JP7490888B2 - アース接続のための接触コンセプトを有する制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、自動車のための制御ユニット、好ましくはアクチュエータを制御するための制御ユニットに関する。加えて、本発明は、この制御ユニットを有する自動車のパーキングロック作動のための駆動モジュールに関する。

例えば自動車の駆動トレインのアクチュエータを作動させるために使用される、小型の制御ユニット（最大約５Ｗの一定電力及び最大約５０Ｗの短期電力）の場合、動作中に生成される廃熱が比較的低いため、ハウジングは原則としてプラスチックなどの非導電性材料製であってもよく、別個のヒートシンク／ヒートブリッジを装備する必要はないことが分かった。次いで、発生した廃熱は単純に環境に放出される。ただし、これらの小型の制御ユニットの場合、電子部品を安全に車両のアースに接続するのに十分なアース接続を提供する必要がある。

したがって、本発明の目的は、構造が可能な限り単純に保たれ、かつ少ない製造労力で製造できるが、同時に車両に取り付けた時に制御ユニットの電子部品の確実な電気接続を保証する制御ユニットを提供することである。

これは、請求項１の主題によって本発明に従って達成される。したがって、乗用車、トラック、バス、又は他の商用車などの自動車のための制御ユニットが特許請求される。制御ユニットには、ハウジングと、ハウジング内に収容された少なくとも１つの電子部品とが装備されている。ハウジングには更に、取り付けネジを受け入れるための少なくとも１つのネジ受け穴が設けられている。加えて、（導電性の）金属からなり、かつ少なくとも１つの電子部品のアース接続のために使用されるブリッジ要素も存在し、ブリッジ要素が、ハウジング内に位置する第１の端部領域を介して、電子部品に電気的に接続されており、またネジ受け穴に沿って弾性的に変形可能な第２の端部領域を介して、取り付けネジのネジ頭の軸方向支持が意図された支持領域内に配置されている。

このブリッジ要素は、制御ユニットの対応する電子部品を取り付けネジを介して車両アースに単純に直接接続することを可能にする。第２の端部領域の弾力性のある設計は、このアース接続が可能な限り長い動作寿命にわたってロバストであることを保証する。

更なる有利な実施形態は、従属請求項とともに特許請求され、以下により詳細に説明される。

ハウジングは、好ましくは（少なくとも部分的に）非導電性／非導電材料から形成され、特に好ましくはプラスチックから形成される。したがって、ブリッジ要素は、非導電性材料／プラスチックからなるハウジングを好適に貫通する。これは、ハウジングを可能な限り効率的に製造することを可能にする。

ブリッジ要素が射出成形によって、及び／又は機械的固定要素を用いることによってハウジング内に固定される場合、ブリッジ要素の正確な位置決め、したがって確実なアース接続が達成される。

加えて、ネジ受け穴が、ハウジング内に固定して収容された金属製の支持スリーブによって形成／包囲されており、またブリッジ要素が、第２の端部領域が支持スリーブから軸方向において突き出るように配置されている場合、好都合である。これは、取り付けられた状態で、取り付けネジがブリッジ要素にしっかりと十分に密着して押し付けられることを保証する。

また、更に簡略化された製造のために、第２の端部領域に、ネジ受け穴の長手方向に対して横方向に延在する細長い穴が設けられている場合、有利であることが分かった。原則的に、細長い穴は横方向において片側が開いていても閉じていてもよい。これは、必要に応じてブリッジ要素のバネ弾性を容易に調整することを可能にする。

この文脈において、第２の端部領域は、目形状、フック形状、又はＳ字形状となるように設計されていると有利であることが更に分かった。バネ弾性を保証するそのようなジオメトリは、可能な限り単純に、好ましくはパンチングプロセスを用いることによって製造され得る。

ブリッジ要素が、均一なシート厚を有する金属シートから形成されている場合、製造は更に簡略化される。

第２の端部領域が、ネジ頭が支持領域上に平面状に支持されているとき、更に弾性圧縮することができるように設計されている場合は、動作中に取り付けネジの位置が変化する場合であっても、アース接続が保証される。

電子部品が、プリント回路基板として設計されているか、又はプリント回路基板上に配置されている場合は、プリント回路基板全体も、自動車のアースに直接接続される。

更に、本発明は、自動車のパーキングロック作動のための駆動モジュールに関し、駆動モジュールは、上記実施形態のうちの少なくとも１つに係る本発明に係る制御ユニットと、制御ユニットに接続された電気モータとを有する。電気モータはやはり、対応するアクチュエータに結合されていることが好ましく、好ましくは機械式アクチュエータである。

電気モータ及び前記制御ユニットが共通のハウジングを有する場合、接続ユニットの構造は更に簡略化される。

したがって、言い換えれば、本発明に係る接触コンセプトは、プラスチックハウジングを有するコンパクトな制御ユニット（制御を行うユニット）におけるアース接続のために実装される。このユニットは、好ましくは統合制御ユニットであり、例えば統合パーキングロックアクチュエータに含まれる。この点において、ハウジングの取り付けネジをプリント回路基板（ＰＣＢ）の導電性部分に接続する、対応するアースピンが提案される。この目的のために、アースピンは、プレスインゾーンを有するＰＣＢ接点（第１の端部領域）と、弾性変形可能ゾーン（第２の端部領域）を有するネジ接点とを有する。加えて、これと相互作用する密閉コンセプトが存在する。

ここで、本発明は、図面を参照してより詳細に説明され、これらの図面に関連して様々な例示的な実施形態も示される。

好ましい例示的実施形態に係る本発明に係る制御ユニットの斜視図を示している。ハウジング内に取り付けられた、電子部品を有するプリント回路基板、及び、電子部品の、主に、受け穴内に配置された取り付けネジに向かって伸びるブリッジ要素との結合が見えるように、制御ユニットのハウジングのカバーは隠されている。 図１と同様の制御ユニットの斜視図を示しているが、ここでは、ブリッジ要素をより明瞭に見ることができるように、プリント回路基板及び取り付けネジも隠されている。 図２の「ＩＩＩ」によって示されるブリッジ要素の領域の詳細図を示す。 図１に係る制御ユニットの断面状態の斜視図を断面化した状態で示す。図１とは対照的に、ハウジングのカバーも示されており、また同様にハウジング内に収容されている電気モータのより詳細な構造が図示されている。 図４に係る制御ユニットの全体図の斜視図である。 図２と同様の制御ユニットの斜視図を示している。ハウジング内のブリッジ要素の経路が見えるように、制御ユニットは切断されている。 図６に係る制御ユニット内の架橋要素の詳細図を示し、ネジ受け穴に面するブリッジ要素の（第２の）端部領域を見ることができる。 ブリッジ要素の領域における制御ユニットの更なる斜視図を示しているが、ここでは、プリント回路基板に更に接続されたブリッジ要素の（第１の）端部領域が見えるように、制御ユニットが断面化されている。 制御ユニット内で使用されるブリッジ要素の第２の端部領域の詳細図を示す。 図７と同様の制御ユニットの詳細図を示し、取り付けネジがネジ受け穴内に挿入されており、また、ブリッジ要素の第２の端部領域上に載置されている。 図１０に示されている制御ユニットの領域の図を断面内で示す。 第１のバリエーションに従って実装されている、図１～図１１で使用されているブリッジ要素の斜視図を示す。 第２のバリエーションに係るブリッジ要素の斜視図を示し、第２の端部領域はフック形状として実装されている。 第３のバリエーションに係るブリッジ要素の斜視図を示し、第２の端部領域はＳ字形状として実装されている。

これらの図は本質的に単なる概略図であり、本発明を理解するためにのみ役立つ。同じ要素には同じ参照記号が付与されている。

図１、図２、及び図４～図６には、本発明に係る制御ユニット１の全体構造が、好ましい例示的実施形態に従って示されている。この実施形態では、制御ユニット１が駆動モジュール１５に直接組み込まれているか、又は制御ユニット１が駆動モジュール１５を直接形成する。制御ユニット１は、駆動モジュール１５の電気モータ１６のための制御電子ユニットを形成し、よって、それに電気的に接続されている。電気モータ１６は、図４に示すように、制御ユニット１とともに共通のハウジング２に収容されている。電気モータ１６は、スピンドルドライブ２０と更に相互作用する。スピンドルドライブ２０は、駆動モジュール１５の機械式アクチュエータ１７を直接形成する。このアクチュエータ１７は、動作中に自動車の駆動トレイン内の更なる構成要素を制御する／作動させるために使用され得る。この実施形態では、パーキングロック／結果として自動車のパーキングロックを係合又は係合解除させるパーキングロックアクチュエータのための駆動モジュール１５である。したがって、駆動モジュール１５はパーキングロックアクチュエータとして設計されている。更なる実施形態では、制御ユニット１／駆動モジュール１５は他の構成要素を作動させるために使用される。

制御ユニット１のハウジング２はプラスチックからなる。ハウジング２は本質的に２つの部分を有し、それらは、トラフ形状の主要部１８、及び主要部１８に取り付けられたカバー１９である。カバー１９は、ハウジング２の内部２３が環境２４から密閉されるように、主要部１８上に収容される。

内部２３の中には様々な電子部品３が存在する。電子部品３は、プリント回路基板１４／ＰＣＢ上に配置されており、電気モータ１６の制御電子ユニットを形成する。図１及び図４を全体的に考慮すると、主要部１８は、カバー１９に面する面／端面に向かって、外壁２１によって形成される完全周縁受容輪郭２２を有することが更に分かる。受容輪郭２２は平面内に延在している。

この実施形態では、カバー１９は、別個に設けられた密封部材（固体の密封部材）を介して外壁２１／主要部１８上に支持されているが、これは明瞭さのために詳細には示されていない。更なる実施形態では、接着密封部材などの別の密封部材も設けられるか、又は主要部１８へのカバー１９の材料接続（好ましくは、レーザー溶接接続として）が実装される。カバー１９及び主要部１８は共にモールド成形されている／プラスチックからなる。

本発明によれば、プリント回路基板１４、したがってプリント回路基板１４上に配置された個々の電子部品３のアース接続のために、ブリッジ要素６が設けられている。

図２及び図３において、ブリッジ要素６がネジ受け穴４の領域内に配置されていることがより詳細に分かる。ネジ受け穴４は、車両に取り付けられたときに、取り付けネジ５を受け入れるために使用される（ハウジング２を貫通している）スルーホールである。

本実施形態では、ネジ受け穴４は、金属製の支持スリーブ１１によって補強されるか、又はこの支持スリーブ１１によって直接形成される。したがって、支持スリーブ１１はネジ受け穴４の軸方向の長さを画定する。ネジ受け穴４は、外壁２１に対して見て内部２３の外側に配置されている。よって、適切なアース接続を提供するために、ブリッジ要素６は、ハウジング２の内部２３からネジ受け穴４／環境２４に向かって伸びている。

ブリッジ要素６は、ブリッジ要素６の内部２３内に配置された側に向かって第１の端部領域７を有し、これは図８でも詳細に示されている。この第１の端部領域７は、横方向に弾性的に圧縮することができるプレスピン２５と呼ばれるものとして設計されている。このプレスピン２５は、取り付けられた状態において、通常の方法でプリント回路基板１４の接触領域３０内に挿入され、電子部品３／プリント回路基板１４との電気的接触を実現する。

ネジ受け穴４に面する第１の端部領域７から離れる方向に面する側に向かって、ブリッジ要素６は、特に弾性的であるように／バネ弾性フレキシブルさを有するように設計された第２の端部領域８を有する（図７及び図９）。

例えば、図３及び図９～図１１を全体的に考慮すると分かるように、第２の端部領域８は、取り付けネジ５／取り付けネジ５のネジ頭９のための支持領域１０内に配置される。制御ユニット１が車両に取り付けられたとき、ネジ頭９は、支持スリーブ１１及び第２の端部領域８の両方に押し付けられる。このために、第２の端部領域８は、ネジ受け穴４の長手方向において弾性的であるように特に設計されている。

図１０及び図１１では、第２の端部領域８の弾性は、ネジ頭９が支持スリーブ１１上に載置された状態であっても、第２の端部領域８が依然として（理論的には）更なる距離／バネ移動距離だけ弾性的にフレキシブルであるように実装されることも分かる。すると、（特定のバネ移動距離だけすでに圧縮されている）第２の端部領域８がネジ頭９に押し付けられる。その結果、制御ユニット１が長期間使用されたとしても、取り付けネジ５との接触が常に保証される。例えば図３に見られるように、取り付けネジ５がまだ支持領域１０に押し付けられていない状態、すなわち、第２の端部領域８の弛緩バネ状態では、結果として第２の端部領域８は、支持スリーブ１１の形態の更なる支持領域１０から突き出る。

車両に取り付けられると、取り付けネジ５は、明瞭さのために図示されていない更なるハウジング、例えばクラッチハウジング、変速機ハウジング、又はモータハウジング内にねじ込まれ、したがって更なる車両アースに電気的に接続される。

更に、図１２でより詳細に見ることができるように、第２の端部領域８には、ネジ受け穴４の長手方向に対して横方向に伸びる細長い穴１２が設けられており、これは、要求されるバネ弾性を直接可能にする。第２の端部領域８をバネ弾性的に可能な限り一様に圧縮することができるように、ブリッジ要素６は、一定の厚さの金属シート１３から形成される。

好ましくは、ブリッジ要素６はパンチングによって製造され、かつ０．６ｍｍ～０．８ｍｍの厚さを有する。ブリッジ要素６の通常の材料はＣｕＳｎ６又はＣｕＮｉＳｉである。

図２、図３、及び図６～図１１を参照すると、ブリッジ要素６が、第１の端部領域７と第２の端部領域８との間に延在するブリッジ要素６の中間領域２６において、ハウジング２のプラスチック材料によって直接収容されている／包囲されていることが更に分かる。このプラスチック材料は、中間領域２６においてブリッジ要素６にしっかりと（液密、更に好ましくは気密）押し付けられ、これによってブリッジ要素６とハウジング２との間の隙間が環境２４から密閉される。中間領域２６は実質的にＵ字形に伸びている。ブリッジ要素６は、好ましくは、一次成形プロセス、すなわち、ハウジング２の射出成形プロセスの一部としてハウジング２に直接固定される。

ブリッジ要素６をより正確に位置決めするために、ブリッジ要素６は、Ｕ字形中間領域２６内に位置合わせ穴２７を有する。この位置合わせ穴２７は、製造プロセスの一部として機械的固定要素と相互作用し、かつ適切な位置に保持される。更なる実施形態では、固定要素を、一次成形プロセス後にハウジング２内に残る要素として実装することも可能である。

図２はまた、ブリッジ要素６が、（一列に並べられた）複数の個別の接触ピン２９を有するコネクタ領域２８（コネクタ受容領域とも呼ばれる）から離れて配置されることを特に良く示している。したがって、アース接続は、このコネクタ領域２８から可能な限り独立して実装される。

図１３及び図１４には、ブリッジ要素６の２つの更なる代替的実施形態が示されている。図１３によれば、図１２のハトメ形状の第２の端部領域８を形成する細長い穴１２の片側が開放していて、フック形状を形成し得ることが分かる。図１４では、やはり代替例として、Ｓ字形の領域が実装されている。

言い換えれば、本発明に係る電子モジュール（制御ユニット）は、ＢＬＤＣモータ（電気モータ１６）を有するアクチュエータの駆動ユニットの一部であるか、又はＢＬＤＣモータを有する対応するアクチュエータから空間的に離れている独立した制御ユニットであるか、又は車両アースへのアース接続を有する別の電気機械式アクチュエータアセンブリである。この車両アースへの接続は、アクチュエータ／制御ユニットが正常に機能することを保証する。ＩＰＬアクチュエータの場合のように、プラスチックハウジングを有する比較的小さな制御ユニットの場合、アクチュエータ又は関連付けられた制御ユニットがコンパクトであることは非常に重要である。この目的のために、ＰＣＢ（プリント回路基板１４）と車両アースとの間の接触はロバストに実装される。

コンパクトな制御ユニットは、特定の数のネジ接続によって車両の対応する境界面（変速機ハウジング、内燃機関、車体など）に機械的に取り付けられる。好ましくは、比較的高い締め付けトルクを有するか、又は比較的高いネジ予圧を実現可能なセルフタッピングネジ（取り付けネジ５）が使用される。

ＰＣＢ（アクチュエータの制御ユニットとして指定された、構成要素を含むＰＣＢ）と車両アース（例えば、変速機ハウジング）との間のアース接続は、プレスフィットゾーン（第１の端部領域７）を有するエクストラピン（ブリッジ要素６）によって実装される。このピンは、制御ユニットのハウジング２をオーバーモールドする際にコネクタピン（接触ピン２９）と同時に挿入されるか、又は、設計及びコンセプトによっては、後続のプロセスにおいてコネクタピンと一緒にハウジング２に取り付けられる。プレスフィットゾーン／プレスインゾーンを有するピン（ＥＬＯピン、ＮＥＯピンなど）は、ＰＣＢの方向におけるピン／アースピンの境界面に設けられる。この境界面では、金属／金属接点を有する特定の数の気密ゾーンによって、ピンとＰＣＢとの間の電気的接触が実装される。ピンと、対応する締め付け位置にあるネジ頭９との間の境界面では、対応する位置にて取り付けネジ５の締め付け／取り付け時の変形力を比較的低く保つために、又はピンの変形を容易にするために、マスピン（ｍａｓｓ ｐｉｎ）は、機械的剛性が低下したゾーン（第２の端部領域８）を有する。ピンはパンチングによって製造され、かつ厚さ０．６ｍｍ～０．８ｍｍの材料からなる。ピンの通常の基材はＣｕＳｎ６又はＣｕＮｉＳｉである。機械的剛性が低下したこのゾーンは、ピン構造が、幾何公差の下で、特定の残留する力によってピンとネジ頭との間の所望の電気的接触を保証するよう、取り付けネジ５の締め付けプロセスによる弾塑性変形後に残留弾性が存在するように寸法決めされている。装置の使用期間中にネジ予圧力が低下する可能性を回避するために、通常、金属スリーブ（支持スリーブ１１）を使用して、ネジの予圧力がプラスチックハウジングに軸方向に導入される。

図２及び図３を参照すると、電子機器ハウジング（ハウジング２）内に周縁密閉輪郭（受容輪郭２２）が示されている。この輪郭は、電子機器空間と環境との間の分離を構成する。プラスチックカバー（カバー１９）は、固体密閉部材、液体密閉部材（接着剤）、又はレーザー溶接シームによってプラスチックハウジング（主要部１８）に取り付けられ得る。したがって、コンパクトな制御ユニットは環境２４から完全に密閉される。制御ユニットの適切な気密性クラスを保証するために、マスピンは、電子機器ハウジングのプラスチックジオメトリ内に伸びる（プラスチックハウジング内のピンのオーバーモールドプロセスを想定）。

図７～図１４は、省スペース、コンパクトで、かつコスト効率に優れたマスピン組み込みを示す。パンチングされて曲げられたピンは、生産コンセプト及び設計に応じて、ハウジング２内にオーバーモールドされるか、又はオーバーモールド後に取り付けられる。ここでは、オーバーモールドされたピンを有するバリエーションが示されている。環境２４に対して、ハウジング２内の電子機器スペースの良好な気密性が必要な場合（例えば、クラスＩＰ６Ｋ９Ｋに準拠した制御ユニットの気密性）、電子機器ハウジングをオーバーモールドする過程でマスピンを挿入し、かつそれに従ってマスピンを工具内で固定／保持することが不可欠である。つまり、この場合はピンをオーバーモールドする必要がある。この目的のために、工具内の対応する位置にて、ピンのジオメトリ内に適切な密閉境界面を設けることも必要である。所望の気密性クラスを達成するために更に必要な場合は、マスピンの密閉境界面の周囲にポッティングキャビティ（ポッティングコンパウンド用のくぼみ）を設けることも求められる。

例えば、図１２では、取り付けネジ５のネジ頭９との接触境界面におけるマスピンの変形可能ゾーンが有し得るジオメトリが詳細に示されている。この弾性ゾーンは、軸方向（ねじ込み中の軸方向ネジ予圧の方向）における弾塑性変形後、ピンとネジ頭９との間に、定められた残留接触力が残るように実装されるべきである。これにより、ＰＣＢ、ピンのプレスインゾーン、及び制御ユニットの取り付けネジ５の間の弾性接触が保証される。取り付けネジ５は、このネジによって制御ユニットを、車両マス（変速機ハウジング、内燃機関、車体など）に接触している車両の金属部分にねじ留めすることにより、車両マスへの弾性接触を確保する。

図１３及び図１４は、接触ゾーンの設計のためのジオメトリのバリエーションを示しており、図１２に示されるバリエーションと比較して、ネジ頭９がより容易な変形性／より低い剛性を有する。

この場合、変形可能ゾーンは常に、パンチング方向においてピンの幅上でネジ接触を有するマスピンの境界面上に実装される。これにより、幅がより高いゾーンにおいて、オーバーモールド工具内の対応する密閉用の密閉境界面が実装される。

１ 制御ユニット
２ ハウジング
３ 電子部品
４ ネジ受け穴
５ 取り付けネジ
６ ブリッジ要素
７ 第１の端部領域
８ 第２の端部領域
９ ネジ頭
１０ 支持領域
１１ 支持スリーブ
１２ 細長い穴
１３ 金属シート
１４ プリント回路基板
１５ 駆動モジュール
１６ 電気モータ
１７ アクチュエータ
１８ 主要部
１９ カバー
２０ スピンドルドライブ
２１ 外壁
２２ 受容輪郭
２３ 内部
２４ 環境
２５ プレスピン
２６ 中間領域
２７ 位置合わせ穴
２８ コネクタ領域
２９ 接触ピン
３０ 接触領域

Claims (10)

1. 自動車のための制御ユニット（１）であって、ハウジング（２）と、前記ハウジング（２）内に収容された少なくとも１つの電子部品（３）とを備え、前記ハウジング（２）には、取り付けネジ（５）を受け入れるための少なくとも１つのネジ受け穴（４）が設けられ、また金属からなり、かつ前記少なくとも１つの電子部品（３）のアース接続のために使用されるブリッジ要素（６）も存在し、前記ブリッジ要素（６）が、前記ハウジング（２）内に位置する第１の端部領域（７）を介して、前記電子部品（３）に電気的に接続されており、また前記ネジ受け穴（４）に沿って弾性的に変形可能な第２の端部領域（８）を介して、前記取り付けネジ（５）のネジ頭（９）の軸方向支持が意図された支持領域（１０）内に配置されている、制御ユニット（１）。
2. 前記ブリッジ要素（６）が、射出成形及び／又は機械的固定要素によって前記ハウジング（２）に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の制御ユニット（１）。
3. 前記ネジ受け穴（４）が、前記ハウジング（２）内に固定して収容された金属製の支持スリーブ（１１）によって形成されており、かつ前記ブリッジ要素（６）が、前記第２の端部領域（８）が前記支持スリーブ（１１）から軸方向において突き出るように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御ユニット（１）。
4. 前記第２の端部領域（８）に、前記ネジ受け穴（４）の長手方向に対して横方向に延在する細長い穴（１２）が設けられていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）。
5. 前記第２の端部領域（８）が、目形状、フック形状、又はＳ字形状となるように設計されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）。
6. 前記ブリッジ要素（６）が、均一なシート厚を有する金属シート（１３）から形成されていることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）。
7. 前記第２の端部領域（８）が、前記ネジ頭（９）が前記支持領域（１０）上に平面状に支持されているとき、更に弾性圧縮することができるように設計されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）。
8. 前記電子部品（３）が、プリント回路基板（１４）として設計されているか、又は前記プリント回路基板（１４）上に配置されていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）。
9. 自動車のパーキングロック作動のための駆動モジュール（１５）であって、前記駆動モジュール（１５）が、請求項１～８のいずれか一項に記載の制御ユニット（１）と、前記制御ユニット（１）に接続された電気モータ（１６）とを備える、駆動モジュール（１５）。
10. 前記電気モータ（１６）及び前記制御ユニット（１）が共通のハウジング（２）を有することを特徴とする、請求項９に記載の駆動モジュール（１５）。

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