JP4307104B2 - 電装ユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電装ユニットの構造に関し、特に、絶縁性及び放熱性の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電装ユニットの中には高容量で発熱する半導体スイッチング素子等の高容量電気部品が実装されたものがある。このようなものは、導電板がその一部の両面を露出させた状態でインサートされた樹脂構造体の内側から導電板に高容量電気部品を絶縁状態で取り付け、該高容量電気部品が発生する熱を導電板を介してヒートシンクにより放熱するようにしている。このとき、導電板とヒートシンクとを絶縁シートや絶縁性接着剤を介して密着させることで、これらの間の熱伝導性を高めつつ絶縁が保たれている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−５０８８３号公報
【特許文献２】
特開２００２−２５２４８４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電装ユニットにおいては、ヒートシンクの導電板と対向する部位が樹脂構造体に向かって接近するように周囲より高く形成され、導電板とヒートシンクとの間隙を調整してこれらの絶縁を保ちつつ熱伝導性を高めるようにしている。
しかしながら、上記のような構成では、ヒートシンクにセットした絶縁シートがずれたり絶縁性接着剤が流れて塗布むらが生じたりし易い等、電装ユニットの組み付け作業性の悪さから製造効率が低下してコストアップにつながるという課題がある。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電装ユニットの絶縁を良好に保ちつつ製造効率を向上させ、かつ高容量電気部品の放熱性を高めることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、導電板（例えば実施の形態における導電板１２Ａ）がその一部の両面を露出させた状態でインサートされる箱型の樹脂構造体（例えば実施の形態におけるケース本体５）と、該樹脂構造体の底壁（例えば実施の形態における底壁７）の外側から導電板露出部（例えば実施の形態における導電板露出部３４）を覆うように装着されるヒートシンク（例えば実施の形態におけるヒートシンク６）とを備えて電装ケース（例えば実施の形態における電装ケース２）を形成し、前記樹脂構造体の内側から導電板露出部に高容量電気部品（例えば実施の形態における高容量電気部品４１）を密着させた状態で取り付け、該高容量電気部品の上に回路基板（例えば実施の形態における回路基板４）を収容し、前記高容量電気部品が発生する熱を前記導電板を介してヒートシンクにより放熱する電装ユニット（例えば実施の形態における電装ユニット１）において、前記底壁の中央部にその両側に位置する前記導電板露出部よりも前記ヒートシンク側に向かって厚さを増加させるバスバーインサート部（例えば実施の形態におけるインサート部３０）を設け、該バスバーインサート部を収容する収容部（例えば実施の形態における収容部２７）を前記ヒートシンクの樹脂構造体との対向面（例えば実施の形態における対向面２６）に凹設すると共に、前記ヒートシンクの樹脂構造体との対向面（例えば実施の形態における対向面２６）であって前記導電板露出部を取り囲む範囲に前記収容部と比べて浅い凹部（例えば実施の形態における凹部２６ａ）を設け、該凹部の底面（例えば実施の形態における底面２６ｂ）と前記導電板露出部の外面（例えば実施の形態における外面３４ｂ）とを熱伝導性を有する絶縁性接着剤（例えば実施の形態における絶縁性接着剤４２）及び絶縁シート（例えば実施の形態における絶縁シート４３）を介して密着させると共に、前記樹脂構造体の外面（例えば実施の形態における外面７ｂ）に前記凹部の底面に向かって突出する突起部（例えば実施の形態における突起部４０）を前記導電板露出部を避けた位置に設け、前記絶縁シートの動きを前記突起部により規制すると共に、前記絶縁シートと突起部との当接により前記凹部の底面と前記導電板露出部の外面との間の絶縁性接着剤の層を保つことを特徴とする。
【０００６】
この電装ユニットによれば、ヒートシンクの樹脂構造体との対向面に設けた凹部により導電板露出部とヒートシンクとの間隙が調整され、これらの絶縁を良好に保ちつつ熱伝導性を高め、樹脂構造体の内側から導電板露出部に取り付けられる高容量電気部品の放熱性を向上させることができる。このとき、凹部内に絶縁シートがセットされる又は絶縁性接着剤が塗布されることとなり、絶縁シートのずれや絶縁性接着剤の塗布むら等を抑えることができる。
【０００８】
この電装ユニットによれば、絶縁性接着剤の硬化時、高容量電気部品の発熱等による温度変化時、及び外的負荷時等にヒートシンクと導体露出部とが接近しようとしても、凹部の底面と導電板露出部の外面との間隙が突起部により確保され絶縁性接着剤の層を保つことができる。
【００１０】
この電装ユニットによれば、凹部の底面と導電板露出部の外面とが絶縁シートにより確実に絶縁することができる。また、前記絶縁性接着剤及び突起部と組み合わせることで、突起部により絶縁シートを安定させた状態で絶縁性接着剤を凹部内にもれなく充填することができる。
【００１２】
この電装ユニットによれば、導電板露出部とヒートシンクとの絶縁を良好に保ちつつ熱伝導性を高めるためにこれらの間隙が調整されることで、ヒートシンクと樹脂構造体とが無駄なスペースを介さず近接配置され、ヒートシンク及び樹脂構造体により形成される電装ケースの高さを抑えることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１において、１はこの発明に係る例えばレギュレータ等の車両用電装ユニット（以下、単に電装ユニットという）であり、電装ケース２にその開口部３を閉塞するように回路基板４を上方から取り付けて一体に構成したものである。
【００１４】
電装ケース２は、絶縁性の樹脂により形成されるケース本体（樹脂構造体）５とアルミ合金製のヒートシンク６とに分割されている。
ケース本体５は扁平状の略箱型に形成され、上部に回路基板４が取り付けられる開口部３が形成される、また、ヒートシンク６はケース本体５の底壁７を外側から、つまり下方から覆うように装着される。ケース本体５の前壁８には外部の電装部品と電気的に接続可能な給電側コネクタハウジング９が、またケース本体５の後壁１０には一対の出力側コネクタハウジング１１，１１が、各々ケース本体５と一体に形成されている。
【００１５】
また、ケース本体５の底壁７には金属製の導電板１２Ａからなる複数のバスバー１２がインサート成形され、これらバスバー１２により底壁７内に所望の回路網が形成されている。各バスバー１２は給電側コネクタハウジング９内に設けられた複数の板状端子１３と各々電気的に接続され、各バスバー１２からは複数の接続端子１４が底壁７から上方に向かって立設されている。そして、これら各接続端子１４がケース本体５に取り付けられる回路基板４の所定箇所に電気的に接続されて電装ユニット１の電気回路が構成されることとなる。なお、ケース本体５内側に貫通する出力側コネクタハウジング１１，１１の複数の出力端子１５は、後壁１０に設けられる台座部１６を介して上方に向かって立設され、回路基板４と電気的に接続可能とされている。
【００１６】
さらに、底壁７のバスバー１２がインサートされた部位の両側方には、ケース本体５にインサートされた導電板１２Ａがその一部の両面を露出させてなる導電板露出部３４が複数箇所設けられ、各導電板露出部３４には、ケース本体５の内側からＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の高容量電気部品４１（図５参照）が密着した状態で取り付けられる。
【００１７】
回路基板４は両面基板からなる基板１７に各種の電気関連部品（図示略）が実装されたもので、この回路基板４がケース本体５の内部空間Ｋに収容される。ケース本体５内には複数の支持柱１８が立設されており、各支持柱１８に形成される取り付けピン１９をこれらに対応して基板１７に形成される取り付け孔２０に挿通させることでケース本体５に回路基板４が取り付けられる。そして、回路基板４をケース本体５に取り付けた後にカバー又はモールド樹脂（何れも図示略）により開口部３を閉塞することで、電装ケース２が密封されるようになっている。
【００１８】
ヒートシンク６はケース本体５の底壁７と整合する略板状に形成され、ケース本体５と反対側の部位には複数の放熱フィン２１が設けられている。また、ヒートシンク６のケース本体５の底壁７との対向面２６の周縁近傍には溝部２２が全周に渡って設けられ、この溝部２２がケース本体５の底壁７の外面側に設けられるビード２３と整合するようになっている。また、対向面２６には、ケース本体５の底壁７におけるバスバー１２がインサートされた部位を収容する収容部２７が凹設されると共に、収容部２７の両側方に広がるように比較的浅い凹部２６ａが設けられている。なお、ケース本体５の両側壁に対応するヒートシンク６の両縁部２４，２４には、電装ユニット１を車体等に固定するためのマウント部２５が適宜設けられている。
【００１９】
図２に示すように、底壁７のバスバー１２がインサートされたインサート部３０は、底壁７の両側壁間略中央で前壁８及び後壁１０近傍に至る長方形状の範囲に渡って設けられている。インサート部３０は、バスバー１２が複数重なった状態でインサートされる関係上、底壁７における一般部３１に比べて下方に向かって厚さを増加させており（図５参照）、ケース本体５にヒートシンク６が装着された状態ではインサート部３０がヒートシンク６の収容部２７に収容されるようになっている。
【００２０】
底壁７のインサート部３０両側の各一般部３１には、それぞれ三箇所の導電板露出部３４がその内面３４ａを底壁７の内面７ａに露出させた状態で前後方向に並ぶように設けられている。また、左側の導電板露出部３４のさらに左側には大小の導電板露出部３５，３６がその内面３５ａ，３６ａを露出させた状態で設けられている。
なお、底壁７のインサート部３０及び導電板露出部３５，３６近傍には、ケース本体５成形時に導電板１２Ａを成形型内で保持することで残る複数の残存孔３２が形成されると共に、ケース本体５成形後に導電板１２Ａを切断するための作業孔３３が複数形成されている。また、導電板露出部３５，３６の近傍にも数本の接続端子１４が立設されている。
【００２１】
また、図中３７ａはロケート孔であり、各ロケート孔３７ａに対応するロケートピン３７がヒートシンク６に立設される（図１、図４参照）。そして、各ロケート孔３７ａ及びロケートピン３７によりケース本体５とヒートシンク６とが互いに位置決めされ、この状態で底壁７の前部両側及び後部中央に設けられた挿通孔３８ａに固定ビス（図示略）を挿通しヒートシンク６に設けられたナット孔（図１、図４参照）３８に締め込むことで、ケース本体５とヒートシンク６とが一体に固定される。
【００２２】
図３に示すように、底壁７の外面７ｂ側においては、各導電板露出部３４，３５，３６はその外面３４ｂ，３５ｂ，３６ｂを外面７ｂ（この実施の形態では一般部３１の外面に相当）に露出させた状態で設けられている。そして、各導電板露出部３４，３５，３６の外面３４ｂ，３５ｂ，３６ｂが外面７ｂと同一平面上となるように設定されている。なお、右側（図中下側）の各導電板露出部３４及び導電板露出部３６は前記バスバー１２と電気的に接続されており、左側（図中上側）の各導電板露出部３４及び導電板露出部３５は各々周辺と絶縁された状態で設けられている。また、右側の三つの導電板露出部３４は一体に構成されている。底壁７の周縁近傍には外面７ｂから突出する前記ビード２３が全周に渡って設けられている。
【００２３】
ここで、底壁７の外面７ｂであって各導電板露出部３４，３５，３６の周囲には、ヒートシンク６側に突出する略円盤状の突起部４０が複数設けられている。各突起部４０の外面７ｂからの突出高さは０．１５ｍｍとされ、これら突起部４０が各導電板露出部３４，３５，３６の周囲にこれらを避けた位置に配置されると共に、ケース本体５にヒートシンク６を装着した状態では凹部２６ａと対向配置されるようになっている。
【００２４】
図４に示すように、ヒートシンク６の収容部２７の両側方に広がるように設けられる凹部２６ａは、対向面２６を放熱フィン２１側に向かって０．３ｍｍの深さで均等に掘り込んで形成されたもので、ケース本体５の前記各導電板露出部３４，３５，３６を取り囲む範囲に渡って形成されている（図３参照）。この結果、ヒートシンク６の対向面２６は溝部２２近傍に形成されるのみとなっている。なお、凹部２６ａの形状を一部変化させることでケース本体５とヒートシンク６とを固定するための各ビス孔３８が対向面２６上に設けられている。また、各ロケートピン３７は凹部２６ａの底面２６ｂ上に設けられている。
【００２５】
そして、ケース本体５にヒートシンク６が装着された状態で、ケース本体５及びヒートシンク６がビード２３及び溝部２２の近傍で当接する。このとき、ヒートシンク６の対向面２６がケース本体５の底壁７の外面７ｂに当接し、底壁７の外面７ｂ及び導電板露出部３４の外面３４ｂと凹部２６ａの底面２６ｂとの間には凹部２６ａの深さ分の間隙、つまり０．３ｍｍの間隙が形成される。なお、インサート部３０と収容部２７との間にも所定の間隙が形成される。
【００２６】
図５に示すように、導電板露出部３４の内面３４ａには高容量電気部品４１が取り付けられる。ここで、ケース本体５の内側に配置される高容量電気部品４１は、その放熱性を高めるために絶縁モールドされていないオープンフレームタイプとされているため、高容量電気部品４１と導電板露出部３４とは熱伝導性を有する例えばシリコン系の絶縁性接着剤４２を介して接合されている。なお、導電板露出部３５の内面３５ａにも高容量電気部品４１が同様に取り付けられ、比較的小さい導電板露出部３６は各高容量電気部品４１の端子等の電気的な接続部とされる。
【００２７】
そして、底壁７の外面７ｂ及び導電板露出部３４の外面３４ｂと凹部２６ａの底面２６ｂとが絶縁性接着剤４２及び絶縁シート４３を介して密着している。具体的には、図６に併せて示すように、ヒートシンク６の凹部２６ａの底面２６ｂ上に絶縁シート４３が密着し、この絶縁シート４３とケース本体５の底壁７の外面７ｂ及び導電板露出部３４の外面３４ｂとが絶縁性接着剤４２を介して接合されている。絶縁シート４３は例えばＰＥＴ材からなり、底面２６ｂの外形に沿うようにカットされると共にロケートピン３７に対応するロケート孔が形成されている（図示略）。また、絶縁シート４３の厚さは０．１ｍｍとされ、したがって絶縁シート４３と突起部４０先端との間には微小隙（０．０５ｍｍ）が設けられることとなる。この微小隙を含め、凹部２６ａ内には絶縁性接着剤４２がもれなく充填されている。
【００２８】
次に、この実施の形態の作用について、電装ユニット１の組み付け手順に沿って説明する。
まず、ヒートシンク６がその対向面２６を上方に向けて載置され、左右の凹部２６ａに対応する絶縁シート４３が、その形状及びロケート孔によりずれたりせず確実に凹部２６ａ内にセットされる。
そして、凹部２６ａ内に各絶縁シート４３の上方から絶縁性接着剤４２が塗布された後、ケース本体５がヒートシンク６に上方から取り付けられる。絶縁性接着剤４２は凹部２６ａ内に塗布されることではみ出したりし難く塗布むらが生じ難い。また、ケース本体５をセットすることで底壁７及び導電板露出部３４に押圧されて凹部２６ａ内にもれなく充填されることとなる。このとき、絶縁シート４３がケース本体５の底壁７に設けられた複数の突起部４０により絶縁性接着剤４２を介して適度に押圧されることで絶縁シート４３が所定位置で安定している。ケース本体５をセットした後には、ケース本体５の内側から各挿通孔３８ａに固定ビスを挿通させると共にビス孔３８に締め込むことで、ヒートシンク６とケース本体５とが一体に固定されて電装ケース２が形成される。
【００２９】
次いで、電装ケース２内に高容量電気部品４１が収容され、各導電板露出部３４の内面３４ａに絶縁性接着剤４２を介して接合されると共に、その接続端子等が所定の接続部に溶接等により接続される。ここで、絶縁性接着剤４２が熱硬化性接着剤である場合には高温炉等により加熱を行い絶縁性接着剤４２を硬化させて各部品同士を完全に接合させる。このとき、ケース本体５の底壁７に設けられた複数の突起部４０により、絶縁性接着剤４２の硬化によりケース本体５やヒートシンク６が歪んで導電板露出部３４の外面３４ｂと凹部２６ａの底面２６ｂとが互いに接近しようとしても、絶縁シート４３と突起部４０先端とが先当たりし導電板露出部３４と凹部２６ａとの間隙が確保されて絶縁性接着剤４２の層が保たれる。
【００３０】
そして、この時点での部品検査を経た後に、回路基板４が電装ケース２内の高容量電気部品４１の上に収容され、回路基板４と底壁７から立設される各接続端子１４とが接合されて電気回路が形成される。最後に、カバー又はモールド樹脂により電装ケース２の開口部３を完全に閉塞することで、電装ユニット１の組み付けが完了する。なお、電装ユニット１の使用時において、高容量電気部品４１の発熱等による温度変化や外的負荷等により電装ケース２にストレスが加わった場合でも、各突起部４０により絶縁性接着剤４２の層が確保され導電板露出部３４とヒートシンク６との絶縁が良好に保たれる。
【００３１】
上記実施の形態によれば、ヒートシンク６のケース本体５との対向面２６に設けられた凹部２６ａにより導電板露出部３４とヒートシンク６との間隙が調整され、これらの絶縁を良好に保ちつつ熱伝導性を高め、ケース本体５の内側から導電板露出部３４に取り付けられる高容量電気部品４１の放熱性を向上させることができる。このとき、凹部２６ａ内に設けられる絶縁シート４３のずれや絶縁性接着剤４２の塗布むら等を抑えることができるため、電装ユニット１の組み付け作業を容易かつ確実に行うことができ、ヒートシンク６と導電板露出部３４との絶縁を良好に保つことができると共に電装ユニット１の製造効率を高めてコストダウンを図ることができる。
【００３２】
また、絶縁性接着剤４２の硬化時、高容量電気部品４１の発熱等による温度変化時、及び電装ユニット１への外的負荷時等にヒートシンク６と導電板露出部３４とが接近しようとしても、凹部２６ａの底面２６ｂと導電板露出部３４の外面３４ｂとの間隙が突起部４０により確保され、絶縁性接着剤４２の層が確保されてヒートシンク６と導電板露出部３４との絶縁を良好に保つことができる。
特に、ヒートシンク６と導電板露出部３４とを確実に絶縁するためにこれらの間に絶縁シート４３を介装する場合でも、凹部２６ａにより絶縁シート４３をずれなく確実にセットできると共に、突起部４０により絶縁シート４３を安定させた状態で絶縁性接着剤４２を凹部２６ａ内にもれなく充填することができ、結露等による短絡も抑えてより一層確実に絶縁することができる。
【００３３】
そして、導電板露出部３４とヒートシンク６とを無駄なスペースを介さず近接配置することで、ヒートシンク６及びケース本体５により形成される電装ケース２の高さを抑えることができ、電装ユニット１の小型軽量化を図ることが可能となる。
【００３４】
なお、この発明は上記実施の形態に限られるものではなく、例えば、突起部４０は凹部２６ａの底面２６ｂであって導電板露出部３４を避けた位置に設けてもよい。また、底壁７及び凹部２６ａにそれぞれ突起部を設けるようにしてもよい。さらに、導電板露出部３４とヒートシンク６との絶縁は絶縁シート４３のみで行うようにしてもよく、或いは絶縁性接着剤４２のみで行うようにしてもよい。そして、上記実施の形態における電装ユニット１はこの発明の一例であり、車両用電装ユニットに限らないことはもちろん、各構成の材質や工法、及び寸法等は発明の主旨を越えない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、ヒートシンクの樹脂構造体との対向面に設けた凹部により組み付け作業を容易かつ確実に行うことができ、ヒートシンクと導電板露出部との絶縁を良好に保つことができると共に製造効率を高めてコストダウンを図ることができる。
【００３６】
請求項１に記載した発明によれば、突起部により絶縁性接着剤の層が確保され、ヒートシンクと導電板露出部との絶縁を良好に保つことができる。
【００３７】
請求項１に記載した発明によれば、絶縁シートによりヒートシンクと導電板露出部とを確実に絶縁できると共に、絶縁性接着剤及び突起部との組み合わせにより凹部内を絶縁材料で満たすことができ、結露等も抑えてより一層確実に絶縁することができる。
【００３８】
請求項１に記載した発明によれば、ヒートシンクと樹脂構造体とが無駄なスペースを介さず近接配置され、ヒートシンク及び樹脂構造体により形成される電装ケースの高さを抑えることができるため、小型軽量化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態における電装ユニットの分解斜視図である。
【図２】 ケース本体の平面図である。
【図３】 ケース本体の下面図である。
【図４】 ヒートシンクの平面図である。
【図５】 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】 図５におけるＢ部の拡大図である。
【符号の説明】
１ 電装ユニット
２ 電装ケース
４ 回路基板
５ ケース本体（樹脂構造体）
６ ヒートシンク
７ｂ 外面
１２Ａ 導電板
２６ 対向面
２６ａ 凹部
３４ 導電板露出部
３４ｂ 外面
４０ 突起部
４１ 高容量電気部品
４２ 絶縁性接着剤
４３ 絶縁シート

Claims (1)

1. 導電板がその一部の両面を露出させた状態でインサートされる箱型の樹脂構造体と、該樹脂構造体の底壁の外側から導電板露出部を覆うように装着されるヒートシンクとを備えて電装ケースを形成し、前記樹脂構造体の内側から導電板露出部に高容量電気部品を密着させた状態で取り付け、該高容量電気部品の上に回路基板を収容し、前記高容量電気部品が発生する熱を前記導電板を介してヒートシンクにより放熱する電装ユニットにおいて、
   前記底壁の中央部にその両側に位置する前記導電板露出部よりも前記ヒートシンク側に向かって厚さを増加させるバスバーインサート部を設け、該バスバーインサート部を収容する収容部を前記ヒートシンクの樹脂構造体との対向面に凹設すると共に、前記ヒートシンクの樹脂構造体との対向面であって前記導電板露出部を取り囲む範囲に前記収容部と比べて浅い凹部を設け、
   該凹部の底面と前記導電板露出部の外面とを熱伝導性を有する絶縁性接着剤及び絶縁シートを介して密着させると共に、前記樹脂構造体の外面に前記凹部の底面に向かって突出する突起部を前記導電板露出部を避けた位置に設け、
   前記絶縁シートの動きを前記突起部により規制すると共に、前記絶縁シートと突起部との当接により前記凹部の底面と前記導電板露出部の外面との間の絶縁性接着剤の層を保つことを特徴とする電装ユニット。

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