(57)【要約】【課題】放熱性部品であるリレーと高温環境が好ましくないＥＣＵとを同一筐体に収納可能にする電源切換ユニットを提供する。【解決手段】ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０との間に仕切り板１２を設けることで、リレー３１からの放熱がＥＣＵ基板２０に及びにくいようにしている。また、リレー３１を設置する基板にメタルコア基板３２を用い、メタルコア基板３２の背面と筐体１１の一面との間に熱伝導性が高い熱伝導性シート３３を配置し、この熱伝導性シート３３を介してメタルコア基板３２を筐体１１に固定させるようにしている。これにより、リレー３１から放出された熱が、メタルコア基板から熱伝導性シート３３の広範囲に効率よく伝達され、さらに熱伝導性シート３３によって筐体１１に効率よく伝達された後、筐体１１の面から外部に放熱されるようにしている。【選択図】図１
2008041955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気部品を駆動制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）基板と，前記電気部品への電流供給をスイッチングするリレーを配設したリレー設置基板とを一つの筐体に収納する電源切換ユニットであって，
前記リレー設置基板がメタルコア基板上に前記リレーを設置して構成されており、
前記ＥＣＵ基板と前記リレー設置基板との間に前記筐体に機械的に連結された仕切り板が備えられ、
前記メタルコア基板の背面に熱伝導性シートが固定され、
前記熱伝導性シートの前記メタルコア基板に固定された面とは反対の面が前記仕切り板を除く前記筐体のいずれかの面に固定されている
ことを特徴とする電源切換ユニット。
【請求項２】
前記リレーは、基板実装型を含むメカニカルリレーまたはＦＥＴを用いた半導体リレーである
ことを特徴とする請求項１に記載の電源切換ユニット。
【請求項３】
前記熱伝導性シートの前記メタルコア基板に固定された面とは反対の面が、前記筐体の前記仕切り板と対向する面に固定されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源切換ユニット。
【請求項４】
前記ＥＣＵ基板は、前記筐体の前記仕切り板と対向する面に固定または近接して設置されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源切換ユニット。
【請求項５】
前記熱伝導性シートの面積及び前記筐体の底面積が0.0441[ｍ2]（441[ｃｍ2]）以下であり、前記筐体の高さが0.1［ｍ］（10［ｃｍ］）以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電源切換ユニット。
【請求項６】
前記筐体の高さが0.04［ｍ］（4［ｃｍ］）以下である
ことを特徴とする請求項５に記載の電源切換ユニット。
【請求項７】
前記熱伝導性シートの面積及び前記筐体の底面積が0.0036[ｍ2]（36 [ｃｍ2]）以下であり、前記筐体の高さが0.04［ｍ］（4［ｃｍ］）以下である
ことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の電源切換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源切換ユニットに関し、特に電子制御ユニット（ＥＣＵ）基板とリレー設置基板とを一つの筐体に収納する電源切換ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両に搭載される電気部品がますます増加する傾向にあり、例えば運転者が携帯する電子キーからの電波信号を受信することで、エンジン始動制御を許可する車両用イグニッションキー装置が既に提供されている（特許文献１）、また、運転者の携帯する電子キーによる認証が成立した後にプッシュスイッチを押すことで、プッシュ部の周囲に設置された回転部の回転位置によってＡＣＣ電源とＩＧ電源のオン／オフ切り換えを行うプッシュスタートシステムが普及し始めている（特許文献２）。
【０００３】
上記のように車両に搭載される電気部品が増加するのに伴って、電気部品への電源供給を切換えるリレー等の設置数も増加している。車両には、電源切換用回路として，エンジン始動用部品を制御するための回路基板を含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）基板や、駆動部品及び電装部品への電源供給を制御するリレーを配設したリレー設置基板等が備えられている。
【０００４】
電流制御用リレーは放熱量が大きく、これを複数配設しているリレー設置基板からは大容量の熱が放出されている。そのため、リレー設置基板からの放熱でＥＣＵ基板に不具合または劣化が生じないよう、ＥＣＵ基板とリレー設置基板とはそれぞれ異なる筐体に収納されている，あるいは、ＥＣＵ基板を収納する筐体の外部からリレーを差し込むようにすることで、ＥＣＵ基板への放熱の影響を低減しているのが一般的である．
【０００５】
ＥＣＵ基板とリレー設置基板とを収納する電源切換ユニットの従来例を、図４に示す概略構成図を用いて説明する。図４（ａ）に示す電源切換ユニットの構成は、ＥＣＵ部１００を筐体１１０に収納し、リレー部（ＲＬＹ部）１０１とヒューズ部（ＦＵＳＥ部）１０２を別の筐体１１１に収納している。発熱の大きいリレー部１０１と発熱の影響を受けないヒューズ部１０２を１つの筐体１１１に収納する一方、熱の影響を低減させたいＥＣＵ部１００を別の筐体１１０に収納するように構成した従来の電源切換ユニットの例である。この場合、ＥＣＵ部１００とリレー部１０１とは、筐体１１０，１１１の外部を経由してハーネス１２０で接続される。
【０００６】
また、図４（ｂ）に示す電源切換ユニットの構成は、ＥＣＵ部１００、リレー部１０１、及びヒューズ部１０２をそれぞれ個別の筐体１１２、１１３、及び１１４に収納している。この従来例では、ＥＣＵ部１００とリレー部１０１とをハーネス１２１で接続しやすくするために、筐体１１２と筐体１１３とを隣接させている。そのため、ＥＣＵ部１００はリレー部１０１からの発熱の影響を受け易い構造となっている。ハーネス１２１は、ＥＣＵ部１００とリレー部１０１とを筐体１１２と１１３の外部を経由して接続している。
【０００７】
さらに、図４（ｃ）に示す電源切換ユニットの構成は、ＥＣＵ部１００とヒューズ部１０２を１つの筐体１１５に収納し、リレー部１０１を筐体１１５の外部からプラグイン式で接続している。リレー部１０１を筐体１１５の外部に置くことで、リレー部１０１からの放熱の影響がＥＣＵ部１００に及びにくいようにしている。
【特許文献１】実開平７−４２１８号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８８５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の電源切換ユニットでは、以下のような課題があった。
ＥＣＵ及びリレーは、車種間で共通しているためこれを一体化して収納できるようにし、ヒューズは車種によって個数が異なるため、車種毎に寸法を好適に決定した別の筐体に収納するようにするのが好ましい。しかし、リレーから大容量の熱が放出されて高温となるため、ＥＣＵとリレーを同じ筐体に収納するのは困難であった。また、リレーからの放熱により筐体内が高温になると、リレー設置基板の半田が劣化してしまうといった問題もあった。
【０００９】
従来は、高温環境下で不具合や劣化の恐れのあるＥＣＵを、リレー部を内蔵する筐体とは別の筐体に収納するよう構成されることが多かった。そのため、ＥＣＵとリレーとで別の筐体が必要になるため、高コストとなるだけでなく搭載スペースが大きくなり重量も嵩むといった問題点があった。
【００１０】
そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、放熱性部品であるリレーと高温環境が好ましくないＥＣＵとを同一筐体に収納可能にする電源切換ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電源切換ユニットの第１の態様は、少なくとも電気部品を駆動制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）基板と，前記電気部品への電流供給をスイッチングするリレーを配設したリレー設置基板とを一つの筐体に収納する電源切換ユニットであって，前記リレー設置基板がメタルコア基板上に前記リレーを設置して構成されており、前記ＥＣＵ基板と前記リレー設置基板との間に前記筐体に機械的に連結された仕切り板が備えられ、前記メタルコア基板の背面に熱伝導性シートが固定され、前記熱伝導性シートの前記メタルコア基板に固定された面とは反対の面が前記仕切り板を除く前記筐体のいずれかの面に固定されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記リレーが、基板実装型を含むメカニカルリレーまたはＦＥＴを用いた半導体リレーであることを特徴とする。
【００１３】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記熱伝導性シートの前記メタルコア基板に固定された面とは反対の面が、前記筐体の前記仕切り板と対向する面に固定されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記ＥＣＵ基板が、前記筐体の前記仕切り板と対向する面に固定または近接して設置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記熱伝導性シートの面積及び前記筐体の底面積が0.0441[ｍ2]（441[ｃｍ2]）以下であり、前記筐体の高さが0.1［ｍ］（10［ｃｍ］）以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記筐体の高さが0.04［ｍ］（4［ｃｍ］）以下であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の電源切換ユニットの他の態様は、前記熱伝導性シートの面積及び前記筐体の底面積が0.0036[ｍ2]（36 [ｃｍ2]）以下であり、前記筐体の高さが0.04［ｍ］（4［ｃｍ］）以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放熱性部品であるリレーと高温環境が好ましくないＥＣＵとを同一筐体に収納可能にする電源切換ユニットを提供することができる。本発明の電源切換ユニットでは、放熱の信頼性向上が図れるとともに、小型軽量化によりコストの低減、搭載スペースの削減、及び製造工程の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態における電源切換ユニットについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る電源切換ユニットの構造を示す断面図である。電源切換ユニット１０は、筐体１１の内部にＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０とが収納されている。リレー設置基板３０は、リレー３１をメタルコア基板３２上に配設した構成としている。また、ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０との間に、筐体１１に機械的に固定された仕切り板１２を設けている。リレー３１として、基板実装型を含むメカニカルリレーまたはＦＥＴを用いた半導体リレーを用いることができる。
【００２１】
本実施形態の電源切換ユニット１０では、リレー３１からの放熱で筐体１１の内部が高温とならないように、リレー３１からの放熱を筐体１１の外部に効率よく除熱できるような構成としている。すなわち、リレー３１を設置する基板にメタルコア基板３２を用いることで、基板の広範囲に熱が分散するようにしている。そして、メタルコア基板３２の背面と筐体１１の一面との間に熱伝導性が高い熱伝導性シート３３を配置し、この熱伝導性シート３３を介してメタルコア基板３２を筐体１１に固定させるようにしている。
【００２２】
上記のような構成とすることで、リレー３１から放出された熱が、メタルコア基板から熱伝導性シート３３の広範囲に効率よく伝達され、さらに熱伝導性シート３３によって筐体１１に効率よく伝達された後、筐体１１の面から外部に放熱されるようになる。その結果、リレー設置基板３０の温度上昇が抑制され、リレー設置基板３０の半田が劣化するのを低減することが可能となる。
【００２３】
熱伝導性シート３３として、例えばシリコンゴムやアクリルゴム等をベースとして熱伝導性が高いフィラーである酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、チッ化ホウ素、チッ化アルミニウム等を混合させたゴムシートを用いることができる。
【００２４】
また、ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０との間に仕切り板１２を設けていることから、リレー３１からの放熱がＥＣＵ基板２０に伝わるのを低減している。仕切り板１２を設けることにより、ＥＣＵ基板２０を収納する空間１３とリレー設置基板３０を収納する空間１４に分けられるため、リレー３１からの放熱で空間１４の温度が上昇しても、ＥＣＵ基板２０を収納する空間１３の温度はそれより低く抑えられる。空間１３の温度上昇は、主に仕切り板１２から伝わってくる熱によるものである。
【００２５】
上記のように、リレー３１からの放熱が効率よく筐体１１の外部に伝達されることによってリレー設置基板３０の温度上昇が抑制されるとともに、仕切り板１２によってＥＣＵ基板２０への直接の熱伝達が遮断されることから、ＥＣＵ基板２０の温度上昇を低減することが可能となる。これにより、ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０とを同一の筐体１１に収納しても、ＥＣＵ基板２０がリレー３１からの放熱で悪影響を受けるのを回避することが可能となる。
【００２６】
本実施形態の電源切換ユニット１０の概略構成を、図４に示した従来構成のものと対比させて図２に示す。図４に示した従来の構成では、いずれもＥＣＵ基板を収納する筐体とリレーを収納する筐体とを別のものとしており、一つの筐体内に両者を収納することはできなかった。これに対し、図２に示す本実施形態の電源切換ユニット１０では、ＥＣＵ基板（ＥＣＵ部）２０とリレー設置基板（ＲＬＹ部）３０とを同じ筐体１１内に収納することが可能となっている。その結果、ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０とを接続するハーネス４０も筐体１１の内部に収納することが可能となっている。
【００２７】
ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０との設置場所は、仕切り板１２を挟んで筐体１１の対向する両面とするのが好ましい。すなわち、ＥＣＵ基板２０とリレー設置基板３０との設置場所をできるだけ離すようにするのがよい。これにより、仕切り板１２から空間１３を経由してＥＣＵ基板２０に伝達する熱量をできるだけ小さくするとともに、筐体１１の面から空間１３を経由してＥＣＵ基板２０に伝達する熱量も低減することができる。なお、ＥＣＵ基板２０は、仕切り板と対向する面に近接する位置にあるのであれば、例えば仕切り板から突出するネジ固定穴にネジ止めされているようにしても構わない。
【００２８】
本実施形態の電源切換ユニット１０を上記のような構成とすることにより、リレー設置基板３０を収納している空間１４の温度が、リレー設置基板３０に布設された半田の劣化温度を超えないようにするとともに、ＥＣＵ基板２０を収納している空間１３の温度が、ＥＣＵ基板２０の耐熱許容温度を超えないようにしている。このように、空間１３及び１４の温度を各許容温度以下にするために、熱伝導性シート３３の寸法と熱伝導率、筐体１１と仕切り板１２の寸法と熱伝導率、をそれぞれ適切に設定している。
【００２９】
以下では、熱伝導性シート３３の寸法と熱伝導率、筐体１１と仕切り板１２の寸法と熱伝導率、のそれぞれの好ましい値について説明する。図１に示す電源切換ユニット１０における熱伝導を、図３に示すような熱抵抗図で表すことができる。同図に示す熱抵抗図は、リレー３１を熱源５１とし、この熱源５１から放出される熱が筐体１１の外部の外気５２に放出されるまでの熱伝導を、抵抗器を用いてモデル化したものである。筐体１１の外部の温度(外気５２の温度)を、ここでは８０℃としている。
【００３０】
図３において、抵抗Ｂは、リレー３１を収納する空間１４内での熱伝導に対する熱抵抗のうち、熱伝導性シート３３の熱伝導に対する熱抵抗、筐体１１の熱伝導性シート３３を固定した面１１ａの熱伝導に対する熱抵抗、及び面１１ａの外部近傍の熱伝達に対する熱抵抗の総和を表しており、抵抗Ｃは、空間１４内での熱伝導に対する熱抵抗のうち、リレー３１と筐体１１の熱伝導性シート３３を固定していない面１１ｂとの間の熱伝達に対する熱抵抗、面１１ｂの熱伝導に対する熱抵抗、及び面１１ｂの外部近傍の熱伝達に対する熱抵抗の総和を表している。
【００３１】
また、抵抗Ｄは，リレー３１を収納する空間１４内でのリレー３１と仕切り板１２との間の熱伝達に対する熱抵抗と、仕切り板１２の熱伝導に対する熱抵抗と、ＥＣＵ基板２０を収納している空間１３内での仕切り板１２と外気に接触している筐体１１の面１１ｃとの間の熱伝達に対する熱抵抗と、面１１ｃの熱伝導に対する熱抵抗と、面１１ｃの外部近傍の熱伝達に対する熱抵抗の総和を表している。
【００３２】
図３に示すように、リレー３１を熱源５１として発生した熱が外気５２に放出されるまでの放熱経路が、熱伝導性シート３３及び熱伝導性シート３３が固定された面１１ａを経由して外部に至る経路と、熱伝導性シート３３が固定されていない面１１ｂを経由して外部に至る経路と、仕切り板１２からＥＣＵ基板２０を収納している空間１３及び筐体１１の面１１ｃを経由して外部に至る経路が並列して形成されている。
【００３３】
図３に示すような熱抵抗図に基づいて熱伝導を算出するのに必要なパラメータとして、以下のものがある。
（１）筐体１１及び仕切り板１２に係るパラメータ
λc  [W/m・K]  ：  熱伝導率
tc  [m]  ：  厚さ
（２）リレー設置基板３０及び収納空間１４に係るパラメータ
Ｑ  [W]   ：  リレー３１からの発熱量
Sr  [ｍ2]  ：  リレー３１の表面積
St  [ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面の面積（＝仕切り板１２の面積）
S1  [ｍ2]  ：  外気と接触する表面の面積（熱伝導性シート３３を固定していない表面）
λt  [W/m・K]  ：  熱伝導性シート３３の熱伝導率
ｔｔ  [m]  ：  熱伝導性シート３３の厚さ
T1  [K]  ：  空間１４の温度
（３）ＥＣＵ基板２０の収納空間１３に係るパラメータ
S1＋St  [ｍ2]  ：  外気と接触する表面積
T2  [K]  ：  空間１３の温度
（４）その他
h  [W/ｍ2・K]  ：  空気の対流による熱伝達率
【００３４】
リレー設置基板３０の収納空間１４の温度T1は、上記のパラメータを用いて次式のように表すことができる。
【数１】
2008041955.tif 000003
【００３５】
また、リレー３１の発熱量のうち、リレー３１の収納空間１４から仕切り板１２を経由してＥＣＵ基板２０の収納空間１３に伝わり、さらに筐体１１の面１１ｃから外部に放出される熱量をＦとしたとき、空間１３の温度T2は次式のように表すことができる。
【数２】
2008041955.tif 000004
【００３６】
上記の式１及び式２において、Ａはリレー３１から筐体１１の外部に放出される熱量に対する熱抵抗の総和を表しており、ＧはＥＣＵ基板２０の収納空間１３から筐体１１の外部に放出される熱量に対する熱抵抗の総和を表している。
【００３７】
リレー設置基板３０に用いられている半田が劣化する温度を例えば１４０[℃]とし，ＥＣＵ基板２０の耐環境温度を例えば１２５[℃]としたとき、式１、２で表される空間１４の温度T1及び空間１３の温度T2は、それぞれ下記の式３、４を満たすことが要求される。
T1＜140                                                      （式３）
T2＜125                                                      （式４）
【００３８】
リレー設置基板３０及びＥＣＵ基板２０の健全性を維持する上で、上記式３、４を満たすことが放熱の必要条件となる。本実施形態の電源切換ユニット１０は、式３、４を満たすように筐体１１、仕切り板１２及び熱伝導性シート３３が形成されている。なお、ＥＣＵ基板２０の耐環境温度は、部品によっては１０５[℃]以下とする場合もあるが、ここでは最大許容温度の１２５[℃]を例に説明する。
【００３９】
本実施形態の電源切換ユニット１０との比較のために、仕切り板１２を取り外してリレー３１とＥＣＵ基板２０とを筐体１１内の同一空間内に収納した場合について、下記に説明する。この場合、リレー３１及びＥＣＵ基板２０を収納する空間の温度Ｔは、次式のように表される。
【数５】
2008041955.tif 000005
式５において、抵抗Ｉは、筐体１１の熱伝導性シート３３を固定した面１１ａを除く面における対流によって筐体１１の外部に放熱される熱抵抗の総和を表している。
【００４０】
車両の電源切換ユニットに用いられるリレーとして、例えば定格電流15［A〕〜20［A］，表面積0.00082[ｍ2]〜0.00167[ｍ2]のものが複数個用いられることが多い。また、熱伝導性シートとして、厚さ0.0005[ｍ]〜0.001[ｍ]（0.5[ｍｍ]〜1[ｍｍ]）のものが用いられることが多く、筐体及び仕切り板としてPPとタルクの複合材料が用いられることが多い。
【００４１】
一例として、熱伝導率0.3[W/ｍ・K]、厚さ0.002[ｍ]の樹脂を用いて筐体１１及び仕切り板１２を形成し、熱伝導性シート３３として熱伝導率3[W/ｍ・K]のものを用いたときの実施例を以下に説明する。なお、強制空冷による対流が生じているときの外気の熱伝達率を40[W/ｍ2・K]とし、リレー３１の発熱量を6[W]としたときの例を説明する。このとき、筐体１１を最も小さくすることが可能となる。
【００４２】
上記の各値を式１及び式２に代入したとき、式３及び式４の条件は次式のように表される。
【数６】
2008041955.tif 000006
【数７】
2008041955.tif 000007
【００４３】
式６、７に用いられている各パラメータは、下記に示す通りである。
Sr  ＝  0.0038［ｍ2］  ：  リレー３１の表面積
a  [ｍ]  ：  、熱伝導性シート３３の縦寸法
b  [ｍ]  ：  、熱伝導性シート３３の横寸法
Sｔ  [ｍ2]  ＝ a×b  ：  熱伝導性シート３３を固定した面１１ａの面積
S1  [ｍ2]  ＝  2×（a＋b）×c  ：  外気と接触した面１１ａ以外の表面積
c  ［ｍ］  ＝  0.02  ：  筐体１１におけるリレー３１の収納空間１４とＥＣＵ基板２０の収納空間１３のそれぞれの高さ
【００４４】
なお、上記の高さcは、熱伝導性シート３３を固定した面１１ａから仕切り板１２までの距離であり、筐体１１の高さの半分としている。
上記の式６と式７を満足させる熱伝導性シート３３の縦寸法ａ，横寸法ｂ、及び厚さｔｔのうち、それぞれの最小値として下記の値が得られる。
a＝0.03［ｍ］
b＝0.03［ｍ］
tt＝0.0001［ｍ］
【００４５】
上記の値から、熱伝導性シート３３を固定させた面の面積St［ｍ2］、及び熱伝導性シート３３を固定させた面を除く外気と接触する表面積S1［ｍ2］を算出することができ、以下のような値が得られる。
St  ＝  0.0009[ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面及び仕切り板１２の面積
S1  ＝  0.0024[ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面を除く外気と接触する表面積
St＋S1  ＝  0.0033[ｍ2]  ：  ＥＣＵ基板２０を収納する空間１３における外気と接触する表面積
【００４６】
筐体１１の面積及び熱伝導性シート３３の寸法を上記のようにしたとき、式１、２から、リレー３１の収納空間１４の温度T1は約139.58[℃]、ＥＣＵ基板の収納空間１３の温度T2は約112.39[℃]とそれぞれ算出され、ともに式３、４の条件を満たしていることがわかる。以降では、上記の熱伝導性シート３３及び筐体１１の寸法を最小適正寸法と呼ぶこととする。
【００４７】
比較例として、筐体１１の寸法を上記の最小適正寸法とし、熱伝導性シート３３を用いないで空気を介在させた場合の温度T1、T2を以下に検討する。式１と式２において、熱伝導性シート３３の熱伝導率λtを空気の熱伝導率λaに置き換えて算出すると、リレー３１の収納空間１４の温度T1は約141.13[℃]となり、ＥＣＵ基板２０の収納空間１３の温度T2は約113.24[℃]となる。但し、ここで用いた空気の熱伝導率は、標準気圧、100℃のときの値0.0316[W/m・K]としている。
【００４８】
上記の通り、熱伝導性シート３３を用いた本実施形態の電源切換ユニット１０の場合には、上記の最小適正寸法で式３、４の条件を満たすことができるのに対し、熱伝導性シート３３を用いない場合には式３の条件よりも高い温度に上昇してしまい、リレー設置基板３０の半田を劣化させてしまう恐れがある。このことから、熱伝導性シート３３が放熱に大きな効果があることがわかる。
【００４９】
また、別の比較例として、筐体１１の寸法を上記の最小適正寸法とし、熱伝導性シート３３を用いる一方、仕切り板１２が設置されない場合について以下に検討する。この場合の筐体内の温度Tは、式５から算出することができる。その結果、温度Tは129.66[℃]となり、式４の条件よりも高い温度に上昇してしまい、ＥＣＵ基板２０を劣化させてしまう恐れがある。このことから、仕切り板１２がＥＣＵ基板２０を収納する空間１３の温度を低減させる上で大きな効果があることがわかる。
【００５０】
本実施形態の電源切換ユニット１０を適用した別の実施例について、以下に説明する。本実施例では、空気の熱伝達率として無風状態での値である3.6[W/ｍ2・K]を用い、リレー３１の発熱量を12[W]とする。また、筐体１１及び仕切り板１２には、熱伝導率0.1[W/ｍ・K]，厚さ0.005[ｍ]の樹脂を用いるものとし、熱伝導性シート３３には熱伝導率1[[W/ｍ・K]のものを用いるものとする。本実施例は、リレー３１からの除熱効率の低い例を示している。
【００５１】
上記の各値を式１、２に代入して式３、４の条件に適用することで、次式が得られる。
【数８】
2008041955.tif 000008
【数９】
2008041955.tif 000009
【００５２】
上記式８、９を満足させる熱伝導性シート３３の縦寸法ａ，横寸法ｂ、及び厚さｔｔのうち、それぞれの最小値として下記の値が得られる。
Sr  ＝  0.0076［ｍ2］  ：  リレー３１の表面積
a＝0.21［ｍ］
b＝0.21［ｍ］
tt＝0.005［ｍ］
なお、筐体１１におけるリレー３１の収納空間１４とＥＣＵ基板２０の収納空間１３の高さcは、第１の実施例と同様に0.02［ｍ］としている。
【００５３】
上記の結果から筐体１１及び熱伝導性シート３３の寸法を算出すると、以下のような値が得られる。
St  ＝  0.0441[ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面及び仕切り板１２の面積
S1  ＝  0.0168[ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面を除く外気と接触する表面積
St＋S1  ＝  0.0609[ｍ2]  ：  ＥＣＵ基板２０を収納する空間１３における外気と接触する表面積
【００５４】
筐体１１の面積及び熱伝導性シート３３の寸法を上記のようにしたとき、式１、２から、リレー３１の収納空間１４の温度T1は約139.85 [℃]、ＥＣＵ基板の収納空間１３の温度T2は約108.33 [℃]とそれぞれ算出され、ともに式３、４の条件を満たしていることがわかる。以降では、上記の熱伝導性シート３３及び筐体１１の寸法を最大適正寸法と呼ぶこととする。
【００５５】
比較例として、筐体１１の寸法を上記の最大適正寸法とし、熱伝導性シート３３を用いないで空気を介在させた場合の温度T1、T2を以下に検討する。式１と式２において、熱伝導性シート３３の熱伝導率λtを空気の熱伝導率λaに置き換えて算出すると、リレー３１の収納空間１４の温度T1は約155.60 [℃]となり、ＥＣＵ基板２０の収納空間１３の温度T2は約115.78 [℃]となる。但し、ここで用いた空気の熱伝導率は、標準気圧、100℃のときの値0.0316[W/m・K]としている。
【００５６】
上記の通り、熱伝導性シート３３を用いた本実施形態の電源切換ユニット１０の場合には、上記の最大適正寸法で式３、４の条件を満たすことができるのに対し、熱伝導性シート３３を用いない場合には式３の条件よりも高い温度に上昇してしまい、リレー設置基板３０の半田を劣化させてしまう恐れがある。このことから、熱伝導性シート３３が放熱に大きな効果があることがわかる。
【００５７】
また、別の比較例として、筐体１１の寸法を上記の最大適正寸法とし、熱伝導性シート３３を用いる一方、仕切り板１２が設置されない場合について以下に検討する。この場合の筐体内の温度Tは、式５から算出することができる。その結果、温度Tは133.17 [℃]となり、式４の条件よりも高い温度に上昇してしまい、ＥＣＵ基板２０を劣化させてしまう恐れがある。このことから、仕切り板１２がＥＣＵ基板２０を収納する空間１３の温度を低減させる上で大きな効果があることがわかる。
【００５８】
本実施形態の電源切換ユニット１０を適用したさらに別の実施例について、以下に説明する。本実施例では、空気の熱伝達率として16 [W/ｍ2・K]を用い、リレー３１の発熱量を12[W]とする。また、筐体１１及び仕切り板１２には、熱伝導率0.3 [W/ｍ・K]，厚さ0.002 [ｍ]の樹脂を用いるものとし、熱伝導性シート３３には熱伝導率1.5 [W/ｍ・K]のものを用いるものとする。
【００５９】
上記の各値を式１、２に代入して式３、４の条件に適用すると、筐体１１及び熱伝導性シート３３の寸法として以下のような値を選択することができる。
tt  ＝  0.0005[ｍ]  ：  熱伝導性シート３３の厚さ
St  ＝  0.0071 [ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面及び仕切り板１２の面積
S1  ＝  0.0068[ｍ2]  ：  熱伝導性シート３３を固定させた面を除く外気と接触する表面積
St＋S1  ＝  0.0139[ｍ2]  ：  ＥＣＵ基板２０を収納する空間１３における外気と接触する表面積
【００６０】
上記寸法の筐体１１及び熱伝導性シート３３を用いて電源切換ユニット１０を試作し、リレー３１からの発熱量を12[W]として筐体１１の内部の温度を測定した。その結果、リレー３１の収納空間１４の温度T1は125〜130[℃]、ＥＣＵ基板の収納空間１３の温度T2は90〜100[℃]となり、ともに式３、４の条件を満たしていることが確認できた。
【００６１】
また比較例として、上記寸法の筐体１１を用い、熱伝導性シート３３を用いないで空気を介在させた場合の温度T1、T2を以下に示す。式１と式２において、熱伝導性シート３３の熱伝導率λtを空気の熱伝導率λaに置き換えて算出すると、リレー３１の収納空間１４の温度T1は約144.5 [℃]となり、ＥＣＵ基板２０の収納空間１３の温度T2は約114.6 [℃]となる。但し、ここで用いた空気の熱伝導率は、標準気圧、100℃のときの値0.0316[W/m・K]としている。このように、熱伝導性シート３３を用いない場合には式３の条件よりも高い温度に上昇してしまい、リレー設置基板３０の半田を劣化させてしまう恐れがある。このことから、熱伝導性シート３３が放熱に大きな効果があることがわかる。
【００６２】
さらに、別の比較例として、上記寸法の筐体１１及び熱伝導性シート３３を用いる一方、仕切り板１２が設置されない場合の筐体１１内の温度を以下に示す。式５に基づいて算出された筐体１１内の温度Tは131.83 [℃]となり、式４の条件よりも高い温度に上昇してしまい、ＥＣＵ基板２０を劣化させてしまう恐れがある。このことから、仕切り板１２がＥＣＵ基板２０を収納する空間１３の温度を低減させる上で大きな効果があることがわかる。
【００６３】
上記の結果より、熱伝導性シート３３の面積及び筐体１１の底面積を0.0441[ｍ2]（441[ｃｍ2]）以下とし、筐体１１の高さを0.1［ｍ］（10［ｃｍ］）以下とするのがよい。また、筐体１１の高さを0.04［ｍ］（4［ｃｍ］）以下とするのがより好ましい。さらに、熱伝導性シート３１の面積及び筐体１１の底面積を0.0036[ｍ2]（36 [ｃｍ2]）以下とするのがより好ましい。
【００６４】
上記説明の通り、本発明の電源切換ユニットによれば、リレーなどの放熱性電気部品を複数設置した基板と、高温環境では劣化の恐れのあるＥＣＵ等の電気部品とを同じ筐体内に収納することが可能となることから、電源切換ユニットの小型軽量化を図り，かつ放熱の信頼性を向上させ、コストの削減、搭載スペースの削減、製造工程の簡易化を達成することができる。
【００６５】
本発明の電源切換ユニットでは、車種に共通するＥＣＵとリレーとを一つの筐体に収納して一体化を図る一方、車種間で個数が異なるヒューズについては，車種毎に寸法等の異なる筐体に収納させるようにすることができる。ＥＣＵとリレーとを収納する筐体を車種間で共通とすることが可能となることから、電源切換ユニットの製造コストを大幅に低減することができる。
【００６６】
本発明の電源切換ユニットは、熱伝導率の低い仕切り板を用いるとともに、放熱量の大きいリレー設置基板に対しては熱伝導率の高いメタルコア基板と熱伝導性シートを用いており、エンジン始動用制御回路を構成するＥＣＵと車載電装部品の電流供給回路を制御するリレーを含む電気部品とを同じ筐体内に収納することが可能となっている。その結果、本発明の電源切換ユニットを、始動スイッチが設置されかつエンジン始動部品からの距離が近いインストルメントパネル裏に配置することが可能となり、ワイヤーハーネスの省線化を実現することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る電源切換ユニットの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における電源切換ユニットの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る電源切換ユニットの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源切換ユニットの概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る電源切換ユニットに対する熱抵抗図である。
【図４】従来の電源切換ユニットの概略構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０      電源切換ユニット
１１      筐体  １２      仕切り板
１３、１４  収納空間
２０      ＥＣＵ基板
３０      リレー設置基板
３１      リレー
３２      メタルコア基板
３３      熱伝導性シート
４０      ハーネス
５１      熱源
５２      外気  １００    ＥＣＵ部
１０１    リレー部
１０２    ヒューズ部
１１０〜１１５  筐体
１２０、１２１  ハーネス
【図１】
2008041955.tif 000010
【図２】
2008041955.tif 000011
【図３】
2008041955.tif 000012
【図４】
2008041955.tif 000013