(57)【要約】【課題】  金型が不要で安価に製造でき、コンパクトな自動車空調機用風量制御モジュールを提供する。【解決手段】  回路基板２２としてホーロー基板２７を用い、回路基板２２に実装したパワートランジスタ２４を冷却する放熱部材として、金属平板からなる放熱板２３を用いる。ベースハウジング２５は中空で下方に開口するコネクタ装着部２５ｂを持つ。回路基板２２を、パワートランジスタ２４を実装した上部が露出するようにベースハウジング２５に取り付ける。放熱板２３を、パワートランジスタ２４の本体部に面接触するようにして、回路基板２２に取り付ける。放熱部材として金属平板を使用するので、複数枚のフィンを持つヒートシンクと比べて、コンパクトであり、金型が不要で安価に製造できる。パワートランジスタ２４が風で直接冷却されるので、良好な冷却効果が得られる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワートランジスタを実装した回路基板と、この回路基板に設けた端子へのコネクタ装着部を持つベースハウジングと、前記パワートランジスタの放熱を行う放熱部材とを備えた自動車空調機用風量制御モジュールであって、
回路基板としてホーロー基板に導体ペーストを塗布し焼成して回路を形成した回路基板を用い、この回路基板を、端子を形成したその下部がベースハウジング内に収容されるようにベースハウジングに取り付け、金属平板からなる放熱板を、ベースハウジングの外で回路基板に対向させて平行に設けかつ回路基板のベースハウジング外の部分に実装されたパワートランジスタの本体部に面接触させたことを特徴とする自動車空調機用風量制御モジュール。
【請求項２】
前記放熱板を回路基板に固定したことを特徴とする請求項１記載の自動車空調機用風量制御モジュール。
【請求項３】
前記放熱板を、当該放熱板と回路基板とでパワートランジスタの本体部を挟み付けるようにして、ネジで回路基板に固定したことを特徴とする請求項１記載の自動車空調機用風量制御モジュール。
【請求項４】
前記回路基板の回路の途中に、面実装型の温度ヒューズを設けたことを特徴とする請求項１〜３記載の自動車空調機用風量制御モジュール。
【請求項５】
前記回路基板の回路の途中に、導電ペーストで形成したヒューズベース上にヒューズはんだを設置して構成した温度ヒューズを設けたことを特徴とする請求項１〜３記載の自動車空調機用風量制御モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワートランジスタを実装した回路基板、及びパワートランジスタの放熱を行う放熱部材を備え、ブロワの通風路に設置される自動車空調機用風量制御モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の空調機の風量を調整する風量制御モジュールは、パワートランジスタを実装した回路基板を備え、ブロワモータの電気回路に直列に設置されて、ブロワモータの回転数を制御するために使用される。図５は自動車の空調機ユニットを模式的に示すもので、１はブロワファン１ａ及びこれを駆動するブロワモータ１ｂを備えたブロワユニット、３は風量制御モジュール、４は熱交換機である。風量制御モジュール３は、ブロワユニット１の近傍やダクト５内等の通風路に設置され、パワートランジスタで発生する熱を放熱部３ａから逃がすことによりパワートランジスタを冷却しながら使用される。３ｂはワイヤハーネスのコネクタを装着するコネクタ装着部である。矢印は風の流れを示す。
【０００３】
図６に従来の自動車空調機用風量制御モジュール１１を示す。この風量制御モジュール１１は、風量制御用の電子部品及びワイヤハーネスのコネクタと接続するための金属端子片１７を取り付けた回路基板１２を、放熱用の複数枚のフィン１３ａを持つヒートシンク１３の底面ａ（図では上面：フィン１３ａと反対側の面を底面と呼ぶ）に間隔をあけて取り付け、回路基板１２の下面に、リード１４ａを直角に折り曲げる形で実装したパワートランジスタ１４の本体部（パッケージ部）を、ヒートシンク１３の底面に固定ネジ１６により面接触状態で固定し、回路基板１２や金属端子片１７等を囲むプラスチックのケースであるベースハウジング１５を、ヒートシンク１３の底面に固定している。この風量制御モジュール１１は、風がヒートシンク１３のフィン１３ａ間を通るような向きで、取り付けられる。
回路基板１２はヒートシンク１３に設けた突出部１３ｂに取り付けられている。ベースハウジング１５の金属端子片１７を収容する中空部分は、ワイヤハーネスのコネクタを装着するコネクタ装着部１５ａを構成する。一般に、ヒートシンク１３にはアルミ材が使用され、回路基板１２にはガラスエポキシ基板が使用されている。ヒートシンク１３は、放熱性と設置スペースの要求から、形状は多種多様である。なお、回路基板１２の金属端子片１７は上面から見て縦横に２つずつ並ぶ態様で４つ取り付けられている。また、１８は回路基板１２の回路に接続された温度ヒューズであり、前記固定ネジ１６で一端を固定されたヒューズ押さえ１９の他端側で押さえられている。また、２０は回路基板１２に実装された電子部品を示す。
【特許文献１】実開平５−４３５５２号
【特許文献２】実開平７−３１０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の風量制御モジュール１１は、放熱部材であるヒートシンク１３が複数枚のフィン１３ａを持つ特殊な形状であるため、これを製造する金型の費用が特に高く、コストアップの要因になっている。
また、複数枚のフィン１３ａを持つヒートシンク１３の体積は大きく、設置スペース上の制約がある。また、輸送に占める１個あたりの占有体積が大きいため、輸送効率が悪いという問題もある。
また、部品として上記の通り、回路基板１２、ヒートシンク１３、パワートランジスタ１４、ベースハウジング１５、固定ネジ１６、電子部品２０が必要であり、また金属端子片１７が必要であり、さらに、従来手作業で設置している別部材の温度ヒューズ１８及び温度ヒューズ押さえ１９等が必要で、部品点数が多いため、部品点数を削減して安価に製造できるようにすることが望まれている。
【０００５】
本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、金型が不要で安価に製造することができ、また部品点数が削減されてこの点でも安価に製造することができ、さらに、コンパクト化が図られて取り付けスペースを小さくしかつ輸送効率を向上させることができる自動車空調機用風量制御モジュール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】
【０００６】
上記課題を解決する本発明は、パワートランジスタを実装した回路基板と、この回路基板に設けた端子へのコネクタ装着部を持つベースハウジングと、前記パワートランジスタの放熱を行う放熱部材とを備えた自動車空調機用風量制御モジュールであって、
回路基板としてホーロー基板に導体ペーストを塗布し焼成して回路を形成した回路基板を用い、この回路基板を、端子を形成したその下部がベースハウジング内に収容されるようにベースハウジングに取り付け、金属平板からなる放熱板を、ベースハウジングの外で回路基板に対向させて平行に設けかつ回路基板のベースハウジング外の部分に実装されたパワートランジスタの本体部に面接触させたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２は、請求項１において、放熱板を回路基板に固定したことを特徴とする。
請求項３は、請求項１又は２において、放熱板を、当該放熱板と回路基板とでパワートランジスタの本体部を挟み付けるようにして、ネジで回路基板に固定したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４は、請求項１〜３において、回路基板の回路の途中に、面実装型の温度ヒューズを設けたことを特徴とする。
請求項５は、請求項１〜３において、回路基板の回路の途中に、導電ペーストで形成したヒューズベース上にヒューズはんだを設置した温度ヒューズを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の自動車空調機用風量制御モジュールにおいて、パワートランジスタに発生した熱は、金属平板である放熱板に伝わり、その表面から逃げて、冷却される。
この風量制御モジュールによれば、放熱板が単なる１枚の金属平板であっても、従来ベースハウジング内に収容されていた発熱源であるパワートランジスタがベースハウジングの外に配置されて風が当たり、その風による直接的な冷却もなされるので、良好な放熱効果が得られる。また、金属平板に直接パワートランジスタを取り付けるので、放熱効率が良好である。これにより、従来のヒートシンクと同等ないしそれ以上の放熱効果が得られる。
【００１０】
放熱部材として用いる金属平板は、アルミ板や銅板や鉄板など、市販の標準材を使用することができるので、コストを安くできる。特に、金型で製造する必要のある従来のヒートシンクと比べて、製品コストを大幅に下げることができる。
【００１１】
放熱部材として金属平板を使用するため、ヒートシンクと比べて体積が著しく小さくなり、コンパクト化が図られる。これにより、風量制御モジュールの空間的な設置スペースを小さくすることができ、また、輸送効率も向上する。また、放熱板が平板状であるからべースハウジングの幅を小さくすることができ、このためブロワユニットヘの平面的な取付け寸法を小さくできる。
また、ベースハウジングは、回路基板の下部のみを収容すればよいので、回路基板全体を収容する従来のベースハウジングと比べて、コンパクトになる。
【００１２】
また、ワイヤハーネスのコネクタが接続される端子が回路基板自体に形成されているので、従来回路基板に取り付けていた別部材の金属端子片が不要となる。これにより、部品点数が削減され、回路基板が簡潔な構造となり、また、回路基板の組み立てや取り扱いが容易になる。
【００１３】
請求項２によれば、放熱板が回路基板に固定されるので、ベースハウジングを、放熱部材を別途取り付け可能な構造とする必要がなく、ベースハウジングの構造が簡略化される。その場合、請求項３のように、パワートランジスタを挟持する形で放熱板を回路基板に固定ネジで固定すると、構造が特に簡潔になり適切である。
【００１４】
請求項４あるいは請求項５のように、回路基板の回路の途中に面実装型の温度ヒューズあるいはヒューズはんだによる温度ヒューズを設置する場合、ヒューズ押さえが不要となるので、部品点数が削減される。また、抵抗やコンデンサの実装と一緒に一度に機械で設置することができるので、別途手作業で設置する部品としての温度ヒューズが不要となり、回路基板の作製の能率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施した自動車空調機用風量制御モジュールについて、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の一実施例の自動車空調機用風量制御モジュール２１を示すもので、（イ）は正面断面図、（ロ）は平面図、図２は図１（イ）のＡ−Ａ断面図である。同図において、２２は自動車空調機の風量制御回路を形成した回路基板、２３は金属平板からなる放熱板、２４は回路基板２２に実装されたパワートランジスタ、２５はベースハウジングである。
【００１７】
本発明では回路基板２２の基板として、鋼板等の金属板の表面にガラスを高温で融着させてガラス被覆を形成したホーロー基板２７を用いる。図３は回路２８を形成した回路基板２２の一例を示した拡大正面図で、この回路２８は、ホーロー基板２７に銀ペースト等の導体ペーストをスクリーン印刷し焼成して形成したものである。この回路基板２２には自動車空調機の風量制御回路が形成されており、図１、図２のようにパワートランジスタ２４を実装しており、さらに、面実装型の温度ヒューズ３２が実装され、異常時の保護を行うようになっている。但し、温度ヒューズ等を設けない場合もある。なお、３３は抵抗やコンデンサ等の電子部品であり、一例として示した。３４は電気絶縁や防水のための被覆であり、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等、電気絶縁性能、防水性能に合わせて選択されるが、金属酸化物等の充填材により熱伝導率を高めたものが望ましい。
【００１８】
ベースハウジング２５はプラスチック製の中空状であり、上面部に前記回路基板２２を挿入する細長い矩形状の回路基板挿入口２５ａを持ち、下方がワイヤハーネスのコネクタを挿入するコネクタ装着部２５ｂとして開口している。また、上面部にダクト等に固定するための鍔部２５ｃを形成し、これに取付穴２５ｄをあけている。この風量制御モジュール２１は、ベースハウジング２５の前記取付穴２５ｄに通したネジで、ブロワユニット１内ないしダクト５（図５参照）等に固定することができる。
なお、ベースハウジング２５の材料としては、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリアミド＋ポリフェニレンオキサイド（ＰＡ＋ＰＰＯ）等のポリマーアロイ、あるいは、これらにタルク等充填材を混ぜたものを利用することができる。
【００１９】
図３にも示すように、前記回路基板２２の下部は櫛歯状にされ、櫛歯の各歯に回路２８の一部である端子２８ａが形成されている。すなわち、この端子２８ａは、前述した導体ペーストのスクリーン印刷、焼成による回路２８の形成の際に同時に形成する。回路基板２２は、その下部がベースハウジング２５内に収容されるようにベースハウジング２５に取り付けられている。図示例では、回路基板２２を回路基板挿入口２５ａからベースハウジング２５内に差し込んだ時に、回路基板２２にあけた係合穴２２ａにベースハウジング２５の内部に設けた爪２５ｅが係合して、ベースハウジング２５に取り付けられるようになっている。回路基板２２の回路基板挿入口２５ａへの入口部周囲には、シリコーン樹脂等のシール材２６が充填されており、ブロワユニツト又はダクト内の水分やほこりが、回路基板２２と回路基板挿入口２５ａとの隙間からベースハウジング２５内に入らないようにシールしている。なお、シールしない構造も考えられる。
ベースハウジング２５は、上記の通り、回路基板２２の下部のみを収容するものなので、従来のベースハウジングと比べてコンパクトにできる。
【００２０】
前記放熱板２３は矩形状の金属平板からなっている。放熱板２３として純アルミ板又はアルミ合金板を用いることができる。また、アルミ板に限らず、銅板、鉄板等の種々の金属平板を用いることができるが、熱伝導率の高いものが好ましい。
この放熱板２３は、当該放熱板２３と回路基板２２とでパワートランジスタ２４の本体部（パッケージ部）を挟み付けるようにして、固定ネジ３１で回路基板２２に固定されている。図示の固定ネジ３１はタッピンネジであり、回路基板２２及びパワートランジスタ２４を貫通して放熱板２３にねじ込まれる。図３の符号２２ｂは回路基板２２にあけた固定ネジ挿通穴を示す。パワートランジスタ２４は回路基板２２にリード２４ａが接続されて実装されているが、その本体部（パッケージ部分）は、放熱板２３に面接触している。
上記のように、放熱板２３が回路基板２２に固定されているので、ベースハウジング２５は、放熱部材を別途取り付け可能な構造とする必要がなく、ベースハウジング２５の構成が簡略化される。
なお、放熱板２３の回路基板２２への取り付けは、パワートランジスタ２４を貫通しない固定ネジで行ってもよい。また、ネジによらずに、放熱板２３と回路基板２２とを、両者が互いに係合する形状として、両者２２、２３間にパワートランジスタ２４が挟持される構造でもよい。また、放熱板２３は、実施例のように回路基板２２に取り付けるのが適切であるが、例えば、放熱板２３にあけた取付穴をベースハウジング２５側に設けた爪に係合させる等の構造によって、ベースハウジング２５に直接取り付けることも可能である。この場合でも、放熱板２３は、回路基板２２に対向させて平行に設け、かつ、パワートランジスタ２４の本体部に面接触させる。
また、放熱板２３は、金属平板からなるが、全体が平面状であることは必ずしも必要としない。例えば、回路基板２２への取り付け個所等との関係で、部分的に折り曲げた形状とすることも考えられる。
【００２１】
上記回路基板２２に設けた温度ヒューズ温度ヒューズ３２は面実装型の温度ヒューズであるが、図４に示すようなヒューズはんだによる温度ヒューズ３５を設けてもよい。この温度ヒューズ３５について説明すると、図４（イ）に示すように、ホーロー基板２７上の回路２８の途中に導電ペーストによるヒューズベース２８ｂを形成し、ヒューズベース２８ｂの近傍を除く基板回路面を回路保護用の保護ガラス２９で被覆した後、保護ガラス２９の開口２９ａ内のヒューズベース２８ｂの上に図４（ロ）、（ハ）に示すようにヒューズはんだ３０を設置する。ヒューズベース２８ｂは、溶融したはんだの中に溶け込み易い金属すなわちはんだ溶食現象を生じ易い金属のペーストで形成する。図示例のヒューズベース２８ｂは、左右の幅広部２８’ｂとそれをつなぐ細い幅狭部２８”ｂとからなっている。
何らかの異常でホーロー基板２７の温度が上昇した時、その熱でヒューズはんだ３０が溶融し、ヒューズベース２８ｂを溶食して消失させるとともに、溶融はんだが表面張力ないし界面張力で丸まった状態となることで、回路を遮断する。
この温度ヒューズ３５は、抵抗やコンデンサ等の他の電子部品と一緒に一度に機械により設置できる。したがって、このヒューズはんだによる温度ヒューズ３５、あるいは前述の面実装型の温度ヒューズ３２によれば、手作業で設置する従来の温度ヒューズ１８と比べて、回路基板の作製の能率が向上する。また、伴いヒューズ押さえも不要となるので、部品点数が削減される。
【００２２】
上記の風量制御モジュール２１において、放熱板２３が単なる１枚の金属平板であっても、従来ベースハウジング内に収容されていた発熱源であるパワートランジスタがベースハウジングの外に配置されて風が当たり、その風による直接的な冷却もなされるので、また、金属平板（放熱板２３）に直接パワートランジスタ２４を取り付けるので、放熱効率が良好であり、次に述べる試験結果の通り、従来のヒートシンクと同等ないしそれ以上の放熱効果が得られる。
【００２３】
上記の風量制御モジュール２１における放熱板２３の冷却効果及びパワートランジスタ２４に直接風が当たることによる冷却効果は、金属平板である放熱板２３の厚み、面積、及び放熱板部を流れる風量により変わり、パワートランジスタ２４の温度は、これらの冷却効果とパワートランジスタ２４の発熱量によって決まる。放熱板２３としてアルミ板を用いて上記の風量制御モジュール２１を試作し、冷却効果を試験したが、表１に示す通り、パワートランジスタ２４に要求される冷却効果が得られることを確認した。
試作品の放熱板は、試料１が厚み３ｍｍ、試料２が厚み５ｍｍで、いずれも幅６５ｍｍ×高さ１００ｍｍの純アルミ板である。いずれも回路基板２２の被覆３４がない状態で試験した。また、パワートランジスタは市販品でその出力は５５Ｗである。ブロワ送風の風の温度は２６℃、風速は１３ｍ／秒である。比較例１は、この市販のパワートランジスタに装着されていたヒートシンクである。
パワートランジスタの温度上昇は、試料１では４２．２℃、試料２では３８．１℃という結果が得られた。これに対して、比較例のヒートシンクの場合の温度上昇が５１．９℃であった。試験に用いた国内製パワートランジスタのメーカー仕様は許容温度上昇が９０℃であり、許容温度以下である。なお、海外製品では雰囲気温度６０℃での許容温度上昇が１１５℃という例もあり、アルミ板からなる放熱板がパワートランジスタの放熱部材として有効であるといえる。
【００２４】
【表１】
2005289243.tif 000003
【００２５】
放熱部材（放熱板２３）として用いる金属平板は、アルミ板や銅板や鉄板など、市販の標準材を使用することができるので、コストを安くできる。特に、金型で製造する必要のある従来のヒートシンクと比べて、製品コストを大幅に下げることができる。
放熱部材（放熱板２３）として金属平板を使用するため、ヒートシンクと比べて体積が著しく小さくなり、コンパクト化が図られる。これにより、風量制御モジュールの空間的な設置スペースを小さくすることができ、また、輸送効率も向上する。また、放熱板が平板状であるからべースハウジングの幅を小さくすることができ、このためブロワユニットヘの平面的な取付け寸法を小さくできる。
また、ワイヤハーネスのコネクタが接続される端子２８ａが回路基板２２自体に形成されているので、従来回路基板に取り付けていた別部材の金属端子片が不要となる。これにより、部品点数が削減され、回路基板が簡潔な構造となり、また、回路基板の組み立てや取り扱いが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例の自動車空調機用風量制御モジュールを示すもので、（イ）は正面断面図、（ロ）は平面図である。
【図２】図１（イ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】回路基板の導体パターンを示した拡大正面図である。
【図４】回路基板に形成した温度ヒューズを説明するもので、（イ）はヒューズはんだを設置する前の状態の平面図、（ロ）はヒューズはんだを設置した後の温度ヒューズの平面図、（ハ）は（ロ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】本発明及び従来例に共通の図で、自動車の空調機ユニットを模式的に示した図である。
【図６】従来の自動車空調機用風量制御モジュールの正面断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
２１    風量制御モジュール（自動車空調機用風量制御モジュール）
２２    回路基板
２２ａ    係合穴
２２ｂ  固定ネジ挿通穴
２３    放熱板
２４    パワートランジスタ
２４ａ    リード
２５    ベースハウジング
２５ａ    回路基板挿入口
２５ｂ    コネクタ装着部
２５ｃ    鍔部
２５ｄ    取付穴
２５ｅ    爪
２６    シール材
２７    ホーロー基板
２８    回路
２８ａ    端子
２８ｂ    ヒューズベース
２９    保護ガラス
３０  はんだ
３１  固定ネジ
３２、３５  温度ヒューズ
３３  電子部品
３４  被覆
【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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