JP6587213B2 - 配電基板 - Google Patents

Description

本発明は、配電基板に関する。

車両に搭載されて、メインバッテリとサブバッテリとの間で電力の供給形態を切り替える機能、或いは電源から各種の車載電装品に電力を分配する機能を有する配電基板として、バスバーを有する回路構成体と、この回路構成体に実装されるスイッチング素子等の電子部品とを備える基板が知られている。

上記配電基板には電源からの大電流が流れるため、回路構成体や電子部品からの発熱量はそれに応じて比較的大きなものとなる。そこで、回路構成体に放熱部材を取り付け、発生する熱を放熱部材から放熱することが行われている（例えば、特許文献１）。特許文献１には、放熱部材が、絶縁層及び接着層を介してバスバーに接着されることが開示されている。

特開２００３−１６４０３９号公報

バスバーと放熱部材との間に介在される接着層の接着力が弱いと、バスバーと放熱部材とが剥がれる虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、バスバーと放熱部材との接着力に優れる配電基板を提供することにある。

本発明の一態様に係る配電基板は、バスバーと、前記バスバーの一面に接着層を介して配置される放熱部材とを備え、前記バスバーは、前記接着層側に開口すると共に、前記接着層の構成材料が充填される凹部を備える。

上記配電基板は、バスバーと放熱部材との接着力に優れる。

実施形態１に係る配電基板を備える基板ユニットを示し、上部カバーを取り外した状態の概略斜視図である。 実施形態１に係る配電基板を備える基板ユニットを示す概略分解斜視図である。 実施形態１に係る配電基板を備える基板ユニットの概略拡大部分断面図である。 実施形態２に係る配電基板を備える基板ユニットを示し、上部カバーを取り外した状態の概略斜視図である。 実施形態３に係る配電基板を備える基板ユニットの概略拡大部分断面図である。

［本発明の実施形態の説明］
最初に、本発明の実施形態を列記して説明する。

（１）本発明の実施形態に係る配電基板は、バスバーと、前記バスバーの一面に接着層を介して配置される放熱部材とを備え、前記バスバーは、前記接着層側に開口すると共に、前記接着層の構成材料が充填される凹部を備える。

上記構成によれば、バスバーに凹部を備えることで、凹部の開口縁部を経て凹部の内面に亘ってバスバーと接着層とが接着される。つまり、バスバーと接着層とは、放熱部材に沿った水平面に加え、水平面と交差する交差面でも接着される。そのため、凹部を備えない場合に比較して、この接着層を介して配置されるバスバーと放熱部材との接着力を向上できる。よって、上記実施形態に係る配電基板は、配電基板に大きな機械的負荷がかかったとしても、バスバーと放熱部材との接着力に優れる。

（２）上記の配電基板の一例として、前記凹部は、前記接着層側の接着面と前記接着面と対向する対向面とを貫通する貫通孔、前記接着面と前記対向面とを貫通すると共に、前記バスバーの側面に至る切欠き、及び前記接着面に開口部を有する有底の窪みのいずれか一つである形態が挙げられる。

凹部が貫通孔である場合、凹部の接着面側の開口縁部から対向面側の開口縁部に亘ってバスバーと接着層とを接着することができ、バスバーと接着層との接着面積の増加により接着力をより強固にできる。凹部が切欠きである場合も、凹部の接着面側の開口縁部から対向面側の開口縁部に亘ってバスバーと接着層とを接着することができる。凹部が有底の窪みである場合、バスバーの対向面側が底面となるため、凹部の開口縁部を経て凹部の側面（上記交差面）及び底面（上記水平面）でバスバーと接着層とが接着されることになる。そのため、バスバーと接着層との接着面積を向上でき、バスバーと接着層との接着力をより強固にできる。また、凹部が有底の窪みである場合、凹部が貫通孔である場合に比較して、バスバーの導通領域を確保することができる。

（３）上記の配電基板の一例として、前記バスバーは、前記接着層と接着する本体部と、前記本体部と一体に成形され、前記本体部から延びる延設部とを備え、前記延設部は、その先端側にボルトが貫通するボルト孔を備え、前記本体部側に前記凹部を備える形態が挙げられる。

電線（ワイヤーハーネス）の一端部に接続された端子は、ボルト及びナットを用いてバスバーに固定される。このボルトが貫通するボルト孔を延設部の先端側に備える場合、ナットの回動により、延設部の本体部側と接着層との間に負荷が生じ易い。延設部の本体部側に凹部を備えることで、ボルトに対するナットの回動に伴って配電基板に大きな機械的負荷がかかったとしても、バスバーと放熱部材との接着力の低下を効果的に抑制できる。

（４）バスバーにボルト孔を有する延設部を備える上記の配電基板の一例として、前記凹部は、前記ボルトに対するナットの回動に伴う力が作用する位置に設けられている形態が挙げられる。

ボルトが貫通するボルト孔を延設部の先端側に備える場合、凹部がボルトに対するナットの回動に伴う力が作用する位置に設けられることで、バスバーと放熱部材との接着力の低下をより効果的に抑制できる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る配電基板を詳細に説明する。図中の同一符号は、同一名称物を示す。なお、図３及び図５では、説明の便宜上、接着層及び絶縁層の厚みを厚くしている。

≪実施形態１≫
図１〜３を参照して、実施形態１の配電基板１αを説明する。配電基板１αは、基板ユニット１００に備えられるものである。基板ユニット１００は、例えば、自動車等の車両において、車載電装品への電力供給の切り替えに使用されるものである。以下、まず配電基板１αについて説明し、その後にこの配電基板１αを備える基板ユニット１００について説明する。

〔配電基板〕
配電基板１αは、バスバー３０を有する回路構成体と、バスバー３０の一面に接着層４０を介して配置される放熱部材６０とを備える。実施形態１の配電基板１αの主たる特徴とするところは、バスバー３０が、接着層４０側に開口すると共に、接着層４０の構成材料が充填される凹部３６を備える点にある。本例では、凹部３６は、接着層４０側の接着面３０ｍ(図３)と、接着面３０ｍと対向する対向面３０ｎ（図１，３）とを貫通する貫通孔３６ｈである。以下、各構成を詳細に説明する。

（回路構成体）
回路構成体は、回路基板１０と、回路基板１０に重なるバスバー３０とを備える。回路基板１０は、図１，２に示すように、後述するバスバー３０上に配置され、バスバー３０の配置面と反対側の面に、導電パターン（図示せず）が形成された略矩形状のプリント基板である。導電パターンが構成する導電路は、制御用の導電路（回路の一部）である。回路基板１０には、スイッチング素子等の電子部品（図示せず）やコネクタ部２０が実装されている。コネクタ部２０には、図示しない外部の制御装置等の相手側コネクタ部が接続される。

・バスバー
バスバー３０は、図１，２に示すように、回路基板１０が配置される本体部３２と、本体部３２と一体に成形されると共に、本体部３２から延びる延設部３４とを備える。バスバー３０の本体部３２は、例えば絶縁性の接着剤や接着シート等を介して、回路基板１０の導電パターンの形成面と反対側の面に固定される。これにより、回路基板１０とバスバー３０とは、一体物として取り扱える。また、バスバー３０の本体部３２は、回路基板１０の配置面と反対側の面に、後述する放熱部材６０が接着層４０（図２，３）を介して配置される。

バスバー３０の延設部３４は、外部機器を電気的に接続するための部分であり、図示しない電線（ワイヤーハーネス）の接続端子が電気的に接続される。延設部３４には、後述する雄ネジ部９０が貫通するボルト孔３４ｈ（図２）が形成されている。本例では、バスバー３０の本体部３２の対向する二辺からそれぞれ延設部３４が設けられており、各延設部３４にそれぞれ電線の接続端子が電気的に接続される。

バスバー３０の延設部３４は、本体部３２側で本体部３２に沿った基端部３４ａと、先端側で基端部３４ａに対して段差状に屈曲した先端部３４ｂとを備える。基端部３４ａの一方の面（図３の接着面３０ｍ）には、後述する放熱部材６０が接着層４０を介して配置される。つまり、バスバー３０のうち、本体部３２及び延設部３４の基端部３４ａの一面に、放熱部材６０が接着層４０を介して配置される。先端部３４ｂは、上述した雄ネジ部９０が貫通するボルト孔３４ｈを備え、後述する下部ケース８２の土台部８２２上に配置される（図１，３を参照）。

延設部３４の基端部３４ａには、接着層４０側の接着面３０ｍ（図３）と接着面３０ｍと対向する対向面３０ｎ（図１，３）とを貫通する貫通孔３６ｈが形成されている。この貫通孔３６ｈは、接着面３０ｍ側及び対向面３０ｎ側にそれぞれ開口しており、接着層４０の構成材料が充填されている。本例では、接着層４０の構成材料は、貫通孔３６ｈの接着面３０ｍ側の開口縁部から対向面３０ｎ側の開口縁部に亘って貫通孔３６ｈの内部に充填している（図１，３を参照）。つまり、バスバー３０と接着層４０とは、図３に示すように、放熱部材６０に沿った水平面に加え、水平面と交差する交差面でも接着されることになる。そのため、バスバー３０と接着層４０との接着面積を増加できる。

貫通孔３６ｈは、配電基板１αに大きな機械的負荷がかかる虞がある箇所に備えることが好ましい。例えば、バスバー３０と上述した電線の接続端子との電気的な接続は、バスバー３０に形成されたボルト孔を雄ネジ部９０に通すと共に、接続端子に形成されたボルト孔を雄ネジ部９０に通し、ナット（図示せず）を雄ネジ部９０に螺合することで行える。このとき、雄ネジ部９０に対するナットの回動に伴って配電基板１αに大きな機械的負荷がかかる虞がある。本例では、バスバー３０における延設部３４の先端部３４ｂにボルト孔３４ｈが形成されているため、上記機械的負荷は延設部３４の基端部３４ａにかかり易いと思われる。基端部３４ａに大きな機械的負荷がかかると、バスバー３０と放熱部材６０との接着力が低下する虞がある。そのため、延設部３４の先端部３４ｂにボルト孔３４ｈを備える場合、延設部３４の基端部３４ａに貫通孔３６ｈを備えることで、上記機械的負荷が基端部３４ａにかかったとしても、バスバー３０と接着層４０との接着面積の増加によりバスバー３０と放熱部材６０との接着力の低下を抑制できる。

特に、貫通孔３６ｈは、雄ネジ部９０に対するナットの回動に伴う力が作用する位置に備えることが好ましい。本例では、各基端部３４ａに二つの貫通孔３６ｈを備え、各貫通孔３６ｈは、ボルト孔３４ｈからの距離が略同等となる位置に設けられている。各基端部３４ａに備わる二つの貫通孔３６ｈのうち、一方が雄ネジ部９０に対してナットを締め付ける力が作用する位置にあり、他方が雄ネジ部９０に対してナットを取り外す力が作用する位置にある。

貫通孔３６ｈの形状や個数は、バスバー３０と接着層４０との接着面積の増加による接着力を向上できると共に、貫通孔３６ｈの形成によって導通領域に影響を及ぼさない程度に適宜選択できる。本例では、貫通孔３６ｈは、断面形状が円形状であるが（図１，２を参照）、その他に断面形状が楕円形状やレーストラック形状、矩形等の多角形状等でもよい。また、本例では、貫通孔３６ｈは、内周面が接着面３０ｍ（対向面３０ｎ）と垂直となっているが（図３を参照）、その他に接着面３０ｍ（対向面３０ｎ）から対向面３０ｎ（接着面３０ｍ）に向かって先細るテーパ状となっていてもよい。更に、本例では、各基端部３４ａに二つの貫通孔３６ｈを設けたが（図１，２を参照）、各基端部３４ａに一つ又は三つ以上設けてもよい。

（放熱部材）
放熱部材６０は、回路構成体や電子部品から発生した熱を外部に放熱する部材である。放熱部材６０は、例えばアルミニウムや銅又はその合金等の高熱伝導性の金属板に絶縁塗装したものを用いることができる。放熱部材６０は、少なくともバスバー３０の本体部３２及び延設部３４の基端部３４ａの一面に配置される大きさを有する。本例では、放熱部材６０は、回路構成体を収納するケース８０の底板としても機能する（図２を参照、詳細は後述する）。

放熱部材６０は、接着層４０を介してバスバー３０に固定される。本例では、放熱部材６０の上に絶縁層５０を形成し、絶縁層５０に重ねて接着層４０を形成してからバスバー３０を固定している（図３を参照）。

接着層４０や絶縁層５０の構成材料は、絶縁性樹脂、特にセラミックスフィラー等を含有して放熱性に優れるものが好ましい。具体的な樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂や、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂等が挙げられる。接着層４０は、例えば、塗布やスプレーにより形成したり、シート状のものを用いたりできる。

〔基板ユニット〕
上述した配電基板１αは、基板ユニット１００に備わる。基板ユニット１００は、回路構成体を収容するケース８０を備える。ケース８０は、図１，２に示すように、下部ケース８２と、下部ケース８２の上方を覆う上部カバー８４とで構成される。下部ケース８２及び上部カバー８４と、放熱部材６０とを組み合わせて形成される内部空間に回路構成体が収容される。

（下部ケース）
下部ケース８２は、図２に示すように、方形状の枠体であり、バスバー３０の先端部３４ｂを除く回路構成体の外周の四方を覆う。下部ケース８２の一方の開口部（図２の下方側）には放熱部材６０が配置される。つまり、放熱部材６０は、ケース８０の底板の役割を果たす。下部ケース８２は、枠部分を構成する一部にバスバー３０の先端部３４ｂが載置される土台部８２２と、土台部８２２以外の上面に上部カバー８４が差し込まれる差込み溝８２４と、上部カバー８４と係合する係合部（係合突起８２６）とを備える。

土台部８２２には、上面から上方に向かって雄ネジ部９０が突出して配置されている。雄ネジ部９０は、頭部と軸部とを備え、頭部が土台部８２２に固定されている。本例では、土台部８２２は、雄ネジ部９０の頭部を側方から挿入可能な切欠きと、切欠き内に頭部を固定する固定部とを備える。バスバー３０の先端部３４ｂに形成されたボルト孔３４ｈに雄ネジ部９０の軸部を挿通し、先端部３４ｂを土台部８２２の上面に載置すると共に、電線の接続端子（図示せず）と合わせてナットによって締め付けることで、バスバー３０と外部機器とを電気的に接続できる。

差込み溝８２４には、上部カバー８４の側壁部８４ｂが差し込まれる。係合突起８２６は、下部ケース８２の周方向の適所に設けられ、上部カバー８４の側壁部８４ｂが差込み溝８２４に差し込まれた状態で、上部カバー８４と下部ケース８２とを固定して一体化する。

（上部カバー）
上部カバー８４は、図２に示すように、下部ケース８２の上方開口を覆う。上部カバー８４は、下部ケース８２の土台部８２２を露出させた状態で下部ケース８２の上方を覆うような形状に形成されており、外壁の一部に切欠き部８４ｃを有する。この切欠き部８４ｃにより、下部ケース８２に上部カバー８４が固定された状態においても、バスバー３０の先端部３４ｂを通すことができる隙間が確保される。この隙間によって、土台部８２２の上面にバスバー３０の先端部３４ｂを載置できる。上部カバー８４には、下部ケース８２の係合突起８２６に係合する係合孔８４６を備える。

上部カバー８４の側壁部８４ｂに上側凹部８４８を備え、下部ケース８２における上側凹部８４８に対応する位置に下側凹部８２８を備え、上側凹部８４８及び下側凹部８２８で形成される開口部にはコネクタ部２０が配置される。

〔効果〕
上記配電基板１αは、バスバー３０に貫通孔３６ｈを備えることで、貫通孔３６ｈの接着面３０ｍ側の開口縁部から対向面３０ｎ側の開口縁部に亘って接着層４０の構成材料が充填される。接着面３０ｍに沿ったバスバー３０と接着層４０との接着に加え、接着面３０ｍと交差する方向に亘ってバスバー３０と接着層４０とが接着することによって、バスバー３０と接着層４０との接着面積を増加できる。このバスバー３０と接着層４０との接着面積の増加により、接着層４０を介したバスバー３０と放熱部材６０との接着力を向上することができる。

特に、配電基板１αに大きな負荷がかかる虞がある箇所、例えば雄ネジ部９０に対するナットの回動に伴う力が作用し易い箇所で、バスバー３０と接着層４０との接着力の強化を行うことで、上記負荷によってバスバー３０と放熱部材６０とが剥離することを効果的に抑制することができる。

≪実施形態２≫
実施形態２では、図４に示すように、凹部３６が、接着面３０ｍ（図３を参照）と対向面３０ｎとを貫通すると共に、バスバー３０の側面３０ｏに至る切欠き（スリット３６ｓ）である形態を説明する。図４に示す配電基板１βは、下部ケース８２の土台部８２２にバスバー３０の先端部３４ｂが載置された状態である。実施形態２の配電基板１βは、凹部３６の形状がスリット３６ｓである点が実施形態１と異なり、その他の構成は実施形態１と同様である。スリット３６ｓは、バスバー３０の接着面３０ｍ側及び対向面３０ｎ側の双方に開口すると共に、側面３０ｏ側にも開口している。凹部３６がスリット３６ｓであることで、バスバー３０と接着層４０との接着面積の増加により接着力を向上できる。本例では、スリット３６ｓは、基端部３４ａの中央側から側面３０ｏに向かって延びる細長い矩形状である。

≪実施形態３≫
実施形態３では、図５に示すように、凹部３６が、接着面３０ｍに開口部３６ｏを有する有底の窪み（溝部３６ｄ）である形態を説明する。図５に示す配電基板１γは、下部ケース８２の土台部８２２にバスバー３０の先端部３４ｂが載置された状態である。実施形態３の配電基板１γは、凹部３６の形状が溝部３６ｄである点が実施形態１と異なり、その他の構成は実施形態１と同様である。溝部３６ｄは、バスバー３０の接着面３０ｍと対向面３０ｎとを貫通しておらず、対向面３０ｎ側に底面を有する。凹部３６が溝部３６ｄであることで、溝部３６ｄの側面及び底面でバスバー３０と接着層４０とが接着されることになる。そのため、バスバー３０と接着層４０との接着面積を大きくできるため、接着層４０を介したバスバー３０と放熱部材６０との接着力をより向上することができる。本例では、開口部３６ｏの形状が円形状であるが、その他に楕円形状やレーストラック形状、矩形等の多角形状でもよい。また、バスバー３０の側面に渡る溝部としてもよい。

本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、凹部の大きさ・形状・個数、凹部の形成箇所等を変更することができる。また、複数の凹部を備える場合、凹部は、貫通孔、スリット、及び溝部の少なくとも一つであればよく、貫通孔とスリット、貫通孔と溝部、スリットと溝部、貫通孔とスリットと溝部の混合であってもよい。

本発明の配電基板は、自動車等の車両に搭載される直流電圧変換器、ＡＣ／ＤＣ変換器、ＤＣ／ＡＣインバータ等の大電流パワー制御ユニットに利用される基板ユニットの構成部材として好適に利用することができる。

１α，１β，１γ 配電基板 １００ 基板ユニット
１０ 回路基板
２０ コネクタ部
３０ バスバー
３０ｍ 接着面 ３０ｎ 対向面 ３０ｏ 側面
３２ 本体部
３４ 延設部 ３４ａ 基端部 ３４ｂ 先端部
３４ｈ ボルト孔
３６ 凹部 ３６ｏ 開口部
３６ｈ 貫通孔 ３６ｓ スリット ３６ｄ 溝部
４０ 接着層
５０ 絶縁層
６０ 放熱部材
８０ ケース
８２ 下部ケース
８２２ 土台部
８２４ 差込み溝 ８２６ 係合突起 ８２８ 下側凹部
８４ 上部カバー
８４ｂ 側壁部 ８４ｃ 切欠き部
８４６ 係合孔 ８４８ 上側凹部
９０ 雄ネジ部

Claims (4)

1. バスバーと、前記バスバーの一面に接着層を介して配置される放熱部材とを備え、
   前記バスバーは、
   前記接着層と接着されると共に、前記接着層と反対側の面に回路基板が配置される本体部と、
   前記本体部と一体に成形され、前記本体部から延びる延設部とを備え、
   前記延設部は、
   前記本体部側で前記本体部に沿って配置され、前記接着層と接着されると共に、前記接着層と反対側の面が露出される基端部と、
   先端側で前記基端部に対して段差状に屈曲した先端部とを備え、
   前記先端部は、ボルトが貫通するボルト孔を備え、
   前記基端部は、前記接着層側に開口すると共に、前記接着層の構成材料が充填される凹部を備える配電基板。
2. 前記凹部は、前記接着層側の接着面と前記接着面と対向する対向面とを貫通する貫通孔、前記接着面と前記対向面とを貫通すると共に、前記バスバーの側面に至る切欠き、及び前記接着面に開口部を有する有底の窪みのいずれか一つである請求項１に記載の配電基板。
3. 前記凹部は、前記ボルトに対するナットの回動に伴う力が作用する位置に設けられている請求項１又は請求項２に記載の配電基板。
4. バスバーと、前記バスバーの一面に接着層を介して配置される放熱部材とを備え、
   前記バスバーは、
   前記接着層と接着される本体部と、
   前記本体部と一体に成形され、前記本体部から延びる延設部とを備え、
   前記延設部は、
   前記本体部側で前記本体部に沿った基端部と、
   先端側で前記基端部に対して段差状に屈曲した先端部とを備え、
   前記先端部は、ボルトが貫通するボルト孔を備え、
   前記基端部は、前記接着層側に開口すると共に、前記接着層の構成材料が充填される二つの凹部を備え、
   前記凹部は、前記ボルト孔からの距離が略同等となる位置に設けられている配電基板。

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