JP2002329823A - 回路ユニット及びヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路素子（ＦＥＴ２）が一面側に固定された
状態で回路基板１上に固定され、他面側にケース４が固
定されるヒートシンク（導熱体２１）を有する回路ユニ
ットであって、ヒートシンクにおける固定用の下穴加工
（二次加工）が不要であるとともに、この下穴の歪みの
問題がなく、しかも小型化が図れる回路ユニットを提供
する。 【解決手段】 導熱体２１が、板材を断面コ字状に曲げ
加工してなり、中央板部２２の両側に二つの側板部２
３，２４を有する構成とし、中央板部２２には、回路基
板１に対して固定するための下穴２２ａを形成するとと
もに、この下穴２２ａの両側の曲げ加工位置にスリット
２５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車の制
御装置を構成する回路ユニットにおけるヒートシンクの
構成及び製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車のモータやランプなどの大
電流アクチュエータを半導体で駆動する制御装置、或い
は半導体を使用したインバータなどの回路ユニットを搭
載する車両が増加している。半導体を使用するのは、モ
ータやランプなどの大電流アクチュエータやインバータ
のスイッチング回路などをデューティ制御するため、又
は装置の寿命を向上させるため、或いは装置を軽量化す
る等の目的を達成するためである。そして、一般的にこ
のような回路ユニットでは、ユニットの表面を覆うケー
スを熱伝導性の良い材料（例えば、アルミ又はアルミ合
金）により構成し、さらにこのケースの内面に同様の材
料よりなる導熱体（いわゆるヒートシンク）を接合状態
に取り付けるとともに、この導熱体の表面に上記半導体
を接合状態に取り付けることによって、上記半導体を使
用して大電流アクチュエータ等を駆動する際に発生する
熱を、ユニット外へ放熱するようにしている。また通
常、上記導熱体を回路基板にも固定する構成（即ち、半
導体を上記導熱体を介して回路基板に固定する構成）と
して、半導体（特に、回路基板への接続部分）を機械的
ストレスから保護しつつ回路基板に頑丈に固定してい
る。

【０００３】図４は、この種の回路ユニットの構造例を
示すものである。図４（ａ）において、符号１は回路基
板、符号２は半導体トランジスタの一種であるＦＥＴ、
符号３はアルミの押出成形などによって製作される導熱
体（ヒートシンク）、符号４はケース、符号５は締結部
材であるタッピングネジを示す。図４（ｂ）に示すよう
に、導熱体３の正面、裏面、及び下面には、タッピング
ネジ５（或いはリベットであってもよい。以下同様）に
対応した下穴３ａが複数形成され、これを利用してＦＥ
Ｔ２、ケース４、及び基板１が導熱体３に対して固定さ
れている。即ち、導熱体３の下面側は、基板１の上面に
接合され、基板１の裏面側（下側）から挿通され下面側
の下穴３ａにねじ込まれるネジ５によって、基板１に対
して固定されている。また図４（ｂ）に示すように、導
熱体３の正面にはＦＥＴ２が接合状態に配置され、ＦＥ
Ｔ２の正面から挿通されて正面側の下穴３ａにねじ込ま
れるネジ５によって、このＦＥＴ２が導熱体３に対して
固定されている。さらに、導熱体３の裏面側は、ケース
４の内側面に接合され、ケース４の外側から挿通されて
裏面側の下穴３ａにねじ込まれるネジ５によって、ケー
ス４に対して固定されている。なおＦＥＴ２は、図４
（ｃ）に示すように、モータ駆動用のブリッジ回路など
を構成するために多数設けられる場合が多く、このよう
な場合には、導熱体３はＦＥＴ２の配列方向に相当に長
尺な部材となり、下穴３ａ（特に、ＦＥＴ２を固定する
正面側の下穴）が長手方向に多数設けられた構成とな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の回路ユニットは、アルミの押出成形などによって
製作される導熱体の各面に前述した複数の下穴（断面円
形の丸穴）を形成して、導熱体を中心として各部品を締
結する構造であったため、生産性が悪くコスト低減が困
難であった。前述の下穴は、導熱体の基本形状を成形し
た後に機械加工（二次加工）によって形成しなければな
らず、非常に工数がかかるからである。例えば、アルミ
の押出成形によって導熱体の基本形状（下穴のない状
態）を製作した後、各面毎に穴開け用の機械に設置して
多数の下穴の加工を行わなければならず、導熱体の生産
工数が多くなる。なお、ヒートシンクを構成する上記導
熱体を、図５に示す導熱体１１のように、板材のプレス
加工と曲げ加工によって製作される構成とし、ネジ５が
ねじ込まれる下穴１２ａ，１３ａ，１４ａをプレス加工
の工程（曲げ加工の前）において例えば外形と同時に形
成してしまうようにすれば、上述したような下穴の二次
的な機械加工の必要性による工数増の問題が解消でき
る。ところが、図５に示す導熱体１１のような構成とし
た場合には、幅寸法Ｌを比較的大きくしなければなら
ず、回路ユニットの小型化が困難になる問題があった。

【０００５】というのは、図５に示す導熱体１１は、板
材を断面コ字状に曲げ加工してなり、中央板部１２の両
側に二つの側板部１３，１４を有するもので、一方の側
板部１３にＦＥＴ２が固定され、他方の側板部１４にケ
ース４が固定され、中央板部１２に回路基板１が固定さ
れるものである。つまり、側板部１３にはＦＥＴ２を固
定するための下穴１３ａを形成し、側板部１４にはケー
ス４を固定するための下穴１４ａを形成し、中央板部１
２には回路基板１を固定するための下穴１２ａを形成し
なければならない。そして、この場合の導熱体１１の板
厚Ｔは、ネジ締めのための最小厚さ（例えば約２ｍｍ）
以上とする必要があり、曲げ加工部の曲率半径Ｒは、曲
げ加工のために通常板厚Ｔと同程度以上必要である。こ
のため、小型化の目的で幅寸法Ｌを極力小さい長さ（例
えば、１０ｍｍ以下）に設定すると、中央板部１２の下
穴１２ａが曲げ加工の影響で歪んでしまい（具体的には
図５に示すように、幅方向に長い楕円形状となってしま
い）、適正にネジ止め等の締結に使用できなくなってし
まうからである。なお、このようなヒートシンクに係わ
る問題は、自動車の回路ユニットのみならず、相当な発
熱を伴う回路素子を有する回路ユニットであれば、自動
車以外の分野のものでも同様に存在している。そこで本
発明は、回路素子が一面側に固定された状態で回路基板
上に固定され、他面側にケースが固定されるヒートシン
クを有する回路ユニットであって、ヒートシンクにおけ
る固定用の下穴加工（二次加工）が不要であるととも
に、この下穴の歪みの問題がなく、しかも小型化が図れ
る回路ユニット、及びそのためのヒートシンクの製造方
法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による回路ユニッ
トは、回路素子が一面側に固定された状態で回路基板上
に固定され、他面側にケースが固定されるヒートシンク
を有する回路ユニットであって、前記ヒートシンクは、
板材を断面コ字状に曲げ加工してなり、中央板部の両側
に二つの側板部を有するもので、前記中央板部には、前
記回路基板に対して固定するための締結部材用の下穴が
形成され、前記下穴の両側の曲げ加工位置にはスリット
が形成されているものである。ここで、「締結部材」と
しては、例えば軸部先端がヒートシンクの下穴に螺着さ
れるタッピングネジや、軸部先端がヒートシンクの下穴
に圧入されるリベットなどがあり得る。

【０００７】本発明の回路ユニットであれば、ヒートシ
ンクは板材のプレス加工と曲げ加工によって容易に製作
可能であり、また締結部材用の下穴をプレス加工の工程
（曲げ加工の前）において例えば外形と同時に形成して
しまうようにすれば、前述したような下穴の二次的な機
械加工が不要になり、この機械加工による工数増の問題
が解消できる。例えば、本発明のヒートシンクの製造方
法のように、板材をプレス加工して前記ヒートシンクの
展開品を製作するプレス工程と、このプレス工程で製作
された前記展開品を断面コ字状に曲げ加工する曲げ工程
とよりなり、前記プレス工程において、前記下穴をプレ
ス加工とするとともに、前記下穴の両側の曲げ加工位置
にスリットを形成する製造方法によってヒートシンクを
製作すれば、前述したような下穴の二次的な機械加工が
不要になり、また上記スリットの加工も二次的に行う必
要がない。

【０００８】しかも、上記スリットによって曲げ加工時
の変形の影響が中央板部の下穴に及ばなくなるため、ヒ
ートシンクの幅寸法Ｌを極力小さくしても中央板部の下
穴の歪みが生じなくなり、この結果ヒートシンクの小型
化（ひいては回路ユニットの小型化）に貢献できる。こ
の場合、中央板部における下穴の両側の肉厚（中央板部
の下穴と上記スリットとの間の間隔であり、例えば図２
に符号Ｄで示すもの）が、締結部材の固着のための必要
最小限の肉厚となるまで、曲げ加工位置（上記スリット
を形成する位置）を中央側に寄せることで、幅寸法Ｌを
極力小さくできる。また、本発明の好ましい態様は、ヒ
ートシンクにおける上記スリットの端部に、中央板部の
中央に向かって凹状をなす切り欠きが形成されている構
成である。この構成によれば、中央板部における下穴の
両側の肉厚を必要最小限の厚さに維持しつつ、幅寸法Ｌ
をさらに小さくできる。なぜなら、上述のような切り欠
きがあると、スリットの中心位置に対して相対的に折り
曲げ位置が中央側に寄って幅寸法Ｌがさらに小さくなっ
ても、曲げ加工時の変形の影響が上記下穴に及ばない作
用を維持できるからである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。なお、図４に示した従来例と同
様の要素には、同符号を付して重複する説明を省略す
る。図１（ａ）は、自動車の例えばＡＣインバータを構
成する回路ユニットの要部構成（導熱体まわりの構造）
を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は同回路ユニット
における導熱体２１を示す斜視図であり、図２は導熱体
２１の製造工程における中間製造物（展開品）を示す平
面図である。なお、導熱体２１とケース４を含めてヒー
トシンクと呼ぶこともできるが、ここでは、導熱体２１
が本発明のヒートシンクに相当している。

【００１０】導熱体２１は、板材を断面コ字状に曲げ加
工してなり、中央板部２２の両側に二つの側板部２３，
２４を有するもので、中央板部２２には、回路基板１に
対して固定するためのネジ５用の下穴２２ａが形成さ
れ、側板部２３には、ＦＥＴ２を固定するためのネジ５
用の下穴２３ａが形成され、側板部２４には、ケース４
を固定するためのネジ５用の下穴２４ａが形成されてい
る。これら下穴２２ａ，２３ａ，２４ａは、図１（ａ）
に示すようなタッピングネジ５（或いはリベットでもよ
い。以下同様）の軸部を挿入して螺着又は圧着が可能な
もので、これにより、導熱体２１の各面（この場合、両
側面と下面）に、既述した如くＦＥＴ２（この場合７
個）、回路基板１、及びケース４が固定される。そし
て、上記下穴２２ａの両側の曲げ加工位置（図２に符号
Ｘ１，Ｘ２で示す一点鎖線の位置）にはスリット２５
（細長い開口）が形成されている。またスリット２５
は、その両端部に、中央板部２２の中央に向かって凹状
をなす切り欠き２６が形成された形状となっている。

【００１１】次に、上記導熱体２１は、例えば次のよう
にして製造される。まず、例えばアルミの板材をプレス
加工して図２に示すような展開品２０を製作する（プレ
ス工程）。その後、このプレス工程で製作された展開品
２０を、図２に示す曲げ加工位置Ｘ１，Ｘ２において直
角に折り曲げて、断面コ字状に成形する（曲げ工程）。
これにより、図１に示す導熱体２１が容易かつ安価に製
造できる。なお、下穴２２ａ（この場合２個）、下穴２
３ａ（この場合７個）、下穴２４ａ（この場合４個）、
及び両端側の切り欠き２６を含むスリット２５（この場
合４個）は、上記プレス工程において、例えば展開品２
０の外形（長方形状の外形）と同時に切断加工される。

【００１２】なお基板１は、図示省略した締結構造（例
えば、ネジ止め）によって、ケース４に対して固定さ
れ、ケース４の下面側の開口部（基板１の裏面側）に
は、図示省略したベース部材が取り付けられ、回路ユニ
ットの下面側をこのベース部材が覆う構成となってい
る。また、回路ユニットの車両等への取り付けは、この
ベース部材に設けられた取付部（ネジ用の穴）によって
行われる構成となっている。またリベット（図示省略）
は、先端側に向かって外径が細くなるくさび形の軸部を
有し、この軸部が下穴側に圧入されるものであり、通
常、脱落防止用の爪が軸部の外周に設けられる。タッピ
ングネジ５の代わりにこのようなリベットを用いると、
タッピング（ネジ切り）によるゴミが発生しない長所が
ある。

【００１３】以上説明した回路ユニットであると、導熱
体２１の二次加工（各下穴やスリットの後加工）が全く
不要になる。いいかえると、導熱体２１は生産性の良い
プレス工程と曲げ工程だけで最終品として製作可能とな
る。このため、大幅な生産性向上やコスト低減が実現で
きる。特に本形態例の回路ユニットのように多数の締結
部材（ネジ５等）を使用する締結構造の場合、下穴の数
が非常に多く、この下穴の加工に従来非常に手間がかか
っていたが、これらが全て不要になるため、非常に効果
が大きい。しかも、スリット２５の存在によって曲げ加
工時の変形の影響が中央板部２２の下穴２２ａに及ばな
くなるため、ヒートシンクの幅寸法Ｌを極力小さくして
も中央板部２２の下穴２２ａの歪みが生じなくなり、こ
の結果導熱体２１（ヒートシンク）の小型化（ひいては
回路ユニットの小型化）に貢献できる。この場合、中央
板部２２における下穴２２ａの両側の肉厚（下穴２２ａ
とスリット２５との間の間隔であり、図２に符号Ｄで示
すもの）が、ネジ５（締結部材）の固着のための必要最
小限の肉厚となるまで、曲げ加工位置（上記スリットを
形成する位置）を中央側に寄せることで、幅寸法Ｌを極
力小さくできる。特に、本形態例の場合には、上記スリ
ット２５の端部に、中央板部の中央に向かって凹状をな
す切り欠き２６が形成されている。このため、下穴２２
ａの両側の肉厚Ｄを必要最小限の厚さに維持しつつ、幅
寸法Ｌをさらに小さくできる（例えば、板厚２ｍｍの場
合に、幅寸法Ｌを１０ｍｍ未満にすることができる）。
なぜなら、上述のような切り欠き２６があると、図２に
示すように、スリット２５の中心位置に対して相対的に
折り曲げ位置Ｘ１，Ｘ２が中央側に寄って幅寸法Ｌがさ
らに小さくなっても、曲げ加工時の変形の影響が上記下
穴２２ａに及ばない作用を確保できるからである。

【００１４】なお、本発明は上記実施の形態の態様に限
られない。例えば、本発明のヒートシンクは、図３
（ａ）に示す導熱体２１ａのように、端部に切り欠き２
６が形成されていないスリット２５ａを有するものであ
ってもよい。この場合でも、図５の構成に対して、下穴
２２ａの歪みを回避して幅寸法Ｌを小型化できる効果が
ある。但し、この導熱体２１ａのような構成（切り欠き
２６が無い構成）の場合には、図１（ｂ）に示した上記
形態例に比較して、スリット２５ａの中心位置を比較的
中央側寄り（下穴２２ａに近づく方向）に設定する必要
があるため、前述した肉厚Ｄが比較的確保困難となり、
その分だけ幅寸法Ｌを小型化できる効果が減る。その点
で、図１（ｂ）に示すような切り欠き２６が設けられて
いる構成が優れている。また、本発明のヒートシンク
は、図３（ｂ）に示す導熱体２１ｂのように、導熱体の
端面まで伸びるスリット２５ｂを有するものであっても
よい。なおこの場合でも、図３（ｂ）に示すように、ス
リット２５ｂの端部に切り欠き２６ｂを形成する態様が
好ましい。

【００１５】

【発明の効果】この発明によれば、ヒートシンクの二次
加工（各下穴の後加工）が全く不要になる。いいかえる
と、ヒートシンクは生産性の良いプレス工程と曲げ工程
だけで最終品として製作可能となる。このため、大幅な
生産性向上やコスト低減が実現できる。しかも、ヒート
シンクの中央板部の下穴の両側に設けたスリットの存在
によって、曲げ加工時の変形の影響が前記下穴に及ばな
くなるため、ヒートシンクの幅寸法Ｌを極力小さくして
も前記下穴の歪みが生じなくなり、この結果ヒートシン
クの小型化、ひいては回路ユニットの小型化に貢献でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】車載用インバータを構成する回路ユニットの要
部構成を示す図である。

【図２】同回路ユニットのヒートシンクの展開品を示す
平面図である。

【図３】ヒートシンクの他の構成例を示す斜視図であ
る。

【図４】従来の回路ユニットの構成例を説明する図であ
る。

【図５】従来の問題点を説明するためのヒートシンクの
斜視図である。

【符号の説明】 １ 回路基板 ２ ＦＥＴ（回路素子） ４ ケース ５ タッピングネジ（締結部材） ２０ 展開品 ２１，２１ａ，２１ｂ 導熱体（ヒートシンク） ２５，２５ａ，２５ｂ スリット ２６，２６ｂ 切り欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉河 英俊 長野県飯田市桐林2254番地28 オムロン飯 田株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB01 BC03 BC33 BE03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路素子が一面側に固定された状態で回
   路基板上に固定され、他面側にケースが固定されるヒー
   トシンクを有する回路ユニットであって、 前記ヒートシンクは、板材を断面コ字状に曲げ加工して
   なり、中央板部の両側に二つの側板部を有するもので、
   前記中央板部には、前記回路基板に対して固定するため
   の締結部材用の下穴が形成され、前記下穴の両側の曲げ
   加工位置にはスリットが形成されていることを特徴とす
   る回路ユニット。
2. 【請求項２】 前記ヒートシンクにおける前記スリット
   の端部には、前記中央板部の中央に向かって凹状をなす
   切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の回路ユニット。
3. 【請求項３】 板材を断面コ字状に曲げ加工してなり、
   中央板部の両側に二つの側板部を有するとともに、少な
   くとも前記中央板部に締結部材用の下穴が形成されたヒ
   ートシンクの製造方法であって、 板材をプレス加工して前記ヒートシンクの展開品を製作
   するプレス工程と、このプレス工程で製作された前記展
   開品を断面コ字状に曲げ加工する曲げ工程とよりなり、 前記プレス工程において、前記下穴を形成するととも
   に、前記下穴の両側の曲げ加工位置にスリットを形成す
   ることを特徴とするヒートシンクの製造方法。