JP2012084736A - 複数の配索材を搭載するメタルコア基板 - Google Patents

Abstract

【課題】分岐線やコネクタなどの従来の構成部品の削減ができて、しかも大電流仕様に対応でき、さらに、異形電源ボックスの中に収納可能なメタルコア基板を提供する。
【解決手段】本発明に係る複数の配索材を搭載するメタルコア基板１は、メタルコア材Ｍとメタルコア材Ｍの表面に形成された絶縁材Ｐ１、Ｐ２と絶縁材Ｐ１、Ｐ２の表面に形成された銅箔による回路パターンＣ２とを備えた配索材１０、１１の２個を、１枚の前記メタルコア材Ｍの上に所定の間隔をあけて形成し、前記所定間隔の部位ＭＣに位置する絶縁材Ｐ１、Ｐ２と銅箔Ｃ２とを除去して成るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の配索材を搭載するメタルコア基板に関するもので、特に、複数の配索材を収納する電源ボックスが平面状ではなくて、直角に折れ曲がった多面構成の異形形状をした電源ボックスに収納される場合の複数の配索材間の電気的接続に関する。

〈従来の配索材の１例〉
図７は従来の配索材の１例を説明する断面図である。
従来の配索材８０は、絶縁性基板８１の上下の表面に導電性の回路パターン８２が形成されており、この絶縁性基板８１には、負荷を切替制御するための半導体スイッチング素子（発熱素子）ＴＲと、この半導体スイッチング素子ＴＲを駆動するための駆動部品ＤＲ、半導体スイッチング素子ＴＲに対する放熱フィンＦ、及びコネクタＣなどが実装されている。相手方コネクタ３０Ｋの接続端子Ｔ２と配索材８０のコネクタＣの接続端子Ｔ１を介して車載バッテリから電力の供給を受けると共に、この電力を半導体スイッチング素子ＴＲの切替制御に基づいて断続することで所望の電力に変換して負荷に供給する。

〈異形形状の電源ボックスに収納された複数個の配索材の電気的接続〉
このような図７の配索材８０の２個が平面状の電源ボックスに搭載される場合は電源エネルギーの供給に特に問題はなかったが、車両搭載要件から電源ボックス２０が図８のように直角に折れ曲がった多面構成の異形形状をした電源ボックスとならざるを得ない場合、このような電源ボックス２０に配索材１００、１１０が収納されると、下流に位置する配索材１１０への電源エネルギーの供給が問題となった。
そこで、異なる面にある配索材同士を電気的に接続するためには、図８のようにワイヤーハーネス上で分岐を設けて別々に接続を行うか、図９のようにコネクタなどの部品を用いることが必要となる。

《分岐接続》
図８は従来方法１に係る電源エネルギー供給方法を説明する斜視図で、ワイヤーハーネス上で分岐を設けて別々に接続を行うものである。図８において、配索材収納スペースが互いに９０度に折れ曲がった異形電源ボックス２０の中に、図７の配索材８０のような配索材１００と１１０とがそれぞれ収納されると、配索材１００側では電源線３０Ａ（図３（Ｂ）参照）とその他の入出力線３０Ｂ（図３（Ｂ）参照）とがそれぞれコネクタ１０Ｋ（図８）を介して配索材１００と接続される。また、配索材１１０側では入出力線４０Ｂ（図３（Ｂ）参照）がコネクタ１１Ｋ（図８）を介して配索材１１０と接続される。そして、配索材１１０に電源エネルギーを供給するために電源線を接続するときは、上流側ワイヤーハーネス幹線３０上に分岐線３１を設けて、分岐線３１からコネクタ１１０Ｋ（図８）を介して回路接続を行っている。

《分岐接続の欠点》
ところが近年、ワイヤーハーネスや電源ボックスの搭載スペース確保が厳しくなると同時に、構成部品の削減が急務となっており、また、特に電源ボックスにおいては上流回路は大電流仕様となるため、従来通りの分岐接続の対応では太物電線の分岐が困難となっている。

《コネクタ接続》
図９は従来方法２に係る電源エネルギー供給方法を説明する斜視図で、異なる面にある配索材同士をコネクタで電気的に接続するものである。図９において、配索材収納スペースが互いに９０度に折れ曲がった異形電源ボックス２０の中に、図７の配索材８０のような配索材１００と１１０とがそれぞれ収納されると、配索材１００側では電源線３０Ａ（図３（Ｂ）参照）とその他の入出力線３０Ｂ（図３（Ｂ）参照）とがそれぞれコネクタ１０Ｋ（図９）を介して配索材１００と接続される。また、配索材１１０側では入出力線４０Ｂ（図３（Ｂ）参照）がコネクタ１１Ｋ（図９）を介して配索材１１０と接続される。配索材１１０に電源エネルギーを供給するために、配索材１００の後端部と配索材１１０の先端部にそれぞれコネクタＫ１と相手側コネクタＫ２を設けて、配索材１００側からコネクタＫ１とコネクタＫ２を介して配索材１１０が電源エネルギー供給を受けていた。

《コネクタ接続の欠点》
コネクタ接続の欠点も分岐接続の欠点と同じで、近年、ワイヤーハーネスや電源ボックスの搭載スペース確保が厳しくなると同時に、構成部品の削減が急務となっており、また、特に電源ボックスにおいては上流回路は大電流仕様となるため、従来通りのコネクタ接続の対応では大型コネクタの設定が困難となっている。

《フレキシブルプリント基板接続》
また、特許文献１には電気接続箱のケース内の回路基板に第１フレキシブルプリント基板の一端部を接続し、その他端部をスロットインコネクタに接続して、スロットインコネクタをケースの開口に取り付けて、ケース外部からプリント基板を着脱自在に差し込み接続できるようにすることが開示されている。特許文献１に示す考えを採用すると、配索性に優れたフレキシブルプリント基板を用いて上流の配索材と下流の配索材とを連結して、フレキシブルプリント基板を介して電源エネルギーの供給をすることが考えられる。

《フレキシブルプリント基板接続の欠点》
しかしながら、特許文献１のフレキシブルプリント基板は小容量の機器に対しては効果があるが、ここで問題にしているような電源ボックスにおいては上流回路は大電流仕様となるため、フレキシブルプリント基板では大電流に対応することができない。

特開平１１−４１７５２号公報

〈本発明の目的〉
本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので、構成部品の削減ができて、しかも大電流仕様に対応できる複数の配索材を搭載するメタルコア基板を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、第１発明は、複数の配索材を搭載するメタルコア基板において、メタルコア材と前記メタルコア材の表面に形成された絶縁層と前記絶縁層の表面に形成された銅箔による回路パターンとを備えた配索材の２個を、１枚の前記メタルコア材の上に所定の間隔をあけて形成し、前記所定間隔の部位に位置する前記絶縁層と前記銅箔とを除去したことを特徴としている。
第２発明は、第１発明において、前記絶縁層と前記銅箔とを除去した部位のメタルコア材を中心にして９０度または１８０度に折り曲げたことを特徴としている。
第３発明は、第２発明において、前記折り曲げ部位のメタルコア材を幅方向に複数に分割してそれぞれ幅狭のメタルコア材にして折り曲げ加工時の成形力を軽減させたことを特徴としている。

本発明によれば、２つの配索材の共通のメタルコア材を電源供給路として用いることができるので、分岐線やコネクタなどの従来の構成部品の削減ができて、しかも大電流仕様に対応できる。さらに、ほぼ中央部近傍の絶縁層と銅箔を除去したのでここで任意の角度に折り曲げて、異形の電源ボックス内に収納することができるようになる。
また、２つの配索材の共通のメタルコア材を幅方向に複数分割することで、折り曲げ加工時の成形力を軽減させることができたり、または複数の電源系統がある場合にも対処することができるようになる。

図１は本発明に係るメタルコア基板の配索材を異形電源ボックスの中に収納した状態の斜視図である。 図２は本発明に係る配索材の構成について説明する正面図で、（１）は折り曲げ前の状態、（２）は折り曲げた状態である。 図３は配索材へ電源エネルギーを供給するための図１のメタルコア基板法（Ａ）と図８の分岐接続法（Ｂ）を説明する等価回路である。 図４は電気部品を搭載した配索材の１例を示す縦断面図である。 図５は折り曲げ部の実施例２を示す斜視図である。 図６は折り曲げ部の実施例３を示す正面図である。 図７は従来の配索材の１例を説明する断面図である。 図８は従来方法１に係る電源エネルギー供給方法を説明する斜視図である。 図９は従来方法２に係る電源エネルギー供給方法を説明する斜視図である。

以下、構成部品の削減ができて、しかも大電流仕様に対応できる複数の配索材を搭載する本発明に係るメタルコア基板について、図面に基づいて説明する。

〈実施例１〉
〈本発明に係るメタルコア基板〉
図１は本発明に係る複数の配索材を搭載するメタルコア基板を説明する斜視図である。
本発明に係るメタルコア基板１は複数の配索材を異形電源ボックスの中にそれぞれ収納できるようにしたものである。すなわち、図１のような配索材収納スペースが互いに９０度に折れ曲がった異形電源ボックス２０の中に、共通のメタルコア材Ｍに配索材１０と１１を搭載したものを９０度に曲折して収納したのが特徴である。
図１において、１が本発明に係る複数の配索材を搭載するメタルコア基板で、配索材１０側では電源線３０Ａ（図３（Ａ））とその他の入出力線３０Ｂ（図３（Ａ））を纏めた上流側ワイヤーハーネス幹線３０がハーネス側のコネクタ３０Ｋから配索材１０側のコネクタ１０Ｋを介して配索材１０と接続されている。
また、配索材１１側では入出力線４０Ｂ（図３（Ａ））を纏めた下流側ワイヤーハーネス幹線４０がコネクタ４１Ｋから配索材１１側のコネクタ１１Ｋを介して配索材１１と接続されている。
そして、配索材１１に電源エネルギーを供給するため、上流である配索材１０のメタルコア材Ｍと配索材１１のメタルコア材Ｍを共通にして電源供給路とし、これを真ん中のＭＣ部分で９０度曲折して異形電源ボックス２０の中に収納している。
このように、メタルコア材Ｍを電源供給路として使用し、これを条件に応じて折り曲げて使うようにしている。

《配索材１０・１１の構成》
図２は配索材１０および配索材１１の構成について説明する縦断面図で、（１）は折り曲げ前の状態、（２）は折り曲げた状態である。図２（１）において、上下方向の中央に銅板から成るメタルコア材Ｍがあり、メタルコア材Ｍの左右方向の中央近傍を露出させている。メタルコア材Ｍの左右の上下に絶縁材Ｐ１、Ｐ２が積層され、さらにその上下に導体パターンが形成される銅箔Ｃ１、Ｃ２が積層されている。電気部品等は絶縁材Ｐ１、Ｐ２の表面に実装され、絶縁材Ｐ１の上に回路パターンを形成する銅箔Ｃ１は、内周側がメッキ処理されたスルーホールＴＨ（図５参照）によって導通されて反対側の絶縁材Ｐ２の回路パターンを形成する銅箔Ｃ２と導通されて電気回路が形成されている。
図２（１）で左の回路パターン群が配索材１０、右の回路パターン群が配索材１１となっており、メタルコア材Ｍを放熱板として使用する他に配索材１０から配索材１１へ電源エネルギーを供給する電源供給路として使用するのが本発明である。
メタルコア材Ｍの中央部の曲折部位ＭＣを中心に配索材１０側を９０度垂直上方に折り曲げると図２（２）の曲折されたメタルコアが得られるので、これを図１の配索材収納スペースが互いに９０度に折れ曲がった異形電源ボックス２０の中に収納すれば、従来のような図８の分岐線や図９のコネクタＫ１・Ｋ２や、また特許文献１のようなフレキシブルプリント基板を用いる必要がなくなり、部品点数削減及びスペース効率向上に伴う小型化の効果が得られ、しかも大電流仕様に対応できるようになる。

図３は配索材へ電源エネルギーを供給するための図１のメタルコア基板法（Ａ）と図８の分岐接続法（Ｂ）を説明する等価回路である。
図３（Ｂ）において、配索材１００側では電源線３０Ａとその他の入出力線３０Ｂを纏めた上流側ワイヤーハーネス幹線３０（図８）がコネクタ１０Ｋ（図８）を介して配索材１００と接続される。また、配索材１１０側では入出力線３０Ｂを纏めた下流側ワイヤーハーネス幹線４０（図８）がコネクタ１１Ｋ（図８）を介して配索材１１０と接続される。上流側の電源線３０Ａ上に分岐線３１を設けることで配索材１１０へ電源エネルギー供給を行っている。したがって、図３（Ｂ）においては分岐線３１が不可欠である。

一方、図３（Ａ）において、配索材１０側では電源線３０Ａとその他の入出力線３０Ｂを纏めた上流側ワイヤーハーネス幹線３０（図１）がコネクタ１０Ｋ（図１）を介して配索材１０と接続される。配索材１１側では入出力線４０Ｂを纏めた下流側ワイヤーハーネス幹線４０（図１）がコネクタ１１Ｋ（図１）を介して配索材１１と接続される。配索材１１に電源を供給するため、配索材１０と配索材１１とがメタルコア材Ｍで接続され、放熱板としてのメタルコア材Ｍを電源供給路として使用している。
これによれば、図３（Ｂ）の分岐線３１が廃止できるので、部品削減およびスペース確保が促進される。

図４は電気部品を搭載した配索材１０の１例を示す縦断面図である。
図４において、メタルコア材となる銅板Ｍの上下表面に絶縁材Ｐ１、Ｐ２を層状に形成し、その上に導電性回路パターンを形成した銅箔Ｃ１、Ｃ２が積層され、ここに負荷を切替制御するための半導体スイッチング素子ＴＲやこれを駆動するための駆動部品ＤＲを搭載している。半導体スイッチング素子ＴＲの端子の１端Ｒ１はスルーホールＴＨを通って反対側の導電性回路パターンＣ２と接続されている。また、複数の接続端子Ｔ１を（紙面に垂直方向に）擁するコネクタ１０Ｋが実装されており、接続端子Ｔ１は相手側コネクタ３０Ｋの接続端子Ｔ２を介して車載バッテリから電力の供給を受けると共に、この電力を半導体スイッチング素子ＴＲの切替制御に基づいて断続することで所望の電力に変換して負荷に供給する。これら各電子部品（ＴＲ、ＤＲ、Ｃ）を搭載する銅板Ｍの全体で配索材１０が構成される。相手側コネクタ３０Ｋは、それぞれワイヤＷに接続された複数の端子Ｔ２を（紙面に垂直方向に）擁する。ワイヤＷには、それぞれ車載バッテリ、ランプ、モータの負荷が接続されているため、端子Ｔ２側は車載バッテリからの電力を端子Ｔ１側に供給すると共に、半導体スイッチング素子ＴＲの切替制御に基づいて所望の値に変換された電力を負荷に供給すべく端子Ｔ１側から受ける。ＭＣは本発明によって銅箔Ｃ１、Ｃ２と絶縁材Ｐ１、Ｐ２が除去されてむき出しとなった銅板の曲折部で、この部位には銅箔や絶縁材がないのでここで折れ曲げれば支障なく折り曲げることができる。

なお図４では全体で５層となっているが、さらにこの上下に絶縁材Ｐ３、Ｐ４が積層され、さらにその上下に銅箔Ｃ３、Ｃ４が積層される７層構造とすることも可能である。

〈実施例２〉
以上は実施例１であったが、図５は折り曲げ部の別の例である実施例２を示す概念斜視図である。実施例１では電源ボックスの形状が図１のように異形の場合、メタルコア材Ｍを折り曲げて設定していた。このとき、曲折部位ＭＣの辺りは絶縁材Ｐ１、Ｐ２、表層の回路パターン（銅箔）Ｃ１、Ｃ２を取り除いてメタルコア材Ｍのみの構造とし、９０度に折り曲げていたが、メタルコア材Ｍの曲折部位ＭＣの辺りの部分を比較的広い幅で形成可能な場合は、図５のように部分的に繋ぎ部を形成して、幅狭のＭ１とＭ２にして折り曲げ加工時の成形力を軽減させるのがよい。

〈実施例３〉
上流回路が１系統だけでなく、２系統ある場合には、メタルコア材を電気回路的に２分割し、曲折部位ＭＣについても図５のように２箇所以上の繋ぎ部を形成するのがよい。
また、上流回路が３系統以上の場合は同様な方法で対応することができる。

〈実施例４〉
実施例１〜３では折り曲げ部が９０度に曲がっていたが、実施例３では図６のように１８０度折り曲げている。下側基板を電源回路として用い、上側基板を制御回路として用いるようにする。両者は本発明に係るメタルコア材Ｍを折り曲げて接続される。このように、上方の基板と下方の基板をメタルコアのコの字形態で連結することにより、積層タイプでも本発明を適用できる。

〈まとめ〉
（１）メタルコア基板を使用し、メタルコア層を共有回路に設定する。
（２）電源ボックスの形状が図１のように異形の場合、図２のように基板を真ん中の曲折部位ＭＣの所で折り曲げて設定する。このとき、曲折部位ＭＣの辺りの部分は図２のように絶縁材、表層の回路パターン（銅箔）を取り除いてメタルコア材Ｍのみの構造とし、図２（２）のように折り曲げる。
（３）メタルコア材Ｍの曲折部位ＭＣの辺りの部分を比較的広い幅で形成可能な場合は図５のように部分的に繋ぎ部を形成し、折り曲げ加工時の成形力を軽減させるのがよい。
（４）さらに、上流回路が１系統だけでなく、２系統ある場合には、メタルコア層を電気回路的に２分割し、図５のように曲折部位ＭＣについても２箇所以上の繋ぎ部を形成する。また、上流回路が３系統以上の場合は同様な方法で対応する。
（５）下側基板を電源回路として用い、上側基板を制御回路として用いる場合には、メタルコア材Ｍの曲折部位ＭＣを１８０度折り曲げて、図６のように使うこともできる。
このようにすることにより得られる効果は、
（ａ） 異形状な電源ボックスの配索材として、折り曲げたメタルコア基板１枚で対応が可能となり、配索性向上が望める。
（ｂ） メタルコア材を電源供給部とすることで電源ボックス内の電源回路（上流回路）配索が可能でかつ簡素となる。また、ワイヤーハーネスによる電源線の分岐も不要となる。

１ 本発明に係る複数の配索材を搭載するメタルコア基板
１０ （上流の）配索材
１０Ｋ 配索材側コネクタ
１１ （下流の）配索材
１１Ｋ 配索材側コネクタ
２０ 異形電源ボックス
３０ 上流側ワイヤーハーネス幹線
３０Ａ 電源線
３０Ｂ その他の入出力線
３０Ｋ 相手側コネクタ
４０ 下流側ワイヤーハーネス幹線
Ｃ１、Ｃ２ 銅箔（回路パターン）
ＤＲ 駆動部品
Ｍ メタルコア材
ＭＣ 曲折部位
Ｐ１、Ｐ２ 絶縁材
ＴＨ スルーホール
ＴＲ 半導体スイッチング素子
Ｔ１ 接続端子
Ｔ２ 相手側コネクタの接続端子
Ｗ ワイヤ

Claims (3)

1. メタルコア材と前記メタルコア材の表面に形成された絶縁層と前記絶縁層の表面に形成された銅箔による回路パターンとを備えた配索材の２個を、１枚の前記メタルコア材の上に所定の間隔をあけて形成し、前記所定間隔の部位に位置する前記絶縁層と前記銅箔とを除去したことを特徴とする複数の配索材を搭載するメタルコア基板。
2. 前記絶縁層と前記銅箔とを除去した部位のメタルコア材を中心にして９０度または１８０度に折り曲げたことを特徴とする請求項１記載のメタルコア基板。
3. 前記折り曲げ部位のメタルコア材を幅方向に複数に分割してそれぞれ幅狭のメタルコア材にして折り曲げ加工時の成形力を軽減させたことを特徴とする請求項２記載のメタルコア基板。

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