JP2007294371A - 密封型リレーの封止構造及びその実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉛フリーはんだリフロー工程などの高温環境暴露にもかかわらず封止性に優れた密封型リレー及び及びその実装方法を提供すること。
【解決手段】一端に開口を有し内部にリレー本体部を収容するケース１の開口にはケース１の内部空間を密閉するべく板状のカバー２が押入される。カバー２の外主面にシール材４が塗布乃至滴下され、その固化によりシール材４はケース１の側壁１１の内側面に接着されて内部空間がシールされる。ケース１の側壁１１にはシール材４側に開口する溝部１３が形成され、この溝部１３のシール材４側の開口は狭窄される。
【選択図】図１

Description

本発明は密封型リレー（以下、単にリレーとも言う）及びその実装方法に関し、特に鉛フリーはんだ実装に好適な密封型リレーのシール構造の改良に関する。

たとえば下記の特許文献１、２などに採用されている従来の密封型リレーのシール構造を図１０及び図１１に示す。図１０はその模式底面図、図１１は模式断面図である。１００は一端開口の角形ケース、２００は角形ケース１００の開口部に圧入された平板状のカバーであり、カバー２００は、リレー本体部（図示省略）が収容された角形ケース１００内の空間を密閉している。３００はカバー２００を貫通して外部に突出するリレーの接点端子、４００はシール材、５００はリレーのコイル端子である。接点端子３００及びコイル端子５００はカバー２００を貫通して外部に突出している。シール材４００は、カバー２００の外側主面を覆っており、その周縁部は角形ケース１００の内側面に接着されている。

この密封型リレーの接点端子３００やコイル端子５００は、はんだリフロー工程などによりプリント基板に実装される。
特開平７−２２０５９９号公報 特開平１０−２５５６２４号公報

近年、環境面の要求から密封型リレーの実装において鉛フリーはんだの使用が必要となってきた。しかしながら、鉛フリーはんだを用いた密封型リレーの回路基板への実装時において密封型リレーの温度が上昇し、しかも高温暴露時間が延長される結果、密封型リレーの気密性が低下するという問題が生じることが判明した。この問題について、図１１を参照して説明する。

鉛フリーはんだを用いたはんだリフロー工程では、２６０℃に達する１分程度のはんだ溶融期間と、その前後の高温期間（約２００℃）が存在し、密封型リレーのシール構造は、２００℃超にて１０分程度高温暴露される。

この結果、角形ケース１００内の内圧上昇により、角形ケース１００の開口部が開口を広げる向きに変形しようとする。固化したシール材４００は角形ケースの開口近傍の内側面に接着されているため角形ケース１００の開口近傍の内側面はシール材４００の周縁から剥離する方向に変形しようとし、その結果、開口近傍の内側面とシール材４００との接着面において剥離が生じる。この剥離が生じると、密封型リレーの気密性が低下してしまうという密封型リレーにとって重大な問題が生じることがわかった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、鉛フリーはんだリフロー工程などの高温環境暴露にもかかわらず封止性に優れた密封型リレー及び及びその実装方法を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明の密封型リレーは、一端に開口を有し内部にリレー本体部を収容するケースと、前記ケースの開口に押入されて前記ケースの内部空間を密閉する板状のカバーと、前記ケースの開口を囲む前記ケースの側壁の内側面及び前記カバーの外側主面に接着されて前記ケースの内部空間を封止するシール材とを備える密封型リレーの封止構造において、前記ケースあるいは前記カバーの少なくとも一方が、前記シール材側へ開口して前記シール材が充填される溝部を有し、前記シール材に近接する側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅が、前記シール材から遠ざかる側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっていることを特徴としている。

このようにすれば、たとえば鉛フリーはんだのリフローなどの高温環境におけるケースの内圧増大によりケースあるいはカバーとシール材との接着面が剥がれることがなく、信頼性に優れたシール性能をもつ密封型リレーを実現することができる。更に、接着面に生じる接着強度に頼って接合力を得ていた従来の封止構造に比べて、本発明は接合部材そのものの強度により接合力（耐剥離力）を得る構造であるため、接合性能（耐剥離性能）を大幅に向上することができる。

好適な態様において、前記シール材に近接する側の周方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっている。これにより、上記効果を容易に実現することができ、シール材の塗布又は滴下作業が困難化することもない。

好適な態様において、前記シール材に近接する側の高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっている。これにより、上記効果を容易に実現することができ、シール材の塗布又は滴下作業が困難化することもない。

好適な態様において、前記ケース（１）の側壁（１１）の内側面側に位置して前記ケース（１）の側壁先端部（１２）と略平行に突部（１５）が突設されることにより、前記ケース（１）の側壁先端部（１２）に近接する側での高さ方向における前記溝部（１３０）の開口幅は、前記ケース（１）の側壁先端部（１２）から遠ざかりかつ前記カバー（２）に近づく側での高さ方向における前記溝部の開口幅よりも大きく設定されている。このようにすれば、密封型リレーの内圧上昇によるケースの開口方向と直交するすべての横方向へのケースの側壁の膨れは、ケースの側壁全周においてシール材と上記突起との嵌合により良好に阻止することができる。

好適な態様において、前記シール材に近接する側の周方向及び高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向及び高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっている。これにより、上記効果を容易に実現することができ、シール材の塗布又は滴下作業が困難化することもない。

上記課題を解決する密封型リレーの実装方法は、一端に開口を有し内部にリレー本体部を収容するケースと、前記ケースの開口に押入されて前記ケースの内部空間を密閉する板状のカバーと、前記ケースの開口を囲む前記ケースの側壁の内側面及び前記カバーの外側主面に接着されて前記ケースの内部空間を封止するシール材とを備える密封型リレーを回路基板に鉛フリーはんだのリフローにより実装する密封型リレーの実装方法において、前記ケースあるいは前記カバーの少なくとも一方が、前記シール材側へ開口して前記シール材が充填される溝部を有し、前記シール材に近接する側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅が、前記シール材から遠ざかる側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっていることを特徴としている。

これにより、密封型リレーを鉛フリーはんだのリフローにより実装する場合でもシール性が低下することがない。

本発明の好適な実施形態を図面を参照して以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、その他の公知技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。

（実施形態１）
図１は、本発明を適用した実施形態１の密封型リレーの模式底面図、図２はその模式縦断面図である。ただし、図１では内部のリレー本体部の図示は省略されており、図２ではリレーの底面は紙面上側に示されている。また、理解を容易とするために、図１ではシール材４の部分にハッチングを付けている。

図１、図２において、１は一端開口の角形ケース（本発明で言うケース）、２は角形ケース１の開口部に圧入された平板状のカバーであり、角形ケース１及びカバー２は液晶ポリマー樹脂を成形して形成されている。カバー２は、リレー本体部（図示省略）が収容された角形ケース１内の空間を密閉している。更に説明すると、図２に示すように、カバー２の側面は、その内側において、角形ケース１の内側面に密着する突部２１を有している。図１における破線は、この突部の基端を示す。

３はカバー２を貫通して外部に突出するリレーの端子、４はシール材である。端子３はカバー２を貫通して外部に突出している。シール材４は、カバー２の外側主面を覆っており、その周縁部は角形ケース１の内側面に接着されている。図２に示すように、角形ケース１の開口周囲の側壁はカバー２よりも上方に僅かに突出している。シール材４は、エポキシ系樹脂液からなるシール材をカバー２上に滴下し、固化することにより形成される。これにより、固化したシール材４の周縁部は角形ケース１の内側面に接着されることになる。この密封型リレーは、その端子をプリント基板の所定部分にはんだ付けするなどのため、鉛フリーはんだクリームを塗布された後、上記した条件により加熱されて、プリント基板などの回路基板に実装される。

（角形ケース１とシール材４と結合強化構造）
次に、この実施例の特徴をなす角形ケース１とシール材４と結合強化構造について説明する。

この実施例では、角形ケース１の側壁１１のうち、開口周囲の部分である側壁先端部１２は、図１に示すようにカバー２側に開口する溝部１３を合計６個もつ。溝部１３の一つを図３に拡大図示する。図３は、溝部１３の近傍を底面側（上側）から拡大して見た部分底面図である。なお、理解を容易とするために、図３ではシール材４の部分にハッチングを付けている。

側壁１１の延在方向における溝部１３は、側壁１１の開口近傍部分１３ａにて突起１４により前後方向又は左右方向に狭窄されている。これにより、溝部１３は、側壁１１の開口近傍部分１３ａよりもその奥側部分１３ｂにおいて側壁１１の延在方向へ幅広となっている。言い換えれば、溝部１３の開口近傍部分１３ａの幅ｂはその奥側部分１３ｂの幅ａよりも小さく形成されている。もちろん、このシール材４側に開口する溝部１３には、カバー２上に滴下されたエポキシ系樹脂液を固化してなるシール材４により充填されることになる。

また、この実施形態では図４に示すように、側壁１１の延在方向における溝部１３は、側壁１１の開口近傍部分１３ａにて突起１５により上下方向へ狭窄されている。突起１５は、側壁１１から溝部１３の開口近傍部分１３ａを狭窄するべく上方へ突設されている。これにより、上下方向においても、溝部１３の開口近傍部分１３ａの上下幅ｂ’は、その奥側部分１３ｂの上下幅ａ’よりも小さく形成されている。もちろん、このシール材４側に開口する溝部１３には、カバー２上に滴下されたエポキシ系樹脂液を固化してなるシール材４により充填される。

（作用効果）
このようにすれば、鉛フリーはんだを用いた上記はんだリフロー工程時の高温暴露により角形ケース１の内圧によりその側壁１１の側壁先端部１２が外側へ押し広げることになっても、角形ケース１の側壁１１に設けた上記溝部１３の開口近傍部分１３ａを狭窄する突起１４、１５が設けられているため、側壁先端部１２の内側面とシール材４との接着面の剥離を良好に防止することができる。

また、この実施形態では、溝部１３を横方向へ狭窄する突起１４と、上下方向へ狭窄する突起１５とを同時に採用しているため、溝部１３一個あたりのシール材剥離防止機能を向上することができる。

（鉛フリーはんだを用いた実装方法の説明）
上記密封型リレーのプリント基板への実装を以下に説明する。

まずプリント基板に鉛フリーはんだクリームを塗布してこの密封型リレーを実装し、はんだリフロー炉にてはんだ付けを行う。このリフロー工程により、密封型リレーの内圧は、２６０℃に達する１分程度のはんだ溶融期間と、その前後の合計数分〜１０分程度の高温期間（約２００℃）とにより増大する。この内圧増大は、ケース１の側壁１１のうち側壁先端部１２を開口拡大側に付勢するが、ケース１の側壁１１の側壁先端部１２は、シール材４側の開口が狭窄された形状の溝部１３とこの溝部１３に充填されて固化されたシール材４とにより強力に一体化されているため、シール材４がケース１の側壁先端部１２の内側面から剥がれることがなく、密封型リレーのシールが劣化することがない。

（変形態様）
上記実施形態では、カバーとケースとは液晶ポリマー樹脂の成形により形成したが、他の樹脂成形を行ってもよく、その他、金属あるいはセラミックスを用いてもよい。

（変形態様）
上記実施形態では、液状シール剤を滴下したが、その代わりに塗布してもよい。

（変形態様）
上記実施形態では、溝部１３は、合計６個設けたが、個数に制限がないことはもちろんである。

（変形態様）
上記実施形態では、溝部１３は、互いに近づく向きに突出する一対の突起１４により左右方向又は前後方向に狭窄されたが、突起１４は一個のみでも同様の効果を奏することができる。

（変形態様）
図３に示す一対の突起１４の代わりに、図５に示す楔形状の溝部１３０によりシール材４の剥離防止を図っても良いことは当然である。また、図６に示すようにカバー２側にも同様の溝部２２を設けても良いことは明白である。

（実施形態２）
図７は、実施形態２の密封型リレーの模式縦断面図、図８はその模式底面図、図９は図８のA-A線矢視部分拡大断面図である。図１に示す実施形態１のシール材４の塗布領域と同じく、この実施形態４のシール材４の塗布領域も図８においてハッチングにて示されている。

この実施形態２は、図２又は図４に示す実施形態１の突起１５を、角形ケース１の側壁１１の全周にわたって設けた点をその特徴としている。図７〜図９を参照して更に詳しく説明する。ただし、突起１５が角形ケース１の側壁１１の全周にわたって設けられている点以外において、実施形態２は実施形態１と本質的に同じ構造を有している。

シール材４は、カバー２の外側主面２１０及び側面２１１を覆っている。角形ケース１の側壁１１の開口近傍部分である側壁先端部１２は、カバー２よりも上方へ僅かに突出している。シール材４は、エポキシ系樹脂液からなるシール材をカバー２上に滴下し、固化することにより形成されている。固化したシール材４の周縁部は角形ケース１の内側面に接着している。

この実施形態では、実施形態１で採用した角形ケース１の側壁先端部１２に設けられてカバー２側に開口する溝部１３（図１参照）及び突起１４（図３参照）は省略されている。なお、実施形態１では、この溝部１３は、側壁１１の開口近傍部分１３ａにて突起１４により前後方向又は左右方向に狭窄されて構成されている。

この実施形態では、実施形態１と同じく、シール材４を角形ケース１の側壁１１の側壁先端部１２近傍にて上下方向へ狭窄する突起１５を有している。すなわち、突起１５は、側壁先端部１２の内側面に沿いつつシール材４を狭窄するべく上方へ突出している。ただし、実施形態１とは異なり、この実施形態では、突起１５は、側壁先端部１２の全周にわたって設けられている。

角枠状に形成された突起１５を含む角形ケース１の側壁１１の側壁先端部１２の形状について図９を参照して更に詳しく説明する。側壁先端部１２は、その全周にわたってその内側面側の部分が取り除かれており、これによりその下方に位置する角形ケース１の側壁１１の主体部１１１よりも薄肉化されている。更に、この薄肉化により生じた主体部１１１の上端面１１２のうちその内側面側の部分から突起１５が上方へ突設されている。１１３は角形ケース１の側壁１１及び側壁先端部１２の外側面、１１４は角形ケース１の側壁１１のうち主体部１１１の内側面である。

また、上記した側壁先端部１２の薄肉化により、側壁先端部１２の内側面側には全周にわたって溝部１３０が形成されることになる。突起１５が存在するために、側壁先端部１２に近い位置における溝部１３０の上下幅（図４における上下幅ｂ’に相当）は、側壁先端部１２から遠い位置における溝部１３０の上下幅（図４における上下幅a’に相当）よりも下方へ深く形成されている。このため、この溝部１３０にシール材４を充填、成形すると、シール材４は、図９に示すように突起１５と嵌合状態となる。その結果。密封型リレー特有の現象として、リレー内圧が異常に上昇する事故が生じ、図９に示す角形ケース１の側壁１１に外側（図９では左側）に膨れようする力が働いても、角形ケース１の側壁１１の上記膨れは、角形ケース１の内側面とシール材４との接着力だけでなく、シール材４と突起１５との嵌合により良好に阻止されることができ、その後における密封型リレーの気密性低下を良好に防止することができる。

更に、この実施形態では、実施形態１と同じく、蓋板をなすカバー２の側面の下部は、その全周にわたって角形ケース１の主体部１１１の内側面に密接する突部２１を有している。したがって、突部２１の上部におけるカバー２の側面２１１と側壁先端部１２の内側面１１５との間の横幅に等しいシール材４の厚さtをこの突部２１の突出長だけ増大させることができ、上記内圧上昇時の溝部１３０におけるシール材４の弾性変形乃至塑性変形による側壁１１の横方向への膨れを抑止することができ、それによるその後のシール性低下を抑止することができる。ただし、カバー２に突部２１を設けることは、この実施形態において必須要件ではない。また、図４及び図９では突部２１の上端が突起１５の上端よりも低く形成したが、突部２１の上端と突起１５の上端との位置関係をこれに限定されるものではない。

（作用効果）
このようにすれば、鉛フリーはんだを用いた上記はんだリフロー工程時の高温暴露により角形ケース１の内圧によりその側壁１１の側壁先端部１２が外側へ押し広げることになっても、角形ケース１の側壁１１に全周にわたって設けられた側壁１１の突起１５とシール材４との嵌合により、上記側壁先端部１２の外側への膨れを、実施形態１よりも更に良好に防止することができる。

更にこの実施形態によれば、内圧上昇に起因して角形ケース１の側壁１１、特にその側壁先端部１２が外側へ膨れるのを防止する機構としての全周配置型の突起１５は、側壁先端部１２と平行に樹脂成形成形金型の抜き方向へ突設すればよいため、角形ケース１の成形作業特に成形品を金型から抜く作業が複雑化することもない。

実施形態１の密封型リレーの模式底面図である。 図１の密封型リレーの模式縦断面図である。 溝部の近傍を底面側（上側）から拡大して見た部分拡大底面図である。 溝部の近傍を拡大図示する部分拡大縦断面図である。 変形態様の溝部の近傍を底面側（上側）から拡大して見た部分拡大底面図である。 変形態様の溝部の近傍を底面側（上側）から拡大して見た部分拡大底面図である。 実施形態２の密封型リレーの模式縦断面図である。 図７のリレーの模式底面図である。 図８のA-A線矢視部分拡大断面図である。 従来の密封型リレーの模式底面図である。 従来の密封型リレーの模式縦断面図である。

符号の説明

１ 角形ケース（ケース）
２ カバー
３ 端子
４ シール材
１１ 側壁
１２ 側壁先端部
１３ 溝部
１３ａ 溝部の開口近傍部分
１３ｂ 溝部の奥側部分
１４ 突起
１５ 突起
２１ 突部
２２ 溝部
１１１ 主体部
１１２ 上端面
１１３ 外側面
１１４ 内側面
１１５ 内側面
１３０ 溝部
２１０ 外側主面
２１１ 側面

Claims (6)

1. 一端に開口を有し内部にリレー本体部を収容するケースと、
   前記ケースの開口に押入されて前記ケースの内部空間を密閉する板状のカバーと、
   前記ケースの開口を囲む前記ケースの側壁の内側面及び前記カバーの外側主面に接着されて前記ケースの内部空間を封止するシール材と、
   を備える密封型リレーの封止構造において、
   前記ケースあるいは前記カバーの少なくとも一方は、前記シール材側へ開口して前記シール材が充填される溝部を有し、
   前記シール材に近接する側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっていることを特徴とする密封型リレーの封止構造。
2. 請求項１記載の密封型リレーの封止構造において、
   前記シール材に近接する側の周方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっている密封型リレーの封止構造。
3. 請求項１記載の密封型リレーの封止構造において、
   前記シール材に近接する側の高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっている密封型リレーの封止構造。
4. 請求項３記載の密封型リレーの封止構造において、
   前記ケースの側壁の内側面側に位置して前記ケースの側壁先端部と略平行に突部が突設されることにより、前記ケースの側壁先端部に近接する側での高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記ケースの側壁先端部から遠ざかりかつ前記カバーに近づく側での高さ方向における前記溝部の開口幅よりも大きく設定されている密封型リレーの封止構造。
5. 請求項１記載の密封型リレーの封止構造において、
   前記シール材に近接する側の周方向及び高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向及び高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっていることを特徴とする密封型リレーの封止構造。
6. 一端に開口を有し内部にリレー本体部を収容するケースと、前記ケースの開口に押入されて前記ケースの内部空間を密閉する板状のカバーと、前記ケースの開口を囲む前記ケースの側壁の内側面及び前記カバーの外側主面に接着されて前記ケースの内部空間を封止するシール材とを備える密封型リレーを回路基板に鉛フリーはんだのリフローにより実装する密封型リレーの実装方法において、
   前記ケースあるいは前記カバーの少なくとも一方は、前記シール材側へ開口して前記シール材が充填される溝部を有し、
   前記シール材に近接する側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅は、前記シール材から遠ざかる側の周方向又は高さ方向における前記溝部の開口幅よりも狭くなっていることを特徴とする密封型リレーの実装方法。

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