JP4005814B2 - 電気接続箱用配電ユニット及び電気接続箱 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両において車載電源からの配電回路を構成する配電ユニット及び当該ユニットを具備した電気接続箱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共通の車載電源から各電子ユニットに電力を分配する手段として、複数枚のバスバー基板を積層することにより配電用回路を構成し、これにヒューズやリレースイッチを組み込んだ電気接続箱が一般に知られている。
【０００３】
さらに近年は、かかる電気接続箱の小型化や高速スイッチング制御を実現すべく、前記リレーに代えてＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を入力端子と出力端子との間に介在させたものが開発されるに至っている。
【０００４】
しかし、このような半導体スイッチング素子は発熱量が比較的大きいため、その放熱をいかに効率良く行うかが大きな課題となる。
【０００５】
その解決手段として、例えば特開２００１−３１９７０８号公報には、電源に接続される入力端子と複数の出力端子とを有し、かつ、各出力端子と前記入力端子との間に半導体スイッチング素子が介在する配電部と、回路構成用の金属製のバスバー及びその上に積層される絶縁板を有し、前記配電部の各出力端子を複数の車載負荷に接続するバスバー回路部とを備え、このバスバー回路部におけるバスバーの一部と前記配電部の各出力端子とが接続された状態でこれら配電部及びバスバー回路部を共通のケースに組み込んだ電気接続箱が開示されている。
【０００６】
具体的に、前記電気接続箱における配電部は、放熱部材の裏側に入力端子用バスバー及び複数の出力端子用バスバーが配設され、前記入力端子用バスバーと各出力端子用バスバーとの間に両者の通電をオンオフする半導体スイッチング素子が介在し、この半導体スイッチング素子の発する熱が前記放熱部材を通じて外部に放出される構成となっている。また、前記配電部の出力端子はバスバー回路部における絶縁板と平行な方向に突出し、当該バスバー回路部から突出するバスバーとその板厚方向に重ねられた状態（すなわち絶縁ケース内で当該ケースの外壁と略平行な姿勢で重ねられた状態）で当該バスバーと溶接等により接合されている。
【０００７】
このような電気接続箱によれば、半導体スイッチング素子及びその放熱部材を含む配電部が配電ユニットとしてバスバー基板から独立して構成されているので、各半導体スイッチング素子の冷却を一箇所で集中的に効率良く行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示される配電ユニットの出力端子とバスバー回路部のバスバーとを溶接するには、両者間に大きな作業スペースが必要であり、しかも前記出力端子とバスバーとが重ねられた状態で両者を表裏両側から電極で挟み付ける必要があるため、当該配電ユニットを後から追加的あるいは交換的に電気接続箱本体に組付けて前記バスバー回路部に接続することは事実上困難である。また、前記配電ユニットからバスバー回路部に向かってそのバスバー基板と平行な方向（ケース外壁に沿う方向）に出力端子が突出するので、少なくともその突出分は配電ユニットとバスバー回路部との間に間隔を置かなければならず、その分電気接続箱の占有面積が大きくなる不都合がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、電気接続箱全体を大型化することなくその電気接続箱本体に対して容易に組付けることができる配電ユニットを提供することを目的とし、また、当該配電ユニットの具備によって電気接続箱の小型化及びそのバスバー基板の構造の簡素化を図りながら各半導体スイッチング素子を効率良く冷却できる電気接続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】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が搭載された電気接続箱に組み込まれる配電ユニットであって、前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー、複数の出力端子用バスバー、及び複数の基板接続用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成され、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられ、前記基板接続用バスバーに前記半導体スイッチング素子が接続され、この基板接続用バスバーの一部が折り起こされることにより、前記放熱部材の裏面から立直する基板接続用端子を形成しており、この基板接続用端子に前記制御回路基板が接続されているものである。
【００１１】
また本発明は、電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が絶縁ケースに組み込まれた電気接続箱において、電気接続箱用配電ユニットを備え、この電気接続箱用配電ユニットは、前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー及び複数の出力端子用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成される一方、前記バスバー基板における特定の複数のバスバーの端部が絶縁ケースの表側に立直して接続端子を構成し、前記電気接続箱用配電ユニットが、その放熱部材が表側を向いて半導体スイッチング素子が裏側を向く状態で前記絶縁ケースに組み込まれ、かつ、当該ユニットの放熱部材の縁から前記絶縁ケースの裏側に突出する入力端子及び出力端子が前記バスバー基板から前記絶縁ケースの表側に立直する接続端子にそれぞれ突き合わされた状態で接合されているものである。
【００１２】
この構成によれば、半導体スイッチング素子を含む配電ユニットがバスバー基板と独立して構成されているので、前記半導体スイッチング素子の冷却を共通の放熱部材によって集中的に行うことができる。従って、従来のようにバスバー基板上に半導体スイッチング素子が散在状態で実装されるものに比べ、放熱部材の面積を小さく抑えながら各半導体スイッチング素子の冷却を一括して効率良く行うことができる。
【００１３】
また、電流仕様の変更などに伴って半導体スイッチング素子を代えなければならない場合、その変更度合いによっては、バスバー基板を残しながら配電ユニットの交換のみで対応することが可能であり、汎用性が高い。さらに、リレーブロックが組み込まれている既存の電気接続箱において、その構成によっては、当該リレーブロックを本発明に係る配電ユニットにそのまま入れ替えて使用するといったことも可能である。
【００１４】
さらに、本発明に係る配電ユニットは、その入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が放熱部材側に折り曲げられることにより入力端子及び出力端子を構成しているので、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱に組み込むことが可能であり、これによって、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、当該入力端子及び出力端子と電気接続箱本体側のバスバーとの突き合わせ接合（例えば溶接による接合）をケース外部から容易に行うことができるとともに、配電ユニットとバスバー基板との間隔を大きくとらなくても両者の電気的接続を行うことが可能になり、その分電気接続箱の占有面積を削減することができる。しかも、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーに実装される半導体スイッチング素子は必然的に電気接続箱の裏側を向くことになるので、これらの半導体スイッチング素子を有効に保護することが可能である。
【００１５】
そして、本発明に係る前記配電ユニットには、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が組み込まれているので、予め制御回路基板が半導体スイッチング素子に電気的に接続された状態で配電ユニット全体を電気接続箱の本体に組み込むことが可能であり、配電ユニットと制御回路基板とを個別に電気接続箱に組み込む場合に比べ、電気接続箱の組立作業は飛躍的に簡略化される。
【００１６】
さらに、本発明に係る配電ユニットでは、前記制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられている配置なので、この配電ユニットを電気接続箱の絶縁ケースに装着することにより前記制御回路基板は必然的に絶縁ケースの裏側を向くことになり、半導体スイッチング素子に加えて制御回路基板もケース外部から有効に保護することが可能になる。
【００１７】
さらに、前記制御回路基板と半導体スイッチング素子との電気的接続を行うための具体的構造として、前記半導体スイッチング素子が接続されているユニット構成用バスバーの一部が折り起こされて前記放熱部材の裏面から立直する基板接続部を形成しており、この基板接続部に前記制御回路基板が接続されているので、ユニット構成用バスバーの一部を折り起こすだけの簡単な構造で半導体スイッチング素子と制御回路基板との電気的接続を行うことができる。
【００１８】
一方、本発明に係る電気接続箱においては、前記絶縁ケースの形状や具体的構造について適宜設定が可能である。例えば、前記絶縁ケースに、前記バスバー基板から突出するバスバー端部とともに外部コネクタと接続可能なコネクタを構成する複数のコネクタハウジングが形成されたコネクタ形成部と、前記配電ユニットが装着されるユニット装着部と、ヒューズ素子が嵌合可能な形状を有してそのヒューズ素子と前記バスバー基板から突出するバスバーの端部とを電気的に接続させる複数のヒューズ嵌合部が形成されたヒューズ装着部とが前記バスバー基板と平行な方向に並べて設けられている構成とすれば、絶縁ケースの同一面上で、バスバー基板に対する外部コネクタの接続と、配電ユニットの接続と、ヒューズの接続及び交換とを効率良く行うことができる。また、前記コネクタ形成部、ユニット装着部、及びヒューズ装着部がバスバー基板と平行な方向に並んでいるので、各外部コネクタ、配電ユニット、及び各ヒューズ素子を共通のバスバー基板に対して短距離で接続することが可能であり、電気接続箱全体をコンパクトにまとめることができる。
【００１９】
また、前記電気接続箱用配電ユニットは、そのユニット構成用バスバーとして、電気接続箱の絶縁ケースに装着されるヒューズ素子のヒューズ端子と直接嵌合されるヒューズ接続バスバーを含んでいることが、より好ましい。この構成によれば、バスバー基板を介在させずに配電ユニットの適当なユニット構成用バスバーとヒューズ素子とを直接接続することができ、配線構造はより簡素化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図３に示す電気接続箱１０は、互いに重ね合されるロアケース１２及びアッパケース１４と、アッパケース１４に装着されるユニットカバー１６とを備えている。両ケース１２，１４及びユニットカバー１６は合成樹脂等の絶縁材料からなり、本発明にかかる絶縁ケースを構成している。
【００２２】
絶縁ケース内にはバスバー基板１９及びプリント回路基板２０が上下に並んだ状態で収納されている。バスバー基板１９は、多数本のバスバーと絶縁基板１８とが交互に積層されたもので、電力回路を構成している。
【００２３】
図１及び図２に示すように、アッパケース１４には、複数のコネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８が形成されたコネクタ形成部１４ａと、後述の配電ユニット４０が装着されるユニット装着部１４ｂと、複数のヒューズ嵌合部３６が形成されたヒューズ装着部１４ｃとが設けられている。これらは前記バスバー基板１９と平行な方向（図１及び図２では左右方向）に並んでいる。
【００２４】
前記コネクタ形成部１４ａにおける各コネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８の内側には、バスバー基板１９から上向きにバスバー端部（タブ端子）３０，３１，３２，３３，３４がそれぞれ突出しており、各コネクタハウジングとその内側のバスバー端部とにより、外部コネクタと結合可能なコネクタが構成されている。すなわち、各コネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８に外部コネクタのハウジングが嵌合されるとともに、当該外部コネクタの端子とバスバー端部３０，３１，３２，３３，３４とが嵌合することにより、前記外部コネクタを介して外部回路（例えば電源回路や負荷側回路）とバスバー基板１９により構成された電力回路とが電気的に接続されるようになっている。
【００２５】
ヒューズ装着部１４ｃは、図例では、前記ユニット装着部１４ｂを挟んで前記コネクタ形成部１４ａと反対の側に設けられている。このヒューズ装着部１４ｃにおける各ヒューズ嵌合部３６は、図３に二点鎖線で示すようなヒューズ素子３８が嵌合可能な形状を有している。具体的に、各ヒューズ素子３８は、その本体から下方に突出する２本のヒューズ端子３８ａを有する一方、ヒューズ嵌合部３６は、前記各ヒューズ端子３８ａが嵌入可能な端子嵌入部３６ａを有し、かつ、この端子嵌入部３６ａ内に前記バスバー基板１９から上向きにバスバー端部３７が突出している。そして、前記各端子嵌入部３６ａに嵌入されたヒューズ端子３８ａがバスバー端部３７と嵌合してバスバー基板１９と電気的に接続されるように構成されている。
【００２６】
次に、前記ユニット装着部１４ｂに装着される電気接続箱用配電ユニット（以下、単に「配電ユニット」と称する。）４０の構成を図３〜図５に基づいて説明する。
【００２７】
この配電ユニット４０は、放熱部材（図例では放熱板４２）と、多数本のユニット構成用バスバーと、複数の半導体スイッチング素子（図例ではパワーＭＯＳＦＥＴ５０。以下、単に「ＦＥＴ５０」と称する。）と、駆動制御基板５４とを備えている。
【００２８】
放熱板４２は、例えばアルミニウム合金や銅合金のように熱伝導性の高い（もしくは比熱の大きい）材料で全体が板状に形成されたもので、その上面（表側面）がアッパケース１４から上向きに露出するようにユニット装着部１４ｂに組みつけられる（図１及び図３参照）。そして、この放熱板４２の裏面（図では下面）に絶縁層を介して前記各ユニット構成用バスバーが接着剤等で固着されている。
【００２９】
前記ユニット構成用バスバーは、複数本の入力端子用バスバー４４，４５，４６，４７，４８と、複数本の出力端子用バスバー５２と、複数本の基板接続用バスバー５３とを含み、図３に示すように配列されている。
【００３０】
入力端子用バスバー４４は、比較的広い面積を有してＦＥＴ５０が実装されるドレイン接続部４４ｄと、このドレイン部４４ｄから短冊状に延びる入力端子部４４ａとを一体に有している。同様に、他の入力端子用バスバー４５，４６，４７，４８も、それぞれ、比較的広い面積を有して１または複数のＦＥＴ５０（例えばバスバー４５では３個のＦＥＴ５０）が実装されるドレイン接続部４５ｄ，４６ｄ，４７ｄ，４８ｄと、各ドレイン接続部４５ｄ，４６ｄ，４７ｄ，４８ｄから短冊状に延びる入力端子部４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａとを一体に有している。そして、図４に示すように各入力端子部４４ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が同一となるように各入力端子用バスバー４４〜４８が配置されるとともに、その入力端子部４４ａ〜４８ａの突出部分が放熱板４２側（図３及び図５では上側）に折り曲げられて放熱板４２の表面から上向きに突出している。
【００３１】
出力端子用バスバー５２及び基板接続用バスバー５３は全体が短冊状をなし、ＦＥＴ５０と同数だけ配列されている。
【００３２】
各出力端子用バスバー５２は、その一方の端部がソース接続部５２ｓ、他方の端部が出力端子部５２ａとされ、ソース接続部５２ｓがこれに対応する入力端子用バスバーのドレイン接続部に近接する位置に配されている。そして、図４に示すように各出力端子部５２ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が前記入力端子部４４ａ〜４８ａの突出量と同一となるように各出力端子用バスバー５２が配置されるとともに、その出力端子部５２ａの突出部分が放熱板４２側（図３及び図５では上側）に折り曲げられて放熱板４２の表面から上向きに突出している。
【００３３】
なお、出力端子用バスバー５２の一部は、前記出力端子部５２ａの代わりに図５に示すように放熱板４２の裏面から下方に延び、かつ、その端部が上向きに屈曲してヒューズ接続部５２ｃを構成している。このヒューズ接続部５２ｃは、前述のヒューズ素子３８におけるヒューズ端子３８ａが圧入可能な（ヒューズ端子３８ａを挟持可能な）二股のフォーク状に形成されている。
【００３４】
各基板接続用バスバー５３は、その一方の端部がゲート接続部５３ｇ、他方の端部が基板接続部５３ａとされ、ゲート接続部５３ｇがこれに対応する入力端子用バスバーのドレイン接続部に近接する位置に配されている。そして、図４に示すように各基板接続部５３ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａの突出量と同一となるように各基板接続用バスバー５３が配置されるとともに、各基板接続部５３ａの突出部分が放熱板４２とは反対の側（図３及び図５では下側）に折り曲げられて放熱板４２の裏面から下向きに立直している。
【００３５】
また、基板接続用バスバー５３はその途中部分で分断され、その分断部分５３ｂにまたがって図略のＦＥＴ保護用素子（例えばダイオードや抵抗）が実装されるようになっている。
【００３６】
なお、この実施の形態では、入力端子用バスバー４４〜４８及び出力端子用バスバー５２がそれぞれ単一の金属板で形成されているが、配置によっては当該バスバーを複数の金属板で構成してこれらの金属板をジャンピング線や溶接などの手段で接続するようにしてもよい。
【００３７】
一方、各ＦＥＴ５０は、略直方体状の本体を有し、この本体の側面から複数の端子が突出しており、これらの端子の中にソース端子５０ｓ及びゲート端子５０ｇが含まれている。
【００３８】
各ＦＥＴ５０のドレインはＦＥＴ本体の裏面に露出するように配されており、これらＦＥＴ５０の本体が前記各入力端子用バスバー４４〜４８の各ドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄ上にはんだ付け等で実装されることにより、当該ドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄに各ＦＥＴ５０のドレインが電気的に接続されている。また、ＦＥＴ５０のソース端子５０ｓはこれに対応する出力端子用バスバー５２のソース接続部５２ｓに、ＦＥＴ５０のゲート端子５０ｇはこれに対応する基板接続用バスバー５３のゲート接続部５３ｓに、それぞれはんだ付け等によって実装されている。
【００３９】
なお、本発明にかかる半導体スイッチング素子は前記パワーＭＯＳＦＥＴに限らず、その他のトランジスタ（例えばＩＧＢＴや通常のバイポーラトランジスタ）やＧＴＯをはじめとする各種サイリスタなど、スイッチング機能をもつ各種半導体素子を仕様に応じて適用することが可能である。また、かかる半導体スイッチング素子はパッケージ素子に限らず、例えば半導体チップを直接実装したものであってもよい。図示のＦＥＴ５０は、前記ソース端子５０ｓ及びゲート端子５０ｇに加え、制御用の電源端子やアース端子を含んでおり、これらの端子に対応してユニット構成用バスバーも追加されている。
【００４０】
また本発明では半導体スイッチング素子と各端子との接続形態も特に問わず、例えば適所にワイヤボンディングを用いるようにしてもよい。各半導体スイッチング素子及び出力端子の個数や配列も適宜設定することが可能であり、車両内における各電装品の配置や個数等に応じて自由に定めればよい。
【００４１】
制御回路基板５４は、前記各ＦＥＴ５０の駆動を制御する制御回路が組み込まれたもので、例えばプリント回路基板により構成することが可能である。この制御回路基板５４の適所には貫通孔が設けられ、この貫通孔に前記各基板接続用バスバー５３の基板接続部５３ａが挿入され（図３）、はんだ付け等により接合されている。これにより、当該基板接続用バスバー５３を介して制御回路基板５４の制御回路に各ＦＥＴ５０のゲート端子が電気的に接続されるとともに、前記制御回路基板５４が放熱板４２の裏面に対向する姿勢で設けられた状態となっている。
【００４２】
この配電ユニット４０の組付構造を図３に示す。
【００４３】
図示のように、配電ユニット４０は、そのユニット構成用バスバー４４〜４８，５２，５３が固着されている面と反対側の面が表側（図では上側）を向き、前記ユニット構成用バスバー４４〜４８，５２，５３及びＦＥＴ５０が裏側（図では下側）を向く姿勢で前記ユニット装着部１４ｂに嵌め込まれるとともに、その放熱板４２の縁で上向きに突出する各入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａが、前記バスバー基板１９の縁から上向きに突出する（ケース表側に立直する）接続端子５５と突き合わされ、その突き合わせ状態で溶接等により接合されている。また、一部の出力端子用バスバー５２に形成されたヒューズ接続部５２ｃ（図５）は適当なヒューズ嵌合部３６の底部に下から差し込まれ、このヒューズ嵌合部３６に嵌合されるヒューズ素子３８のヒューズ端子３８ａと直接接続されるように配置される。
【００４４】
さらに、この配電ユニット４０を上から覆うようにしてユニットカバー１６がアッパケース１４に装着されている。このユニットカバー１６は、放熱板保護部５６と、接合部分保護部５８とを一体に有している。放熱板保護部５６は格子状に形成され、その格子の隙間から放熱板４２の上面がケース外側（上側）に露出している。接合部分保護部５８は、前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９から上向きに突出する接続端子５５との突き合わせ部分（接合部分）を上から覆う形状を有している。
【００４５】
なお、このユニットカバー１６を省略して放熱板４２の全面をケース外部に露出させるようにしてもよい。その場合、放熱板４２の表側面から複数のフィンを突出させて冷却性能を高めるといったことも可能になる。
【００４６】
次に、この電気接続箱の作用を説明する。
【００４７】
図略の車載バッテリーから出力される電力は、アッパケース１４に形成された適当なコネクタハウジング（例えばコネクタハウジング２２）に結合された外部コネクタよりバスバー基板１９に入力される。この電力は、バスバー基板１９の適当な接続端子５２からこれに入力端子部４４ａ〜４８ａが接合されている入力端子用バスバー４４〜４８を通じて当該入力端子用バスバー４４〜４８のドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄに実装されているＦＥＴ５０のドレインに入力される。
【００４８】
ここで、ＦＥＴ５０がオンの場合には、そのドレインに入力された電力が出力端子用バスバー５２及びその出力端子部５２ａに突き合わせ接合されている接続端子５２を通じてバスバー基板１９に入力される。この電力は、バスバー基板１９の回路中に介在するヒューズ端子３６を通じ、アッパケース１４の適当なコネクタハウジング（例えばコネクタハウジング２４）に結合された外部コネクタから所定の電気的負荷（例えば車載電装品）へ供給される。また、一部の出力端子用バスバー５２（ヒューズ接続部５２ｃをもつ出力端子用バスバー５２）については、そのヒューズ接続部５２ｃを通じてヒューズ素子３６に直接電力が供給される。
【００４９】
一方、ＦＥＴ５０がオフの場合には、そのドレインに電力が入力されても出力端子用バスバー５２には出力されない。すなわち、配電回路は遮断される。
【００５０】
このＦＥＴ５０のオンオフは、制御回路基板５４に組み込まれた制御回路により制御される。具体的には、電気接続箱外の回路から送られる操作信号（例えばスイッチ信号）がバスバー基板１９の適当なバスバー（図示省略）を通じて制御回路基板５４の制御回路に入力され、この操作信号を受けた制御回路は、基板接続用バスバー５３を通じて適当なＦＥＴ５０のゲート端子５０ｇに制御信号を入力することにより、そのＦＥＴ５０におけるドレイン−ソース間の通電のオンオフ切換を制御する。
【００５１】
以上示した電気接続箱用配電ユニットでは、従来はバスバー回路に組み込まれていた機械式のリレースイッチがＦＥＴ５０に置き換えられ、かつ、これらのＦＥＴ５０が配電ユニット４０として独立かつ集中的に配置されているので、バスバー基板１９の構造は飛躍的に簡略化且つ小型化され、電気接続箱１０全体もコンパクト化される。
【００５２】
さらに、この実施の形態にかかる電気接続箱では、次のような効果を得ることができる。
【００５３】
・各ＦＥＴ５０がユニット構成用バスバーに直接実装され、かつ、これらのユニット構成用バスバーが共通の放熱板４２に固着されていて、この放熱板４２の表側面がケース外方に露出しているので、各ＦＥＴ５０の冷却を一括して効率良く行うことができる。
【００５４】
・使用電流の変更などによりＦＥＴ５０を交換しなければならない場合でも、バスバー基板１９は設計変更せずに配電ユニット４０の交換のみで対処することが可能であり、汎用性に優れている。また、リレーを用いた既存の電気接続箱においてそのリレーブロックをそのまま配電ユニット４０に置換するといったことも可能である。
【００５５】
・入力端子用バスバー４４〜４８の入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子用バスバー５２の出力端子部５２ａが放熱部材側に折り曲げられることにより入力端子及び出力端子を構成しているので、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱１０に組み込むことが可能であり、これによって、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、配電ユニット４０をケース外部から容易に組付けることができる。具体的には、前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９側の接続端子５５とがケース外側に突出した状態で相互付き合わされるので、その突き合わせ部分をケース外側で例えば電極により挟みつけることにより溶接による接合を簡単に行うことができる。
【００５６】
・前記のように入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９側の接続端子５５とがケース外側に突出して相互付き合わされた状態で接合されるので、前記特開２００１−３１９７０８号公報に示される配電ユニット、すなわち、出力端子がバスバー基板側に向かってケース外壁と平行に突出する配電ユニットと異なり、当該配電ユニットとバスバー基板との間に大きな間隔を置く必要がなく、その分電気接続箱全体の占有面積を削減することができる。
【００５７】
・ＦＥＴ５０及び制御回路基板５４は必然的にアッパケース１４の裏側に隠れることになるので、これらＦＥＴ５０や制御回路基板５４をケース外部から有効に保護することができる。
【００５８】
・予め配電ユニット４０に制御回路基板５４が組み込まれた状態で当該配電ユニット４０が電気接続箱１０に組み込まれるので、配電ユニット４０と制御回路基板５４とを個別に絶縁ケースに組み込む場合に比べ、電気接続箱の組立作業は飛躍的に簡略化される。
【００５９】
・アッパケース１４にコネクタ形成部１４ａ、ユニット装着部１４ｂ、及びヒューズ装着部１４ｃがバスバー基板１９と平行な方向に並べて設けられているので、外部コネクタ、配電ユニット４０、及び各ヒューズ素子３６を共通のバスバー基板１９に対して短距離で接続することが可能であり、電気接続箱全体をよりコンパクトにまとめることが可能となっている。
【００６０】
・出力端子用バスバー５２には、アッパケース１４に装着されるヒューズ素子３６のヒューズ端子３８と直接嵌合されるヒューズ接続部５２ｃをもつヒューズ接続バスバーを含んでいるので、この出力端子用バスバー５２については、バスバー基板１９を介さずにヒューズ素子３６とを直接電気的に接続することが可能であり、これにより配線構造はさらに簡素化される。
【００６１】
なお、本発明において放熱部材の裏面に絶縁層を介してユニット構成用バスバーを固着させる方法は問わない。例えば、放熱部材裏面にシリコーン樹脂等からなる絶縁シートを貼着してその上にユニット構成用バスバーを固着させてもよいし、絶縁性及び熱伝導性に優れた接着剤を放熱部材裏面に塗布してユニット構成用バスバーを貼着するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、半導体スイッチング素子を含む配電ユニットをバスバー基板と独立して構成したものであるので、放熱部材の面積を小さく抑えながら効率の高い半導体スイッチング素子の冷却をすることができ、また、バスバー基板を設計変更することなく半導体スイッチング素子の交換等を容易に行うことができる効果がある。
【００６３】
さらに、前記配電ユニットの入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部を放熱部材側に折り曲げることにより入力端子及び出力端子を構成し、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱に組み込むようにしているので、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、当該入力端子及び出力端子と電気接続箱本体側のバスバーとの突き合わせ接合（例えば溶接による接合）を容易に行うことができるとともに、配電ユニットとバスバー基板との間隔を小さく抑えて電気接続箱全体の占有面積の削減を図ることができる。しかも、入力端子及び出力端子を表側に向けることによって前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーに実装される半導体スイッチング素子は必然的に電気接続箱の裏側に隠れることになるので、これらの半導体スイッチング素子を有効に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電気接続箱の要部を示す断面正面図である。
【図２】前記電気接続箱の要部を示す平面図である。
【図３】前記電気接続箱における配電ユニットの組付け構造を示す断面正面図である。
【図４】前記配電ユニットにおける各バスバーの配列を示す底面図である。
【図５】前記配電ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 電気接続箱
１２ ロアケース（絶縁ケース）
１４ アッパケース（絶縁ケース）
１４ａ コネクタ形成部
１４ｂ ユニット装着部
１４ｃ ヒューズ装着部
１６ ユニットカバー（絶縁ケース）
１９ バスバー基板
２１，２２，２４，２６，２８ コネクタハウジング
３０，３１，３２，３３，３４ バスバー端部
３６ ヒューズ嵌合部
３７ バスバー端部
３８ ヒューズ素子
４０ 配電ユニット
４２ 放熱板（放熱部材）
４４〜４８ 入力端子用バスバー
４４ａ〜４８ａ 入力端子部
５０ ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
５０ｓ ソース端子
５０ｇ ゲート端子
５２ 出力端子用バスバー
５２ａ 出力端子部
５２ｃ ヒューズ接続部
５４ 制御回路基板
５５ 接続端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両において車載電源からの配電回路を構成する配電ユニット及び当該ユニットを具備した電気接続箱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、共通の車載電源から各電子ユニットに電力を分配する手段として、複数枚のバスバー基板を積層することにより配電用回路を構成し、これにヒューズやリレースイッチを組み込んだ電気接続箱が一般に知られている。
【０００３】
さらに近年は、かかる電気接続箱の小型化や高速スイッチング制御を実現すべく、前記リレーに代えてＦＥＴ等の半導体スイッチング素子を入力端子と出力端子との間に介在させたものが開発されるに至っている。
【０００４】
しかし、このような半導体スイッチング素子は発熱量が比較的大きいため、その放熱をいかに効率良く行うかが大きな課題となる。
【０００５】
その解決手段として、例えば特開２００１−３１９７０８号公報には、電源に接続される入力端子と複数の出力端子とを有し、かつ、各出力端子と前記入力端子との間に半導体スイッチング素子が介在する配電部と、回路構成用の金属製のバスバー及びその上に積層される絶縁板を有し、前記配電部の各出力端子を複数の車載負荷に接続するバスバー回路部とを備え、このバスバー回路部におけるバスバーの一部と前記配電部の各出力端子とが接続された状態でこれら配電部及びバスバー回路部を共通のケースに組み込んだ電気接続箱が開示されている。
【０００６】
具体的に、前記電気接続箱における配電部は、放熱部材の裏側に入力端子用バスバー及び複数の出力端子用バスバーが配設され、前記入力端子用バスバーと各出力端子用バスバーとの間に両者の通電をオンオフする半導体スイッチング素子が介在し、この半導体スイッチング素子の発する熱が前記放熱部材を通じて外部に放出される構成となっている。また、前記配電部の出力端子はバスバー回路部における絶縁板と平行な方向に突出し、当該バスバー回路部から突出するバスバーとその板厚方向に重ねられた状態（すなわち絶縁ケース内で当該ケースの外壁と略平行な姿勢で重ねられた状態）で当該バスバーと溶接等により接合されている。
【０００７】
このような電気接続箱によれば、半導体スイッチング素子及びその放熱部材を含む配電部が配電ユニットとしてバスバー基板から独立して構成されているので、各半導体スイッチング素子の冷却を一箇所で集中的に効率良く行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に示される配電ユニットの出力端子とバスバー回路部のバスバーとを溶接するには、両者間に大きな作業スペースが必要であり、しかも前記出力端子とバスバーとが重ねられた状態で両者を表裏両側から電極で挟み付ける必要があるため、当該配電ユニットを後から追加的あるいは交換的に電気接続箱本体に組付けて前記バスバー回路部に接続することは事実上困難である。また、前記配電ユニットからバスバー回路部に向かってそのバスバー基板と平行な方向（ケース外壁に沿う方向）に出力端子が突出するので、少なくともその突出分は配電ユニットとバスバー回路部との間に間隔を置かなければならず、その分電気接続箱の占有面積が大きくなる不都合がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、電気接続箱全体を大型化することなくその電気接続箱本体に対して容易に組付けることができる配電ユニットを提供することを目的とし、また、当該配電ユニットの具備によって電気接続箱の小型化及びそのバスバー基板の構造の簡素化を図りながら各半導体スイッチング素子を効率良く冷却できる電気接続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】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が搭載された電気接続箱に組み込まれる配電ユニットであって、前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー、複数の出力端子用バスバー、及び複数の基板接続用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成され、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられ、前記基板接続用バスバーに前記半導体スイッチング素子が接続され、この基板接続用バスバーの一部が折り起こされることにより、前記放熱部材の裏面から立直する基板接続用端子を形成しており、この基板接続用端子に前記制御回路基板が接続されているものである。
【００１１】
また本発明は、電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が絶縁ケースに組み込まれた電気接続箱において、電気接続箱用配電ユニットを備え、この電気接続箱用配電ユニットは、前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー及び複数の出力端子用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成される一方、前記バスバー基板における特定の複数のバスバーの端部が絶縁ケースの表側に立直して接続端子を構成し、前記電気接続箱用配電ユニットが、その放熱部材が表側を向いて半導体スイッチング素子が裏側を向く状態で前記絶縁ケースに組み込まれ、かつ、当該ユニットの放熱部材の縁から前記絶縁ケースの裏側に突出する入力端子及び出力端子が前記バスバー基板から前記絶縁ケースの表側に立直する接続端子にそれぞれ突き合わされた状態で接合されているものである。
【００１２】
この構成によれば、半導体スイッチング素子を含む配電ユニットがバスバー基板と独立して構成されているので、前記半導体スイッチング素子の冷却を共通の放熱部材によって集中的に行うことができる。従って、従来のようにバスバー基板上に半導体スイッチング素子が散在状態で実装されるものに比べ、放熱部材の面積を小さく抑えながら各半導体スイッチング素子の冷却を一括して効率良く行うことができる。
【００１３】
また、電流仕様の変更などに伴って半導体スイッチング素子を代えなければならない場合、その変更度合いによっては、バスバー基板を残しながら配電ユニットの交換のみで対応することが可能であり、汎用性が高い。さらに、リレーブロックが組み込まれている既存の電気接続箱において、その構成によっては、当該リレーブロックを本発明に係る配電ユニットにそのまま入れ替えて使用するといったことも可能である。
【００１４】
さらに、本発明に係る配電ユニットは、その入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が放熱部材側に折り曲げられることにより入力端子及び出力端子を構成しているので、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱に組み込むことが可能であり、これによって、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、当該入力端子及び出力端子と電気接続箱本体側のバスバーとの突き合わせ接合（例えば溶接による接合）をケース外部から容易に行うことができるとともに、配電ユニットとバスバー基板との間隔を大きくとらなくても両者の電気的接続を行うことが可能になり、その分電気接続箱の占有面積を削減することができる。しかも、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーに実装される半導体スイッチング素子は必然的に電気接続箱の裏側を向くことになるので、これらの半導体スイッチング素子を有効に保護することが可能である。
【００１５】
そして、本発明に係る前記配電ユニットには、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が組み込まれているので、予め制御回路基板が半導体スイッチング素子に電気的に接続された状態で配電ユニット全体を電気接続箱の本体に組み込むことが可能であり、配電ユニットと制御回路基板とを個別に電気接続箱に組み込む場合に比べ、電気接続箱の組立作業は飛躍的に簡略化される。
【００１６】
さらに、本発明に係る配電ユニットでは、前記制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられている配置なので、この配電ユニットを電気接続箱の絶縁ケースに装着することにより前記制御回路基板は必然的に絶縁ケースの裏側を向くことになり、半導体スイッチング素子に加えて制御回路基板もケース外部から有効に保護することが可能になる。
【００１７】
さらに、前記制御回路基板と半導体スイッチング素子との電気的接続を行うための具体的構造として、前記半導体スイッチング素子が接続されているユニット構成用バスバーの一部が折り起こされて前記放熱部材の裏面から立直する基板接続部を形成しており、この基板接続部に前記制御回路基板が接続されているので、ユニット構成用バスバーの一部を折り起こすだけの簡単な構造で半導体スイッチング素子と制御回路基板との電気的接続を行うことができる。
【００１８】
一方、本発明に係る電気接続箱においては、前記絶縁ケースの形状や具体的構造について適宜設定が可能である。例えば、前記絶縁ケースに、前記バスバー基板から突出するバスバー端部とともに外部コネクタと接続可能なコネクタを構成する複数のコネクタハウジングが形成されたコネクタ形成部と、前記配電ユニットが装着されるユニット装着部と、ヒューズ素子が嵌合可能な形状を有してそのヒューズ素子と前記バスバー基板から突出するバスバーの端部とを電気的に接続させる複数のヒューズ嵌合部が形成されたヒューズ装着部とが前記バスバー基板と平行な方向に並べて設けられている構成とすれば、絶縁ケースの同一面上で、バスバー基板に対する外部コネクタの接続と、配電ユニットの接続と、ヒューズの接続及び交換とを効率良く行うことができる。また、前記コネクタ形成部、ユニット装着部、及びヒューズ装着部がバスバー基板と平行な方向に並んでいるので、各外部コネクタ、配電ユニット、及び各ヒューズ素子を共通のバスバー基板に対して短距離で接続することが可能であり、電気接続箱全体をコンパクトにまとめることができる。
【００１９】
また、前記電気接続箱用配電ユニットは、そのユニット構成用バスバーとして、電気接続箱の絶縁ケースに装着されるヒューズ素子のヒューズ端子と直接嵌合されるヒューズ接続バスバーを含んでいることが、より好ましい。この構成によれば、バスバー基板を介在させずに配電ユニットの適当なユニット構成用バスバーとヒューズ素子とを直接接続することができ、配線構造はより簡素化される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図３に示す電気接続箱１０は、互いに重ね合されるロアケース１２及びアッパケース１４と、アッパケース１４に装着されるユニットカバー１６とを備えている。両ケース１２，１４及びユニットカバー１６は合成樹脂等の絶縁材料からなり、本発明にかかる絶縁ケースを構成している。
【００２２】
絶縁ケース内にはバスバー基板１９及びプリント回路基板２０が上下に並んだ状態で収納されている。バスバー基板１９は、多数本のバスバーと絶縁基板１８とが交互に積層されたもので、電力回路を構成している。
【００２３】
図１及び図２に示すように、アッパケース１４には、複数のコネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８が形成されたコネクタ形成部１４ａと、後述の配電ユニット４０が装着されるユニット装着部１４ｂと、複数のヒューズ嵌合部３６が形成されたヒューズ装着部１４ｃとが設けられている。これらは前記バスバー基板１９と平行な方向（図１及び図２では左右方向）に並んでいる。
【００２４】
前記コネクタ形成部１４ａにおける各コネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８の内側には、バスバー基板１９から上向きにバスバー端部（タブ端子）３０，３１，３２，３３，３４がそれぞれ突出しており、各コネクタハウジングとその内側のバスバー端部とにより、外部コネクタと結合可能なコネクタが構成されている。すなわち、各コネクタハウジング２１，２２，２４，２６，２８に外部コネクタのハウジングが嵌合されるとともに、当該外部コネクタの端子とバスバー端部３０，３１，３２，３３，３４とが嵌合することにより、前記外部コネクタを介して外部回路（例えば電源回路や負荷側回路）とバスバー基板１９により構成された電力回路とが電気的に接続されるようになっている。
【００２５】
ヒューズ装着部１４ｃは、図例では、前記ユニット装着部１４ｂを挟んで前記コネクタ形成部１４ａと反対の側に設けられている。このヒューズ装着部１４ｃにおける各ヒューズ嵌合部３６は、図３に二点鎖線で示すようなヒューズ素子３８が嵌合可能な形状を有している。具体的に、各ヒューズ素子３８は、その本体から下方に突出する２本のヒューズ端子３８ａを有する一方、ヒューズ嵌合部３６は、前記各ヒューズ端子３８ａが嵌入可能な端子嵌入部３６ａを有し、かつ、この端子嵌入部３６ａ内に前記バスバー基板１９から上向きにバスバー端部３７が突出している。そして、前記各端子嵌入部３６ａに嵌入されたヒューズ端子３８ａがバスバー端部３７と嵌合してバスバー基板１９と電気的に接続されるように構成されている。
【００２６】
次に、前記ユニット装着部１４ｂに装着される電気接続箱用配電ユニット（以下、単に「配電ユニット」と称する。）４０の構成を図３〜図５に基づいて説明する。
【００２７】
この配電ユニット４０は、放熱部材（図例では放熱板４２）と、多数本のユニット構成用バスバーと、複数の半導体スイッチング素子（図例ではパワーＭＯＳＦＥＴ５０。以下、単に「ＦＥＴ５０」と称する。）と、駆動制御基板５４とを備えている。
【００２８】
放熱板４２は、例えばアルミニウム合金や銅合金のように熱伝導性の高い（もしくは比熱の大きい）材料で全体が板状に形成されたもので、その上面（表側面）がアッパケース１４から上向きに露出するようにユニット装着部１４ｂに組みつけられる（図１及び図３参照）。そして、この放熱板４２の裏面（図では下面）に絶縁層を介して前記各ユニット構成用バスバーが接着剤等で固着されている。
【００２９】
前記ユニット構成用バスバーは、複数本の入力端子用バスバー４４，４５，４６，４７，４８と、複数本の出力端子用バスバー５２と、複数本の基板接続用バスバー５３とを含み、図３に示すように配列されている。
【００３０】
入力端子用バスバー４４は、比較的広い面積を有してＦＥＴ５０が実装されるドレイン接続部４４ｄと、このドレイン部４４ｄから短冊状に延びる入力端子部４４ａとを一体に有している。同様に、他の入力端子用バスバー４５，４６，４７，４８も、それぞれ、比較的広い面積を有して１または複数のＦＥＴ５０（例えばバスバー４５では３個のＦＥＴ５０）が実装されるドレイン接続部４５ｄ，４６ｄ，４７ｄ，４８ｄと、各ドレイン接続部４５ｄ，４６ｄ，４７ｄ，４８ｄから短冊状に延びる入力端子部４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａとを一体に有している。そして、図４に示すように各入力端子部４４ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が同一となるように各入力端子用バスバー４４〜４８が配置されるとともに、その入力端子部４４ａ〜４８ａの突出部分が放熱板４２側（図３及び図５では上側）に折り曲げられて放熱板４２の表面から上向きに突出している。
【００３１】
出力端子用バスバー５２及び基板接続用バスバー５３は全体が短冊状をなし、ＦＥＴ５０と同数だけ配列されている。
【００３２】
各出力端子用バスバー５２は、その一方の端部がソース接続部５２ｓ、他方の端部が出力端子部５２ａとされ、ソース接続部５２ｓがこれに対応する入力端子用バスバーのドレイン接続部に近接する位置に配されている。そして、図４に示すように各出力端子部５２ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が前記入力端子部４４ａ〜４８ａの突出量と同一となるように各出力端子用バスバー５２が配置されるとともに、その出力端子部５２ａの突出部分が放熱板４２側（図３及び図５では上側）に折り曲げられて放熱板４２の表面から上向きに突出している。
【００３３】
なお、出力端子用バスバー５２の一部は、前記出力端子部５２ａの代わりに図５に示すように放熱板４２の裏面から下方に延び、かつ、その端部が上向きに屈曲してヒューズ接続部５２ｃを構成している。このヒューズ接続部５２ｃは、前述のヒューズ素子３８におけるヒューズ端子３８ａが圧入可能な（ヒューズ端子３８ａを挟持可能な）二股のフォーク状に形成されている。
【００３４】
各基板接続用バスバー５３は、その一方の端部がゲート接続部５３ｇ、他方の端部が基板接続部５３ａとされ、ゲート接続部５３ｇがこれに対応する入力端子用バスバーのドレイン接続部に近接する位置に配されている。そして、図４に示すように各基板接続部５３ａの端部が放熱板４２の縁から外側に突出し、かつ、その突出量が前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａの突出量と同一となるように各基板接続用バスバー５３が配置されるとともに、各基板接続部５３ａの突出部分が放熱板４２とは反対の側（図３及び図５では下側）に折り曲げられて放熱板４２の裏面から下向きに立直している。
【００３５】
また、基板接続用バスバー５３はその途中部分で分断され、その分断部分５３ｂにまたがって図略のＦＥＴ保護用素子（例えばダイオードや抵抗）が実装されるようになっている。
【００３６】
なお、この実施の形態では、入力端子用バスバー４４〜４８及び出力端子用バスバー５２がそれぞれ単一の金属板で形成されているが、配置によっては当該バスバーを複数の金属板で構成してこれらの金属板をジャンピング線や溶接などの手段で接続するようにしてもよい。
【００３７】
一方、各ＦＥＴ５０は、略直方体状の本体を有し、この本体の側面から複数の端子が突出しており、これらの端子の中にソース端子５０ｓ及びゲート端子５０ｇが含まれている。
【００３８】
各ＦＥＴ５０のドレインはＦＥＴ本体の裏面に露出するように配されており、これらＦＥＴ５０の本体が前記各入力端子用バスバー４４〜４８の各ドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄ上にはんだ付け等で実装されることにより、当該ドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄに各ＦＥＴ５０のドレインが電気的に接続されている。また、ＦＥＴ５０のソース端子５０ｓはこれに対応する出力端子用バスバー５２のソース接続部５２ｓに、ＦＥＴ５０のゲート端子５０ｇはこれに対応する基板接続用バスバー５３のゲート接続部５３ｓに、それぞれはんだ付け等によって実装されている。
【００３９】
なお、本発明にかかる半導体スイッチング素子は前記パワーＭＯＳＦＥＴに限らず、その他のトランジスタ（例えばＩＧＢＴや通常のバイポーラトランジスタ）やＧＴＯをはじめとする各種サイリスタなど、スイッチング機能をもつ各種半導体素子を仕様に応じて適用することが可能である。また、かかる半導体スイッチング素子はパッケージ素子に限らず、例えば半導体チップを直接実装したものであってもよい。図示のＦＥＴ５０は、前記ソース端子５０ｓ及びゲート端子５０ｇに加え、制御用の電源端子やアース端子を含んでおり、これらの端子に対応してユニット構成用バスバーも追加されている。
【００４０】
また本発明では半導体スイッチング素子と各端子との接続形態も特に問わず、例えば適所にワイヤボンディングを用いるようにしてもよい。各半導体スイッチング素子及び出力端子の個数や配列も適宜設定することが可能であり、車両内における各電装品の配置や個数等に応じて自由に定めればよい。
【００４１】
制御回路基板５４は、前記各ＦＥＴ５０の駆動を制御する制御回路が組み込まれたもので、例えばプリント回路基板により構成することが可能である。この制御回路基板５４の適所には貫通孔が設けられ、この貫通孔に前記各基板接続用バスバー５３の基板接続部５３ａが挿入され（図３）、はんだ付け等により接合されている。これにより、当該基板接続用バスバー５３を介して制御回路基板５４の制御回路に各ＦＥＴ５０のゲート端子が電気的に接続されるとともに、前記制御回路基板５４が放熱板４２の裏面に対向する姿勢で設けられた状態となっている。
【００４２】
この配電ユニット４０の組付構造を図３に示す。
【００４３】
図示のように、配電ユニット４０は、そのユニット構成用バスバー４４〜４８，５２，５３が固着されている面と反対側の面が表側（図では上側）を向き、前記ユニット構成用バスバー４４〜４８，５２，５３及びＦＥＴ５０が裏側（図では下側）を向く姿勢で前記ユニット装着部１４ｂに嵌め込まれるとともに、その放熱板４２の縁で上向きに突出する各入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａが、前記バスバー基板１９の縁から上向きに突出する（ケース表側に立直する）接続端子５５と突き合わされ、その突き合わせ状態で溶接等により接合されている。また、一部の出力端子用バスバー５２に形成されたヒューズ接続部５２ｃ（図５）は適当なヒューズ嵌合部３６の底部に下から差し込まれ、このヒューズ嵌合部３６に嵌合されるヒューズ素子３８のヒューズ端子３８ａと直接接続されるように配置される。
【００４４】
さらに、この配電ユニット４０を上から覆うようにしてユニットカバー１６がアッパケース１４に装着されている。このユニットカバー１６は、放熱板保護部５６と、接合部分保護部５８とを一体に有している。放熱板保護部５６は格子状に形成され、その格子の隙間から放熱板４２の上面がケース外側（上側）に露出している。接合部分保護部５８は、前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９から上向きに突出する接続端子５５との突き合わせ部分（接合部分）を上から覆う形状を有している。
【００４５】
なお、このユニットカバー１６を省略して放熱板４２の全面をケース外部に露出させるようにしてもよい。その場合、放熱板４２の表側面から複数のフィンを突出させて冷却性能を高めるといったことも可能になる。
【００４６】
次に、この電気接続箱の作用を説明する。
【００４７】
図略の車載バッテリーから出力される電力は、アッパケース１４に形成された適当なコネクタハウジング（例えばコネクタハウジング２２）に結合された外部コネクタよりバスバー基板１９に入力される。この電力は、バスバー基板１９の適当な接続端子５２からこれに入力端子部４４ａ〜４８ａが接合されている入力端子用バスバー４４〜４８を通じて当該入力端子用バスバー４４〜４８のドレイン接続部４４ｄ〜４８ｄに実装されているＦＥＴ５０のドレインに入力される。
【００４８】
ここで、ＦＥＴ５０がオンの場合には、そのドレインに入力された電力が出力端子用バスバー５２及びその出力端子部５２ａに突き合わせ接合されている接続端子５２を通じてバスバー基板１９に入力される。この電力は、バスバー基板１９の回路中に介在するヒューズ端子３６を通じ、アッパケース１４の適当なコネクタハウジング（例えばコネクタハウジング２４）に結合された外部コネクタから所定の電気的負荷（例えば車載電装品）へ供給される。また、一部の出力端子用バスバー５２（ヒューズ接続部５２ｃをもつ出力端子用バスバー５２）については、そのヒューズ接続部５２ｃを通じてヒューズ素子３６に直接電力が供給される。
【００４９】
一方、ＦＥＴ５０がオフの場合には、そのドレインに電力が入力されても出力端子用バスバー５２には出力されない。すなわち、配電回路は遮断される。
【００５０】
このＦＥＴ５０のオンオフは、制御回路基板５４に組み込まれた制御回路により制御される。具体的には、電気接続箱外の回路から送られる操作信号（例えばスイッチ信号）がバスバー基板１９の適当なバスバー（図示省略）を通じて制御回路基板５４の制御回路に入力され、この操作信号を受けた制御回路は、基板接続用バスバー５３を通じて適当なＦＥＴ５０のゲート端子５０ｇに制御信号を入力することにより、そのＦＥＴ５０におけるドレイン−ソース間の通電のオンオフ切換を制御する。
【００５１】
以上示した電気接続箱用配電ユニットでは、従来はバスバー回路に組み込まれていた機械式のリレースイッチがＦＥＴ５０に置き換えられ、かつ、これらのＦＥＴ５０が配電ユニット４０として独立かつ集中的に配置されているので、バスバー基板１９の構造は飛躍的に簡略化且つ小型化され、電気接続箱１０全体もコンパクト化される。
【００５２】
さらに、この実施の形態にかかる電気接続箱では、次のような効果を得ることができる。
【００５３】
・各ＦＥＴ５０がユニット構成用バスバーに直接実装され、かつ、これらのユニット構成用バスバーが共通の放熱板４２に固着されていて、この放熱板４２の表側面がケース外方に露出しているので、各ＦＥＴ５０の冷却を一括して効率良く行うことができる。
【００５４】
・使用電流の変更などによりＦＥＴ５０を交換しなければならない場合でも、バスバー基板１９は設計変更せずに配電ユニット４０の交換のみで対処することが可能であり、汎用性に優れている。また、リレーを用いた既存の電気接続箱においてそのリレーブロックをそのまま配電ユニット４０に置換するといったことも可能である。
【００５５】
・入力端子用バスバー４４〜４８の入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子用バスバー５２の出力端子部５２ａが放熱部材側に折り曲げられることにより入力端子及び出力端子を構成しているので、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱１０に組み込むことが可能であり、これによって、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、配電ユニット４０をケース外部から容易に組付けることができる。具体的には、前記入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９側の接続端子５５とがケース外側に突出した状態で相互付き合わされるので、その突き合わせ部分をケース外側で例えば電極により挟みつけることにより溶接による接合を簡単に行うことができる。
【００５６】
・前記のように入力端子部４４ａ〜４８ａ及び出力端子部５２ａとバスバー基板１９側の接続端子５５とがケース外側に突出して相互付き合わされた状態で接合されるので、前記特開２００１−３１９７０８号公報に示される配電ユニット、すなわち、出力端子がバスバー基板側に向かってケース外壁と平行に突出する配電ユニットと異なり、当該配電ユニットとバスバー基板との間に大きな間隔を置く必要がなく、その分電気接続箱全体の占有面積を削減することができる。
【００５７】
・ＦＥＴ５０及び制御回路基板５４は必然的にアッパケース１４の裏側に隠れることになるので、これらＦＥＴ５０や制御回路基板５４をケース外部から有効に保護することができる。
【００５８】
・予め配電ユニット４０に制御回路基板５４が組み込まれた状態で当該配電ユニット４０が電気接続箱１０に組み込まれるので、配電ユニット４０と制御回路基板５４とを個別に絶縁ケースに組み込む場合に比べ、電気接続箱の組立作業は飛躍的に簡略化される。
【００５９】
・アッパケース１４にコネクタ形成部１４ａ、ユニット装着部１４ｂ、及びヒューズ装着部１４ｃがバスバー基板１９と平行な方向に並べて設けられているので、外部コネクタ、配電ユニット４０、及び各ヒューズ素子３６を共通のバスバー基板１９に対して短距離で接続することが可能であり、電気接続箱全体をよりコンパクトにまとめることが可能となっている。
【００６０】
・出力端子用バスバー５２には、アッパケース１４に装着されるヒューズ素子３６のヒューズ端子３８と直接嵌合されるヒューズ接続部５２ｃをもつヒューズ接続バスバーを含んでいるので、この出力端子用バスバー５２については、バスバー基板１９を介さずにヒューズ素子３６とを直接電気的に接続することが可能であり、これにより配線構造はさらに簡素化される。
【００６１】
なお、本発明において放熱部材の裏面に絶縁層を介してユニット構成用バスバーを固着させる方法は問わない。例えば、放熱部材裏面にシリコーン樹脂等からなる絶縁シートを貼着してその上にユニット構成用バスバーを固着させてもよいし、絶縁性及び熱伝導性に優れた接着剤を放熱部材裏面に塗布してユニット構成用バスバーを貼着するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、半導体スイッチング素子を含む配電ユニットをバスバー基板と独立して構成したものであるので、放熱部材の面積を小さく抑えながら効率の高い半導体スイッチング素子の冷却をすることができ、また、バスバー基板を設計変更することなく半導体スイッチング素子の交換等を容易に行うことができる効果がある。
【００６３】
さらに、前記配電ユニットの入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部を放熱部材側に折り曲げることにより入力端子及び出力端子を構成し、これら入力端子及び出力端子と放熱部材の双方を表側に向けて電気接続箱に組み込むようにしているので、放熱部材の良好な放熱性能を確保しながら、当該入力端子及び出力端子と電気接続箱本体側のバスバーとの突き合わせ接合（例えば溶接による接合）を容易に行うことができるとともに、配電ユニットとバスバー基板との間隔を小さく抑えて電気接続箱全体の占有面積の削減を図ることができる。しかも、入力端子及び出力端子を表側に向けることによって前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーに実装される半導体スイッチング素子は必然的に電気接続箱の裏側に隠れることになるので、これらの半導体スイッチング素子を有効に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる電気接続箱の要部を示す断面正面図である。
【図２】前記電気接続箱の要部を示す平面図である。
【図３】前記電気接続箱における配電ユニットの組付け構造を示す断面正面図である。
【図４】前記配電ユニットにおける各バスバーの配列を示す底面図である。
【図５】前記配電ユニットの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 電気接続箱
１２ ロアケース（絶縁ケース）
１４ アッパケース（絶縁ケース）
１４ａ コネクタ形成部
１４ｂ ユニット装着部
１４ｃ ヒューズ装着部
１６ ユニットカバー（絶縁ケース）
１９ バスバー基板
２１，２２，２４，２６，２８ コネクタハウジング
３０，３１，３２，３３，３４ バスバー端部
３６ ヒューズ嵌合部
３７ バスバー端部
３８ ヒューズ素子
４０ 配電ユニット
４２ 放熱板（放熱部材）
４４〜４８ 入力端子用バスバー
４４ａ〜４８ａ 入力端子部
５０ ＦＥＴ（半導体スイッチング素子）
５０ｓ ソース端子
５０ｇ ゲート端子
５２ 出力端子用バスバー
５２ａ 出力端子部
５２ｃ ヒューズ接続部
５４ 制御回路基板
５５ 接続端子
Claims (6)
- 電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が搭載された電気接続箱に組み込まれる配電ユニットであって、
前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー、複数の出力端子用バスバー、及び複数の基板接続用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成され、
前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられ、
前記基板接続用バスバーに前記半導体スイッチング素子が接続され、この基板接続用バスバーの一部が折り起こされることにより、前記放熱部材の裏面から立直する基板接続用端子を形成しており、この基板接続用端子に前記制御回路基板が接続されていることを特徴とする電気接続箱用配電ユニット。 - 請求項１記載の電気接続箱用配電ユニットにおいて、前記出力端子用バスバーとして、電気接続箱の絶縁ケースに装着されるヒューズ素子のヒューズ端子と直接嵌合されるヒューズ接続部をもつバスバーを含んでいることを特徴とする電気接続箱用配電ユニット。
- 電力回路を構成する複数枚のバスバーを含むバスバー基板が絶縁ケースに組み込まれた電気接続箱において、
電気接続箱用配電ユニットを備え、この電気接続箱用配電ユニットは、前記電気接続箱の外側に露出するように配される放熱部材と、入力端子用バスバー及び複数の出力端子用バスバーを含み、前記放熱部材の裏面に絶縁層を介して固着される複数枚のユニット構成用バスバーと、前記放熱部材の裏側で前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの表面に実装される半導体スイッチング素子とを備えるとともに、前記入力端子用バスバー及び出力端子用バスバーの端部が前記放熱部材の周縁から側方に突出してその突出部分が前記放熱部材側に折り曲げられることにより、前記バスバー基板のバスバーと突き合わせ状態で接続される入力端子及び出力端子が形成され、その入力端子に入力された電力が前記半導体スイッチング素子を介して出力端子に供給されるように回路構成される一方、
前記バスバー基板における特定の複数のバスバーの端部が絶縁ケースの表側に立直して接続端子を構成し、
前記電気接続箱用配電ユニットが、その放熱部材が表側を向いて半導体スイッチング素子が裏側を向く状態で前記絶縁ケースに組み込まれ、かつ、当該ユニットの放熱部材の縁から前記絶縁ケースの裏側に突出する入力端子及び出力端子が前記バスバー基板から前記絶縁ケースの表側に立直する接続端子にそれぞれ突き合わされた状態で接合されていることを特徴とする電気接続箱。 - 請求項３記載の電気接続箱において、
前記電気接続箱用配電ユニットには、前記半導体スイッチング素子の駆動を制御する制御回路基板が前記放熱部材の裏面に対向する姿勢で設けられ、
この電気接続箱用配電ユニットは、前記半導体スイッチング素子及び前記制御回路基板が裏側を向く状態で前記絶縁ケースに組み込まれることを特徴とする電気接続箱。 - 請求項３または４記載の電気接続箱において、
前記絶縁ケースに、前記バスバー基板から突出するバスバー端部とともに外部コネクタと接続可能なコネクタを構成する複数のコネクタハウジングが形成されたコネクタ形成部と、前記配電ユニットが装着されるユニット装着部と、ヒューズ素子が嵌合可能な形状を有してそのヒューズ素子と前記バスバー基板から突出するバスバーの端部とを電気的に接 続させる複数のヒューズ嵌合部が形成されたヒューズ装着部とが前記バスバー基板と平行な方向に並べて設けられていることを特徴とする電気接続箱。 - 請求項５記載の電気接続箱において、前記電気接続箱用配電ユニットは、その出力端子用バスバーとして、電気接続箱の絶縁ケースに装着されるヒューズ素子のヒューズ端子と直接嵌合されるバスバーを含んでいることを特徴とする電気接続箱。
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