(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面（５１）に電子部品（３１）が搭載された基板（５）と、
前記電子部品との間に隙間を挟むように前記基板の前記主面に対向している対向面（７１）、及び、前記対向面において環に囲まれる領域（７３０、７４０）が前記電子部品に対向するように環状に延びている環状溝（７３、７４、７６、７７）を有するヒートシンク（７）と、
前記基板の前記主面と前記ヒートシンクの前記対向面との間に介在し、前記電子部品及び前記環状溝に接触し、前記電子部品から発生する熱を前記ヒートシンクに導く熱伝導材（９）と、
を備え、
前記環状溝の溝側面（７３２、７３３、７４２、７４３、７６２、７７２）は、前記ヒートシンクの前記対向面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記環状溝は、円環状に延びていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、環の大きさの異なる複数の前記環状溝（７３、７４、７６、７７）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記環状溝における環の内側の溝側面（７３２、７４２、７６２、７７２）は、底側から開口側に向かうほど環の内側に位置するように、前記ヒートシンクの前記対向面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子装置と、
前記電子装置に通電を制御され、負荷を回転駆動する回転電機（２）と、を備えることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、及びそれを用いた駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子部品が実装された基板とヒートシンクとの間に熱伝導材としての放熱ゲルが充填されてており、電子部品から発生する熱が放熱ゲルを介してヒートシンクに伝達される電子装置が知られている（例えば特許文献１）。また、特許文献１に記載の電子装置では、放熱ゲルの移動を防止するために、ヒートシンクの表面に凹凸形状を形成することによってヒートシンクに対する放熱ゲルの付着力を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２３２６５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のような単純な凹凸形状によっては、放熱ゲルの移動を十分に防ぐことができない。
例えば、電子装置では、温度変化によって、放熱ゲルの膨張、基板の反り、及び、ヒートシンクの膨張等が発生し、基板とヒートシンクとの間の隙間空間に占める放熱ゲルの体積が相対的に増加することがある。放熱ゲルの体積が相対的に増加すると、放熱ゲルは基板とヒートシンクとの間に押し付けられて広がるように移動する。
【０００５】
ここで、基板とヒートシンクとの間の隙間が不均一になっている場合、放熱ゲルの体積の増減が繰り返されると、ヒートシンクに単純な凹凸形状が形成されていても、放熱ゲルは凹凸形状の間を移動し、元の配置から離れる可能性がある。このため、放熱ゲルが放熱対象である電子部品から離れ、電子部品の放熱効率が低下する恐れがある。
また、電子装置が車両に搭載される等によって振動を受ける場合、同様に、ヒートシンクの単純な凹凸形状によっては放熱ゲルの移動を防ぐことができず、電子部品の放熱効率が低下する恐れがある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度変化や振動がある場合でも、熱伝導材が電子部品に確実に接触可能である電子装置及びそれを用いた駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電子装置は、一方の主面に電子部品が搭載された基板と、電子部品との間に隙間を挟むように基板の主面に対向している対向面、及び、対向面において環に囲われる領域が電子部品に対向するように環状に延びている環状溝を有するヒートシンクと、基板の主面とヒートシンクの対向面との間に介在し、電子部品及び環状溝に接触し、電子部品から発生する熱をヒートシンクに導く熱伝導材と、を備えている。環状溝の溝側面は、ヒートシンクの対向面に垂直な方向に対して傾斜している。
【０００８】
上記構成によれば、環状溝は、ヒートシンクの対向面において環状溝の溝幅方向に段差を形成している。このため、熱伝導材に対して環状溝の溝幅方向へ外力が加わった場合、環状溝の成す段差によって、熱伝導材には大きな摩擦力が働く。言い換えると、ヒートシンクの対向面に対する熱伝導材の付着力は、環状溝の溝幅方向において向上している。
一方、ヒートシンクの対向面において環状溝の延伸方向には段差が存在しない。このため、熱伝導材に対して環状溝の延伸方向へ外力が加わった場合、熱伝導材に働く摩擦力は比較的小さい。言い換えると、ヒートシンクの対向面に対する熱伝導材の付着力は、環状溝の延伸方向において比較的小さい。
よって、熱伝導材は、相対的に、環状溝の溝幅方向に移動し難い一方、環状溝の延伸方向に沿って移動し易い。
【０００９】
ここで、温度変化によって基板とヒートシンクとの間の隙間が不均一になり、熱伝導材の配置領域において、隙間が相対的に大きい領域と、小さい領域とが発生した場合を想定する。
【００１０】
この場合、熱伝導材の体積が相対的に増加すると、隙間が小さい領域の熱伝導材は、環状溝の環の内側から外側に向かって溝幅方向に移動するよりも、熱伝導材の配置領域のうちの隙間が相対的に大きい領域に向かって環状溝の延伸方向に沿って移動する。すなわち、熱伝導材は、電子部品に接触可能な熱伝導材の配置領域から離れないように、環状溝によって誘導される。その後、熱伝導材の体積が元に戻る場合、熱伝導材は環状溝の延伸方向に沿って移動することで当初の状態に戻る。
【００１１】
以上によれば、熱伝導材は、その体積の相対的な増減が繰り返される場合であっても、電子部品から離れることが抑制される。
なお、電子装置の振動によって熱伝導材が移動する場合についても、環状溝によって同様の効果が得られる。
したがって、本発明によれば、温度変化や振動がある場合でも、熱伝導材が電子部品に確実に接触可能である電子装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による駆動装置を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ部分を示す部分拡大図である。
【図３】ヒートシンクの対向面を拡大して示す平面図である。
【図４】図２について、基板とヒートシンクとの間の隙間が不均一に変化した場合を示す部分拡大図である。
【図５】放熱ゲルの移動を説明するためにヒートシンクの対向面を拡大して示す平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による環状溝を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施形態による環状溝を示す模式図である。
【図８】本発明の他の実施形態による環状溝を示す模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態による環状溝を示す模式図である。
【図１０】比較例に係る格子溝を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本実施形態による電子装置は、駆動装置に適用される。以下では、駆動装置１について図１〜図４に基づいて説明する。駆動装置１は、例えば電動パワーステアリング装置に適用される。電動パワーステアリング装置は、駆動装置１が出力する操舵アシストトルクを、減速ギアを介してコラム又はラックに伝達することで、運転者によるステアリング操作を補助することが可能である。
【００１４】
（駆動装置の構成）
まず、駆動装置１の概略構成について、図１を参照して説明する。
駆動装置１は、回転電機としてのモータ２、及び、モータ２の通電を制御する「電子装置」としてのコントローラ３を備えている。コントローラ３は、モータ２の軸方向の一方側に設けられており、モータ２とコントローラ３とは一体に構成されている。以下適宜、モータ２の軸方向を単に「軸方向」という。
【００１５】
モータ２は、例えば３相ブラシレスモータであり、モータケース２１、ステータ２２、２組の巻線組２３、２４、ロータ２５、及び、シャフト２６等を備える。
モータケース２１は、例えばアルミ等の金属により有底筒状に形成されており、筒部２１１、及び、筒部２１１の開口に配置される２つの底部２１２、２１３を有している。底部２１２、２１３の略中央には軸孔２１５、２１６が形成されており、各軸孔２１５、２１６にはベアリング（不図示）が設けられている。
【００１６】
ステータ２２は、モータケース２１の内側に固定されており、３相結線された２組の巻線組２３、２４が巻回されている。各巻線組２３、２４からは相毎にモータ線２７が延びている。モータ線２７は、モータケース２１の底部２１３に形成されたモータ線挿通孔２１４を介してコントローラ３側に取り出されている。
ロータ２５は、ステータ２２と同軸となるようにステータ２２の径方向内側に配置されている。
【００１７】
シャフト２６は、ロータ２５の軸中心に固定されている。また、シャフト２６は、モータケース２１の底部２１２、２１３に設けられたベアリング（不図示）に軸受され、回転可能に支持されている。
シャフト２６の一端２６１は、一方の底部２１２の軸孔２１５を挿通し、モータケース２１の外部に突出している。シャフト２６の一端２６１には、図示しない出力端が設けられる。シャフト２６の他端２６２は、他方の底部２１３の軸孔２１６に挿通され、コントローラ３側に露出している。シャフト２６の他端２６２には、回転角検出用のマグネット（不図示）が保持されている。
【００１８】
コントローラ３は、各種の電子部品３１、３２が実装された基板５、ヒートシンク７、及び、「熱伝導材」としての放熱ゲル９を有する。なお、本実施形態のヒートシンク７は、モータケース２１の底部２１３と一体に構成されている。
【００１９】
基板５は、例えばプリント基板であり、ヒートシンク７に対向するように、モータ２の軸方向に対して垂直に配置されている。基板５の２つの主面のうち、ヒートシンク７に対向している面を第１主面５１とし、その反対側の面を第２主面５２とする。
【００２０】
本実施形態において、基板５の第１主面５１に搭載されている電子部品３１は、巻線組２３、２４に対応する各インバータを構成しているスイッチング素子（例えばＭＯＳＦＥＴ）であり、第２主面５２に搭載されている電子部品３２は、コンデンサやチョークコイル等である。これらの各種の電子部品３１、３２は１枚の基板５に実装されている。これにより、複数の基板によりコントローラ３を構成する場合と比較し、部品点数を低減可能であるとともに、小型化が可能である。
【００２１】
また、基板５の第１主面５１には、回転角検出用の回転角センサ３５が実装されており、回転角センサ３５は、シャフト２６の他端２６２に保持されたマグネット（不図示）に対向している。
さらに、基板５には、モータ線挿通孔５６が形成されている。モータ２のモータ線２７は、モータ線挿通孔５６を挿通して基板５と電気的に接続されている。
【００２２】
ヒートシンク７は、例えばアルミ等の熱伝導性のよい金属により形成されており、電子部品３１との間に隙間を挟むようにして基板５の第１主面５１に対面している。以下、基板５の第１主面５１に対向するヒートシンク７の面を対向面７１と称する。
【００２３】
ヒートシンク７の対向面７１には、凸状の基板支持部７２が形成されており、基板支持部７２と基板５とは、例えばネジ２８によって固定されている。
また、ヒートシンク７の対向面７１には、本実施形態の特徴的構成である環状溝７３、７４が、対応する電子部品３１毎に形成されている。環状溝７３、７４の詳細については後述する。
【００２４】
「熱伝導材」としての放熱ゲル９は、基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間に充填され、電子部品３１及び環状溝７３、７４に接触している。放熱ゲル９は、例えばシリコーン等を主成分とする熱伝導性材料から構成されており、電子部品３１から発生する熱をヒートシンク７に伝導可能である。また、放熱ゲル９は、電気抵抗率が大きく概ね絶縁性である。
【００２５】
なお、本実施形態において、放熱ゲル９は、基板５（又はヒートシンク７）の全領域に塗布されているのではなく、電子部品３１毎に、電子部品３１に接触可能な程度の所定の領域に塗布されている。
【００２６】
（環状溝）
本実施形態の特徴である環状溝７３、７４について、図２及び図３を参照して説明する。
なお、以下では、複数の電子部品３１のうちの１つに対応する環状溝７３、７４について説明するが、他の電子部品３１に対応する環状溝７３、７４についても、同様の説明が適用される。
また、図３では、ヒートシンク７の対向面７１において、電子部品３１に対向する電子部品対向領域３１０を点線によって示し、放熱ゲル９が配置される放熱ゲル配置領域９０を一点鎖線によって示している。本実施形態において、電子部品対向領域３１０は、放熱ゲル配置領域９０の内側に配置される。
【００２７】
環状溝７３、７４は、対応する電子部品３１毎に、ヒートシンク７の対向面７１に形成されている。本実施形態の環状溝７３、７４は、環に囲われる領域７３０、７４０が電子部品３１に対向するように円環状に延びている。以下、環状溝７３、７４の外形が成す円の径方向を、単に「径方向」という。当該「径方向」は、環状溝７３、７４の溝幅方向と一致する。
なお、環状溝７３、７４の溝深さは、電子部品３１の放熱に影響しない程度の範囲である。
【００２８】
環状溝７３、７４は、互いに環の中心が略等しく、かつ、環の大きさが異なる。本実施形態において、環状溝７３、７４のうち、小さい方の環状溝７３は、電子部品対向領域３１０に配置されており、大きい方の環状溝７４は、電子部品対向領域３１０の外側であって、放熱ゲル配置領域９０の内側に配置されている。
【００２９】
また、環状溝７３、７４は、ヒートシンク７の対向面７１において径方向（図３の矢印Ｒ１方向）に段差を形成している。例えば、放熱ゲル９に対して径方向外側に向かって外力が加わった場合、環状溝７３、７４の成す段差、特に環状溝７３、７４が成す径方向外側の角部７３１、７４１によって、放熱ゲル９には大きな摩擦力が働く（図２参照）。よって、ヒートシンク７の対向面７１に対する放熱ゲル９の付着力は、径方向において向上している。
【００３０】
一方、ヒートシンク７の対向面７１において環状溝７３、７４の延伸方向（図３の矢印Ｒ２方向）には段差が存在しない。このため、放熱ゲル９に対して環状溝７３、７４の延伸方向へ外力が加わった場合、放熱ゲル９に働く摩擦力は比較的小さい。言い換えると、ヒートシンク７の対向面７１に対する放熱ゲル９の付着力は、環状溝７３、７４の延伸方向において比較的小さい。
【００３１】
よって、放熱ゲル９は、環状溝７３、７４によって、相対的に、径方向に移動し難い一方、環状溝７３、７４の延伸方向に移動し易い。なお、図３の矢印Ｒ２は反対向きでもよい。
【００３２】
（放熱ゲルの誘導）
以下、環状溝７３、７４による放熱ゲル９の誘導効果について、さらに図４、図５を参照して説明する。
【００３３】
本実施形態の駆動装置１では、温度変化によって、放熱ゲル９の膨張、基板５の反り、及び、ヒートシンク７の膨張等が発生する。これにより、基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間の隙間空間に占める放熱ゲル９の体積は相対的に増加することがある。放熱ゲル９の体積が相対的に増加すると、放熱ゲル９は、基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間に押し付けられて広がるように移動する。
【００３４】
ここで、基板５の第１主面５１とヒートシンク７の対向面７１との間の隙間Ｇが不均一になり、放熱ゲル配置領域９０において、隙間Ｇが相対的に大きい領域と、小さい領域とが存在する場合を想定する（図４及び図５参照）。
なお、以下では、放熱ゲル配置領域９０について、隙間Ｇが相対的に大きい領域を領域Ｌとし、隙間Ｇが相対的に小さい領域を領域Ｓとする。
【００３５】
この場合、放熱ゲル９の体積が相対的に増加すると、領域Ｓの放熱ゲル９は、矢印Ｒ３に示すように、環状溝７３、７４の環の内側から外側に向かって径方向に移動するよりも、矢印Ｒ４に示すように、放熱ゲル配置領域９０のうちの領域Ｌに向かって環状溝７３、７４の延伸方向に沿って移動する（図４及び図５参照）。すなわち、放熱ゲル９は、電子部品３１に接触可能な放熱ゲル配置領域９０から離れないように、環状溝７３、７４によって誘導される。その後、放熱ゲル９の体積が元に戻る場合、放熱ゲル９は環状溝７３、７４の延伸方向に沿って移動することで当初の状態に戻る。
以上によれば、放熱ゲル９は、その体積の相対的な増減が繰り返される場合であっても、電子部品３１から離れることが抑制される。
【００３６】
なお、上記では、隙間Ｇが不均一になった状態で熱伝導材の体積が相対的に増減する場合を説明しているが、駆動装置１の振動によって放熱ゲル９が移動する場合についても、環状溝７３、７４によって同様の効果が得られる。
【００３７】
ここで、本実施形態に対する比較例として、環状溝７３、７４の代わりに格子溝７００が形成されている構成を図１０に示す。比較例では、放熱ゲル９がある領域から格子溝７００に対して平行でない方向へ進んだ領域に（例えば図１０の領域Ａから領域Ｂに）移動する場合、格子溝７００の溝が交わる交点を経由する必要があり、移動し難い。すなわち、比較例では、放熱ゲル９を十分に誘導することができない。よって、放熱ゲル９が電子部品３１から離れ、放熱効率が低下する恐れがある。
このような比較例に対して、本実施形態によれば、温度変化や振動がある場合でも、放熱ゲル９が電子部品３１に確実に接触可能である電子装置を提供することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、環状溝７３、７４は、円環状に延びているため、放熱ゲル９をどのような方向にも誘導し易い。
また、本実施形態では、複数の環状溝７３、７４が形成されているため、単一の環状溝が形成される場合に比べて、放熱ゲル９をより効果的に誘導することができる。
【００３９】
また、本実施形態では、環状溝７３、７４がヒートシンク７の対向面７１に対して凹形状に形成されている。このため、特許文献１のような凹凸形状を形成する場合に比べて、基板５に反りが生じた場合に電子部品３１とヒートシンク７の対向面７１とが接触する可能性が低い。
【００４０】
また、駆動装置１が電動パワーステアリング装置に適用される場合、電動パワーステアリング装置は車両に設けられるため、車両の運転状況によって駆動装置１に温度変化や振動が生じる。本実施形態の駆動装置１は、温度変化や振動がある場合でも電子部品３１を確実に放熱することができるため、電動パワーステアリング装置に好適に利用できる。
【００４１】
（他の実施形態）
（ア）凸部の間の環状溝
上記実施形態では、ヒートシンク７の対向面７１が凹状に切り込まれることによって、環状溝７３、７４が形成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、他の実施形態では、図６に示すように、ヒートシンク７の対向面７１に複数の環状の凸部７５１、７５２、７５３が形成されることにより、互いに隣接する凸部７５１、７５２、７５３の間に環状溝７６、７７が形成されてもよい。環状溝７６、７７によっても、上記実施形態と同様、放熱ゲル９を誘導することができる。
【００４２】
（イ）環状溝の溝側面
上述の環状溝７３、７４、７６、７７の溝側面は、軸方向に対して傾斜していてもよい。このような構成によれば、傾斜がない場合に比べて放熱ゲル９に大きな摩擦力が働くため、電子部品３１から離れる側への放熱ゲル９の移動をより抑制することができる。
【００４３】
具体的には、図７に示すように、環状溝７３、７４の溝側面のうち、環の内側の溝側面７３２、７４２は、底側から開口側に向かうほど環の内側に位置するように、軸方向に対して傾斜していてもよい。
同様に、図８に示すように、環状溝７６、７７の溝側面のうち、環の内側の溝側面７６２、７７２は、底側から開口側に向かうほど環の内側に位置するように、軸方向に対して傾斜していてもよい。
このような構成によれば、放熱ゲル９が膨張して放熱ゲル配置領域９０の外側に広がった後、収縮して戻るとき、放熱ゲル９の移動が滑らかになる。これにより、放熱ゲル９の移動を抑制する効果に加え、放熱ゲル９が戻りきらずに分断されるということが防止される。
【００４４】
また、図９に示すように、環状溝７３、７４の溝側面のうち、環の内側の溝側面７３２、７４２だけでなく、環の外側の溝側面７３３、７４３が底側から開口側に向かうほど環の内側に位置するように軸方向に対して傾斜していてもよい。このような構成によれば、放熱ゲル９により大きな摩擦力が働くため、電子部品３１から離れる側への放熱ゲル９の移動をより抑制することができる。なお、環状溝７３、７４の環の外側の溝側面７３３、７４３のみが傾斜するように構成してもよい。
同様に、環状溝７６、７７の溝側面のうちの環の外側の溝側面が、軸方向に対して傾斜していてもよい。
【００４５】
なお、環状溝７３、７４の溝側面の傾く方向は、図７〜図９に示す例と反対側であってもよい。すなわち、環状溝７３、７４、７６、７７の溝側面は、底側から開口側に向かうほど環の外側に位置するように、軸方向に対して傾斜していてもよい。
【００４６】
（ウ）環状溝の形状及び数
環状溝７３、７４、７６、７７の環は、円環に限られず、どのような形状の環であってもよい。
また、上記実施形態において、１つの電子部品３１に対応する環状溝７３、７４、７６、７７の数は２つであるが、これに限られず、１つでもよいし、３つ以上であってもよい。
【００４７】
（エ）放熱ゲル
上記実施形態において、放熱ゲル９は、電子部品３１毎に、電子部品３１に接触可能な所定領域に塗布されているが、複数の電子部品３１に接触可能な所定領域に塗布されていてもよい。この場合にも、環状溝７３、７４、７６、７７は、電子部品３１毎に対応して形成されることが好ましい。
また、上記実施形態において、放熱ゲル９は、電子部品３１を全て覆っているが、例えば放熱板等、電子部品３１の一部である放熱部分のみに接触していてもよい。この場合、上記説明における電子部品対向領域３１０は、電子部品放熱部分対向領域に読み替え可能である。
【００４８】
（オ）駆動装置及び電子装置
他の実施形態では、駆動装置１は、電動パワーステアリング装置以外に用いられてもよい。また、本発明の電子装置は、駆動装置１のコントローラ３であることに限られず、他の電子装置であってもよい。
【００４９】
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３・・・コントローラ（電子装置）
３１・・・電子部品
５・・・基板
５１・・・第１主面（主面）
７・・・ヒートシンク
７１・・・対向面
７３、７４、７６、７７・・・環状溝
９・・・放熱ゲル（熱伝導材）
【図１】
0006398708.tif 000002
【図２】
0006398708.tif 000003
【図３】
0006398708.tif 000004
【図４】
0006398708.tif 000005
【図５】
0006398708.tif 000006
【図６】
0006398708.tif 000007
【図７】
0006398708.tif 000008
【図８】
0006398708.tif 000009
【図９】
0006398708.tif 000010
【図１０】
0006398708.tif 000011