WO2014188953A1 - 半導体リレー - Google Patents

Abstract

　有底筒状のケース（２）と、このケース（２）の開口部（２ａ）に係合可能なベース部（４）と、ケース（２）に内装され、半導体スイッチング素子が実装されている回路基板（３）と、ベース部（４）に設けられ、回路基板（３）と被取付体とを電気的に接続するための複数の端子（１２），（１３ａ），（１３ｂ），（１４ａ），（１４ｂ）と、を備え、ケース（２）の筒部（５）一部に、このケース（２）の熱を放熱するための放熱部（９）を設け、ケース（２）の中心軸に対して放熱部（９）とは反対側に、筒部（５）の側壁に沿うように回路基板（３）を配置した。

Description

半導体リレー

　本発明は、半導体リレーに関するものである。
　本願は、２０１３年５月２３日に、日本に出願された特願２０１３－１０９０００号、および２０１４年１月３１日に、日本に出願された特願２０１４－１７１２９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　従来から、電磁リレー等のいわゆるメカリレーの代替として、半導体リレーが知られている。半導体リレーとしては、例えば、開口部が長方形状になっている有底長四角形状のケースと、このケース内に設けられた半導体素子が実装される回路基板と、ケースの開口部を閉塞し、回路基板を支持するベースと、ベースに設けられ回路基板と被取付体とを電気的に接続するための複数のリード端子と、を備えたものがある。

　回路基板は、入力信号が通電される発光ダイオードを含む入力回路、及びその入力回路に入力される入力信号に応じて出力信号を出力する出力回路を備えている。また、回路基板は、ベースの略中央部に支持されると共に、ケースの略中央部に配置される。さらに、複数のリード端子は、ベースの長手方向に沿って２列に配置されている。そして、各リード端子と回路基板とが、各々接続端子を介して電気的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－７５６５号公報

　しかしながら、上述の従来技術にあっては、ケースの略中央部に回路基板が配置されているので、バランス的には良いものの、半導体素子とケースとの距離が離れてしまい放熱性を向上させることが困難となる。また、ケースが単純な有底長四角形状の箱型に形成されているので、ケースを小型化しにくい。この結果、半導体リレーの小型化に限界がある。
　また、複数のリード端子がベースの長手方向に沿って２列に配置されているので、半導体リレーが取り付けられる被取付体側で所望の配線を行う必要があり、半導体リレーを取り付けるための占有面積が大きくなる。

　本発明は、小型化ができ、且つ取付けスペースの省スペース化を図ることができる半導体リレーを提供する。

　本発明の第一の態様によれば、半導体リレーは、有底筒状のケースと、このケースの開口部に係合可能なベース部と、前記ケースに内装され、半導体スイッチング素子が実装されている回路基板と、前記ベース部に設けられ、前記回路基板と被取付体とを電気的に接続するための複数の端子と、を備え、前記ケースの周壁における外面の一部に、このケースの熱を放熱するための放熱部を設け、前記ケースの中心軸に対して前記放熱部とは反対側に、前記周壁に沿うように前記回路基板を配置した。

　このように、ケースに放熱部を設けることにより、ケースの放熱性を高めることができる。さらに、回路基板を放熱部とは反対側に寄せて配置することにより、ケースにおける放熱部の設置面積をできる限り大きくすることができる。このため、ケースを効率よく小型化することができ、この結果、半導体リレーを小型化できる。

　本発明の第二の態様によれば、本発明の第一の態様に係る半導体リレーにおいて、前記ケースは、前記中心軸と直交する方向の断面が略正方形となるように有底四角筒状に形成されており、前記ケースに、このケースの底面と前記周壁の一辺とに跨るように、前記ケースの一部を切除した切除部を形成し、この切除部に複数の放熱フィンを設け、これら切除部及び放熱フィンを、前記放熱部として構成した。

　このように構成することで、ケースを大型化することなく、放熱部をできる限り大きく形成することができる。このため、さらに効率よくケースを小型化することができる。

　本発明の第三の態様によれば、本発明の第二の態様に係る半導体リレーにおいて、前記切除部は、前記周壁のうち、前記中心軸に対して前記回路基板とは反対側に位置する一辺の中心軸方向略中央から前記底面の前記中心軸の通る箇所の近傍に至るまで形成されている。

　このように構成することで、ケースを効率よく小型化しつつ、放熱部を大きく形成することができる。

　本発明の第四の態様によれば、本発明の第二の態様若しくは第三の態様に係る半導体リレーにおいて、前記切除部は、前記周壁のうち、前記中心軸に対して前記回路基板とは反対側に位置する一辺の中心軸方向略中央と、前記底面の前記中心軸の通る箇所の近傍との間に跨るように形成された傾斜面である。

　このように構成することで、放熱部を通る空気の流れが良くなり、放熱部による放熱性を高めることができる。このため、さらに、ケースを小型化することが可能になる。

　本発明の第五の態様によれば、本発明の第一の態様から第四の態様の何れか一の態様に係る半導体リレーにおいて、前記ケースは、前記放熱部と共に熱伝導性の高い材料により一体成形されている。

　このように構成することで、放熱部の放熱性をさらに高めることができ、ケースをさらに小型化することができる。

　本発明の第六の態様によれば、本発明の第一の態様から第五の態様の何れか一の態様に係る半導体リレーにおいて、前記複数の端子は、前記ベース部の略中央に配置された信号線入力端子と、この信号線入力端子を含む同一線上に配置された一対の電源端子と、これら一対の電源端子を結ぶ線と直交する線に沿って配置された一対の出力端子と、を備えている。

　このように構成することで、半導体リレーを、ＩＳＯ－ＭｉｃｒｏやＩＳＯ－Ｍｉｎｉ（何れもＩＳＯ　７５８８参照）に準拠するリレーとすることができ、汎用性の高い半導体リレーを提供することが可能になる。このため、被取付体に直接半導体リレーを取り付けることが可能になり、半導体リレーの取付スペースの省スペース化を図ることができる。

　本発明の第七の態様によれば、本発明の第六の態様に係る半導体リレーにおいて、前記信号線入力端子には、前記半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御するための信号が入力され、前記出力端子からは、無段階の出力信号が出力される。

　このように構成することで、被取付体の駆動制御を精度よく行うことができ、被取付体の信頼性を向上したり、省電力化したりすることが可能になる。また、半導体リレーの発熱を抑えることができるので、ケースの放熱部を小型化できる。この結果、半導体リレーを小型化できる。

　本発明の第八の態様によれば、本発明の第一の態様から第七の態様の何れか一の態様に係る半導体リレーにおいて、前記ケース内に充填剤を封入した。

　このように構成することで、ケース内のシール性を高めることができる。また、ケースに内装された回路基板の絶縁性を高めることができる。さらに、回路基板から発生する熱が充填剤を介して効率よくケースに伝達されるので、回路基板から発生する熱を効率よく放熱させることができる。このため、ケース放熱面積を抑えることが可能になり、半導体リレーを小型化できる。

　上記の半導体リレーによれば、ケースに放熱部を設けることにより、ケースの放熱性を高めることができる。さらに、回路基板を放熱部とは反対側に寄せて配置することにより、ケースにおける放熱部の設置面積をできる限り大きくすることができる。このため、ケースを効率よく小型化することができ、この結果、半導体リレーを小型化できる。
　また、半導体リレーを、ＩＳＯ－ＭｉｃｒｏやＩＳＯ－Ｍｉｎｉ（ＩＳＯ　７５８８参照）に準拠するリレーとすることができ、汎用性の高い半導体リレーを提供することが可能になる。このため、被取付体に直接半導体リレーを取り付けることが可能になり、半導体リレーの取付スペースの省スペース化を図ることができる。

本発明の第１実施形態における半導体リレーの分解斜視図である。 本発明の第１実施形態における半導体リレーの斜視図である。 本発明の第１実施形態における半導体リレーのブロック図である。 本発明の第１実施形態における半導体リレーの側面図である。 本発明の第１実施形態におけるケースの斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるベース部と回路基板とを組み付けた斜視図である。 本発明の第１実施形態における半導体リレーをケースの開口部側からみた平面図である。 本発明の第１実施形態における係合爪の拡大断面図である。 本発明の第１実施形態における半導体リレーの動作説明図であって、半導体リレーに流れる電流を示す。 本発明の第１実施形態における半導体リレーの動作説明図であって、Ｈｉ側のＦＥＴ及びＬｏ側のＦＥＴと、Ｈｉ側の還流ダイオードの電力損失のタイミングチャートを示す。 本発明の第１実施形態におけるファンモータの回転数の変化を示すグラフである。 本発明の第１実施形態の第１変形例における端子の配置説明図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例における半導体リレーの動作説明図であって、半導体リレーに流れる電流を示す。 本発明の第１実施形態の第２変形例における半導体リレーの動作説明図であって、Ｈｉ側のＦＥＴ及びＬｏ側のＦＥＴと、Ｈｉ側の還流ダイオードの電力損失のタイミングチャートを示す。 本発明の第２実施形態におけるベース部と回路基板とを組み付けた斜視図である。 図１３のＡ部拡大図である。 本発明の第３実施形態におけるベース部と回路基板とを組み付けた斜視図であって、ベース部と回路基板との接続過程を示す。 本発明の第３実施形態におけるベース部と回路基板とを組み付けた斜視図であって、ベース部と回路基板との接続過程を示す。

（第１実施形態）
（半導体リレー）
　次に、本発明の第１実施形態を図１～図１２Ｂに基づいて説明する。
　図１は、半導体リレー１の分解斜視図、図２は、半導体リレー１の斜視図、図３は、半導体リレー１のブロック図である。
　図１～図３に示すように、半導体リレー１は、被取付体としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０に電気的に接続される。ＥＣＵ６０は、例えば車両に搭載されており、エンジン冷却用のファンモータＭを駆動するための駆動ドライバ６１を備えている。また、ＥＣＵ６０は、半導体リレー１への過電圧、過電流、過熱等に対する保護機能を有している。

　半導体リレー１は、有底筒状のケース２と、ケース２に内装されている回路基板３と、ケース２の開口部２ａに係合しその一部を閉塞可能なベース部４と、ベース部４に設けられ、回路基板３とＥＣＵ６０とを電気的に接続するための複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂとを備えている。そして、半導体リレー１は、ケース２の底部２ｂが鉛直方向下側に向く状態で車体に固定される。

（ケース）
　図４は、半導体リレー１の側面図である。図５は、ケース２の斜視図である。
　図４、図５に示すように、ケース２は、熱伝導性の高いアルミニウム材からなり、ダイキャスト製法により有底筒状に形成されている。ケース２の筒部５は、中心軸Ｃと直交する方向の断面が略正方形となるように形成されている。すなわち、筒部５は、第１側辺５ａ、第２側辺５ｂ、第３側辺５ｃ、及び第４側辺５ｄの４つの側辺から構成される。そして、中心軸Ｃを挟んで第１側辺５ａと第３側辺５ｃとが互いに対向している。また、中心軸Ｃを挟んで第２側辺５ｂと第４側辺５ｄとが互いに対向している。さらに、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃに対し、第２側辺５ｂ及び第４側辺５ｄが直交した状態になっている。

　このような構成のもと、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃの内面には、肉厚部６が形成されている。肉厚部６は、ケース２の底部２ｂから開口部２ａのやや手前に至るまで形成されている。
　また、肉厚部６には、中心軸Ｃ方向に沿って基板支持溝７が形成されている。さらに、基板支持溝７は、中心軸Ｃよりも第２側辺５ｂ寄りに形成されている。基板支持溝７は、回路基板３の組付け時のガイド機能を備えており、回路基板３がガイドされて挿入される。そして、基板支持溝７の最奥部まで回路基板３が挿入されると、ケース２に回路基板３が位置決め支持される。

　また、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃには、肉厚部６よりも開口部２ａ側に、それぞれ３つの孔８ａ，８ｂ，８ｃが周方向に沿って並んで形成されている。３つの孔８ａ，８ｂ，８ｃのうち、中央に形成されている孔８ｂは、後述するように、ケース２にベース部４の係合突起１５をスナップフィット固定するために用いられる。一方、孔８ｂを挟んで両側に形成されている孔８ａ，８ｃは、不図示の被取付体にケース２を固定するために、被取付体側に設けられた係合部材が係合するようになっている。

　さらに、ケース２の外面の一部には、放熱部９が一体成形されている。放熱部９は、ケース２の一部を切除してなる切除部１０と、この切除部１０上に一体成形された複数（この第１実施形態では５つ）の放熱フィン１１とにより構成されている。
　切除部１０は、第４側辺５ｄの中心軸Ｃ方向略中央から底部２ｂに向かって斜めに形成されている傾斜面１０ａと、この傾斜面１０ａの先端から底部２ｂに直交する方向に沿って屈曲延出されている垂直面１０ｂとにより構成されている。

　垂直面１０ｂは、底部２ｂの中心軸Ｃが通る位置よりも第２側辺５ｂ側、つまり、基板支持溝７が形成されている側に配置されている。また、垂直面１０ｂの表面積は、傾斜面１０ａの表面積に対して非常に小さい。すなわち、垂直面１０ｂと傾斜面１０ａは、底部２ｂの近傍で接続された状態になっている。

　このように形成された傾斜面１０ａ及び垂直面１０ｂ上に、複数の放熱フィン１１が一体成形されている。各放熱フィン１１は、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃの延在方向と同じ方向に延在するように立設された状態になっていると共に、第１側辺５ａと第３側辺５ｃとの間に並んで配置された状態になっている。
　また、放熱フィン１１は、ケース２の切除部１０によって切除された領域Ｒ１（図４参照）に収まる範囲に形成されている。すなわち、図４に詳示するように、放熱フィン１１は、切除部１０上にケース２の側面視が長方形状となる範囲で形成されている。

（ベース部）
　図６は、ベース部４と回路基板３とを組み付けた斜視図、図７は、半導体リレー１をケース２の開口部２ａ側からみた平面図である。
　図１、図６、図７に示すように、ベース部４は、ケース２の開口部２ａと係合しその一部を閉塞可能なように、直方体状に形成されている。より具体的には、ベース部４は、ケース２の開口部２ａのうち、第１側辺５ａ、第４側辺５ｄ、及び第３側辺５ｃにより囲まれ、且つ基板支持溝７よりも中心軸Ｃ側の領域Ｒ２を閉塞するように形成されている。すなわち、ケース２にベース部４を取り付けた状態では、ベース部４とケース２の第２側辺５ｂとの間に、隙間Ｓ１が形成される。

　また、図７に詳示するように、ベース部４には、ケース２とは反対側に向かって複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが立設されている。各端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、板状に形成されており、ＩＳＯ－Ｍｉｎｉに準拠するように配置されている。

　より具体的には、図２、図７に示すように、ベース部４の一面４ｄの略中央に、ケース２の第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃと板幅方向面が対向するように信号線入力端子１２が配置されている。信号線入力端子１２は、駆動ドライバ６１に電気的に接続され、この駆動ドライバ６１から出力される駆動信号を半導体リレー１に入力するための部材である。
　また、信号線入力端子１２を含み同一線上となるように、ケース２の第２側辺５ｂ側には、一対の電源端子をなす電源端子１３ａ、ＧＮＤ端子１３ｂが配置されている。さらに、電源端子１３ａは、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃと板厚方向が対向するように配置され、ＧＮＤ端子１３ｂは、第２側辺５ｂ及び第４側辺５ｄと板厚方向面が対向するように配置されている。電源端子１３ａ，ＧＮＤ端子１３ｂは、ＥＣＵ６０を介してバッテリ６２に電気的に接続されている。

　また、電源端子１３ａを挟んでケース２の第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃ側には、それぞれ出力端子１４ａ，１４ｂが配置されている。すなわち、出力端子１４ａ，１４ｂは、ＧＮＤ端子１３ｂ、信号線入力端子１２を結ぶ線Ｌ１と直交する線Ｌ２に沿って配置されている。
　出力端子１４ａ，１４ｂのうち、一方の出力端子１４ａは、第２側辺５ｂ及び第４側辺５ｄと板厚方向面が対向するように配置されており、他方の出力端子１４ｂは、第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃと板厚方向面が対向するように配置されている。出力端子１４ａ，１４ｂは、ファンモータＭに電気的に接続されており、駆動ドライバ６１からの出力信号に基づいて所定の電力をファンモータＭに出力する。

　このように配置された各端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、図６に詳示するように、ベース部４を貫通する状態でベース部４に固定されており、ベース部４のケース２側の端面に露出する部分は複数のバスバー１８となっている。各バスバー１８は、ベース部４の他方の一面４ｅ上（端子１２～１４ｂが突出している一面４ｄ側と反対の面上）を沿うように屈曲形成されている。そして、各バスバー１８の先端は、ベース部４の一面４ｅとベース部４の第２側辺５ｂ側の側面４ｃとの間の角部よりもやや外側（図７中下側）に突出した状態になっている。この突出した各バスバー１８の先端に、回路基板３が電気的に接続される。
　また、図６、図７に詳示するように、ベース部４の第１側辺５ａ側の側面４ａと、第３側辺５ｃ側の側面４ｂには、それぞれ３つの孔８ａ，８ｂ，８ｃのうちの中央に形成されている孔８ｂに対応する位置に、係合突起１５が一体成形されている。

　係合突起１５は、ケース２の開口部２ａにベース部４を取り付ける際、孔８ａに挿入されてケース２とベース部４とを係合する。そして、ケース２にベース部４がスナップフィット固定できる。また、係合突起１５には、ケース２側に傾斜面１５ａが形成されて先細り形状になっているので、ケース２内にベース部４を嵌め込む際、ケース２に係合突起１５が引っ掛かることがなく、この係合突起１５をスムーズに孔８ａに導くことができる。このため、ケース２にベース部４を容易にスナップフィット固定できる。

　また、ベース部４の第２側辺５ｂ側の側面４ｃは、回路基板３が取り付けられる基板取付面１６である。この基板取付面１６の長手方向両端には、回路基板３と係合する２つの係合爪１７が一体成形されている。

　図８は、係合爪１７の断面図である。
　図８に詳示するように、各係合爪１７は、一対の舌片爪１７ａ，１７ｂにより構成されている。各舌片爪１７ａ，１７ｂは、ベース部４の側面４ｃから立ち上がる支持部１７ａ１，１７ｂ１と、各支持部１７ａ１，１７ｂ１の先端に一体成形された爪部本体１７ａ２，１７ｂ２と、支持部１７ａ１，１７ｂ１の基端部分を連結する支柱部１７ｃにより構成されている。各支持部１７ａ１，１７ｂ１は、互いの間に形成された空間によって遠近方向に弾性変形可能に構成されており、回路基板３に形成されている係合孔１９にスナップフィット固定される。

　すなわち、爪部本体１７ａ２，１７ｂ２は、回路基板３の後述する係合孔１９に支持部１７ａ１，１７ｂ１を挿入した状態で、この支持部１７ａ１，１７ｂ１から回路基板３が脱落しないようにするための係止手段として構成されている。また、各舌片爪１７ａ，１７ｂは先端に向かうに従って先細りとなるように形成されており、回路基板３の係合孔１９に挿入しやすくなっている。

　ここで、ベース部４と回路基板３とを機械的に固定するための係合爪１７が、ベース部４の第２側辺５ｂ側の側面４ｃに形成されている一方、各端子１２～１４ｂと回路基板３とを電気的に接続するためのバスバー１８の先端が、ベース部４の一面４ｅとベース部４の第２側辺５ｂ側の側面４ｃとの間の角部よりもやや外側（図７中下側）に突出されている。このように、係合爪１７とバスバー１８の先端は、互いに近接配置された状態になっている。

（回路基板）
　図１、図３、図６、図７に示すように、回路基板３は平面視略長方形状のガラスエポキシ基板２０を有している。このガラスエポキシ基板２０がケース２に形成されている基板支持溝７にガイドされて挿入される。ガラスエポキシ基板２０のケース２への挿入側の端部には、平面取り部２０ａが形成されており、視認性を向上させることで、ケース２へのガラスエポキシ基板２０の誤組を防止できる。

　また、ガラスエポキシ基板２０のベース部４側の端部は、ベース部４の基板取付面１６に取り付けられるベース取付部２１を構成している。このベース取付部２１の係合爪１７に対応する部位に、２つの係合孔１９（図１参照）が形成されている。
　さらに、ガラスエポキシ基板２０は、ベース取付部２１に隣接する位置がバスバー取付部２１ａを構成している。このバスバー取付部２１ａにおける各バスバー１８の先端に対応する位置に、複数（この第１実施形態では５つ）のバスバー差込孔１９ａが形成されている。バスバー差込孔１９ａは、バスバー１８の先端の断面形状に対応するように、略長長方形状に形成されており、そのバスバー差込孔１９ａを囲むよう、ガラスエポキシ基板２０上の回路パターンの導電部が設けられている。そして、バスバー差込孔１９ａに各バスバー１８の先端を差込み、はんだ付け等によって回路基板３とバスバー１８とを電気的に接続する。

　また、図３、図６に詳示するように、ガラスエポキシ基板２０には、ハーフブリッジＩＣ２３やロジックＩＣ２８が実装されている。ハーフブリッジＩＣ２３は、バッテリ６２が電気的に接続される電源端子１３ａ，１３ｂ間に２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂを接続すると共に、各半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂにプリドライバ２５を接続して構成される回路である。尚、チョークコイル２２は回路上のノイズを除去する。

　各半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂは、それぞれＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２６ａ，２６ｂと、還流ダイオード２７ａ，２７ｂとを並列に接続した構成になっている。プリドライバ２５は、駆動ドライバ６１からの出力信号に基づいて、ＦＥＴ２６ａ，２６ｂを駆動させる。
　尚、以下の説明において、２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂのうち、バッテリ６２の正極側（Ｈｉ側）に配置されている半導体スイッチング素子２４ａのＦＥＴ２６ａ、還流ダイオード２７ａを、それぞれＨｉ側のＦＥＴ２６ａ、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａと称し、バッテリ６２の負極側（Ｌｏ側）に配置されている半導体スイッチング素子２４ｂのＦＥＴ２６ｂ、還流ダイオード２７ｂを、それぞれＬｏ側のＦＥＴ２６ｂ、Ｌｏ側の還流ダイオード２７ｂと称して説明する。

　ロジックＩＣ２８は、信号線入力端子１２を介してＥＣＵ６０に電気的に接続されていると共に、ハーフブリッジＩＣ２３のプリドライバ２５に接続されている。ロジックＩＣ２８は、ＥＣＵ６０の駆動ドライバ６１からの出力信号をハーフブリッジＩＣ２３を駆動可能とする信号に変換する。例えば、駆動ドライバ６１から出力された低周波ＰＷＭ信号を高周波ＰＷＭ信号に変換してハーフブリッジＩＣ２３に出力する。
　そして、このように構成された回路基板３の２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂのうち、Ｈｉ側の半導体スイッチング素子２４ａを挟んで両側に、ファンモータＭが接続された状態になっている。

（半導体リレーの組み立て方法）
　次に、半導体リレー１の組み立て方法について説明する。
　まず、各電子部品が実装された回路基板３の係合孔１９に、複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが固定されたベース部４の係合爪１７を挿入し、ベース部４に回路基板３をスナップフィット固定させる。そして、複数のバスバー１８を回路基板３上の所定の接続部と電気的に接続する。この状態で回路基板３のベース部４とは反対側端をケース２の開口部２ａに向け、さらに、ベース部４の係合突起１５とケース２の孔８ｂとの位置を合わせる。そして、ケース２の基板支持溝７にガイドされるように回路基板３をケース２に差し込む。

　回路基板３をケース２の底部２ｂまで押し込むと、ケース２の孔８ｂにベース部４の係合突起１５が挿入され、ケース２とベース部４とがスナップフィット固定される。これにより、ケース２内に、回路基板３とベース部４とが収納される。
　続いて、ベース部４とケース２の第２側辺５ｂとの間の隙間Ｓ１から充填剤Ｊ（図７参照）を注入する。これにより、半導体リレー１の組み立てが完了する。そして、組み立てられた半導体リレー１は、ケース２の底部２ｂを鉛直方向下側に向けた状態、つまり、ケース２の放熱部９を鉛直方向下側に向けた状態で車体に固定される。
　尚、充填剤Ｊとしては、エポキシ樹脂を主成分としたものや、シリコーン変性ポリマーを主成分としたもの等、難燃性、熱伝導性の高いものを用いることが望ましい。

（半導体リレーの動作）
　次に、図９Ａ～図１０に基づいて、半導体リレー１の動作について説明する。
　図９Ａは、半導体リレー１の動作説明図であり、半導体リレー１に流れる電流を示す。図９Ｂは、半導体リレー１の動作説明図であり、Ｈｉ側のＦＥＴ２９ａ及びＬｏ側のＦＥＴ２９ｂと、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａの電力損失のタイミングチャートを示す。
　図９Ａに示すように、ファンモータＭを駆動させる場合、Ｈｉ側の半導体スイッチング素子２４ａのＦＥＴ２６ａはＯＦＦ、Ｌｏ側の半導体スイッチング素子２４ｂのＦＥＴ２６ｂはＯＮになっている。これにより、ファンモータＭには、駆動電流Ｉｄが流れる。

　一方、ファンモータＭを停止させる場合、Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにする。このとき、ファンモータＭに駆動電流Ｉｄが流れなくなることに起因する起電力が生じる。このため、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮにすることにより、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａとファンモータＭとの間で閉回路を形成し、この閉回路に、起電力によって生じる誘導電流Ｉｙを流す。

　ここで、図９Ｂに示すように、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮするにあたって、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａとＬｏ側のＦＥＴ２６ｂとが同時にＯＮ状態とならないように、Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにしてから僅かに時間間隔をあけてＨｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮにしている。このため、Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにしてからＨｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮにする間、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａに誘導電流Ｉｙ’が流れ、還流ダイオード２７ａに電力損失が生じる。換言すれば、Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにしてからＨｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮにするまでの僅かな時間のみ、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａに電力損失が生じる。尚、Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにしてからＨｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮにするまでの時間は、例えば、数μ秒程度に設定されている。

　図１０は、縦軸をファンモータＭの回転数とし、横軸を時間としたときのファンモータＭの回転数の変化を示すグラフである。
　同図に示すように、ファンモータＭを駆動させるにあたって、半導体リレー１をＯＮ／ＯＦＦ制御するのみならず、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御することも可能である。このＰＷＭ制御を行う場合、ＰＷＭ制御を行うための信号がＥＣＵ６０の駆動ドライバ６１から出力され、半導体リレー１のロジックＩＣ２８を介してハーフブリッジＩＣ２３に信号が入力される。そして、このハーフブリッジＩＣ２３から無段階の出力信号が出力されることにより、ファンモータＭを所望の回転数で駆動させることができる。

　ここで、ハーフブリッジＩＣ２３に過電圧、過電流、過熱等が発生すると、信号入力端子１２がＧＮＤレベルまで落ちる。ＥＣＵ６０は、信号入力端子１２がＧＮＤレベルまで落ちていることを検出すると、ハーフブリッジＩＣ２３が故障していると判断する。
　また、上述のように回路基板３を駆動させると還流ダイオード２７ａ，２７ｂの電力損失等により熱が発生する。この熱は、回路基板３を介し、ケース２内に充填されている充填剤Ｊを介してケース２に伝達され、ケース２から放熱される。

（ケースの放熱作用）
　次に、図２、図４に基づいてケース２の放熱作用について説明する。
　ケース２は、全体が熱伝導性の高いアルミダイキャストにより形成されており、且つ筒部５の中心軸Ｃと直交する方向の断面が略正方形となるように形成されているので、ケース２全体から回路基板３の熱が放熱される。これに加え、ケース２には、切除部１０と複数の放熱フィン１１からなる放熱部９が形成されているので、ケース２を単純に有底四角筒状に形成した場合と比較してケース２の表面積が大きくなっている。このため、この分、ケース２の放熱性が向上している。

　ここで、ケース２が放熱されることにより、ケース２の周囲に上昇気流が生じる。このとき、半導体リレー１は、ケース２の底部２ｂを鉛直方向下側に向けた状態で車体に固定された場合には、切除部１０にも上昇気流が通過する。切除部１０は、傾斜面１０ａと傾斜面１０ａの底部２ｂ側の端部からこの底部２ｂに直交する方向に沿って屈曲延出されている垂直面１０ｂとにより構成されている。このため、切除部１０に沿って上昇気流が淀みなく通過し、放熱部９の放熱性がさらに向上する（図２における矢印参照）。

（効果）
　したがって、上述の第１実施形態によれば、底部２ｂを鉛直方向下側に向けた状態で車体に固定した場合、ケース２全体から回路基板３の熱を効率よく放熱することができるので、放熱性を考慮してケース２を大型化する必要がなく、この結果、半導体リレー１を小型化できる。
　ここで、ケース２に形成されている基板支持溝７は、中心軸Ｃよりも第２側辺５ｂ寄りに形成されている（図４、図５参照）。つまり、回路基板３は、中心軸Ｃよりも第２側辺５ｂ寄りに配置されていることになる。このため、ケース２の中心軸Ｃの近傍から第４側辺５ｄに至る間に、放熱部９をできる限り大きく形成することができる。よって、ケース２の放熱面積をできる限り大きくすることができ、ケース２を確実に小型化できる。
　尚、底部２ｂを鉛直方向上側に向けた状態で車体に固定した場合にも、同様に、ケース２全体から回路基板３の熱を効率よく放熱することができる。

　また、回路基板３が従来のようにケース２の中央に配置されておらず、中心軸Ｃよりも第２側辺５ｂ寄りに配置されているので、この第２側辺５ｂにも回路基板３からの熱が伝達され易くなり、回路基板３の熱をさらに効率よく放熱することができる。
　これに加え、ケース２内に充填剤Ｊが充填されているので、ケース２に回路基板３からの熱をさらに効率よく伝達することができる。また、ケース２内に充填剤Ｊを充填することにより、ケース２内のシール性を高めることができると共に、回路基板３の絶縁性を高めることができる。
　また、例えば半導体リレー１が外部から衝撃を受けた際、充填剤Ｊが緩衝剤の役割を果たし、外部衝撃によって各端子１２～１４ｂと回路基板３との電気的接続部に加わる負荷を軽減したり、回路基板３の損傷を防止したりすることができる。

　さらに、ケース２の内面に基板支持溝７を形成し、この基板支持溝７に回路基板３を差し込むようにして半導体リレー１を組み立てるようになっている。このため、ケース２内で回路基板３がガタツクことなく、回路基板３を確実に固定できる。また、基板支持溝７が、ケース２内へ回路基板３を導くためのガイドとして機能するので、回路基板３の組み付け性を向上させることができる。

　そして、ベース部４の略中央に信号線入力端子１２が配置され、この信号線入力端子１２を挟んで両側に、それぞれ電源端子１３ａ，１３ｂが配置されている。さらに、各電源端子１３ａ，１３ｂを結ぶ線Ｌ１と直交する線Ｌ２に沿って出力端子１４ａ，１４ｂが配置されている。このように、複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂは、ＩＳＯ－Ｍｉｎｉに準拠するように配置されているので、汎用性の高い半導体リレー１とすることができる。このため、ＥＣＵ６０などに電気的に接続されるリレーボックス内に直接半導体リレー１を取り付けることが可能になり、半導体リレー１の取付スペースの省スペース化を図ることができる。

　また、半導体リレー１の回路基板３には、バッテリ６２の正負極間（電源端子１３ａ，１３ｂ間）に接続されるように２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂが実装されている。そして、２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂのうち、Ｈｉ側の半導体スイッチング素子２４ａを挟んだ両側に、ファンモータＭが接続される。このような構成のもと、ファンモータＭを停止させるにあたってＬｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＦＦにした後、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＮすることによって、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａの電力損失をできる限り小さくできる。すなわち、従来の半導体リレーにおける還流ダイオードの電力損失と比較して、この電力損失を十分小さくすることができる。このため、半導体リレー１を駆動させた際に発生する熱を抑制することができる。よって、さらにケース２を小型化することができ、この結果、半導体リレー１を極力小型化することができる。

　さらに、ファンモータＭを駆動させるにあたって、半導体リレー１をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することができる。このように、ＰＷＭ制御を行うことによって、ファンモータＭの回転数を容易に変化させることができると共に、回路基板３から発生する熱をさらに低減することができる。このため、より確実に半導体リレー１を小型化することが可能になる。また、ファンモータＭの駆動制御を精度よく行うことが可能になる。

　また、ベース部４の側面４ｃに係合爪１７を一体成形し、この係合爪１７と回路基板３とをスナップフィット固定しているので、係合爪１７によって、ベース部４と回路基板３との位置決めを容易に行うことができると共に、ベース部４と回路基板３とを容易、且つ確実に固定できる。
　さらに、ベース部４と回路基板３とを機械的に固定するための係合爪１７と、各端子１２～１４ｂと回路基板３とを電気的に接続するための各バスバー１８の先端とが、互いに近接配置されている。すなわち、各端子１２～１４ｂと回路基板３との電気的接続部の強度を、この電気的接続部に近接した位置において機械的に係合爪１７で補助できる。このため、振動等によって各端子１２～１４ｂと回路基板３との電気的接続が絶たれてしまうことを防止できる。

　尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
　例えば、上述の実施形態では、車両に搭載されるエンジン冷却用のファンモータＭを駆動するための駆動ドライバ６１に半導体リレー１を適用した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、さまざまな電気機器に半導体リレー１を用いることができる。

　また、半導体リレー１の複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを以下のように配置することもできる。

（第１実施形態の第１変形例）
　上述の第１実施形態では、複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが、ＩＳＯ－Ｍｉｎｉに準拠するように配置されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、図１１に示すように、複数の端子１２，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを、ＩＳＯ－Ｍｉｃｒｏに準拠するように配置してもよい。このような場合であっても、ベース部４の略中央に信号線入力端子１２がケース２の第２側辺５ｂ及び第４側辺５ｄと板厚方向面が対向するように配置され、この信号線入力端子１２を挟んで両側に、それぞれ電源端子１３ａ，１３ｂが並列状に配置されている。さらに、各電源端子１３ａ，１３ｂを結ぶ線Ｌ１と直交する線Ｌ２に沿って出力端子１４ａ，１４ｂがケース２の第１側辺５ａ及び第３側辺５ｃと板厚方向面が対向するように配置されている。

　また、上述の第１実施形態では、回路基板３の２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂのうち、Ｈｉ側の半導体スイッチング素子２４ａを挟んで両側に、ファンモータＭが接続された状態になっている。しかしながら、これに限られるものではなく、以下のように、回路基板３にファンモータＭを接続してもよい。

（第１実施形態の第２変形例）
　図１２Ａ、図１２Ｂは、半導体リレー１の第２変形例における動作説明図である。そして、図１２Ａは、半導体リレー１に流れる電流を示し、図１２Ｂは、Ｈｉ側のＦＥＴ２９ａ及びＬｏ側のＦＥＴ２９ｂと、Ｈｉ側の還流ダイオード２７ａの電力損失のタイミングチャートを示す。
　ここで、図１２Ａに示すように、ファンモータＭは、回路基板３の２つの半導体スイッチング素子２４ａ，２４ｂのうち、Ｌｏ側の半導体スイッチング素子２４ｂを挟んで両側に接続されている。

　このような構成のもと、ファンモータＭを駆動させる場合、Ｈｉ側の半導体スイッチング素子２４ａのＦＥＴ２６ａをＯＮとし、Ｌｏ側の半導体スイッチング素子２４ｂのＦＥＴ２６ｂをＯＦＦとする。これにより、ファンモータＭには、駆動電流Ｉｄが流れる。
　一方、ファンモータＭを停止させる場合、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＦＦにする。そして、このＨｉ側のＦＥＴ２６ａとＬｏ側のＦＥＴ２６ｂとが同時にＯＮ状態とならないように、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＦＦにしてから僅かに時間間隔をあけてＬｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＮにする。

　Ｌｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＮにすることにより、このＬｏ側のＦＥＴ２６ｂとファンモータＭとの間で閉回路が形成され、この閉回路に、起電力によって生じる誘導電流Ｉｙが流れる。ここで、Ｈｉ側のＦＥＴ２６ａをＯＦＦにしてからＬｏ側のＦＥＴ２６ｂをＯＮにする間、Ｌｏ側の還流ダイオード２７ｂに誘導電流Ｉｙ’が流れ、還流ダイオード２７ｂに僅かに電力損失が生じる。
　このように、Ｌｏ側の半導体スイッチング素子２４ｂを挟んで両側にファンモータＭを接続した場合であっても、上述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第２実施形態）
　次に、この発明の第２実施形態を、図１３、図１４に基づいて説明する。
　図１３は、第２実施形態におけるベース部４と回路基板３とを組み付けた斜視図、図１４は、図１３のＡ部拡大図である。なお、以下の実施形態において、前述の第１実施形態と同一態様には同一符号を付して説明を省略する。
　図１３、図１４に示すように、前述の第１実施形態と第２実施形態との相違点は、バスバー１８の先端と回路基板３との接続状態が異なる点にある。

　より具体的には、各バスバー１８の先端には、プレスフィット接続部１８ａが一体成形されている。一方、ガラスエポキシ基板２０には、プレスフィット接続部１８ａが圧入可能な略円形状のバスバー差込孔３９ａが形成されており、そのバスバー差込孔３９ａの内周面には、ガラスエポキシ基板２０上に配策された回路パターンと繋がった導電部が設けられている。そして、ガラスエポキシ基板２０のバスバー差込孔３９ａにプレスフィット接続部１８ａを圧入することにより、ガラスエポキシ基板２０とバスバー１８とがプレスフィット接続され、同時に電気的接続も行われる。
　なお、プレスフィット接続とは、バスバー差込孔３９ａにプレスフィット接続部１８ａを圧入後に、このプレスフィット接続部１８ａの反発力により回路基板３とバスバー１８とを電気的に接続することをいう。

　したがって、上述の第２実施形態によれば、前述の第１実施形態と同様の効果に加え、回路基板３とバスバー１８との接続をさらに容易に行うことが可能になる。

（第３実施形態）
　次に、この発明の第３実施形態を、図１５Ａ、図１５Ｂに基づいて説明する。
　図１５Ａ、図１５Ｂは、ベース部４と回路基板３とを組み付けた斜視図であって、それぞれベース部４と回路基板３との接続過程を示す。
　図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、前述の第２実施形態と第３実施形態との相違点は、第２実施形態ではベース部４と回路基板３との固定が第１実施形態と同様にスナップフィット固定であるのに対し、第３実施形態では、ベース部４と回路基板３との固定が熱かしめにより行われる点にある。

　より具体的には、ベース部４の側面４ｃには、ガラスエポキシ基板２０の係合孔１９に対応する位置に、この係合孔１９に挿入可能な突起３５が一体成形されている。
　このような構成のもと、ベース部４とガラスエポキシ基板２０とを固定するには、まず、ガラスエポキシ基板２０の係合孔１９に突起３５を挿入するようにベース部４を取り付ける（図１５Ａ参照）。
　次に、ガラスエポキシ基板２０の係合孔１９を介して突出した突起３５の先端を加熱し、この突起３５の先端を溶融する（図１５Ｂ参照）。この突起３５の先端を溶融することにより形成された溶融部３５ａが、ガラスエポキシ基板２０からのベース部４の脱落を防止する係止手段として機能する。

　したがって、上述の第３実施形態によれば、突起３５（溶融部３５ａ）およびベース部４と回路基板３とが密着するので、前述の第２実施形態と同様の効果に加え、回路基板３に対するベース部４のガタツキを防止できる。このため、バスバー１８と回路基板３との電気的接続をより確実に安定させることが可能になる。

　上記した半導体リレーによれば、ケースに放熱部を設けることにより、ケースの放熱性を高めることができる。さらに、回路基板を放熱部とは反対側に寄せて配置することにより、ケースにおける放熱部の設置面積をできる限り大きくすることができる。このため、ケースを効率よく小型化することができ、この結果、半導体リレーを小型化できる。
　また、半導体リレーを、ＩＳＯ－ＭｉｃｒｏやＩＳＯ－Ｍｉｎｉ（ＩＳＯ　７５８８参照）に準拠するリレーとすることができ、汎用性の高い半導体リレーを提供することが可能になる。このため、被取付体に直接半導体リレーを取り付けることが可能になり、半導体リレーの取付スペースの省スペース化を図ることができる。

　１　　半導体リレー
　２　　ケース
　２ｂ　　底部（底面）
　３　　回路基板
　４　　ベース部
　５　　筒部（周壁）
　１０　　切除部
　１０ａ　　傾斜面
　１１　　放熱フィン
　１２　　信号線入力端子
　１３ａ　　電源端子
　１３ｂ　　ＧＮＤ端子
　１４ａ，１４ｂ　　出力端子
　２３　　ハーフブリッジＩＣ
　２４ａ，２４ｂ　　半導体スイッチング素子
　２６ａ，２６ｂ　　ＦＥＴ
　２７ａ，２７ｂ　　還流ダイオード
　２８　　ロジックＩＣ
　６０　　ＥＣＵ（被取付体）
　６１　　駆動ドライバ（被取付体）
　Ｃ　　中心軸
　Ｊ　　充填剤

Claims (8)

1. 　有底筒状のケースと、
   　このケースの開口部に係合可能なベース部と、
   　前記ケースに内装され、半導体スイッチング素子が実装されている回路基板と、
   　前記ベース部に設けられ、前記回路基板と被取付体とを電気的に接続するための複数の端子と、を備え、
   　前記ケースの周壁における外面の一部に、このケースの熱を放熱するための放熱部を設け、
   　前記ケースの中心軸に対して前記放熱部とは反対側に、前記周壁に沿うように前記回路基板を配置した半導体リレー。
2. 　前記ケースは、前記中心軸と直交する方向の断面が略正方形となるように有底四角筒状に形成されており、
   　前記ケースに、このケースの底面と前記周壁の一辺とに跨るように、前記ケースの一部を切除した切除部を形成し、この切除部に複数の放熱フィンを設け、
   　これら切除部及び放熱フィンを、前記放熱部として構成した請求項１に記載の半導体リレー。
3. 　前記切除部は、前記周壁のうち、前記中心軸に対して前記回路基板とは反対側に位置する一辺の中心軸方向略中央から前記底面の前記中心軸の通る箇所の近傍に至るまで形成されている請求項２に記載の半導体リレー。
4. 　前記切除部は、前記周壁のうち、前記中心軸に対して前記回路基板とは反対側に位置する一辺の中心軸方向略中央と、前記底面の前記中心軸の通る箇所の近傍との間に跨るように形成された傾斜面である請求項２又は請求項３に記載の半導体リレー。
5. 　前記ケースは、前記放熱部と共に熱伝動性の高い材料により一体成形されている請求項１～請求項４の何れか１項に記載の半導体リレー。
6. 　前記複数の端子は、
   　　前記ベース部の略中央に配置された信号線入力端子と、
   　　この信号線入力端子を含む同一線上に配置された一対の電源端子と、
   　　これら一対の電源端子を結ぶ線と直交する線に沿って配置された一対の出力端子と、
   　を備えている請求項１～請求項５の何れか１項に記載の半導体リレー。
7. 　前記信号線入力端子には、前記半導体スイッチング素子をＰＷＭ制御するための信号が入力され、
   　前記出力端子からは、無段階の出力信号が出力される請求項６に記載の半導体リレー。
8. 　前記ケース内に充填剤を封入した請求項１～請求項７の何れか１項に記載の半導体リレー。

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