JP2011017528A - 電路板及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】室外機に配置される電路板を備える空気調和機において、電子部品の半田付けを容易にすることである。
【解決手段】電路板３３は、導体配線３３ａと、樹脂部材３３ｂとを備える。導体配線は、制御板４５、室内機４０及び商用電源２０に電気的に接続される金属薄板の配線である。樹脂部材は、導体配線と一体成形され、電子部品の部品本体を固定するための溝、電子部品のリード５６ｂ，５７ｂを導体配線に電気的に接続するための孔６４及び部品本体が配置される位置に貫通孔６８が形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は、電路板、特に、空気調和機に使用される電路板に関する。

また本発明は、空気調和機、特に、電路板を備える空気調和機に関する。

室内機と室外機とから構成されるセパレート型の空気調和機では、リモコンからの信号（運転モード・設定室温など）が室内機に受信されると、その信号は電気ケーブルを介して室外機の制御板に送信される。制御板は受信した信号（運転モード・設定室温など）に基づいて冷媒回路を制御し、これにより室内機から室内に冷気又は暖気が供給される。また、制御板は室温が設定室温になるように冷気又は暖気の温度を調節する。

制御板の一端には電路板が設けられており、この電路板が制御板上の導電パターンと電気的に接続されることにより、室外機の制御板が室内機及び商用電源に接続されている。電路板は導体配線と絶縁樹脂とから構成されている。より具体的には、電路板は、金属薄板の導体配線を有し、この金属薄板の導体配線を覆うように絶縁樹脂を一体成形したものである。電路板の制御板側の面には、制御板上のパターンと電気的に接続される接点が現れており、反対側の面には、室内機からの信号線及び商用電源からの電源配線と接続される端子部の導体が現れている。また、制御板側の面には電子部品を実装するための孔が形成されており、この孔を介して電子部品が電路板内部の導体配線に接続される。

電路板上の温度を測定し、電子部品を発熱による破壊から保護するために、温度フューズが実装される。温度フューズは、リードを半田付けする際に半田の熱がフューズ本体に伝達してフューズ線を切断しないように、リードを長く残して実装している。リードを長く残して実装する場合、両端のリードの長さが不揃いになったり、リードが撓むことにより、フューズ本体の実装位置がバラつき易くなる。フューズ本体の実装位置がバラつくと個体間で温度検出位置が異なり、温度保護のための制御を適切にできないおそれがある。

また、電子部品のほとんどは、電路板の内側面（室内機の内側を向いた面）に実装される。一方、発光ダイオード等の空気調和機の異常を知らせるための電子部品（以下、アラーム部品という）は、電路板を取り外すことなく外側から視認する必要があり、電路板の外側の面（室外機の外側に向いた面）に実装されている。そのため、まず、アラーム部品以外の電子部品を電路板の内側面に固定して外側面から半田フローにより半田付けし、その後、アラーム部品を電路板の外側面に固定して内側面から手半田により半田付けしている。このようにアラーム部品を手作業により実装する必要があるので、電子部品実装において工数の低減が妨げられ、空気調和機のコストダウンの妨げとなっている。

本発明の課題は、室外機に配置される電路板を備える空気調和機において、電子部品の半田付けを容易にすることである。

請求項１に係る電路板は、室内機及び室外機を備える空気調和機の例えば室外機に設けられ、空気調和機の運転を制御する制御板を室内機及び商用電源に電気的に接続するための電路板であって、導体配線と樹脂部材とから構成されている。導体配線は、金属薄板で形成され、制御板、室内機及び商用電源に電気的に接続されている。樹脂部材は、導体配線と一体成形されている。また樹脂部材には、電子部品の部品本体を固定する溝と、電子部品のリードを導体配線に電気的に接続するための孔と、部品本体が配置される位置に貫通孔とが形成されている。

請求項１に係る電路板では、部品本体は貫通孔が形成された溝の位置に固定され、電子部品のリードは孔に挿入され導体配線と電気的に接続される。例えば、電子部品が発光ダイオード等の空気調和機の異常を知らせるもの（アラーム部品）である場合には、電路板を室外機に装着したまま半田面から貫通孔を介してダイオード本体を視認し、点灯しているか否かを判断する。

請求項１に係る電路板によれば、アラーム部品を貫通孔の位置に確実に実装することができるので、電路板を取り外すことなく半田面から貫通孔を介して部品本体を視認することができる。この結果、全ての電子部品を電路板の内側面（室外機の内側に向かう面）に固定して外側面（室外機の外側に向かう面）でのみ半田付けすればよいので、全ての電子部品を半田フローにより一括して半田付けすることができる。

請求項２に係る電路板は、請求項１に係る電路板において、樹脂部材には電子部品のリードを固定する溝がさらに形成されている。請求項２に係る電路板によれば、部品本体のみでなくリードも溝により固定されるので、電子部品がさらに確実に固定される。

請求項３に係る電路板は、請求項１又は２に係る電路板において、電子部品は発光ダイオードである。

請求項４に係る空気調和機は、室内機と冷媒配管と室外機と電路板とを備えている。室内機は、室内空気を冷媒との間で熱交換させ、室内に冷気又は暖気を供給する。室外機は、室内機に一端が接続され、冷媒を流通可能である。冷媒配管は、冷媒配管の他端に接続され、室内機及び冷媒配管と共に冷媒回路を構成し、圧縮又は減圧した冷媒を冷媒配管を介して前記室内機に供給する。電路板は、請求項１から３のいずれかに記載の電路板である。請求項４に係る空気調和機によれば、請求項１から３のいずれかに係る電路板の場合と同様の作用効果を奏する。

請求項１に係る電路板によれば、アラーム部品を貫通孔の位置に確実に実装することができるので、電路板を取り外すことなく半田面から貫通孔を介して部品本体を視認することができる。この結果、全ての電子部品を電路板の内側面（室外機の内側に向かう面）に固定して外側面（室外機の外側に向かう面）でのみ半田付けすればよいので、全ての電子部品を半田フローにより一括して半田付けすることができる。

請求項２に係る電路板によれば、部品本体のみでなくリードも溝により固定されるので、電子部品がさらに確実に固定される。

請求項４に係る空気調和機によれば、請求項１又は２に係る電路板の場合と同様の作用効果を奏する。

本発明の一実施形態による空気調和機の概略ブロック図。 その冷媒回路。 その駆動回路。 その制御回路。 本発明の一実施形態による空気調和機の斜視図。 その室外機の内部。 その電路板の部品実装面。 その電路板の端子接続面。 温度フューズの実装を説明する図。 発光ダイオードの実装を説明する図。

〔全体構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係る空気調和機の概略構成を示すブロック図である。本発明の空気調和機は、図１に示すように、冷媒回路１と駆動回路２と制御回路３とを備えている。制御回路３は、冷媒回路１及び駆動回路２を制御し、駆動回路２からの出力によって冷媒回路１を駆動し、冷媒回路１の冷媒の流れを制御して、室温を調節する。

冷媒回路１の具体的な構成を図２に示す。この冷媒回路１は、圧縮機１１と、圧縮機１１の吐出側に接続された四方切換弁１２と、四方切換弁１２に接続された室外熱交換器１３と、室外熱交換器１３に接続された減圧器（電動膨張弁）１４と、減圧器１４に接続された室内熱交換器１５と、アキュムレータ１６とを備えている。圧縮機１１、四方切換弁１２、室外熱交換器１３、減圧器１４及びアキュムレータ１６は室外機に設けられており、室内熱交換器１５は室内機に設けられている。また室外機及び室内機には、室外熱交換器１３及び室内熱交換器１５に空気流を供給するためのファンがそれぞれ配置されている。

圧縮機１１は、吸入側から冷媒を吸引し、冷媒を圧縮し、圧縮された冷媒を吐出側から排出する装置である。四方切換弁１２は、４つの配管接続部（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を有しており、それぞれに接続される配管をＡ−Ｂ間・Ｃ−Ｄ間（実線）又はＡ−Ｄ間・Ｂ−Ｃ間（点線）で導通させ、流路を変更する装置である。室外熱交換器１３は、冷媒配管を折り返して平面視Ｌ字形に形成されている。平面視Ｌ字形にするのは、空気流との接触面積を大きくするためである。減圧器１４は、冷媒を減圧して排出する装置であり、例えば電動膨張弁が用いられる。室内熱交換器１５は、平行に配列される複数の平板状のフィンと、それらを貫通する冷媒配管とから構成されている。フィンは、アルミニウム等の熱伝導性の良好な材質で形成され、複数が平行に配列されてる。これにより、フィンと空気との接触面積が大きくなり、空気と冷媒との熱交換効率が高くなる。アキュムレータ１６は、圧縮機１１の吸引側に接続され、圧縮機１１に液状の冷媒が混入するのを防止するための装置である。

冷媒回路１を駆動する駆動回路２の構成を図３に示す。駆動回路２は、主に、整流回路２１とインバータ２２とを備えている。整流回路２１は、ダイオードブリッジや大容量のアルミ電解コンデンサ等から構成され、入力側が商用電源２０に接続されている。インバータ２２は、ＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー素子で構成されるブリッジ回路であり、制御回路３からのドライブ信号によって駆動される。この駆動回路では、商用電源２０からの電力が整流回路２１に入力されると、整流回路２１のダイオードブリッジによって整流され、アルミ電解コンデンサによって平滑される。この整流及び平滑された電力がインバータ２２に入力される。インバータ２２のパワー素子が制御回路３からのドライブ信号によって駆動されると、整流回路２１からの出力が所定周波数の電力信号に変換されて圧縮機１１のモータ１１ａに出力される。このようにして圧縮機１１が駆動される。また、制御回路３からのドライブ信号の周波数を調節することによって圧縮機１１の回転周波数を調節し、冷房又は暖房の能力を調節する。

図４には、制御回路３の構成を示す。制御回路３は、主に、制御部３０、メモリ３１、センサ３２、電路板３３、室内機マイコン５１、Ｉ／Ｆ５２、受信部５３及びセンサ５４を備えている。

制御部３０は、冷媒回路１及び駆動回路２を制御するための構成である。制御部３０は、予め定められた制御手順のプログラムを実行して冷媒回路１及び駆動回路２を制御するマイクロプロセッサや、駆動回路２に出力するドライブ信号を発生させるためのドライブ回路で構成されている。メモリ３１は、設定室温、設定湿度、運転モードや制御手順のプログラム等を格納している。メモリ３１は、図４のように制御部３０と別途設けても良いし、マイクロプロセッサに内蔵してもよい。センサ３２は、外気温を検出する温度センサや冷媒配管温度を検出する温度センサを含んでいる。電路板３３は、駆動回路２、制御部３０、商用電源２０及びＩ／Ｆ５２に接続されている。電路板３３は、Ｉ／Ｆ５２からの電気信号及び商用電源２０に含まれるノイズを除去するノイズ除去回路や、Ｉ／Ｆ５２からの電気信号を制御部３０が受信可能な電気信号に変換するインターフェース回路を含んでいる。室内機マイコン５１は、受信部５３及びセンサ５４からの電気信号をＩ／Ｆ５２を介して電路板３３に送信する。Ｉ／Ｆ５２は、室内機マイコン５１からの電気信号を所定レベルの電気信号に変換して電路板３３に出力する。受信部５３は、リモコン等からの信号を受信して室内機マイコン５１に出力する。センサ５４は、室温を検出する温度センサや室内湿度を検出する湿度センサを含んでいる。

〔空調運転〕
このような空気調和機では、受信部５３が運転モード、設定室温等を受信すると、この指示の信号がマイコン５１からＩ／Ｆ５２に出力され、所定レベルの電気信号に変換されて電路板３３に出力される。この電気信号（運転モード、設定室温）は、電路板３３のノイズ除去回路でノイズを取り除かれ、インターフェース回路でマイコンが受信可能な電気信号に変換される。そして、これらの指令（運転モード、設定室温）は、制御部３０によりメモリ３１の所定領域に格納される。制御部３０は、この指令（運転モード、設定室温）及びメモリ３１に格納されているプログラムに基づいて、冷媒回路１を制御し、駆動回路２にドライブ信号を出力する。具体的には、制御部３０は、四方切換弁１２を切り換え、減圧器１４の弁を所定の開度に調節する。また、商用電源２０から電路板３３を介して駆動回路２に入力される電力を所定周波数の電力信号に変換して、冷媒回路１の圧縮機１１を駆動する。

以下、冷房時及び暖房時における冷媒回路１での冷媒の流れを、図２を参照して説明する。

冷房運転時には、四方切換弁１２を実線の位置とし、減圧器１４を所定の開度に絞り、圧縮機１１を起動する。圧縮機１１から吐出される高圧冷媒は、室外熱交換器１３で凝縮した後、減圧器１４で減圧される。減圧された低圧冷媒は、室内熱交換器１５で蒸発した後、四方切換弁１２、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１に戻る。室内熱交換器１５で冷媒が蒸発する際に、室内空気は冷媒に熱を奪われ、この熱を奪われた室内空気が冷気として働く。

暖房運転時には、四方切換弁１２を点線の位置とし、減圧器１４を所定の開度に絞り、圧縮機１１を起動する。圧縮機１１から吐出される高圧冷媒は、室内熱交換器１５で凝縮した後、減圧器１４によって減圧される。減圧された低圧冷媒は、室外熱交換器１３で蒸発した後、四方切換弁１２、アキュムレータ１６を介して圧縮機１１の吐出側に戻る。室内熱交換器１５で冷媒が凝縮する際に、室内空気に熱を放出するため、この熱を吸収した室内空気が暖気として働く。

〔電路板〕
以下、本実施形態に係る空気調和機の室外機４０及び室内機５０の具体的な構成及び配置を説明し、その後、電路板３３について詳述する。

図５は、本実施形態に係る空気調和機の室外機４０及び室内機５０の斜視図である。図６は、室外機４０の内部の斜視図である。室外機４０は、屋外に後面を建物に向けて設置され、プロペラファン（図示せず）により後面から吸い込んだ外気を室外熱交換器１３に接触させ、前面より排出する。室内機５０は、上方から吸い込んだ室内空気を室内熱交換器１５と接触させ、クロスフローファン（図示せず）により吹き出し口から室内に供給する。

室内機５０は、上述した室内熱交換機１５、室内機マイコン５１、Ｉ／Ｆ５２、受信部５３及びセンサ５４が本体ケーシング５５の内部に設けられている。室外機４０は、図５に示すように、本体ケーシング４１と閉鎖弁カバー４２とを備えている。その内部には、図６に示すように、室外熱交換器１３と機械室４３と電装箱４４とを備えている。

機械室４３には、圧縮機１１、四方切換弁１２、減圧器１４及びアキュムレータ１６が設けられている。これらの圧縮機１１、四方切換弁１２、減圧器１４及びアキュムレータ１６と室外熱交換器１３とは、それぞれ図２に示すように冷媒配管により接続され、さらに配管４６，４７によって室内機４０の室内熱交換器１５に接続されており、冷媒回路１を構成している。

電装箱４４には、制御板４５及び電路板３３が設けられている。制御板４５上には、制御部３０、メモリ３１、センサ３２及び駆動回路２が実装されている。制御板４５の出力は、圧縮機１１、四方切換弁１２、減圧器１４に接続されている。上述したように、駆動回路２の出力が圧縮機１１に接続されており、制御部３０が四方切換弁１２及び減圧器１４に接続されている。制御板４５は、エポキシ樹脂又はフェノール樹脂上に導体パターンが描かれたプリント基板上に、マイコン、メモリ、パワー素子等の電子部品が実装された装置である。

電路板３３は、図６に示すように、制御板４５の一端に並んで配置されており、制御板４５上の制御部３０及び駆動回路２の入力側と電気的に接続されている。また、端子台７０において電気ケーブル４８に接続されており、電気ケーブル４８の他端は商用電源２０及び室内機５０と接続されている。電路板３３は、金属薄板の導体配線の立体パターンを形成しておき、その導体配線を絶縁樹脂で固めた装置である。この電路板３３は、図６に示すように、ほぼ直方体の形状をしている。

電路板３３の制御板４５に対向する面（以下、内側面という）の拡大図を図７に、電路板３３の制御板４５に対向しない面（以下、外側面という）の拡大図を図８に示す。また、温度フューズ５６が実装される部分の拡大図を図９ａに、そのｂ−ｂ'における断面図を図９ｂに示す。また、発光ダイオード５７が実装される部分の拡大図を図１０ａに、そのｂ−ｂ'における断面図を図１０ｂに示す。

電路板３３の外側面には、図８に示すように、商用電源２０及び室内機５０からの電気ケーブル４８が接続される端子部７０ａから成る端子台７０が形成されている。それぞれの端子部７０ａは、電路板３３内部の導体配線の一部である端子板７０ｂと、端子板７０ｂに設けられる取付穴７０ｃと、取付穴７０ｃに螺号されるボルト７０ｄとを備えている。これらの端子板７０ｂ、取付穴７０ｃ、ボルト７０ｄは、内側面の電子部品と電気的に接続されている。

電路板３３の内側面は、図７のように部品実装面であり、ノイズ除去用のラインフィルタ（Ｃ１〜Ｃ４，Ｌ１）やインターフェース回路を構成するＩＣ（ＨＩＣ５）が実装される。また、電子部品を熱破壊から保護するための温度フューズ５６（図９）及び空気調和機の異常を知らせる発光ダイオード５７（図１０）が実装される。また内側面には、駆動回路２と電気的に接続される接続孔６１及び制御部３０と電気的に接続されるハーネス６２が設けられている。これらの接続孔６１及びハーネス６２がそれぞれ制御基板４５上の導体パターンと接続され、電路板３３と制御板４５とが電気的に接続される。

電路板３３には、図７、図９及び図１０に示すように、凸部６３と、凸部６３に形成される凹部６３ａと、孔６４及び６８と、貫通孔６５と、溝６６及び６７とが形成されている。

溝６６は、図７及び図９に示すように、温度フューズ５６のフューズ本体５６ａを固定するための溝であり、その内壁がフューズ本体５６ａの外形に合致するように形成されている。溝６７は、温度フューズ５６の２本のリード５６ｂを固定するための溝である。溝６７は、フューズ本体５６ａよりも細いリード５６ｂを固定するため、溝６６より狭い幅に形成されている。孔６８は、図９ｂに示すように、樹脂部材３３ｂの内側面から外側面に貫通して形成される孔である。リード５６ｂは、孔６８に挿入されて内部の導体配線３３ａに電気的に接続される。

温度フューズ５６を実装する際には、図９ａ及びｂに示すように、フューズ本体５６ａ及びリード５６ｂを溝６６及び６７にはめ込んで固定し、２本のリード５６ｂをそれぞれ孔６８に挿入して導体配線３３ａに接触させる。その後、樹脂部材３３ｂの外側面を半田フローして、リード５６ｂを導体配線３３ａに半田付けする。

凸部６３は、図７及び図１０ａに示すように、内壁側が発光ダイオード５７のダイオード本体５７ａを固定するための溝を形成している。また、凸部６３の内壁は、ダイオード本体５７ａの外形と合致するように形成されている。凹部６３ａは、凸部６３に形成されており、発光ダイオード５７の２本のリード５７ｂを固定可能に形成されている。孔６４は、図１０ｂに示すように、樹脂部材３３ｂの内側面から外側面に貫通して形成される孔である。リード５７ｂは、孔６４に挿入されて内部の導体配線３３ａに電気的に接続される。貫通孔６５は、凸部６３で囲まれる部分に樹脂部材３３ｂを内側面から外側面に貫くように形成されている（黒く塗りつぶした部分）。

発光ダイオード５７を実装する際には、図１０ａ及びｂに示すように、２本のリード５７ｂを孔６４に挿入し、これらのリード５７ｂを折り曲げてそれぞれ凹部６３ａにはめ込み、ダイオード本体５７ａを凸部６３の内壁に合致させて固定する。その後、樹脂部材３３ｂの外側面を半田フローして、リード５７ｂを導体配線３３ａに半田付けする。

本実施形態の電路板３３によれば、リード５６ｂが長い場合でも、フューズ本体５６ａは常に溝５６ａの位置に固定される。

また本実施形態の電路板３３によれば、室外機４０の閉鎖弁カバー４２を取り外すと（図５及び図６参照）、電路板３３の外側面から貫通孔６５を介してダイオード本体５７ａを視認することができる（図１０ｂ）。これにより、電路板３３を室外機４０から取り外すことなく、発光ダイオード５７の点灯の有無を確認することができる。さらに、全ての電子部品を電路板３３の内側面に実装して外側面のみを半田フローすることによって、全ての電子部品を一括して半田付けすることができる。

１ 冷媒回路
２０ 商用電源
３３ 電路板
３３ａ 導体配線
３３ｂ 樹脂部材
４０ 室外機
４５ 制御板（プリント基板）
５０ 室内機
５６ 温度フューズ
５７ 発光ダイオード
５６ａ フューズ本体
５７ａ ダイオード本体
５６ｂ，５７ｂ リード
６４，６８ 孔
６６，６７ 溝

Claims (4)

1. 室内機及び室外機を備える空気調和機に設けられ、空気調和機の運転を制御する制御板を室内機及び商用電源に電気的に接続するための電路板であって、
   前記制御板、室内機及び商用電源に電気的に接続される金属薄板の導体配線と、
   導体配線と一体成形され、電子部品の部品本体を固定するための溝、前記電子部品のリードを前記導体配線に電気的に接続するための孔及び前記部品本体が配置される位置に貫通孔が形成された樹脂部材と、
   を備える電路板。
2. 前記樹脂部材は、前記電子部品のリードを固定するための溝がさらに形成されている、請求項１に記載の電路板。
3. 前記電子部品は発光ダイオードである、請求項１又は２に記載の電路板。
4. 室内空気を冷媒との間で熱交換させ、室内に冷気又は暖気を供給する室内機と、
   前記室内機に一端が接続され、冷媒を流通可能な冷媒配管と、
   前記冷媒配管の他端に接続され、前記室内機及び冷媒配管と共に冷媒回路を構成し、圧縮又は減圧した冷媒を前記冷媒配管を介して前記室内機に供給するための室外機と、
   請求項１から３のいずれかに記載の電路板と、
   を備える空気調和機。

Images