JP6972482B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ止めされた回路基板を備えた電子機器に関する。

例えば、電動モータと、電動モータを駆動する制御回路を搭載した回路基板と、電動モータと回路基板とを収容するケーシングを備えた電子機器が知られている。例えば特許文献１には、ロータ、ステータ及びモータ駆動制御装置が下ケースに取り付けられたモータユニットであって、上記モータ駆動制御装置が、基板と、複数の固定ボルトによって基板に取り付けられたヒートシンクとを含む構成が開示されている。

特開２０１６−３３９８６号公報

例えば車載用途の電子機器においては、温度変化や振動を常時受ける環境下に曝されるため、電子機器を構成するネジの緩みが発生しやすい。例えば、基板をヒートシンクに固定するネジが緩んで基板から脱落すると、当該脱落したネジを原因として当該機器の故障や不具合が生じるおそれがある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ネジの脱落による不具合の発生を防止することができる電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電子機器は、ケーシングと、蓋部と、
回路基板と、ネジ部材と、対向部材とを具備する。
上記ケーシングは、開口部を有する。
上記蓋部は、ネジ孔を有し上記ケーシングと対向する第１の面と、上記第１の面とは反
対の第２の面とを有し、上記開口部に取り付けられる。
上記回路基板は、上記第１の面に配置される。
上記ネジ部材は、上記回路基板に係合する頭部と、上記ネジ孔に螺合するネジ溝を有し
上記回路基板を貫通する軸部とを含み、上記回路基板を上記蓋部に固定する。
上記対向部材は、上記ケーシングの内部に配置され、上記軸部の長さよりも小さい距離
をおいて上記頭部と対向する。
上記軸部は、上記ネジ溝の形成領域である第１の軸部分と、上記第１の軸部分よりも上記第２の面に向かって突出する第２の軸部分とを有し、上記対向部材は、上記第１の軸部分の長さよりも大きい距離をおいて上記頭部と対向する。

上記電子機器においては、例えばネジ部材の頭部が軸部よりも鉛直方向下方側に配置される場合、ネジ部材が緩んで下方へ脱落しようとしても、ネジ部材の軸部がネジ孔から離脱する前にネジ部材の頭部が対向部材に接触するため、ネジ部材の基板及び蓋部からの脱落が防止される。これにより、ネジ部材の脱落による機器の不具合を防止することができる。

上記頭部は、上記軸部の長さよりも大きい高さを有してもよい。

上記蓋部は、外部接続端子をさらに有してもよい。上記外部接続端子は、上記第２の面に配置され、上記回路基板と電気的に接続される。

上記蓋部は、金属製のブロック体で構成されてもよく、例えば、ヒートシンクとして構成されてもよい。

上記対向部材は、ベアリングを保持する保持部材であってもよい。

以上述べたように、本発明によれば、ネジの脱落による不具合の発生を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器を示す分解斜視図である。 上記電子機器の要部の断面斜視図である。 上記電子機器における保持部材の全体斜視図である。 上記電子機器の要部の断面図である。 上記電子機器の作用を説明する要部の断面図である。 本発明の他の実施形態に係る電子機器の要部の断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る電子機器としての回転電機１００を示す分解斜視図であり、図２は回転電機１００の要部の断面斜視図である。

本実施形態の回転電機１００は、車両の電動ステアリング装置（図示略）に用いられ、ステアリングシャフトに操舵補助力を付与するモータユニットとして構成される。

回転電機１００は、ケーシング１０と、ケースカバー２０と、ステータ３０と、ロータ４０と、バスバーユニット５０と、保持部材６０とを有する。ステータ３０、ロータ４０、バスバーユニット５０及び保持部材６０は、回転電機１００のモータユニットを構成する。

（ケーシング）
ケーシング１０は、開口部１１と、開口部１１に対向する底部１２とを有する概略円筒形状に形成される。ケーシング１０は、アルミニウム等の金属材料で構成され、ステータ３０、ロータ４０、バスバーユニット５０、保持部材６０等を収容する。

（ケースカバー）
ケースカバー２０は、シールリングを介してケーシング１０の開口部１１に組み付けられることで、ケーシング１０の内部を密閉する蓋部を構成する。ケースカバー２０の周縁部には、図１に示すように、ネジ挿通孔を有する複数のブラケット２３が設けられており、これらブラケット２３を介してケーシング１０の開口部１１の周縁部に設けられた複数の固定ブラケット１４にネジ固定される。

ケースカバー２０には、ケーシング１０の内部を外気と連通させることが可能な呼吸孔が設けられてもよい。ケースカバー２０は、外部電源（図示略）と電気的に接続される接続部２１（外部接続端子）が設けられる外面２０２（第２の面）と、ケーシング１０の内部と対向し、バスバーユニット５０に電気的に接続される回路基板２２が設けられる内面２０１（第１の面）を有する（図２参照）。

回路基板２２は、電動ステアリング装置のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成する各種電子部品（図示略）を含む。当該電子部品としては、ＣＰＵ，メモリ等のほか、バスバーユニット５０と電気的に接続されるコネクタ部品を含む。バスバーユニット５０は、接続端子２１を介して上記外部電源と電気的に接続され、これによりケースカバー２０によるケーシング１０の密閉性が高められる。

回路基板２２は、単数又は複数のネジ部材８０を介してケースカバー２０に固定される。ネジ部材８０は、回路基板２２の表面（図２において下面）に係合（当接）する頭部８１と、回路基板２２を貫通する軸部８２とを有する。軸部８２は、ケースカバー２０の内面に設けられたネジ孔２０３に螺合するネジ溝を有する。ネジ部材８０は、後述するように、軸部８２の長さよりも小さい距離をおいて頭部８１と保持部材６０とが対向するようにケーシング１０の内部に配置される。

ケースカバー２０は、典型的には金属材料製のブロック体で構成され、回路基板２２の放熱用のヒートシンクとして機能する。ケースカバー２０を構成する金属材料は、ケーシング１０と同種の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。

（ステータ）
ステータ３０は、ケーシング１０の内側に配置されたステータコア３１と、ステータコア３１に巻装されたステータコイル３２とを含む。ステータコア３１は、磁性材からなり、例えば複数の磁性鋼板の積層体で構成される。ステータコア３１は、ケーシング１０の内周に嵌合されることによりケーシング１０に固定される。ステータコイル３２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の電磁コイルを含み、それらの端部がバスバーユニット５０に電気的に接続される。

（ロータ）
ロータ４０は、駆動軸４１と、駆動軸４１に取り付けられるロータコア４２とを有する。駆動軸４１は、ケーシング１０の軸心に沿って配置され、ロータコア４２の中央に形成された貫通孔に圧入される。駆動軸４１は、ベアリングＢ１（第１のベアリング）及びベアリングＢ２（第２のベアリング）を介してケーシング１０に回転自在に支持される。ロータコア４２は、周方向に配列された複数の磁極を有する。ロータ４０は、ステータ３０の内側に配置され、ステータ３０との電磁作用により駆動軸４１をその軸まわりに回転させる。

駆動軸４１の一端（図１及び図２において下端）は、ケーシング１０の底部１２を貫通し、その先端部にギヤ部４３を有する。ギヤ部４３は、ステアリングシャフトに連絡する相手側ギヤ（図示略）に噛み合い、駆動軸４１の回転を上記ステアリングシャフトに伝達する。ケーシング１０の底部１２には、相手側機器に接続されるフランジ部１３を有し、複数のボルトを介して当該機器に接続される。

駆動軸４１の他端（図１及び図２において上端）は、ケースカバー２０の下面と間隔をおいて対向している。駆動軸４１の他端にはマグネット７０が固定されており、このマグネット７０に対向する回路基板２２上の磁気センサ（図示略）を介してロータ４０の回転数が検出される。

一方のベアリングＢ１（第１のベアリング）は、ケーシング１０の底部１２に取り付けられ、駆動軸４１の一端側を回転可能に支持する。他方のベアリングＢ２（第２のベアリング）は、駆動軸４１の他端側を回転可能に支持する。ベアリングＢ２は、ロータコア４２とケースカバー２０との間に配置され、保持部材６０を介してケーシング１０に固定される。

（バスバーユニット）
バスバーユニット５０は、導電材からなる複数のバスバー５１と、これらバスバーを内包する電気絶縁性のバスバーホルダ５２とを有する（図２参照）。バスバーホルダ５２は、円環状の成形体で構成され、複数のバスバー５１は、バスバーホルダ５２の外周面から径外方へ突出する複数の接続端子５１ａと、バスバーホルダ５２の天面から軸方向に突出する複数の電源端子５１ｂとを有する（図１参照）。

バスバーユニット５０は、ケーシング１０の内部に配置され、駆動軸４１と同心的にステータ３０に接続される。複数の接続端子５１ａは、Ｕ，Ｖ及びＷ各相のステータコイル３２の一端にそれぞれ電気的に接続され、複数の電源端子５１ｂは、ケースカバー２０に固定された回路基板２２上のコネクタ部品（図示略）と電気的に接続される。

（保持部材）
図３は、保持部材６０の全体斜視図、図４は、ケーシング１０内部における保持部材６０の断面図である。

保持部材６０は、ベアリングＢ２をケーシング１０内に位置決め保持するためのものであり、金属板のプレス成形体で構成される。本実施形態において保持部材６０は、金属板を図３に示す立体形状に深絞り加工及び折り曲げ加工したものが挙げられる。保持部材６０が金属材料で構成されることにより、保持部材６０を介してベアリングＢ２で生じる摩擦熱を効率よくケーシング１０へ逃がすことができ、ベアリングＢ２の放熱性が向上する。保持部材６０を構成する金属板は特に限定されず、必要な強度が確保されつつ、適度に弾性変形し得る程度の厚みで構成される。

保持部材６０は、磁性材料で構成されてもよいし、非磁性材料で構成されてもよい。保持部材６０が磁性材料で構成されることにより、ステータ３０やロータ４０から発生する電磁場の影響から回路基板２２上の電子部品を保護するというシールド効果が得られる。このような材料として、例えばＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板）が挙げられるが、勿論これに限られない。

保持部材６０は、概略円盤状の浅皿形状を有し、その中心部には駆動軸４１が貫通する中心孔部６１が設けられている。保持部材６０は、本体部６２と、周面部６３と、環状壁部６４と、収容部６７と、突出片６９とを有する。

本体部６２は、中心孔部６１と同心的な円環形状を有し、周面部６３、環状壁部６４及び突出片６９をそれぞれ支持する。

周面部６３は、保持部材６０の外径をなす外周面に相当し、本体部６２の外周縁部から垂下する円筒面の一部で構成される。周面部６３は、ケーシング１０に組み込まれる前の自然状態（図３に示す部品単独での状態）においては、ケーシング１０の内径よりも若干大きな外径を有する。このため、保持部材６０がケーシング１０に組み込まれる際、周面部６３は径内方に弾性変形してケーシング１０に圧入され、その弾性力でケーシング１０の内周面に保持される。

周面部６３は、保持部材６０の外周面に沿うように周方向に分割して形成される。保持部材６０の外周面には複数の切欠き部６５が形成され、これら切欠き部６５の非形成領域が周面部６３とされる。切欠き部６５は、保持部材６０の外周面から本体部６２の途中まで径内方に向かって切り欠かれ、保持部材６０の外周面に等角度間隔（図示の例では１２０°間隔）に形成される。したがって周面部６３もまた、保持部材６０の外周面に等角度間隔で形成される。周面部６３が保持部材６０の周方向に分割して形成されることにより、各周面部６３の独立した変形が容易となり、これにより周方向に均等な押圧力でケーシング１０に保持される。

環状壁部６４は、中心孔部６１と同心的に形成され、本体部６２の内側に設けられた円筒形状を有する。環状壁部６４は、天板部６４１と、円筒部６４２とを有する。

天板部６４１は、中心孔部６１を有する円環状の板形状を有し、環状壁部６４の底部を構成する。円筒部６４２は、天板部６４１の外周縁部から垂下する円筒形状を有し、環状壁部６４の周壁を構成する。環状壁部６４は、円筒部６４２とベアリングＢ２のアウタレースとの嵌合あるいは嵌着作用によってベアリングＢ２を一体的に保持する。この際、円筒部６４２の下端部（天板部６４１側とは反対の端部）をかしめることで、ベアリングＢ２との一体的結合が得られるようにしてもよい。

環状壁部６４は、図３及び図４に示すように本体部６２の中央部に設けられた凹部６６の底部に設けられる。凹部６６は、中心孔部６１と同心的な円環状に形成され、その内周面が環状壁部６４の円筒部６４２の外周面に相当する。

収容部６７は、周面部６３と環状壁部６４との間に設けられ、バスバーユニット５０を収容可能な大きさに形成される。収容部６７は、中心孔部６１と同心的な円環状に形成され、本体部６２と、周面部６３と、環状壁部６４の円筒部６４２とにより区画される。なお収容部６７の内周面はテーパ面で形成されるが、これに限られず、円筒面で形成されてもよい。

バスバーユニット５０における各バスバー５１の複数の接続端子５１ａは、収容部６７においてＵ，Ｖ及びＷ各相のステータコイル３２の一端に溶接等により接続される。各バスバー５１の電源端子５１ｂは、本体部６２の外周縁部に沿って等間隔に設けられた複数の貫通孔部６８のうち任意の３つの貫通孔部６８をそれぞれ貫通してケースカバー２０上の回路基板２２に電気的に接続される。これにより、バスバーユニット５０の各電源端子５１ｂをケーシング１０の開口部１１に向けて容易に引き出すことができる（図２参照）。

突出片６９は、切欠き部６５の直上位置にそれぞれ設けられる。本実施形態では、各切欠き部６５に対応するように駆動軸４１を中心とする円周上に等角度間隔で配置された複数（１２０°間隔で３つ）の突出片６９を有する。各突出片６９は、ケーシング１０の内部においてケースカバー２０の下面に接触することで、ステータ３０に向けて弾性的に押圧される。これにより、ケーシング１０に対する保持部材６０の相対位置が強固に位置決めされるため、ベアリングＢ２の安定した保持機能が確保される。

各突出片６９はそれぞれ同一の構成を有し、切欠き部６５の底部（最小半径部）に連接される。各突出片６９は、突片部６９１と、弾性支持部６９２とを有する。

突片部６９１は、保持部材６０の外周側に位置し、保持部材６０の径方向に厚み方向を有する矩形の板部で構成される。弾性支持部６９２は、切欠き部６５の底部から保持部材６０の径外方に向かって延び、突片部６９１の下端と接続される。弾性支持部６９２は、本体部６２に対して保持部材６０の高さ方向に弾性変形可能に構成され、突片部６９１を弾性的に支持する。

本実施形態において弾性支持部６９２は、図３及び図４に示すように保持部材６０の高さ方向に幾度か折り曲げて形成される。これにより本体部６２の径方向における突片部６９１の位置の調整が可能となる。また、各突片部６９１が本体部６２の中心側に位置することで、弾性支持部６９２の変形の反作用による本体部６２の浮き上がりが抑えられる。

また、各突出片６９は、駆動軸４１を中心とする円周上に等角度間隔で配置されているため、これら突出片６９を介して保持部材６０へ均等な押圧力を付与することができ、ベアリングＢ２をより適切に保持することができる。

さらに保持部材６０は、図４に示すように、回路基板２２をケースカバー２０へ固定するネジ部材８０に対して、所定の間隔をおいて対向する対向部材として構成される。

上述のようにネジ部材８０は、回路基板２２と係合する頭部８１と、回路基板２２を貫通しケースカバー２０のネジ孔２０３に螺合する軸部８２とを有する。保持部材６０は、ケーシング１０の内部において、ネジ部材８０の軸部８２の長さ（Ｌ２）よりも小さい距離（Ｌ１）をおいてネジ部材８０の頭部８１と対向する位置に配置される。ネジ部材８０が設けられる位置は特に限定されず、例えば、回路基板２２の周縁部の複数個所にそれぞれ設けられる。

保持部材６０と回路基板２２との間の相対位置の調整は、保持部材６０の突出片６９によって行うようにしてもよい。例えば、保持部材６０の各突片部６９１の長さが距離Ｌ１と頭部８１の高さとの総和となるように設定され、各突片部６９１の先端が回路基板２２あるいはケースカバー２０に当接する位置まで、ケースカバー２０が開口部１１からケーシング１０の内部へ組み込まれる。

例えば図５に示すように、ネジ部材８０の頭部８１が軸部８２よりも鉛直方向下方側に配置される場合において、温度変化や振動等の影響でネジ部材８０が緩んで図中白抜き矢印で示すように下方へ抜け落ちようとしても、ネジ部材８０の軸部８２がネジ孔２０３から完全に離脱する前に、ネジ部材８０の頭部８１が保持部材６０（本体部６２）に接触し、それ以上のネジ部材８０のネジ孔２０３からの抜けを阻止する。

したがって本実施形態によれば、ネジ部材８０の回路基板２２及びケースカバー２０からの脱落が防止される。これにより、脱落したネジ部材８０のモータユニット内への侵入を原因とする回転電機１００の不具合の発生を防止することができる。

また本実施形態によれば、ネジ部材の脱落を防止するため軸部（ネジ溝）に接着剤を塗布したり、ネジ部材の脱落を阻止する専用の部材を別途設置したりする必要がないため、小型の機電一体型構造の回転電機１００を低コストに構成することができる。

本実施形態においてネジ部材８０の軸部８２は、図４に示すように、ネジ溝８２ｓの形成領域である第１の軸部分８２１と、第１の軸部分８２１よりもケースカバー２０の外面２０２に向かって突出する第２の軸部分８２２とを有する。ネジ部材８０をこのような棒先ネジで構成することにより、ネジ孔２０３に対するネジ部材８０の組付け性が高められる。

また、ネジ部材８０の頭部８１と保持部材６０の本体部６２との間の距離Ｌ１は、軸部８２の第１の軸部分８２１の軸方向長さよりも大きく設定される。これにより、ネジ溝８２ｓを必要以上に長く形成することなく、軸部８２を所望の長さに設定できるため、ネジ部材８０の組付け作業性の低下を抑えつつ、上述のようなネジ部材８０の脱落を効果的に防止することができる。

さらに本実施形態では、ケースカバー２０が金属製のブロック体（ヒートシンク）で構成されており、その厚みを任意の大きさに容易に形成できるため、比較的長いネジ孔２０３でも容易に形成できるという利点がある。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機２００の要部の概略断面図である。
以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の回転電機２００は、回路基板２２をケースカバー２０へ固定するネジ部材９０を有する。ネジ部材９０は、第１の実施形態と同様に、回路基板２２と係合する頭部９１と、回路基板２２を貫通しケースカバー２０のネジ孔２０３に螺合する軸部９２とを有し、軸部９２の長さ（Ｌ２）よりも小さい距離（Ｌ１）をおいて頭部９１と保持部材６０とが対向するようにケーシング１０の内部に配置される。

本実施形態では、ネジ部材９０の構成が第１の実施形態と異なり、ネジ部材９０の頭部９１は、軸部９２の軸方向の長さ（Ｌ２）よりも大きい高さ（Ｌ３）を有する。このような構成によっても、上述の第１の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

また本実施形態によれば、ネジ部材９０の頭部９１が軸部９２よりも長い軸長を有するため、頭部９１を摘まんでのネジ部材９０の螺合作業が容易となり、回路基板２２の固定作業が容易になる。また、軸部９２は、ネジ溝９２ｓの形成に必要な軸長を有すれば足りるが、第１の実施形態と同様、棒先部（第２の軸部分８２２）に相当する領域を有していてもよい。

ネジ部材９０は典型的には金属材料で構成されるが、頭部９１は、プラスチック材料やゴム材料等の非金属で構成されてもよいし、金属材料と非金属材料との結合体で構成されてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、ネジ部材８０，９０の頭部に対向する対向部材としては、保持部材６０を例に挙げて説明したが、例えば、バスバーユニット５０等の保持部材６０以外の他のモータユニット構成部材で構成されてもよい。また、上記対向部材は、上記モータユニットの構成部材以外の部材で構成されてもよいし、ケーシング１０の内壁面に一体形成されたフランジ部等で構成されてもよい。

また以上の実施形態では、ネジ部材８０，９０として軸部の棒先部の軸長が比較的長いネジ部品や頭部の軸長が軸部よりも長いネジ部品を採用したが、これに限られず、汎用のネジ部品が用いられてもよい。この場合、回路基板２２と保持部材６０等の対向部材との相対位置を比較的近接させることで、上述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに以上の実施形態では、電子機器として、車両の電動ステアリング装置に用いられる回転電機１００を例に挙げて説明したが、他の用途の回転電機（モータ）にも適用可能である。また、本発明に係る電子機器は、モータだけでなく、発電機等の他の回転電機にも適用可能であり、さらに、回転電機以外の他の電子機器にも適用可能である。

１０…ケーシング
１１…開口部
２０…ケースカバー（蓋部）
２２…回路基板
３０…ステータ
４０…ロータ
４１…駆動軸
５０…バスバーユニット
６０…保持部材（対向部材）
８０，９０…ネジ部材
８１，９１…頭部
８２，９２…軸部
１００，２００…回転電機（電子機器）
８２１…第１の軸部分
８２２…第２の軸部分

Claims (4)

1. 開口部を有するケーシングと、
   ネジ孔を有し前記ケーシングと対向する第１の面と、前記第１の面とは反対の第２の面とを有し、前記開口部に取り付けられる蓋部と、
   前記第１の面に配置される回路基板と、
   前記回路基板に係合する頭部と、前記ネジ孔に螺合するネジ溝を有し前記回路基板を貫通する軸部とを含み、前記回路基板を前記蓋部に固定するネジ部材と、
   前記ケーシングの内部に配置され、前記軸部の長さよりも小さい距離をおいて前記頭部と対向する対向部材と
   を具備し、
   前記軸部は、前記ネジ溝の形成領域である第１の軸部分と、前記第１の軸部分よりも前記第２の面に向かって突出する第２の軸部分とを有し、
   前記対向部材は、前記第１の軸部分の長さよりも大きい距離をおいて前記頭部と対向する
   電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器であって、
   前記頭部は、前記軸部の長さよりも大きい高さを有する
   電子機器。
3. 請求項１又は２に記載の電子機器であって、
   前記ネジ部材は、前記対向部材よりも鉛直方向上方側に配置される
   電子機器。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子機器であって、
   前記対向部材は、ベアリングを保持する保持部材である
   電子機器。

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