JP2010186846A

JP2010186846A - 圧縮機用電子回路装置

Info

Publication number: JP2010186846A
Application number: JP2009029441A
Authority: JP
Inventors: Shigeomi Tokunaga; 成臣徳永; Kiwamu Watabe; 究渡部
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-02-12
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: EP2219428A2; JP5223712B2; EP2219428A3; CN101808492A; US8207456B2; US20100200290A1

Abstract

【課題】電子部品の発熱を確実に収納ボックスの外へ放熱するとともに、電子部品の発熱や収納ボックスの外気温の温度変化などに対して信頼性が高く、組み立て作業性の良い安価な圧縮機用電子回路装置を提供する。
【解決手段】半導体素子２９の放熱を行うヒートシンク２５と収納ボックス１の外郭であるアルミ板３７とを絶縁シート４９を介して熱接触させるとともに、収納ボックス１に設けた突出部にゴムブッシュ２４を取り付け、圧縮されたゴムブッシュ２４によってヒートシンク２５がアルミ板３７に圧接触するようにしたもので、半導体素子２９の発熱を収納ボックス１の外部へ放熱することができ、信頼性を向上させ、組み立て作業性も向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子等の電子部品を実装したプリント基板を収納ボックスの中に収納する構成をもち、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型電動圧縮機を駆動させるための圧縮機用電子回路装置に関するものである。

従来、圧縮機用電子回路装置において、半導体素子等の電子部品を実装したプリント基板は、収納ボックスの開口部より電子部品を実装したプリント基板を収納ボックス内に収納し、蓋にて収納ボックスの開口部を閉口する構成となっている（例えば特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の固定方法を説明する。

図８は特許文献１に記載された従来の圧縮機用電子回路装置の分解斜視図である。

図８において、ナイロンやＡＢＳ樹脂等の合成樹脂により射出成形された収納ボックス１００には、内部にプリント基板１０４が収納できるように、プリント基板１０４の大きさに対して若干大きい開口部１０８を有している。

プリント基板１０４には圧縮機駆動用の半導体素子１１２が実装されており、半導体素子１１２の温度低減のために熱伝導の良い金属で作られたヒートシンク１１６が半導体素子１１２に密着して取り付けられている。

また、プリント基板１０４にはコネクタ１２０が実装されており、収納ボックス１００にはコネクタ１２０の相対する位置が開口し、コード引出部１２４を形成している。

プリント基板１０４の４箇所の角部には穴部１２８が設けられており、基板固定用ネジ１３２により収納ボックス１００に固定できるようになっている。また、収納ボックス１００の開口部１０８の４箇所の角部には取付け穴１３６が開けられているほか、蓋１４０の４箇所の角部には孔１４２が開けられており、蓋固定用ネジ１４６にて蓋１４０を収納ボックス１００に固定して、開口部１０８を閉口できるようになっている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置について、以下その動作を説明する。

圧縮機用電子回路装置の組み立ては、まず、コネクタ１２０がコード引出部１２４から外部と通信接続を可能となるように、プリント基板１０４は収納ボックス１００の開口部１０８から挿入される。その後、プリント基板１０４の４箇所の穴部１２８を全て基板固定用ネジ１３２により、板厚方向に締付けられて収納ボックス１００に固定される。最後に、蓋１４０の４個の孔１４２が蓋固定用ネジ１４６により収納ボックス１００の開口部１０８に固定され、プリント基板１０４は収納ボックス１００と蓋１４０により覆われ、組み立てが完了する。
特開平１１−３１７５７０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機用電子回路装置に通電され駆動した際に、半導体素子１１２においては、ヒートシンク１１６が取り付けられてはいるものの、ヒートシンク１１６は収納ボックス１００の外部の空気と熱交換することができないため、圧縮機駆動用の半導体素子１１２の発熱が収納ボックス１００の内部に溜まってしまうことにより、半導体素子１１２の温度が上昇し、半導体素子１１２の信頼性が低下してしまうという課題を有していた。

また、温度変化に伴い、プリント基板１０４と収納ボックス１００の線膨張係数の違いに起因して、プリント基板１０４を固定している４箇所の穴部１２８に応力が加わり、結果としてプリント基板１０４が破損するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電子部品の発熱や収納ボックスの外気温の変化など、広範囲な使用環境においても、電子部品の長期信頼性を確保するとともに、組み立て作業性の良い安価な圧縮機用電子回路装置を提供することを目的としている。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機用電子回路装置は、プリント基板を収納ボックスの底部に配置して、プリント基板を弾力性のあるゴムブッシュにて収納ボックスの反開口部側から圧縮支持すると伴に、収納ボックスの開口部を塞ぐ蓋を熱伝導の良いアルミ板にて構成し、プリント基板に実装されたヒートシンクと収納ボックスの蓋が絶縁シートを介して熱接触するように構成したものであり、半導体素子の発熱をヒートシンクとアルミ板を介して収納ボックスの外へ放熱するという作用を有するとともに、温度変化が生じ、ヒートシンクと収納ボックスの線膨張係数に違いがある場合においても、ゴムブッシュが緩衝材となり、ヒートシンクとアルミ板の間に隙間が生じず、プリント基板とヒートシンクに過度の応力も加わらないという作用を有する。

さらに、絶縁シートによりヒートシンクとアルミ板が絶縁されているため、もしヒートシンクが収納ボックスの内部で充電部に接触した場合においても、手の触れる可能性のあるアルミ板の絶縁性を保つことができる。

本発明の圧縮機用電子回路装置は、プリント基板に実装された半導体素子の発熱を収納ボックスの外へ放熱することができると伴に、電子部品の発熱や収納ボックスの外気温の変化が生じる場合においても、ヒートシンクとアルミ板の間の熱伝導を確実にし、温度変化による過度の応力も加わらないようにすることができるため、確実に温度上昇を抑えて信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

さらに、手の触れる可能性のあるアルミ板の絶縁性を保つことができ、安全性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、プリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、前記プリント基板に実装され、前記電子部品の発熱が伝導するヒートシンクと、前記プリント基板を収納し、少なくとも一方の面に開口部を備える収納ボックスと、前記収納ボックスの底部に配設され前記プリント基板を反開口部側から支持するゴムブッシュと、前記収納ボックスの開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記ヒートシンクと前記アルミ板の間に挟まれて密着固定された絶縁シートとを備え、前記ヒートシンクの熱は前記絶縁シートを介して前記アルミ板に伝導するように形成されたものであるから、プリント基板に実装された半導体素子の発熱を収納ボックスの外へ放熱することができ、電子部品の発熱や収納ボックスの外気温の変化が生じる場合においても、ヒートシンクとアルミ板の間の熱伝導を確実にし、温度変化による過度の応力も加わらないようにすることができるため、確実に温度上昇を抑えて信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

また、絶縁シートによりヒートシンクとアルミ板が絶縁されているため、もしヒートシンクが収納ボックスの内部で充電部に接触した場合においても、手の触れる可能性のあるアルミ板の絶縁性を保つことができ、安全性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、ゴムブッシュは空洞部を備えた筒状の形状とし、プリント基板に基板取り付け穴を設け、収納ボックスの底部に開口部に向かって突出した突出部を設け、前記ゴムブッシュの前記空洞部と前記プリント基板の前記穴部に前記収納ボックスの突出部を同時に挿入することで、前記ゴムブッシュと前記プリント基板を前記収納ボックス内の所定の位置に配置するように形成したものであるから、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらにゴムブッシュの収納ボックスへの取り付けを容易にし、組み立て作業の良い安価な圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、アルミ板の収納ボックス側の内側面に複数の突起部を設け、前記突起部で囲われた範囲内に絶縁シートを配設することで、前記絶縁シートを前記アルミ板内の所定の位置に配置するように形成したものであるから、絶縁シートのアルミ板への取り付けを容易にするとともに、絶縁シートの取り付け位置を正確にすることができるものであるから、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに組み立て作業の良い安価で安全性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、絶縁シートとヒートシンクの間に熱伝導性の高い接着剤を塗布したものであるから、ヒートシンクの傾きや変形がある場合に発生するヒートシンクと絶縁シートの隙間を接着剤が埋めることにより、ヒートシンクとアルミ板および絶縁シートとの熱伝導を確実にすることができ、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、絶縁シートとアルミ板の間に熱拡散コンパウンドを塗布したものであるから、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらにアルミ板と絶縁シートとの熱抵抗を低減し、信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機用電子回路装置の分解斜視図、図２は、同実施の形態における圧縮機用電子回路装置の斜視断面図、図３は同実施の形態におけるゴムブッシュの斜視図、図４は図３におけるＡ−Ａ線での断面図、図５は同実施の形態におけるアルミ板の正面図、図６は図５におけるＢ−Ｂ線での断面図、図７はプリント基板の収納ボックス挿入時の組み立て図である。

図１から図７において、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の樹脂により射出成形された収納ボックス１には、内部にプリント基板５が収納できるように、プリント基板５の大きさに対して若干大きい開口部９を有している。

プリント基板５は、ガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂からなり、コネクタ１３が実装されている。

収納ボックス１にはコネクタ１３に対向する位置が開口し、コード引出部１７を形成している。

プリント基板５の４箇所の角部には基板取付けのための複数の基板取り付け穴が設けられており、その内の一つである基板取付け穴５ａが基板固定用ネジ２１により収納ボックス１に固定されている。

また、収納ボックス１には基板固定用ネジ２１により固定される角部の隣角となる角５ｂに対応する位置に、プリント基板５の板厚より若干大きめの幅を持つ挟み込み部２３を有している。

収納ボックス１の底部２箇所には開口部に向かって突出した突出部１ａが一体成型されて設けられており、この突出部１ａには空洞部を備えた筒状のゴムブッシュ２４が突出部１ａをゴムブッシュ２４の空洞部に嵌め込むようにそれぞれ取り付けられている。

突出部１ａの高さはゴムブッシュ２４の高さよりも高く、先端がゴムブッシュ２４より突出するようになっており、この突出した部分がプリント基板５の基板取り付け穴５ｃに嵌るようになっている。また、このゴムブッシュ２４は収納ボックス１とプリント基板５によって挟み込まれ圧縮されている。

また、基板取り付け穴５ｃの穴径は突出部１ａが挿入された時に適度なクリアランスがあるように設計されている（たとえば突出部１ａの径が３．５ｍｍであれば基板取付け穴５ｃの穴径は４ｍｍ）。

プリント基板５には、アルミ合金をプレスにより成形した略Ｕ字型のヒートシンク２５がネジやカシメ（図示せず）により固定されていると伴に、第２のプリント基板２６がはんだ付けにより実装されている。

第２のプリント基板２６には電子部品である圧縮機駆動用の半導体素子２９が実装されており、半導体素子２９はヒートシンク２５の内壁側にネジ２７により密着して固定されて、ヒートシンク２５と熱交換できるように配置されている。

収納ボックス１の開口部９の４箇所の角部には取付け穴３３が開けられているほか、プレス加工されたアルミ合金製のアルミ板３７の４箇所の角部には孔４１が開けられており、アルミ板固定用ネジ４５にてアルミ板３７を収納ボックス１に固定して、開口部９を閉口できるようになっている。

アルミ板３７の内側面に密着して絶縁シート４９が（たとえば２枚重ねられて）固定ネジ５１にて取り付けられているが、この絶縁シート４９は安全規格を満足する電気絶縁性能（たとえば１７５０Ｖ、１分間の絶縁耐力試験に耐える）を持っている。

また、アルミ板３７の内側面には複数の突起部３７ａがプレス加工等によって形成されており、絶縁シート４９はこの突起部３７ａで囲まれた内側に、突起部３７ａにて位置規制され取り付けられている。

また、絶縁シート４９には予め熱拡散コンパウンド５５が塗布されており、絶縁シート４９とアルミ板３７の密着を良くし、絶縁シート４９とアルミ板３７の熱伝導を良くしている。

また、ヒートシンク２５の絶縁シート４９と対面する面には熱伝導性の高い接着剤６０が塗布されている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置について、以下その動作、作用を説明する。

圧縮機用電子回路装置の組み立ては、まず収納ボックス１の突出部１ａにゴムブッシュ２４を挿入する。次に、内壁部に第２のプリント基板２６を固定したヒートシンク２５を実装したプリント基板５を、コネクタ１３が収納ボックス１のコード引出部１７に対向させて、外部と電気接続が可能となるように、コネクタ１３は収納ボックス１の開口部９から挿入される。

この時、コネクタ１３側から収納ボックス１の開口部９に挿入してコネクタ１３を斜めに挿入することで、挟み込み部２３の角５ｂは挟み込み部２３に遊嵌され、その後、コネクタ１３が収納ボックス１と平行になるように所定の位置に置かれるが、同時に収納ボックス１の２箇所の突出部１ａがプリント基板５にある基板取り付け穴５ｃに挿入されるようにする。そして、プリント基板５の基板取付け穴５ａが基板固定用ネジ２１により収納ボックス１に固定される。

その後、ヒートシンク２５の絶縁シート４９と対面する面である上面２５ａに接着剤６０を塗布する。

一方アルミ板３７に絶縁シート４９を取り付ける作業においては、アルミ板３７の内側面において突起部３７ａで囲まれた範囲に絶縁シート４９をアルミ板固定用ネジ４５にて取り付けるが、固定ネジ５１を締付ける際に絶縁シート４９は固定ネジ５１を中心として固定ネジ５１の回転方向と同じ方向に回転しようとするも、突起部３７ａによって回転が防止されるため、絶縁シート４９は正しい位置でアルミ板３７に取り付けられる。尚、絶縁シート４９のアルミ板３７と接する面には予め熱拡散コンパウンド５５を塗布しておく。

ヒートシンク２５に塗布された接着剤６０が固まる前に内側面に絶縁シート４９が取り付けられたアルミ板３７を収納ボックス１の開口部９にアルミ板固定用ネジ４５にて取り付けるが、このときヒートシンク２５の上面は収納ボックス１の開口部９よりも少し（たとえば２ｍｍ程）垂直方向に飛び出た寸法となっているため、ヒートシンク２５はアルミ板３７にて押されるためプリント基板５の下のゴムブッシュ２４は垂直方向に圧縮されることになる。

また、このときヒートシンク２５の上面２５ａに塗布された接着剤６０は絶縁シート４９が取り付けられたアルミ板３７とヒートシンク２５により圧縮される。もし、このときヒートシンク２５のプリント基板５に対する垂直度が悪ければ、絶縁シート４９が取り付けられたアルミ板３７とヒートシンク２５は点接触もしくは線接触となり両者の間に隙間ができることとなるが、接着剤６０が圧縮され、この隙間を熱伝導性の高い接着剤６０が埋めることとなる。

以上のようにして組み立てられた圧縮機用電子回路装置においては、通電され駆動した際に半導体素子２９が発熱するが、この発熱はヒートシンク２５を介してアルミ板３７へ熱伝達し、収納ボックス１の外部へと放熱されるために半導体素子２９の温度が過度に上昇することはなく、半導体素子２９の温度を低減し、圧縮機用電子回路装置の信頼性を向上することができる。

また、アルミ板３７とヒートシンク２５の間には絶縁シート４９が取り付けられているため、もしアルミ板３７とプリント基板５の充電部とが短絡した場合においてもアルミ板３７の絶縁を確保することができ、アルミ板３７に手が触るような環境に圧縮機用電子回路装置を設置された場合においても、より安全な圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

また、プリント基板５は収納ボックス１への取付けにおいては基板取付け穴５ａの部分を基板固定用ネジ２１にて一箇所のみ強固定されている仕様であり、プリント基板５と収納ボックス１の線膨張係数が異なる場合においても、基板取付け穴５ａの部分に熱膨張による応力が加わることがないため、プリント基板５が破損することがなく、プリント基板５に実装された電子部品の発熱や、収納ボックス１の外部の温度上昇によって圧縮機用電子回路装置自体の温度が上昇する場合においても、圧縮機用電子回路装置の信頼性を確保することができる。

また、圧縮機用電子回路装置の温度が上昇した場合において、ゴムブッシュ２４が収納ボックス１とヒートシンク２５の線膨張係数の違いによる熱膨張寸法の違いを吸収してくれるため、ヒートシンク２５と絶縁シート４９が取付けられたアルミ板３７との密着を確実にし、半導体素子２９の発熱を確実にアルミ板３７に熱伝達させ、半導体素子２９の過度の温度上昇を防止し、圧縮機用電子回路装置の信頼性を向上することができる。

たとえば、圧縮機用電子回路装置の温度が通電や周りの温度上昇によって上昇した場合、収納ボックス１とヒートシンク２５は垂直方向に熱膨張するが、樹脂製の収納ボックス１の線膨張係数は約７×^−５／℃であるのに対しアルミ製のヒートシンク２５の線膨張係数は約２×^−５／℃であるので、ヒートシンク２５の垂直方向の寸法がたとえば４０ｍｍである場合において、圧縮機用電子回路装置の温度が５０Ｋ上昇した場合、収納ボックス１の垂直方向寸法はヒートシンク２５の垂直方向寸法に対して０．１ｍｍ長くなるが、ゴムブッシュ２４は予め垂直方向に２ｍｍ圧縮され、プリント基板５を垂直上方向に押し上げているため、圧縮寸法が１．９ｍｍになり、ヒートシンク２５と絶縁シート４９が取付けられたアルミ板３７との間に隙間が発生することはない。

また、ゴムブッシュ２４の取り付けにおいては、ゴムブッシュ２４を収納ボックス１の突出部１ａに差し込むだけであるため、容易に組み立てが可能で、圧縮機用電子回路装置の組み立て作業の作業性を向上することができる。

また、突出部１ａによってプリント基板５の取り付けにおける位置決めをすると同時に、プリント基板５が水平方向に動くのを防止するという作用を持ち、圧縮機用電子回路装置の組み立て作業性を向上することができる。

また、絶縁シート４９のアルミ板３７への取り付けにおいては、突起部３７ａにより絶縁シート４９の取り付け位置を固定ネジ５１だけで確実に所定の場所に取り付けられるため、絶縁シート４９の取り付け作業性を向上させることができるとともに、正確な位置に絶縁シート４９を取り付けすることが可能となり、感電に対してより安全な圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

また、本来ヒートシンク２５はプリント基板５に垂直に取り付けられていなければ、ヒートシンク２５の上面２５ａとアルミ板３７および絶縁シート４９は面接触とならないが、組み立てバラツキによりヒートシンク２５がプリント基板５に傾いて取り付けられ、ヒートシンク２５の上面２５ａとアルミ板３７および絶縁シート４９の接触が線接触または点接触となった場合においても、ヒートシンク２５と絶縁シート４９の間に発生する隙間を熱伝導性の高い接着剤６０が埋めることとなり、半導体素子２９の発熱をヒートシンク２５からアルミ板３７へ確実に熱伝導させることができ、半導体素子２９の過度の温度上昇を防止し、信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

また、絶縁シート４９とアルミ板３７の接触面には熱拡散コンパウンド５５が塗布されているためアルミ板３７が変形した場合においても絶縁シート４９とアルミ板３７の間に発生する隙間を熱拡散コンパウンド５５が埋めることとなり、半導体素子２９の発熱をヒートシンク２５からアルミ板３７へ確実に熱伝導させることができ、半導体素子２９の過度の温度上昇を防止し、信頼性の高い圧縮機用電子回路装置を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機用電子回路装置は、放熱性を向上させて信頼性を向上し、かつ感電に対する安全性を向上するとともに、組み立て作業性も向上することができるので、圧縮機用電子回路装置だけではなく、半導体素子を用いた他の電子回路装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態１における圧縮機用電子回路装置の分解斜視図同実施の形態における圧縮機用電子回路装置の斜視断面図同実施の形態におけるゴムブッシュの斜視図図３におけるＡ−Ａ線での断面図同実施の形態におけるアルミ板の正面図図５におけるＢ−Ｂ線での断面図プリント基板の収納ボックス挿入時の組み立て図従来の圧縮機用電子回路装置の分解斜視図

１収納ボックス
１ａ突出部
５プリント基板
５ｃ基板取り付け穴
２４ゴムブッシュ
２５ヒートシンク
２９半導体素子（電子部品）
３７アルミ板
３７ａ突起部
４９絶縁シート
５５熱拡散コンパウンド
６０接着剤

Claims

プリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、前記プリント基板に実装され、前記電子部品の発熱が伝導するヒートシンクと、前記プリント基板を収納し、少なくとも一方の面に開口部を備える収納ボックスと、前記収納ボックスの底部に配設され前記プリント基板を反開口部側から支持するゴムブッシュと、前記収納ボックスの開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記ヒートシンクと前記アルミ板の間に挟まれて密着固定された絶縁シートとを備え、前記ヒートシンクの熱は前記絶縁シートを介して前記アルミ板に伝導するように形成された圧縮機用電子回路装置。
ゴムブッシュは空洞部を備えた筒状の形状とし、プリント基板に基板取付け穴を設け、収納ボックスの底部に開口部に向かって突出した突出部を設け、前記ゴムブッシュの前記空洞部と前記プリント基板の前記基板取り付け穴に前記収納ボックスの突出部を同時に挿入することで、前記ゴムブッシュと前記プリント基板を前記収納ボックス内の所定の位置に配置するように形成した請求項１に記載の圧縮機用電子回路装置。
アルミ板の収納ボックス側の内側面に複数の突起部を設け、前記突起部で囲われた範囲内に絶縁シートを配設することで、前記絶縁シートを前記アルミ板内の所定の位置に配置するように形成した請求項１または２に記載の圧縮機用電子回路装置。
絶縁シートとヒートシンクの間に熱伝導性の高い接着剤を塗布した請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機用電子回路装置。
絶縁シートとアルミ板の間に熱拡散コンパウンドを塗布した請求項１から４の圧縮機用電子回路装置。