JP2011074983A - 変速制御装置及び機電一体型電子制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】小型の機械的部品に内蔵でき、配線自由度の高い小型化，高放熱，高信頼性の機電一体型電子制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え、導電性筐体内に設置される機電一体型電子制御装置において、少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できる事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
【選択図】 図３
【解決手段】制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え、導電性筐体内に設置される機電一体型電子制御装置において、少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できる事を特徴とする機電一体型電子制御装置。
【選択図】 図３
Description
本発明は、変速機の内部に設置される変速機制御装置、及び、自動車，船舶，ロボットなどの機械的部品と一体化し使用する小型，高信頼性の機電一体型電子制御装置に関する。特に、硫化物等の腐食性成分を含んだオイル環境である変速機内部で使用できる機電一体型電子制御装置に関する。
自動車に関しては、燃費，排ガスに対する規制強化や、安全性，快適性，静粛性に対する要求から、様々な電子制御が用いられ、電子部品の数が増大し、配線の引き回しが複雑になってきている。また、変速機も小型化の方向にあり、内部空間が立体的で複雑になってきている。このような内部空間に電子部品を設置し配線するためには３次元空間での配線のレイアウト自由度を高める必要がある。
折り曲げが容易で３次元的なレイアウト自由度が高い配線としてフレキシブル基板が知られている。
また、バスバーを用いた配線技術として以下が開示されている。
特許文献１に示されるように、バスバーに粉体塗装で絶縁膜を形成し他の導電部材と短絡する事なく導電路を配策した電気接続箱が知られている。
特許文献２に示されるように複数のコンデンサを平行導体で接続したインバータ装置が知られている。
フレキシブル基板は、絶縁性フィルムに銅箔を貼り付けた後、エッチングによりパターンを形成するため配線厚さを厚くするとコスト高となる問題があった。このため、変速機のように振動の激しい環境で用いるには支持板が必要となり、支持板の影響で逆に配線のレイアウト自由度が低下する問題があった。また、配線が薄いため配線を経由した放熱が難しい問題があった。また、配線が０.１mm未満であると腐食性の硫化物を含む変速機油中で銅配線が腐食し断線しやすい問題があった。
特許文献１は、バスバーに粉体塗装で絶縁膜を形成し、一部導電性部分を残しそこで基板に固定するのである。このため、基板の制約で３次元的な配線レイアウトが難しい問題があった。また、粉体塗装はエッジ部にピンフォールが多いため、金属製のコンタミが多く、硫化物を含み銅配線が腐食する変速機油中環境で使用できるものではなかった。
特許文献２は導電性部分で電子部品に固定するのであるが、変速機等の導電性筐体への取り付けを考慮したものではなかった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、導電性筐体内に設置する配線のレイアウト自由度が高い機電一体型電子制御装置を提供することにある。
本発明の機電一体型電子制御装置は、制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え、導電性筐体内に設置される機電一体型電子制御装置において、少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できる事を特徴とする。
また、本発明の変速機制御装置は、制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え変速機筐体内に設置される変速機制御装置において、少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できる事を特徴とする。
本発明により、導電性筐体内に設置する配線のレイアウト自由度が高い機電一体型電子制御装置を得ることができる。従って、本発明は、電子制御装置を小型の機械部品に内蔵するエンジン，変速機，モータ等に適応することができるものである。
本発明は、制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え、導電性筐体内に設置される機電一体型電子制御装置において、少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できる構成としたことを特徴とする。
本発明の角型配線材には、金属平板を打ち抜いたり、金属製線材をプレスで平坦化したりしたものを用いる事ができる。線材をそのまま用いると、所定の形状に布線しても形状を固定できない。このため制御信号発生部品や被制御部品を接続する工程で布線する必要があり、製造時間がかかり、生産コストが高くなる問題があった。一方、角型配線材を用いると予め所定の形状に固定しておく事ができるため、生産コストが低減できる効果がある。また、予め絶縁被覆した線材をプレスで平坦化すると絶縁被覆にピンポールが生じる問題があった。このため、腐食性の硫化物を含む変速機油中では用いる事ができなかった。このため、角型配線材を所定形状に形成した後、絶縁材を含む溶液に浸漬し絶縁被覆する事で、ピンフォールの発生が無く絶縁被覆できる効果がある。金属平板を打ちぬく方が製造は容易であるが、打ち抜いた後の残材が多くなりコスト高となる。一方、金属製線材をプレスで平坦化する場合、所定の形状に布線する必要があるが、残材が無く低コスト化できる効果がある。
金属素材としては、鉄，銅，アルミ等を用いる事ができる。素材として銅系金属であるりん青銅を用いると角型配線材の端部をコネクタ端子に使用できる効果があるが、変速機油中の硫化物で表面から徐々に硫化銅となり腐食し配線が薄くなる。このため変速機内で長期使用するためには０.１mm以上の厚さにする事が望ましい。
一方、鉄やアルミは変速機油中での腐食が少ないため配線材を０.１mmより薄くできる効果がある。特に鉄は剛性が強いため機械的強度が必要な場所に用いるのに適している。
また、アルミは、熱伝導率が高く、比重が小さいため高放熱，軽量化が必要な場合に適している。さらに、アルミは、アルマイト処理により表面に絶縁被覆を形成でき絶縁皮膜形成のプロセスを簡略化できる効果がある。
本発明の絶縁被覆には、図１に示すイミド基を有する高分子材を用いる事が望ましい。これは、イミド基は金属との接着性が良好で、腐食性の硫化物がある変速機油中でも高い耐久性がある事を確認できたからである。
本発明の固定穴には、図２に示すように円形２５，楕円２６，Ｕ字形状２７やこれに類似する形状を用いる事ができる。固定穴の穴部分を含む表面が絶縁被覆されているため、導電性の筐体に対して導電性のネジを用いても電気的絶縁を保ち固定できる。特に変速機油中には、変速機金属が磨耗して発生する導電性のコンタミが含まれており短絡のポテンシャルが高いため、固定穴全体が絶縁被覆されていればコンタミ対策が容易となる効果がある。
また、本発明では、図３（ａ）に示すように複数の厚さの角型配線材を用い、厚手の角型配線材２２上に薄手の角型配線材２３を重ねる事で支持板が無くても薄手の角型配線材２３を支持する事ができる。単に重ねただけでも良いが、図３（ｂ）に示すように部分的に接着材１６等で固定したり、図３（ｃ）に示すように固定板３１等を用いて機械的に固定する事で耐振性をさらに向上し、変速機への組み立て性を高める事ができる。
厚手の角型配線材は導体厚さが０.４mm以上を意味しており、薄手の角型配線材は導体厚さが０.１mm以上０.４mm未満を意味している。
また、本発明では、図４に示すように、制御信号発生部品として制御ユニット１５や被制御部品としてソレノイド１８近傍の角型配線材９に固定穴１２を設け、これらの部品を接続している間に幅狭の領域を設ける事が望ましい。これにより、被制御部品から角型配線材に伝わった熱を固定部から導電性筐体に放熱すると伴に、幅狭の領域が熱抵抗となるため制御部品の発熱を制御信号発生部品に伝わるのを防止する事ができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明の説明をする。表１に実施例１〜４，比較例１，２の構成と効果を示す。
図５に本実施例で用いた制御ユニット１５の断面模式図を示す。ベアチップ１，チップコンデンサ２，チップ抵抗３などの電子部品を基板４上に搭載し、基板４をリードフレーム５上に接着している。基板からの電気信号はリードフレーム６を通じて出力しており、電子部品及びリードフレームの一部はトランスファーモールドにより封止材７で封止している。リードフレーム５は固定するための固定構造８を有し変速機筐体２４に機械的に固定している。
図６に本発明の角型配線材９の製造工程を示す。全面にＮｉめっきを施した厚さ０.６mmの銅系の金属平板１０を金型１１でプレスし所定の形状に打ち抜いた。このとき、固定穴１２も打ち抜いた。さらに金型で曲げ加工を施し、立体的な形状を形成した。
次に、所定箇所にマスキング１３を施し、絶縁材を分散した溶液に浸漬し、恒温槽で加熱処理を行い溶媒の揮発及び絶縁材のイミド化反応を行い絶縁皮膜１４を形成した。複数の角型配線材は、絶縁被覆を同時に形成し作業性を高めるためタイバー２１で連結していた。このタイバーをプレスで切断し本発明の角型配線材９を作成した。
タイバー部分は絶縁皮膜が施されないため、角型配線材を組み合わせた時重なり合わない端部になるように工夫した。さらに複数の角型配線材はアクリル系又はエポキシ系接着材１６により幅広の角型配線材に幅狭の角型配線材を接着した。これにより、この後の生産性及び変速機との組み立て性が向上した。
イミド基を有する絶縁被覆１４はアクリル系やエポキシ系接着材１６との接着性が良好で特別な表面処理をしなくても接着できる。エポキシ系接着材は油中での接着強度保持率が高い効果があるが、アクリル系接着剤は低温、短時間で接着できる効果がある。
角型配線材には絶縁被覆が施されているため、変速機に組み立て後は剥離しても短絡等の故障につながる恐れは無いため仮固定で良い。
本実施例のように変速機の振動が激しく共振する場合、油中での接着強度保持率が高いエポキシ系接着材を用いる事で、生産性及び変速機との組み立て性を向上する事に加え、変速機の信頼性保証期間の間、共振を抑制する効果があった。
図７に本発明の機電一体型変速機制御装置の平面模式図、図８に断面模式図を示す。制御信号を発信する制御ユニット１５と制御信号によりソレノイド１８の電磁コイルが動作しバルブボディ１９に設けられた油圧流路を遮断、開放するソレノイド１８及び油圧センサー１７，コネクタ２０等が正極も負極も角型配線材９と電気的に接続した。
制御ユニット１５は端子数が多く端子ピッチ間が１.５mm以下と狭ピッチのためレーザー溶接により金属接合した。また、端子ピッチ間が狭いため、変速機油中の金属製コンタミによる短絡を防止するため、金属接合後、ポリイミド系の絶縁材３６を塗布した。
油圧センサー１７は端子ピッチが広く、端指数が少ないため抵抗溶接で金属接合した。また、ソレノイド１８は取り外し、交換ができるようにばね力で加圧する圧接により電気的に接続している。
角型配線材９には固定穴１２を設けており、この固定穴でネジ等によりアルミ製の変速機バルブボディに機械的に固定した。
角型配線材９に固定穴１２は絶縁被覆１４で覆われているため電気的絶縁を保ちつつ、導電性を有するアルミ製のバルブボディに固定できた。
角型配線材９の厚さを０.４mm以上とする事で、支持材なしで、制御ユニット，油圧センサー，ソレノイドを支持するのに必要な剛性が得られた。さらに角型配線材の幅広部に凹凸加工を施す事で剛性を向上する事ができた。支持材なしで角型配線材９を絶縁性を保ち導電性の変速機筐体に固定できるため筐体の形状に応じて柔軟に配線レイアウトできる効果があった。
また、ソレノイド１８は電磁コイルのため駆動時発熱する。このソレノイド近傍に角型配線材の固定穴を設けているためソレノイドの熱を効果的に変速機筐体に放熱し、ソレノイド温度上昇による制御精度低下を防止できる効果があった。
さらに、ソレノイドと制御ユニットの間に角型配線材の幅狭の領域を設けた。この幅狭の領域は幅広の領域より熱抵抗が高いため、ソレノイドの熱がベアチップを有する制御ユニットに伝わり、耐熱性の低いベアチップ温度を上昇する弊害を防止できる効果があった。
このように機電一体型変速機制御装置を作製したところ、配線のレイアウト自由度が高く、生産性が高く、変速機との組み立て性が良く、耐コンタミ性，耐振性，耐変速機油性，放熱性にバランス良く優れる効果があった。
図３に本実施例で用いた角型配線材の断面模式図を示す。鉄製で導体厚さ０.５mmの厚手の角型配線材２２と銅製で導体厚さ０.２mmの薄手の角型配線材２３を組み合わせ用いた。
厚手の角型配線材２２は変速機筐体２４に制御ユニット，油圧センサー，ソレノイド等を固定する機械的強度があり、鉄製する事でさらに強度を向上している。薄手の角型配線材２３は狭い隙間でも数多くの配線をレイアウトできる効果がある。銅製のため薄くても電気抵抗が小さい効果がある。
また、表面を絶縁被覆しているため密集して配線する事ができ配線のレイアウト自由度が高い効果がある。さらに両者を組み合わせて用いる事で、薄手の角型配線材２３の機械的強度を厚手の角型配線材で補い耐振性を高める効果がある。
図３（ｃ）に示すように厚手の角型配線材２２の固定穴１２を活用し、薄手の角型配線材２３とを固定板３１等で一体として変速機筐体２４に固定する事で、さらに耐振性を高める効果がある。
この角型配線材を用い、実施例１と同様に機電一体型変速機制御装置作製し変速機筐体に取り付けたところ、配線のレイアウト自由度が高く、生産性が高く、変速機との組み立て性が良く、耐コンタミ性，耐振性，耐変速機油性，放熱性にバランス良く優れる効果があった。
本実施例の角型配線材の導体には、厚さ０.５mmのアルミ及び厚さ０.２mmのアルミを用いた。素材にアルミを用いる事で絶縁皮膜をアルマイト処理で形成できるため、絶縁皮膜を形成する作業性の向上及び材料コスト低減の効果があった。
アルミは銅や鉄に比べ融点が低いため超音波接合しやすい特徴があった。このため、制御ユニット，油圧センサー及びソレノイドと角型配線材の接続は超音波接合による金属接合で行う事で、生産性を向上できた。
その他、実施例１と同様に機電一体型変速機制御装置を作製したところ、配線のレイアウト自由度が高く、生産性が高く、変速機との組み立て性が良く、耐コンタミ性，耐振性，耐変速機油性，放熱性にバランス良く優れる効果があった。
図９に本発明の線材からの角型配線材９の製造工程を示す。直径０.５mmの銅線を固定穴１２を含む所定形状に布線した後、プレスで厚さ０.２mmに押しつぶした。さらに金型で曲げ加工を施し、立体的な形状を形成した。
線材を用いる事で、平板から打ち抜く場合より端材が少なく低コスト化できる効果があった。
線材から作製した薄手の角型配線材と金属平板から作成した厚手の角型配線材を実施例２と同様に組み合わせて機電一体型変速機制御装置を作製しし変速機筐体に取り付けたところ、配線のレイアウト自由度が高く、生産性が高く、変速機との組み立て性が良く、耐コンタミ性，耐振性，耐変速機油性，放熱性にバランス良く優れる効果があった。
〔比較例１〕
比較例１の平面模式図を図１０に示す。比較例１の制御ユニットとフレキシブル基板を半田で接続している。フレキシブル基板３７の銅配線は厚さ０.０３５mmの銅箔をエッチングで所定形状にパターン形成したものを用いた。
比較例１の平面模式図を図１０に示す。比較例１の制御ユニットとフレキシブル基板を半田で接続している。フレキシブル基板３７の銅配線は厚さ０.０３５mmの銅箔をエッチングで所定形状にパターン形成したものを用いた。
フレキシブル配線は機械的強度が小さいため耐振性を満たすためには支持板３４に取り付ける必要があった。このため、支持板の影響で配線のレイアウト自由度が低下する問題があった。さらに配線素材として０.０３５mmの銅箔を用いているため配線からの放熱が少なく放熱性が低い問題があった。さらに、銅箔が０.１mm未満で薄いため硫化水素を発生する変速機油環境では銅配線が腐食し断線する部分があった。
〔比較例２〕
比較例２の断面模式図を１１に示す。金属銅板をプレスで打ちぬき作製したバスバー３３をナイロンの射出成型で被覆した。このときナイロン３２の被覆厚さが１mmとなり薄肉化するのが困難であった。このため、配線のレイアウト自由度が低下し、小型の変速機内に設置するのが難しい問題があった。
比較例２の断面模式図を１１に示す。金属銅板をプレスで打ちぬき作製したバスバー３３をナイロンの射出成型で被覆した。このときナイロン３２の被覆厚さが１mmとなり薄肉化するのが困難であった。このため、配線のレイアウト自由度が低下し、小型の変速機内に設置するのが難しい問題があった。
実施例１〜４及び比較例１，２の機電一体型変速機制御装置の構成と効果を表１に示す。表１の結果から、本実施例の構造を作製し変速機筐体に取り付けたところ、配線のレイアウト自由度が高く、生産性が高く、変速機との組み立て性が良く、耐コンタミ性，耐振性，耐変速機油性，放熱性にバランス良く優れる効果があった。
１ ベアチップ
２ チップコンデンサ
３ チップ抵抗
４ 基板
５，６ リードフレーム
７ 封止材
８ 固定構造
９ 角型配線材
１０ 金属平板
１１ 金型
１２ 固定穴
１３ マスキング
１４ 絶縁被覆
１５ 制御ユニット
１６ 接着材
１７ 油圧センサー
１８ ソレノイド
１９ バルブボディ
２０ コネクタ
２１ タイバー
２２ 厚手の角型配線材
２３ 薄手の角型配線材
２４ 変速機筐体
２５ 円形の固定穴
２６ 楕円形の固定穴
２７ Ｕ字型の固定穴
２８ タイバーカット
２９ ネジ
３０ ワッシャー
３１ 固定板
３２ ナイロン
３３ バスバー
３４ 支持板
３５ 絶縁材を分散した溶液
３６ 絶縁材
３７ フレキシブル基板
３８ 金属製線材
２ チップコンデンサ
３ チップ抵抗
４ 基板
５，６ リードフレーム
７ 封止材
８ 固定構造
９ 角型配線材
１０ 金属平板
１１ 金型
１２ 固定穴
１３ マスキング
１４ 絶縁被覆
１５ 制御ユニット
１６ 接着材
１７ 油圧センサー
１８ ソレノイド
１９ バルブボディ
２０ コネクタ
２１ タイバー
２２ 厚手の角型配線材
２３ 薄手の角型配線材
２４ 変速機筐体
２５ 円形の固定穴
２６ 楕円形の固定穴
２７ Ｕ字型の固定穴
２８ タイバーカット
２９ ネジ
３０ ワッシャー
３１ 固定板
３２ ナイロン
３３ バスバー
３４ 支持板
３５ 絶縁材を分散した溶液
３６ 絶縁材
３７ フレキシブル基板
３８ 金属製線材
Claims (9)
- 制御信号発生部品と、前記制御信号発生部品の制御信号によって制御される被制御部品とを接続する角型配線材とを備え、導電性筐体内に設置される機電一体型電子制御装置において、
少なくとも前記配線材は、固定穴を有し、固定穴を含む表面が絶縁被覆され、前記固定穴は導電性筐体に絶縁性を保ち、かつ機械的に固定できることを特徴とする機電一体型電子制御装置。 - 請求項１において、前記導電性製筐体が変速機筐体であることを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項１において、前記角型配線材は、金属平板を固定穴を有する配線形状にプレスで打ち抜いた後、折り曲げ加工を行い、導電性が必要な場所にマスキングを施し、絶縁材が分散した溶液にディップした後、加熱乾燥処理することで、固定穴を含む表面を絶縁材で被覆して形成されたことを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項１において、前記角型配線材は、金属製線材を固定穴形状及び配線形状に布線した後、プレスで平坦化し導電性が必要な場所にマスキングを施し、絶縁材が分散した溶液にディップした後、加熱乾燥処理することで、固定穴を含む表面を絶縁材で被覆して形成されたことを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項２おいて、前記角型配線材が複数の厚さを有し、厚手の角型配線材上に薄手の角型配線材を重ねたことを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項２において、前記角型配線材の固定穴は少なくとも前記制御信号発生部品及び前記被制御部品近傍に設け、前記制御信号発生部品と前記被制御部品を接続する間の前記角型配線材の一部に幅狭の領域を設けた事を特徴とする変速機制御装置。
- 請求項２において、前記絶縁被覆はイミド基を有する高分子材料によりなされていることを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項２において、前記角型配線材は銅，鉄，アルミのいずれか２種又は３種を素材として用いたことを特徴とする変速機制御装置。
- 請求項２において、前記固定穴はＵ字形状であることを特徴とする変速機制御装置。
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