特開 2024-22039 発熱部品の取付構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024022039

(43)【公開日】2024-02-16

(54)【発明の名称】発熱部品の取付構造

(51)【国際特許分類】

   H05K 7/20 20060101AFI20240208BHJP

   H05K 9/00 20060101ALI20240208BHJP

   H02K 5/22 20060101ALI20240208BHJP

   H02K 11/33 20160101ALI20240208BHJP

【ＦＩ】

H05K7/20 B

H05K9/00 U

H02K5/22

H02K11/33

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022125340

(22)【出願日】2022-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(74)【代理人】

【識別番号】100112829

【弁理士】

【氏名又は名称】堤 健郎

(74)【代理人】

【識別番号】100155963

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100150566

【弁理士】

【氏名又は名称】谷口 洋樹

(74)【代理人】

【識別番号】100154771

【弁理士】

【氏名又は名称】中田 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100142608

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 由佳

(74)【代理人】

【識別番号】100213470

【弁理士】

【氏名又は名称】中尾 真二

(72)【発明者】

【氏名】阿部 理生

【テーマコード（参考）】

5E321

5E322

5H605

5H611

【Ｆターム（参考）】

5E321AA11

5E321BB53

5E321CC02

5E321CC12

5E321GG05

5E321GH03

5E322AA02

5E322AB01

5E322AB05

5E322AB06

5E322EA10

5E322EA11

5E322FA09

5H605AA01

5H605BB05

5H605CC06

5H605CC10

5H605DD11

5H605EC20

5H611AA09

5H611BB01

5H611BB04

5H611TT01

5H611UA04

(57)【要約】

【課題】発熱部品の放熱性の向上を図ると共にＥＭＣ性能を向上することができる発熱部品の取付構造を提供する。
【解決手段】発熱部品１７の取付構造は、発熱部品１７が取り付けられた部品取付板１６と、基板１５に設けられたコネクタ１８、部品取付板１６および発熱部品１７を収納するケース１４とを備える。部品取付板１６は、ケース１４内における、コネクタ１８が収納される空間Ａ１とコネクタ以外の部品が収納される空間Ａ２とを仕切る隔壁１９と、この隔壁１９とケース１４とを繋ぐ繋ぎ部２０とを含む。隔壁１９に発熱部品１７が取り付けられ、隔壁１９および繋ぎ部２０とケース１４の一部とでコネクタ１８を覆う。発熱部品１７は、締結部材を介して隔壁１９に取り付けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱部品が取り付けられた部品取付板と、
基板に設けられたコネクタ、前記部品取付板および前記発熱部品を収納するケースと、を備え、
前記部品取付板は、前記ケース内における、前記コネクタが収納される空間とコネクタ以外の定められた部品が収納される空間とを仕切る隔壁と、この隔壁と前記ケースとを繋ぐ繋ぎ部とを含み、前記隔壁に前記発熱部品が取り付けられ、前記隔壁および前記繋ぎ部と前記ケースの一部とで前記コネクタを覆う、発熱部品の取付構造。

【請求項2】

請求項１に記載の発熱部品の取付構造において、前記発熱部品は、締結部材を介して前記隔壁に取り付けられている発熱部品の取付構造。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の発熱部品の取付構造において、前記ケースと前記繋ぎ部とが一体に構成されている発熱部品の取付構造。

【請求項4】

請求項１または請求項２に記載の発熱部品の取付構造において、前記基板と電動アクチュエータの端子とが、プレスフィットまたはコネクタにより電気的に接続された発熱部品の取付構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、機電一体電動アクチュエータ等に利用することができる発熱部品の取付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

コントローラの放熱性とＥＭＣ（electromagnetic compatibility：電磁両立性）性能を、部品の配置と、プリント基板を覆うケースの形状で確保した技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、図１３のように、プリント基板５に面実装した発熱部品７を、コネクタ６の近傍でこのコネクタ６の長手方向に一列に配置している。さらに図１４のように、ケース２の一部３ｂを発熱部品７に接触する凹んだ形状にすることで、放熱性を確保している。かつコネクタピン６ｂをケース２で覆うことで、ノイズ対策としてのシールド板の役割を果たしてＥＭＣ性能を確保している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４４００００１号公報

【特許文献2】特開平１０－２４２６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の前記技術は面実装部品にのみ成立する技術であり、図１５に示す課題がある。リード部品３８は、基板３２のスルーホールにリードを挿入した後にはんだ付けするので、ヒートシンク３９により固定する必要がある。ケース３４の壁面にヒートシンク３９を接する配置にすることで、リード部品３８の放熱性を確保している。

【0005】

但し、ヒートシンク３９がケース３４の壁面に接する配置でないと、リード部品３８の放熱効果が得られない。ケース３４の壁面近傍にリード部品３８を配置すると、リード部品３８とコネクタ３６との間隔は広くなるのでパターン配線３５が長くなり実装面積の有効利用ができない場合がある。
はんだ付け時の固定とパターン配線を短くするなら、図１６のように、部品取付板１をプリント基板１２に挿入する方法があるが（特許文献２）、放熱効果はない。

【0006】

本発明の目的は、発熱部品の放熱性の向上を図ると共にＥＭＣ性能を向上することができる発熱部品の取付構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の発熱部品の取付構造は、発熱部品が取り付けられた部品取付板と、
基板に設けられたコネクタ、前記部品取付板および前記発熱部品を収納するケースと、を備え、
前記部品取付板は、前記ケース内における、前記コネクタが収納される空間とコネクタ以外の定められた部品が収納される空間とを仕切る隔壁と、この隔壁と前記ケースとを繋ぐ繋ぎ部とを含み、前記隔壁に前記発熱部品が取り付けられ、前記隔壁および前記繋ぎ部と前記ケースの一部とで前記コネクタを覆う。
前記定められた部品は、設計等によって任意に定められる部品である。

【0008】

この構成によると、部品取付板の隔壁に発熱部品が取り付けられ、隔壁とケースとを繋ぐ繋ぎ部が設けられているため、発熱部品からの熱を繋ぎ部を介してケースに放熱することができる。部品取付板の隔壁および繋ぎ部とケースの一部とでコネクタを覆う。このように部品取付板をシールド材として利用し、シールド材としての部品取付板と、ケースの一部とで協働してコネクタから放射されるノイズ等を遮断することができる。したがって、従来の技術に対し、発熱部品の放熱性の向上を図ると共にＥＭＣ性能を向上することができる。

【0009】

前記発熱部品は、締結部材を介して前記隔壁に取り付けられてもよい。この場合、発熱部品の取付構造を簡素化し、製造コストの低減を図ることができる。

【0010】

前記ケースと前記繋ぎ部とが一体に構成されていてもよい。
前記「一体に構成され」とは、ケースと繋ぎ部とが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
この場合、ケースと繋ぎ部とが別体の構造よりも、部品点数の低減をおよび組立工数の低減を図ることができる。これにより、製造コストの低減を図れる。

【0011】

前記基板と電動アクチュエータの端子とが、プレスフィットまたはコネクタにより電気的に接続されてもよい。この場合、基板と電動アクチュエータの端子とが、例えば、はんだ付けされる構成よりも、組立を簡単化することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明の発熱部品の取付構造は、部品取付板の隔壁に発熱部品が取り付けられ、隔壁とケースとを繋ぐ繋ぎ部が設けられているため、発熱部品からの熱を繋ぎ部、ケースに放熱することができる。部品取付板の隔壁および繋ぎ部とケースの一部とでコネクタを覆うため、コネクタから放射されるノイズ等を遮断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る発熱部品の取付構造を示す斜視図である。

【図2】同発熱部品等を収納するケースの要部の縦断面図である。

【図3】同発熱部品が取り付けられた部品取付板の斜視図である。

【図4】同部品取付板を別の方向から見た斜視図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る発熱部品の取付構造を示す斜視図である。

【図6】同発熱部品等を収納するケースの斜視図である。

【図7】同ケースの要部の縦断面図である。

【図8】同ケースに設けられた基板とモータ端子とのプレスフィット接続タイプを示す部分拡大図である。

【図9】同プレスフィット接続タイプをコネクタ接続タイプに変更した例の縦断面図である。

【図10】同コネクタ接続タイプの部分拡大図である。

【図11】本発明の第３の実施形態に係る発熱部品の取付構造を示す縦断面図である。

【図12】図１１のプレスフィット接続タイプをコネクタ接続タイプに変更した例の縦断面図である。

【図13】従来例の発熱部品の取付例を示す斜視図である。

【図14】同発熱部品等の要部の断面図である。

【図15】他の従来例の発熱部品の取付例を示す斜視図である。

【図16】さらに他の従来例の発熱部品の取付例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る発熱部品の取付構造を図１ないし図４と共に説明する。
この発熱部品の取付構造は、例えば、機電一体型の電動アクチュエータに適用される。図１のように、機電一体型の電動アクチュエータ１０は、モータ１１と、このモータ１１を制御する制御装置１３とを１つのユニットとして製品化したものである。電動アクチュエータ１０は、例えば、車両に搭載され、車載機器等を駆動する駆動源として用いられる。

【0015】

＜モータ＞
モータ１１は、例えば、永久磁石型同期モータとされる。その他、モータ１１は、スイッチトリラクタンスモータ、インダクションモータ等各種形式が採用できる。モータ１１は、このモータ１１を取付対象に取り付けるための取付フランジ１１ａと、取付フランジ１１ａの上部に固定されたモータ本体１１ｂとを備える。モータ本体１１ｂの一部（この例では上部）に制御装置１３が固定されている。

【0016】

＜制御装置＞
制御装置１３は、上位の制御装置からの指令値に従ってモータ１１を制御する。上位の制御装置としては、例えば、車両全般の制御を行う電気制御ユニットである車両制御ＥＣＵが適用される。制御装置１３は、モータ１１に関する各検出値および制御値等の各情報を前記上位の制御装置に出力してもよい。

【0017】

制御装置１３は、ケース１４、基板１５、部品取付板１６、発熱部品１７、コネクタ１８およびその他の部品を備える。基板１５に設けられたコネクタ１８、部品取付板１６、発熱部品１７およびその他の部品は、ケース１４に収納されている。ケース１４は、例えば、外観視で直方体形状であり薄板状の金属から機械加工等により成形される。前記金属としては、例えば、アルミニウムまたは鉄等が適用される。

【0018】

図２のように、ケース１４内の底面付近には、矩形板状の基板１５が支持されている。基板１５はいわゆるプリント基板であり、プリント基板１５には、モータ１１（図１）を駆動するための電気回路等が設けられている。発熱部品１７は部品取付板１６に取り付けられ、部品取付板１６はプリント基板１５に固定されている。発熱部品１７は複数のリード部品を含み、これらリード部品は、例えば、図示外のバッテリの直流電力をモータ１１（図１１）の駆動に用いる交流電力に変換する複数のスイッチング素子である。前記スイッチング素子としては、例えば、ＩＧＢＴまたはＭＯＳ－ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が用いられる。

【0019】

前記上位の制御装置は、コネクタ１８および前記電気回路を介して発熱部品１７に電気的に接続されている。発熱部品１７は、前記電気回路およびコネクタ１８を介して、図１のモータ１１および前記バッテリに電気的に接続されている。上位の制御装置からの指令値に従ってスイッチング素子を開閉することにより、前記直流電力をモータ１１の駆動に用いる交流電力に変換する。スイッチング素子を開閉することで、同スイッチング素子から熱が発生する。コネクタ１８は、ケース１４内の一辺に沿うように基板１５に支持されている。

【0020】

＜部品取付板等について＞
図３のように、部品取付板１６は、隔壁１９と、繋ぎ部２０とを含む。図４のように、隔壁１９および繋ぎ部２０は、薄板状の金属から機械加工等により一体に成形され、一定の板厚である。前記金属としては、例えば、アルミニウムまたは鉄等が適用される。前記「一体に成形される」とは、隔壁１９および繋ぎ部２０が、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から、前記機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。隔壁１９および繋ぎ部２０の少なくともいずれか１つを別体に成形し、接合してもよい。

【0021】

図１のように、隔壁１９は、ケース１４内における、コネクタ１８が収納される第１の空間Ａ１と、コネクタ１８以外の定められた部品が収納される第２の空間Ａ２とを仕切る薄板状である。この例では、前記定められた部品の１つとして発熱部品１７が第２の空間Ａ２に収納されているが、発熱部品１７は、コネクタ１８と共に第１の空間Ａ１に収納されてもよい。図２のように、繋ぎ部２０は、隔壁１９とケース１４とを繋ぐ薄板状である。

【0022】

隔壁１９は、プリント基板１５側に位置する基端縁部１９ａから上方に向かうに従って、コネクタ１８が収納される第１の空間Ａ１側に傾斜する傾斜角度αを成す。傾斜角度αは、ケース１４の容積およびリード部品１７の個数等に応じて適宜に設定される。図３のように、隔壁１９の背面、つまり隔壁１９のうち第２の空間Ａ２（図２）に臨む斜面１９ｂに、締結部材２１を介して発熱部品１７が取り付けられている。

【0023】

締結部材２１として、例えば、粘着シートが採用されているが、ねじ、加締め部等を採用してもよい。例えば、隔壁１９の一部にバーリング加工した孔にタップ加工を施したバーリングタップを利用して、発熱部品１７を隔壁１９にねじ止めし得る。隔壁１９の一部を切り欠き、発熱部品１７の周囲を、複数箇所加締る加締め部とし得る。図２のように、発熱部品１７のリード線１７ａは、基板１５に挿入された状態で実装される。

【0024】

繋ぎ部２０は、平板部２２と、図４に示す一対の側壁２３，２３とを有する。平板部２２は、隔壁１９の上端縁部に繋がり、図２のケース１４内の天井面１４ａに平行に接する平板状である。平板部２２は、発熱部品１７からの発熱をケース１４に逃がす放熱経路である。この例の平板部２２は、ケース１４内の天井面１４ａに直接接しているが、図示外の放熱シートを介してケース１４内の天井面１４ａに間接的に接する構造としてもよい。平板部２２の表面積および板厚は、例えば、発熱部品１７の発熱量に応じて適宜に設定される。

【0025】

図４のように、一対の側壁２３，２３は、隔壁１９および平板部２２の両側縁部からそれぞれ基板１５（図２）側に向かう台形の立板状である。各側壁２３の下端縁部には、長手方向一定間隔おきに下方に突出する固定用突起２３ａが複数設けられている。図２のように、基板１５には、複数の固定用突起２３ａが嵌め込まれるスルーホールが形成されている。一対の側壁２３，２３は、複数の固定用突起２３ａが、対応するスルーホールに嵌め込まれはんだ付けされることで基板１５に固定される。

【0026】

図１のように、隔壁１９および繋ぎ部２０とケース１４の一部とでコネクタ１８を覆う。具体的には、隔壁１９、平板部２２、一対の側壁２３，２３、ケース１４のうち、隔壁１９の正面に臨む一側面（第１の空間Ａ１側の面）、この一側面にそれぞれ繋がる上面部分、両側面部分および下面部分により、コネクタ１８が覆われる。ケース１４の上面部分、両側面部分および下面部分は、ケース１４の前記一側面から図２に示す各側壁２３の縁部２３ｂに至る部分である。

【0027】

＜作用効果＞
以上説明した発熱部品１７の取付構造によれば、部品取付板１６の隔壁１９に発熱部品１７が取り付けられ、隔壁１９とケース１４とを繋ぐ繋ぎ部２０が設けられているため、発熱部品１７からの熱を繋ぎ部２０を介してケース１４に放熱することができる。部品取付板１６の隔壁１９および繋ぎ部２０とケース１４の一部とでコネクタ１８を覆う。

【0028】

このように部品取付板１６をシールド材として利用し、シールド材としての部品取付板１６と、ケース１４の一部とで協働してコネクタ１８から放射されるノイズ等を遮断することができる。したがって、従来の技術に対し、発熱部品１７の放熱性の向上を図ると共にＥＭＣ性能を向上することができる。部品取付板１６の一部を放熱経路として利用するため、発熱部品１７とコネクタ１８との間隔を従来構造（図１５）よりも狭くすることができる。これにより、基板１５のパターン配線を短縮し基板１５の実装面積の有効利用を図ることが可能となる。

【0029】

図３のように、隔壁１９の斜面１９ｂに発熱部品１７が取り付けられているため、立板状の隔壁に発熱部品を取り付けるよりも発熱部品１７が取り付け易い。また、隔壁１９の斜面１９ｂは、立板状の隔壁よりも面積が大きく確保できる分、発熱部品１７の大きさの制約が少ない。したがって、発熱部品１７の取付構造の設計の自由度を高めることができる。

【0030】

発熱部品１７は、締結部材２１を介して隔壁１９に取り付けられているため、発熱部品１７の取付構造を簡素化し、製造コストの低減を図ることができる。締結部材２１として、粘着シートが採用された場合には、他の取付構造よりも発熱部品１７を隔壁１９に取り付けるタクトタイムを短縮できる。締結部材２１として、ねじが採用された場合には、他の取付構造よりも発熱部品１７を隔壁１９に強固に取り付けることが可能となる。締結部材２１として、隔壁１９の一部を切り欠いた加締め部が採用された場合には、他の取付構造よりも部品点数を抑え全体構造を簡素化することが可能となる。

【0031】

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

【0032】

［第２の実施形態］
＜プレスフィット接続タイプ：図５～図８＞
図５のように、部品取付板１６Ａは、隔壁１９Ａと繋ぎ部２０Ａとで図７に示す断面Ｌ字形状に形成してもよい。図６のように、繋ぎ部２０Ａは、ケース１４内の天井面１４ａ（図７）に溶接等により接合される平板状である。図７のように、隔壁１９Ａは、上端縁部から下端縁部１９Ａａに向かう立板状で下端縁部１９Ａａが基板１５に所定の隙間を介して対向する。基板１５とモータ端子（電動アクチュエータの端子）１１ｂとは、図８のプレスフィット２４により電気的に接続される。

【0033】

図７のように、部品取付板１６Ａの繋ぎ部２０Ａがケース１４に接合される構造では、発熱部品１７が部品取付板１６Ａを介してケース１４に固定される。このため、モータ側から出るモータ端子１１ｂのはんだ付けができない構成となる。通常は、モータ端子１１ｂのはんだ付け後にケース１４を閉じるためである。しかし、前記プレスフィット２４を用いることで、基板１５とモータ端子１１ｂとが電気的に接続される。

【0034】

この場合、基板とモータ端子とが、例えば、はんだ付けされる構成よりも、組立を簡単化することができる。部品取付板１６Ａは、隔壁１９Ａと繋ぎ部２０Ａとで断面Ｌ字形状に形成しているため、前述の一対の側壁を含む部品取付板１６（図４）よりも部品取付板１６Ａを簡素化し、製造コストの低減を図れる。その他前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0035】

＜コネクタ接続タイプ：図９～図１０＞
図９および図１０のように、基板１５とモータ端子（電動アクチュエータの端子）１１ｂとがコネクタ２５により電気的に接続されてもよい。コネクタ２５は、ケース１４の外側に配置される。前記コネクタ２５以外の構成は、前記プレスフィット接続タイプと同様である。このコネクタ接続タイプによると、基板１５とモータ端子１１ｂとが、例えば、はんだ付けされる構成よりも、組立を簡単化することができる。その他前述の実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0036】

［第３の実施形態］
図１１または図１２のように、ケース１４と、部品取付板１６Ａの繋ぎ部２０Ａとが一体に構成されていてもよい。このケース一体型の場合にも、発熱部品１７がケース１４に固定されるため、モータ１１側から出るモータ端子１１ｂのはんだ付けができない構成となる。しかし、図１１のプレスフィット２４または図１２のコネクタ２５を用いることで、基板１５とモータ端子１１ｎとが電気的に接続され組立を簡単化することができる。前記コネクタ２５は、ケース１４の外側に配置される。ケース１４と、部品取付板１６Ａの繋ぎ部２０Ａとが一体に構成されている場合、ケースと繋ぎ部とが別体の構造よりも、部品点数の低減をおよび組立工数の低減を図ることができる。これにより、製造コストの低減を図れる。

【0037】

電動アクチュエータのアクチュエータ本体と、このアクチュエータ本体を制御する制御装置とが別体構造で電気的に接続された電動アクチュエータに、いずれかの実施形態に係る発熱部品の取付構造を適用することも可能である。
発熱部品は、半導体スイッチング素子に限定されるものではなく、指令値に従って発熱する素子であれば足りる。
ケースの一部がコネクタを覆うため、部品取付板とコネクタとの間隔は、各実施形態の間隔よりも空いてもよい。
電動アクチュエータを、車両以外の産業機械等に搭載してもよい。

【0038】

以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0039】

１４…ケース、１５…基板、１６，１６Ａ…部品取付板、１７…発熱部品、１８…コネクタ、１９，１９Ａ…隔壁、２０，２０Ａ…繋ぎ部、２１…締結部材、２４…プレスフィット、２５…コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】