JP2006202895A - 板金配線の実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装部品の板金配線への接続を容易に行い、且つ、大電流が流れる板金配線で問題となる、出力リップル電圧に発生するペデスタル電圧現象を解決することのできる板金配線の実装構造を提供する。
【解決手段】 電解コンデンサ６，７，８は、絶縁板40を介してバスバー20，21に実装されており、そのリード端子６ａ，７ａ，８ａはバスバー20，21に直接半田付け接続されている。リード端子６ａ，７ａ，８ａが絶縁板40側から各リード挿通孔45，46へそれぞれ挿通され、その反対面（リード挿通孔46周辺部）からバスバー20，21に半田42により半田付けされている。これにより、導電ライン（線路）を極力太く短くできるため、出力リップル電圧におけるペデスタル電圧の発生を抑制することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば電源装置などの回路部品を実装し、大電流を流すバスバーなどの板金配線の実装構造に関する。

通常、一般に広く回路基板として使用されているプリント基板の回路パターン（回路配線）は、薄膜状の銅箔をエッチング或いは印刷することにより形成している。例えば、スイッチング電源装置の出力回路など大電流を流す回路構成の場合、このような薄い銅箔で形成された回路パターンでは断線する虞があるため、回路パターンに流す電流の大きさが自ずと制限されてしまう。そこで、大電流を流す回路には、一般に特許文献１に開示されるバスバーのような板金配線が使用される。導電性金属材料から成るバスバーは、銅箔で形成された回路パターンに比べ、かなりの厚みを有しているため大電流を流しても断線する虞がない。

このようなスイッチング電源装置の出力回路の一例を示したものが図７である。同図には、スイッチング電源装置の出力回路１となるトランス２の２次側回路部分のみが図示されている。トランス２の１次巻線２ａには、例えば商用入力電源，ダイオードブリッジ，スイッチング素子などの図示しない適当な１次側回路が接続されている。一方、トランス２の２次巻線２ｂの一端には整流ダイオード３のアノードが接続され、その他端には転流ダイオード４のアノードが接続されている。整流ダイオード３と転流ダイオード４のそれぞれのカソードは互いに接続されており、転流ダイオード４の両端から延びるライン（線路）には、チョークコイル５と電解コンデンサ６，７，８とインダクタンス９とからなる平滑回路10が接続され、その両先は転流ダイオード４のアノード側が負極、カソード側が正極となる一対の出力端子11となっている。この一対の出力端子11から出力電圧Ｖｏが取り出されることとなる。

以下、平滑回路10について詳述する。平滑回路10は、チョークコイル５と電解コンデンサ６，７，８とが逆Ｌ形に配置された所謂チョークインプット形になっており、インダクタンス９は電解コンデンサ７と電解コンデンサ８の間となるよう出力端子11の正極側ライン（チョークコイル５がある側のライン）に挿入されている。図２は、この平滑回路10を実際に装置した板金配線の実装構造を表した斜視図である。板金配線としてのバスバー20，21は、銅などの導電性に優れた金属平板の表面をメッキ処理することにより形成され、バスバー20が出力端子11の負極側ライン、バスバー21が出力端子11の正極側ラインとなるなるよう両者が略平行に敷設されている。バスバー21の一端には、チョークコイル５の接続端子５ａがネジ22の螺着により接続されている。また、バスバー21の周りにフェライトコア23が巻装される（フェライトコア23にバスバー21が挿通される）ことによりインダクタンス９が構成されている。

回路部品としての電解コンデンサ６，７は、プリント基板25に一旦半田付け実装された後、プリント基板25ごとバスバー20，21のチョークコイル５とインダクタンス９との間となる部分に取付けられる。その際、プリント基板25は、その四隅にメッキスルーホールとして設けられた各ネジ挿通孔24にネジ28の足部が挿通され、バスバー20，21にそれぞれ穿設された雌ネジとなる各ネジ孔27にネジ28が螺着されることにより取付けられる。このとき、プリント基板25取付けの際に電解コンデンサ６，７のリード端子６ａ，７ａがバスバー20，21に突き当たらないように、バスバー20，21にはリード端子径よりも大きめの逃げ孔29が穿設されている。なお、プリント基板25には、電解コンデンサ６，７のリード端子とネジ挿通孔24とを結ぶ回路パターンが形成され、図１の回路が形成されるように、導電性のネジ28を介して電解コンデンサ６，７とバスバー20，21との電気的接続が図られている。

インダクタンス９を介してその反対側の位置には、電解コンデンサ６，７と同様に、回路部品としての電解コンデンサ８がプリント基板26に一旦半田付け実装された後、プリント基板26に設けられた各ネジ挿通孔30にネジ32の足部が挿通され、バスバー20，21にそれぞれ穿設された雌ネジとなる各ネジ孔31にネジ32が螺着されることにより、プリント基板26ごとバスバー20，21に取付けられる。なお、プリント基板26にも、プリント基板25と同様に、電解コンデンサ８のリード端子とネジ挿通孔30とを結ぶ回路パターンが形成され、導電性のネジ32を介して電解コンデンサ８とバスバー20，21との電気的接続が図られている。
特開２００１−３０９５２４号公報

しかし、従来の板金配線の実装構造では、電解コンデンサ６，７，８とバスバー20，21との電気的接続が、ネジ28，32の螺着により単に接触してなされているだけなので、電解コンデンサ６，７，８のＥＳＲ（等価直列抵抗）やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）などのインピーダンス成分により出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧にペデスタル電圧という現象が発生する。前出のインダクタンス９は、このペデスタル電圧をキャンセルするために挿入されたものである。

図９は、出力回路１にインダクタンス９が有る場合と無い場合とにおける出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧波形を示したものであるが、下側の出力リップル電圧Ｖｏｒ_２はインダクタンス９が有る場合の波形であり、上側の出力リップル電圧Ｖｏｒ_１はインダクタンス９が無い場合の波形である。出力リップル電圧Ｖｏｒ_２では振幅が小さい緩やかな三角波状の波形となっているが、出力リップル電圧Ｖｏｒ₁ではペデスタル電圧が発生しており、出力リップル電圧Ｖｏｒ₁に振幅が大きいのこぎり波状の波形が現れているのがわかる。

このように、出力回路１にインダクタンス９が無い場合では、出力電圧Ｖｏが大きくかつ急峻に変動し一定のレベルに安定しないため、従来の板金配線の実装構造ではこのペデスタル電圧をキャンセルするだけのためにインダクタンス９を実装しなければならず、製品コストや工数の増加を招き、またインダクタンス９の実装スペースが例えばスイッチング電源装置などの電子機器の小型化の障害となるという問題があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑み、実装部品の板金配線への接続を容易に行い、且つ、大電流が流れる板金配線で問題となる、出力リップル電圧に発生するペデスタル電圧現象を解決することのできる板金配線の実装構造を提供することを目的とする。

本発明における請求項１の板金配線の実装構造では、板金配線に回路部品を実装して構成される板金配線の実装構造において、前記回路部品の本体と板金配線との間に絶縁体を介して実装されると共に、前記回路部品の端子が前記板金配線に直接半田付けされてなる。

本発明では、出力リップル電圧に発生するペデスタル電圧が回路部品と板金配線との間などに生じるインピーダンス成分に起因することに着目してなされたものであり、回路部品の端子を板金配線に直接半田付けすることにより、導電ライン（線路）を極力太く短くできるため、当該インピーダンス成分が著しく減少し、出力リップル電圧におけるペデスタル電圧の発生を抑制することができる。また、回路部品は、その本体と板金配線との間に絶縁体を介在させて実装されているため、回路部品の本体と板金配線との間に高い絶縁耐圧が確保され、板金配線を流れる大電流から回路部品を保護することができる。

本発明における請求項２の板金配線の実装構造では、前記板金配線が歯部を有する櫛形状のものであり、複数の前記板金配線に形成された前記歯部が任意の間隙を隔てて互いに噛み合う位置に配置されると共に、当該噛み合せ部分に前記回路部品が実装されてなる。

このようにすると、複数の板金配線の歯部が互いに噛み合う部分である噛み合せ部分に回路部品を実装することにより、回路部品を千鳥配置にできるため、板金配線上の限られたスペースに効率よく実装することができる。

本発明における請求項３の板金配線の実装構造では、前記絶縁体が前記回路部品の端子に接続される回路配線を設けていないプリント基板である。

このようにすると、絶縁体を加工が容易かつ安価なものとすることができると共に、プリント基板上にシルク印刷を施すことで、組立て時における回路部品の位置決めが容易となり、板金配線へ実装し易くなる。

本発明の請求項１によると、特殊な工具を必要としない簡単な構成で、大電流を流す板金配線で問題となる出力リップル電圧におけるペデスタル電圧の発生を抑制することができる。

本発明の請求項２によると、板金配線上に効率よく回路部品を実装することができる。

本発明の請求項３によると、一般的な部材であるプリント基板が流用可能であり、板金配線への実装が容易になる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における板金配線の実装構造の好ましい各実施例を説明する。なお、従来例と同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。

図１は、本実施における板金配線の実装構造を搭載したスイッチング電源装置の出力回路の一例を示したものであり、回路上は図７の回路からインダクタンス９が除去されている以外特に相違はない。すなわち、トランス２の２次巻線２ｂには整流ダイオード３のアノードと転流ダイオード４のアノードが接続され、整流ダイオード３と転流ダイオード４のそれぞれのカソードは互いに接続されており、転流ダイオード４の両端から延びるラインには、チョークコイル５と電解コンデンサ６，７，８とからなる平滑回路10が接続され、その両先は転流ダイオード４のアノード側が負極、カソード側が正極となる一対の出力端子11となっている。この一対の出力端子11から出力電圧Ｖｏが取り出される。

図２は、平滑回路10を実際に装置した板金配線の実装構造を表した斜視図である。板金配線としてのバスバー20，21は、銅などの導電性に優れた金属平板の表面をメッキ処理することにより形成され、バスバー20が出力端子11の負極側ライン、バスバー21が出力端子11の正極側ラインとなるよう両者が略平行に敷設されている。バスバー21の一端には、チョークコイル５の接続端子５ａがネジ22の螺着により接続されている。

電解コンデンサ６，７，８は、絶縁体としての絶縁板40を介してバスバー20，21に実装されており、そのリード端子６ａ，７ａ，８ａはバスバー20，21に直接半田付け接続されている。この様子をわかりやすく図示したものが図３の要部断面図である。絶縁板40は、その四隅に設けられた各ネジ挿通孔43にネジ41の足部が挿通され、バスバー20，21にそれぞれ穿設された雌ネジとなる各ネジ孔44にネジ41が螺着されることにより取付けられる。絶縁板40とバスバー20，21には、それぞれ同軸となるリード挿通孔45，46が穿設されており、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａが絶縁板40側から各リード挿通孔45，46へそれぞれ挿通され、その反対面となるリード挿通孔46周辺部からバスバー20，21に半田42により半田付けされている。

電解コンデンサ６などの本体部分には、一般にアルミケースが使用されており、電解コンデンサ６の本体部分をバスバー20，21に近接させて実装すると、この本体部分を通じて短絡事故などが発生する虞がある。特に、バスバー20，21には大電流が流れるため、その危険性が高い。本実施例では、電解コンデンサ６，７，８は、その本体とバスバー20，21との間に絶縁板40を介在させて実装されているため、電解コンデンサ６，７，８の本体とバスバー20，21との間に高い絶縁耐圧が確保され、バスバー20，21を流れる大電流から電解コンデンサ６，７，８を保護することができる。

ところで、図２及び図３のような実際に装置された回路では、図１に示した回路素子以外に、当該構造上から生じる抵抗成分やインダクタンス成分などのいわゆるＥＳＲ（等価直列抵抗）やＥＳＬ（等価直列インダクタンス）などのインピーダンス成分が存在する。このようなインピーダンス成分は、板金配線など回路に大電流を流すような条件下では、その影響が顕著となり、前述したように、出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧にペデスタル電圧が発生する。当該インピーダンス成分は、導電ライン（線路）の断面積や線路長といった要素により大きく左右され、一般に導電ラインが太く短い方が小さくなる。図２及び図３においては、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａからバスバー20，21に至る導電ラインの構成が前記インピーダンス成分の増大に大きな影響を及ぼすこととなる。本実施例では、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａが、バスバー20，21に設けたリード挿通孔46へ挿通され、直接半田付けされることにより電気的な接続が図られており、上記従来例で示したようなプリント基板の回路パターンや導電性のネジを介さない分、リード端子６ａ，７ａ，８ａからバスバー20，21に至る導電ラインを極力太く短くできるため、当該インピーダンス成分が著しく減少し、図４に示すように、出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧Ｖｏｒにおけるペデスタル電圧の発生を抑制することができ、従来例のインダクタンス９と同等の効果を得ることができる。

以上のように本実施例の板金配線の実装構造では、板金配線としてのバスバー20，21に回路部品としての電解コンデンサ６，７，８を実装して構成される板金配線の実装構造において、電解コンデンサ６，７，８の本体とバスバー20，21との間に絶縁体としての絶縁板40を介して実装されると共に、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａがバスバー20，21に直接半田付けされてなる。

本発明では、出力リップル電圧に発生するペデスタル電圧が電解コンデンサ６，７，８とバスバー20，21との間などに生じるインピーダンス成分に起因することに着目してなされたものであり、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａをバスバー20，21に直接半田付けすることにより、導電ライン（線路）を極力太く短くできるため、当該インピーダンス成分が著しく減少し、出力リップル電圧におけるペデスタル電圧の発生を抑制することができる。また、電解コンデンサ６，７，８は、その本体とバスバー20，21との間に絶縁体を介在させて実装されているため、電解コンデンサ６，７，８の本体とバスバー20，21との間に高い絶縁耐圧が確保され、バスバー20，21を流れる大電流から電解コンデンサ６，７，８を保護することができる。以上より、特殊な工具を必要としない簡単な構成で、大電流を流すバスバー20，21で問題となる出力リップル電圧におけるペデスタル電圧の発生を抑制することができる。

図５及び図６は、図１と同様の平滑回路10を実際に装置した板金配線の実装構造を表した斜視図である。バスバー20，21の一端は、それぞれ反対方向に（互いの距離が離れる方向に）段差状となるよう折曲成形された出力端子部53，54が形成されており、出力端子部53，54がある段の基部には図示しない筐体にバスバー20，21を固定するための樹脂製の固定具60，60が装着されている。なお、図５中鉛直方向に立ち上がるバスバー20，21の当該折曲部分に設けられたフック57，57は、図示しない制御基板に設けられた電圧センシング用ピンを引掛けて電気的接続を行うものである。

バスバー21の他端には、その短手方向外側に向けて延出する連結部55が設けられており、この連結部55は回路部品を実装する面側へ折曲成形され、その基部と直交するよう立ち上げられると共に、図示しないチョークコイル５の接続端子５ａがネジなどで螺着可能なように接続孔56が穿設されている。バスバー20，21の本体部（出力端子部53，54と連結部55との間となる扁平部分）内側側面には、それぞれ複数の歯部51，52が長手方向に一列に並べて突設されており、バスバー20が出力端子11の負極側ライン、バスバー21が出力端子11の正極側ラインとなるよう両者が略平行に敷設されている。このとき、歯部51，52は任意の間隙を隔てて互いに噛み合う位置に配置されており、当該間隙がちょうどバスバー20，21間を蛇行するような形になっている。なお、この間隙は、バスバー20，21に実装される電解コンデンサ６などの回路部品の端子間隔（ピッチ幅）や所望の絶縁距離に応じて適当な幅に設定すればよい。

以下、説明の都合上電解コンデンサ９についての説明は省略するが、電解コンデンサ６，７，８とは符号が異なるのみで略同様の構成となる。電解コンデンサ６，７，８は、絶縁体としてのプリント基板50を介してバスバー20，21に実装されており、そのリード端子６ａ，７ａ，８ａはバスバー20，21に直接半田付け接続されている。プリント基板50は、その際部に設けられた各ネジ挿通孔43にネジ41の足部が挿通され、バスバー20，21にそれぞれ穿設された雌ネジとなる各ネジ孔44にネジ41が螺着されることにより取付けられる。プリント基板50とバスバー20，21には、それぞれ同軸となるリード挿通孔45，46が穿設されており、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａがプリント基板50側から各リード挿通孔45，46へそれぞれ挿通され、その反対面（リード挿通孔46周辺部）からバスバー20，21に半田42により半田付けされている。

本実施例のバスバー20，21のリード挿通孔46は、前記歯部51，52の端部と、歯部51，52それぞれの間に位置する凹状の歯隙間部61，62にそれぞれ設けられている。前記間隙を隔てて互いに対向する歯部51と歯隙間部62、歯部52と歯隙間部61、すなわちバスバー20，21の歯部51，52が互いに噛み合う部分である噛み合せ部分に設けられたリード挿通孔46が一対になっており、この一対のリード挿通孔46間の距離が各リード端子６ａ，７ａ，８ａの各ピッチ幅に対応するようその位置が調整されている。それに対応してプリント基板50のリード挿通孔45も同様の位置に設けられている。図６を見ると、一対のリード挿通孔46が二列に互い違いの位置に配置されているのがわかる。このような位置に配置された一対のリード挿通孔46に電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａを挿通すると、ちょうど複数列（図中では２列）の電解コンデンサ６，７，８が前後に部品半個分ずれた配置である所謂千鳥配置にできるため、第１実施例のように電解コンデンサ６，７，８を１列に並べて実装する場合に比べ、バスバー20，21上の限られたスペースに効率よく実装することができる。とりわけ電解コンデンサ６，７，８のような円筒形の回路部品では、その効果が顕著となり、回路部品間の隙間を極力少なくして実装密度を高くすることができる。

本実施例のプリント基板50には、従来例のもののように、電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａとネジ挿通孔43とを結ぶ回路パターン（配線パターン）は形成されていない。すなわち、導電性のネジ41を介して電解コンデンサ６，７，８とバスバー20，21との電気的接続を図ることは行われておらず、プリント基板50は、その絶縁性により電解コンデンサ６，７，８の本体とバスバー20，21との間に高い絶縁耐圧を確保するために設けられている。なお、プリント基板50上には、その他の配線パターンが形成され、電解コンデンサ６，７，８あるいは、他の電気電子部品と接線されていても良い。プリント基板50には、例えばガラスエポキシなどの一般的な材料のものを使用すればよく、プリント基板50上に回路記号や実装位置などのシルク印刷を施すことで、組立て時における電解コンデンサ６，７，８などの回路部品の位置決めが容易となり、バスバー20，21へ実装し易くなる。本実施例のように、絶縁体としてプリント基板50を用いることにより、電解コンデンサ６，７，８を保護する絶縁体を加工が容易かつ安価なものとすることができると共に、一般的な部材である例えばガラスエポキシなどのプリント基板が流用可能であり、バスバー20，21への実装が容易になる。

以上のように本実施例の板金配線の実装構造では、バスバー20，21が歯部51，52を有する櫛形状のものであり、複数のバスバー20，21に形成された歯部51，52が任意の間隙を隔てて互いに噛み合う位置に配置されると共に、当該噛み合せ部分としての歯部51と歯隙間部62，歯部52と歯隙間部61に電解コンデンサ６，７，８が実装されてなる。

このようにすると、複数のバスバー20，21の歯部51，52が互いに噛み合う部分である噛み合せ部分としての歯部51と歯隙間部62，歯部52と歯隙間部61に電解コンデンサ６，７，８を実装することにより、電解コンデンサ６，７，８を千鳥配置にできるため、バスバー20，21上の限られたスペースに効率よく実装することができる。よって、バスバー20，21上に効率よく電解コンデンサ６，７，８を実装することができる。

また本実施例の板金配線の実装構造では、絶縁体としてのプリント基板50が電解コンデンサ６，７，８のリード端子６ａ，７ａ，８ａに接続される回路配線を設けていないプリント基板である。

このようにすると、絶縁体を加工が容易かつ安価なものとすることができると共に、プリント基板50上にシルク印刷を施すことで、組立て時における電解コンデンサ６，７，８の位置決めが容易となり、バスバー20，21へ実装し易くなる。よって、一般的な部材であるプリント基板が流用可能であり、バスバー20，21への実装が容易になる。

なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。板金配線はどのような形状，材質のものでもよく、それに実装される回路部品も電解コンデンサに限定されるものではない。上記各実施例で示したスイッチング電源以外の各種機器を構成する板金配線に適用できることは言うまでもない。

本発明の第一実施例における板金配線の実装構造を搭載したスイッチング電源装置の出力回路の一例を示す回路図である。 同上、板金配線の実装構造を示す斜視図である。 同上、板金配線の実装構造を示す要部縦断面図である。 同上、板金配線の実装構造での出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧波形を示す波形図である。 本発明の第二実施例における板金配線の実装構造を示す斜視図である。 同上、板金配線の実装構造を示す底面図である。 従来例における板金配線の実装構造を搭載したスイッチング電源装置の出力回路の一例を示す回路図である。 同上、板金配線の実装構造を示した分解斜視図である。 同上、板金配線の実装構造での出力電圧Ｖｏの出力リップル電圧波形を示す波形図である。

符号の説明

20，21 バスバー（板金配線）
６，７，８ 電解コンデンサ（回路部品）
６ａ，７ａ，８ａ リード端子（回路部品の端子）
40 絶縁板（絶縁体）
50 プリント基板（絶縁体）
51，52 歯部（噛み合せ部分）
61，62 歯隙間部（噛み合せ部分）

Claims (3)

1. 板金配線に回路部品を実装して構成される板金配線の実装構造において、前記回路部品の本体と前記板金配線との間に絶縁体を介して実装されると共に、前記回路部品の端子が前記板金配線に直接半田付けされてなることを特徴とする板金配線の実装構造。
2. 前記板金配線が歯部を有する櫛形状のものであり、複数の前記板金配線に形成された前記歯部が任意の間隙を隔てて互いに噛み合う位置に配置されると共に、当該噛み合せ部分に前記回路部品が実装されてなることを特徴とする請求項１記載の板金配線の実装構造。
3. 前記絶縁体が前記回路部品の端子に接続される回路配線を設けていないプリント基板であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の板金配線の実装構造。
   
   

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