JP2018207655A

JP2018207655A - 回路基板ユニット

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Publication number: JP2018207655A
Application number: JP2017109906A
Authority: JP
Inventors: 宏将菅原; Hiromasa Sugawara
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2017-06-02
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-06-02
Also published as: JP6847771B2

Abstract

【課題】回路基板を固定する対象物に寸法誤差があっても、回路基板に実装されたコネクタに相手方のコネクタを嵌合する際の嵌合力で回路基板が撓むのを抑制する。【解決手段】回路基板３のブラケット５を樹脂製の保持部５１と金属製の放熱部５３とで構成し、樹脂製の保持部５１の一方のアーム５５に設けた突起６７を回路基板３の貫通孔３７に挿通して、回路基板３に実装した電源接続用のコネクタＣｐに当接させる構成とした。そして、電源ケーブルのコネクタＣｃを嵌合する際の嵌合力が電源接続用のコネクタＣｐに加わると、ブラケット５の一方のアーム５５の突起６７の周辺に形成した弾性変形部７１が弾性変形して、その復元力が反力として突起６７からコネクタＣｐに加わるようにした。【選択図】図６

Description

本発明は、コネクタが実装された回路基板をブラケットによって支持する回路基板ユニットに関する。

剛性を有する回路基板に実装されたコネクタに相手方のコネクタを嵌合する際には、相手方のコネクタの嵌合力が回路基板上のコネクタを介して回路基板に加わる。特に、端子が大きい高電圧用のコネクタの場合には、端子の接触面積が広く嵌合時の接触抵抗が大きい分、嵌合時に回路基板に加わる嵌合力が大きくなる。

そして、コネクタに加わる嵌合力で回路基板が撓むと、回路基板に対する実装素子の半田付け箇所に応力が集中してかかる。この応力は、半田付け箇所にクラックが生じたり半田が回路基板の導電パターンから剥がれて浮く原因となる。このため、実装素子と回路基板の導電パターンとが接続不良を起こすのを避ける上で、コネクタの嵌合力で回路基板が撓まないようにすることが望ましい。

コネクタの嵌合力で回路基板が撓まないようにするための提案の一つとして、回路基板に実装したコネクタの固定ボスを回路基板に表側に当接させ、その裏側に蓋部材のねじ固定部を当接させるようにしたものがある。

この提案では、ねじ固定部から回路基板に挿通したねじをコネクタの固定ボスに締め付け固定することで、コネクタと回路基板とが蓋部材と一体化される。したがって、コネクタの嵌合力が回路基板と蓋部材とに分散してかかるようにして、半田付け箇所にかかる応力を軽減することができる（例えば、特許文献１）。

特開平９−２７０２７５号公報

上述した従来の提案では、回路基板の表側を覆うカバーや回路基板の裏側を覆う蓋部材の寸法精度が悪い状態でコネクタを回路基板と共に蓋部材にねじ止めすると、正規の寸法とのずれ分がコネクタと蓋部材との位置関係にずれを生じさせる。すると、このずれによって回路基板にコネクタの嵌合力とは異なる力が加わり、コネクタの嵌合力で回路基板が撓まないようにしても、結局、半田付け箇所にかかる応力が軽減できない可能性がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、回路基板を固定する対象物の寸法誤差に影響されることなく、回路基板に実装されたコネクタに相手方のコネクタを嵌合する際の嵌合力で回路基板が撓むのを抑制することができる回路基板ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の１つの態様による回路基板ユニットは、
コネクタが実装され、該コネクタによって覆われる貫通孔が形成された回路基板と、
前記回路基板が取り付けられ、該回路基板の前記貫通孔に挿入されて前記コネクタに当接する突起を有するブラケットと、
を備える。

本発明によれば、回路基板を固定する対象物の寸法誤差に影響されることなく、回路基板に実装されたコネクタに相手方のコネクタを嵌合する際の嵌合力で回路基板が撓むのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る回路基板ユニットの分解斜視図である。図１のブラケットの保持部と放熱部との組み付け状態を示す斜視図である。（ａ）は図２の保持部の平面図、（ｂ）は（ａ）のアームに回路基板を取り付けた状態を示す平面図である。図３（ａ）のアームを拡大して示す要部拡大斜視図である。図４のＩ−Ｉ断面図である。図１のブラケットに締結した回路基板上のコネクタに対するブラケットの突起の当接状態を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る回路基板ユニットの分解斜視図である。図１に示す本実施形態の回路基板ユニット１は、例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等の電動車両に、インバータやＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング回路のユニットとして搭載される。

そして、本実施形態の回路基板ユニット１は、制御信号入力用のコネクタＣｓと電源接続用のコネクタＣｐとが実装された回路基板３と、回路基板３が取り付けられるブラケット５とを有している。

回路基板３は、例えばガラスエポキシ樹脂等の公知の材料で矩形状に形成されており、両コネクタＣｓ，Ｃｐの実装面３１側から固定ねじ７が挿通される取付孔３３を四隅にそれぞれ有している。

制御信号入力用のコネクタＣｓは、嵌合相手の制御信号線のコネクタ（図示せず）が挿入される開口Ｃｓ１を実装面３１と平行する方向に向けて、回路基板３の一方の短辺側に配置される。また、電源接続用のコネクタＣｐ（請求項中のコネクタに相当）は、嵌合相手の電源ケーブルのコネクタＣｃ（図６参照）が挿入される開口Ｃｐ１を、実装面３１と反対の方向に向けて、回路基板３の他方の短辺側に配置される。

各コネクタＣｓ，Ｃｐは、実装面３１側から回路基板３を貫通させたコンタクトＣｓ３，Ｃｐ３を、回路基板３の実装面３１とは反対側のパターン面３５に形成された導電パターンの端子部（図示せず）に半田付けすることで、回路基板３にそれぞれ固定される。

また、回路基板３は、実装面３１に実装された電源接続用のコネクタＣｐによって覆われる箇所に貫通孔３７を有している。

ブラケット５は、樹脂製で絶縁性を有する保持部５１と、熱伝導率が高い金属製の放熱部５３とを有している。

保持部５１は、回路基板３の一対の短辺がそれぞれ取り付けられる一対のアーム５５，５５と、両アーム５５，５５の基部同士を接続するフレーム５７とを有している。

各アーム５５の表面の基部寄りと先端寄りの各箇所には、円柱状のボス５９（請求項中の取付点に相当）がそれぞれ形成されている。このうち、各アーム５５の先端寄りのボス５９には、回路基板３の一方の長辺側の一対の取付孔３３に対応するねじ孔６１がアーム５５の表面側からそれぞれ形成されている。また、各アーム５５の基部寄りの各ボス５９には、回路基板３の他方の長辺側の一対の取付孔３３に対応するボス孔６３がそれぞれ貫設されている。

図２の斜視図に示すように、各アーム５５の裏面には補強用のリブ６５が立設されている。このリブ６５は、図３（ａ）の平面図に示すように、アーム５５の基部寄りと先端寄りの各ボス５９の中心同士を結ぶ直線上に、ボス孔６３と干渉しないように立設されている。

また、一方のアーム５５は、回路基板３の貫通孔３７に対応する外形円柱状の突起６７を有している。この突起６７は、一方のアーム５５の中間に形成された側方への膨出部６９に立設されている。

膨出部６９における突起６７の周辺部分には、図４の要部拡大斜視図に示すように、弾性変形部７１が形成されている。この弾性変形部７１は、図５の断面図に示すように、アーム５５（膨出部６９を含む）の弾性変形部７１の周辺部分の肉厚よりも薄肉に形成されている。このため、弾性変形部７１は、突起６７の中心軸に沿って弾性変形することができる。そして、突起６７がその中心軸方向に変位すると、弾性変形部７１の復元力によって突起６７が反対方向に付勢される。

なお、突起６７及び弾性変形部７１の位置は、リブ６５の位置よりも内側（他方のアーム５５側）にオフセットしている。

突起６７には、アーム５５のリブ６５を立設した面側から形成された肉抜き部７３が形成されている。この肉抜き部７３により突起６７は、先端が閉塞された中空状に形成されている。なお、突起６７はボス５９と同じかボス５９以上の高さで形成されている。

図１に示す放熱部５３は、例えばアルミニウム合金等により直方体状に形成されている。保持部５１のフレーム５７の裏面に当接される放熱部５３の端面７５には、保持部５１の各アーム５５の基部寄りのボス５９のボス孔６３に対応するねじ孔７７が形成されている。

このように構成された本実施形態の回路基板ユニット１を組み立てる際には、回路基板３の一方の長辺側の取付孔３３に挿通した固定ねじ７を、ブラケット５の各アーム５５の基部寄りのボス孔６３に挿通し、フレーム５７の裏面に当接させた放熱部５３の端面７５のねじ孔７７にねじ止めする。また、回路基板３の他方の長辺側の取付孔３３に挿通した固定ねじ７を、ブラケット５の各アーム５５の先端寄りのねじ孔６１にねじ止めする。

これにより、回路基板３の四隅が固定ねじ７によってブラケット５の保持部５１の各アーム５５に、図６の断面図に示すように、ボス５９の高さだけアーム５５から浮かせた状態で取り付けられる。

この状態で、一方のアーム５５の突起６７が回路基板３の貫通孔３７に挿通される。突起６７の先端は、貫通孔３７を覆う電源接続用のコネクタＣｐに当接する。このとき、コネクタＣｐに当接した突起６７がコネクタＣｐから押されてアーム５５側に変位しようよすると、弾性変形部７１の復元力による反力が突起６７からコネクタＣｐに伝わる。

ここで、突起６７及び弾性変形部７１は、一方のアーム５５のリブ６５の位置よりも内側（他方のアーム５５側）にオフセットして配置されているので、リブ６５に突起６７及び弾性変形部７１と重なる部分が生じない。このため、突起６７及び弾性変形部７１との干渉を避けるために、一方のアーム５５のリブ６５の存在しない部分を設ける必要がない。よって、リブ６５の立設により一方のアーム５５が十分に補強される。

また、回路基板ユニット１を組み立てた状態では、アーム５５の基部側において、図２及び図５に示すように、リブ６５の一方の端部６６が放熱部５３の側面７９に当接する。この当接により、放熱部５３の側面７９に近づく向きへのアーム５５の揺動が規制される。

このように構成された本実施形態の回路基板ユニット１では、ブラケット５の保持部５１に取り付けた回路基板３の電源接続用のコネクタＣｐの開口Ｃｐ１に、嵌合相手の電源ケーブルのコネクタＣｃを挿入すると、コネクタＣｃから回路基板３のコネクタＣｐに嵌合力が伝わる。この嵌合力は、コネクタＣｐに先端が当接している突起６７に、保持部５１の一方のアーム５５に近づく方向に変位させる応力として伝わる。

コネクタＣｐから突起６７に応力が伝わると、その応力により弾性変形しようとする弾性変形部７１に復元力が生じ、この復元力が、弾性変形部７１から突起６７を経て回路基板３のコネクタＣｐに反力として伝わる。

このため、電源ケーブルのコネクタＣｃから伝わる嵌合力により嵌合相手のコネクタＣｐが回路基板３側に変位することが、突起６７からコネクタＣｐに伝わる反力で緩和あるいは防がれる。よって、コネクタＣｐの変位により回路基板３がパターン面３５側に凸となるように撓むことが防止される。

また、ブラケット５の保持部５１の各アーム５５の揺動がリブ６５の端部６６と放熱部５３の側面７９との当接により規制されるので、電源ケーブルのコネクタＣｃから嵌合相手のコネクタＣｐに伝わる嵌合力によってアーム５５が揺動し回路基板３に捻れ等の応力がかかることが防止される。

なお、回路基板ユニット１が組み立てられた状態では、回路基板３のパターン面３５が樹脂製の保持部５１によって金属製の放熱部５３と絶縁される。このため、パターン面３５の導体パターンが放熱部５３との接触でショートすることはない。また、回路基板３で発生した熱は保持部５１を介して放熱部５３に伝達されて放熱される。

このように、本実施形態の回路基板ユニット１によれば、回路基板３のブラケット５を樹脂製の保持部５１と金属製の放熱部５３とで構成し、樹脂製の保持部５１の一方のアーム５５に設けた突起６７を回路基板３の貫通孔３７に挿通して、回路基板３に実装した電源接続用のコネクタＣｐに当接させる構成とした。

そして、電源ケーブルのコネクタＣｃを嵌合する際の嵌合力が電源接続用のコネクタＣｐに加わると、ブラケット５の一方のアーム５５の突起６７の周辺に形成した弾性変形部７１が弾性変形して、その復元力が反力として突起６７からコネクタＣｐに加わるようにした。

このため、電源接続用のコネクタＣｐを実装した回路基板３が電源ケーブルのコネクタＣｃの嵌合力によって撓むのを防止し、回路基板３の撓み変形によって回路基板３に実装された素子やコネクタＣｐ，Ｃｓ等の半田付け箇所に応力が集中してかからないようにすることができる。よって、半田付け箇所にクラックが生じたり半田が回路基板３のパターン面３５の導電パターンから剥がれて浮いて、回路基板３の導電パターンと実装素子とが接続不良を起こすのを避けることができる。

しかも、回路基板３の電源接続用のコネクタＣｐにブラケット５の一方のアーム５５の突起６７が回路基板３を介さずに直接当接するので、仮にブラケット５の突起６７が正規の位置からずれた位置に配置されてコネクタＣｐに当接しても、その位置ずれによる応力は回路基板３に伝わらず、突起６７の周囲の弾性変形部７１の弾性変形によって吸収される。

このため、仮に、回路基板３が固定ねじ７により寸法精度のよくない状態でブラケット５（保持部５１、放熱部５３）に取り付けられても、コネクタＣｐに対する位置ずれに起因する応力が突起６７から回路基板３に加わって回路基板３が撓むのを防ぐことができる。

なお、ブラケット５は、少なくとも、保持部５１のうち突起６７及び弾性変形部７１を設けたアーム５５の膨出部６９が樹脂製であればよい。また、弾性変形部７１は、突起６７をその中心軸方向に復帰可能に変位させることができる他の構成に置き換えてもよい。ここで、突起６７や弾性変形部７１の位置をリブ６５に対してずらす方向は、回路基板３の貫通孔３７に突起６７を挿入できる限り、アーム５５の内側（他方のアーム５５側）でなく外側であってもよい。

また、ブラケット５の保持部５１は、放熱部５３と同じく金属製として放熱部５３と一体化することもできる。但し、その場合は、保持部５１の形状からしてブラケット５を鋳造で製造することになるので、放熱部５３に十分な伝熱性を持たせる上で工夫が必要となる。

これに対し、本実施形態のブラケット５は、形状が複雑な保持部５１を加工が容易な樹脂製として、金属製の放熱部５３を保持部５１から分離した独立の構造物としたので、放熱部５３を押出成形や鍛造により形成して、高い伝熱性を放熱部５３に持たせることができる。

さらに、回路基板３を固定ねじ７で取り付けるためにブラケット５の保持部５１の各アーム５５に設けるボス５９の数は、３つ以上であってもよい。また、突起６７の肉抜き部７３を省略し突起６７を中実としでもよい。

なお、上述した実施形態では、電動車両にインバータやＤＣＤＣコンバータ等のスイッチング回路のユニットとして搭載される回路基板ユニット１を例に取って説明したが、本発明は、電動車両に搭載されるスイッチング回路のユニットに限らず、コネクタが実装された回路基板をブラケットによって支持する回路基板ユニットに広く適用可能である。

本発明は、コネクタが実装された回路基板をブラケットによって支持する回路基板ユニットにおいて利用することができる。

１回路基板ユニット
３回路基板
５ブラケット
３１実装面
３３取付孔
３５パターン面
３７貫通孔
５１保持部
５３放熱部
５５アーム
５７フレーム
５９ボス（取付点）
６１ねじ孔
６３ボス孔
６５リブ
６６リブ端部
６７突起
６９膨出部
７１弾性変形部
７３肉抜き部
７５放熱部端面
７７ねじ孔
７９放熱部側面
Ｃｃ電源ケーブルのコネクタ
Ｃｐ電源接続用のコネクタ（コネクタ）
Ｃｐ１，Ｃｓ１コネクタ開口
Ｃｐ３，Ｃｓ３コンタクト
Ｃｓ制御信号入力用のコネクタ

Claims

コネクタ（Ｃｐ）が実装され、該コネクタ（Ｃｐ）によって覆われる貫通孔（３７）が形成された回路基板（３）と、
前記回路基板（３）が取り付けられ、該回路基板（３）の前記貫通孔（３７）に挿入されて前記コネクタ（Ｃｐ）に先端が当接する突起（６７）を有するブラケット（５）と、
を備える回路基板ユニット（１）。
前記ブラケット（５）は前記突起（６７）を支持する弾性変形部（７１）を有している請求項１記載の回路基板ユニット（１）。
前記突起（６７）は前記先端が閉塞された中空状に形成されている請求項１又は２記載の回路基板ユニット（１）。
前記ブラケット（５）は前記回路基板（３）の取付点（５９）を少なくとも２点有しており、前記突起（６７）は２つの前記取付点（５９）を結ぶ直線上からオフセットした点を中心に前記ブラケット（５）から突出している請求項１、２又は３記載の回路基板ユニット（１）。
前記ブラケット（５）は、前記突起（６７）を有し前記回路基板（３）が締結される保持部（５１）と、該保持部（５１）のリブ（６５）に当接され前記回路基板（３）の実装素子から伝わる熱を放熱する放熱部（５３）とを有している請求項１、２、３又は４記載の回路基板ユニット（１）。
前記保持部（５１）は樹脂製であり、前記放熱部（５３）は金属製である請求項５記載の回路基板ユニット（１）。