JP5293156B2 - 電気接続箱 - Google Patents

Description

本発明は、電気接続箱に関する。

従来より、車両に搭載されて、ライト、ポンプ等の車載電装品の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、電子部品が実装された回路基板を収容してなる。この回路基板は、固定部材を介してケースに固定されており、ケースの壁面と離間した状態でケース内に収容されている。
特開平１１−２７４７６６号公報

図１３に、上記の構成に係る電気接続箱において、通電時に、電子部品５０又は回路基板５１で発生した熱の伝達経路を示す。上記の構成によると、通電時に電子部品５０で発生した熱は、回路基板５１とケース５２との間の空気層５３に伝達される。また、電子部品５０から回路基板５１に伝達された熱、及び回路基板５１から発生した熱も、回路基板５１とケース５２との間の空気層５３に伝達される。その後、熱は、空気層５３からケース５２に伝達され、ケース５２の表面からケース５２の外部空間５４に放散される。

しかしながら、空気は比較的に熱伝導率が小さいので、電子部品５０又は回路基板５１から発生した熱がケース５２内にこもり、ケース５２の内部が局所的に高温になることが懸念される。ケース５２の内部が局所的に高温になると、例えば、電子部品５０と回路基板５１とが半田付けにより接続されている場合には、半田付け部分にクラックが生じる等の問題が生じ、電子部品５０と回路基板５１との接続部分の接続信頼性が低下す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、ケース内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、底壁の側縁から立ち上がる側壁を有するケースと、前記ケース内に収容されると共に電子部品が実装された回路基板と、を備えた電気接続箱であって、前記回路基板は第１の面、及び第２の面を有し、前記回路基板の第２の面には絶縁性の伝熱部材を介して金属製の放熱部材が積層されており、前記回路基板は、前記ケース内において前記放熱部材が前記ケースの底壁側に位置する姿勢で配されており、前記ケースの底壁には窓部が開口して形成されているとともに、前記ケースの底壁には前記放熱部材の外縁に倣う形状のリブが前記放熱部材の厚さ寸法と実質的に同じ突出高さ寸法で突出し、前記リブに囲まれた領域の内側に、前記窓部が形成されており、前記放熱部材は前記窓部を塞ぐように配されて前記ケースの外部に露出しており、前記底壁と前記側壁に囲まれた空間内には充填材が充填されており、前記回路基板の前記第１の面及び前記電子部品は前記充填材により覆われており、前記充填材の表面は前記ケースの外部に露出していることを特徴とする。

本発明によれば、電子部品で発生した熱は、電子部品を覆う充填材に伝達される。この充填材はケースの外部に露出しているから、充填材に伝達された熱は、充填材のうち外部に露出した表面からケースの外部空間に放散される。

また、電子部品から回路基板に伝達された熱、及び回路基板で発生した熱の一部は、回路基板の第１の面から充填材に伝達され、充填材内を伝導して充填材の表面に到達し、ケースの外部空間に放散される。

さらに、電子部品から回路基板に伝達された熱、及び回路基板で発生した熱の一部は、回路基板の第２の面から伝熱部材を介して放熱部材に伝達された後、窓部から露出する放熱部材からケースの外部空間に放散される。

このように、本発明においては、熱の伝達経路の中に空気層が介在しないので、電気接続箱のケース内が局所的に高温になることを抑制できる。この結果、電子部品と回路基板との間の接続信頼性を向上させることができる。

本発明の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記充填材のヤング率は０．０１ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であってもよい。

ケース内に充填材を充填した後、充填材が固化する際に充填材が収縮し、回路基板に実装された電子部品に対して力が加わることが懸念される。また、電気接続箱の使用時（例えば、車載電装品に対するスイッチング時）においても、充填材の熱伸縮により電子部品に対して力が加わることが懸念される。すると、電子部品と回路基板との接続部分に力が加わり、電子部品と回路基板との間の接続信頼性が低下することが懸念される。上記の構成によれば、充填材のヤング率は０．０１ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下なので、充填材が固化する際、又は電気接続箱の使用時に電子部品と回路基板との接続部分に大きな力が加わることを抑制できる。これにより、電子部品と回路基板との間の接続信頼性を向上させることができる。

前記充填材は、前記ケースの底壁及び側壁に囲まれた空間内に合成樹脂材を射出成形することにより充填されていてもよい。

上記の構成によれば、充填材として、例えば防水ゲルを用いる場合に比べて、充填材の硬化時間を短縮することができる。

前記回路基板の第１の面には相手側コネクタと嵌合可能なコネクタが配設されており、前記コネクタにはコネクタ端子が配設されており、前記コネクタ端子の一方の端部は前記コネクタ内に配されて前記相手側コネクタと電気的に接続可能とされており、前記コネクタ端子の他方の端部は前記回路基板に電気的に接続されており、前記コネクタの外壁には、前記コネクタ端子を、前記回路基板と反対側の方向から覆うカバー部が形成されていてもよい。

上記の構成によれば、充填材を射出成形する際に、金型がコネクタ端子と干渉することを抑制できる。

本発明によれば、電気接続箱のケース内が局所的に高温になることを抑制できる。

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、図示しない車両に搭載されて、ランプ、エアコン、ポンプ等の車載電装品（図示せず）のスイッチングを実行する。図４に示すように、電気接続箱１０は、ケース１１と、このケース１１内に収容された回路基板１２と、を備える。なお、以下の説明においては、図４における上側を表側とし、下側を裏側として説明する。

（ケース１１）
図４に示すように、ケース１１は、合成樹脂製であって、底壁１３と、この底壁１３の側縁から表側（図４における上方）に立ち上がる側壁１４と、を備える。ケース１１は、表側に開口する、浅い皿状に形成されている。図１及び図２に示すように、ケース１１は表側から見て、略矩形状をなしている。

図４に示すように、ケース１１の底壁１３の内面(表側の面）には、表側（図４における上方）に突出するリブ１５が形成されている。図４及び図７に示すように、リブ１５は閉じたループ状をなしている。

図７に示すように、ケース１１の底壁１３には、リブ１５に囲まれた領域の内側に、底壁１３を貫通する複数の窓部１６が開口して形成されている。各窓部１６の孔縁は矩形状をなしている。

（回路基板１２）
図４に示すように、ケース１１内には回路基板１２が収容されている。回路基板１２は、その板面が、ケース１１の底壁１３と実質的に平行になるように配されている。実質的に平行とは、回路基板１２の板面がケース１１の底壁１３と平行である場合を含むと共に、平行でなくても、略平行と認められるような場合を含む。

回路基板１２の表面３６（図４における上面、特許請求の範囲に記載の第１の面に相当）には、プリント配線技術により導電路（図示せず）が形成されている。回路基板１２の表面３６には電子部品１７が実装されており、電子部品１７は上記の導電路に電気的に接続されている。電子部品１７と導電路とは、半田付け等、公知の手法により接続されている。なお、回路基板１２の裏面３７（図４における下面、特許請求の範囲に記載の第２の面に相当）に導電路が形成されていてもよい。

図５に示すように、回路基板１２の裏面３７（図５における下面）には、絶縁性の伝熱部材１８を介して金属製の放熱部材１９が積層されている。伝熱部材１８としては、合成樹脂ペースト、合成樹脂製のシート、プリプレグ、接着剤、接着シート等、任意の材料を用いることができる。

図４に示すように、回路基板１２は、ケース１１内において放熱部材１９がケース１１の底壁１３側（図４における下側）に位置する姿勢で配されている。放熱部材１９は金属板材からなる。図４及び図７に示すように、ケース１１の底壁１３に形成されたリブ１５は、放熱部材１９の外縁に倣う形状に形成されている。これにより、リブ１５に囲まれた領域内に放熱部材１９を嵌め入れることにより、放熱部材１９はケース１１内において、底壁１３の壁面に沿う方向について位置決めされるようになっている。リブ１５の、底壁１３からの表裏方向（図４における上下方向）についての突出高さ寸法は、放熱部材１９の表裏方向の厚さ寸法と、実質的に同じに設定されている。実質的に同じとは、リブ１５の突出高さ寸法と放熱部材１９の厚さ寸法が同じである場合を含むと共に、両寸法が異なっていても略同じ場合を含む。

図４に示すように、放熱部材１９は、底壁１３の窓部１６を塞ぐようにして底壁１３に配されている。放熱部材１９の裏面３７（図４における下面）のうち、窓部１６を覆う部分は、ケース１１の外部に露出している。

図６に示すように、回路基板１２には、その板面を貫通する貫通孔２０Ａが形成されている。ケース１１の底壁１３には、回路基板１２がケース１１内の正規位置に収容された状態において、回路基板１２の貫通孔２０Ａと対応する位置に、表裏方向（図６における上下方向）に形成されて、表側に開口する有底孔２１が形成されている。回路基板１２は、貫通孔２０Ａに挿通されたボルト２２Ａを有底孔２１に螺合することにより、ケース１１にボルト止めされている。

（コネクタ２３）
図６に示すように、回路基板１２の表面３６（図６における上面）には、合成樹脂製のコネクタ２３が取り付けられている。コネクタ２３は、図示しない相手側コネクタと嵌合可能なコネクタハウジング２４と、コネクタハウジング２４の裏面３７側（図６における下側）に配された底板２５と、を有する。本実施形態においては、コネクタハウジング２４は、図１に示すように、図１における左奥方から右手前側に向かう方向に複数並んで形成されている。

図８に示すように、底板２５は、ケース１１の表側の開口に嵌め込まれようになっている。図９に示すように、底板２５は、ケース１１の表側の開口のうち、図９における略上半分を塞ぐようになっている。図８に示すように、ケース１１の側壁１４の端縁には、底板２５と整合する位置に凹部２６が形成されており、この凹部２６内に、底板２５の側縁が嵌合するようになっている。

図６に示すように、コネクタハウジング２４の裏面３７（図６における下面）には、回路基板１２側に突出する取り付け部２７が設けられている。この取り付け部２７には、取り付け部２７の突出する方向（図６の上下方向）に、止め孔２８が形成されている。回路基板１２には、ネジ止め孔２８に対応する位置に、その板面を貫通する貫通孔２０Ｂが形成されている。コネクタ２３は、回路基板１２の貫通孔２０Ｂに挿通されたネジ２２Ｂをネジ止め孔２８に螺合することにより、回路基板１２にネジ止めされている。底壁１３に形成されたリブ１５の、底壁１３からの突出高さ寸法は、ネジ２２Ｂの頭部の表裏方向（図６における上下方向）の厚さ寸法よりも大きく設定されている。これにより、コネクタ２３がネジ止めされた状態の回路基板１２を、ケース１１内の正規位置に配しても、ネジ２２Ｂの頭部がケース１１の底壁１３と干渉することを抑制できるようになっている。

図４に示すように、コネクタ２３には、モールド成形されることにおりコネクタ端子２９が配されている。コネクタ２３のコネクタハウジング２４内には、コネクタ端子２９の一方の端部が配されている。コネクタハウジング２４内に相手側コネクタが嵌合することにより、相手側コネクタとコネクタ端子２９とが電気的に接続される。

コネクタ端子２９の他方の端部は、回路基板１２側（図４における下側）に向かって直角に曲げ加工されており、コネクタハウジング２４から回路基板１２側に突出して回路基板１２に形成された挿通孔３０内に挿通されている。コネクタ端子２９の他方の端部は回路基板１２の挿通孔３０に挿通された状態で、半田付け、プレスフィット等の公知の手法により、回路基板１２の導電路と電気的に接続されている。底壁１３に形成されたリブ１５により、回路基板１２と、ケース１１の底壁１３との間には隙間が形成されている。これにより、コネクタ端子２９の他方の端部と、ケース１１の底壁１３とが干渉することを抑制できるようになっている。

図４における右側に位置するコネクタ２３の外壁には、コネクタ端子２９を、回路基板１２と反対側（表側）から覆うカバー部３１が形成されている。本実施形態では、コネクタ端子２９はカバー部３１内に埋設されている。なお、カバー部３１は、コネクタ端子２９を回路基板１２と反対側から覆っていればよく、コネクタ端子２９を内部に埋設していなくてもよい。

（充填材３２）
図４に示すように、ケース１１の底壁１３と、側壁１４とで囲まれた空間内には、充填材３２が充填されている。充填材３２は合成樹脂材からなり、底壁１３及び側壁１４に囲まれた空間内に射出成形されてなる。回路基板１２の表面３６（図４における上面）は、充填材３２により覆われている。また、回路基板１２に実装された電子部品１７の表面も覆われている。充填材３２は、側壁１４の端縁と同じ高さまで充填されている。図１及び図２に示すように、充填材３２の表面はケース１１の外部に露出しており、ケース１１の一部を構成している。図２に示すように、ケース１１の表側の開口は、コネクタ２３の底板２５及び充填材３２で塞がれている。

充填材３２を構成する合成樹脂材としては、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン等を用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、メラミン樹脂等を用いることができる。合成樹脂材のヤング率としては、射出成形時に溶融した樹脂から、回路基板１２に実装された電子部品１７に加わる圧力を低減できるので、０．０１ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下が好ましい。また、合成樹脂材を射出成形する際の溶融温度としては、回路基板１２と電子部品１７との半田付け部分が軟化することを抑制できるので、２３０℃以下が好ましい。

続いて、本実施形態の作用、効果について説明する。まず、電気接続箱１０の製造工程の一例を説明する。回路基板１２にプリント配線技術により導電路を形成し、この導電路と電子部品１７とを、例えばリフロー半田付けにより接続する。

ついで、コネクタ端子２９をモールド成形することによりコネクタ２３を形成し、このコネクタ２３を、回路基板１２にネジ止めする。次に、回路基板１２の挿通孔３０に挿通されたコネクタ端子２９を、例えばフロー半田付けにより接続する。

次に、ケース１１の底壁１３に形成されたリブ１５に囲まれた領域内に放熱部材１９を嵌め入れる。その後、放熱部材１９の上に伝熱部材１８を積層し、この伝熱部材１８の上に回路基板１２を重ねる。ついで、回路基板１２をケース１１にボルト止めする（図１０参照）。

図１１に示すように、上下一対の金型３３のうち、下側に位置する下型３４の上に、回路基板１２が固定されたケース１１を載置する。次いで、上方から、上型３５を接近させ、下型３４と、上型３５とで、回路基板１２が固定された状態のケース１１を挟む。このとき、コネクタ２３のカバー部３１により、コネクタ端子２９と上型３５とが干渉することが抑制される。その後、金型３３のキャビティ内に溶融状態の合成樹脂を注入することにより射出成形する。

以下に、成形条件の一例を挙げる。例えば、合成樹脂材としては、ヤング率が０．１０ＧＰａ〜０．１ＧＰａのポリアミド、ポリエステルを用い、射出成形時における合成樹脂材の溶融温度としては、１１０℃〜２３０℃とし、合成樹脂の吐出圧としては１ＭＰａ〜９ＭＰａとし、保圧としては、１ＭＰａ〜５ＭＰａとすることができる。

ケース１１の底壁１３、及び側壁１４に囲まれた空間内に充填材３２が充填されることにより、本実施形態に係る電気接続箱１０が完成する。

図１２に、本実施形態に係る電気接続箱１０において、通電時に電子部品１７又は回路基板１２で発生した熱の伝達経路を示す。本実施形態によれば、電子部品１７で発生した熱は、電子部品１７を覆う充填材３２に伝達される。この充填材３２はケース１１の外部に露出しているから、充填材３２に伝達された熱は、充填材３２のうち外部に露出した表面からケース１１の外部空間４０に放散される。

また、電子部品１７から回路基板１２に伝達された熱、及び回路基板１２で発生した熱の一部は、回路基板１２の表面３６から充填材３２に伝達され、充填材３２内を伝導して充填材３２の表面に到達し、ケース１１の外部空間４０に放散される。

さらに、電子部品１７から回路基板１２に伝達された熱、及び回路基板１２で発生した熱の一部は、回路基板１２の裏面３７から伝熱部材１８を介して放熱部材１９に伝達された後、窓部１６から露出する放熱部材１９からケース１１の外部空間４０に放散される。

このように、本実施形態に係る電気接続箱１０においては、熱の伝達経路の中に空気層が介在しない。これにより、電気接続箱１０のケース１１内が局所的に高温になることを抑制できる。この結果、電子部品１７と回路基板１２との間の接続信頼性を向上させることができる。

また、射出成形時において、溶融した充填材３２が固化する際に、充填材３２が収縮し、回路基板１２に実装された電子部品１７に対して力が加わることが懸念される。また、電気接続箱１０の使用時において、車載電装品に対してスイッチングを実行すると、通電時には電子部品１７から熱が発生して充填材３２は熱膨張し、断電時には充填材３２から熱が放散されて充填材３２は収縮する。このような充填材３２の熱伸縮により、電子部品１７に対して力が加わることが懸念される。すると、電子部品１７と回路基板１２との接続部分に力が加わり、電子部品１７と回路基板１２との間の接続信頼性が低下することが懸念される。本実施形態によれば、充填材３２のヤング率は０．０１ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下なので、充填材３２が固化する際、又は電気接続箱１０の使用時に電子部品１７と回路基板１２との接続部分に大きな力が加わることを抑制できる。これにより、電子部品１７と回路基板１２との間の接続信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、充填材３２は、ケース１１の底壁１３及び側壁１４に囲まれた空間内に合成樹脂材を射出成形することにより充填されている。これにより、充填材３２として、例えば防水ゲルを用いる場合に比べて、充填材３２の硬化時間を短縮することができる。

また、本実施形態によれば、コネクタ２３の外壁には、コネクタ端子２９を、回路基板１２と反対側の方向から覆うカバー部３１が形成されている。これにより、充填材３２を射出成形する際に、金型３３がコネクタ端子２９と干渉することを抑制できる。

＜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）放熱部材１９には、窓部１６からケース１１の外部に露出する領域にフィンが形成されていてもよい。
（２）充填材３２は、合成樹脂材を射出成形してなる構成としたが、これに限られず、液体状の充填材３２を底壁１３及び側壁１４に囲まれた空間内に流し込み、その後、固化させてもよい。
（３）充填材３２としては、いわゆる防水ゲルを用いてもよい。
（４）コネクタ端子２９は、コネクタ２３に圧入されることによりコネクタハウジング２４内に配される構成としてもよい。このとき、カバー部３１が、コネクタ端子２９を回路基板１２と反対側から覆う構成としてもよい。なお、コネクタ端子２９と金型３３との干渉を抑制できる場合には、カバー部３１は省略できる。

本発明の一実施形態に係る電気接続箱を示す斜視図 電気接続箱を示す平面図 電気接続箱を示す正面図 図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図 回路基板、伝熱部材、及び放熱部材を示す拡大断面図 図３におけるＶＩ−ＶＩ線断面図 電気接続箱を示す分解斜視図 ケース内に充填材を充填する前の状態を示す斜視図 ケース内に充填材を充填する前の状態を示す平面図 ケース内に充填材を充填する前の状態を示す断面図 金型内にケース及び回路基板を配した状態を示す断面図 本実施形態に係る電気接続箱における熱の伝達経路を示す流れ図 従来技術に係る電気接続箱における熱の伝達経路を示す流れ図

符号の説明

１０…電気接続箱
１１…ケース
１２…回路基板
１３…底壁
１４…側壁
１６…窓部
１７…電子部品
１８…伝熱部材
１９…放熱部材
２３…コネクタ
２９…コネクタ端子
３１…カバー部
３２…充填材
３６…表面（第１の面）
３７…裏面（第２の面）

Claims (4)

1. 底壁の側縁から立ち上がる側壁を有するケースと、前記ケース内に収容されると共に電子部品が実装された回路基板と、を備えた電気接続箱であって、
   前記回路基板は第１の面、及び第２の面を有し、前記回路基板の第２の面には絶縁性の伝熱部材を介して金属製の放熱部材が積層されており、前記回路基板は、前記ケース内において前記放熱部材が前記ケースの底壁側に位置する姿勢で配されており、前記ケースの底壁には窓部が開口して形成されているとともに、前記ケースの底壁には前記放熱部材の外縁に倣う形状のリブが前記放熱部材の厚さ寸法と実質的に同じ突出高さ寸法で突出し、前記リブに囲まれた領域の内側に、前記窓部が形成されており、前記放熱部材は前記窓部を塞ぐように配されて前記ケースの外部に露出しており、
   前記底壁と前記側壁に囲まれた空間内には充填材が充填されており、前記回路基板の前記第１の面及び前記電子部品は前記充填材により覆われており、前記充填材の表面は前記ケースの外部に露出していることを特徴とする電気接続箱。
2. 前記充填材のヤング率は０．０１ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気接続箱。
3. 前記充填材は、前記ケースの底壁及び側壁に囲まれた空間内に合成樹脂材を射出成形することにより充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気接続箱。
4. 前記回路基板の第１の面には相手側コネクタと嵌合可能なコネクタが配設されており、前記コネクタにはコネクタ端子が配設されており、前記コネクタ端子の一方の端部は前記コネクタ内に配されて前記相手側コネクタと電気的に接続可能とされており、前記コネクタ端子の他方の端部は前記回路基板に電気的に接続されており、
   前記コネクタの外壁には、前記コネクタ端子を、前記回路基板と反対側の方向から覆うカバー部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電気接続箱。

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