JP2001119838A - 電気接続箱 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属芯入りプリント基板の発熱を筐体外に効
率的に放熱する構造を有した電気接続箱を提供する。 【解決手段】 筐体に収容され電気部品の実装された金
属芯入りプリント基板２１の少なくとも一部に熱伝導性
絶縁シート２４を当接させ、このシートの少なくとも一
部に金属スペーサ２５を密着させ、この金属スペーサ２
５に放熱手段３０を当接し、熱伝導性絶縁シート２４と
金属スペーサ２５とを金属芯入りプリント基板２１のリ
ード端子Ｔの凸部を避けるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両等の熱環境の
厳しい部位に搭載される電気接続箱に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両の快適性に対するニーズの高
まりに伴い、車両に搭載される電装品は増加する傾向に
ある。具体的には、例えば、オーディオ、ナビゲーショ
ン、テレビ、電動アンテナ、エアコン、リヤウインドウ
ヒータ、シートヒータ、パワーシート、サスペンション
の硬さ制御装置等の様々な電装品が車両に搭載されるよ
うになっている。

【０００３】これらの電装品への電源供給は、エンジン
ルームのバッテリ近傍等に取り付けられた電気接続箱を
経由して供給される。尚、電気接続箱には、ワイヤハー
ネスのボディとの短絡時やモータ等の負荷の故障時に車
両火災の発生を阻止するヒューズや、運転席近傍の操作
スイッチ等と連動して電装品への電源供給を制御するリ
レー等が搭載されている。

【０００４】電気接続箱として一般的に知られているも
のは、例えば特開昭５９−２８８１８号に記載されたよ
うに、銅板を打ち抜いて折り曲げたバスバーを互いに接
触しないようにプラスチック板間に夫々配置し、且つヒ
ューズやリレーを取り付けた構造を有している。しか
し、近年、投資コストの削減、製品の小型化や設計変更
の容易化等の要請から、例えば特開平２−１７８１８号
に記載されたように、バスバー回路部の大部分を金属芯
入りプリント基板で置き換えた電気接続箱が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる金属芯入りプリ
ント基板１の断面構造は、図５に示すように、アルミニ
ウム製のコア材１ａと、コア材１ａの表面を囲繞した絶
縁層１ｂと、絶縁層上に所定の回路パターンとして形成
された導電層１ｃと、絶縁層１ｂと導電層１ｃとに塗布
されたレジスト１ｄからなっている。又、当該プリント
基板１の所定位置にはスルーホール１ｈが形成され、基
板の回路密度を向上させている。

【０００６】このような金属芯入りプリント基板１の特
性を調べたところ、リレーやヒューズ等の発熱電気部品
を実装して実際に電流を流した場合、従来のプリント基
板のように基板上に不均一な熱分布を発生させることは
ないが、発熱電気部品を多数実装すると熱が均一化して
基板全体に蓄熱されていくことが分かった。以下、これ
を実験データに基づき具体的に説明する。

【０００７】一般的なガラスエポキシ基板と金属芯入り
プリント基板の配線パターン幅１mm、導体厚さ０．１m
m、長さ１００mmに所定電流を流したときの基板配線パ
ターンの温度上昇値を比較した。図６に示す比較データ
からガラスエポキシ基板に較べて金属芯入りプリント基
板は放熱効果に優れ、配線パターン部の温度上昇を抑え
ることができるので、大電流を扱うことが可能といえ
る。

【０００８】一方、上記通電配線パターンからの距離と
温度上昇との関係を両基板について比較した。図７に示
す比較データから金属芯入りプリント基板は均熱効果が
あるが、基板全体の平均温度が上昇する傾向があり、通
電する配線パターンが増える場合には基板の熱を放熱す
る手段が必要であることが分かった。尚、金属板の板厚
は、製造のし易さ、コスト、重量、熱伝導性能の観点か
ら０．５mm乃至２mmの範囲で一般的に選択されている。
このように、金属芯の板厚が限定されると、例えばプリ
ント基板端部等からの部分的な熱引きでは放熱効果が不
十分である。従って、例えばプリント基板のエッジ部に
沿ってヒートパイプを密着させても十分な放熱効果が得
られない。

【０００９】又、プリント基板のはんだ面にはスルーホ
ールにはんだ凸部が形成されたり、電気部品のリード端
子が多数突出しているので、基板面にヒートパイプを密
着させる方法では、密着面が極めて限定され放熱効果が
不十分となる。本発明の目的は、金属芯入りプリント基
板の発熱を筐体外に効率的に放熱する構造を有した電気
接続箱を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明に係る電気接続箱は、筐体に収容され電気
部品の実装された金属芯入りプリント基板の少なくとも
一部に熱伝導性絶縁シートを当接させ、このシートの少
なくとも一部に金属スペーサを密着させ、この金属スペ
ーサに放熱手段を当接し、熱伝導性絶縁シートと金属ス
ペーサとを金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部
を避けるように形成したことを特徴としている。

【００１１】発熱電気部品の熱は金属芯入りプリント基
板全体に均一に蓄熱されるが、この熱を熱伝導性絶縁シ
ート及び金属スペーサを介して放熱手段に効率良く伝達
する。その為、金属芯入りプリント基板のメリット、即
ち発熱電気部品の高密度実装が可能となるメリットを最
大限に生かすことができる。又、熱伝導性絶縁シートと
金属スペーサとは金属芯入りプリント基板のリード端子
の凸部を避けるように形成されているので、金属芯入り
プリント基板から熱伝導性絶縁シートを介して金属スペ
ーサに伝熱する放熱面積を大きくすることができ、従来
の電気接続箱に較べて放熱効率を格段に向上させる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る電気接続箱について説明する。本発明の
一実施形態に係る電気接続箱は、図１に示すように、筐
体と、これに収容された金属芯入りプリント基板と、プ
リント基板に実装された発熱電気部品と、プリント基板
に当接した熱伝導性絶縁シートと、シートに密着してプ
リント基板の熱を筐体外部に放熱する放熱部とを有して
いる。

【００１３】筐体は、ロアケース１１、ロアケース１２
と、これらのロアケースの上下に組み付けられるアッパ
ケース１３、アッパカバー１４、ロアカバー１５等から
なる。アッパケース１３には、リレーＲＬやコントロー
ルユニットＣＵが取り付けられている。尚、筐体を構成
するケースやカバーはポリプロピレン等の樹脂材からな
り、軽量化を図っている。

【００１４】金属芯入りプリント基板として、基板２
１、基板２２、基板２３の３つの基板を備え、例えば基
板２１には、フューズホルダＦＨやリレーＲＬ、基板コ
ネクタＣＮ等の電気部品が実装されている。尚、フュー
ズホルダＦＨに装着されるフューズは、ワイヤハーネス
のボディとの短絡時やモータ等の負荷の故障時に車両火
災の発生を阻止する役目を果たし、リレーＲＬは、運転
席近傍の操作スイッチ等と連動して電装品への電源供給
を制御する役目を果たす。尚、電気部品としてこれら以
外にＣＰＵやサイリスタ等の発熱電気（電子）部品を実
装しても良い。

【００１５】これらの電気部品の多くは大電流が流れる
ことで、電気部品自体やこれに電気的に導通した回路パ
ターンが発熱する。尚、基板２２や基板２３にも同様の
電気部品が実装されている。金属芯入りプリント基板２
１は、従来例で説明したプリント基板１と同様な構成を
有し、図３に示すように厚さ１mmのアルミニウム製コア
材２１ａ、コア材の表面を囲繞した絶縁層２１ｂ、絶縁
層上に所定の回路パターンとして形成された導電層（図
示せず）、絶縁層に塗布されたレジスト（図示せず）か
ら構成されている。尚、金属芯入りプリント基板２１に
は、所定箇所にスルーホール２１ｈが形成され、このス
ルーホール２１ｈには実装時にはんだが固着しており、
基板表面から約０．２mm程突出したはんだ部Ｈが形成さ
れている。更に、金属芯入りプリント基板２１には、上
述の通りリレーＲＬ等の電気部品が実装されているが、
これらの実装部品は主としてリードタイプなので、リー
ド端子Ｔが実装面と反対側のはんだ面から約２mm程突出
している。尚、他の２つの金属芯入りプリント基板２
２，２３も同様の構造を有している。

【００１６】熱伝導性絶縁シート２４は、金属芯入りプ
リント基板２１の、電気部品実装側と反対側、即ちリー
ド線突出側（はんだ面側）に密着されている。熱伝導性
絶縁シート２４は、図２に示すように、金属芯入りプリ
ント基板２１と略同等の外形を有し、金属芯入りプリン
ト基板２１から突出したリード線にシートが干渉しない
ように開口部２４ｈを有している。又、熱伝導性絶縁シ
ート２４の厚みは、約０．５mmであり、その材質はアク
リル系樹脂にアルミナ粉やガラスフィラーなど絶縁性と
熱伝導性に優れた材料を混ぜ合わせたものである。尚、
シート材質は、熱伝導性に優れれば良く、例えばオレフ
ィン系樹脂やシリコン系樹脂にアルミナ粉やガラスフィ
ラーなどを混ぜ合わせたものであっても良い。

【００１７】金属スペーサ２５は、熱伝導性絶縁シート
２４と略同等の外形を有し、両者を重ね合わせたときに
熱伝導性絶縁シート２４の開口部と一致する打ち抜き部
が形成されている。又、金属スペーサ２５の厚みは、約
３mmであり、その材質はアルミニウムであるが、他の金
属材料を用いても良い。尚、金属スペーサの厚みは、基
板２１から突出するリード端子Ｔの長さに合わせて適宜
変更しても良い。

【００１８】熱伝導性絶縁シート２４と金属スペーサ２
５は、上述のように構成されているので、これらを金属
芯入りプリント基板２１に当接したとき、図３に示すよ
うに、リード端子Ｔと干渉することなく、且つスルーホ
ールに形成されたはんだ凸部Ｈを熱伝導性絶縁シート２
４が変形して吸収しながら互いに重ね合わされる。従っ
て、金属芯入りプリント基板２１の広範囲に亘って熱伝
導性絶縁シート２４と金属スペーサ２５とが重なり合い
し、これらの間の密着面積を非常に大きくとることがで
きる。更に、熱伝導性絶縁シート２４の存在によってプ
リント基板２１と金属スペーサ２５との間の絶縁が確保
される。

【００１９】金属スペーサ２５の反対面には、図１に示
すように、金属スペーサ２５の外形と略同等の外形を有
し且つ熱伝導性絶縁シート２４と同等の厚さ及び材質を
有した熱伝導性絶縁シート２６が重ね合わされている。
尚、リード端子Ｔは金属スペーサ２５からは突出してい
ないので、熱伝導性絶縁シート２６には開口部が形成さ
れていない。

【００２０】放熱フィン３０は、断面Ｌ字型の板材を複
数配列して構成されており、その一辺はロアケース１１
に並行して形成されたスリット１１ｓを通って筐体外部
に突出するようになっている。放熱フィン３０を組み付
けるに当たって、予めロアケース１１のスリット１１ｓ
に放熱フィン３０を夫々差し込んでネジ止めし、熱伝導
性絶縁シート２６を介して放熱フィン３０の他辺を金属
スペーサ２５に密着させる。

【００２１】放熱フィン３０をこのような構造にするこ
とで、筐体自体を金属製としたり放熱構造をヒートシン
ク構造とする場合に較べて格段に軽量化と低コスト化を
図ることができる。尚、放熱フィンをロアケースにイン
サートモールドすることで、部品点数の削減と止水性の
向上を図ることも可能である。尚、熱伝導性絶縁シート
２６は、金属スペーサ２５の熱を放熱フィン３０に伝熱
するだけでなく、ロアケース１１のスリット１１ｓから
筐体内部に侵入する水を止水する役目を果たしている。

【００２２】一方、金属芯入りプリント基板２２，２３
にも、基板２１と同様にフューズホルダＦＨ、リレーＲ
Ｌ、基板コネクタＣＮが実装されている。放熱シート２
６と同等の厚さ及び材質からなる細長の放熱シート３１
が、基板２２のはんだ面側の端子の突出していない部分
に密着配置されている。放熱シート３１には、扁平なヒ
ートパイプ３２が当接され、ヒートパイプ３２の放熱部
は、図示しない車両のボディパネルに接続されて金属芯
入りプリント基板２２の発熱を車両パネルに放熱するよ
うになっている。

【００２３】以下、金属芯入りプリント基板２１を例示
して本発明にかかる電気接続箱の放熱のしかたについて
説明する。まず最初に、リレー、ヒューズ、ＣＰＵ等の
電気部品やこれと導通した回路パターンでの発熱が金属
芯入りプリント基板２１で均熱化される。続いて、この
熱は、図３に示すように、熱伝導性絶縁シート２４、金
属スペーサ２５、熱伝導性絶縁シート２６を介して放熱
フィン３０に伝熱され、筐体外部に放熱される（図中、
矢印参照）。

【００２４】上述した通り、熱伝導性絶縁シート２４と
金属スペーサ２５には金属芯入りプリント基板２１のリ
ード端子の凸部を避けるように開口部（打ち抜き部）２
４ｈ，２５ｈが形成されているので、シートやスペーサ
が基板の端子凸部と干渉することがない。従って、金属
芯入りプリント基板２１、熱伝導性絶縁シート２４、及
び金属スペーサ２５が広い面積で互いに密着するので非
常に大きい放熱面積が形成される。この大きな放熱面積
を介して金属芯入りプリント基板２１に均一に蓄積され
た熱を放熱フィン３０に効率良く伝熱することができ
る。その結果、従来の電気接続箱に較べて放熱効果を格
段に向上させることができる。

【００２５】尚、実際に本発明に係る電気接続箱を製造
したところ、バスバー回路部を金属芯入りプリント基板
で置き換えることで、基板投影面積で約４０％もの小型
化が達成できた。そして、その空きスペースにコントロ
ーラユニットや実装基板、プラグイン型リレー５個を実
装することができた。そして、このように高密度集積化
して電気部品が発生した熱を上述した放熱構造で効率的
に放熱することができ、本発明の有用性を確認すること
ができた。

【００２６】続いて、本発明の別の実施形態に係る電気
接続箱について説明する。尚、最初の実施形態に係る電
気接続箱と同等の構成については対応する符号を付して
詳細な説明を省略する。この別の実施形態に係る電気接
続箱は、上述の実施形態のように熱伝導性絶縁シートと
金属スペーサとを別体として製造して電気接続箱組み付
け時に互いに重ね合わせるのではなく、両者を一体に製
造しておき、上述の効率的な放熱に加えて電気接続箱組
み付け作業の簡略化を図ることを特徴としている。

【００２７】具体的には、本電気接続箱は、図４に示す
ように、アッパーケース５１、ロアケース５２、アッパ
ーカバー５３、ロアカバー５４からなる筐体に電気部品
の実装された金属芯入りプリント基板６１，６２，６
３、放熱シート付き金属スペーサ６４，６５、及びヒー
トパイプ６６等が収容されて構成されている。放熱シー
ト付き金属スペーサ６４，６５は、最初の実施形態に係
る熱伝導性絶縁シートや金属スペーサと同等の形状、厚
さ、及び材質からなり、金属スペーサの両面に熱伝導性
絶縁シートを予め重ね合わせたものである。そして、電
気接続箱組み付け時に、放熱シート付き金属スペーサ６
４を金属芯入りプリント基板６１のはんだ面に当接さ
せ、放熱シート付き金属スペーサ６５を金属芯入りプリ
ント基板６２のはんだ面に当接させるようになってい
る。又、各放熱シート付き金属スペーサ６４，６５には
吸熱部が扁平形状のヒートパイプ６６が取り付けられ、
筐体外部に放熱できる構造となっている。

【００２８】この電気接続箱も金属芯入りプリント基板
６１，６２と放熱シート付き金属スペーサ６４，６５と
が基板の端子凸部を避けて広範囲で密着しているので、
プリント基板に均一に蓄積された熱を放熱シート付き金
属スペーサを介してヒートパイプに効率良く放熱するこ
とができる。又、放熱シートと金属スペーサとが上述の
通り一体に構成されているので、最初の実施形態に係る
電気接続箱に使用された伸びやすく剛性の無い放熱シー
トの欠点をなくし、電気接続箱の組み付け性を向上させ
ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
接続箱は、プリント基板全体に均一に蓄熱された発熱電
気部品の熱を、熱伝導性絶縁シートを介して放熱手段に
効率良く伝達することができる。その為、金属芯入りプ
リント基板のメリット、即ち発熱電気部品の高密度実装
が可能となるメリットを最大限に生かすことができる。

【００３０】又、熱伝導性絶縁シートと金属スペーサと
は金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部を避ける
ように形成されているので、金属芯入りプリント基板か
ら熱伝導性絶縁シートを介して金属スペーサに伝熱する
放熱面積を最大限に形成し、放熱効果を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電気接続箱を示す分
解斜視図である。

【図２】図１の熱伝導性絶縁シートの正面図である。

【図３】図１における放熱のしかたを説明するための部
分的概略断面図である。

【図４】本発明の別の実施形態に係る電気接続箱を示す
分解斜視図である。

【図５】金属芯入りプリント基板の構成を概略的に示す
一部断面図である。

【図６】プリント基板の導体パターンへの通電電流と基
板の温度上昇との関係を示す図である。

【図７】プリント基板の発熱部からの距離と温度上昇と
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１１ ロアケース １１ｓ スリット ２１ 金属芯入りプリント基板 ２１ａ アルミニウム製コア材 ２１ｂ 絶縁層 ２１ｈ スルーホール ２４ 熱伝導性絶縁シート ２４ｈ 開口部 ２５ 金属スペーサ ２５ｈ 開口部 ２６ 熱伝導性絶縁シート ３０ 放熱フィン ６２ 金属芯入りプリント基板 ６４ 放熱シート付き金属スペーサ ６６ ヒートパイプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 重太郎 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5G361 BA01 BB02 BB03 BC01

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気部品の実装された金属芯入りプリン
   ト基板を筐体内に収容した電気接続箱において、 前記金属芯入りプリント基板の少なくとも一部に当接し
   た熱伝導性絶縁シートと、前記熱伝導性絶縁シートの少
   なくとも一部に密着した金属スペーサと、前記金属スペ
   ーサに当接して前記金属芯入りプリント基板の熱を筐体
   外部に放熱する放熱手段とを有し、前記熱伝導性絶縁シ
   ートと前記金属スペーサとは前記金属芯入りプリント基
   板のリード端子の凸部を避けるように形成されたことを
   特徴とする電気接続箱。