JP2011225173A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】減速ギヤボックスのギヤボックス取付け面に、制御ユニットを隙間を設けずに装着する電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】減速ギヤボックス４のユニット載置面に対向する制御ユニット１９のカバーのカバー板部に、複数の外部接続端子を通過させる切欠き部を形成する。ユニット載置面とカバー板部に位置する切欠き部を、シール部材３３を装着することで、シール部材３３のスカート部が、隙間を閉塞しながらカバー板部に密着している。
【選択図】図８

Description

本発明は、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータと、電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備えた電動パワーステアリング装置に関するものである。

これには、従来より、電動モータと制御基板との間に電気的接続線を介挿することなく直付けすることにより、電動モータと制御基板との間で配線長を最短として電気ノイズが乗ることを防止することができるとともに、配線抵抗を少なくして電気的損失を低減することができるが、しかし、電動モータを制御する制御基板にはステアリングシャフトに伝達されるトルクを検出するトルクセンサのトルク検出値を入力する必要があり、このトルクセンサは、通常ラックケース又は減速ギヤボックスより離れたステアリングホイール側に設置されており、このトルクセンサと制御基板との間に長い接続ケーブルを設ける必要があり、この接続ケーブルに電気ノイズが乗るとともに、電気抵抗が大きくなることで電気的損失が大きくなるという課題があった。

この部分の改善の先行技術としては、特開２００５−３２９８６６号公報に開示される技術があり、これは、減速ギヤボックスの外周に取付け面を形成し、この取付け面に制御基板を組込んだ制御ユニットを装着する構造とし、減速ギヤボックスに内装したトルクセンサに接続されている複数の外部接続端子を、トルクセンサを収納している位置と連通して取付け面で開口するように設けた開口部から外部に突出させ、取付け面に装着する制御ユニットの制御基板に設けた複数のスルーホールに挿通し、両者を半田付けすることで電気的に直接接続する構造とし、制御基板とトルクセンサとの間の接続距離を最短として両者間の電気ノイズ、電気的損失を防止するというものである。

しかしながら、この先行技術には、制御ユニットが装着される減速ギヤボックスの取付け面に、トルクセンサを収納している位置と連通する開口部を設け、この開口部から制御基板に接続するトルクセンサの外部接続端子を突出させて制御基板のスルーホールに接続する構造とすると、減速ギヤボックスの取付け面と制御ユニットの装着面との間の隙間から導電性異物が侵入してトルクセンサの何れかの外部接続端子同士に接触し、トルクセンサが誤ったトルク検出値を出力して電動モータが誤った駆動制御を行なうという問題があった。また、減速ギヤボックスの取付け面と制御ユニットの装着面との間に隙間が生じないように取付け面及び装着面を高精度の面に形成することは製造コストの面で困難であるという問題があった。

特開２００５−３２９８６６号公報

本発明の目的は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、ギヤボックス取付け面からトルクセンサの外部接続端子を外部に突出させて制御ユニットの制御基板に接続し、ギヤボックス取付け面及び制御ユニットを対向させる構造としても、トルクセンサの検出動作に悪影響を与える導電性異物の侵入を安価な構造で確実に防止することができる電動パワーステアリング装置を提供することである。

本発明は、上記問題を解決するために、操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備え、前記減速ギヤボックスの外周に形成したギヤボックス取付け面に、前記制御ユニットの前記制御基板を収容するカバーのカバー板部を近接させて該制御ユニットを装着するとともに、前記カバー板部に前記ギヤボックス取付け面の一部から突出した前記複数の外部接続端子を通過させる切欠き部を有し、前記減速ギヤボックスに内装されているトルクセンサに接続されている複数の外部接続端子を前記ギヤボックス取付け面の開口部から突出させ、これら複数の外部接続端子の夫々に前記制御基板に設けた複数の基板側端子を電気的に直接接続してなる電動パワーステアリング装置において、前記減速ギヤボックスの開口部に嵌合する取付け部と、前記減速ギヤボックスのユニット載置面に固定される係止部と、前記切欠き部の周縁を覆い前記カバー板部と前記ギヤボックス取付け面との間に生じる隙間より長い丈を有するスカート部とを備えた弾性体からなるシール部材を装着したことを特徴とする。また、前記シール部材は、前記減速ギヤボックスに制御ユニットを装着した後に、前記カバー板部と前記ユニット載置面の間に組み立てられることを特徴としている。

本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、ギヤボックス取付け面の一部から突出したトルクセンサの複数の外部接続端子を囲み、ギヤハウジング開口部とカバー板部の間に装着されているシール部材の取付け部を、ギヤハウジングの開口部の周縁、または、外周縁をガイドとして装着されており、その取付け部に連続するスカート部が、カバー板部とギヤボックス取付け面との間で隙間を設けずに密着する。また、シール部材は、制御ユニットをギヤハウジングに装着した後に挿入することで、外部から複数の外部接続端子のいずれかの対同士に導電性異物が接触することがなく、導電性異物の侵入を安価な構造で確実に防止することができる。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図である。 制御ユニットを装着する前の減速ギヤボックスを車幅方向から示した斜視図である。 制御ユニットを装着する前の減速ギヤボックスを車両前方側から示した斜視図である。 制御ユニットを装着する前の減速ギヤボックスを示す右側面図である。 電動パワーステアリング装置を構成する減速ギヤボックスの要部を示す縦断面図である。 制御ユニットの分解斜視図である。 本発明に係るシール部材の形状を示す斜視図である。 本発明に係るシール部材の装着例である。 本発明に係るカバー板部とギヤボックス取付け面との間にシール部材が介装されている状態を示す図である。 本発明に係るカバー板部とギヤボックス取付け面との間にシール部材が介装されている状態の別の実施例示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る電動パワーステアリング装置の実施形態を右方向から示した斜視図である。
図１の符号１はコラム型の電動パワーステアリング装置であり、ステアリングホイール（図示せず）に連結されたステアリングシャフト２を回転自在に内装するステアリングコラム３に、減速ギヤボックス４が連結され、この減速ギヤボックス４に、軸方向がステアリングコラム３の軸方向と直交する方向に延長された電動モータ５が配設されている。

ステアリングコラム３は、内管３ａ及び外管３ｂの２重管構造となっている。そして、ステアリングコラム３の内管３ａ及び減速ギヤボックス４が、アッパ取付けブラケット６及びロア取付けブラケット７によって車体側に取付けられている。
ロア取付けブラケット７は、車体側部材に取付けられる取付け板部７ａと、この取付け板部７ａの下面から左右方向に所定間隔を保って平行に延長する一対の支持板部７ｂとで形成されている。そして、支持板部７ｂの下端が、減速ギヤボックス４の車体前方側に一体形成された支持部４ｂに枢軸７ｃを介して回動自在に連結されている。

アッパ取付けブラケット６は、一対のフランジ６ａと、これらフランジ６ａの下端に固定されて左右（車幅）方向に離間している１対の支持板部６ｃと、これら一対の支持板部６ｃに形成されたステアリングコラム３の外管３ｂを支持するチルト機構６ｄとを備えている。フランジ６ａにはスリット６ａ１が形成されており、このスリット６ａ１に離脱用カプセル６ｂが嵌め込まれている。この離脱用カプセル６ｂにはボルト貫通孔６ｂ１が形成されており、離脱用カプセル６ｂの下方からボルト貫通孔６ｂ１に貫通した固定ボルト（不図示）を車体側部材（不図示）にねじ込むことで、フランジ６ａが車体側部材に取付けられている。

そして、チルト機構６ｄのチルトレバー６ｇを回動させ、外管３ｂの支持状態を解除することにより、ステアリングコラム３をロア取付けブラケット７の枢軸７ｃを中心として上下にチルト位置調整可能とされている。
ステアリングシャフト２は、図５に示すように、上端がステアリングホイールに連結される入力軸２ａと、この入力軸２ａの下端でトーションバー２ｂを介して連結されたトーションバー２ｂを覆う出力軸２ｃとで構成されている。

減速ギヤボックス４は、高熱伝導性を有する材料例えばアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金の何れか１つを例えばダイキャスト成型することにより形成されている。減速ギヤボックス４は、図２から図５に示すように、電動モータ５の出力軸（不図示）に連接されたウォーム１１を収納するウォーム収納部１２と、このウォーム収納部１２の下側にその中心軸と直交する中心軸を有しウォーム１１に噛合するウォームホイール１３を収納するウォームホイール収納部１４と、このウォームホイール収納部１４の車体後方側に一体に同軸的に連結されたトルクセンサ１５を収納するトルクセンサ収納部１６と、ウォーム収納部１２の開放端面に形成された電動モータ５を取付けるモータ取付け部１７と、トルクセンサ収納部１６の車体後端に形成された筒状のコラム取付け部１８と、ウォーム収納部１２とウォームホイール収納部１４の一部に跨がって形成された制御ユニット１９を装着する制御ユニット装着部２０とを備えている。そして、減速ギヤボックス４のコラム取付け部１８に、ステアリングコラム３の車体前端部が外嵌されて連結されている。

ここで、トルクセンサ１５は、図５に示すように、ステアリングシャフト２の入力軸２ａ及び出力軸２ｃ間の捩じれ状態を磁気的に検出してステアリングシャフト２に伝達された操舵トルクを一対の検出コイル１５ａ，１５ｂで検出するように構成され、これら一対の検出コイル１５ａ，１５ｂの巻き始め及び巻き終わりに夫々ステアリングコラム３の中心軸と直交する方向に平行に外部に突出する外部接続端子１５ｃ，１５ｄ及び１５ｅ，１５ｆが接続され、これら外部接続端子１５ｃ〜１５ｆの突出部が中央部でステアリングコラム３の中心軸と平行に折り曲げられてＬ字状に形成されている。

電動モータ５は、図１に示すように、その取付けフランジ５ｂに近い位置における制御ユニット装着部２０に装着された制御ユニット１９に近接対向する位置に接続端子（不図示）が形成されている。そして、具体的には示さないが、接続端子の夫々は、底部中央にアーマチュア挿通孔を有する合成樹脂製のブラシ支持体内に互いに絶縁されて配設され、２組のブラシに個別に接続された円弧状の接続端子の互いに対向する一端に一体に形成されている。

減速ギヤボックス４に形成された制御ユニット装着部２０は、図２及び図４に示すように、ウォーム収納部１２とその下側のウォームホイール収納部１４の上部側とで形成した平坦取付け面２０ａと、トルクセンサ収納部１６の上面に形成され、平坦取付け面２０ａに直交しているユニット載置面２０ｂとで左右方向から見てＬ字状に形成されている。
制御ユニット装着部２０のユニット載置面２０ｂの左右方向の中央部には、トルクセンサ１５を収納しているトルクセンサ収納部１６の内部空間に連通する開口部２０ｄが形成されており、この開口部２０ｄを通過してトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆがユニット載置面２０ｂの上方に突出して設けられている。

また、モータ取付け部１７の車両後端面にも、平坦取付け面２０ａと平行でこの平坦取付け面２０ａより車両後方側の位置に幅狭のフレーム取付け面２０ｃが形成されている。制御ユニット装着部２０に装着される制御ユニット１９は、図６に示すように、放熱プレート２１と、パワー基板２２と、長方形枠状のフレーム２３と、制御基板２４と、カバー２６とを備えている。

放熱プレート２１は、制御ユニット装着部２０の平坦取付け面２０ａに放熱グリースを介して直接固定される。パワー基板２２は、電動モータ５を駆動制御する電界効果トランジスタ等のパワースイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路やこのＨブリッジ回路のパワースイッチング素子を駆動するパルス幅変調回路等のディスクリート部品２２ａ，２２ｂが実装される。

制御基板２４は、フレーム２３の正面に取付けられ、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを直接挿通するスルーホール２４ａ〜２４ｄが穿設され、トルクセンサ１５からのトルク検出値や図示しない車速センサからの車速検出値に基づいて操舵補助電流指令値を算出し、この操舵補助電流指令値と電動モータ５に出力するモータ電流の検出値とに基づいて電流フィードバック制御を行ってパワー基板２２のパルス幅変調回路への電圧指令値を算出することにより、電動モータ５で発生させる操舵補助力を制御するマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）やその周辺機器等のディスクリート部品２４ｅが実装される。

フレーム２３はパワー基板２２を囲繞する部材であって、長方形枠状のフレーム本体２３ａと、このフレーム本体２３ａの左端に形成され、減速ギヤボックス４のフレーム取付け面に固定される取付け板部２３ｂと、この取付け板部２３ｂ上に固定され電動モータ５の接続端子に電気的に接続する端子台２３ｃと、フレーム本体２３ａの右端に固定された雌型コネクタ４５とを備えている。雌型コネクタ４５は、図示しないがバッテリに電源用雄型コネクタを介して接続される電源コネクタ４５ａと、車体の各部の制御機器とのデータの授受を行うＣＡＮなどのネットワークに接続する信号コネクタ４５ｂとを備えている。パワー基板２２及び制御基板２４は、接続端子２２ｃを介して接続されている。

カバー２６は、電磁波遮断、内部部品の保護が可能な金属製の部材であり、図６に示すように、制御基板２４を覆う矩形状の第１板部２７と、この第１板部２７の長尺方向の縁部から直交して延在している第２及び第３板部２８，２９と、第１板部２７の短尺方向の縁部から第２及び第３板部２８，２９と同一方向に延在している第４及び第５板部３０，３１と、第２板部２８、第４及び第５板部３０，３１の端部からカバー外方に直交する方向に形成されているネジ挿通孔を有する複数の固定片３２とを備えている。また、第４板部３０には、雌型コネクタ４５の外周を囲む切欠き３０ａが形成されている。

第２板部２８の長手方向中央には、トルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが通過できるように四角形状に切り欠いた切欠き部２８ａが形成されて、切欠き部２８ａの開放部はフレーム２３側に向かって開放し、カバー２６の装着性を容易にしている。

シール部材３３は、図７に示すように、合成ゴムなどの弾性材を用いて、コの字形状に形成されていて、スカート部３３ａと、減速ギヤボックス４の開口部２０ｄに嵌合する取付け部３３ｂと、減速ギヤボックス４のユニット載置面２０ｂに対向し開口部２０ｄへの潜り込みを防止する係止部３３ｃとを備えており、図８に示すように、減速ギヤボックス４に制御ユニット１９を装着した後に、第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間に生じる隙間に挿入するように組立てられる。

そして、制御ユニット１９の放熱プレート２１及びフレーム２３を減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に固定し、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０の開口部２０ｄから突出したトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを（図２参照）、制御ユニット１９の制御基板２４のスルーホール２４ａ〜２４ｄ（図６参照）に直接挿通して半田付けした後、カバー２６を制御ユニット装着部２０に固定することで、減速ギヤボックス４の制御ユニット装着部２０に、制御ユニット１９が装着される。また、フレーム２３の取付け板部２３ｂに固定されている端子台２３ｃと、電動モータ５の接続端子とを電気的に接続する。なお、電気的に接続された端子台２３ｃ及び電動モータ５の接続端子は、図１の符号２７で示す合成樹脂製の端子カバーで覆われている。

次に、上記実施形態の動作を説明する。
車体の図示しないイグニッションスイッチをオン状態としてパワー基板２２及び制御基板２４にバッテリから電力を供給すると、マイクロコントロールユニット（ＭＣＵ）によって操舵補助制御処理が実行されて、トルクセンサ１５及び図示しない車速センサの検出値に基づいて操舵補助電流指令値が算出される。この操舵補助電流指令値とモータ電流検出部で検出したモータ電流とに基づいて電流フィードバック処理を実行して、電圧指令値を算出する。この電圧指令値をパワー基板２２のゲート駆動回路に供給してＨブリッジ回路を制御することにより、電動モータ５にモータ駆動電流が流れて電動モータ５を正転又は逆転方向に必要とする操舵補助力を発生するように駆動する。このため、電動モータ５からステアリングホイールの操舵トルクに応じた操舵補助力が発生され、この操舵補助力がウォーム１１及びウォームホイール１３を介してステアリングシャフト２の出力に伝達されることにより、ステアリングホイールを軽い操舵力で操舵することができる。

ここで、本実施形態によると、シール部材３３は図８に示すように、減速ギヤボックス４に制御ユニット１９を装着した後に、第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間に生じる隙間に挿入するように組立てられる。スカート部３３ａは、外側に広がるフレア状に形成されているとともに、取付け部３３ｂから離間するに従い肉厚が徐々に減少した形状をしている。シール部材３３の組立時には、スカート部３３ａが弾性的に圧縮されて、第２板部２８とユニット載置面２０ｂの隙間よりも薄くなり組立し易いように変形する。シール部材３３が正規位置に装着された時には、取付け部３３ｂは減速ギヤボックス４の開口部２０ｄに嵌合して、スカート部３３ａは圧縮が開放されて第２板部２８に接触する。

シール部材３３は図９に示すように、スカート部３３ａは寸法誤差、振動にも追従できるような柔軟性を持ち、第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間に生じる隙間を埋めるように弾性変形しながら密着する。また、取付け部３３ｂは減速ギヤボックス４の開口部２０ｄに嵌合し、開口部２０ｄの外形に拘束されるので位置ズレが生じないようになっている。さらに、係止部３３ｃは取付け部３３ｂが開口部２０ｄに嵌合した場合に、シール部材３３がトルクセンサ収納部１６に潜り込まないようにストッパーの働きをし、脱落しないようになっている。

開口部２０ｄにはトルクセンサ１５の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆが通過しており、減速ギヤボックス４の外周側で発生した導電性異物が外部接続端子１５ｃ〜１５ｆを配置している開口部２０ｄ側に侵入しようとしても、第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間で隙間を設けずに密着しているシール部材３３のスカート部３３aに遮断される。したがって、トルクセンサ１５の複数の外部接続端子１５ｃ〜１５ｆのいずれかの対同士に導電性異物が接触することがなく、トルクセンサ１５は正常なトルク検出値を出力して電動モータ５の正常な駆動制御を行なうことができる。

次に、図１０に示すものは、本発明に係る電動パワーステアリング装置の第２実施形ものを示すものである。なお、図９で示したシール部材３３の構成と同一構成部分には同一符号を付して説明を省略する。
本実施形態のシール部材３４は、スカート部３４ａと、減速ギヤボックス４のユニット載置面２０ｂの外形に嵌合する取付け部３４ｂと、減速ギヤボックス４のユニット載置面２０ｂに対向し開口部２０ｄへの潜り込みを防止する係止部３４ｃとを備えており、図８に示すように、減速ギヤボックス４に制御ユニット１９を装着した後に、第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間に生じる隙間に挿入するように組立てられる。

そして、本実施形態のシール部材３４は、スカート部３４ａ及び取付け部３４ｂの係止部３４ｃ剛性ゴムなどの弾性材で形成されている。本実施形態のシール部材３４は、取付け部３３ｂがユニット載置面２０ｂの外形に嵌合するので、シール部材３３の位置ズレを防止することができ、スカート部３４ａを第２板部２８とユニット載置面２０ｂとの間に隙間を設けずに密着することができる。

また、上記実施形態においては、電動モータ５、制御ユニット１９及び雌型コネクタ４５がステアリングコラム３の中心軸と直交する線に沿って一直線に配置されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ステアリングコラム３の中心軸と交差する線に沿って一直線に配置するようにしてもよい。また、上述した実施形態の電動パワーステアリング装置１は、減速ギヤボックス４の上部に制御ユニット１９を装着した構成を示したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、例えば、減速ギヤボックス４の下部に制御ユニット１９を装着した構成としても、制御ユニット１９と減速ギヤボックス４のユニット載置面２０ｂとの間の隙間をシールする構造を得ることができる。

１…電動パワーステアリング装置
２…ステアリングシャフト
３…ステアリングコラム
４…減速ギヤボックス
５…電動モータ
６…アッパ取付ブラケット
７…ロア取付ブラケット
１１…ウォーム
１２…ウォーム収納部
１３…ウォームホイール
１４…ウォームホイール収納部
１５…トルクセンサ
１５ｃ〜１５ｆ…外部接続端子
１６…トルクセンサ収納部
１７…モータ装着部
１８…コラム取付部
１９…制御ユニット
２０…制御ユニット装着部
２１…放熱プレート
２２…パワー基板
２３…フレーム
２４…制御基板
２４ａ〜２４ｄ…スルーホール
２６…カバー
２８…第２板部（カバー板部）
２８ａ…切欠き部
２９…第３板部
３０…第４板部
３１…第５板部
３２…固定片
３３…シール部材
３３ａ…スカート部
３３ｂ…取付け部
３３ｃ…係止部
３４…シール部材
３４ａ…スカート部
３４ｂ…取付け部
３４ｃ…係止部
４５…雌型コネクタ
４５a…電源コネクタ
４５b…信号コネクタ

Claims (2)

1. 操舵トルクが伝達されるステアリングシャフトに減速ギヤボックス内の減速機構を介して操舵補助力を伝達する電動モータと、前記電動モータを駆動制御する制御回路を実装した制御基板を含む制御ユニットとを備え、前記減速ギヤボックスの外周に形成したギヤボックス取付け面に、前記制御ユニットの前記制御基板を収容するカバーのカバー板部を近接させて該制御ユニットを装着するとともに、前記カバー板部に前記ギヤボックス取付け面の一部から突出した前記複数の外部接続端子を通過させる切欠き部を有し、前記減速ギヤボックスに内装されているトルクセンサに接続されている複数の外部接続端子を前記ギヤボックス取付け面の開口部から突出させ、これら複数の外部接続端子の夫々に前記制御基板に設けた複数の基板側端子を電気的に直接接続してなる電動パワーステアリング装置において、
   前記減速ギヤボックスの開口部に嵌合する取付け部と、前記減速ギヤボックスのユニット載置面に固定される係止部と、前記切欠き部の周縁を覆い前記カバー板部と前記ギヤボックス取付け面との間に生じる隙間より長い丈を有するスカート部とを備えた弾性体からなるシール部材を装着したことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 前記シール部材は、前記減速ギヤボックスに制御ユニットを装着した後に、前記カバー板部と前記ユニット載置面の間に組み立てられることを特徴とする請求項１に記載の電動パワーステアリング装置。

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