JP4124137B2

JP4124137B2 - 電子ユニット筐体

Info

Publication number: JP4124137B2
Application number: JP2004045746A
Authority: JP
Inventors: 公洋小野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: US7257003B2; CN1662128A; JP2005236162A; EP1569505A2; US20050185381A1; KR20060043129A; EP1569505B1; DE602005024732D1; CN100379334C; KR100629220B1; EP1569505A3

Description

本発明は、電力変換装置等の電子ユニットが収納される電子ユニット筐体に関する。

電力変換装置等の電子ユニットには発熱量の大きなパワーモジュールが含まれており、放熱効果を高めるために冷却装置で冷却された筐体に収納する場合が多い。また、電力変換装置で発生する電磁波の漏れおよび外部からの電磁波浸入を低減すべく、筐体には電磁波シールド構造が施されている（例えば、特許文献１参照）。

上述した従来の筐体においては、冷却装置により冷却されるベース部材上に電子ユニットを配設し、その電子ユニットを囲むように設けられた側壁の上部に金属製の蓋をボルト固定する構造を有している。蓋と側壁との締結面にはＯリングシール等のシール部材が配設され、これにより筐体の防水性を確保している。側壁には、筐体の軽量化や外部高温環境からの熱浸入低減を図るために、樹脂と金属板との２重構造を有する部材が用いられている。

側壁の金属板は冷却性能および電磁波シールドの確保のために設けられたものであり、金属板の一部を側壁の締結面に露出させて、その露出した金属板と金属製の蓋とを接触させている。それによって、筐体の電磁波シールド性を確保するとともに、筐体内に収納された電子ユニットに対する冷却性能の向上を図っている。

特開２００３−６９２７０号公報

しかしながら、上述した筐体においては、Ｏリングシールは金属板の露出部とボルト締結部との間に配設されているため、ボルト締結時にＯリングシールが支点となって蓋が傾き、蓋と金属板露出部との接触圧が不十分となったり、隙間ができて非接触状態となるおそれがあった。そのような場合には、電磁波シールド性や冷却性能の低下を招くという不都合が生じる。

本発明は、電子ユニットが配設され、電子ユニットを冷却するベース部と、ベース部に立設されて電子ユニットの周囲を囲み、電子ユニットに面した金属内壁と断熱性外壁とから成る２重構造の側壁と、側壁の上端に締結治具により固設され、電磁波シールド材を有する蓋と、蓋と側壁の上端との間に挟持されるガスケットとを備える電子ユニット筐体に適用される。そして、締結治具により蓋を側壁に締結した際に、ガスケットに設けられた第１の弾性シールは金属板の一方の面を金属内壁の露出部に押圧し、第２の弾性シール材は金属板の他方の面を露出した電磁波シールド材に押圧することを特徴とする。そのとき、蓋と金属板との隙間および金属板と側壁の上端との隙間は、それぞれ第１、第２の弾性シール材によって封止される。第１、第２の弾性シール材は、第２の弾性シール材が締結治具の締結部と第１の弾性シール材との間に配置されるように金属板に形成されており、締結治具による締結時に、蓋が第１の弾性シール材による押圧力の反力および前記第２の弾性シール材による押圧力によって変形するように構成する。

本発明によれば、蓋と金属板との間、および金属板と金属内壁との間で十分な接触が得られ、蓋および金属内壁がベース部により冷却される。その結果、電子ユニットに対する放熱効果および電磁波シールド性が向上する。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態にいついて説明する。図１は本発明による電子ユニット筐体の一実施の形態を示す分解斜視図である。また、図２は電子ユニット筐体１を正面から見た断面図であり、電子ユニット筐体１内には電子ユニット２が収納されている。図１に示すように、電子ユニット筐体１はベース３，側壁４および蓋５で構成されている。

図２に示すように、側壁４の上下両端にはフランジ４ａ，４ｂが形成されており、フランジ４ａの上面には、後述するシール材２２が納められるシール溝４３（図１参照）が形成されている。側壁４をベース３に取り付ける際には、ボルト８によりフランジ４ｂをベース３上に固定する。また、蓋５は側壁４のフランジ４ａにボルト６によって固定される。なお、フランジ４ａと蓋５との間にはガスケット７が挟持される。なお、図示していないが、フランジ４ｂとベース３との間にも、防水性を確保するためにシール部材が設けられている。

電子ユニット２はベース３上に装着されている。電子ユニット２の例としては、電気自動車に用いられるパワーモジュール等があり、パワーモジュール２ａ，コンデンサ２ｂ、回路基板２ｃなどから構成される。回路基板２ｃはベース上に立設された支柱（不図示）などにより支持されている。パワーモジュールにはＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの電力変換用半導体素子が搭載されており、発熱量が大きい。

また、電子ユニット筐体１も、エンジンルーム等の高温環境に配設される場合が多い。そのため、ベース３は冷却装置により冷却され、金属等の熱伝導性および電気伝導性の良い材質で形成される。例えば、金属製のベース３の内部に流路を形成し、その流路内に冷却液を流して冷却する方法がある。冷却液には、水やエチレングリコール水溶液などが用いられる。以下では、ベース３および蓋５は金属で形成されているとして説明する。

側壁４は外壁部４１と内壁部４２とから成る２重構造となっている。外壁部４１は樹脂等の低熱伝導性材料で構成され、内壁部４２は金属等の高熱伝導性および電気伝導性を有する材料で構成される。ここでは、金属製の内壁部４２を樹脂製外壁部４１でモールドすることにより一体成形されている。外壁部４１に用いられる樹脂は高温度環境下に耐え得るものが好ましく、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＡ（ポリアミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等が用いられる。

内壁部４２としてはアルミニウム，銅，真鍮，鋼板等が用いられるが、なるべく薄くて軽く、かつ加工が容易なものが良く、これらの点からアルミニウムを用いるのが好ましい。また、放熱性や電磁波シールド性の点では銅も適している。内壁部４２の下端部分はＬ形状に折り曲げられてフランジ４ｂの下端面に露出しており、金属製のベース３と接触している。同様に、内壁部４２の上端部分もＬ形状に折り曲げられてフランジ４ａの上面に露出しており、内壁部４２は金属製のガスケット７を介して蓋５とも接触している。

その結果、電子ユニット筐体１の内表面は冷却水等の冷却手段により冷却され、電子ユニット２の放熱が効率よく行われ温度上昇を抑えることができる。さらに、電子ユニット筐体１は、電子ユニット２から放出される電磁波が筐体外に漏れたり、外部からの電磁波が筐体内に浸入するのを防止するための電磁波シールド機能も有している。

次に、ガスケット７について説明する。図３はガスケット７を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。ガスケット７は矩形リング状の金属板２０と、金属板２０の上面に設けられたシール材２１と、金属板２０の下面に設けられたシール材２２とで構成されている。シール材２１とシール材２２との間隔Ｅは、側壁４のシール溝４３と内壁部４２の露出部４２ａとの間隔とほぼ等しくする。金属板２０のシール材２１が設けられている領域の外側には、図１のボルト６が貫挿されるボルト用孔２３が複数形成されている。

ガスケット７の金属板２０には鉄，アルミニウム、銅などの板材が用いられ、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）等の弾性材から成るシール材２１，２２が金属板２０の上面および下面に接着される。なお、シール材２１の断面形状は半円形状に、シール材２２の断面形状は矩形に設定されているが、これらの形状に限らない。

図４は、ボルト６により蓋５を側壁に取り付けた際のガスケット７の変形を説明する図であり、（ａ）はボルト６による締め付けトルクを与える前の状態を示し、（ｂ）は締め付けトルクを与えた後の状態を示している。図４（ａ）に示すように、ガスケット７は、金属板２０下面に設けられたシール材２２がシール溝４３に入るようにフランジ４ａ上に載置される。

シール材２１，２２はボルト６の締め付け前にはほとんど変形せず、金属板２０とフランジ４１および蓋５との間には隙間ができている。なお、金属板２０のシール材２１は、ガスケット７をフランジ４ａ上にセットしたときに、内壁部４２のＬ形状に折り曲げられた露出部４２ａの位置とシール材２１の位置とがほぼ一致するように形成されている。

次いで、図４（ａ）の状態からボルト６を回転して締め付けると、蓋５が押し下げられて蓋５とフランジ４ａとの隙間が減少する。このとき、矢印で示すように、金属板２０にはシール材２１から下向きの力が加わるとともに、シール材２２から上向きの力が加わる。その結果、これら逆向きの力によって、金属板２０がシール材２１とシール材２２との間で変形する。その結果、シール材２１が設けられている部分から内側の金属板２０は下面が内壁部４２の露出部４２ａに押圧され、シール材２２が設けられている部分から外側の金属板２０は上面が蓋５の下面に押圧される。

図４（ｂ）に示す状態においては、シール材２１，２２はボルト６の締め付けにより弾性変形している。そのため、金属板２０のシール材２１が設けられている部分はシール材２１の弾性力によって一周全体が一様に変形し、その部分の全体が内壁部４２の露出部４２ａにほぼ均一に金属接触することになる。同様に、金属板２０のシール材２２が設けられている部分はシール材２２の弾性力によって一周全体が一様に変形し、その部分の全体が蓋５の下面にほぼ均一に金属接触することになる。さらに、シール材２１，２２の弾性力によってそれらの金属接触部分における接触圧が増加する。

その結果、金属板２０と蓋５および内壁部４２との金属接触が十分確保され、電子ユニット筐体１の電磁波シールド性が向上する。また、これらの金属接触が十分確保されるため、蓋５の冷却が効率的に行われ、電子モジュール２に対する放熱効果の向上を図ることができる。また、金属板２０と蓋５との隙間はシール材２１により封止され、金属板２０と側壁４の上端との隙間はシール材２２により封止され、シール性が確保される。

図５は、比較例として一般的なシール材２００を用いた場合の蓋５と側壁４との関係を図示したものであり、（ａ）は第１の比較例、（ｂ）は第２の比較例を示す。図５（ａ）に示す第１の比較例は、ボルト６で締め付けたときにシール材２００を支点として蓋５が傾き、傾いた状態のまま固定された場合を示す。この場合、蓋５と内壁部４２の露出部４２ａとの間に隙間が発生して、蓋５の冷却が十分に行われなくなり電子ユニット２に対する放熱効果が低下する。さらに、この隙間から電磁波が浸入または放出され電磁シールド性も低下する。

図５（ｂ）に示す第２の比較例では、内壁部４２の露出部４２ａをシール材２００の外側に配して、露出部４２ａと蓋５との接触の向上を図ったものである。この場合、蓋５と露出部４２ａとの接触は得られても、外壁部４１を構成する樹脂部材と内壁部４２を構成する金属板との境界層を介して筐体内部に水が浸入するおそれがあり、防水性が低下する。

しかしながら、上述した実施の形態では、金属板２０はシール材２１，２２の弾性力により変形し蓋５および露出部４２ａに押圧されているため、図５のように蓋５が微妙に傾いた場合であっても金属板２０が傾きに追随するように変形し、十分な接触状態が維持される。

蓋５や金属板２０の材質には鉄、アルミニウム、銅などが用いられるが、金属板２０の板厚については、ボルト締め付けにより一様に変形できる薄さとする。例えば、蓋５の板厚を１．０ｍｍ、金属板２０の板厚を０．２ｍｍとすると蓋５よりも金属板２０の剛性が弱いので、シール材２１，２２の弾性力による図４（ｂ）に示すような変形が実現できる。

［第１変形例］
上述した実施の形態では、ボルト６の締め付け力により、平板状の金属板２０がシール材２１とシール材２２との間で変形するような構成としたが、図６に示すガスケット７のように、シール材２１とシール材２２との間で金属板２０に段差を形成したものでも良い。シール材２１とシール材２２の間隔Ｅは、図３（ｂ）の場合と同様に側壁４のシール溝４３と内壁部４２の露出部４２ａとの間隔とほぼ等しくする。

また、段差寸法Ｄ１については、図７（ｂ）のようにボルト締め付け時にシール材２１が圧縮されて蓋５とシール材２２部分の金属板１２０が接触し、さらに段差が低くなるように変形されてシール材２２が圧縮されるような値に設定する。そのため、例えば、図６に示すように、シール材２１の固着面がシール材２２の固着面よりも低くなるように設定するのが好ましい。また、シール材２２に関する寸法Ｄ２については、シール溝４３の溝深さよりも大きくすることにより十分なシール性を確保することができる。

図７はボルト締め付け時のガスケット７の状態を説明する図であり、（ａ）はボルト締め付け前のガスケット７の断面形状を示し、（ｂ）はボルト締め付け後のガスケット７の断面形状を示す。図７（ｂ）に示すように、ボルト６を締め付けることによりシール材２１が圧縮され、そのときの弾性力によってシール材２１が設けられた部分の金属板１２０が内壁部４２の露出部４２ａに押圧される。

さらに、ボルト６の締め付け力を増すことによって金属板１２０が段差部分で変形し、シール材２２が圧縮変形される。その結果、シール材２２が設けられた部分の金属板１２０は蓋５に押圧され、金属板１２０と内壁部４２および蓋５との金属接触が十分確保されることになる。さらに、金属板１２０の段差は成型加工により予め形成されているので、上述した金属板２０のように締め付け力により変形させる場合に比べて金属接触部の面積を容易に大きくすることができる。

［第２変形例］
図８はガスケット７の第２の変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。ガスケット７の金属板３２０には、ボルト用孔３２１に加えて、シール部材３２２が貫通する孔３２３が複数形成されている。金属板３２０およびシール部材３２２は、金属板２０およびシール材２１，２２と同様の材料で形成される。

シール部材３２２は金属板３２０の表裏両面に矩形リング状に形成されており、表裏両面のシール部材３２２は金属板３２０の孔３２３を介して連結している。金属板３２０の上面側に設けられたシール部材３２２は幅Ｗ１の矩形リング状を成しており、幅Ｗ１のシール部材３２２上には幅Ｗ２，高さｈ１の矩形リング状の凸部であるシール部３２２ａが形成されている。一方、孔３２３を介して上面側のシール部材３２２と連結している下側のシール部材３２２は、幅Ｗ３のシール部３２２ｂを形成している。これらシール部３２２ａ，３２２ｂはそれぞれ図３のシール材２１，２２に対応している。

図９は第２変形例のガスケット７の装着状態を説明する図であり、（ａ）はボルト締め付け前のガスケット７の断面形状を示し、（ｂ）はボルト締め付け後のガスケット７の断面形状を示す。図９（ａ）の状態からボルト６を締め付けると、蓋５によってシール部３２２ａが図示下方向に押し下げられ、金属板３２０が変形して内側（図示右側）が下がる。一方、金属板２０の内側がシール部３２２ｂを支点に下がることにより、金属板３２０の外側は蓋５方向に付勢される。

そして、図９（ｂ）に示すようにボルト６を完全に締め付けた状態では、金属板３２０のシール部３２２ａが設けられた部分は内壁部４２の露出部４２ａに接触し、シール部３２２ａの弾性力によって押圧される。一方、符号Ｆで示す金属板３２０の外側部分は、金属板２０の弾性力およびシール部３２２ａの弾性力により蓋５に押圧された状態となる。第２変形例のガスケット７の場合、金属板３２０に対するシール部材３２２の一括成形することができ、形成工程数を低減できるため低コストで製作することができる。

上述した実施の形態では、側壁４側にシール溝４３を設けたが必ずしも必要はなく、溝のない平面状のシール面でも良い。また、ガスケット７の金属板２０，１２０，３２０、蓋５および内壁部４２を同一材質の金属、例えばアルミニウムで形成することにより、異種金属の接触により発生する腐食・電食を防止することができる。なお、放熱効果は劣るが、樹脂内に金属メッシュ等の電磁波シールド材をモールドしたものを蓋５に用いても良い。その場合、ガスケット７と対向する面に電磁波シールド材を露出させて、金属板２０，１２０，３２０との金属接触を図るようにすれば良い。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ボルト６は締結治具を、シール材２１は第１の弾性シール材を、シール材２２は第２の弾性シール材を、穴３２３は貫通穴を、シール部材３２２は弾性シール材を、シール部３２２ａは第１の凸部を、シール部３２２ｂは第２の凸部をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

本発明による電子ユニット筐体の一実施の形態を示す分解斜視図である。電子ユニット筐体を正面から見た断面図である。ガスケット７を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。ボルト６により蓋５を側壁に取り付けた際のガスケット７の変形を説明する図であり、（ａ）はボルト６による締め付けトルクを与える前の状態を示し、（ｂ）は締め付けトルクを与えた後の状態を示している。比較例を示す図であり、（ａ）は第１の比較例を、（ｂ）は第２の比較例をそれぞれ示す。ガスケット７の第１変形例を示す断面図である。第１変形例のガスケット７の装着状態を説明する図であり、（ａ）はボルト締め付け前のガスケット７の断面形状を示し、（ｂ）はボルト締め付け後のガスケット７の断面形状を示す。ガスケット７の第２変形例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。第２変形例のガスケット７の装着状態を説明する図であり、（ａ）はボルト締め付け前のガスケット７の断面形状を示し、（ｂ）はボルト締め付け後のガスケット７の断面形状を示す。

符号の説明

１電子ユニット筐体
２電子ユニット
３ベース
４側壁
５蓋
６，８ボルト
７ガスケット
２０，１２０，３２０金属板
２１，２２，２００シール材
２３，３２１，３２３穴
４１外壁部
４２内壁部
４２ａ露出部
４３シール溝
３２２シール部材
３２２ａ，３２２ｂシール部

Claims

電子ユニットが配設され、前記電子ユニットを冷却するベース部と、
前記ベース部に立設されて前記電子ユニットの周囲を囲み、前記電子ユニットに面した金属内壁と断熱性外壁とから成る２重構造の側壁と、
前記側壁の上端に締結治具により固設され、少なくとも一部が側壁対向面に露出した電磁波シールド材を有する蓋と、
前記蓋と前記側壁の上端との間に挟持されるガスケットとを備える電子ユニット筐体において、
前記金属内壁は前記側壁の上端に露出する露出部を有し、
前記ガスケットは、環状の金属板と、前記締結治具による締結時に前記金属板の一方の面を前記露出部に押圧するとともに前記蓋と前記金属板との隙間を封止する第１の弾性シール材と、前記締結治具による締結時に前記金属板の他方の面を前記露出した電磁波シールド材に押圧するとともに前記金属板と前記上端との隙間を封止する第２の弾性シール材とを有し、
前記第２の弾性シール材が前記締結治具の締結部と前記第１の弾性シール材との間に配置されるように、前記第１および第２の弾性シール材を前記金属板に形成し、
前記蓋は、前記締結治具による締結時に、前記第１の弾性シール材による押圧力の反力および前記第２の弾性シール材による押圧力によって変形するようにしたことを特徴とする電子ユニット筐体。
請求項１に記載の電子ユニット筐体において、
前記環状の金属板は、環状形状の内側領域が前記側壁上端方向に凸形状となり、かつ、環状形状の外側領域が前記蓋方向に凸形状となるように階段状に屈曲しており、前記第１の弾性シール材は前記内側領域の蓋側の面に形成され、前記第２の弾性シール材は前記外側領域の側壁上端側の面に形成されることを特徴とする電子ユニット筐体。
電子ユニットが配設され、前記電子ユニットを冷却するベース部と、
前記ベース部に立設されて前記電子ユニットの周囲を囲み、前記電子ユニットに面した金属内壁と断熱性外壁とから成る２重構造の側壁と、
前記側壁の上端に締結治具により固設され、少なくとも一部が側壁対向面に露出した電磁波シールド材を有する蓋と、
前記蓋と前記側壁の上端との間に挟持されるガスケットとを備える電子ユニット筐体において、
前記金属内壁は前記側壁の上端に露出する露出部を有し、
前記ガスケットは、表裏方向の貫通孔が形成された環状の金属板と、前記貫通孔を介して連結しており前記金属板の表裏各々の面に環状に形成された弾性シール材とを有し、
前記弾性シール材には、前記締結治具による締結時に前記金属板の一方の面を前記露出部に押圧するとともに前記蓋と前記金属板との隙間を封止する第１の凸部と、前記締結治具による締結時に前記金属板の他方の面を前記露出した電磁波シールド材に押圧するとともに前記金属板と前記上端との隙間を封止する第２の凸部とを、前記第２の凸部が前記締結治具の締結部と前記第１の凸部との間に配置されるように形成し、
前記蓋は、前記締結治具による締結時に、前記第１の凸部による押圧力の反力および前記第２の凸部による押圧力によって変形するようにしたことを特徴とする電子ユニット筐体。
請求項１〜３のいずれかに記載の電子ユニット筐体において、
前記蓋と前記金属内壁と前記金属板とを同一の金属材質で形成したことを特徴とする電子ユニット筐体。