JP2006066623A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化により回路基板が面方向において変形する力が加わった際にも回路基板での電子部品の接合部に無理な応力が加わるのを抑制して寿命向上を図ることができる電子制御装置を提供する。
【解決手段】 電子部品１０を実装した回路基板１１が、筐体１内に収容されている。筐体１内に弾性部材（柱状のゴム材）２０が配置されている。弾性部材２０は、下面が摺動可能な状態で配置された回路基板１１における上面において、立設し、かつ、圧縮した状態で配置されている。弾性部材２０により、回路基板１１の表面に直交する方向から、回路基板１１の上面に、回路基板１１を面方向に変形可能な状態で、付勢力Ｆを付与することによって回路基板１１が支持されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子制御装置に関するものである。

図１１に示すように、電子部品１００を実装した回路基板１０１を筐体１０２へ固定する方法として、ネジ１０３により固定する技術がある（特許文献１等）。また、図１２に示すように、筐体１０２の一部部材１１０を曲げ加工して固定する（かしめ固定する）、あるいは、図１３に示すように、接着剤１２０により固定する技術も知られている。
米国特許第６０８４７７６号公報

しかし、筐体１０２に対し、電子部品１００を実装した回路基板１０１を強固に固定するため、温度変化により基板寸法が変化した際、図１４に示すように、回路基板１０１を反らしてしまうこととなる。回路基板１０１の反りに伴う変形応力によって電子部品１００の半田付け部に応力が集中し、半田付け部に亀裂が発生する問題がある。

本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、温度変化により回路基板が面方向において変形する力が加わった際にも回路基板での電子部品の接合部に無理な応力が加わるのを抑制して寿命向上を図ることができる電子制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の電子制御装置は、筐体内に配した付勢力付与部材により、回路基板の表面に直交する方向から、回路基板の少なくとも一方の面に、回路基板を面方向に変形可能な状態で、付勢力を付与することによって回路基板を支持してなることを特徴としている。

これにより、温度変化により回路基板が面方向において変形する力が加わった際にも回路基板は面方向に変形しやすく、回路基板の反りが緩和され、回路基板での電子部品の接合部に無理な応力が加わるのを抑制して寿命向上を図ることができる。

ここで、請求項２に記載のように、請求項１に記載の電子制御装置において、付勢力付与部材は、柱状のゴム材よりなり、下面が摺動可能な状態で配置された回路基板における上面に、立設し、かつ、圧縮した状態で配置されていると、実用上好ましいものとなる。

請求項３に記載のように、請求項２に記載の電子制御装置において、回路基板は、筐体に設けた位置決め用突起に、回路基板に設けた位置決め用貫通孔を挿入した状態で配置され、柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材は、位置決め用突起に対向する位置に配置されていると、回路基板における付勢力付与部材を配置することによるデッドスペースを極力減らすことができ、回路基板において電子部品の実装面積を確保する上で好ましいものとなる。

請求項４に記載のように、請求項１に記載の電子制御装置において、付勢力付与部材はバネであってもよく、特に、請求項５に記載のようにバネは板バネであると、実用上好ましいものとなる。

請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子制御装置において、回路基板の一方の面が摺動する面であるとともに回路基板の他方の面に付勢力を付与する構造であって、筐体における回路基板が摺動する面に、当該面よりも摩擦係数が小さい面を有する膜を形成すると、回路基板が摺動する際に摩擦係数が低減されており、回路基板の面方向での変形が容易になる。

請求項７に記載のように、請求項２または３に記載の電子制御装置において、柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材は、その断面積が回路基板との接触部に向けて漸減していると、柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材の横方向の剛性が緩和されるため、回路基板の面方向での変形に追従した変形が容易になる。

請求項８に記載のように、請求項２または３に記載の電子制御装置において、柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材は、回路基板との接触面において凹部が形成されていると、柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材の肉厚が薄くなり、横方向の剛性が緩和されるため、回路基板の面方向での変形に追従した変形が容易になる。

請求項９に記載のように、請求項１に記載の電子制御装置において、付勢力付与部材を、回路基板の両方の面に、回路基板を挟むように設けると、回路基板の面方向への変形が容易になる。

特に、請求項１０に記載のように、請求項９に記載の電子制御装置において、付勢力付与部材は、ゴム材よりなり、回路基板の端部を挿入する凹部を有すると、一体部品とすることができ、部品点数が削減でき、コストダウンを図ることができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に従って説明する。
図１に、本実施形態における電子制御装置の縦断面図を示す。図２に、図１のＡ−Ａ線での断面図を示す。図３には回路基板の支持部の拡大図を示す。本実施形態における電子制御装置は車載用電子制御装置であって、車載エンジンを制御するための装置である。

図１に示すように、筐体（ケース）１は、ベースプレートとしての下ケース２とカバーとしての上ケース３よりなる。筐体１（下ケース２および上ケース３）の材料として金属（鉄、アルミ等）や樹脂が用いられる。下ケース２と上ケース３とはネジ４により連結支持されている。この下ケース２と上ケース３からなる筐体１の内部に、電子部品１０を実装した回路基板１１が収容されている。図１においては回路基板１１の上面に電子部品１０が半田付けにより実装された状態を示している（図１において符号１２にて半田付け部を示す）。回路基板１１はその母材として樹脂材料等が使われている。以下、筐体１の熱膨張係数よりも回路基板１１の熱膨張係数の方が大きいものとして説明する。

下ケース２について詳しく説明する。筐体１の底板を構成する四角板状部５の上面外周部には突部６が全周にわたり形成され、この突部６の上面が上ケース３の当接面となっている。また、突部６の内方における四角板状部５の上面には、図２に示すように、四隅に回路基板載置用の突部（台座部）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが形成されている。突部（台座部）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの上に回路基板１１が水平状態で（横にして）載置されている。図１に示すごとく、各突部（台座部）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの上面には基板位置決め用突起８がそれぞれ設けられている。また、回路基板１１には基板位置決め用突起８に対応する位置に位置決め用貫通孔１３が形成されている。そして、下ケース２側の基板位置決め用突起８に、回路基板１１の位置決め用貫通孔１３が、ガタがある状態で挿入され、回路基板１１が位置決めされている。ガタがあるので、回路基板１１は面方向（水平方向）に変形可能である。また、位置決め用突起８と位置決め用貫通孔１３を設けたことにより、回路基板１１の筐体１への組み付け性に優れたものとなっている。

上ケース３に関して、上ケース３は概略構成として下面が開口した四角箱状をなしており、この開口部が下ケース２により塞がれている。筐体１内における回路基板１１での各位置決め用貫通孔１３の配置箇所（回路基板１１の四隅に対応する部位）において、上ケース３の天井面と回路基板１１の間には、柱状の弾性部材２０が、立設し、かつ、圧縮した状態で配置されている。詳しくは、付勢力付与部材としての弾性部材２０は、下面が摺動可能な状態で配置された回路基板１１における上面に、立設し、かつ、圧縮した状態で配置されている。特に本実施形態においては弾性部材２０の長さを短くする目的で、弾性部材２０の配置箇所における上ケース３の天井面の高さをその他の部位よりも低くしている。

弾性部材２０は、図２，３に示すように、円柱状のゴム材よりなり、弾性部材２０における中心線上に突起挿入孔２０ａが設けられている。一方、上ケース３の天井面には所定長さの突起（ピン）２１が形成され、弾性部材２０は突起挿入孔２０ａに突起２１を挿入することにより支持されている。ここで、下ケース２における基板位置決め用突起８の中心位置と、突起２１の中心位置が上下方向において一致している（基板位置決め用突起８の中心軸上に突起２１の中心位置がある）。これにより、下ケース２における基板位置決め用突起８の中心位置と、弾性部材２０の中心位置が上下方向において一致している（基板位置決め用突起８の中心と弾性部材２０の中心とが同軸上になるように配置されている）。このようにして、弾性部材２０は位置決め用突起８に対向する位置に配置されている。さらに、弾性部材２０においてほぼ上半分まで突起２１が挿入され、下半分は突起２１が無い状態となっている。

弾性部材２０の上面は上ケース３の天井面に当接するとともに弾性部材２０の下面は回路基板１１の上面に当接している。また、弾性部材２０は上下方向に圧縮された状態で筐体１内に配置されていることにより、弾性部材２０にて回路基板１１の上面に対し下方に付勢する力Ｆが付与されている。つまり、上ケース３に取り付けた弾性部材２０により回路基板１１と上ケース３との間で必要な反発力が発生する。換言すると、このような反発力が発生するように弾性部材２０の長さ（全長）が決められている。このように回路基板１１を面方向（水平方向）に変形可能な状態で付勢力Ｆを付与することにより回路基板１１を支持している。

また、図示しないコネクタを介して筐体１の外部においてワイヤを通して当該電子制御装置（回路基板１１）に対しバッテリー、各種センサ、エンジン制御用アクチュエータが接続される。そして、電子制御装置はセンサ信号にてエンジンの運転状態を検知し各種の演算を実行してインジェクタやイグナイタといったアクチュエータを駆動してエンジンを最適な状態で運転させる。

次に、本電子制御装置の作用を説明する。
雰囲気温度が高くなると、その温度変化に伴って筐体１よりも回路基板１１の方が熱膨張係数が大きいので筐体１に対して回路基板１１が面方向（水平方向）に伸長しようとする。特に、電子制御装置をエンジンルームに配置する場合にはその温度変化が大きい。回路基板１１が温度変化（熱変化）に対応して水平方向に変形しようとする際、図３に示すように、弾性部材２０の下半分が回路基板１１に追従して変形する。このようにして回路基板１１が水平方向に拡がることにより回路基板１１を反らせる応力が緩和される。その結果、回路基板１１に実装した電子部品１０の半田付け部１２への応力集中が緩和され、電子部品１０の半田付け部１２には無理な応力が加わらず寿命を向上させることができる。

つまり、回路基板１１の筐体１への取付構造として、回路基板１１の取り付け面での水平方向への変形を許容させた状態において弾性部材２０の反発力を利用して、温度変化に起因する回路基板１１の変形応力（反る方向への応力）を緩和し、回路基板１１に実装した電子部品１０の半田付け寿命を向上させることができる。

なお、筐体１の熱膨張係数よりも回路基板１１の熱膨張係数の方が小さい場合には温度が低下する際に回路基板１１に反らせる力が発生しようとする。この場合においても本構成により回路基板１１の反りを緩和して電子部品１０の半田付け部１２に応力が加わりにくくすることができる。

以上のように本実施形態は下記の特徴を有する。
筐体１内に配した付勢力付与部材としての弾性部材２０により、回路基板１１の表面に直交する方向から、回路基板１１の一方の面に、回路基板１１を面方向に変形可能な状態で、付勢力Ｆを付与することによって回路基板１１を支持した。これにより、温度変化により回路基板１１が面方向において変形する力が加わった際にも回路基板１１は面方向に変形しやすく、回路基板１１の反りが緩和され、回路基板１１での電子部品１０の接合部に無理な応力が加わるのを抑制して寿命向上を図ることができる。また、ねじ締め工程が不要でコストダウンを図ることができる。

また、回路基板１１は、筐体１に設けた位置決め用突起８に、回路基板１１に設けた位置決め用貫通孔１３を挿入した状態で配置され、柱状のゴム材よりなる弾性部材２０は、位置決め用突起８に対向する位置に配置されている。よって、回路基板１１における弾性部材２０を配置することによるデッドスペースを極力減らすことができ、回路基板１１において電子部品の実装面積を確保する上で好ましいものとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図４に、図１に代わる第２の実施形態における電子制御装置の縦断面を示す。
図１では付勢力付与部材として弾性部材（ゴム材）２０を使用したが、本実施形態においては、バネ３０を用いている。バネ３０は板バネであって、上ケース３の内側面から延び、回路基板１１の上面に接触し、かつ、下方に付勢力Ｆを付与している。この板バネ３０の製作は、筐体１（上ケース３）が鉄板よりなる場合には、プレス成型により形成する。また、筐体１（上ケース３）が樹脂製の場合には、樹脂成型時に一体で成型することにより形成する。あるいは、別部品として筐体１（上ケース３）へ取り付けてもよい。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図５に、図３に代わる第３の実施形態における電子制御装置の縦断面を示す。
回路基板１１と下ケース２の上面２ａとの境界面に、滑りを良くするための膜４０が形成されている。詳しくは、下ケース２の上面２ａにおける回路基板１１と接する領域においてフッ素樹脂の膜４０を形成している。フッ素樹脂としてポリテトラフルオロエチレンを挙げることができる。この膜４０の表面は、下ケース２における回路基板１１が摺動する面２ａよりも摩擦係数が小さい。

これにより、回路基板１１と筐体１間の摩擦係数が低減されるため、回路基板１１の水平方向での変形が更に容易になり、第１の実施形態の効果が更に向上する。
以上のように、回路基板１１の一方の面が摺動する面であるとともに回路基板１１の他方の面に付勢力Ｆを付与する構造であって、筐体１における回路基板１１が摺動する面２ａに、当該面２ａよりも摩擦係数が小さい面を有する膜４０を形成した。これにより、回路基板１１が摺動する際に摩擦係数が低減されており、回路基板１１の面方向での変形が容易になる。なお、位置決め用の突起８と貫通孔１３はあってもなくてもよい。

この構成は第２の実施形態に適用してもよい。
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図６に、図３に代わる第４の実施形態における電子制御装置の縦断面を示す。
図３においては、弾性部材２０として円柱状のゴム材を使用していた。これに対し、図６では、弾性部材５０としての円柱状のゴム材はその上側は円柱をなしているが、下側５０ａは半球状をなしており、断面積を回路基板１１との接触部に向けて漸減させている（先端側を半球状にしている）。

これにより、弾性部材５０の横方向における剛性が緩和される。その結果、回路基板１１の面方向での変形に追従した弾性部材５０の変形が容易になり、第１の実施形態の効果が更に向上する。なお、位置決め用の突起８と貫通孔１３はあってもなくてもよい。
（第５の実施の形態）
次に、第５の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図７に、図３に代わる第５の実施形態における電子制御装置の縦断面を示す。
図７においても、下ケース２の上面に設けた位置決め用突起８に対し回路基板１１の位置決め用貫通孔１３がガタがある状態で挿入され、かつ、位置決め用突起８の中心と弾性部材（ゴム材）６０の中心が一致している（突起８の中心と弾性部材６０の中心とが同軸上になるように配置されている）。

ここで、弾性部材６０としてのゴム材は円柱状をなすとともに、下面（回路基板１１との接触面側）の中央部において凹部６１が形成されている。この凹部６１は円柱状に座繰ったものである。凹部６１により、突起８が回路基板１１の上面よりも突出していても、突起８が弾性部材６０と干渉するのが防止される。また、弾性部材６０における回路基板１１側の面に設けた凹部（座繰り部）６１により、弾性部材６０の肉厚ｔ１が薄くなり、弾性部材６０の横方向の剛性が緩和される。これによって、回路基板１１の面方向での変形に追従した弾性部材６０の変形が容易になり、第１の実施形態の効果が更に向上する。

なお、位置決め用の突起８と貫通孔１３がない場合において凹部６１を形成してもよい。
（第６の実施の形態）
次に、第６の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

図８に、本実施形態における電子制御装置の縦断面図を示す。図９に、図８のＡ−Ａ線での断面図を示す。図１０には回路基板の支持部の拡大図を示す。
四角板状をなす回路基板１１の四隅において弾性部材（ゴム材）７０がそれぞれ配置されている。弾性部材７０は、回路基板１１の端部を挿入する凹部７１を有する（弾性部材７０は断面がコの字状をなしている）。凹部７１における奥には隙間Ｓがあるように装着されている。上ケース３と下ケース２との間に弾性部材７０を押圧した状態で挟み込むことにより、図１０に示すように、回路基板１１の上面には下向きの付勢力Ｆ１が付与されるとともに、回路基板１１の下面には上向きの付勢力Ｆ２が付与される（基板支持に必要な反発力Ｆ１，Ｆ２が発生する）。

そして、回路基板１１が温度変化に対応して水平方向に変形しようとする際に、弾性部材７０が回路基板１１に追従して変形して隙間Ｓに回路基板１１が入り込む。これにより、回路基板１１を反らせる応力が緩和でき、回路基板１１に実装した電子部品１０の半田付け部寿命を向上させることができる。さらに、回路基板１１の両面から付勢力Ｆ１，Ｆ２を付与するための弾性部材７０を一体部品とすることができ、部品点数が削減できる。

以上のように、本実施形態においては、付勢力付与部材としての弾性部材（ゴム材）７０を、回路基板１１の両方の面に、回路基板１１を挟むように設けたので、回路基板１１の面方向への変形が容易になる。また、弾性部材（ゴム材）７０は、回路基板１１の端部を挿入する凹部７１を有しているので、一体部品とすることができ（部品点数が削減でき）、コストダウンを図ることができる。

第１の実施形態における電子制御装置の縦断面図。 図１のＡ−Ａ線での断面図。 回路基板の支持部の拡大図。 第２の実施形態における電子制御装置の縦断面図。 第３の実施形態における回路基板の支持部の拡大図。 第４の実施形態における回路基板の支持部の拡大図。 第５の実施形態における回路基板の支持部の拡大図。 第６の実施形態における電子制御装置の縦断面図。 図８のＡ−Ａ線での断面図。 回路基板の支持部の拡大図。 背景技術を説明するための電子制御装置の縦断面図。 背景技術を説明するための電子制御装置の縦断面図。 背景技術を説明するための電子制御装置の縦断面図。 背景技術を説明するための電子制御装置の縦断面図。

符号の説明

１…筐体、２…下ケース、３…上ケース、８…位置決め用突起、１０…電子部品、１１…回路基板、１３…位置決め用貫通孔、２０…弾性部材、３０…板バネ、４０…膜、５０…弾性部材、６０…弾性部材、６１…凹部、７０…弾性部材、７１…凹部、Ｆ…付勢力、Ｆ１…付勢力、Ｆ２…付勢力。

Claims (10)

1. 電子部品（１０）を実装した回路基板（１１）が、筐体（１）内に収容された電子制御装置であって、
   前記筐体（１）内に配した付勢力付与部材（２０，３０，５０，６０，７０）により、回路基板（１１）の表面に直交する方向から、回路基板（１１）の少なくとも一方の面に、回路基板（１１）を面方向に変形可能な状態で、付勢力（Ｆ，Ｆ１，Ｆ２）を付与することによって回路基板（１１）を支持してなることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記付勢力付与部材（２０）は、柱状のゴム材よりなり、下面が摺動可能な状態で配置された回路基板（１１）における上面に、立設し、かつ、圧縮した状態で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記回路基板（１１）は、筐体（１）に設けた位置決め用突起（８）に、回路基板（１１）に設けた位置決め用貫通孔（１３）を挿入した状態で配置され、前記柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材（２０）は、位置決め用突起（８）に対向する位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記付勢力付与部材（３０）はバネであることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
5. 前記バネ（３０）は板バネであることを特徴とする請求項４に記載の電子制御装置。
6. 回路基板（１１）の一方の面が摺動する面であるとともに回路基板（１１）の他方の面に付勢力（Ｆ）を付与する構造であって、
   筐体（１）における回路基板（１１）が摺動する面（２ａ）に、当該面（２ａ）よりも摩擦係数が小さい面を有する膜（４０）を形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子制御装置。
7. 前記柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材（５０）は、その断面積が回路基板（１１）との接触部に向けて漸減していることを特徴とする請求項２または３に記載の電子制御装置。
8. 前記柱状のゴム材よりなる付勢力付与部材（６０）は、回路基板（１１）との接触面において凹部（６１）が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の電子制御装置。
9. 付勢力付与部材（７０）を、回路基板（１１）の両方の面に、回路基板（１１）を挟むように設けたことを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
10. 付勢力付与部材（７０）は、ゴム材よりなり、回路基板（１１）の端部を挿入する凹部（７１）を有することを特徴とする請求項９に記載の電子制御装置。

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