WO2024084830A1 - 電子装置、電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電子装置、電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置 Download PDF

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WO2024084830A1
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power supply
wiring
electronic circuit
component mounting
electronic device
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Inventor
成俊 山田
有一 柳澤
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日立Astemo株式会社
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00Printed circuits
    • H05K1/02Details
    • H05K1/14Structural association of two or more printed circuits

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device in which electronic components are mounted on a flexible substrate (FLEX substrate), an electric drive device that controls this electronic device by incorporating it into an electric motor, and an electric power steering device that uses this electric drive device to apply steering force to a steering device.
  • FLEX substrate flexible substrate
  • an electric drive device that controls this electronic device by incorporating it into an electric motor
  • an electric power steering device that uses this electric drive device to apply steering force to a steering device.
  • Patent Document 1 describes a technology for preventing breakage of wiring in an electrical system in which a panel (such as an LCD display) and a flexible circuit board are connected, by providing a stiffener pattern that is not electrically connected to other wiring near the outer edge of the flexible circuit board.
  • electronic devices incorporated in the motor unit of an electric drive device use multilayer wiring boards with flexible sections.
  • First and second component mounting areas are arranged on this multilayer wiring board with a bendable flexible section in between.
  • a power supply circuit is formed in the first component mounting area, and power is supplied from the outside.
  • a control circuit is formed in the second component mounting area, and operating power is supplied from the first component mounting area via metal wiring formed in the flexible section, and signals are sent and received.
  • the flexible section is then bent into an approximate U-shape to bring the first and second component mounting areas opposite each other, and is incorporated into the housing together with the electric motor. This allows the electric drive device to be made smaller.
  • the present invention was made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide an electronic device, an electric drive device, and an electric power steering device that can suppress cracks that occur in the base material starting from between metal wiring patterns in the flexible part of a multilayer wiring board.
  • a multilayer wiring board in which a first component mounting area and a second component mounting area are arranged with a bendable flexible section in between, a first electronic circuit formed in the first component mounting area and supplying power to the second component mounting area via the flexible section, a second electronic circuit formed in the second component mounting area and operating with power supplied from the first electronic circuit, metal wiring formed on a base material of the flexible section and electrically connecting the first electronic circuit and the second electronic circuit, and a method of manufacturing a multilayer wiring board by folding the multilayer wiring board at the flexible section and forming a first electronic circuit that electrically connects the first electronic circuit and the second electronic circuit to each other, the first electronic circuit being formed in the first electronic circuit and the second electronic circuit being formed in the second electronic circuit.
  • the metal wiring includes a positive power supply wiring and a negative power supply wiring that supply power from the first electronic circuit to the second electronic circuit, a signal wiring that transmits and receives signals between the first electronic circuit and the second electronic circuit, and a non-conductive wiring that is not connected to the positive power supply wiring, the negative power supply wiring, the signal wiring, and the first and second electronic circuits, and the non-conductive wiring is adjacent to at least one side of the positive power supply wiring and is sandwiched between the negative power supply wiring or the signal wiring.
  • the base material in the portion adjacent to the positive power supply wiring, in which the spacing between the metal wiring in the flexible section is widened to prevent migration and short circuits can be reinforced with non-conductive wiring, improving bending strength. This makes it possible to suppress cracks that occur in the base material starting from between the patterns of the metal wiring.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric power steering device according to an embodiment of the present invention
  • 2 is an external perspective view of an electric drive unit used in the electric power steering device shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electric drive device shown in FIG. 2
  • FIG. 4 is an external perspective view of an electronic device used in the electric drive device shown in FIG. 3
  • 5 is a perspective view showing a state in which the multilayer wiring board is bent at a flexible portion in order to accommodate the electronic device shown in FIG. 4 inside an exterior member of the electric drive device.
  • 5 is a plan view of a multilayer wiring board in the electronic device shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a first preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 1 is a plan view for explaining a first preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining a second preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board, the plan view showing the metal wiring of a surface layer.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining a second preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board, the metal wiring being an inner layer.
  • FIG. 13 is a plan view for explaining a third preferred example of a pattern of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 13 is a plan view for explaining a fourth preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 13 is a plan view for explaining a fifth preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 13 is a plan view for explaining a sixth preferred pattern example of metal wiring in a flexible portion of a multilayer wiring board.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering device according to an embodiment of the present invention.
  • This electric power steering device 111 includes a steering mechanism 112 for performing steering based on an operation by a driver, and a steering assist mechanism 113 for assisting the steering operation of the driver.
  • An electric motor 20 in an electric drive device (electric power pack) 10 is used to assist the steering force, and this electric motor 20 is controlled by a control unit (electronic device) 30 to assist the steering operation.
  • the electric drive unit 10 is mounted on a gear rack (not shown).
  • the connector of this electric drive unit 10 is electrically connected to a battery power source and electronic equipment for in-vehicle communication (CAN communication) via a power harness (not shown) and a signal harness, and is also electrically connected to the torque sensor 124 and steering angle sensor 123 via a sensor harness 135.
  • CAN communication in-vehicle communication
  • the steering mechanism 112 has a steering shaft (steering axis) 115 connected to the steering wheel 114 and a rack bar (steered axis) 118 connected to tires (steered wheels) 116, 117, and the steering shaft 115 and rack bar 118 are connected via a rack and pinion mechanism 119.
  • the steering shaft 115 is composed of an input shaft 120 as a first shaft member that rotates integrally with the steering wheel 114, and an output shaft 121 as a second shaft member that links to the rack bar 118, connected by a torsion bar (not shown).
  • One axial end of the input shaft 120 is connected to the steering wheel 114, and the other end is connected to the torsion bar.
  • One axial end of the output shaft 121 is connected to the torsion bar, and the other end is connected to the rack bar 118.
  • the pinion teeth 121a formed on the outer periphery of the other end of the output shaft 121 mesh with the rack teeth 118a formed on one end of the rack bar 118 in the axial (longitudinal) direction, so that the rotational motion of the output shaft 121 is converted and transmitted to the axial motion of the rack bar 118.
  • a steering angle sensor 123 that detects the steering angle, which is the rotation angle of the steering shaft 115, and a torque sensor 124 that detects the steering torque applied to the steering shaft 115 by the driver's steering operation are integrally provided as a single unit.
  • the steering angle sensor 123 detects the steering angle based on the difference in rotation angle between a pair of gears that rotate with the rotation of the steering shaft 115.
  • the torque sensor 124 detects the steering torque based on the amount of relative rotational displacement between the input shaft 120 and the output shaft 121.
  • Tires 116, 117 are attached to both axial ends of the rack bar 118 via tie rods 125, 126 and knuckle arms (not shown). When the rack bar 118 moves in the axial direction, the knuckle arms are pushed and pulled via the tie rods 125, 126, changing the orientation of the tires 116, 117.
  • the steering assist mechanism 113 has an electric motor (electric actuator) 20 that generates a steering assist force, a control unit 30 that drives and controls the electric motor 20, and a transmission mechanism 133 that transmits the rotation of the electric motor 20 to the rack bar 118, and assists the axial movement of the rack bar 118 with the rotational force of the electric motor 20.
  • the control unit 30 is connected to other ECUs, such as a control device for ESC (Electronic Stability Control), via a CAN bus 134, and transmits and receives information via CAN communication.
  • the electric motor 20 is controlled and driven based on the detection results of various sensors, such as the output signal S1 of the steering angle sensor 123 and the output signal S2 of the torque sensor 124 input to the control unit 30 via the sensor harness 135, the output signal S3 of the vehicle speed sensor (not shown) input via the CAN bus 134, and the output signal of a Hall IC that detects the rotation angle of the electric motor 20.
  • various sensors such as the output signal S1 of the steering angle sensor 123 and the output signal S2 of the torque sensor 124 input to the control unit 30 via the sensor harness 135, the output signal S3 of the vehicle speed sensor (not shown) input via the CAN bus 134, and the output signal of a Hall IC that detects the rotation angle of the electric motor 20.
  • the transmission mechanism 133 has a reducer that reduces the rotation of the electric motor 20, and a conversion mechanism that converts the rotation of the reducer into axial motion of the rack bar 118.
  • the reducer is composed of, for example, an input pulley fixed to the drive shaft of the electric motor 20 so as to rotate integrally therewith, an output pulley fixed to the drive shaft so as to rotate integrally with a nut that functions as a conversion mechanism, and a belt or chain that is a transmission member wound around these pulleys.
  • the conversion mechanism may be, for example, a ball screw mechanism using a nut formed into a cylindrical shape so as to surround the rack bar 118.
  • a nut-side ball screw groove is formed in a spiral shape on the inner circumference of the nut
  • a steering shaft-side ball screw groove is formed in a spiral shape on the outer circumference of the rack bar 118.
  • the ball circulation groove is filled with multiple metal balls, and when the nut rotates, the balls move within the ball circulation groove, causing the rack bar 118 to move axially relative to the nut.
  • the ball screw mechanism converts the rotational motion of the electric motor 20 into linear motion, and the rack bar 118 moves axially, pushing and pulling the knuckle arms via the tie rods 125, 126, applying a steering force to the tires 116, 117.
  • the reduction gear may be a worm gear having a worm shaft connected to the output shaft of the electric motor 20 so as to rotate together with it, and a worm wheel that rotates in mesh with the worm shaft.
  • the conversion mechanism may be a so-called rack and pinion mechanism, which is composed of pinion teeth formed on the outer periphery of the other axial end of the output shaft that rotates together with the worm wheel, and rack teeth formed on the other axial end of the rack bar 118 and that mesh with the pinion teeth.
  • FIG. 2 is an external perspective view of the electric drive unit 10 used in the electric power steering device 111 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the electric drive unit 10 shown in FIG.
  • the electric drive device 10 controls an electric motor 20 by integrally incorporating an electronic device (control unit 30).
  • the motor body 2 is housed in an exterior member (cover) 1, and is equipped with mounted components 3 that control the drive of the motor body 2, a multilayer wiring board (PCB, also called a printed circuit board) 4 on which various electronic components are mounted, a connector block 5, etc., which are then covered with an exterior member (cover) 6.
  • PCB multilayer wiring board
  • the exterior member 1 and exterior member 6 are paired and joined via a sealing material (not shown) to form a housing that houses the motor body 2, mounted components 3, a multilayer wiring board 4 on which various electronic components are mounted, and a connector block 5.
  • the motor shaft and the gear 2a attached to this motor shaft protrude from one side of the exterior member 1, and an opening 6a is formed on the opposing side of the exterior member 6, with a connection opening 5c provided on the front surface 5a of the connector block 5 protruding.
  • the connector block 5 shown in Figures 2 and 3 is a molded body in which a portion of the terminal members is sealed.
  • the front surface 5a of the connector block 5 is provided with a connection opening 5c where the terminal members are connected to the terminal members of the mating connector.
  • the four corners of the connector block 5 are formed with thick collars to increase durability.
  • the screws 7-1 to 7-4 are inserted into these collars and screwed into the screw receiving portions 8-1 to 8-4 of the exterior member 1, thereby fixing the multilayer wiring board 4 and connector block 5 together with the mounted components 3.
  • the multilayer wiring board 4 is configured such that a first component mounting area 4a and a second component mounting area 4b, which correspond to the planar shape of the rear surface 5b of the connector block 5, are arranged and joined with a bendable flexible portion 4c in between.
  • the first component mounting area 4a is provided with connectors 13-1 to 13-4 to which power and signals are supplied from the outside.
  • a power supply circuit (first electronic circuit) 11 is formed in the first component mounting area 4a, and a control circuit (second electronic circuit) 12 is formed in the second component mounting area 4b.
  • the power supply circuit 11 supplies power to the control circuit 12 in the second component mounting area 4b via metal wiring formed in the flexible portion 4c, and the control circuit 12 operates with the power supply from the first component mounting area 4a.
  • the intermediate rigid section 14 is left in its six-layer structure in the center of the flexible section 4c to ensure a printing surface for barcodes and the like, and a pair of thin-walled recessed grooves 15-1, 15-2 are formed on both sides of the intermediate rigid section 14.
  • the intermediate rigid section 14 is not essential, and the entire flexible section 4c may be thin-walled.
  • the entire area between the first component mounting area 4a and the second component mounting area 4b, including the intermediate rigid section 14, is referred to as the flexible section 4c.
  • the multilayer wiring board 4 is folded at the flexible portion 4c, and the first and second component mounting areas 4a, 4b are placed facing each other and housed in an exterior member 6 as a housing. That is, as shown in Fig. 3, the second component mounting area 4b is first placed on the back surface 5b, the first component mounting area 4a is placed on top of the second component mounting area 4b, the multilayer wiring board 4 is mounted on the back surface 5b of the connector block 5, and then covered and housed with the exterior member 6.
  • FIG. 6 is a plan view of the multilayer wiring board 4 in the electronic device shown in FIG. 4.
  • a first component mounting area 4a and a second component mounting area 4b are arranged with a bendable flexible part 4c in between, and operating power is supplied from the power supply circuit 11 to the control circuit 12 as shown by the arrow AA.
  • a thin and flexible insulating base material is used for the flexible part 4c, and metal wiring is formed on both the surface and inner layers.
  • Figures 7A and 7B each show the metal wiring pattern in the area surrounded by dashed line BL1 in flexible section 4c in multilayer wiring board 4 shown in Figure 6, with Figure 7A showing the metal wiring on the surface layer and Figure 7B showing the metal wiring in the inner layer.
  • Figure 8 shows an enlarged view of the metal wiring pattern in the area surrounded by dashed line BL2 in the flexible section in Figure 7A.
  • metal wiring is provided in the width direction of the surface layer of the flexible part 4c (the direction perpendicular to the direction in which the first and second component mounting areas 4a and 4b are arranged) in a parallel linear pattern, and electrically connects the power supply circuit (first electronic circuit) 11 and the control circuit (second electronic circuit) 12.
  • Positive power supply wiring 16-1 and 16-2 that supplies power from the power supply circuit 11 to the control circuit 12 are arranged near both edges of the flexible part 4c.
  • Signal wiring 17-1 , 17-2 , ... (or negative power supply wiring) that transmits and receives signals between the power supply circuit 11 and the control circuit 12 are arranged in the center.
  • Non-conductive wirings 19 1 and 19 2 are arranged adjacent to one side of the positive power supply wiring 16 1 , so as to be sandwiched between the signal wiring 17 1 and the positive power supply wiring 16 1.
  • Non-conductive wirings 19 3 and 19 4 are arranged adjacent to the other side of the positive power supply wiring 16 1, so as to be sandwiched between the negative power supply wiring 18 1 and the positive power supply wiring 16 1.
  • the wiring widths of the non-conductive wirings 19 1 and 19 2 and the non-conductive wirings 19 3 and 19 4 are each narrower than the wiring width of the positive power supply wiring 16 1.
  • non-conductive wirings 19 1 , 19 2 , 19 3 and 19 4 are not connected to the positive power supply wirings 16 1 and 16 2 , the signal wirings 17 1 , 17 2 , ..., the negative power supply wiring 18 1 , the power supply circuit 11 and the control circuit 12, and are in an electrically floating state.
  • non-conductive wirings 195 , 196 and non-conductive wirings 197 , 198 are arranged adjacent to both sides of the positive power supply wiring 162.
  • the wiring widths of these non-conductive wirings 195 , 196 , 197 , 198 are narrower than the wiring width of the positive power supply wiring 162.
  • These non-conductive wirings 195 , 196 , 197 , 198 are not connected to the positive power supply wirings 161 , 162 , the signal wirings 171 , 172 , ..., the negative power supply wiring 182 , the power supply system circuit 11, and the control system circuit 12, and are in an electrically floating state.
  • non-conductive wirings 19 i and 19 j that act as reinforcing materials for both ends of the flexible portion 4 c are provided on both edges in the width direction of the surface layer.
  • metal wiring is provided in the width direction of the inner layer of the flexible part 4c, which is formed in a parallel linear pattern similar to the surface layer, and electrically connects the power supply circuitry 11 and the control circuitry 12.
  • Positive power supply wiring 163 , 164 that supplies power from the power supply circuitry 11 to the control circuitry 12 are arranged at positions corresponding to the positive power supply wiring 161 , 162 of the surface layer near both edges of the flexible part 4c.
  • a signal wiring 173 , a negative power supply wiring 184 , etc. are arranged in the center.
  • Non-conductive wirings 19 9 , 19 10 are arranged adjacent to one side of the positive power supply wiring 16 3 so as to be sandwiched between the signal wiring 17 3.
  • Non-conductive wirings 19 11 , 19 12 are arranged adjacent to the other side of the positive power supply wiring 16 3 so as to be sandwiched between the negative power supply wiring 18 5.
  • the wiring widths of the non-conductive wirings 19 9 , 19 10 and the non-conductive wirings 19 11 , 19 12 are each narrower than the wiring width of the positive power supply wiring 16 3.
  • non-conductive wirings 19 9 , 19 10 , 19 11 , 19 12 are not connected to the positive power supply wiring 16 3 , the signal wiring 17 3 , the negative power supply wiring 18 4 , the power supply system circuit 11, and the control system circuit 12, and are in an electrically floating state.
  • non-conductive wirings 1912 , 1913 and non-conductive wirings 1914 , 1915 are arranged adjacent to both sides of the positive power supply wiring 164.
  • the wiring widths of these non-conductive wirings 1912 , 1913 , 1914, 1915 are narrower than the wiring width of the positive power supply wiring 164.
  • These non-conductive wirings 1912 , 1913 , 1914 , 1915 are not connected to the positive power supply wiring 164 , the signal wiring, the negative power supply wiring 186 , the power supply system circuit 11, and the control system circuit 12, and are in an electrically floating state. It is preferable to form a plurality of non-conductive wirings on at least one side of the positive power supply wirings 16 1 and 16 2.
  • non-conductive wirings 19 k and 19 l that act as reinforcing materials for both ends of the flexible portion 4 c are provided at positions corresponding to the non-conductive wirings 19 i and 19 j on both edges in the width direction of the inner layer .
  • FIG. 9 is a plan view for explaining a first preferred pattern example of metal wiring in the flexible portion 4c of the multilayer wiring board 4.
  • the distance ⁇ D1 between the positive power supply wiring 16 and the negative power supply wiring 18 is larger than the distance ⁇ D2 between the signal wirings 17, 17.
  • FIG. 10A and 10B are plan views for explaining a second preferred pattern example of metal wiring in the flexible portion 4c of the multilayer wiring board 4.
  • a positive power supply wiring 16 of the same potential as shown in FIG. 10B (or a non-conductive wiring is also acceptable) is formed in the inner layer directly below the positive power supply wiring 16 on the surface layer of the flexible portion 4c shown in FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining a preferred third pattern example of metal wiring in the flexible portion 4c of the multilayer wiring board 4.
  • the wiring width ⁇ W1 of the non-conductive wiring 19 is wider (wiring width ⁇ W2) in the vicinity of the first and second component mounting areas 4a and 4b. Note that FIG. 11 representatively shows the vicinity of the first component mounting area 4a.
  • a positive power supply wiring 16 is disposed near the center of the flexible portion 4c.
  • Non-conductive wirings 19, 19, ... are disposed adjacent to both sides of the positive power supply wiring 16 and sandwiched between the signal wiring 17.
  • the positive power supply wires 16 1 , 16 2 , 16 3 , 16 4 are provided near both edges of the flexible portion 4 c , but they may be provided near the center.
  • the distance ⁇ D1 between the positive power supply wiring 16 and the negative power supply wiring 18, and the distance ⁇ D3 between the positive power supply wiring 16 and the signal wiring 17 are set to satisfy the relationship " ⁇ D1 ⁇ ⁇ D3".
  • FIG. 14 is a plan view for explaining a fifth preferred pattern example of the metal wiring in the flexible portion 4c of the multilayer wiring board 4.
  • three signal wires 17 are arranged between the positive power supply wire 16 and the signal wire 17, and two signal wires are arranged between the positive power supply wire 16 and the negative power supply wire 18, so that the distance ⁇ D4 between the positive power supply wire 16 and the negative power supply wire 18 and the distance ⁇ D5 between the positive power supply wire 16 and the signal wire 17 are set to satisfy the relationship " ⁇ D4 ⁇ D5".
  • the base material of the portion adjacent to the positive power supply wiring in which the spacing between the metal wiring in the flexible portion of the multilayer wiring board is widened to prevent migration and short circuits, can be reinforced with non-conductive wiring to improve bending strength, thereby suppressing cracks that may occur in the base material starting from between the patterns of the metal wiring.
  • the electronic device has been described as being used as a control unit for an electric drive device, it may be applied to other devices or equipment.
  • this electric drive device has been applied to an electric power steering device of a vehicle and used to drive and control an electric motor that assists the steering force, it can also generate steering force for the electric steering device, and it goes without saying that the application is not limited to the steering device of a vehicle.
  • the non-conductive wiring is provided adjacent to both sides of the positive power supply wiring, but it may be provided on only one side.

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Abstract

多層配線基板のフレキシブル部における、金属配線のパターン間を起点にして基材に発生するクラックを抑制できる電子装置を提供する。第1、第2部品実装領域部とが折り曲げ可能なフレキシブル部を挟んで配置された多層配線基板に、電子部品が実装される。フレキシブル部の基材に形成される金属配線は、第1部品実装領域部に形成された第1の電子回路から第2部品実装領域部に形成された第2の電子回路に電源を供給する正極側電源配線及び負極側電源配線と、第1の電子回路と第2の電子回路との間の信号の授受を行う信号配線と、正極側電源配線、負極側電源配線、信号配線、及び第1、第2の電子回路には非接続の非導通配線とを含む。そして、非導通配線を、正極側電源配線の少なくとも片側に隣接し、且つ正極側電源配線または信号配線で挟まれるように配置する、ことを特徴とする。

Description

電子装置、電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置
 本発明は、フレキシブル基板(FLEX基板)に電子部品が実装された電子装置、この電子装置を電動モータに一体的に組み込んで制御する電動駆動装置、及びこの電動駆動装置を用いてステアリング装置に操舵力を与える電動パワーステアリング装置に関する。
 特許文献1には、パネル(LCDディスプレーなど)とフレキシブル回路基板とが接続された電気システムにおいて、フレキシブル回路基板の外縁よりに、他の配線とは電気的に接続されていない補強パターン(stiffener)を設けることで、配線の破断を防止する技術が記載されている。
米国特許出願公開第2009/0231816号明細書
 ところで、例えば電動駆動装置のモータユニット内に組み込まれる電子装置には、フレキシブル部を有する多層配線基板が用いられている。この多層配線基板には、折り曲げ可能なフレキシブル部を挟んで、第1、第2部品実装領域部が配置される。第1部品実装領域部には、電源系回路が形成され外部から電源が供給される。一方、第2部品実装領域部には、制御系回路が形成され第1部品実装領域部からフレキシブル部に形成された金属配線を介して動作電源が供給されると共に、信号の授受を行うようになっている。そして、フレキシブル部を略U字形に折り曲げて、第1、第2部品実装領域部を対向させ、電動モータとともに筐体に組み込んでいる。これによって、電動駆動装置の小型化が図れる。
 しかしながら、フレキシブル部に電源配線が形成されていると、マイグレーション対策やショートした場合の発煙・発火の防止対策として、正極側電源配線に対して負極側電源配線または信号配線の間隔を所定間隔、例えば1mm以上確保する必要がある。配線の間隔を広くした部分は、基材のみであるので曲げ強度が低下し、金属配線のパターン間隔が広い部分でクラックが発生しやすくなる。
 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、多層配線基板のフレキシブル部における、金属配線のパターン間を起点にして基材に発生するクラックを抑制できる電子装置、電動駆動装置及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。
 本発明の一側面によれば、第1部品実装領域部と第2部品実装領域部とが折り曲げ可能なフレキシブル部を挟んで配置された多層配線基板と、前記第1部品実装領域部に形成され、前記フレキシブル部を介して前記第2部品実装領域部に電源を供給する第1の電子回路と、前記第2部品実装領域部に形成され、前記第1の電子回路からの電源供給により作動する第2の電子回路と、前記フレキシブル部の基材に形成され、前記第1の電子回路と前記第2の電子回路を電気的に接続する金属配線と、前記多層配線基板を前記フレキシブル部で折り曲げ、前記第1、第2部品実装領域部を対向させた状態で収容する筐体と、を備える電子装置であって、前記金属配線は、前記第1の電子回路から前記第2の電子回路に電源を供給する正極側電源配線及び負極側電源配線と、前記第1の電子回路と前記第2の電子回路との間の信号の授受を行う信号配線と、前記正極側電源配線、前記負極側電源配線、前記信号配線、及び前記第1、第2の電子回路には非接続の非導通配線と、を含み、前記非導通配線は、前記正極側電源配線の少なくとも片側に隣接し、且つ前記負極側電源配線または前記信号配線と挟まれて配置される、ことを特徴とする電子装置が提供される。
 本発明によれば、フレキシブル部の金属配線における、マイグレーションやショート対策により配線の間隔を広くした正極側電源配線に隣接した部分の基材を、非導通配線で補強することができ、曲げ強度を向上できる。これによって、金属配線のパターン間を起点にして基材に発生するクラックを抑制できる。
本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 図1に示した電動パワーステアリング装置で用いられる電動駆動装置の外観斜視図である。 図2に示した電動駆動装置の分解斜視図である。 図3に示した電動駆動装置で用いられる電子装置の外観斜視図である。 図4に示した電子装置を電動駆動装置の外装部材内に収容するために、多層配線基板をフレキシブル部で折り曲げた状態を示す斜視図である。 図4に示した電子装置における多層配線基板の平面図である。 図6に示した多層配線基板のフレキシブル部における一点鎖線で囲んだ領域の金属配線のパターンを示しており、表層の金属配線である。 図6に示した多層配線基板のフレキシブル部における一点鎖線で囲んだ領域の金属配線のパターンを示しており、内層の金属配線である。 図7Aのフレキシブル部における一点鎖線で囲んだ領域の金属配線のパターンを拡大して示す図である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第1のパターン例について説明するための平面図である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第2のパターン例について説明するための平面図であり、表層の金属配線である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第2のパターン例について説明するための平面図であり、内層の金属配線である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第3のパターン例について説明するための平面図である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第4のパターン例について説明するための平面図である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第5のパターン例について説明するための平面図である。 多層配線基板のフレキシブル部における金属配線の好ましい第6のパターン例について説明するための平面図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
 図1は、本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。この電動パワーステアリング装置111は、運転者による操作に基づき操舵を行うための操舵機構112と、運転者の操舵操作をアシストする操舵アシスト機構113とを備えている。電動駆動装置(電動パワーパック)10における電動モータ20が操舵力のアシスト用に用いられ、制御ユニット(電子装置)30でこの電動モータ20が制御されて、ステアリング操作をアシストする。
 電動駆動装置10は、図示しないギヤラックに装着される。この電動駆動装置10は、コネクタ部が電源ハーネス(図示せず)と信号ハーネスを介してバッテリ電源と車輌内通信(CAN通信)用の電子機器に電気的に接続されると共に、センサハーネス135を介してトルクセンサ124や舵角センサ123に電気的に接続される。
 操舵機構112は、ステアリングホイール114に連係されたステアリングシャフト(操舵軸)115と、タイヤ(転舵輪)116,117に連係されたラックバー(転舵軸)118とを有し、ステアリングシャフト115とラックバー118とは、ラックアンドピニオン機構119を介して連係される。
 ステアリングシャフト115は、ステアリングホイール114と一体に回転する第1軸部材としてのインプットシャフト(入力軸)120と、ラックバー118に連係する第2軸部材としてのアウトプットシャフト(出力軸)121とが、図示しないトーションバーによって連結されて構成されている。インプットシャフト120は、軸方向の一端側がステアリングホイール114に接続されると共に、他端側がトーションバーに接続される。アウトプットシャフト121は、軸方向の一端側がトーションバーに接続されると共に、他端側がラックバー118に連係される。
 そして、アウトプットシャフト121の他端の外周側に形成されたピニオン歯121aがラックバー118の軸方向(長手方向)の一端側に形成されたラック歯118aに噛み合うことによって、アウトプットシャフト121の回転運動がラックバー118の軸方向運動に変換されて伝達される。
 また、ステアリングシャフト115の径方向外側(外周側)には、ステアリングシャフト115の回転角である操舵角を検出する舵角センサ123と、運転者の操舵操作によりステアリングシャフト115に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ124とが、1つのユニットとして一体的に設けられている。舵角センサ123は、ステアリングシャフト115の回転に伴い回転する1対の歯車の回転角度差に基づいて操舵角を検出する。トルクセンサ124は、インプットシャフト120とアウトプットシャフト121の相対回転変位量に基づいて操舵トルクを検出する。
 ラックバー118の軸方向の両端部には、タイロッド125,126とナックルアーム(図示せず)を介してタイヤ116,117が装着されている。そして、ラックバー118が軸方向へ移動して、タイロッド125,126を介してナックルアームが押し引きされることにより、タイヤ116,117の向きが変更される。
 操舵アシスト機構113は、操舵アシスト力を生成する電動モータ(電動アクチュエータ)20と、この電動モータ20を駆動制御する制御ユニット30と、電動モータ20の回転をラックバー118に伝達する伝達機構133とを有し、電動モータ20の回転力をもってラックバー118の軸方向移動を補助する。
 制御ユニット30は、CANバス134により他のECU、例えばESC(Electronic Stability Control)用の制御装置に接続され、CAN通信により情報の授受を行うようになっている。
 電動モータ20は、各種センサの検出結果、例えばセンサハーネス135を介して制御ユニット30に入力される舵角センサ123の出力信号S1とトルクセンサ124の出力信号S2、CANバス134を介して入力される車速センサ(図示せず)の出力信号S3、及び電動モータ20の回転角を検出するホールICの出力信号などに基づいて駆動制御される。
 伝達機構133は、電動モータ20の回転を減速する減速機と、この減速機の回転をラックバー118の軸方向運動に変換する変換機構とを有する。減速機は、例えば電動モータ20の駆動軸に一体に回転するように固定された入力プーリ、変換機構として働くナットと一体的に回転可能に固定された出力プーリ、及びこれらプーリに巻回された伝達部材であるベルトやチェーンで構成される。
 変換機構には、例えばラックバー118を包囲するように円筒状に形成されたナットを用いたボールねじ機構を用いることができる。このナットの内周には、螺旋状にナット側ボールねじ溝が形成され、ラックバー118の外周には、螺旋状の操舵軸側ボールねじ溝が形成され、ラックバー118にナットが挿入された状態で、ナット側ボールねじ溝と操舵軸側ボールねじ溝とによってボール循環溝が形成される。
 そして、ボール循環溝内には、金属製の複数のボールが充填され、ナットが回転するとボール循環溝内をボールが移動することにより、ナットに対してラックバー118が軸方向に移動する。ボールねじ機構により、電動モータ20の回転運動が直線運動に変換され、ラックバー118が軸方向に移動することにより、タイロッド125,126を介してナックルアームが押し引きされてタイヤ116,117に操舵力が付与される。
 上記減速機には、電動モータ20の出力軸に一体回転可能に連結されたウォームシャフトと、このウォームシャフトと噛み合って回転するウォームホイールとを有するウォームギヤを用いることができる。また、上記変換機構には、ウォームホイールと一体に回転する出力軸の軸方向の他端の外周側に形成されたピニオン歯と、ラックバー118の軸方向の他端側に形成され、このピニオン歯と噛み合うラック歯とで構成される、所謂ラックアンドピニオン機構を用いることもできる。
 図2は図1に示した電動パワーステアリング装置111で用いられる電動駆動装置10の外観斜視図、図3は図2に示した電動駆動装置10の分解斜視図である。
 図2及び図3に示すように、電動駆動装置10は、電動モータ20に電子装置(制御ユニット30)を一体的に組み込んで制御するもので、外装部材(カバー)1に収容されたモータ本体2に、このモータ本体2の駆動を制御する実装部品3、各種電子部品が搭載された多層配線基板(PCB、プリント基板とも呼ばれる)4、コネクタブロック5などが取り付けられ、外装部材(カバー)6で覆われた構造になっている。
 外装部材1と外装部材6は対をなしており、図示しないシール材を介して接合され、モータ本体2、実装部品3、各種電子部品が搭載された多層配線基板4、コネクタブロック5などを収容する筐体となっている。外装部材1の一方の面からモータ軸とこのモータ軸に取り付けられたギヤ2aが突出しており、外装部材6の対向面には開口6aが形成され、コネクタブロック5の正面5a側に設けられた接続間口5cが突出している。
 図2及び図3に示すコネクタブロック5は、端子部材の一部分が封止された成形体である。コネクタブロック5の正面5aには、端子部材が相手側コネクタの端子部材に接続される接続間口5cを備えている。コネクタブロック5の四隅には耐久強度を高めるために肉厚になったカラーが形成されている。これらカラーに、ビス7-1~7-4を挿通して外装部材1のビス受け部8-1~8-4にねじ込むことで、実装部品3とともに多層配線基板4とコネクタブロック5が固定される。
 図4に示すように、多層配線基板4は、コネクタブロック5の背面5bの平面形状に対応した第1部品実装領域部4aと第2部品実装領域部4bとが折り曲げ可能なフレキシブル部4cを挟んで配置され、結合された構成になっている。第1部品実装領域部4aには、外部から電源と信号が供給されるコネクタ部13-1~13-4が設けられている。この第1部品実装領域部4aには電源系回路(第1の電子回路)11が形成され、第2部品実装領域部4bには制御系回路(第2の電子回路)12が形成される。電源系回路11は、フレキシブル部4cに形成された金属配線を介して第2部品実装領域部4bの制御系回路12に電源を供給し、制御系回路12は第1部品実装領域部4aからの電源供給により作動する。
 フレキシブル部4cには、バーコード等の印刷面を確保するためにフレキシブル部4cの中央部に中間リジッド部14が6層構造のまま残されており、この中間リジッド部14の両側に一対の凹溝15-1,15-2として薄肉部分が形成されている。この中間リジッド部14は、必須のものではなく、フレキシブル部4cの全体を薄肉化してもよい。ここでは、中間リジッド部14を含めて、第1部品実装領域部4aと第2部品実装領域部4bとの間の全体をフレキシブル部4cと呼ぶ。
 そして、図5に示すように、多層配線基板4をフレキシブル部4cで折り曲げ、第1、第2部品実装領域部4a,4bを対向させた状態にして筐体としての外装部材6に収容する。すなわち、図3に示したように、まず第2部品実装領域部4bを背面5bに設置し、第1部品実装領域部4aを第2部品実装領域部4b上に重ね、多層配線基板4をコネクタブロック5の背面5bに実装し、外装部材6で覆って収容する。
 図6は、図4に示した電子装置における多層配線基板4の平面図である。多層配線基板4には、第1部品実装領域部4aと第2部品実装領域部4bとが折り曲げ可能なフレキシブル部4cを挟んで配置されており、矢印AAで示すように電源系回路11から制御系回路12に動作電源が供給される。フレキシブル部4cには、絶縁基材に薄く柔軟性のある基材を用いており、表層と内層にそれぞれ金属配線が形成されている。
 図7A,7Bはそれぞれ、図6に示した多層配線基板4におけるフレキシブル部4cの一点鎖線BL1で囲んだ領域の金属配線のパターンを示しており、図7Aは表層の金属配線、図7Bは内層の金属配線である。図8は、図7Aのフレキシブル部における一点鎖線BL2で囲んだ領域の金属配線のパターンを拡大して示している。
 図7Aに示すように、フレキシブル部4cの表層の幅方向(第1、第2部品実装領域部4a,4bが配置される方向と直交する方向)には、平行な直線パターンで形成され、電源系回路(第1の電子回路)11と制御系回路(第2の電子回路)12を電気的に接続する金属配線が設けられている。そして、フレキシブル部4cの両縁部近傍に、電源系回路11から制御系回路12に電源を供給する正極側電源配線16,162が配置される。中央には電源系回路11と制御系回路12との間の信号の授受を行う信号配線17,17,…(または負極側電源配線)が配置されている。
 正極側電源配線16の片側に隣接して、信号配線17と挟まれるようにして非導通配線19,19が配置される。また、正極側電源配線16の反対側に隣接して、負極側電源配線18と挟まれるようにして非導通配線19,19が配置される。非導通配線19,19及び非導通配線19,19の配線幅はそれぞれ、正極側電源配線16の配線幅よりも狭くなっている。これらの非導通配線19,19,19,19は、正極側電源配線16,16、信号配線17,17,…、負極側電源配線18、電源系回路11及び制御系回路12には非接続であり、電気的にフローティング状態にある。
 同様に、正極側電源配線16の両側にも、非導通配線19,19及び非導通配線19,19が隣接して配置される。これら非導通配線19,19,19,19の配線幅は、正極側電源配線16の配線幅よりも狭い。これらの非導通配線19,19,19,19は、正極側電源配線16,16、信号配線17,17,…、負極側電源配線18、電源系回路11及び制御系回路12には非接続であり、電気的にフローティング状態になっている。
 なお、非導通配線は、正極側電源配線16,16の少なくとも片側に複数本形成すると良い。また、本例では、表層の幅方向の両縁部に、フレキシブル部4cの両端の補強材として働く非導通配線19,19が設けられている。
 図7Bに示すように、フレキシブル部4cの内層の幅方向には、表層と同様に、平行な直線パターンで形成され、電源系回路11と制御系回路12を電気的に接続する金属配線が設けられている。フレキシブル部4cの両縁部近傍における表層の正極側電源配線16,16に対応する位置に、電源系回路11から制御系回路12に電源を供給する正極側電源配線16,16が配置される。中央には信号配線17と負極側電源配線18などが配置されている。
 そして、正極側電源配線16の片側に隣接して、信号配線17と挟まれるようにして非導通配線19,1910が配置される。また、正極側電源配線16の反対側に隣接して、負極側電源配線18と挟まれるようにして非導通配線1911,1912が配置される。非導通配線19,1910及び非導通配線1911,1912の配線幅はそれぞれ、正極側電源配線16の配線幅よりも狭くなっている。これらの非導通配線19,1910,1911,1912は、正極側電源配線16、信号配線17、負極側電源配線18、電源系回路11及び制御系回路12には非接続であり、電気的にフローティング状態にある。
 同様に、正極側電源配線16の両側にも、非導通配線1912,1913及び非導通配線1914,1915が隣接して配置される。これら非導通配線1912,1913,1914,1915の配線幅は、正極側電源配線16の配線幅よりも狭い。これらの非導通配線1912,1913,1914,1915は、正極側電源配線16、信号配線、負極側電源配線18、電源系回路11及び制御系回路12には非接続であり、電気的にフローティング状態になっている。
 なお、非導通配線は、正極側電源配線16,16の少なくとも片側に複数本形成すると良い。また、本例では、内層の幅方向の両縁部の非導通配線19,19に対応する位置に、フレキシブル部4cの両端の補強材として働く非導通配線19,19が設けられている。
 図9は、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第1のパターン例について説明するための平面図である。本例では、正極側電源配線16と負極側電源配線18の間隔ΔD1が、信号配線17,17間の間隔ΔD2よりも大きくなっている。
 図10A,10Bは、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第2のパターン例について説明するための平面図である。本例では、図10Aに示すフレキシブル部4cの表層の正極側電源配線16の直下の内層に、図10Bに示すような同電位の正極側電源配線16(または非導通配線でも良い)が形成されている。
 図11は、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第3のパターン例について説明するための平面図である。本例では、非導通配線19の配線幅ΔW1が、第1、第2部品実装領域部4a,4bの近傍で広く(配線幅ΔW2)なっている。なお、図11では第1部品実装領域部4aの近傍を代表的に示す。
 図12は、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第4のパターン例について説明するための平面図である。本例では、フレキシブル部4cの中央付近に正極側電源配線16が配置されている。この正極側電源配線16の両側に隣接して、信号配線17と挟まれて非導通配線19,19,…が配置される。
 上述した実施形態では、正極側電源配線16,16,16,16がフレキシブル部4cの両縁部近傍に設けられている例を説明したが、中央付近に設けることもできる。
 図13は、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第5のパターン例について説明するための平面図である。本例では、正極側電源配線16と負極側電源配線18の間隔ΔD1と、正極側電源配線16と信号配線17との間隔ΔD3を、「ΔD1≧ΔD3」の関係を満たすように設定している。
 上記の関係を満たすように間隔ΔD1,ΔD3を設定することで、マイグレーションを抑制できる。
 図14は、多層配線基板4のフレキシブル部4cにおける金属配線の好ましい第5のパターン例について説明するための平面図である。本例では、正極側電源配線16と信号配線17との間に3本の信号配線17を配置し、正極側電源配線16と負極側電源配線18との間に2本の信号配線を配置することで、正極側電源配線16と負極側電源配線18の間隔ΔD4と、正極側電源配線16と信号配線17との間隔ΔD5を、「ΔD4<ΔD5」の関係を満たすように設定している。
 上記の関係を満たすように間隔ΔD4,ΔD5を設定することで、ノイズを抑制できる。
 従って、上記のような構成によれば、多層配線基板のフレキシブル部の金属配線における、マイグレーションやショート対策により配線の間隔を広くした正極側電源配線に隣接した部分の基材を、非導通配線で補強して曲げ強度を向上できるので、金属配線のパターン間を起点にして基材に発生するクラックを抑制できる。
 なお、上述した実施形態で説明された構成や方法等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
 例えば、電子装置を電動駆動装置の制御ユニットとして用いる場合を例に取って説明したが、他の装置や機器に適用しても良い。また、この電動駆動装置を車両の電動パワーステアリング装置に適用し、操舵力をアシストする電動モータの駆動制御に用いたが、電動ステアリング装置の操舵力を発生することもでき、車両のステアリング装置への適用に限られるものではないことは勿論である。
 更に、上述した実施形態では、正極側電源配線の両側に隣接して非導通配線を設ける場合を例に取って説明したが、片側に設けても良い。
 1…外装部材(筐体)、2…モータ本体、3…実装部品、4…多層配線基板、4a…第1部品実装領域部、4b…第2部品実装領域部、4c…フレキシブル部、5…コネクタブロック、5…コネクタブロック、6…外装部材(筐体)、10…電動駆動装置(電動パワーパック)、11…電源系回路(第1の電子回路)、12…制御系回路(第2の電子回路)、16…正極側電源配線、17…信号配線、18…負極側電源配線、19…非導通配線、20…電動モータ、30…制御ユニット(電子装置)、111…電動パワーステアリング装置

Claims (9)

  1.  第1部品実装領域部と第2部品実装領域部とが折り曲げ可能なフレキシブル部を挟んで配置された多層配線基板と、
     前記第1部品実装領域部に形成され、前記フレキシブル部を介して前記第2部品実装領域部に電源を供給する第1の電子回路と、
     前記第2部品実装領域部に形成され、前記第1の電子回路からの電源供給により作動する第2の電子回路と、
     前記フレキシブル部の基材に形成され、前記第1の電子回路と前記第2の電子回路を電気的に接続する金属配線と、
     前記多層配線基板を前記フレキシブル部で折り曲げ、前記第1、第2部品実装領域部を対向させた状態で収容する筐体と、を備える電子装置であって、
     前記金属配線は、
      前記第1の電子回路から前記第2の電子回路に電源を供給する正極側電源配線及び負極側電源配線と、
      前記第1の電子回路と前記第2の電子回路との間の信号の授受を行う信号配線と、
      前記正極側電源配線、前記負極側電源配線、前記信号配線、及び前記第1、第2の電子回路には非接続の非導通配線と、を含み、
     前記非導通配線は、前記正極側電源配線の少なくとも片側に隣接し、且つ前記負極側電源配線または前記信号配線と挟まれて配置される、ことを特徴とする電子装置。
  2.  前記非導通配線の配線幅は、前記正極側電源配線の配線幅よりも小さく、前記正極側電源配線と前記負極側電源配線または前記信号配線との間に複数本設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  3.  前記信号配線は、前記フレキシブル部における第1、第2部品実装領域部が配置される方向と直交する幅方向の中央側に設けられ、前記正極側電源配線及び前記負極側電源配線は、前記信号配線よりも縁部側に設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  4.  前記正極側電源配線と前記負極側電源配線の間隔が、前記信号配線間の間隔より大きい、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  5.  前記フレキシブル部における前記正極側電源配線の直下の内層に、更に正極側電源配線または非導通配線が設けられる、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  6.  前記非導通配線は、前記第1、第2部品実装領域部の近傍の配線幅が大きい、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  7.  前記第1部品実装領域部に設けられ、外部から電源が供給されるコネクタ部を更に備え、前記第1の電子回路は前記コネクタ部から電源が供給される電源系回路であり、前記第2の電子回路は前記電源系回路から供給される電源電圧に基づいて動作する制御系回路である、ことを特徴とする請求項1に記載の電子装置。
  8.  前記請求項1に記載の電子装置と電動モータを、モータ出力軸と同軸上に一体化して前記筐体内に収容し、前記電子装置を前記電動モータの出力側とは反対側に配置し、前記電子装置をハーネスを介して外部と電気的に接続し、このハーネスから電源を供給すると共に制御信号を入力して前記電動モータを制御するように構成された、ことを特徴とする電動駆動装置。
  9.  前記請求項8に記載の電動駆動装置における前記電動モータを用いてステアリング装置に操舵力を与えるように構成された、ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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