JP2017098418A - 回路構成体、電気接続箱及び回路構成体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えて、回路体の熱を放熱する。【解決手段】回路構成体２０は、導電路を有し、発熱部品２１Ａ，２１Ｂが実装された回路体２１と、回路体２１に重ねられ、回路体２１の熱を受ける金属製の均熱部３０と、均熱部３０に対して回路体２１とは異なる側に重ねられ、均熱部３０の熱を受けて外部に放熱する樹脂製の放熱部４３と、を備える。【選択図】図１

Description

本明細書では、回路体の熱を放熱する技術を開示する。

従来、回路基板に放熱部材が重ねられ、回路基板の熱を放熱部材で外部に放熱する回路構成体が知られている。特許文献１の回路構成体は、回路基板と、アルミニウム等の金属製の放熱部材とが接着性を有する貼付部で貼り付けられており、放熱部材には、放熱フィンが形成されている。

特開２０１５−１１９６０７号公報

ところで、放熱部材に使用されるアルミニウム等の金属は、放熱部材内部における熱の均熱性は優れているが、外部への熱の放射率は高くないため、放射率の観点からは必ずしも放熱性が優れているとは言い難かった。そのため、放熱部材の放熱性を高めるために、放熱部材に送風するファン等が必要になり、製造コストが高くなるという問題があった。

本明細書に記載された技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、製造コストを抑えて、回路体の熱を放熱することが可能な回路構成体を提供することを目的とする。

本明細書に記載された回路構成体は、導電路を有し、発熱部品が実装された回路体と、前記回路体に重ねられ、前記回路体の熱を受ける金属製の均熱部と、前記均熱部に対して前記回路体とは異なる側に重ねられ、前記均熱部の熱を受けて外部に放熱する樹脂製の放熱部と、を備える。

本明細書に記載された回路構成体の製造方法は、導電路を有し、発熱部品が実装された回路体と、前記回路体の熱を受ける金属製の均熱部と、を備える回路構成体の製造方法であって、金型内に前記均熱部を配して前記金型内に樹脂を注入するインサート成形により、前記均熱部の熱を受けて外部に放熱する放熱部を形成する。

上記構成によれば、回路体の熱は、金属製で均熱性の高い均熱部に伝熱されて均熱部の全体に伝わり、均熱部から放熱部に伝熱される。樹脂製の放熱部は、熱の放射率が高いため、放熱部材に対して送風するためのファンを設けなくても回路体の熱を放熱部から放熱することが可能になる。よって、製造コストを抑えて、回路体の熱を放熱することが可能となる。

本明細書に記載された技術の実施態様としては以下の態様が好ましい。
前記放熱部は、外方に突出する放熱フィンを有する。
このようにすれば、放熱フィンにより放熱部の表面積が大きくなるため、放熱性を向上させることができる。

前記放熱部には、外部のコネクタと接続可能な樹脂製のコネクタハウジングが一体的に連なっている。
このようにすれば、コネクタハウジングの成形が容易になるとともに、別体のコネクタハウジングを取付ける必要がないため、製造工程を簡略化することが可能になる。

前記放熱部には、前記回路体を締結して取付けるための締結部材が固定された固定部が一体的に連なっている。
このようにすれば、締結部材で締結する際の作業性を向上させることができる。

前記回路体と前記均熱部との間を絶縁する絶縁性の樹脂製の絶縁部を有し、前記放熱部には前記絶縁部が一体的に連なっている。
このようにすれば、例えば、絶縁性の接着剤や接着シート等により絶縁部を形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。

前記均熱部は、板状であって、貫通孔が貫通形成されている。
このようにすれば、例えば、インサート成形時における金型内の樹脂が貫通孔を通ることで、金型内における樹脂の流動が促進され、金型内に樹脂を行き亘らせることができる。

前記均熱部の表面は、凹凸により粗く形成されている。
このようにすれば、均熱部と樹脂との密着性を高めることができる。

前記放熱部は、外面が黒色とされている。
このようにすれば、放熱部の外面を放射率の高い黒色とすることで、放熱部の放熱性を向上させることができる。

前記回路構成体と、前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱とする。

本明細書に記載された技術によれば、製造コストを抑えて、回路体の熱を放熱することが可能となる。

実施形態１の電気接続箱を示す縦断面図 均熱部の粗面が樹脂部に密着した状態を拡大して示す図 回路体を示す縦断面図 均熱部を金型内に配して金型内に樹脂を注入するインサート成形を行った状態を示す縦断面図 金型から均熱部及び樹脂部と取り出した状態を示す縦断面図 回路構成体を示す縦断面図

＜実施形態１＞
実施形態１を図１から図６を参照しつつ説明する。
電気接続箱１０は、例えば車両のバッテリ等の電源と、ランプ、ワイパー等の車載電装品やモータ等からなる負荷との間の電力供給経路に配され、例えばＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等に用いることができる。電気接続箱１０は、任意の向きに配置できるが、以下では、図１のＸ方向を右方、Ｙ方向を上方として説明する。

（電気接続箱１０）
電気接続箱１０は、図１に示すように、回路構成体２０と、回路構成体２０を覆うケース１１とを備えている。ケース１１は、箱形であって、例えばアルミニウム等の金属や合成樹脂等で形成することができる。

（回路構成体２０）
回路構成体２０は、回路体２１と、回路体２１の下に重ねられる金属製の均熱部３０と、均熱部３０の全体を覆う絶縁性の合成樹脂製の樹脂部４０とを備える。
（回路体２１）
回路体２１は、図３に示すように、複数の発熱部品２１Ａ，２１Ｂと、複数の発熱部品２１Ａ，２１Ｂが実装され、導電路が形成された回路基板２２とを備えている。複数の発熱部品２１Ａ，２１Ｂは、例えば、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、抵抗、コイル、コンデンサ等の電子部品からなる。回路基板２２は、例えば長方形状であって、絶縁基板２３とバスバー２５とを接着部材等（例えば、粘着テープ、接着シート、接着剤等）を用いて貼り合わせて構成されている。各発熱部品２１Ａ，２１Ｂは、絶縁基板２３の導電路に半田付け等により接続される端子と、バスバー２５の導電路に半田付け等により接続される端子とを有する。

絶縁基板２３は、絶縁板に銅箔等からなる導電路（図示しない）がプリント配線技術により形成されている。絶縁基板２３は、小電流に限られず、銅を厚くした大電流用としてもよい。バスバー２５は、銅、銅合金等からなる複数の金属板材を導電路に応じた形状に打ち抜いて形成され、複数の金属板材が同一平面上に互いに間隔を空けて配置されている。絶縁基板２３には、ボルト締結するためのボルト６１の軸部を挿通する複数の円形状の通し孔２４が貫通形成され、バスバー２５には、通し孔２４に連なる位置に複数の円形状の通し孔２６が貫通形成されている。複数の通し孔２４，２６は、例えば、回路基板２２の周縁部寄りの位置に形成されている。

また、バスバー２５には、電源入力部２７と、コネクタ端子部２８とが互いに反対側の端部（縁部）側にそれぞれ設けられており、共に、絶縁基板２３の周縁よりも外側に配されて絶縁基板２３が重なるバスバー２５の面に面一に延びている。電源入力部２７は、ボルト締結するためのボルト６０の軸部を挿通する通し孔２７Ａが貫通形成されており、図１に示すように、外部の電源側の電線の端末部の端子Ｔの通し孔に連なって端子Ｔと共に電源入力部２７がボルト６０で締結される。コネクタ端子部２８は、コネクタハウジング４７の奥壁部４９を貫通する。

（均熱部３０）
均熱部３０は、回路基板２２（回路体２１）のほぼ全体に重なる大きさの長方形状とされており、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の熱伝導性が高い板状の金属からなるが、特に純アルミニウム（純度99.00%以上）が比較的安価で、熱伝導率が高く均熱効果が高いため好ましい。均熱部３０には、複数の円形状の貫通孔３１が貫通形成されている。各貫通孔３１は、インサート成形の際に、金型内に注入した樹脂が貫通孔３１を通って樹脂部４０を形成する領域に行き渡る程度に、各貫通孔３１の大きさ及び互いの間隔が設定されている。

均熱部３０の上面及び下面は、図２に示すように、両面の全面に亘って多数の凹凸によって粗く形成された粗面３２とされている。粗面３２は、例えば、突出寸法Ａ１（高さ）が２〜４μｍのオーバーハング状の凹凸であって、基端側より先端側が太径の先太り状に形成された凸を含んで構成されている。

この粗面３２は、例えば、レーザー処理、化学処理、サンドブラスト等で行われる。レーザー処理としては、例えば、ＹＡＧレーザー等の固定レーザーや、炭酸ガスレーザ等のガスレーザや、半導体レーザー等とすることができる。化学処理は、例えば、塩酸、硝酸、フッ酸等によるエッチングで行うことができる。なお、粗面３２の形成方法は、上記に限られず、他の公知の方法を用いるようにしてもよい。

（樹脂部４０）
樹脂部４０は、インサート成形時に金型に注入された液状の樹脂が固化して形成されたものであり、図５に示すように、回路体２１が載置される（回路体２１と均熱部３０の間に配される）絶縁部４１と、均熱部３０の下側に重なって外部に露出する放熱部４３と、絶縁部４１と放熱部４３とを貫通孔３１内で連結する連結部５１と、コネクタハウジング４７と、ナット５３が固定される固定部５２と、を備え、これらが一体に形成されている。

樹脂部４０を形成する樹脂としては、絶縁性を有し、金属よりも熱の放射率の高い合成樹脂が用いられ、熱伝導率が１Ｗ／ｍＫ以上の高熱伝導材料が好ましい。また、熱放射率の高い黒色の材料が好ましい。樹脂部４０を形成する樹脂としては、具体的には、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）を用いることができるが、これに限られず、他の樹脂を用いてもよい。

絶縁部４１は、回路体２１と均熱部３０の間を絶縁する部分であって、均熱部３０の上面に積層されており、回路体２１と均熱部３０の間の絶縁性を保持できる程度の厚みで形成されている。絶縁部４１における回路体２１が載置される上面は、平坦面とされている。この絶縁部４１には、小型のボルト６１で回路体２１を締結して固定するための複数のナット４２がインサート成形により固着されている。

放熱部４３は、均熱部３０の下面に積層される板状の積層部４４と、積層部４４から櫛歯状に下方に突出する放熱フィン４５とを備えている。この積層部４４と絶縁部４１は、粗面３２に密着している。放熱フィン４５は、先細の形状であって、前後方向に板状に延びている。コネクタハウジング４７は、均熱部３０の一方の端面３０Ａ側に設けられ、角筒状のフード部４８と、フード部４８を閉鎖する奥壁部４９を備えている。奥壁部４９には、コネクタ端子部２８が挿通される複数の端子挿通孔５０が貫通形成されている。

固定部５２は、均熱部３０の他方の端面３０Ｂ側に設けられ、締結部材としてのナット５３が固着されており、このナット５３は、ボルト６１よりも大型のボルト６０で締結可能とされている。ナット５３の下には、ボルト６０の軸部を逃げる凹部５２Ａが形成されている。

回路構成体２０の製造方法について説明する。
金属板材を打ち抜いてバスバー２５を形成し、絶縁基板２３とバスバー２５とを接着部材で貼り合わせて回路基板２２を形成する。また、回路基板２２の導電路と発熱部品２１Ａ，２１Ｂの端子とを例えばリフロー半田付けして回路基板２２に発熱部品２１Ａ，２１Ｂを実装することで回路体２１を形成する（図３）。

また、例えば長方形状の純アルミニウム板に貫通孔３１を形成し、表面にレーザー処理又は化学処理等を行って、粗面３２を形成することで均熱部３０が形成される。
次に、図４に示すように、均熱部３０を金型６２〜６４内に配して液状の合成樹脂を金型６２〜６４内に注入するインサート成形を行う。なお、金型６４には、端子挿通孔５０を形成するためのピン６４Ａが設けられている。金型６２〜６４を外すと、均熱部３０の外面の全面が樹脂部４０で覆われ、ナット４２，５３が樹脂部４０に固定された状態となる（図５）。そして、回路体２１のコネクタ端子部２８を端子挿通孔５０に側方から通すように回路体２１をスライドさせて回路体２１を絶縁部４１の上に載置する。そして、ボルト６１をナット４２に締結して回路体２１を絶縁部４１に固定すると、回路構成体２０が形成される（図６）。

回路構成体２０の上にケース１１を被せ、図示しないネジでケース１１を樹脂部４０にネジ留めすることで電気接続箱１０が形成される（図１）。電気接続箱１０は、車両の電源から負荷に至る経路に配される。

上記実施形態によれば、以下の作用、効果を奏する。
本実施形態によれば、回路体２１の熱は、金属製で均熱性の高い均熱部３０に伝熱されて均熱部３０の内部の全体に伝わり、均熱部３０に対して回路体２１とは異なる側に重ねられた放熱部４３に伝熱される。樹脂製の放熱部４３は、熱の放射率が高いため、必ずしも放熱部４３を送風するためのファンを設けなくても回路体２１の熱を放熱部４３から放熱することが可能になる。よって、製造コストを抑えて、回路体２１の熱を放熱することが可能となる。また、放熱部４３を樹脂で形成することで放熱部４３を金属で形成する構成と比較して軽量化することができる。

また、放熱部４３は、外方に突出する放熱フィン４５を有する。
放熱フィン４５により放熱部４３の表面が積大きくなるため、放熱性を向上させることができる。

また、放熱部４３には、外部のコネクタと接続可能な樹脂製のコネクタハウジング４７が一体的に連なっている。
このようにすれば、コネクタハウジング４７の成形が容易になるとともに、別体のコネクタハウジングを取付ける必要がないため、製造工程を簡略化することが可能になる。

また、放熱部４３には、回路体２１を締結して取付けるためのナット５３（締結部材）が固定された固定部５２が一体的に連なっている。
このようにすれば、ナット５３で締結する際の作業性を向上させることができる。

また、回路体２１と均熱部３０との間を絶縁する絶縁性の樹脂製の絶縁部４１を有し、放熱部４３には絶縁部４１が一体的に連なっている。
このようにすれば、例えば、絶縁性の接着剤や接着シート等により絶縁部を形成する場合と比較して製造工程を簡略化することができる。

また、均熱部３０は、板状であって、貫通孔３１が貫通形成されている。
このようにすれば、例えば、インサート成形時における金型６２〜６４内の樹脂が貫通孔３１を通ることで、金型６２〜６４内における樹脂の流動が促進され、、金型６２〜６４内の樹脂部４０を形成する領域に樹脂を行き亘らせることができる。また、連結部５１が貫通孔３１内に配されることで、樹脂部４０の均熱部３０への固着力を高めることができる。また、寿命の短いダイカスト金型を使用せずに均熱部３０を形成できるため、ダイカスト金型を作り直す費用を低減でき、製造コストを低減することができる。

また、均熱部３０の表面は、凹凸により粗く形成された粗面３２とされている。
このようにすれば、均熱部３０と樹脂部４０との密着性を高めることができる。

また、放熱部４３は、外面が黒色とされている。
このようにすれば、放熱部４３の外面を放射率の高い黒色とすることで、放熱部４３の放熱性を向上させることができる。

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術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る。
（１）粗面３２は、均熱部３０の上面及び下面に形成されていたが、これに限られない。例えば、上面及び下面の一方の面に形成してもよい。また、例えば、均熱部３０の側面（端面）に形成してもよい。また、均熱部３０に粗面３２を形成しない構成としてもよく、均熱部３０の表面を滑らかに形成してもよい。

（２）放熱部４３には放熱フィン４５を形成したが、放熱フィン４５を形成しなくてもよい。
（３）樹脂部４０は、絶縁部４１が一体に形成される構成としたが、これに限られない。例えば、絶縁部４１を形成せず、絶縁性の接着剤や接着シート等により、回路体２１と均熱部３０との間を絶縁するようにしてもよい。

（４）回路基板２２と絶縁部４１との間に熱伝導性の高いグリスを挟んでもよい。特に、回路基板２２と絶縁部４１との間に隙間が生じる場合にグリスを挟むと熱伝導性が高くなり好適である。
（５）均熱部３０は、上記実施形態の金属に限られず、他の金属としてもよい。

（６）上記実施形態では、回路体２１は、樹脂部４０から露出する構成としたが、これに限られず、例えば、回路体２１を均熱部３０と共にインサート成形し、樹脂部が回路体２１の全体を覆うようにしてもよい。
（７）樹脂部４０を形成する樹脂としては、上記実施形態の樹脂に限られず、他の樹脂としてもよい。

（８）樹脂部４０には、ナット４２，５３をインサート成形することとしたが、これに限られず、例えば、締結部材としてのボルトの頭部をインサート成形して樹脂部４０に固着させ、別部材のナットで締結するようにしてもよい。
（９）樹脂の流動性を高めるために均熱部３０に貫通孔３１を形成したが、これに限られず、均熱部３０に凹部や凸部からなる樹脂の流路を形成してもよい。

１０： 電気接続箱
１１： ケース
２０： 回路構成体
２１： 回路体
２１Ａ，２１Ｂ： 発熱部品
２２： 回路基板
３０： 均熱部
３１： 貫通孔
３２： 粗面
４０： 樹脂部
４１： 絶縁部
４２，５３： ナット（締結部材）
４３： 放熱部
４５： 放熱フィン
４７： コネクタハウジング
５２： 固定部
６０，６１： ボルト

Claims (10)

1. 導電路を有し、発熱部品が実装された回路体と、
   前記回路体に重ねられ、前記回路体の熱を受ける金属製の均熱部と、
   前記均熱部に対して前記回路体とは異なる側に重ねられ、前記均熱部の熱を受けて外部に放熱する樹脂製の放熱部と、を備える回路構成体。
2. 前記放熱部は、外方に突出する放熱フィンを有する請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記放熱部には、外部のコネクタと接続可能な樹脂製のコネクタハウジングが一体的に連なっている請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記放熱部には、前記回路体を締結して取付けるための締結部材が固定された固定部が一体的に連なっている請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 前記回路体と前記均熱部との間を絶縁する絶縁性の樹脂製の絶縁部を有し、前記放熱部には、前記絶縁部が一体的に連なっている請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。
6. 前記均熱部は、板状であって、貫通孔が貫通形成されている請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体。
7. 前記均熱部の表面は、凹凸により粗く形成されている請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の回路構成体。
8. 前記放熱部は、外面が黒色とされている請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の回路構成体。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の回路構成体と、前記回路構成体を覆うケースとを備える電気接続箱。
10. 導電路を有し、発熱部品が実装された回路体と、前記回路体の熱を受ける金属製の均熱部と、を備える回路構成体の製造方法であって、
    金型内に前記均熱部を配して前記金型内に樹脂を注入するインサート成形により、前記均熱部の熱を受けて外部に放熱する放熱部を形成する回路構成体の製造方法。

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