｂも１つのみ設けられるようにしてもよい。また、磁気センサ１１０は、回路基板１１１に３つ以上実装されてもよい。この場合、第１集磁リング４１の第１集磁部４１ｂも３つ以上設けられるとともに、第２集磁リング４２の第２集磁部４２ｂも３つ以上設けられるようにすればよい。

・磁気センサ１１０は、基板凹部９５に組み付けられ、第１集磁部４１ｂと第２集磁部４２ｂとの間に配置されるようにしてもよい。また、磁気センサ１１０をターミナル（接続端子）に接続してもよい。この場合、ターミナルの導線部に貫通孔を設けて、この貫通孔に位置決め突起９６を挿通した状態で位置決め突起９６の先端をかしめるようにしてもよい。

・磁気センサ１１０として、ホール素子が採用されたが、磁気抵抗素子が採用されてもよい。
・センサ装置として、トルクを検出するためのトルクセンサ１に具体化したが、例えば回転軸１０の回転角度を検出するための回転角度検出装置に具体化してもよい。

１…トルクセンサ、１０…回転軸、１１…入力軸、１２…出力軸、１３…トーションバー、２０…永久磁石、２１…保持部、２２…多極磁石、３０…磁気ヨーク、３１…第１磁気ヨーク、３１ａ…第１環状部、３１ｂ…第１爪部、３２…第２磁気ヨーク、３２ａ…第２環状部、３２ｂ…第２爪部、４０…集磁リング、４１…第１集磁リング、４１ａ…第１リング部、４１ｂ…第１集磁部、４２…第２集磁リング、４２ａ…第２リング部、４２ｂ…第２集磁部、５０…ホルダ、５１…第１ホルダ、５２…第２ホルダ、６０…第１リング部ホルダ、６２…第１嵌合凹部、６３…第１円周面部、６４…第１フランジ部、６５…第１平面部、６６…第１凹み、６７…第２嵌合凹部、７０…第１集磁部ホルダ、７１…第１基板収容部、７２…壁部、７３…凸条、７４…第３嵌合凸部、８０…第２リング部ホルダ、８２…第１嵌合凸部、８３…第２円周面部、８４…第２フランジ部、８５…第２平面部、８６…第２凹み、８７…第２嵌合凸部、９０…第２集磁部ホルダ、９１…第２基板収容部、９２…鍔部、９３…凹条、９４…第３嵌合凹部、９５…基板凹部、９６…位置決め突起、９６ａ…軸部、９６ｂ…頭部、１００…磁気シールド、１１０…磁気センサ、１１１…回路基板、１１２…電子部品、１１３…貫通孔、１１４…接続部、１２０…信号配線、Ｌ１…第１仮想水平直線、Ｌ２…第２仮想水平直線、Ｘ…軸方向。

Claims

第１軸に取り付けられるとともに、周方向に着磁された永久磁石と、
連結軸を介して前記第１軸と連結された第２軸に固定されるとともに、前記永久磁石が形成する磁界内に配置された磁気ヨークと、
前記磁気ヨークを取り囲むように配置されるとともに、前記磁気ヨークの磁束を集める第１集磁リングと、
前記第１集磁リングを保持する第１ホルダと、
前記第１集磁リングと前記第２軸の軸方向に並んで配置されて、前記磁気ヨークを取り囲むように配置されるとともに、前記磁気ヨークの磁束を集める第２集磁リングと、
前記第１ホルダと前記軸方向に並んで配置されるとともに、前記第２集磁リングを保持する第２ホルダと、
前記永久磁石、前記磁気ヨーク、前記第１集磁リング、および前記第２集磁リングにより形成される磁気回路の磁束を検出する磁気センサと、を備え、
前記磁気センサは、前記第２ホルダに対して予め一体的に組み付けられた状態で、前記第１集磁リングと前記第２集磁リングとの間に配置されており、
前記第１ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の外壁面には、前記第２ホルダへ向けて前記軸方向に延びる嵌合凸部が設けられ、
前記第２ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の外壁面には、前記嵌合凸部と嵌合し、かつ、前記第１ホルダへ向けて前記軸方向に延びる嵌合凹部が設けられ、
前記第１ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の前記嵌合凸部とは異なる部位には、前記軸方向に延びる凸条が設けられ、
前記第２ホルダにおける前記磁気センサを収容する部分の前記嵌合凹部とは異なる部位には、前記凸条と嵌合し、かつ、前記軸方向に延びる凹条が設けられているセンサ装置。
前記磁気センサは、回路部に実装されており、
前記回路部には、板厚方向に貫通する貫通孔が設けられ、
前記第２ホルダには、前記第１ホルダへ向けて延びる位置決め突起が設けられ、
前記第２ホルダに設けられた位置決め突起は、前記回路部の前記貫通孔に挿通している請求項１に記載のセンサ装置。
前記位置決め突起は、前記第１ホルダへ向けて延びる軸部と、前記軸部の先端部に設けられているとともに前記軸部より拡径している頭部とを有し、
前記頭部は、前記回路部の前記第１ホルダ側の面と当接している請求項２に記載のセンサ装置。