(57)【要約】【課題】車載用電子装置などのゲルを使用している電子装置の放熱性を今まで以上に改善して、耐久性に優れた電子装置を提供する。【解決手段】電子装置１´は、パワー素子１０３を搭載する基板１と、この基板が配置されているケーシング３´と、基板表面を覆うゲル２０とを備える。ケーシング３´は、ゲル２０表面との間に空気層２２を残しながらゲルに部分的に浸れるカバー４を有する。【選択図】図９
2007281220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー素子を搭載する基板と、前記基板が配置されているケーシングと、前記基板の表面を覆うゲルとを備えた電子装置において、
前記ケーシングは、前記ゲルの表面との間に空気層を残しながら前記ゲルに部分的に浸れるカバーを有することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
パワー素子を搭載する基板と、前記基板を収容するケーシングと、前記ケーシングの口を塞ぐカバーと、前記ケーシング内で前記基板の表面を覆うゲルとを備えた電子装置において、
前記カバーは、前記ゲル表面との間に空気層を残しながら前記ゲルに部分的に浸れる構造をなしていることを特徴とする電子装置。
【請求項３】
前記カバーの内面には、前記ゲルに浸れる突起が設けられている請求項１又は２記載の電子装置。
【請求項４】
前記突起は、複数のフィンによりなる請求項３記載の電子装置。
【請求項５】
前記カバーは、カバー面がケーシング内側に突出して、この突出面が前記ゲルに部分的に浸り、突出面の周囲のカバー内面と前記ゲル表面との間に空気層を確保している請求項１記載の電子装置。
【請求項６】
前記カバーの外側面には、フィンが形成されている請求項１ないし５のいずれか１項記載の電子制御装置。
【請求項７】
絞り弁を有するスロットルボディと、モータと、前記モータの動力を前記絞り弁の軸に伝達する減速歯車機構と、前記減速歯車機構を覆うために前記スロットルボディの側壁に取付けられたギアカバーとを備えたモータ駆動式絞り弁制御装置において、
前記ギアカバーには、前記モータを駆動制御するためのパワー素子を備えた電子制御回路基板が実装され、
且つ、この実装構造は、前記電子制御回路基板を収容するために前記ギアカバーと一体成形されたケーシングと、前記ケーシング内で基板表面を覆うゲルと、前記ケーシングの口を塞ぐカバーとを備えており、前記カバーは、前記ゲルの表面との間に空気層を残しながら前記ゲルに部分的に浸れる構造をなしていることを特徴とするモータ駆動式絞り弁制御装置。
【請求項８】
前記カバーの内面には、前記ゲルに浸れる突起が設けられている請求項７記載のモータ駆動式絞り弁制御装置。
【請求項９】
前記カバーは、カバー面がケーシング内側に突出して、この突出面が前記ゲルに部分的に浸り、突出面の周囲のカバー内面と前記ゲル表面との間に空気層を確保している請求項７記載のモータ駆動式絞り弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー素子を有する電子装置に関する。例えば、車両のエンジンを制御する電子制御装置及びそれを搭載したモータ駆動式絞り弁制御装置に関する。特に、基板に搭載した電子部品を保護するためにゲルを用いる電子装置の放熱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のエンジンを制御する電子制御装置には、エンジンルーム内に配置されるものがある。例えば、モータ駆動式の絞り弁制御装置においては、例えば、特許文献１（特開２００４−２７３８７１号公報）に示すように、スロットルボディのギアカバーに絞り弁を駆動制御する電子制御装置が実装されている。
【０００３】
エンジンルーム内の電子制御装置は、湿気、結露などの水分付着を防止することが要求される。そのために、制御装置を収容するケーシング内には、基板に搭載した電子部品をゲル（例えばシリコーンゲル）で覆って、耐湿性を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２７３８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンルーム内に実装される電子制御装置は、パワー素子の放熱を良くすることが望まれる。一般に、パワー素子を用いる電子制御装置においては、特許文献１に記載されているように、基板を、ヒートシンク（例えばアルミプレート）を介してケーシング底部に接着している。このヒートシンクを介して、パワー素子の熱をケーシングに伝え、ケーシング表面から雰囲気に放熱している。
【０００６】
従来の放熱構造では、放熱はヒートシンクのある基板下面（ここでは、ヒートシンクと接着される側の基板面を「基板下面」或いは「基板下側」とする）から殆ど行われている。基板の上面（上側）は、前述したようにゲルで覆われており、このゲルの表面とケーシング開口を覆うケーシングカバーとの間には、空気層（空気スペース）が確保されている。この空気層は、ゲルの熱膨張を逃がす役割をなす。それによって、ゲルの熱膨張力がケーシングカバーにかかるのを防止している。反面、この空気層の存在によって、基板上面からはパワー素子の熱が殆ど放熱されていなかった。
【０００７】
本発明は、このようなゲルを使用している電子装置の放熱性を今まで以上に改善して、耐久性に優れた電子装置を提供することを意図する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基本的には、基板上を覆うゲルからケーシングに熱を伝える経路を設ける。具体的には、パワー素子を搭載する基板と、この基板が配置されているケーシングと、基板表面を覆うゲルとを備えた電子装置において、ケーシングは、ゲル表面との間に空気層を残しながらゲルに部分的に浸れるカバーを有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成により、ゲルの熱膨張を逃がすための空気層を確保しつつ、ゲルに浸漬されたケーシングカバーを介して、基板上面からケーシングにパワー素子の熱を逃がすことができる。したがって、基板下側からの放熱経路に加えて、基板上側からの放熱が可能となり、装置の放熱性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第１の実施例を、エンジン電子制御装置のひとつであるモータ駆動式絞り弁装置（電子制御スロットル装置）を一例として説明する。
【００１１】
図１に実施例の構造を適用した電子制御スロットル装置の断面図を示す。
【００１２】
まず、電子制御スロットル装置の全体概要を説明する。
【００１３】
スロットルボディ７は、絞り弁軸１９を、軸受７０，７１を介して回動可能に支持する。絞り弁１８を有する絞り弁軸１９の一端側は、スロットルボディ７の一側壁面上に突出し、その突出部に減速歯車機構の終段歯車１５ｃが固定されている。また、絞り弁軸１９の突出部の周囲に絞り弁軸１９を絞り弁閉側に付勢するリターンスプリング７２、絞り弁軸の初期開度（ディフォルト位置）保持に用いるディフォルトスプリング７３が実装されている。１７は、絞り弁の開度を検出するためのスロットル開度センサである。スロットル開度センサ１７は、ポテンショメータ式、磁気方式など種々のタイプが採用される。スロットル開度センサ１７のロータ（可動側要素）が、絞り弁軸１９の突出部に設けられ、固定側要素がギアカバー３に組み込まれている。
【００１４】
モータケーシング１４ａは、スロットルボディ７と一体成形される。モータケーシング１４ａ内に収容されるモータ１４は、絞り弁軸１９と並行配置される。モータ出力軸に減速歯車機構１５の初段歯車（ピニオン）１５ａが取付けられる。ピニオン１５ａと終段歯車１５ｃは、中間歯車１５ｂの大径歯車および小径歯車と噛み合っている。
【００１５】
絞り弁１８の開度は、スロットル開度センサ１７によって検出される。その検出信号は、センサ側のアルミワイヤ（ワイヤボンディング）１０ｂから、基板１上のスロットル制御装置１´へ入力され、この制御装置によって絞り弁１８の開度が算出される。
【００１６】
モータ１４には、スロットル制御装置１´のパワー素子を介して制御される駆動電流が、モータ側のアルミワイヤ（ワイヤボンディング）１０ａ，配線１１２，コネクタ１１０，モータ端子を介して供給される。モータ１４の回転トルクは、減速歯車機構１５を介して絞り弁軸１９に伝達される。それによって絞り弁１８は、リターンスプリング７２とバランスのとれる位置まで回転し、所定の開度が得られる。
【００１７】
ここで、図４を用いて基板１上のスロットル制御装置１´の回路構成を示す。
【００１８】
基板１上には、ボルテージレギュレータ１０１、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）１０２、パワー素子を含むモータドライバＩＣ（モータ駆動回路）１０３、シリアル通信回路１０６が搭載されている。
【００１９】
ボルテージレギュレータ１０１は、バッテリ１０４から入力されるバッテリ電圧を調整し基板１内の各回路へ電源電圧を供給する。シリアル通信回路１０６は、エンジン制御装置１０５から送信される目標開度信号を整形しＭＰＵ１０２へ入力する。ＭＰＵ１０２は、エンジン制御装置からの目標開度信号をもとに、スロットル開度センサ１７が出力するスロット開度センサ値によりフィードバックを行いながら、モータドライバＩＣ１０３へ制御信号を出力する。その信号によりモータドライバＩＣ１０３は、バッテリ１０４から電源供給を受け、モータ１４へ供給すべき電流を制御する。モータドライバＩＣ１０３部からのモータ４の駆動電流は通常で１.５Ａであり、ピークで５Ａに達する。その電流によりモータドライバＩＣ１０３部で発熱が発生する。
【００２０】
基板１は、アルミプレート（ヒートシンク）２に接着剤にて接着される。さらにアルミプレート２は、ギアカバー３と一体成形したケーシング３´の底部（内壁）に接着固定されている。基板１の表面はゲル２０にて覆われている。ゲル２０は例えばシリコーンゲルである。ケーシング３´の開口は、ケーシングカバー４にて蓋をされている。
【００２１】
ギアカバー３は、減速歯車機構１５を覆うために、スロットルボディ７の一側壁に取付けられている。
【００２２】
図２は、ケーシング３´と一体に成形されたギアカバー３を、スロットルボディ７から取り外してその内側からみた図である。図２では、ケーシング３´の開口を覆うケーシングカバー４を取り外してケーシングカバー内側を見た状態を示している。
【００２３】
図２に示すように、ギアカバー３の内側には、基板１を収容するためのケーシング（基板収容部）３´と、スロットル開度センサ１７を覆うセンサ収容部１７´とが互いに隣接して形成されている。
【００２４】
スロットル開度センサ１７は、スロットル制御回路基板１に設けた端子とアルミワイヤ１０ｂとを介して電気的に接続されている。ここには図示しないエンジン制御装置からのシリアル信号およびバッテリからの電源電圧は、ギアカバー３（ケーシング３´）に設けた外部接続用のコネクタ１３及びアルミワイヤ１０ｃを介して、基板１のスロットル制御装置１´へ入力される。
【００２５】
ギアカバー３（ケーシング３´）の側壁には、モータ接続コネクタ１１０が設けられ、モータ接続コネクタ１１０の端子の一部１１０ａがケーシング３´内底に露出し、この端子１１０ａが基板１の出力端子とアルミワイヤ１０ｃを介して電気的に接続される。このアルミワイヤ１０ｃ，モータ接続コネクタ１１０の端子を介してモータ１４へ電流が供給される。
【００２６】
図１に示すように、スロットル開度センサ１７とワイヤボンディング１０ｂ間の配線１１１、及びワイヤボンディング１０ｃとモータ接続コネクタ１１０間の配線１１２とは、インサートモールドによりギアカバー３（ケーシング３´）内に埋設されている。
【００２７】
次に、スロットル制御回路（電子装置）の実装構造及び放熱構造の詳細を図５及び図６を用いて説明する。
【００２８】
図５は、本発明の第１実施例に係るスロットル制御回路基板１の実装構造及び放熱構造を示す断面図であり、図１を部分的に拡大したものである。図６は従来のスロットル制御回路基板の実装構造及び放熱構造を示すものである。
【００２９】
基板１は、モータドライバＩＣ１０３およびここには図示しない各種電子部品を搭載したセラミック基板であり、アルミプレート２にシリコン接着剤で接着される。そしてアルミプレート２はケーシング３´の内底（内壁）へ接着固定される。ケーシング３´の開口は、ケーシングカバー４により閉ざされる。ケーシングカバー４は、その縁に設けた凸部４６がケーシング３´に設けた溝部４７に嵌り且つその嵌合部で接着されている。ケーシング３´内部には基板１上の電子部品保護のためゲル２０が注入され、ゲル２０は基板１面を覆っている。ゲル２０とケーシングカバー４の間には、ゲルの熱膨張を逃がすための隙間があり、そこは空気層（空気スペース）２２となっている。
【００３０】
なお、空気層２２の空気の熱膨張は、図２及び図３に示すように、ケーシング３´に設けた通気孔２３を介して外部に逃がすことができる。通気孔２３は、例えばケーシング３´の縁取りの一部からコネクタ１３にかけて設けられる。
【００３１】
モータドライバＩＣ１０３で発生した熱の放熱経路は、アルミプレート２が接着された基板１の下側からと、ゲル２０に覆われた基板１の上側からの二経路存在する。
【００３２】
基板１下側からの放熱は、基板１を通してアルミプレート２に伝わり、アルミプレート２から樹脂製のケーシング３´へ伝わり、その樹脂製のケーシング３´から雰囲気へ放熱される。
【００３３】
次に基板上側からの放熱について述べる。
【００３４】
樹脂ケーシング３´は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ゲル２０は、シリコーンゲルである場合について説明する。これらの部材と空気２２の熱伝導率を比べると、ゲル２０が０.１５Ｗ／ｍ・ｋであり、樹脂ケーシング３´が０．２４Ｗ／ｍ・ｋであるに対し、空気の熱伝導率は０.０２４Ｗ／ｍ・ｋとなっており、空気の熱伝導率はゲルに比べ小さくなっている。
【００３５】
このため従来の放熱構造では、基板１からゲル２０に伝わった熱は、ケーシングカバー４とゲル２０表面間の空気層２２によりケーシングカバー４への伝熱が抑えられ、放熱が殆どできなかった。
【００３６】
これに対して、本実施例の放熱構造では、ケーシングカバー４の内側に、突起２１（本実施例では、複数のフィン）を、カバー４と一体成形することにより設けた。この突起２１は、ゲル２０に浸漬されるように設定されている。ただし、突起２１が、基板１上の電子部品に当ると電子部品が損傷するおそれがあるので、基板面には届かない（当らない）ようにしてある。基板１の上側からの熱は、ゲル２０から樹脂製のケーシングカバー４の突起２１へ伝わり、そしてケーシングカバー４から雰囲気へ放熱される。また、ケーシングカバー４からケーシング３´に熱が伝わり、雰囲気へ放熱される。
【００３７】
本実施例では、ケーシングカバー４は樹脂製となっているが、この材質をアルミ等金属とすると更に放熱性を良くすることができる。
【００３８】
さらに、本実施例によれば、ギアカバー３の内側に位置するケーシングカバー４のうち、減速歯車機構１５の収容スペースに臨む面には、中間歯車１５ｂのシャフト１１３の一端を受け入れる窪み４０やモータピニオン１５ｂを受け入れる窪み４１を設けるので、減速歯車機構１５とケーシング３´との集約密度を高めることができる。また、これらの窪み４１、４２に加えて複数の段差面４２を形成することで、ケーシングカバー４の放熱面積を増大させることができる。
【００３９】
したがって、本実施例によれば、モータ駆動式絞り弁装置の電子制御装置を大形化することなく、パワー半導体素子の放熱効果を高めて、絞り弁装置の安全性、性能向上を図ることができる。
【００４０】
本発明の特徴は、上記突起２１に示すように、ケーシングカバー４は、ゲル表面との間に空気層２２を残しながらゲル２０に部分的に浸れる構造をなしている点にある。
【００４１】
図７に、本発明の第２の実施例を適用した電子制御スロットル装置の構造図を示す。
【００４２】
なお、図中、第１実施例で説明した符号と同一の符号は、同一要素を示すものである。
【００４３】
本実施例と第１実施例との相違点は、ケーシング３´のレイアウトにある。すなわち第１実施例では、ギアカバー３の内側に、基板１を収容するためのケーシング（基板収容部）３´を設けたが、本実施例では、ギアカバー３の外側に、基板１を収容するためのケーシング（基板収容部）３´を設けた。すなわち、ケーシング３´の口は、ギアカバー３の外側に向けて開口している。ケーシング３´を閉ざすケーシングカバー４の内面には、既述した突起２１が設けられている。
【００４４】
図８は、本発明の第２実施例の基板の実装構造および放熱構造を示す部分拡大断面図である。
【００４５】
ケーシングカバー４内側には、ゲル２０からケーシングカバー４への伝熱用突起２１が設けられ、そして、ケーシングカバー４外側表面には、ケーシングカバー４へ伝わった熱を雰囲気へ放熱するための放熱フィン３１が設けられている。
【００４６】
本実施例は、モータからの熱で電子制御スロットル装置内部の温度が外部雰囲気より高くなる場合でも、上記突起２１及びフィン３１を設けることで、ケーシングカバーから雰囲気への放熱が行えるようになり、基板１の温度上昇を抑えるうえで効果がある。
【００４７】
さらに、本実施例によれば、ケーシング３´のうち、減速歯車機構１５の収容スペースに臨む面には、中間歯車１５ｂのシャフト１１３の一端を受け入れる窪み５０や連続的に繰り返す凹凸面５１を設けるので、ケーシング３´の放熱面積を増大させることができる。
【００４８】
なお、本発明の放熱構造は、そのほかにも種々の形態を採用し得る。
【００４９】
例えば、図９、図１０に示すように、ケーシングカバー４は、そのカバー面の一部（例えば中央領域）４´が内側に突出して、この突出面４´がゲル２０に部分的に浸るようにしてもよい。突出面４´の周囲のカバー内面とゲル表面との間には、空気層（例えば環状の空気層）が確保される。この突出面４´は基板１に至らない高さにしてある。
【００５０】
また、図９の実施例においては、ケーシングカバー４のカバー外側面には、放熱促進のためのフィン３１をカバー４と一体成形することにより設けている。
【００５１】
図１０の実施例においては、ケーシングカバー４の内側面、外側面の両面を連続的に繰り返される凹凸構造にしてカバー４の放熱面積（放熱容量）を増大させている。
【００５２】
図９、図１０の実施形態によれば、ケーシングカバー４は、ゲル２０の熱膨張を逃がすための空気スペースを確保しつつ、カバー４のゲル２０の接触面積を増大させてパワー素子の放熱性能を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の放熱構造を、車両用電子装置に適用すると、エンジンルームといった結露が生じ易く、厳しい温度環境にある雰囲気の下に実装される電子装置であっても、耐湿性と放熱性の要求を満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施例に係る電子制御スロットル装置の断面図。
【図２】上記実施例の電子制御スロットル装置におけるギアカバー内部を示す平面図。
【図３】上記実施例のギアカバー（ケーシング）のコネクタ付近を示す断面図。
【図４】上記実施例の回路構成図。
【図５】上記実施例のスロットル制御回路基板の実装構造及び放熱構造を示す断面図。
【図６】従来のスロットル制御回路基板の実装構造及び放熱構造を示す断面図。
【図７】本発明の第２実施例に係る電子制御スロットル装置の断面図。
【図８】第２実施例のスロットル制御回路基板の実装構造及び放熱構造を示す断面図。
【図９】本発明を適用するスロットル制御回路基板の他の実装構造及び放熱構造を示す断面図。
【図１０】本発明を適用するスロットル制御回路基板の他の実装構造及び放熱構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００５５】
１…基板、１´…制御装置、２…アルミプレート、３…ギアカバー、３´…ケーシング、４…ケーシングカバー、４´…カバー凸面、７…スロットルボディ、１０…アルミワイヤ、１３…コネクタ、１４…モータ、１５…減速歯車機構、１７…スロットル開度センサ、１８…絞り弁、１９…絞り弁軸、２０…ゲル、２１…突起、２２…空気層、３１…放熱フィン。
【図１】
2007281220.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007281220.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007281220.tif 000009
【図８】
2007281220.tif 000010
【図９】
2007281220.tif 000011
【図１０】
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