(57)【要約】【課題】スイッチング素子と回路基板とを樹脂ケース内に収納した電気負荷の駆動装置において、回路基板や放熱板を大きくすることなく、絶縁性及び放熱性を確保する。【解決手段】複数の電気負荷を個々に通電制御するため、駆動装置には、各電気負荷に対応した複数のスイッチング素子２が設けられる。各スイッチング素子２は、絶縁層４を介して放熱板６に積層され、しかも、放熱板６は、各スイッチング素子２の積層面とは反対側の面が外部に露出するように、樹脂ケース８の開口部に設けられる。また、樹脂ケース８には、各スイッチング素子２のドレインＤを電源ラインに接続するためのバスバー（電源端子）１２が一体形成されており、スイッチング素子２のドレインＤは、樹脂ケース内でこのバスバー１２に直接接続されている。この結果、回路基板や放熱板を大きくすることなく、絶縁性及び放熱性を確保でき、駆動装置を小型化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御端子と一対の入出力端子とを備え、該一対の入出力端子を介して電気負荷の通電経路上に配置されるスイッチング素子と、
前記制御端子に制御信号を入力することにより前記スイッチング素子をオン／オフさせて、前記電気負荷に流れる電流を制御する制御回路が形成された回路基板と、
前記スイッチング素子が積層され、前記スイッチング素子が発生した熱を放熱する放熱板と、
該放熱板の前記スイッチング素子の積層面とは反対側の面が外部に露出した状態で、前記スイッチング素子、前記回路基板及び前記放熱板を収納する樹脂ケースと、
を備え、
前記一対の入出力端子の一方を外部の電源ラインに接続するための電源端子が前記樹脂ケースに一体形成され、該電源端子と前記一対の入出力端子の一方とが前記樹脂ケース内で直接接続されると共に、
前記放熱板と前記スイッチング素子との間に絶縁層が形成されるか、又は、前記放熱板の樹脂ケース外部への露出面が絶縁塗装されていることを特徴とする電気負荷の駆動装置。
【請求項２】
前記放熱板には、前記スイッチング素子が複数積層されており、
前記電源端子には、前記複数のスイッチング素子の入出力端子の一方が夫々接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電気負荷の駆動装置。
【請求項３】
前記樹脂ケースには、前記電源端子に加えて、前記スイッチング素子の一対の入出力端子の他方を電気負荷に接続するための接続端子が一体形成されており、
該接続端子には、前記樹脂ケース内で、前記スイッチング素子の一対の入出力端子の他方が直接接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気負荷の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気負荷への通電経路上に設けられたスイッチング素子とこのスイッチング素子をオン・オフさせて電気負荷に流れる電流を制御する制御回路とを備えた電気負荷の駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気負荷への通電制御に用いられるＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子は、スイッチングによる温度上昇を防止するため、通常、放熱用の金属板（つまり放熱板）に積層されて使用される。
【０００３】
また、例えば、複数のスイッチング素子を一つのパッケージにまとめて使用する場合には、スイッチング素子の入出力端子であるドレイン又はソースを金属板（放熱板）に直接接続することによって、金属板（放熱板）を、各スイッチング素子共通のドレイン端子又はソース端子とすることも知られている（例えば、特許文献１，２等参照）。
【特許文献１】特開平０５−３３５４７９号公報
【特許文献２】特開平１１−５４７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、スイッチング素子を電気負荷の通電経路上に配置して、電気負荷への通電電流を制御するのに使用する場合、上記のように、放熱板にスイッチング素子の入出力端子の一方（つまりドレイン又はゲート）を直接接続するようにすると、放熱板は通常外部に露出されるので、スイッチング素子の入出力端子が放熱板を介してグランド或いは電源ラインに短絡され、電気負荷の駆動系が故障することが考えられる。またこの場合、使用者が放熱板に触れて感電することも考えられる。
【０００５】
この問題を防止するには、例えば、放熱板を絶縁性の樹脂で覆うようにすればよいが、このようにすると、放熱板による放熱効果が低下する。また、放熱効果の低下を補うには、放熱板（特に放熱面積）を大きくすればよいが、このようにすると駆動装置として体格が大きくなり、重量も増すことになり、電気負荷駆動装置の小型化を図ることができないという問題がある。
【０００６】
一方、こうした問題は、放熱板を外部に露出させた状態で、スイッチング素子を、負荷電流の制御回路が形成された回路基板と一緒に樹脂ケース内に組み込み、スイッチング素子の制御端子（ゲート）や入出力端子（ドレイン、ソース）を、全てその回路基板に接続するようにすれば、放熱板を大きくすることなく、上述した短絡、感電等の問題を解決することができる。
【０００７】
しかし、回路基板にスイッチング素子の各端子を接続すると、スイッチング素子のドレイン及びソースに接続される回路パターンに大電流が流れることになるので、その回路パターンをそれぞれ太くし、且つ、各回路パターンを離す必要がある。
【０００８】
この結果、上記のような対策では、回路基板を大きくしなければならず、駆動装置の大型化を招くことになってしまう。
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、通電制御用のスイッチング素子と回路基板とを樹脂ケース内に収納した電気負荷の駆動装置において、回路基板や放熱板を大きくすることなく、外部との絶縁性及び放熱性能を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の電気負荷の駆動装置においては、放熱板に積層されたスイッチング素子と回路基板とが樹脂ケース内に収納されており、しかも、放熱板のスイッチング素子の積層面とは反対側の面は外部に露出されている。このため、本発明によれば、放熱板による放熱効果を低下させることなく、スイッチング素子及び回路基板を樹脂ケース内に収納できる。
【００１０】
また、樹脂ケースには、スイッチング素子の一対の入出力端子の一方を外部の電源ラインに接続するための電源端子が一体形成されており、この電源端子とスイッチング素子の一対の入出力端子の一方とは、樹脂ケース内で直接接続されている。
【００１１】
このため、本発明によれば、スイッチング素子の入出力端子の一方を、回路基板（詳しくは回路パターン）を利用することなく外部の電源ラインに接続することができ、入出力端子の一方を電源ラインに接続するための太い回路パターンを回路基板に形成する必要がない。
【００１２】
また更に、本発明の駆動装置においては、放熱板とスイッチング素子との間に絶縁層が形成されるか、或いは、放熱板の樹脂ケース外部への露出面が絶縁塗装される。このため、本発明によれば、放熱板が外部のグランドラインや電源ラインと接触して放熱板を介して大電流が流れたり、使用者が放熱板に触れて感電したりするのを防止することができる。
【００１３】
よって、本発明の駆動装置によれば、回路基板や放熱板（延いては、駆動装置）の大型化を招くことなく、当該駆動装置の外部との絶縁性及び放熱性能を確保することができる。
【００１４】
次に、請求項２に記載の駆動装置においては、放熱板にスイッチング素子が複数積層されており、電源端子には、その複数のスイッチング素子の入出力端子の一方が夫々接続されている。
【００１５】
このため、請求項２に記載の駆動装置によれば、樹脂ケースに一体形成された電源端子に電源ラインを接続すれば、樹脂ケース内の各スイッチング素子に同時に電源ラインを接続できることになる。
【００１６】
そして、このように電源端子を複数のスイッチング素子で共通にすると、電源端子には、各スイッチング素子に流れる負荷電流を合成した大電流が流れることになるので、この電源端子を回路基板に設けるようにすると、電源端子に接続される回路パターンをより太くして、他の回路パターンとの間隔をより大きく開ける必要がある。
【００１７】
しかし、本発明では、その電源端子を樹脂ケースに設けているため、こうした対策を施す必要がなく、この対策により回路基板（延いては駆動装置）が大型化するのを防止できる。
【００１８】
次に、請求項３に記載の駆動装置においては、樹脂ケースに、電源端子とは別に、スイッチング素子の一対の入出力端子の他方を電気負荷に接続するための接続端子が一体形成されており、その接続端子とスイッチング素子の一対の入出力端子の他方とは、樹脂ケース内で直接接続されている。
【００１９】
このため、請求項３に記載の駆動装置によれば、スイッチング素子の入出力端子の両方を、回路基板（詳しくは回路パターン）を利用することなく外部の電源ライン及び電気負荷にそれぞれ接続することができる。
【００２０】
よって、この発明によれば、回路基板には、スイッチング素子の制御端子に接続される制御用の回路パターンを形成するだけでよく、電気負荷の通電経路となる回路パターンを形成する必要がないため、回路基板（延いては当該駆動装置）をより小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は本発明が適用された実施形態の電気負荷の駆動装置全体の構成を表す説明図であり、（ａ）は駆動装置内の回路基板１０の基板面に直交する方向に駆動装置を切断した状態を表す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿って駆動装置を切断した状態を表す断面図である。
【００２２】
本実施形態の駆動装置は、例えば、ディーゼルエンジンの低温時における始動性を向上するために、ディーゼルエンジンの各気筒に設けられたグロープラグに電流を流し、且つ、その電流量を制御するためのものであり、ディーゼルエンジンの気筒数に対応した複数（本実施形態では４個）のスイッチング素子２が備えられている。
【００２３】
これら各スイッチング素子２は、半導体基板を放熱用の金属板を含むパッケージ内に収納したパワーＭＯＳＦＥＴにて構成されており、パッケージ裏面の金属板と放熱板６との間に絶縁板若しくは絶縁ペーストからなる絶縁層４を挟んだ状態で、各スイッチング素子２に共通の放熱板６に積層されている。
【００２４】
なお、各スイッチング素子２のパッケージの側面からは、同一方向に、制御端子であるゲートＧと、入出力端子であるドレインＤ及びソースＳとが突出されており、各スイッチング素子２は、これら端子の突出方向が同一方向となるよう、放熱板６上に整列して配置されている。
【００２５】
また、このように複数のスイッチング素子２が積層された放熱板６は、矩形の中空筒状に形成された樹脂ケース８に、その中空部の一方の開口を閉塞し、且つ、スイッチング素子２が積層された面とは反対側の面が外部に露出するように、固定されている。
【００２６】
また、樹脂ケース８の中空部のもう一方の開口部側には、各スイッチング素子２を放熱板６との間で挟むように（換言すれば放熱板６と平行になるように）、回路基板１０が設けられている。
【００２７】
この回路基板１０は、例えば、ディーゼルエンジンを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）からの指令に従い、各スイッチング素子２をデューティ駆動することで、各気筒のグロープラグに流れる電流を個々に制御するためのものであり、各スイッチング素子２のソースＳを各気筒のグロープラグにそれぞれ接続し、各スイッチング素子２のゲートＧに制御信号を入力するための回路パターンが形成されている。
【００２８】
このため、各スイッチング素子２のゲートＧ及びソースＳの各端子は、樹脂ケース８内で回路基板１０側に折り曲げられ、回路基板１０に形成された各回路パターンに接続されている。
【００２９】
一方、樹脂ケース８には、各スイッチング素子２のドレインＤを、車載バッテリの正極側に接続された電源ラインに接続するためのバスバー１２が、インサート成形により一体形成されている。
【００３０】
このバスバー１２は、各スイッチング素子２に共通の電源端子であり、Ｌ字状（図では逆Ｌ字状）に形成された金属板にて構成されている。そして、樹脂ケース８内では、Ｌ字の長い直線部分が、各スイッチング素子２の配列方向に沿って配置され、Ｌ字の短い直線部分が、樹脂ケース８の側壁を貫通して外部に突出されている。
【００３１】
従って、本実施形態の駆動装置によれば、各スイッチング素子２が、車載バッテリの正極側からディーゼルエンジン各気筒のグロープラグへ電流を流し込む通電経路上に配置され、回路基板１０に形成された制御回路によって各グロープラグに流れる電流が制御されることになる。
【００３２】
なお、樹脂ケース８は、絶縁性の合成樹脂にて形成されており、樹脂ケース８の側壁から外部に突出されたバスバー１２の周囲には、バスバー１２を囲んで電源端子を保護するための端子保護部８ａが、その合成樹脂にて一体形成されている。また、樹脂ケース８の放熱板６とは反対側の開口部は、図示しない蓋体により閉塞される。また、本実施形態では、回路基板１０に、グロープラグやＥＣＵが接続されることになるが、その接続用のコネクタは、樹脂ケース８若しくは蓋体に形成される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の電気負荷の駆動装置においては、ディーゼルエンジンの各気筒にそれぞれ設けられたグロープラグに流れる電流を気筒毎に制御するために、パワーＭＯＳＦＥＴからなる複数のスイッチング素子２が備えられている。
【００３４】
そして、各スイッチング素子２は、絶縁層４を介して放熱板６に積層され、しかも、放熱板６は、各スイッチング素子２の積層面とは反対側の面が外部に露出するように、樹脂ケース８の開口部に設けられている。
【００３５】
また、樹脂ケース８には、各スイッチング素子２のドレインＤを車載バッテリの正極側に接続された電源ラインに接続するためのバスバー（電源端子）１２が一体形成されており、スイッチング素子２のドレインＤは、樹脂ケース内でこのバスバー１２に直接接続されている。
【００３６】
このため、本実施形態の駆動装置によれば、放熱板６による放熱効果を損なうことなく、放熱板６を樹脂ケース８に固定できると共に、放熱板６を電位的に浮いた状態にして、放熱板６が外部のグランドラインや電源ラインと接触して放熱板を介して大電流が流れたり、使用者が放熱板６に触れて感電したりするのを防止することができる。
【００３７】
また、各スイッチング素子２に流れる負荷電流を合成した大電流が流れる回路パターン（つまり各スイッチング素子２のドレインにそれぞれ接続される共通の回路パターン）を、回路基板１０に形成する必要がないため、回路基板１０を小型化できる。
【００３８】
よって、本実施形態の駆動装置によれば、回路基板１０や放熱板６（延いては、駆動装置）の大型化を招くことなく、駆動装置の外部との絶縁性及び放熱性能を確保することができる。
【００３９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、放熱板６とスイッチング素子２との間に絶縁層４を設けることで、放熱板６を電位的に浮いた状態にして、放熱板６が外部のグランドラインや電源ラインと接触することにより放熱板６を介して大電流が流れたり、使用者が放熱板６に触れて感電したりするのを防止するものとして説明したが、図２に示す変形例１のように、樹脂ケース８の開口部から外部に露出した放熱板６の表面に絶縁塗装１４を施すことで、放熱板６の露出面に絶縁層を形成するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、図２は変形例１の駆動装置の構成を表す説明図であり、図１（ａ）と同様、その駆動装置内の回路基板１０の基板面に直交する方向に駆動装置を切断した状態を表している。
【００４１】
また、上記実施形態では、樹脂ケース８内で複数のスイッチング素子２のドレインＤが接続されるバスバー１２（つまり電源端子）を樹脂ケース８に一体形成するものとして説明したが、図３に示す変形例２のように、このバスバー１２に加えて、各スイッチング素子２のソースＳに制御対象となる電気負荷（グロープラグ）を各々接続するための複数のバスバー１６（接続端子）を樹脂ケース８に一体形成し、樹脂ケース８内で、各バスバー１６に各スイッチング素子２のソースＳを接続するようにしてもよい。
【００４２】
そして、このようにすれば、各スイッチング素子２のドレインＤにバスバー１２（電源端子）を介してバッテリ電圧を印加できるだけでなく、各スイッチング素子２のソースＳには、各素子専用のバスバー１６（接続端子）を介して、各素子に対応する電気負荷（グロープラグ）を接続することができるようになり、回路基板１０には、各スイッチング素子２のソースＳを電気負荷に接続するための回路パターンを設ける必要がないので、回路基板１０をより小型化することができる。
【００４３】
なお、図３は変形例２の駆動装置の構成を表す説明図であり、（ａ）はその駆動装置内の回路基板１０の基板面に直交する方向に駆動装置を切断した状態を表す断面図、（ｂ）は（ａ）に示すＸ−Ｘ線に沿って駆動装置を切断した状態を表す断面図である。
【００４４】
次に、上記実施形態では、スイッチング素子としてパワーＭＯＳＦＥＴを複数備えた駆動装置について説明したが、本発明は、スイッチング素子としてバイポーラ型のトランジスタを備えた駆動装置であっても、通電制御用のスイッチング素子を一つだけ備えた駆動装置であっても、上記実施形態と同様に適用して、同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、ディーゼルエンジンのグロープラグの通電制御を行う駆動装置について説明した、本発明は、スイッチング素子を介して電気負荷への通電制御を行う駆動装置であれば、上記実施形態と同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態の電気負荷の駆動装置全体の構成を表す説明図である。
【図２】変形例１の駆動装置の構成を表す説明図である。
【図３】変形例２の駆動装置の構成を表す説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
２…スイッチング素子、４…絶縁層、６…放熱板、８…樹脂ケース、８ａ…端子保護部、１０…回路基板、１２，１６…バスバー、１４…絶縁塗装。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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