JP7494138B2

JP7494138B2 - 電子制御装置

Info

Publication number: JP7494138B2
Application number: JP2021050552A
Authority: JP
Inventors: 敬法佐脇
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2024-06-03
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: US20220312630A1; CN115135080A; JP2022148748A

Description

本発明は、発熱部品の熱を外部に放つ形状のケースを備えた電子制御装置に関する。

車両には、エンジンコントロールユニットや自動変速機用コントロールユニットとして電子制御装置が搭載されている。電子制御装置は、電子部品が実装されている回路基板を備えている。電子部品には、演算処理装置（ＣＰＵ）,半導体スイッチング素子等のように動作に応じて発熱する発熱部品が含まれている。特許文献１には、発熱部品が発する熱を、回路基板を収納している筐体を介して、大気中に逃がす技術が開示されている。

特許文献１の電子制御装置の筐体は、金属材料により一体的に構成された箱状のケースと、ケースに収納された回路基板を覆うカバーと、を備えている。ケースには、発熱部品に対向する位置に放熱部が形成されている。放熱部は、周囲の部位よりも薄肉状である。放熱部は、ケース内側から発熱部位に突出している凸部と、その凸部の厚み方向の位置にてケース外側に開口している凹部と、を有している。

発熱部品の熱は、発熱部品に近接した凸部に対して伝わりやすくなり、凸部に伝わった熱は薄肉構造の放熱部の凹部や、放熱部の周縁から放熱される。

特開２０１３―１９７４０５号公報

ところで、上記の通り、ケースの外面には、凸部の厚み方向の位置に凹部が設けられている。凹部を設けることにより、放熱性が高まると共にケースの厚みを一定にできる。ケースの厚みを一定に設定すると、金属製のケースの成形性も保てる。ただし、ケースの外面に凹部を形成すると、ケースの外面の形状が複雑となり、ケースを成形するための金型の製造コストも高まる。ケースの外面が簡素であり、かつ、放熱性も備えた電子制御装置が望まれる。

本発明は、外面が簡素な構成で、かつ、放熱性の高い金属製のケースを備えた電子制御装置の提供を課題とする。

請求項１によれば、回路基板と、
前記回路基板の一方の面に取り付けられており外部に臨んでいるコネクタと、
前記コネクタが取り付けられた前記一方の面に実装されている発熱部品と、
前記回路基板を収納している金属製のケースと、
前記ケースに組み付けられて前記回路基板を覆っているカバーと、を備えており、
前記ケースは、前記回路基板の前記一方の面に対向している対向面を有しており、前記ケースの前記対向面には、前記回路基板の前記一方の面へ突出している第１フィンが設けられ、
前記第１フィンは、前記回路基板の厚み方向について前記発熱部品と重なっている、電子制御装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記ケースの前記対向面には、前記回路基板の前記一方の面へ突出している第２フィンが設けられ、
前記回路基板の厚み方向に沿って見て、前記第２フィンは、前記発熱部品と、前記発熱部品よりも低い熱を発する低発熱部品との間に位置している。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記第１フィンの長さは、前記第２フィンの長さよりも長い。

請求項１では、電子制御装置のケースは、回路基板の一方の面に対向している対向面を有している。ケースの対向面には、回路基板の一方の面へ突出している第１フィンが設けられている。第１フィンは、回路基板３０の厚み方向について高発熱部品と重なっている。そのため、高発熱部品５１～５４から生じた熱は、高発熱部品の直下に位置する第１フィンに伝わり、第１フィンを介してケースから外部へ放熱される。

加えて、第１フィンは薄板状であり、第１フィンの先端面の面積は小さい。特許文献１のように、先端面が所定の大きさを持った凸部を設けると、成形性を維持するために反対面に凹部を設けることが必須となる。一方、第１フィンは薄板状である。金属製のケースの成形性を維持するために、第１フィンが形成された対向面４１の反対面に第１フィンに対応する凹部を形成する必要がない。反対面は平面であり、ケースの外形が簡素になる。

以上より、外面が簡素な構成で、かつ、放熱性の高いケースを備えた電子制御装置を構成することができる。

請求項２では、ケースの対向面には、回路基板の一方の面へ突出している第２フィンが設けられている。回路基板の厚み方向に沿って見て、第２フィンは、高発熱部品と低発熱部品との間に位置している。ケース内の空気が対流するように、ケースと回路基板との間隔が所定の寸法に設定されていた場合、高発熱部品から発せられた熱は、対流により低発熱部品へ向かって流れてくる。そこで、高発熱部品と低発熱部品との間に、第２フィンを設けることにより、高温の空気を遮ることができる。低発熱部品が加熱されることを抑制できる。

実施例による電子制御装置の分解斜視図である。図１に示された回路基板を収納可能なケースの斜視図である。図１に示された回路基板の厚み方向に沿って見下ろした、回路基板及びケースの平面図である。図１に示されたコネクタの差し込み方向に沿って見た、電子制御装置のなかの高発熱部品を含む部位の断面図である。図３に示されたケースに形成された第２フィンの作用を説明する図である。

実施例を添付図に基づいて以下に説明する。
＜実施例＞

図１には、エンジンコントロールユニット等に適用可能な電子制御装置１０が示されている。電子制御装置１０は、電子部品が実装されている回路基板３０と、回路基板３０を収納している金属製のケース４０と、ケース４０に組み付けられて回路基板３０を覆っているカバー２０と、を備えている。説明の便宜上、回路基板３０の厚み方向を上下方向とする。図中、Ｕｐは上方、Ｄｎは下方を指している。なお、上下方向は、車載された電子制御装置１０の状態に必ずしも対応したものでない。

（回路基板）
回路基板３０は、矩形状のプリント配線基板であり、例えばガラスエポキシ樹脂等からなる板材の表裏面あるいはその内部に配線回路パターン（図示なし）が形成されている。配線回路パターンには、電子部品が電気的に接続されている。

具体的には、回路基板３０の下面３１（一方の面、ケース４０側の面）には、発熱し易い電子部品（演算処理装置，トランジスタ，ＩＣ等）である複数の（例えば４つ）高発熱部品５１～５４と、高発熱部品よりも発熱しない電子部品（コンデンサ，コイル等）である複数の（例えば３つ）低発熱部品５６～５８と、が実装されている。なお、回路基板３０の上面３２（他方の面、カバー２０側の面）にも、電子部品が実装されているが、電子部品の図示及び説明は省略する。

回路基板３０には、ケース４０に対して回路基板３０の位置を決める位置決め孔３３と、ケース４０に対して回路基板３０を固定するためのねじ３４が貫通可能な貫通孔３５と、が形成されている。

（コネクタ）
回路基板３０の下面３１の長手方向の一辺の縁には、外部へ臨んでいる第１コネクタ６０と、第２コネクタ７０と、が取り付けられている。第１コネクタ６０と、第２コネクタ７０とは、車両側のコネクタ（図示なし）とそれぞれ接続可能である。

第１コネクタ６０は、回路基板３０の配線回路パターンに電気的に接続されている第１端子６１と、第１端子６１を支持している第１基部６２と、を備えている。第１基部６２は、板状を呈しており、回路基板３０の下面３１に対して直交して配置されている。

第２コネクタ７０は、回路基板３０の配線回路パターンに電気的に接続されている第２端子７１と、第２端子７１を支持している第２基部（図示なし）と、を備えている。第２基部は、板状を呈しており、回路基板３０の下面３１に対して直交して配置されている。

（カバー）
カバー２０は、金属材料（アルミダイキャスト製）に比べて軽量かつ低コストの板金製である。カバー２０には、ケース４０に対してカバー２０の位置を決める位置決め孔２１と、ケース４０に対してカバー２０を固定するためのねじ２２が貫通可能な貫通孔と、が形成されている。

（ケース）
図１及び図２を参照する。ケース４０は、アルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製（アルミダイキャスト）であり、上方に開いた箱状を呈している。詳細には、ケース４０は、回路基板３０の下面３１に対向している板状の本体部４１と、第１コネクタ６０の第１基部６２及び第２コネクタ７０の第２基部を支持可能な支持部４２と、本体部４１と支持部４２とを接続している接続部４３と、回路基板３０を囲うことが可能な壁部４４と、が一体となり構成されている。第１コネクタ６０及び第２コネクタ７０が配置される部位には、壁部４４は設けられていない。

ケース４０の内部の四隅と、第１コネクタ６０及び第２コネクタ７０と反対側の縁の中央には、回路基板３０を支持する支持面４５が設けられている。各々の支持面４５には、回路基板３０を固定するためのねじ３４と締結可能な雌ねじ孔４５ａが形成されている。壁部４４には、カバー２０を固定するためのねじ２２と締結可能な雌ねじ孔４４ａが形成されている。

支持部４２には、第１コネクタ６０の第１基部６２及び第２コネクタ７０の第２基部を差し込み可能な溝４２ａ,４２ａが形成されている。支持部４２は、本体部４１よりも、下方（回路基板３０の厚み方向を基準として回路基板３０から離れる方向）に位置している。換言すると、支持部４２、接続部４３、本体部４１とは、互いに段差状に接続されている。

（第１フィン及び第２フィン）
ケース４０の本体部４１は、回路基板３０の下面３１（高発熱部品５１～５４が実装されている面）に対向している対向面４１を有している。ケース４０の対向面４１には、回路基板３０の一方の面へ突出している薄板状の第１フィン８１～８３と、第２フィン９１～９３とが、本体部４１と一体に形成されている。

回路基板３０の厚み方向（上下方向）を基準とすると、第１フィン８１～８３及び第２フィン９１～９３の高さはいずれも等しい。第１コネクタ６０及び第２コネクタ７０の差し込み方向（矢印Ｌ参照）を基準とすると、第１フィン８１～８３のいずれも、第２フィン９１～９３よりも長く設定されている。
第１コネクタ６０及び第２コネクタ７０の幅方向（矢印Ｗ参照）を基準とすると、第１フィン８１～８３及び第２フィン９１～９３の厚みはいずれも等しい。第１フィン８１～８３及び第２フィン９１～９３は、幅方向（矢印Ｗ参照）に隣接している。

（第１フィンの位置）
図３は、回路基板３０の厚み方向に沿って見下ろした、回路基板３０及びケース４０の平面図である。回路基板３０の厚み方向について、第１フィン８１は、高発熱部品５１,５２に重なっている。第１フィン８２は、発熱部品５３に重なっている。第１フィン８２は、対向面４１から段差部に亘って形成されている。第１フィン８２の長さは、第１フィン８１～８３のなかで最も長い。第１フィン８３は高発熱部品５４に重なっている。

（第２フィンの位置）
第２フィン９１は、高発熱部品５１と低発熱部品５６との間に位置している。第２フィン９１は低発熱部品５６よりも長い（矢印Ｌ方向を基準）。第２フィン９１は、対向面４１から接続部４３に亘って形成されている。第２フィン９２は、高発熱部品５３と低発熱部品５７との間に位置している。第２フィン９２は低発熱部品５７よりも長い（矢印Ｌ方向を基準）。第２フィン９３は、高発熱部品５４と低発熱部品５８との間に位置している。第２フィン９３は低発熱部品５８よりも長い（矢印Ｌ方向を基準）。

図４を参照する。ケース４０の対向面４１ａと、回路基板３０の下面３１との間隔Ｄは、ケース４０内の空気が対流するように設定されている。一般的に、対流している流体と、その流体に接する物体との間に温度差があるときの熱流量は、以下の式で求められる。
熱流量(W) = 物体表面積(m²）× 対流熱伝達率(W/m²k）× (物体の表面温度(k)-流体温度(k)）。

空気の熱伝達率hと、回路基板３０の下面３１の表面積Ｓと、回路基板３０の表面積温度Ｔsと、ケース４０内で対流している空気の温度Ｔqと、回路基板３０の放熱電力Ｑeとから、回路基板３０の下面３１からケース４０までの間隔Ｄを、上記の式を変形した（１）式により求められる。

（実施例の効果）
（フィンによるケースの成形性の高さ）
図２及び図３を参照する。電子制御装置１０のケース４０は、回路基板３０の下面３１に対向している対向面４１を有している。ケース４０の対向面４１には、回路基板３０の一方の面へ突出している第１フィン８１～８３が設けられている。第１フィン８１～８３は、回路基板３０の厚み方向について高発熱部品５１～５４と重なっている。そのため、高発熱部品５１～５４から生じた熱は、高発熱部品５１～５４の直下に位置する第１フィン８１～８３に伝わり、第１フィン８１～８３を介して、ケース４０の本体部４１から外部へ放熱される。

第１フィン８１～８３は薄板状であり、第１フィン８１～８３の先端面の面積は小さい。特許文献１のように、先端面が所定の大きさを持った凸部を設けると、成形性を維持するために反対面に凹部を設けることが必須となる。一方、第１フィン８１～８３は薄板状である。金属製のケース４０の成形性を維持するために、第１フィン８１～８３が形成された対向面４１の反対面４１ｂ（図４参照、ケースの外面）に第１フィン８１～８３に対応する凹部を形成する必要がない。反対面４１ｂは平面であり、ケース４０の外形が簡素になる。

以上より、反対面４１ｂが簡素な構成で、かつ、放熱性の高いケース４０を備えた電子制御装置１０を構成することができる。

（第２フィンによる遮熱効果）
加えて、ケース４０の対向面４１には、回路基板３０の一方の面へ突出している第２フィン９１～９３が設けられている。回路基板３０の厚み方向に沿って見て（図３参照）、第２フィン９１は、高発熱部品５１と低発熱部品５６との間に位置している。第２フィン９２は、高発熱部品５３と低発熱部品５７との間に位置している。第２フィン９３は、高発熱部品５４と低発熱部品５８との間に位置している。

ケース４０内の空気が対流するように間隔Ｄ（図４参照）の寸法が設定されている場合、高発熱部品５１～５４から発せられた熱は、低発熱部品５６～５８へ向かって流れてくる。そこで、高発熱部品５１～５４と低発熱部品５６～５８との間に、第２フィン９１～９３を設けることにより、高温の空気を遮ることができる。低発熱部品５６～５８が加熱されることを抑制できる。

（第１フィンの長さ）
図３を参照する。加えて、第１フィン８１～８３の長さは、第２フィン９１～９３のいずれの長さよりも長い。そのため第１フィンの放熱性を高めることができる。

本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明の電子制御装置は、四輪車に好適である。

１０…電子制御装置
２０…カバー
３０…回路基板
３１…回路基板の下面（一方の面、ケース側の面）
４０…ケース
４１ａ…ケースの対向面
５１～５４…高発熱部品
５６～５８…低発熱部品
６０…第１コネクタ
７０…第２コネクタ
８１～８３…第１フィン
９１～９３…第２フィン

Claims

回路基板と、
前記回路基板の一方の面に取り付けられており外部に臨んでいるコネクタと、
前記コネクタが取り付けられた前記一方の面に実装されている発熱部品と、
前記回路基板を収納している金属製のケースと、
前記ケースに組み付けられて前記回路基板を覆っているカバーと、を備えており、
前記ケースは、前記回路基板の前記一方の面に対向している対向面を有しており、前記ケースの前記対向面には、前記回路基板の前記一方の面へ突出している複数の第１フィンが設けられ、
複数の前記第１フィンの各々は、前記回路基板の厚み方向について前記発熱部品と重なっており、
前記ケースは、
前記対向面を有している前記本体部と、
前記カバーと共に、前記コネクタを挟み込むように支持している支持部と、
前記本体部と前記支持部とを接続している接続部と、を備え、
前記本体部、前記支持部、及び、前記接続部は、段差状に形成されており、
前記支持部は、前記本体部よりも、前記回路基板の前記一方の面から離れており、
複数の前記第１フィンのなかには、前記ケースの前記対向面を有する前記本体部から前記支持部に亘り形成されたものが含まれている、電子制御装置。
前記ケースの前記対向面には、前記回路基板の前記一方の面へ突出している第２フィンが設けられ、
前記回路基板の厚み方向に沿って見て、
前記第２フィンは、前記発熱部品と、前記発熱部品よりも低い熱を発する低発熱部品との間に位置し、かつ、
前記第２フィンは、その長さ方向が前記発熱部品と前記低発熱部品とが並ぶ方向と直交するように、延びている、請求項１記載の電子制御装置。
前記回路基板の厚み方向に沿って見て、
前記第１フィンの長さは、前記第２フィンの長さよりも長い、請求項２記載の電子制御装置。