JP7192619B2

JP7192619B2 - センサ装置

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Publication number: JP7192619B2
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Inventors: 祐一外山
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Description

本発明は、センサ装置に関する。

車両の高機能化に伴い、車両には車両安定性制御システム及び電子制御サスペンション等の走行安定性を向上させるための種々のシステムが搭載されることがある。これらのシステムは、ステアリングホイールの操舵角を車両の姿勢情報の一つとして取得し、この姿勢情報に基づいて車両の姿勢が安定的な状態になるように制御する。そのため、例えば車両のステアリングコラムの内部には、ステアリングホイールの操舵角を検出する回転角センサ装置が設けられている。

特許文献１に記載の回転角センサ装置は、ステアリング軸に一体的に回転可能に設けられている主動歯車と、主動歯車に噛み合う２つの従動歯車とを備えている。２つの従動歯車の歯数は異なっている。回転角センサ装置は、２つの従動歯車にそれぞれ対応して設けられた回転角センサにより２つの従動歯車の回転角度を検出し、これら検出される回転角度に基づいてステアリング軸の回転角度を求めている。特許文献１に記載の回転角センサ装置では、主動歯車と従動歯車との間にバックラッシュがあると回転角度の検出誤差が大きくなることから、バックラッシュを低減するように付勢部材によって主動歯車と従動歯車とを互いに押し付けるようにしている。

特開２０１４－１４４７５３号公報

付勢部材によって主動歯車と従動歯車とを互いに押し付けるようにすると、主動歯車と従動歯車との間で摩擦が発生する。この摩擦が生じる分だけ、運転者がステアリングホイールを操舵する際に必要となるトルクが大きくなる。これにより、運転者のステアリングホイールの操舵感が低下することになる。このように、主動歯車と従動歯車との噛み合わせを好適化しつつ、運転者がステアリングホイールを操舵する際に必要となるトルクが大きくなることを抑制することが求められていた。

上記課題を解決するセンサ装置は、検出対象である回転軸に対して一体回転可能に設けられている主動歯車と、前記主動歯車の歯と噛み合う歯車部と、前記歯車部の側面から突出している軸部とを有するとともに、前記軸部に永久磁石が設けられている従動歯車と、前記従動歯車を前記主動歯車へ向けて付勢する付勢部材と、前記従動歯車及び前記付勢部材を支持する支持部材と、前記従動歯車の回転に基づき電気信号を生成する回転角センサと、前記軸部を回転可能に取り囲んでいる磁気シールドとを備え、前記付勢部材は、前記磁気シールドを前記主動歯車側へ向けて付勢することを通じて前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢しており、前記磁気シールドと前記従動歯車との間の摺動抵抗は、前記磁気シールドと前記付勢部材との間の摺動抵抗よりも小さく設定している。

上記構成によれば、付勢部材は磁気シールドを主動歯車側へ向けて付勢することで従動歯車を主動歯車側へ向けて付勢している。これにより、主動歯車と従動歯車との間におけるより好適な噛み合わせを確保することができる。また、付勢部材は磁気シールドを介して従動歯車を付勢することになることから、付勢部材との間に磁気シールドを介することなく従動歯車の軸部を直接付勢する場合と比べると、従動歯車が回転する際の摺動抵抗を小さく設定することが可能となる。磁気シールドと従動歯車との間の摺動抵抗が磁気シールドと付勢部材との間の摺動抵抗よりも小さくなるため、回転軸を回転させる際に必要となるトルクが大きくなることを抑制することができる。上記構成では、主動歯車と従動歯車との間における噛み合わせの好適化と回転軸を回転させる際に必要となるトルクの増大抑制とを両立させることができる。

上記のセンサ装置において、前記従動歯車は２つ設けられていて、前記付勢部材は、前記支持部材に支持されているコイル部と、２つの前記従動歯車のいずれか一方の前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢する第１腕部と、２つの前記従動歯車のうちいずれか他方の前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢する第２腕部とを有していることが好ましい。

上記構成によれば、２つの従動歯車は、付勢部材の第１腕部及び第２腕部によって主動歯車側へ向けて付勢されている。付勢部材として単一の部材を設けるだけでよいため、センサ装置の部品点数の増大を抑えることができる。

上記のセンサ装置において、前記回転軸に作用するトルクを検出するトルクセンサを備えることが好ましい。
上記構成によれば、単一のセンサ装置によって、回転軸の回転角度のみならず回転軸に作用するトルクを検出することができる。

本発明のセンサ装置によれば、主動歯車と従動歯車との間の噛み合わせを好適化しつつ、回転軸を回転させる際に必要となるトルクが大きくなることを抑制することができる。

センサ装置が搭載される操舵装置の概略構成図。第１ピニオン軸の軸心を含み、第１従動歯車の軸心と第２従動歯車の軸心との中間位置の線を含む面に沿って切断した断面図。トルクセンサ装置の概略斜視図。第１実施形態のセンサ装置において、第１ピニオン軸の軸心と直交する線を含み、かつ支持部材とカバー板との間の面に沿って切断するとともに、図２の紙面上方向から見た断面図。第１実施形態のセンサ装置において、第１ピニオン軸の軸心と直交する線を含み、かつ支持部材と基板との間の面に沿って切断するとともに、図２の紙面下方向から見た部分断面図。

センサ装置の一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、車両の操舵装置１０は、ステアリングホイール１１に連結されたステアリング軸１２、第１ピニオン軸１３、転舵軸１４、モータ２１、減速機構２２、第２ピニオン軸２３、センサ装置２４、及び制御装置２５を有している。ステアリング軸１２におけるステアリングホイール１１と反対側の端部には、第１ピニオン軸１３が設けられている。第１ピニオン軸１３のピニオン歯１３ａは、第１ピニオン軸１３に対して交わる方向へ延びる転舵軸１４のラック歯１４ａに噛み合わされている。転舵軸１４の両端には、それぞれタイロッド１５を介して左右の転舵輪１６が連結されている。

モータ２１は、操舵補助力の発生源であって、例えば３相のブラシレスモータが採用されている。モータ２１は、減速機構２２を介して第２ピニオン軸２３に連結されている。第２ピニオン軸２３のピニオン歯２３ａは、転舵軸１４のラック歯１４ｂに噛み合わされている。モータ２１の回転は減速機構２２によって減速されるとともに、当該減速された回転力が操舵補助力として第２ピニオン軸２３から転舵軸１４を介して第１ピニオン軸１３に伝達される。

センサ装置２４の検出対象は、第１ピニオン軸１３である。センサ装置２４は、ステアリングホイール１１のステアリング操作を通じて第１ピニオン軸１３に加わるトルクを操舵トルクＴｈとして検出するトルクセンサ装置と、第１ピニオン軸１３の３６０度を超える多回転にわたる回転角θｐａを操舵角θｓとして検出する回転角センサ装置とが組み合わせられてなるトルクアングルセンサ装置である。

制御装置２５は、センサ装置２４を通じて検出される操舵トルクＴｈ及び操舵角θｓを取り込む。制御装置２５は、車両に設けられる車速センサ２６を通じて検出される車速Ｖを取り込む。制御装置２５は、モータ２１に対する通電制御を通じて操舵トルクＴｈ及び車速Ｖに応じた操舵補助力を発生させる制御を実行する。制御装置２５は、センサ装置２４を通じて検出される操舵トルクＴｈ及び車速センサ２６を通じて検出される車速Ｖに基づき、モータ２１に対する給電を制御する。これにより、制御装置２５は、運転者のステアリングホイール１１の操作に基づいてモータ２１の回転力を操舵補助力として第１ピニオン軸１３に付与することにより、運転者のステアリング操作を補助している。

センサ装置２４の構成を説明する。
図２に示すように、センサ装置２４は、センサハウジング３１を有している。センサハウジング３１は、転舵軸１４及び第１ピニオン軸１３を収容するギヤハウジング１７に取り付けられている。センサハウジング３１は、互いに連通する挿通部３２と収容部３３とを有している。挿通部３２は、筒状をなしており、その軸線が第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘに延びている。挿通部３２には、第１ピニオン軸１３が挿通されている。第１ピニオン軸１３は、ステアリング軸１２側の入力軸、転舵軸１４側の出力軸、及びこれら入力軸と出力軸とを連結するトーションバーを有している。収容部３３は、箱状体をなしており、挿通部３２の軸方向Ｘに対して交わる方向の側面から突出している。収容部３３は、軸方向Ｘに対して交わる方向へ向けて開口している。収容部３３の開口部３３ａは、カバー３４によって閉塞されている。

センサハウジング３１の内部には、トルクセンサ装置４１及び回転角センサ装置５１が設けられている。
図３に示すように、トルクセンサ装置４１は、第１磁気ヨーク４２、第２磁気ヨーク４３、第１集磁リング４４、第２集磁リング４５、第１トルクセンサ４６、第２トルクセンサ４７、及び多極磁石４８を有している。

多極磁石４８は、第１ピニオン軸１３の入力軸に固定されている。多極磁石４８は、筒状をなしており、その周方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に設けられている。
第１磁気ヨーク４２及び第２磁気ヨーク４３は、第１ピニオン軸１３の出力軸に固定されている。第１磁気ヨーク４２及び第２磁気ヨーク４３の内部には、第１ピニオン軸１３に一体回転可能に設けられている多極磁石４８が位置している。第１磁気ヨーク４２及び第２磁気ヨーク４３は、多極磁石４８の磁界に応じた磁気回路を形成する。

第１磁気ヨーク４２は、円環板状の環状部４２ａ及び板状の複数の歯４２ｂを有している。複数の歯４２ｂは、環状部４２ａの内周縁に沿って等間隔で設けられている。複数の歯４２ｂは、第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘに沿って延びている。第２磁気ヨーク４３は、第１磁気ヨーク４２と同様に、円環板状の環状部４３ａおよび複数の歯４３ｂを有している。第１磁気ヨーク４２の歯４２ｂと第２磁気ヨーク４３の歯４３ｂとは、第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘにおいて互いに反対側へ向けて延び、かつ円周方向において交互に位置している。

第１集磁リング４４及び第２集磁リング４５は、第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘにおいて並んで設けられる。第１集磁リング４４及び第２集磁リング４５は、センサハウジング３１の内部に取り付けられる。第１集磁リング４４は、第１磁気ヨーク４２の周囲を囲むかたちで設けられている。第２集磁リング４５は、第２磁気ヨーク４３の周囲を囲むかたちで設けられている。第１集磁リング４４は、第１磁気ヨーク４２からの磁束を誘導する。第２集磁リング４５は、第２磁気ヨーク４３からの磁束を誘導する。

第１集磁リング４４は、第１リング部４４ａ及び第１集磁部４４ｂを有している。第１リング部４４ａは、第１磁気ヨーク４２の外周面に沿って湾曲するＣ字状に設けられている。第１集磁部４４ｂは、２つの固定部４４ｃ，４４ｄ、連結部４４ｅ、及び２つの第１集磁突部４４ｆ，４４ｇを有している。２つの固定部４４ｃ，４４ｄは、第１リング部４４ａの外周面に取り付けられる部分である。２つの固定部４４ｃ，４４ｄは、第１リング部４４ａの外周面に沿って湾曲している。連結部４４ｅは、２つの固定部４４ｃ，４４ｄを連結する部分である。連結部４４ｅの内面と第１リング部４４ａの外周面との間には隙間が設けられている。２つの第１集磁突部４４ｆ，４４ｇは、連結部４４ｅにおける第２集磁リング４５側の端部に設けられている。２つの第１集磁突部４４ｆ，４４ｇは、第１リング部４４ａの径方向外側に延びている。

第２集磁リング４５は、第２リング部４５ａ及び２つの第２集磁突部４５ｂ，４５ｃを有している。第２リング部４５ａは、第２磁気ヨーク４３の外周面に沿って湾曲するＣ字状に設けられている。２つの第２集磁突部４５ｂ，４５ｃは、第２リング部４５ａの径方向外側へ向けて延びている。２つの第２集磁突部４５ｂ，４５ｃは、第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘにおいて、第１集磁リング４４の２つの第１集磁突部４４ｆ，４４ｇと対向している。

第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７は、基板６１に設けられている。第１トルクセンサ４６は、第１集磁突部４４ｆと第２集磁突部４５ｂとの間に介在されている。第２トルクセンサ４７は、第１集磁突部４４ｇと第２集磁突部４５ｃとの間に介在されている。第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７は、第１集磁リング４４及び第２集磁リング４５に誘導される磁束を検出する磁気センサである。第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７としては、例えばホールセンサが採用される。

ステアリングホイール１１の操作を通じて第１ピニオン軸１３のトーションバーが捩れ変形すると、多極磁石４８と第１磁気ヨーク４２との回転方向における相対位置、ならびに多極磁石４８と第２磁気ヨーク４３との回転方向における相対位置が変化する。これに伴い、多極磁石４８から第１磁気ヨーク４２を通じて第１集磁リング４４に導かれる磁束密度が変化する。また、多極磁石４８から第２磁気ヨーク４３を通じて第２集磁リング４５に導かれる磁束密度も変化する。第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７は、磁束密度に応じた電気信号を生成する。図１に示した制御装置２５は、第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７により生成される電気信号に基づき、トーションバーに作用するトルクを操舵トルクＴｈとして演算する。

図２及び図４に示すように、回転角センサ装置５１は、主動歯車５２、第１従動歯車５３、及び第２従動歯車５４、支持部材５５、基板６１、ストッパ８３、第１磁気シールド７５、第２磁気シールド７６、付勢部材８５、第１回転角センサ６２、及び第２回転角センサ６３を有している。主動歯車５２は、第１ピニオン軸１３の入力軸に対して一体回転可能に設けられている。主動歯車５２は、円筒状に形成されていて、外周面には複数の歯５２ａが形成されているとともに内周面には第１ピニオン軸１３の入力軸が嵌め込まれている。第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４は、主動歯車５２に噛み合わされている。第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４は、樹脂製である。第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を構成する樹脂製の材料としては、例えばエンジニアリングプラスチック等の熱可塑性樹脂が採用されている。基板６１は、センサハウジング３１の収容部３３の内底面に設けられている。

図４及び図５に示すように、支持部材５５は、第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を回転可能に支持する。支持部材５５は、センサハウジング３１の収容部３３の内部に取り付けられている。支持部材５５は、矩形板状に形成されている。支持部材５５の長側面５５ｃは、主動歯車５２と対向している。支持部材５５には、第１支持穴８１と第２支持穴８２とが形成されている。第１支持穴８１と第２支持穴８２とは、支持部材５５において第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘに延びている穴である。第１支持穴８１は、支持部材５５における一方の第１短側面５５ａと主動歯車５２側の長側面５５ｃとが交わる第１角部５５ｄの近傍に設けられている。第２支持穴８２は、支持部材５５における他方の第２短側面５５ｂと主動歯車５２側の長側面５５ｃとが交わる第２角部５５ｅの近傍に設けられている。第１支持穴８１及び第２支持穴８２は、第１ピニオン軸１３の軸方向Ｘから見た場合、主動歯車５２の半径方向に沿って延びる長穴状をなしている。第１支持穴８１と第２支持穴８２との間の離間長さは、主動歯車５２側が最も短くなるとともに、その離間長さは、主動歯車５２から遠ざかるほど長くなる。

図２及び図５に示すように、第１従動歯車５３は、円板状の歯車部７１及び円柱状の軸部７２を有している。歯車部７１の外周面には複数の歯７１ａが設けられている。歯車部７１の歯７１ａは、主動歯車５２の歯５２ａと噛み合っている。軸部７２は、その一端面が歯車部７１における基板６１側の面の中央に接続されている。軸部７２の外径は、歯車部７１の外径よりも小さく設定されている。軸部７２における基板６１側の他端面には、凹部７２ａが設けられている。凹部７２ａは、軸部７２の軸方向と直交する方向において、断面円状をなしている。凹部７２ａには、第１永久磁石５７が配置されている。第１永久磁石５７は、周方向に異なる極性の磁極が交互に並ぶように着磁されている。第１永久磁石５７は、第１従動歯車５３と一体に回転する。第２従動歯車５４は、円板状の歯車部７３及び円柱状の軸部７４を有している。軸部７４における基板６１側の他端面には、凹部７４ａが設けられている。凹部７４ａは、軸部７４の軸方向と直交する方向において、断面円状をなしている。凹部７４ａには、第２永久磁石５８が配置されている。第２従動歯車５４の歯車部７３の歯７３ａの歯数と第１従動歯車５３の歯車部７１の歯７１ａの歯数とが異なることを除いて、第１従動歯車５３と第２従動歯車５４とは同一形状をなしている。

第１従動歯車５３の軸部７２は、円筒状に形成された第１磁気シールド７５によって外周面が取り囲まれている。第１磁気シールド７５は、磁気を遮断できる金属製の材料で構成されていて、凹部７２ａに嵌め込まれている第１永久磁石５７の磁気が半径方向に漏れることを遮断する。第１磁気シールド７５を構成する金属製の材料としては、例えば鉄が採用されている。第１磁気シールド７５の軸方向Ｘにおける長さは軸部７２の軸方向Ｘにおける長さと同程度に設定されているとともに、第１磁気シールド７５の内径は軸部７２の外径よりも大きく設定されている。第１磁気シールド７５は支持部材５５に形成されている第１支持穴８１に収容されている。軸部７２は、第１磁気シールド７５内で回転可能である。第１磁気シールド７５の基板６１側への移動は、後述の付勢部材８５の付勢力により規制されているとともに、第１支持穴８１の内底面への当接によって規制されている。第１磁気シールド７５は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間を第１支持穴８１の内周面に沿って移動可能である。第１位置Ｐ１とは、第１磁気シールド７５が第１支持穴８１の内周面のうち主動歯車５２に近い側の面に当接する位置である。第２位置Ｐ２とは、第１磁気シールド７５が第１支持穴８１の内周面のうち主動歯車５２から遠い側の面に当接する位置である。

第２従動歯車５４の軸部７４は、円筒状に形成された第２磁気シールド７６によって外周面が取り囲まれている。第２磁気シールド７６は支持部材５５に形成されている第２支持穴８２に収容されている。第２磁気シールド７６は第１磁気シールド７５と同一形状をなしている。第２磁気シールド７６と第２支持穴８２との位置関係は、第１磁気シールド７５と第１支持穴８１との位置関係と同様である。

図２に示すように、支持部材５５には、板状のストッパ８３が装着されている。ストッパ８３は、支持部材５５の基板６１と反対側の面に配置されて、第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４の基板６１と反対側の面を覆っている。第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４の基板６１と反対側への移動は、歯車部７１及び歯車部７３がストッパ８３に当接することにより規制される。

図４に示すように、支持部材５５における基板６１と反対側の面には、円柱状の柱部８４が設けられている。柱部８４は、支持部材５５の長手方向において第１支持穴８１と第２支持穴８２との間の位置、かつ支持部材５５の短手方向において第１支持穴８１及び第２支持穴８２よりも主動歯車５２から離れた位置に設けられている。付勢部材８５は、柱部８４に装着されることで支持部材５５に支持されている。付勢部材８５としては、金属製のねじりコイルばねが採用されている。付勢部材８５を構成する金属の材料としては、例えば鉄が採用されている。

図５に示すように、付勢部材８５は、全体として略Ｖ字形状をなしている。付勢部材８５は、その中央部に複数回巻かれてなるコイル部８５ａが設けられているとともに、その両端部には直線状に延びる第１腕部８５ｂ及び第２腕部８５ｃが設けられている。円環状をなすコイル部８５ａは、柱部８４に挿入されている。第１腕部８５ｂはコイル部８５ａの一端部に接続されているとともに、第２腕部８５ｃはコイル部８５ａの他端部に接続されている。第１腕部８５ｂは、第１磁気シールド７５における主動歯車５２と反対側の部位に当接している。第２腕部８５ｃは、第２磁気シールド７６における主動歯車５２と反対側の部位に当接している。第１腕部８５ｂ及び第２腕部８５ｃは、コイル部８５ａを中心として第１腕部８５ｂと第２腕部８５ｃとの間の角を狭めるように弾性変形する。第１磁気シールド７５及び第２磁気シールド７６は、付勢部材８５の弾性力によって、主動歯車５２に近接する方向へ向けて常に付勢されている。これにより、第１磁気シールド７５内に摺動回転可能に支持されている軸部７２は、主動歯車５２に近接する方向へ向けて常に付勢されている。第１従動歯車５３の主動歯車５２に近接する方向へ向けた移動は、主動歯車５２と第１従動歯車５３とが好適に噛み合うことにより規制される。また、第２磁気シールド７６内に摺動回転可能に支持されている軸部７４は、主動歯車５２に近接する方向へ向けて常に付勢されている。第２従動歯車５４の主動歯車５２に近接する方向へ向けた移動は、主動歯車５２と第２従動歯車５４とが好適に噛み合うことにより規制される。なお、好適に噛み合うとは、主動歯車５２の回転力を第１従動歯車５３に十分に伝達できる程度に噛み合うことであり、主動歯車５２の回転力を第２従動歯車５４に十分に伝達できる程度に噛み合うことである。第１磁気シールド７５と第１従動歯車５３の軸部７２との間の摩擦係数は、第１磁気シールド７５と付勢部材８５の第１腕部８５ｂとの間の摩擦係数よりも小さく設定されている。これにより、第１磁気シールド７５と第１従動歯車５３の軸部７２との間の摺動抵抗は、第１磁気シールド７５と付勢部材８５の第１腕部８５ｂとの間の摺動抵抗よりも小さくなるため、軸部７２は第１磁気シールド７５よりも回転しやすくなる。また、第２磁気シールド７６と第２従動歯車５４の軸部７４との間の摩擦係数は、第２磁気シールド７６と付勢部材８５の第２腕部８５ｃとの間の摩擦係数よりも小さく設定されている。これにより、第２磁気シールド７６と第２従動歯車５４の軸部７４との間の摺動抵抗は、第２磁気シールド７６と付勢部材８５の第２腕部８５ｃとの間の摺動抵抗よりも小さくなるため、軸部７４は第２磁気シールド７６よりも回転しやすくなる。

図２に示すように、基板６１における第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４側の面には、第１回転角センサ６２及び第２回転角センサ６３が実装されている。第１回転角センサ６２は、軸方向Ｘにおいて、第１永久磁石５７と対向している。第２回転角センサ６３は、軸方向Ｘにおいて、第２永久磁石５８と対向している。第１回転角センサ６２及び第２回転角センサ６３としては、例えばホールセンサが採用されている。

ステアリングホイール１１の操作を通じて第１ピニオン軸１３が回転すると、主動歯車５２との噛み合わせを通じて、第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４が回転する。これに伴い、第１従動歯車５３の第１永久磁石５７から第１回転角センサ６２に入力される磁束密度が変化し、第２従動歯車５４の第２永久磁石５８から第２回転角センサ６３に入力される磁束密度が変化する。第１回転角センサ６２及び第２回転角センサ６３は、磁束密度に応じた電気信号を生成する磁気センサである。図１に示した制御装置２５は、第１回転角センサ６２により生成される電気信号に基づき第１従動歯車５３の回転角度を演算し、第２回転角センサ６３により生成される電気信号に基づき第２従動歯車５４の回転角度を演算する。制御装置２５は、これら演算された回転角度に基づいて、第１ピニオン軸１３の回転角θｐａを操舵角θｓとして演算する。

本実施形態の作用及び効果を説明する。
（１）センサ装置２４の回転角センサ装置５１は、主動歯車５２の回転角度の検出を、この主動歯車５２に噛み合う第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４の回転を検出することを通じて行っている。このため、主動歯車５２が回転を開始する場合や回転方向が反転する場合には、主動歯車５２と第１従動歯車５３との間のバックラッシュ及び主動歯車５２と第２従動歯車５４との間のバックラッシュに起因するがたつきが、第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４の回転角度の演算精度に影響を及ぼし、ひいては主動歯車５２の回転角度の演算精度に影響を及ぼすおそれがある。そこで、本実施形態では、付勢部材８５は第１磁気シールド７５及び第２磁気シールド７６を介して第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を主動歯車５２側へ向けて付勢している。これにより、付勢部材８５の弾性力によって第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４は主動歯車５２に対して押し付けられた状態に維持される。このため、主動歯車５２と第１従動歯車５３との間、及び主動歯車５２と第２従動歯車５４との間におけるより好適な噛み合わせを確保することができる。バックラッシュに起因するがたつきが抑制される分だけ、主動歯車５２の回転角度の演算精度を向上させることができる。

一方、付勢部材８５によって第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を主動歯車５２に対して押し付けるようにすると、付勢部材８５と第１従動歯車５３との間及び付勢部材８５と第２従動歯車５４との間で摩擦が発生する。この摩擦が大きくなると、運転者がステアリングホイール１１を操舵する際に必要となるトルクが大きくなる。本実施形態では、付勢部材８５は、第１磁気シールド７５を介して第１従動歯車５３を主動歯車５２側へ向けて付勢している。付勢部材８５は第１磁気シールド７５を介して第１従動歯車５３を付勢することになることから、付勢部材８５との間に第１磁気シールド７５を介することなく第１従動歯車５３の軸部７２を直接付勢する場合と比べると、第１従動歯車５３が回転する際の摩擦を小さく設定することが可能となる。第１磁気シールド７５と第１従動歯車５３との間の摩擦係数が第１磁気シールド７５と付勢部材８５との間の摩擦係数よりも小さくなるため、運転者がステアリングホイール１１を操舵する際に必要となるトルクが大きくなることを抑制することができる。第２磁気シールド７６と第２従動歯車５４の軸部７４との間の摩擦係数の設定も、第１磁気シールド７５と第１従動歯車５３の軸部７２との間の摩擦係数の設定と同様である。このように、主動歯車５２と第１従動歯車５３との間及び主動歯車５２と第２従動歯車５４との間における噛み合わせの好適化とステアリングホイール１１を操舵する際に必要となるトルクの増大抑制とを両立させることができる。

（２）第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を主動歯車５２へ向けて常時付勢するための付勢部材８５としては、単一の部材を設けるだけでよいため、センサ装置２４の部品点数の増大を抑えることができる。

（３）センサ装置２４によって、第１ピニオン軸１３の回転角θｐａのみならず第１ピニオン軸１３に作用するトルクを操舵トルクＴｈとして検出することができる。
（４）第１従動歯車５３の軸部７２の外周面は第１磁気シールド７５によって取り囲まれていることから、第１永久磁石５７の磁気が半径方向に漏れることを遮断することができて、この漏れ出た磁気が第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７に入ることを抑えることができる。また、第２従動歯車５４の軸部７４の外周面は第２磁気シールド７６によって取り囲まれていることから、第２永久磁石５８の磁気が半径方向に漏れることを遮断することができて、第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７に漏れ出た磁気が入ることを抑えることができる。このため、操舵トルクＴｈの演算精度が低下することを抑制することができる。

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支持穴８１及び第２支持穴８２は、支持部材５５を軸方向Ｘに貫通する貫通孔であってもよい。

・第１永久磁石５７は、軸部７２の基板６１側の端面に取り付けられていてもよい。また、第２永久磁石５８は、軸部７４の基板６１側の端面に取り付けられていてもよい。
・本実施形態では、第１従動歯車５３及び第２従動歯車５４を主動歯車５２に対して付勢する付勢部材８５としてねじりコイルばねを採用したが、これに限らず、付勢部材として板ばねや他のコイルばね等を採用してもよい。例えば、第１従動歯車５３を主動歯車５２に対して付勢する付勢部材を、第２従動歯車５４を主動歯車５２に対して付勢する付勢部材とは、互いに別個の付勢部材で構成してもよい。

・第１従動歯車５３の全体を樹脂製としたが、少なくとも第１従動歯車５３における第１磁気シールド７５との接触部位、すなわち少なくとも軸部７２の外周面が樹脂製であればよく、歯車部７１や軸部７２の内部が樹脂製である必要はない。また、第２従動歯車５４についても同様である。

・第１磁気シールド７５及び付勢部材８５を金属製とし、第１従動歯車５３を樹脂製としたが、これに限らない。第１磁気シールド７５と第１従動歯車５３との間の摩擦係数を、第１磁気シールド７５と付勢部材８５との間の摩擦係数よりも小さくできるのであれば、第１磁気シールド７５、第１従動歯車５３、及び付勢部材８５をどのような材料によって構成してもよい。この点は、第２磁気シールド７６及び第２従動歯車５４についても同様である。ただし、第１磁気シールド７５及び第２磁気シールド７６については、磁気を遮断できる材料を採用する必要がある。

・回転角センサ装置５１の第１回転角センサ６２及び第２回転角センサ６３としてホールセンサが採用されたが、磁気抵抗効果センサが採用されてもよい。また、トルクセンサ装置４１の第１トルクセンサ４６及び第２トルクセンサ４７としてホールセンサが採用されたが、磁気抵抗効果センサが採用されてもよい。

・本実施形態において、センサ装置は、センサ装置２４からトルクセンサ装置４１を割愛した回転角センサ装置５１であってもよい。この回転角センサ装置５１においても、センサ装置２４と同様の課題を有する。

・回転角センサ装置５１として、単一の従動歯車を有する構成を採用してもよいし、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。
・本実施形態では、センサ装置２４あるいは上述の回転角センサ装置の搭載先として車両の操舵装置１０を例に挙げたが、回転軸を有する他の車載装置に適用してもよい。また、センサ装置２４あるいは回転角装置センサは、車載用途に限らない。

１０…操舵装置、１１…ステアリングホイール、１２…ステアリング軸、１３…第１ピニオン軸、１４…転舵軸、２１…モータ、２４…センサ装置、３１…センサハウジング、４１…トルクセンサ装置、５１…回転角センサ装置、５２…主動歯車、５３…第１従動歯車、５４…第２従動歯車、５５…支持部材、５７…第１永久磁石、５８…第２永久磁石、６１…基板、６２…第１トルクセンサ、６３…第２トルクセンサ、７１，７３…歯車部、７２，７４…軸部、７５…第１磁気シールド、７６…第２磁気シールド、８１…第１支持穴、８２…第２支持穴、８３…ストッパ、８４…柱部、８５…付勢部材、８５ａ…コイル部、８５ｂ…第１腕部、８５ｃ…第２腕部。

Claims

検出対象である回転軸に対して一体回転可能に設けられている主動歯車と、
前記主動歯車の歯と噛み合う歯車部と、前記歯車部の側面から突出している軸部とを有するとともに、前記軸部に永久磁石が設けられている従動歯車と、
前記従動歯車を前記主動歯車へ向けて付勢する付勢部材と、
前記従動歯車及び前記付勢部材を支持する支持部材と、
前記従動歯車の回転に基づき電気信号を生成する回転角センサと、
前記軸部を回転可能に取り囲んでいる磁気シールドとを備え、
前記付勢部材は、前記磁気シールドを前記主動歯車側へ向けて付勢することを通じて前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢しており、
前記磁気シールドと前記従動歯車との間の摺動抵抗は、前記磁気シールドと前記付勢部材との間の摺動抵抗よりも小さく設定しているセンサ装置。
前記従動歯車は２つ設けられていて、
前記付勢部材は、前記支持部材に支持されているコイル部と、２つの前記従動歯車のいずれか一方の前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢する第１腕部と、２つの前記従動歯車のうちいずれか他方の前記従動歯車を前記主動歯車側へ向けて付勢する第２腕部とを有している請求項１に記載のセンサ装置。
前記回転軸に作用するトルクを検出するトルクセンサを備える請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。