JP2004237832A - コントロールユニット - Google Patents
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Abstract
【課題】電動パワーステアリング用の放熱性の良いコントロールユニットであって、少なくともモータ駆動回路と制御回路の接続信頼性が高く管理可能で、同接続作業（はんだ付け作業）の不良発生率が低く、異形状の狭いスペースにも配置容易なコントロールユニットを提供する。
【解決手段】モータ駆動回路１２を搭載しアルミケース３５（放熱部材）に連結される金属製の駆動基板３１と、制御回路１３を搭載する制御基板３２とを、互いに直交する直交状態に配置して設け、駆動基板３１には、前記直交状態で制御基板３２にはんだ接続可能な駆動基板端子３１ａを形成し、少なくともモータ駆動回路１２と制御回路１３の電気的接続をこの駆動基板端子３１ａによって実現するとともに、アルミケース３５を取り付けなくても、駆動基板３１と制御基板３２が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】モータ駆動回路１２を搭載しアルミケース３５（放熱部材）に連結される金属製の駆動基板３１と、制御回路１３を搭載する制御基板３２とを、互いに直交する直交状態に配置して設け、駆動基板３１には、前記直交状態で制御基板３２にはんだ接続可能な駆動基板端子３１ａを形成し、少なくともモータ駆動回路１２と制御回路１３の電気的接続をこの駆動基板端子３１ａによって実現するとともに、アルミケース３５を取り付けなくても、駆動基板３１と制御基板３２が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両における電動パワーステアリング用のコントロールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動パワーステアリング装置は、ハンドル操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクをトルクセンサにより検出し、それに応じてステアリングシャフト等に取り付けられたアシストモータ（以下、場合により単にモータという）に車両のバッテリーから電流を流して操舵補助トルクを発生させるものである。この電動パワーステアリング装置は、油圧式のものに比べ、大きな操舵補助トルクを発生させることが困難なため、従来では主に軽自動車に使用されてきたが、電子制御が容易である、或いは油圧ポンプや油配管が不要で構造が簡素になるなどの各種利点があり、近年では例えば排気量が１８００ＣＣレベルの小型車両にも適用が検討されており、将来はさらに大型な車両にも適用される可能性がある。
なお、この電動パワーステアリング装置におけるアシストモータの電流制御には、通常四つ（又は四組）のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成されるＨブリッジ回路よりなるモータ駆動回路を用い、マイクロコンピュータを含む制御回路の制御で、この駆動回路を介してアシストモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する。
また、上記駆動回路や制御回路などは、コントロールユニットなどと呼ばれるユニット内に設けられて車両に搭載される。
【０００３】
そして、この種のコントロールユニットとしては、出願人が特願２００１−２０２９５８により提案した図８に示す構造のものがある。これは、筐体と放熱部材（ヒートシンク）を兼ねるアルミケース１の開口側に、駆動回路が形成された金属基板２を接合させてネジ止めにより固定した後、制御回路やコネクタが形成された絶縁プリント基板３を、部品実装面を内側にしてこの金属基板２の上に重ねるようにアルミケース１にネジ止めにより固定し、次いで金属基板２から突出し絶縁プリント基板３のスルーホール３ａに挿通された複数の端子２ａを、噴流はんだ或いは部分噴流はんだ等のはんだ付け工法によりはんだ付けして接続し、最後に絶縁プリント基板３の裏面を覆うようにカバー４をアルミケース１の開口側に取り付けた構造となっていた。
【０００４】
なお一般に、パワートランジスタなどの放熱性が問題となる半導体素子とプリント基板の配置或いは接続構造としては、例えば特許文献１や特許文献２に見られるものがある。これは、断面Ｌ字形状の放熱板の一方の内面にプリント基板を離間状態で固定し、前記放熱板の他方の内面に半導体素子を密着固定させ、半導体素子の端子をプリント基板に直接はんだ付け接続した構造である。また特許文献２には、放熱板の一方の内面に、半導体素子の端子接続部（はんだ付け部分）を臨む開口を設けた構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８１６０６９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５６５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のコントロールユニットには、次のような問題があった。
（イ）金属基板２を熱容量の大きなアルミケース１に固定した状態で、金属基板２の複数の端子２ａを、絶縁プリント基板３のスルーホール３ａに対してはんだ付けにより接続する構成であるので、この端子２ａのはんだ付け時に端子２ａが冷えてしまい、はんだ付けの状態（はんだのいわゆる「のり」）が悪くなり易く、上記端子２ａの接続不良が比較的発生し易い。
（ロ）金属基板２と絶縁プリント基板３を重ねて配置して上記はんだ付けを行う構成であるため、上記はんだ付け後に、絶縁プリント基板３の内面側（部品実装面側）における上記はんだ付け状態を目視することができず、上記端子２ａの接続の信頼性を管理することが困難であった。なお、自動車における電動パワーステアリング用のコントロール装置は、搭乗者の安全を左右する重要保安部品であり、上記端子２ａの接続には高い信頼性が要求されるが、従来では、上述した理由によりこの信頼性を高く管理することが困難であった。
（ハ）金属基板２と絶縁プリント基板３を重ねて配置した積層構造であるため、コントロールユニット全体が平面的な形状（比較的厚さの薄い直方体状の形状）になり、近年の市場ニーズ（配置スペースの異形化）への対応が困難となっていた。というのは、近年の自動車は、多車種共用化設計の傾向が強く、また電装品が増加しているため、車内の他の構造物や部品がこの種のコントロールユニットに極めて接近するようになっており、コントロールユニットに許容される配置スペースが、異形状（非直方体状）の狭いスペースとなる場合が多々発生している。ところが、前述した従来の構成（直方体パケージ）では、このような異形状の狭いスペースに収容困難であり、上述したような配置スペースのニーズに対応困難であった。
【０００７】
ところで、前述した特許文献１や特許文献２に開示された構造では、半導体素子に対してプリント基板が直交状態に配置されている（即ち、積層構造でない）が、プリント基板の裏面側が断面Ｌ字状の放熱板の一方によって覆われ、半導体素子がこの放熱板の他方にクリップ等によって固定されているため、半導体素子の端子のプリント基板へのはんだ付けに関し、次のような問題がある。即ち、特に特許文献１の構造では放熱板を取り付けた状態での上記はんだ付けは困難であり、放熱板を取り付ける前に上記はんだ付けを行うと、このはんだ付け後の放熱板の取り付け時に、半導体素子の端子に外力が加わってこの端子やそのはんだ付け部分が損傷する可能性がある。また、仮に放熱板を取り付けた状態で上記はんだ付けを行うことができたとしても、端子が冷えてはんだののりが悪くなる問題があるとともに、上記はんだ付け部分（プリント基板の裏面側）が目視できず、上記はんだ付けの仕上がり状態を確認することができなくなる。なお、特許文献２の構造では、放熱板の一方の内面に上記はんだ付け部分を臨む開口が形成されているが、限られた開口を通してしか目視できないので、上記はんだ付けの仕上がり状態を十分に確認することが容易にできない。
【０００８】
したがって、前述した特許文献１や特許文献２に開示された思想を、前述のコントロールユニットにおいてモータ駆動回路を構成する半導体素子と制御基板（制御回路が形成されたプリント基板）の配置及び接続構造に適用したとしても、少なくとも前述の（イ）や（ロ）の問題が解決できない。また、半導体素子の端子をプリント基板に直接はんだ付け接続する構成であるため、半導体素子が複数ある場合、各半導体素子を個々に位置決めてプリント基板の対応するスルーホールに対してその端子をそれぞれ挿入する作業が必要となり、組立工数が増大するなどの不利がある。また、各半導体素子に接続される大電流ラインが、放熱板から離して配置されたプリント基板上に全て形成されることになるので、この大電流ラインで発生する熱が放熱され難いという不利もある。
そこで本発明は、電動パワーステアリング用の放熱性の良いコントロールユニットであって、少なくともモータ駆動回路と制御回路の接続信頼性が高く管理可能で、同接続作業（はんだ付け作業）の不良発生率が低く、前述した異形状の狭いスペースにも配置容易なコントロールユニットを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によるコントロールユニットは、半導体スイッチング素子よりなるモータ駆動回路（例えば、ブリッジ回路）と、前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路（例えば、マイクロコンピュータを含む回路）と、少なくとも前記モータ駆動回路で発生する熱を外部に逃がす放熱部材とを有し、車両の操舵系に連結されるアシストモータを前記モータ駆動回路を介して駆動制御する電動パワーステアリング用のコントロールユニットにおいて、
金属などの熱伝導性の高い基材よりなり、最終組立状態において前記放熱部材に連結される基板であって、前記モータ駆動回路を搭載する駆動基板と、前記制御回路を搭載する制御基板とを、互いに直交する直交状態に配置して設け、
前記駆動基板には、前記直交状態で前記制御基板にはんだ接続可能な駆動基板端子を形成し、少なくとも前記モータ駆動回路と前記制御回路の電気的接続を前記駆動基板端子によって実現するとともに、
前記放熱部材を取り付けなくても、前記駆動基板と前記制御基板が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成としたものである。
【００１０】
なお、「前記放熱部材を取り付けなくても、前記駆動基板と前記制御基板が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成」とは、例えば以下のような構成である。即ち、最終組立状態において前記放熱部材に結合され、前記放熱部材よりも熱容量の小さいフレーム部材を設け、前記駆動基板をこのフレーム部材に固定して前記放熱部材に連結し、このフレーム部材を介して前記駆動基板の熱を前記放熱部材に伝導する構造とし、前記駆動基板と前記制御基板とがこのフレーム部材を介して前記直交状態で相互に組み付け可能な構成である。なおこの場合、フレーム部材は、熱伝導性の高い金属などの材料よりなる必要があることはいうまでもない。
【００１１】
この発明によれば、駆動基板端子の制御基板へのはんだ接続作業（少なくともモータ駆動回路と制御回路の電気的接続）が、駆動基板と制御基板が直交状態で相互に組み付けられた状態で、しかも放熱部材の取り付け前の状態で、実行可能となる。このため、制御基板の部品実装面側とこれと反対の裏面側における上記はんだ接続部分が十分かつ容易に目視可能となり、上記はんだ接続部分の状態を容易に確認可能となる。したがって、万が一はんだ付け不良が発生したときでも、これを不良品として排除することが確実に可能となり、上記接続作業の信頼性を高く管理することが可能となる。
また、熱容量の大きな放熱部材の取り付け前の状態（例えば、前述したような熱容量の小さいフレーム部材を介して駆動基板と制御基板が組み付けられた状態）で、上記はんだ接続が可能であるため、駆動基板端子が従来のようにはんだ付け時に冷えてしまうことを防止でき、この結果、上記はんだ接続の不良発生率を低減することが可能である。
また、駆動基板と制御基板が直交状態で配置されるため、ユニット全体の外形寸法を、前述した異形状の狭いスペースにも配置容易なものとすることが可能となる利点がある。
【００１２】
また、上記はんだ接続作業の際の中間組立品の外形寸法及び重量が、放熱部材が無い分だけ従来よりも低減され、これにより取扱性が向上し、ひいては生産性が向上する利点もある。
また、モータ駆動回路を構成する半導体スイッチング素子は、上述した駆動基板に搭載された状態で、制御基板に接続され、上記駆動基板端子の接続によって一括して制御回路に対して接続される。このため、特許文献１等のように組立工数が増加することがない。また、特許文献１等のように、各半導体素子に接続される大電流ラインが全て制御基板上に形成されて放熱性が悪くなる問題が生じない。この場合、モータ駆動回路を構成する大電流ライン（モータの通電ラインや電源ライン）は、放熱部材に連結される熱伝導性の高い駆動基板上に形成されるため、半導体素子（半導体スイッチング素子）で発生する熱に加えて、この大電流ラインで発生する熱も外部に効率よく放熱される。
【００１３】
次に、この発明のより好ましい構成は、金属板がモールド又は圧入により保持された樹脂製部材を設け、この樹脂製部材に保持された金属板を少なくとも前記駆動基板上の所定の回路導体（或いはさらに前記制御基板上の所定の回路導体）に接続し、前記駆動基板上の大電流ライン以外の大電流ラインの一部又は全部を、前記金属板によって構成したものである。
この構成であると、上記金属板の厚さ及び幅寸法の設定により、上記大電流ラインの電気抵抗を十分低減することが可能となり、上記大電流ラインで発生する熱量を低減できる。特に、電動パワーステアリングシステムが大型車両に適用され、通電量が大幅増加する場合でも、上記大電流ラインにおける発熱の問題を解消することが容易となる。
なお、上記大電流ライン（即ち、駆動回路以外におけるモータの通電ラインや電源ライン）を、全て上記金属板で構成するためには、コントロールユニットをアシストモータや電源に接続するための外部接続用のコネクタの電極を、上記樹脂製部材の金属板に直接接続する必要がある。したがって、この構成の場合には、上述したコネクタを含む外部接続用のコネクタ（関連するセンサや他のコントローラとの間の信号線接続用のコネクタが含まれてもよい）を、前記樹脂製部材に一体形成することが望ましい。一体形成すれば、上記大電流ラインを全て上記金属板で構成して発熱を著しく抑制できるし、一体化によって部品点数を削減し、コスト低減に貢献できるからである。
【００１４】
また、この発明のより好ましい他の構成は、上述したような樹脂製部材が設けられる場合において、前記樹脂製部材が屈曲部を有する形状であり、この屈曲部が、前記樹脂製部材を構成する樹脂部分から露出する前記金属板の折り曲げ部分によって形成されているものである。
この構成であると、屈曲形状によって前述した異形状の狭いスペースへの対応がより容易になるとともに、製造過程での樹脂製部材の取扱性が高く確保できる。というのは、この構成の場合、上記樹脂製部材を当初屈曲部のない平面的な状態（展開状態）で製作しておき、この樹脂製部材への実装部品のはんだ付け作業等が終了した後に、該当する金属板を該当箇所で折り曲げることによって上記屈曲部を形成するという製造方法が可能となり、これにより、屈曲部のない平面的な状態で上記実装部品のはんだ付け作業等が容易に可能となるからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、電動パワーステアリング装置のハード構成（概略回路構成）の一形態例を、図４により説明する。本装置は、車両の操舵系に連結されて操舵補助トルクを発生するアシストモータ１１（以下、場合により単にモータ１１という）と、このモータ１１を駆動回路１２（モータ駆動回路）を介して制御する制御回路１３と、車両の電源（バッテリー）１４の出力をもとにこの制御回路１３に所定電力を供給する電源回路１５と、前記操舵系の操舵トルクを検出するトルクセンサ１６とを備える。
【００１６】
なお、図４において、符号１７で示すものは、車両のイグニションスイッチであり、本装置においては制御回路１３の起動スイッチとして機能する。
また、符号１８で示すものは、モータ１１の電流（以下、場合により単にモータ電流という）が増大したときに電源をバックアップする電解コンデンサである。また、符号１９で示すものは、駆動回路１２のグランド側に接続された抵抗（シャント抵抗）であり、この抵抗１９の電圧降下分に相当する電圧が入力ライン２０によって制御回路１３に入力されている。なお、この入力ライン２０から入力される電圧値は、モータ１１の電流値（以下、場合により単にモータ電流値という）に比例するため、制御回路１３ではこの電圧値からモータ電流値を検知可能であり、抵抗１９や入力ライン２０は、モータ電流の電流検出手段２１を実質的に構成している。
なお、駆動回路１２、制御回路１３、電源回路１５、電解コンデンサ１８などは、パワーステアリング装置のコントロールユニット２２（以下、場合により単にユニット２２という）を構成している。
【００１７】
ここで、駆動回路１２は、前述したＨブリッジ回路よりなるもので、制御回路１３から出力されるＰＷＭ駆動信号によって動作する。この駆動回路１２には、バッテリー１４の正極に接続された高電位電源ライン２３と、グランドに接続された低電位電源ライン２４とが接続され、Ｈブリッジ回路を構成する図示省略した複数個のＦＥＴ（スイッチング素子）の動作により、モータ１１の各コイル端子１１ａ又は１１ｂが、前記ＰＷＭ駆動信号に応じたデューティ比で、これら高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４に断続的に接続される。
また制御回路１３は、マイクロコンピュータを含む回路で構成され、トルクセンサ１６の検出信号から検知される操舵トルクの値に応じた操舵補助トルクを発生させるべく、前記操舵トルクに応じたモータ電流を実現するデューティ比のＰＷＭ駆動信号を生成して駆動回路１２を制御する制御機能を実現する。
また、電源回路１５は、バッテリー１４の電圧（通常、１２Ｖ〜１４Ｖ）を所定電圧（例えば、５Ｖ）に変換して制御回路１３に供給するものである。
なお、図示省略しているが、ユニット２２には、上述した要素の他に、高電位電源ライン２３を制御回路１３の制御により開閉するリレーや、ノイズ放出を抑制する電波対策用のセラミックコンデンサなどが備えられる。
【００１８】
次に、ユニット２２の内部構造の第１形態例について説明する。
図２（ｂ）は、ユニット２２の外観斜視図であり、図３はユニット２２の分解斜視図であり、図１はユニット２２の中間組立品（後述するアルミケース３５とカバー３６を取り付ける前の組立品）の斜視図である。なお図１（ａ）は、前記中間組立品を部品実装面側から見た図であり、また図１（ｂ）は、前記中間組立品を裏面側から見た図である。また図２（ａ）は、前述した異形状の配置スペースの一例を示す図である。
図３に示すように、本形態例のユニット２２は、駆動基板３１、制御基板３２、フレーム部材３３、及びインサートベース３４（樹脂製部材）よりなる中間組立品を、アルミケース３５（放熱部材）とカバー部材３６よりなる筐体内に収納してなるものである。なおアルミケース３５は、筐体と放熱部材（ヒートシンク）を兼ねる部材であり、熱伝導性の良いアルミ（アルミ合金でもよい）よりなる。また、カバー部材３６は例えば樹脂製の部材である。
【００１９】
ここで、駆動基板３１は、基板部分がアルミ等の金属よりなるもので、その表面（部品実装面）には、半導体スイッチング素子が実装されて少なくとも前述の駆動回路１２が形成されている。この駆動基板３１は、その裏面をフレーム部材３３の後述する棚部３３ａの上面に接合されてネジ止めによりフレーム３３に固定される。また、この駆動基板３１の表面における短縁部には、制御基板３２やインサートベース３４にはんだ接続するための逆Ｌ字状の駆動基板端子３１ａが複数形成されている。これら駆動基板端子３１ａには、駆動回路１２と制御回路１３間の信号ライン（例えば、ＰＷＭ駆動信号のライン）を構成する端子や、駆動回路１２を各コイル端子１１ａ又は１１ｂや高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４に接続する端子が含まれている。
【００２０】
次に制御基板３２は、絶縁プリント基板であり、その表面には少なくとも前述の制御回路１３が形成されている。この制御基板３２は、インサートベース３４の後述する開口部３４ｅを覆うように、インサートベース３４に平行に重ねるように取り付けられ、ネジ止めによってインサートベース３４に固定される。またこの場合、制御基板３２の下縁部には、前述の駆動基板端子３１ａの一部（少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されるスルーホール３２ａが複数形成されている。そして、このスルーホール３２ａに対する駆動基板端子３１ａのはんだ接続によって、少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインの接続が実現される構成となっている。
【００２１】
次にインサートベース３４は、金属板（図示省略）がモールド又は圧入により保持され、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ（図１（ｂ）参照）が一体形成された樹脂製部材であり、このインサートベース３４に保持された金属板によって、駆動基板１２上の大電流ライン以外の大電流ラインが全て構成されている。
即ち、このインサートベース３４には、図４に示す電解コンデンサ１８や抵抗１９（図３等においては図示又は符号省略）の他、前述したリレーや電波対策用のセラミックコンデンサなど（図示又は符号省略）が実装され、その金属板によって、高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４や、各コイル端子１１ａ又は１１ｂにつながるモータ通電ラインが構成されている。また、このインサートベース３４の下縁部には、前述の駆動基板端子３１ａの残り（少なくとも駆動回路１２とモータ１１或いは電源間の大電流ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されるスルーホール３４ｄが形成されている。そして、このスルーホール３４ｄに対する駆動基板端子３１ａのはんだ接続によって、駆動基板３１上の所定の回路導体と、対応する金属板（例えば、モータ通電ラインや、高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４を構成するもの）との接続が実現される構成となっている。
また、このインサートベース３４における制御基板３２の取り付け位置に対応する部分には、制御基板３２の裏面（スルーホール３２ａのある箇所を含む）を大きく露出させる開口部３４ｅ（図１（ｂ）参照）が形成されている。
【００２２】
なお、電源回路１５は、このインサートベース３４上に搭載されていてもよいし、制御基板３２上に搭載されていてもよい。またこの場合、前述の入力ライン２０や、制御回路１３とＩＧスイッチ１７やトルクセンサ１６を結ぶ信号ラインも、このインサートベース３４の金属板によって構成され、そのための制御回路１３とインサートベース３４の接続も同様の端子（図示又は符号省略）により実現されていてもよい。
また、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのうち、例えばコネクタ３４ａが電源（バッテリー１４）への接続用であり、コネクタ３４ｃがモータ１１への接続用であり、コネクタ３４ｂがＩＧスイッチ１７などへの信号線接続用である。なお、コネクタの種類や配置は、このような態様に限定されないことはいうまでもない。
【００２３】
次にフレーム部材３３は、最終組立状態においてアルミケース３５に固定され、駆動基板３１の熱をアルミケース３５に伝導する部材であり、アルミ（アルミ合金でもよい）などの熱伝導性の高い材料よりなる。但しこのフレーム３３は、アルミケース３５に比較して格段に小型で熱容量の小さいものとなっている。また、このフレーム部材３３は、上面に駆動基板３１が固定される棚部３３ａと、この棚部３３ａの両側から上方に伸びる支持部３３ｂ，３３ｃ（図３に示す）とを有し、全体として断面コ字状の形状のものであり、裏面側においてインサートベースベース３４の周縁（左右の端縁部と下縁部）に接合されてネジ止めされ、表面側の端面においてアルミケース３５に接合されてネジ止めされる構成となっている。そして、このフレーム部材３３がインサートベース３４に取り付けられた状態では、棚部３３ａがインサートベース３４の下縁部に位置し、この棚部３３ａの上面に固定される駆動基板３１と、インサートベース３４に固定される制御基板３２が、相互に直交する所定の直交状態（各基板が相互に直交する方向となり、各駆動基板端子３１ａが前述のスルーホール３２ａや３４ｄに挿通される位置関係）となっている。即ち、駆動基板３１が、このフレーム部材３３を介してアルミケース３５（放熱部材）に連結される構造であり、アルミケース３５の取り付け前の状態であっても、駆動基板３１と制御基板３２とが、このフレーム部材３３を介して直交状態で相互に組み付け可能となっている。
【００２４】
次に、上記コントロールユニット２２の組立手順は、例えば次のとおりである。即ち、制御基板３２のインサートベース３４への固定接続を実行する一方で、駆動基板３１のフレーム部材３３への固定を行う。次に、駆動基板３１が固定されたフレーム部材３３を制御基板３２が固定されたインサートベース３４へ固定して、図１に示す中間組立品を完成させた後、この中間組立品の段階で、少なくとも駆動基板端子３１ａの各スルーホールへのはんだ付け（例えば部分噴流はんだ）を実行する。次いで、前記はんだ付けの目視確認等を行った後に、アルミケース３５とカバー部材３６を取り付けて完成となる。なお、カバー部材３６は、例えばアルミケース３５にネジ止めされる。また、アルミケース３５とカバー部材３６接合部分等には、接着剤が塗布されて、いわゆる接着シールがなされる。
【００２５】
次に、ユニット２２の内部構造の第２形態例について説明する。
図５（ａ）は、本形態例のユニット２２の外観斜視図であり、図６は同ユニット２２の分解斜視図であり、図５（ｂ），（ｃ）は同ユニット２２の中間組立品（後述するアルミケース４５とカバー４６を取り付ける前の組立品）の斜視図である。なお図５（ｂ）は、前記中間組立品を部品実装面側から見た図であり、また図５（ｃ）は、前記中間組立品を裏面側から見た図である。
図６に示すように、本形態例のユニット２２は、駆動基板４１、制御基板４２、フレーム部材４３、及びインサートベース４４（樹脂製部材）よりなる中間組立品を、アルミケース４５（放熱部材）とカバー部材４６よりなる筐体内に収納してなるものである。
【００２６】
ここで、駆動基板４１は、第１形態例の駆動基板３１と同様のもので、その裏面をフレーム部材４３の上面に接合されてネジ止めによりフレーム部材４３に固定される。この駆動基板４１には、制御基板４２にはんだ接続するための逆Ｌ字状の駆動基板端子４１ａが複数形成されている。また、この駆動基板４１には、インサートベース４４にはんだ接続するための駆動基板端子（図示省略）も形成されている。
次に制御基板４２は、第１形態例の制御基板３２と同様のものであるが、この場合の制御基板４２は、インサートベース４４に対して直交状態に取り付けられる。またこの場合も、制御基板４２の下縁部には、前述の駆動基板端子４１ａ（少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されてはんだ付けされるスルーホール４２ａが複数形成されている。
【００２７】
次にインサートベース４４は、第１形態例のインサートベース３４と同様に、金属板がモールド又は圧入により保持され、外部接続用のコネクタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ（図５（ｂ），（ｃ）参照）が一体形成された樹脂製部材であり、このインサートベース４４に保持された金属板によって、駆動基板１２上の大電流ライン以外の大電流ラインが全て構成されている。
但し、本例のインサートベース４４は、図６に示すように、２箇所の屈曲部Ｋ１，Ｋ２を有する形状である。そして、これら屈曲部Ｋ１，Ｋ２は、インサートベース４４を構成する樹脂部分から露出する金属板の折り曲げ部分によって形成されている。
【００２８】
また、このインサートベース４４は、図７に示すようにして製作する。即ち、まず図７（ａ）に示すように、屈曲部Ｋ１，Ｋ２の無い平面的な中間品を、樹脂成形（金属板のモールド成形）により製造する。なおこの中間品では、屈曲部Ｋ１，Ｋ２となる部分が、金属板だけで形成された金属板露出部分Ｒ１，Ｒ２となっている。次に、この平面的な中間品の状態で、図７（ｂ）に示すように各回路部品の実装や、残りの金属板の圧入等による取り付けを行う。そして最後に、図７（ｃ）に示すように、上記金属板露出部分Ｒ１，Ｒ２の金属板を折り曲げて、屈曲部Ｋ１，Ｋ２を形成して完成させる。
なお、図７（ｂ）に示す折り曲げ前の段階で、駆動基板４１及びフレーム部材４３の取り付けを行う態様でもよい。図７（ｂ）は、このような態様の場合を図示している。
【００２９】
次にフレーム部材４３は、第１形態例のフレーム部材３３と同様に、最終組立状態においてアルミケース４５に固定され、駆動基板４１の熱をアルミケース４５に伝導する部材である。但しこのフレーム４３は、第１形態例のフレーム部材３３の棚部３３ａに相当する板状部分のみからなるものであり、極めて小型で特に熱容量の小さいものとなっている。また、このフレーム部材４３は、上面に駆動基板４１が固定された状態で、インサートベース４４の下面側にネジ止めにより取り付けられるとともに、表面側の端面においてアルミケース４５に接合されてアルミケース４５にネジ止めされる構成となっている。そして、このフレーム部材４３がインサートベース４４を介して制御基板４２に取り付けられた状態では、このフレーム部材４３の上面に固定される駆動基板４１と、インサートベース４４に固定される制御基板４２が、相互に直交する所定の直交状態となる。
【００３０】
次に、上記第２形態例のコントロールユニット２２の組立手順は、例えば次のとおりである。即ち、駆動基板４１及びフレーム部材４３が取り付けられたインサートベース４４に対して制御基板４２を固定して、図５（ｂ），（ｃ）に示す中間組立品を完成させた後、この中間組立品の段階で、所定のはんだ付け（例えば、駆動基板端子４１ａのスルーホール４２ａへのはんだ付け）を実行する。次いで、前記はんだ付けの目視確認等を行った後に、アルミケース４５とカバー部材４６を取り付けて完成となる。
【００３１】
以上説明したユニット２２の構造によれば、以下のような実用上優れた各種の効果が得られる。
（１）駆動基板端子３１ａ，４１ａのはんだ接続作業が、駆動基板３１，４１と制御基板３２，４２が直交状態で相互に組み付けられた状態で、しかもアルミケース３５，４５の取り付け前の状態（即ち、前記中間組立品の状態）で、実行可能となる。このため、制御基板３２，４２の部品実装面側とこれと反対の裏面側における上記はんだ接続部分が十分かつ容易に目視可能となり、上記はんだ接続部分の状態を容易に確認可能となる。したがって、万が一はんだ付け不良が発生したときでも、これを不良品として排除することが確実に可能となり、上記接続作業の信頼性を高く管理することが可能となる。
【００３２】
（２）また、熱容量の大きなアルミケース３５，４５の取り付け前の状態（即ち、前記中間組立品の状態）で、上記はんだ接続が可能であるため、駆動基板端子３１ａ，４１ａが従来のようにはんだ付け時に冷えてしまうことを防止でき、この結果、上記はんだ接続の不良発生率を低減することが可能である。特に第２形態例の場合には、フレーム部材４３の熱容量が極めて小さいので、この効果が著しい。
（３）また、駆動基板３１，４１と制御基板３２，４２が直交状態で配置されるため、ユニット全体の外形寸法を、異形状の狭いスペース（例えば、図２（ａ）に示す形状の許容スペース）にも配置容易なものとすることができる。特に第２形態例の場合には、インサートベース４４が屈曲部を有する形状となっているため、特殊な形状のスペース内にも、多数の実装部品よりなる高機能な周辺回路（制御回路や駆動回路以外の回路）を搭載したインサートベース（展開状態では収納困難な大型なもの含む）を容易に収納可能である。
【００３３】
（４）また、上記はんだ接続作業の際の中間組立品の外形寸法及び重量が、アルミケース３５，４５が無い分だけ従来よりも低減され、これにより取扱性が向上し、ひいては生産性が向上する利点もある。
（５）また、モータ駆動回路１２を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）は、上述した駆動基板３１，４１に搭載された状態で、制御基板３２，４２に接続され、上記駆動基板端子３１ａ，４１ａの接続によって一括して制御回路１３に対して接続される。このため、特許文献１等のように組立工数が増加することがない。また、特許文献１等のように、各半導体素子に接続される大電流ラインが全て制御基板上に形成されて放熱性が悪くなる問題が生じない。この場合、モータ駆動回路１２を構成する大電流ライン（モータの通電ラインや電源ライン）は、アルミケース３５，４５に連結される熱伝導性の高い駆動基板３１，４１上に形成されるため、半導体スイッチング素子で発生する熱に加えて、この大電流ラインで発生する熱も外部に効率よく放熱される。
【００３４】
（６）駆動基板３１，４１上の大電流ライン以外の大電流ラインが、インサートベース３４，４４の金属板によって構成されている。このため、上記金属板の厚さ及び幅寸法の設定により、上記大電流ラインの電気抵抗を十分低減することが可能となり、上記大電流ラインで発生する熱量を低減できる。特に、電動パワーステアリングシステムが大型車両に適用され、通電量が大幅増加する場合でも、上記大電流ラインにおける発熱の問題を解消することが容易となる。
（７）また、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃや４４ａ，４４ｂ，４４ｃが、インサートベース３４，４４に一体形成されているため、部品点数を削減し、コスト低減に貢献できる
（８）また第２形態例の場合、インサートベース４４の屈曲部Ｋ１，Ｋ２が、インサートベース４４を構成する樹脂部分から露出する金属板の折り曲げ部分によって形成されている。このため、製造過程でのインサートベース４４の取扱性が高く確保できる。前述したような製造方法により、屈曲部のない平面的な状態でインサートベース４４への実装部品のはんだ付け作業等が容易に可能となるからである。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態の態様に限られない。
例えば、インサートベース（樹脂製部材）の無い構成（例えば、フレーム部材が制御基板に直接ネジ止めされ、制御基板上に周辺回路も搭載される構成）もあり得る。また、フレーム部材が無く、制御基板が駆動基板に直接ネジ止め等により取り付けられる態様もあり得る。
また、外部接続用のコネクタは。その一部又は全部を制御基板に設けてもよい。例えば、上記第１形態例における制御基板３２の裏面に、信号用（制御回路１３とＩＧスイッチ１７やトルクセンサ１６を結ぶ信号ライン用）のコネクタを設けてもよい。
また、駆動基板と制御基板の直交状態は、駆動基板と制御基板のなす角度が必ずしも正確に９０度となっている態様に限定されず、９０度又はその近傍を当然に含み、制御基板の表裏両面のはんだ付け部分が十分目視できるような角度範囲であれば９０度近傍でなくてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、少なくともモータ駆動回路と制御回路の接続信頼性が高く管理可能で、同接続作業（はんだ付け作業）の不良発生率が低く、異形状の狭いスペースにも配置容易で、放熱性のよい電動パワーステアリング用のコントロールユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユニット（第１形態例）の中間組立品を示す斜視図である。
【図２】ユニット（第１形態例）の外観と異形状スペースを示す斜視図である。
【図３】ユニット（第１形態例）の分解斜視図である。
【図４】ユニットの回路構成を示す図である。
【図５】ユニット（第２形態例）の外観と中間組立品を示す斜視図である。
【図６】ユニット（第２形態例）の分解斜視図である。
【図７】インサートベース（第２形態例）の製造工程を示す斜視図である。
【図８】ユニット（従来例）の分解斜視図である。
【符号の説明】
１１ アシストモータ
１２ 駆動回路
１３ 制御回路
２２ コントロールユニット
３１，４１ 駆動基板
３１ａ，４１ａ 駆動基板端子
３２，４２ 制御基板
３３，４３ フレーム部材
３４，４４ インサートベース（樹脂製部材）
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ コネクタ
３５，４５ アルミケース（放熱部材）
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両における電動パワーステアリング用のコントロールユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電動パワーステアリング装置は、ハンドル操作によりステアリングシャフトに発生する操舵トルクをトルクセンサにより検出し、それに応じてステアリングシャフト等に取り付けられたアシストモータ（以下、場合により単にモータという）に車両のバッテリーから電流を流して操舵補助トルクを発生させるものである。この電動パワーステアリング装置は、油圧式のものに比べ、大きな操舵補助トルクを発生させることが困難なため、従来では主に軽自動車に使用されてきたが、電子制御が容易である、或いは油圧ポンプや油配管が不要で構造が簡素になるなどの各種利点があり、近年では例えば排気量が１８００ＣＣレベルの小型車両にも適用が検討されており、将来はさらに大型な車両にも適用される可能性がある。
なお、この電動パワーステアリング装置におけるアシストモータの電流制御には、通常四つ（又は四組）のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で構成されるＨブリッジ回路よりなるモータ駆動回路を用い、マイクロコンピュータを含む制御回路の制御で、この駆動回路を介してアシストモータをＰＷＭ（パルス幅変調）方式で駆動する。
また、上記駆動回路や制御回路などは、コントロールユニットなどと呼ばれるユニット内に設けられて車両に搭載される。
【０００３】
そして、この種のコントロールユニットとしては、出願人が特願２００１−２０２９５８により提案した図８に示す構造のものがある。これは、筐体と放熱部材（ヒートシンク）を兼ねるアルミケース１の開口側に、駆動回路が形成された金属基板２を接合させてネジ止めにより固定した後、制御回路やコネクタが形成された絶縁プリント基板３を、部品実装面を内側にしてこの金属基板２の上に重ねるようにアルミケース１にネジ止めにより固定し、次いで金属基板２から突出し絶縁プリント基板３のスルーホール３ａに挿通された複数の端子２ａを、噴流はんだ或いは部分噴流はんだ等のはんだ付け工法によりはんだ付けして接続し、最後に絶縁プリント基板３の裏面を覆うようにカバー４をアルミケース１の開口側に取り付けた構造となっていた。
【０００４】
なお一般に、パワートランジスタなどの放熱性が問題となる半導体素子とプリント基板の配置或いは接続構造としては、例えば特許文献１や特許文献２に見られるものがある。これは、断面Ｌ字形状の放熱板の一方の内面にプリント基板を離間状態で固定し、前記放熱板の他方の内面に半導体素子を密着固定させ、半導体素子の端子をプリント基板に直接はんだ付け接続した構造である。また特許文献２には、放熱板の一方の内面に、半導体素子の端子接続部（はんだ付け部分）を臨む開口を設けた構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２８１６０６９号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５６５８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のコントロールユニットには、次のような問題があった。
（イ）金属基板２を熱容量の大きなアルミケース１に固定した状態で、金属基板２の複数の端子２ａを、絶縁プリント基板３のスルーホール３ａに対してはんだ付けにより接続する構成であるので、この端子２ａのはんだ付け時に端子２ａが冷えてしまい、はんだ付けの状態（はんだのいわゆる「のり」）が悪くなり易く、上記端子２ａの接続不良が比較的発生し易い。
（ロ）金属基板２と絶縁プリント基板３を重ねて配置して上記はんだ付けを行う構成であるため、上記はんだ付け後に、絶縁プリント基板３の内面側（部品実装面側）における上記はんだ付け状態を目視することができず、上記端子２ａの接続の信頼性を管理することが困難であった。なお、自動車における電動パワーステアリング用のコントロール装置は、搭乗者の安全を左右する重要保安部品であり、上記端子２ａの接続には高い信頼性が要求されるが、従来では、上述した理由によりこの信頼性を高く管理することが困難であった。
（ハ）金属基板２と絶縁プリント基板３を重ねて配置した積層構造であるため、コントロールユニット全体が平面的な形状（比較的厚さの薄い直方体状の形状）になり、近年の市場ニーズ（配置スペースの異形化）への対応が困難となっていた。というのは、近年の自動車は、多車種共用化設計の傾向が強く、また電装品が増加しているため、車内の他の構造物や部品がこの種のコントロールユニットに極めて接近するようになっており、コントロールユニットに許容される配置スペースが、異形状（非直方体状）の狭いスペースとなる場合が多々発生している。ところが、前述した従来の構成（直方体パケージ）では、このような異形状の狭いスペースに収容困難であり、上述したような配置スペースのニーズに対応困難であった。
【０００７】
ところで、前述した特許文献１や特許文献２に開示された構造では、半導体素子に対してプリント基板が直交状態に配置されている（即ち、積層構造でない）が、プリント基板の裏面側が断面Ｌ字状の放熱板の一方によって覆われ、半導体素子がこの放熱板の他方にクリップ等によって固定されているため、半導体素子の端子のプリント基板へのはんだ付けに関し、次のような問題がある。即ち、特に特許文献１の構造では放熱板を取り付けた状態での上記はんだ付けは困難であり、放熱板を取り付ける前に上記はんだ付けを行うと、このはんだ付け後の放熱板の取り付け時に、半導体素子の端子に外力が加わってこの端子やそのはんだ付け部分が損傷する可能性がある。また、仮に放熱板を取り付けた状態で上記はんだ付けを行うことができたとしても、端子が冷えてはんだののりが悪くなる問題があるとともに、上記はんだ付け部分（プリント基板の裏面側）が目視できず、上記はんだ付けの仕上がり状態を確認することができなくなる。なお、特許文献２の構造では、放熱板の一方の内面に上記はんだ付け部分を臨む開口が形成されているが、限られた開口を通してしか目視できないので、上記はんだ付けの仕上がり状態を十分に確認することが容易にできない。
【０００８】
したがって、前述した特許文献１や特許文献２に開示された思想を、前述のコントロールユニットにおいてモータ駆動回路を構成する半導体素子と制御基板（制御回路が形成されたプリント基板）の配置及び接続構造に適用したとしても、少なくとも前述の（イ）や（ロ）の問題が解決できない。また、半導体素子の端子をプリント基板に直接はんだ付け接続する構成であるため、半導体素子が複数ある場合、各半導体素子を個々に位置決めてプリント基板の対応するスルーホールに対してその端子をそれぞれ挿入する作業が必要となり、組立工数が増大するなどの不利がある。また、各半導体素子に接続される大電流ラインが、放熱板から離して配置されたプリント基板上に全て形成されることになるので、この大電流ラインで発生する熱が放熱され難いという不利もある。
そこで本発明は、電動パワーステアリング用の放熱性の良いコントロールユニットであって、少なくともモータ駆動回路と制御回路の接続信頼性が高く管理可能で、同接続作業（はんだ付け作業）の不良発生率が低く、前述した異形状の狭いスペースにも配置容易なコントロールユニットを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によるコントロールユニットは、半導体スイッチング素子よりなるモータ駆動回路（例えば、ブリッジ回路）と、前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路（例えば、マイクロコンピュータを含む回路）と、少なくとも前記モータ駆動回路で発生する熱を外部に逃がす放熱部材とを有し、車両の操舵系に連結されるアシストモータを前記モータ駆動回路を介して駆動制御する電動パワーステアリング用のコントロールユニットにおいて、
金属などの熱伝導性の高い基材よりなり、最終組立状態において前記放熱部材に連結される基板であって、前記モータ駆動回路を搭載する駆動基板と、前記制御回路を搭載する制御基板とを、互いに直交する直交状態に配置して設け、
前記駆動基板には、前記直交状態で前記制御基板にはんだ接続可能な駆動基板端子を形成し、少なくとも前記モータ駆動回路と前記制御回路の電気的接続を前記駆動基板端子によって実現するとともに、
前記放熱部材を取り付けなくても、前記駆動基板と前記制御基板が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成としたものである。
【００１０】
なお、「前記放熱部材を取り付けなくても、前記駆動基板と前記制御基板が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成」とは、例えば以下のような構成である。即ち、最終組立状態において前記放熱部材に結合され、前記放熱部材よりも熱容量の小さいフレーム部材を設け、前記駆動基板をこのフレーム部材に固定して前記放熱部材に連結し、このフレーム部材を介して前記駆動基板の熱を前記放熱部材に伝導する構造とし、前記駆動基板と前記制御基板とがこのフレーム部材を介して前記直交状態で相互に組み付け可能な構成である。なおこの場合、フレーム部材は、熱伝導性の高い金属などの材料よりなる必要があることはいうまでもない。
【００１１】
この発明によれば、駆動基板端子の制御基板へのはんだ接続作業（少なくともモータ駆動回路と制御回路の電気的接続）が、駆動基板と制御基板が直交状態で相互に組み付けられた状態で、しかも放熱部材の取り付け前の状態で、実行可能となる。このため、制御基板の部品実装面側とこれと反対の裏面側における上記はんだ接続部分が十分かつ容易に目視可能となり、上記はんだ接続部分の状態を容易に確認可能となる。したがって、万が一はんだ付け不良が発生したときでも、これを不良品として排除することが確実に可能となり、上記接続作業の信頼性を高く管理することが可能となる。
また、熱容量の大きな放熱部材の取り付け前の状態（例えば、前述したような熱容量の小さいフレーム部材を介して駆動基板と制御基板が組み付けられた状態）で、上記はんだ接続が可能であるため、駆動基板端子が従来のようにはんだ付け時に冷えてしまうことを防止でき、この結果、上記はんだ接続の不良発生率を低減することが可能である。
また、駆動基板と制御基板が直交状態で配置されるため、ユニット全体の外形寸法を、前述した異形状の狭いスペースにも配置容易なものとすることが可能となる利点がある。
【００１２】
また、上記はんだ接続作業の際の中間組立品の外形寸法及び重量が、放熱部材が無い分だけ従来よりも低減され、これにより取扱性が向上し、ひいては生産性が向上する利点もある。
また、モータ駆動回路を構成する半導体スイッチング素子は、上述した駆動基板に搭載された状態で、制御基板に接続され、上記駆動基板端子の接続によって一括して制御回路に対して接続される。このため、特許文献１等のように組立工数が増加することがない。また、特許文献１等のように、各半導体素子に接続される大電流ラインが全て制御基板上に形成されて放熱性が悪くなる問題が生じない。この場合、モータ駆動回路を構成する大電流ライン（モータの通電ラインや電源ライン）は、放熱部材に連結される熱伝導性の高い駆動基板上に形成されるため、半導体素子（半導体スイッチング素子）で発生する熱に加えて、この大電流ラインで発生する熱も外部に効率よく放熱される。
【００１３】
次に、この発明のより好ましい構成は、金属板がモールド又は圧入により保持された樹脂製部材を設け、この樹脂製部材に保持された金属板を少なくとも前記駆動基板上の所定の回路導体（或いはさらに前記制御基板上の所定の回路導体）に接続し、前記駆動基板上の大電流ライン以外の大電流ラインの一部又は全部を、前記金属板によって構成したものである。
この構成であると、上記金属板の厚さ及び幅寸法の設定により、上記大電流ラインの電気抵抗を十分低減することが可能となり、上記大電流ラインで発生する熱量を低減できる。特に、電動パワーステアリングシステムが大型車両に適用され、通電量が大幅増加する場合でも、上記大電流ラインにおける発熱の問題を解消することが容易となる。
なお、上記大電流ライン（即ち、駆動回路以外におけるモータの通電ラインや電源ライン）を、全て上記金属板で構成するためには、コントロールユニットをアシストモータや電源に接続するための外部接続用のコネクタの電極を、上記樹脂製部材の金属板に直接接続する必要がある。したがって、この構成の場合には、上述したコネクタを含む外部接続用のコネクタ（関連するセンサや他のコントローラとの間の信号線接続用のコネクタが含まれてもよい）を、前記樹脂製部材に一体形成することが望ましい。一体形成すれば、上記大電流ラインを全て上記金属板で構成して発熱を著しく抑制できるし、一体化によって部品点数を削減し、コスト低減に貢献できるからである。
【００１４】
また、この発明のより好ましい他の構成は、上述したような樹脂製部材が設けられる場合において、前記樹脂製部材が屈曲部を有する形状であり、この屈曲部が、前記樹脂製部材を構成する樹脂部分から露出する前記金属板の折り曲げ部分によって形成されているものである。
この構成であると、屈曲形状によって前述した異形状の狭いスペースへの対応がより容易になるとともに、製造過程での樹脂製部材の取扱性が高く確保できる。というのは、この構成の場合、上記樹脂製部材を当初屈曲部のない平面的な状態（展開状態）で製作しておき、この樹脂製部材への実装部品のはんだ付け作業等が終了した後に、該当する金属板を該当箇所で折り曲げることによって上記屈曲部を形成するという製造方法が可能となり、これにより、屈曲部のない平面的な状態で上記実装部品のはんだ付け作業等が容易に可能となるからである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、電動パワーステアリング装置のハード構成（概略回路構成）の一形態例を、図４により説明する。本装置は、車両の操舵系に連結されて操舵補助トルクを発生するアシストモータ１１（以下、場合により単にモータ１１という）と、このモータ１１を駆動回路１２（モータ駆動回路）を介して制御する制御回路１３と、車両の電源（バッテリー）１４の出力をもとにこの制御回路１３に所定電力を供給する電源回路１５と、前記操舵系の操舵トルクを検出するトルクセンサ１６とを備える。
【００１６】
なお、図４において、符号１７で示すものは、車両のイグニションスイッチであり、本装置においては制御回路１３の起動スイッチとして機能する。
また、符号１８で示すものは、モータ１１の電流（以下、場合により単にモータ電流という）が増大したときに電源をバックアップする電解コンデンサである。また、符号１９で示すものは、駆動回路１２のグランド側に接続された抵抗（シャント抵抗）であり、この抵抗１９の電圧降下分に相当する電圧が入力ライン２０によって制御回路１３に入力されている。なお、この入力ライン２０から入力される電圧値は、モータ１１の電流値（以下、場合により単にモータ電流値という）に比例するため、制御回路１３ではこの電圧値からモータ電流値を検知可能であり、抵抗１９や入力ライン２０は、モータ電流の電流検出手段２１を実質的に構成している。
なお、駆動回路１２、制御回路１３、電源回路１５、電解コンデンサ１８などは、パワーステアリング装置のコントロールユニット２２（以下、場合により単にユニット２２という）を構成している。
【００１７】
ここで、駆動回路１２は、前述したＨブリッジ回路よりなるもので、制御回路１３から出力されるＰＷＭ駆動信号によって動作する。この駆動回路１２には、バッテリー１４の正極に接続された高電位電源ライン２３と、グランドに接続された低電位電源ライン２４とが接続され、Ｈブリッジ回路を構成する図示省略した複数個のＦＥＴ（スイッチング素子）の動作により、モータ１１の各コイル端子１１ａ又は１１ｂが、前記ＰＷＭ駆動信号に応じたデューティ比で、これら高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４に断続的に接続される。
また制御回路１３は、マイクロコンピュータを含む回路で構成され、トルクセンサ１６の検出信号から検知される操舵トルクの値に応じた操舵補助トルクを発生させるべく、前記操舵トルクに応じたモータ電流を実現するデューティ比のＰＷＭ駆動信号を生成して駆動回路１２を制御する制御機能を実現する。
また、電源回路１５は、バッテリー１４の電圧（通常、１２Ｖ〜１４Ｖ）を所定電圧（例えば、５Ｖ）に変換して制御回路１３に供給するものである。
なお、図示省略しているが、ユニット２２には、上述した要素の他に、高電位電源ライン２３を制御回路１３の制御により開閉するリレーや、ノイズ放出を抑制する電波対策用のセラミックコンデンサなどが備えられる。
【００１８】
次に、ユニット２２の内部構造の第１形態例について説明する。
図２（ｂ）は、ユニット２２の外観斜視図であり、図３はユニット２２の分解斜視図であり、図１はユニット２２の中間組立品（後述するアルミケース３５とカバー３６を取り付ける前の組立品）の斜視図である。なお図１（ａ）は、前記中間組立品を部品実装面側から見た図であり、また図１（ｂ）は、前記中間組立品を裏面側から見た図である。また図２（ａ）は、前述した異形状の配置スペースの一例を示す図である。
図３に示すように、本形態例のユニット２２は、駆動基板３１、制御基板３２、フレーム部材３３、及びインサートベース３４（樹脂製部材）よりなる中間組立品を、アルミケース３５（放熱部材）とカバー部材３６よりなる筐体内に収納してなるものである。なおアルミケース３５は、筐体と放熱部材（ヒートシンク）を兼ねる部材であり、熱伝導性の良いアルミ（アルミ合金でもよい）よりなる。また、カバー部材３６は例えば樹脂製の部材である。
【００１９】
ここで、駆動基板３１は、基板部分がアルミ等の金属よりなるもので、その表面（部品実装面）には、半導体スイッチング素子が実装されて少なくとも前述の駆動回路１２が形成されている。この駆動基板３１は、その裏面をフレーム部材３３の後述する棚部３３ａの上面に接合されてネジ止めによりフレーム３３に固定される。また、この駆動基板３１の表面における短縁部には、制御基板３２やインサートベース３４にはんだ接続するための逆Ｌ字状の駆動基板端子３１ａが複数形成されている。これら駆動基板端子３１ａには、駆動回路１２と制御回路１３間の信号ライン（例えば、ＰＷＭ駆動信号のライン）を構成する端子や、駆動回路１２を各コイル端子１１ａ又は１１ｂや高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４に接続する端子が含まれている。
【００２０】
次に制御基板３２は、絶縁プリント基板であり、その表面には少なくとも前述の制御回路１３が形成されている。この制御基板３２は、インサートベース３４の後述する開口部３４ｅを覆うように、インサートベース３４に平行に重ねるように取り付けられ、ネジ止めによってインサートベース３４に固定される。またこの場合、制御基板３２の下縁部には、前述の駆動基板端子３１ａの一部（少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されるスルーホール３２ａが複数形成されている。そして、このスルーホール３２ａに対する駆動基板端子３１ａのはんだ接続によって、少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインの接続が実現される構成となっている。
【００２１】
次にインサートベース３４は、金属板（図示省略）がモールド又は圧入により保持され、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ（図１（ｂ）参照）が一体形成された樹脂製部材であり、このインサートベース３４に保持された金属板によって、駆動基板１２上の大電流ライン以外の大電流ラインが全て構成されている。
即ち、このインサートベース３４には、図４に示す電解コンデンサ１８や抵抗１９（図３等においては図示又は符号省略）の他、前述したリレーや電波対策用のセラミックコンデンサなど（図示又は符号省略）が実装され、その金属板によって、高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４や、各コイル端子１１ａ又は１１ｂにつながるモータ通電ラインが構成されている。また、このインサートベース３４の下縁部には、前述の駆動基板端子３１ａの残り（少なくとも駆動回路１２とモータ１１或いは電源間の大電流ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されるスルーホール３４ｄが形成されている。そして、このスルーホール３４ｄに対する駆動基板端子３１ａのはんだ接続によって、駆動基板３１上の所定の回路導体と、対応する金属板（例えば、モータ通電ラインや、高電位電源ライン２３又は低電位電源ライン２４を構成するもの）との接続が実現される構成となっている。
また、このインサートベース３４における制御基板３２の取り付け位置に対応する部分には、制御基板３２の裏面（スルーホール３２ａのある箇所を含む）を大きく露出させる開口部３４ｅ（図１（ｂ）参照）が形成されている。
【００２２】
なお、電源回路１５は、このインサートベース３４上に搭載されていてもよいし、制御基板３２上に搭載されていてもよい。またこの場合、前述の入力ライン２０や、制御回路１３とＩＧスイッチ１７やトルクセンサ１６を結ぶ信号ラインも、このインサートベース３４の金属板によって構成され、そのための制御回路１３とインサートベース３４の接続も同様の端子（図示又は符号省略）により実現されていてもよい。
また、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃのうち、例えばコネクタ３４ａが電源（バッテリー１４）への接続用であり、コネクタ３４ｃがモータ１１への接続用であり、コネクタ３４ｂがＩＧスイッチ１７などへの信号線接続用である。なお、コネクタの種類や配置は、このような態様に限定されないことはいうまでもない。
【００２３】
次にフレーム部材３３は、最終組立状態においてアルミケース３５に固定され、駆動基板３１の熱をアルミケース３５に伝導する部材であり、アルミ（アルミ合金でもよい）などの熱伝導性の高い材料よりなる。但しこのフレーム３３は、アルミケース３５に比較して格段に小型で熱容量の小さいものとなっている。また、このフレーム部材３３は、上面に駆動基板３１が固定される棚部３３ａと、この棚部３３ａの両側から上方に伸びる支持部３３ｂ，３３ｃ（図３に示す）とを有し、全体として断面コ字状の形状のものであり、裏面側においてインサートベースベース３４の周縁（左右の端縁部と下縁部）に接合されてネジ止めされ、表面側の端面においてアルミケース３５に接合されてネジ止めされる構成となっている。そして、このフレーム部材３３がインサートベース３４に取り付けられた状態では、棚部３３ａがインサートベース３４の下縁部に位置し、この棚部３３ａの上面に固定される駆動基板３１と、インサートベース３４に固定される制御基板３２が、相互に直交する所定の直交状態（各基板が相互に直交する方向となり、各駆動基板端子３１ａが前述のスルーホール３２ａや３４ｄに挿通される位置関係）となっている。即ち、駆動基板３１が、このフレーム部材３３を介してアルミケース３５（放熱部材）に連結される構造であり、アルミケース３５の取り付け前の状態であっても、駆動基板３１と制御基板３２とが、このフレーム部材３３を介して直交状態で相互に組み付け可能となっている。
【００２４】
次に、上記コントロールユニット２２の組立手順は、例えば次のとおりである。即ち、制御基板３２のインサートベース３４への固定接続を実行する一方で、駆動基板３１のフレーム部材３３への固定を行う。次に、駆動基板３１が固定されたフレーム部材３３を制御基板３２が固定されたインサートベース３４へ固定して、図１に示す中間組立品を完成させた後、この中間組立品の段階で、少なくとも駆動基板端子３１ａの各スルーホールへのはんだ付け（例えば部分噴流はんだ）を実行する。次いで、前記はんだ付けの目視確認等を行った後に、アルミケース３５とカバー部材３６を取り付けて完成となる。なお、カバー部材３６は、例えばアルミケース３５にネジ止めされる。また、アルミケース３５とカバー部材３６接合部分等には、接着剤が塗布されて、いわゆる接着シールがなされる。
【００２５】
次に、ユニット２２の内部構造の第２形態例について説明する。
図５（ａ）は、本形態例のユニット２２の外観斜視図であり、図６は同ユニット２２の分解斜視図であり、図５（ｂ），（ｃ）は同ユニット２２の中間組立品（後述するアルミケース４５とカバー４６を取り付ける前の組立品）の斜視図である。なお図５（ｂ）は、前記中間組立品を部品実装面側から見た図であり、また図５（ｃ）は、前記中間組立品を裏面側から見た図である。
図６に示すように、本形態例のユニット２２は、駆動基板４１、制御基板４２、フレーム部材４３、及びインサートベース４４（樹脂製部材）よりなる中間組立品を、アルミケース４５（放熱部材）とカバー部材４６よりなる筐体内に収納してなるものである。
【００２６】
ここで、駆動基板４１は、第１形態例の駆動基板３１と同様のもので、その裏面をフレーム部材４３の上面に接合されてネジ止めによりフレーム部材４３に固定される。この駆動基板４１には、制御基板４２にはんだ接続するための逆Ｌ字状の駆動基板端子４１ａが複数形成されている。また、この駆動基板４１には、インサートベース４４にはんだ接続するための駆動基板端子（図示省略）も形成されている。
次に制御基板４２は、第１形態例の制御基板３２と同様のものであるが、この場合の制御基板４２は、インサートベース４４に対して直交状態に取り付けられる。またこの場合も、制御基板４２の下縁部には、前述の駆動基板端子４１ａ（少なくとも駆動回路１２と制御回路１３間の信号ラインを構成するもの）がそれぞれ挿通されてはんだ付けされるスルーホール４２ａが複数形成されている。
【００２７】
次にインサートベース４４は、第１形態例のインサートベース３４と同様に、金属板がモールド又は圧入により保持され、外部接続用のコネクタ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ（図５（ｂ），（ｃ）参照）が一体形成された樹脂製部材であり、このインサートベース４４に保持された金属板によって、駆動基板１２上の大電流ライン以外の大電流ラインが全て構成されている。
但し、本例のインサートベース４４は、図６に示すように、２箇所の屈曲部Ｋ１，Ｋ２を有する形状である。そして、これら屈曲部Ｋ１，Ｋ２は、インサートベース４４を構成する樹脂部分から露出する金属板の折り曲げ部分によって形成されている。
【００２８】
また、このインサートベース４４は、図７に示すようにして製作する。即ち、まず図７（ａ）に示すように、屈曲部Ｋ１，Ｋ２の無い平面的な中間品を、樹脂成形（金属板のモールド成形）により製造する。なおこの中間品では、屈曲部Ｋ１，Ｋ２となる部分が、金属板だけで形成された金属板露出部分Ｒ１，Ｒ２となっている。次に、この平面的な中間品の状態で、図７（ｂ）に示すように各回路部品の実装や、残りの金属板の圧入等による取り付けを行う。そして最後に、図７（ｃ）に示すように、上記金属板露出部分Ｒ１，Ｒ２の金属板を折り曲げて、屈曲部Ｋ１，Ｋ２を形成して完成させる。
なお、図７（ｂ）に示す折り曲げ前の段階で、駆動基板４１及びフレーム部材４３の取り付けを行う態様でもよい。図７（ｂ）は、このような態様の場合を図示している。
【００２９】
次にフレーム部材４３は、第１形態例のフレーム部材３３と同様に、最終組立状態においてアルミケース４５に固定され、駆動基板４１の熱をアルミケース４５に伝導する部材である。但しこのフレーム４３は、第１形態例のフレーム部材３３の棚部３３ａに相当する板状部分のみからなるものであり、極めて小型で特に熱容量の小さいものとなっている。また、このフレーム部材４３は、上面に駆動基板４１が固定された状態で、インサートベース４４の下面側にネジ止めにより取り付けられるとともに、表面側の端面においてアルミケース４５に接合されてアルミケース４５にネジ止めされる構成となっている。そして、このフレーム部材４３がインサートベース４４を介して制御基板４２に取り付けられた状態では、このフレーム部材４３の上面に固定される駆動基板４１と、インサートベース４４に固定される制御基板４２が、相互に直交する所定の直交状態となる。
【００３０】
次に、上記第２形態例のコントロールユニット２２の組立手順は、例えば次のとおりである。即ち、駆動基板４１及びフレーム部材４３が取り付けられたインサートベース４４に対して制御基板４２を固定して、図５（ｂ），（ｃ）に示す中間組立品を完成させた後、この中間組立品の段階で、所定のはんだ付け（例えば、駆動基板端子４１ａのスルーホール４２ａへのはんだ付け）を実行する。次いで、前記はんだ付けの目視確認等を行った後に、アルミケース４５とカバー部材４６を取り付けて完成となる。
【００３１】
以上説明したユニット２２の構造によれば、以下のような実用上優れた各種の効果が得られる。
（１）駆動基板端子３１ａ，４１ａのはんだ接続作業が、駆動基板３１，４１と制御基板３２，４２が直交状態で相互に組み付けられた状態で、しかもアルミケース３５，４５の取り付け前の状態（即ち、前記中間組立品の状態）で、実行可能となる。このため、制御基板３２，４２の部品実装面側とこれと反対の裏面側における上記はんだ接続部分が十分かつ容易に目視可能となり、上記はんだ接続部分の状態を容易に確認可能となる。したがって、万が一はんだ付け不良が発生したときでも、これを不良品として排除することが確実に可能となり、上記接続作業の信頼性を高く管理することが可能となる。
【００３２】
（２）また、熱容量の大きなアルミケース３５，４５の取り付け前の状態（即ち、前記中間組立品の状態）で、上記はんだ接続が可能であるため、駆動基板端子３１ａ，４１ａが従来のようにはんだ付け時に冷えてしまうことを防止でき、この結果、上記はんだ接続の不良発生率を低減することが可能である。特に第２形態例の場合には、フレーム部材４３の熱容量が極めて小さいので、この効果が著しい。
（３）また、駆動基板３１，４１と制御基板３２，４２が直交状態で配置されるため、ユニット全体の外形寸法を、異形状の狭いスペース（例えば、図２（ａ）に示す形状の許容スペース）にも配置容易なものとすることができる。特に第２形態例の場合には、インサートベース４４が屈曲部を有する形状となっているため、特殊な形状のスペース内にも、多数の実装部品よりなる高機能な周辺回路（制御回路や駆動回路以外の回路）を搭載したインサートベース（展開状態では収納困難な大型なもの含む）を容易に収納可能である。
【００３３】
（４）また、上記はんだ接続作業の際の中間組立品の外形寸法及び重量が、アルミケース３５，４５が無い分だけ従来よりも低減され、これにより取扱性が向上し、ひいては生産性が向上する利点もある。
（５）また、モータ駆動回路１２を構成する半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）は、上述した駆動基板３１，４１に搭載された状態で、制御基板３２，４２に接続され、上記駆動基板端子３１ａ，４１ａの接続によって一括して制御回路１３に対して接続される。このため、特許文献１等のように組立工数が増加することがない。また、特許文献１等のように、各半導体素子に接続される大電流ラインが全て制御基板上に形成されて放熱性が悪くなる問題が生じない。この場合、モータ駆動回路１２を構成する大電流ライン（モータの通電ラインや電源ライン）は、アルミケース３５，４５に連結される熱伝導性の高い駆動基板３１，４１上に形成されるため、半導体スイッチング素子で発生する熱に加えて、この大電流ラインで発生する熱も外部に効率よく放熱される。
【００３４】
（６）駆動基板３１，４１上の大電流ライン以外の大電流ラインが、インサートベース３４，４４の金属板によって構成されている。このため、上記金属板の厚さ及び幅寸法の設定により、上記大電流ラインの電気抵抗を十分低減することが可能となり、上記大電流ラインで発生する熱量を低減できる。特に、電動パワーステアリングシステムが大型車両に適用され、通電量が大幅増加する場合でも、上記大電流ラインにおける発熱の問題を解消することが容易となる。
（７）また、外部接続用のコネクタ３４ａ，３４ｂ，３４ｃや４４ａ，４４ｂ，４４ｃが、インサートベース３４，４４に一体形成されているため、部品点数を削減し、コスト低減に貢献できる
（８）また第２形態例の場合、インサートベース４４の屈曲部Ｋ１，Ｋ２が、インサートベース４４を構成する樹脂部分から露出する金属板の折り曲げ部分によって形成されている。このため、製造過程でのインサートベース４４の取扱性が高く確保できる。前述したような製造方法により、屈曲部のない平面的な状態でインサートベース４４への実装部品のはんだ付け作業等が容易に可能となるからである。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態の態様に限られない。
例えば、インサートベース（樹脂製部材）の無い構成（例えば、フレーム部材が制御基板に直接ネジ止めされ、制御基板上に周辺回路も搭載される構成）もあり得る。また、フレーム部材が無く、制御基板が駆動基板に直接ネジ止め等により取り付けられる態様もあり得る。
また、外部接続用のコネクタは。その一部又は全部を制御基板に設けてもよい。例えば、上記第１形態例における制御基板３２の裏面に、信号用（制御回路１３とＩＧスイッチ１７やトルクセンサ１６を結ぶ信号ライン用）のコネクタを設けてもよい。
また、駆動基板と制御基板の直交状態は、駆動基板と制御基板のなす角度が必ずしも正確に９０度となっている態様に限定されず、９０度又はその近傍を当然に含み、制御基板の表裏両面のはんだ付け部分が十分目視できるような角度範囲であれば９０度近傍でなくてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、少なくともモータ駆動回路と制御回路の接続信頼性が高く管理可能で、同接続作業（はんだ付け作業）の不良発生率が低く、異形状の狭いスペースにも配置容易で、放熱性のよい電動パワーステアリング用のコントロールユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ユニット（第１形態例）の中間組立品を示す斜視図である。
【図２】ユニット（第１形態例）の外観と異形状スペースを示す斜視図である。
【図３】ユニット（第１形態例）の分解斜視図である。
【図４】ユニットの回路構成を示す図である。
【図５】ユニット（第２形態例）の外観と中間組立品を示す斜視図である。
【図６】ユニット（第２形態例）の分解斜視図である。
【図７】インサートベース（第２形態例）の製造工程を示す斜視図である。
【図８】ユニット（従来例）の分解斜視図である。
【符号の説明】
１１ アシストモータ
１２ 駆動回路
１３ 制御回路
２２ コントロールユニット
３１，４１ 駆動基板
３１ａ，４１ａ 駆動基板端子
３２，４２ 制御基板
３３，４３ フレーム部材
３４，４４ インサートベース（樹脂製部材）
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ コネクタ
３５，４５ アルミケース（放熱部材）
Claims (5)
- 半導体スイッチング素子よりなるモータ駆動回路と、前記半導体スイッチング素子を制御する制御回路と、少なくとも前記モータ駆動回路で発生する熱を外部に逃がす放熱部材とを有し、車両の操舵系に連結されるアシストモータを前記モータ駆動回路を介して駆動制御する電動パワーステアリング用のコントロールユニットにおいて、
金属などの熱伝導性の高い基材よりなり、最終組立状態において前記放熱部材に連結される基板であって、前記モータ駆動回路を搭載する駆動基板と、前記制御回路を搭載する制御基板とを、互いに直交する直交状態に配置して設け、
前記駆動基板には、前記直交状態で前記制御基板にはんだ接続可能な駆動基板端子を形成し、少なくとも前記モータ駆動回路と前記制御回路の電気的接続を前記駆動基板端子によって実現するとともに、
前記放熱部材を取り付けなくても、前記駆動基板と前記制御基板が前記直交状態で相互に組み付け可能な構成としたことを特徴とするコントロールユニット。 - 最終組立状態において前記放熱部材に固定され、前記放熱部材よりも熱容量の小さいフレーム部材を設け、
前記駆動基板をこのフレーム部材に固定して前記放熱部材に連結し、このフレーム部材を介して前記駆動基板の熱を前記放熱部材に伝導する構造とし、前記駆動基板と前記制御基板とがこのフレーム部材を介して前記直交状態で相互に組み付け可能な構成としたことを特徴とする請求項１記載のコントロールユニット。 - 金属板がモールド又は圧入により保持された樹脂製部材を設け、この樹脂製部材に保持された金属板を前記駆動基板上の所定の回路導体に接続し、前記駆動基板上の大電流ライン以外の大電流ラインを、前記金属板によって構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のコントロールユニット。
- 前記樹脂製部材に外部接続用のコネクタを一体形成したことを特徴とする請求項３記載のコントロールユニット。
- 前記樹脂製部材が屈曲部を有する形状とし、この屈曲部を、前記樹脂製部材を構成する樹脂部分から露出する前記金属板の折り曲げ部分によって形成したことを特徴とする請求項３又は４に記載のコントロールユニット。
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-
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