JP4651090B2 - スイッチングユニット - Google Patents

Description

本発明は、電流のオン／オフを制御可能なスイッチングユニットに関する。

従来のスイッチングユニットとして、例えば特許文献１に示すものがある。このものは、例えば、自動車のバッテリー等の電源とヘッドランプ等の各電子装置との間に配されて電流のオン／オフを切り替えることにより各電子装置の制御を行うものである。これらのスイッチングユニットは、内部の接点やリレーコイル等の構成部品を保護するため、箱状のケーシングに包囲されている。
上記のような箱状のケーシングを用いたスイッチングユニットでは、ケーシングに対する組み付け工程等が必要となってくるが、これに対して、型内で構成部品と共に一体に成形するいわゆるモールド成形によってケーシングを形成することで、ケーシングに対する組み付け工程を省略し、製造効率の向上を図ることが行われている。
特開２００２−３２４４７８公報

上記のようなスイッチングユニットに関し、ケーシング内において、内部の構成部品をハンダ付けや溶接等を用いて接合して導通接続を行うものがある。このようなものに対して、モールド成形でケーシングを形成した場合には、ケーシングを構成する樹脂でもって接合箇所を包囲することになる。
しかしながら、このようなスイッチングユニットが自動車に搭載されたような場合、その使用環境によっては、温度の寒暖差が極めて激しくなり、構成部品とケーシングの樹脂との熱膨張性の相違から接合部分に応力（熱応力）が作用し、場合によってはハンダクラック等が生じてスイッチングユニットの信頼性が損なわれてしまうおそれがあった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、信頼性の向上が可能なスイッチングユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスの端子を接合することで導通接続してなる回路体を備え、前記回路体を収容するケーシングがモールド成形によって一体に形成されると共に、前記バスバー回路のうち前記接続端子に連なる部分と前記スッチングデバイスとの接合箇所が、前記ケーシングよりも弾性のある被覆層で被覆されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記被覆層が前記ケーシングで包囲されていることところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記スイッチングデバイスの本体に対してケーシング又は被覆層が密着しているところに特徴を有する。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものにおいて、前記回路体には前記回路体を冷却するための放熱手段を備えると共に、この放熱手段がケーシングから外部に露出されているところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
接合箇所の周囲はケーシングよりも弾性のある被覆層で覆われているので、ケーシングに熱応力等が作用した場合でも、被覆層の弾性力でもって作用する力を受止めることができ、接合箇所へ力が作用し接合不良等が生ずることを規制する。従って、スイッチングユニットの信頼性の向上が可能となる。

＜請求項２の発明＞
被覆層が被覆層よりも剛性のあるケーシングで包囲されているので、被覆層が外部に露出することなく保護ができ、延いては、接合部を確実に保護ができるので、スイッチングユニットの信頼性が一層向上する。

＜請求項３の発明＞
ケーシング又は被覆層がスイッチングデバイスの本体に対して密着しているので、スイッチングデバイスで生じた熱がケーシング外部へ伝え易くなり、放熱性が向上する。

＜請求項４の発明＞
回路体を冷却するための放熱手段が外部に露出されているので、回路体の冷却効率が向上し、スイッチングユニット全体の放熱性が向上する。

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図３によって説明する。
スイッチングユニット１０は、図１，２に示すように、ケーシング２０で包囲されたユニット本体（本発明の「回路体」に相当する）１５を有し、ユニット本体１５からケーシング２０の外側へ延出する接続端子１２Ａが相手側接続端子（図示なし）と接続することで電気接続箱（図示なし）等に着脱可能に装着されるようになっている。

ユニット本体１５は、回路基板１１とバスバー回路１２とを密着させた回路基板１１側の表面にスイッチングデバイス１３を実装してなるものである（図２参照）。
スイッチングデバイス１３は、電流のオン／オフを制御可能なものであって、本実施形態では半導体スイッチング素子を用いており、特に本実施形態では、半導体デバイス中にパワーＭＯＳＦＥＴ部と、過熱保護機能或いはＰＷＭ信号発信部等を有する制御部とをワンチップ上に配設したものを用いている。

回路基板１１は、図１に示すように、略方形状の絶縁基板上にスクリーン印刷等で導電路が形成された印刷回路を備え、その所定箇所には貫通孔１１Ａが穿設されている。スイッチングデバイス１３或いは他の抵抗その他の回路基板１１の表面に実装された電子素子は、それぞれの素子が備える複数の端子のうち、一方を回路基板１１に接続させると共に、他方を貫通孔１１Ａを介して次述のバスバー回路１２に直接端子を接続させるようになっている（図２参照）。ここで、回路基板１１或いは次述のバスバー回路１２への接続はハンダ付け或いは溶接によって接合されるようになっており、図２及び図３において接合箇所は符号Ｊで示されている。
また、本実施形態では回路基板１１の片側（図１の右側）にスイッチングデバイス１３を実装すると共に、その反対側（図１の左側）に（詳細には図示しないが）制御系の回路を配設している。

バスバー回路１２は、金属平板を打抜いて形成された複数本のバスバーによって所定回路形状に形成されてなるものである（図１の破線参照）。バスバー回路１２は全体形状が回路基板１１と同様の略方形状をなしており、回路基板１１のほぼ全体に亘る領域をバスバー回路１２で支持することでユニット本体１５の強度を確保できるようになっている。
さらに、バスバー回路１２を構成するバスバーには、ユニット本体１５から延出する接続端子１２Ａが一体に形成されており、この接続端子１２Ａによって、図示しない電気接続箱等の相手側接続端子と嵌合可能となっている。尚、本実施形態では、図１に示すように、５本の接続端子１２Ａを備えているが、これらのうち図１における左側の３本が制御系端子として用いられ右側の２端子が電力系端子として用いられている。また、制御系端子（図１の左側３本の端子）の先端部はプレス加工によって電力系端子（図１の右側２本の端子）よりも薄く形成されている。

ユニット本体１５の下側には図２に示すように放熱板（本発明の「放熱手段」に相当する）２５を備える。放熱板２５はアルミ製の金属板でユニット本体１５のバスバーの下面に接着剤（例えばシリコーン系接着剤若しくはエポキシ系接着剤）又は接着シート（例えば絶縁シートの両面に接着剤を塗布して接着性をもたせたもの）により接着し、かつ絶縁されており（これらの接着剤又は接着シートが本発明の「絶縁物」に相当する）、ユニット本体１５で生じた熱をバスバー回路１２を介して伝熱させて、外部へ放出するようになっている。これらの接着剤はアルミナフィラー等熱伝導性の高い材料を含有したものを用いることでより伝熱性を向上させることが可能となる。

また、接続端子１２Ａのユニット本体１５からの基端部分には、放熱板２５との間に絶縁部材３０が配設されている（図２参照）。
この絶縁部材３０は、絶縁性を備えた樹脂で略角柱形状に形成されており、放熱板２５の接続端子１２Ａ側（図２の左側）の端部に形成された切欠き部２６に嵌め込まれている。切欠き部２６は放熱板２５の幅方向に亘って絶縁部材３０の形状に合わせて略角柱形状に切削して形成されており、絶縁部材３０を嵌め込むことにより、放熱板２５の上面（バスバー回路１２の貼付け面）は絶縁部材３０の上面と略面一となる。これにより、放熱板２５の上面とバスバー回路１２の下面との接着においても段差等が生ずることなく確実に接着ができるようになっている。また、接続端子１２Ａに電流が流れた場合でも、接続端子１２Ａの基端部と放熱板２５との間には絶縁部材３０が介在しているので、接続端子１２Ａと放熱板２５との間に短絡等が生ずることがないようになっている。

ケーシング２０は、合成樹脂製で全体略直方体形状をなしている。ここで、ケーシング２０の成形は、放熱板２５を組付けたユニット本体１５を成形型内に挿入してユニット本体１５等と共に一体に成形するいわゆるモールド成形によって形成されており、全周に亘って隙間なく包囲されている。特に、本実施形態では、接続端子１２Ａの基端部も隙間なく導出されていると共に、放熱板２５はその放熱性を高めるために外部に露出するようにして形成されているが、放熱板２５の端縁もケーシング２０と隙間なく密着するように形成されている。

さて、本実施形態に係るスイッチングユニット１０は、ユニット本体１５に係るスイッチングデバイス１３或いは他の抵抗その他の回路基板１１の表面に実装された電子素子の端子の接合箇所Ｊが被覆部４０で被覆されている（図２参照）。
この被覆部４０は、シリコン系ゲル或いはブチレン系ゴムで形成されており、ケーシング２０を構成する樹脂よりも弾性を備えると共に、ケーシング２０の成形時にもケーシング２０の樹脂の熱で溶融しない特性を備えるものである。そして、被覆部４０はケーシング２０の成形前に各端子の接合箇所Ｊの周囲全体を包囲するように塗布されることで形成され（図３参照）、その後、ケーシング２０の成形工程がなされる。これにより、被覆部４０は、図２に示すように、各端子の接合箇所Ｊを包囲すると共に、この被覆部４０はその周囲をケーシング２０によって取り囲まれて外部には露出しないようになっている。

上記のように構成されたスイッチングユニット１０は図しない電気接続箱に対して着脱可能に組みつけられて、制御系端子から所定の電気信号を受け取てスイッチングデバイス１３を動作させることにより、電力系端子の入力側から入力された電流を適宜調整して電力系端子の出力側から出力し電子装置（図示なし）を動作させる。
尚、電気接続箱（図示なし）のメンテナンス時等において、スイッチングユニット１０は抜脱可能であり、必要に応じて交換されて使用できるようになっている。

このように、本実施形態のスイッチングユニット１０によれば、各端子の接合箇所Ｊの周囲がケーシング２０よりも弾性のある被覆部４０で覆われているので、ケーシング２０に熱応力やスイッチングユニット１０の着脱時に生ずる外力等が作用した場合でも、被覆部４０の弾性力でもって作用する力を受止めることができ、接合箇所Ｊへ力が作用し接合不良等が生ずることを規制する。さらに、この被覆部４０が被覆部４０よりも剛性のあるケーシング２０でその周囲を包囲されて外部に露出することがないので、被覆部４０を確実に保護することができ、延いては、接合箇所Ｊを確実に保護ができる。従って、本実施形態によれば、スイッチングユニット１０の信頼性の向上が可能となる。

さらに、本実施形態では、ユニット本体１５を冷却するための放熱板２５が外部に露出されているので、ユニット本体１５の冷却効率が向上し、スイッチングユニット１０全体の放熱性が向上する。
それに加えて、ケーシング２０がスイッチングデバイス１３の本体に対して密着しているので、スイッチングデバイス１３で生じた熱がケーシング２０外部へ伝え易くなるので、放熱性が一層向上する。

また、本実施形態ではスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を用いたのでいわゆるメカリレーにおいて、接点のオン／オフ時に発生する動作音が生じないので、静音化が図れる。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図４によって説明する。
本実施形態のスイッチングユニット１０Ａは、被覆部４０Ａの形状が上記実施形態１と相違するものであるが、他の同様の構成については同様の符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態では、被覆部４０Ａがユニット本体１５の上面側全体を覆うように層状に形成されている。また、さらに本実施形態では被覆部４０Ａアルミナ等のフィラーが添加されていることで、被覆部４０Ａの放熱性を高めることができる。

このように、本実施形態のスイッチングユニット１０Ａは、被覆部４０Ａがユニット本体１５の上面側全体を覆っているので、ユニット本体１５における接合箇所Ｊのみならず、回路基板１２全体が被覆部４０Ａを介してケーシング２０に包囲されている。これにより、回路基板１２上の配線構造やバスバー回路１２との密着構造等ユニット本体１５全体を保護できるので、スイッチングユニット１０Ａの信頼性の一層の向上が可能となる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では被覆層として各端子の接合箇所Ｊの周囲のみを覆う被覆部４０又は、ユニット本体１５の上面側全体を覆う層状の被覆部４０Ａを挙げたが、これに限らず、どのような形状の被覆層であってもよい。また、被覆層はケーシング２０に内包されるものに限らず、外部に露出されるものであってもよい。

（２）上記実施形態ではスイッチングユニット１０，１０Ａはスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を実装するものであったが、これに限らず、例えばＩＣ等を実装するものであってもよい。
（３）上記実施形態において、制御系回路にＩＣ、マイコン等を実装するものであってもよい。
（４）上記実施形態では放熱板２５を備えるものであったが、これに限らず、放熱板２５のような放熱手段を備えていないものであってもよい。
（５）上記実施形態では別体の絶縁部材３０を備えるものであったが、ケーシング２０と一体に形成した絶縁部材３０を備えるものであってもよい。
（６）上記実施形態において、さらに放熱面積を増加するため放熱板に放熱フィン等の放熱手段を追加する構造のものであってもよい。
（７）上記実施形態ではスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を用いるものであったが、これに限らず、ベアチップ等を実装するものであってもよい。
（８）上記実施形態ではケーシング２０が樹脂製のものであったが、例えば金属製のものであってもよい。この場合、例えば、金属製ケーシングの表面に絶縁被膜を形成する等してケーシングとユニット本体との間の絶縁を図る構成とするのが望ましい。

実施形態１のスイッチングユニットの平断面図 スイッチングユニットの縦断面図 ケーシングの成形前のユニット本体の縦断面図 実施形態２のスイッチングユニットの縦断面図

符号の説明

１０…スイッチングユニット
１１…回路基板
１２…バスバー回路
１２Ａ…接続端子
１３…スイッチングデバイス
１５…ユニット本体（回路体）
２０…ケーシング
２５…放熱板（放熱手段）
４０…被覆部（被覆層）
Ｊ…接合箇所

Claims (4)

1. 電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、
   絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスの端子を接合することで導通接続してなる回路体を備え、
   前記回路体を収容するケーシングがモールド成形によって一体に形成されると共に、
   前記バスバー回路のうち前記接続端子に連なる部分と前記スッチングデバイスとの接合箇所が、前記ケーシングよりも弾性のある被覆層で被覆されていることを特徴とするスイッチングユニット。
2. 前記被覆層が前記ケーシングで包囲されていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチングユニット。
3. 前記スイッチングデバイスの本体に対してケーシング又は被覆層が密着していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチングユニット。
4. 前記回路体には前記回路体を冷却するための放熱手段を備えると共に、この放熱手段がケーシングから外部に露出されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスイッチングユニット。

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