JP7619156B2 - 電子制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子制御装置に関するものである。

発熱する発熱素子が実装された回路基板を収容し、ブラケットによって車両のエンジンルームの側壁に取り付けられる筐体を備え、ブラケットを取り付ける筐体の取付部は、筐体の内側方向であり発熱素子に対応する位置に突出して設けられる電子制御装置が知られている（特許文献１）。

特開２００７－２０１２８３号公報

しかしながら、特許文献１の電子制御装置では、取付部を厚くしてブラケットを固定する螺子のための螺子穴を設けるという構造になっているため、厚い取付部の熱容量が向上し、筐体が熱を保持しやすくなる。そのため、筐体が加熱されて筐体内部の雰囲気温度が上昇することで、筐体内部の電子部品に影響を与えるおそれがある。

本発明が解決しようとする課題は、筐体内部の雰囲気温度の上昇を抑制する電子制御装置を提供することである。

本発明は、発熱する電子部品と、電子部品が実装された基板と、熱伝導性を有する熱伝導部材と、電子部品、基板、及び熱伝導部材を収容する筐体と、筐体を被取付体に取り付けるブラケットと、を備える電子制御装置であって、筐体は、外壁のうちブラケットが取り付けられる取付壁部を有し、電子部品は、取付壁部を臨む側の基板の面上に実装され、熱伝導部材は、電子部品と取付壁部との間を接続し、ブラケットの取付壁部と接する第１接触部と、熱伝導部材の取付壁部と接する第２接触部とが、取付壁部を介して、対向する位置に配置されることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、電子制御装置の筐体内部の雰囲気温度が上昇することを抑制できる。

図１は、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１におけるＸ１－Ｘ１線に沿った電子制御装置の断面図である。 図３は、一般的な放熱構造を有する電子制御装置の平面図と、平面図におけるＸ２－Ｘ２線に沿った電子制御装置の断面図である。 図４は、本実施形態の変形例１に係る電子制御装置の平面図と、平面図におけるＸ３－Ｘ３線に沿った電子制御装置の断面図である。

以下、本実施形態に係る放熱構造が適用された電子制御装置を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る電子制御装置の概略構成を示す斜視図である。図１では、取付壁部１３の平面の短手方向を方向Ｘとし、取付壁部１３の平面の長手方向を方向Ｙとし、取付壁部１３の厚さ方向を方向Ｚとする。本実施形態において、図１に示すように、電子制御装置１は、筐体１０と、筐体１０を被取付体２に取り付けるブラケット２０と、コネクタ３０と、を備える。本実施形態に係る電子制御装置１は、例えば、車両のＥＣＵ等に適用される。被取付体２は、車両のボディの側壁等である。被取付体２は、金属体として構成されるため、放熱効率が高い。電子制御装置１は、被取付体２にブラケット２０を介して固定される。筐体１０は、回路基板４０と、熱伝導部材５０と、を収容する。回路基板４０は、基板４１と、発熱素子４３を含む電子部品４２と、を備える。熱伝導部材５０は、発熱素子４３と、筐体１０の取付壁部１３と、を接続する。

図２は、図１のＸ１－Ｘ１線に沿った電子制御装置１の断面図である。図２中の矢印Ａは、発熱素子４３で生じた熱の熱伝導経路を概略的に表している。図２では、取付壁部１３の平面の長手方向を方向Ｙとし、取付壁部１３の厚さ方向を方向Ｚとする。筐体１０は、直方体状に形成される。筐体１０は、例えば、アルミニウム等の金属製のケースである。また、筐体１０は、合成樹脂製のケースであってもよい。筐体１０は、一方の面が開放された箱状のケース１１と、ケース１１の開放面を閉鎖する略矩形板状のカバー１２とにより構成される。そして、ケース１１とカバー１２は、例えば、螺子等によって締結される。これにより、筐体１０には、回路基板４０と、熱伝導部材５０と、を収容する内部空間が構成される。筐体１０は、ケース１１とカバー１２のような別部材に限らず、一体のケースで構成されてもよい。

筐体１０は、外壁のうちブラケット２０が取り付けられる取付壁部１３を有する。筐体１０は、回路基板４０等の収容物を四方から囲う側壁１０ａと、当該収容物の天井面となる天面壁１０ｂと、当該収容物の底面となる底面壁１０ｃとを有している。取付壁部１３は、筐体１０の外壁のうち、底面壁１０ｃに相当する。取付壁部１３は、被取付体２と対向するように、ブラケット２０を介して被取付体２に取り付けられている。取付壁部１３の外側の面、すなわち、被取付体２に対向する取付面１３ｂにブラケット２０が取り付けられる。また、取付面１３ｂとは反対側の取付壁部１３の上面１３ａ、すなわち、内側の面に、後述の熱伝導部材５０が接触する。筐体１０の取付壁部１３の厚さは、取付壁部１３以外の壁部（側壁１０ａ及び天面壁１０ｂに相当）の厚さよりも薄い。取付壁部１３の厚さを薄くすることで、熱伝導部材５０からブラケット２０までの熱伝導経路を短くできる。これにより、筐体１０の広い範囲が熱伝導経路となることを防ぎ、筐体１０内の雰囲気温度が上昇することを防止する。また、筐体１０の外壁のうち、熱伝導経路にならない外壁（側壁１０ａ及び天面壁１０ｂに相当）の厚さを厚くすることで、筐体１０の強度を高めることができる。なお、取付壁部１３は、熱伝導経路への影響を防ぐために、凹凸を少なくすることが好ましく、厚さも均一であることが好ましい。

ブラケット２０は、筐体１０と被取付体２との間に配置され、筐体１０を被取付体２に取り付ける。ブラケット２０は、取付壁部１３の取付面１３ｂに溶接又はボルト締結によって取り付けられる。ブラケット２０は、熱伝導材料である。例えば、ブラケット２０は、金属板等をプレス加工して形成される。ブラケット２０は、発熱素子４３から筐体１０に伝わった熱を被取付体２に伝える。被取付体２は、金属体として構成されるため、ブラケット２０を介して発熱素子４３の熱を被取付体に熱を逃がすことで、筐体１０に熱をこもらせず、放熱効率を上げることができる。ブラケット２０の熱伝導率は、熱伝導部材５０の熱伝導率より高い。ブラケット２０は、熱伝導部材５０よりも熱伝導率が高い材料が用いられる。例えば、熱伝導部材５０が樹脂材料である場合に、ブラケット２０は、樹脂材料よりも熱伝導率が高い金属によって形成される。これにより、熱伝導部材５０から筐体１０に伝わった熱がブラケット２０に伝達しやすくなる。ブラケット２０の取付壁部１３と接触する接触部の位置の詳細は後述する。本実施形態では、ブラケット２０の取付壁部１３と接触する接触部は、ブラケットの接触面２０ａに対応する。また、ブラケット２０は、ひとつであっても、複数であってもよい。筐体１０とブラケット２０は、熱伝導性を有する金属等を用いて一体成型されたものであってもよい。

コネクタ３０は、基板４１に実装された外部接続端子としてのコネクタであり、一端が筐体１０の外に露出するように筐体１０に設けられている。

回路基板４０は、基板４１と、電子部品４２と、を備える。基板４１は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミック、ガラスと樹脂との複合体等の公知材料により形成されるプリント基板である。基板４１には、電子部品４２が実装される。電子部品４２は、筐体１０の取付壁部１３に臨む側の基板４１の実装面４１ａ上に実装される。つまり、基板４１の一対の主面のうち、取付壁部１３側に位置する面が、電子部品４２の実装面４１ａとなり、天面壁１０ｂ側に位置する面４１ｂが、基板４１の実装面４１ａとは反対側の面になる。電子部品４２は、マイコン、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等である。特に、電子部品４２は、発熱する電子部品である発熱素子４３を含む。発熱素子４３は、発熱が大きい部品であって、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のパワー素子、ハイパフォーマンスＳоＣ等である。発熱素子４３から発生する熱は外部に放熱させる必要がある。本実施形態では、発熱素子４３は、基板４１上の中央部に搭載される。発熱素子４３は、熱伝導部材５０を介して筐体１０と接続する。発熱素子４３は、上下面（図２の方向Ｙを法線とする一対の面）のうち、発熱素子４３の上面４３ａは基板４１の実装面４１ａに接触していて、下面４３ｂは熱伝導部材５０に接触している。なお、熱伝導部材５０を介した発熱素子４３と筐体１０との間の接続は、熱的な接続であり、電気的な接続ではない。また、本実施形態では、発熱素子４３とそれ以外の電子部品４２は、同じ基板４１の実装面４１ａに実装されることとしているが、発熱素子４３以外の電子部品４２は、基板４１の実装面４１ａとは反対側の面４１ｂに実装されてもよい。

熱伝導部材５０は、熱伝導性を有する熱伝導パッドである。熱伝導部材５０は、シリコーン等の弾性体であり、変形可能な柔軟性を有する。例えば、熱伝導部材５０は、熱可塑性部材である。熱伝導部材５０に弾性体を用いることで、回路基板４０を熱から守りつつ、繊細な回路基板４０を振動等の衝撃から守ることができる。熱伝導部材５０は、樹脂材料であってもよい。熱伝導部材５０は、グリース状、ジェル状、シート状等の材料が用いられることとしてもよい。熱伝導部材５０は、発熱素子４３と筐体１０の取付壁部１３との間に、発熱素子４３と取付壁部１３とに接するように配置される。熱伝導部材５０は、発熱素子４３と取付壁部１３との間を接続し、発熱素子４３で発生する熱を取付壁部１３に伝える。熱伝導部材５０は、板状あるいは直方体状に形成されており、上下面（図２の方向Ｙを法線とする一対の面）のうち、熱伝導部材５０の上面５０ａには発熱素子４３が固定されており、下面５０ｂには取付壁部１３が固定されている。つまり、熱伝導部材５０の上面５０ａは、発熱素子４３の下面４３ｂと面同士で重なるように接触し、熱伝導部材５０の下面５０ｂは取付壁部１３の上面１３ａと面同士で重なるように接触している。熱伝導部材５０の上面５０ａの方向Ｙの長さは、下面５０ｂの方向Ｙの長さと同じであることに限らず、下面５０ｂの方向Ｙの長さは、上面５０ａの方向Ｙの長さよりも長くてもよい。すなわち、熱伝導部材５０の断面の形状は、台形であってもよい。ただし、下面５０ｂの面積は、取付壁部１３の上面１３ａの面積よりも小さい。取付壁部１３の上面１３ａの面積よりも下面５０ｂの面積を小さくすることで、熱伝導部材５０の取付壁部１３と接触する範囲を小さくすることができ、熱伝導部材５０から取付壁部１３の広い範囲に熱が伝わることを防ぐ。また、熱伝導部材５０は、取付壁部１３の上面１３ａに対して面で接触することに限らず、複数の点で接触することとしてもよい。また、熱伝導部材５０の発熱素子４３と接触する上面５０ａの面積が、発熱素子４３の熱伝導部材５０と接触する下面４３ｂの面積と一致するように、熱伝導部材５０と発熱素子４３とが接触する。

次に、ブラケット２０の取付壁部１３と接する接触面２０ａと、熱伝導部材５０の取付壁部１３と接する下面５０ｂとの位置関係について説明する。接触面２０ａは、特許請求の範囲における第１接触部に相当し、下面５０ｂは、特許請求の範囲における第２接触部に相当する。ブラケット２０の接触面２０ａと、熱伝導部材５０の下面５０ｂとは、取付壁部１３を介して、対応する位置に配置される。本実施形態では、ブラケット２０の接触面２０ａと、熱伝導部材５０の下面５０ｂとは、取付壁部１３を介して、対向する位置に配置される。すなわち、接触面２０ａと、下面５０ｂとが、取付壁部１３を介して、方向Ｚに直線上に配置される。また、本実施形態では、方向Ｚに重なるように、発熱素子４３と熱伝導部材５０とが積層するとともに、熱伝導部材５０と、ブラケット２０とが取付壁部１３を介して対向する位置に配置される。すなわち、発熱素子４３と、熱伝導部材５０と、筐体１０の取付壁部１３と、ブラケット２０とが、方向Ｚに一直線に配置される。これにより、発熱素子４３から取付壁部１３に伝わった熱が、ブラケット２０を介して被取付体２に伝わるため、熱伝導経路となる筐体１０の範囲を小さくして、発熱素子４３の熱が取付壁部１３に広がることを防ぐことができる。また、接触面２０ａの面積は、下面５０ｂの面積よりも大きい。下面５０ｂは、接触面２０ａと方向Ｚに重なる範囲内に位置する。これにより、熱伝導部材５０を介して取付壁部１３に伝わった熱が、ブラケット２０に伝わりやすくなる。また、本実施形態では、接触面２０ａを、下面５０ｂの位置に対応する取付面１３ｂ側の位置に隣接するように配置してもよいし、下面５０ｂの位置に対応する取付面１３ｂ側の位置を囲うように配置してもよい。

ここで、本発明とは異なる電子制御装置の参考例を説明する。図３は、筐体から熱を放出する一般的な放熱構造を有する電子制御装置の平面図と、平面図におけるＸ２－Ｘ２線に沿った電子制御装置の断面図であって、熱伝導経路を説明するための図である。図３で示される白色の矢印は、発熱素子４３で生じた熱の伝わり方を概略的に表しているものである。発熱素子４３から被取付体２までの熱伝導経路や、熱伝導経路となっている筐体１０から内外部に放出される経路が示されている。図３に示すように、発熱素子４３が発熱すると、発熱素子４３の過熱を防ぐため、発熱素子４３から筐体１０に熱を逃がして、筐体１０から空気中に放熱し、筐体１０を熱伝導経路にして被取付体２側に放熱する。しかしながら、筐体１０の広い範囲を熱伝導経路とすると、筐体１０の温度が高くなり筐体内部の雰囲気温度が上昇してしまう。これによって、筐体１０内の発熱素子４３以外の電子部品４２に対して、熱による影響を及ぼす可能性がある。また、発熱素子４３についても、発熱素子４３自体の温度が上昇してしまうため、消費電力を制限して処理能力を抑えることが必要となる。そこで、本実施形態では、筐体１０における熱伝導経路を短くして、筐体１０の壁部のうち、温度が高くなる筐体１０の範囲を小さくすることで、筐体内部の雰囲気温度の上昇を抑制する。これにより、電子部品４２の温度上昇を抑制し回路基板４０の信頼性を向上させるとともに、消費電力の緩和によって処理能力を向上させることができる。

次に、本発明の変形例１について説明する。図４は、本発明の変形例１に係る電子制御装置１の平面図と、平面図におけるＸ３－Ｘ３線に沿った電子制御装置１の断面図である。図４中の矢印Ａは、発熱素子４３で生じた熱の熱伝導経路を概略的に表している。図４では、取付壁部１３の平面の長手方向を方向Ｙとし、取付壁部１３の厚さ方向を方向Ｚとする。変形例１では、上述した本発明の実施形態に対して、取付壁部１３に取り付けられるブラケット２０の位置と、熱伝導部材５０の形状が異なる。これ以外の構成は上述した実施形態と同じであり、その記載を援用する。上述の実施形態では、発熱素子４３とブラケット２０が方向Ｚに一直線に位置していたが、変形例１では、ブラケット２０は、発熱素子４３の方向Ｚの延長線上から外れた位置に配置されている。例えば、ブラケット２０は、取付壁部１３の周縁部に取り付けられる。ブラケット２０は、ブラケット２０の周縁が取付壁部１３の周縁と一致するように配置される。

変形例１では、熱伝導部材５０は、断面がＬ字状の部材であって、発熱素子４３と接触する上面５０ａと、取付壁部１３と接触する下面５０ｂと、上面５０ａと下面５０ｂとの間を接続する接続部５３とからなる。熱伝導部材５０は、例えば、ヒートパイプやベイバーチャンバーである。接続部５３は、上面５０ａから、ブラケット２０が取り付けられる取付壁部１３の周縁側に延び、下面５０ｂと方向Ｚに重なる位置で方向Ｚに屈曲し、下面５０ｂと接続する。下面５０ｂは、取付壁部１３を介して接触面２０ａと対向する位置で筐体１０と接触する。これにより、接触面２０ａと、下面５０ｂとが、方向Ｚに一直線に配置されるため、熱伝導部材５０から取付壁部１３に伝わった熱が、ブラケット２０を介して被取付体２に伝わり、筐体１０に広がることを防ぐことができる。また、熱伝導部材５０は、直線形状であってもよい。この場合、接続部５３は、上面５０ａと、下面５０ｂとを直線で接続する。また、複数のブラケット２０がそれぞれ筐体１０の取付面１３ｂに接触している、すなわち、接触面２０ａが複数ある場合には、熱伝導部材５０は、複数の接触面２０ａそれぞれに対して取付壁部１３を介して対向する位置に配置される下面５０ｂを有することとしてもよい。

以上のように、本実施形態では、発熱する電子部品と、電子部品が実装された基板と、熱伝導性を有する熱伝導部材と、電子部品、基板、及び熱伝導部材を収容する筐体と、筐体を被取付体に取り付けるブラケットと、を備える電子制御装置であって、筐体は、外壁のうちブラケットが取り付けられる取付壁部を有し、電子部品は、取付壁部を臨む側の基板の面上に実装され、熱伝導部材は、電子部品と取付壁部との間を接続し、ブラケットの取付壁部と接する第１接触部と、熱伝導部材の取付壁部と接する第２接触部とが、取付壁部を介して、対向する位置に配置される。これにより、電子制御装置の筐体内部の雰囲気温度が上昇することを抑制できる。

また、本実施形態では、取付壁部の厚さは、取付壁部以外の筐体の壁部の厚さよりも薄い。これにより、発熱素子から被取付体までの熱伝導経路を短くすることができる。

また、本実施形態では、熱伝導部材は弾性体である。これにより、電子部品を熱の影響から保護しつつ、電子部品と筐体との間の干渉を抑制できる。

また、本実施形態では、弾性体は、熱可塑性部材である。これにより、振動等の外力に対して緩衝力が生じるので、電子部品と筐体との間の干渉を抑制できる。

また、本実施形態では、ブラケットの熱伝導率は、熱伝導部材の熱伝導率より高い。これにより、熱伝導部材から伝わった熱がブラケットに伝わりやすくなる。

また、本実施形態では、第２接触部の面積は、第１接触部の面積より小さい。これにより、熱伝導部材から伝わった熱がブラケットに伝わりやすくなる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…電子制御装置
１０…筐体
１３…取付壁部
２０…ブラケット
３０…コネクタ
４０…回路基板
４１…基板
４２…電子部品
４３…発熱素子
５０…熱伝導部材
２…被取付体

Claims (6)

1. 発熱する電子部品と、
   前記電子部品が実装された基板と、
   熱伝導性を有する熱伝導部材と、
   前記電子部品、前記基板、及び前記熱伝導部材を収容する筐体と、
   前記筐体を被取付体に取り付けるブラケットと、を備え、
   前記筐体は、外壁のうち前記ブラケットが取り付けられる取付壁部を有し、
   前記電子部品は、前記取付壁部を臨む側の前記基板の面上に実装され、
   前記熱伝導部材は、前記電子部品と前記取付壁部との間を接続し、
   前記ブラケットの前記取付壁部と接する第１接触部と、前記熱伝導部材の前記取付壁部と接する第２接触部とが、前記取付壁部を介して、対向する位置に配置され、
   前記ブラケットの熱伝導率は、前記熱伝導部材の熱伝導率より高い電子制御装置。
2. 前記取付壁部の厚さは、前記取付壁部以外の前記筐体の壁部の厚さよりも薄い請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記熱伝導部材は弾性体である請求項１又は２に記載の電子制御装置。
4. 前記弾性体は熱可塑性部材である請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記第２接触部の面積は、前記第１接触部の面積より小さい請求項１～４のいずれかに記載の電子制御装置。
6. 発熱する電子部品と、
   前記電子部品が実装された基板と、
   熱伝導性を有する熱伝導部材と、
   前記電子部品、前記基板、及び前記熱伝導部材を収容する筐体と、
   前記筐体を被取付体に取り付けるブラケットと、を備え、
   前記筐体は、外壁のうち前記ブラケットが取り付けられる取付壁部を有し、
   前記電子部品は、前記取付壁部を臨む側の前記基板の面上に実装され、
   前記熱伝導部材は、前記電子部品と前記取付壁部との間を接続し、
   前記ブラケットの前記取付壁部と接する第１接触部と、前記熱伝導部材の前記取付壁部と接する第２接触部とが、前記取付壁部を介して、対向する位置に配置され、
   前記取付壁部の厚さは、前記取付壁部以外の前記筐体の壁部の厚さよりも薄い電子制御装置。

Images