JP2006086297A - 電子制御装置及び電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 基板を収容したケースの内部をポッティング材で充填した電子制御装置において、ポッティング材に含まれる気泡を短時間で除去することを可能とする。
【解決手段】
ケース１２と、ケース１２内に収容される基板２４と、その基板２４に実装される電子部品群とを備える。ケース１２は、基板２４の一方側の面と対向する面に開口部１３が形成されると共に、その内部にポッティング材４１が充填されており、そのポッティング材４１内に基板２４及び電子部品群が埋め込まれている。そして、基板２４の反開口部側の面に実装される各電子部品の電極間距離が、基板２４の開口部側の面に実装されるいずれの電子部品の電極間距離よりも大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気機器（例えば、電動ポンプ等）に用いられる電子制御装置に関する。詳しくは、電子部品を実装する基板がケース内に収容され、そのケース内にポッティング材が充填されている電子制御装置に関する。

電気機器を制御する電子制御装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の電子制御装置は、電子部品が実装された基板と、その基板を収容するケースを備えている。ケース内にはポッティング材が充填され、そのポッティング材の中に基板と電子部品が埋没された状態とされている。この電子制御装置は、電子部品の周囲をポッティング材によって取囲むことで、電子部品からの放熱を助長し、また、電子部品の外部環境（例えば、水分）からの劣化等を防止している。
特開平６−２６０７７７号

ところで、ケース内にポッティング材を充填する方法としては、通常、液状のポッティング材を基板ケースに注入し、そのポッティング材を固化する方法が採られている。この方法では、液状のポッティング材を注入する際に、ポッティング材の中に気泡が巻き込まれることがある。ポッティング材の中に気泡が含まれると、気泡中の水分が結露し、電子部品のショートや誤作動の原因となる。このため、ポッティング材注入後にポッティング材の中の気泡を除去する脱泡処理（例えば、ポッティング材の固化前に電子制御装置を真空チャンバー内に設置する処理等）が行われる。なお、基板を収容するケースには、脱泡処理によってポッティング材から除去した空気をケース外に排出するための開口部が設けられている。

しかしながら、基板には比較的小さな電子部品が実装されることがあり、このような小さな電子部品は気泡を巻き込み易く、多数の気泡がポッティング材に混入されることがある。また、ケース内から空気を排出するための開口部は、基板の一方の面側にのみ形成される。すなわち、ポッティング材内に基板と電子部品を埋没させるためには、ケースの一端（基板の他方の面側）を有底とし、ケース内にポッティング材を貯留しなければならないためである。従って、基板の反開口部側のポッティング材に混入された気泡は、基板を迂回して開口部側に抜けなければならない。これらのことから、ポッティング材内の気泡を短時間で除去することが困難であった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、基板を収容したケース内をポッティング材で充填した電子制御装置において、ポッティング材に含まれる気泡を短時間で除去することが可能となる技術を提供することを課題とする。

本発明の第１の電子制御装置は、ケースと、そのケース内に収容される基板と、その基板に実装される電子部品群を備える。ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成される。ケース内にはポッティング材が充填され、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれる。そして、基板の反開口部側の面に実装される各電子部品の電極間距離が、基板の開口部側の面に実装されるいずれの電子部品の電極間距離よりも大きいことを特徴としている。
この電子制御装置では、基板の反開口部側の面に電極間距離の大きい電子部品群が実装され、基板の開口部側の面に電極間距離の小さい電子部品群が実装される。すなわち、気泡が抜け難い「反開口部側」に気泡を巻き込み難い「大きな電子部品」が配され、気泡が抜け易い「開口部側」に気泡を巻き込み易い「小さな電子部品」が配される。このため、気泡が抜け難い「反開口部側」の気泡の量が少なくなるため、ポッティング材に含まれる気泡を短時間で除去することができる。

また、本発明の第２の電子制御装置は、ケースと、そのケース内に収容される基板と、その基板に実装される電子部品群を備える。ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成される。ケース内にはポッティング材が充填され、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれる。そして、基板の反開口部側の面に実装される電子部品の電極間距離が２．０ｍｍ以上となっていることを特徴としている。
この電子制御装置では、気泡が抜け難い「反開口部側」の面には電極間距離が２．０ｍｍ未満となる電子部品が配されない。「反開口部側」の面に実装する電子部品の電極間距離を２．０ｍｍ以上とすることで、生産性を維持したまま電子部品の電極間の短絡といった不具合の発生率を低く抑えることができる。

上述した各電子制御装置では、基板に開口部側の面から反開口部側の面に貫通する貫通孔が設けられていることが好ましい。このような構成によると、反開口部側のポッティング材に含まれる気泡は、貫通孔を通って基板の開口部側に抜けることができる。
また、上述した各電子制御装置では、ケース内壁面と基板の側面との間に隙間が形成されていてもよい。このような構成によると、反開口部側のポッティング材に含まれる気泡は、基板の側面とケース内壁面との隙間を通って開口部側に抜けることができる。

上述した各電子制御装置は、電動ポンプのモータを制御する制御装置に好適に適用することができる。すなわち、本発明の一態様に係る電動ポンプは、回路ケースと、その回路ケース内に収容される基板と、その基板に実装される電子部品群と、回路ケース内に収容されるステータコイルと、回路ケース外に配置され、ステータコイルによって駆動されるロータと、ロータを収容するポンプケースとを備える。回路ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成される。回路ケース内にはポッティング材が充填され、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれている。そして、基板の反開口部側の面に実装される各電子部品の電極間距離が、基板の開口部側の面に実装されるいずれの電子部品の電極間距離よりも大きいことを特徴としている。
この電動ポンプにおいても、上述した第１の電子制御装置と同様の作用効果を奏することができる。

また、本発明の他の態様に係る電動ポンプは、回路ケースと、その回路ケース内に収容される基板と、その基板に実装される電子部品群と、回路ケース内に収容されるステータコイルと、回路ケース外に配置され、ステータコイルによって駆動されるロータと、ロータを収容するポンプケースとを備える。回路ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成される。回路ケース内にはポッティング材が充填され、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれている。そして、基板の反開口部側の面に実装される電子部品の電極間距離が２．０ｍｍ以上となっていることを特徴としている。
この電動ポンプにおいても、上述した第２の電子制御装置と同様の作用効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る電動ポンプについて、図１〜３を参照しながら説明する。図１は本実施形態に係る電動ポンプの縦断面図であり、図２は本実施形態に係る回路基板の平面図であり、図３は本実施形態に係る回路基板の底面図である。
本実施形態の電動ポンプ１０は、液体(例えば、水)を吸入して昇圧し、その昇圧した液体を吐出する。図１に示すように、電動ポンプ１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２に固定されたボディ５０を備えている。ハウジング１２及びボディ５０はともに樹脂等の材料で一体に成形されている。ハウジング１２の上部一方側（図中左側）には円柱状の凸部１５が形成されている。凸部１５の中央にはシャフト固定部１６ａが設けられ、シャフト固定部１６ａにシャフト４６の下端部が固定されている。シャフト４６の上端部は凸部１５の上面より上方に突出している。シャフト４６の上端部には、ロータ４３（後で詳述する）が回転可能に取り付けられている。

凸部１５の外周には円筒状に外壁１７が形成されている。凸部１５と外壁１７は同心状に配置されている。凸部１５と外壁１７によって、上方が開放された円環状の溝２０が形成されている。溝２０にはロータ４３のマグネット部４５が収容されるようになっている。また、ハウジング１２の上部他方側にはコネクタ２１が形成されている。コネクタ２１には電気配線２８が配されている。電気配線２８の下端は回路基板２３のターミナル２６に接続され、コネクタ２１の上端は図示省略した外部電源に接続されるようになっている。外部電源からの電力は、電気配線２８及びターミナル２６を介して回路基板２３に供給されるようになっている。

ハウジング１２の外壁１７上端には、ボディ５０の下端が固定されている（例えば、溶着によって固定されている）。ボディ５０には吸入ポート５１と吐出ポート（図示省略）が形成されている。ハウジング１２とボディ５０によって形成される内部空間（すなわち、外壁１７，凸部１５及びボディ５０によって形成される内部空間）がポンプ室として機能する。
このポンプ室にはロータ４３が配置される。ロータ４３は樹脂製であり、略円筒状のマグネット部４５と、マグネット部４５の一端を閉じるインペラ４４を備えている。マグネット部４５は磁性粉を含有することによって磁化されている。インペラ４４の中央には軸受部４７が設けられ、その軸受部４７の周囲に複数枚のフィンが設けられている。軸受部４７は、ポリフェニレンスルフィド材料（ＰＰＳ材料）から形成されている。軸受部４７の貫通孔にシャフト４６が挿通されており、ロータ４３はシャフト４６回りに回転自在とされている。シャフト４６の上端にはスクリュウネジ４９によってワッシャ４８が取り付けられている。これによって、ロータ４３の回転時の浮き上がりが防止される。
なお、後述するステータコイル３５によってロータ４３が回転駆動されると、吸入ポート５１から液体がポンプ室内に吸入される。吸入された液体は、インペラ４４の回転によって昇圧され、吐出ポートから吐出される。

ハウジング１２の内部には基板収容部１４が形成されている。凸部１５の内部にはステータ収容部１６が形成されている。ステータ収容部１６の下方は基板収容部１４と連通している。これによって、回路基板２３（後で詳述する）を収容する１つの収容空間が形成されている。基板収容部１４の下方は開放されており、基板収容部１４の下方から基板収容部１４及びステータ収容部１６内に回路基板２３が差し込まれる。基板収容部１４及びステータ収容部１６内には、ハウジング１２の下端１３からポッティング材４１が充填される。この充填されたポッティング材４１内に回路基板２３は埋まっている。これによって、基板収容部１４及びステータ収容部１６内に外部からの液体の浸入が防止され、回路基板２３の誤動作や破壊が防止されている。

ポッティング材４１には熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。熱伝導率の高い材料を用いることで、ステータ３３等からの熱を外部に放熱し、回路基板２３の温度上昇を抑制することができる。ポッティング材４１には、例えば、放熱シリコンや、レジン系又はエポキシ系樹脂を用いることができる。さらには、これらの樹脂にアルミナの繊維（フィラー）を混入することもできる。アルミナのフィラーを添加することで、熱伝導率を上げることができる。

図１に示すように、回路基板２３は、基板２４と、基板２４に固定されたステータ３３を有する。ステータ３３は、ステータコア３４とステータコイル３５を備えている。ステータコア３４は、プレス加工などで得られた薄い鋼板（例えば、ケイ素鋼板）を積層することによって構成されている。
図２に示すように、ステータコア３４には、複数のスロット３６が形成されている。ステータコア３４の中央には嵌合穴３４ａが形成されている。ステータ３３がステータ収容部１６に収容された状態では、嵌合穴３４ａにシャフト固定部１６ａが嵌合するようになっている（図１参照）。これによって、ステータ収容部１６内の所定の位置にステータ３３が位置決めされる。
ステータコア３４の下端にはターミナル３７の上端が固定されている。ターミナル３７の下端は、基板本体２４のターミナル用ランド２７（図３参照）に半田付けされている。従って、ステータ３３はターミナル用ランド２７を介して基板２４に固定されている。
ステータコイル３５は、ステータコア３４の各スロット３６に巻回されている。ステータコイル３５の巻線の一端４０は、ターミナル３７に接続されている。

図２に示すように、基板２４のステータ３３側の基板面（以下、ステータ側基板面という）には、ステータ３３の他に電子部品２５（２５ａ，２５ｂ，２５ｃ），２９が実装されている。ステータ側基板面にはプリント配線（図示省略）が施されている。
ステータ側基板面のうちロータ４３のマグネット部４５下端面と対向する領域（すなわち、ステータ３３の外周部に形成されるリング状の領域）には、パワートランジスタ２５ａ、パワーダイオード２５ｂのような高発熱性電子部品や、ホール素子２５ｃが配置される。パワートランジスタ２５ａは、ステータコイル３５への電力供給を切り替えるためのパワー素子である。パワーダイオード２５ｂは、電力供給切替時のサージ電圧吸収用素子である。ホール素子２５ｃは、ロータ４３の回転角度を検出するためのセンサである。高発熱性電子部品をこの領域に配するのは、この領域はポンプ室（詳細には、図1に示す溝２０）内の液体によって冷却されるからである。また、ホール素子２５ｃをこの領域に配するのは、ロータ４３の磁極を精度良く検出するためである。
ステータ側基板面のうちステータ３３から離れた領域には、発熱量が小さい電子部品２９が配される。低発熱性の電子部品２９としては、例えばコンデンサ等がある。また、ステータ側基板面にはターミナル２６が装着されている（図１参照）。

図３に示すように、基板２４の反ステータ側基板面にも電子部品３１が実装されている。反ステータ側基板面に実装される電子部品３１には、例えばチップ抵抗等がある。なお、基板２４には反ステータ側基板面からステータ側基板面に貫通する貫通孔３０が複数設けられている（図２及び図３参照）。

図２と図３の比較から明らかなように、基板２４のステータ側基板面に実装される電子部品２５，２９は、反ステータ側基板面に実装される電子部品３１より大きくされている。特に、ステータ側基板面に実装される電子部品２５，２９の中で最も小さい電子部品でも、反ステータ側基板面に実装される電子部品３１のいずれの電子部品よりも大きくされている。
また、電子部品が大きくなると、その電極間距離も大きくなる。このため、基板２４のステータ側基板面に実装される各電子部品２５，２９の電極間距離は、反ステータ側基板面に実装されるいずれの電子部品３１の電極間距離よりも大きくされている。すなわち、ステータ側基板面に実装される電子部品２５，２９の中で最も電極間距離が小さい電子部品の電極間距離でも、反ステータ側基板面に実装される電子部品３１の中で最も電極間距離が大きい電子部品の電極間距離よりも大きくなっている。

従って、ハウジング１２内に液状のポッティング材４１を注入する際には、ステータ側のポッティング材への気泡の巻き込みが抑制され、ステータ側のポッティング材４１に含まれる気泡数（空気量）は少なくなる。このため、ステータ側のポッティング材４１に含まれる気泡を短時間で除去することができる。
また、基板２４には貫通孔３０が設けられている。このため、ステータ側のポッティング材４１に含まれる気泡は、基板２４の側面とハウジング１２との隙間を通って反ステータ側に抜けることができる他、貫通孔３０を通って反ステータ側に抜けることもできる。このことによっても、ステータ側のポッティング材４１に含まれる気泡を短時間で除去することができる。
また、仮にステータ側のポッティング材４１の中に気泡が残留してしまったとしても、ステータ側の電子部品２５，２９の電極間距離は大きい。このため、電子部品２５，２９の電極間がショートしてしまうことが防止されている。
一方、基板２４の反ステータ側基板面には小さな電子部品３１が実装されるが、反ステータ側基板面はハウジング１２の下端１３側の面であり、その間に気泡の抜けを妨げるものもない。このため、反ステータ側のポッティング材４１に巻き込まれた気泡は抜け易く、それらの気泡を短時間で除去することができる。
なお、ポッティング材４１中の気泡は、ハウジング１２の下端１３からハウジング１２外に放出される。従って、本実施形態においては、ハウジング１２の下端１３が請求項でいう「開口部」となる。このため、上記の「ステータ側」が請求項でいう「反開口部側」となり、上記の「反ステータ側」が請求項でいう「開口部側」となる。

上述した説明から明らかなように、本実施形態の電動ポンプ１０は、ステータ側のポッティング材４１内に含まれる気泡が少なく、また、抜けやすくなっているため、短時間で脱泡処理を行うことができる。また、仮にステータ側のポッティング材４１に気泡が残ったとしても、ステータ側基板面に実装した電子部品２５，２９のショートが防止され、回路基板２３の誤動作等が防止できる。
なお、上述した実施形態は、アウターロータ型の電動ポンプの例であったが、本発明の技術はインナーロータ型の電動ポンプにも適用することもできる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、基板２４の反ステータ側（開口部側）の基板面に電極間距離の小さい電子部品３１のみを実装したが、反ステータ側の基板面には電極間距離の大きい電子部品を実装するようにしてもよい。すなわち、気泡の抜け難い「ステータ側」の基板面に実装する電子部品を所定の大きさのものとすればよく、気泡の抜け易い「反ステータ側」の基板面に実装する電子部品の大きさについては任意に決めることができる。

また、ステータ側の基板面に実装する電子部品は、その電極間距離を２．０ｍｍ以上とすることが好ましい。電極間距離を２．０ｍｍ以上とすることで、生産性を維持したまま電子部品の電極間の短絡といった不具合の発生を低く抑えることができる。図４は、ステータ側の基板面に実装される電子部品の電極間距離と、脱泡処理時間と、脱法処理後に電子部品の周囲に残留する気泡の大きさとの関係を示すグラフである。図４に示すように、脱泡処理の時間が長くなると、電子部品の周囲に残留する気泡の大きさは小さくなる。また、脱泡処理の時間が同一であれば、電子部品の電極間距離が大きいほど残留する気泡の大きさは小さくなる。これは、電極間距離の大きな電子部品ほど基板との隙間も大きくなり、気泡を巻込み難いためと考えられる。
ここで、電子部品の周囲に残留する気泡の大きさが当該電子部品の電極間距離より小さければ、電極間の短絡の発生を抑制することができる。すなわち、電子部品の周囲にその電極間距離より大きな気泡が残留する場合、そのような気泡が当該電子部品の電極間にまたがって発生する可能性がある。電極間にまたがって気泡が発生すると、その気泡中の水分が結露してマイグレーションによって電極間が短絡する。一方、電子部品の周囲に気泡が残留していても、その気泡が当該電子部品の電極間距離より小さければ、その気泡が当該電子部品の電極間をまたぐことはない。従って、気泡中の水分が結露しても、電極間が短絡することはない。
上述したように、電子部品の周囲に残留する気泡を当該電子部品の電極間距離より小さくすれば、電極間の短絡の発生を抑えることができる。一方、電子部品の周囲に残留する気泡の大きさは脱泡時間によってコントロールできる。このため、電子部品の周囲に残留する気泡が当該電子部品の電極間距離より小さくなるように脱泡時間を設定することが好ましいこととなる。本発明者の研究によれば、残留する気泡の大きさを電子部品の電極間距離より０．５ｍｍ程度小さくすれば、電極間の短絡を効果的に防止することが判明している。従って、電極間距離が２．５ｍｍの電子部品の周囲に残留する気泡の大きさを２．０ｍｍ以下とするためには脱泡時間を７．５分に設定することが好ましく、電極間距離が２．０ｍｍの電子部品の周囲に残留する気泡の大きさを１．５ｍｍ以下とするためには脱泡時間を１４分に設定することが好ましい（図４参照）。なお、電極間距離１．５ｍｍの電子部品の場合、その周囲に残留する気泡の大きさを１．０ｍｍ以下とするためには脱泡時間を約５０分行う必要がある。従って、ステータ側の基板面に電極間距離１．５ｍｍの電子部品を実装すると、電極間の短絡を防止するためには脱泡処理に要する時間を極端に長く設定しなければならず、生産性が悪化してコストアップとなる。以上のことから、ステータ側の基板面に実装する電子部品の電極間距離を２．０ｍｍ以上とすることで、電極間の短絡の発生を防止しつつ生産性を維持することが可能となる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施形態に係る電動ポンプの縦断面図。 第１実施形態に係る回路基板の表面の平面図。 第１実施形態に係る回路基板の裏面の平面図。 ステータ側基板面に実装された電子部品の電極間距離と、脱泡処理時間と、残留気泡の大きさの関係を示すグラフ。

符号の説明

１０：電動ポンプ
１２：ハウジング
１４：基板収容部
１５：凸部
１６：ステータ収容部
１６ａ：シャフト固定部
１７：外壁
２０：ロータ収容部
２３：回路基板
２４：基板
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ：電子部品
２７：ターミナル用ランド
２９：電子部品
３３：ステータ
３４：ステータコア
３５：ステータコイル
３７：ターミナル
４１：ポッティング材
４３：ロータ
４４：インペラ
４６：シャフト
５０：ボディ
５１：吸入ポート

Claims (5)

1. ケースと、
   そのケース内に収容される基板と、
   その基板に実装される電子部品群と、を備え、
   ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成されると共に、その内部にポッティング材が充填されており、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれており、
   基板の反開口部側の面に実装される各電子部品の電極間距離が、基板の開口部側の面に実装されるいずれの電子部品の電極間距離よりも大きいことを特徴とする電子制御装置。
2. ケースと、
   そのケース内に収容される基板と、
   その基板に実装される電子部品群と、を備え、
   ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成されると共に、その内部にポッティング材が充填されており、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれており、
   基板の反開口部側の面に実装される電子部品の電極間距離が２．０ｍｍ以上となっていることを特徴とする電子制御装置。
3. 基板には開口部側の面から反開口部側の面に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子制御装置。
4. 回路ケースと、
   その回路ケース内に収容される基板と、
   その基板に実装される電子部品群と、
   回路ケース内に収容されるステータコイルと、
   回路ケース外に配置され、ステータコイルによって駆動されるロータと、
   ロータを収容するポンプケースと、を備え、
   回路ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成されると共に、その内部にポッティング材が充填されており、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれており、
   基板の反開口部側の面に実装される各電子部品の電極間距離が、基板の開口部側の面に実装されるいずれの電子部品の電極間距離よりも大きいことを特徴とする電動ポンプ。
5. 回路ケースと、
   その回路ケース内に収容される基板と、
   その基板に実装される電子部品群と、
   回路ケース内に収容されるステータコイルと、
   回路ケース外に配置され、ステータコイルによって駆動されるロータと、
   ロータを収容するポンプケースと、を備え、
   回路ケースは、基板の一方側の面と対向する面に開口部が形成されると共に、その内部にポッティング材が充填されており、そのポッティング材の中に基板及び電子部品群が埋め込まれており、
   基板の反開口部側の面に実装される電子部品の電極間距離が２．０ｍｍ以上となっていることを特徴とする電子制御装置。

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