JP3868638B2

JP3868638B2 - スイッチング装置

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Publication number: JP3868638B2
Application number: JP28595898A
Authority: JP
Inventors: 正明小島
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2018-09-22
Also published as: JP2000101406A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流をオン・オフするスイッチング装置、特に、ディーゼルエンジンを搭載した車両等の排気ガス浄化システムにおいて、ヒータへの電位の印加を制御する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置、更に詳細には、排気ガス浄化用セラミックフィルタに堆積したパティキュレート（粒子状物質）を加熱により焼却・除去するためのヒータへの電流を制御する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置に好適に用い得るスイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンを搭載した車両等の内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）等を除去するために、セラミック製の排気ガス浄化用ハニカムフィルタが用いられている。この種のハニカムフィルタは、ＮＯｘ、ＨＣなどを除去すると同時に、排気ガス中に含まれるパティキュレート（粒子状物質）を捕捉するため、使用に伴いパティキュレートが堆積してフィルタ効率が低下する。
【０００３】
かかる、パティキュレートの堆積に対応するために、セラミック製ハニカムフィルタにヒータを配設し、当該ヒータの加熱によりパティキュレートを焼却・除去する排気ガス浄化装置の再生システム・ヒータユニット及びヒータ駆動回路等について、本出願人は、特願平１０−２５２０１７、特願平１０−２５２０１８にて提案している。
【０００４】
また、これらヒータ駆動回路や制御回路等を擁する排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、熱に対する部品の耐久性、或いは装置全体の放熱効果と言う観点から、回路を構成する各種部品中、スイッチング素子を、他の電気・電子部品を実装した基板から離れた位置に配設する必要があり、スイッチング素子は、筐体内において、他の部品を実装した基板から離れた位置に適宜手段で固定されると共に、そのゲート、ソース、ドレインの各端子は、アースや他の回路からの入出力、またヒータへの出力等のハーネスに接続されていた。即ち、スイッチング素子は、各種部品を実装した基板から、ある一定の距離を隔てて、比較的長めのハーネスと簡易な固定手段で筐体に固定されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の固定手段にあっては、ディーゼルエンジン搭載車両のエンジンの振動や、車両の走行振動により、ハーネスとスイッチング素子の接続部、或いはハーネスと他の部品との接続部等、特に大電流の流れるソースとドレインの接続部において、これら接続部の外れ、つまり断線等のトラブルを引き起こしやすい状況となっている。
【０００６】
即ち、ハーネスが比較的長めであること、及び、ソース・ドレインに使用されるハーネスには容量の大きなものを使用していることから、基板のプリント配線とは異なり、ソース・ドレインについてはハーネス自体の重量が接続部に負荷として加わり、エンジンの振動や、車両の走行振動を反復繰り返して受け続けることにより、これらの接続部が損壊する事態がしばしば発生している。また、スイッチング素子自体も、筐体に直接固定した際には、振動の影響を受け易く、スイッチング素子自体の故障原因にもつながっている。
【０００７】
更に、係るセラミック製の排気ガス浄化用ハニカムフィルタを加熱し再生する際には２５００Ｗ近い電力が必要となり、２４Ｖ又は１２Ｖの車載バッテリから電力を供給する際には、１００Ａ以上の電流が流れることになる。そして、フィルタの温度をパティキュレートを焼却・除去し得る一定（６３０°Ｃ）に保つためには、スイッチング素子を用いて電流のオン・オフを行うデューティ制御が必要となる。よって機械式リレーではこの制御ができず、半導体スイッチング素子を用いる必要がある。しかしながら、１００Ａもの電流を制御させると、スイッチング素子の発熱量が大きくなる。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、断線等のトラブルを防止し、スイッチング素子自体に加わる振動を緩衝し得ると共にスイッチング素子を効率的に冷却し得るスイッチング装置及び排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するため、
金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を挟着固定し、前記スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の他方をベースプレートに接続したことを技術的特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、上記目的を達成するため、金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を載置し、該挟着板にブッシュを介してビスを挿通すると共に、当該ビスの先端部を前記金属製筐体に螺合固定し、金属製筐体と挟着板体間に、絶縁シートとベースプレートとスイッチング素子を挟着固定し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方はベースプレートに接続されていることを技術的特徴とする。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、挟着板とベースプレート間に挟着固定したスイッチング素子が複数個であることを技術的特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項２又は３において、ベースプレートとスイッチング素子間にシリコングリスを塗布したことを技術的特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれか１つの発明において、ベースプレートと挟着板が銅製であることを技術的特徴とする。
【００１４】
請求項１のスイッチング装置では、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方を挟着板に、また、他方をベースプーレートにそれぞれ接続してあることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。
【００１５】
請求項２のスイッチング装置では、絶縁シートと導電性材料で形成したベースプレートとスイッチング素子が、金属製筐体と導電性材料で形成した挟着板とに、ビスの締付力で強固に挟着固定され、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方は挟着板に、また、他方はベースプーレートにそれぞれ接続されていることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、金属製筐体と他の構成部材との絶縁を、絶縁シートとブッシュ及びビスという簡易な手段で達成することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。
【００１６】
請求項３のスイッチング装置では、小容量のスイッチング素子を複数個使用することにより大電流を制御することができる。ここで、ベースプレートと挟着板間の浮遊容量の効果も加わり各スイッチング素子を同時にオンすることができる。
【００１７】
請求項４のスイッチング装置では、ベースプレートとスイッチング素子間に塗布したシリコングリスが、熱伝導を助け放熱効果を上げ、さらには緩衝用薄膜となりスイッチング素子への振動伝搬を一層緩和することができる。
【００１８】
請求項５のスイッチング装置では、ベースプレートと挟着板を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置について図を参照して説明する。
先ず、最初に本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を用いる排気ガス浄化装置の再生システムについて説明する。
図１は排気ガス浄化装置の再生システムの構成を示している。３台の排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、１２リットルのディーゼルエンジンＥから排出される排気ガスを浄化するための装置で、該デーィゼルエンジンＥからの排気ガスが、上流側エグゾーストパイプ３０を介して供給される。該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の下流側には、排気ガスの流量を調整するバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３が配設されている。該バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３からの排気は、下流側エグゾーストパイプ３２を介して大気中に排出される。
【００２０】
排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、図２に示すように多孔質炭化珪素（ＳｉＣ）の結晶体からなる排気ガス浄化用ハニカムフィルタＦと、該フィルタを加熱し、堆積したパティキュレートを焼却するため上流側エグゾーストパイプ３０側に配設されたヒータＨと、これらを収容する金属製の筐体３４から構成されている。
【００２１】
図２中に示す排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のＪ−Ｊ断面を図３に示す。ヒータＨは、渦巻き状に形成された８本のシーズ線３６からなり、各シーズ線３６の一方の端子３６ａは、図１中に示すヒータ駆動回路１０側と接続された入力端子３８に固定され、他方の端子３６ｂは、ボディーアースを構成する排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４の内周に固定されている。即ち、２．０Ωに構成された８本のシーズ線３６をアースに並列に接続することにより０．２５ΩのヒータＨを構成してある。
【００２２】
図１中に示すように、排気ガス浄化装置の再生システムの制御回路２０は、種々の制御を行うＣＰＵ１２と、該ＣＰＵ１２からの信号によりバッテリＢからの電位を上述したヒータＨへ印加するヒータ駆動回路１０と、入力側インターフェイス１４と、出力側インターフェイス１６とからなる。
【００２３】
該ＣＰＵ１２は、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３の所定運転時間毎、或いは、圧損の発生を図示しないセンサにて検出した際に、堆積したパティキュレートを焼却することによってハニカムフィルタＦを再生する。この再生は、先ず、排気ガス浄化装置ＤＰＦ１下流のバルブＶ１を絞り、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１内の排ガス流量を下げ、ハニカムフィルタＦの温度を上昇し易いようにする。なお、この際に、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３は、排気ガスの浄化を続ける。そして、ヒータ駆動回路１０を制御して排気ガス浄化装置ＤＰＦ１のヒータＨを８００°Ｃ程度まで加熱し、ハニカムフィルタＦを６００°Ｃ以上にし、この温度を約１０分保つことで、堆積したパティキュレートを焼却する。この６００°Ｃの温度は、該排気ガス浄化装置ＤＰＦ１に取り付けた温度センサ（図示せず）により温度を検出し、ヒータＨへの通電時間を制御（オン−オフのデューテイ制御）することで調節する。排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の再生後、排気ガス浄化装置ＤＰＦ２、ＤＰＦ３を順次再生して行く。
【００２４】
引き続き、該ヒータＨへの通電を制御するヒータ駆動装置及び駆動回路の構成について、図４〜図１１を参照して説明する。
尚、本実施形態では、ＦＥＴ、トランジスタ、ＩＧＢＴ等に代表されるスイッチング素子として、平板状のＦＥＴを使用した場合を説明する。
図４は、ヒータ駆動回路１０の全体の回路構成を示している。図９は、該ヒータ駆動回路１０を収容する金属製筐体５１の概要斜視図である。該金属製筐体５１内には、図１中に示す各排気ガス浄化装置ＤＰＦ１，ＤＰＦ２、ＤＰＦ３用の３個のヒータ制御回路１０が収容されている。
ヒータ駆動回路１０は、バッテリＢの２４Ｖの電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａと、タイマ集積回路により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂと、発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃと、増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄと、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換する整流部１０Ｅと、整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆと、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するための制御信号入力部１０Ｇと、ＦＥＴの駆動信号を上記定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈと、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉからなる。
【００２５】
以下、図５〜図１１を参照して各部の構成について更に詳細に説明する。
図５は、変換部１０Ａと、発振部１０Ｂと、増幅部１０Ｃとを示している。バッテリＢの２４Ｖ（正側端子）の電位を１２Ｖへ降圧する変換部１０Ａにおいては、集積回路Ｕ３のＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側（図１中に示すバッテリＢの負側端子）へ接続され、入力端子Ｖinは、バッテリＢの正側端子（２４Ｖ）側に接続されて、出力端子Ｖout は、１２Ｖの出力端子１２ＶＡ側へ接続されている。該集積回路Ｕ３の入力端子Ｖin−ボディーアースＢＥ間には、電解コンデンサＣ１とコンデンサＣ４とが接続されている。他方集積回路Ｕ３の出力端子Ｖout −ボディーアースＢＥ間には、コンデンサＣ５と電解コンデンサＣ１３とが接続されている。
【００２６】
タイマ用集積回路Ｕ４により一定周期の方形波を作る発振部１０Ｂにおいては、タイマ用集積回路Ｕ４の電圧入力端子ＶCC及びＲ端子には、上述した変換部１０Ａの１２Ｖ出力端子１２ＶＡに接続され、ＧＮＤ端子がボディーアースＢＥ側に接続されている。該電圧入力端子ＶCCとＧＮＤ端子とは、コンデンサＣ１０を介して接続されている。また、ＴＲＩＧ端子は、コンデンサＣ７を介してＧＮＤ端子へ接続されており、ＣＶok端子もコンデンサＣ６を介してＧＮＤ端子へ接続されている。更に、Ｑ端子は、抵抗Ｒ１１を介して上述した変換部１０Ａの１２Ｖの出力端子１２ＶＡへ接続されている。ＤＩＳ端子は、Ｒ１５を介して該出力端子１２ＶＡへ接続されると共に、抵抗Ｒ１４を介してＴＨＲ端子に接続されている。該ＴＨＲ端子は、また、ＴＲＩＧ端子へ接続されている。なお、この実施形態で発振部１０Ｂは、矩形波を発生しているが、正弦波等を発生することも可能である。
【００２７】
発振部１０Ｂから出力された方形波を増幅する増幅部１０Ｃでは、集積回路Ｕ５において、上述した出力端子１２ＶＡの１２Ｖ電位がＶcc端子に印加され、上述したタイマ用集積回路Ｕ４からの一定周期の方形波を抵抗Ｒ１２及び電解コンデンサＣ１６を介してＩＮ端子に入力し、ＯＵＴ端子から、増幅された矩形波を、電解コンデンサＣ１１を介してコイルＴ１（図６参照）の一次側へ印加する。また、該１２ＶＡからの１２Ｖの電位は、コンデンサＣ２１及び電解コンデンサＣ２３の並列回路を介してボディーアースＢＥ側へ接続されている。集積回路Ｕ５のＮＦ端子は、電解コンデンサＣ１５を介してボディーアースＢＥへ接続されており、Ｄ．Ｃ．端子は、電解コンデンサＣ１４を介してボディーアースＢＥへ接続されており、上記ＯＵＴ端子は、フィルムコンデンサＣ９を介してボディーアースＢＥへ接続されると共に、電解コンデンサＣ１２を介してＢ．Ｓ．端子へ接続されている。
【００２８】
図６は、変圧部１０Ｄと、整流部１０Ｅと、定電圧出力部１０Ｆとを詳細に示している。
増幅部１０Ｃの出力を昇圧する変圧部１０Ｄは、トランスＴ１からなり、該トランスＴ１の一次側のＰａ端子は、増幅部１０Ｃの出力を電解コンデンサＣ１１を介して入力し、Ｐｂ端子は、ボディーアースＢＥ側（図５参照）へ接続されている。また、二次側のＳａ端子及びＳｂ端子は、変圧部１０Ｄの出力を直流に変換するための整流部１０Ｅを構成するダイオードブリッジＤＢの入力端子ＩＮ１，ＩＮ２に接続されている。該ダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１，ＯＵＴ２は、定電圧出力部１０Ｆ側に接続されている。また、該出力端子ＯＵＴ２は、トランスＴ１の二次側のアースとなる二次アースＴＥへ接続されている。ダイオードブリッジＤＢは、４個のダイオードから成る。
【００２９】
整流部１０Ｅからの電位から安定した１２Ｖの電位を作り出す定電圧出力部１０Ｆは、集積回路Ｕ２（７８１２）を備え、該集積回路Ｕ２の入力端子Ｖinは、上述したダイオードブリッジＤＢの出力端子ＯＵＴ１側に接続されている。一方、集積回路Ｕ２のＧＮＤ端子は、二次アースＴＥへ接続されている。入力端子Ｖinと二次アースＴＥとの間には、電解コンデンサＣ１７と、タンタルコンデンサＣ８と、コンデンサＣ２とが接続されている。また、Ｖout 端子は、１２Ｖの出力端子１２ＶＢに接続されおり、該出力端子１２ＶＢは、コンデンサＣ３を介して二次アースＴＥに接続されている。トランスＴ１の二次側は、一次側に対して絶縁されており、二次アースＴＥはボディーアースＢＥに対して浮いているため、該定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力する。
【００３０】
図７は、制御信号入力部１０Ｇとドライブコントロール部１０Ｈとを詳細に示している。
制御信号入力部１０Ｇは、図１中に示すＣＰＵ１２からのオン・オフ信号を入力するためのシーケンサＪ２と、該シーケンサＪ２の第１端子から抵抗Ｒ９を介して接続されたフォトカプラＰＣ１とを備える。該シーケンサＪ２の第２端子はボディーアースＢＥへ接続され、フォトカプラＰＣ１の第１入力端子は、上述した変換部１０Ａ側の出力端子１２ＶＡに接続されている。本実施形態では、フォトカプラを用いることで入出力を完全に絶縁し、動作の安定を図っている。
【００３１】
ＦＥＴの駆動信号を定電圧出力部１０Ｆからの出力に基づき作成するドライブコントロール部１０Ｈは、集積回路Ｕ１を備える。集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上述した定電圧出力部１０Ｆの出力端子１２ＶＢからの１２Ｖの電位が印加される。また、該出力端子１２ＶＢからの１２Ｖからの電位は、上述したフォトカプラＰＣ１の第４端子に接続されると共に、コンデンサＣ２２を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。該フォトカプラＰＣ１の第３端子は、集積回路Ｕ１のＩＮＡ端子に接続されると共に、抵抗Ｒ１０を介して二次アースＴＥ（図４参照）に接続されている。また、該集積回路Ｕ１ののＧＮＤ端子は、二次アースＴＥ側に接続され、ＯＵＴＡ端子は、ＦＥＴドライバ部１０Ｉ側へ接続されている。
【００３２】
図８は、ヒータＨへの電力供給を行うためのＦＥＴドライバ部１０Ｉを詳細に示している。
該ＦＥＴドライバ部１０Ｉの主要部は、スイッチング素子である４個のＮチャンネル型ＦＥＴ１、ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４を並列に接続してなる。これは、上述したようにヒータＨ側に１００Ａの大電流を流す際に、中程度の容量のＦＥＴを４個組み合わせることでＯＮ抵抗の低減を図っている。図１０は、図９中のＦＥＴの平面図であり、図１１は、図１０中のＫ−Ｋ断面図である。
当該ＦＥＴ1 〜４は、図１１中に示すように、銅製のベースプレート５３の上面に配置されており、ベースプレート５３とＦＥＴ１〜４間には、シリコングリス５８を塗布している。
【００３３】
ベースプレート５３は、矩形箱状の金属製筐体５１に敷設したシリコン製絶縁シート５２の上面に配設されており、これらシリコン製絶縁シート５２、ベースプレート５３及びＦＥＴ１〜４は、ＦＥＴ１〜４の上面に載置した銅製の挟着板５５と共に、ＦＥＴの通孔５４を挿通する樹脂製ブッシュ５６を介してビス５７により金属製筐体５１に挟着固定されている。
即ち、図１１中に示すように、ビス５７が、段付き形状を呈する樹脂製ブッシュ５６を介して、その先端ネジ部５７ａを金属製筐体５１のネジ山５１ａに螺合固定されていることにより、シリコン製絶縁シート５２、ベースプレート５３及びＦＥＴ１〜４は、ＦＥＴ１〜４の上面に載置した銅製の挟着板５５と、金属製筐体５１間に強固に挟着固定される。
【００３４】
挟着板５５には、挟着部５５ａと立垂部５５ｂとからなる断面Ｌ字形状を呈する銅製のアングル材を用いており、当該銅製の挟着板５５と銅製のベースプレート５３には、それぞれ防錆・防蝕を目的とするクロームメッキが施されている。本実施形態では、挟着板５５の立垂部５５ｂを、挟着部５５ａに対してほぼ直角に立ち上げた例を示したが、立垂部５５ｂの立ち上げ角度は、挟着部５５ａに対して鋭角、或いは鈍角であっても差し支えない。また、シリコン製絶縁シート５２は、絶縁性と放熱性の二つの観点から０．５ｍｍ程度の厚さにすることが望ましい。
【００３５】
ＦＥＴ１〜４のソースＳは、丸端子部７２とビス７３とナット７４からなる第１ソース接続部７０により、一旦、挟着板５５の立垂部５５ｂに接続され、当該挟着板５５を介して第２ソース接続部７１から、２４Ｖ、即ち、図１中に示す正側端子に接続されている。また、本実施例以外にも狭着板にタップ加工を施し、ナット７４をなくすことも可能である。
【００３６】
一方、ＦＥＴ１〜４のゲートＧは、図８中に示す抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４を介して、上述したドライブコントロール部１０Ｈからの制御信号を入力するようになっている。ゲートの端子部は収縮チューブ等をかぶせ、ソース・ドレインに接触しないようにする。
【００３７】
ＦＥＴ１〜４のドレインＤは、丸端子部６２と皿ビス６３（皿ビス取り付けには、ベースプレートにタップ加工がしてある）とナット６４からなる第１ドレイン接続部６０により、一旦、銅製のベースプレート５３に接続され、当該ベースプレート５３を介して第２ドレイン接続部６１から、バッテリＢの正端子（＋２４Ｖ）に接続される。尚、各ＦＥＴ１〜４の底面部には、もう一つの矩形面状ドレイン端子（図示せず）が露出しており、このもう一つのドレイン端子はビス５７の締付力によりシリコングリス５８の薄膜を退け、銅製のベースプレート５３に密着している。これにより、１素子につき、ドレインの電源供給は２ヶ所ででき、導電性、放熱効果はさらに増加する。
【００３８】
図３を参照して上述したように、ヒータＨは、一端が入力端子３８に接続され、他端がボディーアースＢＥ側（図３に示す排気ガス浄化装置ＤＰＦ１の筐体３４：即ち、図１中のバッテリＢの負側）へ接続された８本のシーズ線３６から成る。このように、ＦＥＴのソースＳは、銅製のベースプレート５５から二次アースＴＥにも電気的に接続され、ヒータＨのハイ側の端子に接続される。
【００３９】
また、図８に示すように各ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４のゲートとソースとの間には、抵抗Ｒ５，Ｒ６、Ｒ７，Ｒ８が接続されている。更に、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３，ＦＥＴ４と並列に抵抗Ｒ１６及びコンデンサＣ１９が接続されている。
【００４０】
本実施形態のヒータ駆動回路のスイッチング装置を構成するＦＥＴドライバ部では、ＦＥＴのソースＳから挟着板５５、ドレインＤからベースプレート５３までのハーネスが極めて短く形成されるので、ＦＥＴのドレイン・ソース接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。
【００４１】
更に、金属製筐体５１の上面に配設したシリコン製絶縁シート５２が、ＦＥＴに加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、本実施形態では、バッテリＢの低電位（２４Ｖ）しか加わらないため、金属製筐体５１と他の構成部材との絶縁を、絶縁シート５３と樹脂製ブッシュ５６及びビス５７という簡易な手段で達成することができる。また、ＦＥＴがベースプレート５３と挟着板５５とに挟持されているため、両部材からＦＥＴに発生する熱を効率的に発散することができる。
【００４２】
また、ベースプレート５３とＦＥＴ間に塗布したシリコングリス５８が、緩衝用薄膜となりＦＥＴへの振動伝搬を一層緩和することができる。更に、ベースプレート５３と挟着板５５を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【００４３】
このヒータ駆動回路１０の回路動作について、図４を参照して説明する。トランスＴ１において二次側は、一次側から絶縁されており、二次側に接続された定電圧出力部１０Ｆは、二次アースＴＥの電位に対して１２Ｖ高い電位を出力端子１２ＶＢから出力している。ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１のＶDD端子には、上記定電圧出力部１０Ｆからの二次アースＴＥに対して１２Ｖ高い電位が印加されている。ここで、図１中に示すＣＰＵ１２からのヒータＨへのオン信号が制御信号入力部１０Ｇを介して入力されると、該集積回路Ｕ１は、二次アースＴＥに対する１２Ｖの電位をＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲート側へ出力する。これに応じて、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４がオンして、ヒータＨ側にバッテリＢからの２４Ｖの電位が印加される。ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４は、ベースプレート５３と挟着板５５間の浮遊容量により同時にオンすることができる。
【００４４】
このオン状態が続くと、低抵抗であるヒータＨの入力端子３８の電位が２４Ｖ近くまで高まる。ここで、該入力端子３８の電位が高まると、これに伴い、二次アースＴＥの電位も上昇し、定電圧出力部１０Ｆは、該高まった二次アースＴＥの電位よりも１２Ｖ高い電位を発生する。このため、ドライブコントロール部１０Ｈの集積回路Ｕ１は、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のゲートへ、該二次アースＴＥに接続されたドレインに対してほぼ１２Ｖの電位差を有する電位を印加し、該ＦＥＴ１，ＦＥＴ２、ＦＥＴ３、ＦＥＴ４のオン状態を維持することができる。
【００４５】
なお、この実施形態では、本発明のスイッチング装置を排気ガス浄化装置の再生システムに適用した例を挙げたが、本発明のスイッチング装置は、種々の電源装置に用い得ることは言うまでもない。更に、本実施形態では、ＦＥＴのソース（出力端子）を挟着板へ、また、ドレイン（入力端子）をベースプレートへ接続したが、ドレイン側を挟着板へ、ソース側をベースプレートへ接続することも可能である。
【００４６】
更に、本実施形態では、スイッチング素子としてＦＥＴを用いたが、ＩＧＢＴ、トランジスタ、更には、交流を制御するトライアック等を用いることも可能である。また、本実施形態では、中央に通孔の形成されたＦＥＴを例示したが、通孔の形成されていない平板状のスイッチング素子を用いることもできる。
更に、本実施例では、強固に狭着固定するためにＦＥＴとＦＥＴとの間にもＦＥＴ取り付けと同様な取り付け方法で、狭着板とベースプレートと金属製筐体とを固定してある。また、ビス５７とベースプレート５３の隙間には絶縁スリーブを使用する。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように、請求項１のスイッチング装置では、スイッチング素子の出力端子又は入力端子の一方は挟着板に、また、他方はベースプレートにそれぞれ接続されていることから、これらのハーネスは極めて短く形成されるので、接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。
【００４８】
請求項２の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ハーネスが極めて短く形成されるので、スイッチング素子のドレイン・ソース接続部にはハーネスの重量による負荷が殆ど掛からず、接続部の外れによる断線等のトラブルを未然に防止することができ、筐体の上面に配設した絶縁シートが、スイッチング素子自体に加わる振動に対し、緩衝材として機能する。更に、金属製筐体と他の構成部材との絶縁を、絶縁シートとブッシュ及びビスという簡易な手段で達成することができる。また、スイッチング装置がベースプレートと挟着板とに挟持されているため、スイッチング装置に発生する熱を効率的に発散することができる。
【００４９】
請求項３の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートと挟着板間の浮遊容量により、各スイッチング素子を同時にオンすることができる。
【００５０】
請求項４の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートとスイッチング素子間に塗布したシリコングリスが、緩衝用薄膜となりスイッチング素子への振動伝搬を一層緩和することができる。
【００５１】
請求項５の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置では、ベースプレートと挟着板を銅製としたことにより、他の導電性材料に比し、導電性及び放熱性の両者をバランス良く向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置を用いる排気ガス浄化装置の再生システムのブロック図である。
【図２】図１に示す排気ガス浄化装置の構成を示す説明図である。
【図３】排気ガス浄化装置の断面図である。
【図４】ヒータ駆動回路の回路図である。
【図５】ヒータ駆動回路の変換部、発振部、変換部の回路図である。
【図６】ヒータ駆動回路の変圧部、整流部、定電圧出力部の回路図である。
【図７】ヒータ駆動回路の制御信号入力部、ドライブコントロール部の回路図である。
【図８】ヒータ駆動回路のＦＥＴドライバ部の回路図である。
【図９】本実施形態の排気ガス浄化装置用ヒータ駆動装置の概要斜視図である。
【図１０】ヒータ駆動装置のＦＥＴドライバ部平面図である。
【図１１】図１０のＫ−Ｋ線、要部断面図である。
【符号の説明】
１０ヒータ駆動回路
１０ＩＦＥＴドライバ部（スイッチング装置）
１２ＣＰＵ
２０制御回路
５１金属製筐体
５２シリコン製絶縁シート（絶縁シート）
５３ベースプレート
５４通孔
５５挟着板
５６樹脂製ブッシュ
５７ビス
５８シリコングリス
Ｈヒータ
ＤＰＦ１、ＤＰＦ２、ＤＰＦ３排気ガス浄化装置
Ｂバッテリ
ＢＥボディーアース
ＴＥ二次アース
Ｔ１トランス

Claims

金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を挟着固定し、前記スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の他方をベースプレートに接続したことを特徴とするスイッチング装置。
金属製筐体内に絶縁シートを敷設し、該絶縁シートの上面に導電性材料で形成したベースプレートを配設し、当該ベースプレートの上面に平板状のスイッチング素子を配置し、該スイッチング素子の上面に導電性材料で形成した挟着板を載置し、該挟着板にブッシュを介してビスを挿通すると共に、当該ビスの先端部を前記金属製筐体に螺合固定し、金属製筐体と挟着板間に、絶縁シートとベースプレートとスイッチング素子を挟着固定し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の一方は挟着板に接続し、スイッチング素子の入力端子又は出力端子の他方はベースプレートに接続されていることを特徴とするスイッチング装置。
挟着板とベースプレート間に挟着固定したスイッチング素子が複数個であることを特徴とする請求項２に記載のスイッチング装置。
ベースプレートとスイッチング素子間にシリコングリスを塗布したことを特徴とする請求項２又は３に記載のスイッチング装置。
ベースプレートと挟着板は銅製であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のスイッチング装置。