JP4394648B2 - ジャンクション用電装品とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等のエンジンルームに配置されるジャンクション用電装品とその製造方法に関する。更に詳しくは、電子部品の取り付けられた基板をカバーで一体的に封止して覆う構成にしたジャンクション用電装品とその製造方法に関する。

従来のジャンクションボックスと称されているものは、例えば、図１５の部分断面図に示すように、電子部品２１である各種電子素子が基板２６に実装され、この縁部から端子２２の張り出したものを絶縁体２３，２４によって絶縁処理をした後、合成樹脂製のボックスに収容された構成である。このジャンクションボックスはケース２５から構成されている。その周縁の一部は端子２２が張り出し部分となっていて、ケース２５の下部に基板２６等が取り付けられた後、絶縁体２３を挟んで下カバー２７が取り付けられている。下カバー２７には、フィン等の放熱体２７ａが設けられている。

又、ケース２５の上部は、基板２６に電子部品２１が取り付けられた側である。このケース２５の上部は、開口部となっていて上カバー２８が取り付けられている。これらケース２５、上カバー２８、下カバー２７は、通常合成樹脂を射出して製造される成形品である。基板２６をケース２５に取り付ける際は、絶縁処理を施している。更に各カバーとケース２５との接合部には、水等の侵入を防ぐ防水処置が施されている。従来この水等の浸入を防ぐためにシールを施していた。

以上従来の例を説明したが、これらジャンクションボックス等の接続箱の防水対策の技術例として、ケース側とカバー側の合わせ面にリブを設けてケースとカバーを交差させ防水する方法、又、電気接続箱の一部に電線取りこみ用の仕切り壁を設けるようにして、電気部品収納ボックスへの水の侵入を防止する方法等が公知である。

前述のように、従来のジャンクションボックスは、電気部品の収納箱としての形態をとり、殆どは合成樹脂等から成形されるケースタイプのものである。これに電子部品を収納し外部に端子を突き出す、あるいは電線を取り出す構成にし、カバーを取り付ける形式のものである。合成樹脂等で成形されたケースは、カバーとは分割された形態のものであり、防水対策や端子、電線接続等を考慮してその構造は複雑になる傾向があった。

又、電子部品を後で収納しなければならない等の関係からカバー構成が欠かせず、このため前述したように防水対策を考慮した構造になっている。この関係で、ケース自体が大きくなり、重量も増し、コストも高くなるという問題点を有している。更に、自動車のエンジンルームの場合は、防水対策以外に走行を伴う関係で、振動やノイズの防止対策も考慮しなければならない。自動車は今や軽量化の志向であり、車体、エンジンについてはそれなりの開発努力がなされており、ジャンクションボックスも例外ではない。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記目的を達成する。
本発明の目的は、従来ジャンクションボックスと称されている電装品を、電子部品の取り付けられた基板をカバーで一体的に封止して覆う構成にし、小型、軽量化を図ったジャンクション用電装品とその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、電子部品、基板等を密封する構成にし、防水、防振対策を施したジャンクション用電装品とその製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、構成を簡素化し低コストにしたジャンクション用電装品とその製造方法を提供することにある。
本発明のジャンクション用電装品とその製造方法の利点は、アルミニウム合金等のカバーで電子部品を収納した状態で密着結合したものであるので、電装品を小型軽量にすることができた。又、このカバーの周縁部を完全に密封して電子部品等を封止する構造にしたことで、水の浸入は完全に防止され、更に放熱性、防振性に優れた効果のある構成となった。更に、ジャンクション用電装品の構造が簡素化されたことで、射出成形法等の生産性の良い製造方法が採用でき、電装品の低コスト化が実現できる。そして、この電装品を採用することで、自動車等の製品の軽量化はもとよりコスト低減に寄与できるものとなった。
特開平１１−３０８７３３号公報 特開平１０−４２７４号公報

本発明は、前記目的を達成するため次の手段を採る。
本発明１のジャンクション用電装品は、電子部品及び端子を取り付けた基板と、前記基板を表面側から覆うアルミニウム合金製の表面カバーと、前記表面カバーの基板側に設けられている表面側絶縁層と、前記基板を裏面側から覆うアルミニウム合金製の裏面カバーと、前記裏面カバーの基板側に設けられている裏面側絶縁層と、からなるジャンクション用電装品であって、
前記ジャンクション用電装品の周縁部は、
前記表面カバー、前記表面側絶縁層、前記端子、前記裏面側絶縁層、及び前記裏面カバーからなる第１の層構造を有する部分と、
前記表面カバー、前記表面側絶縁層、前記裏面側絶縁層、及び前記裏面カバーからなる第２の層構造を有する部分を含み、
前記周縁部は、ポリブチレンテレフタレート樹脂又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分とする熱可塑性樹脂を射出成形することにより得られた樹脂部材によって外周から覆われており、前記第１の層構造を有する部分においては、前記端子が当該樹脂部材から外部に突き出しており、
これにより前記表面カバー、前記基板、及び前記裏面カバーを一体化し、かつ、前記基板を密封しつつ、外部との電気的な接続を可能としたことを特徴とする。

本発明２のジャンクション用電装品は、本発明１のジャンクション用電装品であって、
前記樹脂部材から外部に突き出した端子は剥き出しになっており、かつ当該樹脂部材に連なる樹脂成形品によって周囲を囲まれていることにより、当該端子及び当該樹脂成形品によって電気コネクタが構成されていて、
前記樹脂部材及びこれに連なる樹脂成形品は、双方が１回の射出成形によって同時に得られたものであることを特徴とする。

本発明３のジャンクション用電装品は、本発明２のジャンクション用電装品であって、
前記樹脂部材から外部に突き出した端子は鉛直方向に曲げられていて、
前記樹脂部材及びこれに連なる樹脂成形品は、前記表面カバーがインサートされた金型及び前記裏面カバーがインサートされた金型のみによって形成されるキャビティに射出された前記熱可塑性樹脂からなるものであることを特徴とする。

以下、前述した本発明の手段を詳細に説明する。本発明は、電子部品とカバーを一体化しコンパクトに構成したことを特徴としているが、以下カバーにアルミニウム合金を適用し、ジャンクションボックスを簡素化したものとして本発明の手段を説明する。カバーをアルミニウム合金以外、例えばプラスチック等の合成樹脂製品であってもよいことはいうまでもない。具体例は実施の形態の項で詳述するが、２つのアルミニウム合金のカバーを合わせ密封するための密着結合する技術を、本発明を理解する一助として説明する。

［カバーに使用されるアルミニウム合金］
ジャンクション用電装品のカバーに使用されるアルミニウム合金は、主に日本工業規格（ＪＩＳ）で規格化されている１０００〜７０００番系のもの、またダイキャスト用の各種のアルミニウム合金のものである。このカバーは、板材をプレス成形することによって製造されるが、成形された表裏の２つのカバーを密着重ね合わせ構成される。この合わせ部に樹脂を射出し接着を行う。樹脂の接着を行う場合、樹脂、即ち、ポリブチレンテレフタート樹脂（以下「ＰＢＴ」という。）、又はポリフェニレンスルフィド樹脂（以下［ＰＰＳ］という。）を成分として含む熱可塑性樹脂組成物を射出させる。このカバーは、接着される表面が酸化や水酸化された錆等の厚い被膜がないことが必要であり、長期間の自然放置で表面に錆の存在が明らかなものは研磨して取り除くことが必要である。

［アルミニウム合金の前処理］
このアルミニウム合金のカバーは、接着させる前に洗浄され、次にカバーを塩基性水溶液に浸漬し、その後にこのアルミニウム合金のカバーを水洗する。次にこの処理の行われたカバーをアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する。次にこの処理の行われたカバーを射出成形金型にインサートし、接着部に熱可塑性樹脂組成物を射出させ２つのカバーを射出接着させる。

［熱可塑性樹脂組成物］
ここで使用する熱可塑性樹脂組成物は、前述のように、ＰＢＴ又はＰＰＳを主成分として含むものである。又、フィラーを加えることが好ましく、フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、その他これらに類する高強度繊維が好ましい。ただし繊維性フィラーのみでは射出成形時に方向性が強く出て形状によってはよくない場合がある。それ故、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、粘土、炭素繊維やアラミド繊維の粉砕物、その他類する樹脂充填用無機フィラーを含有させたものが好ましい。本発明のジャンクション用電装品のカバーにアルミニウム合金を使用するのは、合わせ部の樹脂による接着性を強固にするためである。

図１は、ジャンクション用電装品の平面図である。 図２は、ジャンクション用電装品の断面図で、図１のＸ−Ｘ断面である。 図３は、ジャンクション用電装品の分解図で、個別部材の構成を示している。 図４は、他の実施の形態の断面図で、表面カバーを皿状にフラットにした構成例である。 図５は、他の実施の形態の断面図で、表面カバーを板状にした構成例である。 図６は、他の実施の形態の断面図で、裏面カバーにフィンを設けた構成例である。 図７は、他の実施の形態の断面図で、コネクタ部を９０度向きを変えた構成例である。 図８は、表面カバー及び裏面カバーを中央部で接着固定する構成例を示す部分断面図である。 図９は、ジャンクション用電装品を部品別に区分した構成図で、絶縁シールを使用した他の実施の形態の断面図である。 図１０は、ジャンクション用電装品を成形する金型の構成図である。 図１１は、ジャンクション用電装品を成形する金型の構成図で、コネクタ部の向きを変えた他の実施の形態の部分断面図である。 図１２は、表面カバー及び裏面カバーを中央部で接着固定する構成例を示す他の実施の形態の部分断面図で、射出成形による例である。 図１３は、表面カバー及び裏面カバーを中央部で接合固定する構成例を示す他の実施の形態の部分断面図で、固定部材による例である。 図１４は、ジャンクション用電装品の端部の断面図で、他の実施の形態を示すものである。 図１５は、従来のジャンクションボックスの構成例を示す部分断面図である。

［実施の形態］
本発明に関するジャンクション用電装品（以下「電装品」という）の実施の形態について、図を参照し詳細に説明する。図１から図３は、本発明に関する電装品１の実施の形態を示した図である。図１は、本発明の電装品１の平面図で、図２は図１のＸ−Ｘ断面図を示す。図３は、個別部材の構成を示した電装品１の分解図である。本実施の形態の電装品１は、自動車等のエンジンルームに設置され、自動車の走行を制御する制御装置の一部であり、例えば中継用の電装品で、通称ジャンクションボックスと称されているものである。

図に示すように、この電装品１は内部に電気部品２を収納している。この電気部品２は、基板３上にＩＣチップ等の電子部品４を搭載したものである。この基板３には外部の電気部品等へ電気的に接続するための端子５が設けられている。この基板３及びこれに実装される電子部品４の構成は車種等により異なるが、生産される自動車の台数が多いのでそれに伴い製造される電装品１の数は多くなる。従って、この自動車の電装品１は量産効果の大きい製品である。自動車の場合、設置箇所は風雨等の外部環境にさらされる場所に設置され走行振動も伴うので、電気部品２を保護しなければならない。

本実施の形態の電装品１の場合は、基本的に２つのカバーで覆うのみの構成にするものである。カバーは表面カバー６と裏面カバー７で構成され、本実施の形態においてはアルミニウム合金を採用している。表面カバー６は基板３の電子部品４が取り付けられている側面（図２に示す上面）を密封して覆うためのものである。裏面カバー７は、基板３の電子部品４を取り付ける側の反対側の裏面（図２に示す下面）を密封して覆うためのものである。電子部品４を取り付ける側を上部とすれば、表面カバー６を上部カバーと称してもよく、又、裏面カバー７を下部カバーと称してもよい。表面カバー６は、図に示すように電子部品４が取り付けられている部分の隙間を少なくして覆うように、電子部品４の形状に沿って凹部６ａを構成し、全体が凹凸を有する形状となっている。

この表面カバー６はアルミニウム合金製の板材からプレス成形して製造される。電子部品４が取り付けられている側の表面カバー６の表面は、電気的絶縁のために絶縁塗装材（例えば、絶縁塗料）８が塗装されている。裏面カバー７も表面カバー６と同様に、プレス成形により製造されるが、基板３を位置決めして設置する部分は皿状でフラットに形成されている。この内部のフラット部分７ａに、端子５を表面カバー６及び裏面カバー７から外に突き出した状態で基板３を設置する。裏面カバー７側には、表面カバー６と同様に電気的な絶縁処理のためにシート状の絶縁シートである絶縁シール９を、基板３とフラット部分７ａに配置している。この絶縁処理は、表面カバー６側がシール方式であってもよく、裏面カバー７側が絶縁塗装方式であってもよい。又シールは紙等であってもよい。ただし、必ずしも電気的な絶縁を必要としない場合は、絶縁シールを配置したり、絶縁塗装材を塗装したりする必要はない。このような状態で基板３を２つのカバーで覆い周縁部Ａを重ね合わせ密着させる。

この重ね合わせた状態のカバー構成のものを金型にインサートし、アルミニウム合金製の表面カバー６及び裏面カバー７の周縁部Ａを射出成形により樹脂を接着させ、樹脂体１０を構成する。この樹脂体１０は前述のとおり、ＰＢＴ又はＰＰＳを主成分として含む熱可塑性樹脂組成物である。難燃材を混入することで容易に難燃性にでき、高温に耐えられるものとなっている。又この熱可塑性樹脂組成物には、機械的性質の改善のための繊維フィラー及び／又は粉末型フィラーが加えられていればよい。更に、繊維フィラーは、ガラス繊維、炭素繊維、及びアラミド繊維から選択される１種以上であることが好ましい。また、粉末型フィラーは、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、シリカ、タルク、ガラス、及び粘土から選択される１種以上であることが好ましい。

この熱可塑性樹脂組成物を射出させるに際しては、表面カバー６及び裏面カバー７の周縁部Ａを射出成形の前に洗浄する。次にカバーを塩基性水溶液に浸漬し、その後にこの両カバーを水洗する。ただし、塩基性水溶液への浸漬処理は必ずしも必須の処理ではない。その後、これらの処理の行われたカバーをアンモニア、ヒドラジン及び／又は水溶性アミン化合物から選択される１種以上の水溶液に浸漬する。アルミニウム合金と樹脂の接合に関しては、本出願人の出願に係るＷＯ０３／０６４１５０等で公知であり、その詳細な説明は省略する。この熱可塑性樹脂組成物の樹脂体１０は樹脂体周縁部１０ａと複数のコネクタ部１０ｂで構成される。コネクタ部１０ｂは端子５が剥き出しになって差込み内部に突き出し外部は覆い形状となっている。コネクタ部１０ｂは、外部の端子を差し込むこと等で接続できる構成になっている。このコネクタ部１０ｂの表面側と裏面側との厚さは、表面カバー６及び裏面カバー７の面間の厚さと略同じになっている。又図示はしていないが、この電装品１を外部機器にねじ等で取り付けるための取り付け部を樹脂体１０に設けている。

又、表面カバー６又は裏面カバー７は、両方あるいは一方にアルマイト処理を施してもよい。アルミニウム合金は表面に傷等損傷を受け易い。このためアルミニウム合金を陽極で電解し酸化させるいわゆるアルマイト処理を行うとよい。このことにより、表面に高硬度の皮膜を形成し、吸着性もよくなり、染色や着色を施すことが可能となり、耐食性、耐候性、耐汚染性を向上させることができるのである。

［他の実施の形態］
次に、他の実施の形態を図４から図８において説明する。図４は、表面カバーの形状を裏面カバー７同様に電子部品４のための凹凸を設けず、カバー面をフラットな構成の表面カバー１１とした場合の例である。このフラットな面の高さは、電子部品４の最大高さに合わせることになる。この他の実施の形態の場合は前述の構成に比し表面カバー１１と基板３との間に空間部が生じるが、この空間部は密封状態となる。カバーの構成が簡素化され電子部品４の配置に制約されず汎用性のある形状となる。

図５に示す実施の形態は、図４の構成を更に簡素化し表面カバーの形状を板状のみの表面カバー１２としたものである。この形態の場合は、表面カバー１２に凹凸を成形するためのプレス成形加工が不要となる。ただし、裏面カバー１３の電気部品の収納部は、前述の裏面カバー７の凹部に比して深くなる。図５に示した実施の形態の場合も図４と同様に空間部が生じるが、この空間部も密封状態であることに変わりがない。図６に示した実施の形態は裏面カバー１４に放熱のためのフィン１４ａを設け、このフィン１４ａによって電装品の放熱効果を高めた構成のものである。この場合、図示していないが、ヒートパイプを接続させれば、ヒートシンクの構成となり、一層放熱効果を高められる。このフィンは表面カバー１３側に設けてもよい。

図７に示す実施の形態は、端子１５を９０度向きを変えた形状のものとした場合の構成のものである。これに伴いコネクタ部１６ｂは９０度向きを変えた構成となる。基板３の面に対して直交する方向から端子１５への接続を行う場合に適用されるものであるが、この場合は、樹脂体１６の成形形状を変えることで対応できる。図７に示すように端子１５の方向に沿って、前述と同様に、端子１５が剥き出しになって差込み内部で突き出し外部は覆い形状とし、射出成形してコネクタ部１６ｂを成形する。

図８に示す実施の形態は、表面カバー６と裏面カバー７とを中央部で部分的に接合する形態のものを示したものである。この場合は表面カバー６又は裏面カバー７に穴を設け、更に基板３にも穴を設け、カバー側の穴から樹脂を射出させ穴内に樹脂体１７を構成し２つのカバーを接着させる。また、ねじ止め構成であってもよい。この射出接着を複数の必要箇所に施すと、電装品１は振動にも耐える強固なものとなる。又、この実施の形態の場合はカバーの浮き上がりを防止するのにも効果がある。

図９から図１３に示すものは、更に他の実施の形態であり、特に製造方法に関するものである。図９は、図３に相当する図であるが、基板と表面カバーの間に、又基板と裏面カバーとの間に絶縁シール９ａを貼付けて、２つのカバーを密着重ね合わせる構成を部品分解して示したものである。この絶縁シール９ａは重ね合わせたとき部品形状に沿って変形する。図１０は、図９の構成で重ね合わせられた構成体を金型にインサートして周縁部Ａを射出成形する状態を示したものである。構成体は、固定側金型１８あるいは可動側金型１９のどちらの金型にインサートしてもよい。射出成形しないカバーの中央部分の金型は部分的に空間部１８ａを構成している。

図１０に示すように、重ね合わせられた構成体の周縁部Ａに相当する部分は、コネクタ部１０ｂを含めキャビティを構成し、固定側金型１８のゲート１８ｂから熱可塑性樹脂をこのキャビティに射出し周縁部Ａを構成する。この周縁部Ａはコネクタ部１０ｂを突き出し、全周囲に跨って構成体を密封状態にする。ゲート１８ｂから熱可塑性樹脂を射出して固化した後、コネクタ部１０ｂのコア金型１８ｃを退避させる。その後、固定側金型１８と可動側金型１９とを相対動作で開放すると、構成体は電装品１として完成する。

コア金型１８ｃに関して、コネクタ部１０ｂのどの位置で分割するかは設計上の問題となる。このように構成体にしたものを射出成形するだけで電装品１を製造することはできる。図１１はコネクタ部が向きを９０度変えた場合の形態を示している。コネクタ部１６ｂの金型構成で、端子１５装入口の向きが金型の開閉方向と一致するので、コア金型を必要とせず金型構成は簡素となる。

図１２は、２つのカバーによる構成体を中央部についても部分的に周縁部Ａと同様に射出成形して接着させる形態を図示したものである。この接着させる方法については前述したとおりであるが、詳述すると表面カバーと裏面カバーに跨って貫通する穴をあけておき金型にインサートする。金型は接着部分を加味した形状にし、接着部分にゲート１８ｂを設け、このゲート１８ｂから接着部分のみに熱可塑性樹脂を射出し、接着構成体２０を形成する。熱可塑性樹脂は穴内に入り固化したとき２つのカバーを挟む状態で固定する。

図１３は、２つのカバーの中央部を射出成形以外に行なう方法の他の形態を示したものである。これは２つのカバーが重ね合わせられた後、２つのカバーに跨って穴をあけ、この穴に固定部材２０ａを差込み固定するものである。この固定部材２０ａは、端部が割れ状態になった部品で、穴に差込まれるときはバネ状に縮み差し込まれる。また、差し込まれた直後にはバネ状に開き、鉤部２０ｂがカバーの面に引っかかり固定されるものである。この形態は電装品１が完成した後でも必要に応じ追加工ができる。この固定部材２０ａを使用して固定するのは、金型にインサートする前であってもよく、射出成形された後でもよい。前述した形態では、表面カバー６、及び裏面カバー７を積層して一体にするものであった。図１４は、電装品１の端部の断面図であり、基板３とこの両面に配置した表面カバー６、及び裏面カバー７とを同一端面３ａで揃えて、樹脂体１０で固定した形態の図である。

以上説明した本実施の形態の構成になる電装品のメンテナンスは、電子部品に部分的にトラブルが生じても分解せず一式新しい電装品と交換する方式としている。この前提において、本実施の形態の電装品は完全密封式となっている。

以上詳細に説明したが、具体的な電装品の構成は、自動車の車種等により種々の形態を構成することになり、この実施の形態に限定されないことはいうまでもない。又、図６、図７、図８はカバーを図２の形状をもとに示しているが、例えばカバーを図４、図５の形状等にしてもよい。更に、アルミニウム合金のカバーに特殊処理を施し、そのカバー合わせ部に特定の熱可塑性樹脂組成物を射出成形して樹脂体を構成することで説明したが、従来方法の射出成形で樹脂体を形成してもよいことはいうまでもない。

本発明のジャンクション用電装品とその製造方法は、自動車の電装品に限らず民生用電気製品、産業用機器等の電気的な接続部品にも使用できる。

Claims (3)

1. 電子部品及び端子を取り付けた基板と、
   前記基板を表面側から覆うアルミニウム合金製の表面カバーと、
   前記表面カバーの基板側に設けられている表面側絶縁層と、
   前記基板を裏面側から覆うアルミニウム合金製の裏面カバーと、
   前記裏面カバーの基板側に設けられている裏面側絶縁層と、
   からなるジャンクション用電装品であって、
   前記ジャンクション用電装品の周縁部は、
   前記表面カバー、前記表面側絶縁層、前記端子、前記裏面側絶縁層、及び前記裏面カバーからなる第１の層構造を有する部分と、
   前記表面カバー、前記表面側絶縁層、前記裏面側絶縁層、及び前記裏面カバーからなる第２の層構造を有する部分を含み、
   前記周縁部は、ポリブチレンテレフタレート樹脂又はポリフェニレンスルフィド樹脂を成分とする熱可塑性樹脂を射出成形することにより得られた樹脂部材によって外周から覆われており、前記第１の層構造を有する部分においては、前記端子が当該樹脂部材から外部に突き出しており、
   これにより前記表面カバー、前記基板、及び前記裏面カバーを一体化し、かつ、前記基板を密封しつつ、外部との電気的な接続を可能としたことを特徴とするジャンクション用電装品。
2. 請求項１に記載したジャンクション用電装品であって、
   前記樹脂部材から外部に突き出した端子は剥き出しになっており、かつ当該樹脂部材に連なる樹脂成形品によって周囲を囲まれていることにより、当該端子及び当該樹脂成形品によって電気コネクタが構成されていて、
   前記樹脂部材及びこれに連なる樹脂成形品は、双方が１回の射出成形によって同時に得られたものであることを特徴とするジャンクション用電装品。
3. 請求項２に記載したジャンクション用電装品であって、
   前記樹脂部材から外部に突き出した端子は鉛直方向に曲げられていて、
   前記樹脂部材及びこれに連なる樹脂成形品は、前記表面カバーがインサートされた金型及び前記裏面カバーがインサートされた金型のみによって形成されるキャビティに射出された前記熱可塑性樹脂からなるものであることを特徴とするジャンクション用電装品。

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