JP5655761B2 - 車両用計器 - Google Patents

Description

本発明は、車両用計器に関する。

従来、車速や残存燃料量等の車両状態量を表示する計器板と、計器板の背後に設けられて計器板による表示を制御する制御回路部とを備える車両用計器が、知られている。このような車両用計器の制御回路部では、車両用計器の使用時に電流が流れることでジュールの法則により熱が発生するため、一般的に、通気孔が形成される皿状のカバーで制御回路部を覆い、通気孔を出入りする空気の自然対流により制御回路部の冷却を行うようにしている。

さて、特許文献１に開示の車両用計器では、放熱部材とともに制御回路部の有する回路基板が計器板の背後においてカバーにより覆われるとともに、放熱部材に設けられる複数のフィンの先端に対向する複数の通気孔がカバーの底面に形成されている。ここで、フィンの先端に通気孔が対向していることで、フィンから通気孔までの距離が最短となり、効率的な放熱が可能となるのである。

特開２０１１−２４１０号公報

ところで、一般的に、回路基板上に形成される例えば銅等の配線パターン間には電位差があることにより、高い温度環境下では、電界によって電子が回路基板上の非金属媒体の上や中を移動するエレクトロマイグレーションが懸念される。先述したように、エレクトロマイグレーションは、高温環境下で発生するため、車両用計器のための対策として、特許文献１に記載される放熱構造により、カバー内部での通気性を向上させることは、有効である。

また、配線パターン間に電位差があることにより、高い湿度環境下では、配線パターンの金属成分が溶け出して配線パターンをショートさせるイオンマイグレーションが懸念される。イオンマイグレーションは、高い湿度環境下で発生するため、回路基板の上に放熱部材が設けられ、カバーの底部には通気孔を形成される特許文献１に記載の構造では、湿気を含む空気は、配線パターンへ触れる可能性を有する状態で入ってしまうため、イオンマイグレーションが生じる恐れがある。

特許文献１に開示の車両用計器において、上述したように、イオンマイグレーションの発生の恐れが懸念されるため、回路基板を覆うカバーの内部への湿気の流入は、極力減らす必要がある。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、放熱構造の確保と、イオンマイグレーションの発生の抑制とを、効率よく両立可能な車両用計器の通気構造を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、車両状態量を表示する計器板と、計器板の背後に設けられて、計器板による表示を制御する制御回路部と、計器板の背後において制御回路部を覆う皿状のカバーとを備え、制御回路部は回路部品が実装される実装面上に配線パターンが形成される回路基板を有し、複数の回路部品は、低温部品と低温部品よりも高温になる高温部品とを含み、カバーは、低温部品を密閉状態にて覆う低温カバー部と、低温部品よりも上方において高温部品を通気可能に覆っている高温カバー部と、低温カバー部は、上方の高温カバー部が形成する内外を通気可能な通気孔へ向かうほど凹んで底面により空気を案内する案内凹部を形成し、案内凹部の底面は、重力方向に沿って配置される。

このような請求項１に記載の発明では、制御回路部をなす低温部品の発熱により、皿状カバーのうち低温カバー部外では、当該低温カバー部に形成される案内凹部内にて空気がある程度温度上昇する。ここで案内凹部は、上方の高温カバー部が形成する通気孔へ向かうほど凹むため、温度上昇により比重が軽くなって自然対流する空気は、案内凹部の底面により当該通気孔へと案内されて高温カバー部内に流入する。さらに、制御回路部によって低温部品よりも高温となる高温部品の発熱により、皿状カバーのうち高温カバー部内にて大きく温度上昇する流入空気は、高温カバー部に形成される通気孔を通じて、高温カバー部内よりも低温側となる高温カバー部外へと放出され得る。これらによれば、高温カバー部の内外を確実に通気して、高温となる高温部品からの放熱効率を高めた放熱構造を確保することができるのである。

加えて、高温部品よりも低温となる低温部品を密閉状態にて覆う低温カバー内では、空気の温度上昇を抑えつつも一定の低い湿度を保ち得る。しかも、高温カバー部内にて高温部品の発熱により温度上昇した空気は、比重が軽いので、高温カバー部外へ放出されると、上方へ移動する。その結果、高温カバー部よりも下方にて低温カバー部に覆われる低温部品は、高温部品の発熱の影響を受け難くもなる。これらによれば、高湿度且つ高温空気の低温カバー部内への流入を規制して、低温部品が実装される回路基板上の配線パターン間にてイオンマイグレーションの発生を抑制できるのである。

以上によると、放熱構造の確保につき、発熱が問題となる高温部品に限定して、イオンマイグレーションの抑制と両立させることが可能となる。

また、請求項１に記載の発明によると、重力方向に沿って底面が配置される案内凹部の内部では、当該底面に沿って空気が自然対流するので、上方の高温カバー部が形成する通気孔へと案内され易くなる。これによれば、高温カバー部内にて高温部品から空気への放熱効率を高めた放熱構造の確保を、イオンマイグレーションの抑制と両立して達成可能となる。

請求項２に記載の発明によると、計器板に対する案内凹部底面の角度は、重力方向に対する計器板の車両における取付角度と等しい。このような構成では、重力方向に対して計器板を取付角度だけ傾けて車両に取付けると、計器板に対する角度が当該取付角度と等しい案内凹部底面は、重力方向に確実に沿った面となる。これによれば、車両における計器板の取付けに伴って、空気の自然対流を阻害しない案内凹部底面の配置を実現して、当該底面の案内空気による高効率放熱構造の確保を達成できるのである。

請求項３に記載の発明によると、制御回路部は、重力方向に沿って実装面に実装されて、高温部品の熱を放射する複数の放熱フィンを有し、高温カバー部は、複数の放熱フィンとともに高温部品を覆う。このような構成では、案内凹部により案内された空気が通気孔を通じて流入する高温カバー部内では、流入空気が重力方向に沿った複数の放熱フィンに接触しながら上方へと流れることで、高温部品の熱が効果的に放射され得る。これによれば、高温部品の自然冷却を促進することができるので、高温カバー部内における放熱効率を高めた放熱構造の確保を、イオンマイグレーションの抑制と両立して達成可能となる。

請求項４に記載の発明によると、複数の通気孔は高温カバー部の下部に設けられて案内凹部と連通している下部通気孔と、高温カバー部の上部に設けられる上部通気孔とを有する。このような構成では、高温部品の熱により高温カバー部内にて温度上昇した空気は、比重が軽くなることで自然対流し、上方へと移動する。その結果、高温カバー部上部の上部通気孔を通じて空気が外部放出されると同時に、高温カバー部下部の下部通気孔を通じて案内凹部の案内空気が内部流入し易くなる。これによれば、高温部品の自然冷却を促進することができるので、高温カバー部内における放熱効率を高めた放熱構造の確保を、イオンマイグレーションの抑制と両立して達成可能なる。

本発明の一実施形態による車両用計器を示す正面図である。 図１のII−II線断面図である。 図２の特徴部分を拡大して示す断面図である。 図２のカバーを示す斜視図である。 図２の放熱フィンを示す斜視図である。

（基本構成）
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、車両用計器１の基本構成を説明する。図１に示すように、本発明の一実施形態による車両用計器１は、車両において運転席前方のインストルメントパネルに計器として設置される。車両用計器１は、車両状態量を表示して運転者に視認させるための計器板２０、指針２１、第一光源３０、第二光源４０、制御回路部５０、ケース８０、カバー９０等が設けられている。

例えばポリカーボネ―トあるいはアクリル等の樹脂から形成されている計器板２０には、目盛部２４及び数字部２５が設けられているとともに、それら目盛部２４及び数字部２５を除く部分に着色層が設けられている。目盛部２４及び数字部２５は、本実施形態では、車両状態量としての車速を指針２１により指示するための指標２４，２５であり、第二光源４０からの光が計器板２０の背後からと透過可能に形成されている。

指針２１は、計器板２０の前面に沿って回転可能に設けられている。指針２１は、回転中心Ｏ周りの回転位置に応じて、先端部２１ｂにより指標２４，２５を指示する。

第一光源３０及び第二光源４０は、チップタイプの発光ダイオードからなり、それぞれ複数ずつ計器板２０の背後に配置されている。ここで各第一光源３０は、計器板２０の図示しない通孔を通じて指針２１の基端部２１ａと向き合っており、通電により白色に発光することで当該基端部２１ａに光を入射する。その結果、基端部２１ａへの入射光が指針２１の内部を先端部２１ｂへ向かって導光されることで、指針２１が発光することになる。また、一方、各第二光源４０は、計器板２０のうち指標２４，２５が並ぶ円周部分と向き合っており、通電により白色に発光することで当該指標２４，２５に光を入射する。その結果、入射光の透過により指標２４，２５が発光表示されることになる。

制御回路部５０は、回路基板５１のうち回路部品５３が実装される実装面５１ａ上に配線パターン５２を有してなり、計器板２０の背後に設けられる。制御回路部５０は、第一光源３０及び第二光源４０の駆動と、指針２１の駆動を制御する。

ケース８０は、例えばポリプロピレン等の樹脂により形成され、計器板２０の背後に設けられている。ケース８０には、計器板２０、回路基板５１、後述するカバー９０等が固定されている。ケース８０は、第一光源３０と第二光源４０とをそれぞれ別個に囲っているため、囲みの外部へ光を漏らすことなく指標２４，２５と指針２１とそれぞれ集中して光を透過させることが可能である。

カバー９０は、例えばポリプロピレン等の樹脂により皿状に形成され、計器板２０の背後で回路基板５１、配線パターン５２及び回路部品５３を覆うように設けられている。

（特徴）
次に、車両用計器１の特徴について詳細に説明する。図２に示すように計器板２０は、重力方向に対して角度θだけ傾けられた状態で車両に取付けられ、この計器板２０に対して回路基板５１が略平行に配置されている。

図２，３に示すように制御回路部５０は、指針２１や光源３０，４０を駆動するための電気部品又は電子部品として複数の回路部品５３を備えている。回路基板５１の実装面５１ａ上に実装される各回路部品５３は、当該実装面５１ａ上に形成の配線パターン５２と電気接続され、指針２１や光源３０，４０の駆動のために通電されることで発熱する。各回路部品５３は、発熱温度に応じて高温部品５３ａと低温部品５３ｂとに分類されている。

回路部品５３のうち低温部品５３ｂには、本実施形態では、指針２１を駆動するステッピングモータやマイコン等が含まれている。低温部品５３ｂは、車両用計器１を駆動させる際の消費電力が高温部品５３ａよりも小さい回路部品５３であり、消費電力がジュール熱に変換されることによる発熱が小さいものとなっている。これにより低温部品５３ｂの発熱温度は、例えば１００℃以下の比較的低い温度となる。低温部品５３ｂは、回路基板５１の実装面５１ａのうち上部を除く箇所、即ち重力方向の中間部から下部に至る領域に配置されている。

回路部品５３のうち高温部品５３ａには、本実施形態では、車両のウィンカーを駆動するレギュレーター等が含まれている。高温部品５３ａは、車両用計器１を駆動させる際の消費電力が低温部品５３ｂよりも大きい回路部品５３であり、消費電力がジュール熱に変換されることによる発熱の大きいものとなっている。これにより高温部品５３ａは、低温部品５３ｂよりも高温、例えば１００℃以上の温度となる。高温部品５３ａは、回路基板５１の実装面５１ａのうち上部、即ち低温部品５３ｂよりも上方に複数の放熱フィン５４と共に配置されている。

ここで各放熱フィン５４は、熱抵抗の小さい例えばアルミニウムや銅等の金属により、図５の如き比較的大きな表面積の板状に形成され、一つのヒートシンクとして一体となっている。各放熱フィン５４の内面及び外面は、重力方向に沿う形態に配置されている。

図２〜４に示すようにカバー９０は、それぞれ個別の皿状に形成されてなる複数のカバー部９０ａ，９０ｂを、有している。高温カバー部９０ａの周縁部は、回路基板５１の実装面５１ａのうち高温部品５３ａ及び放熱フィン５４の設けられた上部に対して気密に固定されている。高温カバー部９０ａは、内外を通気する複数の通気孔９１を有している。通気孔９１のうち下部通気孔９１ｂは、高温カバー部９０ａの底壁の下側角部に複数形成され、それぞれ当該高温カバー部９０ａをスリット状に貫通している。通気孔９１のうち上部通気孔９１ａは、高温カバー部９０ａの底壁の上側角部に複数形成され、それぞれ各下部通気孔９１ｂとは重力方向に重ならない箇所にて当該高温カバー部９０ａをスリット状に貫通している。以上の構成により高温カバー部９０ａは、各通気孔９１ａ，９１ｂにより内外を通気可能な状態で、高温部品５３ａ及び放熱フィン５４を低温部品５３ｂよりも上方において覆っている。

一方、低温カバー部９０ｂの周縁部は、回路基板５１の実装面５１ａのうち低温部品５３ｂの設けられた領域に固定されることで、当該低温部品５３ｂを密閉状態にて覆っている。低温カバー部９０ｂは、上方に位置する高温カバー部９０ａの下部通気孔９１ｂへ向かうほど凹む案内凹部９２を、形成している。案内凹部９２において低温カバー部９０ｂの底壁から前方の回路基板５１側へ凹んだ底面９２ａは、低温カバー部９０ｂの外部のうち、案内凹部９２の内部に露出し、底面９２ａは、本実施形態では平坦面状に形成され、車両における計器板２０の取付角度θと等しい角度分、回路基板５１に対して傾いている。これにより、底面９２ａが重力方向に沿った配置となっている案内凹部９２の内部では、低温カバー部９０ｂ内の低温部品５３ｂの発熱により温められた空気が、図３の白抜矢印の如く当該底面９２ａにより上方の下部通気孔９１ｂへ案内される。

以上の車両用計器１によると、低温部品５３ｂの発熱により低温カバー部９０ｂ外では、当該低温カバー部９０ｂに形成される案内凹部９２内にて空気がある程度温度上昇する。ここで案内凹部９２は、上方の高温カバー部９０ａが形成する下部通気孔９１ｂへ向かうほど凹むため、温度上昇により比重が軽くなって自然対流する空気は、案内凹部９２の底面９２ａにより当該下部通気孔９１ｂへと案内されて高温カバー部９０ａ内に流入する。さらに、低温部品５３ｂよりも高温となる高温部品５３ａの発熱により、高温カバー部９０ａ内にて大きく温度上昇する流入空気は、高温カバー部９０ａに形成される上下の各通気孔９１ａ，９１ｂを通じて、高温カバー部９０ａ内よりも低温側となる高温カバー部９０ａ外へと放出され得る。これらによれば、高温カバー部９０ａの内外を確実に通気して、高温となる高温部品５３ａからの放熱効率を高めた放熱構造を確保することができるのである。

加えて、高温部品５３aよりも低温となる低温部品５３ｂを密閉状態にて覆う低温カバー部９０ｂ内では、空気の温度上昇を抑えつつも一定の低い湿度を保ち得る。しかも、高温カバー部９０a内にて高温部品５３aの発熱により温度上昇した空気は、比重が軽いので、高温カバー部９０a外へ放出されると、上方へ移動する。その結果、高温カバー部９０aよりも下方にて低温カバー部９０ｂに覆われる低温部品５３ｂは、高温部品５３aの発熱の影響を受け難くもなる。これらによれば、高湿度且つ高温空気の低温カバー部９０ｂ内への流入を規制して、低温部品５３ｂが実装される回路基板５１上の配線パターン５２間にてイオンマイグレーションの発生を抑制できるのである。

また加えて車両用計器１では、重力方向に対して計器板２０を取付角度θだけ傾けて車両に取付けると、計器板２０に対する角度が当該取付角度θと等しい案内凹部９２の底面９２ａは、重力方向に確実に沿った面となる。これによれば、車両における計器板２０の取付けに伴って、空気の自然対流を阻害しない底面９２ａの配置を実現して、その後の取付状態では、底面９２ａに沿った自然対流により案内凹部９２内部の空気が上方の下部通気孔９１ｂへ案内され易くなる。したがって、底面９２ａの案内空気による高効率放熱構造の確保を達成できるのである。

またさらに加えて、案内凹部９２により案内された空気が各下部通気孔９１ｂを通じて流入する高温カバー部９０ａ内では、流入空気が重力方向に沿った複数の放熱フィン５４に接触して高温部品５３ａの熱を受けながら、上方へと流れる。その結果、高温カバー部９０ａ内にて温度上昇した空気は、比重が軽くなることで自然対流し、上方へと移動することで、各上部通気孔９１ａから高温カバー部９０ａ外へと放出され得る。また同時に、各下部通気孔９１ｂを通じて案内凹部９２の案内空気が高温カバー部９０ａ内へ流入し易くなるので、当該高温カバー部９０ａ内外の通気性が高められる。以上によれば、高温部品５３ａの熱を効果的に放射して自然冷却を促進し得るので、高温カバー部９０ａ内における放熱効率を高めた放熱構造の確保を、イオンマイグレーションの抑制と両立して達成できる。

したがって、ここまで説明した車両用計器１によると、放熱構造の確保につき、発熱が問題となる高温部品５３ａに限定して、イオンマイグレーションの抑制と両立させることが可能となるのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

具体的に、上記実施形態の上部通気孔９１ａ及び下部通気孔９１ｂについては、それぞれ一つずつ設けてもしてもよいし、互いに重力方向に重ねて設けてもよいし、一方のみを設ける構成としてもよい。また、上記実施形態の放熱フィン５４については、設けない構成としてもよい。

１ 車両用計器、２０ 計器板、２１ 指針、３０ 第一光源、４０ 第二光源、５０ 制御回路部、５１ 回路基板、５１ａ 実装面、５２ 配線パターン、５３ 回路部品、５３ａ 高温部品、５３ｂ 低温部品、５３ｃ 駆動源、５４ 放熱フィン、９０ カバー、９０ａ 高温カバー部、９０ｂ 低温カバー部、９１ 通気孔、９１ａ 上部通気孔、９１ｂ 下部通気孔、９２ 案内凹部、９２ａ 底面

Claims (4)

1. 車両状態量を表示する計器板と、
   前記計器板の背後に設けられて、前記計器板による表示を制御する制御回路部と、
   前記計器板の背後において前記制御回路部を覆うカバーとを備え、
   前記制御回路部は回路部品が実装される実装面上に配線パターンが形成される回路基板を有し、
   複数の前記回路部品は、低温部品と前記低温部品よりも高温になる高温部品とを含み、
   前記カバーは、前記低温部品を密閉状態にて覆う低温カバー部と、
   前記低温部品よりも上方において前記高温部品を通気可能に覆っている高温カバー部と、
   前記低温カバー部は、上方の前記高温カバー部が形成する内外を通気可能な通気孔へ向かうほど凹んで底面により空気を案内する案内凹部を形成し、
   前記案内凹部の前記底面は、重力方向に沿って配置されることを特徴とする車両用計器。
2. 前記計器板に対する前記案内凹部の前記底面の角度は、重力方向に対する前記計器板の車両における取付角度と等しいことを特徴とする請求項１に記載の車両用計器。
3. 前記制御回路部は、重力方向に沿って前記実装面に実装されて、前記高温部品の熱を放射する複数の放熱フィンを有し、
   前記高温カバー部は、複数の前記放熱フィンとともに前記高温部品を覆うことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用計器。
4. 複数の前記通気孔は前記高温カバー部の下部に設けられて前記案内凹部と連通している下部通気孔と、
   前記高温カバー部の上部に設けられる上部通気孔とを有す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車両用計器。

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