JP2011066226A

JP2011066226A - 基板装置およびそれを備えた空気調和機

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Publication number: JP2011066226A
Application number: JP2009215886A
Authority: JP
Inventors: Shinyuki Hattori; 峻之服部; Nagayoshi Takada; 修宜高田; Nobuyuki Toyosawa; 信行豊澤; Tomohiro Takano; 智宏高野
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-31

Abstract

【課題】簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる基板装置およびそれを備えた空気調和機を実現する。
【解決手段】プリント配線基板１と、上記プリント配線基板１に実装され、電磁波を放射するスイッチングトランスＴと、上記プリント配線基板１に実装され、スイッチングトランスＴから放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板２とを備える。上記遮蔽板２は、絶縁性を有する基材と、基材の表面に形成された導体層と、導体層を覆う絶縁膜とを有する構造をしており、遮蔽板２の基材,導体層および絶縁膜の夫々は、プリント配線基板１の基材,導体層および絶縁膜の厚さおよび材料と同一である。
【選択図】図１

Description

この発明は、基板装置およびそれを備えた空気調和機に関する。

従来、基板装置としては、電磁波を放射する部品が実装されたプリント配線基板を備え、金属板を結合したケースで電磁波を放射する部品を覆って、そのケースをグランドに接続することにより、部品からの電磁波の放射を抑制するものがある(例えば、特開２０００−２３６１８９号公報(特許文献１)参照)。

ところが、上記構成の基板装置では、部品からの電磁波を抑制するために別に金属板を用意する必要があり、コストが高くつくという問題がある。また、上記基板装置では、電磁波を放射する部品を覆う金属板は、導体が表面に露出しているため、絶縁が必要な場合には絶縁距離を確保するかまたは絶縁物で金属板を覆う必要がある。上記基板装置において、絶縁距離を確保することは高密度実装に反するため、絶縁物で金属板を覆うようにした場合、さらにコストが高くつくという問題がある。

特開２０００−２３６１８９号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる基板装置およびそれを備えた空気調和機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の基板装置は、
絶縁性を有する基材と、上記基材の表面に形成された導体層と、上記導体層を覆う絶縁膜とを有するプリント配線基板と、
上記プリント配線基板に実装され、電磁波を放射する電気部品と、
上記プリント配線基板に実装され、上記電気部品から放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板と
を備え、
上記遮蔽板は、絶縁性を有する基材と、上記基材の表面に形成された導体層と、上記導体層を覆う絶縁膜とを有する構造をしており、
上記遮蔽板の基材,導体層および絶縁膜の夫々は、上記プリント配線基板の基材,導体層および絶縁膜の厚さおよび材料と同一であることを特徴とする。

ここで、上記電磁波を放射する電気部品としては、スイッチングトランスや、スイッチング素子などの電子部品がある。

上記構成によれば、プリント配線基板に実装された電気部品から放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板の基材,導体層および絶縁膜の夫々が、プリント配線基板の基材,導体層および絶縁膜の厚さおよび材料と同一であるので、例えば大型基材から複数のプリント配線基板を切り出す製造工程において、大型基材のうちの廃材スペースとなるような部分を上記遮蔽板に用いることが可能となる。これにより、遮蔽板として金属板などを別に用意することなく、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板と上記プリント配線基板とは、元プリント配線基板から分割されたものである。

上記実施形態によれば、分割前の元プリント配線基板では、遮蔽板とプリント配線基板が一体となっているので、部品管理などの扱いが容易になる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記プリント配線基板は、少なくともコーナーの一部を切り欠いた矩形形状であって、
上記遮蔽板は、上記元プリント配線基板から切り欠いた部分の全部または一部である。

上記実施形態によれば、分割前の元プリント配線基板の少なくともコーナーの一部を切り欠いた部分の全部または一部を遮蔽板として用いたので、プリント配線基板に用いない不要部分を有効利用できる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板は、上記プリント配線基板に実装された上記電磁波を放射する電気部品と上記電磁波を受ける電気部品との間を遮るように立設されている。

上記実施形態によれば、プリント配線基板に実装された上記電磁波を放射する電気部品と上記電磁波を受ける電気部品との間に遮蔽板を立設することによって、電磁波を受ける電気部品への電磁波の影響を効果的に抑制することができる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板は、上記プリント配線基板に実装された高圧部品と低圧部品との間を遮るように立設され、上記遮蔽板の上記基材側が上記高圧部品側に面している。

上記実施形態によれば、プリント配線基板に実装された高圧部品と低圧部品との間を遮るように立設された遮蔽板は、基材側が高圧部品側に面していることによって、高圧部品と遮蔽板の導体層との間の絶縁性を高めることができる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板は、上記プリント配線基板にハンダ付けにより実装されている。

上記実施形態によれば、遮蔽板をプリント配線基板にハンダ付けにより実装することにより、他の電気部品と同様の実装ができ、作業性が向上する。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板は、上記プリント配線基板にピンを介してハンダ付けにより実装されている。

上記実施形態によれば、遮蔽板をプリント配線基板にピンを介してハンダ付けにより実装することにより、他の電気部品と同様の実装ができ、作業性が向上すると共に、ピンにより遮蔽板の取付強度が高まる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板の導体層は、上記プリント配線基板に形成されたグランドパターンに上記ハンダ付けにより電気的に接続されている。

上記実施形態によれば、遮蔽板の導体層を、プリント配線基板に形成されたグランドパターンにハンダ付けにより電気的に接続することによって、電気部品から放射される電磁波を遮蔽板の導体層により効果的に遮蔽できる。

また、一実施形態の基板装置では、
上記遮蔽板の導体層は、格子形状に形成されている。

上記実施形態によれば、遮蔽板の導体層を格子形状に形成して、例えば格子の一辺の長さを遮蔽したい電磁波の波長の１／２にすることにより、電気部品から放射される電磁波を少ない導体(例えば銅)を導体層に用いた遮蔽板により効果的に遮蔽でき、導体層の材料を節約できる。

また、この発明の空気調和機では、
上記のいずれか１つに記載の基板装置を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる基板装置を備えることによって、放射性雑音(電磁波の放射ノイズ)を低減した空気調和機を実現することができる。

以上より明らかなように、この発明の基板装置およびそれを備えた空気調和機によれば、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる基板装置およびそれを備えた空気調和機を実現することができる。

図１はこの発明の実施の一形態の基板装置の要部の斜視図である。図２Ａは上記基板装置のプリント配線基板の断面図である。図２Ｂは上記基板装置の遮蔽板の断面図である。図３は上記基板装置のプリント配線基板の平面図である。図４は上記基板装置の遮蔽板を含む要部の側面図である。図５は上記基板装置の要部の側面図である。図６は上記基板装置の要部の回路図である。図７は上記基板装置を用いた空気調和機の斜視図である。図８は遮蔽板なしの基板装置を備えた空気調和機の放射性雑音の測定結果と、遮蔽板ありの基板装置を用いた空気調和機の放射性雑音の測定結果を示す図である。図９は上記基板装置の他の例の遮蔽板の格子形状を示す図である。

以下、この発明の基板装置およびそれを備えた空気調和機を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１はこの発明の実施の一形態の空気調和機の電源回路として用いられる基板装置の要部の斜視図を示している。

この基板装置は、図１に示すように、プリント配線基板１と、上記プリント配線基板１に実装され、電磁波を放射する電気部品の一例としてのスイッチングトランスＴと、上記プリント配線基板１に実装され、スイッチングトランスＴから放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板２とを備えている。図１において、Ｄ１はダイオード、Ｃ２は電解コンデンサ、ＣＮはコネクタ、Ｌ１はインダクタである。

上記プリント配線基板１は、図２Ａに示すように、絶縁性を有する基材１aと、上記基材１aの一方の表面に形成された導体層１bと、上記導体層１bを覆う絶縁膜１cとを有する構造をしており、導体層１bは配線パターンを形成している。この実施の形態では、プリント配線基板１の基材１aに紙フェノール基板を用いている。

また、上記遮蔽板２は、図２Ｂに示すように、絶縁性を有する基材２aと、上記基材２aの一方の表面に形成された導体層２bと、上記導体層２bを覆う絶縁膜２cとを有する構造をしており、導体層２bは、基材２aの一方の略全面に形成されている。

上記遮蔽板２の基材２aは、プリント配線基板１の基材１aの厚さおよび材料と同一である。また、遮蔽板２の導体層２bは、プリント配線基板１の導体層１bの厚さおよび材料と同一である。また、遮蔽板２の絶縁膜２cは、プリント配線基板１の絶縁膜１cの厚さおよび材料と同一である。

図１において、遮蔽板２は、高圧部品であるスイッチングトランスＴと低圧部品である電解コンデンサＣ２との間に、基材２a(図２Ｂに示す)側をスイッチングトランスＴ側に面するように、プリント配線基板１に立設されている。上記遮蔽板２は、プリント配線基板１にピン１０を介してハンダ付けにより実装されている。この実施の形態では、遮蔽板２において、絶縁膜２cに覆われる導体層２bの一部が露出しており、この導体層２bの露出部分で、プリント配線基板１のグランドパターン(図示せず)にピン１０を介してハンダ付けしている。

また、遮蔽板２とスイッチングトランスＴとの間をシリコン接着剤１１で接着し、遮蔽板２とインダクタＬ１との間をシリコン接着剤１２で接着して、遮蔽板２をプリント配線基板１に固定している。

図３は上記基板装置のプリント配線基板１と遮蔽板２を分割する前の元プリント配線基板１００の平面図を示している。

この元プリント配線基板１００は、図３に示すように、コーナーの一部(図３中右上)を切り欠いた矩形形状プリント配線基板１と、元プリント配線基板１００から切り欠いた部分の一部である遮蔽板２とが分割されずに連結部１００aで連結されている。この連結部１００aは、プリント配線基板１に隣接する遮蔽板２の辺の一部に設けられている。そして、プリント配線基板１に対して遮蔽板２を連結部１００aで折り曲げることにより、連結部１００aが切断されて、プリント配線基板１と遮蔽板２が分割される。

なお、この基板分割は、折り曲げ以外に、回転刃による切断でもよいし、レーザー光による切断などでもよい。また、プリント配線基板１と遮蔽板２とを連結部１００aで連結したが、これに限らず、切断用のＶ溝などの他の切断部をプリント配線基板と遮蔽板との連結部分に設けてもよい。

図４,図５は上記基板装置の遮蔽板２を含む要部の側面図を示している。この図４は、図３において右側から左側に向かって見た図である。また、図５は、図３において下側から上側に向かって見た図である。

図４,図５に示すように、遮蔽板２の高さは、スイッチングトランスＴの高さよりも高くしている。また、図５の側方から見た遮蔽板２は、スイッチングトランスＴのほぼ全てが隠れる形状にしている。これにより、スイッチングトランスＴ側から遮蔽板２に対してスイッチングトランスＴと反対の側に向かって放射される電磁波が効果的に遮蔽される。

図６は上記基板装置の要部の回路図を示している。図６に示す回路は、空気調和機に用いられる電源回路の一部であり、過電圧保護回路などを省略している。

図６に示すように、単相交流電源を電源入力端子ＡＣＬ,ＡＣＮに接続し、電源入力端子ＡＣＬに過電流保護用のパワーサーミスタＰＴＨの一端を接続し、そのパワーサーミスタＰＴＨの他端にダイオードブリッジＤＢの一方の交流入力端子を接続している。一方、電源入力端子ＡＣＮにダイオードブリッジＤＢの他方の交流入力端子を接続している。そして、ダイオードブリッジＤＢの正極側直流出力端子と負極側直流出力端子との間に平滑用電解コンデンサＣ１を接続している。上記ダイオードブリッジＤＢの負極側直流出力端子をフレームグランドＦＧに接続している。

また、上記ダイオードブリッジＤＢの正極側直流出力端子と負極側直流出力端子をスイッチング部２０の入力端子に接続し、スイッチング部２０の複数の出力側端子をスイッチングトランスＴの複数の１次側巻線端子に接続している。

そして、上記スイッチングトランスＴの２次側巻線端子のうちの第１巻線端子にダイオードＤ１のアノードを接続し、ダイオードＤ１のカソードにインダクタＬ１の一端を接続し、そのインダクタＬ１の他端を＋１２Ｖ出力端子に接続している。また、スイッチングトランスＴの２次側巻線端子のうちの第３巻線端子にグランド端子(＋１２Ｖ用ＧＮＤ)を接続している。上記ダイオードＤ１のカソードとスイッチングトランスＴの第３巻線端子との間に電解コンデンサＣ２を接続し、インダクタＬ１の他端とスイッチングトランスＴの第３巻線端子との間に電解コンデンサＣ６を接続している。上記電解コンデンサＣ６に抵抗Ｒ１を並列に接続している。

また、上記スイッチングトランスＴの２次側巻線端子のうちの第２巻線端子にダイオードＤ２のアノードを接続し、ダイオードＤ２のカソードにヒューズＦの一端を接続している。上記ヒューズＦの他端をシリーズレギュレータＩＣの入力端子に接続している。また、ダイオードＤ２のカソードにダイオードＤ３のカソードを接続し、ダイオードＤのアノードをスイッチングトランスＴの第３巻線端子に接続している。このスイッチングトランスＴの第３巻線端子にグランド端子(ＧＮＤ)を接続している。また、上記シリーズレギュレータＩＣの入力端子とスイッチングトランスＴの第３巻線端子との間にコンデンサＣ４を接続し、シリーズレギュレータＩＣの出力端子とスイッチングトランスＴの第３巻線端子との間に電解コンデンサＣ５を接続している。さらに、シリーズレギュレータＩＣの出力端子にダイオードＤ４のアノードを接続し、ダイオードＤ４のカソードをシリーズレギュレータＩＣの入力端子に接続している。

そして、スイッチングトランスＴの第３巻線端子は、２次側回路の接地電位(ＧＮＤ)に接続されており、この接地電位に遮蔽板２(図１に示す)の導体層２bをピン１０を介してハンダ付けにより電気的に接続している。

図７は上記基板装置を備えた空気調和機２００の斜視図を示している。この空気調和機２００は、加湿機能と除湿機能と脱臭機能および集塵機能を備えている。

図８は遮蔽板なしの基板装置を備えた空気調和機２００の放射性雑音の測定結果と、遮蔽板２ありの基板装置を用いた空気調和機２００の放射性雑音の測定結果を示す図を示している。図８において、横軸は周波数[Ｈz]を表し、縦軸は放射性雑音強度[dBμV/m]を表している。

図８に示すように、遮蔽板なしの基板装置を備えた空気調和機２００に対して、遮蔽板２が実装された基板装置を備えた空気調和機２００は、測定周波数０.５２５ＭＨz〜１.６０６ＭＨzの全ての周波数範囲で放射性雑音強度が低くなっている。

なお、図８の測定条件は、空気調和機の電源電圧が１００Ｖ／６０Ｈz、運転モードが除湿、測定周波数０.５２５ＭＨz〜１.６０６ＭＨz、測定距離は空気調和機から１ｍ、測定アンテナの向きは対面、測定アンテナの高さは、空気調和機が接地された床面より測定アンテナの中央が１.２５ｍ、測定アンテナに対する空気調和機の向きは正面であり、検波したＱＰ値(準尖頭値)で判定する。

上記構成の基板装置によれば、プリント配線基板１に実装された電気部品(スイッチングトランスＴ)から放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板２の基材２a,導体層２bおよび絶縁膜２cの夫々が、プリント配線基板１の基材１a,導体層１bおよび絶縁膜１cの厚さおよび材料と同一であるので、例えば大型基材から複数のプリント配線基板１を切り出す製造工程において、大型基材のうちの廃材スペースとなるような部分を遮蔽板２に用いることが可能となる。これにより、遮蔽板として金属板などを別に用意することなく、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制することができる。

また、分割前の元プリント配線基板１００では、遮蔽板２とプリント配線基板１が一体となっているので、部品管理などの扱いが容易になる。

また、元プリント配線基板１００から切り欠いた部分の全部または一部を遮蔽板２に用いたので、プリント配線基板１に用いない不要部分(廃材スペース)を有効利用できる。

また、プリント配線基板１に実装されたスイッチングトランスＴとそのスイッチングトランスＴからの電磁波を受ける電気部品(電解コンデンサＣ２)との間を遮るように遮蔽板２を立設することによって、電磁波を受ける電気部品への電磁波の影響を効果的に抑制することができる。

また、プリント配線基板１に実装された高圧部品(スイッチングトランスＴ)と低圧部品(電解コンデンサＣ２)との間を遮るように立設された遮蔽板２は、基材２a側が高圧部品側に面していることによって、高圧部品と遮蔽板２の導体層２bとの間の絶縁性を高めることができる。

また、上記遮蔽板２をプリント配線基板１にハンダ付けにより実装することにより、他の電気部品と同様の実装ができ、作業性が向上する。

また、上記遮蔽板２をプリント配線基板１にピン１０を介してハンダ付けにより実装することにより、他の電気部品と同様の実装ができ、作業性が向上すると共に、ピン１０により遮蔽板２の取付強度が高まる。

また、上記遮蔽板２の導体層２bを、プリント配線基板１に形成されたグランドパターン(ＧＮＤ)にハンダ付けにより電気的に接続することによって、電気部品(スイッチングトランスＴ)から放射される電磁波を遮蔽板２の導体層２bにより効果的に遮蔽できる。

また、この発明の空気調和機は、簡単な構成でかつ低コストで、電磁波の放射を効果的に抑制できる基板装置を備えることによって、放射性雑音(電磁波の放射ノイズ)を低減した空気調和機を実現することができる。

上記実施の形態では、遮蔽板２の導体層２bを基材２aの一方の略全面に形成したが、遮蔽板の導体層はこれに限らず、例えば、図９に示す格子形状の導体層を有する遮蔽板を用いてもよい。

遮蔽したい電磁波の周波数「ｆ」に対して最適な遮蔽板の導体層の格子の一辺「ｘ」は、ノイズ波長「λ」の１／２の値となる。

ノイズ周波数「ｆ」から電磁波の波長「λ」を求める計算式は、Ｃを光速とすると、
Ｃ＝ｆλ
で表される(ここで、Ｃ（光速）＝３.０×１０^８［ｍ／ｓ］)。したがって、電磁波の波長「λ」は、
λ＝Ｃ／ｆ
で表され、電磁波の周波数を１１.８４２５６×１０^９[Ｈz] (ＮＨＫ衛星第一の中心周波数)とすると、
λ［ｍ］＝０.０２５［ｍ］
となる。次に、電磁波の波長「λ」より最適な遮蔽板の導体層の格子の一辺「ｘ」を求める次式に代入すると、
ｘ＝λ／２
＝０.０２５／２
＝０.０１２５［ｍ］
＝１.２５［ｃｍ］
となる。

このように、遮蔽板の導体層を格子形状に形成して、例えば格子の一辺の長さを遮蔽したい電磁波の波長の１／２にすることにより、電気部品から放射される電磁波を少ない導体(例えば銅)を導体層に用いた遮蔽板により効果的に遮蔽でき、導体層の材料を節約できる。

上記実施の形態では、基材として紙フェノール基板(別名、ベークライト基板(登録商標))を用い、導体層を紙フェノール基板の片面に形成してその導体層を絶縁膜で覆ったプリント配線基板を用いた基板装置について説明したが、プリント配線基板はこれに限らず、セラミックス基板、紙エポキシ基板、ガラスエポキシ基板などのプリント配線基板を用いた基板装置にこの発明を適用してもよい。また、この発明の基板装置は、フレキシブル基板に実装された電気部品から放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板を、そのフレキシブル基板に実装したものでもよく、遮蔽板の基材,導体層および絶縁膜の夫々が、上記フレキシブル基板の基材,導体層および絶縁膜と厚さおよび材料が同一であればよい。

また、上記実施の形態では、基板装置を備えた空気調和機について説明したが、基板装置を備えた装置は、これに限らず、他の装置にこの発明の基板装置を適用してもよい。

また、この発明の基板装置のプリント配線基板は、導体層が片面に形成された片面基板、導体層が両面に形成された両面基板、導体層が多層に形成された多層基板のいずれであってもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１…プリント配線基板
１a…基材
１b…導体層
１c…絶縁膜
２…遮蔽板
２a…基材
２b…導体層
２c…絶縁膜
１０…ピン
１１,１２…シリコン接着剤
２０…スイッチング部
２００…空気調和機
Ｔ…スイッチングトランス

Claims

絶縁性を有する基材(１a)と、上記基材(１a)の表面に形成された導体層(１b)と、上記導体層(１b)を覆う絶縁膜(１c)とを有するプリント配線基板(１)と、
上記プリント配線基板(１)に実装され、電磁波を放射する電気部品(Ｔ)と、
上記プリント配線基板(１)に実装され、上記電気部品(Ｔ)から放射される電磁波を遮蔽する遮蔽板(２)と
を備え、
上記遮蔽板(２)は、絶縁性を有する基材(２a)と、上記基材(２a)の表面に形成された導体層(２b)と、上記導体層(２b)を覆う絶縁膜(２c)とを有する構造をしており、
上記遮蔽板(２)の基材(２a),導体層(２b)および絶縁膜(２c)の夫々は、上記プリント配線基板(１)の基材(１a),導体層(１b)および絶縁膜(１c)の厚さおよび材料と同一であることを特徴とする基板装置。
請求項１に記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)と上記プリント配線基板(１)とは、元プリント配線基板(１００)から分割されたものであることを特徴とする基板装置。
請求項２に記載の基板装置において、
上記プリント配線基板(１)は、少なくともコーナーの一部を切り欠いた矩形形状であって、
上記遮蔽板(２)は、上記元プリント配線基板(１００)から切り欠いた部分の全部または一部であることを特徴とする基板装置。
請求項１から３までのいずれか１つに記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)は、上記プリント配線基板(１)に実装された上記電磁波を放射する電気部品(Ｔ)と上記電磁波を受ける電気部品との間を遮るように立設されていることを特徴とする基板装置。
請求項１から４までのいずれか１つに記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)は、上記プリント配線基板(１)に実装された高圧部品と低圧部品との間を遮るように立設され、上記遮蔽板(２)の基材(２a)側が上記高圧部品側に面していることを特徴とする基板装置。
請求項１から５までのいずれか１つに記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)は、上記プリント配線基板(１)にハンダ付けにより実装されていることを特徴とする基板装置。
請求項６に記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)は、上記プリント配線基板(１)にピン(１０)を介してハンダ付けにより実装されていることを特徴とする基板装置。
請求項６また７に記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)の導体層(２b)は、上記プリント配線基板(１)に形成されたグランドパターンに上記ハンダ付けにより電気的に接続されていることを特徴とする基板装置。
請求項１から８までのいずれか１つに記載の基板装置において、
上記遮蔽板(２)の導体層(２b)は、格子形状に形成されていることを特徴とする基板装置。
請求項１から９までのいずれか１つに記載の基板装置を備えたことを特徴とする空気調和機。