JP4501418B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関する。

電子制御装置は、とりわけ車両に用いられるものについては、スペースの制約から小型化の要求がある。しかし、アクチュエータによっては数十Ａの電流が流れるので、厚さに限界のある通常のプリント基板上の配線パターンによってアクチュエータの通電ライン等を構成するのは、発熱や基板上スペース等の面から実用上不可能であった。このため、プリント基板上の配線パターンに比較して導体の幅および厚さが格段に大きく大電流を流すことが可能なバスバー（導電板）がプリント基板上に取り付けられることにより、通電ライン等が構成されている。

従来では、一枚の回路基板上に平面的に部品を配置する構成であったため、特に回路基板の面方向の大きさが大型になる。

また、電子制御装置が車室内に配置される場合には、それ程高い防水性は要求されないが、エンジンルーム内（特にエンジンルームの下部）の場合には、浸水が当然想定されるので、水飛沫などにもある程度耐えうる防水性が要求される。特に、車両の安全性の要求が高まる近年では、車両水没時等のより厳しい環境下でも高い信頼性が各装置に要求されつつあり、たとえ車室内に配置される電子制御装置であっても、高い気密性や防塵対策が要求される傾向が高まっている。

上記問題を解決するために、駆動回路を金属基板に、制御回路を絶縁基板に、電解コンデンサなどの大電流回路部品を金属製の回路導体構成部材がインサート成形により一体化されたベース基板に実装し、金属基板及び絶縁基板を、ベース基板に積層状態に取り付けた構造とする車両の電子制御装置が考案されている（特許文献１参照）。

特開２００１−１９６７７０号公報

特許文献１の例では、金属基板および絶縁基板はベース基板に固定されてはいない。よって、金属基板および絶縁基板がベース基板に組み付けられた状態の中間組立品（サブアセンブリ）では、このサブアセンブリを上下反転させて作業を行なうと金属基板および絶縁基板がベース基板から外れて落下してしまう。また、このサブアセンブリの状態では、加熱して溶かした液体状のはんだが入っているはんだ槽の上を通して、部品と基板の接合部にはんだ付けを行なう工程（いわゆるフロー工程）では、はんだ層（液体）の浮力により基板あるいは部品がベース基板から浮き上がって、正しくはんだ付けされない恐れもある。

そこで、本発明の課題は、上述の技術的課題を解決し、基板の位置決め，組み付け時の案内，支持，および製造工程途中の仮固定を一つの樹脂成型部材で行なうことが可能な電子制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、上記課題を解決するための電子制御装置を提供するものである。即ち、請求項１によれば、本発明の電子制御装置は、
基材が絶縁体で被覆された金属よりなり所定の回路部品が実装された金属基板と、所定の回路部品が実装され、かつ金属製の回路導体構成部材がインサート成形により樹脂製の基材と一体化されたベース基板とよりなり、金属基板ならびにベース基板を重なるように取り付けられて形成される基板ユニットを含む電子制御装置であって、
ベース基板には、金属基板との組み付け時に位置合わせ部にて位置を合わせてその状態を保つために金属基板に対向する方向に形成された支持部および金属基板を係合してその係合状態を保持するための組付係合部が樹脂製の基材と一体的に形成され、
支持部と組付係合部とは、樹脂製の基材上で異なる位置に形成され、
位置合わせ部は支持部の先端に設けられ、
組付係合部は樹脂製の基材の外周縁に設けられ、
金属基板には、位置合わせ部が嵌め込まれる固定孔が形成され、
位置合わせ部が固定孔に挿入されるとともに、組付係合部が金属基板の外周方向に弾性変形状態を経て、該金属基板の外周縁に係合することにより、ベース基板と金属基板が合体されて、基板ユニットが形成されることを特徴とする電子制御装置として構成される。

本構成によって、ベース基板に金属基板を組み付けるための部材は、ベース基板を構成している樹脂製の基材と一体的に形成されるので、該基材の形成工程を変更するだけでよく、他に組み付け用の部材を用意する必要はない。よって、本構成によって製造コストが上昇することはない。

また、本構成によって、金属基板がベース基板に固定されるため、基板ユニット（いわゆる、サブアセンブリの状態）を上下逆さまにした状態でも、一方の基板が外れて落下することもないので、種々の作業を行なうことも可能である。基板ユニットの状態でフロー工程によるはんだ付けを行なうことも可能となる。つまり、フロー工程はコンベアにより自動的に基板ユニットをはんだ層内を通過させる形態のため、手作業ではんだ付けを行なう工程に比べてはんだ付けに要するコストは低減される。

さらに、本構成によって、このサブアセンブリの状態で運搬あるいは輸送を行なっても、ユニットが分離することはない。よって、ベース基板に金属基板を組み付けた後の工程を離れた場所において行なうことも可能である。

請求項２によれば、本発明の電子制御装置は、支持部の内部に、基板ユニットをヒートシンクに取り付けるための螺子案内部が形成され、ヒートシンクが金属基板で発生する熱を放熱する構成をとる。本構成によって、支持部と螺子案内部が一体的に形成されるので、これらを別個に形成した場合に比べて基板の面積を小さくすることができる。また、ベース基板を構成する樹脂製の基材の形状も複雑にならないため、基材形成に要するコストも低減できる。

また、請求項３によれば、本発明の電子制御装置は、螺子案内部を用いて基板ユニットをヒートシンクに固定し、そのヒートシンクを電子制御装置のハウジングの底部に固定する構成をとる。

本構成によって、部品点数の増加を回避しつつ、金属基板で発生する熱の高い放熱性を確保できる。というのは、ヒートシンクが底面を構成していて、その外面が外気にさらされることになるので、高い放熱性が得られる。また、例えば金属基板自体が放熱板としても機能する構成とすることもできるが、その場合には、金属基板自体がある程度の放熱面積を有する大きさや形状である必要があり、ベース基板への取り付けや電気的接続作業の容易性を必ずしも高く確保できない恐れがある。しかし、このように放熱板と金属基板が分離された構造であると、そのような問題が生じない。また、放熱効果を調整する場合には、ヒートシンクの形状を変更するだけでよいので、金属基板その他の電子制御装置を構成する部材に影響を及ぼさない。

また、請求項４によれば、本発明の電子制御装置は、ハウジングとヒートシンクの間に防水用のＯリングを挟んで固定し、Ｏリングを螺子止め方向に圧縮することによりＯリングが防水の役割を果たす構成をとる。本構成によって、電子制御装置への水等の液体の浸入を防止することが可能となる。

請求項５によれば、本発明の電子制御装置は、ヒートシンクに組付係合部の先端部を格納する格納孔を備える構成をとる。本構成によって、組付係合部の先端部が金属基板の底面から突出する構造となっても、基板ユニット（金属基板）をヒートシンクに固定する際に余計な隙間ができたり、金属基板がヒートシンクに密着せずに金属基板で発生する熱を放熱できないということは起きなくなる。また、基板ユニット（金属基板）をヒートシンクに固定する際に、組付係合部の先端部を破損するということも起きない。

また、請求項６によれば、本発明の電子制御装置は、螺子案内部が支持部の形成方向とは反対方向に延伸される構成をとる。本構成によって、螺子案内部がベース基板上方にも形成され、その高さが実装部品のうちで最も高さのあるものと同等あるいはそれ以上の高さを有することで、基板ユニットをヒートシンク（筐体）に固定する際に、取り付け螺子を確実に螺子案内部に挿入することができ、誤って螺子を基板ユニット上に落下させるということもなくなる。

また、請求項７によれば、本発明の電子制御装置は、支持部はベース基板の一組の対角上に設けられ、組付係合部はベース基板の他の一組の対角上に設けられる構成をとる。本構成によって少ない部品点数でベース基板に金属基板を確実に組み付けることができる。このため、低コストでの製作が可能となる。

金属基板がベース基板に対して確実に組み付けられる電子制御装置を実現するために、支持部がベース基板の一組の対角上に設けられ、組付係合部がベース基板の他の一組の対角上に設けられる構成として実現した。

以下、本発明の電子制御装置を四輪駆動車に適用した実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の電子制御装置の適用範囲を四輪駆動車に限定するものではない。

図１は、本実施形態における四輪駆動車の概略構成図を示す。図１において、四輪駆動車１は、内燃機関であるエンジン２およびトランスアクスル３を備えている。トランスアクスル３は、トランスミッション３ａ、フロントディファレンシャル３ｂおよびトランスファ３ｃ等を有している。前記フロントディファレンシャル３ｂは左右一対のフロントアクスル４ａ，４ｂと連結され、その一対のフロントアクスル４ａ，４ｂにはそれぞれ前輪５ａ，５ｂがそれぞれ連結されている。従って、エンジン２の駆動力は、トランスミッション３ａ、フロントディファレンシャル３ｂおよび左右一対のフロントアクスル４ａ，４ｂを介して前輪５ａ，５ｂにそれぞれトルク伝達される。

また、前記トランスファ３ｃはプロペラシャフト６に連結され、そのプロペラシャフト６は駆動力伝達装置７に駆動連結されている。従って、エンジン２の駆動力は、トランスミッション３ａ、トランスファ３ｃおよびプロペラシャフト６を介して駆動力伝達装置７に伝達される。駆動力伝達装置７はドライブピニオンシャフト８を介してリアディファレンシャル９に連結され、そのリアディファレンシャル９は左右一対のリアアクスル１０ａ，１０ｂに連結されている。そして、リアアクスル１０ａ，１０ｂには、それぞれ後輪１１ａ，１１ｂが連結されている。

駆動力伝達装置７は、湿式多板式の電磁クラッチ機構を備え、同電磁クラッチ機構には電磁コイルと互いに接離可能な複数のクラッチ板を有している。そして、電磁コイルに後記する駆動力配分用電子制御装置２１からの制御信号（指令値）に基づいて給電される電流値に応じて各クラッチ板は互いに摩擦係合し、ドライブピニオンシャフト８にプロペラシャフト６の駆動力がトルク伝達される。

２１は駆動力伝達装置７を駆動制御する駆動力配分用電子制御装置（以下、単にＥＣＵという）で、このＥＣＵ２１は、モード選択スイッチ３１にセットされた運転モードに応じて、スロットル開度センサ３２，前輪５ａ，５ｂおよび後輪１１ａ，１１ｂの車輪の回転を検出する車輪速センサ３３ａ〜３３ｄ，および油温センサ３４から算出した、スロットル開度，差動回転速度，車速，および油温に基づいて駆動力伝達装置７の制御を行なう。

図２にＥＣＵ２１の外観を示す。図２（ａ）は上面から見た図、図２（ｂ）はコネクタ４３，４４のある側面から見た図である。ＥＣＵ２１の樹脂製のハウジング５１には、図２のようにブラケット４１ａ，４１ｂが一体的に形成され、かつ、その側面にコネクタ４３，４４が突出している。本ＥＣＵ２１は水滴がかかりやすい車両の外部（例えば、車両底面とプロペラシャフト６との間）に取り付けられるので、防水性を必要とする。また、大電流を扱うため発熱する部品を実装している。

次に、ＥＣＵ２１の内部に格納されるベース基板４８および金属基板４９との組み付けについて図３〜図６を用いて説明する。図３はベース基板４８を示した斜視図，図４は組み付け時の構成を示した斜視図，図５は駆動力配分用ＥＣＵ２１の組み付け構成を示した図，図６は図５における組み付け部分の詳細図である。

図３はベース基板４８の構成の概略を示したものである。ベース基板４８は金属製の回路導体構成部材（バスバー）がインサート成形により樹脂製の基材と一体化され、電源回路および大電流回路部品等の大電流が流れる部品あるいは回路が実装されている。図８はベース基板４８を斜め上方から見た図で、ベース基板４８の一組の対角上には支柱４７（本発明における支持部）が設けられ、他の一組の対角上には組付係合部４６が設けられている。また、図４は金属基板４９をベース基板４８に組み付けた状態を示したものである。

支柱４７は、図５および図６のように、支柱４７の金属基板４９に対向する方向（即ち、ベース基板４８の下部）には支柱下部４７ｂが形成され、その先端には支柱下部４７ｂよりも小さな外径をもつ位置合わせ部４７ａが同心円状に段付き形状で形成され、位置合わせ部４７ａの周縁に支柱端面部４７ｆを形成している。一方、支柱４７の金属基板４９に対向しない方向（即ち、ベース基板４８の上部）には、基板ユニット１００をヒートシンク５３に固定する螺子のための案内ガイド部４７ｅが形成され、案内ガイド部４７ｅ，ベース基板４８，および支柱下部４７ｂを貫通する形態で螺子案内部４７ｄが形成されている。

なお、図３，図４，および図８においては、説明の都合上、支柱４７におけるベース基板４８の上部に構成される部分を省略している。また、図５および図６のベース基板４８および金属基板４９においても、本実施例の説明に支障のない部分について一部を省略している。

また、組付係合部４６は金属基板４９方向に突出して形成され略Ｌ字形状をなし、Ａ方向に弾性変形可能であるとともに、その先端部４６ａに傾斜面４６ｂが形成され、金属基板４９にスムーズかつ確実に係合するようになっている。

金属基板４９には位置合わせ部４７ａを受け入れるための固定孔４９ａが形成される。固定孔４９ａの直径は位置合わせ部４７ａの外形とほぼ同じであるため、支柱端面部４７ｆが位置合わせ部４７ａを固定孔４９ａに挿入した際のストッパーの役割を果たす。なお、金属基板４９には駆動力伝達装置７の電磁コイル等のアクチュエータを駆動するための駆動回路等の熱を発しやすい部品あるいは回路が実装される。

次に、金属基板４９のベース基板４８への組み付けの詳細について図５および図６を用いて説明する。位置合わせ部４７ａを固定孔４９ａに挿入しつつ、組付係合部４６の先端部４６ａが金属基板４９の外周方向に弾性変形し、位置合わせ部４７ａが固定孔４９ａに嵌め込まれて位置決めが行なわれるとともに、組付係合部４６の先端部４６ａが弾性変形状態から原形に復帰して金属基板４９に係合状態となって基板ユニット１００が形成される。このときに、支柱端面部４７ｆが金属基板４９に突き当てられた状態となっている。

この後、ベース基板４８に実装されているバスバー端子群５７を金属基板４９にはんだ付けする。この際、ベース基板４８は組付係合部４６により金属基板４９に係合状態であるためフロー工程によりはんだ層を通過させても、両基板が分離することはないので、確実にはんだ付けを行なうことが可能である。

次に、基板ユニット１００のＥＣＵ２１のハウジング５１への取り付け方法について説明する。基板ユニット１００は螺子案内部４７ｄに螺子４５を挿入して、螺子孔５３ｃにおいて螺子止めを行なってヒートシンク５３に固定する。このとき、案内ガイド部４７ｅおよび螺子案内部４７ｄがあることによって、螺子４５を螺子孔５３ｃに確実に挿入することができ、螺子止めの作業を容易に行なうことができる。

組付係合部４６の先端部４６ａが金属基板４９の底面から突出する形状の場合には、図６のようにヒートシンク５３の先端部４６ａに対向する面に、先端部４６ａとの干渉を避けるための格納孔５３ｂを設ける方法を採ってもよい。

基板ユニット１００をヒートシンク５３に取り付けた後に、螺子５４を螺子案内部５３ａに挿入して螺子孔５５において螺子止めすることにより、ヒートシンク５３をハウジング５１に固定することで基板ユニット１００がＥＣＵ２１に収納される。

ハウジング５１の側壁下部のＯリング５２に対向する箇所にはＯリング５２を収納する収納溝５６が形成されている（図６参照）。収納溝の深さはＯリング５２の外形よりも小さく、ハウジング５１にヒートシンク５３を取り付けることによってＯリング５２は圧縮変形されて収納溝５６およびヒートシンク５３に適度な圧力で密着するため、確実なシール機能が期待できる。これにより、ハウジング５１とヒートシンク５３の間から水などの液体が浸入してもＯリング５２によってＥＣＵ２１内部への浸入は確実に防止できる。

Ｏリング５２に熱伝導性のよい部材を用いることで、発熱する部品が実装されている金属基板４９からヒートシンク５３に熱が伝導し、ヒートシンク５３から外部に熱を放射することで金属基板４９および実装部品の冷却効果を高めることが可能となる。

本実施例においては、図８のようにベース基板４８の一組の対角上には支柱４７が設けられ、他の一組の対角上には組付係合部４６が設けられる構成であったが、ベース基板４８の二組の対角上に支柱４７を設け、ベース基板４８の各辺の所定の位置に組付係合部４６を設ける構成を採ってもよい。このように、支柱４７および組付係合部４６の数あるいは設置位置についての制約は特にない。また、図７はベース基板４８の一部を斜め下方から見たものであるが、このように支柱４７および組付係合部４６を一体化する構成を採ってもよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明の一実施例である四輪駆動車の概略構成を示した説明図。 駆動力配分用ＥＣＵの外観図。 基板ユニット組み付け前のベース基板を示した斜視図。 基板ユニット組み付け後の構成を示した斜視図。 駆動力配分用ＥＣＵの組み付け構成を示した図。 図５における組付け部分の詳細を示した図。 本発明の変形例を説明するための図。 ベース基板の形状を説明するための斜視図。

符号の説明

１ 四輪駆動車
７ 駆動力伝達装置
２１ 駆動力配分用電子制御装置（ＥＣＵ）
４６ 組付係合部
４７ 支柱
４７ａ 位置合わせ部
４７ｂ 支柱下部
４７ｄ 螺子案内部
４７ｅ 案内ガイド部
４７ｆ 支柱端面部
４８ ベース基板
４９ 金属基板
４９ａ 固定孔
５１ ハウジング
５２ Ｏリング
５３ ヒートシンク
１００ 基板ユニット

Claims (7)

1. 基材が絶縁体で被覆された金属よりなり所定の回路部品が実装された金属基板と、所定の回路部品が実装され、かつ金属製の回路導体構成部材がインサート成形により樹脂製の基材と一体化されたベース基板とよりなり、前記金属基板ならびに前記ベース基板を重なるように取り付けられて形成される基板ユニットを含む電子制御装置であって、
   前記ベース基板には、前記金属基板との組み付け時に位置合わせ部にて位置を合わせてその状態を保つために前記金属基板に対向する方向に形成された支持部、および前記金属基板を係合してその係合状態を保持するための組付係合部が前記樹脂製の基材と一体的に形成され、
   前記支持部と前記組付係合部とは、前記樹脂製の基材上で異なる位置に形成され、
   前記位置合わせ部は前記支持部の先端に設けられ、
   前記組付係合部は前記樹脂製の基材の外周縁に設けられ、
   前記金属基板には、前記位置合わせ部が嵌め込まれる固定孔が形成され、
   前記位置合わせ部が前記固定孔に挿入されるとともに、前記組付係合部が前記金属基板の外周方向に弾性変形状態を経て、該金属基板の外周縁に係合することにより、前記ベース基板と前記金属基板が合体されて、前記基板ユニットが形成されることを特徴とする電子制御装置。
2. 前記支持部の内部に、前記基板ユニットをヒートシンクに取り付けるための螺子案内部が形成され、前記ヒートシンクが前記金属基板で発生する熱を放熱するものである請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記螺子案内部を用いて前記基板ユニットを前記ヒートシンクに固定し、そのヒートシンクを前記電子制御装置のハウジングの底部に固定するものである請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記ハウジングと前記ヒートシンクの間に防水用のＯリングを挟んで固定し、前記Ｏリングを螺子止め方向に圧縮することにより前記Ｏリングが防水の役割を果たすものである請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記ヒートシンクに、前記組付係合部の先端部を格納する格納孔を備えるものである請求項２ないし４のいずれか１項に記載の電子制御装置。
6. 前記螺子案内部が前記支持部の形成方向とは反対方向に延伸されるものである請求項２ないし５のいずれか１項に記載の電子制御装置。
7. 前記支持部は前記ベース基板の一組の対角上に設けられ、前記組付係合部は前記ベース基板の他の一組の対角上に設けられるものである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電子制御装置。