JP4089300B2 - 基板収容箱 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱部を備える箱本体に回路基板を収容する基板収容箱に関し、特に、回路基板で発生した熱を効率的に放熱部へ伝熱させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種制御用の回路基板は基板自体の保護に加えて防水及び防塵等を確保するため基板収容箱に収容されている。また、収容される回路基板の発熱量が大きい場合は、熱による不具合発生を防止するため、基板収容箱に放熱部を設けて発生した熱を外部に放熱するようにしている。このような基板収容箱は種々の箇所で使用されており、特に、車両に搭載されて車両の各種電装品の制御に用いられることが多い。
【０００３】
図７は、従来の基板収容箱１の断面図である。基板収容箱１は車両の電動パワーステアリング装置の制御用であり、箱本体２の内部に電源供給の制御を行うパワー回路基板４及び各種信号の制御等を行う制御回路基板５を夫々間隔を隔てた積層状態で収容し、カバー８で箱本体２の開口を被うようにしている。
【０００４】
箱本体２はインサート成形で形成した合成樹脂製の周壁２ａの底部にアルミニウム製のヒートシンク３を設けると共に周壁２ａに制御回路基板５用の載置部２ｂを突設している。パワー回路基板４はセラミック製の基板部４ａにパワー用回路導体４ｂを形成すると共に、発熱量が大きい電力制御用のパワートランジスタ等のパワー半導体４ｃ等を実装している。一方、制御回路基板５も基板部５ａに制御用回路導体５ｂを形成し、制御用の半導体５ｃ等を実装している。
【０００５】
パワー回路基板４は合成接着剤６でヒートシンク３に載置された状態で固定され、発生した熱をヒートシンク３へ伝達しヒートシンク３から外部へ放熱している。一方、制御回路基板５は、パワー回路基板４から間隔を隔てた載置部２ａに合成接着剤６で固定され、パワー回路基板４で発生する熱の影響を受けないようにしている。また、パワー回路基板４及び制御回路基板５は中継線７をコネクタ接続することで、両基板４、５間に所要の回路を接続している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
基板収容箱１は、パワー回路基板４の熱をヒートシンク３から放熱するようにしているが、パワー回路基板４とヒートシンク３との間に合成接着剤６が介在している。合成接着剤６はパワー回路基板４をヒートシンク３へ固定するために必要であるが、樹脂成分等が含まれるためパワー回路基板４で発生した熱をヒートシンク３へ伝達する妨げとなり、放熱効率が低減する問題がある。
【０００７】
なお、このような問題に対して、ヒートシンク３にネジ穴を設けてパワー回路基板４をヒートシンク３にボルトによりネジ止め固定することも想定できる。しかし、このようなネジ止め固定構造では、複雑な形状のヒートシンク３にネジ穴を形成する必要がある上に、セラミック製のパワー回路基板４の基板部４ａにネジ止めによる締結力で割れが生じることが考えられ、このような固定構造は好ましくない。
【０００８】
一方、図７に示す基板収容箱１では、パワー回路基板４及び制御回路基板５を中継線７で接続して所要の回路を形成しているが、中継線７を接続するために、パワー回路基板４及び制御回路基板５に接続用のコネクタ等を設けねばならず、各基板４、５に係るコストが上昇すると共に、中継線７の接続に手間を要する問題もある。
【０００９】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、パワー回路基板等の回路基板に発生した熱を効率的にヒートシンクから放熱できる基板収容箱を提供することを目的とする。
また、本発明は、基板部に割れ等の支障が生じない構成で確実にパワー回路基板等の回路基板をヒートシンクに固定する基板収容箱を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、収容される複数の回路基板間の回路の接続に係る手間等を削減した基板収容箱を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る基板収容箱は、放熱部が設けてある箱本体に回路基板を前記放熱部に載置して収容する基板収容箱において、前記放熱部に載置してある第１回路基板と、該第１回路基板に対して平行的に前記箱本体の周壁から突設しており、貫通ネジ穴が形成してある載置部と、該載置部に載置してあり、前記貫通ネジ穴と連通する貫通穴が形成してある第２回路基板と、前記貫通穴を挿通して前記貫通ネジ穴との螺合により前記第２回路基板を前記載置部に固定した状態で、先端部が前記第１回路基板を前記放熱部へ押圧する押圧ネジとを備えることを特徴とする。
【００１１】
第１発明にあっては、第２回路基板を載置部に固定する押圧ネジを利用して、第１回路基板を放熱部へ押圧するため、合成接着剤を使用せずに第１回路基板を放熱部へ直接的に接触させた状態で固定でき、熱伝導性に優れた状態を確保して放熱性を向上できる。また、押圧ネジは、載置部の貫通ネジ穴と螺合するため放熱部にネジ穴を加工する必要もない。
【００１２】
なお、押圧時に第１回路基板に反りが生じないようにするため、少なくとも第１回路基板の周囲４角及び中央１箇所を押圧ネジで押圧して第１回路基板を均等に放熱部へ押圧することが好ましい。また、第１回路基板の基板面積が大きい場合は、確実に放熱部へ押圧するために、前記５箇所に加えて周囲各辺及び中央近傍を押圧ネジでさらに押圧することが好適である。さらに、第１回路基板及び放熱部が当接する各面の面粗度によっては、第１回路基板を放熱部へ押圧しても両者の間に隙間が生じることもあるため、両者の間に熱伝達用グリース等を充填することが好適である。
【００１３】
また、前記第１回路基板には、前記第２回路基板に比べて発熱量が大きいパワー回路基板等を適用することが好ましく、このようにすることで、第１回路基板が発生した熱を放熱部から放熱し、発熱量が小さい制御回路基板等の第２回路基板が熱により誤作動する等の不具合を低減できる。なお、発熱量の小さい第２回路基板は１枚に限定されるものではなく、箱本体に載置部を積層方向に設けることで、複数の第２回路基板を基板収容箱に収めるようにしてもよい。
【００１４】
第２発明に係る基板収容箱は、前記押圧ネジが、前記第１回路基板を前記放熱部へ付勢する弾性部を備えることを特徴とする。
第２発明にあっては、押圧ネジに弾性部を設けることで、第１回路基板の放熱部への押圧荷重を適切に設定でき、第１回路基板の押圧負担を低減して無理なく放熱部に当接させることができる。なお、弾性部には板バネ及びコイルバネ等が適用可能である。
【００１５】
第３発明に係る基板収容箱は、前記第１回路基板が、表出してある第１回路導体を備え、該第１回路導体に前記押圧ネジの先端部が当接してあることを特徴とする。
第３発明にあっては、押圧ネジで第１回路導体を押圧することで、押圧にかかる第１回路基板の負担を一段と低減した状態で、確実に第１回路基板を所要の押圧力で放熱部に押し付けることができる。
【００１６】
第４発明に係る基板収容箱は、前記第２回路基板が、表出してある第２回路導体を備え、前記押圧ネジは、導電材で形成してあり、前記第２回路導体と接触してあることを特徴とする。
第４発明にあっては、導電材で形成した押圧ネジを両方の回路基板の各回路導体に接触させることで、押圧ネジ自体を中継用導電部材として利用でき、従来、両方の回路基板間の回路接続に必要であった中継線を不要にでき、回路基板間の回路接続を容易に行うことができる。
【００１７】
なお、押圧ネジを形成する導電材としては、アルミニウム、銅、金、又は、銀等の材料を適用できる。また、押圧ネジを上述した各種材料で形成する以外には、押圧ネジを非導電材で形成すると共に上述した各種材料で押圧ネジを被覆して導電性を確保するようにしてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る基板収容箱１０の断面図である。本実施形態の基板収容箱１０は車両に搭載されて、図２に示す電動パワーステアリング装置２１における操舵補助用のモータ２２及びトルクセンサ２３等と接続されてモータ２２の回転の制御を行っている。
【００１９】
基板収容箱１０は、底部に放熱部であるヒートシンク１３を設けた箱本体１２の内部に、電源供給を制御するパワー回路基板１４及びモータ２２の回転に係る信号等を制御する制御回路基板１５を、間隔を隔てた積層状態で押圧ネジ１１により夫々固定して収容し、カバー１８で箱本体１２を被うようにしている。
【００２０】
箱本体１２は、図３に示すように、三方を囲う周壁１２ａを設けており、周壁１２ａの内部の４角には、ヒートシンク１３から間隔を隔てた箇所でヒートシンク１３の上面１３ａと平行となる向きに載置部１２ｂを夫々突設しており、また、三方の周壁１２ａの一つには辺方向の中央箇所から箱本体１２の中央部へ突設する中央載置部１２ｃを設けている。これら各載置部１２ｂ及び中央載置部１２ｃには貫通ネジ穴１２ｄを夫々形成している。
【００２１】
なお、箱本体１２は合成樹脂製であり、アルミニウム製のヒートシンク１３と共にインサート成形することでヒートシンク１３と一体に形成されている。また、カバー１８は、箱本体１２の上方の開口部１２ｅ及び側方の開口部１２ｆを被う略Ｌ字形状に形成している。
【００２２】
一方、図１に示すパワー回路基板１４は、セラミック製の基板部１４ａにエッチング処理を行うことで上面１４ｄに第１回路導体１４ｂを回路形状に合わせて表出させると共に、電源供給を制御するパワー半導体１４ｃを実装している。なお、本実施形態のパワー回路基板１４は、図３に示す箱本体１２に収容された状態で、載置部１２ｂ及び中央載置部１２ｃの各貫通ネジ穴１２ｄと平面視方向で対向する箇所に第１回路導体１４ｂが存在する回路形状にしている。
【００２３】
上述したパワー回路基板１４は第１回路基板に相当し、第１回路導体１４ｂ等により形成された回路に電圧値の高い電源（車載バッテリー）からの電流が流れるため、電流が流れる際のパワー半導体１４ｃ等で発生する発熱量は、第２回路基板に相当する制御回路基板１５に比べて大きくなっている。
【００２４】
図１に示す制御回路基板１５は、基板部１５ａの上面１５ｄに第２回路導体１５ｂを回路形状に合わせて表出させ、制御用の各種半導体１５ｃを実装している。また、図４に示すように、制御回路基板１５は、パワー回路基板１４と同様に箱本体１２に収容された状態で貫通ネジ穴１２ｄに対向する箇所に第２回路導体１５ｂが存在する回路形状にしていると共に、各貫通ネジ穴１２ｄと一致する箇所に貫通穴１５ｅを夫々形成している。
【００２５】
なお、制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂを流れる電流の電流値は、パワー回路基板１４の第１回路導体１４ｂを流れる電流値に比べて微小である。また、制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂで形成される回路の一部は、電源供給等のためパワー回路基板１４の第１回路導体１４ｂで形成される所要回路と接続する必要があり、制御回路基板１５とパワー回路基板１４との間の回路接続には、押圧ネジ１１を利用している。
【００２６】
押圧ネジ１１は、図５（ａ）に示すように、ネジ頭部１１ａ、ネジ部１１ｂ、及び、所要の付勢力を有する弾性部である板バネ状のバネ部１１ｃを一体にして形成されており、材質には導電材である銅を用いている。なお、ネジ部１１ｂは箱本体１２の各貫通ネジ穴１２ｄと螺合する寸法に設定されており、また、無荷重時のバネ部１１ｃは、貫通ネジ穴１２ｄの穴径に収まる範囲で緩やかに湾曲した形状にして、荷重時に撓む方向が一様になるようにしている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る基板収容箱１０の組立手順を説明する。
先ず、図３に示す箱本体１２のヒートシンク１３の上面１３ａに、図１及び図５（ａ）（ｂ）に示すように伝熱用グリース２０を塗布する。伝熱用グリース２０の塗布後、パワー回路基板１４を箱本体１２の側方の開口部１２ｆから差し込んでヒートシンク１３の上面１３ａに載置する。また、制御回路基板１５は、箱本体１２の上方の開口部１２ｅから内部に収めて載置部１２ｂ及び中央載置部１２ｃに載置する。
【００２８】
なお、このように制御回路基板１５を載置することで、図１、図５（ａ）（ｂ）に示すように、制御回路基板１５の各貫通穴１５ｅと、載置部１２ｂ及び中央載置部１２ｃの各貫通ネジ穴１２ｄとは連通した状態になっている。次に、各貫通穴１５ｅ及び貫通ネジ穴１２ｄに押圧ネジ１１を挿通して螺合方向に回転させると、図５（ｂ）に示すように、先端部であるバネ部１１ｃがパワー回路基板１４の第１回路導体１４ｂに当接する。なお、この状態では、押圧ネジ１１のネジ頭部１１ａは制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂと接触していない。
【００２９】
上述した状態から、押圧ネジ１１を更に螺合方向に回転させると、バネ部１１ｃが撓んで貫通ネジ穴１２ｄと完全に螺合し、図１に示すように、ネジ頭部１１ａが制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂと接触し、制御回路基板１５を載置部１２ｂ及び中央載置部１２ｃに締結固定する。一方、螺合した押圧ネジ１１は、バネ部１１ｃの撓みによりパワー回路基板１４を伝熱用グリース２０を介在させてヒートシンク１３へ均等に所要の付勢力で押圧して適切な荷重がかかった状態で固定している。このようにパワー回路基板１４及び制御回路基板１５を箱本体１２に固定した後、カバー１８を被せて基板収容箱１０を完成している。
【００３０】
完成した基板収容箱１０は、パワー回路基板１４が伝熱用グリース２０を介在させてヒートシンク１３へ押圧されることで、パワー回路基板１４とヒートシンク１３との間には隙間が存在せず、パワー回路基板１４で発生した熱は確実にヒートシンク１３へ伝達されて外部へ放熱されている。また、パワー回路基板１４は剛性のある第１回路導体１４ｂを、バネ部１１ｃを有する押圧ネジ１１で押圧されているため、基板部１４ａの押圧に対する負担は、ネジで直接固定される場合に比べて軽減されており、割れ等の不具合も生じにくい。
【００３１】
さらに、押圧ネジ１１は、バネ部１１ｃでパワー回路基板１４の第１回路部１４と接触すると共に、ネジ頭部１１ａで制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂと接触することで、押圧ネジ１１自体を導通させて両基板間の所要の回路接続を行っており、基板収容箱１０は接続用の中継線を廃止し、回路の中継に係る手間等を削減している。
【００３２】
なお、本発明に係る基板収容箱１０は上述した形態に限定されるものではなく、種々の変形例を適用することが可能である。例えば、図６（ａ）に示す押圧ネジ３１のように、バネ部３１ｃにコイルバネ状のものを適用でき、バネ部３１ｃはネジ部３１ｂと別々に回転するようしてもよく、一緒に回転するようにしてもよい。また、図６（ｂ）に示す押圧ネジ４１のように、ネジ部４１ｂの途中にバネ部４１ｃを設けるようにしてもよく、さらに、図６（ｃ）に示すように、ネジ部５１ｂの内部にバネ部５１ｃを内蔵したプランジャタイプの押圧ネジ５１を適用することも可能である。
【００３３】
さらに、また、押圧ネジ１１（変形例の押圧ネジも含む。以下同様）は導電性を確保するために、銅以外の材質として、アルミニウム、金、又は、銀で製作することができ、また、導電性が低い材質で製作する場合等は、アルミニウム、銅、金、又は、銀で表面をメッキ等により被覆して導電性を確保するようにしてもよい。なお、パワー回路基板１４及び制御回路基板１５間の回路の接続が必要ない場合等は、押圧ネジ１１に導電性を確保しなくてもよく、押圧ネジ１１と制御回路基板１５の第２回路導体１５ｂとを接触させる必要もない。
【００３４】
また、パワー回路基板１４の基板部１４ａはセラミックで形成する以外に、絶縁層を有するアルミニウム等の金属で形成するようにしてもよく、このように基板部１４ａを金属で形成すると共にパワー回路基板１４及び制御回路基板１５間の回路の接続が必要ないときは、押圧ネジ１１で基板部１４ａを直接的に押圧するようにしてもよい。
【００３５】
さらに、基板収容箱１０は、箱本体１２の周壁１２ａに基板積層方向に複数の載置部１２ｂ等を設けることで、１枚のパワー回路基板１４に対して複数枚の制御回路基板１５を収容するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、第１発明にあっては、第１回路基板を放熱部に対して熱伝導性に優れた状態で固定できるため放熱性を従来に比べて向上できる。
第２発明にあっては、第１回路基板を適切な荷重で放熱部へ押圧でき、第１回路基板の基板に対する押圧の負担を低減して、放熱に対して良好な状態で第１回路基板を放熱部へ押し付けることができる。
【００３７】
第３発明にあっては、押圧に係る第１回路基板の負担を一段と低減することができる。
第４発明にあっては、回路基板間の所要の回路を導電性を確保した押圧ネジにより接続することができ、回路基板間の接続の効率化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る基板収容箱の断面図である。
【図２】基板収容箱を適用した電動パワーステアリング装置の全体概略図である。
【図３】基板収容箱の箱本体及びカバーの分解状態の斜視図である。
【図４】制御回路基板の要部斜視図である。
【図５】（ａ）は押圧ネジを貫通穴及び貫通ネジ穴に挿通する前の状態の概略図、（ｂ）は、押圧ネジを貫通ネジ穴に螺合して制御回路基板を載置部に固定する前の状態の概略図である。
【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、変形例の押圧ネジの概略正面図である。
【図７】従来の基板収容箱の断面図である。
【符号の説明】
１０ 基板収容箱
１１ 押圧ネジ
１１ｃ バネ部（弾性部）
１２ 箱本体
１２ａ 周壁
１２ｂ 載置部
１２ｄ 貫通ネジ穴
１３ ヒートシンク（放熱部）
１４ パワー回路基板
１４ｂ 第１回路導体
１５ 制御回路基板
１５ｂ 第２回路導体
１５ｅ 貫通穴

Claims (4)

1. 放熱部が設けてある箱本体に回路基板を前記放熱部に載置して収容する基板収容箱において、
   前記放熱部に載置してある第１回路基板と、
   該第１回路基板に対して平行的に前記箱本体の周壁から突設しており、貫通ネジ穴が形成してある載置部と、
   該載置部に載置してあり、前記貫通ネジ穴と連通する貫通穴が形成してある第２回路基板と、
   前記貫通穴を挿通して前記貫通ネジ穴との螺合により前記第２回路基板を前記載置部に固定した状態で、先端部が前記第１回路基板を前記放熱部へ押圧する押圧ネジと
   を備えることを特徴とする基板収容箱。
2. 前記押圧ネジは、前記第１回路基板を前記放熱部へ付勢する弾性部を備える請求項１に記載の基板収容箱。
3. 前記第１回路基板は、表出してある第１回路導体を備え、
   該第１回路導体に前記押圧ネジの先端部が当接してある請求項１又は請求項２に記載の基板収容箱。
4. 前記第２回路基板は、表出してある第２回路導体を備え、
   前記押圧ネジは、導電材で形成してあり、前記第２回路導体と接触してある請求項３に記載の基板収容箱。

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