JP5774600B2 - 電気回路基板コネクタならびに対応する電気回路基板および電気暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気回路基板コネクタに関する。本発明は、特に、自動車の電気暖房装置用の電気回路基板に関する。

このような電気暖房装置は、電気ラジエータとしても知られ、一般に、熱交換器を通る空気流と液体、一般には、エンジン冷却液、との間で熱を交換することによって、自動車の車室の暖房用だけでなく、曇り止めおよび氷結防止用に、空気を暖める熱交換器の下流に位置し、暖められるべき空気を循環させるための管に搭載される。

電気暖房装置は、熱交換器による加熱が不十分な場合に熱補給をほぼすぐに行うために、暖房装置を通過する空気に直接露出されるように設けられたヒータモジュールを含む。

電気暖房装置は、熱交換器が要求に応じて独自に空気を暖めることができるようになるまで、一時的に動作する。

暖房装置は、プリント基板上の電源回路によって制御される。この電源回路は、バスバーとしても知られている金属プレートなどの導体を介して、ヒータモジュールの端子に電力源を接続する。

基板上の電気コネクタが、この電源回路に、供給されるべき電力に関する情報を送信してもよい。したがって、この電気コネクタは、少なくとも部分的に、電気絶縁材料、一般には、プラスチック材料を含むものでなければならない。

さらに、ヒータモジュールが基板の片側に存在する場合には、コネクタは、基板の反対側になければならない。したがって、このようなコネクタは貫通コネクタであり、かつ、ヒータモジュールの端子に接続された基板面上の接続ピンと、基板の反対面から突出するソケットとを有する。

さらに、基板に実装されるコンポーネントは、従来、高温に耐えるように構成されているため、およそ２５０〜２６０℃の高温を生成するリフローはんだ付け炉を通過させることで、はんだ付けしてもよい。しかし、一般に、プラスチック材料を含むコネクタは、接続ピンを基板に、追加的に手動または自動ではんだ付けしている間に、支持体に固定されなければならないため、基板の製造コストが上がる。

さらに、接続ピンを基板へはんだ付けした際の平坦度には、不良が生じる場合がある。平坦度に不良があると、接続不良が生じる可能性があり、具体的には、接続ピンの１つをはんだ付けできなくなり、作業をやり直す事態にもなり、基板の製造時間およびコストのさらなる増加につながる。

したがって、本発明の目的は、要求された平坦度および良好な機械強度を保証しながら、簡単かつ低コストで電気回路基板へ集積可能な電気コネクタを提案することによって、従来技術の上述した欠点を解消することである。

この目的を達成するために、本発明は、電気回路基板用の電気コネクタを提供するものであって、前記電気コネクタは、前記基板の関連する開口に実装され、かつ、前記基板の前面に対して突出するように構成された電気絶縁材料のソケットと、少なくとも１つの電気接続ピンとを備え、前記少なくとも１つの電気接続ピンが、略Ｕ字状であり、ソケット内で終端する第１の側方ブランチと、実装時に、前記基板を貫通して前記基板の前面に現れるように構成された、リフローはんだ付けによる接続用の第２の側方ブランチとを有し、ソケットの前記材料が、リフローはんだ付け温度に耐えるように構成されたプラスチック材料である。

したがって、コネクタは、基板がリフローはんだ付け炉を通過する際、いかなる追加のはんだ付けステップも必要とすることなく、リフローはんだ付けでき、かつ、第２の側方ブランチが基板を再度貫通するという事実によって最適化された機械強度を有する。

さらに、基板を貫通する第２の側方ブランチは、ピンインペースト技法によってはんだ付けされるが、これにより、はんだペーストは、リフローはんだ付けのためのリフローはんだ付け炉に入る前に、第２の側方ブランチが貫通するオリフィス内に導入されることで、平坦度の欠陥を取り除くことができる。

前記コネクタは、以下の特徴、すなわち、
− 前記コネクタが、前記少なくとも１つの電気接続ピンと略同一の、前記基板上の少なくとも１つの位置決めピンを含み、
− ソケットの前記プラスチック材料が、熱安定性の熱可塑性ポリマーであり、
− 熱安定性の熱可塑性ポリマーが、
− ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートなどの飽和ポリマーと、
− 好ましくは、最大３０％の濃度のガラス繊維が充填された、好適には、１０％および２０％の濃度のガラス繊維が充填された、ポリフタルアミドと、
− ポリ（トリメチルヘキサメチレンテレフタラミド）などのアモルファス半芳香族ポリアミドとを含むグループから選択され、
− ソケットが、実装時に、前記基板にある開口の周辺の前記基板の対向する背面に担持される基部を含む、
という特徴のうちの１つ以上を、別々に、または組み合わせて、さらに含むものであってもよい。

本発明は、前記基板の開口を通して実装された、上記の少なくとも１つのコネクタを含む電気回路基板をさらに提供する。

前記基板は、以下の特徴、すなわち、
− 前記基板は、ケース本体および蓋を備えたケースに実装されるように構成され、前記ケース本体および前記蓋は、それぞれ、前記基板のコネクタと係合コネクタとの接続および／または接続解除に際し、前記基板の変形を制限するために、前記基板の当接部を形成する突起を有し、
− 電気回路が、通過する空気の流れを暖めるように構成された電気暖房装置の電源回路であり、
− 前記基板が、前面に、表面実装コンポーネントを保持し、前記前面と対向する背面に、前記暖房装置の電源を切り換えるための少なくとも１つの電力コンポーネントを保持し、前記コネクタの前記少なくとも１つの接続ピンの第２の側方ブランチが、表面実装コンポーネントを保持する前記基板の前面に現れる、
という特徴のうちの１つ以上を、別々にまたは組み合わせて、さらに有するものであってもよい。

本発明は、通過する空気流を暖めるための電気暖房装置、特に、自動車用の電気暖房装置であって、このような電気回路基板を含む電気暖房装置をさらに提供する。

本発明の他の特徴および利点は、例示的かつ非制限的な実施例によって与えられた以下の記載を読み、添付の図面を参照することでさらに明確になるであろう。

本発明のコネクタを保持する電気回路基板の図。 図１の基板を収容するケースの縦断面図の部分図。 図２のケースの蓋の部分図。 図２のケースの本体の部分図。 図４ａのケース本体に実装されたコネクタの図。 自動車用のヒータの部分図。 図５のヒータの電気暖房装置を示す図。 図６の電気暖房装置のヒータモジュールの一実施形態を示す図。 図６の電気暖房装置に電力を供給するための電気回路基板を示す図。

図面では、略同一の要素には、同一の参照番号が付されている。

図１は、理解しやすいように簡潔な態様で、プリント回路基板（ＰＣＢ）または集積回路カード（ＩＣカード）１を表しており、このプリント回路基板（ＰＣＢ）または集積回路カード（ＩＣカード）１は、第１の面または前面１ａと、第１の面と対向する第２の面または背面１ｂとを有する。

例えば、基板１は、第１の面または前面１ａ上に、表面実装コンポーネント（ＣＭＳ）３を保持し、かつ、第２の面または背面１ｂ上に、トランジスタなどの少なくとも１つの電力コンポーネント５と、後述の電気暖房装置などの電気装置を制御するための自動車の電気配線ハーネスに接続される導体７とを保持しており、電気装置は、基板１の第２の面１ｂに接続されるので、第２の面１ｂと基板の同じ側面にある。コンポーネント５および７は、本実施形態では、基板にリフローはんだ付けされる。

さらに、基板１は開口９を含み、かつ、リフローはんだ付けによって基板１に接続されるべき開口９を通して実装される電気コネクタ１１を保持する。

このコネクタ１１は、ソケット１３と、基板１上の導電トラック（図示せず）に電気的に接続されるべき少なくとも１つの電気接続ピン１５とを含む。

ソケット１３の材料は、熱安定性の熱可塑性ポリマーなどの、リフローはんだ付けの高温に対する耐熱性がある電気絶縁プラスチック材料である。

例示的に、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）などの飽和ポリマー、好ましくは、３０％ガラス繊維が充填されたポリフタルアミド（ＰＰＡ ＧＦ３０）、またはポリトリメチルヘキサメチレンテレフタラミド（ＰＡ６ ３Ｔ）などの半芳香族アモルファスポリアミドが挙げられる。

コネクタ１１のソケット１３は、実質的に平行六面体の形状を有し、かつ、支持体１に垂直であり、係合コネクタ（図示せず）に接続されるべき基板１の第１の面または前面１ａに対して突出する。図１に示す例では、ソケット１３は垂直である。コネクタ１１と係合コネクタとの接続は、制御された電気装置の反対側で実行されなければならず、その結果、ソケット１３は、基板１の第２の面１ｂに対してではなく、第１の面１ａに対してのみ突出することができる。

このソケット１３は、ベース１７を含んでもよく、このベース１７は、実装時に、コネクタ１１を収容する基板１にある開口９の周辺の基板１の第２の面または背面１ｂに担持される。ベース１７が当接部を形成することにより、コネクタ１１を引き出す力に対する機械的耐性を強化することができる。

さらに、接続ピン１５は、一般に、第１および第２の側方ブランチ１５ａ、１５ｃと、２つの側方ブランチ１５ａ、１５ｃの間の接続ブランチ１５ｂとを有する、Ｕ字状である。３つのブランチ１５ａ〜１５ｃは、一体部品で形成される。図示した例では、第１および第２の側方ブランチ１５ａ、１５ｃは平行であり、かつ、接続ブランチ１５ｂは、２つの側方ブランチ１５ａ、１５ｃに対して略垂直である。

第１の側方ブランチ１５ａは、ソケット１３内に現れ、かつ、１つ以上の爪６０によって機械的に保持されるが、一方で、この爪６０により、第１の方向に接続ブランチ１５をソケット１３内に差し込むことができ、他方で、ソケット１３に雄コネクタが実装されるときに、接続ブランチ１５が外れるのを防止することができる。接続ブランチ１５ｂおよび第２の側方ブランチ１５ｃは、ソケット１３の外側にある。

コネクタ１１が基板１に実装されている状態で、第２の側方ブランチ１５ｃは、第２の面１ｂから基板１のオリフィス１９を通って第１の面１ａへと貫通し、例えば、ＳＭＣ３を担持する第１の面１ａに現れる。

第２の側方ブランチ１５ｃは、ピンインペースト技法、すなわち、第２の側方ブランチ１５ｃが差し込まれるオリフィス１９にはんだペーストを配置し、その後、基板１をリフローはんだ付け炉に通す技法、によって接続される。

リフローはんだ付けによりコネクタ１１の接続を行うことで、例えば、手動またはロボットによって行われる選択的ウェーブはんだ付けの再加工によるコネクタ１１のはんだ付けを回避することで、作業数を制限することができる。

このようにして、第２のリフローはんだ付け動作において、コンポーネント５、７およびコネクタ１１が基板１にはんだ付けされる。例えば、２段式のリフローはんだ付けプロセスが採用されてもよく、この２段式のリフローはんだ付けプロセスは、基板１の第２の面１ｂにコンポーネント５、７およびコネクタ１１をリフローはんだ付けする第１のステップと、基板１の第１の面１ａにＳＭＣ３をリフローはんだ付けする第２のステップとを含む。図１に図示するように、ＳＭＣ３は、この例では、小型であるので、第１のリフローはんだ付けステップの間に基板１が反転する際に、重力に抵抗しながら、支持体に付着したままである。

コネクタ１１は、また、接続ピン１５と実質的に同一の少なくとも１つの位置決めピン１５’を含んでもよい。

より正確には、位置決めピン１５’は、
− ソケット１３内に現れる第１の側方ブランチ１５’ａと、
− 基板１にコネクタ１１が実装されるときに、例えば、基板１に略平行である、ソケット１３の外側にある接続ブランチ１５’ｂと、
− 例えば、接続ブランチ１５’ｂと略垂直である第２の側方ブランチ１５’ｃと、
を有する。

しかしながら、この場合には、第２の側方ブランチ１５’ｃは、リフローはんだ付けされた接続ブランチではないので、はんだペースト内に差し込まれないが、基板１上にコネクタ１１を位置付けるためのブランチである。

さらに、図２に部分的に示すように、基板１は、制御された電気装置のケース１９の開口に実装されてもよい。電気回路を外部環境から保護するために、開口を閉じるようにケース本体１９ｂに適合する蓋１９ａが設けられてもよい。

さらに、ケース１９は、基板１上の電気コネクタ１１と係合雄コネクタとを接続および接続解除する際の基板１の変形を制限するために、蓋１９ａおよびケース本体１９ｂの両方に、突起２１を含んでもよい。

図３に示すように、蓋１９ａは、コネクタ１１のソケット１３が貫通する開口２３を有し、突起２１は、この開口２３の近傍にある蓋１９ａ上に形成され、かつ、実装時に、基板１と対面するように、蓋１９ａの底部に対して垂直である。したがって、電気コネクタ１１から係合コネクタを取り外す際に、基板１は、蓋１９ａのこれらの突起２１に担持されるようになることで、撓みによる基板１の変形が制限される。図示した例では、基板１の変形を制限するのに十分な接触面積を有するように、開口２３の周辺の蓋１９ａに、３つの突起２１が設けられる。

図４ａおよび図４ｂを参照すると、ケース本体１９ｂの突起２１は、実装時に、コネクタ１１のベース１７と対面するように、ケース本体１９ｂの底部に対して同様に垂直である。したがって、係合コネクタを基板１上のコネクタ１１内に差し込む際に、ベース１７は、ケース本体１９ｂ上の突起２１に担持されるようになることで、撓みによる基板１の変形も制限される。

さらに、図示した例では、ケース本体１９ｂ上に形成される突起２１は、略Ｌ字状であって、ケース本体１９ｂ内に差し込むためにコネクタ１１がスライドする第１のブランチ２１ａと、基板１の変形を制限するための当接部を形成する第２のブランチ２１ｂとを有する。さらにまた、図４ａから分かるように、第１のブランチは、差し込み時にコネクタ１１を損傷させないように、略丸い端部を有してもよい。

ケース本体１９ｂの底部にある突起２１のサイズおよび数については、この例では、突起は２つであり、基板１の変形を制限するのに十分な接触面積を保証するように、適応される。

さらに、基板１によって保持される電気回路によって制御される電気装置は、図５に部分的に示す自動車ヒータ２７の電気暖房装置２５であってもよい。

このヒータ２７は、暖められる空気流の通路３１を画成するケース２９を含む。通路３１は、混合分配弁３５の位置に応じて車室に選択的に分配されるように、暖房および曇り止め／氷結防止用の通気口３３に空気を運ぶ。通路３１内の空気流は、ファン３７によって生成されるが、このファン３７は、車室外または車室から空気を受けるパルサとしても知られている。空気は、必要に応じて、熱交換液としてのエンジン冷却液を使用する液体タイプのものでありうる熱交換器３９によって、および電気ラジエータとしても知られる電気暖房装置２５によって、暖められる。熱交換器３９および電気暖房装置２５は、通路３１に配置されるが、熱交換器３９は電気暖房装置２５の上流にある。熱交換器３９がない場合には、空気は、電気暖房装置２５のみによって暖められる。

図６を参照すると、このような電気暖房装置２５は、略平行六面体の一般的形状のフレーム２６を備えるが、このフレーム２６には、通過する空気流を暖めるように適応されたヒータモジュール４１が収容される。このフレーム２６は、単純なフレームであってもよく、一体部品で形成される２つの対面壁から形成されてもよく、または固定される２つの対面壁から形成されてもよい。

このような電気暖房装置２５は、動作中、例えば、およそ１５０℃の高温に達し得るため、フレーム２６は、動作中に達するこれらの高温に耐えられるような、例えば、プラスチック材料などの材料から作られる。

これらのヒータモジュール４１は、互いに平行に配置され、かつ、フレーム２６の全長さに延伸し、電気暖房装置２５を通る空気流に直接露出される。

ヒータモジュール４１は、正温度係数（ＰＴＣ）タイプの抵抗要素を含んでもよい。これらの要素は、過熱または過電流から保護される。

図７に示す変形例では、ヒータモジュール４１が、２つの長手電極４３を含み、各電極４３は、例えば、屈曲形または波形の金属ストリップで形成され、かつ、ＰＴＣ抵抗要素またはストーン４７を担持する、脱熱材４５を取り囲む。より明確にするために、図７では、脱熱材４５は、全体が図示されているわけではない。脱熱材４５が電極４３の全長に延伸していることは、言うまでもない。

ヒータモジュール４１（図示せず）の別の変形例では、電極は、抵抗要素を挟み、かつ、金属ストリップによって形成された脱熱材は、前記電極の自由な外面に対して配置される。言い換えれば、ヒータモジュール４１は、２つの電極を取り囲む２つの脱熱材から構成され、２つの電極の間には、ＰＴＣストーンまたは抵抗要素が配置される。

ヒータモジュール４１の２つの電極４３は、２つの端子４７によって２つの異なる電位、例えば、蓄電池電圧などの自動車で利用可能な第１の電位と、グラウンドなどの第２の電位とに接続される。

図６に示す例のように、３つのヒータモジュール４１が設けられる場合には、電気エネルギーが供給されるように、６つの端子４７の列がある。

電気暖房装置２５、より正確に言えば、ヒータモジュール４１は、このようにして、基板１に担持される電気回路によって制御される。

次に、基板１は、ドライバとしても知られる制御モジュール４９のフレーム２６の片側に実装される。この制御モジュール４９は、例えば、フレーム２６に留められたケース１９に実装され、かつ、電気暖房装置２５の動作時に達する高温に耐えられる材料で作られる。

図８を参照すると、基板１が、３つのヒータモジュール４１を有する暖房装置２５の場合には、３つのヒータモジュール４１における電流の流れを許容または阻止するための３つのトランジスタ５を含み、かつ、電解コンデンサ５１をさらに含んでもよい。

自動車の電源に接続された第１の導体７が、「バッテリプラス」をトランジスタ５に与え、かつ、第２の電位にある第２の導体７’が、自動車のグラウンドに接続された電位を与える。関連するトランジスタ５に電流が流れると、導電バー５３が、ヒータモジュール４１の端子４７に電流を流す。

電気暖房装置２５が３つのヒータモジュール４１を含むことを示す例では、導電性バー５３の６つの終端５５が、例えば、はんだ付けまたはクリンプ接続を介して、ヒータモジュール４１の対応する６つの端子４７に電力を供給するために、設けられる。

さらに、図８に示すように、基板１は、信号を基板１に与えるための追加の導電バー５７を含んでもよい。

さらに、バー５３、５７は、リフローはんだ付けによって基板１上の電気回路に接続されてもよい。この目的のために、バー５３、５７の端部は、基板１上の電気回路の関連する導電トラック（図示せず）にリフローはんだ付けするための湾曲形状を有する。

最後に、電気回路は、例えば、上述したように、電気コネクタ１１を介して送られる電力に関する情報を受け取る。

さらに、例えば、ヒータモジュール４１を含むケース１９の領域からの埃または水はねから回路を保護し、かつ、それに伴い基板１によって保持された電気回路を損傷させる危険性から回路を保護するために、導電バーの終端にシール５９が成形されてもよい。

このような暖房装置２５は、動作時に、例えば、およそ１５０℃の高温に達する傾向にあるため、このシール５９は、このような温度に耐えられるプラスチック材料で成形される。

さらに、シール５９は、ケース１９の長手軸（図示せず）に対して略垂直な方向に、ケース１９内へ基板１を組み込むことができるように構成される。

次に、シール５９は、ケース１９上の相補形リブ（図示せず）と協働する少なくとも１つの周辺溝６１を含む。

この場合には、ケース１９は、例えば、ノッチおよび相補形クリップの機構によって互いに固定される第１および第２のハーフケース（図示せず）を含む。次に、２つのハーフケースの各々は、シール５９の周辺溝２１と協働するための相補形リブを含む。

あるいは、ケース２９の長手軸に対して略平行な方向にアセンブリが設けられてもよい。

したがって、従来、電気回路基板１上に実装されるコンポーネントをはんだ付けするために、基板１をリフローはんだ付け炉に通過させていたが、本発明のコネクタ１１は、基板１の製造プロセスを複雑にせず、製造コストを増大させることなく、特に、電気暖房装置２５の電気回路基板１に実装可能であることは明らかである。

さらに、コネクタ１１の１つ以上の接続ピン１５のＵ字形状と、基板１を貫通する第２の側方ブランチ１５ｃのリフローはんだ付けとは、良好な機械強度、特に、自動車分野の需要を満たす良好な機械強度、をコネクタ１１に与える。

同様に、コネクタ１１を位置決めするための１つ以上のピン１５’のＵ字形状により、基板１上にコネクタ１１を、迅速かつ正確に位置決めできる。

最後に、電気コネクタは、好適には、収容ケースにカードが実装されると、カードを固定する機械的保持機能を果たす。

Claims (9)

1. 電気回路基板（１）用の電気コネクタであって、
   前記電気コネクタは、
   − 前記電気回路基板（１）の関連する開口（９）に実装され、かつ、前記電気回路基板（１）の前面に対して突出するように構成された、電気絶縁材料のソケット（１３）と、
   − 少なくとも１つの電気接続ピン（１５）と、を備え、
   前記少なくとも１つの電気接続ピン（１５）は、略Ｕ字形状であり、前記ソケット（１３）内で終端する第１の側方ブランチ（１５ａ）と、実装時に、前記電気回路基板（１）を貫通して前記電気回路基板（１）の前面に現れるように構成された、リフローはんだ付けによる接続用の第２の側方ブランチ（１５ｃ）とを有し、前記ソケット（１３）の材料は、リフローはんだ付けの温度に対する耐熱性があるプラスチック材料であり、
   前記少なくとも１つの電気接続ピン（１５）と実質的に同一の、前記電気回路基板（１）上の少なくとも１つの位置決めピン（１５’）をさらに備え、前記少なくとも１つの位置決めピン（１５’）における前記電気回路基板（１）を貫通して前記電気回路基板（１）の前面に現れるように構成された第２の側方ブランチ（１５’ｃ）は、リフローはんだ付けされない、
   ことを特徴とする電気コネクタ。
2. 前記ソケット（１３）の前記プラスチック材料は、熱安定性の熱可塑性ポリマーであることをと特徴とする、請求項１に記載の電気コネクタ。
3. 前記熱安定性の熱可塑性ポリマーは、
   − ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレートなどの飽和ポリマーと、
   − 好ましくは、最大３０％の濃度のガラス繊維が充填された、ポリフタルアミドと、 − ポリトリメチルヘキサメチレンテレフタラミドなどのアモルファス半芳香族ポリアミドと
   を含むグループから選択されることを特徴とする、請求項２に記載の電気コネクタ。
4. 前記ソケット（１３）は、実装時に、その反対側、すなわち、前記電気回路基板（１）の開口（９）の周辺の前記電気回路基板（１）の背面に担持される、ベース（１７）を備える、請求項１ないし３の何れか１項に記載の電気コネクタ。
5. 請求項１ないし４の何れか１項に記載の少なくとも１つの電気コネクタ（１１）であって、前記電気回路基板の関連する開口（９）に実装された電気コネクタ（１１）を備える、電気回路基板。
6. ケース本体（１９ｂ）と、蓋（１９ａ）とを有するケース（１９）に実装され、前記ケース本体（１９ｂ）および蓋（１９ａ）が、それぞれ、前記電気回路基板のコネクタと係合コネクタとの接続および／または接続解除に際し、前記電気回路基板（１）の変形を制限するために、前記電気回路基板（１）の当接部を形成する突起（２１）を有する、請求項５に記載の電気回路基板。
7. 前記電気回路は、通過する空気の流れを暖めるように構成された電気暖房装置の電源回路である、請求項５または６に記載の電気回路基板。
8. − 前記電気回路基板は、前面（１ａ）に、表面実装コンポーネント（３）を保持し、かつ、前記前面と対向する背面（１ｂ）に、前記電気暖房装置（２５）の電源を切り換えるための少なくとも１つの電力コンポーネント（５）を保持し、
   − 前記電気コネクタ（１１）の前記少なくとも１つの接続ピン（１５）の第２の側方ブランチ（１５ｃ）が、前記表面実装コンポーネント（３）を保持する前記電気回路基板（１）の前面（１ａ）に現れる、請求項７に記載の電気回路基板。
9. 請求項７または８に記載の電気回路基板（１）を備える、空気流を暖めるための電気暖房装置、特に、自動車用の電気暖房装置。

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