JP3929781B2 - 回路構成体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両における配電回路等を構成するための回路構成体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共通の電源から各電気的負荷に電力を分配する手段として、複数枚のバスバー基板を積層することにより配電用回路を構成し、これにヒューズやリレースイッチを組み込んだ電気接続箱が一般に知られている。
【０００３】
さらに近年は、かかる電気接続箱の小型化や高速スイッチング制御を実現すべく、前記リレーに代えてＦＥＴ等の回路素子を組み込んだ回路構成体が開発されるに至っている。
【０００４】
例えば特開２００１−２６８７８５号公報には、略同一平面上に並べられた複数本のバスバーの周囲に合成樹脂等からなる絶縁ケースをモールドして全体を一体化し、適当なバスバーの上にＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を実装して電力回路を構成するとともに、前記絶縁ケースから間隔をおいてこれと略平行に制御回路基板を配し、この制御回路基板と前記各半導体スイッチング素子とを接続して当該半導体スイッチング素子の駆動を前記制御回路基板に組み込まれた制御回路によって制御するようにしたパワーディストリビュータが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示されるパワーディストリビュータは、略同一平面上に並べられたバスバーが絶縁ケースによって一体化されたものであるため、従来の電気接続箱に比べて構造が簡素化されるものの、その薄型化には限界がある。そこで本出願人は、前記バスバーをシート状の絶縁基材の表面に接着することにより回路構成体を生成する技術を考え出した。
【０００６】
その一例を図１５に示す。図において、入力端子用バスバー１１１及び出力端子用バスバー１１２を含む多数本のバスバーが薄肉シート状の絶縁基材１２０の片面（図例では下面）上に接着されている。絶縁基材１２０にはＦＥＴ実装用の窓１２２が形成され、この窓１２２を通じて図の上から入力端子用バスバー１１１及び出力端子用バスバー１１２をまたぐようにＦＥＴ３０が実装されている。
【０００７】
ＦＥＴ３０は、略直方体状の本体３２と、この本体３２から突出する端子（図に示されるのはソース端子３４）とを含み、本体３２の下面にはドレインが露出している。そして、このドレインが前記入力端子用バスバー１１１の上面に接触するように当該バスバー１１１上にＦＥＴ本体３２が実装されるとともに、ソース端子３４が出力端子用バスバー１１２上に実装されている。
【０００８】
このような回路構成体によれば、薄肉の構造で前記ＦＥＴ３０を含む配電回路を構成することができる。具体的に、前記ＦＥＴ３０がオンのときには、入力端子用バスバー１１１に入力された電力が前記ＦＥＴ３０を通じて出力端子用バスバー１１２に供給され、ＦＥＴ３０がオフのときはバスバー１１１，１１２間が電気的に遮断される。
【０００９】
ところが、このような薄型構造の回路構成体では、バスバーが接着されていない部分（例えば図１５では入力端子用バスバー１１１と出力端子用バスバー１１２との間の部分）で絶縁シート１２０が撓み易く（図の二点鎖線参照）、これにより、ＦＥＴ３０とバスバー１１１，１１２との半田付け部分が剥離するおそれがある。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑み、バスバー上に回路素子が実装される回路構成体の薄型化を図りながら、前記回路素子の実装状態を良好に保つことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、可撓性を有するシート状の絶縁基材と、平坦な金属板からなり、互いに略同一平面上に並んだ状態で前記絶縁基材の表面に接着される複数本のバスバーと、これらのバスバーのうちの特定のバスバー同士の間をまたぐように当該バスバーに実装される回路素子とを備えた回路構成体であって、前記絶縁基材は前記回路素子の駆動を制御する制御回路が印刷された制御回路基板であり、前記回路素子は、前記バスバーに実装されることにより電力回路を構成するとともに前記制御回路基板にも実装されることにより前記制御回路に接続され、前記絶縁基材の表面に接着されるバスバーには、前記回路素子の配設位置から前記特定のバスバーの並び方向と直交する方向にずれた位置でその並び方向と略平行な方向に延び、当該特定のバスバー同士の間の部分で前記絶縁基材が撓み変形するのを抑制する撓み抑制用バスバーが含まれているものである。
【００１２】
この構成では、絶縁基材の表面に回路構成用のバスバーが接着されているので、従来に比して回路構成体全体の高さ寸法（厚み寸法）が非常に小さく、大幅な薄型化が達成される。しかも、前記半導体スイッチング素子の配設位置から前記特定のバスバーの並び方向と直交する方向にずれた位置でその並び方向と略平行な方向に延びる撓み抑制用バスバーの剛性により、当該特定のバスバー同士の間の部分でシート状の絶縁基材が撓み変形することが抑制されるため、その撓み変形に起因してバスバーへの回路素子の実装部分が剥離することが防がれ、当該実装状態は良好に保たれる。
【００１３】
ここで、前記回路素子としては、バスバー表面に実装されて電力回路を構成し得るもの、例えばＦＥＴをはじめとするトランジスタ、ダイオード、抵抗等、種々のものが適用可能である。
【００１４】
また、前記撓み抑制用バスバーは、前記絶縁基材の撓み抑制専用に設けられたものでもよいが、前記特定のバスバーの少なくとも一方が当該特定のバスバー同士の並び方向と略平行な方向に延長されて前記撓み抑制用バスバーを兼ねる構成とすれば、バスバー本数を増やすことなく簡素な構成で前記効果が得られる。
【００１５】
前記絶縁基材は前記回路素子の駆動を制御する制御回路が印刷された制御回路基板であり、この制御回路基板と前記バスバーとの双方に前記回路素子が実装されているので、当該制御回路基板を新たに設置する必要がなくなり、構成がより簡素化される。すなわち、従来のようにバスバーによる回路構成体とは別に制御回路基板が設けられているものに比べ、全体構成は大幅に薄型化及び簡素化される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、本発明にかかる回路構成体を用いて、車両等に搭載される共通の電源から供給される電力を複数の電気的負荷に分配する配電回路をもつパワーディストリビュータを製造する場合を示すが、本発明にかかる回路構成体の用途はこれに限らず、電力回路における通電のオンオフ切換を半導体スイッチング素子によって行う場合に広く適用が可能である。また、製造方法も以下のものに限られない。
【００１７】
１）バスバー形成工程
まず、前記回路構成体を製造するにあたり、図１に示すようなバスバー構成板１０を形成する。
【００１８】
図示のバスバー構成板１０は、矩形状の外枠１６を有し、その内側領域に、入力端子を構成する複数枚の入力端子用バスバー１１と、出力端子を構成する複数枚の出力端子用バスバー１２と、複数本の信号入力端子用バスバー１４とを含む多数のバスバーが所定のパターンで配列されるとともに、適当なバスバーが小幅のつなぎ部分１８によって前記外枠１６とつながり、また特定のバスバー同士が小幅のつなぎ部分１８によって相互連結された状態となっている。
【００１９】
図例では、入力端子用バスバー１１の端部１１ａ及び信号入力端子用バスバー１４の外側端部１４ａが全てバスバー構成板１０の左側に並び、出力端子用バスバー１２の端部１２ａが全てバスバー構成板１０の右側に並ぶように配置されているが、前記各バスバー端部１１ａ，１２ａ，１４ａは外枠１６とつながっていない自由端部となっている。
【００２０】
また、図１，図１３，図１４に示すように、特定の入力端子用バスバー１１Ａと出力端子用バスバー１２Ａとの間には中継用バスバー１３が介在している。
【００２１】
このバスバー構成板１０は、例えば単一の金属板をプレス加工で打ち抜くことにより簡単に形成することが可能である。ただし、本発明では各バスバーを個別に絶縁基材に接着させていくようにしてもよい。
【００２２】
２）接着工程
前記バスバー構成板１０の片面（図１では上面）に制御回路基板２０を接着して図２の状態とする。
【００２３】
この制御回路基板２０は、後述のＦＥＴ（回路素子）３０のスイッチング動作を制御する制御回路を含むもので、例えば通常のプリント回路基板（絶縁基板に制御回路を構成する導体が印刷配線されたもの）と同等の構成のものを可撓性をもつ薄肉シート状に形成したものが好適である。図例では、非常に厚みの小さい（例えば0.3mm）シート状の制御回路基板２０が用いられ、かつ、この制御回路基板２０の適所には複数の貫通孔２２が設けられている。この貫通孔２２は、前記ＦＥＴ３０をバスバー上に実装するためのものであり、その詳細は後述する。
【００２４】
前記制御回路基板２０の外形は、バスバー構成板１０の外形よりも小さくし、特に基板左右幅がバスバー構成板１０よりも十分小さくなるようにしておく。具体的には、この制御回路基板２０を図示のようにバスバー構成板１０の中央部分に接着することにより、このバスバー構成板２０から左外側に入力端子用バスバー１１の端部１１ａ及び信号入力端子用バスバー１４の端部１４ａが突出し、右外側に出力端子用バスバー１２の端部１２ａが突出するとともに、全てのつなぎ部分１８が制御回路基板２０の外側に露出するようにする（図２）。
【００２５】
３）実装工程
前記制御回路基板２０に設けられている貫通孔２２を利用して、当該制御回路基板２０とバスバー構成板１０の双方に回路素子（図例ではＦＥＴ３０）を実装する。
【００２６】
図４に示すように、ここで用いられるＦＥＴ３０は、略直方体状の本体３２と、少なくとも３つの端子（図略のドレイン端子、ソース端子３４、及びゲート端子３６）とを含んでいる。当該端子のうち、ドレイン端子は前記本体３２の裏面に設けられ、ソース端子３４及びゲート端子３６は本体３２の側面から突出して下方に延出されている。
【００２７】
このＦＥＴ３０に対応して、制御回路基板２０の各貫通孔２２には、前記ＦＥＴ３０の本体３２が挿通可能な矩形状部分２２ａと、この矩形状部分２２ａから所定方向に延びて前記ＦＥＴ３０のソース端子３４が挿通可能な形状をもつ延出部分２２ｂとを含ませる。そして、前記矩形状部分２２ａを通じてＦＥＴ本体３２の裏面におけるドレイン端子をバスバー構成板１０における入力端子用バスバー１１の上面に直接接触させて当該バスバー１１上にＦＥＴ本体３２を実装し、前記延出部分２２ｂを通じてＦＥＴ３０のソース端子３４を出力端子用バスバー１２に接続し、ＦＥＴ３０のゲート端子３６を制御回路基板２０上の適当な導体パターンに接続する。この工程により、入力端子用バスバー１１とこれに対応する出力端子用バスバー１２とをまたぐようにＦＥＴ３０が実装されることとなり、前記入力端子用バスバー１１からスイッチ手段であるＦＥＴ３０を経由して出力端子用バスバー１２に電力が供給される配電回路が構築される。
【００２８】
また、図１，図１３，図１４に示す特定の入力端子用バスバー１１Ａ及び出力端子用バスバー１２Ａとその間に介在する中継用バスバー１３については、前記入力端子用バスバー１１Ａと中継用バスバー１３とをまたぐようにＦＥＴ３０が実装されるとともに、中継用バスバー１３と出力端子用バスバー１２ＡとをまたぐようにＦＥＴ３０が実装されており、入力端子用バスバー１１Ａに入力された電力がＦＥＴ３０→中継用バスバー１３→ＦＥＴ３０を順に経由して出力端子用バスバー１２Ａに供給されるようになっている。
【００２９】
この実装工程は、例えば各貫通孔２２内に印刷等で溶融はんだを塗布し、その上にＦＥＴ３０を載せるだけで簡単に行うことが可能である。
【００３０】
かかる実装工程を行うには、予め、図４に示すようにソース端子３４とゲート端子３６との間に制御回路基板２０の厚みと略同等の段差ｔを与えておくことが、より好ましい。また、バスバー構成板１０に含まれるバスバーの中に制御回路基板２０の制御回路と直接接続すべきバスバーが存在する場合には、例えば図５のＡ部に示すように当該バスバーから適当な突起を出させて当該突起を制御回路基板２０側にはんだ付けするようにしてもよい。
【００３１】
４）折り曲げ工程
制御回路基板２０から左右両外側に突出するバスバー端部（図では少なくともバスバー１１，１２，１４の端部１１ａ，１２ａ，１４ａを含む。）を図６に示すように上向きに折り曲げて、外部回路と接続される端子を形成する。
【００３２】
５）ハウジング装着工程
図７に示すように、複数の信号入力端子（図では信号入力端子用バスバー１４の端部１４ａであって横一列に並んでいる）の周囲に、合成樹脂等の絶縁材料からなるハウジング４０を固定してコネクタを形成する。このハウジング４０の側面には後述のケース５０と係合させるための突起４２を形成しておく。
【００３３】
６）切り離し工程
前記バスバー構成板１０におけるバスバー同士をプレス等により切り離して電力回路を完成させる。具体的には、制御回路基板２０の外側に露出しているつなぎ部分１８を切断、除去すればよい。このつなぎ部分１８の除去により、必然的に外枠１６も回路構成体から除去されることになる。この切り離し工程後の状態では、全体の高さ寸法（厚み寸法）が非常に小さく、また占有面積も制御回路基板２０の面積とほぼ同等に抑えられている。この回路構成体は、それ単独でも使用することが可能であるが、後述のケース５０や放熱部材６０をさらに付加することによって防水性や放熱性をより高めることが可能となり、車両用パワーディストリビュータ等に好適な回路体を得ることができる。
【００３４】
７）ケース装着工程
６）の切り離し工程で得られた回路構成体に対し、さらに上側から合成樹脂等の絶縁材料からなるケース５０（図９）を被せる。このケース５０は、下側に開口して前記制御回路基板２０全体を上側から覆う形状を有し、その中央には前記ＦＥＴ３０を上方に開放する開口部が設けられ、この開口部の周縁から上向きにカバー取付壁５２が立設されている。すなわち、このカバー取付壁５２は前記ＦＥＴ３０を含む領域を囲んでいる。
【００３５】
このケース５０の左右両縁部（カバー取付壁５２の左右両外側の部分）には、上下に開口する筒状のハウジング５４及びハウジング装着部５６がケース５０と一体に形成されている。ハウジング５４は、複数箇所に形成され、前記入力端子用バスバー１１の端部１１ａ（入力端子）及び出力端子用バスバー１２の端部１２ａ（出力端子）をそれぞれ個別に囲み、これらの端子とともにコネクタを構成する。ハウジング装着部５６は、前記ハウジング４０（信号入力端子を囲むハウジング）に対応する位置に形成され、このハウジング装着部５６内に前記ハウジング４０が下から挿入され、同ハウジング４０の側壁の突起４２がハウジング装着部５６の上端に係合することによりバスバー及び制御回路基板２０がケース５０に係止される。
【００３６】
この構造では、前記各端子とハウジング４０，５４とで構成されたコネクタに対し、例えば車両に配索されるワイヤハーネスの端末に設けられたコネクタを結合することにより、当該端子と外部回路とを簡単に接続することが可能となっている。
【００３７】
なお、ケース５０の前後両端部からは、左右に並ぶ複数枚のフィンカバー５８が下向きに突出している。
【００３８】
８）放熱部材接続工程
前記各バスバーの下面に図１０に示すような放熱部材６０の上面６４を接着して両者を合体させる。
【００３９】
放熱部材６０は、全体がアルミニウム系金属等の熱伝導性に優れた材料で形成され、平坦な上面６４を有し、下面からは左右に並ぶ複数枚のフィン６２が下向きに突出している。各フィン６２の位置は前記ケース５０におけるフィンカバー５８の位置と対応しており、この放熱部材６０の装着によって各フィン６２の長手方向両端が前記フィンカバー５８で覆われるようになっている。
【００４０】
９）ポッティング工程
前記カバー取付壁５２の上端開口から当該カバー取付壁５２の内側にポッティング剤を注入して同ポッティング剤内にＦＥＴ３０を封止する。その後、図１１に示すようなカバー７０をカバー取付壁５２の上端に被せて両者を接合する（例えば振動溶接する）ことにより、カバー取付壁５２内を密封する。これにより、回路構成体の防水効果がさらに高められることとなる。
【００４１】
以上のようにして製造されたパワーディストリビュータにおいて、その入力端子（入力端子用バスバー１１の端部１１ａ）に電源を、出力端子（出力端子用バスバー１２の端部１２ａ）に電気的負荷を接続することにより、前記電源から適当な電気的負荷に電力を分配する配電回路が構築されるとともに、当該配電回路の途中に設けられるＦＥＴ１４の動作が制御回路基板２０に組み込まれた制御回路によって制御されることにより、前記配電回路の通電のオンオフ制御が実行されることになる。
【００４２】
ところで、ここに示した回路構成体では、例えば図８の状態において、制御回路基板２０が薄肉シート状で撓み易く、特にバスバーが配設されていない部分に撓みが集中することになる。従って、何ら策を講じなければ、隣接するバスバー同士の間で曲率の大きな撓みが発生することにより、両バスバーにまたがって実装されているＦＥＴ３０と両バスバーとの半田付け部分が剥離し、接続不良が生ずるおそれがある。
【００４３】
例えば図１，図１３，図１４に示す入力端子用バスバー１１Ａと中継用バスバー１３との間には微小な隙間があいており、これらのバスバー１１Ａ，１３にまたがってＦＥＴ３０が実装されているため、両バスバー１１Ａ，１３の間で曲率の大きな撓みが生ずることにより、両バスバー１１Ａ，１３とＦＥＴ３０との半田付け部分が剥離し、この部分で接続不良が生ずるおそれがある。
【００４４】
そこで、この実施の形態では、前記ＦＥＴ３０の配設位置から前記バスバー１１Ａ，１３の並び方向（図１３（ａ）（ｂ）では左右方向）と直交する方向にずれた位置でその並び方向と略平行な方向に延び、当該特定のバスバー同士の間の部分で前記絶縁基材が撓み変形するのを抑制する撓み抑制用バスバーを含むようにしている。具体的には、図１の二点鎖線並びに図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）に示されるように、前記入力端子用バスバー１１Ａの端部から両バスバー１１Ａ，１３の並び方向と略平行な方向に沿って中継用バスバー１３の側方を横切る向きに（図１３（ｂ）では左向きに）撓み抑制部１１ｅが延長され、この撓み抑制部１１ｅの剛性により、前記入力端子用バスバー１１Ａと中継用バスバー１３との間での制御回路基板２０の撓みが抑制されるようになっている。すなわち、入力端子用バスバー１１Ａが撓み抑制用バスバーを兼ねる構成とされている。
【００４５】
この構成によれば、前記入力端子用バスバー１１Ａから撓み抑制部１１ｅを延長させるだけの簡単な構造で、制御回路基板２０の撓みに起因するＦＥＴ３０の接続不良を未然に回避することができる。
【００４６】
なお、本発明にかかる撓み抑制用バスバーは、前記のように入力端子用バスバー１１Ａから延長されたものに限らず、例えば両バスバー１１Ａ，１３とは完全に独立したバスバー（両バスバー１１Ａ，１３と平行な方向に延びるバスバー）を両バスバー１１Ａ，１３間での制御回路基板２０の撓みを抑制できる位置に配してもよい。また、撓み抑制用バスバーによる撓み抑制対象部位は適宜設定すればよく、例えば図４に示す入力端子用バスバー１１と出力端子用バスバー１２との間の撓みを抑制する位置に撓み抑制用バスバーを配設してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、シート状絶縁基材の表面に複数本のバスバーが接着され、その特定のバスバー同士の間をまたぐように回路素子が実装されて電力回路が構成された回路構成体であるので、その薄型化を図ることができる。しかも、前記絶縁基材の表面に接着されるバスバーには、前記回路素子の配設位置から前記特定のバスバーの並び方向と直交する方向にずれた位置でその並び方向と略平行な方向に延び、当該特定のバスバー同士の間の部分で前記絶縁基材が撓み変形するのを抑制する撓み抑制用バスバーが含まれているので、当該撓み変形の抑制によって前記回路素子の実装状態を良好に保つことができる効果がある。また、前記絶縁基材は前記回路素子の駆動を制御する制御回路が印刷された制御回路基板であり、この制御回路基板と前記バスバーとの双方に前記回路素子が実装されているので、当該制御回路基板を新たに設置する必要がなくなり、構成がより簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる回路構成体の製造に用いられるバスバー構成板及び制御回路基板を示す斜視図である。
【図２】前記バスバー構成板と制御回路基板とを接着した状態を示す斜視図である。
【図３】前記バスバー構成板及び制御回路基板にＦＥＴを実装した状態を示す斜視図である。
【図４】前記ＦＥＴの実装状態を示す拡大断面斜視図である。
【図５】前記バスバー構成板と制御回路基板との直接接続個所を示す斜視図である。
【図６】前記バスバー構成板における所定のバスバーの端部を上方に折り曲げた状態を示す斜視図である。
【図７】折り曲げた信号入力端子用バスバーの端部の周囲にハウジングを設けてコネクタを形成した状態を示す斜視図である。
【図８】前記バスバー構成板から外枠を除去してバスバー同士を切り離した状態を示す斜視図である。
【図９】前記制御回路基板及びバスバーにケースを装着した状態を示す斜視図である。
【図１０】前記ケースが装着された回路構成体とこれに装着される放熱部材とを示す斜視図である。
【図１１】前記放熱部材が装着された回路構成体とそのケースのカバー取付壁に装着されるカバーとを示す斜視図である。
【図１２】装着されたカバーのポッティング注入口からポッティング剤を注入する工程を示す斜視図である。
【図１３】（ａ）は本発明にかかる撓み抑制手段を適用しないバスバー構成板を示す平面図、（ｂ）は本発明にかかる撓み抑制手段を適用したバスバー構成板を示す平面図である。
【図１４】（ａ）は本発明にかかる撓み抑制手段を適用しない回路構成体を示す平面図、（ｂ）は本発明にかかる撓み抑制手段を適用した回路構成体を示す平面図である。
【図１５】薄肉シート状の絶縁基材の表面にバスバーが実装され、その表面にＦＥＴが実装された回路構成体での撓み状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１ 入力端子用バスバー
１１Ａ 入力端子用バスバー（回路素子が実装される特定のバスバーであって撓み抑制用バスバーを兼ねるバスバー）
１１ｅ 撓み抑制部
１２ 出力端子用バスバー
１３ 中継用バスバー（回路素子が実装される特定のバスバー）
１４ 信号入力端子用バスバー
２０ 制御回路基板
３０ ＦＥＴ（回路素子）

Claims (2)

1. 可撓性を有するシート状の絶縁基材と、平坦な金属板からなり、互いに略同一平面上に並んだ状態で前記絶縁基材の表面に接着される複数本のバスバーと、これらのバスバーのうちの特定のバスバー同士の間をまたぐように当該バスバーに実装される回路素子とを備えた回路構成体であって、
   前記絶縁基材は前記回路素子の駆動を制御する制御回路が印刷された制御回路基板であり、
   前記回路素子は、前記バスバーに実装されることにより電力回路を構成するとともに前記制御回路基板にも実装されることにより前記制御回路に接続され、
   前記絶縁基材の表面に接着されるバスバーには、前記回路素子の配設位置から前記特定のバスバーの並び方向と直交する方向にずれた位置でその並び方向と略平行な方向に延び、当該特定のバスバー同士の間の部分で前記絶縁基材が撓み変形するのを抑制する撓み抑制用バスバーが含まれていることを特徴とする回路構成体。
2. 請求項１記載の回路構成体において、前記特定のバスバーの少なくとも一方が当該特定のバスバー同士の並び方向と略平行な方向に延長されて前記撓み抑制用バスバーを兼ねていることを特徴とする回路構成体。

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