JP2006013373A

JP2006013373A - 多層回路基板およびトルク検出装置

Info

Publication number: JP2006013373A
Application number: JP2004191981A
Authority: JP
Inventors: Hirohisa Kuwano; 裕久桑野
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2004-06-29
Publication date: 2006-01-12

Abstract

【課題】信号回路へのノイズ進入を確実に防止することのできる多層回路基板およびトルク検出装置を提供する。
【解決手段】多層回路基板２０は、外層としての第１の層２１および第４の層２４の間に、内層としての第２の層２２および第３の層２３を積層してなる。第３の層２３に電源パターン３４を形成する。第２の層２２の表面２２ａに、内部回路用ＧＮＤパターン３２およびシャーシ用ＧＮＤパターン３１を互いに分離して形成する。第１の層２１の表面２１ａに形成されるＥＭＩフィルター２９ａを、第１の層２１に形成されたスルーホール３０１内の導体を介して第２の層２２のシャーシ用ＧＮＤパターン３１に最短距離で接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、多層回路基板およびこれを用いるトルク検出装置に関する。

自動車用の電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトに負荷される操舵トルクを検出するトルクセンサからの信号を処理する回路基板がある。
この種の回路基板として、従来、２層の回路基板が用いられていた。
一方、ＥＣＵ用の回路基板として、近年、ＧＮＤパターンが形成されるＧＮＤ層および電源パターンが形成される電源層を内層に配置する多層回路基板が用いられる場合がある（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−４４９８９号公報

ところで、ＥＭＩフィルタとシャーシＧＮＤとを接続する経路が長くなる場合には、信号回路へのノイズ進入が問題となる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、信号回路へのノイズ進入を確実に防止することのできる多層回路基板およびトルク検出装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、第１および第４の層の間に、内層としての第２および第３の層を積層してなり、第２の層にＧＮＤパターンが形成されると共に第３の層に電源パターンが形成される多層回路基板において、上記第２の層のＧＮＤパターンは、互いに分離して形成された内部回路用ＧＮＤパターンおよびシャーシ用ＧＮＤパターンを含むことを特徴とするものである。

本発明では、第２の層において、内部回路用ＧＮＤパターンとシャーシ用ＧＮＤパターンとを分離して形成することにより、内部の信号回路へのノイズの進入を確実に防止することができる。
また、本発明において、上記第１の層の表面に形成されるＥＭＩフィルターと第２の層のシャーシ用ＧＮＤパターンとが、上記第１の層に形成されたスルーホール内の導体を介して互いに接続される場合がある。この場合、ＥＭＩフィルターとシャーシ用ＧＮＤパターンとを当該多層回路基板の内部で、しかも最短距離で接続することが可能となり、シャーシ用ＧＮＤパターンのインピーダンスを低減してＥＭＩフィルターの働きを向上させることができる。

また、本発明において、上記第１の層の表面に複数の入、出力のための端子部が形成され、第２の層は各端子部にそれぞれ接続される複数のスルーホールを含み、上記第２の層のシャーシ用ＧＮＤパターンは、環状の一部が除去された導体パターンを含み、上記導体パターンは第２の層の上記複数のスルーホールを絶縁的に取り囲む場合がある。この場合、第２の層内に生ずるおそれのあるノイズループを遮断することができる。

また、本発明において、何れかの層は、層間に跨がるノイズループに関連する一対のスルーホールを含み、これら一対のスルーホールの一方のみが、上記何れかの層に隣接する層に設けられるシャーシ用ＧＮＤパターンに接続される場合がある。この場合、層間に跨がって発生するおそれのあるノイズループを遮断することができる。
上記の多層回路基板を搭載したトルク検出装置であれば、ノイズに強い。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態のトルク検出装置を含む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１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により操舵機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。

ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。

ステアリングシャフト３は、操舵部材２に連なる入力軸３ａと、ピニオン軸７に連なる出力軸３ｂとに分割されており、これら入、出力軸３ａ，３ｂはトーションバー１２を介して同一の軸線上で相対回転可能に互いに連結されている。
トーションバー１２を介する入、出力軸３ａ，３ｂ間の相対回転変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１３が設けられている。このトルクセンサ１３の出力信号は、本実施の形態の特徴とするところの多層回路基板２０に実装されているセンサ回路に与えられ、センサ回路からの出力信号がＥＣＵ（Electric Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。トルクセンサ１３と多層回路基板２０とでトルク検出装置Ｂが構成されている。

ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。電動モータ１６の出力回転が伝動装置としての減速機１７を介して減速されてステアリングシャフト３の出力軸３ｂに伝達され、さらにピニオン軸７を介してラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。

減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３の出力軸３ｂに一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール１９を備える。
上記の多層回路基板２０はトルクセンサ１３を収容するセンサハウジング１３ａに取り付けられている。

次いで、図２を参照して、多層回路基板２０は、第１の層２１、第２の層２２、第３の層２３および第４の層２４を順次に積層してなる。すなわち、外層としての第１の層２１よび第４の層２４の間に、内層としての第２の層２２および第３の層２３が積層配置される。第２の層２２はＧＮＤ層として機能し、第３の層２３は電源層として機能する。
多層回路基板２０の１つの隅部には、各層２１〜２４をそれぞれ貫くねじ挿通孔２５１〜２５４が形成されており、これらのねじ挿通孔２５１〜２５４を挿通してセンサハウジング１３ａのねじ孔（図示せず）にねじ込まれるねじ２６によって、多層回路基板２０がセンサハウジング１３ａに取り付けられる。

各層２１〜２４において、ねじ挿通孔２５１〜２５４の周縁にはそれぞれ導体部２６１〜２６４が設けられている。
第１の層２１の表面２１ａには、それぞれスルーホールにより形成される複数の入力または出力のための端子部２７１ａ〜２７１ｄが設けられている。また、第１の層２１の表面２１ａには、ねじ挿通孔２５１の導体部２６１に接続される略コの字形形状をなして、上記端子部２７１ａ〜２７１ｄを取り囲むシャーシ用ＧＮＤパターン２８が形成されている。

また、外層としての第１の層２１の表面２１ａには、各端子部２７１ａ〜２７１ｄにそれぞれ対応するＥＭＩフィルター２９ａ〜２９ｄが設けられている。
各ＥＭＩフィルター２９ａ〜２９ｄの一端は、それぞれ対応する端子部２７１ａ〜２７１ｄに接続され、他端は、それぞれシャーシ用ＧＮＤパターン２８のなすコの字の開放側へ延びている。

ＥＭＩフィルター２９ａの他端は、第１の層２１に形成される対応するスルーホール３０１内の導体を介して、第２の層２２のシャーシ用ＧＮＤパターン３１に接続されている。これにより、ＥＭＩフィルター２９ａとシャーシ用ＧＮＤパターン３１とを当該多層回路基板２０の内部で、しかも最短距離で接続することが可能となり、シャーシ用ＧＮＤパターン３１のインピーダンスを低減してＥＭＩフィルター２９ａの働きを向上させることができる。なお、各ＥＭＩフィルター２９ｂ〜２９ｄの他端についても同様の構成であるが、簡略化のため、図示を省略してある。

また、第１の層２１のシャーシ用ＧＮＤパターン２８には、第２の層２２のシャーシ用ＧＮＤパターン３１に接続するためのスルーホール４０１が形成されている。
次いで、内層としての第２の層２２の表面２２ａには、ねじ挿通孔２５２の導体部２６２に接続されたシャーシ用ＧＮＤパターン３１と、内部回路用ＧＮＤパターン３２とが、互いに分離して形成されている。このように、第２層２２において、内部回路用ＧＮＤパターン３２とシャーシ用ＧＮＤパターン３１とを分離して形成することにより、内部の信号回路へのノイズの進入を確実に防止することができる。

また、第２の層２２の表面２２ａには、第１の層２１の各端子部２７１ａ〜２７１ｄのスルーホールにそれぞれ連なるスルーホール２７２ａ〜２７２ｄが形成されている。
第２の層２２のシャーシ用ＧＮＤパターン３１は、環状の一部が欠如部３３により除去された導体パターンを含み、該導体パターンは第２の層２２の上記複数のスルーホール２７２ａ〜２７２ｄを絶縁的に取り囲む。

また、第２の層２２のシャーシ用ＧＮＤパターン３１には、第１の層２１のスルーホール３０１と接続されるスルーホール３０２が形成されると共に、第１の層２１のスルーホール４０１と接続されるスルーホール４０２が形成されている。
これらのスルーホール３０２，４０２は欠如部３３を挟んだ両側に配置されている。この欠如部３３により、第２の層２２内に生ずるおそれのあるノイズループＲ１を遮断することができる。

第３の層２３の表面２３ａには、電源パターンが３４が形成されており、電源パターン３４の一部は、ねじ挿通孔２５３の導体部２６３に接続されてグラウンドレベルが合わされている。第３の層２３には、第２の層２２のスルーホール２７２ａ〜２７２ｄにそれぞれ対応するスルーホール２７３ａ〜２７３ｄが形成されている。
また、第３の層２３には、第２の層２２の各スルーホール３０２，４０２にそれぞれ接続されるスルーホール３０３，４０３が形成されている。ただし、第３の層２３の各スルーホール３０３，４０３内の導体は、電源パターン３４から絶縁されている。

第４の層２４の表面２４ａには、ねじ挿通孔２５４の導体部２６４に接続され鉤形をなすシャーシ用ＧＮＤパターン３５が形成されている。また、第４の層２４には、シャーシ用ＧＮＤパターン３５を避けた位置に、第３の層２３の各スルーホール２７３ａ〜２７３ｄにそれぞれ接続されるスルーホール２７４ａ〜２７４ｄが設けられている。
第４の層２４の各スルーホール２７４ａ〜２７４ｄは、第３の層２３の対応するスルーホール２７３ａ〜２７３ｄおよび第２の層２２の対応するスルーホール２７２ａ〜２７２ｄを介して、対応する端子部２７１ａ〜２７１ｄにそれぞれ接続されている。これにより、第４の層２４の裏面に実装されるカスタムＩＣへの入、出力がスルーホール２７４ａ〜２７４ｄを介して達成されるようになっている。

また、第４の層２４には、第３の層２３の各スルーホール３０３，４０３にそれぞれ対応するスルーホール３０４，４０４が形成されている。一方のスルーホール３０４はシャーシ用ＧＮＤパターン３５と接続される位置に設けられ、他方のスルーホール４０４はシャーシ用ＧＮＤパターン３５を避ける位置に設けられる。
図２を参照して、第２の層２２において、スルーホール３０２とスルーホール４０２はシャーシ用ＧＮＤパターン３１を介して接続されている。

また、分解断面を示す模式図である図３を参照して、第２の層２２のスルーホール３０２は、第３の層２３のスルーホール３０３を介して第４の層２４のスルーホール３０４に接続されていると共に、第２の層２２のスルーホール４０２は、第３の層２３のスルーホール４０３を介して第４の層２４のスルーホール４０４に接続されている。
仮に、第３の層２３のスルーホール３０３，４０３がともに第４の層２４のシャーシ用ＧＮＤパターン３５に接続されているとすると、（第２の層２２）スルーホール３０２→シャーシＧＮＤパターン３１→スルーホール４０２→（第３の層２３）スルーホール４０３→（第４の層２４）シャーシＧＮＤパターン３５→（第３の層２３）スルーホール３０３→（第２の層２２）スルーホール３０２という、第２の層２２〜第４の層２４間に跨がるノイズループＲ２を発生するおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、層間に跨がるノイズループＲ２を発生するおそれのある第３の層２３の一対のスルーホール３０３，４０３のうち、一方のスルーホール３０３のみを第４の層２４のシャーシ用ＧＮＤパターン３５に接続し、他方のスルーホール４０３と第４の層２４のシャーシ用ＧＮＤパターン３５との接続を回避したので、層間に跨がるノイズループＲ２を遮断することができる。層間に跨がるノイズループＲ２を遮断するためには、何れかの層の一対のスルーホールの一方のみが、上記何れかの層に隣接する層に設けられるシャーシ用ＧＮＤパターンに接続されるようにすればよい。

また、上述したように、第２の層２２において、内部回路用ＧＮＤパターン３２とシャーシ用ＧＮＤパターン３１との分離形成により、内部の信号回路へのノイズの進入を確実に防止することができる。
また、ＥＭＩフィルター２９ａ〜２９ｄとシャーシ用ＧＮＤパターン３１とを多層回路基板２０の内部で、しかも最短距離で接続することが可能となり、ＥＭＩフィルター２９ａ〜２９ｄの働きを向上させることができる。

また、第２の層２２において、環状をなすシャーシ用ＧＮＤパターン３１の、当該環状の一部を欠如部３３により除去することにより、第２の層２２内に生ずるおそれのあるノイズループＲ１を遮断することができる。
そして、上記の多層回路基板２０を搭載することで、ノイズに対して強いトルク検出装置Ｂを得ることができる。

なお、上記の実施の形態では、多層回路基板が４層の例を示したが、５層以上であってもよい。

本発明の一実施の形態のトルク検出装置を含む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。トルク検出装置に用いる多層回路基板の分解斜視図である。多層回路基板の分解断面を示す模式図である。

符号の説明

Ｂトルク検出装置
１３トルクセンサ
１３ａセンサハウジング
１４ＥＣＵ
１５駆動回路
１６電動モータ
１８ウォーム軸
２０多層回路基板
２１第１の層
２２第２の層
２３第３の層
２４第４の層
２５１〜２５４ねじ挿通孔
２６ねじ
２７１ａ〜２７１ｄ端子部
２７２ａ〜２７２ｄスルーホール
２７３ａ〜２７３ｄスルーホール
２７４ａ〜２７４ｄスルーホール
２８シャーシ用ＧＮＤパターン
２９ａ〜２９ｄＥＭＩフィルター
３０１〜３０４スルーホール
３１シャーシ用ＧＮＤパターン
３２内部回路用ＧＮＤパターン
３３欠如部
３４電源パターン
３５シャーシ用ＧＮＤパターン
４０１〜４０４スルーホール

Claims

第１および第４の層の間に、内層としての第２および第３の層を積層してなり、第２の層にＧＮＤパターンが形成されると共に第３の層に電源パターンが形成される多層回路基板において、
上記第２の層のＧＮＤパターンは、互いに分離して形成された内部回路用ＧＮＤパターンおよびシャーシ用ＧＮＤパターンを含むことを特徴とする多層回路基板。
請求項１において、上記第１の層の表面に形成されるＥＭＩフィルターと第２の層のシャーシ用ＧＮＤパターンとが、上記第１の層に形成されたスルーホール内の導体を介して互いに接続されることを特徴とする多層回路基板。
請求項１又は２において、上記第１の層の表面に複数の入、出力のための端子部が形成され、
第２の層は各端子部にそれぞれ接続される複数のスルーホールを含み、
上記第２の層のシャーシ用ＧＮＤパターンは、環状の一部が除去された導体パターンを含み、上記導体パターンは第２の層の上記複数のスルーホールを絶縁的に取り囲むことを特徴とする多層回路基板。
請求項１，２又は３において、何れかの層は、層間に跨がるノイズループに関連する一対のスルーホールを含み、
これら一対のスルーホールの一方のみが、上記何れかの層に隣接する層に設けられるシャーシ用ＧＮＤパターンに接続されることを特徴とする多層回路基板。
請求項１乃至４の何れか１項に記載の多層回路基板を搭載したことを特徴とするトルク検出装置。