JP2012016085A

JP2012016085A - 電子制御装置

Info

Publication number: JP2012016085A
Application number: JP2010147728A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Nakamura; 貢中村; Shinichi Takano; 真一高野; Toshinori Kamei; 俊典亀井
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-01-19

Abstract

【課題】より簡素な構造で信頼性のある防水機能を確保することのできる電子制御装置の防水構造を提供することを目的とする。
【解決手段】パワー基板３に電気的に接続される本体部４１と外部端子８に接続される接続部４２とからなる電極柱４０と、パワー基板３と電極柱４０の本体部４１とを収容するケース５０と、接続部４２の周囲に配置される防水シール６と、外部端子８とケース５０との間に配置され、ケース５０を介して防水シール６を押圧するスリーブ５２と、外部端子８を接続部４２に締結するボルト９と、を備える。外部端子８がボルト９により接続部４２に締結されることで、ケース５０を介してスリーブ５２が防水シール６を押圧する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子制御装置に関し、例えばフォークリフトのコントローラボックスに適用される電子制御装置に関する。

車両の走行や駆動に用いられる電子制御装置として、インバータ装置などの回路基板と回路基板を収容するケースとを備える電子制御装置が知られている。この電子制御装置は、高い防水性が要求されているため、外部からの水の浸入を封止する構造が種々提案されている。

特許文献１では、回路基板を内部に収容するケースに対して、回路基板と外部機器とを電気的に連絡するワイヤハーネスを挿通する樹脂性のグロメットを嵌合することにより、ケース内部を防水する構成が開示されている。具体的には、グロメットの嵌合溝部に下側ケースの嵌合切欠き部を挿入して嵌合し、上側ケースの凸部をグロメットの嵌合溝部に当接させ、上側ケースを下方に押し込んで、上側ケースと下側ケースを固定部材で固定することで電子装置を外部から封止している。

特開２０１０−３５３０１号公報

しかし、特許文献１のグロメットは複数の嵌合溝部やフランジを有する複雑な形状となっており、それ自体の製作やケースへの取り付けに手間がかかる。また、嵌合溝部やフランジの製作誤差によりケースとグロメットとの間に隙間が生じ、その隙間から電子装置の内部に水が浸入する恐れがある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、より簡素な構造で信頼性のある防水機能を確保することのできる防水構造を備えた電子制御装置を提供することを目的とする。

本発明の電子制御装置は、回路基板と、電極柱と、ケースと、シール部材と、押圧部材と、を備える。
電極柱は、本体部と接続部とからなる。本体部は、回路基板に電気的に接続される。本体部に連なる接続部は、外部端子に接続される。
ケースは、回路基板と、電極柱の本体部とを収容する。ケースには、電極柱の接続部が貫通する接続孔が形成される。
シール部材は、電極柱の本体部とケースとの間において、電極柱の接続部の周囲に配置される。
押圧部材は、外部端子とケースとの間に配置され、ケースを介してシール部材を押圧する。
本発明の電子制御装置は、外部端子が締結具により接続部に締結されることにより、ケースを介して押圧部材がシール部材を押圧することを特徴とする。
以上の構成を備える本発明の電子制御装置は、外部端子を電極柱の接続部に締結する作業を行うことで、ケースがシール部材を押圧するので、押圧されたシール部材はケースと電極柱との隙間を密に封止してケース内への水の浸入を確実に防止することができる。外部端子を電極柱の接続部に締結するという、本発明が対象とする電子制御装置にとって必然的な作業により、シール部材を押圧することができる。したがって、本発明によると、シール部材を押圧して防水効果を向上するための作業を個別に行う必要がない。

また、本発明の電子制御装置において、押圧部材はケースおよび外部端子の一方又は双方に一体的に設けることができる。このような形態においても、電極柱の接続部に外部端子を締結する作業を行うと同時に押圧部材によりシール部材が確実に押圧されるため、電子制御装置の防水性を得ることができる。

また、本発明の電子制御装置において、シール部材の厚さＡ_０と、押圧部材により押圧されたシール部材の厚さＡ_１と、非押圧状態における押圧部材が電極柱の接続部よりも突出する突出量Ｂが、以下の式で表される関係とすることができる。
Ａ_０−Ａ_１＝ΔＡ
Ａ_０＞Ｂ＞ΔＡ
この式を満たす寸法とすることにより、電子制御装置の防水機能をより確実なものとすることができる。

さらに、本発明の電子制御装置は、電極柱の温度上昇を検出する第１のセンサを備えることができる。電極柱の温度上昇を検出することにより外部端子の緩みを早期に検知し、緩んだ外部端子と電極柱の接続部との隙間からケース内に水が浸入することを予め防ぐことができる。

さらにまた、本発明の電子制御装置は、電極柱に付着した水を検出する第２のセンサを備えることができる。外部端子の緩みや、ケースやシール部材の劣化などで外部からケース内に水が浸入した場合、電極柱に付着した水を第２のセンサで検出することよりケース内への水の浸入を早期に検知することができ、電子制御装置に与えるダメージを最小限に抑えることが可能となる。

本発明の電子制御装置によれば、電極柱の接続部に外部端子を締結すると同時に押圧部材がシール部材を押圧するので、押圧されたシール部材はケースと電極柱との隙間を密に封止する。このように、本発明によると、押圧部材を設けるだけという簡素な構成を採用することで、ケースと電極柱との隙間からの水の浸入を確実に防ぐことができる。また、シール部材の押圧を、そもそも必要な外部端子を電極中の接続部に締結する作業により行うことができるので、本発明の電子制御装置を製造するのに作業負担を伴うことがない。

（ａ）は、本実施の形態における電子制御装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）の１ｂ−１ｂ矢視断面図である。図２は、押圧部材がケースと一体的に設けられる電子制御装置の防水構造を示す部分断面図であり、（ａ）は電極柱の接続部に外部端子が締結される前を示し、（ｂ）は電極柱の接続部と外部端子とが締結具により締結された状態を示す。図３は、押圧部材が外部端子と一体的に設けられる電子制御装置の防水構造を示す部分断面図であり、（ａ）は電極柱の接続部に外部端子が締結される前を示し、（ｂ）は電極柱の接続部と外部端子とが締結具により締結された状態を示す。図４は、押圧部材が独立して設けられるリングである電子制御装置の防水構造を示す部分断面図であり、（ａ）は電極柱の接続部に外部端子が締結される前を示し、（ｂ）は電極柱の接続部と外部端子とが締結具により締結された状態を示す。押圧部材と外部端子との間にワッシャを挟んだ電子制御装置の防水構造を示す部分断面図である。電極柱に歪ゲージを取り付けた形態の部分断面図である。電極柱に溝を設け、検出センサを取り付けた形態の部分断面図である。ケースに押さえ部を設けた形態の電子制御装置の防水構造を示す部分断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。

[第１実施形態]
図１に示すように、電子制御装置１は、金属からなる放熱板２と、放熱板２の上面に固定されるパワー基板（回路基板）３と、パワー基板３の上面に配置される複数の電極柱４０とを備える。
放熱板２はアルミニウム等の伝熱性材料からなり、上面に固定されたパワー基板３から生じる熱を外部に放出する。これにより、電子制御装置１内の熱を効率的に外部に逃がすことができる。
パワー基板３には、外部の高圧電源（図示無し）から例えば３００Ｖといった高電圧が供給されるようになっている。パワー基板３上には、複数のＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）によって構成されるスイッチング素子やゲート回路（いずれも図示無し）が実装されている。
さらに、パワー基板３上には、パワー基板３に電気的に接続される本体部４１と、本体部４１に連なり後述する外部端子８に接続される小径の接続部４２と、からなる電極柱４０が５つ（電極柱Ｐ、Ｎ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）配置されている。電極柱４０の本体部４１の径は５〜１０ｍｍで、接続部４２の径は２〜６ｍｍであるが、これらのサイズに限られるわけではない。高圧電源から供給される電力は、この電極柱４０を通ってパワー基板３に与えられる。
電極柱４０の本体部４１は、後述する防水シール６が配置される支持面４５を有する。

図１に示すように、電子制御装置１はさらに樹脂性のケース５０を備える。箱状のケース５０は、開口端側が放熱板２に接着剤等で固着され、パワー基板３と電極柱４０の本体部４１とを収容する。ケース５０の上面には電極柱４０の接続部４２に対応する位置に接続孔５１が設けられ、接続部４２がこの接続孔５１を貫通するようになっている。接続孔５１の周縁から垂設される所定高さのスリーブ（押圧部材）５２がケース５０と一体的に設けられている。
本体部４１の支持面４５上であって接続部４２の周囲には環状の防水シール６が配置されている。防水シール６としては、弾性変形しやすいアクリル系ゴムやフッ素系ゴムなどの樹脂を用いることができる。防水シール６を電極柱４０の本体部４１とケース５０の間において接続部４２の周囲に配置することにより、接続孔５１からのケース５０内部への水の浸入を防ぐことができる。

図２（ａ）に示すように、接続部４２にはボルト（締結具）９のネジ部がねじ込まれるネジ孔４３が形成されている。ボルト９は、電極柱４０の接続部４２と接続されることで電極柱４０と協働して電流の出入力を行う外部端子８を接続部４２に締結する。
ボルト９をネジ孔４３にねじ込んで接続部４２に締結することにより、接続部４２と外部端子８とが締結され電気的に接続される（図２（ｂ））。ボルト９を接続部４２にねじ込んで外部端子８を接続部４２に締結するときに、外部端子８の下面がスリーブ５２の頂面５３と接触してスリーブ５２を押し下げることでケース５０を介して防水シール６を押圧する。押圧された防水シール６は、本体部４１の支持面４５とそれに対向するケース５０内側の下面と密着して、支持面４５とケース５０との隙間を封止する。これにより、接続孔５１からのケース５０内への水の浸入を確実に防ぐことができる。

このように、電子制御装置１は、押圧された防水シール６が、本体部４１の支持面４５とそれに対向するケース５０内側の下面と密着することで、接続孔５１からのケース５０内への水の浸入を確実に防ぐことができる。この効果を得るための防水シール６は、リング状の単純な形態のものを防水が要求される箇所に一つだけ設ければよいので、特許文献１に開示されるグロメットのように複雑な形状とする必要がない。したがって、低コストの防水シール６を使用することができるとともに、その設置作業も容易である。
しかも、電子制御装置１は、ボルト９で接続部４２に外部端子８を締結する作業を行うだけで、防水シール６を押圧できるので、防水シール６を押圧する作業を別途行う必要がない。

電子制御装置１の防水効果をより向上するためには、防水シール６の厚さをＡ_０、押圧された防水シール６の厚さをＡ_１とし、また、スリーブ５２が防水シール６を押圧することなく載せられている非押圧状態において、接続部４２の頂面４４からスリーブ５２の頂面５３までの距離、つまりスリーブ５２の突出量をＢとしたとき、以下の式の関係を満たす設計とするのが好ましい。防水シール６を十分に潰すことができるからである。
Ａ_０−Ａ_１＝ΔＡ
Ａ_０＞Ｂ＞ΔＡ

以上は、押圧部材としてケース５０と一体的に形成されたスリーブ５２を用いる形態を説明したが、図３に示すように押圧部材として外部端子８と一体的に形成されたスリーブ８２を用いることもできる。ボルト９が接続部４２に締結されると同時に、スリーブ８２がケース５０を介して防水シール６を押圧し、押圧された防水シール６が本体部４１の支持面４５とそれに対向するケース５０内側の下面と密着して、支持面４５とケース５０との隙間を封止する。これにより、電子制御装置１の防水機能を確保することができる。
なお、押圧部材は、ケース５０および外部端子８の双方に設けられる形態としてもよい。
さらに、図４に示すように、押圧部材としてケース５０や外部端子８から独立したリング９２を用いることもできる。
押圧部材としていずれの形態を適用する場合も、上述の式を満たす設計とすることが好ましい。

[第２実施形態]
図５に基づき第２実施形態について説明する。なお、図５において第１実施形態の電子制御装置１と同じ部分には図１と同じ符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、外部端子８０の長さが短いと、外部端子８０が図中左側のスリーブ５２を押圧することができない。そこで、外部端子８０とスリーブ５２との間にワッシャＷＲを挟む。これにより、ボルト９を接続部４２に締結したときにワッシャＷＲがスリーブ５２の全ての頂面５３に接触してスリーブ５２を押圧し、押し下げられたスリーブ５２により防水シール６が押圧されて確実に防水することができる。
ここでは押圧部材としてスリーブ５２を用いるケースを説明したが、既に述べたほかの３つの形態の押圧部材を用いた場合にも、ワッシャＷＲの使用が可能であることは言うまでもない。

[第３実施形態]
図６および図７に基づき第３実施形態について説明する。なお、図６および図７において第１実施形態の電子制御装置１と同じ部分には図１と同じ符号を付してその説明を省略する。

電子制御装置１を例えばフォークリフトに搭載し長期間使用していると、作業時の振動などにより外部端子８が緩むことがある。外部端子８が緩む、すなわちボルト９と接続部４２との締結力が弱くなると、接続部４２から離れる方向へスリーブ５２等の押圧部材が浮き上がり防水シール６が弾性復帰する。これにより、防水シール６と支持面４５とこれに対向するケース５０内側の下面との密着面積が減少し、支持面４５とケース５０との隙間が生じて防水性能が低下する可能性がある。そこで、図６に示すように、温度の上昇を電極柱４０の伸びから検出するために、歪ゲージ４１３を電極柱４０に取り付けた。歪ゲージ４１３は、電極柱４０の伸びを検出すると、コントローラ４１４に検出信号を送信する。コントローラ４１４から電極柱４０の伸びを知らせるアラームが発せられ、外部端子８の接続部４２への接続状態の確認を促す。これにより、外部端子８に緩みが生じていることを早期に発見し、外部端子８を接続部４２に確実に締結しなおして、外部からケース５０内へ水の浸入を予め防ぐことができる。なお、本発明における第１のセンサは、歪ゲージ４１３のように温度上昇を間接的に検出するものを含むが、温度を直接検出することのできるセンサ（例えば、サーミスタ）を用いることもできることは言うまでもない。

次に、図７に基づきケース５０の内側に浸入した水を検出する機能を有する電子制御装置１の構成について説明する。上述したように、外部端子８に緩みが生じ、押圧部材が浮き上がって防水機能が低下する恐れがあることのほかに、長年にわたる使用や作業中のアクシデントなどにより、樹脂性のケース５０に接続孔５１を起点とした割れが生じる可能性がある。このような割れから水が浸入した場合にはいち早くその状態を検出することが重要である。
図７に示すように、電極柱４００にはらせん状の溝４１１が設けられている。溝４１１は位置によって高低差があり、電極柱４００の接続部４２０の付近から浸入した水が溝４１１の最も低い位置である検出部４１１ａに溜まるようになっている。
検出部４１１ａには、溜まった水ＷＴを検出する検出センサ４１２（第２のセンサ）が設けられている。検出センサ４１２は例えば紙でできており両端に電極（図示せず）が設けられ、常に所定の電圧が印加されている。検出センサ４１２が水を含むことで電流が流れると両端の電位差が変動する。この電位差の変動を検出部４１５が検出する。電位差の変動を検出した検出部４１５は、電子制御装置１の使用の停止を促すアラームを発信する。
このような構成とすることで、水の浸入が電子制御装置１に与えるダメージを最小限に抑えることができる。
なお、検出センサ４１２の材料は紙に限定されず、例えば吸水性高分子、吸水性樹脂からなるもの等を用いることができる。
また、電極柱４００に付着した水を検出することを可能とする構成は、溝４１１の形成の他にも容易に類推することができる。

[第４実施形態]
図８に基づき第４実施形態について説明する。なお、図８において第１実施形態の電子制御装置１と同じ部分には図１と同じ符号を付してその説明を省略する。
第４実施形態では、図８に示すように、ボルト９を接続部４２に締結する際にスリーブ５２０によりケース５００を介して押圧された防水シール６が本体部４１の支持面４５からはみ出ることを防ぐために、ケース５００に押さえ部５４０を設ける。環状の押さえ部５４０は、ケース５００の防水シール６と接触する側の面から電極柱４０の本体部４１に沿って垂下するようにケース５００と一体的に設けられる。押さえ部５４０の高さは１〜５ｍｍで、径は電極柱４０の本体部４１の径よりも大きいが、押圧された防水シール６を囲い込み、防水シール６のはみ出しを防ぐことができる程度の大きさとする。このような構成とすることで、より優れた防水効果を確保することができる。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１…電子制御装置、２…放熱板、３…パワー基板、４０、４００…電極柱、４１…本体部、４２、４２０…接続部、４３…ネジ孔、４４…頂面、４５…支持面、５０、５００…ケース、５１…接続孔、５２、８２、５２０…スリーブ、５３…頂面、５４０…押さえ部、６…防水シール、７…シールド、８…外部端子、９…ボルト、９２…リング、４１１…溝、４１１ａ…検出部、４１２…検出センサ、４１３…歪ゲージ、ＷＲ…ワッシャ、ＷＴ…水

Claims

回路基板と、
前記回路基板に電気的に接続される本体部と、前記本体部に連なり外部端子に接続される接続部と、からなる電極柱と、
前記回路基板と前記電極柱の前記本体部とを収容し、前記電極柱の前記接続部が貫通する接続孔が形成されるケースと、
前記電極柱の前記本体部と前記ケースの間において、前記接続部の周囲に配置されるシール部材と、
前記外部端子と前記ケースとの間に配置され、前記ケースを介して前記シール部材を押圧する押圧部材と、
前記外部端子を前記接続部に締結する締結具と、
を備え、
前記外部端子が前記締結具により前記接続部に締結されることにより、前記ケースを介して前記押圧部材が前記シール部材を押圧する、
ことを特徴とする電子制御装置。
前記押圧部材は、
前記ケース及び前記外部端子の一方又は双方に一体的に設けられる、
請求項１に記載の電子制御装置。
前記シール部材の厚さＡ_０と、前記押圧部材により押圧された前記シール部材の厚さＡ_１と、非押圧状態における前記押圧部材が前記電極柱の前記接続部よりも突出する突出量Ｂが、以下の式で表されることを特徴とする請求項１に記載の電子制御装置。
Ａ_０−Ａ_１＝ΔＡ
Ａ_０＞Ｂ＞ΔＡ
前記電極柱の温度上昇を検出する第１のセンサを備える、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子制御装置。
前記電極柱に付着した水を検出する第２のセンサを備える、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子制御装置。