JP2006288117A - スイッチングユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化と放熱性の向上が可能なスイッチングユニットを提供する。
【解決手段】 スイッチングユニット１０は、ケーシング２０で包囲され、回路基板１１とバスバー回路１２とを密着させた回路基板１１側の表面にスイッチングデバイス１３を実装したユニット本体１５を有すると共に、ユニット本体１５からケーシング２０の外側へ延出する接続端子１２Ａを備える。さらに、スイッチングデバイス１３が、バスバー回路１２中最大面積を有し、かつスイッチングデバイス１３の投影面積よりも大きな面積を有するバスバー１２Ｍに接続されている。これにより、スイッチングデバイス１３で生じた熱がバスバー１２Ｍに吸収され易く、かつ吸収された熱が、迅速にスイッチングデバイス１３の投影面積よりも広い領域に拡散できるので、発熱密度を減少させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電流のオン／オフを制御可能なスイッチングユニットに関する。

従来のスイッチングユニットとして、例えば特許文献１に示すものがある。このものは、例えば、自動車のバッテリー等の電源とヘッドランプ等の各電子装置との間に配されて電流のオン／オフを切り替えることにより各電子装置の制御を行うものである。また、これらのスイッチングユニットは、外部との接続を行うための接続端子を備え、メンテナンス等のため着脱可能なものとして用いられている。
特開２００２−３２４４７８公報

ところで、近年、自動車に要求される快適性・安全性等は高まる一方であり、これらの要求を満たすために自動車に搭載される電子装置の数は増加する傾向にある。そうすると、増加した電子装置を制御するためのリレー等のスイッチングユニットの数も増加してその分、スペースを要してしまうという問題があった。さらに、着脱可能なスイッチングユニットの場合、搭載箇所が外部に露出している等、着脱可能な箇所に設置しなければならない等、その配設箇所が制限されてしまうので、スペース上の問題はより顕著になってしまう。これらの問題から、スイッチングユニットをできるだけ小型化したいという要望があった。
また、自動車に搭載される電子装置の数が増加すると車両全体で消費する電力量も増加し、単純に小型化した場合、発熱密度が上昇して熱がこもり、電子装置に悪影響を及ぼす恐れもあった。

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、小型化と放熱性の向上が可能なスイッチングユニットを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスを接続してなる回路体と、前記回路体を収容するケーシングとを備え、前記接続端子が前記バスバー回路の端部に一体に延設されると共に、前記スイッチングデバイスの接続されたバスバーが他のバスバーよりも面積が大きくなるように形成されているところに特徴を有する。

請求項２の発明は、電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスを接続してなる回路体と、前記回路体を収容するケーシングとを備え、前記接続端子が前記バスバー回路の端部に一体に延設されると共に、前記スイッチングデバイスの接続されたバスバーの面積が、当該バスバーへの前記スイッチングデバイスの投影面積よりも大となるところに特徴を有する。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、前記回路体を冷却するための放熱手段を密着して備えるところに特徴を有する。

＜請求項１の発明＞
スイッチングユニットの内部に回路基板とバスバー回路とを備えるので、バスバー回路で形成した場合大型化してしまうような複雑な回路を回路基板で形成すると共に、入出力を行う回路と接続端子とをバスバー回路で一体に形成するので、スイッチングユニットの内部の回路のための構造を小型化できる。
また、スイッチングデバイスを面積の大きなバスバーに搭載するので、スイッチングデバイスで生じた熱がバスバーに吸収され易いと共に、広範囲に拡散できる。
これにより、本発明では、スイッチングデバイス全体を小型化しつつ、その放熱性の向上が可能となる。

＜請求項２の発明＞
スイッチングユニットの内部に回路基板とバスバー回路とを備えるので、バスバー回路で形成した場合大型化してしまうような複雑な回路を回路基板で形成すると共に、入出力を行う回路と接続端子とをバスバー回路で一体に形成するので、スイッチングユニットの内部の回路のための構造を小型化できる。
また、スイッチングデバイスが接続されたバスバーが、スイッチングデバイスのバスバーへの投影面積よりも大きな面積であるので、スイッチングデバイスで生じた熱が、迅速にスイッチングデバイスの投影面積よりも大きな領域に拡散できるので、発熱密度を減少させて、放熱性の一層の向上が可能となる。
これにより、スイッチングデバイスの小型化と放熱性の向上が可能となる。

＜請求項３の発明＞
回路体を冷却するための放熱手段を備えるので、スイッチングユニットの放熱性がより一層向上する

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図４によって説明する。
スイッチングユニット１０は、図１，２に示すように、ケーシング２０で包囲されたユニット本体（本発明の「回路体」に相当する）１５を有し、ユニット本体１５からケーシング２０の外側へ延出する接続端子１２Ａが相手側接続端子（図示なし）と接続することで電気接続箱（図示なし）等に着脱可能に装着されるようになっている。

ユニット本体１５は、回路基板１１とバスバー回路１２とを密着させた回路基板１１側の表面にスイッチングデバイス１３を実装してなるものである（図２参照）。
スイッチングデバイス１３は、電流のオン／オフを制御可能なものであって、本実施形態では半導体スイッチング素子を用いており、特に本実施形態では、半導体デバイス中にパワーＭＯＳＦＥＴ部と、過熱保護機能或いはＰＷＭ信号発振部等を有する制御部とをワンチップ上に配設したものを用いている。

回路基板１１は、図１に示すように、略方形状の絶縁基板上にスクリーン印刷等で導電路が形成された印刷回路を備え、その所定箇所には貫通孔１１Ａが穿設されている。スイッチングデバイス１３或いは他の抵抗その他の回路基板１１の表面に実装された電子素子は、この貫通孔１１Ａを介して次述のバスバー回路１２に直接端子を接続させるようになっている（図２参照）。また、本実施形態では回路基板１１の片側（図１の右側）にスイッチングデバイス１３を実装すると共に、その反対側（図１の左側）に（詳細には図示しないが）制御系の回路を配設している。

バスバー回路１２は、金属平板を打抜いて形成された複数本のバスバーによって所定回路形状に形成されてなるものである（図１の破線参照）。バスバー回路１２は全体形状が回路基板１１と同様の略方形状をなしており、回路基板１１のほぼ全体に亘る領域をバスバー回路１２で支持することでユニット本体１５の強度を確保できるようになっている。
さらに、バスバー回路１２を構成するバスバーには、ユニット本体１５から延出する接続端子１２Ａが一体に形成されており、この接続端子１２Ａによって、図示しない電気接続箱等の相手側接続端子と嵌合可能となっている。尚、本実施形態では、図１に示すように、５本の接続端子１２Ａを備えているが、これらのうち図１における左側の３本が制御系端子として用いられ右側の２端子が電力系端子として用いられている。また、制御系端子（図１の左側３本の端子）の先端部はプレス加工によって電力系端子（図１の右側２本の端子）よりも薄く形成されている。

ユニット本体１５の下側には図２に示すように放熱板（本発明の「放熱手段」に相当する）２５を備える。放熱板２５はアルミ製の金属板でユニット本体１５のバスバーの下面に接着剤（例えばシリコーン系接着剤若しくはエポキシ系接着剤）又は接着シート（例えば絶縁シートの両面に接着剤を塗布して接着性をもたせたもの）により接着し、かつ絶縁されており、ユニット本体１５で生じた熱をバスバー回路１２を介して伝熱させて、外部へ放出するようになっている。これらの接着剤はアルミナフィラー等熱伝導性の高い材料を含有したものを用いることでより伝熱性を向上させることが可能となる。

ケーシング２０は、全体略直方体形状をなし、本体２１のうち上記の接続端子１２Ａを導出する側（図２の左側）の面の下側部分を別体の蓋体２２で閉塞可能となっている。
蓋体２２は接続端子１２Ａを導出する箇所に溝部２２Ａが形成されており、この溝部２２Ａに接続端子１２Ａを嵌め込むことでケーシング２０から接続端子１２Ａを隙間なく導出できるようになっている（図３参照）。
また、ケーシング２０にはユニット本体１５に取付けられた放熱板２５に対応する箇所（図２の下側）の面が開口部２０Ａをなしており、この開口部２０Ａから放熱板２５を外部に露出させることで放熱性を高めるようになっている。

また、接続端子１２Ａのユニット本体１５からの基端部分には、放熱板２５との間に絶縁部材３０が配設されている（図２参照）。
この絶縁部材３０は、絶縁性を備えた樹脂で略角柱形状に形成されており、放熱板２５の接続端子１２Ａ側（図２の左側）の端部に形成された切欠き部２６に嵌め込まれている。切欠き部２６は放熱板２５の幅方向に亘って絶縁部材３０の形状に合わせて略角柱形状に切削して形成されており、絶縁部材３０を嵌め込むことにより、放熱板２５の上面（バスバー回路１２の貼付け面）は絶縁部材３０の上面と略面一となる。これにより、放熱板２５の上面とバスバー回路１２の下面との接着においても段差等が生ずることなく確実に接着ができるようになっている。また、接続端子１２Ａに電流が流れた場合でも、接続端子１２Ａの基端部と放熱板２５との間には絶縁部材３０が介在しているので、接続端子１２Ａと放熱板２５との間に短絡等が生ずることがないようになっている。

さて、本実施形態に係るスイッチングユニット１０では、図４に示すように、スイッチングデバイス１３が接続された（図４中一点鎖線で示されている）バスバー１２Ｍは、図４中二点鎖線で示したスイッチングデバイス１３のバスバー回路１２に対する投影面積よりも大きな面積となるように形成されていると共に、他のバスバーよりも面積が大きくなるように形成されており、特に本実施形態ではバスバー回路１２を構成するバスバー中で最も面積が大きくなるように形成されている。
これにより、スイッチングデバイス１３で生じた熱は金属であるバスバー１２Ｍに吸収されると共に、スイッチングデバイス１３の投影面積よりも広い領域に伝熱可能となっている。

そして、上記のように構成されたスイッチングユニット１０は図しない電気接続箱に対して着脱可能に組みつけられて、制御系端子から所定の電気信号を受け取てスイッチングデバイス１３を動作させることにより、電力系端子の入力側から入力された電流を適宜調整して電力系端子の出力側から出力し電子装置（図示なし）を動作させる。
尚、電気接続箱（図示なし）のメンテナンス時等において、スイッチングユニット１０は抜脱可能であり、必要に応じて交換されて使用できるようになっている。

このように、本実施形態のスイッチングユニット１０によれば、スイッチングユニット１０の内部に回路基板１１とバスバー回路１２とを備えている。これにより、バスバー回路１２で形成した場合大型化してしまうような制御系回路等の複雑な回路を回路基板１１で形成すると共に、入出力を行う回路と接続端子１２Ａとをバスバー回路１１で一体に形成するので、スイッチングユニット１０の内部の回路のための構造を小型化できる。
さらに、スイッチングデバイス１３が、バスバー回路１２中最大面積を有し、かつスイッチングデバイス１３の投影面積よりも大きな面積を有するバスバー１２Ｍに接続されている。これにより、スイッチングデバイス１３で生じた熱がバスバー１２Ｍに吸収され易く、かつ吸収された熱が、迅速にスイッチングデバイス１３の投影面積よりも広い領域に拡散できるので、発熱密度を減少させる。
従って、本実施形態のスイッチングユニット１０では、スイッチングユニット１０全体を小型化しつつ、その放熱性の向上が可能となる。

また、本実施形態では、ユニット本体１５に放熱板２５を密着して備え、かつこの放熱板２５がケーシング２０の開口部２０Ａから外部に露出されているので、放熱性が一層向上できる。

また、ユニット本体１５に関し、例えば製造工程における放熱板２５の取り付け前の工程において、回路基板１１のみでは強度が不十分となるが、本実施形態のユニット本体１５では、回路基板１２のほぼ全面に亘り、バスバー回路１２が貼り付けられているので、ユニット本体１５のみでも十分な強度を確保できる。

また、本実施形態ではスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を用いたのでいわゆるメカリレーにおいて、接点のオン／オフ時に発生する動作音が生じないので、静音化が図れる。

＜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、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態ではスイッチングユニットが箱状をなすケーシング２０に収容されるものであったが、これに限らず、例えばモールド成形によって一体に形成されたケーシングを備えるものであってもよい。また、この場合ケーシング２０と絶縁部材３０とを一体にモールド成形するものであってもよい、このようなものによれば、部品点数の減少と製造工程の短縮化とができるので、製造効率が一層向上する。
また、この場合において、モールド成形したケーシング２０が放熱手段（放熱板）の１面をスイッチングユニットの壁面とした構造であっても、或いは放熱板の全面をモールド樹脂にて内包する構造であってもよく、また放熱板の多面を壁面とした構造であってもよい。
（２）また、ケーシングを構成する樹脂にアルミナ等のフィラーを添加した樹脂を用いることで、ケーシング２０全体の放熱性を高めたものであってもよい。
（３）上記実施形態では放熱板２５がケーシング２０の外部に露出させたものであったが、これに限らず、放熱板をケーシングの内部に収容するものであってもよい。このようなものにおいて、ケーシング２０の内壁のうち、放熱板が当接する内壁を他よりも薄肉とするものであってもよい。これにより、放熱性が向上できる。
（４）上記実施形態では放熱板２５を備えるものであったが、これに限らず、放熱板２５のような放熱手段を備えていないものであってもよい。
（５）上記実施形態ではスイッチングユニット１０はスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を実装するものであったが、これに限らず、例えばＩＣ等を実装するものであってもよい。
（６）上記実施形態において、制御系回路にＩＣ、マイコン等を実装するものであってもよい。
（７）上記実施形態において、さらに放熱面積を増加するため放熱板に放熱フィン等の放熱手段を追加する構造のものであってもよい。
（８）上記実施形態ではスイッチングデバイス１３に半導体スイッチング素子を用いるものであったが、これに限らず、ベアチップ等を実装するものであってもよい。
（９）上記実施形態ではケーシング２０が樹脂製のものであったが、例えば金属製のものであってもよい。この場合、例えば、金属製ケーシングの表面に絶縁被膜を形成する等してケーシングとユニット本体との間の絶縁を図る構成とするのが望ましい。

実施形態１のスイッチングユニットの平断面図 スイッチングユニットの縦断面図 スイッチングユニットの端子金具導出方向から見た平面図 回路基板とバスバー回路との平面図

符号の説明

１０…スイッチングユニット
１１…回路基板
１２…バスバー回路
１２Ａ…接続端子
１２Ｍ…バスバー
１３…スイッチングデバイス
１５…ユニット本体（回路体）
２０…ケーシング
２５…放熱板（放熱手段）

Claims (3)

1. 電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、
   絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスを接続してなる回路体と、
   前記回路体を収容するケーシングとを備え、
   前記接続端子が前記バスバー回路の端部に一体に延設されると共に、
   前記スイッチングデバイスの接続されたバスバーが他のバスバーよりも面積が大きくなるように形成されていることを特徴とするスイッチングユニット。
2. 電流のオン／オフを制御可能なスイッチングデバイスと、外部との接続を行うための接続端子とを備えるスイッチングユニットにおいて、
   絶縁物を介して互いに密着された回路基板とバスバー回路との双方に対して前記スイッチングデバイスを接続してなる回路体と、
   前記回路体を収容するケーシングとを備え、
   前記接続端子が前記バスバー回路の端部に一体に延設されると共に、
   前記スイッチングデバイスの接続されたバスバーの面積が、当該バスバーへの前記スイッチングデバイスの投影面積よりも大となることを特徴とするスイッチングユニット。
3. 前記回路体を冷却するための放熱手段を密着して備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスイッチングユニット。

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