JP5889643B2 - 電子制御ユニットのケース - Google Patents

Description

本発明は、基板および基板に取り付けられた電子部品を有する電子制御ユニットを収容するとともに、接地するための電子制御ユニットのケースに関する。

本出願人は、この種の電子制御ユニットのケースを、特許文献１においてすでに提案している。この電子制御ユニットは、車両用のものであり、基板やその上に取り付けた電子回路などで構成され、カプラを介して、センサおよび制御対象に電気的に接続されている。基板は、合成樹脂などから成る基材板の上に銅箔などから成る導電体のパターンを形成したものであり、また、銅箔や金メッキなどから成る内部グランドを有している。

電子制御ユニットを収容するケース本体は、アルミニウムや鉄などの導電性を有する材料で構成されており、ケース本体の内面には、基板の内部グランドが電気的に接続されている。また、ケース本体は、導電性の取付ステーを介して、車体に電気的に接続されている。以上の構成により、互いに接続された基板の内部グランド、ケース本体および車体が共通のグランドとして用いられ、センサおよび制御対象が車体に接地（グランド）されるようになっている。

特願２０１１−２３５４７７号

しかし、この特許文献１には、ケース本体と基板の内部グランドとの電気的な接続方法が、具体的に記載されていない。このため、ケース本体と内部グランドとの接触を確実に行えず、両者の接触不良ひいては接地不良が生じるおそれがある。また、電子制御ユニットおよびケースがエンジンルーム内に配置される場合には、エンジンや電子部品から発生する熱によって、基板およびケース本体が膨張するとともに、両者の材質（それぞれ合成樹脂およびアルミニウなど）が互いに異なることによる熱膨張率の相違によって、基板に、ケース本体との接触面に沿う荷重が作用し、大きな応力および歪みが生じることがあり、その場合には、接触不良や電子制御ユニットの動作不良を招くおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、比較的単純な構成により、基板との良好な接触状態を確保でき、それにより、電子制御ユニットの接地を良好に行うことができる電子制御ユニットのケースを提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、基板７および基板７に取り付けられた電子部品（実施形態における（以下、本項において同じ）電源回路８、ＣＰＵ９）を有する電子制御ユニット２を収容する電子制御ユニットのケースであって、ケース３０は、導電性を有する材料で構成され、電子制御ユニット２を収容するケース本体３１と、導電性を有する材料で構成され、電子制御ユニット２を覆うようにケース本体３１に設けられ、ケース本体３１との間に基板７の周縁部を挟持するカバー３２と、を備えるとともに、所定の外部グランド（車体４）に電気的に接続されており、基板７の周縁部にスルーホール３３が形成され、スルーホール３３にはハンダ３４が充填され、充填されたハンダ３４のうち、スルーホール３３から外方に突出した突出部（ハンダ突出部３５）が、ケース本体３１およびカバー３２に接触しており、基板７の周縁部のスルーホール３３の付近に、ハンダ３４が充填されていない他のスルーホールである第１の孔（スルーホール３３）が形成されていることを特徴とする。

この電子制御ユニットのケースは、導電性を有する材料で構成されたケース本体およびカバーを備えており、所定の外部グランドに電気的に接続されている。また、電子制御ユニットは、基板およびそれに取り付けられた電子部品を有し、ケース本体に収容されており、基板の周縁部がケース本体とカバーの間に挟持されており、それにより、基板は、導電性のケース本体およびカバーを介して、外部グランドに接地されている。

また、基板には通常、電子部品のハンダ付けなどのために、内面に銅箔などの導電体を設けたスルーホールが形成されている。この構成は、そのようなスルーホールを利用するものであり、基板の周縁部に形成されたスルーホールにハンダが充填されるとともに、充填されたハンダのうち、スルーホールの外方に突出したハンダの突出部によって、凸部が構成されている。したがって、このハンダの突出部により、基板とケースとの良好な接触状態を確保でき、電子制御ユニットの接地を良好に行うことができる。

また、ハンダは熱伝導性が高いので、基板で発生した熱をハンダを介してケース側に効率良く逃がすことができる。さらに、この構成では、基板およびケースが熱膨張する際、両者の熱膨張率の相違により、ハンダの突出部がケースに接触しながら接触面に沿って移動することによって、ケースの接触面のごみを効果的にはがし取ることができる。

さらに、この構成によれば、基板が熱膨張する際に、ケースとの熱膨張率の相違に起因して生じる基板の応力を、ハンダが充填されていない第１の孔によって逃がし、緩和することができる。それにより、基板の過大な歪みおよびそれに起因する基板と部品のハンダ接合の不具合（例えばクラック）を確実に回避できる。また、熱膨張の際にケースの接触面からはがし取られたごみを第１の孔に収容することで、ケース内にごみが拡散するのを防止できる。

また、前記目的を達成するために、請求項２に係る発明は、基板７および基板７に取り付けられた電子部品（実施形態における（以下、本項において同じ）電源回路８、ＣＰＵ９）を有する電子制御ユニット２を収容する電子制御ユニットのケースであって、ケース４０は、導電性を有する材料で構成され、電子制御ユニット２を収容するケース本体４１と、導電性を有する材料で構成され、電子制御ユニット２を覆うようにケース本体４１に設けられ、ケース本体４１との間に基板７の周縁部を挟持するカバー４２と、を備えるとともに、所定の外部グランド（車体４）に電気的に接続されており、基板７の周縁部にスルーホール３３が形成され、スルーホール３３にはハンダ３４が充填されており、基板７の周縁部のスルーホール３３の付近に、ハンダ３４が充填されていない他のスルーホールである第１の孔（スルーホール３３）が形成され、ケース本体４１およびカバー４２の少なくとも一方に、スルーホール３３に充填されたハンダ３４に接触する接触用の突起４４と、第１の孔に係合する位置決め用の突起４４が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、ケース本体および／またはカバーに形成された接触用の突起が、スルーホールに充填されたハンダに接触することによって、基板とケースとの良好な接触状態が確保される。また、電子制御ユニットとケースを組み立てる際、基板の他のスルーホールである第１の孔に、ケース本体および／またはカバーに形成された位置決め用の突起を係合させることによって、電子制御ユニットおよびケースが互いに位置決めされる。このように、基板のスルーホールを組立ての際の位置決め孔として利用するので、そのための専用の孔を別個に形成する必要がなくなり、余分な孔を省略でき、それにより、製造コストの削減を図ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の電子制御ユニットのケースにおいて、基板７には、ケース本体３１、４１およびカバー３２、４２によって挟持される部分と挟持されない部分にまたがるように、基板７に発生した応力を逃がすための、ハンダ３４が充填されていないさらに別のスルーホールである第２の孔（スルーホール４３）が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、基板に、ケース本体およびカバーによって挟持される部分と挟持されない部分にまたがるように、第２の孔が形成されているので、この第２の孔により、熱膨張の際に基板に発生する応力を有効に逃がすことができる。

本発明の実施形態による電子制御ユニットのケースを含む車両用の制御装置の構成を示す図である。 第１実施形態によるケースを示す（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のIIｂ−IIｂ線に沿う断面図である。 第１実施形態の変形例によるケースを示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例によるケースを示す断面図である。 第２実施形態によるケースを示す（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿う組立て前の状態の断面図、（ｃ）（ｂ）の組立て後の状態を部分的に拡大して示す断面図である。 第３実施形態によるケースを示す（ａ）概略平面図、（ｂ）（ａ）のVIｂ−VIｂ線に沿う断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１に示す車両用の制御装置１は、電子制御ユニット２と、この電子制御ユニット２を収容するケース３を備えており、車両の車体４に電気的に接続されている。

電子制御ユニット２は、車両の運転状態などを検出するセンサ５から入力された検出信号を処理するとともに、内燃機関（図示せず）などを含む制御対象６に制御信号を出力するものである。電子制御ユニット２は、基板７と、基板７上に取り付けられた電源回路８、ＣＰＵ９、入出力インターフェイスやメモリ（いずれも図示せず）などの電子部品で構成されたコンピュータである。

基板７は、例えば、紙またはガラス繊維に絶縁性の合成樹脂を含浸したほぼ矩形状の基材１０の表面に、銅箔から成る配線パターン１１を形成したものである（図２（ａ）など参照）。この配線パターン１１には内部グランド１２が設けられており、この内部グランド１２は、後述するように、導電性を有するケース３の内面に電気的に接続されている。

電源回路８は、センサ５およびＣＰＵ９に電力を供給するものであり、電源線１３およびカプラ１４を介してセンサ５に接続され、配線パターン１５を介してＣＰＵ９に接続されている。ＣＰＵ９は、所定の制御プログラムに基づき、センサ５からの検出信号を処理するとともに、この検出信号などに応じて生成した制御信号を制御対象６に出力し、これを制御する。

また、ケース３は、矩形状のものであり、取付ステー１６を介して、車体４に支持されるとともに、電気的に接続されている。この取付ステー１６は、アルミニウムなどの導電性を有する材料で構成されている。また、取付ステー１６は、ケース３の隣り合う２つの辺の外側にそれぞれ延びる第１取付部１６ａおよび第２取付部１６ｂで構成され、Ｌ字状に形成されており、これらの第１および第２取付部１６ａ、１６ｂを介してケース３に電気的に接続されている。また、第２取付部１６ｂの先端部は、車体接続部４ａを介して車体４にボルト（図示せず）で固定されている。

前述した内部グランド１２は、大電力用グランド１２ａと小電力用グランド１２ｂに区分される。大電力用グランド１２ａは、車体接続部４ａからの電気的な距離がより近い位置に配置され、小電力用グランド１２ｂは、車体接続部４ａからの電気的な距離がより遠い位置に配置されている。

また、大電力用グランド１２ａには、カプラ１４およびＧＮＤ線１７を介して、制御対象６のグランドが電気的に接続され、小電力用グランド１２ｂには、配線パターン１８、１９をそれぞれ介して、電源回路８のグランドおよびＣＰＵ９のグランドが電気的に接続されている。さらに、センサ５のグランドは、取付ステー１６の第１取付部１６ａの先端部に配置されたセンサ接続部１６ｃに、ＧＮＤ線２０を介して、電気的に接続されている。

以上の構成により、この制御装置１では、大電力用グランド１２ａ、小電力用グランド１２ｂ、ケース３、取付ステー１６および車体４によって、共通のグランドが形成されており、センサ５や制御対象６は、大電力用または小電力用グランド１２ａ、１２ｂから、ケース３を介し、取付ステー１６を経て、最終的に車体４に接地される。

また、大電力用グランド１２ａは、車体接続部４ａまでの電気的距離がより小さく、インピダンスが低いため、カプラ１４からの電流がより多く流れるのに対し、小電力用グランド１２ｂおよび取付ステー１６の第１取付部１６ａは、車体接続部４ａまでの電気的距離がより大きいため、カプラ１４からの電流が流れにくい。その結果、制御装置１のうち、車体接続部４ａからの電気的距離が大電力用グランド１２ａよりも遠い部分、すなわち、図１中の破線Ａよりも上側の部分は、カプラ１４からの電流がほとんど流れず、ほぼ同電位になる。

したがって、例えば、小電力用グランド１２ｂの電圧がノイズの影響によって変動する場合、センサ５の出力電圧にも同様のノイズが含まれることになるので、電子制御ユニット２において、センサ５の出力電圧と小電力用グランド１２ｂの電圧との差分を、センサ５の出力値として用いることにより、ノイズの影響が除去された精度の高いセンサ出力を得ることができる。

次に、本発明に係るケース３について詳細に説明する。図２に示す第１実施形態では、ケース３は、電子制御ユニット２を収容するケース本体２１と、電子制御ユニット２を覆うようにケース本体２１に取り付けられたカバー２２によって構成されている。なお、図２（ａ）および後述する同種の図面では、図示の便宜上、カバーの１つの挟持部のみを示すとともに、基板７上のＣＰＵ９以外の電子部品は省略されている。

これらのケース本体２１およびカバー２２はいずれも、導電性を有する材料、例えばアルミ・ダイカストで構成されている。ケース本体２１は、基板７よりも一回り大きなサイズを有する矩形の板状のものである。また、ケース本体２１の周縁部付近は波形状に湾曲しており、これらのうち、カバー２２側に突出する２つの部分が凸部２３、２３になっている。

カバー２２もまた、矩形状に形成されている。カバー２２には、ケース本体２１との間に基板７の周縁部を挟持するための複数の挟持部２２ａ（１つのみ図示）が設けられており、その外側にはつば状の取付部２２ｂが設けられている。カバー２２は、この取付部２２ｂを介して、ケース本体２１に複数のねじ２４（１つのみ図示）で固定されている。なお、ねじ２４の軸部には、ケース３の防水性を確保するために、防水接着剤（図示せず）が塗布されている。

電子制御ユニット２とケース３を組み立てる際には、図２（ｂ）に示すように、ケース本体２１に電子制御ユニット２を載せ、さらにその上に取付部２２ｂを介してカバー２２を載せた状態で、複数のねじ２４を締め付ける。この締付けにより、ケース本体２１の凸部２３、２３が基板７の内部グランド１２を含む配線パターン１１の部分に接触した状態で、基板７がケース本体２１とカバー２２の挟持部２２ａとの間に挟持される。これにより、基板７とケース３との良好な接触状態を確保することができる。

また、凸部２３を含むケース本体２１の部分は、湾曲していることで、板ばねのような弾性を有する。これにより、凸部２３が基板７に常時、圧接されるとともに、振動などの外乱に対してケース本体２１が弾性変形するので、基板７とケース３との接触状態をさらに良好に保つことができ、したがって、センサ５、制御対象６および電子制御ユニット２などの接地を良好に行うことができる。

図３は、上述した第１実施形態の変形例を示している。なお、以下の説明では、第１実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。この変形例は、ケース本体２１に、上述した第１実施形態の凸部２３と同様の２つの凸部２３ａ、２３ａを形成するとともに、カバー２２の挟持部２２ａに１つの凸部２３ｂを形成したものである。この凸部２３ｂは、挟持部２２ａを湾曲させることにより形成されており、ケース本体２１の凸部２３ａ、２３ａの中間に対向する位置に、互い違いに配置されている。

この変形例によれば、ケース本体２１の２つの凸部２３ａ、２３ａと、カバー２２の１つの凸部２３ｂによって、基板７が３点接触状態で挟持されるので、基板７とケース３とのより良好で安定した接触状態を得ることができる。

図４は、第１実施形態の別の変形例を示している。上述した変形例では、凸部２３ａ、２３ｂが、ケース本体２１およびカバー２２を湾曲させることにより形成されるのに対し、この変形例では、凸部２５ａ、２５ｂはそれぞれ、ケース本体２１およびカバー２２を屈曲させることにより形成されており、とがった形状を有している。したがって、この変形例においても、ケース本体２１の凸部２５ａ、２５ａと、カバー２２の凸部２５ｂによって、基板７が３点接触状態で挟持されるので、基板７とケース３との良好で安定した接触状態を得ることができる。

次に、図５を参照しながら、第２実施形態によるケース３０について説明する。第１実施形態と異なり、このケース３０のケース本体３１およびカバー３２には、凸部は設けられていない。一方、基板７の配線パターン１１が配置された部分には、カバー３２の挟持部３２ａに沿うように、４つのスルーホール３３が１列に並んだ状態で形成されている。

これらのスルーホール３３には、１つおきに、ハンダ３４が充填されており、充填されたハンダ３４のうち、スルーホール３３から両側外方に突出したハンダ突出部３５によって、凸部が構成されている。なお、溶融したハンダ３４は粘性を有するので、その表面張力により、充填したハンダ３４がスルーホール３３から外方に突出することによって、ハンダ突出部３５は容易に形成される。他の構成は、第１実施形態と同様である。

電子制御ユニット２とケース３０を組み立てる際には、図５（ｂ）に示すように、ケース本体３１に電子制御ユニット２を載せ、さらに取付部３２ｂを介してカバー３２を載せた状態で、ねじ２４を締め付ける。この締付けにより、図５（ｃ）に示すように、ハンダ突出部３５が若干潰されるとともに、ケース本体３１およびカバー３２が変形することによって、ケース本体３１およびカバー３２がハンダ突出部３５とハンダ３４が充填されていないスルーホール３３の縁部とに接触した状態で、基板７がケース本体３１とカバー３２の挟持部３２ａとの間に挟持される。これにより、基板７とケース３０との良好な接触状態を確保することができる。

また、ハンダ３４は熱伝導性が高いので、基板７で発生した熱をハンダ３４を介してケース３０側に効率良く逃がすことができる。さらに、基板７およびケース３０が熱膨張する際、両者の熱膨張率の相違により、ハンダ突出部３５がケース３０に接触しながら接触面に沿って移動するので、ケース３０の接触面に付着したごみを、ハンダ突出部３５によって効果的にはがし取ることができる。

また、ケース３０との熱膨張率の相違に起因して生じる基板７の応力を、ハンダ３４が充填されていないスルーホール３３によって逃がし、緩和することができる。それにより、基板７の過大な歪みとそれに起因する基板７の不具合を確実に回避できる。また、熱膨張の際にケース３０の接触面からはがし取られたごみを、ハンダ３４が充填されていないスルーホール３３に収容することによって、ケース３０内にごみが拡散するのを防止できる。

次に、図６を参照しながら、第３実施形態によるケース４０について説明する。本実施形態では、上述した第２実施形態と同様、基板７の配線パターン１１が配置された部分に、４つのスルーホール３３が１列に並んだ状態で形成され、これらのスルーホール３３には、１つおきに、ハンダ３４が充填されている。第２実施形態と異なり、ハンダ３４は、スルーホール３３から突出しておらず、その両端とほぼ面一になっている。

また、上記の４つのスルーホール３３のうち、中央の２つのスルーホール３３の間隔は、他の隣り合う２つのスルーホール３３の間隔よりも大きくなっており、この部分よりも内側の基板７の所定位置には、ハンダ３４を充填していない別のスルーホール４３が形成されている。

一方、ケース４０のケース本体４１およびカバー４２の挟持部４２ａには、スルーホール３３に対応する位置に、４つの突起４４がそれぞれ形成されている。他の構成は、第２実施形態と同様である。

電子制御ユニット２とケース４０を組み立てる際には、図６（ｂ）に示すように、基板７のハンダ３４が充填されていないスルーホール３３を、それに対応するケース本体４１の突起４４に係合させながら、電子制御ユニット２をケース本体４１に載せ、さらに、基板７のハンダ３４が充填されていないスルーホール３３に、それに対応するカバー４２の突起４４を係合させながら、取付部４２ｂを介してカバー４２を基板７に載せた状態で、ねじ２４を締め付ける。

これにより、ハンダ３４がケース本体４１およびカバー４２の他の突起４４に接触した状態で、基板７がケース本体４１とカバー４２の挟持部４２ａとの間に挟持される。したがって、基板７とケース４０との良好な接触状態を確保するとともに、基板７で発生した熱をハンダ３４を介してケース４０側に効率良く逃がすことができるなど、前述した第２実施形態による効果を同様に得ることができる。

また、図６（ａ）に示すように、基板７の別のスルーホール４３は、カバー４２の挟持部４２ａの縁部に位置し、ケース本体４１およびカバー４２によって挟持される部分と挟持されない部分にまたがっている。したがって、このスルーホール４３により、熱膨張の際に基板７に発生する応力を有効に逃がすことができる。

さらに、上述したように、電子制御ユニット２とケース４０を組み立てる際、ハンダ３４が充填されていない基板７のスルーホール３３を位置決め孔として利用するので、そのための専用の孔を別個に形成する必要がなくなり、余分な孔を省略でき、それにより、製造コストの削減を図ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態は、センサ５や制御対象６を基板７の内部グランド１２およびケース３などを介して車体４に接地する例である。本発明は、これに限らず、電子制御ユニット２の基板７のグランドをケース３などを介して、車体４や他の適当な外部グランドに接地する場合にも適用できる。

また、第２および第３実施形態では、ハンダ３４が充填されていない基板７の孔として、スルーホールを用いているが、これに代えて、内面に銅箔を形成していない孔を用いてもよい。さらに、基板７の応力を逃がすためにカバーの挟持部にまたがるように形成された基板の第２の孔（スルーホール４３）を、第３実施形態において用いているが、第１または第２実施形態と組み合わせて用いてもよい。

また、基板７に接触する凸部を、第１実施形態ではケース本体２１のみに形成し、その変形例ではケース本体２１およびカバー２２の両方に形成しているが、カバー２２のみに形成してもよい。さらに、実施形態に示した凸部（凸部２３、２３ａ、２３ｂ、２５ａ、２５ｂ、ハンダ突出部３５、突起４４）の数は、あくまで例示であり、状況に応じて増減してもよいことはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ 電子制御ユニット
３ ケース
４ 車体（外部グランド）
７ 基板
８ 電源回路（電子部品）
９ ＣＰＵ（電子部品）
２１ ケース本体
２２ カバー
２２ａ カバーの挟持部
２３ 凸部
２３ａ ケース本体側の凸部（ケース側第２凸部）
２３ｂ カバー側の凸部（ケース側第１凸部）
２５ａ ケース本体側の凸部（ケース側第２凸部）
２５ｂ カバー側の凸部（ケース側第１凸部）
３０ ケース
３１ ケース本体
３２ カバー
３２ａ カバーの挟持部
３３ スルーホール（第１の孔）
３４ ハンダ
３５ ハンダ突出部（ハンダの突出部）
４０ ケース
４１ ケース本体
４２ カバー
４２ａ カバーの挟持部
４３ スルーホール（第２の孔）
４４ 突起（凸部、位置決め用の突起）

Claims (3)

1. 基板および当該基板に取り付けられた電子部品を有する電子制御ユニットを収容する電子制御ユニットのケースであって、
   当該ケースは、
   導電性を有する材料で構成され、前記電子制御ユニットを収容するケース本体と、
   導電性を有する材料で構成され、前記電子制御ユニットを覆うように前記ケース本体に設けられ、当該ケース本体との間に前記基板の周縁部を挟持するカバーと、を備えるとともに、
   所定の外部グランドに電気的に接続されており、
   前記基板の前記周縁部にスルーホールが形成され、当該スルーホールにはハンダが充填され、当該充填されたハンダのうち、前記スルーホールから外方に突出した突出部が、前記ケース本体および前記カバーに接触しており、
   前記基板の前記周縁部の前記スルーホールの付近に、ハンダが充填されていない他のスルーホールである第１の孔が形成されていることを特徴とする電子制御ユニットのケース。
2. 基板および当該基板に取り付けられた電子部品を有する電子制御ユニットを収容する電子制御ユニットのケースであって、
   当該ケースは、
   導電性を有する材料で構成され、前記電子制御ユニットを収容するケース本体と、
   導電性を有する材料で構成され、前記電子制御ユニットを覆うように前記ケース本体に設けられ、当該ケース本体との間に前記基板の周縁部を挟持するカバーと、を備えるとともに、
   所定の外部グランドに電気的に接続されており、
   前記基板の前記周縁部にスルーホールが形成され、当該スルーホールにはハンダが充填されており、
   前記基板の前記周縁部の前記スルーホールの付近に、ハンダが充填されていない他のスルーホールである第１の孔が形成され、
   前記ケース本体および前記カバーの少なくとも一方に、前記スルーホールに充填されたハンダに接触する接触用の突起と、前記第１の孔に係合する位置決め用の突起が形成されていることを特徴とする電子制御ユニットのケース。
3. 前記基板には、前記ケース本体および前記カバーによって挟持される部分と挟持されない部分にまたがるように、前記基板に発生した応力を逃がすための、ハンダが充填されていないさらに別のスルーホールである第２の孔が形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の電子制御ユニットのケース。

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