JP2010251355A - 電子回路装置および密閉型圧縮機 - Google Patents

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と熱伝導ゴム部材６０を介して熱伝導させるとともに、熱伝導ゴム部材６０はアルミ板３７によって圧縮され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電子回路装置およびそれを用いて駆動する密閉型圧縮機に関するものである。

従来、この種の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電子回路装置を説明する。

図９は、特許文献１に記載された従来の電子回路装置の分解斜視図である。

図９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箇所の角部には孔部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箇所の角部には取り付け穴１３６が開けれているほか、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電子回路装置について、以下その動作を説明する。

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箇所の孔部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、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箇所の孔部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、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および熱伝導ゴム部材を介して熱接触するように構成したものである。

したがって、半導体素子の発熱をヒートシンクと熱伝導ゴム部材および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、熱伝導ゴム部材が緩衝材となり、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ともに、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前記開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記アルミ板の内側面に密着して設置された絶縁シートと、前記ヒートシンクと前記絶縁シートの間に挟まれて密着固定された熱伝導ゴム部材とを備え、前記ヒートシンクの熱は前記絶縁シートと前記熱伝導ゴム部材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る。

さらに、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。

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、前記アルミ板の内側面に前記ヒートシンク側に向かって突出した突起部を設け、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、請求項１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、前記熱伝導ゴム部材の前記ヒートシンクに対向する側に凹部を設け、前記凹部に前記ヒートシンクが嵌めこまれることで、前記熱伝導ゴム部材を所定の位置に配置するように形成したものであるから、熱伝導ゴム部材のヒートシンクへの取り付けを容易にするとともに、熱伝導ゴム部材の取り付け位置を正確にすることができ、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電子回路装置を用いて駆動される密閉型圧縮機であり、信頼性が高く安全性の高い安価な密閉型圧縮機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熱伝導ゴム部材の斜視図、図４は図２における突出部の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は同実施の形態におけるプリント基板の収納ボックス挿入時の組み立て図、図８は同実施の形態における電子回路装置を用いた密閉型圧縮機のシステム図である。

図１から図８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り付けのための複数の基板取り付け孔が設けられており、その内の一つである基板取り付け孔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もつ挟み込み部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９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いる。この突出部１ａは一体成型された台座部１ａａとピン部１ａｂから構成されており、ピン部１ａｂがプリント基板５の基板取り付け孔５ｃに嵌るようになっている。

基板取り付け孔５ｃの内径は突出部１ａのピン部１ａｂ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（例えばピン部１ａｂの外径が３．５ｍｍであれば基板取り付け孔５ｃの内径は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ともに、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箇所の角部には取り付け穴３３が設けられており、さらに、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、例えば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（例えば１７５０Ｖ、１分間の絶縁耐力試験に耐える）を有している。

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。

ヒートシンク２５には、ヒートシンク２５の上面２５ａと接して、熱伝導ゴム部材６０が取り付けられており、アルミ板３７を収納ボックス１へ取り付けた後は収納ボックス１とヒートシンク２５によって挟み込まれ圧縮された状態になっている。

熱伝導ゴム部材６０は熱伝導性が良い材料で構成されており、例えばシリコンに熱伝導性フィラーが混ぜられたものなどである。

また、熱伝導ゴム部材６０には凹部６０ａが形成されており、この凹部６０ａにヒートシンク２５が嵌ることで熱伝導ゴム部材６０の位置決め、および固定を行っている。

また、上記のように構成された電子回路装置７０を用いて密閉型圧縮機８０を駆動する場合は、図８に示すように電子回路装置７０の三相の出力を密閉型圧縮機８０に入力する
ように電気接続されている。

以上のように構成された電子回路装置７０および密閉型圧縮機８０について、以下その動作と作用を説明する。

電子回路装置７０の組み立ては、まず内壁部に第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、収納ボックス１の開口部９から挿入される。

このとき、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、同時に突出部１ａの２箇所のピン部１ａｂがプリント基板５にある基板取り付け孔５ｃに挿入されるようにする。そして、プリント基板５の基板取り付け孔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に熱伝導ゴム部材６０を取り付けするが、熱伝導ゴム部材６０の凹部６０ａにヒートシンク２５が嵌るように熱伝導ゴム部材６０をヒートシンク２５の上面２５ａの上に被せることによって、熱伝導ゴム部材６０のヒートシンク２５に対する位置決めが行われ、正確な位置に取り付けられる。

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。

次に、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、このとき熱伝導ゴム部材６０のアルミ板３７と対向する上面２５ａは収納ボックス１の開口部９よりも少し（例えば２ｍｍ程度）垂直方向に飛び出た寸法となっているため、熱伝導ゴム部材６０はアルミ板３７にて垂直方向に圧縮されることになる。

以上のようにして組み立てられた電子回路装置７０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および熱伝導ゴム部材６０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、電子回路装置７０の信頼性を向上することができる。

また、アルミ板３７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（図示せず）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電子回路装置７０を設置された場合においても、より安全な電子回路装置７０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への取り付けにおいては、基板取り付け孔５ａの部分を基板固定用ネジ２１にて一箇所のみが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、基板取り付け孔５ａの部分に熱膨張による応力が加わることがない。

そのため、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電子回路装置７０自体の温度が上昇する場合においても、電子回路装置７０の信頼性を確保することができる。

また、電子回路装置７０の温度が上昇した場合において、熱伝導ゴム部材６０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が取り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、電子回路装置７０の信頼性を向上することができる。

例えば、電子回路装置７０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７×１０^−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２×１０^−５／℃である。

そのため、ヒートシンク２５の垂直方向の寸法が例えば４０ｍｍである場合において、電子回路装置７０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、熱伝導ゴム部材６０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が取り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、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電子回路装置７０を提供することができる。

また、熱伝導ゴム部材６０の取り付けにおいては、熱伝導ゴム部材６０の凹部６０ａにヒートシンク２５を嵌め込むだけであるため、容易に組み立てが可能で、電子回路装置７０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有し、電子回路装置７０の組み立て作業性を向上することができる。

よって、以上の説明から、上記電子回路装置７０を用いて駆動される密閉型圧縮機８０においても、信頼性を向上することができ、感電に対して安全で、組み立て作業性が良く安価な密閉型圧縮機８０を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる電子回路装置および密閉型圧縮機は、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、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における電子回路装置の分解斜視図 同実施の形態における電子回路装置の斜視断面図 同実施の形態における熱伝導ゴム部材の斜視図 図２における突出部の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 同実施の形態におけるプリント基板の収納ボックス挿入時の組み立て図 同実施の形態における電子回路装置を用いた密閉型圧縮機のシステム図 従来の電子回路装置の分解斜視図

１ 収納ボックス
５ プリント基板
９ 開口部
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
６０ 熱伝導ゴム部材
６０ａ 凹部
７０ 電子回路装置

Claims (4)

1. 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前記開口部を閉口するように取り付けられたアルミ板と、前記アルミ板の内側面に密着して設置された絶縁シートと、前記ヒートシンクと前記絶縁シートの間に挟まれて密着固定された熱伝導ゴム部材とを備え、前記ヒートシンクの熱は前記絶縁シートと前記熱伝導ゴム部材を介して前記アルミ板に伝導するように形成された電子回路装置。
2. 前記アルミ板の内側面に前記ヒートシンク側に向かって突出した突起部を設け、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に記載の電子回路装置。
3. 前記熱伝導ゴム部材の前記ヒートシンクに対向する側に凹部を設け、前記凹部に前記ヒートシンクが嵌めこまれることで、前記熱伝導ゴム部材を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に記載の電子回路装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電子回路装置を用いて駆動される密閉型圧縮機。