JP4587486B2 - 電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、ケース内部に回路基板を収容してなる電気接続箱に関し、特にその小型化に伴う放熱性を改良したものに関する。

電気接続箱は、例えば車両の電源と電気的負荷との間に配置され、電源から電気的負荷に電力を供給するとともに、電力の供給の切替えを制御するものである。この種の電気接続箱は、制御回路やスイッチング部品（リレー、半導体素子など）を実装した回路基板に導電路としてのバスバーを重ねて一体化し、これを扁平な箱形をなすケースに収容して構成されている。この種の電気接続箱としては、下記の特許文献１に示されている構造がある。
特開２００５−２９５７２４公報

ところで、リレーや半導体素子等のスイッチング部品はその作動時に熱を発生して温度が上昇し易く、温度が所定値を超えて上昇するとその性能が低下することがある。また、スイッチング部品で発生した熱がバスバーに伝わり、バスバー自体の発熱と相まってバスバーが高温になり、バスバーと発熱部品との接続部分の信頼性が低下することがある。このような事情は、全体を小型化すると大きな問題となり、放熱性の不足が小型化を阻む要因となりつつある。

例えば、上記従来の電気接続箱において、ロアケース、回路基板及びリレーモジュールの関係に注目すると、回路基板の上面側にリレーモジュールが配置され、回路基板の下面側がロアケースで覆われているので、ロアケース側からの熱の放散は少なく、リレーで発生した熱はケース内に籠もりやすい。なお、たとえロアケースに通気孔をあけて外気をロアケース内に流入させても、回路基板の下面側に流入する外気はリレーが存在している回路基板の上面側の空間には回り込み難く、リレーを十分に冷却することができない。また、ケースの上部に排気孔を設けて内部空気が流れ易くしようとすると、今度は、その排気孔から内部に水滴の侵入等が問題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、発熱部品が実装された回路基板をケース内に収容して成る電気接続箱において、発熱部品からの放熱性を向上させて、電気接続箱の小型化を可能にしようとするものである。

上記目的を達成するために、第１の発明は、発熱部品が実装された回路基板をケース内に収容してなり、前記回路基板が縦型となる状態で取り付けられる電気接続箱であって、前記ケースには、前記発熱部品に対応する位置に、前記回路基板上の前記発熱部品の外形に倣った膨出形状を有する覆い部が形成され、その覆い部内に前記発熱部品を収容し、かつ前記発熱部品の外周面に対して通風空隙を余して覆うと共に、前記覆い部のうち前記回路基板が縦型となる状態で取り付けられたときに上下面となる各側壁面には前記発熱部品冷却用の通気孔が形成され、前記覆い部の上方にはその覆い部よりも高く側方に突出するひさし部を形成したところに特徴を有する。
このようにすると、まず、ケースには回路基板に実装した発熱部品の外形に倣った膨出形状を有する覆い部を形成し、その覆い部内に前記発熱部品を収容した状態にしているから、ケース容積が小型化される。しかも、その覆い部は、発熱部品の外周面に対して通風空隙を余して覆うようになっており、覆い部のうち回路基板が縦型となる状態で取り付けられたときに上下面となる各側壁面には通気孔が形成されているから、覆い部内の発熱部品が発熱するとその周囲の空気は加熱されて上面側に形成された通気孔から自然対流によって直ちにケース外部に流れ出し、同時に、下面側に形成された通気孔から外気が流れ込んで発熱部品の周囲を冷却しながら上方に流れる。

仮に、発熱部品の外形に倣った膨出形状を有する覆い部を設けず、発熱部品を実装した回路基板を単純な扁平箱形のケース内に収容し、ケースの上下に通気孔を形成する構成とすると、ケース内では下部の通気孔から上部の通気孔に向けて外気が流れるものの、その流れはケース内の複雑な形状の影響を受けて必ずしも円滑に流れる保証はない。また、下部の通気孔から流れ込んだ外気は、徐々に温度が上昇して行くから、上部に位置する加熱部品に接するころには外気に比べて相当に熱を帯びた状態になる。

これに対して、本発明では、ケースの覆い部は発熱部品の外周面に対して通風空隙を余して覆い、かつ、その覆い部に通気孔が形成されているから、通気孔から流入した外気はその覆い部内の発熱部品を冷却して直ちに外に流れ出ることになるから、各発熱部品はいわば低温の外気によって個別的に冷却され、極めて冷却効率が高くなる。また、例えば車両の室内等にこの電気接続箱が取り付けられている場合には、例えばエアコン等によっても引き起こされる室内の風の流れによって電気接続箱の周囲には空気の流れが生じている場合が多いから、それを利用して発熱部品が効果的に冷却される。

しかも、このように覆い部に通気孔を形成する構成によって優れた冷却効率を得ながら、覆い部の上方にはひさし部が形成されているから、たとえ上から水滴が落ちても、ひさし部に遮られて水滴が通気孔に到らず、ケース内部に水が侵入することを防止することができる。

第２の発明は、第１の発明において、発熱部品の回路基板からの突出端面と、これと対向する覆い部の内面との間に、両者に接する伝熱部材を設けたものである。このようにすると、発熱部品からの熱の一部は伝熱部材を介してケースにも伝達され、ケースから外部に放散される。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、覆い部が、複数個の発熱部品の集合的外形に倣った膨出形状を有し、その覆い部内に複数個の発熱部品が収容された形態としたものである。
このようにすると、ケースに形成する覆い部の個数が発熱部品の個数よりも少なくできるので、ケースの製造コストが安価になる。

このように本発明によれば、発熱部品からの放熱性が大幅に向上するから、電気接続箱を小型化しても内部が異常な高温になることを防止できるという効果が得られる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面の図１ないし図６に基づいて説明する。
本実施形態の電気接続箱は図１に示す縦型状態で自動車の室内に取り付けて使用されるので、以下の説明において、図１における上下方向を「縦方向」と、左右方向を「横方向」と、左奥と右手前を結ぶ方向を「厚さ方向」とそれぞれ呼ぶ。

この電気接続箱は図３に示すように、回路基板１０を扁平なケース２０内に収容してなる。回路基板１０は矩形状であって、例えば４層構造の厚膜基板１１と、これに僅かな空隙を隔てて重ねたバスバー基板１２からなる。バスバー基板１２は、合成樹脂製の絶縁板１２Ａに、その絶縁板１２Ａに突設した樹脂リブを熱圧着機で潰すことでバスバー１２Ｂを一体化してなるもので、それらのバスバー１２Ｂの所定位置にはスイッチング素子としての複数個のリレー１３のリード端子１３Ａが例えば溶接によって接続されている（図６参照）。なお、厚膜基板１１上にもその上部にリレー１４が設けられている。これらのリレー１３、１４はそのコイルに通電する動作時に発熱する発熱部品に相当し、何れも直方体形状であって、回路基板１０の表面に縦方向及び横方向において空隙を隔てて固定されている。

なお、図３から分かるように、厚膜基板１１とバスバー基板１２とは電気接続箱の厚さ方向に少し離れているため、バスバー基板１２に実装されたリレー１３の突出端面は、厚膜基板１１に実装されたリレー１４の突出端面よりも高くなている。また、図４に示すように、回路基板１０の左側縁及び右側縁にはコネクタモジュール４０、５０が、下端縁にはヒューズモジュール６０が、そして上端縁には後述するＥＣＵ７０に接続するための中継端子モジュール８０が、それぞれ取り付けられている。

これらのうちヒューズモジュール６０は回路基板１０の表面側に位置する第１の端子保持部材６１と、回路基板１０の裏面側に位置する第２の端子保持部材６２とを備え、各端子保持部材６１，６２に多数のヒューズ端子６３を保持してなる。各ヒューズ端子６３の先端（下端）部には二股に分かれた音叉状部６３Ａが形成され、これらが後述するヒューズボックス６４内に突出しており、そのヒューズボックス６４内に図示しないヒューズを差し込んでヒューズ端子６３に接続するようになっている。なお、ヒューズボックス６４の上面には図示しないが間欠的に通気孔が形成されている。

さて、上記構成の回路基板１０を包囲する前記ケース２０は、次の構成である。すなわち、ケース２０は、回路基板１０を収容する扁平な容器状をなすケース本体２１と、そのケース本体２１の開口面を覆う第１カバー２２と、ケース本体２１の回路基板１０とは反対側に設けた容器状のＥＣＵ収容部２３を覆う第２カバー２４とを備える。ＥＣＵ収容部２３内には、詳細には図示しないがＥＣＵ回路基板が収容され、その回路基板と前記回路基板１０とは、ケース本体２１を貫通して設けた中継端子モジュール８０によって接続されている。また、第１カバー２２の下部及びケース本体２１の下部には、それぞれヒューズモジュール６０を左右両側から覆うヒューズモジュールカバー部２２Ａ、２１Ａが形成されている。

そして、第１カバー２２には、回路基板１０を覆った状態にあるときバスバー基板１２上の各リレー１３に対応する位置に、それらのリレー１３の外形に倣った中空直方体状の覆い部２６が膨出して形成され、その覆い部２６及びヒューズモジュールカバー部２２Ａ以外の部分では、第１カバー２２はバスバー基板１２のバスバー１２Ｂ側の面に僅かな空隙を隔てて沿う形状となっている。また、リレー１３の突出端面と、これと対向する覆い部２６の内面との間には、僅かな空隙が形成されている（図６参照）。なお、覆い部２６は、各リレー１３毎に１対１で設けられているのではなく、図１と図４との対比から明らかなように、バスバー基板１２に搭載されているリレー１３のうち上部に位置する２個のリレー１３については、１個のリレー１３毎に１個の覆い部２６が設けられているが、下部に位置する残りの４個のリレー１３に関してはそれらの集合的外形に倣った膨出形状を有する覆い部２７が設けられている。

また、回路基板１０の最上部に実装されている２個のリレー１４に関しては、他の回路部品１５と共に一括して覆う覆い部２８が形成されている。この覆い部２８は、リレー１４の突出端が厚膜基板１１上のリレー１３の突出端よりも低い位置にあるにもかかわらず、その高さ寸法（厚膜基板１１の表面を基準とした厚さ方向の寸法）は、覆い部２６、２７のそれよりも高くなっており、覆い部２６の上方に位置しながら、覆い部２６、２７よりも高く側方（電気接続箱の厚さ方向）に突出したひさし部として機能するようになっている。

そして、各覆い部２６、２７の側壁面（突出端面を除く縦方向の上下二面及び横方向の左右二面）には、電気接続箱の厚さ方向に延びるスリット状の通気孔２６Ａ、２７Ａが複数形成されている。一方、第１カバー２２のうち回路基板１０に近接して対向する部分には横方向に延びるスリット状の通気孔２６Ｂが形成され（図１参照）、ヒューズモジュールカバー部２２Ａの側壁部分には、横方向に延びるスリット状の通気孔２２Ｂが複数形成され、ヒューズモジュールカバー部２２Ａの上面にも電気接続箱の厚さ方向に延びるスリット状の通気孔２２Ｃが複数本形成されている。一方、ひさし部として機能する覆い部２８については、その上面に窪み部２９が形成され、その窪み部２９に電気接続箱の厚さ方向に延びる通気孔２８Ａが形成され、前後両面にも通気孔２８Ｂが、突出端面にも横方向に延びる通気孔２８Ｃが形成されている。

ひさし部として機能する覆い部２８の上面には、ケース本体２１に一体に設けた遮蔽板部２１Ｂが接して設けられ、覆い部２８の窪み部２９をその窪み寸法に相当する空隙を余して上方から覆い、かつ、その窪み部２９を側方に開放させるようになっている。
なお、ケース本体２１と第１カバー２２とは、ケース本体２１の上下両面に設けた弾性片３０と、第１カバー２２の上下両面に設けた係合突起３１（共に上面側のもののみ図示）との係合によって一体化されている。

この実施形態の電気接続箱は、自動車の室内において電源と電気的負荷との間に配置され、バッテリー電源からランプ、モータ等の電気的負荷に供給する電力を制御する。このような電気接続箱の作動時には、リレー１３、１４、バスバー１２Ｂ及びヒューズ（図示せず）などで熱が発生する。リレー１３，１４やバスバー１２Ｂにおいて発生した熱は、その周囲の空気を加熱し、温度上昇した空気は各覆い部２６、２７の上部側に形成された通気孔２６Ａ、２７Ａから自然対流によって直ちにケース２０の外部に流れ出す。同時に、覆い部２６，２７の下部側に形成された通気孔２６Ａ、２７Ａからは低温の外気が流れ込んで発熱部品の周囲を冷却しながら上方に流れる。また、覆い部２６、２７はリレー１３毎に（一部は複数のリレー１３を覆って）設けられているから、通気孔２６Ａ、２７Ａから流れ込んだ外気はケース１０内の他の部品に遮られることなく、また、熱を帯びる前に直ちにリレー１３の外表面に接して流れる。このため、低温の外気が十分な量だけ供給されることになるから、単に回路基板を収容する扁平な箱形のケースに通気孔を設けたものに比べて高効率で冷却することができる。

また、上述のように覆い部２６、２７の上部には多数の通気孔２６Ａ、２７Ａが形成されていることから、エンジンルーム内において電気接続箱の上方から水が滴下した場合、その水が通気孔２６Ａ、２７Ａ群を通ってケース１０内に侵入することが懸念される。これに対して、本実施形態では覆い部２６の上方にひさし部として機能する覆い部２８を設けており、しかも、その高さ寸法を覆い部２６、２７のそれよりも高くしてあるから、水が上方から滴下したとしても、その水がケース１０内に侵入することを防止できる。なお、上述のひさし部として機能する覆い部２８の上面には窪み部２９を形成し、ここに通気孔２８Ａを形成したから、覆い部２８内の熱気を効果的に放出してリレー１４等の冷却を効果的に行うことができ、しかも、窪み部２９の上方には遮蔽板部２１Ｂを設けているから覆い部２８内への水の侵入を防止できる。

さらに、バスバー１２Ｂにおける発熱については、第１カバー２２のうち回路基板１０に近接して対向する部分に通気孔２６Ｂを形成したから、ここから流れ込み、かつ、流れ出す外気によってバスバー１２Ｂを効率的に冷却できる。また、ヒューズモジュール６０内のヒューズにおける発熱は、通気孔２２Ｃを通って流れ込む外気によって効率的に冷却される。

なお、特に本実施形態では、ヒューズモジュール６０を第１及び第２の２つの端子保持部材６１，６２により構成し、これを回路基板１０の表裏両側から回路基板１０に取り付ける構成とした。このため、回路基板１０の一方の面に各端子保持部材６１，６２を積み上げるような構成と比べると、電気接続箱全体で見たときのデッドスペースが生じにくく、すなわち図３に示すように電気接続箱の厚みが局部的に突出することがなくなるので、薄型化が可能になる。もちろん、このような薄型化を可能にしながら、上述したように放熱効率が高いので、内部温度が異常に上昇する懸念もない。
＜他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲を逸脱しない限り変形が可能であり、具体的には以下のような実施の形態も本発明に含まれる。

（１）回路基板１０に実装され発熱する発熱部品としては、リレー１３，１４に限らず、他のスイッチング素子や増幅素子として機能するトランジスタや集積回路であってもよい。また、回路基板への発熱部品の実装個数は単数でも複数でも良いし、回路基板上の単数又は複数の発熱部品の実装方向及び実装場所は任意に選定できる。また、単数又は複数の発熱部品は、回路基板１０の表面のみ、裏面のみ、表裏両面の双方に実装してもよい。更に、上記実施形態では、バスパー基板１２と厚膜基板１１との間に隙間を設けたが、隙間を設けることは必須ではない。

（２）ケースに形成する覆い部は、発熱部品の形状との関係で膨出形状を決定すればよい。上記実施形態ではリレー１３，１４が直方体形状であったので、覆い部２６も主に直方体形状としたが、必ずしも、同一種類の形状とする必要はない。例えば、発熱部品が円柱形状の場合に、中空な円柱形状の覆い部を設けるに限らず、直方体形状の覆い部としてもよい。要するに、覆い部を発熱部品の外形に倣った膨出形状とすることの技術的意味は、発熱部品を内部に適度な通風間隙を確保しつつ収容するところにあり、同種の形状とすることを意味するのではない。

（３）上記実施形態では、ひさし部として機能する覆い部２８に窪み部２９を形成すると共に、ここに通気孔２８Ａを設けてケース２０内部の熱気を排出するようにしたが、必ずしもこれは必要ではなく、例えば図７に示すように覆い部２８には通気孔を形成しない構造としても良い。

（４）なお、上記実施形態のように、リレー１３，１４の突出端面と覆い部２６の内面との間には隙間を設けても良いし、密着させても良い。隙間を設ける場合、図８に示すように、その隙間に例えばシリコンゴムのように伝熱性と柔軟性に優れた材料で形成した伝熱部材９０を配置してもよい。これにより、リレー１３からの熱は伝熱部材９０を介して第１のカバー２２に伝わり、同カバー２２の全体から放熱される。

実施形態の電気接続箱の斜視図である。 実施形態の電気接続箱の正面図である。 図２におけるIII−III線に沿う断面図である。 回路基板の斜視図である。 ひさし部（覆い部２８）の斜視図である。 覆い部２７の拡大断面図である。 異なる実施形態を示す電気接続箱の斜視図である。 異なる実施形態を示す覆い部２７の拡大断面図である。

符号の説明

１０…回路基板 １１…厚膜基板 １２…バスバー基板 １３，１４…リレー（発熱部品） ２０…ケース ２１…ケース本体 ２２…第１カバー ２３…第２カバー ２６，２７…覆い部 ２８…覆い部（ひさし部） ２６Ａ，２７Ａ…通気孔 ９０…伝熱部材

Claims (5)

1. 発熱部品が実装された回路基板を、ケース内に収容してなり、前記回路基板が縦型となる状態で取り付けられる電気接続箱であって、
   前記ケースには、前記発熱部品に対応する位置に、前記回路基板上の前記発熱部品の外形に倣った膨出形状を有する覆い部が形成され、その覆い部内に前記発熱部品を収容し、かつ前記発熱部品の外周面に対して通風空隙を余して覆うと共に、前記覆い部のうち前記回路基板が縦型となる状態で取り付けられたときに上下面となる各側壁面には前記発熱部品冷却用の通気孔が形成され、前記覆い部の上方にはその覆い部よりも高く側方に突出するひさし部が形成されている電気接続箱。
2. 前記覆い部は、複数個の前記発熱部品の集合的外形に倣った膨出形状を有し、その覆い部内に複数個の前記発熱部品が収容された形態とされている請求項１記載の電気接続箱。
3. 前記ケースのうち前記覆い部以外の部分であって前記回路基板に近接して対向する部分に前記回路基板冷却用の通気孔が形成されている請求項１又は２記載の電気接続箱。
4. 前記ケースの下部には、前記ケースと別体であって、ヒューズを装着するヒューズモジュールが設けられると共に、前記ケースのうち前記ヒューズモジュールを覆うヒューズモジュールカバー部の側壁に前記ヒューズ冷却用の通気孔が形成されている請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気接続箱。
5. 前記発熱部品の前記回路基板からの突出端面と、これと対向する前記覆い部の内面との間には、両者に接する伝熱部材が介在されている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電気接続箱。

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