JP4393271B2

JP4393271B2 - 電動パワーステアリング装置

Info

Publication number: JP4393271B2
Application number: JP2004151627A
Authority: JP
Inventors: 信也米田; 明宏田巻
Original assignee: Showa Corp
Current assignee: Showa Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005329867A

Description

本発明は、車両の特にラック・ピニオン式の操舵伝達機構を備える電動パワーステアリング装置に関する。

ラック・ピニオン式の操舵伝達機構を備える電動パワーステアリング装置であって、モータを駆動制御する制御基板がラックケースに設けられたコントローラケース内に収容される構造のものは、特許文献１に開示されている。
特開平１１−１７１０２８号公報（段落［００２０］）

同特許文献１には、コントローラケースの開口からコントローラケース内に制御基板が挿入され、コントローラケースの底面にスペーサなどを介して４隅をネジ止めされて固定され、コントローラケースの開口をカバーにより閉塞する構造が開示されている。

コントローラケースは、ラックケースに設けられるので、飛石などが当たる可能性がある。
飛石などがカバーに当たったときに、カバーの変形が制御基板に影響を与えないようにするためには、制御基板とカバーとの間の距離を大きくした緩衝空間を形成しておく必要がある。

しかるに、緩衝空間を大きく確保すると、制御基板をコントローラケースに固定しているネジが振動などで緩んだときに、ネジの頭部がカバーの裏面で規制されることなくネジが完全に抜けて制御基板に脱落するおそれがある。
制御基板にネジが落ちると、電気的ショートを起こす不具合がある。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、飛石などから制御基板を保護するとともに、制御基板を固定しているネジの緩みによる脱落を回避した簡単な構造の電動パワーステアリング装置を供する点にある。

課題を解決するための手段および効果

上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、ステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛合うラック軸の摺動により操舵輪が転舵されるとともにステアリング側の操舵トルクに応じて駆動制御されるモータの動力が伝達機構を介して前記ラック軸の摺動に伝達されて操舵が補助される電動パワーステアリング装置において、前記モータを駆動制御する制御基板が収容されるハウジングがラックケースまたはステアリングギヤボックスに形成され、前記ハウジングの開口に対向する底部に形成された取付ボスに前記制御基板が当接され、前記取付ボスにネジによりネジ止めされ、前記開口を閉塞したカバーの内面の少なくとも中央付近から１個突出した突起が、前記制御基板をでネジ止めしたネジの頭部に近接して対向し、前記突起は、前記カバーの前記制御基板をネジ止めしたネジに対向する部分が内面側に膨出して形成されたものであり、前記カバーと前記制御基板との間に前記突起の長さ緩衝空間が形成された電動パワーステアリング装置とした。

ハウジングの開口を閉塞したカバーの内面から突出した突起が、制御基板をネジ止めしたネジの頭部に近接して対向している簡単な構造であり、、突起の長さ分カバーと制御基板との間に緩衝空間を形成して飛石などがカバーに当たり変形する場合に制御基板をネジ止めしたネジの頭部にカバー内面の突起が先に当接して支持剛性が高められるためその後の変形を回避できるとともに、振動などでネジが緩んでもネジの頭部が突起に規制されて抜けが防止され、ネジの制御基板上への脱落による電気的ショートをも回避することができる。

カバーに突起を一体的に成形することができ、部品点数を少なくし、作業も簡素化し、コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図１ないし図１６に基づき説明する。
本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置１の全体正面図を図１に、上面図を図２に、同内部構造を示す正面図を図３に示す。

電動パワーステアリング装置１は、車両の左右方向（図１，図２，図３において左右は逆になっている）に指向した略円筒状のラックケース２内にラック軸３が左右軸方向に摺動自在に収容されている。

ラックケース２の両端開口から突出したラック軸３の両端部にそれぞれジョイント４，４を介してタイロッド５，５が動かされ、さらに転舵機構を介して車両の転舵輪が転舵される。

ラックケース２の右端（図１ないし図３において左端）近傍にステアリングギヤボックス６が設けられている。
同ステアリングギヤボックス６には、ステアリングホイール（図示せず）が一体に取付けられたステアリング軸にジョイントを介して連結される入力軸７が軸受を介して回動自在に軸支されており、入力軸７はステアリングギヤボックス６内でトーションバー８を介して相対的なねじり可能に操舵ピニオン軸９と連結されている。

この操舵ピニオン軸９のはす歯９ａがラック軸３のラック歯３ａと噛合してラック・ピニオン機構が構成されている。
したがって、ステアリングホイールの回動操作により入力軸７に伝達された操舵力は、トーションバー８を介して操舵ピニオン軸９を回動して操舵ピニオン軸９のはす歯９ａとラック歯３ａの噛合によりラック軸３を左右軸方向に摺動させる。

一方で、ラックケース２の拡径した中央部はモータケース２ａとなっており、モータ10が収容されている。
該モータ10は、ボールネジ３ｂが刻設されたラック軸３の外周を環状のインナロータ11が回転し、その外側にアウタステータ12がモータケース２ａの内周面に周設されて設けられている。

環状のインナロータ11の内周面に圧入された接続スリーブ13が左方（図３の右方）に延出し、モータケース２ａの内周に軸受15を介して回転自在に支持されたボールナット部材14と一体に結合されている。

ボールナット部材14は、ラック軸３のボールネジ３ｂにボールを介して螺合している。
したがって、モータ10が駆動されインナロータ11が回転すると、一体にボールナット部材14が回転し、ボールナット部材14とボールを介して螺合するラック軸３を左右に摺動して操舵力をアシストすることができる。

ラックケース２のモータケース２ａとステアリングギヤボックス６との間の部分にモータ10を駆動制御する制御基板を収容するハウジング２ｂがラック軸３の前方に形成されている。

ハウジング２ｂは前方に向けて大きく略横長矩形の前面開口20を有して、その周縁は開口20を閉塞する前面カバー30を取付ける合わせ面21が矩形枠状に形成され、合わせ面21にはシール部材32を嵌め込む溝21ａが形成され、溝21ａの外側４隅にネジ穴21ｂが設けられている（図８参照）。

ハウジング２ｂの開口20に対向する底面22は、背後にラック軸３が左右方向に走る中央高さ位置が浅く、上下が深い形状をしており、底面22の左（図８の右）上隅に特に深い凹部23を有する。

同ハウジング２ｂの底面22には、図８に示す所定４ヶ所から取付ボス24が突出形成されている。
４つの取付ボス24は、制御基板40を取り付けるために、その先端面は同一面に形成され、それぞれネジ穴24ａが形成されている。

図４ないし図７を参照して、開口20を閉塞する前面カバー30は、アルミダイカスト，ステンレス鋼板等のプレス成形品で、合わせ面21に対向する矩形周縁部30ａの内側が若干外側に膨出した平板部30ｂをなし、平板部30ｂには前記ハウジング２ｂの底面22から突出した４つの取付ボス24に対向したそれぞれの位置に内側の取付ボス24に向けて所定長さ膨出した突起31が形成されている。
なお、前面カバー30の矩形周縁部30ａの４隅にはネジ穴21ｂに対応して取付孔30ｃが穿孔されている。

図７に示すように、ハウジング２ｂの合わせ面21の溝21ａにゴムリングであるシール部材32を嵌め込み、前面カバー30をハウジング２ｂの前面開口20に被せ、矩形周縁部30ａを合わせ面21に合わせてネジ33を取付孔30ｃに貫通しネジ穴21ｂに螺合することで前面カバー30を固着しハウジング２ｂの前面開口20を液密に閉塞する。

また、ハウジング２ｂは、上側壁にハウジング２ｂ内を上方から覗けるように覗き用開口25が穿設されている。
この覗き用開口25の周縁は同覗き用開口25を閉塞する上面カバー35を取り付ける合わせ面26が形成され、同合わせ面26にはシール部材38を嵌め込む溝26ａが矩形枠状に形成され、その溝26ａの外側左右２ヵ所にネジ穴26ｂが設けられている。

図７を参照して、覗き用開口25を閉塞する上面カバー35は、アルミダイカスト，ステンレス鋼板等のプレス製で、略長方形状の合わせ面26に対応した矩形平板部35ａの中央が若干外側に膨出して膨出部35ｂを有し、膨出部35ｂの右側にコネクタ36が突出形成されている。

そして、上面カバー35の裏面左側所定位置から左右１対の挟持片37，37が２対並んで突出形成されている。
１対の挟持片37，37は後述する円柱状をした制御基板40から突出するコンデンサ44の筒状部を左右から挟みつけて挟持することができる。
上面カバー35の矩形平板部35ａの左右にはネジ穴26ｂに対応して取付孔35ｃが穿孔されている。
なお、上面カバー35を絶縁樹脂により一体成型することもできる。

図７に示すように、ハウジング２ｂの上側壁の合わせ面26の溝26ａにゴムリングであるシール部材38を嵌め込み、上面カバー35をハウジング２ｂの覗き用開口25に被せ、矩形平板部35ａを合わせ面26に合わせてネジ39を取付孔35ｃに貫通しネジ穴26ｂに螺合することで上面カバー35を固着しハウジング２ｂの覗き用開口25を液密に閉塞することができる。

図６および図８に示すように、ハウジング２ｂ内にはその左側のモータケース２ａ側からモータ10に電力を供給する電力線の導電性板片よりなる雄端子片16ａ，16ａが一対突出している。
各雄端子片16ａ，16ａは、先端が上方に屈曲して雄端子16，16を形成している。

ハウジング２ｂ内に収容される制御基板40は、ハウジング２ｂの前面開口20を一回り小さくした略長方形状をしており、プリント配線された基板の表裏には種々の機能素子が配設されている。

搭載される機能素子の主なものは、図１０ないし図１２に図示するように、制御基板40の表面に、ＣＰＵ41が略中央に搭載され、裏面は中央を空けて前後に分かれて、主に前側にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）42が４個ヒートシンクである支持基台43に取り付けられ、後側にコンデンサ44が２個突設されるとともにパワーリレー45ａとファイルセーフリレー45ｂが配設されている。

また、制御基板40の裏面の後端縁に沿ってコネクタ49が固着されている。
ステアリングギヤボックス６内に設けられるトルクセンサ60からの信号線の端部はステアリングギヤボックス６内から露出することなくコネクタにまとめられ、同コネクタが制御基板40のコネクタ49に接続される構成である。

制御基板40の左側中央に雌端子46，46が前後に並んで２個配設されており、同雌端子46，46は、モータケース２ａ側からハウジング２ｂ内に突出している前記モータ電力線の雄端子片16ａ，16ａの先端を屈曲させた雄端子16，16にそれぞれ対応している。
雌端子46は、図１３に示すように四角筒状に屈曲形成した筒体46ａ内に導電性バネ片46ｂが内設されて構成されている。

そして、前記ハウジング２ｂの前面開口20から底面22に対向して挿入される制御基板40には、ハウジング２ｂの底面22から突出した４つの取付ボス24に対応したそれぞれの位置に取付孔47が形成されている（図１０参照）。

したがって、図７を参照して、制御基板40は、ハウジング２ｂの前面開口20から底面22に対向して挿入され、底面22から突出した４つの取付ボス24に対して所定位置関係に合わせて当接され、ネジ48を制御基板40の取付孔47に貫通させて取付ボス24のネジ孔24ａに螺合して取付けられる。
なお、制御基板40のハウジング２ｂ内への挿入に際しては、予めトルクセンサ60からの信号線とコネクタ49を接続しておく。

この制御基板40の取付けに際し、制御基板40を４つの取付ボス24に当接するときに、ハウジング２ｂ内に突出した雄端子片16ａ，16ａの先端を屈曲させた雄端子16，16に対して制御基板40の雌端子46，46が対向し、図１４に示すように雄端子16，16が雌端子46，46に挿入されて雌端子46の導電性バネ片46ｂがそのバネ力により雄端子16に圧接されて互いに接触が維持され、電気的に接続される。

このように、ラックケース２に形成されたハウジング２ｂ内に制御基板40を挿入して取付ボス24に当接すると同時に、モータ側の接続雄端子16と基板側の接続雌端子46が互いに接触して電気的に接続されるので、溶接などをしないでよく組立ての作業効率が極めて良い。

制御基板40がハウジング２ｂ内に取付けられた後、前面カバー30がハウジング２ｂの前面開口20を覆って前記したようにシール部材32を介してネジ33によって取付けられる。
前面カバー30は、飛石などが当たるおそれがあり、そのときに制御基板40に影響を与えないように、図５および図６に示すように、前面カバー30と制御基板40との間をある程度広くとって緩衝空間Ｓを形成している。

そして、前面カバー30には、ハウジング２ｂの底面22から突出した４つの取付ボス24に対向した位置に内側に向けて所定長さ膨出した突起31が形成されているので、図５および図６に図示するように、４本の突起31は制御基板40を固定したネジ48に向けて緩衝空間内を突出しネジ48の頭部に近接した位置まで達している。

このように、前面カバー30が前面開口20を覆ってハウジング２ｂに取付けられると、前面カバー30の４本の突起31が制御基板40を固定した４個のネジ48にそれぞれ近接して位置するので、制御基板40を固定するネジ48が緩むようなことがあっても突起31に直ぐに当たってそれ以上緩むことはなく、ネジ48が外れて制御基板40上への脱落による電気的ショートなどを回避することができる。

飛石等の影響を制御基板40が受けないように緩衝空間Ｓを広くとると、制御基板40を固定するネジ48が脱落するおそれがあるが、上記のように突起31によりネジ48の脱落は回避される。
突起31は前面カバー30に形成されていて、前面カバー30をハウジング２ｂに取付けることで、突起31がネジ48の脱落を防止するので、部品点数も少なく組付け作業が簡単である。

制御基板40の裏面に搭載された比較的大きいコンデンサ44は、制御基板40の取付けに際しハウジング２ｂの底面22の上側に形成されたさらに凹んだ凹部23に半分程挿入されるが、耐振性および放熱性を確保するために、コンデンサ44の挿入される半部に硬化型熱伝導性シリコーン50を適量塗布しておくことにより、制御基板40を取付ボス24に取付けたときに、硬化型熱伝導性シリコーン50を介してコンデンサ44をハウジング２ｂの凹部23に一体に固定する（図５参照）。

コンデンサ44は、比較的大きく重量のある素子であるので、上記のように硬化型熱伝導性シリコーン50によってハウジング２ｂの凹部23に一体に固定することで、振動により外れることが防止されるとともに、発生した熱を硬化型熱伝導性シリコーン50を通じてラックケース２に伝えて放熱することができる。

硬化型熱伝導性シリコーン50のコンデンサ44への塗布量が適量であるか否かは、ハウジング２ｂの凹部23にコンデンサ44が挿入されたときの様子で判断することができるが、この凹部23にコンデンサ44が挿入された状態を前面開口20からは制御基板40が邪魔になって見ることはできない。

そこで、本ラックケース２のハウジング２ｂには、上側壁に覗き用開口25が設けられていて、図１５に示すように、同覗き用開口25から凹部23にコンデンサ44が挿入された状態を覗き見ることがで、硬化型熱伝導性シリコーン50のコンデンサ44への塗布量が適量かどうかを観測することができる。

硬化型熱伝導性シリコーン50の塗布量が少ないときは、覗き用開口25から硬化型熱伝導性シリコーン50を補給塗布し、多過ぎるときは削り取ればよい。

この覗き用開口25は、上面カバー35によって前記したように閉塞されるが、上面カバー35は裏面に２対の挟持片37を備えており、覗き用開口25を塞ぐと同時に、２対の挟持片37がハウジング２ｂの凹部23に先端側半部を挿入した２個のコンデンサ44の基端側半部をそれぞれ挟みつけて挟持する。

上面カバー35はネジ39によりハウジング２ｂに固着されるので、コンデンサ44はハウジング２ｂに固定され、硬化型熱伝導性シリコーン50による固定と相俟ってコンデンサ44は確固としてハウジング２ｂに一体化さる。

したがって、振動によりコンデンサ44が制御基板40から外れることは防止されるとともに、発生した熱を挟持片37を通じて上面カバー35さらにラックケース２に伝えて放熱することができ、耐振性と放熱性に優れている。

また、上面カバー35は、外部からの電力供給や信号の入出力のためのコネクタ36を一体に備えており、上記コンデンサ44の保持機能とともにコネクタの機能も有することで、部品点数を削減し、組立て作業も簡素化するとともに、コストの削減を図ることができる。

ハウジング２ｂ内に収容される制御基板40の回路構成を図１６に示し、簡単に説明する。
４個のＦＥＴ42は、ブリッジ回路を構成し、同ブリッジ回路のプラス側をパワーリレー45ａを介して電源であるバッテリ61に接続し、マイナス側をアースしている。

プラス側ＦＥＴ42とマイナス側ＦＥＴ42を接続する１対の接続線54ａ，54ｂ間にフェイルセーフリレー45ｂと電流センサ55を介してモータ10が接続される。
ＦＥＴ42のブリッジ回路のプラス側とマイナス側との間にコンデンサ44が介装されている。

そして、各ＦＥＴ42はＣＰＵ41によりスイッチング制御される構成であり、ＣＰＵ41にはトルクセンサ60からの信号およびその他の検出信号が入力される。

ＣＰＵ41による各ＦＥＴ42のスイッチング制御で、モータ10の正転と逆転を切り換えることができ、ブリッジ回路と並列に介装されるコンデンサ44により瞬間的に大電流が流れても電圧降下することなくＦＥＴ42に電流を流し、モータ10の応答遅れを防止することができる。

モータ10に異常電流が流れるときは、電流センサ55がこれを検知してフェールセーフリレー45ｂをオフするとともに、制御基板40への異常電流に対してはパワーリレー45ａがオフする。

制御基板40への外部からの接続は、モータ10との接続に前記雄端子16と雌端子46の接合があり、トルクセンサ60との接続に前記コネクタ49の接合がある。
そして、バッテリ61およびその他の検出信号との接続は、上面カバー35のコネクタ36を介して行われる。

なお、以上の実施の形態では、ラックケースの一部にモータが設けられていたが、ステアリングギヤボックスの一部にモータが設けられるものについても、本発明は適用可能であり、また、制御基板が収容されるハウジングがステアリングギヤボックスに形成されるものについても本発明は適用可能である。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の全体正面図である。同平面図である。該電動パワーステアリング装置の内部構造を示す一部省略した正面図である。要部拡大正面図である。図４におけるＶ−Ｖ線で切断した断面図である。図４におけるＶI−ＶI線で切断した断面図である。同要部分解斜視図である。ラックケースのハウジングの正面図である。ハウジング内に制御基板を取付けた状態を示す要部正面図である。制御基板の裏面図である。同側面図である。別の角度から見た側面図である。雌端子と雄端子の斜視図である。同雌端子と雄端子が接続された状態を示す断面図である。上面カバーを外して覗き用開口を見た要部上面図である。制御基板の回路構成を示す図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置、２…ラックケース、２ａ…モータケース、２ｂ…ハウジング、３…ラック軸、４…ジョイント、５…タイロッド、６…ステアリングギヤボックス、７…入力軸、８…トーションバー、９…操舵ピニオン軸、
10…モータ、11…インナロータ、12…アウタステータ、13…接続スリーブ、14…ボールナット部材、15…軸受、16…雄端子、
20…前面開口、21…合わせ面、22…底面、23…凹部、24…取付ボス、25…覗き用開口、26…合わせ面、
30…前面カバー、31…突起、32…シール部材、33…ネジ、35…上面カバー、36…コネクタ、37…挟持片、38…シール部材、39…ネジ、
40…制御基板、41…ＣＰＵ、42…ＦＥＴ、43…支持基台、44…コンデンサ、45…リレー、46…雌端子、47…取付孔、48…ネジ、49…コネクタ、
50…硬化型熱伝導性シリコーン、54…接続線、55…電流センサ、
60…トルクセンサ、61…バッテリ。

Claims

ステアリング側に連結された操舵ピニオンと噛合うラック軸の摺動により操舵輪が転舵されるとともにステアリング側の操舵トルクに応じて駆動制御されるモータの動力が伝達機構を介して前記ラック軸の摺動に伝達されて操舵が補助される電動パワーステアリング装置において、
前記モータを駆動制御する制御基板が収容されるハウジングがラックケースまたはステアリングギヤボックスに形成され、
前記ハウジングの開口に対向する底部に形成された取付ボスに前記制御基板が当接され、前記取付ボスにネジによりネジ止めされ、
前記開口を閉塞したカバーの内面の少なくとも中央付近から１個突出した突起が、前記制御基板をでネジ止めしたネジの頭部に近接して対向し、
前記突起は、前記カバーの前記制御基板をネジ止めしたネジに対向する部分が内面側に膨出して形成されたものであり、
前記カバーと前記制御基板との間に前記突起の長さ緩衝空間が形成されたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。