JP2013149907A - ２つの基板間の配線接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】第１電子回路基板の回路配線とフレキシブル基板からなる第２電子回路基板の接続端子との接合部に液体が浸入するのを防止できる２つの基板間の配線接続構造を提供する。
【解決手段】フレキシブル基板７０における制御基板６０側の先端寄り部分は、制御基板６０の表面に重ね合わされている先端部（重ね合わせ部７０Ａ）と、重ね合わせ部７０Ａの基端から斜め上方に向かって延びた傾斜部７０Ｂとを有している。フレキシブル基板７０の各回路配線７２は、重ね合わせ部７０Ａ側の先端部に幅広の接続端子７２ａを有している。各接続端子７２ａは、半田９１によって、制御基板６０の端子接続用配線６２１の被接合部６２１ａに接合されている。制御基板６０上には、フレキシブル基板７０の重ね合わせ部７０Ａを取り囲むように、液体進入防止壁８０が形成されている。
【選択図】図４

Description

この発明は、２つの基板間の配線接続構造に関する。

電動パワーステアリング装置は、操舵補助力を発生する電動モータを備えている。この電動モータが、トルクセンサによって検出される操舵トルクに基づいて駆動制御されることにより、操舵状況に応じた適切な操舵補助が実現される。電動モータを制御するための制御回路が搭載された制御基板とトルクセンサとは、信号線によって接続されている。

特開平８−１８１４３０号公報

本願発明者は、トルクセンサと制御基板とをフレキシブル基板によって接続することを考案した。この場合、フレキシブル基板の回路配線によって、トルクセンサと制御基板の回路配線とが接続される。フレキシブル基板と制御基板との配線接続は、フレキシブル基板の一端側に形成された接続端子が制御基板の回路配線に半田接合されることによって行なわれる。そうすると、水、油等の液体が制御基板の表面を伝って半田接合部に侵入し、半田接合部が劣化したり、隣接する半田接合部が短絡したりするおそれがある。

この発明の目的は、第１電子回路基板の回路配線とフレキシブル基板からなる第２電子回路基板の接続端子との接合部に液体が浸入するのを防止できる２つの基板間の配線接続構造を提供することである。
この明細書において、「電子回路基板」には、「電子部品が半田付けされておらず、配線だけの状態のもの」および「電子部品が半田付けされて電子回路として動作するようになったもの」のいずれも含まれるものとする。

請求項１に記載の発明は、第１電子回路基板（６０）と第２電子回路基板（７０）とからなる２つの基板間の配線接続構造であって、前記第２電子回路基板は、一端側に前記第１電子回路基板の回路配線（６２１）に接続される接続端子（７２ａ）を有するフレキシブル基板からなり、前記第２電子回路基板における前記接続端子を含む一端部が前記第１電子回路基板の一表面内の一部分に重ね合わされた状態で、前記接続端子が前記第１電子回路基板の回路配線（６２１）に接合されており、前記第１電子回路基板の前記一表面には、前記第２電子回路基板における前記第１電子回路基板への重ね合わせ部（７０Ａ）を取り囲むように、前記重ね合わせ部への液体の浸入を防止する液体侵入防止壁（８０）が設けられている、２つの基板間の配線接続構造である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

この発明では、液体進入防止壁によって、水、油等の液体が第１電子回路基板の表面を伝って第２電子回路基板の重ね合わせ部に侵入するのを防止できる。これにより、第２電子回路基板の接続端子と第１電子回路基板の回路配線との接合部に、水、油等の液体が第１電子回路基板の表面を伝って侵入するのを防止できるから、それらの接合部が液体によって劣化したり、隣り合う接合部が短絡したりするのを防止することができる。

請求項２に記載の発明は、前記液体侵入防止壁は、前記第２電子回路基板の前記重ね合わせ部から遠ざかるほど前記第１電子回路基板との間隔が大きくなるように、前記第１電子回路基板に対して傾斜している請求項１に記載の２つの基板間の配線接続構造である。

図１は、本発明の一実施形態に係る２つの基板間の配線接続構造が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、操舵補助機構の外観を示す概略斜視図である。 図３は、図２のＡ方向から見た模式的な矢視図である。 図４は、制御基板とフレキシブル基板との間の配線接続構造を概略的に示す斜視図である。 図５は、図４の平面図である。 図６は、図５のVI−VI線に沿う断面図である。 図７は、図５のVII−VII線に沿う断面図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る２つの基板間の配線接続構造が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
ステアリングシャフト６の周囲には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクを検出する。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向（直進方向に直交する方向）に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。電動モータ１８は、この実施形態では、三相ブラシレスモータからなる。電動モータ１８の近傍には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための、例えばレゾルバからなる回転角センサ２３が配置されている。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、ギヤハウジング３２に収容されている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

電動モータ１８は、モータ制御装置としてのＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２によって制御される。ＥＣＵ１２には、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルク、回転角センサ２３の出力信号、車速センサ２４によって検出される車速等が入力されている。ＥＣＵ１２は、電動モータ１８の駆動回路と、駆動回路を制御する制御回路とを備えている。駆動回路は、三相インバータ回路からなる。制御回路は、マイクロコンピュータを含んでいる。制御回路は、例えば、操舵トルクと電動モータ１８の目標電流値（目標アシストトルク）との関係を車速毎に記憶したマップを用いて、操舵トルクおよび車速に応じた目標電流値を設定し、電動モータ１８のモータ電流が目標電流値に等しくなるように駆動回路を駆動する。

図２は、操舵補助機構５の概略斜視図である。図３は、図２のＡ方向から見た模式的な矢視図である。
ＥＣＵ１２を収容するためのハウジングＨは、互いに接触する第１のハウジング３３および第２のハウジング３４によって構成されている。第１のハウジング３３および第２のハウジング３４は、一端が開放した概ね四角箱形に形成されている。第１および第２のハウジング３３，３４の互いの端部は突き合わされており、固定ねじ５１により互いに締結されている。

一方、電動モータ１８を収容するためのモータハウジング３５は、筒状のモータハウジング本体３６と前記第１のハウジング３３とにより構成されている。具体的には、ＥＣＵ１２を収容するためのハウジングＨの一部である第１のハウジング３３が、電動モータ１８のモータハウジング３５の少なくとも一部とは単一の材料で一体に形成されている。なお、モータハウジング３５には、回転角センサ２３も収容されている。

また、減速機構１９を収容するためのギヤハウジング３２は、ウォーム軸２０が収容された筒状の駆動ギヤ収容ハウジング３７と、ウォームホイール２１が収容された筒状の従動ギヤ収容ハウジング３８と、前記第２のハウジング３４とにより構成されている。具体的には、ＥＣＵ１２を収容するためのハウジングＨの一部である第２のハウジング３４が、ギヤハウジング３２の駆動ギヤ収容ハウジング３７および従動ギヤ収容ハウジング３８とは単一の材料で一体に形成されている。

第１のハウジング３３の側壁としての外周壁５２の外周には、筒状突起５３が突出形成されており、その筒状突起５３内には、第１のハウジング３３の外部に臨む電気コネクタ５４が配置されている。図示していないが、電気コネクタ５４には、バッテリーからＥＣＵ１２に電源供給するための端子や、外部からの信号の入出力用の端子が設けられている。

モータハウジング本体３６は、円筒状の周壁３９と、周壁３９の一端を閉塞する底壁４０と、周壁３９の他端からその径方向外方に張り出した環状のフランジ４１とを含む。環状のフランジ４１の周方向の一部から径方向外方に張り出したブラケット４２が設けられている。そのブラケット４２のねじ挿通孔４３に挿通された固定ねじ４４が、第１のハウジング３３のねじ孔にねじ込まれることにより、モータハウジング本体３６と第１のハウジング３３とが一体に固定されている。

ギヤハウジング３２の従動ギヤ収容ハウジング３８には、トルクセンサ１１が収容された筒状のセンサハウジング４５が連結されており、従動ギヤ収容ハウジング３８およびセンサハウジング４５は、固定ねじ４６を用いて互いに固定されている。ステアリングシャフト６が、従動ギヤ収容ハウジング３８およびセンサハウジング４５内に挿通されている。

図３を参照して、ハウジングＨ内には、ＥＣＵ１２の一部を構成するパワー基板（図示略）および制御基板６０が収容されている。パワー基板には、電動モータ１８の駆動回路が実装されている。制御基板６０には、電動モータ１８の駆動回路を制御するための制御回路が実装されている。制御基板６０は、硬質プリント基板（ＰＷＢ（Printed Wining Board）。リジッド基板）から構成されている。

トルクセンサ１１は、帯状のフレキシブル・プリント基板（ＦＰＣ（Flexible Printed circuits）。以下、「フレキシブル基板」という。）７０を介して、制御基板６０の回路配線に電気的に接続されている。フレキシブル基板７０の一方の端部はセンサハウジング４５内に収容されており、センサハウジング４５内おいてフレキシブル基板７０の回路配線にトルクセンサ１１が電気的に接続されている。フレキシブル基板７０の他方の端部は、センサハウジング４５内から従動ギヤ収容ハウジング３８を通って第２のハウジング３４内に進入し、第２のハウジング３４内において制御基板６０の一端部を廻るように湾曲して制御基板６０上に延びている。

以下、図４〜図７を参照して、制御基板６０とフレキシブル基板７０との間の配線接続構造について説明する。図４は、制御基板６０とフレキシブル基板７０との間の配線接続構造を概略的に示す斜視図である。図５は、図４の平面図である。図６は、図５のVI−VI線に沿う断面図である。図７は、図５のVII−VII線に沿う断面図である。
フレキシブル基板７０における制御基板６０側の先端寄り部分は、制御基板６０の表面に重ね合わされている先端部（以下、「重ね合わせ部７０Ａ」という）と、重ね合わせ部７０Ａの基端から斜め上方に向かって延びた傾斜部７０Ｂと、傾斜部７０Ｂの上端から制御基板６０と平行に延びた平行部７０Ｃとを有している。

フレキシブル基板７０は、基材７１と、基材７１上に形成された回路配線７２と、これらの表面上に形成されたカバーレイフィルム７３とを備えている。カバーレイフィルム７３は、半田付けが必要な部分には形成されていない。したがって、半田付けが必要な部分においては、回路配線７２が露出している。基材７１およびカバーレイフィルム７３はポリイミド等の絶縁材料からなる。回路配線７２は例えば銅箔からなる。

この実施形態では、基材７１上には、基材７１の長さ方向に延びかつ互いに平行な４つの回路配線７２が形成されている。各回路配線７２は、重ね合わせ部７０Ａ側の先端部に幅広の接続端子７２ａを有している。この実施形態では、接続端子７２ａが形成されているフレキシブル基板７０の先端部においては、カバーレイフィルム７３は形成されていない。したがって、接続端子７２ａの基材７１とは反対側の表面は露出している。重ね合わせ部７０Ａは、接続端子７２ａの露出面側が制御基板６０の表面に対向した状態で、制御基板６０の表面に重ね合わされている。

制御基板６０は、基材６１と、基材６１の内部および表面に形成された回路配線６２と、基材６１およびその表面上に形成された回路配線６２の表面を覆うソルダーレジスト６３と、図示しない電子部品とを備えている。ソルダーレジスト６３は、半田付けが必要な部分には形成されていない。したがって、半田付けが必要な部分においては、回路配線６２が露出している。基材６１およびカバーレイフィルム７３はポリイミド等の絶縁材料からなる。回路配線６２は例えば銅箔からなる。制御基板６０は、回路配線６２として、フレキシブル基板７０の各接続端子７２ａが接続される端子接続用配線６２１と、後述する液体進入防止壁８０を制御基板６０に固定するために利用される液体進入防止壁固定用配線６２２と、その他の回路配線（図示略）を有している。

端子接続用配線６２１における接続端子７２ａが接合されるべき部分（以下、「被接合部６２１ａ」という）にはソルダーレジスト６３が形成されておらず、端子接続用配線６２１の被接合部６２１ａは露出している。そして、半田９１によって、各接続端子７２ａが対応する端子接続用配線６２１の被接合部６２１ａに接合されている。
制御基板６０上には、フレキシブル基板７０の重ね合わせ部７０Ａを取り囲むように、額縁状の液体進入防止壁８０が形成されている。液体進入防止壁８０は、フレキシブル基板７０の長さ方向に延びた台形状の一対の傾斜壁８１，８２と、これらの傾斜壁８１，８２の端部どうしをそれぞれ連結する台形状の一対の傾斜壁８３，８４とから構成されている。これらの傾斜壁８１〜８４は、重ね合わせ部７０Ａから遠ざかるほど制御基板６０との間隔が大きくなるように制御基板６０に対して傾斜している。各傾斜壁８１〜８４と基板６０とのなす角度は、例えば３０度である。

各傾斜壁８１〜８４は、ポリイミド等のフィルムで形成されており、下端部全体に対応する傾斜壁の延長方向に突出した接合用金属部材８５を有している。接合用金属部材８５は例えば銅板からなる。この接合用金属部材８５の基部は各傾斜壁８１〜８４の下端部の内部に埋め込まれており、基部よりも下側の部分は各傾斜壁８１〜８４の下端から突出している。隣り合う傾斜壁８１〜８４に設けられた接合用金属部材８５どうしは連結されている。つまり、額縁状の液体進入防止壁８０の下端部に、額縁状の接合用金属部材８５が設けられている。

制御基板６０の液体進入防止壁固定用配線６２２は、基材６１の表面に形成されており、平面視において、額縁状の接合用金属部材８５に対応した矩形枠状に形成されている。液体進入防止壁固定用配線６２２上にはソルダーレジスト６３が形成されておらず、液体進入防止壁固定用配線６２２の表面は露出している。そして、液体進入防止壁８０の下端から突出した接合用金属部材８５が、半田９２によって、液体進入防止壁固定用配線６２２に接合されている。これにより、液体進入防止壁８０が制御基板６０に固定されている。

この液体進入防止壁８０によって、水、油等の液体が制御基板６０の表面を伝ってフレキシブル基板７０の重ね合わせ部７０Ａに侵入するのを防止できる。これにより、フレキシブル基板７０の接続端子７２ａと制御基板６０の端子接続用配線６２１との半田接合部に、水、油等の液体が制御基板６０の表面を伝って侵入するのを防止できるから、それらの半田接合部が液体によって劣化したり、隣り合う半田接合部が短絡したりするのを防止することができる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、液体進入防止壁８０は、その下端部に設けられた接合用金属部材８５が制御基板６０の液体進入防止壁固定用配線６２２に半田接合されることによって、制御基板６０に固定されている。しかし、液体進入防止壁８０を他の方法によって制御基板６０に固定してもよい。たとえば、液体進入防止壁８０として、接合用金属部材８５を備えていない液体進入防止壁を用い、液体進入防止壁の下端部を制御基板６０上のソルダーレジスト６３に接着または溶着するようにしてもよい。この場合には、制御基板６０に液体進入防止壁固定用配線６２２を設けなくてよい。

また、液体進入防止壁の形状は額縁状でなくてもよい。たとえば、液体進入防止壁の形状は、矩形枠状または筒状であってもよいし、楕円錐台または円錐台の側面に対応した形状であってもよい。
また、前述の実施形態では、電動パワーステアリング装置の制御基板と、トルクセンサを制御基板に接続するためのフレキシブル基板との間の配線接続構造にこの発明を適用した場合について説明したが、この発明は電動パワーステアリング装置以外の用途にも適用することができる。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

６０…制御基板（第１電子回路基板）、７０…フレキシブル基板（第２電子回路基板）、７２ａ…接続端子、８０…液体進入防止壁、６２１…端子接続用配線

Claims (2)

1. 第１電子回路基板と第２電子回路基板とからなる２つの基板間の配線接続構造であって、
   前記第２電子回路基板は、一端側に前記第１電子回路基板の回路配線に接続される接続端子を有するフレキシブル基板からなり、
   前記第２電子回路基板における前記接続端子を含む一端部が前記第１電子回路基板の一表面内の一部分に重ね合わされた状態で、前記接続端子が前記第１電子回路基板の回路配線に接合されており、
   前記第１電子回路基板の前記一表面には、前記第２電子回路基板における前記第１電子回路基板への重ね合わせ部を取り囲むように、前記重ね合わせ部への液体の浸入を防止する液体侵入防止壁が設けられている、２つの基板間の配線接続構造。
2. 前記液体侵入防止壁は、前記第２電子回路基板の前記重ね合わせ部から遠ざかるほど前記第１電子回路基板との間隔が大きくなるように、前記第１電子回路基板に対して傾斜している請求項１に記載の２つの基板間の配線接続構造。

Images