JP2017175069A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でケース内部への樹脂の侵入を防止することのでき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、複数のスルーホールを有する回路基板と、一面が開口する金属製のケースと、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、スルーホールを挿通して先端が回路基板の主面側に突出し、回路基板と電気的に接続された複数のコネクタピンと、コネクタピンを保持するハウジングと、を有し、コネクタピンがハウジングの幅方向に配列されたコネクタ、とを備える。コネクタは、筐体の内部空間と外部空間とを隔離するために、ハウジングから突出してケースに当接するリブを有し、ハウジングとリブとケースに囲まれた領域に成型樹脂が充填される。【選択図】図４

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。この構造では、回路基板と外部との電気的接続を仲介するコネクタの外形を決めるハウジングとシール材にかわる樹脂枠体とを熱溶着の工程の前に予めケースに固定しておく。具体的には、ケース、コネクタおよび樹脂枠体は、ケース、コネクタにおけるコネクタピンおよびハウジングをインサート部品とし、樹脂枠体を射出成形することで一体的に形成される。このインサート成形の際に、ケースとハウジングとの間に存在するクリアランスにも射出される樹脂が充填され、ケースとハウジングは一体的に固定される。

ところで、コネクタピンは、有底箱状のケースの底部に接触しないようにしつつも這うように延びる。ケースとハウジングのクリアランスに樹脂を充填するにあたり、樹脂がケース内部に侵入することを防ぐための金型を、ケースの底部とコネクタピンとの間に挿入しなければならないが、ケースとコネクタピンとの相互の位置関係が複雑、且つ狭隘なため、金型の位置調整が複雑となり、成型タクトタイムが長くなる問題がある。

本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、簡素な構成でケース内部への樹脂の侵入を防止することのでき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、
第１主面（２０ａ）と、前記第１主面と板厚方向において反対の第２主面（２０ｂ）との間を貫通する複数のスルーホール（２１）を有する回路基板（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（３０）と、
対応するスルーホールを挿通して先端が回路基板の第１主面側に突出し、はんだを介して回路基板と電気的に接続された複数のコネクタピン（４２）と、コネクタピンを保持するハウジング（４１）と、を有し、複数のコネクタピンがハウジングの幅方向に配列されたコネクタ（４０）、と、を備え、
コネクタは、筐体の内部空間と外部空間とを隔離するために、ハウジングから突出してケースに当接するリブ（４１ｄ）を有し、
ハウジングとリブとケースに囲まれた領域に成型樹脂（６１）が充填される。

これによれば、射出によって流し込まれた成型樹脂がリブに堰き止められ、成型樹脂はハウジングとリブとケースに囲まれた領域に成型樹脂が充填される。つまり、筐体の内部に侵入することを防止することができる。このような構成では、筐体内部側に金型を配置する必要はなく、金型の位置調整に要する時間を短縮することができるので、成型タクトタイムを短縮することができる。

第１実施形態に係る電子制御装置の斜視図である。 カバーを外した状態を示す斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 コネクタの詳細構造を示す断面図である。 第２実施形態に係る電子制御装置におけるコネクタの詳細構造を示す断面図である。 コネクタの詳細構造を示す断面図である。 コネクタの詳細構造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〜図４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。

図１および図２に示すように、電子制御装置１０は、回路基板２０と、ケース３１およびカバー３２を有する筐体３０と、ハウジング４１およびコネクタピン４２を有するコネクタ４０と、ねじ５０と、樹脂枠体６０と、を備えている。

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、筐体３０の内部空間に収容されている。

回路基板２０は、一面２０ａと、一面２０ａと板厚方向において反対の裏面２０ｂと、を有している。一面２０ａが第１主面に相当し、裏面２０ｂが第２主面に相当する。回路基板２０の板厚方向は、Ｚ方向と略一致している。図２および図３に示すように、回路基板２０（プリント基板）は、平面略矩形状をなしている。

回路基板２０は、図３に示すように、複数のスルーホール２１を有している。スルーホール２１は、Ｚ方向に沿って、すなわち一面２０ａおよび裏面２０ｂにわたって回路基板２０を貫通している。スルーホール２１は、コネクタ４０のコネクタピン４２に対応して形成されている。回路基板２０において、スルーホール２１の壁面には、図示しないランドが形成されている。

また、図３に示すように、回路基板２０は、該回路基板２０を筐体３０、ひいてはケース３１に固定するための固定孔２２を有している。固定孔２２は、ねじ５０が挿通する孔である。回路基板２０は、ねじ５０により、筐体３０のケース３１に固定されている。固定孔２２は、回路基板２０において、スルーホール２１とは別の部分に形成されている。

回路基板２０は、さらに金属パターン２３を有している。金属パターン２３は、図２および図３に示すように、回路基板２０の一面２０ａに配置されている。すなわち、金属パターン２３は、回路基板２０の内層ではなく、表層に形成されている。本実施形態では、金属パターン２３が、一面２０ａに露出している。すなわち、金属パターン２３が、一面２０ａに形成された図示しないソルダレジストにより覆われていない。ソルダレジストはグリーンマスクとも称される。

金属パターン２３は、コネクタ４０のコネクタピン４２を回路基板２０にフローはんだ付けする際に、回路基板２０が受ける熱を放熱するために形成されている。金属パターン２３は、金属材料を用いて形成されている。金属パターン２３としては、金属箔（たとえば銅箔）、めっき膜などを採用できる。本実施形態では、銅箔を採用している。

金属パターン２３は、図３に示すように、ねじ５０により回路基板２０がケース３１に固定された状態で、ねじ５０の頭部下面と接触するように、固定孔２２の周辺まで延設されている。金属パターン２３は、ねじ５０を介して、ケース３１、ひいては車両のボディに接続される。したがって、金属パターン２３は、グランド電位のパターンである。

筐体３０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３０は、コネクタ４０の一部も内部に収容する。筐体３０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、を有している。ケース３１およびカバー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、ケース３１には、樹脂枠体６０も一体化されている。ケース３１、コネクタ４０および樹脂枠体６０は、ケース３１およびコネクタ４０のコネクタピン４２およびハウジング４１をインサート部品とし、図４に示す形成樹脂６１および樹脂枠体６０を射出成形することで一体的に形成されている形成樹脂６１については追って詳しく説明する。

ケース３１は、台座部３１ａと、ねじ孔３１ｂと、取り付け部３１ｃと、を有している。図３に示すように、台座部３１ａは、ねじ５０による回路基板２０の固定位置に対応して、ケース３１の内面からＺ方向に突出している。台座部３１ａの突出先端は、回路基板２０の裏面２０ｂに接触して回路基板２０を支持するように平坦面となっている。ねじ孔３１ｂは、台座部３１ａの突出先端に開口し、Ｚ方向に所定の深さを有して形成されている。取り付け部３１ｃは、ケース３１に対する樹脂枠体６０の設置領域よりも外側に設けられている。取り付け部３１ｃは、電子制御装置１０を車両に取り付けるための部分である。本実施形態では、Ｘ方向において回路基板２０を挟むように設けられた一対の取り付け部３１ｃを２組有している。

カバー３２は、ケース３１とともに筐体３０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における一面の開口が閉塞される。

本実施形態では、熱溶着により、ハウジング４１および樹脂枠体６０とカバー３２とが接続されている。すなわち、ハウジング４１および樹脂枠体６０を介して、ケース３１とカバー３２が組み付けられている。

ケース３１およびカバー３２におけるハウジング４１および樹脂枠体６０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および樹脂枠体６０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３０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、複数のコネクタピン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。図４に示すように、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、すべてのコネクタピン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。

図１および図２に示すように、ハウジング４１は３つの筒部４１ａを有している。３つの筒部４１ａの一部は、エンジンを駆動させるためのワイヤハーネスとの接続に供せられるエンジンブロックとされ、残りの筒部４１ａが、リレーボックスおよびボディＥＣＵに対応するワイヤハーネスとの接続に供せられるボディブロックとされている。筒部４１ａが、嵌合口に相当する。閉塞部４１ｂは、３つの筒部４１ａで共通となっている。閉塞部４１ｂを、基部と称することもできる。

ハウジング４１は、さらに段差部４１ｃを有している。図４に示すように、段差部４１ｃは、Ｚ方向において、閉塞部４１ｂにおけるケース３１側の外面、およびカバー３２側の外面にそれぞれ設けられている。段差部４１ｃは、閉塞部４１ｂにおいて、筒部４１ａとは反対の端部側に設けられている。このため、閉塞部４１ｂのＺ方向の長さは、筒部４１ａとの連結側で最も長く、段差部４１ｃの形成部分で最も短くなっている。

さらに、本実施形態におけるハウジング４１の段差部４１ｃは、ケース３１に向かって突出するリブ４１ｄを有している。リブ４１ｄはＸ方向に壁状に形成されている。このリブ４１ｄは、カバー３２、ケース３１、および閉塞部４１ｂにより成る筐体３０の内部空間と外部空間とを隔てる壁として機能する。換言すれば、リブ４１ｄは段差部４１ｃから突出してケース３１に当接している。

コネクタ４０が筐体３０に取り付けられる際、段差部４１ｃとケース３１との間には僅かながらクリアランスが設けられる。このクリアランスは、射出成型時において、成型樹脂６１によって閉塞され、筐体の内部空間が防水性能を発揮する。図４に示すように、成型樹脂６１はハウジング４１（ひいては閉塞部４１ｂ）と、リブ４１ｄと、ケース３１とで囲まれた空間に充填されて筐体３０の防水構造を完成する。

コネクタピン４２は、導電性材料を用いて形成されており、回路基板２０に構成された回路と外部機器とを電気的に中継する。コネクタピン４２は、たとえば圧入固定やインサート成形により、閉塞部４１ｂに保持されている。複数のコネクタピン４２は、図１及び図２に示すように、ハウジング４１の幅方向であるＸ方向に沿って配列されている。本実施形態では、端子数が多いため、コネクタピン４２がＺ方向に多段に配置されている。コネクタピン４２は、図４に示すように、被保持部４２ａと、嵌合部４２ｂと、脚部４２ｃと、を有している。

被保持部４２ａは、コネクタピン４２のうち、ハウジング４１の閉塞部４１ｂに保持されている部分である。図４示す断面では、被保持部４２ａが、Ｚ方向に４段で保持されている。被保持部４２ａは、Ｙ方向に沿って延設されている。

嵌合部４２ｂは、コネクタピン４２のうち、外部機器のメスコネクタが嵌合する部分である。嵌合部４２ｂは、上記したメスコネクタと電気的に接続される部分である。嵌合部４２ｂは、被保持部４２ａから筐体３０の内部空間とは反対側に延設されている。嵌合部４２ｂは、筒部４１ａ内に配置されている。本実施形態では、３つの筒部４１ａのそれぞれに嵌合部４２ｂが配置されている。

嵌合部４２ｂも、Ｙ方向に延設されている。被保持部４２ａと嵌合部４２ｂとの間には屈曲部を有しておらず、嵌合部４２ｂは嵌合部４２ｂに連続してＹ方向に延びている。Ｚ方向において隣り合う被保持部４２ａの間隔、すなわち隣り合う嵌合部４２ｂの間隔は一定値となっている。嵌合部４２ｂの形成間隔は、メスコネクタとの接続構造に応じて決定される。

脚部４２ｃは、コネクタピン４２のうち、被保持部４２ａから回路基板２０側に延設された部分である。脚部４２ｃは、被保持部４２ａから嵌合部４２ｂとは反対側に延設された部分である。脚部４２ｃは、被保持部４２ａから延び、ケース３１側（すなわちＺ方向）に、非直角に屈曲して再びＹ方向に屈曲して延び、さらにＺ方向に屈曲している。Ｚ方向に並んだ各脚部４２ｃは、互いに接触しないように屈曲した、いわゆる傾斜端子となっている。脚部４２ｃのうちＺ方向に屈曲した部分が回路基板２０のスルーホール２１に挿通され、はんだを介して回路基板２０と電気的に接続される。脚部４２ｃがケース３１側に向かって屈曲されることにより、回路基板２０は、よりケース３１に近い位置で脚部４２ｃと接続できるので、筐体３０のＺ方向に厚さを薄くすることができる。

次に、本実施形態に係る電子制御装置を採用することによる作用効果について説明する。

従来、ハウジング４１における段差部４１ｃとケース３１との間にはクリアランスが存在した。このクリアランスを成型樹脂６１で充填するために、コネクタピン４２における脚部４２ｃとケース３１との間に成型樹脂６１の筐体３０内部への侵入を防ぐ金型を配置する必要があった。しかしながら、筐体３０の薄型化のため、脚部４２ｃはケース３１側に屈曲しており、金型を挿入するためのスペースを確保することが困難である。また、スペースを確保できたとしても、ケース３１と脚部４２ｃとの相互の位置関係が複雑、且つ狭隘なため、金型の位置調整が複雑となり、成型タクトタイムが長くなる問題があった。

これに対して、本実施形態における段差部４１ｃは、図４に示すように、ケース３１に向かって延びるリブ４１ｄを有している。リブ４１ｄは段差部４１ｃから突出してケース３１に当接している。すなわち、リブ４１ｄにより筐体３０の内部空間と外部空間とを隔離することができる。このため、外部から射出された成型樹脂６１をリブ４１ｄによって堰き止めることができ、従来の金型を用いることなく、成型樹脂６１が筐体３０の内部空間に侵入することを防止することができる。

（第２実施形態）
本実施形態におけるケース３１は、図５および図６に示すように、リブ４１ｄに対応する位置に、突出部３１ｄを有している。

突出部３１ｄは、例えば図５に示すように、筐体３０の外部空間側においてＺ方向に突出して形成されている。突出部３１ｄはリブ４１ｄの延設方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。すなわち、突出部３１ｄもＸ方向に伸びた壁状の形状を成している。突出部３１ｄは、リブ４１ｄのうち、リブ４１ｄとケース３１との当接面に連続する側面に接触している。

これにより、コネクタ４０が筐体３０の外部方向に向かうＹ方向への移動を制限している。つまり、成型樹脂６１をクリアランスに射出する際のコネクタ４０のインサートにおいて、ケース３１とコネクタ４０との相対位置の位置ずれを抑制できる。

また、突出部３１ｄが筐体３０の外部空間側に形成されていることにより、突出部３１ｄが形成されていない形態に較べて、成型樹脂６１とケース３１との接触面積を増大させることができるので、成型樹脂６１をより強固に配置できる。さらに、筐体３０の外部空間から内部空間へ向かう沿面距離を長くできるので、防水性能を向上できる。

なお、突出部３１ｄは筐体３０の内部空間側においてリブ４１ｄに接触するように突出していても良い。この形態では、射出される成型樹脂６１によりコネクタ４０に印加されるＹ方向の力に対して抗力が生じるので、射出成型時におけるケース３１とコネクタ４０との相対位置の位置ずれを抑制できる。

とくに、図６に示すように、突出部３１ｄが筐体３０の内部空間側および外部空間側のいずれにも形成されているとより好ましい。これによれば、成型樹脂６１とケース３１との接触面積を増大させることによる接続信頼性および防水性能の向上に加えて、射出成型時におけるケース３１とコネクタ４０との相対位置の位置ずれを抑制できる。

また、図７に示すように、ケース３１がリブ４１ｄに対向する位置に、Ｘ方向に伸びた溝部３１ｅを有していてもよい。溝部３１ｅはリブ４１ｄと嵌合してコネクタ４０のＹ方向の変位を制限する。

（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。

電子制御装置１０としてエンジンＥＣＵの例を示したが、これに限定されるものではない。電子制御装置１０としては、回路基板２０、筐体３０、コネクタ４０、およびねじ５０（固定部材）を備えるものであればよい。

熱溶着により、ケース３１とカバー３２を組み付ける例を示したが、これに限定されるものではない。ねじ締結など周知の組み付け方法を採用することもできる。

回路基板２０をケース３１に固定する固定部材としてねじ５０の例を示したが、これに限定されない。プレスフィットタイプの固定部材やかしめ部材を用いることもできる。

コネクタ４尾のコネクタピン４２として傾斜端子の例を示したが、これに限定されない。略Ｌ字状をなす周知の端子を採用することもできる。

１０…電子制御装置、２０…回路基板、２０ａ…一面、２０ｂ…裏面、２１…スルーホール、２３…金属パターン、３０…筐体、３１…ケース、３２…カバー、４０…コネクタ、４１…ハウジング、４１ａ…筒部、４１ｂ…閉塞部、４１ｃ…段差部、４１ｄ…リブ、４２…コネクタピン、４２ａ…被保持部、４２ｂ…嵌合部、４２ｃ…脚部、５０…ねじ、６０…樹脂枠体

Claims (2)

1. 第１主面（２０ａ）と、前記第１主面と板厚方向において反対の第２主面（２０ｂ）との間を貫通する複数のスルーホール（２１）を有する回路基板（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（３０）と、
   対応する前記スルーホールを挿通して先端が前記回路基板の第１主面側に突出し、はんだを介して前記回路基板と電気的に接続された複数のコネクタピン（４２）と、前記コネクタピンを保持するハウジング（４１）と、を有し、複数の前記コネクタピンが前記ハウジングの幅方向に配列されたコネクタ（４０）、と、を備え、
   前記コネクタは、前記筐体の内部空間と外部空間とを隔離するために、前記ハウジングから突出して前記ケースに当接するリブ（４１ｄ）を有し、
   前記ハウジングと前記リブと前記ケースに囲まれた領域に成型樹脂（６１）が充填される電子制御装置。
2. 前記ケースは、前記リブのうち、前記リブと前記ケースとの当接面に連続する側面に接触するように突出した突出部（３１ｄ）を有し、
   前記突出部は、前記幅方向に直交する奥行方向における前記コネクタの移動を制限する請求項１に記載の電子制御装置。

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