JP2010278365A - 配線基板収容装置及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱材の拡散を抑制でき、その使用量を抑制できるとともに、配線基板の裏面側の対流作用を確保し得る配線基板収容装置及び電気機器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、電子部品７が実装された配線基板８と、この配線基板８を収容するケース部材２と、前記配線基板８の裏面側に発熱量の大きい電子部品７ａの構成要素が表出する部位と前記ケース部材２との間に、配線基板８の長手方向と直交する両端部まで至らないように塗布された粘度６００００ｍＰａ・Ｓ以上の絶縁性及び熱伝導性を有する放熱材１０とを備える配線基板収容装置１である。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子部品が実装された配線基板を収容する放電灯点灯装置等の配線基板収容装置及びこの配線基板収容装置が配設された電気機器に関する。

一般的に、例えば、放電灯点灯装置においては、点灯回路を構成する電子部品に発熱を伴う部品が存在し、これら部品の温度上昇を低減させることにより、点灯装置の信頼性を向上することが行われている。

このため、従来、金属製収納部材の内面に配置された絶縁シートに、発熱量の大きい電子部品を配置した配線基板の裏面に対応する部位に凹部を形成し、この凹部内に発泡性放熱材を発泡させて充填するものが提案されている（特許文献１参照）。この構成によって、放熱材の使用量を抑制しつつ発熱の大きい電子部品の放熱性能を向上するものである。

特開２００４−２７４０１８号公報

しかしながら、特許文献１に示された放熱材は、流動性が高いため、放熱材が拡散してしまわないように、そして使用量を抑制するために、特別に凹部を形成する必要があり、また、この凹部の深さ寸法の設定も放熱材の流動性との関係で調整しなければならない。したがって、製作が複雑となる問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、所定の粘度を有する放熱材を用いることにより、特別な部材を設けることなく、放熱材の拡散を抑制でき、その使用量を抑制できるとともに、配線基板の裏面側の対流作用を確保し得る配線基板収容装置及びこの配線基板収容装置を用いる電気機器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の配線基板収容装置は、電子部品が実装された配線基板と；この配線基板を収容するケース部材と；前記配線基板の裏面側に発熱量の大きい電子部品の構成要素が表出する部位と前記ケース部材との間に、配線基板の長手方向と直交する両端部まで至らないように塗布された粘度６００００ｍＰａ・Ｓ以上の絶縁性及び熱伝導性を有する放熱材と；を具備することを特徴とする。

本発明の配線基板収容装置は、蛍光ランプや高圧放電灯などの放電灯点灯装置に限らず、ＬＥＤの電源装置等、さらには、電子部品が実装された配線基板が収容される各種装置に適用することができる。

配線基板は、例えば、エポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂等で構成でき、その材質や形状等が格別限定されるものではない。また、ケース部材は、配線基板を収容するもので、箱状をなしていることが好ましいが、例えば、底壁及び両側壁を有するベースケースと、このベースケースを覆うようなカバーケースで構成されている場合、ベースケースのみで構成されていてもよい。さらに、ケース部材は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性が良好な金属で構成するのが好ましいが、所定の熱伝導性を担保できれば電気絶縁性を有する合成樹脂等の他の材料で構成してもよく、特段限定されるものではない。

電子部品の構成要素が表出するとは、以下の意味である。例えば、電子部品がいわゆる挿入部品である場合には、構成要素は、本体部とリードとに分けることができる。この場合、仮に、この電子部品を配線基板の表面側に実装した場合には、構成要素としてのリードが配線基板の裏面側から表出することとなる。一方、この電子部品を配線基板の裏面側に実装した場合には、構成要素としての本体部が配線基板の裏面側から表出することとなる。このような意味であり、配線基板の裏面側に表出する電子部品の構成要素を通じて放熱材によって放熱を図る主旨である。

放熱材は、ポリウレタン樹脂を用いることが好適であるが、所定の特性、粘度を得られれば、他の材料を用いることができる。また、放熱材は、ケース部材との間で直接的に塗布されていても、間接的に、例えば、絶縁性を有するシートを介して塗布されていてもよい。

さらに、放熱材を配線基板の長手方向と直交する両端部まで至らないように塗布されとは、このような構成にすることにより、配線基板の裏面側とケース部材との間の対流通路を確保するものである。

請求項２に記載の配線基板収容装置は、電子部品が実装された配線基板と；この配線基板を収容するケース部材と；前記配線基板の裏面側に発熱量の大きい電子部品の構成要素が表出する部位と前記ケース部材との間に、側面形状が凹状に形成されるように塗布された粘度６００００ｍＰａ・Ｓ以上の絶縁性及び熱伝導性を有する放熱材と；を具備することを特徴とする。

放熱材を側面形状が凹状に形成されるように塗布することにより、配線基板の裏面側とケース部材との間の対流通路の確保が確実となる。

請求項３に記載の配線基板収容装置は、請求項１又は請求項２に記載の配線基板収容装置において、前記放熱材は、塗布された初期の粘度が６００００ｍＰａ・Ｓより低くなるように設けられるとともに、３．０以上のチクソ性を有することを特徴とする。したがって、例えば、放熱材を撹拌配合するときには、配合するマシーンにかかる駆動負荷の軽減が期待できる。

請求項４に記載の電気機器は、機器本体と；この機器本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の配線基板収容装置と；を具備することを特徴とする。電気機器には、照明器具に限らず、各種装置、機器が含まれる。

本発明によれば、発熱量の大きい電子部品の放熱ができ、また、所定の粘度を有する放熱材を用いることにより、特別な部材を設けることなく、放熱材の拡散を抑制でき、その使用量を抑制できるとともに、配線基板の裏面側の対流作用を確保し得る配線基板収容装置を提供することができる。

また、本発明の配線基板収容装置を電気機器に配設することにより、前記効果を奏する電気機器を提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る配線基板収容装置の基本的構成を示す斜視図である。 同分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る配線基板収容装置を示す断面図である。 同配線基板を取出して裏面側を表し、放熱材の配置関係を示す説明図である。 同放熱材の塗布工程を示す断面図である。 配線基板を取出して裏面側を表し、対流通路の状態を示す説明図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）、（ｃ）及び（ｂ）は変形例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電気機器を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態（実施例１)に係る配線基板収容装置を示す断面図及び配線基板の裏面側を示す一部平面図である。 同第２の実施形態（実施例２)及び（実施例３）に係る配線基板収容装置の配線基板の裏面側を示す一部平面図である。 本発明の第３の実施形態に係る配線基板収容装置を示す断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態に係る配線基板収容装置として蛍光ランプ用の放電灯点灯装置について図１乃至図６を参照して説明する。なお、各図において、同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

まず、放電灯点灯装置の基本的構成を説明する。第１図及び第２図に示すように、放電灯点灯装置１は、ケース部材としてのベースケース２及びカバーケース３を組立ててなるケース本体４と、ベース側及びカバー側の絶縁シート５、６と、点灯回路を構成する各種電子部品７が実装された配線基板８とを備えている。

ケース本体４は、長尺状の箱形容器状に構成されている。ベースケース２は、アルミニウム合金製であり、幅方向の両側が折り曲げられて底壁２ａ及び両側壁２ｂを有して断面コ字状をなしている。カバーケース３は、同様にアルミニウム合金製であり、幅方向の両側が傾斜部を形成して折り曲げられて側壁３ａ有し、また、長手方向の両端が折り曲げられて端壁３ｂが形成されている。そして、これらは、カバーケース３の側壁３ａがその弾性力により、ベースケース２の側壁２ｂの外面に密接するように重ねられて組合わされ、図示しない連結手段によって連結されてケース本体４を構成している。

ベース側及びカバー側の絶縁シート５、６は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエステルフィルム等の電気絶縁材で形成されており、ベース側の絶縁シート５は、ベースケース２の内面に沿って配設され、カバー側の絶縁シート６は、カバーケース３の内面に沿って配設されて、電子部品７が実装された配線基板８の電気的絶縁をなすように覆っている。

点灯回路を構成する電子部品７は、インバータトランス、チョークコイル等の巻線類、トランジスタ等のスイッチング素子、平滑コンデンサ、抵抗素子等からなる。これらの電子部品の内、インバータトランス、チョークコイル等の巻線類、トランジスタ等のスイッチング素子、抵抗素子は、比較的発熱量が大きな部品である。

配線基板８は、エポキシ樹脂等で形成され、長尺状の矩形平板状をなしており、ケース本体４内に収容されている。配線基板８には、銅箔からなる配線パターが形成されており、この配線パターン上に前記各種電子部品７が半田等によって電気的に接続されて実装されている。例えば、配線基板８に形成されたスルーホールを表側から裏側に貫通するリードを有する電子部品、いわゆる挿入部品では、そのリードの先端を配線基板８の裏面に半田により固定している。

また、この配線基板８には、主として表面側に電子部品７が実装されているが、裏面側にも実装されており、表面側には、巻線類等の比較的大形の部品が実装され、裏面側には、比較的小形で高さ寸法の低いスイッチング素子等が実装されている。加えて、配線基板８の表面側の長手方向両端部には、入出力用の端子台９が配設されている。

次に、図３に示すように、配線基板８裏面側とベースケース２の底壁２ａの内面との間には、ベース側の絶縁シート５を介して放熱材１０が塗布されている。この放熱材１０は、配線基板８の裏面側に実装された電子部品７ａ、例えば、発熱量の大きいスイッチング素子が実装された部位に対応して塗布されており、電子部品７ａを気密的に覆うようになっている。そして、絶縁シート５には、電子部品７ａに対応する位置に円形状の孔５ａが形成されており、電子部品７ａから発生した熱は、放熱部材１０から孔５ａを介して直接的にベースケース２に伝導されたり、絶縁シート５を介して間接的にベースケース２に伝導されたりして放熱される。また、放熱部材１０の側面には凹状部１０ａを有し、すなわち、その側面形状は、内側に凹んだ凹状に形成されている。

なお、スイッチング素子は、表面実装タイプのものであってもよいが、仮に、挿入部品タイプのものである場合には、スイッチング素子の構成要素を素子本体部とこの本体部から導出されたリードとに分けることができるが、このときには、素子本体部が配線基板８の裏面側に表出しており、この表出した部位に対応して放熱材１０が塗布されていることとなる。

本実施形態においては、図４に示すように、配線基板８の裏面側に実装された電子部品７ａに対応して３箇所に塗布されている。因みに、図３の放電灯点灯装置の断面図は、図４におけるＹ−Ｙ線に沿った放電灯点灯装置の断面に相当するものである。

ここで、放熱材１０としては、ポリウレタン樹脂を用いている。このポリウレタン樹脂は、６００００ｍＰａ・Ｓ以上の粘度を有し、また、絶縁性、熱伝導性及びチクソ性を有している。具体的には、このポリウレタン樹脂は、イソシアネート系材料とポリオール系材料とを撹拌配合して作製するが、その配合前のイソシアネート系材料とポリオール系材料との粘度比は、１：１００００以内に設定する。また、配合後のポリウレタン樹脂のチクソ性にかかるチクソエントロピーインデックス（ＴＩ値）が３．０以上に調整されている。ＴＩ値は、回転粘度計で測定した値であり、ここでは、ロータを１分間に２０回転した場合の粘度値に対する１分間に２回転した場合の粘度値の比をとっている。

このように作製されるポリウレタン樹脂の放熱材１０は、前記撹拌配合するときには、撹拌配合するマシーンにかかる駆動負荷が軽減され、その配合後、放熱材１０が塗布された初期には、６００００ｍＰａ・Ｓより低い粘度、好ましくは、５００００ｍＰａ・Ｓ以上の粘度とすることができる。

次に、放熱材１０の塗布工程について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、放熱材１０をベース側の絶縁シート５上に塗布した状態を示しており、図５（ｂ）は、放熱材１０が配線基板８の裏面側とベースケース２の底壁２ａ間に塗布された状態を示している。まず、配線基板８の裏面側に実装された電子部品７ａである発熱量の大きいスイッチング素子の実装位置に対応して、放熱材１０を絶縁シート５上に塗布する。放熱材は、上記のような性質を有し、塗布された初期の粘度が５００００ｍＰａ・Ｓ以上に調整されている。したがって、従来のように流動性が高いことによって広く拡散してしまうことが抑制され、図示のように所定の高さ寸法を確保することが可能となり、放熱材１０の塗布量も抑制できる。例えば、小形の電子部品については、１ｇ程度の少量の塗布量であっても適用可能となる。

続いて、配線基板８を上方からベースケース２に組み合わせると、配線基板８は、図示しない支持部材によって支持され、ベースケース２に収容される。この状態では、放熱材１０は、配線基板８の裏面によって押圧され、潰されて扁平状に広がり、電子部品７ａと気密的に接触し覆うようになる。その後、放熱材１０を硬化させるが、この硬化過程においても上記所定の粘度及びチクソ性を有するため、広く拡散することが抑制でき、例えば、ベースケース２から流れ出してしまうような事態を防ぐことができる。また、放熱部材１０の側面には凹状部１０ａが形成され、その側面形状は、内側に凹んだ凹状に形成されるようになる。

なお、上記放熱材１０に例えば、分子内に炭化水素基をもつシリコン系化合物等を加え、疎水性を有するように構成することが好ましい。イソシアネート系材料は、水分と反応しやすく、反応によりガスが生じ、放熱材１０中に空気層を形成したり、放熱材１０に変質を来たしたりする可能性があるからである。したがって、疎水性を有するように構成することにより、放熱機能の確保を確実なものとすることができる。

次に、本実施形態においては、図６（ａ）に示すように、放熱材１０が配線基板８の裏面側に、配線基板８の長手方向と直交する方向、すなわち、短手方向の両端部まで至らないように塗布され配置されるようになっている。したがって、配線基板８の裏面側とベースケース２の底壁２ａとの間には、図示矢印で示すように長手方向に空気の対流通路が確保されることとなり、配線基板８の放熱を効果的に行うことが可能となる。加えて、放熱部材１０の側面には凹状部１０ａが形成されているので、この部分においても対流通路が形成されることとなり、対流通路を広く確保することが可能となる。

これは、図６（ｂ）の変形例に示すように、放熱材１０が配線基板８の短手方向の一端部まで至ったとしても、両端部まで至らないように塗布され配置されていれば、同様に対流通路の確保が可能となる。また、放熱部材１０の凹状部１０ａによって、凹状部１０ａとベースケース２の内側壁との間にも対流通路を確保することができる。

さらに、図６（ｃ）及び（ｄ）の変形例に示すように、２箇所に塗布された放熱材１０が重なり合ったり、１箇所に塗布された放熱材１０が広がったりして、配線基板８の短手方向の両端部まで至り、本来の対流通路を実質的に閉塞してしまうように塗布され配置される場合がある。このような場合においても、前記のように、放熱部材１０の側面には凹状部１０ａが形成されているので、凹状部１０ａとベースケース２の内側壁との間に図示矢印のように対流通路を確保することが可能となる。しかしながら、これらの場合には、放熱材１０の塗布量が多くなると、凹状部１０ａの凹みの程度が減少し、又は凹状が形成されなくなってしまう可能性があるので、塗布量に配慮する必要がある。

また、配線基板８の表面側の両端部に配設された入出力用の端子台９（図１及び図２参照）に対応する配線基板８の裏面側には、半田接合部が配置されるが、この接合部には、放熱材が塗布されたり、拡散されたりしないようにすることが好ましい。仮に、接合部に放熱材が塗布されると、放熱材が硬化した状態で端子台９にリード線を挿入接続する場合、その挿入時の応力が端子台９から接合部に加わり、接合部の半田にクラックが生じてしまう虞があるからである。

さらに、上述の構成においては、ケース本体４をアルミニウム合金製からなる金属で構成したが、好ましくは所定の熱伝導性を有していれば、電気絶縁性を有する合成樹脂等の他の材料で構成してもよい。この場合には、ベース側及びカバー側の絶縁シート５、６を省略することができる。したがって、放熱材１０はベースケース２の底壁２ａに直接塗布されることとなる。

以上のように本実施形態の構成によれば、発熱量の大きい電子部品７ａの実装部位に対応して放熱材１０を塗布したので放熱を促進することができる。また、放熱材１０は、所定の粘度を有しているので、特別な部材を設けることなく、放熱材１０の拡散を抑制でき、その使用量を少なくすることができる。さらに、配線基板の裏面側の対流作用を確保し、放熱を効果的に行うことができる。

続いて、本発明の実施形態に係る電気機器としての照明器具について図７を参照して説明する。照明器具２０には、前記配線基板収容装置としての蛍光ランプ用の放電灯点灯装置１が組み込まれている。照明器具２０は、天井面に埋め込まれて設置される埋込形の器具であり、器具本体２１の長手方向の両端にソケット２２が取付けられており、このソケット２２に光源としての直管形の２本の蛍光ランプ２３が接続されている。なお、放電灯点灯装置１に収容された配線基板８の入出力用の端子台９には、それぞれ電源からのリード線、蛍光ランプ２３に点灯出力を供給するリード線が接続されている。

このように構成された照明器具２０を点灯すると、放電灯点灯装置１を構成する電子部品７から熱が発生するが、前述のように放熱材１０により、また、配線基板の裏面側の対流作用により放熱することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る配線基板収容装置として蛍光ランプ用の放電灯点灯装置について図８及び図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

（実施例１）図８に示すように、本実施例では、配線基板８の表面側に実装された発熱量の大きい電子部品７ｂを対象としているものである。電子部品７ｂは、いわゆる挿入部品であり、本体部７１とリード７２とを構成要素としている。そして、リード７２は、配線基板８に形成されたスルーホールを表側から裏側に貫通し、裏面側に表出するもので、その表出部分が半田付けされ半田フィレット７３が形成されている。なお、スルーホールの周囲には銅箔からなるランド７４が形成されている。したがって、放熱材１０は、配線基板８の裏面側から電子部品７ｂの構成要素であるリード７２が表出する部位に対応して塗布されている。

以上のように本実施例によれば、電子部品７ｂから発生する熱は、本体部７１、リード７２、半田フィレット７３を経由して放熱材１０に伝わり、さらに、放熱部材１０から孔５ａを介して直接的にベースケース２に伝導され、また、絶縁シート５を介して間接的にベースケース２に伝導され放熱される。

（実施例２)図９（ａ）に示すように、本実施例では、発熱量が大きい電子部品が実装されるランド７４ａの径を大きくして面積を増大し、放熱材１０との接触密度を高くし、放熱効果を向上するものである。

（実施例３）図９（ｂ）に示すように、本実施例では、電子部品が未実装のランド７４ｂを含めて放熱材１０を塗布するものである。例えば、配線基板８を複数の機種に共用するため、部品として共通化する場合がある。このような場合、実際には電子部品が実装されないランド７４ｂが発生することがある。したがって、この未実装のランド７４ｂを含めて放熱材１０を塗布することにより、未実装のランド７４ｂからも配線基板８からの熱が放熱材１０に伝わり、放熱効果を向上することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る配線基板収容装置として蛍光ランプ用の放電灯点灯装置について図１０を参照して説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

本実施形態は、前記第２の実施形態（実施例１）と同様に、電子部品７ｂは、いわゆる挿入部品であり、例えば、抵抗素子を示している。この抵抗素子の本体部７１から導出されたリード７２は、先端部がクリンチされている。したがって、放熱材１０を塗布する工程において、このクリンチ部が放熱材１０の拡散の障壁となり、広がりをさらに抑制することができる。加えて、クリンチ部によって放熱材１０との接触面積が大きくなるので放熱効果を向上することができ、また、リード７２と放熱材１０との固着性も高めることができる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、配線基板収容装置は、放電灯点灯装置に限らず、ＬＥＤの電源装置等の各種電源装置、さらには、これらに限定されず、電子部品が実装された配線基板が収容される各種装置に適用することができる。

１・・・配線基板収容装置（放電灯点灯装置）、２・・・ケース部材（ベースケース）、７・・・電子部品、８・・・配線基板、１０・・・放熱材、１０ａ・・・凹状部、
２０・・・・電気機器（照明器具）

Claims (4)

1. 電子部品が実装された配線基板と；
   この配線基板を収容するケース部材と；
   前記配線基板の裏面側に発熱量の大きい電子部品の構成要素が表出する部位と前記ケース部材との間に、配線基板の長手方向と直交する両端部まで至らないように塗布された粘度６００００ｍＰａ・Ｓ以上の絶縁性及び熱伝導性を有する放熱材と；
   を具備することを特徴とする配線基板収容装置。
2. 電子部品が実装された配線基板と；
   この配線基板を収容するケース部材と；
   前記配線基板の裏面側に発熱量の大きい電子部品の構成要素が表出する部位と前記ケース部材との間に、側面形状が凹状に形成されるように塗布された粘度６００００ｍＰａ・Ｓ以上の絶縁性及び熱伝導性を有する放熱材と；
   を具備することを特徴とする配線基板収容装置。
3. 前記放熱材は、塗布された初期の粘度が６００００ｍＰａ・Ｓより低くなるように設けられるとともに、３．０以上のチクソ性を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の配線基板収容装置。
4. 機器本体と；
   この機器本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の配線基板収容装置と；
   を具備することを特徴とする電気機器。

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