JP4310249B2 - 電子制御ユニット - Google Patents

Description

この発明は、例えば、自動車のエンジンルーム等に装着されて使用される電動式パワーステアリング装置の電子制御ユニットの構造に関するものである。

電子制御ユニットは、筐体内に電子部品が収納されており、通電により発熱する。筐体を防水構造にした場合は、筐体内の空気の熱膨張あるいは熱収縮による影響を排除するために呼吸部を設けている。このような呼吸部を設けた従来の電子制御ユニットの筐体構造としては、例えば次のような技術が知られている。すなわち、発熱素子を含む電子部品を収容した電子制御ユニットの筐体構造において、筐体には、筐体の内外を連通する呼吸穴と、通気性及び防水性を有し呼吸穴を覆うフィルタとを備えた呼吸部を設けるとともに、呼吸穴及びフィルタの少なくとも一方を発熱素子の近傍に配置しており、この呼吸部は、呼吸穴が設けられたフィルタ取り付けボスと、インナーパイプと、呼吸フィルタと、フィルタ保護キャップとから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５３６７５号公報（第２頁、図１）

例えば、車両のエンジンルームに装着する電子制御ユニットでは、発熱素子の発熱の他に、エンジンからの受熱や被水等による冷却により電子制御ユニット内の温度が変動するにつれて内部の空気が膨張・収縮する。上記のような従来の電子制御ユニットでは、筐体に設けられた呼吸部により空気が流通し、電子制御ユニットの内部と外部の圧力差を解消して水等の浸入を防いでいるが、インナーパイプ、フィルタ保護キャップといった部品を有しており、このため、組立の工数が増加し、また製造コストも増加するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、組立性が向上し、信頼性が向上するとともにコストを低減できる電子制御ユニットを提供することを目的とする。

この発明に係わる電子制御ユニットは、外部配線接続用のコネクタが一体成形され両端に開口面を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、このハウジングの一端側の開口面に密封状態で取り付けられ内部に収納された発熱素子の発熱を放熱するヒートシンクと、ハウジングの他端側の開口面に密封状態で取り付けられたカバーと、ハウジングに設けられてハウジングの内外を連通する呼吸穴と、ハウジングの内側に配置され呼吸穴を覆うフィルタとを備えた電子制御ユニットにおいて、フィルタの通気面をハウジングの開口面と平行に形成し、呼吸穴の外側開口端をハウジングの外側の側面に設け、外側開口端の周辺に凹部を形成し、凹部の外側開口端に対向する部分に、凹部に付着した水滴が外側開口端に浸入するのを阻止するための中央部が尖った傾斜部を設けたものである。

この発明の電子制御ユニットによれば、呼吸穴部を構成する部品点数を少なくできるので、コストが低減できるとともに呼吸穴部の組立性が向上する。また、電子制御ユニットを垂直方向に装着した場合、ハウジングの外側に付着した水滴が傾斜部により呼吸穴の外側開口端の両横に分かれて流れるので、呼吸穴の内部に水滴が浸入することを防止でき、装置の信頼性が向上する。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。ここでは一例として、電動モータの回転力によって車両のステアリング装置に補助付勢する電動式パワーステアリング装置に使用する電子制御ユニットについて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電子制御ユニットを示す分解斜視図、図２は図１の電子制御ユニットのフィルタの組付けを説明するための部分断面図、図３は図１の電子制御ユニットの組み立て状態を示す側面図である。

電子制御ユニット１は、パワー基板としての金属基板２と、略箱型の外形形状を有し両端に開口面を持つハウジング３と、絶縁プリント基板からなる制御基板４と、金属基板２が設けられてハウジング３の一端側の開口面に密封状態で固定されるアルミニウム製のヒートシンク５と、制御基板４を覆うようにハウジング３の他端側の開口面に密封状態で固定されるカバー６とを有している。カバー６には電子制御ユニット１を車両に装着するための取付部６ａが一体で形成されている。

金属基板２は、例えば、アルミニウム基板上に絶縁層を介して配線パターンが形成されている。配線パターンには、電動モータ（図示せず）の電流を切り替えるためのブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子７や、モータ電流のリップルを吸収するコンデンサ８、電動モータの電流を検出するためのシャント抵抗器９等の大電流部品が半田付けされて実装されている。また、ハウジング３側の電子部品と接続する接続部材１０を備えている。

制御基板４上の配線パターンには、マイクロコンピュータ１１や、図示を省略しているがモータ駆動回路およびモータ電流検出回路を含む周辺回路素子等が半田付けされて実装されている。

ハウジング３は、絶縁性樹脂によりインサート成形され、その側面の一辺にはコネクタ１２が一体に成形されている。コネクタ１２は、車両のバッテリ（図示せず）と電気的に接続されるパワーコネクタ１２ａの他に、信号コネクタ１２ｂ、モータコネクタ１２ｃ、センサコネクタ１２ｄ等で構成されている。また、ハウジング３は、一端にコネクタ端子を有する導電板を含む複数の導電板からなる配線パターンを有している。更に、車両のバッテリ（図示せず）から電子制御ユニット１に供給される電流を通電、遮断する電源リレーをはじめ、コイルやモータリレー等の電気部品が挿入され、これらの電気部品の端子は、ハウジング３の絶縁性樹脂から露出した導電板１３に溶接されて電気的に接続されている。
このハウジング３のコネクタ１２が形成された側面と対向する側面（図１の矢印Ａ側）に、ハウジング３の内側と外側を連通する呼吸穴が設けられていが、この詳細については後述する。

次に、上記のように構成された電子制御ユニット１の組立手順について説明する。部品を装着した金属基板２を上方からヒートシンク５上に配置し、ネジ１４により固定する。その後、ヒートシンク５の上面開口部周囲に形成した溝５ａにラバーリング１５を挿入し、ハウジング３をヒートシンク５の上部に載置し、ネジ１６でヒートシンク５に固定する。これにより、ヒートシンク５とハウジング３の開口面同士を合わせた面の気密性が確保される。

次に、ハウジング３上の導電板１３を金属基板２上の接続部材１０の端子と溶接により電気的に接続する。その後、ハウジング３の端子，コネクタ１２の端子及び接続部材１０の端子等を、制御基板４のスルーホール４ａに挿入しながら制御基板４をハウジング３の上部に装着する。そして、スルーホール４ａに挿入された端子を部分噴流により一括で半田付け接合する。

次に、ハウジング３の上側開口面周囲に形成された溝３ａにラバーリング１７を挿入し、カバー６をハウジング３の上部に載置し、ネジ１８でハウジング３を挟んでヒートシンク５に固定する。これにより、ハウジング３とカバー６の開口面同士を合わせた面の気密性が確保される。

図３は、以上のように組み立てられた電子制御ユニット１を図１の矢印Ａ方向から見た図である。ただし、反時計方向に９０度回転させて示している。図のように、ハウジング３のコネクタ１２が形成された側面と対向する側面（反対側の側面）には、ハウジング３の内側と外側を連通して、本発明の特徴とする呼吸穴１９が設けられている。以下この呼吸穴１９について説明する。

図２は呼吸穴にフィルタを取り付ける場合の説明図である。ハウジング３を図３のII−II方向から見た部分断面図を９０度反時計方向へ回転させて示している。呼吸穴１９は、一端の外側開口端１９ａがハウジング３の外側側面に設けられており、他端である内側開口端１９ｂはハウジング３の内側に設けられ、この内側開口端１９ｂにフィルタ２０を密着させて設けている。フィルタ２０は、空気のような気体は通すが、水のような液体は通さない撥水性のフィルタで、例えば、ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（ゴアテックス社の登録商標）のようなものである。

呼吸穴１９の形状を更に詳しく説明する。呼吸穴１９は、ハウジング３の外側開口端１９ａから内側（内周側）に向い、途中から直角方向に曲がって、内側開口端１９ｂがハウジング３のヒートシンク側に開口するように形成されている。そして、フィルタ２０の通気面２０ａはハウジング３の開口面３ｂと平行になるように形成されている。また、呼吸穴１９を介して、ハウジング３のフィルタ２０の通気面２０ａとは反対側の面には、フィルタ２０を取り付ける時の取付治具２１を受けるための平面部２２が形成されている。この平面部２２は、フィルタ２０の通気面２０ａと平行に形成されている。

フィルタ２０の取り付けは次のように行う。電子制御ユニット１を図３のように組み立てる前の、ハウジング３単体の状態において、図２に示すように、ハウジング３の平面部２２を取付治具２１の上面にセットし、内側開口端１９ｂ上にフィルタ２０を配置して、熱溶着ヘッド２３でフィルタ２０の周囲を溶着する。これにより、電子制御ユニット１の組み立て後においてはハウジング３の内側と外側との通気はフィルタ２０の通気面２０ａのみによって行われることになる。

次に、上述のように組み立てられた電子制御ユニット１とフィルタ２０と呼吸穴１９の作用について説明する。本実施の形態で例示する電動式パワーステアリング装置では、例えば、制御されるモータ電流の値は、軽自動車でも２５〜３０Ａ、小型自動車では６０Ａ〜８０Ａ程度に達する。このモータ電流は、電子制御ユニット１に内蔵された半導体スイッチング素子７、コンデンサ８、シャント抵抗器９や、電源リレー、コイル、モータリレー等の電気回路を流れるので、これらの部品は高温に発熱する。これらの高発熱部品の発熱により、電子制御ユニット１内の空気が加熱されて温度が上昇し、空気が膨張して内部の圧力が上昇する。この時、膨張した空気は、フィルタ２０を通過して電子制御ユニット１の外部に排出され、電子制御ユニット１の内外圧力差を均一化する。同様に、エンジンからの受熱により、電子制御ユニット１が加熱される場合も、内部の空気が膨張して内圧が上昇するが、膨張した空気がフィルタ２０を通過して電子制御ユニット１の外部に排出されるので、電子制御ユニット１の内外圧力差を均一化することができる。

反対に、高温になった電子制御ユニット１が雨または洗車等で被水した場合は、電子制御ユニット１が冷却される。この場合、電子制御ユニット１内部の空気が収縮して内圧が減少するが、外部の空気がフィルタ２０を通過して電子制御ユニット１の内部に流入するので、電子制御ユニット１の内外圧力差を均一化する。このとき、フィルタ２０の通気面２０ａに水滴が付着したとしても、フィルタ２０は、空気のような気体は通すが、水のような液体は通さない撥水性の材料を使用しているので、電子制御ユニット１内部への水の浸入を防止できる。
また、呼吸穴１９は、外側開口端１９ａから内側に向かい、途中から略直角方向に曲がるようにハウジングに形成しているので、高圧洗車された場合において、高圧の水流が外側開口端１９ａから呼吸穴１９の内部に浸入したとしても、高圧の水流が直接フィルタ２０に当たることがなく、フィルタ２０の損傷を防止できる。

しかし、フィルタ２０の通気面２０ａの大部分または全面に水が付着した場合は、フィルタ２０から電子制御ユニット１内部への空気の流入が制限される。一般に、電子制御ユニット１は、コネクタ１２への水の浸入防止と、相手側コネクタの挿抜作業性の点から、コネクタ１２の相手側となる車両側コネクタの挿抜方向が、重力方向と略直角方向、または、若干下側に配置されて車両に装着される。また、電子制御ユニット１は、放熱の点から、ヒートシンク５とは反対側のカバー６に設けられた取付部６ａにより車両に装着されるが、車両への装着方向は、電子制御ユニット１が垂直方向に取り付けられる場合と、装着の容易さからヒートシンク５を上側、取付部６ａを下側として水平方向に取り付けられる場合とがある。以下、これらの場合の呼吸穴部へ水が付着したときの水の流れについて説明する。

車両側コネクタの挿抜方向が、重力方向と直角方向、すなわちコネクタ１２が横方向に配置され、かつ、電子制御ユニット１が垂直方向に取り付けられた場合を図３、図４により説明する。図４は図３のIV−IVから見た部分断面図である。以下の説明のために、図３の方向に見たときのハウジング３の垂直方向を幅方向、水平方向を厚さ方向と呼ぶことにする。図３に示すように、呼吸穴１９の外側開口端１９ａは、ハウジング３の幅方向の略中央に多角形（本実施の形態の場合は六角形）に形成され、対向するＶ字状の角部１９ｃがハウジング３の幅方向に外側に向けて突出するように配置され、かつ、厚さ方向の略中央に配置されている。また、外側開口端１９ａの周辺には凹部２４が形成され、外側開口端１９ａに対向する凹部２４の部分には、凹部２４に付着した水滴が外側開口端１９ａに浸入するのを阻止する傾斜部２４ａが設けられている。凹部２４の周囲は図に示すように底面に向けて狭まるようなテーパ状に形成するのが効果的である。
また、呼吸穴１９は、図４に示すように傾斜部１９ｄを有しており、断面形状が内側から外側開口端１９ａに向かってハウジング３の幅方向に広がるように形成されている。

上記のような構成により、ハウジング３の外側面に付着した水滴は、図３の矢印に示すように、傾斜部２４ａにより呼吸穴１９の外側開口端１９ａの両横に分かれて流れ、呼吸穴１９の内部に水滴が浸入するのを阻止できる。また、呼吸穴１９の内部に水滴が浸入した場合においても、図４の矢印に示すように、呼吸穴１９内部の傾斜部１９ｄにより水滴が呼吸穴１９の外側に排出される。更に、呼吸穴１９の外側開口端１９ａに形成されたＶ字状の角部１９ｃにより、水滴が角部１９ｃの中央部に集められ、水滴の排出が容易になるので、呼吸穴１９の内側に配置されているフィルタ２０の通気面２０ａに多量の水滴が滞ることを防止できる。

次に、ヒートシンク５を上側に、取付部６ａを下側にして車両に取り付けられる場合を図５に示す。図５は図３のV−Vから見た図を９０度反時計方向へ回転させて示した部分断面図である。前述のように、呼吸穴１９の内側開口端１９ｂはヒートシンク５側に開口するように形成されているので、本取り付けの場合は、内側開口端１９ｂは上側に配置されることになり、更にその上側にフィルタ２０が取り付けられている。また、呼吸穴１９の内面でカバー６側の面は、外側開口端１９ａに向かって拡開するような傾斜部１９ｅが設けられている。
このような構成により、通気面２０ａは水平方向で、その下側に呼吸穴１９が配置されることになるので、通気面２０ａに水滴が付着するのを防止することができる。また、呼吸穴１９の内部に水滴が浸入した場合、傾斜部１９ｅにより図の矢印に示すように水滴が呼吸穴１９の外側に排出されるので、呼吸穴１９の内部に多量の水滴が滞るのを防止することができる。

なお、以上の説明では、電動式パワーステアリング装置の電子制御ユニットを実施例として説明したが、他のエンジンルーム装着の電子制御ユニットであってもよい。
また、フィルタとしてＧＯＲＥ−ＴＥＸを用いているが、ＧＯＲＥ−ＴＥＸに限定されるものでなく、他の撥水性フィルタであってもよい。
また、ハウジングとフィルタの接合は熱溶着としているが、接着等他の接合手段であってもよい。
また、呼吸穴の外側開口端の形状を多角形としたが、例えば、丸穴とし、幅方向の両側に角部を設けてもよい。
更にまた、呼吸穴はコネクタが形成された面と対向するハウジングの側面に設けた場合について説明したが、コネクタ取付面に対し９０度側面に設けてもよい。

以上のように、この発明の実施の形態１の電子制御ユニットによれば、フィルタの通気面をハウジングの開口面と平行に形成し、呼吸穴の外側開口端をハウジングの外側の側面に設け、外側開口端の周辺に凹部を形成し、凹部の外側開口端に対向する部分に、凹部に付着した水滴が外側開口端に浸入するのを阻止するための中央部が尖った傾斜部を設けたので、通気穴はフィルタ以外の部品を必要とせず、コスト低減が図られた通気部を提供でき、電子制御ユニットの内外圧力差を均一化して装置の信頼性の向上が図られる。
また、電子制御ユニットを垂直方向に装着した場合、ハウジングの外側に付着した水滴が傾斜部により呼吸穴の外側開口端の両横に分かれて流れるので、呼吸穴の内部に水滴が浸入することを防止でき、装置の信頼性の向上が図られる。

また、呼吸穴を介してフィルタの通気面とは反対側のハウジングの面にフィルタ取付治具を受けるための平面部を形成したので、ハウジングにフィルタを熱溶着するときの工作性が向上する。

また、取付治具を受けるための平面部は、フィルタの通気面と平行に形成したので、フィルタを熱溶着するときの作業性が向上し、熱溶着部の加工品質の向上が図れる。従って、フィルタ部の防水性が向上する。

また、呼吸穴は、外側開口端から内側に向かい途中から直角方向に曲がるようにハウジングに形成し、呼吸穴の内面のうちカバー側の内面は外側開口端に向かって拡開する傾斜部を設けたので、ハウジングに高圧の水流がかかるような環境下でも、水流が直接フィルタに当たることがなく、呼吸穴の防水性が向上する。
特に、ヒートシングを上にしてハウジングを水平に取り付けた場合、傾斜部により水滴の排出が促進されるため、呼吸穴の内部に多量の水滴が滞るのを防止できる。

また、呼吸穴は、コネクタが形成された面と対向するハウジングの側面に設けたので、コネクタの挿抜方向を、重力方向と直角方向になるように電子制御ユニットを配置する場合、電子制御ユニットを垂直方向又は水平方向にも配置でき、電子制御ユニットの装着方向の自由度が増すため、１種類の電子制御ユニットで多くの装着方向に対応することができる。

また、呼吸穴は、外側開口端の形状を多角形に形成するとともに、多角形の対向する角部がハウジングの幅方向の外側に向けて突出するように配置しているので、呼吸穴に浸入した水滴が角部の中央部に集められ、水滴の排出が容易になる。従って、呼吸穴の内側に配置されているフィルタの通気面に多量の水滴が滞ることを防止できるので、装置の信頼性が向上する。

また、呼吸穴は、断面形状を内側から外側開口端に向かって広がるように形成したので、呼吸穴の内部に水滴が浸入した場合においても、呼吸穴内部の傾斜部により水滴が呼吸穴の外側に排出される。

更にまた、フィルタは、ハウジング内のヒートシンクが取り付けられる側に設けているので、ヒートシンクを上側にし、取付部を下側にして車両に取り付けた場合、呼吸穴の内側開口端は上側に配置されることになり、更にその上側にフィルタが取り付けられることになるので、フィルタの通気面に多量の水滴が滞るのを防止することができる。

車両のエンジンルームに装着する電子制御ユニット全般に適用でき、更に、車両用以外にも、防水性を必要とする電子制御ユニットに広く適用できる。

この発明の実施の形態１による電子制御ユニットを示す分解斜視図である。 図１の電子制御ユニットのハウジングの呼吸穴にフィルタを取り付ける場合の説明図である。 図１の電子制御ユニットをＡ方向から見た側面図である。 図３のIV−IVから見た部分断面図である。 図３のV−Vから見た部分断面図である。

符号の説明

１ 電子制御ユニット ３ ハウジング
３ｂ 開口面 ５ ヒートシンク
６ カバー １２ コネクタ
１９ 呼吸穴 １９ａ 外側開口端
１９ｂ 内側開口端 １９ｃ 角部
１９ｄ，１９ｅ 傾斜部 ２０ フィルタ
２０ａ 通気面 ２１ 取付治具
２２ 平面部 ２４ 凹部
２４ａ 傾斜部。

Claims (8)

1. 外部配線接続用のコネクタが一体成形され両端に開口面を有する絶縁性樹脂製のハウジングと、このハウジングの一端側の開口面に密封状態で取り付けられ内部に収納された発熱素子の発熱を放熱するヒートシンクと、上記ハウジングの他端側の開口面に密封状態で取り付けられたカバーと、上記ハウジングに設けられて上記ハウジングの内外を連通する呼吸穴と、上記ハウジングの内側に配置され上記呼吸穴を覆うフィルタとを備えた電子制御ユニットにおいて、上記フィルタの通気面を上記ハウジングの開口面と平行に形成し、上記呼吸穴の外側開口端を上記ハウジングの外側の側面に設け、上記外側開口端の周辺に凹部を形成し、上記凹部の上記外側開口端に対向する部分に、上記凹部に付着した水滴が上記外側開口端に浸入するのを阻止するための中央部が尖った傾斜部を設けたことを特徴とする電子制御ユニット。
2. 請求項１記載の電子制御ユニットにおいて、上記呼吸穴を介して上記フィルタの通気面とは反対側の上記ハウジングの面にフィルタ取付治具を受けるための平面部を形成したことを特徴とする電子制御ユニット。
3. 請求項２記載の電子制御ユニットにおいて、上記平面部は、上記フィルタの通気面と平行に形成されていることを特徴とする電子制御ユニット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電子制御ユニットにおいて、上記呼吸穴は、外側開口端から内側に向かい途中から直角方向に曲がるように上記ハウジングに形成し、上記呼吸穴の内面のうち上記カバー側の内面は上記外側開口端に向かって拡開する傾斜部が設けられていることを特徴とする電子制御ユニット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電子制御ユニットにおいて、上記呼吸穴は、上記コネクタが形成された面と対向する上記ハウジングの側面に設けられていることを特徴とする電子制御ユニット。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電子制御ユニットにおいて、上記呼吸穴の上記外側開口端の形状を多角形に形成するとともに、上記多角形の対向する角部を上記ハウジングの幅方向の外側に向けて突出するように配置したことを特徴とする電子制御ユニット。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電子制御ユニットにおいて、上記呼吸穴の断面形状を内側から上記外側開口端に向かって広がるように形成したことを特徴とする電子制御ユニット。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電子制御ユニットにおいて、上記フィルタは、上記ハウジングの上記ヒートシンクが取り付けられる側に設けられていることを特徴とする電子制御ユニット。

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