JP2017175067A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】せん断力に対しても接合信頼性を有する電子制御装置を提供する。【解決手段】この電子制御装置は、回路基板と、一面が開口する金属製のケースと、一面の開口を蓋するように、回路基板の板厚方向においてケースに組み付けられたカバーと、を有し、回路基板を収容する筐体と、を備えている。カバーは、ケースとの対向面のうちの外縁部に溶着された樹脂製の樹脂枠体を介してケースに接合された状態であり、カバーは、樹脂枠体との接合部に、板厚方向に沿う面において樹脂枠体と接触することにより板厚方向に直交するせん断力に対して垂直抗力を生じる抵抗部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、筐体と、筐体に収容された回路基板と、回路基板に挿入実装されたコネクタと、を備える電子制御装置に関する。

従来、筐体と、筐体に収容された回路基板と、回路基板に挿入実装されたコネクタと、を備える電子制御装置が知られている。

例えば防水性能を有するエンジンＥＣＵにおいて、特許文献１に記載のように、筐体を構成するケースとカバーとを液状シール材で接着する構造が一般的に採用されている。

特開２０１１−２１７５４７号公報

しかしながら、液状シール材は接着面積の製造ばらつきが比較的大きく、設計段階から接着面として大きな面積を確保しておく必要がある。また、シール材は経時劣化にも比較的弱く、防水性能の低下が懸念される。

これらの問題に対して発明者らは、シール材を樹脂で構成し、樹脂の熱溶着によってケースとカバーとを接合する構造を検討した。シール材を用いる従来の構造と同様に、この構造においても、ケースとカバーとの対向方向への力に対する接合信頼性に較べて、対向方向に直交するせん断力に対する接合信頼性が劣るという問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、せん断力に対しても接合信頼性を有する電子制御装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、
回路基板（２０）と、
一面が開口する金属製のケース（３１）と、一面の開口を蓋するように、回路基板の板厚方向においてケースに組み付けられたカバー（３２）と、を有し、回路基板を収容する筐体と、を備え、
カバーは、ケースとの対向面のうちの外縁部に溶着された樹脂製の樹脂枠体（３３）を介してケースに接合された状態であり、
カバーは、樹脂枠体との接合部（３２ａ）に、板厚方向に沿う面において樹脂枠体と接触することにより板厚方向に直交するせん断力に対して垂直抗力を生じる抵抗部（３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ）を有する。

これによれば、カバーに形成された抵抗部を構成する板厚方向に沿う面に樹脂枠体が接触する。このため、カバーが板厚方向に直交するせん断力を受けるとき、樹脂枠体はカバーに押し付けられるようになる。つまり、樹脂枠体はカバーから垂直抗力を受ける。樹脂枠体はカバーを構成する面に沿う方向の力を受けにくい状態となるので、カバーから剥離しにくくできる。すなわち、カバーと樹脂枠体との接合信頼性を向上することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置の構成を示す分解斜視図である。 カバーの詳細構造を示す上面図および断面図である。 第２実施形態に係るカバーの詳細構造を示す断面図である。 第３実施形態に係るカバーの詳細構造を示す断面図である。 第３実施形態に係るカバーの別の構造を示す断面図である。 第３実施形態に係るカバーの別の構造を示す断面図である。 第４実施形態に係るカバーの詳細構成を示す上面図である。 第４実施形態に係るカバーの詳細構成を示す上面図である。 その他の実施形態に係るカバーおよびケースの詳細構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

また、以下において、ハウジングの高さ方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する一方向であってハウジングの幅方向をＸ方向と示す。また、Ｚ方向及びＸ方向の両方向に直交する方向、すなわち筐体の開口部に対する奥行方向をＹ方向と示す。

（第１実施形態）
最初に、図１を参照して、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成について説明する。

図１に示す電子制御装置１０は、たとえば車両に搭載される。電子制御装置１０は、車両を制御する電子制御装置として構成されている。電子制御装置１０は、防水型の電子制御装置として構成されている。電子制御装置１０は、たとえば車両に搭載されたエンジンを制御するエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）として構成されている。

電子制御装置１０は、回路基板２０と、ケース３１と、カバー３２と、樹脂枠体３３と、ハウジング４１及び端子４２を有するコネクタ４０と、を備えている。なお、ケース３１とカバー３２は樹脂枠体３３を介して一体的に接合されるので、ケース３１とカバー３２と樹脂枠体３３とを合わせて単に筐体と称することがある。

回路基板２０は、プリント基板と、プリント基板に実装された図示しない電子部品と、を有している。プリント基板は、樹脂などの電気絶縁材料を用いて形成された基材に、配線が配置されてなる。そして、配線と電子部品とにより、回路が形成されている。回路基板２０は平面略矩形状を成し、ケース３１にネジ止め等により固定されつつ筐体の内部空間に収容されている。

筐体は、回路基板２０を内部に収容し、回路基板２０を保護する。筐体は、コネクタ４０の一部も内部に収容する。筐体は、Ｚ方向に分割された２つの部材、具体的には、ケース３１と、カバー３２と、それらを接合するための樹脂枠体３３と、を有している。ケース３１及びカバー３２のうち、回路基板２０が固定されるケース３１は、アルミニウムなどの金属材料を用いて形成されている。カバー３２の形成材料は特に限定されない。本実施形態では、ケース３１が、アルミニウム系材料を用いてダイキャスト法により形成されている。カバー３２は、アルニウム系材料をプレス加工することで形成されている。

ケース３１は、一面が開口する箱状をなしている。平面略矩形状をなす回路基板２０に対応して、ケース３１の底面部も略矩形状となっている。

ケース３１には、コネクタ４０が一体化されている。また、図１では便宜上別体として図示しているが、ケース３１には、樹脂枠体３３も一体化されている。ケース３１、コネクタ４０、及び樹脂枠体３３は、ケース３１及びコネクタ４０の端子４２をインサート部品とし、ハウジング４１及び樹脂枠体３３を射出成形することで一体的に形成されている。

カバー３２は、ケース３１及び樹脂枠体３３とともに筐体の内部空間を形成する。ケース３１とカバー３２を組み付けることで、カバー３２によりケース３１における一面の（Ｚ方向の）開口が閉塞される。本実施形態におけるカバー３２の詳しい構造については追って説明する。

樹脂枠体３３は、ケース３１とカバー３２との相対する周縁部間に介在している。上記したように、樹脂枠体３３は、コネクタ４０のハウジング４１と一体的に形成されている。ハウジング４１及び樹脂枠体３３の材料としては、たとえばＰＢＴなどの熱可塑性樹脂を採用することができる。樹脂枠体３３は、後述するハウジング４１の閉塞部４１ｂとともに、ケース３１とカバー３２とを接続する機能と、筐体内を水密に封止するシール機能を果たす。したがって、閉塞部４１ｂは、端子４２を保持するとともに、樹脂枠体３３としての機能を果たす。

本実施形態では、熱溶着により、ハウジング４１及び樹脂枠体３３とカバー３２とが接続されている。すなわち、ハウジング４１及び樹脂枠体３３を介して、ケース３１とカバー３２が組み付けられている。

なお、ケース３１及びカバー３２におけるハウジング４１及び樹脂枠体３３との接触面には、微細孔加工が施されている。微細孔の形成方法としては、たとえば薬液によるエッチング、レーザ光照射などを採用することができる。ケース３１及びカバー３２の微細孔には、ハウジング４１及び樹脂枠体３３を構成する樹脂の一部が入り込んでいる。

コネクタ４０は、回路基板２０に対し、Ｙ方向の一端側に配置されている。コネクタ４０は、回路基板２０に挿入実装されている。コネクタ４０の一部は、ケース３１とカバー３２との組み付けによりケース３１とカバー３２とに挟持されつつ外部に露出され、残りの部分は筐体の内部空間に収容されている。コネクタ４０は、ハウジング４１と、複数の端子４２と、を有している。

ハウジング４１は、樹脂材料を用いて形成されている。ハウジング４１は、筒部４１ａと、閉塞部４１ｂと、を有している。筒部４１ａは、筒状に成形されている。筒部４１ａは、Ｙ方向に沿う軸を有している。閉塞部４１ｂは、筒部４１ａに連なり、筒部４１ａを閉塞している。閉塞部４１ｂには、すべての端子４２が保持されている。本実施形態では、閉塞部４１ｂが、筒部４１ａの一端を閉塞している。このため、ハウジング４１は有底筒状をなしている。閉塞部４１ｂはケース３１とカバー３２との組み付けによりケース３１とカバー３２とに挟持されることで筐体の内部空間と外部空間とを隔離し、筐体の内部に防水空間を形成する。

図１に示すように、平面略矩形状の回路基板２０を取り囲むように、閉塞部４１ｂ及び樹脂枠体３３が設けられている。樹脂枠体３３は、回路基板２０の３辺に対応して、平面略コの字状に設けられている。閉塞部４１ｂは、回路基板２０の残りの１辺に対応して設けられている。閉塞部４１ｂにおけるＸ方向の両端に、平面略コの字状をなす樹脂枠体３３の端部がそれぞれ連なっている。

このように、上記した電子制御装置１０は、シール材を用いずに、ハウジング４１及び樹脂枠体３３を用いた防水構造となっている。また、ハウジング４１及び樹脂枠体３３を介して、ケース３１とカバー３２が接続されている。したがって、シール溝やシール用の突起が不要となり、Ｚ方向において電子制御装置１０を薄くすることができる。また、従来のように液状シール材を利用する際の塗れ広がりに対するケアが不要になるため、ＸＹ平面に沿う面方向においても電子制御装置１０を小さくすることができる。

次に、図２を参照して、本実施形態に係るカバー３２の詳細構造について説明する。

図２に示すように、本実施形態におけるカバー３２は、ケース３１のＺ方向に面する開口に合わせた平面略矩形状をなす。カバー３２は、その外縁部における接合部３２ａに樹脂枠体３３および閉塞部４１ｂが接触して溶着することにより、カバー３２とケース３１とが接合される。

カバー３２は、Ｚ方向から正面視したとき、樹脂枠体３３および閉塞部４１ｂが接触する接合部３２ａにオーバーラップする領域であって、回路基板２０側を向く一面３２ｂにカバー３２の板厚が薄くなるように形成された溝部３２ｃを有している。溝部３２ｃは、カバー３２をＺ方向から正面視したとき、接合部３２ａに沿って形成されている。溝部３２ｃは回路基板２０を取り囲むように形成されており、本実施形態では特に矩形環状に形成されている。

溝部３２ｃは、カバー３２の板厚が薄くなるように形成されたており、この溝部３２ｃが特許請求の範囲に記載の孔部に相当する。本実施形態における孔部はカバー３２を貫通しない非貫通の孔部である。図２に示すように、溝部３２ｃはその内壁が一面３２ｂに対して略直交した側面を有している。樹脂枠体３３は熱溶着の際に溶融して溝部３２ｃの内部を満たす。樹脂枠体３３は溝部３２ｃの底面に溶着するとともに側面にも溶着する。

例えば、図２に示すように、カバー３２に対して、回路基板２０の板厚方向（Ｚ方向）に直交するＹ方向のせん断力が印加されたと仮定する。このとき、樹脂枠体３３は、溝部３２ｃの側面にも接触した状態で溶着されているため、溝部３２ｃの側面と樹脂枠体３３との接触面においてせん断力に対する反作用として垂直抗力が発生する。すなわち、溝部３２ｃは、板厚方向に直交するせん断力に対して垂直抗力を生じる抵抗部である。

仮に溝部３２ｃが形成されていない状態で樹脂枠体３３とカバー３２とが溶着されている場合には、せん断力に対して樹脂枠体３３とカバー３２とを接合する力は接着力のみであるが、本実施形態では、垂直抗力がせん断力に対抗する力として作用し、巨視的なアンカー効果を奏する。このため、溝部３２ｃが形成されていない場合に較べて樹脂枠体３３とカバー３２との接合信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態における溝部３２ｃは、非貫通であるから、溝部３２ｃが形成されていない場合に較べて、樹脂枠体３３とカバー３２との接触面積を大きくすることができ、接着力を向上させることができる。さらに、一方向（例えばＹ方向）においても、筐体外部から筐体内部に向かう沿面距離を長くすることができるので、外部の水等の異物の侵入を抑制することができる。すなわち、防水性能を向上させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態においては、抵抗部として、非貫通の孔部たる溝部３２ｃが接合部３２ａに沿って延設される例について説明した。これに対して、本実施形態における孔部は、図３に示すように、孔部がカバー３２をＺ方向に貫通する貫通孔３２ｄである。

これによれば、溶着の際の加熱で溶融した樹脂枠体３３は、貫通孔３２ｄを伝って筐体の内側から外側に向かって塗れ広がる。すなわち、樹脂枠体３３が貫通孔３２ｄ内を満たす。カバー３２を貫通孔した貫通孔３２ｄにおいて、Ｚ方向に沿う側面の面積は、第１実施形態に較べて大きくなるので、ＸＹ平面に沿うせん断力に対する接合信頼性を向上させることができる。

なお、貫通孔３２ｄを接合部３２ａに沿って環状に形成してしまうと貫通孔３２ｄにより取り囲まれる内部とその外部とでカバー３２が分離してしまうが、孔部の一部を第１実施形態と同様の非貫通の溝部とすることで、カバー３２の分離を回避できる。このような形態の場合には、カバー３２の機械的強度が確保できる程度の非貫通の溝部を設けることが好ましい。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、カバー３２の板厚を薄くするような非貫通の溝部３２ｃやカバー３２を貫通する貫通孔３２ｄにより抵抗部を形成する例について説明した。すなわち、カバー３２の一面３２ｂに対して孔部を形成して抵抗部を形成する例について説明した。

これに対して、本実施形態におけるカバー３２は、図４に示すように、一面３２ｂに対して突出した突出部３２ｅを有し、この突出部３２ｅにより抵抗部を形成する。突出部３２ｅは、板厚方向（Ｚ方向）に沿う平面を有するように一面３２ｂから突出しているのであり、板厚方向に直交する面方向にせん断力が印加されると、板厚方向に沿う平面において、樹脂枠体３３との間で垂直抗力を生じる。これにより、第１実施形態および第２実施形態と同様に、せん断力に対する接合信頼性を向上することができる。

なお、図５に示すように、第１実施形態における孔部たる溝部３２ｃと、本実施形態における突出部３２ｅとは複合して形成することができる。溝部３２ｃと突出部３２ｅとの共存構造の一つとしては、図５に示すように、筐体の外部から内部に向かう方向（図５ではＹ方向）において溝部３２ｃと突出部３２ｅとが並んで配置されている形態がある。このような形態では、筐体の外部から内部に向かう一面３２ｂの沿面距離を長くすることができるので、防水および防塵性能を向上させることができる。また、別の共存構造としては、溝部３２ｃの延設方向において溝部３２ｃと突出部３２ｅとが並んで配置された形態とすることもできる。いずれの形態においても、溝部３２ｃと突出部３２ｅのいずれか一方のみが形成される場合に較べて樹脂枠体３３とカバー３２との接触面積を大きくすることができるので、互いの接合信頼性を向上させることができる。

また、溝部３２ｃおよび突出部３２ｅの断面形状は、図４および図５に示すような略矩形状に限定されるものではなく、例えば図６に示すような波状となっていても良い。

（第４実施形態）
上記した各実施形態では、孔部（３２ｃ，３２ｄ）や突出部３２ｅから成る抵抗部が、接合部３２ａに沿って環状に形成される例について説明した。しかしながら、抵抗部は必ずしも環状に形成されていなくても良い。

例えば、図７に示すように、孔部（３２ｃ，３２ｄ）や突出部３２ｅから成る抵抗部が接合部３２ａに沿って延設されつつも、環状を成さず、不連続に形成されていても良い。また、図８に示すように、孔部（３２ｃ，３２ｄ）や突出部３２ｅから成る抵抗部が、接合部３２ａに沿って、ドット状に並んで形成されていても良い。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態では、カバー３２と樹脂枠体３３との接合において抵抗部がアンカーとして機能する例について説明したが、樹脂枠体３３とケース３１との間でも同様の効果を奏することができる。例えば、図９に示すように、ケース３１と樹脂枠体３３との接合部において、ケース３１に溝部３１ｃおよび突出部３１ｅが形成されていれば、回路基板２０の板厚方向に直交するせん断力に対して、樹脂枠体３３がケース３１から剥離することを抑制することができる。

１０…電子制御装置，２０…回路基板，３１…ケース，３２…カバー，３２ａ…接合部，３２ｃ…溝部，３２ｄ…貫通孔，３２ｅ…突出部，３３…樹脂枠体，４０…ハウジング

Claims (5)

1. 回路基板（２０）と、
   一面が開口する金属製のケース（３１）と、前記一面の開口を蓋するように、前記回路基板の板厚方向において前記ケースに組み付けられたカバー（３２）と、を有し、前記回路基板を収容する筐体と、を備え、
   前記カバーは、前記ケースとの対向面のうちの外縁部に溶着された樹脂製の樹脂枠体（３３）を介して前記ケースに接合された状態であり、
   前記カバーは、前記樹脂枠体との接合部（３２ａ）に、前記板厚方向に沿う面において前記樹脂枠体と接触することにより前記板厚方向に直交するせん断力に対して垂直抗力を生じる抵抗部（３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ）を有する電子制御装置。
2. 前記抵抗部は、前記カバーのうち、前記筐体の内側を向く面（３２ｂ）に形成された突出部（３２ｅ）を含む請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記抵抗部は、前記カバーのうち、前記筐体の内側を向く面に形成された孔部（３２ｃ，３２ｄ）を含む請求項１または請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記孔部は、前記板厚方向において非貫通である請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記抵抗部は、前記接合部に沿って環状に形成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子制御装置。

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