JP5561521B2 - 電気接続箱 - Google Patents

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本発明は、電気接続箱に関する。
従来、車載電源と、ランプ、モータ等の車載電装品との間に配設されて、車載電装品に対するスイッチングを実行する電気接続箱として、特許文献1に記載のものが知られている。この電気接続箱はケース内に回路構成体が収容されてなる。回路構成体は、回路基板の一方の面にスイッチング素子が配設されてなる。更に、回路基板の一方の面には複数のバスバーが配設されている。各バスバーには、スイッチング素子の端子がそれぞれ接続されている。隣り合うバスバー同士の間には、互いに絶縁するために、隙間が設けられている。
スイッチング素子に通電すると、スイッチング素子から熱が発生する。この熱は、スイッチング素子の端子が接続されたそれぞれのバスバーに伝達される。各バスバーに伝達された熱は、バスバー内を熱伝導する。
特開平8−274421号公報
しかしながら上記の構成によると、バスバー同士の間には隙間が設けられているため、それぞれのバスバーに伝達された熱は、隣に位置するバスバーへは伝達されないようになっている。このため、回路構成体のうち、スイッチング部材及びバスバーが配設された部分に熱がこもってしまい、ケースの内部が局所的に高温になることが懸念される。
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、ケースの内部が局所的に高温になることが抑制された電気接続箱を提供することを目的とする。
本発明は、電気接続箱であって、ケースと、前記ケース内に収容された回路構成体と、を備え、前記回路構成体は、表面及び裏面を有すると共に表裏を貫通する開口部を有する回路基板と、前記回路基板の裏面に前記回路基板の略全域を覆って積層されると共に外部電源と電気的に接続される入力回路のみを構成する単数の導電板と、前記回路基板の表面に実装され、且つ前記開口部を通じて前記導電板に接続される入力端子を有するスイッチング素子と、を備える。
本発明によれば、導電板は、回路基板のうち、スイッチング素子が実装された面(表面)とは異なる面(裏面)に配設される。これにより、回路基板の略全域に亘って導電板を配設することができる。
更に、導電板は外部電源と電気的に接続される入力回路のみを構成する。この結果、回路基板に配設された複数のバスバーがそれぞれ異なる回路を構成する場合のように、隣り合うバスバー同士の間に絶縁用の隙間を形成する必要がない。これにより、回路基板の略全域に亘って、単数の導電板を配設することができる。
上記の構成により、通電時にスイッチング素子で発生した熱は、入力端子を経て導電板に伝達された後、回路基板の略全域に亘って均熱化される。これにより、ケースの内部が局所的に高温になることを抑制できる。
本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記回路基板は、絶縁性の基材と、前記基材の表面にプリント配線技術により形成された導電路と、を備え、前記スイッチング素子は、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御信号が入力される制御端子と、外部回路に電力を出力する出力端子と、を備え、前記制御端子及び前記出力端子は、前記導電路に接続されていることが好ましい。
上記の態様によれば、基材の表面に導電路が形成されることにより、回路基板の表面側に、制御信号が流れる制御回路と、外部回路への電力が流れる出力回路とが形成される。これにより、回路基板の表面側に制御回路、及び出力回路が形成されると共に、回路基板の裏面側には導電板によって入力回路が形成される。この結果、回路構成体の配線密度を向上させることができる。
前記制御端子及び前記出力端子は前記導電路と基板側はんだ部を介して電気的に接続されており、前記入力端子は前記導電板と導電板側はんだ部を介して電気的に接続されており、前記回路基板の厚さ寸法は、前記基板側はんだ部と前記制御端子及び前記出力端子とが接触する基板側接触面と、前記導電板側はんだ部と前記入力端子とが接触する導電板側接触面と、が略同じ高さ位置に整合するように設定されることが好ましい。なお、前記回路基板の厚さ寸法は、前記基材の厚さ寸法と、前記基材の表面に形成された前記導電路の厚さ寸法との和で定義される。
上記の態様によれば、回路基板の表面に設けられた導電路に形成された基板側はんだ部の基板側接触面と、回路基板の裏面に配された導電板に形成された導電板側はんだ部の導電板側接触面と、を略同じ高さ位置に整合させることができる。このため、スイッチング素子の制御端子、出力端子、又は入力端子を、回路基板の厚さ寸法に対応させて曲げ加工する等の作業が不要となる。また、段差に相当する厚さ寸法を有する中継部材等の部品が不要となる。この結果、製造コストを低減させることができる。
前記回路基板には前記導電路と電気的に接続されたスルーホールが形成されており、前記スルーホールには端子金具の一方の端部が挿通された状態で電気的に接続されており、前記導電板には前記スルーホールに対応する位置に前記端子金具と前記導電板とを絶縁するための絶縁孔が形成されていることが好ましい。
上記の態様によれば、導電板に絶縁孔を形成するという簡易な手法により、端子金具と導電板とを絶縁することができる。これにより、回路基板に端子金具を接続することができるので、回路設計の自由度を向上させることができる。
前記導電板の端縁には前記導電板の板面に沿う方向に突出して形成されると共に前記外部電源と電気的に接続される電源接続片が、前記導電板一体に形成されており、前記電源接続片は前記ケースを貫通して前記ケースの外部に突出していることが好ましい。
上記の態様によれば、導電板と別体に形成された電源接続片を導電板に接続する場合に比べて、部品点数を減少させることができる。
本発明によれば、電気接続箱のケースの内部が局所的に高温になることを抑制できる。
図1は、本実施形態に係る電気接続箱を示す斜視図である。 図2は、電気接続箱を示す平面図である。 図3は、図2におけるIII−III線断面図である。 図4は、回路構成体を示す要部拡大断面図である。 図5は、回路基板を示す斜視図である。 図6は、接着層を示す斜視図である。 図7は、導電板を示す斜視図である。 図8は、回路基板、接着層、及び導電板を積層した状態を示す斜視図である。 図9は、回路基板の表面にスイッチング素子を実装した状態をしめす斜視図である。 図10は、回路基板の表面にフレームを載置した状態を示す斜視図である。 図11は、底板を示す斜視図である。 図12は、底板に、回路構成体を組み付けた状態を示す斜視図である。
本発明の一実施形態を図1ないし図12を参照しつつ説明する。本実施形態に係る電気接続箱10は、車両(図示せず)に搭載された外部電源11と、ランプ、モータ等の車載電装品(図示せず)と、の間に配設されて、車載電装品に対してスイッチングを実行する。電気接続箱10は、合成樹脂製のケース12と、このケース12内に収容された回路構成体13と、を備える。なお、以下の説明においては、図3における上側を、表側又は上側とし、下側を、裏側又は下側として説明する。
(ケース12)
図2に示すように、ケース12は、略矩形状をなす底板14と、底板14の上方を覆う浅い皿状をなすカバー15と、を備える。底板14の外側面にはロック突部16が外方に突出して形成されている。
カバー15の側壁には、ロック突部16と対応する位置に、ロック突部16と弾性的に係合するロック受け部17が形成されている。ロック突部16とロック受け部17とが弾性的に係合することにより、底板14と、カバー15とが一体に組み付けられる。
図3に示すように、カバー15の上板には、上方に開口すると共に相手側コネクタ(図示せず)と嵌合可能な複数のコネクタ部18が形成されている。
(回路構成体13)
図3に示すように、回路構成体13は、回路基板19と、回路基板19の表面43(図3における上面)に実装されたスイッチング素子20と、回路基板19の裏面44(図3における下面)に配設された単数の導電板21と、を備える。
図4に示すように、回路基板19は、絶縁性の基材22と、この基材22の表面及び下面の双方又は一方に、プリント配線技術により導電路23が形成されてなる。本実施形態においては、基材22の表面(図4における上面)に導電路23が形成されている。更に回路基板19には、詳細には図示しないが、基材22及び導電路23を覆うようにソルダーレジスト等、必要に応じて任意の絶縁材料を塗布してもよく、また、カバーバーレイフィルム等、必要に応じて任意の絶縁材料を貼付してもよい。
回路基板19の裏面44(図4における下面)には、導電板21が積層されている。本実施形態においては、導電板21は回路基板19の裏面44に絶縁性の接着層24を介して接着されている。本実施形態における接着層24は合成樹脂製の接着シートからなる。また、接着層24としては、回路基板19の裏面44に接着剤を塗布することにより形成してもよい。
また、回路基板19の裏面44に導電板21を積層した状態で、合成樹脂材で一体にモールド成形することにより、回路基板19の裏面44に導電板21を積層する構成としてもよい。
図7に示すように、導電板21は金属板材を所定形状のプレス加工してなる。導電板21は概ね矩形状をなしている。導電板21の側縁には、導電板21の板面に沿って外方に突出する電源接続片25が、導電板21と一体に形成されている。図2に示すように、電源接続片25は、ケース12を貫通して外方に突出している。この電源接続片25にはボルト26Aを挿通するためのボルト取り付け孔27が電源接続片25を貫通して形成されている。ボルト取り付け孔27にボルト26Aが挿通されて、このボルト26Aが車両に取り付けられた電源端子28と螺合されることにより、電源接続片25は電源端子28を介して外部電源11と電気的に接続される。
図8に示すように、導電板21は、回路基板19の裏面44に、回路基板19の略全域に亘って積層されている。略全域とは、回路基板19の裏面44が全て導電板21によって覆われている場合を含み、また、回路基板19の裏面44が概ね導電板21によって覆われる場合も含む。回路基板19の側縁からは、導電板21の電源接続片25が外方に突出している。
図5に示すように、回路基板19には複数のスルーホール29が形成されている。スルーホール29の内壁には、回路基板19の表面43に形成された導電路23と電気的に接続されたメッキ層(図示せず)が形成されている。図3に示すように、スルーホール29内には、金属製であって棒状をなす端子金具30の一方の端部(図3における下端部)が挿通されており、はんだ付け等の公知の手法によりスルーホール29のメッキ層と電気的に接続されている。導電板21には、回路基板19のスルーホール29と対応する位置に、端子金具30の一方の端部と導電板21とを絶縁するための絶縁孔31が、導電板21を貫通して形成されている。また、接着層24及び底板14には、それぞれ、端子金具30の一方の端部との干渉を防ぐための逃げ孔32A,32Bが形成されている。
図3に示すように、回路基板19の上方に延びる端子金具30は、合成樹脂製のフレーム33に貫通されており、端子金具30の他方の端部(図3における上端部)は、カバー15のコネクタ部18内に位置して配されている。
図12に示すように、フレーム33は略矩形状をなす枠形状をなしている。フレーム33の外縁部は、回路基板19の外縁部よりもやや小さく形成されている。フレーム33は、回路基板19の上面に重ねられて、底板14との間に回路基板19、及び導電板21を挟んだ状態で、底板14に対してボルト26Bによりねじ止めされている。これにより導電板21の裏面は底板14と密着している(図3参照)。本実施形態においては、導電板21に形成された絶縁孔31、及び底板14に形成された逃げ孔32Bと異なる領域において、導電板21の裏面(図3における下面)と底板14とが密着している。
図4に示すように、回路基板19には、回路基板19の表裏を貫通する開口部34が形成されている。開口部34の開口縁は略矩形状をなしている(図5参照)。図4に示すように、回路基板19の表面43であって、開口部34の近傍には、導電路23が形成されている。また、接着層24には、開口部34に対応する位置に、開口部34よりもやや大きな形状をなす接着層側開口部35が、接着層24を貫通して形成されている。
回路基板19の表面43には、開口部34の上方を覆うようにしてスイッチング素子20が実装されている。本実施形態においては、スイッチング素子20は半導体リレーとされている。スイッチング素子20は、扁平なブロック状をなしている。スイッチング素子20の側壁からは、スイッチング素子20のオン、オフを制御する制御信号が入力される制御端子36と、スイッチング素子20から車載電装品へ電力を出力する出力端子37と、が外方に突出して形成されている。制御端子36、及び出力端子37の裏面(図4における下面)は、スイッチング素子20の裏面(図4における下面)と略面一に形成されている。
回路基板19の表面43に形成された導電路23によって、スイッチング素子20のオン、オフを制御する制御信号が流れる制御回路と、スイッチング素子20から車載電装品へ供給される電力が流れる出力回路と、が形成される。
スイッチング素子20の裏面には、電源から供給される電力が入力される入力端子38が埋設されている。入力端子38の裏面(図4における下面)は、スイッチング素子20の裏面(図4における下面)と略面一に形成されている。
上記の構成により、入力電流を回路基板19にプリント配線技術により形成された導電路23を介してスイッチング素子20に供給する場合と比べて、入力側の電気抵抗値を小さくすることができる。これにより入力側の配線からの発熱を抑制することができる。これにより、これにより、入力側の配線からの発熱を小さくさせることができるので、回路構成体の13の低発熱化を図ることができるようになっている。
また、上記の構成により、スイッチング素子20は導電板23と直接に接続されているので、通電時にスイッチング素子20から発生した熱を導電板23に伝達させることができるようになっている。この導電板23は金属製であるので、導電板23に伝達された熱は速やかに導電板23内に分散される。導電板23は単数であって、回路基板19と略同じ形状であるので、導電板23に伝達された熱は、回路基板19と略同じ面積の領域に速やかに分散されることになる。このように、スイッチング素子20で発生する熱を効率よく導電板23に逃がすことができるので、全体として回路構成体13の高放熱化を図ることができるようになっている。
制御端子36、及び出力端子37は、回路基板19の導電路23と、基板側はんだ部39を介して電気的に接続されている。また、入力端子38と、導電板21とは、導電板側はんだ部40を介して電気的に接続されている。はんだ付けの手法としては、例えば公知のリフローはんだ付けを用いることができる。
回路基板19の厚さ寸法Tは、制御端子36及び出力端子37と基板側はんだ部39とが接触する基板側接触面41と、入力端子38と導電板側はんだ部40とが接触する導電板側接触面42と、が略同じ高さ位置に整合するように設定されている。
なお、回路基板19の厚さ寸法Tは、基材22の厚さ寸法と、導電路23の厚さ寸法の和として定義される。
さて、上述したように、回路基板19の裏面44には単数の導電板21が積層されており、この導電板21は、回路基板19の略全域に積層されている。導電板21は、外部電源11と電気的に接続されて、外部電源11からスイッチング素子20へ電力を供給する入力回路のみを構成する。
図9に示すように、回路基板19の表面43には複数のスイッチング素子20が実装されている。スイッチング素子20の全ての入力端子38は、開口部34を通じて導電板21に電気的に接続されている。これにより、入力回路において、各スイッチング素子20への分岐回路が構成されるようになっている。
(製造工程)
続いて、本実施形態に係る電気接続箱10の製造工程の一例を説明する。まず、図5に示すように、基材22の表面にプリント配線技術により導電路23を形成した後、所定の形状に切断する。また、図6に示すように、接着層24を構成する接着シートを所定の形状に切断する。また、図7に示すように、金属板材をプレス加工することにより、導電板21を所定の形状に加工する。
図8に示すように、回路基板19の裏面44に、接着層24を介して導電板21を積層した状態で加熱、加圧する。これにより、回路基板19と導電板21とを接着する。
続いて、スクリーン印刷により回路基板19の所定の位置にはんだを塗布する。その後、所定の位置にスイッチング素子20等の電子部品を載置し、リフローはんだ付けを実行する(図9参照)。
端子金具30をフレーム33に貫通させ、このフレーム33を回路基板19の表面43に重ねた状態で、フローはんだ付けにより、端子金具30の下端部を回路基板19のスルーホール29にはんだ付けする。その後、回路基板19及びフレーム33を底板14の表面に載置し、ボルト26Bを螺合することにより、フレーム33、回路基板19、導電板21、及び底板14を固定する。
底板14の上面からカバー15を組み付け、底板14のロック突部16とカバー15のロック受け部17とを弾性的に係合させることにより、底板14とカバー15とを一体に組み付ける。これにより電気接続箱10が完成する。電気接続箱10は、ケース12から突出する電源接続片25を、ボルト26Aで電源端子28に組み付けることにより、外部電源11と電気的に接続される。
(作用、効果)
続いて、本実施形態に係る電気接続箱10の作用、効果について説明する。本実施形態によれば、導電板21は、回路基板19のうち、スイッチング素子20が実装された面(表面43)とは異なる面(裏面44)に配設される。これにより、回路基板19の略全域に亘って導電板21を配設することができる。
更に、導電板21は外部電源11と電気的に接続される入力回路のみを構成する。この結果、回路基板19に配設された複数のバスバーがそれぞれ異なる回路を構成する場合のように、隣り合うバスバー同士の間に絶縁用の隙間を形成する必要がない。これにより、回路基板19の略全域に亘って、単数の導電板21を配設することができる。
上記の構成により、通電時にスイッチング素子20で発生した熱は、入力端子38を経て導電板21に伝達された後、回路基板19の略全域に亘って均熱化される。これにより、ケース12の内部が局所的に高温になることを抑制できる。
ところで、スイッチング素子20で発生した熱を均熱化するためには、例えば、導電板21とは別体に形成された金属製の放熱板を、導電板21の裏面に絶縁層を介して接着することにより導電板21に伝達された熱を更に放熱板によって均熱化することが考えられる。しかしながら上記の構成によると、放熱板は金属製であるために電気接続箱10の重量が増加してしまう。また、製造コストが増大してしまう。これに対して本実施形態においては、導電板21を用いて均熱化を図ることができるので、放熱板等のように導電板21と別体の部品が不要となる。これにより、電気接続箱の軽量化や、製造コストの低減を図ることができる。
また、本実施形態によれば、上記の導電板21の裏面は、絶縁孔31及び逃げ孔32Bと異なる領域において底板14と密着している。これにより、導電板21に伝達された熱は、底板14に速やかに伝達され、底板14の外面から、ケース12の外部に放散される。この結果、電気接続箱10の放熱性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、基材22の表面に導電路23が形成されることにより、回路基板19の表面43側には、制御信号が流れる制御回路と、外部回路への電力が流れる出力回路とが形成される。これにより、回路基板19の表面43側に制御回路、及び出力回路が形成されると共に、回路基板19の裏面44側には導電板21によって入力回路が形成される。この結果、回路構成体13の配線密度を向上させることができる。
また、回路基板19の表面43に実装されたスイッチング素子20の制御回路及び出力回路を、回路基板19の表面43に形成された導電路23に接続すると共に、回路基板19の裏面44に配された導電板21に対して、スイッチング素子20の入力端子38を開口部34と通じて接続する構成によると、少なくとも回路基板19の厚さ寸法Tの分だけ、導電板21と導電路23との間に段差が発生する。
上記の点を鑑み、本実施形態においては、導電路23に形成された基板側はんだ部39の基板側接触面41と、導電板側はんだ部40の導電板側接触面42と、を略同じ高さ位置に整合させることができるようになっている。このため、スイッチング素子20の制御端子36、出力端子37、又は入力端子38を、回路基板19の厚さ寸法Tに対応させて曲げ加工する作業が不要となるので、回路構成体13及び電気接続箱10の製造コストを低減できる。また、段差に相当する厚さ寸法を有する中継部材等の部品も不要となるので、部品点数を削減させることが可能となり、回路構成体13及び電気接続箱10の製造コストを低減できる。
また、本実施形態によれば、回路基板19には導電路23と電気的に接続されたスルーホール29が形成されており、スルーホール29には端子金具30の一方の端部が挿通された状態で電気的に接続されており、導電板21にはスルーホール29に対応する位置に端子金具30と導電板21とを絶縁するための絶縁孔31が形成されている。これにより、導電板21に絶縁孔31を形成するという簡易な手法により、端子金具30と導電板21とを絶縁することができる。これにより、回路基板19に端子金具30を接続することができるので、回路設計の自由度を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、導電板21の端縁には導電板21の板面に沿う方向に突出して形成されると共に外部電源11と電気的に接続される電源接続片25が、導電板21と一体に形成されており、電源接続片25はケース12を貫通してケース12の外部に突出している。これにより、導電板21と別体に形成された電源接続片25を導電板21に接続する場合に比べて、部品点数を削減できる。
<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る。
(1)本実施形態においては、回路基板19の表面43に形成される導電路23はプリント配線技術により形成されるものとしたが、これに限られず、回路基板19の表面43に、回路基板19の裏面44に配設した導電板21とは異なる表側導電板を配設し、この表側導電板により制御回路又は出力回路を形成する構成としてもよい。
(2)本実施形態においては、回路基板19の裏面44に配設された単数の導電板21により入力回路が形成される構成としてが、これに限られず、更に回路基板19の表面43側にも入力回路が形成されてもよい。回路基板19の表面43側で入力回路を構成する導電路23は、プリント配線技術により形成される導電パターンで形成される構成としてもよい。また、回路基板19の表面43に、裏面側の導電板21とは別体の表側導電板を配設し、この表側導電板により導電路23を形成する構成としてもよい。
(3)本実施形態においては、回路基板19の裏面44側に配設された導電板21には、端子金具30と導電板21とを絶縁するための絶縁孔31を形成する構成としたが、例えば、端子金具30を、回路基板19の表面43に形成された導電路23と溶接、はんだ付け等の公知の手法により接続することにより、端子金具30が回路基板19を貫通しない構成とした場合には、絶縁孔31を省略できる。これにより、導電板21の均熱性を向上させることができる。
(4)本実施形態においては、電源接続片25は導電板21に一体に形成される構成としたが、これに限られず、電源接続片25を導電板21と別体に形成し、この電源接続片25と導電板21とを、はんだ付け、溶接、ろう付け等、必要に応じて任意の手法により接続する構成としてもよい。
(5)本実施形態においては、電源接続片25は導電板21の板面に沿う方向に突出する構成としたが、これに限られず、電源接続片25は、導電板21の板面と交差する方向に突出して形成されてもよい。
(6)本実施形態においては、スイッチング素子20として、半導体リレーを用いたが、これに限られず、機械式リレーを用いてもよい。
10…電気接続箱
11…外部電源
12…ケース
13…回路構成体
14…底板(ケース)
15…カバー(ケース)
19…回路基板
20…スイッチング素子
21…導電板
22…基材
23…導電路
25…電源接続片
29…スルーホール
30…端子金具
31…絶縁孔
34…開口部
36…制御端子
37…出力端子
38…入力端子
39…基板側はんだ部
40…導電板側はんだ部
41…基板側接触面
42…導電板側接触面
43…回路基板の表面
44…回路基板の裏面
T…回路基板の厚さ寸法

Claims (5)

  1. ケースと、前記ケース内に収容された回路構成体と、を備え、
    前記回路構成体は、表面及び裏面を有すると共に表裏を貫通する開口部を有する回路基板と、前記回路基板の裏面に前記回路基板の略全域を覆って積層されると共に外部電源と電気的に接続される入力回路のみを構成する単数の導電板と、前記回路基板の表面に実装され、且つ前記開口部を通じて前記導電板に接続される入力端子を有するスイッチング素子と、を備える電気接続箱。
  2. 前記回路基板は、絶縁性の基材と、前記基材の表面にプリント配線技術により形成された導電路と、を備え、
    前記スイッチング素子は、前記スイッチング素子のオン、オフを制御する制御信号が入力される制御端子と、外部回路に電力を出力する出力端子と、を備え、
    前記制御端子及び前記出力端子は、前記導電路に接続されている請求項1に記載の電気接続箱。
  3. 前記制御端子及び前記出力端子は前記導電路と基板側はんだ部を介して電気的に接続されており、前記入力端子は前記導電板と導電板側はんだ部を介して電気的に接続されており、前記回路基板の厚さ寸法は、前記基板側はんだ部と前記制御端子及び前記出力端子とが接触する基板側接触面と、前記導電板側はんだ部と前記入力端子とが接触する導電板側接触面と、が略同じ高さ位置に整合するように設定されており、
    前記回路基板の厚さ寸法は、前記基材の厚さ寸法と、前記基材の表面に形成された前記導電路の厚さ寸法との和で定義される請求項2に記載の電気接続箱。
  4. 前記回路基板には前記導電路と電気的に接続されたスルーホールが形成されており、前記スルーホールには端子金具の一方の端部が挿通された状態で電気的に接続されており、前記導電板には前記スルーホールに対応する位置に前記端子金具と前記導電板とを絶縁するための絶縁孔が形成されている請求項2または請求項3に記載の電気接続箱。
  5. 前記導電板の端縁には前記導電板の板面に沿う方向に突出して形成されると共に前記外部電源と電気的に接続される電源接続片が、前記導電板と一体に形成されており、前記電源接続片は前記ケースを貫通して前記ケースの外部に突出している請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の電気接続箱。
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