(57)【要約】【課題】集積回路の温度上昇を抑制し、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる集積回路一体型アクチュエータを提供する。【解決手段】電源と制御信号を入力するコネクタ（１２）と、当該制御信号に基づいて当該制御信号よりも大きな電流をコイルに通電する集積回路（３０）と、通電により磁界を発生させるコイル（１０）と、前記磁界の経路を構成する鉄心（２０）と、当該鉄心の一部に設けられたロータ（５０）とを備え、前記コイルが前記鉄心の所定の側面部分に配置された集積回路一体型アクチュエータにおいて、前記集積回路を、前記鉄心における、前記コイルとは反対側の側面部分に配置する。または、前記鉄心の一部を他の放熱部材と当接させ、前記集積回路を、前記放熱部材に当接している部分（２２）の近傍の鉄心上に配置する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と制御信号を入力するコネクタと、当該制御信号に基づいて当該制御信号よりも大きな電流をコイルに通電する集積回路と、通電により磁界を発生させるコイルと、前記磁界の経路を構成する鉄心と、当該鉄心の一部に設けられたロータとを備え、前記コイルが前記鉄心の所定の側面部分に配置された集積回路一体型アクチュエータにおいて、
前記集積回路を、前記鉄心における、前記コイルとは反対側の側面部分に配置する、ことを特徴とする集積回路一体型アクチュエータ。
【請求項２】
電源と制御信号を入力するコネクタと、当該制御信号に基づいて当該制御信号よりも大きな電流をコイルに通電する集積回路と、通電により磁界を発生させるコイルと、前記磁界の経路を構成する鉄心と、当該鉄心の一部に設けられたロータとを備え、前記コイルが前記鉄心の所定の側面部分に配置された集積回路一体型アクチュエータにおいて、
前記鉄心の一部を他の放熱部材と当接させ、
前記集積回路を、前記放熱部材に当接している部分の近傍の鉄心上に配置する、ことを特徴とする集積回路一体型アクチュエータ。
【請求項３】
電源と制御信号を入力するコネクタと、当該制御信号に基づいて当該制御信号よりも大きな電流をコイルに通電する集積回路と、通電により磁界を発生させるコイルと、前記磁界の経路を構成する鉄心と、当該鉄心の一部に設けられたロータとを備え、前記コイルが前記鉄心の所定の側面部分に配置された集積回路一体型アクチュエータにおいて、
前記鉄心の一部を他の放熱部材と当接させ、
前記集積回路を、当該集積回路の中心から前記コイルの中心軸線までの距離よりも、当該集積回路の中心から前記放熱部材と当接する鉄心の一部までの距離の方が小さくなるように鉄心上に配置する、ことを特徴とする集積回路一体型アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路一体型アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両には種々の制御ユニットが搭載され、当該制御ユニットから種々のアクチュエータ（電動モータ、電磁弁等）を制御している。制御ユニットはＣＰＵを搭載している場合が多く、正確かつ安定的に動作させるために一般的には車両でも比較的環境がよい場所（比較的狭い温度範囲、かつ比較的小さな振動レベル、かつ比較的被水のない車室内等）に搭載されている。しかし、アクチュエータは、一般的にはエンジン、トランスミッション等に直接、あるいはその近傍に設けられている。このため、制御ユニットとアクチュエータを長いワイヤで接続している。
従来では、アクチュエータを直接駆動する駆動電流を制御ユニット内の回路で発生させ、当該駆動電流をワイヤにてアクチュエータに供給していたため、ワイヤによる電力損失が比較的大きい。
近年では、駆動電流を発生させる回路（集積回路等）をアクチュエータ側に備え、制御ユニットからは比較的小さな電流の制御信号をワイヤにてアクチュエータに供給する方式の、集積回路一体型アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−３０７４３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に提案されている集積回路一体型アクチュエータでは、アクチュエータに流れる電流が数１００［ｍＡ］程度であると推定される。このアクチュエータにて集積回路一体型アクチュエータを構成した場合、集積回路の温度が許容温度を越えることはほとんど発生しない。そのため、集積回路は、コネクタとコイルまでの経路上に、コネクタと集積回路とコイルまでの各配線が、ほぼ最短となるように配置されている。
しかし、近年では種々のアクチュエータが開発され、数［Ａ］（例えば、２〜３［Ａ］）の電流を流すアクチュエータも実用化されている。このようなアクチュエータでは発熱量が非常に大きい。このアクチュエータにて、集積回路の配置位置を、コネクタとコイルまでの経路上に、かつ各配線がほぼ最短となるように配置した場合、集積回路の温度が許容温度を越える可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、集積回路の温度上昇を抑制し、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる集積回路一体型アクチュエータを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの集積回路一体型アクチュエータである。
請求項１に記載の集積回路一体型アクチュエータでは、電源と制御信号を入力するコネクタと、当該制御信号に基づいて当該制御信号よりも大きな電流をコイルに通電する集積回路と、通電により磁界を発生させるコイルと、前記磁界の経路を構成する鉄心と、当該鉄心の一部に設けられたロータとを備え、前記コイルが前記鉄心の所定の側面部分に配置された集積回路一体型アクチュエータにおいて、集積回路の配置位置を、熱源であるコイルから最も遠い鉄心の側面部分とする。
これにより。コイルの発熱に伴う集積回路の温度上昇を抑制することができ、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる。
【０００６】
また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの集積回路一体型アクチュエータである。
請求項２に記載の集積回路一体型アクチュエータでは、鉄心の一部を他の放熱部材（例えば、アクチュエータの取り付け金具等）と当接させ、当該当接部の放熱性を向上させる。そして、集積回路を、この放熱部材に当接している部分の近傍の鉄心上に配置する。
これにより、コイルの発熱に伴う集積回路の温度上昇を抑制することができ、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる。
【０００７】
また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりの集積回路一体型アクチュエータである。
請求項３に記載の集積回路一体型アクチュエータでは、請求項２と同様に、鉄心の一部を他の放熱部材（例えば、アクチュエータの取り付け金具等）と当接させ、当該当接部の放熱性を向上させる。そして、集積回路の配置位置をより具体的に、集積回路の中心からコイルの中心軸線までの距離よりも、集積回路の中心から前記放熱部材と当接する鉄心の一部までの距離の方が小さくなるように鉄心上に配置する。つまり、集積回路の配置位置を、発熱体であるコイルよりも、放熱体である「放熱部材に当接している鉄心の一部」の方に近くなるように配置する。
これにより。コイルの発熱に伴う集積回路の温度上昇を抑制することができ、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の集積回路一体型アクチュエータの一実施の形態の概略構成図を示している。
●［全体構成（図１）］
図１（Ａ）は集積回路一体型アクチュエータ１の正面図を示しており、図１（Ｂ）は一部の側面図を示しており、図１（Ｃ）は斜視図を示している。
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す集積回路一体型アクチュエータ１は、コイル１０と、鉄心２０と、集積回路３０（ＩＣ等）と、端子ｔｃ１〜ｔｃ３等で構成されている。鉄心２０の所定の側面部分（図１（Ａ）の場合、上側の側面部分）には、コイル１０が配置されている。
端子ｔｃ１は、例えば車両のバッテリから電源が供給される端子である。端子ｔｃ２は、制御ユニット等からの制御信号（例えば、０〜５［Ｖ］の数１０［ｍＡ］程度の小信号）が入力される端子である。端子ｔｃ３は基準電位（ＧＮＤ）に接続される端子である。端子ｔｃ１〜端子ｔｃ３は図２（Ｂ）及び（Ｃ）に示すコネクタ１２内に収納されている。
【０００９】
集積回路３０は、入力用の端子として端子ｔｉ１〜ｔｉ３を有しており、出力用として端子ｔｉ４及びｔｉ５を有している。
端子ｔｉ１は、端子ｔｃ１に接続されており、電源が供給される端子である。端子ｔｉ２は、端子ｔｃ２に接続されており、制御信号が入力される端子である。端子ｔｉ３は、端子ｔｃ３に接続されており、基準電位に接続される端子である。
端子ｔｉ４はコイル１０の一方の端子に接続されており、端子ｔｉ５はコイル１０の他方の端子に接続されている。コイル１０は、端子ｔｉ４及び端子ｔｉ５を介して、所定の方向に流れる電流が供給される。
【００１０】
鉄心２０の一部は、コイル１０内を貫通しており、コイル１０が発生させた磁界の経路を構成する。また、鉄心２０には、貫通孔２０ａ〜２０ｃが設けられている。
貫通孔２０ａには、図２に示すようにロータ５０（磁石等）が挿入される。
貫通孔２０ｂ及び２０ｃは、図３に示すように集積回路一体型アクチュエータ１を他の部材（この例では、スロットルボデー６０）に取り付ける際、取り付けスクリュＳｂ、Ｓｃ等を用いるための貫通孔である。また、集積回路一体型アクチュエータ１を他の部材に取り付ける面には、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように台座２２が鉄心２０に当接するように取り付けられている。このように、集積回路一体型アクチュエータ１は、図１（Ｂ）における台座２２の当接面２２ａにて、他の部材と当接する。
なお、本実施の形態では、台座２２が集積回路一体型アクチュエータ１に設けられている例を示しているが、集積回路一体型アクチュエータ１が取り付けられる他の部材側に台座２２を設けてもよいし、別体の台座２２を集積回路一体型アクチュエータ１と他の部材との間に組み付けるようにしてもよい。
なお、図３に示す例において、スロットルボデー６０が金属等である場合（熱伝導率が高い場合）は、スロットルボデー６０の取付面６２ａ（当接部）を台座２２に代用してもよい。また、スロットルボデー６０が樹脂等である場合（熱伝導率が低い場合）は、放熱に必要な表面積を有する台座２２を別体で用意して、スロットルボデー６０の取付面６２ａと集積回路一体型アクチュエータ１との間に台座２２を設けるようにしてもよい。このようにして、集積回路一体型アクチュエータ１を取り付ける他の部材を、放熱用の部材として利用する。
【００１１】
●［集積回路３０の配置位置（図２）］
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、集積回路一体型アクチュエータ１の模式図を示している。
図２（Ａ）に示すように、貫通孔２０ａにはロータ５０が挿入されている。ロータ５０の中心部には軸５２が固定されており、図３に示すように、ロータ５０が回転すると軸５２が回転する。ロータ５０は、コイル１０への非通電時、図２（Ａ）に示す位置となる。そして、コイル１０に通電した場合、ロータ５０は、コイル１０への通電により発生した磁界に応じて、時計方向または反時計方向に回転する。そして、磁界がなくなると、図２（Ａ）の位置に戻る。
【００１２】
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す集積回路一体型アクチュエータ１を耐熱樹脂等のモールド材Ｍｄでモールドした状態の模式図を示している。
また、本実施の形態では、集積回路３０は樹脂等でパッケージされており、鉄心２０に直接搭載（当接）されている。当該パッケージは一般的に、高温時に膨張して低温時に収縮するため、パッケージが変形して割れ等が発生して内部のＩＣチップ等に影響を及ぼす可能性がある。しかし、本実施の形態では、集積回路３０を比較的硬い鉄心２０に当接させ、更にモールド材Ｍｄで固めている。これにより、パッケージの変形を抑制することができる。
なお、端子ｔｃ１〜ｔｃ３は、樹脂等で形成されたコネクタ１２の内部に配置されている。
【００１３】
次に、図２（Ｂ）及び（Ｃ）を用いて、集積回路３０のより具体的な配置位置について説明する。
図２（Ｂ）に示す例では、他の部材（放熱部材）に当接する台座２２の近傍に集積回路３０を配置している。コイル１０から発生した熱は、鉄心２０及び他の部材（放熱部材）から放熱される。この場合、他の部材及び台座２２は、熱伝導性の高い材質であることが好ましい。更に具体的な配置位置としては、集積回路３０の中心からコイルの中心軸線（図２（Ｂ）中のＺｃ軸線）までの距離（図２（Ｂ）中のＬａ）よりも、集積回路３０の中心から台座２２（放熱部材と当接する鉄心２０の一部）までの距離（図２（Ｂ）中のＬｂ）の方が小さくなる位置に集積回路３０を配置する。
これにより、台座２２及び放熱部材による放熱性を確保して集積回路３０の温度上昇を抑制するとともに、集積回路３０からコネクタ１２及びコイル１０までの距離を必要以上に長くしないようにすることができる。
【００１４】
また、図２（Ｃ）に示す例では、集積回路３０を、コイル１０とは反対側の鉄心２０の側面部分に配置している。この場合、発熱体であるコイル１０から最も遠い位置に集積回路３０を配置することで、集積回路３０の温度上昇を抑制することができる。
この場合、コネクタ１２から集積回路３０までの配線、及び集積回路３０からコイル１０までの配線の長さが長くなるが、コネクタ１２の位置を適切な位置に変更すれば（コネクタ１２を集積回路３０の近傍にする等）、コネクタ１２から集積回路３０までの配線の距離を短くすることができる。
【００１５】
●［集積回路一体型アクチュエータの適用例（図３）］
図３は、集積回路一体型アクチュエータ１を車両のスロットルボデー６０に適用した例を示している。
集積回路一体型アクチュエータ１の台座２２の当接面２２ａ（図１（Ｂ））を、スロットルボデー６０に設けられた取り付け部６２の取付面６２ａに当接させてスクリュＳｂ、Ｓｃにて固定する。
軸５２が回転すると、軸５２に固定されたスロットルバルブ５４が回転し、スロットルボデー６０内の通路を開閉する。なお、本実施の形態では、集積回路一体型アクチュエータ１をスロットルボデー６０に適用したが、スロットルボデーに限定されず、種々のアクチュエータに適用することが可能である。
【００１６】
●［集積回路３０の回路構成（図４）］
次に、図４を用いて集積回路３０の回路構成の例について説明する。
コネクタ１２には端子ｔｃ１〜ｔｃ３が設けられており、端子ｔｃ１には電源（バッテリの＋端子）が接続され、端子ｔｃ３は基準電位（ＧＮＤ）に接続されている。端子ｔｃ２には制御ユニットからの制御信号（例えばエンジンコントロールユニットからのＤＵＴＹパルス信号等）が入力される。
集積回路３０の端子ｔｉ１は、端子ｔｃ１に接続されており、５Ｖ電源３２と、パワーＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４（以下、ＭＯＳＴｒＴ１〜Ｔ４と記載する）で構成されたＨブリッジ回路の上流（ＭＯＳＴｒＴ１とＭＯＳＴｒＴ２との接続点）に接続される。５Ｖ電源３２は、集積回路３０内のＭＯＳＴｒＴ１〜Ｔ４以外の小信号処理回路（入力処理回路３３、自己診断回路３８等）にて使用される５Ｖの電源を供給する。
また、集積回路３０の端子ｔｉ３は、端子ｔｃ３に接続されており、集積回路３０内の各素子及び回路の基準電位（ＧＮＤ）に接続される。
また、集積回路３０の端子ｔｉ４はコイル１０の一方の端子に接続され、コイル１０の他方の端子は端子ｔｉ５に接続されている。コイル１０は、例えば、図４におけるＩｏｐｅｎの方向に電流が流れると、図３におけるスロットルバルブ５４を開く方向に回転させ、Ｉｃｌｏｓｅの方向に電流が流れると、スロットルバルブ５４を閉じる方向に回転させる。
【００１７】
集積回路３０の端子ｔｉ２は、端子ｔｃ２に接続されており、制御ユニットからの制御信号が入力される。制御信号は、入力処理回路３３にて、ＭＯＳＴｒＴ１〜Ｔ４で構成されたＨブリッジ回路への出力信号に変換される。プリドライバ３４ａ〜３４ｄ（以下、ＰｒＤｒｖ３４ａ〜３４ｄと記載する）は、各々ＭＯＳＴｒＴ１〜Ｔ４のＯＮまたはＯＦＦを制御する。
例えば、端子ｔｃ２に入力されるＤＵＴＹパルス信号のＬｏｗレベルの割合が５０％以下（例えば閉制御）の場合、当該割合に応じた電流をＩｃｌｏｓｅの方向に流す。この場合、入力処理回路３３は、Ｔ１とＴ４の組み合わせによる電流経路と、Ｔ２とＴ３の組み合わせによる電流経路を、各々適切な電流Ｉｃｌｏｓｅとなるようにｄｕｔｙ制御する（電流Ｉｃｌｏｓｅに対応するｄｕｔｙでＯＮ／ＯＦＦする。）。この場合、Ｔ１とＴ４は同一タイミングで駆動される。また、Ｔ２とＴ３も同一タイミングで駆動される。例えば閉制御の場合、Ｔ１とＴ４のｄｕｔｙを「ＯＮ時間を短く（ＯＦＦ時間を長く）」制御して、Ｔ２とＴ３のｄｕｔｙを「ＯＮ時間を長く（ＯＦＦ時間を短く）」制御する。
また、例えば、端子ｔｃ２に入力されるＤＵＴＹパルス信号のＬｏｗレベルの割合が５０％以上（例えば開制御）の場合、当該割合に応じた電流をＩｏｐｅｎの方向に流す。この場合、入力処理回路３３は、上記に説明したように、Ｔ１とＴ４の組み合わせによる電流経路と、Ｔ２とＴ３の組み合わせによる電流経路をｄｕｔｙ制御する。例えば開制御の場合、Ｔ１とＴ４のｄｕｔｙを「ＯＮ時間を長く（ＯＦＦ時間を短く）」制御して、Ｔ２とＴ３のｄｕｔｙを「ＯＮ時間を短く（ＯＦＦ時間を長く）」制御する。
【００１８】
電流検出回路３６ａおよび３６ｂは、Ｉｏｐｅｎ方向およびＩｃｌｏｓｅ方向の電流を検出する。電流検出回路３６ａ及び３６ｂの出力は、第１異常検出回路３８ａ及び第２異常検出回路３８ｂに接続される。第１異常検出回路３８ａは、例えばコイル１０の断線異常を検出し、第２異常検出回路３８ｂは、例えばコイル１０の短絡異常を検出する。
第１異常検出回路３８ａ及び第２異常検出回路３８ｂの出力は、自己診断回路３８に入力される。自己診断回路３８は、「異常」と判定した場合、トランジスタＴ５をＯＮにして「異常が発生」していることを制御ユニットに通知するとともに、入力処理回路３３の出力をデフォルト状態（例えば全出力をＯＦＦ状態）にする。
【００１９】
図４に示す集積回路３０において特に発熱する部分は、比較的大きな電流が流れる出力トランジスタＴ１〜Ｔ４と５Ｖ電源回路部である。
【００２０】
●［温度上昇の抑制効果（図５）］
次に、図５を用いて本実施の形態における、集積回路３０の温度上昇の抑制効果について説明する。
コイル１０に流れる電流が最大となる条件（雰囲気温度１２０℃、バッテリ電圧１６Ｖ等）にて、図５（Ａ）に示すように集積回路一体型アクチュエータ１の３個所（Ｐａ〜Ｐｃ）に集積回路３０を各々配置した場合の温度を計測した結果が図５（Ｂ）に示すグラフである。
計測位置Ｐｃは、集積回路３０を図２（Ｃ）に示した位置に配置した場合であり、計測位置Ｐｂは、集積回路３０を図２（Ｂ）に示した位置に配置した場合である。なお、計測位置Ｐａは、比較のために、集積回路３０の中心から台座２２（放熱部材と当接する鉄心２０の一部）までの距離（図５（Ａ）中のＬｄ）よりも、集積回路３０の中心からコイルの中心軸線（図５（Ａ）中のＺｃ軸線）までの距離（図５（Ａ）中のＬｃ）の方が小さくなる位置に集積回路３０を配置している。
【００２１】
温度の計測結果は図５（Ｂ）に示すように、計測位置Ｐｂ及びＰｃの場合、許容温度以下に抑制できていることを確認できた。なお、計測位置Ｐａでは許容温度を越えてしまうことを確認した。
【００２２】
本発明の集積回路一体型アクチュエータ１は、本実施の形態で説明した構成、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態では、集積回路一体型アクチュエータ１を、車両のスロットルボデー６０に適用したが、種々の部品あるいは製品に適用することが可能である。
集積回路３０の回路構成は、本実施の形態で説明した回路構成に限定されるものではない。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３のいずれかに記載の集積回路一体型アクチュエータを用いれば、集積回路の温度上昇を抑制し、集積回路の温度を許容温度未満とすることができる集積回路一体型アクチュエータを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集積回路一体型アクチュエータ１の一実施の形態の概略構成図である。
【図２】集積回路一体型アクチュエータ１における、集積回路３０の配置位置を示す模式図である。
【図３】集積回路一体型アクチュエータ１を車両のスロットルボデー６０に適用した例を示す図である。
【図４】集積回路３０の回路構成の例を説明する図である。
【図５】温度上昇の抑制効果を説明する図である。
【符号の説明】
１      集積回路一体型アクチュエータ
１０    コイル
１２    コネクタ
２０    鉄心
２０ａ〜２０ｃ    貫通孔
２２    台座
２２ａ  当接面
３０    集積回路
５０    ロータ
５２    軸
Ｍｄ    モールド材
ｔｃ１〜ｔｃ３、ｔｉ１〜ｔｉ５、ｔｓ１〜ｔｓ２    端子
【図１】
2004257321.tif 000003
【図２】
2004257321.tif 000004
【図３】
2004257321.tif 000005
【図４】
2004257321.tif 000006
【図５】
2004257321.tif 000007