JP4087024B2 - 電気接続箱 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両等の熱環境の厳しい部位に搭載される電気接続箱に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の快適性に対するニーズの高まりに伴い、車両に搭載される電装品は増加する傾向にある。具体的には、例えば、オーディオ、ナビゲーション、テレビ、電動アンテナ、エアコン、リヤウインドウヒータ、シートヒータ、パワーシート、サスペンションの硬さ制御装置等の様々な電装品が車両に搭載されるようになっている。
【０００３】
これらの電装品への電源供給は、エンジンルームのバッテリ近傍等に取り付けられた電気接続箱を経由して供給される。尚、電気接続箱には、ワイヤハーネスのボディとの短絡時やモータ等の負荷の故障時に車両火災の発生を阻止するヒューズや、運転席近傍の操作スイッチ等と連動して電装品への電源供給を制御するリレー等が搭載されている。
【０００４】
電気接続箱として一般的に知られているものは、例えば特開昭５９−２８８１８号に記載されたように、銅板を打ち抜いて折り曲げたバスバーを互いに接触しないようにプラスチック板間に夫々配置し、且つヒューズやリレーを取り付けた構造を有している。しかし、近年、投資コストの削減、製品の小型化や設計変更の容易化等の要請から、例えば特開平２−１７８１８号に記載されたように、バスバー回路部の大部分を金属芯入りプリント基板で置き換えた電気接続箱が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる金属芯入りプリント基板１の断面構造は、図５に示すように、アルミニウム製のコア材１ａと、コア材１ａの表面を囲繞した絶縁層１ｂと、絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された導電層１ｃと、絶縁層１ｂと導電層１ｃとに塗布されたレジスト１ｄからなっている。又、当該プリント基板１の所定位置にはスルーホール１ｈが形成され、基板の回路密度を向上させている。
【０００６】
このような金属芯入りプリント基板１の特性を調べたところ、リレーやヒューズ等の発熱電気部品を実装して実際に電流を流した場合、従来のプリント基板のように基板上に不均一な熱分布を発生させることはないが、発熱電気部品を多数実装すると熱が均一化して基板全体に蓄熱されていくことが分かった。以下、これを実験データに基づき具体的に説明する。
【０００７】
一般的なガラスエポキシ基板と金属芯入りプリント基板の配線パターン幅１mm、導体厚さ０．１mm、長さ１００mmに所定電流を流したときの基板配線パターンの温度上昇値を比較した。図６に示す比較データからガラスエポキシ基板に較べて金属芯入りプリント基板は放熱効果に優れ、配線パターン部の温度上昇を抑えることができるので、大電流を扱うことが可能といえる。
【０００８】
一方、上記通電配線パターンからの距離と温度上昇との関係を両基板について比較した。図７に示す比較データから金属芯入りプリント基板は均熱効果があるが、基板全体の平均温度が上昇する傾向があり、通電する配線パターンが増える場合には基板の熱を放熱する手段が必要であることが分かった。
尚、金属板の板厚は、製造のし易さ、コスト、重量、熱伝導性能の観点から０．５mm乃至２mmの範囲で一般的に選択されている。このように、金属芯の板厚が限定されると、例えばプリント基板端部等からの部分的な熱引きでは放熱効果が不十分である。従って、例えばプリント基板のエッジ部に沿ってヒートパイプを密着させても十分な放熱効果が得られない。
【０００９】
又、プリント基板のはんだ面にはスルーホールにはんだ凸部が形成されたり、電気部品のリード端子が多数突出しているので、基板面にヒートパイプを密着させる方法では、密着面が極めて限定され放熱効果が不十分となる。
本発明の目的は、金属芯入りプリント基板の発熱を筐体外に効率的に放熱する構造を有した電気接続箱を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本願の請求項１に係る電気接続箱は、筐体に収容され電気部品の実装された金属芯入りプリント基板の少なくとも一部に当接した第１熱伝導性絶縁シートと、前記第１熱伝導性絶縁シートの少なくとも一部に密着した金属スペーサと、前記金属スペーサを挟んで前記第１熱伝導性絶縁シートと反対側の面に設けられた第２熱伝導性絶縁シートと、前記第２熱伝導性絶縁シートに当接して前記金属芯入りプリント基板の熱を筐体外部に放熱する放熱手段とを有し、前記第１熱伝導性絶縁シートと前記金属スペーサとは前記金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部を避けるようにそれぞれ開口部を有して形成され、前記第２熱伝導性絶縁シートは、前記金属スペーサにおける前記凸部を避けた部分を覆うように取り付けられたことを特徴としている。
また、本願の請求項２に係る電気接続箱は、請求項１に記載の前記金属スペーサが、前記凸部を避けた部分において前記リード端子の凸部が収まる厚みを有することを特徴としている。
【００１１】
発熱電気部品の熱は金属芯入りプリント基板全体に均一に蓄熱されるが、この熱を第１熱伝導性絶縁シート、第２熱伝導性絶縁シート及び金属スペーサを介して放熱手段に効率良く伝達する。その為、金属芯入りプリント基板のメリット、即ち発熱電気部品の高密度実装が可能となるメリットを最大限に生かすことができる。又、前記第１および第２熱伝導性絶縁シートと金属スペーサとは金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部を避けるように形成されているので、金属芯入りプリント基板から前記第１および第２熱伝導性絶縁シートを介して金属スペーサに伝熱する放熱面積を大きくすることができ、従来の電気接続箱に較べて放熱効率を格段に向上させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電気接続箱について説明する。本発明の一実施形態に係る電気接続箱は、図１に示すように、筐体と、これに収容された金属芯入りプリント基板と、プリント基板に実装された発熱電気部品と、プリント基板に当接した第１熱伝導性絶縁シートと、前記第１熱伝導性絶縁シートの少なくとも一部に密着した金属スペーサと、前記金属スペーサを挟んで前記第１熱伝導性絶縁シートと反対側の面に設けられた第２熱伝導性絶縁シートと、前記第２熱伝導性絶縁シートに当接して前記金属芯入りプリント基板の熱を筐体外部に放熱する放熱手段シートに密着してプリント基板の熱を筐体外部に放熱する放熱部とを有している。
【００１３】
筐体は、ロアケース１１、ロアケース１２と、これらのロアケースの上下に組み付けられるアッパケース１３、アッパカバー１４、ロアカバー１５等からなる。アッパケース１３には、リレーＲＬやコントロールユニットＣＵが取り付けられている。尚、筐体を構成するケースやカバーはポリプロピレン等の樹脂材からなり、軽量化を図っている。
【００１４】
金属芯入りプリント基板として、基板２１、基板２２、基板２３の３つの基板を備え、例えば基板２１には、フューズホルダＦＨやリレーＲＬ、基板コネクタＣＮ等の電気部品が実装されている。尚、フューズホルダＦＨに装着されるフューズは、ワイヤハーネスのボディとの短絡時やモータ等の負荷の故障時に車両火災の発生を阻止する役目を果たし、リレーＲＬは、運転席近傍の操作スイッチ等と連動して電装品への電源供給を制御する役目を果たす。尚、電気部品としてこれら以外にＣＰＵやサイリスタ等の発熱電気（電子）部品を実装しても良い。
【００１５】
これらの電気部品の多くは大電流が流れることで、電気部品自体やこれに電気的に導通した回路パターンが発熱する。尚、基板２２や基板２３にも同様の電気部品が実装されている。
金属芯入りプリント基板２１は、従来例で説明したプリント基板１と同様な構成を有し、図３に示すように厚さ１mmのアルミニウム製コア材２１ａ、コア材の表面を囲繞した絶縁層２１ｂ、絶縁層上に所定の回路パターンとして形成された導電層（図示せず）、絶縁層に塗布されたレジスト（図示せず）から構成されている。尚、金属芯入りプリント基板２１には、所定箇所にスルーホール２１ｈが形成され、このスルーホール２１ｈには実装時にはんだが固着しており、基板表面から約０．２mm程突出したはんだ部Ｈが形成されている。更に、金属芯入りプリント基板２１には、上述の通りリレーＲＬ等の電気部品が実装されているが、これらの実装部品は主としてリードタイプなので、リード端子Ｔが実装面と反対側のはんだ面から約２mm程突出している。尚、他の２つの金属芯入りプリント基板２２，２３も同様の構造を有している。
【００１６】
第１熱伝導性絶縁シート２４は、金属芯入りプリント基板２１の、電気部品実装側と反対側、即ちリード線突出側（はんだ面側）に密着されている。第１熱伝導性絶縁シート２４は、図２に示すように、金属芯入りプリント基板２１と略同等の外形を有し、金属芯入りプリント基板２１から突出したリード線にシートが干渉しないように開口部２４ｈを有している。又、第１熱伝導性絶縁シート２４の厚みは、約０．５mmであり、その材質はアクリル系樹脂にアルミナ粉やガラスフィラーなど絶縁性と熱伝導性に優れた材料を混ぜ合わせたものである。尚、シート材質は、熱伝導性に優れれば良く、例えばオレフィン系樹脂やシリコン系樹脂にアルミナ粉やガラスフィラーなどを混ぜ合わせたものであっても良い。
【００１７】
金属スペーサ２５は、第１熱伝導性絶縁シート２４と略同等の外形を有し、両者を重ね合わせたときに第１熱伝導性絶縁シート２４の開口部と一致する打ち抜き部が形成されている。又、金属スペーサ２５の厚みは、約３mmであり、その材質はアルミニウムであるが、他の金属材料を用いても良い。尚、金属スペーサの厚みは、基板２１から突出するリード端子Ｔの長さに合わせて適宜変更しても良い。
【００１８】
第１熱伝導性絶縁シート２４と金属スペーサ２５は、上述のように構成されているので、これらを金属芯入りプリント基板２１に当接したとき、図３に示すように、リード端子Ｔと干渉することなく、且つスルーホールに形成されたはんだ凸部Ｈを第１熱伝導性絶縁シート２４が変形して吸収しながら互いに重ね合わされる。従って、金属芯入りプリント基板２１の広範囲に亘って第１熱伝導性絶縁シート２４と金属スペーサ２５とが重なり合いし、これらの間の密着面積を非常に大きくとることができる。更に、第１熱伝導性絶縁シート２４の存在によってプリント基板２１と金属スペーサ２５との間の絶縁が確保される。
【００１９】
金属スペーサ２５の反対面には、図１に示すように、金属スペーサ２５の外形と略同等の外形を有し且つ第１熱伝導性絶縁シート２４と同等の厚さ及び材質を有した第２熱伝導性絶縁シート２６が重ね合わされている。尚、リード端子Ｔは金属スペーサ２５からは突出していないので、第２熱伝導性絶縁シート２６には開口部が形成されていない。
【００２０】
放熱フィン３０は、断面Ｌ字型の板材を複数配列して構成されており、その一辺はロアケース１１に並行して形成されたスリット１１ｓを通って筐体外部に突出するようになっている。 放熱フィン３０を組み付けるに当たって、予めロアケース１１のスリット１１ｓに放熱フィン３０を夫々差し込んでネジ止めし、第２熱伝導性絶縁シート２６を介して放熱フィン３０の他辺を金属スペーサ２５に密着させる。
【００２１】
放熱フィン３０をこのような構造にすることで、筐体自体を金属製としたり放熱構造をヒートシンク構造とする場合に較べて格段に軽量化と低コスト化を図ることができる。尚、放熱フィンをロアケースにインサートモールドすることで、部品点数の削減と止水性の向上を図ることも可能である。尚、第２熱伝導性絶縁シート２６は、金属スペーサ２５の熱を放熱フィン３０に伝熱するだけでなく、ロアケース１１のスリット１１ｓから筐体内部に侵入する水を止水する役目を果たしている。
【００２２】
一方、金属芯入りプリント基板２２，２３にも、基板２１と同様にフューズホルダＦＨ、リレーＲＬ、基板コネクタＣＮが実装されている。第２熱伝導性絶縁シート２６と同等の厚さ及び材質からなる細長の放熱シート３１が、基板２２のはんだ面側の端子の突出していない部分に密着配置されている。放熱シート３１には、扁平なヒートパイプ３２が当接され、ヒートパイプ３２の放熱部は、図示しない車両のボディパネルに接続されて金属芯入りプリント基板２２の発熱を車両パネルに放熱するようになっている。
【００２３】
以下、金属芯入りプリント基板２１を例示して本発明にかかる電気接続箱の放熱のしかたについて説明する。まず最初に、リレー、ヒューズ、ＣＰＵ等の電気部品やこれと導通した回路パターンでの発熱が金属芯入りプリント基板２１で均熱化される。続いて、この熱は、図３に示すように、第１熱伝導性絶縁シート２４、金属スペーサ２５、第２熱伝導性絶縁シート２６を介して放熱フィン３０に伝熱され、筐体外部に放熱される（図中、矢印参照）。
【００２４】
上述した通り、第１熱伝導性絶縁シート２４と金属スペーサ２５には金属芯入りプリント基板２１のリード端子の凸部を避けるように開口部（打ち抜き部）２４ｈ，２５ｈが形成されているので、シートやスペーサが基板の端子凸部と干渉することがない。従って、金属芯入りプリント基板２１、第１熱伝導性絶縁シート２４、及び金属スペーサ２５が広い面積で互いに密着するので非常に大きい放熱面積が形成される。この大きな放熱面積を介して金属芯入りプリント基板２１に均一に蓄積された熱を放熱フィン３０に効率良く伝熱することができる。その結果、従来の電気接続箱に較べて放熱効果を格段に向上させることができる。
【００２５】
尚、実際に本発明に係る電気接続箱を製造したところ、バスバー回路部を金属芯入りプリント基板で置き換えることで、基板投影面積で約４０％もの小型化が達成できた。そして、その空きスペースにコントローラユニットや実装基板、プラグイン型リレー５個を実装することができた。そして、このように高密度集積化して電気部品が発生した熱を上述した放熱構造で効率的に放熱することができ、本発明の有用性を確認することができた。
【００２６】
続いて、本発明の別の実施形態に係る電気接続箱について説明する。尚、最初の実施形態に係る電気接続箱と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。この別の実施形態に係る電気接続箱は、上述の実施形態のように第１熱伝導性絶縁シートおよび第２熱伝導性絶縁シートと金属スペーサとを別体として製造して電気接続箱組み付け時に互いに重ね合わせるのではなく、両者を一体に製造しておき、上述の効率的な放熱に加えて電気接続箱組み付け作業の簡略化を図ることを特徴としている。
【００２７】
具体的には、本電気接続箱は、図４に示すように、アッパーケース５１、ロアケース５２、アッパーカバー５３、ロアカバー５４からなる筐体に電気部品の実装された金属芯入りプリント基板６１，６２，６３、放熱シート付き金属スペーサ６４，６５、及びヒートパイプ６６等が収容されて構成されている。放熱シート付き金属スペーサ６４，６５は、最初の実施形態に係る第１熱伝導性絶縁シートおよび第２熱伝導性絶縁シートや金属スペーサと同等の形状、厚さ、及び材質からなり、金属スペーサの両面にそれぞれ第１熱伝導性絶縁シートおよび第２熱伝導性絶縁シートを予め重ね合わせたものである。そして、電気接続箱組み付け時に、放熱シート付き金属スペーサ６４を金属芯入りプリント基板６１のはんだ面に当接させ、放熱シート付き金属スペーサ６５を金属芯入りプリント基板６２のはんだ面に当接させるようになっている。又、各放熱シート付き金属スペーサ６４，６５には吸熱部が扁平形状のヒートパイプ６６が取り付けられ、筐体外部に放熱できる構造となっている。
【００２８】
この電気接続箱も金属芯入りプリント基板６１，６２と放熱シート付き金属スペーサ６４，６５とが基板の端子凸部を避けて広範囲で密着しているので、プリント基板に均一に蓄積された熱を放熱シート付き金属スペーサを介してヒートパイプに効率良く放熱することができる。又、放熱シートと金属スペーサとが上述の通り一体に構成されているので、最初の実施形態に係る電気接続箱に使用された伸びやすく剛性の無い放熱シートの欠点をなくし、電気接続箱の組み付け性を向上させることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電気接続箱は、プリント基板全体に均一に蓄熱された発熱電気部品の熱を、第１熱伝導性絶縁シートおよび第２熱伝導性絶縁シートを介して放熱手段に効率良く伝達することができる。その為、金属芯入りプリント基板のメリット、即ち発熱電気部品の高密度実装が可能となるメリットを最大限に生かすことができる。
【００３０】
又、第１熱伝導性絶縁シートおよび第２熱伝導性絶縁シートと金属スペーサとは金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部を避けるように形成されているので、金属芯入りプリント基板から熱伝導性絶縁シートを介して金属スペーサに伝熱する放熱面積を最大限に形成し、放熱効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電気接続箱を示す分解斜視図である。
【図２】図１の熱伝導性絶縁シートの正面図である。
【図３】図１における放熱のしかたを説明するための部分的概略断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係る電気接続箱を示す分解斜視図である。
【図５】金属芯入りプリント基板の構成を概略的に示す一部断面図である。
【図６】プリント基板の導体パターンへの通電電流と基板の温度上昇との関係を示す図である。
【図７】プリント基板の発熱部からの距離と温度上昇との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ ロアケース
１１ｓ スリット
２１ 金属芯入りプリント基板
２１ａ アルミニウム製コア材
２１ｂ 絶縁層
２１ｈ スルーホール
２４ 第１熱伝導性絶縁シート
２４ｈ 開口部
２５ 金属スペーサ
２５ｈ 開口部
２６ 第２熱伝導性絶縁シート
３０ 放熱フィン
６２ 金属芯入りプリント基板
６４ 放熱シート付き金属スペーサ
６６ ヒートパイプ

Claims (2)

1. 電気部品の実装された金属芯入りプリント基板を筐体内に収容した電気接続箱において、前記金属芯入りプリント基板の少なくとも一部に当接した第１熱伝導性絶縁シートと、
   前記第１熱伝導性絶縁シートの少なくとも一部に密着した金属スペーサと、
   前記金属スペーサを挟んで前記第１熱伝導性絶縁シートと反対側の面に設けられた第２熱伝導性絶縁シートと、
   第２熱伝導性絶縁シートに当接して前記金属芯入りプリント基板の熱を筐体外部に放熱する放熱手段とを有し、
   前記第１熱伝導性絶縁シートと前記金属スペーサとは前記金属芯入りプリント基板のリード端子の凸部を避けるように形成され、
   前記第２熱伝導性絶縁シートは、前記金属スペーサにおける前記凸部を避けた部分を覆うように設けられていることを特徴とする、電気接続箱。
2. 前記金属スペーサは、前記凸部を避けた部分において前記リード端子の凸部が収まる厚みを有することを特徴とする、請求項１に記載の電気接続箱。

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