(57)【要約】【課題】モータとバッテリ側との間に設けたスイッチを小型化した場合であっても、必要な電流量を確保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。【解決手段】微小電気機械システム技術を用いて製造されたスイッチ８を、操舵補助用のモータと車載バッテリ側との間に設ける。スイッチ８が有する複数の導体８８（可動接点部）を、導体路８２，８３（固定接点部）に対して接触させることで、モータ及び車載バッテリ側を接続する通電路を電気的に並列に接続する。そして、可動接点部である導体８８を、固定接点部である導体路８２，８３に対して接触／非接触とすることで、バッテリからモータへ電力の供給／遮断を切り替える。【選択図】図３
2009107487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵補助用のモータとバッテリ側との間に設けられたスイッチを備える電動パワーステアリング装置において、
前記スイッチは、
前記モータ及び前記バッテリ側を接続する通電路を電気的に並列に接続する構成としてあることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
前記スイッチは、
微小電気機械システムにより形成されたものであ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。
【請求項３】
前記スイッチは、
前記モータに接続される第１固定接点部と、
前記バッテリ側に接続される第２固定接点部と、
前記第１固定接点部及び前記第２固定接点部に接触することで、前記モータ及び前記バッテリ側を接続する通電路を電気的に並列に接続する複数の可動接点部と、
前記第１固定接点部及び前記第２固定接点部に対向配置され、前記可動接点部を支持する複数の支持部と、
該複数の支持部及び前記固定接点部近傍に設けられ、静電吸引力を発生させる電圧を印加する電極と
をさらに備え、
前記支持部は、
前記固定接点部近傍に設けられた電極との間に発生する前記静電吸引力により、前記可動接点部が前記固定接点部に接触するように前記固定接点部側に変形する構成としてあることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵補助力用のモータを用いてなり、異常が発生した場合に電動モータによる操舵補助を停止するフェールセーフ機能を備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用の電動パワーステアリング装置は、操舵部材の操作によりステアリングシヤフトに発生するトルクを検出し、この検出結果に基づいてモータを駆動して操舵を補助するものである。そして、電動パワーステアリング装置は、例えば各部材の異常時に、操舵力の補助を停止するフェールセーフ機能を備えている。フェールセーフ機能は、異常時にバッテリとモータとの間に設けられたリレースイッチをオフにすることで、バッテリからモータへの電力供給を停止し、モータを動作不可状態にしている。これにより、安全性の向上が図られている。
【０００３】
この電動パワーステアリング装置におけるリレースイッチは、一般的には、電磁力を利用したリレースイッチが採用されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載されている電磁継電器（リレー）は、電磁力を利用して付勢バネを伸縮させることで、可動接点を固定接点に対して接触／非接触とし、電流を供給／遮断する。
【特許文献１】特開２００３−３０８７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動パワーステアリング装置に、特許文献１に記載の電磁継電器を採用した場合、電磁力を発生させるコイル又は電磁石を用いるために、電動パワーステアリング装置におけるリレースイッチの占有領域が大きくなる。このため、リレースイッチが設けられている基板上の他の部品との干渉を考慮する必要があり、自由設計を行えないという問題がある。
【０００５】
ところで、近年、微小な機械デバイスを作り上げる技術が発展している。この技術の発展により、リレースイッチをより小型化することができ、小型化したリレースイッチを電動パワーステアリング装置に用いることにより、リレースイッチの占有領域を小さくでき、前記問題を解消することが可能となる。しかしながら、小さくしたリレースイッチをバッテリとモータとの間に設けた場合、スイッチを通過させることができる電流量が小さくなり、バッテリからモータへ十分な電流量が供給されないという新たな問題が発生する。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、バッテリとモータとの間に設けたスイッチを小型化した場合であっても、必要な電流量を確保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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータとバッテリ側との間に設けられたスイッチを備える電動パワーステアリング装置において、前記スイッチは、前記モータ及び前記バッテリ側を接続する通電路を電気的に並列に接続する構成としてあることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記スイッチは、微小電気機械システムにより形成されたものであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る電動パワーステアリング装置は、前記スイッチは、前記モータに接続される第１固定接点部と、前記バッテリ側に接続される第２固定接点部と、前記第１固定接点部及び前記第２固定接点部に接触することで、前記モータ及び前記バッテリ側を接続する通電路を電気的に並列に接続する複数の可動接点部と、前記第１固定接点部及び前記第２固定接点部に対向配置され、前記可動接点部を支持する複数の支持部と、該複数の支持部及び前記固定接点部近傍に設けられ、静電吸引力を発生させる電圧を印加する電極とをさらに備え、前記支持部は、前記固定接点部近傍に設けられた電極との間に発生する前記静電吸引力により、前記可動接点部が前記固定接点部に接触するように前記固定接点部側に変形する構成としてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、モータとバッテリ側との間に設けられたスイッチをオン／オフすることにより、操舵補助用のモータとバッテリ側とを接続する通電路を電気的に並列に接続する。これにより、モータ及びバッテリ間の電流量を増大できるため、スイッチを小型化した場合であっても、モータに対して必要な電流量を確保することができる。
【００１１】
また、本発明では、スイッチを微小電気機械システムにより形成するので、スイッチの占有領域の小型化が可能となり、スイッチの低消費電力が可能となる。
【００１２】
さらに、本発明では、可動接点部を支持する支持部は、第１及び第１固定接点部と対向配置され、支持部及び固定接点部近傍に設けられる電極間に発生する静電吸引力により固定接点部側に変形する。そして、支持部が変形することで、可動接点部が固定接点部に接触する。これにより、可動接点部を固定接点部に対して接触させる際における可動接点部の変位量を小さくすることができる。その結果、従来一般的であった電磁力を利用してスイッチングを行う場合との対比において、コイル及び電磁石を必要としないため、電動パワーステアリング装置におけるスイッチの占有領域を小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、本実施の形態にかかる電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。電動パワーステアリング装置は、ラックピニオン式の舵取機構１を備えている。舵取機構１は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング１１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１０と、ラックハウジング１１の中途に交差するピニオンハウジング１９の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを備える公知の構成を有している。
【００１５】
ラックハウジング１１の両側から外部に突出するラック軸１０の両端は、各別のタイロッド１２、１２を介して操舵用車輪としての左右の前輪１３、１３に連結されている。またピニオンハウジング１９から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール１６に連結されている。ピニオンハウジング１９の内部に延びるピニオン軸２の下部には、図示しないピニオンが一体形成されており、ピニオンは、ラックハウジング１１との交差部において、ラック軸１０の中途に適長に亘って形成されたラックに噛合させてある。
【００１６】
ステアリング軸３は、筒形をなすハウジング３１の内部に回転自在に支持され、ハウジング３１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてある。ピニオン軸２は、ハウジング３１の下方に突出するステアリング軸３の下端に連結され、ステアリングホイール１６は、ハウジング３１の上方に突出するステアリング軸３の上端に固設されている。
【００１７】
以上の構成により、操舵のためのステアリングホイール１６の回転操作によりステアリング軸３が回転し、この回転がピニオン軸２に伝達され、ピニオン軸２の回転が、ピニオンとラックとの噛合部においてラック軸１０の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸１０の移動が、左右の前輪１３，１３に各別のタイロッド１２、１２を介して伝えられて舵取りがなされる。
【００１８】
ステアリング軸３を支持するハウジング３１の中途には、ステアリングホイール１６の回転操作によりステアリング軸３に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４が設けてある。トルクセンサ４よりも下位置には、操舵補助用のモータ５が取付けてある。
【００１９】
操舵補助用のモータ５は、ハウジング３１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、ハウジング３１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸３に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ５の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸３に伝えるように構成し、前述の如く行われる舵取りを補助している。
【００２０】
操舵補助用のモータ５は、後述のスイッチ８の接点を介してＥＣＵ（Electronic Control Unit）６に接続されている。ＥＣＵ６は、ＰＷＭ信号に応じてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を開閉して、操舵補助用のモータ５を駆動する。また、スイッチ８がオン／オフされることにより、モータ５とＥＣＵ６とが電気的に接続／非接続となる。
【００２１】
ＥＣＵ６は、車載バッテリ９に接続されており、ＥＣＵ６の電源は車載バッテリ９から供給される。従って、スイッチ８がオンの場合、車載バッテリ９からＥＣＵ６を介してモータ５に給電される。また、スイッチ８がオフの場合、モータ５への給電が断たれる。スイッチ８の構造については、後に詳述する。
【００２２】
ＥＣＵ６は、内部バスにより接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備え、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵの動作により以下のアシスト制御を実施するように構成されている。
【００２３】
ＥＣＵ６には、トルクセンサ４により検出された操舵トルク値及び車速センサ７により検出された車速値が夫々与えられている。また、ＥＣＵ６は、操舵トルク値と目標駆動電流値との関係を示すアシスト制御マップを有しており、アシスト制御マップにおいて、与えられた操舵トルク値及び車速値を適用して目標駆動電流値を求める。ＥＣＵ６には、操舵補助用のモータ５に流れる電流を検出するモータ電流センサ５０が出力したモータ電流検出値も与えられている。そして、ＥＣＵ６は、目標駆動電流値とモータ電流検出値との偏差を求める。この偏差に対してＰＩ演算を行い、演算結果に基づいてＰＷＭ信号を生成して、モータ５をＰＷＭ駆動する。
【００２４】
さらに、ＥＣＵ６は、スイッチ８の切替制御を行う。ＥＣＵ６は、スイッチ８に対して、スイッチ８が有する電極間に静電吸引力を発生させるための電圧を電極に印加し、又は電圧の印加を停止することにより、スイッチ８をオンし、又はオフする制御を行う。
【００２５】
ここで、スイッチ８の構成について詳述する。図２は、本実施の形態に係る電動パワーステアリング装置に用いるスイッチ８の概略構成を示す図である。図３は、図２のIII−III線における断面図であり、図３（ａ）は、オフの状態のスイッチ８を示す図であり、図３（ｂ）は、オンの状態のスイッチ８を示す図である。また、図４（ａ）は、図２のIVA−IVA線における断面図であり、図４（ｂ）は、図２のIVB−IVB線における断面図である。
【００２６】
スイッチ８は、微小電気機械システムにより形成されており、略矩形状の表面に配線パターンが形成されたガラス基板８１を備える。配線パターンは、例えばアルミニウム又は銅等の導電材料から形成される。なお、ガラス基板８１に代えて、シリコン基板又はセラミック基板等の無機材料基板を用いてもよい。
【００２７】
ガラス基板８１に形成される配線パターンとして、帯状の導体路（固定接点部）８２，８３が、互いに所定距離を隔て、ガラス基板８１の長手方向に沿って形成されている。また、導体路８２，８３には、互いの方向に垂直に突出する矩形状の突出路８２ａ，８３ａが接合されている。突出路８２ａ，８３ａは、互いに対向するようにガラス基板８１の長手方向における同じ位置に形成され、さらに、互いに接触しない長さを有している。
【００２８】
なお、突出路８２ａ，８３ａは、ガラス基板８１の長手方向に沿って、所定の間隔で、複数（図２では三つ）形成されている。以上のように、導体路８２及び突出路８２ａと、導体路８３及び突出路８３ａとは、ガラス基板８１上において、互いに線対称に、かつ、電気的に非接続に形成されている。なお、図３に示すように、導体路８２，８３、及び突出路８２ａ，８３ａがガラス基板８１の表面よりも窪むように、ガラス基板８１が形成されている。
【００２９】
また、配線パターンとして、ガラス基板８１には、導体路８２及び突出路８２ａと、導体路８３及び突出路８３ａとの間に、陰電極８４が形成されている。この場合において、図３に示すように、陰電極８４が導体路８２，８３、及び突出路８２ａ，８３ａよりも窪むように、ガラス基板８１が形成されている。これにより、陰電極８４と、導体路８２，８３、及び突出路８２ａ，８３ａとがショートしないようになっている。
【００３０】
さらに、ガラス基板８１には、導体路８２を挟んで導体路８３の反対側に、帯状の陽電極８５が、ガラス基板８１の長手方向に沿って形成されている。陽電極８５は、ガラス基板８１に接着される後述のＳｉ（シリコン）板（支持部）８６に設けられる電極８７に、図示しない配線により電気的に接続されている。そして、Ｓｉ板８６は、ガラス基板８１に複数接着されており、陽電極８５は、各電極８７の共通電極として機能する。
【００３１】
なお、陰電極８４及び陽電極８５には、ＥＣＵ６により、陰電極８４とＳｉ板８６に設けられる電極８７との間に静電吸引力（クーロン力）を発生させるための電圧が印加される。
【００３２】
また、ガラス基板８１の配線パターンが形成される表面には、Ｓｉ板８６が陽極接合により接着されている。なお、陽極接合とは、所定の温度（例えば４００℃以下）で所定の電圧（例えば３００Ｖ〜１ｋＶ）を印加することにより、ガラス基板８１とＳｉ板８６との間に大きな静電吸引力が発生し、界面で共有結合させる接合方式である。この界面での共有結合は、Ｓｉ板８６のＳｉ原子とガラス基板８１に含まれるＳｉ原子との間のＳｉ−Ｓｉ結合又はＳｉ−Ｏ結合である。
【００３３】
Ｓｉ板８６は、表面が略矩形状の中央部８６ａと、中央部８６ａの一方の長辺側側面の略中央に配設された略Ｔ字型の接触部８６ｂとを有している。また、Ｓｉ板８６は、略コの字型の接着部８６ｃ，８６ｃを有している。そして、接着部８６ｃ，８６ｃは、中央部８６ａを挟んで互いに点対称となるように、一端が中央部８６ａの短辺側の両側面にそれぞれ配設されている。また、接着部８６ｃ，８６ｃは、図３及び図４に示すように、他端に、基板の厚み方向に突出した突部８６ｄ，８６ｄを有している。接着部８６ｃ，８６ｃを略コの字型にすることにより、Ｓｉ板８６を撓み易くしている。
【００３４】
以上のように構成されるＳｉ板８６は、ガラス基板８１に対向し、接触部８６ｂが、突出路８２ａ及び突出路８３ａの少なくとも一部の上方に位置するよう配置される。そして、接着部８６ｃ，８６ｃの突部８６ｄ，８６ｄが、上述した陽極接合によりガラス基板８１に接着される。
【００３５】
ガラス基板８１に対向して設けられたＳｉ板８６における、ガラス基板８１が位置する方向と反対側の表面には、電極８７が接着されている。電極８７は、上述の陽電極８５に電気的に接続されている。即ち、ＥＣＵ６により電圧が陰電極８４及び陽電極８５に印加されることで、陰電極８４と電極８７との間に静電吸引力が発生する。
【００３６】
また、接触部８６ｂにおける、ガラス基板８１と対向する面には、突出路８２ａ，８３ａを電気的に接続し、また、非接続にする導体（可動接点部）８８が貼着されている。本実施の形態のＳｉ板８６及び電極８７は、何れも可撓性を有している。そして、静電吸引力が発生した場合、Ｓｉ板８６は、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板８１側に撓む。このとき、Ｓｉ板８６に接着された導体８８が、突出路８２ａ，８３ａに接触する。また、陰電極８４及び陽電極８５に印加される電圧が停止され静電吸引力が無くなった場合、Ｓｉ板８６は、図３（ａ）に示すように、元の形に戻り、導体８８が、突出路８２ａ，８３ａに非接触となる。
【００３７】
以上のように構成されるスイッチ８において、導体路８２，８３の何れか一方が、ＥＣＵ６に、他方がモータ５に電気的に接続される。そして、ＥＣＵ６は、例えば、イグニッションスイッチ（図示せず）がオンされた場合に、電極８７と陰電極８４との間に静電吸引力を発生させる電圧を、陰電極８４及び陽電極８５に印加する。静電吸引力が発生することで、スイッチ８のＳｉ板８６がガラス基板８１側に撓み（図３（ｂ））、導体８８が突出路８２ａ，８３ａの一部と接触する。これにより、スイッチ８がオン状態となり、車載バッテリ９からＥＣＵ６内のモータ駆動回路（図示せず）を介してモータ５へ電力が供給され、モータ５が駆動可能状態となる。
【００３８】
また、ＥＣＵ６が何らかの車両の異常を検知した場合、ＥＣＵ６は、スイッチ８の陰電極８４及び陽電極８５に印加している電圧を停止する。これにより、スイッチ８の電極間に発生した静電吸引力が無くなり、ガラス基板８１側に撓んだＳｉ板８６が元の形に戻る（図３（ａ））。即ち、導体８８が突出路８２ａ，８３ａと非接触となる。これにより、スイッチ８がオフ状態となり、車載バッテリ９からＥＣＵ６を介してモータ５へ電力が遮断され、モータ５が駆動不可状態となる。
【００３９】
以上説明したように、本実施の形態では、微小電気機械システムにより形成したスイッチ８をモータ５と車載バッテリ９との間に設け、モータ５と車載バッテリ９とを接続する通電路を並列接続するように、スイッチ８の固定接点である導体路８２，８３に対して、Ｓｉ板８６を並列に複数設けている。これにより、スイッチ８を通過する電流量を増大でき、モータ５に必要な電流量を車載バッテリ９からＥＣＵ６を介して供給することが可能となる。その結果、バッテリ５が発生する操舵力が不足するおそれを低減できる。
【００４０】
また、スイッチ８の可動接点である導体８８を、静電吸引力により変形するＳｉ板８６により、ガラス基板８１に対して変位させることにより、コイル及び電磁石を利用した電磁力により、スイッチの可動接点を変位させる場合との対比において、Ｓｉ板８６の変位量を小さくすることができる。
【００４１】
なお、上述の実施の形態においては、スイッチ８は、静電吸引力によりオン／オフの切り替えを行う構成としているが、圧電効果を利用してスイッチ８のオン／オフの切り替えを行う構成としてもよい。また、スイッチ８は、微小電気機械システムにより形成されていなくてもよい。また、スイッチ８は、ＥＣＵ６とモータ５との間に設けているが、車載バッテリ９とＥＣＵ６との間に設けてもよく、車載バッテリ９からモータ５へ供給される電力を遮断できる場所であればよい。さらに、スイッチ８は、ＥＣＵ６によりオン／オフの切替制御が行われているが、他の機器により制御をしてもよい。
【００４２】
以上、本発明の好適な実施の形態について、具体的に説明したが、各構成及び各処理動作等は適宜変更可能であって、上述の実施の形態に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態に係る電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る電動パワーステアリング装置に用いるスイッチの概略構成を示す図である。
【図３】図２のIII−III線における断面図であり、（ａ）は、オフの状態のスイッチを示す図であり、（ｂ）は、オンの状態のスイッチを示す図である。
【図４】（ａ）は、図２のIVA−IVA線における断面図であり、（ｂ）は、図２のIVB−IVB線における断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
８  スイッチ、８１  ガラス基板、８２，８３  導体路、８２ａ，８３ａ  突出路、８４  陰電極、８５  陽電極、８６  Ｓｉ板、８６ｄ  突部、８７  電極、８８  導体
【図１】
2009107487.tif 000003
【図２】
2009107487.tif 000004
【図３】
2009107487.tif 000005
【図４】
2009107487.tif 000006