JP3901669B2 - トランスユニット載置プリント基板 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ方式の高周波加熱装置等に使用されるトランスユニットを載置して成るプリント基板に関するものである。

インバータ方式の高周波加熱装置は、図５に示すように、プリント基板７１にトランス７２を実装したトランスユニット７３を内蔵している。
ここで、このトランスユニット７３の回路について図６を参照して説明する。
商用電源７４は、ダイオードブリッジ等の整流回路７５によって全波整流され、インバータ７６によって高周波電圧に変換されてトランス７２の１次巻線７７に印加される。これにより、トランス７２の２次巻線７８に数ｋＶの高周波の高電圧が発生する。そして、この高周波高電圧は、コンデンサ７９やダイオード８０からなる倍電圧整流回路８１によって整流される。これにより、マイクロ波発生器であるマグネトロン８２に高電圧が印加される。また、トランス７２のヒータ巻線８３は、マグネトロン８２のフィラメント８４に接続され、フィラメント８４を加熱する。そして、マグネトロン８２は、フィラメント８４の加熱と高電圧の印加によりマイクロ波を発振する。
また、図７に示される構成のトランスは公知である（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１８９２２１号公報

図７において、上記のトランスユニット７３に用いられるトランス７２は、１次巻線７７、２次巻線７８、及びヒータ巻線８３が同心状に巻かれたボビン８５を有し、このボビン８５の中心に、コア８６が両側から差し込まれた構造とされている。そして、このトランス７２は、図８に示すように、その底部に、１次巻線用接続ピン８７、２次巻線用接続ピン８８、ヒータ巻線用接続ピン８９、及びアース用接続ピン９０を有しており、実装先のプリント基板７１のスルーホールに挿入されて、はんだ付けによりプリント基板７１の回路パターンに接続されている。

ところで、高周波加熱装置は、コンパクト化、高機能化が要求されているため、各部のサイズを縮小し、より付加価値の高い部品を用いることが行われている。
しかしながら、倍電圧整流回路８１を構成するコンデンサ７９やダイオード８０等の高電圧部品は、制御回路を構成する部品と比較して極めて大きな部品であり、これら高電圧部品を実装するスペースを確保するために、プリント基板７１の高電圧部品領域が大きくなってしまう。
しかも、上記のトランスユニット７３では、高電圧部分の絶縁距離を確保するため、回路パターンの間隔を広くする必要があり、これにより、プリント基板７１における高電圧部品領域を大きく取らざるを得なかった。
このように、上記構造のトランスユニット７３では、高電圧部品領域を大きく取らざるを得ないため、プリント基板７１自体が大型化して、高周波加熱装置のコンパクト化の要求を満たすことが困難な状況となっていた。

そこで本出願人は、上記事情に鑑みて、トランスの性能を犠牲にすることなく、しかもコストアップを招くことなく、プリント基板における占有スペースを小さくして省スペース化を図り、ユニットの小型化を図ることが可能なトランス及びそれを備えたトランスユニットを先に開発した。

図９は先行発明に係るトランスの断面図及び側面図、図１０はトランスの斜視図、図１１はトランスユニットの斜視図である。
図９〜図１１に示すように本発明の前提となる先行発明に係るトランスユニットに実装されるトランス１１は、主に、樹脂製のボビン１３と、このボビン１３に巻回された１次巻線１５、２次巻線１７、ヒータ巻線１９と、コア２１とから構成されている。
コア２１は、ボビン１３の中心に挿通された断面矩形状のＩ型コア２１ａと、Ｉ型コア２１ａの両端に接続された側面視Ｕ字状のＵ型コア２１ｂとから構成され、トランス１１は、Ｕ型コア２１ｂを下に向けてプリント基板２３に実装されている。
ボビン１３は、その側面に、それぞれ一対の挟持片２５，２７からなる複数（本実施形態では合計４個）の部品保持部を有しており、この部品保持部には、倍電圧整流回路８１を構成する高電圧部品であるコンデンサ３１が狭持片２７の対に狭持され、ダイオード３３が狭持片２５の対に挟持されている。
なお、本実施形態の部品保持部は、ボビン１３の側面に高電圧部品の厚み程度に離間してそれぞれ一対の挟持片２５，２７を立設することで形成しているが、高電圧部品が保持できれば、この挟持片２５，２７に限らず、いかなる構成のものであってもよい。

また、高電圧部品としてのコンデンサ３１、ダイオード３３の各リード線は、プリント基板２３への実装側を除く外周部位に突出して設けられ、これらリード線に２次巻線１７やヒータ巻線１９の接続端部が、それぞれ回路に基づいて互いに結線されている。従って、トランス１１のプリント基板２３への実装側を除く外周部位で、マグネトロン等からの接続用コードがプリント基板２３を介さずに直接に接続されている。
このように、上記トランス１１及びこのトランス１１をプリント基板２３に実装してなるトランスユニット１００によれば、ボビン１３の側面に、コンデンサ３１やダイオード３３等の高電圧部品を保持する部品保持部を備えているので、この部品保持部に高電圧部品を保持させることにより、プリント基板２３へ実装する高電圧部品をなくすことができる。

これにより、トランス１１の性能を犠牲にすることなく、しかもコストアップを招くことなく、プリント基板２３の大きさを小さくすることができ、トランスユニット１００の小型化を図ることができる。そして、コンパクト化及び高機能化が要求されている、高周波加熱装置に用いて好適なトランスユニット１００とすることができる。

また、２次巻線１７及びヒータ巻線１９の接続端部をトランス１１のプリント基板２３への実装側を除く外周部位に接続したので、マグネトロン等のからの接続用コードをプリント基板２３を介さずにトランス１１へ直接的に結線できることになる。これにより、プリント基板２３における回路パターンを少なくすることができ、特に、高電圧であるために絶縁距離を大きくせざるを得なかったトランス１１の高電圧回路パターンをなくすことができる。このため、図１１に示すように、プリント基板２３を大幅に小型化することができる。
しかも、部品保持部に保持したコンデンサ３１やダイオード３３等の高電圧部品のリード線に対し、他の高電圧部品のリード線、２次巻線１７及びヒータ巻線１９の接続端部の少なくともいずれかを直接的に接続したので、プリント基板２３における回路パターンのさらなる削減及び単純化を図ることができる。

なお、上記実施形態では、ボビン１３の側面に部品保持部を形成し、この部品保持部に高電圧部品を保持させる構造としたが、高電圧部品の保持場所は、トランス１１の外周部位であれば、ボビン１３の側面に限らず、他のどの位置であってもよい。

ボビンをプリント基板に固定するには、従来は図８で説明したように、トランス７２の底部に、１次巻線用接続ピン８７、２次巻線用接続ピン８８、ヒータ巻線用接続ピン８９、及びアース用接続ピン９０を設けて、実装先のプリント基板７１のスルーホールに挿入されて、はんだ付けによりプリント基板７１の回路パターンに接続していたが、これでは取り付け作業が煩雑になり、作業能力が低下した。

そこで、ボビンをプリント基板に直接取り付けるのではなくて、部品のリード端子を利用することにした。図２はこのようにトランスユニットのプリント基板への取付を部品のリード端子を利用して行う概念図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はスリット部近傍の拡大断面図である。また、図３はプリント基板の落下試験の状態を示す斜視図である。
図２（ａ）において、１は先行発明に係るトランスユニット載置プリント基板、２は図１１に示したトランスを含むトランスユニットのボビンを概念的直方体で示している。ボビン２の側面下部には部品リード端子を係止する係止突起２ａが複数箇所に形成されており、かつ係止突起２ａには後述する縦方向のスリット２ｂが形成されている。３はボビンおよび／またはトランスの外周部位に保持された電気部品（ダイオード、コンデンサ等）で、３ａは部品３のリード端子である。

部品リード端子３ａの何本かは図２（ｂ）に示すように、前記係止突起２ａのスリット２ｂ内を通りプリント基板４のスルーホールに挿入されて、半田側に達し、半田５でプリント基板４の回路パターンに固定接続されている。
そこで、ここではこの部品リード端子３ａを利用して、この部品リード端子３ａにボビンを固定することで、結果的にボビン２をプリント基板４に固定するものである。そのためにボビン２の側面下部に樹脂製の係止突起２ａを形成し、この係止突起２ａでそのスリット２ｂ内のリード端子３ａを押さえ付けるように矢印で示す方向に互いに加圧状態で熱溶着している。
このようにすることにより、部品リード端子３ａは半田５によりプリント基板４に固定され、その部品リード端子３ａに係止突起２ａが熱溶着されているので、結果的にトランスを含むボビン２はプリント基板４に簡便に固定されることになり、図８で説明したようなトランス７２の底部に１次巻線用接続ピン８７、２次巻線用接続ピン８８、ヒータ巻線用接続ピン８９、及びアース用接続ピン９０等を別途設ける必要が無く、作業性が向上した。

しかし、その後、プリント基板４の落下試験を実施したところ、若干、改良すべき点が判明した。それは真っ直ぐなリード端子３ａを挟んでボビン２の係止突起２ａを熱溶着しているので、係止突起２ａはリード端子３ａを単に挟む方向に押圧するだけであって、リード端子３ａの長さ方向には簡単に移動できてしまうことが判明した。一方、リード端子３ａはプリント基板４に半田５で半田付けされてプリント基板４に固定されている。そしてプリント基板４上で１番重い載置物はコアを含むボビン２であるから、プリント基板４を落下試験すると、ボビン２とプリント基板４との間ではボビン２がプリント基板４から離れようとする力が働く。そして、ボビン２はリード端子３ａの長さ方向には簡単に移動できるので、その結果、図３（ｂ）のように、ボビン２はリード端子３ａの長さ方向に上方へ移動し、結合の弱い箇所、例えばボビン２と部品リード端子３ａとの間の電気的配線が切れてしまった。
また、重いボビン２がプリント基板４の上に再落下することでプリント基板４の破損が起きた。

そこで、本発明の課題は、ボビン２がリード端子３ａの長さ方向に移動できないようにして、プリント基板４に落下試験を実施してもボビン２と部品リード端子３ａとの間の電気的配線が切断しないようにすることによってプリント基板の破損を防止できるトランスユニット載置プリント基板を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載のトランスユニット載置プリント基板の発明は、少なくとも１次巻線及び２次巻線が巻回されたボビンと該ボビンの中心に挿通されたコアとから成るトランスと、前記ボビンおよび／または前記トランスの外周部位に保持された電気部品とを備えたトランスユニットをプリント基板に載置し、前記電気部品のリード端子を前記プリント基板に半田付けし、かつ前記リード端子を前記ボビンに形成されたスリットに挟んで固着して成るトランスユニット載置プリント基板において、前記電気部品の少なくとも１本以上のリード端子についてその長さ方向に前記ボビンが前記リード端子自体を挟んだまま摺動することを防止する曲折部を前記リード端子に形成するとともに当該リード端子を前記プリント基板に半田付けすることで前記トランスを前記プリント基板に固定したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のトランスユニット載置プリント基板において、前記リード端子の前記スリットに挟まれる部分または前記スリットからプリント基板と反対側の部分をＳ字、Ｖ字、またはコ字に形成したことを特徴とする。

以上のようにしたので、ボビンが確実にプリント基板に固定されるので、落下試験を行ってもボビンが移動することはなくなり、したがってプリント基板も破損しなくなる。

以上説明したように、本発明のトランス及びそれを備えたトランスユニットによれば、トランス外周部位に、部品を保持する部品保持部を備え、この部品保持部に高電圧部品を保持させることでプリント基板への高電圧部品の実装をなくすことができ、しかもその部品のリード端子を利用してトランスユニットをプリント基板に固定し、その際リード端子の長さ方向にボビンがリード端子を挟んだまま摺動することを防止する曲折部をリード端子に形成したので、確実にトランスユニットがプリント基板に固定される。落下試験を行ってもトランスユニットが移動することはなくなり、したがってプリント基板が破損しなくなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るトランスユニット載置プリント基板の概念図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は曲折部の熱溶着による固定を示す拡大断面図、（ｃ）は曲折部の潰し込みによる固定を示す拡大斜視図である。
図１（ａ）において、１は本発明の第１の実施の形態に係るトランスユニット載置プリント基板、２はトランスを含むトランスユニットのボビンを概念的直方体で示している。ボビン２の側面下部には部品リード端子を係止する係止突起２ａが複数箇所に形成されており、かつ係止突起２ａには後述するＶ字のスリット２ｂが形成されている。３はボビンおよび／またはトランスの外周部位に保持された電気部品（ダイオード、コンデンサ等）で、３ａは部品３のリード端子である。

部品リード端子３ａの何本かは図１（ｂ）に示すように、前記係止突起２ａのＶ字スリット２ｂ内を通りプリント基板４のスルーホールに挿入されて、半田側に達し、半田５でプリント基板４の回路パターンに固定接続されている。また、部品リード端子３ａ自体もＶ字スリット２ｂの前記Ｖ字に一致するように予めＶ字に形成されている。そして、樹脂製の係止突起２ａは、この状態でＶ字スリット２ｂ内のリード端子３ａを押さえ付けるように矢印で示す方向に互いに加圧状態で熱溶着することで強度が増す。その結果、ボビン２はプリント基板４に確実に固定されることになる。
このようにボビン２をプリント基板４へ固定することが簡便になり、図８で説明したようなトランス７２の底部に１次巻線用接続ピン８７、２次巻線用接続ピン８８、ヒータ巻線用接続ピン８９、及びアース用接続ピン９０等を別途設ける必要が無く作業性が向上する。

図１（ｃ）は、図１（ｂ）に代わる簡便な固定方法を示す図で、硬質製絶縁材料でできたＶ字状係止突起２ａ₁と、このＶ字係止突起２ａ１を収納する同じく硬質製絶縁材料でできたＶ字凹部２ａ₂をボビン２の下部にスリット間隔を空けて対向配置させ、そのスリット２ｂ内に部品リード端子３ａのストレート部分を介挿させ、矢印方向からＶ字係止突起２ａ₁をＶ字凹部２ａ₂に向けて潰し込むことにより、ボビン２をプリント基板４に確実に固定して成るものである。このようにすると、ボビン２をプリント基板４へ固定することが簡便になり、さらに作業性が向上する。

そして、プリント基板４の落下試験を実施したところ、リード端子３ａが係止突起２ａと熱溶着したり潰されたりしているので、図１（ｂ）および（ｃ）の係止突起２ａはもはやリード端子３ａの長さ方向には移動できなくなる。したがって、プリント基板４を落下試験しても、リード端子３ａとプリント基板４とがしっかり固定され、かつリード端子３ａと係止突起２ａとがＶ字によってしっかり固定されているので、その結果、図３（ａ）のように、ボビン２はリード端子３ａの長さ方向に微動だに移動せず、ボビン２と部品リード端子３ａとの間の電気的配線が切れることも、また重いボビン２がプリント基板４の上に再落下することでプリント基板４の破損が起こることも全くない。

図４は本発明の第２および第３の実施の形態に係る部品リード端子を示す図で、（ａ）は第２の実施の形態、（ｂ）は第３の実施の形態である。
図４（ａ）において、２ａは係止突起、３ａはリード端子、４はプリント基板、５は半田である。リード端子３ａの形状は第１の実施の形態がＶ字であったのに対してここではコ字状となっており、これの対向する係止突起２ａには凹部が形成されている。これによれば、第１の実施の形態と比べて凹部形状の方が形成がし易くなるものの、リード端子３ａの長さ方向にボビンが摺動することを防止する抵抗機能は同じように備えている。したがって、プリント基板４を落下試験しても、リード端子３ａとプリント基板４とがしっかり固定され、かつリード端子３ａと係止突起２ａとがコ字によってしっかり固定されているので、その結果、ボビン２はリード端子３ａの長さ方向に微動だに移動せず、ボビン２と部品リード端子３ａとの間の電気的配線が切れることも、また重いボビン２がプリント基板４の上に再落下することでプリント基板４の破損が起こることも全くない。

図４（ｂ）において、２ａは係止突起、３ｄはリード端子、４はプリント基板、５は半田である。リード端子３ｄの形状はＳ字状となっており、係止突起２ａには先行発明と同じくスリットだけが形成されている。これによれば、第１および第２の実施の形態と比べて係止突起２ａのＶ字、コ字のような形成が要らないので製作が簡単となる。
リード端子３ｄの長さ方向にボビン２（したがって２ａ）が摺動することを防止する抵抗機能はリード端子３ｄのＳ字形状が備えている。したがって、プリント基板４を落下試験すると、リード端子３ｄとプリント基板４とがしっかり固定されており、かつ係止突起２ａがリード端子３ｄのＳ字にぶつかってそれ以上進まなくなるので、その結果、ボビン２と部品リード端子３ｄとの間の電気的配線が切れることも、また重いボビン２がプリント基板４の上に再落下することでプリント基板４の破損が起きなくなる。

本発明の第１の実施の形態に係るトランスユニット載置プリント基板の概念図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は曲折部の熱溶着による固定を示す拡大断面図、（ｃ）は曲折部の潰し込みによる固定を示す拡大斜視図である。 先行発明に係るトランスユニット載置プリント基板の概念図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はスリット部近傍の拡大断面図である。 プリント基板の落下試験の状態を示す斜視図で、（ａ）は本発明に係るトランスユニット載置プリント基板の、（ｂ）は先行発明に係るトランスユニット載置プリント基板のそれぞれ落下試験の状態を示す斜視図である。 本発明の第２および第３の実施の形態に係る部品リード端子を示す図で、（ａ）は第２の実施の形態、（ｂ）は第３の実施の形態である。 高周波加熱装置に設置される従来のトランスユニットを示すトランスユニットの斜視図である。 トランスユニットの回路構成を説明する回路図である。 トランスユニットに実装されたトランスの構造を示す概略断面図である。 トランスの構造を示す下面側から視た斜視図である。 本発明のトランスの構造を説明するトランスの断面図及び側面図である。 トランスの構造を説明するトランスの斜視図である。 トランスが実装されたトランスユニットの構造を説明するトランスユニットの斜視図である。

符号の説明

１ 本発明の第１の実施の形態に係るトランスユニット載置プリント基板
２ トランスを含むボビン
２ａ 係止突起
２ａ₁ Ｖ字状係止突起
２ａ₂ Ｖ字凹部
２ｂ Ｖ字スリット
３ ボビンおよび／またはトランスの外周部位に保持された電気部品
３ａ、３ｄ 部品リード端子
４ プリント基板
５ 半田

Claims (2)

1. 少なくとも１次巻線及び２次巻線が巻回されたボビンと該ボビンの中心に挿通されたコアとから成るトランスと、前記ボビンおよび／または前記トランスの外周部位に保持された電気部品とを備えたトランスユニットをプリント基板に載置し、前記電気部品のリード端子を前記プリント基板に半田付けし、かつ前記リード端子を前記ボビンに形成されたスリットに挟んで固着して成るトランスユニット載置プリント基板において、
   前記電気部品の少なくとも１本以上のリード端子についてその長さ方向に前記ボビンが前記リード端子自体を挟んだまま摺動することを防止する曲折部を前記リード端子に形成するとともに当該リード端子を前記プリント基板に半田付けすることで前記トランスを前記プリント基板に固定したことを特徴とするトランスユニット載置プリント基板。
2. 前記リード端子の前記スリットに挟まれる部分または前記スリットからプリント基板と反対側の部分をＳ字、Ｖ字、またはコ字に形成したことを特徴とする請求項１記載のトランスユニット載置プリント基板。

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