(57)【要約】【課題】電子制御ユニットから発生する熱に対して伝導によって放熱するとともに、輻射熱として吸熱して放熱すること。【解決手段】アルミニウム製ケース１２と、アルミニウム基板１４と、電子部品１６を備え、アルミニウム基板１４はアルミニウム製ヒートシンク１８に接合され、アルミニウム基板１４上にパワー系半導体素子２０などが実装され、ケース１２の内側には、アルミニウムよりも輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質を含む吸熱層２２がパワー系半導体素子２０を取り囲むように形成され、パワー系半導体素子２０から発生する熱は、アルミニウム基板１４とヒートシンク１８を伝導して外部に排熱され、輻射熱Ｒとして吸熱層２２に吸熱した後、ケース１２を伝導してケース１２外部に排熱される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー系半導体素子を含む電子部品が実装された基板と、前記基板に接合されたヒートシンクと、前記基板を覆う金属製ケースとを備え、前記金属製ケースの内側には前記電子部品から放射される輻射熱を吸熱し、吸熱した熱を前記金属製ケースに伝える吸熱層が配置され、前記吸熱層は、前記ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質を含んでなる電子制御ユニット。
【請求項２】
パワー系半導体素子を含む電子部品が実装された基板と、前記基板に接合されたヒートシンクと、前記基板を覆う金属製ケースと、前記金属製ケースよりも高い熱伝導特性を有する板材で構成されて、前記金属製ケースの内側に固着された伝熱プレートとを備え、前記伝熱プレートの内側には、前記ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質が塗布されており、前記電子部品から放射される輻射熱を前記伝熱プレートで吸熱してなる電子制御ユニット。
【請求項３】
パワー系半導体素子を含む電子部品が実装された基板と、前記基板に接合されたヒートシンクと、前記基板を覆う金属製ケースと、前記金属製ケースよりも高い熱伝導特性を有する板材で構成されて、前記金属製ケースの内側に固着された吸熱プレートとを備え、前記金属製ケースの内側には凹凸部が形成され、前記吸熱プレートには、前記金属製ケースの凹凸部に嵌合する嵌合部が形成され、前記吸熱プレートの内側には、前記ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質が塗布されており、前記電子部品から放射される輻射熱を前記吸熱プレートで吸熱してなる電子制御ユニット。
【請求項４】
前記金属製ケースの外側には、前記金属製ケースを伝わった熱を空気中に放熱する放熱層が配置され、前記放熱層は、前記ケースの素材よりも輻射熱に対する放射率の高い物質を含んでなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子制御ユニット。
【請求項５】
前記放熱層の前記放射率は、前記吸熱層の吸収率と略同一の数値になる、請求項４記載の電子制御ユニット。
【請求項６】
前記放熱層を構成する材料が前記吸熱層を構成する材料と同一である請求項５記載の電子制御ユニット。
【請求項７】
ステアリングシャフトの作動トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータと、前記トルクセンサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する電子制御ユニットとを備えてなる電動パワーステアリング装置において、前記電子制御ユニットは、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のもので構成されていることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータによってステアリングシャフトを操舵補助する電動パワーステアリング装置に搭載される電子制御ユニットの構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトの作動トルクを基に電動モータを制御するために、トルクセンサなどの各種センサの検出出力に基づいて、電動モータの駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を備えている。電子制御ユニットは、電動モータなどにハーネスを介して接続され、トルクセンサなどの各種センサからの信号を受けて、電動モータの駆動を制御するようになっている。
【０００３】
電子制御ユニットは、電動モータを駆動するために、パワー系半導体素子（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）などを備えている。パワー系半導体素子は、通電時に高温となって発熱するので、熱伝導率の高いアルミニウム材などで構築された筐体（ケース）に電子制御ユニットを収納して放熱したり、ヒートシンクに接合されたアルミニウム基板にパワー系半導体素子を搭載し、パワー系半導体素子の熱をアルミニウム基板を介してヒートシンクで排熱したりする構造が採用されている。すなわち、電子制御ユニットを用いて電動モータを制御するに際しては、電子制御ユニット内で発生する熱を筐体（ケース）またはヒートシンク内を伝熱させて、外部（空気中）に放熱する構造が採用されている。
【０００４】
また、電子制御ユニットの放熱構造としては、空冷ファンを用い、電子制御ユニットの周囲に空冷ファンの作動による冷却エアを循環させることにより、筐体やヒートシンク中に蓄えられた熱量を排出するようにしたものも提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−２８９７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電子制御ユニットは、電動モータとパワー系半導体素子の高出力・大電流化に伴って、内部がより高温となるので、パワー系半導体素子などの電子部品の不安定な挙動や半田部の欠落などが発生することが危惧され、電子制御ユニットに対する熱対策が重要な課題となっている。
【０００６】
すなわち、従来の電子制御ユニットは、周囲を熱伝導率の高いアルミニウム材などで構築されるケースで覆われているため、高温部品から放出される輻射熱は、ケース表面で反射してしまい、集熱効率は低く、輻射熱に対する排熱効果は得られていなかった。
【０００７】
つまり、従来の電子制御ユニットは、熱伝導特性の高い部材内に蓄えられた熱量を対流により空気中へ排熱する構造となっているが、輻射熱を積極的に集熱する構造となっていないため、輻射熱に対しては十分な排熱を行うことができない。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載されているものは、空冷ファンを使用して放熱を行うに際して、放熱構造体からの排熱方法に重点を置いているので、蓄えた熱の排熱には効果的であるが、図７および図８に示すように、ケース５０内部のパワー系半導体素子５２から発生する輻射熱Ｒをケース５０で積極的に集熱する構造となっていないため、ケース５０では吸熱量よりも反射量が多くなり、輻射熱Ｒに対する排熱効果は少ない。輻射熱Ｒに対する排熱効果が少ないと、電子制御ユニット内の各部品へ熱的影響を与えることになる。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、電子制御ユニットから発生する熱に対して伝導によって放熱するとともに、輻射熱として吸熱して放熱することある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、パワー系半導体素子を含む電子部品が実装された基板と、前記基板に接合されたヒートシンクと、前記基板を覆う金属製ケースとを備え、前記金属製ケースの内側には前記電子部品から放射される輻射熱を吸熱し、吸熱した熱を前記金属製ケースに伝える吸熱層が配置され、前記吸熱層は、前記ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質を含んでなる電子制御ユニットを構成したものである。 
【００１１】
本発明によれば、パワー系半導体素子から発生する熱を、基板とヒートシンクを伝導して外部に排熱するとともに、輻射熱として吸熱層に吸熱した後、ケースを伝導してケース外部に排熱するようにしたので、パワー系半導体素子から発生する熱のうち輻射熱に対する吸熱効果・排熱効果を向上させることができ、パワー系半導体素子が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット内の温度を低くすることができる。また、ケースの内側に吸熱層を形成するために、輻射熱に対する吸収率の高い物質をケースの内側に塗布するだけでよいので、電子制御ユニットの構成を大幅に変更する必要はない。
【００１２】
前記電子制御ユニットを構成するに際しては、吸熱層の代わりに、金属製ケースよりも高い熱伝導特性を有する板材で構成されて、金属製ケースの内側に固着された伝熱プレートを設け、伝熱プレートの内側に、ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質を塗布し、電子部品から放射される輻射熱を伝熱プレートで吸熱することもできる。また、金属製ケースよりも高い熱伝導特性を有する板材で構成されて、金属製ケースの内側に固着された吸熱プレートを設け、金属製ケースの内側に凹凸部を形成し、吸熱プレートに、金属製ケースの凹凸部に嵌合する嵌合部を形成し、吸熱プレートの内側に、ケースの素材よりも輻射熱に対する吸収率の高い物質を塗布し、電子部品から放射される輻射熱を吸熱プレートで吸熱することもできる。さらに、金属製ケースの外側に、金属製ケースを伝わった熱を空気中に放熱する放熱層を配置し、この放熱層を、ケースの素材よりも輻射熱に対する放射率の高い物質を含んで構成することもできる。
【００１３】
また、本発明は、ステアリングシャフトの作動トルクを検出するトルクセンサと、前記ステアリングシャフトに操舵補助力を付与する電動モータと、前記トルクセンサの検出出力を基に前記電動モータの駆動を制御する電子制御ユニットとを備えてなる電動パワーステアリング装置において、前記電子制御ユニットとして、前記いずれかのものを用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パワー系半導体素子から発生する熱のうち輻射熱に対する吸熱効果・排熱効果を向上させることができ、パワー系半導体素子が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット内の温度を低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す電子制御ユニットの断面図である。図１において、電子制御ユニット１０は、電動パワーステアリング装置の一要素として、アルミニウム製ケース１２と、アルミニウム基板１４と、電子部品１６を備えており、アルミニウム基板１４はアルミニウム製ヒートシンク１８に接合されている。
【００１６】
ケース１２は、アルミニウム基板１４の上方の領域を囲むように、箱型形状に形成されており、アルミニウム基板１４上に電子部品１６として、例えば、パワー系半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）２０、演算回路を構成するＣＰＵ（図示せず）、入出力回路（図示せず）などが実装されている。ＣＰＵは、入出力回路を介して各種センサ、例えば、ステアリングシャフト（図示せず）の作動トルクを検出するトルクセンサ（図示せず）に接続されているとともに、ステアリングシャフトを操舵補助する電動モータ（図示せず）に接続されており、トルクセンサなどの各種センサの検出出力に基づいて、パワー系半導体素子（ＭＯＳＦＥＴ）２０の駆動を制御するとともに、電動モータの駆動を制御するようになっている。
【００１７】
ケース１２の内側には、アルミニウムよりも輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質、例えば、耐熱塗料「クールテック」（オキツモ株式会社製）が塗布され、耐熱塗料の塗布による吸熱層２２がパワー系半導体素子２０を取り囲むように形成されている。吸熱層２２のうち特に吸熱効果を向上させる部分、例えば、パワー系半導体素子２０を臨む部分には、黒色またはつや消しの塗料、特に黒色塗料が塗布され、輻射熱Ｒの反射を抑制するとともに、輻射熱Ｒに対する吸熱効果の向上を実現している。これは、輻射熱Ｒの性質として、輻射熱Ｒを受熱する対象（相手）との相対位置関係（形態係数）により、熱の授受量が変わるためである。高温部位であるパワー系半導体素子２０を取り囲むように、輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質で構成された吸熱層２２を配置することで、高温部位から発生する輻射熱Ｒを効果的に吸熱することにより、吸熱効果の向上を実現している。
【００１８】
ここで、パワー系半導体素子２０から発生する輻射熱Ｒの吸熱を視覚的に示すと、図２のようになる。パワー系半導体素子２０から発生する輻射熱Ｒは吸熱層２２で大部分が吸熱され、ケース１２を伝導してケース１２外部に排熱される。すなわち、吸熱層２２においては、輻射熱Ｒの反射量は小さく、吸熱量が反射量よりも大きくなっている。このことは、図８と比較した場合、ケース１２に吸熱層２２を設けることで、吸熱量が多く、反射量が少なくなっていることで確認できる。
【００１９】
本実施例によれば、パワー系半導体素子２０から発生する熱を、アルミニウム基板１４とヒートシンク１８を伝導して外部に排熱するとともに、輻射熱Ｒとして吸熱層２２に吸熱した後、ケース１２を伝導してケース１２外部に排熱するようにしたので、パワー系半導体素子２０から発生する熱のうち輻射熱Ｒに対する吸熱効果・排熱効果を向上させることができ、パワー系半導体素子２０が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット１０内の温度を低くすることができる。
【００２０】
また、ケース１２の内側に吸熱層２２を形成するために、輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質をケース１２の内側に塗布するだけでよいので、電子制御ユニット１０の構成を大幅に変更する必要はない。
【００２１】
次に、本発明の第２実施例を図３に従って説明する。本実施例は、吸熱層２２の代わりに、ケース１２の内側に、アルミニウムよりも高い熱伝導特性を有する素材、例えば、銅で構成された伝熱プレート２４を配置し、伝熱プレート２４の表面に、アルミニウムよりも輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質として、吸熱層２２と同様の物質を塗布し、伝熱プレート２４を、熱伝導グリースを介してケース１２に密着させ、伝熱プレート２４側からケース１２に金属ねじで伝熱プレート２４を締結し、伝熱プレート２４とケース１２との結合部における熱伝導効率の低下を抑制した構造としたものであり、他の構成は第１実施例と同様である。
【００２２】
伝熱プレート２４は、その表面に輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質が塗布されているので、パワー系半導体素子２０から発生した輻射熱Ｒは伝熱プレート２４で吸熱され、吸熱された輻射熱Ｒは、熱伝導特性の良い伝熱プレート２４に伝わってケース１２へ伝熱され、ケース１２からケース１２外部の空気中に排熱される。このため、パワー系半導体素子２０から発生した熱が輻射熱Ｒとして伝熱プレート２４に吸熱されても、伝熱プレート２４自身に蓄えられる熱量は少ない。従って、伝熱プレート２４に吸熱された熱が、電子制御ユニット１０内に再度放熱されることは少なく、伝熱プレート２４で吸熱した輻射熱Ｒを、ケース１２を介して空気中に効率良く排熱することができる。
【００２３】
本実施例によれば、パワー系半導体素子２０から発生する熱を、アルミニウム基板１４とヒートシンク１８を伝導して外部に排熱するとともに、輻射熱Ｒとして伝熱プレート２４に吸熱した後、ケース１２を伝導してケース１２外部に排熱するようにしたので、パワー系半導体素子２０から発生する熱のうち輻射熱Ｒに対する吸熱効果・排熱効果を向上させることができ、パワー系半導体素子２０が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット１０内の温度を低くすることができる。
【００２４】
次に、本発明の第３実施例を図４に従って説明する。本実施例は、伝熱プレート２４の代わりに、吸熱プレート２６を用い、ケース１２の内側の一部に凹凸部（くさび形状）１２ａを形成し、吸熱プレート２６には、凹凸部１２ａに嵌合する嵌合部としてのくさび形状部２６ａを形成したものであり、他の構成は第２実施例と同様である。
【００２５】
吸熱プレート２６は、アルミニウムよりも高い熱伝導特性を有する銅板をその一部を除いて、くさび形状に加工してくさび形状部２６ａを形成し、全体の表面積を増加させた構造となっている。この吸熱プレート２６は熱伝導グリースを介してケース１２の凹凸部１２ａに密着した状態で固定されているとともに、その表面には、輻射熱Ｒに対する吸収率の高い物質として、吸熱層２２と同様の物質が塗布されている。
【００２６】
ここで、輻射熱Ｒの吸熱対象は、吸収率１の物質で無い限り、放射された熱を完全に吸熱することはなく、一部を反射することになるので、輻射熱Ｒの吸熱対象を単に平板状に形成すると、輻射熱Ｒの吸熱対象で反射した熱を再度吸熱することはできない。
【００２７】
これに対して、吸熱プレート２６のように、その一部をくさび形状部２６ａとして形成すると、図５に示すように、パワー系半導体素子２０から放射された輻射熱Ｒの一部は吸熱プレート２６で吸熱され、残りは反射するが、反射した熱が再度吸熱プレート２６で吸熱されるので、輻射熱Ｒを効率的に吸熱することができ、吸熱効果をより向上させることが可能になる。また、金属ケースの内側にくさび状部を設けたことにより、輻射熱に対する吸収材料が塗布される表面積が大きくなる。
【００２８】
本実施例によれば、パワー系半導体素子２０から発生する熱を、アルミニウム基板１４とヒートシンク１８を伝導して外部に排熱するとともに、輻射熱Ｒとして吸熱プレート２６に吸熱した後、ケース１２を伝導してケース１２外部に排熱するようにしたので、パワー系半導体素子２０から発生する熱のうち輻射熱Ｒに対する吸熱効果・排熱効果をより向上させることができ、パワー系半導体素子２０が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット１０内の温度をより低くすることができる。なお、吸熱プレートを設けることなく、図１で説明した実施形態と同様に、金属ケースの内側に既述の材料を塗布する事でもよい。
【００２９】
次に、本発明の第４実施例を図６に従って説明する。本実施例は、ケース１２の外側に、吸熱層２２と同じ物質を塗布して放熱層２８を形成したものであり、他の構成は、第１実施例と同様である。放熱層２８の放射率は吸熱層２２の吸収率と略同一の数値となるので、放熱層２８が無いものよりも、吸熱層２２からケース１２に伝導した熱を放熱層２８から空気中に効果的に排熱することができる。
【００３０】
本実施例によれば、パワー系半導体素子２０から発生する熱を、アルミニウム基板１４とヒートシンク１８を伝導して外部に排熱するとともに、輻射熱Ｒとして吸熱層２２に吸熱した後、ケース１２を伝導して、放熱層２８から空気中に排熱するようにしたので、パワー系半導体素子２０から発生する熱のうち輻射熱Ｒに対する吸熱効果・排熱効果を向上させることができ、パワー系半導体素子２０が高出力・大電流化されても、電子制御ユニット１０内の温度を低くすることができる。また、ケース１２の外側に、吸熱層２２と同じ物質を塗布して放熱層２８を形成する構成は、前記各実施例に適用することができる。
【００３１】
前記各実施例によれば、従来例のように、空冷ファンを設けることなく、電子制御ユニット１０内の排熱を効果的に実現できるので、電子制御ユニット１０の大型化およびコスト増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施例を示す電子制御ユニットの断面図である。
【図２】第１実施例における吸熱層の吸熱と反射の関係を説明するための要部拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す電子制御ユニットの断面図である。
【図４】本発明の第３実施例を示す電子制御ユニットの断面図である。
【図５】第３実施例における吸熱層の吸熱と反射の関係を説明するための要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す電子制御ユニットの断面図である。
【図７】従来例の電子制御ユニットの断面図である。
【図８】従来例におけるケースの吸熱と反射の関係を説明するための要部拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  電子制御ユニット
１２  ケース
１４  アルミニウム基板
１６  電子部品
１８  ヒートシンク
２０  パワー系半導体素子
２２  吸熱層
２４  伝熱プレート
２６  吸熱プレート
２８  放熱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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