JP2011205732A - 回路構成体および電気接続箱 - Google Patents

Abstract

【課題】スルーホールの半田付け部分にかかる応力を緩和し、高密度実装化を図る。
【解決手段】本発明は、対向状態で配置された第１回路基板３０Ａと第２回路基板３０Ｂとの間に導電板２０が配置され、かつ、第２回路基板３０Ｂにスルーホールａ３２が貫通して形成された回路構成体であって、導電板２０は金属板材からなり、板状をなす本体部２１と、その本体部２１から曲面形状をなして延出され、その延出端部２３Ｂがスルーホールａ３２に半田付けされる第２バスバー２３とを備えて構成され、第２バスバー２３の延出端部２３Ｂは、本体部２１に対して相対的に変位可能とされている構成としたところに特徴を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回路構成体および電気接続箱に関する。

従来、共通の電源から種々の電装品に電力を分配する機能を有するユニットとして電気接続箱が用いられており、例えば下記特許文献１に記載の電気接続箱が知られている。電気接続箱の内部には、回路構成体が収容されており、回路構成体は、回路基板、この回路基板に実装された制御素子およびスイッチング素子などの電子部品、電源に接続された電源端子、電装品に向かうワイヤーハーネスが接続されるコネクタ端子などを備えて構成されている。これにより、電源分配、電装品のオンとオフなどが行われ、かつ過電流が流れた場合には回路保護機能によって各電装品への通電が遮断される。

上記の回路基板には、その一方の面に回路パターンが形成され、その他方の面に導電板が取り付けられている。また、回路基板には、その一方の面と他方の面とを貫通するようにしてスルーホールが形成されている。さらに、導電板には、電源端子やコネクタ端子などのバスバーが一体に成形されている。これらのバスバーは、切り起こしによって形成され、スルーホールに差し込まれている。このスルーホールの内部に半田を充填し、バスバーの一部を半田で埋設することにより、回路パターンと導電板が電気的に接続されている。

特開２００６−５１０７号公報

しかしながら、回路基板は絶縁性の樹脂基材をベースにして構成されており、金属板材からなる導電板とは熱膨張率が異なるため、例えば冷熱サイクルの繰り返しにより、スルーホールが接続突部に対して相対的に移動しようとする結果、スルーホールの半田付け部分に応力がかかり、半田に亀裂等が生じやすくなる。

また、上記の回路構成体では、回路基板の他方の面に導電板が取り付けられているため、電子部品を実装する実装面が回路基板の一方の面に限定されており、さらなる高密度実装化を図るべく、新たな回路基板を上記の回路基板と対向状態で配置することも考えられる。その場合、両回路基板を導通可能に接続する接続用端子などを別途用意する必要があるため、部品点数が増加してしまう。特に、電源ラインなどの大電流用途に用いられる接続用端子の場合には、発熱の影響を考慮する必要がある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、スルーホールの半田付け部分にかかる応力を緩和し、高密度実装化を図ることを目的とする。

本発明は、対向状態で配置された第１回路基板と第２回路基板との間に導電板が配置され、かつ、第２回路基板にスルーホールが貫通して形成された回路構成体であって、導電板は金属板材からなり、板状をなす本体部と、その本体部から曲面形状をなして延出され、その延出端部がスルーホールに半田付けされる第２バスバーとを備えて構成され、第２バスバーの延出端部は、本体部に対して相対的に変位可能とされている構成としたところに特徴を有する。

このような構成によると、第２バスバーの延出端部が本体部に対して相対的に変位可能とされているため、両回路基板と導電板とがそれぞれ異なる熱膨張率で伸縮した場合でも、その伸縮差を吸収することができる。したがって、両回路基板と導電板との熱膨張率の差に起因してスルーホールが本体部に対して相対的に移動した場合に、スルーホールの移動に追従して第２バスバーの延出端部が変位するため、スルーホールの半田付け部分にかかる応力を緩和することができる。

また、少なくとも２つの回路基板を備えているため、制御素子、スイッチング素子などの電子部品を第１回路基板と第２回路基板の双方に実装することができる。したがって、高密度実装化を図ることができる。

本発明の実施の態様として、以下の構成が好ましい。
第２バスバーは、その基端部から延出端部に向けて略クランク状をなして撓み可能に延出されている構成としてもよい。
このような構成によると、簡易な形状で可撓性を持たせることができ、第２バスバーの加工が容易になる。また、第２バスバーのクランク部分を撓み変形させることでその延出端部を変位させ、半田付け部分にかかる応力を緩和することができる。

第２バスバーは、同一の平面内で曲面形状をなして撓み可能に延出されている構成としてもよい。
このような構成によると、母材となる金属板材を打ち抜いて第２バスバーの基端部を曲げ加工するだけで第２バスバーを形成することができる。

本体部は、第１回路基板における第２回路基板との対向面に対して絶縁性を有する絶縁シートによって接着されている構成としてもよい。
このような構成によると、本体部と第１回路基板との間を絶縁しつつ、本体部を第１回路基板の対向面に固定することができる。

また、本発明は、上記の回路構成体と、回路構成体を収容するケースと、第１回路基板の導電路に接続された複数の入出力端子とを備え、導電板は、本体部から延出され、その延出端部が第１回路基板の導電路に接続される第１バスバーを備えて構成されている電気接続箱としてもよい。

このようにすると、入出力端子、第１回路基板の導電路、第１バスバー、本体部、第２バスバー、および第２回路基板のスルーホールからなる電気回路が構築される。すなわち、電気回路の大部分を導電板によって構成しているため、電源ラインとして電気回路に大電流を流した場合でも発熱を抑えることができる。

ケースの内部に収容され、複数の入出力端子を保持する端子保持部を備え、第１回路基板と第２回路基板は、端子保持部に対してねじ止めされている構成としてもよい。
このような構成によると、両回路基板を端子保持部にねじ止めし、この端子保持部をケースの内部に収容することにより、両回路基板の間にスペーサなどを設置することなく、両回路基板を対向状態で配置することができる。

本発明によれば、スルーホールの半田付け部分にかかる応力を緩和することができ、高密度実装化を図ることができる。

実施形態１における電気接続箱の斜視図 図１の電気接続箱の分解斜視図 第２バスバーの延出端部を第２回路基板のスルーホールに差し込む前の状態を示した斜視図 第２バスバーの延出端部を第２回路基板のスルーホールに差し込んで半田付けを行った状態を示した断面図 第１バスバーの延出端部を第１回路基板のスルーホールに差し込む前の状態を示した斜視図 第１バスバーの延出端部を第１回路基板のスルーホールに差し込んで半田付けを行った状態を示した断面図 実施形態２における第２バスバーの斜視図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図６の図面を参照しながら説明する。本実施形態の電気接続箱１０は、図１に示すように、略方形の扁平形状をなす箱形とされており、車両の内部に設置されるものである。電気接続箱１０は、図２に示すように、下から順に、ロアケース６０、複数の入出力端子４４を端子保持部４５で保持してなる端子集合体４３、第２回路基板３０Ｂ、導電板２０、第１回路基板３０Ａ、複数の入出力端子４１を枠状の端子保持部４２で保持してなる端子集合体４０、アッパケース５０などを備えて構成されている。なお、本発明でいう回路構成体は、導電板２０と両回路基板３０Ａ，３０Ｂとによって構成されている。

アッパケース５０の上面には、複数のコネクタ嵌合部５１が上方に開口している。複数のコネクタ嵌合部５１の内部には、複数の入出力端子４１が収容されている。複数のコネクタ嵌合部５１には、各種電装品（図示せず）もしくはバッテリに直結された相手側コネクタが嵌合可能とされている。これにより、バッテリから電気接続箱１０に電力が供給されるとともに、この電気接続箱１０から各種電装品に電力が分配供給される。なお、入出力端子４１のうち図２の左端側に位置する最も大きい端子は、バッテリから供給された電力を受電する電源端子４１Ａである。

両回路基板３０Ａ，３０Ｂと導電板２０は、その四隅において端子集合体４０にねじ止めされている。一方、アッパケース５０の外周側面における下端部には、撓み可能な複数の係止片５２が配設されている。複数の係止片５２は、ロアケース６０の外周側面に配設された係止突部６１に対して上下方向に係止可能とされている。これにより、アッパケース５０がロアケース６０に固定されている。

導電板２０は金属板材を母材として形成されており、第１回路基板３０Ａの下面に沿って配置される板状の本体部２１、本体部２１から下方に延出された後、上方に折り返された第１バスバー２２、同じく本体部２１から下方に延出された第２バスバー２３などを備えて構成されている。両バスバー２２，２３は、いずれも金属板を打ち抜いた後、その基端部を下方に曲げ加工することによって形成されている。両バスバー２２，２３は、いずれも棒状をなしており、両回路基板３０Ａ，３０Ｂにそれぞれ貫通して形成されたスルーホールａ３２に差し込まれて半田付けされる。

導電板２０は、第１回路基板３０Ａの下面に装着されている。この導電板２０は、図４または図６に示すように、粘着剤を主成分とする絶縁シート７０によって第１回路基板３０Ａの下面に接着されている。この絶縁シート７０は絶縁性を有しているため、第１回路基板３０Ａと導電板２０は電気的に絶縁されている。

両回路基板３０Ａ，３０Ｂは、導電路の回路配置およびスルーホールの配置がいずれも同じ部分と、異なる部分とから構成されている。したがって、以下においては両回路基板３０Ａ，３０Ｂについて重複する説明は省略するものとし、両回路基板３０Ａ，３０Ｂに共通する説明においてはまとめて回路基板３０という。同様に、スルーホールについても両回路基板３０Ａ，３０Ｂに共通する説明については省略するものとする。

回路基板３０の上面には、図２に示すように、複数の半導体スイッチング素子３１が同回路基板３０の長手方向に並んで実装されている。ここで、本実施形態の第２回路基板３０Ｂには、半導体スイッチング素子３１が実装されていない。これは、第２回路基板３０Ｂが増設用の基板であって、必ずしも第２回路基板３０Ｂに半導体スイッチング素子３１を実装する必要はないからである。換言すると、第１回路基板３０Ａと第２回路基板３０Ｂの双方に半導体スイッチング素子３１を実装することができるため、高密度実装化が可能である。

スルーホールは、入出力端子４１が接続される入出力端子用のスルーホールｂ３５、入出力端子４４が接続される入出力端子用のスルーホールｃ３６、両バスバー２２，２３が接続されるバスバー用のスルーホールａ３２などから構成されている。入出力端子４１は、入出力端子用のスルーホールｂ３５に差し込まれてスルーホールｂ３５の内壁に半田付けされている。

バスバー用のスルーホールａ３２は、図５に示すように、回路基板３０に実装された隣り合う半導体スイッチング素子３１の間に配設されている。バスバー用のスルーホールａ３２の上下両開口縁部には、リング状をなす一対のランド３３が形成されている。両ランド３３は、バスバー用のスルーホールａ３２の内壁と一体に形成されている。

第１バスバー２２について図５の図面を参照しながら説明する。第１バスバー２２は略Ｕ字状をなす端子であって、基端部２２Ａから下方（第２回路基板３０Ｂ側）に延出されて略Ｕ字状に折り返されている。この第１バスバー２２は、前記したように、基端部２２Ａを折り曲げることによって形成されているため、第１バスバー２２の折り返し部分が本体部２１よりも下方に突出し、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂが本体部２１よりも上方に突出するようになっている。このようにすると、曲げ加工を１回行うだけでよく、加工が容易になる。

このため、本体部２１を第１回路基板３０Ａの下面に装着すると、図６に示すように、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂが第１回路基板３０Ａの下方からスルーホールａ３２の内部に差し込まれる。これにより、導電板２０が第１回路基板３０Ａに対して位置決めされた状態となり、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂをスルーホールａ３２に対して半田付けすることが可能になる。

第１バスバー２２の延出端部２２Ｂは、詳細には、スルーホールａ３２の内壁と両ランド３３とに対して半田付けされている。本実施形態では、第１回路基板３０Ａの上面側のみにクリーム半田を印刷しておき、第１回路基板３０Ａと導電板２０を重ね合わせた状態でリフロー炉に通すことにより、クリーム半田が溶融し、溶融半田が第１バスバー２２を伝って第１回路基板３０Ａの下面側に濡れ広がるようになっている。そして、溶融半田が冷却、固化されることにより、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂがスルーホールａ３２の内壁と両ランド３３とに対して導通可能に接続される。

次に、第２バスバー２３について図３の図面を参照しながら説明する。なお、図３は、説明の都合上、上下逆に配置してある。すなわち、第２バスバー２３はクランク状をなす端子であって、基端部２３Ａから下方に延出され、一旦略９０°曲げられて本体部２１の平面方向に沿って水平方向に延出され、再び略９０°曲げられて下方に延出されている。つまり、第２バスバー２３における基端部２３Ａと延出端部２３Ｂとの中間位置には、クランク部分２３Ｃが形成されている。クランク部分２３Ｃと延出端部２３Ｂとの間における端子幅は、クランク部分２３Ｃと基端部２３Ａとの間における端子幅の半分程度とされている。このため、第２バスバー２３は、主にクランク部分２３Ｃが撓み変形することで延出端部２３Ｂが左右方向と板厚方向（図４の紙面と直交する方向）に撓み可能となっている。また、クランク部分２３Ｃは簡易な形状とされているため、第２バスバー２３を容易に加工することができる。

第２バスバー２３の延出端部２３Ｂは、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂと同様に、スルーホールａ３２の内壁と両ランド３３とに対して半田付けされている。本実施形態では、リフロー半田により、溶融半田が冷却、固化され、第２バスバー２３の延出端部２３Ｂがスルーホールａ３２の内壁と両ランド３３とに対して導通可能に接続される。

回路基板３０は、絶縁性を有する樹脂基材の両面に導電路が形成されたものである。さらに、この導電路は、銅箔をエッチングするなどして形成された回路であり、入出力端子用のスルーホールｂ３５とバスバー用のスルーホールａ３２との間を回路形成している。このため、バッテリからの電力は、電源端子４１Ａ、入出力端子用のスルーホールｂ３５、第１回路基板３０Ａの導電路、バスバー用のスルーホールａ３２、第１バスバー２２、本体部２１、第２バスバー２３、バスバー用のスルーホールａ３２、および第２回路基板３０Ｂの導電路からなる電源ラインに供給される。この電源ラインは、大部分が導電板２０によって構成されているため、電源ラインに大電流を流した場合でも、発熱を抑えることができる。

この電気接続箱は、例えば次のような工程によって製造される。まず、導電板２０を、第１回路基板３０Ａの下面に絶縁シート７０によって接着し、次にフロー半田付けにより、第１回路基板３０Ａの上面に複数の半導体スイッチング素子３１等の電子部品を実装すると同時に、第１バスバー２２の延出端部２２Ｂとスルーホールａ３２を接続する。この第１回路基板３０Ａを端子集合体４０にねじ止めし、入出力端子４１と第１回路基板３０Ａのスルーホールｂ３５をフロー半田付けする。

一方の第２回路基板３０Ｂは、第２回路基板３０Ｂの上面に複数の半導体スイッチング素子３１等の電子部品を実装した後に、下面から入出力端子４４をスルーホールｃ３６に挿入しフロー半田付けされる。次に、第２回路基板３０Ｂを端子集合体４０にねじ止めし、リフロー半田により第２バスバー２３の延出端部２３Ｂをスルーホールａ３２に対して接続する。そして、第１回路基板３０Ａと第２回路基板３０Ｂに対してアッパケース５０とロアケース６０を組み付けて電気接続箱１０が完成する。

さて、回路基板３０は、樹脂基材を主成分として構成されているのに対して、導電板２０は、金属からなる構成とされているため、両者２０，３０は、熱膨張率の差が大きい。このため、加熱と冷却を行うと、回路基板３０が導電板２０に対して相対的に移動しやすくなる。これに伴って、スルーホールａ３２は、導電板２０に対して相対的に移動しやすくなる。このため、スルーホールａ３２の半田付け部分３４に応力が集中し、亀裂が入るなどの事態が懸念される。

その点、第１バスバー２２は略Ｕ字状をなし、折り返し端部が撓み変形可能であるため、延出端部２２Ｂが本体部２１に対して相対的に変位可能である。例えば、図６においてスルーホールａ３２が本体部２１に対して図示左右方向に移動した場合に、折り返し端部が撓み変形することでスルーホールａ３２の移動に追従して延出端部２２Ｂが相対的に変位し、スルーホールａ３２の半田付け部分３４にかかる応力が緩和されるようになっている。これにより、スルーホールａ３２の半田付け部分３４に亀裂が入るなどの事態を未然に防ぐことができる。

同様に、第２バスバー２３は略クランク状をなし、クランク部分２３Ｃよりも先端側が撓み変形可能であるため、延出端部２３Ｂが本体部２１に対して相対的に変位可能である。例えば、図４においてスルーホールａ３２が本体部２１に対して図示左右方向に変位した場合に、主にクランク部分２３Ｃを撓み変形させることでスルーホールａ３２の移動に追従して延出端部２３Ｂが相対的に変位する。これにより、スルーホールａ３２の半田付け部分３４にかかる応力が緩和され、半田付け部分３４に亀裂が入るなどの事態を未然に防ぐことができる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図７の図面を参照しながら説明する。実施形態２は、実施形態１における第２バスバー２３の形状を一部変更したものであって、実施形態１と重複する構成、作用、および効果についてはその説明を省略する。また、実施形態１と同じ構成については、実施形態１と同一の符号を用いるものとする。なお、図７は、説明の都合上、上下逆に配置してある。すなわち、本実施形態の第２バスバー２４は、基端部２４Ａから折り曲げることによって下方に延出され、一旦本体部２１の平面方向に沿って水平方向に延出され、さらに本体部２１の下面と平行な面内において略９０°折り曲げられ、再び略９０°曲げられて下方に延出されている。

ところで、実施形態１の第２バスバー２３は、同一の平面内で曲面形状をなして撓み可能に延出されているのに対して、実施形態２の第２バスバー２４は、実施形態１におけるクランク部分２３Ｃをさらに略９０°曲げ加工したものであるため、同一の平面内で形成されていない。このため、実施形態１の第２バスバー２３は、クランク部分２３Ｃを曲げ加工しなくてもよく、製造の点からは、実施形態２の第２バスバー２４よりも優れている。

しかしながら、実施形態２のクランク部分２４Ｃは、曲げ加工が施されているため、実施形態１のクランク部分２３Ｃよりも剛性が高くなっている。このため、実施形態２のクランク部分２４Ｃは、撓み変形が規制されており、クランク部分２４Ｃよりも先端側のみが撓み変形することになる。すなわち、スルーホールａ３２が本体部２１に対して相対的に変位した場合でも、クランク部分２４Ｃを支点として、クランク部分２４Ｃよりも先端側のみを撓ませることができ、スルーホールａ３２の移動に追従して延出端部２４Ｂを相対的に変位させることができる。これにより、スルーホールａ３２の半田付け部分３４にかかる応力を緩和できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態では略クランク状をなす第２バスバーを例示しているものの、本発明によると、略Ｓ字状をなす第２バスバーとしてもよい。
（２）上記実施形態では略Ｕ字状をなす第１バスバーを例示しているものの、本発明によると、略Ｖ字状をなす第１バスバーとしてもよい。

（３）上記実施形態では導電板２０が絶縁シート７０によって第１回路基板３０Ａの下面に接着されているものの、本発明によると、導電板２０が両回路基板３０Ａ，３０Ｂに面接触しないで、導電板２０がこれらの中間に配置されているものでもよい。この場合、第１回路基板３０Ａのスルーホールａ３２に対して第２バスバーで接続してもよい。なお、この際の導電板２０と第１回路基板３０Ａの隙は、スペーサあるいはフロー半田治具により確保される。

（４）上記実施形態では導電板２０が絶縁シート７０によって第１回路基板３０Ａの下面に接着されているものの、絶縁シート７０を無くして導電板２０と第１回路基板３０Ａを添わせてもよい。

（５）上記実施形態では電源ラインの一部として第１バスバーと第２バスバーを用いているものの、本発明によると、電気信号を送受信する電気回路の一部として第１バスバーと第２バスバーを用いてもよい。

（６）上記実施形態では導電板２０とは別部品の電源端子４１Ａを設けているものの、本発明によると、導電板２０の本体部２１の一部を切り起こすことによって電源端子を設けてもよい。

（７）上記実施形態では端子保持部４２をアッパケース５０と別体に形成しているものの、本発明によると、端子保持部４２をアッパケース５０と一体に形成してもよい。

１０…電気接続箱
２０…導電板
２１…本体部
２２…第１バスバー
２２Ｂ…延出端部
２３…第２バスバー
２３Ｂ…延出端部
２４…第２バスバー
２４Ｂ…延出端部
３０…回路基板
３０Ａ…第１回路基板
３０Ｂ…第２回路基板
３２…スルーホールａ
４１…入出力端子
４１Ａ…電源端子（入出力端子）
４２…端子保持部
５０…アッパケース（ケース）
６０…ロアケース（ケース）
７０…絶縁シート

Claims (6)

1. 対向状態で配置された第１回路基板と第２回路基板との間に導電板が配置され、かつ、前記第２回路基板にスルーホールが貫通して形成された回路構成体であって、
   前記導電板は金属板材からなり、板状をなす本体部と、その本体部から曲面形状をなして延出され、その延出端部が前記スルーホールに半田付けされる第２バスバーとを備えて構成され、前記第２バスバーの延出端部は、前記本体部に対して相対的に変位可能とされていることを特徴とする回路構成体。
2. 前記第２バスバーは、その基端部から延出端部に向けて略クランク状をなして撓み可能に延出されていることを特徴とする請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記第２バスバーは、同一の平面内で曲面形状をなして撓み可能に延出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記本体部は、前記第１回路基板における前記第２回路基板との対向面に対して絶縁性を有する絶縁シートによって接着されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の回路構成体と、
   前記回路構成体を収容するケースと、
   前記第１回路基板の導電路に接続された複数の入出力端子とを備え、
   前記導電板は、前記本体部から延出され、その延出端部が前記第１回路基板の導電路に接続される第１バスバーを備えて構成されていることを特徴とする電気接続箱。
6. 前記ケースの内部に収容され、前記複数の入出力端子を保持する端子保持部を備え、
   前記第１回路基板と前記第２回路基板は、前記端子保持部に対してねじ止めされていることを特徴とする請求項５に記載の電気接続箱。

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