JP2018098008A - 電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電気的接続部における耐久性および信頼性を向上させ得る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットを提供する。
【解決手段】コントローラ１０は、金属製のケース２０と、パワーモジュール系を構成する金属製のパワー基板３０と、パワー基板３０の上方に離隔配置された状態でケース２０に固定されるとともに制御系を構成する制御基板４０と、パワー基板３０および制御基板４０を上部から覆うようにケース２０に固定されるカバー７０と、電動モータによる操舵補助に必要な配線への入出力を行う端子を有するコネクタ５０、６０と、を備え、パワー基板３０に立設配置される端子またはコネクタ５０、６０の端子が、半田を用いることなく、制御基板４０の端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置に用いられる電子制御ユニットに関する。

電動パワーステアリング装置の電子制御ユニットの内部構成としては、例えば、特許文献１ないし３が開示されている。これら文献に記載の電子制御ユニットは、複数の基板相互を上下方向に積み重ねた構成を有し、概して、下段側にパワーモジュール系を構成する金属製のパワー基板が設けられ、上段側に制御系を構成する制御基板が設けられる。

これら基板間の接続は、パワー基板上に立設された端子（一列に配置された多極リードの端子）が、制御基板のスルーホール部に挿入されて半田で接続される。また、これら基板の周辺に配置された、センサ入力系、電源入力系および対外通信系等の各種コネクタ類も同様に半田で接続される。

特開２００８−４３６４号公報 特開２０１３−６５６９６号公報 ＣＮ２０２９３５４２４Ｕ（中国実用新案）

しかし、半田による接続では、長期間に渡る半田接合部の熱膨張・収縮等の繰り返される熱ストレスにより、半田接続部での半田劣化（半田クラック）が進行した場合、半田接続部におけるＯＰＥＮ故障等の原因となることが懸念される。

すなわち、この種の電子制御ユニットと電動機とを一体化した電動パワーステアリング装置を車両内に装着した場合、電子制御ユニットの雰囲気温度は、エンジンルームからの熱や外部環境からの発熱により大幅に変動する。さらに、この種の電子制御ユニットには、電流制御用の半導体スイッチング素子や、制御電流検出用のシャント抵抗、リップル吸収用の大容量コンデンサなどの発熱部品が多数使用されている。

そのため、これら発熱部品からの発熱が加算され、電子制御ユニット内部における温度変化幅はさらに大きくなる。よって、特許文献１ないし３記載の技術のように、複数の基板相互の接続に、多極リード線を用いて半田接続した場合、半田接続部に大きな熱ストレス等が加わり、半田クラックを生じて耐久性や耐衝撃性が低下するおそれがあるという問題が潜在する。

また、パワー基板と制御基板を上下に積み重ねた、基板が２枚構成の電子制御ユニットでは、接続端子（例えば多極リードコネクタ）を用いて２枚の基板相互が電気的に接続されるところ、この接続部分の信頼性向上とともに、組付け作業の簡便化が求められている。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、電気的接続部における耐久性および信頼性を向上させ得る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち、第一の態様に係る発明は、操舵補助用の電動モータを有する電動パワーステアリング装置に用いられる電子制御ユニットであって、金属製のケースと、前記ケース内に固定され且つ自身上面に金属製の端子が立設配置されるとともに前記電動モータの駆動に必要なパワーモジュール系を構成する金属製のパワー基板と、前記パワー基板の上方に離隔配置された状態で前記ケースに固定されるとともに前記電動モータの制御に必要な制御系を構成する制御基板と、前記パワー基板および前記制御基板を上部から覆うように前記ケースに固定されるカバーと、前記電動モータによる操舵補助に必要な配線への入出力を行う端子を有するコネクタと、を備え、前記パワー基板に立設配置された端子または前記コネクタの端子が、半田を用いることなく、前記制御基板の端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続されていることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明のうち、第二の態様に係る発明は、操舵補助用の電動モータを有する電動パワーステアリング装置に用いられる電子制御ユニットであって、金属製のケースと、前記ケース内に固定されて、前記電動モータの駆動に必要なパワーモジュール系を構成するパワーモジュール部と、前記パワーモジュール部に積層されて前記電動モータの制御に必要な制御系を構成する制御モジュール部と、が一体に形成された多層の樹脂製基板と、前記樹脂製基板を上部から覆うように前記金属ケースに固定されるカバーと、前記電動モータによる操舵補助に必要な配線の入出力を行う端子を有するコネクタと、を備え、前記コネクタの端子が、半田を用いることなく、前記樹脂製基板の端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明のいずれか一の態様に係る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットによれば、基板相互または基板およびコネクタ相互の電気的な接続手段として、半田接続を使用せずに、端子が端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続される。そのため、接続部での熱膨張収縮による半田劣化（半田クラック）によるＯＰＥＮ故障を防止できる。
さらに、このような構成であれば、半田接続工程として行っていた、ポイントディップ半田工程（フラックス塗布）を、単純にプレス工程とするだけで実現できる。そのため、工程タクトの削減および短縮に寄与する。さらに、製造工程における半田使用量を削減できるため、地球環境にやさしい製品を提供できる。

上述したように、本発明によれば、電気的接続部における耐久性および信頼性を向上させることができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットの一実施形態（第一実施形態）であるコントローラを備える電動パワーステアリング装置の基本構造を示す模式図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のコントローラの制御系を示すブロック図である。 図１に示す電動パワーステアリング装置のコントローラの分解斜視図である。 図１に示すコントローラのプレスフィット端子部分の拡大図であり、同図（ａ）は端子部分単体を示し、（ｂ）は基板に圧入した状態のイメージを示している。 本発明に係る電子制御ユニットの第二実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係る電子制御ユニットの第三実施形態を示す分解斜視図である。 図６での金属ケース部分のＡ矢視図である。 図６でのコネクタ部分のＢ矢視図（（ａ））、および同図（ａ）のＣ部拡大図（（ｂ））である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットに用いられる端子の圧接部分の構造を説明する図であり、同図（ａ）はその斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットに用いられるプレスフィット端子の圧接部分の構造を説明する図であり、同図（ａ）はその斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 本発明に係る電子制御ユニットの第四実施形態を示す分解斜視図である。 図１１での金属ケース部分のＤ矢視図である。 図１１でのコネクタ部分をＤ方向から見た図（（ａ））、および同図（ａ）のＥ部拡大図（（ｂ））である。

以下、本発明に係る電動パワーステアリング装置用電子制御ユニットを備える電動パワーステアリング装置の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す各実施形態ないし変形例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の各実施形態ないし変形例に特定するものではない。

第一実施形態の電動パワーステアリング装置は、図１に示すように、操向ハンドル１が装着されるコラム軸２が、減速ギア３からユニバーサルジョイント４Ａ、４Ｂおよびピニオンラック機構５を介して操向車輪のタイトロッド６に連結されている。コラム軸２には、操向ハンドル１の操舵トルクを検出するトルクセンサ７が設けられるとともに、操向ハンドル１の操舵力を補助する電動モータ８が、上記減速ギア３を介してコラム軸２に連結されている。

電動モータ８には、コントローラ１０が付設されている。コントローラ１０は、電動パワーステアリング装置を制御する電子制御ユニットである。コントローラ１０は、トルクセンサ７で検出された操舵トルクＴｓと車速センサ９で検出された車速Ｖとに基づいて、アシスト（操舵補助）指令となる操舵補助指令値を演算し、演算された操舵補助指令値に基づいて、電動モータ８に供給する電流を制御する。コントローラ１０の機構及び構成を図２に示す。

コントローラ１０には、バッテリー（図示せず）から電力が供給され、図２に示すように、イグニションキー（図示せず）を経てイグニションキー信号ＩＧＮが入力される。イグニションキーからのイグニション信号ＩＧＮは、イグニション電圧モニタ部１８及び電源回路部１９に入力され、また、電源回路部１９から電源電圧Ｖｄｄが制御演算装置１１に入力されるとともに、装置停止用となるリセット信号Ｒｓが制御演算装置１１に入力される。

トルクセンサ７で検出された操舵トルクＴｓ及び車速センサ９で検出された車速Ｖは、制御演算装置１１に入力される。制御演算装置１１で演算された電流指令値はゲート駆動回路１２に入力される。ゲート駆動回路１２は、電流指令値等に基づいてゲート駆動信号を形成し、ゲート駆動信号は、ＦＥＴのブリッジ構成で成るモータ駆動部１３に入力される。モータ駆動部１３は、非常停止用の遮断装置１４を経て３相ブラシレスモータで構成される電動モータ８を駆動する。遮断装置１４は、２相を遮断するリレー接点１４１及び１４２で構成されている。

電動モータ８の各相電流は、電流検出回路１５で検出され、検出された３相のモータ電流ｉａ〜ｉｃは、制御演算装置１１にフィードバック電流として入力される。また、電動モータ８には、ホールセンサ等の回転センサ１６が取り付けられており、回転センサ１６からの回転信号ＲＴが、ロータ位置検出回路１７に入力され、検出された回転位置θが制御演算装置１１に入力される。

モータ駆動部１３は、電源ライン８１に対し、直列に接続されたＦＥＴＴｒ１及びＴｒ２、ＦＥＴＴｒ３及びＴｒ４、並びに、ＦＥＴＴｒ５及びＴｒ６が互いに並列接続されている。そして、電源ライン８１に対し、並列接続されたＦＥＴＴｒ１及びＴｒ２、ＦＥＴＴｒ３及びＴｒ４、並びに、ＦＥＴＴｒ５及びＴｒ６が接地ライン８２に接続され、これにより、インバータ回路が構成されている。

ここで、ＦＥＴＴｒ１及びＴｒ２は、ＦＥＴＴｒ１のソース電極ＳとＦＥＴＴｒ２のドレイン電極Ｄとが直列に接続され、３相モータのｃ相アームを構成し、ｃ相出力ライン９１ｃにて電流が出力される。また、ＦＥＴＴｒ３及びＴｒ４は、ＦＥＴＴｒ３のソース電極ＳとＦＥＴＴｒ４のドレイン電極Ｄとが直列に接続され、３相モータのａ相アームを構成し、ａ相出力ライン９１ａにて電流が出力される。更に、ＦＥＴＴｒ５及びＴｒ６は、ＦＥＴＴｒ５のソース電極ＳとＦＥＴＴｒ６のドレイン電極Ｄとが直列に接続され、３相モータのｂ相アームを構成し、ｂ相出力ライン９１ｂにて電流が出力される。

図３は、第一実施形態のコントローラ１０の分解斜視図である。
同図に示すように、コントローラ１０は、金属製（例えばアルミダイキャスト製）のケース２０と、上記モータ駆動部１３を含むパワーモジュール系を構成するパワー基板３０と、熱伝導ペーストが塗布された放熱用シート３９と、上記制御演算装置１１及びゲート駆動回路１２を含む制御系を構成する制御基板４０と、電力及び信号用のコネクタ５０と、３相出力用コネクタ６０と、密封用のカバー７０とを備える。パワー基板３０と制御基板４０とは、車両搭載時には、縦向きの姿勢で互いに重ねた状態で固定される。

ケース２０は、平面視が略矩形状に形成され、パワー基板３０を載置するための平板状の基板載置部２１と、基板載置部２１の長手方向端部に設けられた、電力及び信号用のコネクタ５０を実装するための電力・信号用コネクタ実装部２２と、基板載置部２１の幅方向端部に設けられた、３相出力用コネクタ６０を実装するための３相出力用コネクタ実装部２３とを備える。

基板載置部２１には、パワー基板３０を取り付けるための取付けねじ３８がねじ込まれる複数のねじ孔２１ａが形成されている。また、ケース２０の上面には、制御基板４０を取り付けるための複数のポスト２４が立設されている。各ポスト２４には、制御基板４０を取り付けるための取付けねじ４１がねじ込まれるねじ孔２４ａが上面から形成されている。更に、３相出力用コネクタ実装部２３には、３相出力用コネクタ６０を取り付けるための取付けねじ６１がねじ込まれる複数のねじ孔２３ａが側面に形成されている。

電力・信号用コネクタ５０は、電動モータ８による操舵補助に必要な配線への入力を行うための複数の端子１０２を有し、バッテリー（図示せず）からの直流電源をパワー基板３０に入力するとともに、トルクセンサ７や車速センサ９からの信号を含む各種信号を制御基板４０に入力するために用いられる。電力・信号用コネクタ５０は、耐熱樹脂材料製の樹脂フレーム５０ｆを有し、樹脂フレーム５０ｆが、ケース２０の電力・信号用コネクタ実装部２２に、取付けねじ５０ｎにより、ケース２０の裏面の側から取り付けられる。

３相出力用コネクタ６０は、電動モータ８による操舵補助に必要な配線への出力を行う出力用端子６２を有し、出力用端子６２と３相出力部９０とは抵抗溶接により接続され、ａ相出力端子９２ａ、ｂ相出力端子９２ｂ、及びｃ相出力端子９２ｃからの電流を電動モータ８に出力する。
３相出用コネクタ６０は、耐熱樹脂材料製の樹脂フレーム６０ｆを有し、取付けねじ６１が挿通される複数の貫通孔６０ａが樹脂フレーム６０ｆに形成され、基板載置部２１の幅方向端部に設けられた３相出力用コネクタ実装部２３に、複数の取付けねじ６１により樹脂フレーム６０ｆが取り付けられる。

カバー７０は、パワー基板３０、制御基板４０、電力・信号用コネクタ５０、及び３相出力用コネクタ６０が取り付けられた状態のケース２０に対し、制御基板４０の上方から、パワー基板３０および制御基板４０を覆うように取り付けられる。

パワー基板３０は、基板本体３１を有して構成され、基板本体３１の周囲の適所には、パワー基板３０をケース２０に取り付けるための取付けねじ３８を挿通する複数の貫通孔３１ａが設けられている。基板本体３１には、前述したモータ駆動部１３の回路に必要な部品およびコンデンサを含むパワーモジュール系に必要なその他の表面実装部品が実装されている。また、第一実施形態の基板本体３１には、ａ相出力ライン９１ａに接続されたａ相出力端子９２ａ、ｂ相出力ライン９１ｂに接続されたｂ相出力端子９２ｂ、及びｃ相出力ライン９１ｃに接続されたｃ相出力端子９２ｃを含む３相出力部９０が実装されている。

制御基板４０は、電源回路、センサ入力回路、信号処理回路、対外通信回路（ＣＡＮ）およびＰＷＭ回路等を含むマイクロコンピュータを備えている。制御基板４０は、多層の基板本体４３上に複数の電子部品が実装されて上記制御演算装置１１及びゲート駆動回路１２を含む制御回路が構成されている。制御基板４０は、その周囲の適所に、取付けねじ４１を挿通する複数の貫通孔４０ａが形成され、パワー基板３０の上方に離隔配置された状態で、ケース２０の上面２４ｓに立設された複数のポスト２４上に複数の取付けねじ４１により取り付けられる。

ここで、このパワー基板３０には、複数の位置（この例では二箇所）に、接続端子としての多極リードコネクタ１０１が実装されており、これら多極リードコネクタ１０１によって、パワー基板３０と制御基板４０とが相互に接続されている。

詳しくは、各多極リードコネクタ１０１は、複数のピン状端子１１０を有する。複数のピン状端子１１０は、接続方向に対して直交する方向に一列状に所定ピッチで配置されている。各ピン状端子１１０は、金属板を打抜き及び曲げ加工することによって形成され、接続方向に延びるよう立設されている。

本実施形態では、ピン状端子１１０の全体形状は２種類あり、プレスフィット接続部１１２が保持部材１１１の接続方向上方に一直線状に延びるものと、保持部材１１１の接続方向上端から一旦前側に折り曲げられた折り曲げ部を介して上方に延びるものとがある。

保持部材１１１は、断面矩形状の部材であり、絶縁性の樹脂を成形して形成される。また、保持部材１１１は、複数のピン状端子１１０とともにインサート成形によって形成される。これにより、多極リードコネクタ１０１を簡単な製造工程で製造できる。保持部材１１１は、複数のピン状端子１１０を所定ピッチで保持する。保持部材１１１で複数のピン状端子１１０を保持することにより、各ピン状端子１１０におけるプレスフィット接続部１１２及び表面実装接続部１１３の位置決めを行うことができる。

複数のプレスフィット接続部１１２は、一直線状に延びるピン状端子１１０と折り曲げ部を介して延びるピン状端子１１０とが、端子の並び方向に対して交互に配置されている。これにより、プレスフィット接続部１１２を一直線状に延びるものと折り曲げ部を介して延びるものとを並び方向で交互に配置することにより、複数のプレスフィット接続部１１２が端子の並び方向に沿って千鳥配列され、高密度の配置が可能となっている。

ここで、各ピン状端子１１０は、接続方向上端に延びるプレスフィット接続部１１２と、接続方向下端側の表面実装接続部１１３とを有するプレスフィット端子である。各ピン状端子１１０における表面実装接続部１１３は、パワー基板３０における基板本体３１上の導電パッド（図示せず）に表面実装される。多極リードコネクタ１０１をパワー基板３０に実装する際には、複数のピン状端子１１０の表面実装接続部１１３を、パワー基板３０の基板本体３１上の導電パッドに圧入または圧接によって電気的に接続される。

第一実施形態のプレスフィット接続部１１２は、図４に拡大図示するように、プレスフィット接続部１１２の先端に、尖頭状の導入部１１２ｄを有するとともに、その圧入方向に沿って形成された撓み空間となるスリット１１２ｓを挟んで対向配置される弾性変形可能な一対の弾性圧接部１１２ｔを有する。
プレスフィット接続部１１２は、制御基板４０の対向位置に形成された端子装着部であるスルーホール４２に導入部１１２ｄの側から挿通されて、一対の弾性圧接部１１２ｔの外側面がスルーホール４２の内壁面にプレスフィット接続される圧入部になっている。

次に、パワー基板３０及び制御基板４０をケース２０に取り付ける方法について説明する。
先ず、多極リードコネクタ１０１を搭載したパワー基板３０を、図３に示すように、ケース２０の基板載置部２１上に、複数の取付けねじ３８により取り付ける。パワー基板３０を基板載置部２１上に取り付けるに先立ち、熱伝導ペーストが塗布されている放熱用シート３９を基板載置部２１上に取付け、その放熱用シート３９の上からパワー基板３０を取り付ける。放熱用シート３９により、パワー基板３０で発生した熱が放熱用シート３９を介してケース２０に放熱される。

そして、多極リードコネクタ１０１を搭載したパワー基板３０を、基板載置部２１上に搭載した後、制御基板４０を、パワー基板３０の上方から基板載置部２１及び電力・信号用コネクタ実装部２２に立設された複数のポスト２４上に複数の取付けねじ４１により取り付ける。これにより、パワー基板３０及び制御基板４０をケース２０に取り付けることができる。

この際に、パワー基板３０に実装されている多極リードコネクタ１０１の各ピン状端子１１０のプレスフィット接続部１１２を、制御基板４０の各スルーホール４２に挿通させるとともに圧入によりプレスフィット接続する。
このプレスフィット接続は、図４（ｂ）に示すように、制御基板４０に開けられた導電性の内壁面４２ｈを備えたスルーホール４２に、スルーホール径よりも幅広の一対の弾性圧接部１１２ｔを設定圧で圧入し、これにより、一対の弾性圧接部１１２ｔの圧接面が、スルーホール４２の導電性の内壁面４２ｈに圧縮応力が残った状態で圧接される。

多極リードコネクタ１０１の各ピン状端子１１０は、保持部材１２０により所定ピッチで保持される。そのため、各ピン状端子１１０におけるプレスフィット接続部１１２を、対向する所定のスルーホール４２に確実に位置決めできる。
そのため、各ピン状端子１１０のプレスフィット接続部１１２は、制御基板４０の各スルーホール４２に適切かつ円滑に挿通される。従って、プレスフィット接続部１１２のプレスフィット接続を安定して行えるとともに、各ピン状端子１１０における通電性のバラツキを抑制できる。

このように、第一実施形態では、制御基板４０とパワー基板３０相互の電気的な接続手段として、半田接続を使用せずに、多極リードコネクタ１０１の各ピン状端子１１０が、所定のスルーホール４２に圧入によって電気的に接続されるので、接続部での熱膨張収縮による半田劣化（半田クラック）によるＯＰＥＮ故障を防止できる。

さらに、このような構成であれば、半田接続工程として行っていた、ポイントディップ半田工程（フラックス塗布）を、単純にプレス工程とするだけで実現できる。そのため、工程タクトの削減および短縮に寄与する。さらに、製造工程における半田使用量を削減できるため、地球環境にやさしい製品を提供できる。

以上、本発明の第一実施形態について説明したが、本発明は、上記第一実施形態に限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。例えば、プレスフィット接続部の接続方向に対して直交方向に配置された複数のピン状端子１１０は、一列状に限らず複数列状に配置されていてもよい。

また、例えば上記第一実施形態では、多層の制御基板４０とパワー基板３０とを別箇の部品とする二枚の基板から構成した例を示したが、これに限定されない。また、上記第一実施形態では、制御基板４０とパワー基板３０相互の電気的な接続手段として、半田接続を使用せずに、プレスフィット接続を採用した例を説明したが、これに限らず、他のコネクタの端子接続部に対しても、圧入または圧接によって電気的に接続することができる。このような態様を第二実施形態に示す。

図５に示すように、第二実施形態のコントローラ１０は、上記第一実施形態での制御基板４０とパワー基板３０に替えて、多層の樹脂製基板８０一枚に限って基板を有する点が相違する。なお、同図において、上記第一実施形態と同一または対応する構成には、同一の符号を付し、相違する点以外は説明を適宜省略する（以下、他の実施形態について同様）。

第二実施形態の樹脂製基板８０は、パワーモジュール系を構成するパワーモジュール部と、制御系を構成する制御モジュール部とが一体化されている。第二実施形態では、電力及び信号用のコネクタ５０の複数の端子１０２と、３相出力用コネクタ６０の出力用端子６２とが、それぞれの各ピン状端子の先端に、上記第一実施形態同様のプレスフィット接続部を有する。

そして、樹脂製基板８０の端子装着部には、各ピン状端子の先端に対向する位置それぞれに、上記第一実施形態同様に、対向配置される各ピン状端子に対応する所定形状のスルーホール４２が設けられている。つまり、第二実施形態の３相出力用コネクタ６０は、その出力用端子６２が、抵抗溶接ではなく、３相出力部に対応するスルーホール４２に対してプレスフィット接続によって接続される。

第二実施形態では、樹脂製基板８０は、その周囲の適所に、取付けねじ４１を挿通する複数の貫通孔４０ａが形成され、ケース２０の上面２４ｓの側に立設された複数のポスト２４上に複数の取付けねじ４１により取り付けられる。
第二実施形態では、まず、電力及び信号用のコネクタ５０を複数の取付けねじ６１により３相出力用コネクタ実装部２３に装着するとともに、３相出力用のコネクタ６０を複数の取付けねじ５０ｎにより、電力・信号用コネクタ実装部２２に装着する。その後に、樹脂製基板８０を、複数の取付けねじ４１によりケース２０上に取り付ける。

ここで、第二実施形態では、各コネクタ５０、６０の装着方向とそれぞれの各ピン状端子のプレスフィット接続部の接続方向とは同一方向とされている。これにより、電力・信号用のコネクタ５０の各ピン状端子１０２、および、３相出力用のコネクタ６０の各出力用端子６２のプレスフィット接続部を、樹脂製基板８０を装着時の各スルーホール４２に挿通させるとともに所定圧での圧入により確実にプレスフィット接続することができる。
このように、第二実施形態のコントローラ１０によれば、電力・信号用のコネクタ５０および３相出力用のコネクタ６０が、各ピン状端子の先端にプレスフィット接続部をそれぞれ有するので、コネクタの各端子を、半田を用いることなく、樹脂製基板８０の各端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続できる。

また、上記第一および第二実施形態では、制御基板４０ないし多層の樹脂製基板８０を複数の取付けねじを用いて固定する例を示したが、これに限定されない。本発明においては、プレスフィット接続が、機械的接続手段を兼ねることによって、これら基板の取付けねじを不要とすることもできる。このような態様として、以下、第三および第四実施形態を示す。

図６に示すように、第三実施形態のコントローラ１０は、制御基板４０Ｂに、複数の貫通孔４０ａが設けられておらず、これに替えて、位置決め用として、二つの装着基準穴４０ｋが、基板本体４３の対角線方向の二つの隅部近傍に設けられている。そして、ケース２０側には、二つの装着基準穴４０ｋに対向する二箇所の位置に、図６および図７に示すように、位置決め用のピンとなるポスト２５が立設されるとともに、複数のポスト２４上面が、平坦な装着面２４ｍとされている点が、上記第一実施形態と相違している。

第三実施形態では、上記第一実施形態同様に、パワー基板３０は、二つの多極リードコネクタ１０１並びに正極端子８１ａおよび負極端子８２ａ等の各ピン状端子の先端がプレスフィット接続部とされている。また、第三実施形態では、３相出力用コネクタ６０の出力用端子６２は、それぞれ各ピン状端子の先端にプレスフィット接続部を有する構成とされている。

さらに、第三実施形態では、図８に示すように、上記第二実施形態同様に、電力・信号用コネクタ５０の複数の端子１０２は、それぞれ各ピン状端子の先端に、上記第一実施形態同様の構成のプレスフィット接続部を有する。そして、制御基板４０Ｂの端子装着部には、各ピン状端子の先端に対向する位置それぞれに、プレスフィット接続に対応する所定のスルーホール４２が設けられている。

第三実施形態では、上記第一実施形態同様に、パワー基板３０をケース２０に装着する。また、電力・信号用コネクタ５０、および３相出力用コネクタ６０をケース２０に装着する。その後に、制御基板４０Ｂの二つの装着基準穴４０ｋを、ケース２０に形成された二箇所の位置決めポスト２５に挿入し、制御基板４０Ｂの水平姿勢を維持しつつ、位置決めポスト２５に沿って制御基板４０Ｂをケース２０側に向けて設定圧で押圧する。

これにより、下方のパワー基板３０に実装されている多極リードコネクタ１０１の各ピン状端子１１０のプレスフィット接続部１１２および負極端子８２ａ等の各ピン状端子のプレスフィット接続部に、制御基板４０Ｂの各スルーホール４２が挿通されるとともに圧入によりプレスフィット接続される。

この際に、第三実施形態でのプレスフィット接続は、各接続部の電気的な接続は勿論、制御基板４０を保持する上で必要な機械的強度も考慮して接続状態が設定されている。そのため、第三実施形態によれば、制御基板４０Ｂの各部端子でのプレスフィット接続により、制御基板４０Ｂ自体の機械的固定を同時に行うことができるとともに、制御基板４０Ｂの取付けねじ４１および取付け用のタップ加工を不要とすることができる。

さらに、第三実施形態では、図８に示したように、電力・信号用コネクタ５０の複数の端子１０２、および、３相出力用コネクタ６０の出力用端子６２もプレスフィット接続部となっているので、制御基板４０Ｂ自体の機械的固定状態をより安定化できる。

ここで、本発明においては、端子装着部を圧入または圧接によって電気的に接続する手段として、プレスフィット接続部の他、スプリングコンタクト構造を採用できる。例えば、電力・信号用コネクタ５０の樹脂フレーム内での端子接続構造についても、種々の端子接続構造を適用できる。
具体的には、端子装着部を圧入または圧接によって電気的に接続する手段として、図９に示すように、複数段に折り返した蛇腹状のばね接続端子構造１０２ｂを用いることができる。同図において、ばね接続端子構造１０２ｂは、その一端面１０２ｔと、反対側の他端面１０２ｃとがそれぞれ圧接面となる。また、図１０に示すように、複数段に折り返した蛇腹状のばね接続端子構造１０２ｂと、スリット１０２ｓを設けたプレスフィット接続部１０２ｄとを組み合わせた端子構造としてもよい。プレスフィット接続部１０２ｄに対向する面にあたる蛇腹状のばね接続端子構造１０２ｂの一端面１０２ｔとの接続構造の詳細説明は省くが、例えばパワー基板３０側に金属製の接続パッドが設けられており、その部分と蛇腹状のばね接続端子構造１０２ｂの一端面１０２ｔが適切な圧縮応力を受けた状態で、パワー基板３０側の接続パッドと金属接触が行われている。

このようなスプリングコンタクト構造を用いることによっても、半田を用いることなく、端子装着部を上下から押さえつけるようにして、圧入または圧接によって電気的に接続可能である。特に、電動パワーステアリング装置では、コントローラ１０などの電子制御ユニットの雰囲気温度は、エンジンルームからの熱や外部環境からの発熱により大幅に変動するとともに、電流制御用の半導体スイッチング素子や大容量コンデンサなどの発熱部品が多数使用されている。

そのため、スプリングコンタクト構造を電子制御ユニットの端子接続部に用いれば、スルーホールが不要で組立も容易であり、半田やワイヤを不要とする圧接による電気的接続が可能となる。また、蛇腹状に折り返しされた複数段のばねにより、端子接続方向に沿った応力を効果的に逃がすことで、外部からの振動や熱応力による基板の反り変形等を吸収できる。そのため、簡素な構成で放熱性向上と熱応力緩和効果が得られ、特にパワー系の端子接続部での大きな熱ストレスに対応する上で好適である。

また、図１０に例示したように、スプリングコンタクト構造とプレスフィット接続構造とを一体とすれば、熱ストレスによる応力等をスプリングコンタクト構造によって逃がすことができる。そのため、プレスフィット接続部での振動や熱ストレスによる応力集中等の悪影響を防止または緩和する上で好適である。

また、上記第三実施形態で示した基板自体の機械的固定をもプレスフィット接続によって行う例を、上記第二実施形態で示した一枚基板の態様にも適用できる。すなわち、図１１に示すように、第四実施形態では、多層の樹脂製基板８０Ｂを、取付けねじを用いることなく、プレスフィット接続にて樹脂製基板８０Ｂの機械的固定を行う例である。

同図に示すように、第四実施形態のコントローラ１０は、樹脂製基板８０Ｂに、図５での複数の貫通孔４０ａが設けられておらず、これに替えて、位置決め用として、二つの装着基準穴８０ｋが、基板本体８３の対角線方向の二つの隅部近傍に設けられている。また、第四実施形態では、３相出力用のコネクタ６０の出力用端子６２、および、電力及び信号用のコネクタ５０の複数の端子１０２は、それぞれの各ピン状端子の先端に、上記第一実施形態同様のプレスフィット接続部が設けられている。
そして、ケース２０側には、図１１および図１２に示すように、二つの装着基準穴８０ｋに対向する二箇所の位置に、位置決めポスト２５が設けられるとともに、複数のポスト２４上面が、平坦な装着面２４ｍとされている。

第四実施形態のコントローラ１０を組み立てる際は、予めケース２０側に、電力及び信号用のコネクタ５０および３相出力用のコネクタ６０を装着する。その後に、樹脂製基板８０Ｂの二つの装着基準穴８０ｋを、ケース２０に形成された二箇所の位置決めポスト２５に挿入し、樹脂製基板８０Ｂの水平姿勢を維持しつつ、位置決めポスト２５に沿って樹脂製基板８０Ｂをケース２０側に向けて設定圧で押圧する。

これにより、予め装着されている３相出力用のコネクタ６０の出力用端子６２、および電力及び信号用のコネクタ５０の各ピン状端子１０２のプレスフィット接続部に、樹脂製基板８０Ｂの各スルーホール４２が挿通されるとともに、所定圧の圧入によりプレスフィット接続される。

この際、第四実施形態でのプレスフィット接続は、各接続部の電気的接続は勿論、樹脂製基板８０Ｂの装着状態を保持する上で必要な機械的強度をも考慮して接続状態が設定されている。そのため、第四実施形態によれば、樹脂製基板８０Ｂの各部端子でのプレスフィット接続により、樹脂製基板８０Ｂ自体の機械的固定を同時に行うことができるとともに、樹脂製基板８０Ｂの取付けねじおよび取付け用のタップ加工を不要とすることができる。

ここで、第四実施形態において、図１０に示した、スプリングコンタクト構造とプレスフィット接続構造とを一体化した端子を、３相出力用コネクタ６０の出力用端子６２に用いることが好ましい。
つまり、電動パワーステアリング装置では、図１１に示すように、樹脂製基板８０Ｂには、高電流が流れて発熱量が多い複数のＦＥＴがパワーデバイス実装部８０ｊに搭載される。そのため、パワーデバイス実装部８０ｊの周囲が熱変形し易いという問題がある。そして、第四実施形態において、３相出力用コネクタ６０の出力用端子６２の対向位置に形成された端子装着部であるスルーホール４２は、周囲がパワーデバイス実装部８０ｊとされているため、この問題が顕著化する。

これに対し、第四実施形態では、出力用端子６２にプレスフィット接続構造を採用しているので、熱ストレスによる応力集中等の悪影響を防止または緩和する上で好適であり、さらに、図１１に示すスプリングコンタクト構造を樹脂ケース側内部に設けることにより、熱ストレスによる応力等をスプリングコンタクト構造によって逃がすことができるため、プレスフィット接続部での振動や熱ストレスによる応力集中等の悪影響を防止または緩和する上でより一層好適である。

１ 操向ハンドル
２ コラム軸
３ 減速ギア
４Ａ、４Ｂ ユニバーサルジョイント
５ ピニオンラック機構
６ タイトロッド
７ トルクセンサ
８ 電動モータ
９ 車速センサ
１０ コントローラ（電子制御ユニット）
１１ 制御演算装置
１２ ゲート駆動回路
１３ モータ駆動部
１４ 非常停止用の遮断装置
１５ 電流検出回路
１６ 回転センサ
１７ ロータ位置検出回路
１８ ＩＧＮ電圧モニタ部
１９ 電源回路部
２０ ケース
２１ 基板載置部
２１ａ ねじ孔
２２ 電力・信号用コネクタ実装部
２３ ３相出力用コネクタ実装部
２３ａ、２４ａ ねじ孔
２４ ポスト
２５ 位置決めポスト
２４ａ ねじ孔
３０ パワー基板
３１ 基板本体
３１ａ 貫通孔
３９ 放熱用シート
４０ 制御基板
４０ａ 貫通孔
４０ｋ 装着基準穴
４１ 取付けねじ
４２ スルーホール
４２ｈ 内壁面
４３ 基板本体
５０ 電力・信号用コネクタ
５１ 取付けねじ
６０ ３相出力用コネクタ
６０ａ 貫通孔
６２ 出力用端子
７０ カバー
８０、８０Ｂ 樹脂製基板
８０ｋ 装着基準穴
８１ 電源ライン
８１ａ 正極端子
８２ 接地ライン
８２ａ 負極端子
９０ ３相出力部
９１ａ ａ相出力ライン
９１ｂ ｂ相出力ライン
９１ｃ ｃ相出力ライン
１０１ 多極リードコネクタ
１１０ ピン状端子
１１１ 保持部
１１２ プレスフィット接続部
１１２ｄ 導入部
１１２ｓ スリット
１１２ｔ 弾性圧接部
１２０ 保持部材

Claims (10)

1. 操舵補助用の電動モータを有する電動パワーステアリング装置に用いられる電子制御ユニットであって、
   金属製のケースと、
   前記ケース内に固定され且つ自身上面に金属製の端子が立設配置されるとともに前記電動モータの駆動に必要なパワーモジュール系を構成する金属製のパワー基板と、
   前記パワー基板の上方に離隔配置された状態で前記ケースに固定されるとともに前記電動モータの制御に必要な制御系を構成する制御基板と、
   前記パワー基板および前記制御基板を上部から覆うように前記ケースに固定されるカバーと、
   前記電動モータによる操舵補助に必要な配線への入出力を行う端子を有するコネクタと、
   を備え、
   前記パワー基板に立設配置された端子または前記コネクタの端子が、半田を用いることなく、前記制御基板の端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
2. 前記制御基板は、ねじ締結を用いることなく、前記コネクタの端子と前記端子装着部との圧入または圧接によって機械的に前記ケース内に固定されている請求項１に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
3. 前記パワー基板に立設配置された端子または前記コネクタの端子は、
   端子本体部と、前記端子本体部の先端部に設けられて前記制御基板のスルーホールに圧入されることで当該スルーホールに電気的に接続される圧入部と、を備えるプレスフィット端子であり、
   前記圧入部は、その圧入方向に沿って形成された撓み空間となるスリットを挟んで対向配置される弾性変形可能な一対の弾性圧接部を有する請求項１または２に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
4. 前記圧接によって電気的に接続されている箇所は、複数段に折り返した蛇腹状のばね接続端子構造を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
5. 前記パワー基板は、当該パワー基板に立設配置された端子として、前記制御基板との接続方向に対して直交方向に列状に配置されて各々が接続方向に延びる複数のピン状端子を有し、
   前記複数のピン状端子は、その途中部分が、前記接続方向に対して直交方向に延びて所定ピッチで保持する保持部材によって相互に保持されており、
   前記複数のピン状端子の各々は、対向配置される前記制御基板に形成されたスルーホールに圧入されてプレスフィット接続される請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
6. 前記パワー基板および前記制御基板は、車両搭載時に縦向きの姿勢で互いに重ねて固定される請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
7. 前記パワー基板と前記ケースとの間に、熱伝導ペーストが塗布されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
8. 操舵補助用の電動モータを有する電動パワーステアリング装置に用いられる電子制御ユニットであって、
   金属製のケースと、
   前記ケース内に固定されて、前記電動モータの駆動に必要なパワーモジュール系を構成するパワーモジュール部と、前記パワーモジュール部に積層されて前記電動モータの制御に必要な制御系を構成する制御モジュール部と、が一体に形成された多層の樹脂製基板と、
   前記樹脂製基板を上部から覆うように前記ケースに固定されるカバーと、
   前記電動モータによる操舵補助に必要な配線の入出力を行う端子を有するコネクタと、
   を備え、
   前記コネクタの端子が、半田を用いることなく、前記樹脂製基板の端子装着部に圧入または圧接によって電気的に接続されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
9. 前記樹脂製基板は、ねじ締結を用いることなく、前記コネクタの端子と前記端子装着部との圧入または圧接によって機械的に前記ケース内に固定されている請求項８に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。
10. 前記圧接によって電気的に接続されている箇所は、複数段に折り返した蛇腹状のばね接続端子構造を有する請求項８または９に記載の電動パワーステアリング装置用電子制御ユニット。

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