JP2008084543A - 電子機器及び照明器具 - Google Patents

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清輝 甲佐
Manabu Miura
学 三浦
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Abstract

【課題】電子部品の半田部分への応力にて、半田が剥がれるなどの弊害を防止する。
【解決手段】電子部品32とプリント配線板26との間隙に絶縁性ブロック34が設けられた構成とし、この部分に防水性樹脂である樹脂材24が入り込まず、樹脂材24の膨張と収縮によるストレスが半田部分に影響し難い構造とする。
【選択図】図3

Description

この発明は、防水性を有する電子機器及びこの電子機器の構造を有し、放電灯を点灯させる点灯回路を含む電子機器を用いて構成した照明器具に関するものである。
照明器具を始めとする各種の電子装置は、屋外や高湿度環境において使用されることがあり、このため、高い防水性を備えた電子機器の登場が求められている。
そこで、特許文献1に記載されているように、プリント配線板に搭載された電子部品を備えた回路モジュールをトレーに収容し、樹脂材をトレー内に充填して防水アセンブリを構成し、これをケースにて覆うように構成した点灯装置が開発されるに至った。
特開2006−54106号公報
しかしながら、特許文献1に記載のトレー内に樹脂材を充填する手法によると、プリント配線板と電子部品との間隙にも樹脂材が流れ込み、この間隙に存在する樹脂材が温度変化によって膨張と収縮を繰り返し、電子部品の半田部分へ応力が発生する。この応力によって半田が剥がれてしまう危険性があり、この点の改善が求められる。
本発明は上記のような従来の防水性を備えた電子機器が有する問題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、電子部品の半田部分への応力によるストレスを抑制し、半田が剥がれるなどの弊害を防止することが可能な電子機器及び照明器具を提供することである。
本発明に係る電子部品は、プリント配線板と;プリント配線板に実装された電子部品と;電子部品とプリント配線板との間隙に設けられた絶縁性ブロックと;プリント配線板に実装された電子部品及び絶縁性ブロックを覆うと共に連通穴内に充填された防水性樹脂と;を具備したことを特徴とする。
絶縁性ブロックとしては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂その他プリント配線板に使用される絶縁性の樹脂を採用することができる。絶縁性ブロックは、電子部品の凹凸形状に対応して凹凸形状を備えることができる。絶縁性ブロックの面積は、電子部品が占有する平面内の面積或いはこの占有面積を超えた面積とすることができる。
本発明に係る電子部品は、プリント配線板と;プリント配線板に実装された電子部品と;電子部品の下部に位置するプリント配線板の部位に形成された連通穴と;プリント配線板に実装された電子部品を覆う防水性樹脂と;を具備したことを特徴とする。
連通穴は、1または複数を許容する。穴形状は、電子部品の平面形状に対応させたものとすることを許容する。
本発明に係る照明器具は、器具本体と;器具本体に取付けられたソケットと;ソケットに実装される放電灯と;請求項1または請求項2に記載の電子機器であって、放電灯を点灯させる点灯回路を含む電子機器と;を具備することを特徴とする。
本発明に係る請求項1の電子部品は、電子部品とプリント配線板との間隙に絶縁性ブロックが設けられた構成を有するので、この部分に防水性樹脂が入り込まず、防水性樹脂の膨張と収縮によるストレスが半田部分に影響し難い構造であり、高温と低温が繰り返されるような過酷な環境において優れた防水性を回路の故障無く提供できる。また、防水性樹脂の量を減少させることができ、防水性樹脂より安価な絶縁性ブロックを採用することによりコスト削減を図ることも可能である。
本発明に係る請求項2の電子部品は、電子部品の下部に位置するプリント配線板の部位に連通穴が形成されているので、防水性樹脂の膨張と収縮による体積変化がこの連通穴により吸収され、防水性樹脂の膨張と収縮によるストレスが半田部分に影響し難い構造であり、高温と低温が繰り返されるような過酷な環境において優れた防水性を回路の故障無く提供できる。
本発明に係る照明器具は、請求項1または請求項2に記載の電子機器であって、放電灯を点灯させる点灯回路を含む電子機器を採用しているので、高温と低温が繰り返されるような過酷な環境において優れた防水性を回路の故障無く提供できる。
以下添付図面を参照して、本発明に係る電子機器及びこれを用いた照明器具の実施例を説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。実施例に係る照明器具10は、図1に示されるように、シャーシ11と、ランプソケット12と、放電灯13と、電子機器を構成する点灯装置14とを備えている。
上記において、シャーシ11は、例えば金属製であり、放電灯13が直管型の蛍光灯であることに対応して長方形形状をなしている。シャーシ11における長手方向両端部には、シャーシ11から突出するようにランプソケット12が設けられている。放電灯13は、このランプソケット12に対して取り外し可能に実装されている。シャーシ11内には放電灯13を点灯させる点灯装置14が設けられている。
図2乃至図5を用いて点灯装置14を説明する。点灯装置14は、ケース21内においてトレー41に収容された防水アセンブリ31を内蔵して構成されている。防水アセンブリ31は、回路モジュール20が樹脂材24に埋設されたものである。
ケース21は、本体ケース22と、本体ケース22の蓋の機能を有する蓋ケース23とにより構成されている。図4に示すように、本体ケース22の長手方向両端部には切欠部22dが形成されており、蓋ケース23の長手方向両端部に形成されている爪片23cが、上記切欠部22dに入り込み折り曲げられる。この切欠部22dと爪片23cとにより本体ケース22と蓋ケース23が結合される。
本体ケース22と蓋ケース23は、外部への放熱を考慮して金属製であることが好適であり、例えばアルミニウム合金により作成される。或いは、本体ケース22と蓋ケース23を安価な鉄製の材料で構成することも可能である。
本体ケース22は、底板部22aと、底板部22aの両側に位置する側壁部22bと、端部にて折り返される端板部22cとを備えている。底板部22aは、本体ケース22の幅方向に概ね三等分に折り曲げられ、折り曲げられた両端部分が上方に向かうよう形状とされている。端板部22cは、本体ケース22と蓋ケース23とにより形成される筒型の端部に生じる穴部を塞ぐ機能を有する。
一方、蓋ケース23は、天板部23aと、この天板部23aの幅方向両側に折り曲げられて設けられた側壁部23bとを備えている。天板部23aの長手方向両端部には、ネジ等の固定具を通す穴25が形成されている。穴25を介してネジ等により蓋ケース23をシャーシ11に結合させて、点灯装置14がシャーシ11に取付けられている。蓋ケース23はシャーシ11に対する熱伝導面の機能を備えている。
本体ケース22の長さは、蓋ケース23よりも短く、蓋ケース23の穴25を露出させている。蓋ケース23の側壁部23bが、本体ケース22の側壁部22bを上から覆い、側壁部23bと側壁部22bが接触することにより本体ケース22と蓋ケース23とは熱的に結合されている。
本体ケース22の底板部22aにおける長手方向両端部には、四角形状の孔16、17が形成されている。孔16からは、図4に示されるようにコネクタキャップ18が露出され、孔17からは、図2に示されるようにコネクタキャップ19が露出される。
放電灯13を点灯させる回路モジュール20は、絶縁性のプリント配線板26と、図8及び図9のような部品により構成される点灯回路27と、図9に示す入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29とを備えたものである。
プリント配線板26は、本体ケース22内に収容可能な大きさの長四角形状をなしており、プリント配線板26の一方の面が部品取付面26aであり、他方の面は例えば半田付面26bとして利用される。半田付面26bには、図8に示されるように配線パターンが形成されていると共に、この配線パターンは絶縁性のレジストにより被覆されている。
図8と図9に示すように、プリント配線板26の幅方向の端縁における複数位置には、切欠部26cが形成されている。この切欠部26cは、プリント配線板26の表裏面に樹脂材24を通す通路の機能を有している。切欠部26cの形状は、切欠形状に限ることなく、穴形状であっても良い。
点灯回路27は、図8と図9に示すように、複数の電子部品32と、複数の電子部品32間を結ぶ配線パターンとにより構成され、放電灯13を点灯させる例えばインバータ回路を含んでいる。電子部品32としては、パワートランジスタを含む各種トランジスタなどの半導体、抵抗、コンデンサ、コイル、トランス、ダイオード及びチップ部品などを挙げることができる。
図9には、パワートランジスタ32aに放熱板33を結合して、プリント配線板26に実装した例が示されている。電子部品32は、プリント配線板26の部品取付面26aに面実装されるか、例えばフロー半田処理などにより半田付される。半田付される電子部品32においては、図3、図5に示すように、電子部品32とプリント配線板26との間隙に絶縁性ブロック34が設けられる。絶縁性ブロック34としては、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂その他プリント配線板に使用される絶縁性の樹脂を採用することができる。絶縁性ブロック34は、電子部品32の凹凸形状に対応して凹凸形状を備えることができる。
絶縁性ブロック34の面積は、電子部品32が占有する平面内の面積或いはこの占有面積を超えた面積とすることができる。図3に示す電子部品32の例にあっては、絶縁性ブロック34の面積は、電子部品32が占有する平面内の面積とされている。これに対し、図5における2か所の省略線により区分された領域中の最左領域に示されている電子部品32の例にあっては、絶縁性ブロック34の面積は、電子部品32が占有する面積を超えた面積となっている。即ち、端子35を超えて更に電子部品32の側部よりも外側に絶縁性ブロック34が存在している。電子部品32とプリント配線板26との間隙なくするか、間隙を極めて僅かにして実装する電子部品32も存在する。
入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29も他の電子部品32と共にプリント配線板26に半田付されて点灯回路27の入出力部となる。樹脂材24に埋もれてしまうことが好ましくない電子部品32には、図9にしめすように部品キャップ36が被せられる。ここでは、電界コンデンサ32bに対して部品キャップ36が被せられている。部品キャップ36の開口面は、プリント配線板26の部品取付面26aに当接し、接着剤などで固定されることが好適である。
コネクタキャップ18、19についても、コネクタキャップ18、19の開口面は、プリント配線板26の部品取付面26aに当接し、接着剤などで固定されることが好適である。コネクタキャップ18、19には、電源側または器具内配線用の電線端部が挿入される差込孔37が、入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29の端子を内包する孔に対応して形成されている。差込孔37には薄肉部が付設けられており、入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29の端子とは水密が図られている。
樹脂材24は、絶縁性及び防水性を有する合成樹脂などにより構成されている。本実施例では、酸化アルミニウム等の無機材料からなるフィラーが混入されたウレタン樹脂を用いている。無機材料からなるフィラーの混合は、放熱性を高める機能を有する。
図3と図5に示すように、樹脂材24は、表面側層24aと裏面側層24bとを有しており、表面側層24aと裏面側層24bとは一体連続した樹脂材である。表面側層24aは部品取付面26aを覆い、裏面側層24bは半田付面26bを覆っている。
樹脂材24による充填を行うために、図7、図6に示されるようなトレー41が用いられる。トレー41は、本体ケース22よりも僅かに小さく、本体ケース22の内面に沿った形状を有している。また、トレー41は耐熱性を有する絶縁材、例えばPET樹脂製のフィルム成型品により構成される。
トレー41には、側部41bの内面に突出してトレー41の上下方向に延びる複数の凸部42が形成されている。更に、トレー41の底部は凹凸状に形成され、樹脂材24が充填される側を下に向けた状態における凹部43〜47が図7に示すように設けられている。この凹部43〜47は、回路モジュール20における電子部品32の配置密度が低い領域や、チップ部品等の高さが低い電子部品32が集まって配置された領域などに対応して設けられている。
回路モジュール20の部品取付面26aはトレー41の内部を向くようにされ、トレー41内に回路モジュール20が収容される。トレー41内に収容された回路モジュール20におけるプリント配線板26の長手方向両端部は、コネクタキャップ18、19の開口面に載った状態で支持され、プリント配線板26の長手方向両端部間の中央部は、複数の凸部42に載せられた状態で支持されている。
トレー41内に回路モジュール20を収容する際には、コネクタキャップ18、19が入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29に被された状態で収容を行う。コネクタキャップ18、19を入力用コネクタ28及び出力用コネクタ29に被せることによって、トレー41に対して回路モジュール20の位置決めがなされる。
樹脂材24は、トレー41に収容された回路モジュール20の全体を覆うようにトレー41に充填される。この充填は、回路モジュール20が納められたトレー41を本体ケース22の内側に嵌合させた状態で実施され、未硬化の樹脂材24はプリント配線板26の切欠部26cから注入される。
樹脂材24と、トレー41と、回路モジュール20とは、樹脂材24の防水性能によって回路モジュール20に対する防水性を担保する防水アセンブリ31(図3、図5)を構成している。
本実施例では、トレー41が凹部43〜47を備える構成によって、凹部43〜47を備えないトレーを用いた構成に比較して樹脂材24の使用量を少なくできる。また、電子部品32とプリント配線板26との間隙に絶縁性ブロック34が設けられた構成を有するので、この部分に防水性樹脂である樹脂材24が入り込まず、樹脂材24の膨張と収縮によるストレスが半田部分に影響し難い構造であり、高温と低温が繰り返されるような過酷な環境において優れた防水性を回路の故障無く提供できる。また、樹脂材24の量を絶縁性ブロック34の容積に相当して減少させることができ、樹脂材24より安価な絶縁性ブロック34を採用することによりコスト削減を図ることも可能である。これにより、充填作業時間の短縮とともに、点灯装置14のコスト低減を図ることが可能である。
以上の構成の点灯装置14では、ケース21の本体ケース22と略同じ大きさのトレー41を備え、このトレー41に収容した回路モジュール20全体がトレー41に充填した樹脂材24に埋設している。そして、トレー41に充填された樹脂材24は、コネクタキャップ18、19によって回路モジュール20のコネクタ28、29に侵入することがない。つまり、コネクタキャップ18、19の差込孔37は電線が挿入されるまでは薄肉部によって閉じられているので、トレー41に充填された樹脂材24がコネクタ28、29に侵入することがない。
樹脂材24は、電気絶縁性でかつ防水性を有しているので、この樹脂材24によって回路モジュール20のプリント配線板26、電子部品32、及び半田付面26b等を防水できる。そして、トレー41は本体ケース22内に満杯状態に収容される大きさであり、このトレー41を用いてケース21の内部で既述の防水を実現した構成を備えているので、防水の構成を原因としてケース21が大きくなることがない。これにより、既存の製造設備で作られる外郭ケースを用いることも可能である。これと共に、こうしたケース21内での防水構成により、ケース21を収容する大形防水ケースを要しないで、高湿度環境に耐える防水性能を得ることができる。
このため、点灯装置14を小形に構成できる。しかも、この点灯装置14の組立ての他に、この点灯装置14を防水ケースに収容する手間、及びこの後に防水ケースを組立てる手間が不要であるので、容易に組立てることができる。以上のように防水ケースを用いること自体でのコスト増加をなくすことができることに加えて、組立てコスト上のコスト低減できるので、点灯装置14更にはこの点灯装置14を備える照明器具10を低コスト化できる。
更に、点灯装置14の樹脂材24は防水性能だけではなく放熱性能も備えているので、パワートランジスタ32aその他発熱を伴う電子部品の熱を、樹脂材24に通してケース21に伝導できる。この場合、樹脂材24の容量が大であるとともに、この樹脂材24からケース21への熱伝導面積も大きいので、優れた放熱特性を得ることができる。特に、金属フィラーを混入した樹脂材24の採用により、より放熱特性を向上できる。
又、既述のように樹脂材24が回路モジュール20の全体を埋設しているので、樹脂材24によって確実な防塵ができる。これにより、塵が多い場所で使用される点灯装置14更にはこの装置14を備える照明器具10としても好適に使用できる。
図10に第2の実施例に係る電子機器の構成を示す。この第2の実施例では、第1の実施例における図3の構成に用いた絶縁性ブロック34に代えて、電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に連通穴51を形成したものである。照明器具10の点灯回路27に用いられている複数の電子部品32において、所要のものについて係る構成を採用する。連通穴51の形状は例えば、直上の電子部品32の平面形状に合わせた形状とすることもできる。
上記のように電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に連通穴51が形成されているので、樹脂材24の膨張と収縮による体積変化がこの連通穴51を介してプリント配線板26の反対側に伝わることにより、応力が分散され、樹脂材24の膨張と収縮によるストレスが半田部分に影響し難い構造であり、高温と低温が繰り返されるような過酷な環境において優れた防水性を回路の故障無く提供できる。
上記の例では、電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に一つの連通穴51が形成されるものを示したが、例えば、プリント配線板26の半田付面26b側から見た図が図11に示す如くなるように、電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に複数の連通穴51を形成しても上記と同様の効果を得ることができる。また、第1の実施例を示す図3のような構成において、絶縁性ブロック34が設けられていない領域であって、電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に、一つ或いは複数の連通穴51を形成するように構成しても良い。
上記の2つの実施例では、トレー41を用いて樹脂材24の充填を行ったがトレー41を用いることなく、次の図12から図15に示すようにして防水アセンブリ31の生成を行っても良い。この生成に係る製法は、セット工程と、充填工程と、硬化工程と、離型工程とにより構成される。
まず、セット工程では、図12から図15に示す成形型65内に回路モジュール20をセットする。このセットに先立って、部品取付面26aでは、電解コンデンサ32bを覆う部品キャップ36が取付けられる。更に、コネクタ28には前もってコネクタキャップ18が被されている。同様に、コネクタ29にもコネクタキャップ19が被される。
成形型65は例えば金属製であって、その上面は開口されている。この開口はプリント配線板26より一回り大きく構成されている。成形型65の底部には複数の凸部58〜62が上向きに形成されている。凸部58〜62は凹部43〜47の夫々に対応した形状として設けられている。成形型65の長手方向両端部には基板載置部63、64が形成されている。基板載置部63、64は凸部58〜62より高い。
基板載置部63の上壁にはコネクタキャップ18を挿通するセット孔63aが開けられ、同様に基板載置部64の上壁にもコネクタキャップ19を挿通するセット孔64aが開けられている。セット工程において、図15に示されるように絶縁性ブロック34が配置され或いは電子部品32の下部に位置するプリント配線板26の部位に連通穴51が形成された回路モジュール20は、その部品取付面26aを下向きにして成形型65内に配置される。この場合、コネクタキャップ18がセット孔63aに通され、コネクタキャップ19がセット孔64aに通される。これに伴い、セット孔63aがコネクタキャップ18の段部で塞がれ、セット孔64aがコネクタキャップ19の段部で塞がれる。
したがって、プリント配線板26の両端部がコネクタキャップ18、19の段部をスペーサとして基板載置部63、64上に支持されて、成形型65の所定位置に回路モジュール20が位置決めされる。これにより、回路モジュール20の電子部品32の配設密度が低い領域とチップ部品等の高さが低い電子部品が集まって配設された領域とには、成形型65の凸部58〜62が夫々対向する。
こうして成形型65に収容された回路モジュール20の電子部品32の端子35、及びコネクタ28、29の端子先端は、夫々上を向いてプリント配線板26の半田付面26bから突出している。しかし、半田付面26b及び各端子35は、成形型65の上面より低い位置に下がって位置されている。この状態を図13に示す。
次の充填工程は、未硬化の樹脂材24を、成形型65の上面開口の縁部とプリント配線板26の間の隙間、とりわけ切欠部26cを通して注入して行われる。未硬化の樹脂材24の充填時に注入に用いない切欠部26cは、注入された樹脂材24の余剰分の戻し通路としても使用される。この戻し通路を通して、既に注入された樹脂材24がプリント配線板26の下側からプリント配線板26の上側に逆流される。これにより、半田付面26bが未硬化の樹脂材24wにて覆われる。この状態を図14に示す。
以上の充填時、電解コンデンサ32bは、これを覆った部品キャップ36により成形型65に充填された未硬化の樹脂材から隔離されている。つまり、成形型65に充填された未硬化の樹脂材24が、電解コンデンサ32bに接して、この電解コンデンサ32bを埋ることがない。このため、硬化される樹脂材24によって電解コンデンサ32bの機能低下などがもたらされる恐れがなく、電解コンデンサ32bに所期の機能を発揮させることができる。
次の硬化工程では、未硬化の樹脂材24wが所定量の注入された成形型65を、図示しない加熱硬化炉に通して、未硬化の樹脂材を硬化させる。この硬化処理により、回路モジュール20とこれを埋設した硬化済みの樹脂材24を備えた防水アセンブリ31が形成される。
最後の離型工程では、防水アセンブリ31が成形型65から取出される。この離型作業は、成形型65を裏返ししてから、成形型65の裏面に突出しているコネクタキャップ18、19を成形型65内に押込めばよい。それにより、防水アセンブリ31が成形型65から押出される。この状態を図15に示す。離型作業の容易化のために、セット工程では、成形型65の内面に予め離型剤を塗布して置くことが好ましい。
以上の製法において、防水アセンブリ31の成形型65からの離型を容易にするために、分割式の成形型を用いることも可能である。分割式の成形型は、複数の型要素を備え、これらの型要素を移動させて型締め、型開きができる。
防水アセンブリ31は、図3及び図5に示すようにケース21に収容される。この収容状態で、表面側層24aは本体ケース22の底板部22aに接するとともに、裏面側層24bは蓋ケース23の天板部23aに接している。防水アセンブリ31はねじ(図3及び図7参照)でケース21の一側壁に引き寄せられて固定されている。ねじは、蓋ケース23の一側壁及びこれに重なった本体ケース22の一方の側壁部22bを通って放熱板33にねじ込まれている。このねじ込み部でも、本体ケース22と蓋ケース23とが連結されている。
このようにトレー41を用いないで防水アセンブリ31を構成し、ケース21に収容した照明器具においても、トレー41を用いて構成した照明器具と同様に高湿度環境に耐える防水性能を得ることができ、また優れた放熱特性を得ることができる。
本発明に係る照明器具の実施例を示す斜視図。 本発明に係る点灯装置の実施例を示す斜視図。 図2のA−A線断面図。 図2の要部斜視図。 図2のB−B線断面図。 本発明に係る点灯装置の第1の実施例に用いられるトレーの内側を示す斜視図。 本発明に係る点灯装置の第1の実施例に用いられるトレーの表側を示す斜視図。 本発明に係る点灯装置の第1の実施例に用いられる回路モジュールの半田付面を示す斜視図。 本発明に係る点灯装置の第1の実施例に用いられる回路モジュールの部品取付面を示す斜視図。 図2のA−A線断面図に相当する第2の実施例に係る点灯装置の要部断面図。 第2の実施例に係る点灯装置の要部を示す平面透過図。 トレーを用いない防水モジュールの製法を示す斜視図。 トレーを用いない防水モジュールの製法を示す斜視図。 トレーを用いない防水モジュールの製法を示す斜視図。 トレーを用いない防水モジュールの製法を示す断面図。
符号の説明
10 照明器具
11 シャーシ
12 ランプソケット
13 放電灯
15 蓋ケース
14 点灯装置(電子機器)
18、19 コネクタキャップ
20 回路モジュール
21 ケース
22 本体ケース
23 蓋ケース
24 樹脂材
24a 表面側層
24b 裏面側層
26 プリント配線板
26a 部品取付面
26b 半田付面(回路基板の裏面)
26c 切欠部(樹脂材通し部)
27 点灯回路
28、29 コネクタ
31 防水アセンブリ
32 電子部品
34 絶縁性ブロック
35 端子
43〜47 凹部
51 連通穴
58〜62 凸部
65 成形型

Claims (3)

  1. プリント配線板と;
    プリント配線板に実装された電子部品と;
    電子部品とプリント配線板との間隙に設けられた絶縁性ブロックと;
    プリント配線板に実装された電子部品及び絶縁性ブロックを覆う防水性樹脂と;
    を具備したことを特徴とする電子機器。
  2. プリント配線板と;
    プリント配線板に実装された電子部品と;
    電子部品の下部に位置するプリント配線板の部位に形成された連通穴と;
    プリント配線板に実装された電子部品を覆うと共に連通穴内に充填された防水性樹脂と;
    を具備したことを特徴とする電子機器。
  3. 器具本体と;
    器具本体に取付けられたソケットと;
    ソケットに実装される放電灯と;
    請求項1または請求項2に記載の電子機器であって、放電灯を点灯させる点灯回路を含む電子機器と;
    を具備することを特徴とする照明器具。
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