JP5350311B2

JP5350311B2 - 車載用電子機器

Info

Publication number: JP5350311B2
Application number: JP2010084775A
Authority: JP
Inventors: 拓小山; 博幸阿部; 利昭石井; 弘二佐藤; 円丈露野
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2030-04-01
Also published as: WO2011125645A1; JP2011217547A

Description

本発明は、シール材を兼ねる接着剤で接着される第一の構成部材（例えば金属ベース）と第二の構成部材（例えば、コネクタや金属カバー）を有する車載用電子機器に関する。

従来、自動車用エンジンコントロールユニット等の車載用電子機器として、電子部品が実装された回路基板と、回路基板と外部とを電気的に接続するためのコネクタと、回路基板及びコネクタを保持するベースと、回路基板を覆うべくコネクタ及びベース上に被せられる密封用のカバーとを備えたものが知られている。

このような車載用電子機器では、通常、ベースとコネクタ，コネクタとカバー，カバーとベースは、それらの間をシール材で水密的に封止して接着固定し、さらにカバーとベースがねじ止めにより固定される。

例えば、特許文献１には、互いに対向するシール面間にシール材を介在させてシール面間をシールするシール構造において、少なくとも一方のシール面の縁部を、シール面間の間隔が広くなるように切り欠いて空隙部を形成し、シール面間及び空隙部にシール材を介在させたシール構造が開示されている。このようなシール構造で初期シール性および振動衝撃に強いシール構造を達成する試みが行われている。

特開２００３−２５８４５１号公報特開２００８−１４４９１１号公報

エンジンルーム等の車室外で使用される車載用電子機器は、初期の防水性に加えて種々の環境下での使用を考慮した耐久防水性が必要とされる。車載用電子機器の筺体は、種々の環境下での使用を考慮して、剛性の高い金属にて構成されることが多い。ここで、降雪地帯では、道路の融雪・凍結防止目的で、塩化カルシウムが散布されている。このため、路上の塩化カルシウムが融雪により水溶液となり、その上を車両が通行する際にしぶきとなり、霧状になった水溶液が車載用電子機器の筐体のシール部分に付着して、筐体とシール材の接着界面を塩食し、金属筐体の腐食部がシール材剥離の原因となる。このような環境下においても十分な信頼性を確保するために、より耐塩食性が高く、耐久防水性に優れたシール構造が必要となる。

特許文献１は初期シール性や耐衝撃性に優れたシール構造として有効であるが、耐塩食性という観点では十分な検討はなされていない。

本発明は、耐塩食性が高く、耐久防水性に優れたシール構造を備える車載用電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、電子部品が実装された回路基板と、該回路基板と外部を電気的に接続するためのコネクタと、前記回路基板が搭載されるとともに前記コネクタがシール材を介して接着される金属ベースと、前記金属ベース及びコネクタにシール材を介して接着され、前記回路基板とコネクタの一部を密封する金属カバーとを備える車載用電機機器であって、前記金属ベースまたは前記金属カバーのシール剤接着面の筐体内側に複数の凹部が形成されており、前記凹部内にシール材が充填されていることを特徴とする。

また、前記金属ベースまたは前記金属カバーのシール剤接着面の筐体内側に複数の凹部が形成され、シール材を介して前記凹部と対向する部分の前記金属ベースまたは前記金属カバーに突起が形成され、前記凹部と突起の隙間にシール材が充填されていることを特徴とする。ここで、一方のくぼみの幅が他方の突起の幅より大きく、前記くぼみと突起が対向するようにシール材により接着されていることが望ましい。また、凹部の深さあるいは突起の高さが、シール材の厚さよりも大きいことが望ましい。

また、シール材接着面の筺体外側が平坦化されていることが望ましい。ここで平坦化とは機械的研磨、あるいはポリアミドイミドで構成された乾燥後に平坦な皮膜を形成する液体を塗布することにより行うことができる。

なお、本発明において、シール剤接着面の筐体内側とは金属カバーにより密封された空間側を意味し、シール剤接着面の筐体外側はその反対側を意味する。

本発明により、耐塩食性が高く、耐久防水性に優れたシール構造を備えた車載用電子機器を提供することできる。

車載用電子機器の全体斜視図と展開図である。車載用電子機器の部分切欠概略断面図である。車載用電子機器の平面図である。車載用電子機器のシール構造を説明する断面図である。車載用電子機器のシール構造を説明する断面図である。車載用電子機器のシール構造を説明する断面図である。比較例のシール構造を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は本発明に係る車載用電子機器の一実施形態を示す外観の斜視図、図１（ｂ）は車載用電子機器の内部構造を示す展開図であり、図２は部分切欠概略断面図、図３はその平面図である。

本実施形態の車載用電子機器１０は、自動車用エンジンコントロールユニットとして用いられるものであり、電子部品２１が実装された回路基板１４に、回路基板１４と外部のセンサ類や制御機構とを電気的に接続するためのコネクタ１３が取付固定され、回路基板１４が搭載される放熱用金属ベース１５にコネクタ１３がシール材を兼ねる接着材２０を介して接着され、金属ベース１５に金属カバー１１がシール材２０を介して接着され、コネクタ１３と金属カバー１１がシール材２０を介して接着されている。

回路基板１４は、長方形の樹脂製のプリント配線基板である。この回路基板１４の表面には、共晶はんだペーストがスクリーン印刷機で印刷され、所要の電子部品２１が自動搭載機で搭載された後、はんだリフロー炉ではんだ接合が行われたものである。ここで、電子部品２１は演算用ＩＣ，チップ抵抗体，チップコンデンサ，アルミ電解コンデンサなどである。

コネクタ１３は、熱可塑性樹脂で成形された概略直方体状のハウジング１３Ａとハウジング１３Ａ内に収容されている所要本数の金属端子１３Ｂとからなり、ハウジング１３Ａは、外部ハーネスのプラグが差し込まれる、角丸付き矩形筒状の大小二つのソケット部１３ｃ，１３ｄ，金属端子１３Ｂを保持する厚板状の端子保持持壁部１３ｅ、及び、端子保持壁部１３ｅから内方に突出する正面視外形が台形状で筒状の内方突出部１３ｆを有する。

金属端子１３Ｂは、例えば、厚さ０.５mmの銅板を幅０.５mmに打ち抜かれ、さらにＬ字状にプレス成形されたもので、前記回路基板１４との接続部分（下端部）には、錫めっきが施されている。また、金属端子１３Ｂは、大きい方のソケット部１３ｃには入力用としてＸ本（例えば８０本）、小さい方のソケット部１３ｄには出力用としてＹ本（例えば４０本）、それぞれ端子保護壁部１３ｅ及び内方突出部１３ｆの底面部に形成された通し孔に差し込まれて保持固定されている（なお、図には各部が簡略化して描かれている）。

コネクタ１３は、回路基板１４の前端部に固定用の爪で一体的に取付固定されている。このコネクタ１３の金属端子１３Ｂの下端部は、回路基板１４に形成されているスルーホール１４ｓに挿入されて、そこから約１mm下方に突き出るようにされており、この下端部を回路基板１４にはんだで接合して電気的に接続するようになっている。

一方、放熱用金属ベース１５はアルミダイカスト製であり、平面視矩形で、回路基板１４を搭載する主面側には、この回路基板１４が載せ置かれる凸部１５ｄが突設されるとともに、その裏面側には放熱用のフィン１５ｂが形成されている。

また、金属ベース１５の四隅近くには、金属カバー１１との締付固定用螺子１９がねじ込まれる雌ねじが形成されている。

金属カバー１１は、厚さ０.５mmの鋼板をトレー状にプレス成形したもので、平面視矩形とされ、回路基板１４を覆う部分１１Ａが深さ約１９mm、コネクタ１３（の内方突出部１３ｆ）に被せる部分１１Ｂが深さ約３０mmとなっており、前端側を除く３辺の外周部は、横倒しＬ形状のフランジ部１１Ｃとなっている。このフランジ部１１Ｃは、後述するように、金属ベース１５の３辺端部１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ上に塗布されたシール材２０（第３接着材層２０Ｃ）に当接する部分であり、その四隅近くには、金属カバー１１を金属ベース１５に螺子１９で締め付け固定するための、螺子止め用段上げ凸部１８が設けられ、該段上げ凸部１８に形成された螺子通し穴を介して金属ベース１５に形成された雌ねじ部に螺子１９がねじ込まれている（図２参照）。なお、前記フランジ部１１Ｃは、前記螺子止め用段上げ凸部１８部分では、そこを避けて内側に円弧を描くように形成されている。また、金属カバー１１の中央部分には防水フィルタ２２の取り付け用の孔が形成され、金属カバー１１の全面は亜鉛めっきが施されている。

本発明の車載用電子機器のシール構造の一実施形態について説明する。図４にシール部の断面構造と金属ベースの斜視図を示す。図４では金属ベース１５のシール材接着面５１２の筐体内側に断続的に複数の凹部５３０を形成した例である。回路基板１４が搭載された金属ベース１５のシール材接着面５１２にシール材２０を塗布する。この際、複数の凹部５３０にはシール材２０が充填される。その後、金属ベース１５に金属カバー１１を取り付けて金属ベース１５と金属カバー１１をシール材により接着する。なお、シール材接着面５１２にはシール材の厚さを確保するための突起５０４が形成されており、突起５０４によりシール材の高さを調整している。なお、この突起５０４は螺子止め用段上げ凸部１８であってもよい。図４のシール構造では、塩食が凹部５３０まで進行しても、凹部５３０の壁面５３１部分のシール材２０の接着力により、シール材２０に、エンジンルーム内の気温差による熱変形や、振動が加わっても、シール材の剥離を抑制することができる。また、図４に示したように、金属カバー１１が金属ベース１５の側面の一部を覆うように構成し、金属ベース１５のシール材接着面５１２を上面及び側面の複数の面で構成することで、シール部の塩水の浸入が抑制されるため好ましい。なお、図４では金属ベース１５に複数の凹部を形成したが、金属カバー１１のシール材接着面５１１に複数の凹部を形成しても良い。なお、凹部５３０には接着力を発現する程度にシール材２０が充填されていればよく、必ずしもシール材２０は凹部５３０に完全に充填されていなくても良い。

本発明の車載用電子機器のシール構造の他の実施形態を図５に示す。図５は金属カバー１１のシール材接着面５１１に突起５４０が設けられ、金属ベース１５のシール材接着面５１２に凹部５３０が設けられたシール構造の断面図である。また、点線部分の側面を筐体内側から見た側面図を点線枠内に示している。金属ベース１５のシール材接着面５１２の筐体内側に複数の凹部５３０が形成され、金属カバーの凹部５３０に対向する部分に突起５４０が形成され、凹部５３０と突起５４０の隙間にシール材が充填されている。本構成では、図４のシール構造よりもシール材界面を構成する壁面５３１が増大され、よりシール材の密着性を高めることができる。筐体外側のシール材厚さをｄ１とし、筐体内側のシール材厚さをｄ４とした場合、シール材厚さがｄ４＞ｄ１となるように凹部５３０，突起５４０を設けることが好ましい。また、突起５４０の幅ｄ２が凹部の幅ｄ３より小さく、突起５４０と凹部５３０が対向するように設けられることが望ましい。

本発明の車載用電子機器のシール構造の他の実施形態を図６に示す。本構成は図５の構成において、さらにシール材接着面５１１，５１２の筐体外側の面を平坦化処理した例である。通常、金属ベース１５や金属カバー１１の表面には加工精度との兼ね合いからうねりを有している。図６に示したように、塩水と接するシール材接着面５１１，５１２の筐体外側の面を平坦化処理することにより、塩水に対するシール材接着界面の露出量を小さくなり、シール材接着界面への塩水の付着を抑制し、塩食を抑制することができる。

また、金属ベース１５や金属カバー１１とシール材２０の界面から塩水が浸入する際に、金属ベース１５や金属カバー１１の表面のうねりがあると隙間が生じやすくなり、この隙間から塩水の浸入が進行しやすくなる。これに対して、シール材接着面の筐体外側の面を平坦化処理することにより、金属カバー等とシール材との密着性が向上できるため、シール材接着界面に塩水が侵入してもその進行を抑制しやすくなり、これにより塩食の開始を遅らせることができる。また、一方で内側には断続的に凹部や突起を設けてシール材接着面積を大きくしているため、塩食が進んだ場合でもシール材接着界面の剥離を防止することができる。

車載用電気機器を塩水噴霧環境下において試験した結果、シール材接着界面の塩食は主にカバーとベースを固定するボルトの間の中央部分のシール材や、エンジンルームに筺体を固定するためのボルト付近のシール部等、シール材の変形量が大きくなる箇所や、筺体に振動等の負荷がかかりやすい箇所で生じやすいことを確認している。上述したシール構造は、主に筺体の金属カバーと金属ベースを固定するボルトの間の中央部分や、エンジンルームに筺体を固定するためのボルト付近のシール部等、シール材の変形量が大きくなる箇所や、筺体に振動等の負荷がかかりやすい箇所に施すことが好ましい。上述した断続的な凹部や突起はシール材接着面の全体に形成してもよいが、上述した塩食の発生しやすい場所のみに限定して設けることでもよい。このように塩食の発生しやすい所定の箇所に選択的に凹部や突起を設ければ、シール材の塗布量を少なくでき、電子機器の製造コストを下げることが可能である。

本発明のシール構造により、シール材の接着面積が向上し、シール材接着界面の塩食が進んでも、シール材が剥離し難くなり、塩食による車載用電子機器の破壊を防ぐことができる。本発明の車載用電子機器はハイブリッド車両や電動車両等に適用することが可能である。

本実施例は図１に示した車載用電子機器において、図４に示したシール構造を適用したものである。

金属ベース１５には凹型溝５２２によって固定される放熱シート５２１が設けられ、放熱シート５２１と接するように回路基板１４が配置されている。回路基板１４には電子部品２１が実装されている。また、回路基板にはコネクタ１３が取り付けられており、コネクタ１３を介して回路基板と外部との電気信号の入出力が行われる。金属ベース１５の金属カバー１１とのシール材接着面には、筐体内側に断続的な複数の凹部５３０が形成されている。

金属ベース１５のシール材接着面５１２へシール材５２０を塗布し、凹部５３０にシール材を充填する。シール材は回路基板５０７に接触しないように設けられ、シール材の塗布高さは固定用螺子１９付近に設けられたシール塗布高さ保持用の突起５０４にて規定されている。その後、金属ベース１５の所定の位置にコネクタ１３を配置する。コネクタ１３の金属カバー１１とのシール材接着面にシール材２０を塗布した後、防水換気フィルタが取り付けられた金属カバー１１を取り付け、金属ベース１５，コネクタ１３および金属カバーをシール材２０により接着し、筐体内部を金属カバーで密封する。その後、金属ベース１５と金属カバー１１の四隅を固定用螺子１９で締め付け固定し、図４に示したシール構造を有する車載用電子機器１０を作製した。この車載用電子機器１０は、エンジンルーム組み付け用ボルトによりエンジンルーム内に設置されて使用される。

信頼性試験として、本実施例の車載用電子機器を塩水噴霧装置の塩水噴霧槽内に設置し、防水フィルタ部分からポンプにて電子機器内部を１００kgｆ／cm²の負圧とし、５％ＮａＣｌ水溶液を電子機器に噴霧し、その後塩水噴霧槽内の湿度を８５％ＲＨとし、再び塩水を噴霧するという工程を繰り返したところ、３０日経過してもシール部分はリークせず、必要な特性を満足した。本実施例の凹部５３０にシール材２０が充填されたシール構造により、塩食が凹部５３０まで進行しても、凹部５３０の壁面５３１部分のシール材２０の接着力により、シール材２０に、エンジンルーム内の気温差による熱変形や、振動が加わっても、シール材の剥離を抑制することができる。

本実施例は図１に示した車載用電子機器において、図５に示したシール構造を適用したものである。

金属カバー１１のシール材接着面５１１に突起５４０が設けられ、金属ベースのシール材接着面５１２に凹部５３０が形成されている。ここで、凹部５３０の幅ｄ３は突起５４０の幅ｄ２よりも大きくし、筺体内側のシール材２０の高さｄ４が筺体外側のシール材２０の高さｄ１よりも高くなる構造とした。また、凹部５３０と対向するように突起５４０が形成されている。

金属カバー１１の突起５４０，金属ベースの凹部５３０の構成以外は実施例１と同じであり、実施例１と同様の方法で車載用電子機器１０を作製した。

信頼性試験として、本実施例の車載用電子機器を塩水噴霧装置の塩水噴霧槽内に設置し、防水フィルタ部分からポンプにて電子機器内部を１００kgｆ／cm²の負圧とし、５％ＮａＣｌ水溶液を電子機器に噴霧し、その後塩水噴霧槽内の湿度を８５％ＲＨとし、再び塩水を噴霧するという工程を繰り返したところ、４０日経過してもシール部分はリークせず、必要な特性を満足した。

本実施例は図１に示した車載用電子機器において、図６に示したシール構造を適用したものである。

本実施例では、金属カバーのシール材接着面５１１および金属ベース１５のシール材接着面５１２の筺体外側部分が平坦化処理されている。それ以外の構成は実施例２と同様である。

金属カバーのシール材接着面５１１および金属ベース１５のシール材接着面５１２の筺体外側部分の表面にポリアミドイミドで構成されたコート剤を塗布，硬化させて皮膜５０８を形成した。この皮膜５０８により、シール材接着面５１１，５１２の筺体内側部分の表面よりも平坦な表面となる。なお、本実施例はポリアミドイミドで構成されたコート剤を使用したが、平坦化処理できるものであれば他のコート剤も使用することが可能である。また、コート剤による平坦化処理のほかに機械的に平坦化処理を施してもよい。

シール材接着面５１１，５１２の平坦化処理を施した後、実施例１と同様の方法により車載用電子機器を作製した。

信頼性試験として、本実施例の車載用電子機器を塩水噴霧装置の塩水噴霧槽内に設置し、防水フィルタ部分からポンプにて電子機器内部を１００kgｆ／cm²の負圧とし、５％ＮａＣｌ水溶液を電子機器に噴霧し、その後塩水噴霧槽内の湿度を８５％ＲＨとし、再び塩水を噴霧するという工程を繰り返したところ、実施例２と比較してシール材接着界面の塩食の開始日数が４日伸び、信頼性が向上した。

〔比較例１〕
図７は本発明の比較例を示したものである。金属カバー１１のシール接着面６１１の筺体内側に筺体全内周にわたって連続的な切り欠き６１２を設けた構成とした。実施例１と同様の方法により車載用電子機器１０を作製した。

信頼性試験として、本比較例の車載用電子機器を塩水噴霧装置の塩水噴霧槽内に設置し、防水フィルタ部分からポンプにて電子機器内部を１００kgｆ／cm²の負圧とし、５％ＮａＣｌ水溶液を電子機器に噴霧し、その後塩水噴霧槽内の湿度を８５％ＲＨとし、再び塩水を噴霧するという工程を繰り返したところ、１８日でシール部分がリークし、塩水が回路基板１４まで浸入し、電子機器が破壊した。

１０車載用電子機器
１１金属カバー
１３コネクタ
１３Ａハウジング
１３Ｂ金属端子
１４回路基板
１５金属ベース
１９締付固定用螺子
２０シール材
２１電子部品
２２防水フィルタ
５０４，５４０突起
５０８皮膜
５１１，５１２シール材接着面
５２１放熱シート
５２２凹型溝
５３０凹部
５３１壁面

Claims

電子部品が実装された回路基板と、
該回路基板と外部を電気的に接続するためのコネクタと、
前記回路基板が搭載されるとともに前記コネクタがシール材を介して接着される金属ベースと、
前記金属ベース及びコネクタにシール材を介して接着され、前記回路基板とコネクタの一部を密封する金属カバーとを備える車載用電機機器であって、
前記金属ベースまたは前記金属カバーのシール剤接着面の筐体内側方向に断続的に複数の凹部が形成されており、前記凹部内にシール材が充填されていることを特徴とする車載用電子機器。
前記金属ベースのシール剤接着面の筐体内側に複数の凹部が形成され、前記金属カバーの前記凹部に対向する部分に突起が形成され、前記凹部と突起の隙間にシール材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の車載用電子機器。
前記金属ベースのシール剤接着面の筐体内側に複数の突起が形成され、前記金属カバーの前記突起に対向する部分に凹部が形成され、前記凹部と突起の隙間にシール材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の車載用電子機器。
一方の凹部の幅が他方の突起の幅より大きいことを特徴とする請求項２または３いずれか一項記載の車載用電子機器。
凹部の深さ、あるいは、突起の高さが、シール材の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２または３いずれか一項記載の車載用電子機器。
前記金属ベースまたは前記金属カバーのシール剤接着面の筺体外側が平坦化されていることを特徴とする請求項１記載の車載用電子機器。