JP2020120003A - 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】回路構成体及び電気接続箱を小型化する。【解決手段】回路構成体２０は、導電路と導電路に電気的に接続されるスルーホール２２とが形成された回路基板２１と、端子部５２を有するコイル５１と磁性体のコア５４とを備えるコイル装置５０と、コイル装置５０が収容される収容凹部３４を有し、回路基板２１が重ねられる放熱部材３０と、収容凹部３４の内面とコイル装置５０とに接触するグリース２５と、を備え、コイル装置５０における端子部５２は、スルーホール２２に挿通されて半田付けされている。【選択図】図３

Description

本明細書に記載される技術は、回路構成体及び電気接続箱に関する。

自動車等の車両には、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電気接続箱が搭載されており、この電気接続箱の回路部品としてコイルが用いられている。特許文献１の電気接続箱は、合成樹脂製の枠状部材が放熱部材の外周部に被せられており、この枠状部材には、回路基板が収容されるとともに、枠状部材の区画された部分にチョークコイルが配されている。

特開２０１４−１０３７４７号公報

ところで、放熱部材の上においてコイルが配される領域は、他の電子部品を実装することができないため、他の電子部品を実装するための領域を電気接続箱内に確保しなければならず、電気接続箱の小型化が容易ではない。特に、大電流の通電が可能なコイルを電気接続箱に搭載すると、コイルが大型化することにより、コイルが占める領域が大きくなり、電気接続箱が大型化しやすいという問題がある。

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、回路構成体及び電気接続箱を小型化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、導電路と前記導電路に電気的に接続されるスルーホールとが形成された回路基板と、端子部を有するコイルと磁性体のコアとを備えるコイル装置と、前記コイル装置が収容される収容凹部を有し、前記回路基板が重ねられる放熱部材と、前記収容凹部の内面と前記コイル装置とに接触するグリースと、を備え、前記コイル装置における前記端子部は、前記スルーホールに挿通されて半田付けされている。
本明細書に記載された回路構成体の製造方法は、収容凹部が形成された放熱部材の前記収容凹部にグリースを配した状態でコイルと磁性体のコアとを有するコイル装置を前記収容凹部に収容して前記グリースに接触させ、導電路と前記導電路に電気的に接続されるスルーホールとが形成された回路基板の前記スルーホールに前記コイルの端子部を挿通して半田付けする。
上記構成によれば、コイル装置が放熱部材の収容凹部に収容されるとともに、放熱部材の収容凹部の内面とコイル装置とにグリースが接触するため、収容凹部内のコイル装置の位置決めをグリースにより行うことができるとともに、グリースを介してコイル装置の熱を放熱部材に伝えることができる。これにより、必ずしも収容凹部の外部にコイル装置を固定するための構成を設ける必要がなくなるため、収容凹部の外部における他の部品を実装可能な領域を大きくすることが可能になる。よって、回路構成体における部品の実装密度を高めることができ、回路構成体を小型化することが可能になる。

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。
前記グリースは、常温硬化型のグリースが用いられている。
このようにすれば、必ずしもグリースを硬化させるための作業を行う必要がないため、製造工程を簡素化することができる。

前記収容凹部は底面部と前記底面部から起立する内壁部とを有し、前記グリースは、前記収容凹部における前記底面部側に配されている。
このようにすれば、コイル装置の収容凹部への収容作業を容易に行うことができる。

前記グリースは、前記収容凹部の内面と前記コイル装置との間に加えて、前記収容凹部外における前記回路基板と前記放熱部材との間に配されている。
このようにすれば、収容凹部内にグリースを塗布する際に、回路基板と放熱部材との間の接着や絶縁等のためのグリースを塗布することが可能になるため、製造工程を簡素化することができる。

前記コイルは、平角線の短辺側を内径面とするように巻回されたエッジワイズコイルであり、前記放熱部材における前記回路基板側の面に沿う平面を通る軸を中心に巻回されている。
このようにすれば、コイル装置の向きにより、回路構成体を小型化することが容易になる。

前記回路基板は、前記放熱部材との間に間隔を空けた状態で、前記放熱部材にネジでネジ留めされている。
このようにすれば、回路基板と放熱部材との間の間隔に部品を実装することが可能になるとともに、放熱部材に対して回路基板をネジにより強固に固定することができる。

前記回路構成体と、前記回路構成体を覆うカバー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、回路構成体及び電気接続箱を小型化することが可能になる。

実施形態１の電気接続箱を示す断面図 回路構成体を示す斜視図 回路構成体の断面図 回路基板を示す斜視図 放熱部材を示す斜視図 放熱部材の上面にグリースを塗布した状態を示す斜視図 放熱部材の上面にグリースを塗布した状態を示す平面図 図７のＡ−Ａ断面図 図７の状態から収容凹部にコイル装置を収容した状態を示す斜視図 図７の状態から収容凹部にコイル装置を収容した状態を示す平面図 図１０のＢ−Ｂ断面図 図１０の状態から放熱部材の上に回路基板を載置した状態を示す斜視図 実施形態２の電気接続箱を示す断面図 回路構成体を示す斜視図 回路構成体の断面図 放熱部材を示す斜視図 収容凹部内のグリース上にコイル装置が載置された状態を示す断面図 図１７の状態から放熱部材のボス部の上に回路基板を載置した状態を示す斜視図 図１８の状態から回路基板及び放熱部材のボス部をネジ留めした状態を示す斜視図

＜実施形態１＞
実施形態１の電気接続箱１０について、図１〜図１２を参照しつつ説明する。
本実施形態の電気接続箱１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の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。以下では、図１のＸ方向を左方、Ｚ方向を上方、図２のＹ方向を前方として説明する。

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を覆うカバー１１とを備えている。カバー１１は、金属製又は合成樹脂製であって、下方側が開口する箱形とされ、放熱部材３０に対してネジ１２によりネジ留めされて固定されている。

回路構成体２０は、図３に示すように、回路基板２１と、回路基板２１及びコイル装置５０の熱を放熱する放熱部材３０と、放熱部材３０の上面に重ねられるグリース２５と、放熱部材３０の収容凹部３４に収容されるコイル装置５０とを備えている。

回路基板２１は、絶縁材料からなる絶縁板に銅箔からなる導電路がプリント配線技術により形成されたプリント基板とされており、回路基板２１の導電路には、図示しない電子部品が実装されている。回路基板２１には、図４に示すように、導電路に連なる位置に絶縁板を貫通する複数の長円形状のスルーホール２２が形成されている。スルーホール２２の内面には全体に銅箔が設けられており、回路基板２１の上面の導電路に接続されている。なお、回路基板２１は、プリント基板としたが、これに限られず、例えば、プリント基板に金属板材からなるバスバーを重ねて回路基板を構成してもよい。回路基板２１は、図１に示すように、放熱部材３０の載置面３２に塗布されたグリース２５上に配されており、載置面３２に対してグリース２５により密着している。

（放熱部材３０）
放熱部材３０は、例えば、アルミダイカスト等で成形されるアルミニウム、アルミニウム合金等の熱伝導性が高い金属類製であって、図５に示すように、回路基板２１が載置される本体３１と、本体３１の下方に連なり、櫛歯状に並んだ複数の放熱フィン４９とを備える。

本体３１の前方側には、回路基板２１に接続される端子を有する図示しないコネクタが配される切欠部３１Ａが形成されている。本体３１の上面は、グリース２５が積層された状態で回路基板２１が載置される載置面３２とされる。

載置面３２には、コイル装置５０が収容される収容凹部３４が窪み形成されている。収容凹部３４は、図７，図８に示すように、前後方向に長い長方形状の底面部３５と、底面部３５の周縁から起立し、コイル装置５０の外面に対向してコイル装置５０を包囲する内壁部３６とを備え、放熱部材３０に略直方体状の空間を形成している。

本体３１の外周には、カバー１１を取付け可能な取付部４２が設けられている。取付部４２は、ネジ孔４２Ａが貫通形成されている。取付部４２は、例えば、車両のボディ等に固定されることにより、放熱部材３０をグランド電位に接続することができる。

グリース２５は、図７，図８に示すように、収容凹部３４の底面部３５に所定の厚みで重ねられた第１グリース２５Ａと、載置面３２に所定の厚みで重ねられた第２グリース２５Ｂとを有する。本実施形態では、第１グリース２５Ａと第２グリース２５Ｂとの厚みはほぼ同じ厚みとされているが、第１グリース２５Ａと第２グリース２５Ｂとの厚みを異なる厚みとしてもよく、例えば、第１グリース２５Ａの厚みを第２グリース２５Ｂよりも厚くしてもよい。グリース２５は、潤滑油中に増ちょう剤を分散させて半固体状又は固体状にしたものであり、熱伝導性が高く、絶縁性を有する材料が用いられ、例えば、シリコーングリース、フルオロエーテルグリース等を用いることができる。グリース２５は、グリース２５に載置されたコイル装置５０の位置を保持できるような高さの粘度とすることが好ましい。グリース２５は、液状の接着剤（硬化前の接着剤）よりも粘度の高いものが好ましく、常温で硬化するものが好ましい。例えば、常温（例えば２５℃）で硬化（例えば数時間で硬化）可能な２液性シリコーン放熱グリースの２液を混合させるようにしてもよい。また、添加物を付加して粘着性を強くした粘着グリースを用いてもよい。

コイル装置５０は、例えば出力電圧を平滑化するためのチョークコイルであって、図３に示すように、一対のコイル５１（図３では一方のみを図示）と、磁性体のコア５４と、コア５４内のコイル５１を保持するボビン６０とを備える。各コイル５１は、いわゆるエッジワイズコイルであって、例えば銅又は銅合金からなり、扁平な矩形状の断面を有する帯状の平角線を、短辺側が内径面及び外径面となるように螺旋状に巻回して形成したものであり、外面にはエナメル被覆が施されている。各コイル５１は、軸心を中心に円形状に複数回巻回された巻回部の終端部で接線方向に延び、外部と接続される一対の端子部５２を有する。一対の端子部５２は、共に直線状で互いに平行に配置されている。一対の端子部５２の延出方向は、放熱部材３０の載置面３２に対して直交する方向とされている。

コア５４は、フェライト等の高透磁率の磁性体で形成されており、一対の半割体５５Ａ，５５Ｂを組み合わせて構成されている。各半割体５５Ａ，５５Ｂは、コイル５１に挿通される円柱状の一対の柱部と、一対の柱部を連結する板状の連結部と、一対の柱部間に配されて一対のコイル５１間を仕切る隔壁とを備え、これらが一体に形成されている。ボビン６０は絶縁性の合成樹脂製であって、一対の分割部材６１Ａ，６１Ｂを組み合わせて構成され、コア５４の柱部が挿通される円筒形状の筒部を備えており、コア５４内のコイル５１の位置を保持する。

次に、コイル装置５０の組み付けについて説明する。
一対の分割部材６１Ａ，６１Ｂ間にコイル５１を配して一対の半割体５５Ａ，５５Ｂを組み付けることによりコイル装置５０を形成する。

次に、図６，図７に示すように、放熱部材３０の上面（底面部３５及び載置面３２）にグリース２５を塗布する。次に、図９，図１０に示すように、コイル装置５０の全ての端子部５２が上方に向いた姿勢で、放熱部材３０の収容凹部３４にコイル装置５０を挿入する。コイル装置５０が収容凹部３４における所定の深さまで挿入されると、コイル装置５０がグリース２５Ａ上に載置された状態となる（図１１）。

次に、図１２に示すように、回路基板２１を放熱部材３０の上方に配し、回路基板２１のスルーホール２２をコイル装置５０の端子部５２に挿通し、回路基板２１を載置面３２のグリース２５Ｂ上に載置する。次に、端子部５２を回路基板２１のスルーホール２２に半田Ｓで半田付けすることにより、回路構成体２０（図２）が形成される。そして、回路構成体２０にカバー１１をネジ１２によりネジ留めして取り付けると電気接続箱１０（図１）が形成される。

本実施形態によれば、以下の作用・効果を奏する。
回路構成体２０は、導電路と導電路に電気的に接続されるスルーホール２２とが形成された回路基板２１と、端子部５２を有するコイル５１と磁性体のコア５４とを備えるコイル装置５０と、コイル装置５０が収容される収容凹部３４を有し、回路基板２１が重ねられる放熱部材３０と、収容凹部３４の内面とコイル装置５０とに接触するグリース２５と、を備え、コイル装置５０における端子部５２は、スルーホール２２に挿通されて半田付けされている。

本実施形態によれば、コイル装置５０が放熱部材３０の収容凹部３４に収容されるとともに、放熱部材３０の収容凹部３４の内面とコイル装置５０とにグリース２５が接触するため、収容凹部３４内のコイル装置５０の位置決めをグリース２５により行うことができるとともに、グリース２５を介してコイル装置５０の熱を放熱部材３０に伝えることができる。これにより、必ずしも収容凹部３４の外部にコイル装置５０を固定するための構成を設ける必要がなくなるため、収容凹部３４の外部における他の部品を実装可能な領域を大きくすることが可能になる。よって、回路構成体２０における部品の実装密度を高めることができ、回路構成体２０を小型化することが可能になる。
また、回路構成体２０の製造時には、半田付けの前に、回路基板２１を放熱部材３０に重ねて端子部５２をスルーホール２２に挿通した状態としておくことができる。これにより、例えば、グリースではなく接着剤を用いる構成と比較して、収容凹部３４にコイル装置５０を収容した後、接着剤の硬化を待たなくても、回路基板２１を組み付ける作業が可能になるため、製造工程を簡素化することが可能になる。

また、グリース２５は、常温硬化型のグリースが用いられている。
このようにすれば、必ずしもグリース２５を硬化させるための作業を行う必要がないため、製造工程を簡素化することができる。また、製造時はグリースの柔軟性により、回路基板２１等に与えられる応力を低減することができる。

また、収容凹部３４は底面部３５と底面部３５から起立する内壁部３６とを有し、グリース２５は、収容凹部３４における底面部３５側に配されている。
このようにすれば、コイル装置５０の収容凹部３４への収容作業を容易に行うことができる。

また、グリース２５は、収容凹部３４の内面とコイル装置５０との間に加えて、収容凹部３４外における回路基板２１と放熱部材３０との間に配されている。
このようにすれば、収容凹部３４内にグリース２５を塗布する際に、回路基板２１と放熱部材３０との間の接着や絶縁等のためのグリース２５を放熱部材３０の載置面３２に塗布することが可能になるため、製造工程を簡素化することができる。

また、コイル５１は、平角線の短辺側を内径面とするように巻回されたエッジワイズコイルであり、放熱部材３０における回路基板２１側の面を通る軸を中心に巻回されている。
このようにすれば、コイル装置５０の向きにより、回路構成体２０を小型化することが容易になる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図１３〜図１９を参照しつつ説明する。実施形態２は、回路基板７２を放熱部材７５のボス部７６にネジ７９にネジ留めする構成である。以下では、実施形態１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

電気接続箱７０は、図１３に示すように、回路構成体７１と、回路構成体７１を覆うカバー１１とを備えている。回路構成体７１は、回路基板７２と、回路基板７２及びコイル装置５０の熱を放熱する放熱部材７５と、放熱部材７５の収容凹部３４に収容されるコイル装置５０とを備えている。

図１８に示すように、長方形状の回路基板７２の各角部側には、複数（本実施形態では４つ）の通し孔７３が貫通形成されており、ネジ留めの際にネジ７９の軸部が通し孔７３に挿通される。また、図１６に示すように、放熱部材７５の上面７５Ａにおける回路基板７２の通し孔７３に対応する位置には、複数（本実施形態では４つ）のボス部７６が形成されている。ボス部７６は、円柱状であって、上面７５Ａに対して所定の高さで上方（軸方向）に突出している。ボス部７６には、ネジ７９の軸部をネジ留めするためのネジ孔７７が形成されている。なお、放熱部材７５の上面７５Ａにおける収容凹部３４の外側の領域やボス部７６の上面には、グリースを塗布することができるが、グリースを塗布しなくてもよい。収容凹部３４の底面部３５には、図１５に示すように、所定の厚みでグリース７４が配されており、グリース７４は、コイル装置５０及び底面部３５に接触している。グリース７４は、実施形態１のグリース２５と同一のものを用いることができる。

次に、コイル装置５０の組み付けについて説明する。
一対の分割部材６１Ａ，６１Ｂ間にコイル５１を配して一対の半割体５５Ａ，５５Ｂを組み付けることによりコイル装置５０を形成する。

また、放熱部材７５の収容凹部３４の底面部３５にグリース２５を所定の厚みで塗布する。次に、コイル装置５０の全ての端子部５２が上方に向いた姿勢で、放熱部材７５の収容凹部３４にコイル装置５０を挿入する。コイル装置５０が収容凹部３４における所定の深さまで挿入されると、図１７に示すように、コイル装置５０がグリース２５上に載置された状態となる。

次に、回路基板７２を放熱部材７５の上方に配し、回路基板７２のスルーホール２２をコイル装置５０の端子部５２に挿通する。このとき、例えば、図１７に示されるように、コイル装置５０の上面がボス部７６の上面よりも上方に位置する場合には、回路基板７２でコイル装置５０の上端部を下方に押圧してコイル装置５０の下端部がグリース２５に埋設されるようにしてもよい。そして、回路基板７２がボス部７６上に載置された後、ネジ７９の軸部を回路基板７２の通し孔７３に通してボス部７６にネジ留めする。次に、端子部５２を回路基板７２のスルーホール２２に半田Ｓで半田付けすることにより、回路構成体７１（図１４）が形成される。そして、回路構成体７１にカバー１１をネジ１２によりネジ留めして取り付けると電気接続箱７０（図１３）が形成される。

実施形態２によれば、回路基板７２は、放熱部材７５との間に間隔を空けた状態で、放熱部材７５にネジ７９でネジ留めされているため、回路基板７２と放熱部材７５との間の間隔に部品を実装することが可能になるとともに、放熱部材７５に対して回路基板７２をネジ７９により強固に固定することができる。

＜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明細書に記載された技術の技術的範囲に含まれる。
（１）グリース２５，７４は、収容凹部３４における底面部３５側に配されている構成としたが、これに限られない。例えば、収容凹部３４における内壁部３６側にグリース２５，７４が配されている構成としてもよい。

（２）グリース２５は、収容凹部３４の内面とコイル装置５０との間に加えて、収容凹部３４外における回路基板２１と放熱部材３０との間に配されている構成としたが、これに限られない。例えば、回路基板２１と放熱部材３０との間には、グリース２５に代えて接着剤が配されている構成としてもよい。

（３）コイル５１は、エッジワイズコイルとしたが、これに限られない。例えば断面円形状のコイルとしてもよい。
（４）コイル装置５０は、２つのコイル５１を有する結合コイルとしたが、これに限られない。例えば、コイル装置が一つのコイルを有する構成としてもよい。また、コイル装置５０はチョークコイルとしたが、これに限られず、他の用途に用いられるコイル装置としてもよい。

（５）コイル５１が巻回される回数は、上記実施形態に限られず、異なる回数としてもよい。
（６）コイル装置５０は、ボビン６０を備える構成としたが、これに限られず、ボビン６０を備えないコイル装置としてもよい。

１０，７０： 電気接続箱
１１： カバー
２０，７１： 回路構成体
２１，７２： 回路基板
２２： スルーホール
２５，７４： グリース
３０，７５： 放熱部材
３２： 載置面
３４： 収容凹部
３５： 底面部
３６： 内壁部
５０： コイル装置
５１： コイル
５２： 端子部
５４： コア
７３： 通し孔
７６： ボス部
７７： ネジ孔
７９： ネジ
Ｓ： 半田

Claims (8)

1. 導電路と前記導電路に電気的に接続されるスルーホールとが形成された回路基板と、
   端子部を有するコイルと磁性体のコアとを備えるコイル装置と、
   前記コイル装置が収容される収容凹部を有し、前記回路基板が重ねられる放熱部材と、
   前記収容凹部の内面と前記コイル装置とに接触するグリースと、を備え、
   前記コイル装置における前記端子部は、前記スルーホールに挿通されて半田付けされている、回路構成体。
2. 前記グリースは、常温硬化型のグリースが用いられている、請求項１に記載の回路構成体。
3. 前記収容凹部は底面部と前記底面部から起立する内壁部とを有し、
   前記グリースは、前記収容凹部における前記底面部側に配されている、請求項１又は請求項２に記載の回路構成体。
4. 前記グリースは、前記収容凹部の内面と前記コイル装置との間に加えて、前記収容凹部外における前記回路基板と前記放熱部材との間に配されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回路構成体。
5. 前記コイルは、平角線の短辺側を内径面とするように巻回されたエッジワイズコイルであり、前記放熱部材における前記回路基板側の面に沿う平面を通る軸を中心に巻回されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回路構成体。
6. 前記回路基板は、前記放熱部材との間に間隔を空けた状態で、前記放熱部材にネジでネジ留めされている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の回路構成体。
7. 請求項１から請求項６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カバーとを備える電気接続箱。
8. 収容凹部が形成された放熱部材の前記収容凹部にグリースを配した状態でコイルと磁性体のコアとを有するコイル装置を前記収容凹部に収容して前記グリースに接触させ、導電路と前記導電路に電気的に接続されるスルーホールとが形成された回路基板の前記スルーホールに前記コイルの端子部を挿通して半田付けする、回路構成体の製造方法。

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