JP4956421B2 - メタルコア基板の補強構造及び電気接続箱 - Google Patents

メタルコア基板の補強構造及び電気接続箱 Download PDF

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Description

本発明は、メタルコア基板の補強構造及び電気接続箱に関する。
近年、自動車用電気接続箱の分野においては、製品の小型化、通電電流値の増加、設計変更の容易化等の要請から、放熱性に優れているメタルコア基板を用いた電気接続箱が提案されている。
メタルコア基板とは、内部に銅やアルミニウム等の金属からなるメタルコアを有するプリント基板のことである。
一般に、メタルコア基板は、その厚さが増すと基板の均熱化効果が向上する。一方、自動車用電気接続箱に使用した場合には、その重量と強度が問題になるので、基板の均熱化効果が得られる程度にできるだけ薄くとすると同時に、基板の強度を補強することが求められている。
従来、電気接続箱に使用されるプリント基板を補強する方法としては、種々の技術が提案されている。
例えば、特開2001−237572号公報には、筐体に設けられた支持部材に補強部材を介してプリント基板を支持するプリント基板の補強構造が開示されている(以下、従来例1という)。
また、特開2004−72881号公報には、2枚のメタルコア基板の間に放熱プレートを挟んだ構造が開示されている(以下、従来例2という)。
さらに、特開平7−321421号公報には、フレキシブルプリント回路板を補強するために、フレキシブルプリント回路板に補強材を貼着する構造が開示されている(以下、従来例3という)。
また、近年、自動車に用いられる電装品の増大により、電気接続箱中に多くの枚数の基板を配置したいとの要望がある。
しかし、メタルコア基板を備えた従来の電気接続箱においては、基板の強度性を確保するために、基板の角部(四方形の基板の場合には4つの角部)をアッパーケースやロアケースにネジ等の締結部材により固定して、基板をケースに対して水平状態に配置していた。この場合、アッパーケース側に1枚の基板、ロアケース側に1枚の基板の合計2枚の基板をケース内に配置するのが限界であった(以下、従来例4という)。
特開2001−237572号公報 特開2004−72881号公報 特開平7−321421号公報
従来例1では、プリント基板の両端部に補強部材を取り付けているので、装置がプリント基板の面方向に大型化するという課題があった。
従来例2では、放熱プレートは金属製で重量があるため、補強構造の軽量化が困難になるという課題があった。また、放熱プレートの車体等と接続する接続部が放熱プレート本体から突出しており、省スペース化に不利になるという課題があった。
従来例3では、フレキシブルプリント回路板を補強部材に貼着しているため、フレキシブルプリント回路板の放熱性を確保できないという課題があった。
従来例4では、基板をケースに対して水平状態に配置していたので、ケース内に配置できる基板の数が制限され、ケース内のスペースを有効に活用できないという課題があった。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、小型化、軽量化、省スペース化、放熱性、メタルコア基板の機械強度的な補強という複数の要望を同時に満たしたメタルコア基板の補強構造を提供することを目的とする。
本発明は又、多くのメタルコア基板をケース内に配置できるとともに、ケース内のスペースを有効に活用できる電気接続箱を提供することを目的とする。
本発明の第1のメタルコア基板の補強構造は、
第1及び第2の面とメタルコアを有するメタルコア基板と、
前記メタルコア基板と略同じ広さの面を備えた樹脂プレートとを有し、
前記メタルコア基板の第2の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、かつ、
前記メタルコア基板の第2の面は、前記メタルコア基板の面方向の端部まで延びた空間部を介して前記樹脂プレートに面している、
ことを特徴とするものである。
本発明の第2のメタルコア基板の補強構造は、
第1及び第2の面とメタルコアを有する第1のメタルコア基板と、
第3及び第4の面とメタルコアを有する第2のメタルコア基板と、
前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板の間に配置され、前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板と略同じ広さの面を備えた樹脂プレートとを有し、
前記第1のメタルコア基板の第2の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、かつ、
前記第1のメタルコア基板の第2の面は、前記第1のメタルコア基板の面方向の端部まで延びた第1の空間部を介して前記樹脂プレートに面しており、
前記第2のメタルコア基板の第4の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、かつ、
前記第2のメタルコア基板の第4の面は、前記第2のメタルコア基板の面方向の端部まで延びた第2の空間部を介して前記樹脂プレートに面している、
ことを特徴とするものである。
前記第1のメタルコア基板と前記第2のメタルコア基板とは、ヒューズを介して電気的に接続され、前記ヒューズの端子幅に合わせて前記第1の間隔と前記第2の間隔とが規定されていてもよい。
前記樹脂プレートは、電磁波シールド機能を備えていてもよい。
本発明の電気接続箱は、前記メタルコア基板の補強構造を備えた基板組立体と、前記基板組立体を固定して収納するケースとを有することを特徴とするものである。
前記ケースは、水平方向に延びて形成され、前記基板組立体は、前記ケースに対して略垂直方向に配置されていてもよい。
本発明のメタルコア基板の補強構造によれば、次のような優れた効果を奏する。
(1)メタルコア基板と略同じ広さの面を備えた樹脂プレートを有し、かつ、その樹脂プレートをメタルコア基板に略平行に配置しているので、省スペース化を確保しながら機械強度的にも補強できる。
(2)メタルコア基板と略同じ広さの面を備えた樹脂プレートを用いることにより、軽量化、小型化を図ることができる。
(3)メタルコア基板に樹脂プレート本体を密着させず、所定の間隔を介在させているので、メタルコア基板と樹脂プレートとの間の空間部に熱を逃すことができ、メタルコア基板からの放熱性を確保できる。
本発明の電気接続箱によれば、上記メタルコア基板の補強構造を備えた基板組立体をケースに固定して収納しているので、メタルコア基板の強度を確保でき、基板をケースに対して水平状態だけでなく、略垂直状態に配置することも可能となる。その結果、メタルコア基板をケース内で自由な位置に配置することができ、所望の数、形状、大きさのメタルコア基板をケース内に配置できるとともに、ケース内のスペースを有効に活用できる。
(A)は本発明の第1の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す斜視図、(B)はその側面図、(C)はその正面図である。
メタルコア基板の内部構造を示す断面図である。
(A)は樹脂プレートを示す斜視図、(B)はその側面図、(C)はその正面図である。
(A)は本発明の第2の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す斜視図、(B)はその側面図である。
図4(B)のV−V線断面図、(B)は基板間接続のためにバスバーを使用した場合を示す概略的な説明図である。
(A)は本発明の第3の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す平面図、(B)はその正面図である。
(A)は本発明の第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造に用いられる樹脂プレートを示す平面図、(B)は本発明の第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造に用いられる樹脂プレートの内部構造を示す断面図である。 本発明の第5の実施形態例に係る電気接続箱の組立前の状態を示す断面図である。 本発明の第5の実施形態例に係る電気接続箱を示し、(A)は基板組立体をロアケースに固定した状態を示す断面図、(B)はアッパーケースとロアケースを連結した状態を示す断面図である。 本発明の第6の実施形態に係る電気接続箱の組立前の状態を示す断面図である。 本発明の第6の実施形態例に係る電気接続箱を示し、(A)は基板組立体をロアケースに固定した状態を示す断面図、(B)はアッパーケースとロアケースを連結した状態を示す断面図である。
符号の説明
1:メタルコア基板
2:樹脂プレート
3:リレー
4:ヒューズ端子
5:電子部品
6:ネジ穴部
7:位置決め用ピン
8:ネジ
9:第1のメタルコア基板
10:第2のメタルコア基板
11:樹脂プレート
12:第1のネジ穴部
13:第2のネジ穴部
14:バスバー
15:端子ホルダ
16:ヒューズ
17:樹脂プレート
17a:電磁波吸収シート
17b:金属編組
18:グラウンド
19:電気接続箱
20:アッパーケース
21:ロアケース
22:ケース
23:第1の基板組立体
24:ヒューズ端子ホルダ
25:コネクタ端子
26:コネクタ端子ホルダ
27:ネジ
28:第2の基板組立体
29:電気接続箱
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態例)
図1(A)は本発明の第1の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す斜視図、(B)はその側面図、(C)はその正面図、図2はメタルコア基板の内部構造を示す断面図、図3(A)は樹脂プレートを示す斜視図、(B)はその側面図、(C)はその正面図である。
図1(A)〜(C)に示すように、本発明の第1の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造は、メタルコアを内部に有する略長方形のメタルコア基板1と、メタルコア基板1と略同じ広さの面を備え、メタルコア基板1の裏面に略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で、メタルコア基板1に固定して取り付けられた樹脂プレート2とを有する。
メタルコア基板1の表面には、複数のリレー3、ヒューズ端子4、各種の電子部品5等が搭載されている。
図2に示すように、メタルコア基板1の内部は、金属板からなるメタルコア(以下、コア部と称する)1aと、コア部1aをサンドイッチ状に挟み込んだ絶縁層1bと、絶縁層1bの表面に形成された導体パターンの回路1cと、回路1cを保護するソルダーレジスト1dから構成されており、基板1上に搭載される電子回路や電子部品からの放出熱をコア部1aに伝導することにより放熱特性を高めている。
コア部1aは、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の熱伝導性の良好な金属で作られている。絶縁層1bは、例えばエポキシ樹脂等で作られている。
図3(A)〜(C)に示すように、樹脂プレート2は、略長方形に形成され、ガラス繊維で強化されたポリマー(例えば、ダウ ケミカル(DOW CHEMICAL)社製のダウ プラスチックスのQUESTRA(商標) WA212)等で作られている。
樹脂プレート2が、メタルコア基板1のコア部1aと同程度の熱膨張係数を備えた樹脂材料で作られている場合には、熱応力の影響を小さくでき、半田クラック等の発生を抑制できる。
また、樹脂プレート2の4つの角部には、メタルコア基板1の裏面にネジ8によって固定するためのネジ穴部6が所定の高さに突出して設けられている。ネジ穴部の高さは、メタルコア基板1の裏面に配置された部品、半田等と樹脂プレート2とが接触しない程度に、メタルコア基板1との間が所定の間隔H(図1(B),(C)参照)になるように設定されている。
なお、樹脂プレート2には、メタルコア基板1に形成された位置決め孔1d(図1(A)参照)に嵌る位置決め用ピン7が突出して複数箇所(この例では2箇所)設けられている。
本発明の第1の実施形態例に係るメタルコア基板1の補強構造を組み立てる場合、まず、メタルコア基板1に形成された位置決め孔1dに樹脂プレート2の位置決め用ピン7を嵌める。これによって、メタルコア基板1と樹脂プレート2とが略平行且つ所定の間隔を隔てた状態に保持される。
次いで、メタルコア基板1からネジ8を、樹脂プレート2のネジ穴部6に挿入して螺着する。これによって、メタルコア基板1と樹脂プレート2とが固定して取り付けられる。
本発明の第1の実施形態例に係るメタルコア基板1の補強構造によれば、メタルコア基板1と略同じ広さの面を備えた樹脂プレート2を有し、かつ、その樹脂プレート2をメタルコア基板1の裏面に略平行に配置しているので、省スペース化を確保しながら機械強度的にも補強できる。
また、メタルコア基板1と略同じ広さの面を備えた樹脂プレート2を用いることにより、軽量化、小型化を図ることができる。
さらに、メタルコア基板1に樹脂プレート2本体を密着させず、所定の間隔Hを介在させているので、メタルコア基板1と樹脂プレート2との間の空間部に熱を逃すことができ、メタルコア基板1からの放熱性を確保できる。
(第2の実施形態例)
図4(A)は本発明の第2の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す斜視図、(B)はその側面図、図5(A)は図4(B)のV−V線断面図、(B)は、基板間接続のためにバスバーを使用した場合を示す概略的な説明図である。
本発明の第2の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造は、メタルコアを内部に有する第1のメタルコア基板9と、メタルコアを有する第2のメタルコア基板10と、第1のメタルコア基板9及び第2のメタルコア基板10の間に配置された樹脂プレート11とを有する。
第1のメタルコア基板9、第2のメタルコア基板10及び樹脂プレート11は、略長方形で、略同じ広さの面を備えている。第1のメタルコア基板9及び第2のメタルコア基板10及び樹脂プレート11の基本的な構成は、第1の実施形態例と同様であるので、その説明は省略する。
樹脂プレート11の表面の4つの角部には、第1のメタルコア基板9の裏面にネジ8によって固定するための第1のネジ穴部12が所定の高さに突出して設けられている。第1のネジ穴部12の高さは、第1のメタルコア基板9の裏面に配置された部品、半田等と樹脂プレート11の表面とが接触しない程度に、第1のメタルコア基板9との間が所定の第1の間隔H1になるように設定されている。
樹脂プレート11の裏面の4つの角部には、第2のメタルコア基板10の裏面にネジ8によって固定するための第2のネジ穴部13が所定の高さに突出して設けられている。第2のネジ穴部13の高さは、第2のメタルコア基板10の裏面に配置された部品、半田等と樹脂プレート11の裏面とが接触しない程度に、第2のメタルコア基板10との間が所定の第2の間隔H2になるように設定されている。
図5(B)に示すように、第1のメタルコア基板9と第2のメタルコア基板10との間の電気的接続は、バスバー14によって行われる。バスバー14は、第1のメタルコア基板9に設けられた第1の接続端子9a及び第2のメタルコア基板10に設けられた第2の接続端子10aに接続される。第1の接続端子9a及び第2の接続端子10aは、端子ホルダ15によって支持されている。
本発明の第2の実施形態例に係るメタルコア基板1の補強構造によれば、第1のメタルコア基板9と第2のメタルコア基板10との間に樹脂プレート11を介在させているので、基板間のショートを防止することができる。
(第3の実施形態例)
図6(A)は本発明の第3の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を示す平面図、(B)はその正面図である。
本発明の第3の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造は、第2の実施形態例とほぼ同様であるが、第1のメタルコア基板9と第2のメタルコア基板10とがヒューズ16を介して電気的に接続されている点を特徴としている。
また、接続すべきヒューズ16の端子幅に合わせて、第1のネジ穴部12及び第2のネジ穴部13の高さが決められており、これによって、第1のメタルコア基板9と樹脂プレート11との間の第1の間隔H1及び第2のメタルコア基板10と樹脂プレート11との間の第2の間隔H2とが規定されている。
本発明の第3の実施形態例に係るメタルコア基板1の補強構造によれば、樹脂プレート11の幅、第1のネジ穴部12及び第2のネジ穴部13の高さを適宜規定することにより、基板間接続のために規格化、技術標準化されたヒューズ16を使用することができ、専用のバスバーは不要である。
(第4の実施形態例)
図7(A)は本発明の第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造に用いられる樹脂プレートを示す平面図、(B)は本発明の第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造に用いられる樹脂プレートの内部構造を示す断面図である。
本発明の第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造に用いられる樹脂プレート17は、電磁波シールド(遮蔽)機能を備えていることを特徴としている。樹脂プレート17にシールド特性を持たせることにより、基板間のクロストーク防止やノイズ低減を行うことができる。
シールド特性を持たせるためには、たとえば、図7(A)に示すように、電磁波吸収シート17a(例えば、エフコ株式会社製『エフコTMシート』商品グレードEMI)を樹脂プレート17表面に貼着する。また、このようなシートの材料を樹脂プレートの素材とともに練り込んで射出成型した樹脂プレート17を用いてもよい。
また、樹脂プレート17の表面に、銅線等の金属線が網状に編まれている金属編組を貼り付けたり、図7(B)に示すように、射出成型時に樹脂プレート17のコアとして、金属編組17bを内部に配置したりしてもよい。
金属編組17bを用いる場合は、グラウンド18(たとえば自動車のボディ)と金属編組17bとを銅線等でグラウンド接続を行うのが好ましい。
なお、メタルコア基板の周囲を囲えば最もシールド効果が得られるが、省スペース化と軽量化の点で不利になるため、本発明の実施形態例のように、メタルコア基板を囲うことなく樹脂プレート17に静電シールド効果を持たせることにより、省スペース化と軽量化を達成しつつ、シールドすることができる。
(第5の実施形態例)
図8は、本発明の第5の実施形態例に係る電気接続箱の組立前の状態を示す断面図、図9(A)は基板組立体をロアケースに固定した状態を示す断面図、(B)はアッパーケースとロアケースを連結した状態を示す断面図である。
図8(A)に示すように、本発明の第5の実施形態に係る電気接続箱19は、水平方向に延びて形成されたアッパーケース20及びロアケース21によって構成されるケース22と、そのケース22内に収納され、第2の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を備えた第1の基板組立体23とを有することを特徴としている。
第1の基板組立体23は、メタルコアを内部に有する第1のメタルコア基板9と、メタルコアを有する第2のメタルコア基板10と、第1のメタルコア基板9及び第2のメタルコア基板10の間に配置された樹脂プレート11とを有する。
メタルコア基板9,10の表面には、リレー3、ヒューズ端子4、ヒューズ端子ホルダ24、コネクタ端子25、コネクタ端子ホルダ26等が搭載されている。
第1の基板組立体23は、ロアケース21に設けられた取付部21aに形成された取付孔21bにネジ27を挿入して締結され(図9(A)参照)、ケース22に対して略垂直方向に配置されている(図9(B)参照)。
本発明の第5の実施形態例に係る電気接続箱19によれば、上記メタルコア基板の補強構造を備えた第1の基板組立体23がケース22に固定して収納されているので、メタルコア基板9,10の強度を確保でき、メタルコア基板9,10をケース22に対して水平状態だけでなく、略垂直状態に配置することも可能となる。その結果、メタルコア基板9,10をケース22内で自由な位置に配置することができ、所望の数、形状、大きさのメタルコア基板をケース22内に配置できるとともに、ケース22内のスペースを有効に活用できる。
(第6の実施形態例)
図10は、本発明の第6の実施形態に係る電気接続箱の組立前の状態を示す断面図、図11(A)は基板組立体をロアケースに固定した状態を示す断面図、(B)はアッパーケースとロアケースを連結した状態を示す断面図である。
図10(A)に示すように、本発明の第6の実施形態に係る電気接続箱29では、ケース22内に第1の基板組立体23の他に、第1の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を備えた第2の基板組立体28を有することを特徴としている。
第2の基板組立体28は、メタルコアを内部に有する略長方形のメタルコア基板1と、メタルコア基板1と略同じ広さの面を備え、メタルコア基板1の裏面に略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で、メタルコア基板1に固定して取り付けられた樹脂プレート2とを有する。
メタルコア基板1の表面には、リレー3、ヒューズ端子4、ヒューズ端子ホルダ24、コネクタ端子25、コネクタ端子ホルダ26等が搭載されている。
第1の基板組立体23及び第2の基板組立体28は、ロアケース21に設けられた取付部21aに形成された取付孔21bにネジ27を挿入して締結され(図11(A)参照)、ケース22に対して略垂直方向に配置されている(図11(B)参照)。
本発明の第6の実施形態例に係る電気接続箱29によれば、幅の広い第1の基板組立体23と幅の狭い第2の基板組立体28を適宜組み合わせて、ケース22に固定して収納することができるので、ケース22内でより多くのメタルコア基板を配置できる。
なお、本発明の電気接続箱は、第1〜第4の実施形態例に係るメタルコア基板の補強構造を備えた基板組立体を単独又は適宜組み合わせてケース内に固定して収納してもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、メタルコア基板、樹脂プレートの材質や形状は例示であり、これに限定されるものではない。
また、本発明において、メタルコア基板と樹脂プレートは略同一の広さを持っていればよく、同一の広さを持っていることが好ましいが、多少の形状や広さの相違は問題としない。
本発明は、例えば、自動車用電気接続箱等に用いられるメタルコア基板の補強のために適用される。

Claims (6)

  1. 第1及び第2の面とメタルコアとを有するメタルコア基板と、
    前記メタルコア基板と略同じ広さの面を備え、前記メタルコア基板の強度を補強するための樹脂プレートとを有し、
    前記メタルコア基板の第2の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、
    前記メタルコア基板の第2の面は、前記メタルコア基板の面方向の端部まで延びた空間部を介して前記樹脂プレートに面しており、
    前記樹脂プレートには、前記メタルコア基板に形成された位置決め孔に嵌る位置決め用ピンが突出して複数箇所設けられている、
    ことを特徴とするメタルコア基板の補強構造。
  2. 第1及び第2の面とメタルコアとを有する第1のメタルコア基板と、
    第3及び第4の面とメタルコアとを有する第2のメタルコア基板と、
    前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板の間に配置され、前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板と略同じ広さの面を備え、前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板の強度を補強するための樹脂プレートとを有し、
    前記第1のメタルコア基板の第2の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、
    前記第1のメタルコア基板の第2の面は、前記第1のメタルコア基板の面方向の端部まで延びた第1の空間部を介して前記樹脂プレートに面しており、
    前記第2のメタルコア基板の第4の面は、前記樹脂プレートに略平行且つ所定の間隔を隔てた状態で固定して取り付けられ、
    前記第2のメタルコア基板の第4の面は、前記第2のメタルコア基板の面方向の端部まで延びた第2の空間部を介して前記樹脂プレートに面しており、
    前記樹脂プレートには、前記第1のメタルコア基板及び第2のメタルコア基板に形成された位置決め孔に嵌る位置決め用ピンが突出して複数箇所設けられている、
    ことを特徴とするメタルコア基板の補強構造。
  3. 前記第1のメタルコア基板と前記第2のメタルコア基板とは、ヒューズを介して電気的に接続され、
    前記ヒューズの端子幅に合わせて前記第1の間隔と前記第2の間隔とが規定されていることを特徴とする請求項2に記載のメタルコア基板の補強構造。
  4. 前記樹脂プレートは、電磁波シールド機能を備えていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つの項に記載のメタルコア基板の補強構造。
  5. 前記請求項1乃至4のいずれか1つの項に記載のメタルコア基板の補強構造を備えた基板組立体と、
    前記基板組立体を固定して収納するケースと、
    を有することを特徴とする電気接続箱。
  6. 前記ケースは、水平方向に延びて形成され、
    前記基板組立体は、前記ケースに対して略垂直方向に配置されている、
    ことを特徴とする請求項5に記載の電気接続箱。
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