JP5416481B2 - メタルコア配線板、及び、該メタルコア配線板を備えた電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などに搭載される各電子機器に電力を供給するためなどに用いられる電気接続箱を構成するメタルコア配線板、及び、該メタルコア配線板を備えた電気接続箱に関する。

移動体としての自動車には、一般に、ヘッドランプ及びテールランプなどのランプ類、スタータモータ及びエアコンディショナ用のモータ等のモータ類、などの多種多様な電子機器が搭載されている。このため、自動車は、前記多種多様な電子機器に電力を供給するために、ジャンクションブロックを適宜箇所に配置してきた。前記ジャンクションブロックは、多数のヒューズやリレー等の各種の電気回路ユニットを集約して構成されている。

なお、ジャンクションブロックは、ヒューズ、リレー、ブスバーなどを有することもあることから、ヒューズブロック、リレーボックス、又は総称して電気接続箱とも呼ばれる。本明細書では、前述したヒューズブロック、リレーボックス、ジャンクションブロックを、総称して以下電気接続箱と呼ぶ。

電気接続箱は、絶縁性の合成樹脂で構成され且つ外郭を形成するケースと、このケース内に収容され且つ前述したリレーなどの各種電気部品が実装された印刷配線板と、前記印刷配線板に実装され且つ自動車に配索されるワイヤハーネスなどのコネクタが嵌合するコネクタブロックと、を備えている。そして、電気接続箱は、ワイヤハーネスから供給される電源からの電力を、前記自動車の各電子機器に分配（供給）する。

前述した自動車には、ユーザから種々の要望が寄せられ、細かな仕様が求められており、前記自動車に搭載される電子機器が多様化する傾向であった。このため、前述した電気接続箱は、前記自動車に搭載される電子機器の多様化に伴い、印刷配線板に実装される電気部品や導体パターンの高密度化により発熱量が増大して、温度上昇の規格値に抑えることが困難であった。

前述した問題を解決するために、放熱性や均熱性に優れたメタルコア配線板を備えた電気接続箱（例えば、特許文献１参照）が提案されている。特許文献１に開示され電気接続箱は、各種電気部品が実装されたメタルコア配線板と、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタなどが嵌合するコネクタブロックと、を備えている。

メタルコア配線板は、導電性の金属コアが一対の絶縁層の間に挟み込まれて形成された基板本体と、該基板本体の表面に設けられ且つ所定の回路を形成した導体パターンと、基板を貫通し且つ電気部品の端子部が挿入される複数の貫通孔と、を備えている。そして、メタルコア配線板は、各種電気部品各々の端子部が各貫通孔に挿入されて半田を用いたろう付けにより取り付けられて、前記各種電気部品が実装されている。

コネクタブロックは、筒状のハウジング部と、このハウジング部内に収容された複数の端子金具とを備えている。端子金具は、Ｌ字状に形成されている。コネクタブロックは、端子金具の一端部がメタルコア配線板を貫通して導体パターンに半田を用いたろう付けにより取り付けられ、且つ他端部がハウジング部内に収容されることで、複数の端子金具がメタルコア配線板に取り付けられている。

そして、前述した電気接続箱は、メタルコア配線板が内部に熱伝導率の高い金属コアを有しているため、メタルコア配線板に局部的な温度上昇が生じることを防止できるようにしている。

特開２００６−３３３５８３号公報

しかしながら、前述の特許文献１に開示された電気接続箱は、メタルコア配線板と外部（電子機器）とを接続するために、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタと嵌合するコネクタブロックの端子金具をメタルコア配線板に組み付ける必要があった。このために、端子金具とメタルコア配線板の導体パターンとの接続部に熱が伝わり難く、即ち、メタルコア配線板の金属コアの熱が前述した端子金具に伝わり難く、メタルコア配線板に生じた熱を外部に放熱することが困難であった。また、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタと嵌合するコネクタブロックの端子金具をメタルコア配線板に組み付ける必要があるので、部品点数が増加するとともに、組み立てにかかる工数が増加する傾向であった。

したがって、本発明の目的は、前述した問題点に鑑み、放熱しやすいメタルコア配線板及び該メタルコア配線板を備えた電気接続箱を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された本発明のメタルコア配線板は、平板状の複数の金属コアと該複数の金属コアを覆う絶縁体とを有した基板と、前記基板の表面に実装され且つ前記複数の金属コア同士を所定のパターンで接続した複数の電気部品と、を備えたメタルコア配線板において、前記金属コアは、前記絶縁体により覆われた本体部と、この本体部に連なり且つ前記絶縁体の外縁から突出した端子部とを有しており、前記複数の金属コアが、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つとを含んだ銅合金で構成され、前記電気部品は、前記複数の金属コアを跨いで前記基板の表面に実装されるとともに、前記基板の表面から前記金属コアに亘って形成されたスルーホールを介して前記金属コアと接続されていることを特徴としている。

請求項２に記載された本発明のメタルコア配線板は、請求項１に記載のメタルコア配線板において、ケースと、前記ケース内に収容され且つ複数の電気部品が実装されたメタルコア配線板と、前記メタルコア配線板に取り付けられるコネクタブロックと、を備えた電気接続箱において、前記メタルコア配線板として、請求項１に記載のメタルコア配線板を備えていることを特徴としている。

請求項１に記載された発明によれば、金属コアが絶縁体の外縁から突出した端子部を一体に備えているので、金属コアの本体部に生じた熱などをスムーズに端子部に伝えることができる。また、金属コアが端子部を一体に備えているので、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタと嵌合するコネクタブロックの端子金具を別途メタルコア配線板に組み付ける必要がない。さらに、金属コアが、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つとを含んだ銅合金で構成されているので、端子部を、前述したワイヤハーネスのコネクタと嵌合する際に折れ曲がらない硬度にすることができる。

請求項２に記載された発明によれば、メタルコア配線板として、請求項１に記載のメタルコア配線板を備えているので、メタルコア配線板に生じた熱をスムーズに端子部に伝えることができる。

以上説明したように、請求項１に記載された発明によれば、金属コアの本体部に生じた熱などをスムーズに端子部に伝えることができるので、メタルコア配線板に生じた熱を外部にスムーズに放熱することができる。また、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタと嵌合するコネクタブロックの端子金具を別途メタルコア配線板に組み付ける必要がないので、部品点数が増加を防止できるとともに、組み立てにかかる工数が増加することを防止することができる。さらに、端子部を、前述したワイヤハーネスのコネクタと嵌合する際に折れ曲がらない硬度にすることができるので、当該ワイヤハーネスのコネクタを前述した端子部に確実に接続することができ、端子部と本体部とを確実に一体に構成することができる。

請求項２に記載された発明によれば、前述したメタルコア配線板を備えているので、メタルコア配線板に生じた熱を外部にスムーズに放熱することができる。

本発明の一実施形態にかかる電気接続箱の分解斜視図である。 図１に示された電気接続箱のメタルコアプリント配線板を示す平面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 本発明のメタルコア配線板の変形例の端子部を拡大して示す斜視図である。 本発明品と比較例の温度分布を示すグラフである。

本発明の一実施形態にかかる電気接続箱を、図１ないし図３を参照して説明する。図１などに示す電気接続箱１は、移動体としての自動車に搭載される。電気接続箱１は、自動車に配索された図示しないワイヤハーネスと協働して、自動車の発電機やバッテリなどの電源からの電力を、前記自動車に搭載される各電子機器に供給（分配）するものである。

前記ワイヤハーネスは、複数の電線と、複数のコネクタなどを備えている。電線は、導電性の芯線と、該芯線を被覆する絶縁性の被覆部とを備えた所謂被覆電線である。コネクタは、電線の端末などに取り付けられ且つ該電線の芯線と電気的に接続する端子金具と、コネクタハウジングとを備えている。

端子金具は、導電性の板金を折り曲げるなどして形成される。コネクタハウジングは、絶縁性の合成樹脂からなり、端子金具を収容する端子収容室を備えた箱状に形成されている。コネクタハウジングは、電気接続箱１の後述するコネクタブロック７や、各電子機器や電源としてのバッテリなどに設けられたコネクタなどと結合する。

前述したワイヤハーネスは、複数のコネクタのうち一部が、電気接続箱１のコネクタブロック７などと結合し、複数のコネクタのうち他の一部が各電子機器や電源のコネクタなどと結合する。こうして、ワイヤハーネスは、前述した自動車に配索（配線）されて、電源などから供給される電力を各電子機器に供給する。

電気接続箱１は、図１に示すように、ケース２と、該ケース２に収容されたメタルコア配線板４と、該メタルコア配線板４に取り付けられる複数のコネクタブロック７と、を備えている。

ケース２は、平板状のアッパカバー３と、扁平な有底筒状のロアカバー（図示せず）とを備えている。アッパカバー３と、ロアカバーとは、それぞれ、絶縁性の合成樹脂で構成され、周知の射出成型によって成型される。ケース２は、ロアカバーとアッパカバー３とが互いに組みつけられて、メタルコア配線板４を収容するとともに、コネクタブロック７を外部に露出させる。

メタルコア配線板４は、絶縁体としての一対の絶縁シート１０と金属コアとしての導体板１２，１３とからなる平板状の基板５と、この基板５に取り付けられる電気部品としてのリレー６と、を備えている。

基板５は、一対の絶縁シート１０と、該一対の絶縁シート１０の間に配置される複数の導体板１２，１３とを備え、それぞれが互いに重ね合わされて一体に形成されている。一対の絶縁シート１０は、それぞれ、熱硬化性を有する絶縁性の合成樹脂などで構成され、シート状に形成されている。一対の絶縁シート１０は、互いの間に複数の導体板１２，１３を挟んだ状態で、重ねられ合わされている。

導体板１２，１３は、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つとを含んだ銅合金で構成された平板状に形成されている。導体板１２，１３は、互いに間隔をあけて配置されているとともに、前述した一対の絶縁シート１０間に挟まれている（即ち、覆われた）本体部１２ａ，１３ａと、この本体部１２ａ，１３ａに連なり且つ前述した絶縁シート１０の外縁から突出した端子部１２ｂ，１３ｂとを一体に備えている。本体部１２ａ，１３ａと端子部１２ｂ，１３ｂとは、それぞれ、平面形状が矩形状に形成されている。

前述した複数の導体板１２，１３のうち他よりも大きく且つ本体部１２ａが絶縁シート１０の幅方向の中央に配置された二つの導体板１２の端子部１２ｂには、前述した電源などと接続したワイヤハーネスのコネクタの端子が接続する。他の導体板１３の本体部１３ａは、絶縁シート１０の幅方向の外縁部に配置され、端子部１３ｂは、前述した電子機器と接続したワイヤハーネスのコネクタの端子が接続する。こうして、前述した二つの導体板１２には、それぞれ、電源からの電力が供給される。なお、図示例では、他の導体板１３は、八つ設けられている。

また、前述した基板５には、図２又は図３に示すように、スルーホール１５が複数設けられている。スルーホール１５は、平面形状が円形状に形成され、一対の絶縁シート１０及び導体板１２，１３を貫通している。スルーホール１５の内径は、内側に挿入されるリレー６の後述する接続端子１９の外径より若干大きく形成されている。スルーホール１５の内周面には、銅などによるめっき層１６が形成されている。また、基板５の絶縁シート１０の表面上で且つスルーホール１５の周りには、めっき層１６と連なったランド１７が形成されている。

ランド１７は、銅等の導電性の金属材料で構成されている。ランド１７は、平面形状が円環状で且つ薄膜状に形成されている。ランド１７は、表面が外部に露出されて、リレー６が基板５に半田を用いたろう付け（以下、半田付けと呼ぶ）により取り付けられた際に、該半田が付着する。ランド１７は、スルーホール１５に挿入されたリレー６の後述する接続端子１９と半田付けされて、該接続端子１９と接続される。

前述した基板５には、さらに、図１及び図２に示すように、導体パターン８が設けられている。導体パターン８は、銅等の導電性の金属から薄膜状に形成され、図１及び図２に示すように、基板５の表面即ち図１中上側に位置する一方の絶縁シート１０の表面に張り付けられている。導体パターン８は、図示例では、二つ設けられ、それぞれ、前述した他の導体板１３のうち、図中左側に位置し且つリレー６によって導体板１２の本体部１２ａと接続された導体板１３の本体部１３ａ上から図中右側に位置してリレー６によって導体板１２の本体部１２ａと接続されていない導体板１３の本体部１３ａ上とに亘って設けられている。

そして、前述した導体パターン８は、それぞれ、前述したリレー６の図中左側に位置する導体板１３の本体部１３ａに接続した接続端子１９と、図中右側に位置してリレー６によって本体部１２ａと接続されていない導体板１３の本体部１３ａと、を電気的に接続している。なお、導体パターン８は、構成する回路によって様々な形状に形成されるものである。

リレー６は、複数（図示例では六つ）設けられ、それぞれが、直方体状のリレー本体１８と、該リレー本体１８の互いに逆側に位置する一対の外面各々から突出した一対の接続端子１９とを備えている。接続端子１９は、鋼材等の金属から形成されている。リレー６は、一方の接続端子１９が導体板１２を貫通したスルーホール１５に挿入されてランド１７などと半田付けされ、他方の接続端子１９が図２中左側の導体板１３及び図２中右側の導体板１３のうちの三つの導体板１３を貫通したスルーホール１５に挿入されてランド１７などと半田付けされて、基板５に実装される。そして、リレー６は、基板５の導体板１２の本体部１２ａと導体板１３の本体部１３ａとを電気的に接続する。

前述した構成のメタルコア配線板４は、基板５に複数のリレー６が前述したように実装され且つ基板５の表面に導体パターン８が前述したように形成されることで、基板５の導体板１２，１３同士を、導体板１２に供給された電力を導体板１３を介して各電子機器に分岐できる予め定められた所定のパターンにしたがって、電気的に接続する。さらに、メタルコア配線板４は、基板５の導体板１２の端子部１２ｂが前述した電源と接続したワイヤハーネスの端子と接続するとともに、導体板１３の端子部１３ｂが前述した各電子機器と接続したワイヤハーネスの端子と接続する。

そして、メタルコア配線板４は、アッパカバー３とロアカバーとの間、即ちケース２内に収容される。こうして、メタルコア配線板４は、電源からの電力をワイヤハーネスなどを介して各電子機器に分配（供給）する。

複数のコネクタブロック７は、それぞれ、絶縁性の合成樹脂からなり、周知の射出成形により成形され、有底筒状に形成されている。コネクタブロック７は、図示例では三つ設けられており、その底部に端子部１２ｂ，１３ｂを貫通させて当該端子部１２ｂ，１３ｂを収容した格好で基板５に取り付けられる。

図示例では、一つのコネクタブロック７は、二つの導体板１２の端子部１２ｂを収容し、他の二つのコネクタブロック７は、複数の導体板１３の端子部１３ｂを収容している。一つのコネクタブロック７は、前述した電源と接続したワイヤハーネスのコネクタが嵌合し、他の二つのコネクタブロック７は、前述した各電子機器と接続したワイヤハーネスのコネクタが嵌合する。

前述した構成の電気接続箱１を組み立てる際には、まず、メタルコア配線板４の基板５の表面に複数のリレー６を配置して、複数のリレー６各々の接続端子１９をスルーホール１５内に挿入し且つランド１７と半田付けされることで、複数のリレー６を基板５に実装する。そして、メタルコア配線板４は、基板５に複数のリレー６を実装することで、基板５の導体板１２，１３同士を電気的に接続する。

次に、複数のコネクタブロック７各々をメタルコア配線板４の基板５に前述したように取り付け、メタルコア配線板４をケース２に収容して、前述した構成の電気接続箱１が組み立てられる。

こうして、前述した構成の電気接続箱１は、組み立てられて、各コネクタブロック７に所定のワイヤハーネスのコネクタが嵌合するなどして、自動車に取り付けられる。そして、電気接続箱１は、電源から供給された電力をメタルコア配線板４の導体板１２、リレー６及び複数の導体板１３により分岐して、ワイヤハーネスの電線などを介して、各電子機器に供給する。

本実施形態によれば、金属コアとしての導体板１２，１３が絶縁体としての絶縁シート１０の外縁から突出した端子部１２ｂ，１３ｂを一体に備えているので、導体板１２，１３の本体部１２ａ，１３ａに生じた熱などをスムーズに端子部１２ｂ，１３ｂに伝えることができる。このために、メタルコア配線板４に生じた熱を外部にスムーズに放熱することができる。

また、導体板１２，１３が端子部１２ｂ，１３ｂを一体に備えているので、電子機器が接続されたワイヤハーネスのコネクタと嵌合するコネクタブロック７内に収容される端子金具を別途メタルコア配線板４に組み付ける必要がない。このために、部品点数が増加を防止できるとともに、組み立てにかかる工数が増加することを防止することができる。

さらに、導体板１２，１３が、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つとを含んだ銅合金で構成されているので、端子部１２ｂ，１３ｂを、前述したワイヤハーネスのコネクタと嵌合する際に折れ曲がらない硬度にすることができる。このために、当該ワイヤハーネスのコネクタを前述した端子部１２ｂ，１３ｂに確実に接続することができ、端子部１２ｂ，１３ｂと本体部１２ａ，１３ａとを確実に一体に構成することができる。

また、本実施形態の電気接続箱１は、前述したメタルコア配線板４を備えているので、メタルコア配線板４に生じた熱をスムーズに端子部１２ｂ，１３ｂに伝えることができ、外部にスムーズに放熱することができる。

本発明では、メタルコア配線板４は、基板５の導体板１２，１３が、銅にニッケルや錫などを合わせた銅合金で構成されてもよく、基板５の導体板１２，１３が、銅にジルコニウムを合わせた銅合金で構成されていても良く、要するに、本発明では、基板５の導体板１２，１３が、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つと、を合わせた銅合金で構成されていれば良い。

また、本発明では、端子部１２ｂ，１３ｂは、図４に示すように、中央部が突出するようにプレス加工が施されて、その厚みが適宜調整されてもよい。

次に、本発明の発明者は、前述した実施形態のメタルコア配線板である本発明品１及び本発明品２と、前述した特許文献１に示されたメタルコア配線板である比較例を試作し、後述する試験を行い、本発明の効果を確認した。その結果を図５に示す。

（本発明品１）
本発明品１のメタルコア配線板４は、前述した実施形態のメタルコア配線板４で構成され、導体板１２，１３が、銅を９８．５質量部、ニッケルを１．０質量部、錫を０．０５質量部含んだ銅合金で構成されて、硬度が１６０で、導電率（ＩＡＣＳ）が４０％である。

（本発明品２）
本発明品２のメタルコア配線板４は、前述した実施形態のコアメタル配線板４で構成され、導体板１２，１３が、銅を９９．９８質量部、ジルコニウムを０．０２質量部含んだ銅合金で構成されて、硬度が１３０で、導電率（ＩＡＣＳ）が９０％である。なお、硬度とは、ビッカース硬さをいい、導電率（ＩＡＣＳ）とは、軟銅の２０℃における固有抵抗を１００％としたときの固有抵抗をいう。

（比較例）
比較例１のメタルコア配線板は、前述した特許文献に示された構成である。

（試験）
前述した本発明品１、本発明品２、及び、比較例を、それぞれ、電源及び複数の電子機器に接続して、電源から供給された電圧の複数の電子機器への分配（供給）を行った。

そして、導体板１２の本体部１２ａをＣ点とし、リレー６の図２中左側の導体板１３と接続する接続端子１９をＤ点とし、リレー６と接続端子１９により直接接続した図２中左側の導体板１３の端子部１３ｂの先端をＡ点とし、リレー６と導体パターン８を介して接続された導体板１３の端子部１３ｂの先端をＢ点として、これら各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各位置の温度を測定した。そして、測定した結果を図５のグラフに示す。なお、図５のグラフは、横軸が前述した点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各位置を示し、縦軸が温度（℃）を示している。

図５のグラフによれば、比較例では、点Ｃおよび点Ｄでの温度が、規格値（１２０℃）を越える結果となった。これにより、比較例では、基板の温度上昇の規格値（１２０℃）を越える局部的な温度上昇が生じることとなる。

また、図５のグラフによれば、本発明品１及び２では、全ての点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄでの温度が規格値（１２０℃）以下に抑えられる結果が得られた。また、各点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ同士の温度差が少ない即ち温度分布にムラが少ない結果となっているとともに、温度自体も前述した比較例よりも低くできる結果が明らかとなった。

よって、基板５の導体板１２，１３を、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つと、を合わせた銅合金で構成することで、温度分布にムラが少ないメタルコア配線板４を得ることができ、外部にスムーズに放熱できるメタルコア配線板４を得ることができることが明らかとなった。

なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 電気接続箱
２ ケース
４ メタルコア配線板
５ 基板
６ リレー（電気部品）
７ コネクタブロック
１０ 絶縁シート（絶縁体）
１２ 導体板（金属コア）
１２ａ 本体部
１２ｂ 端子部
１３ 導体板（金属コア）
１３ａ 本体部
１３ｂ 端子部

Claims (2)

1. 平板状の複数の金属コアと該複数の金属コアを覆う絶縁体とを有した基板と、前記基板の表面に実装され且つ前記複数の金属コア同士を所定のパターンで接続した複数の電気部品と、を備えたメタルコア配線板において、
   前記金属コアは、前記絶縁体により覆われた本体部と、この本体部に連なり且つ前記絶縁体の外縁から突出した端子部とを有しており、
   前記複数の金属コアが、銅と、鉄、ニッケル、錫及びジルコニウムのうち少なくとも一つとを含んだ銅合金で構成され、
   前記電気部品は、前記複数の金属コアを跨いで前記基板の表面に実装されるとともに、前記基板の表面から前記金属コアに亘って形成されたスルーホールを介して前記金属コアと接続されていることを特徴とするメタルコア配線板。
2. ケースと、前記ケース内に収容され且つ複数の電気部品が実装されたメタルコア配線板と、前記メタルコア配線板に取り付けられるコネクタブロックと、を備えた電気接続箱において、
   前記メタルコア配線板として、請求項１に記載のメタルコア配線板を備えていることを特徴とする電気接続箱。

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