JP4702451B2 - 圧縮機用電子回路装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品を半田付けして回路を構成する基板を備えた、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圧縮機用電子回路装置に関する。

従来、圧縮機用電子回路装置において、電子部品を半田付けして回路を構成する基板は、ケース内に収容され、基板の４角をネジ等の固定具で固定されている。

以下、図面を参照しながら上記従来の固定方法を説明する。

図４は従来の電子回路装置の分解斜視図である。図４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ケース１０には、内部に基板２０が収納できるように、基板２０の大きさに対して若干大きい開口部１２を有している。

基板２０は、表面あるいは内部に金属のパターン（図示せず）が形成されており、これに電子部品（図示せず）が半田付けされ、電気的な機能を発揮する。そして、基板２０には電子部品（図示せず）に金属のパターンにより電気的に繋がるコネクタ２２を有する。ケース１０にはコネクタ２２の相対する位置が開口し、コード引出部１５を形成している。

基板２０の４箇所の角２５には、基板固定用ネジ３０によりケース１０に固定できるように孔が開けられている。また、ケース１０の開口部１２の４箇所の角１７には、蓋部４０の４箇所の角４５を蓋部固定用ネジ５０で固定できるように孔が開けられている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置について、以下その動作を説明する。

圧縮機用電子回路装置の組み立ては、まず、コネクタ２２がコード引出部１５から外部と通信接続を可能となるように、基板２０はケース１０の開口部１２から挿入される。その後、基板２０の４個の角２５が、基板固定用ネジ３０により板厚方向に締付けられてケース１０に固定される。最後に、蓋部４０の４個の角４５が蓋部固定用ネジ５０によりケース１０の開口部１２に固定され、基板２０はケース１０と蓋部４０により覆われ組み立てが完了する。

なお、以上の技術内容は、特開平１１−３１７５７０号公報に開示されている。

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機用電子回路装置に通電され駆動した際に、基板２０に搭載された電子部品の発熱や、ケース１０の外気温の温度変化に伴い、基板２０とケース１０の線膨張係数の違いに起因して、繰り返し応力が電子部品の半田付け部に作用する。

例えば、圧縮機用電子回路装置の場合、極寒地方での使用、圧縮機近傍への設置、電子部品の発熱などにより、使用環境として−５０℃〜＋９０℃といった広範囲な温度変化が想定される。そのため、電子部品の半田付け部に作用する応力のために半田強度の劣化が進行し、半田クラックが発生し回路不良が発生する可能性がある。

本発明は、電子部品の発熱やケースの外気温の変化など、広範囲な使用環境においても、電子部品の半田強度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圧縮機用電子回路装置を提供する。

本発明の圧縮機用電子回路装置は、基板はケース内に板厚方向を拘束されることで展延方向に可動なように保持されるとともに、基板の１箇所を展延方向に拘束したものである。ここで、展延方向とは、基板を引き裂く方向、もしくは基板を縮める方向を意味する。このような構成により、電子部品が発熱したりケースの外気温が変化したりしても、基板の展延方向の伸縮は、ケースの展延方向の伸縮影響を受けることがないため、ケースの歪
による応力が基板には作用せず、基板全体への歪みを防ぐとともに、基板をケース内の所定の位置に固定することができる。

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に係る圧縮機用電子回路装置の分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電子回路装置の斜視断面図である。図３は本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電子回路装置における基板のケース挿入時の組み立て図である。

図１から図３において、変性ポリフェニレンエーテル樹脂により射出成形されたケース１１０は、内部に基板１２０が収納できるように、基板１２０の大きさに対して若干大きい開口部１１２を有している。

基板１２０は、コンポジットであるガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂から構成され、図１に示すように、略矩形に形成されている。基板１２０には、表面あるいは内部に金属のパターン（図示せず）が形成されており、これに電子部品（図示せず）を半田付けされ、電気的な機能を発揮する。また、基板１２０は電子部品（図示せず）に金属のパターンにより電気的に繋がるコネクタ１２２を有している。そして、ケース１１０はコネクタ
１２２に対向する位置が開口し、コード引出部１１５を形成している。

基板１２０の１箇所の角１２５ａには、基板固定用ネジ１３０によりケース１１０に基板１２０を固定できるように孔が開けられている。また、ケース１１０には角１２５ａの隣角となる角１２５ｂに対応する位置に、基板１２０の板厚より若干大きめの幅を持つ挟み込み部１１８を有している。

基板１２０には、アルミ合金をプレスにより成形したＵ字型の連結体１６０がネジやカシメ（図示せず）により固定されている。そして、連結体１６０のＵ字型の内壁側に、パワーモジュールもしくはブリッジダイオード等の発熱の大きい電子部品１８０を実装した第２基板１２８が配置されている。この発熱の大きい電子部品１８０を実装した第２基板１２８は、図１に示すように、基板１２０において矩形の輪郭を形成する一つの側縁に近い位置に取り付けられ、基板１２０と電気的に接続された状態でネジや接着剤（図示せず）により固定されている。したがって、基板１２０において、第２基板１２８に近い側縁とこの側縁と隣接するコネクタ１２２を設けた側の側縁で形成される角部と、角１２５ａは、対角関係にある。

プレス加工されたアルミ合金製の蓋部１４０が、ケース１１０の開口部１１２の４箇所の角１１７に、蓋部固定用孔１４５を介してネジ蓋部固定用ネジ１５０で固定されている。さらに、連結体１６０は蓋部１４０にネジ１７０により固定されている。

以上のように構成された圧縮機用電子回路装置について、以下その動作、作用を説明する。

本発明に係る圧縮機用電子回路装置の組み立ては、以下のようになされる。

まず、内壁部に第２基板１２８を固定した連結体１６０を固定した基板１２０を、コネクタ１２２がケース１１０のコード引出部１１５に対向させる。そして、外部との通信が接続により可能となるように、この基板１２０をケース１１０の開口部１１２から挿入する。

この時、基板１２０に装着されたコネクタ１２２側からケース１１０の開口部１１２に基板１２０を斜めに挿入することにより、基板１２０の角１２５ｂは挟み込み部１１８に遊嵌される。その後、基板１２０がケース１１０と平行になるように所定の位置に置かれる。そして、基板１２０の１個の角１２５ａが、基板固定用ネジ１３０により、板厚方向に締付けられてケース１１０に固定される。

最後に、蓋部１４０の４箇所の蓋部固定用孔１４５が、蓋部固定用ネジ１５０によりケース１１０の開口部１１２の４箇所の角１１７に固定される。また、基板１２０はケース１１０と蓋部１４０により覆われる。そして、連結体１６０がネジ１７０により蓋部１４０に固定されて、圧縮機用電子回路装置の組み立てが完了する。

ここで、従来の圧縮機用電子回路装置において、電子部品の半田付け部に半田クラックが発生した原因を調査した。

原因として、基板２０とケース１０との固定方法と、両者の線膨張係数の材料特性に着目した。すなわち、１つ目は基板２０の４個の角２５を全て基板固定用ネジ３０により、板厚方向に締付けられてケース１０に固定されている点である。２つ目は、基板２０の線膨張係数とケース１０の線膨張係数の差が大きい点である。ちなみに、基板２０の材料として線膨張係数が１．４×１０^-5／℃のガラス布基材エポキシ樹脂が一般的に使用されている。また、ケース１０の材料としては線膨張係数が８．２×１０^-5／℃のナイロンや６．５〜９．５×１０^-5／℃のＡＢＳ樹脂が一般的な素材として使用されている。

上記２点に起因して、外気温が変化した際に、ケース１０の熱伸縮に基板２０の熱伸縮が追従できず、４個の角２５を固定している基板固定用ネジ３０が基板２０を引き裂く方向、もしくは縮める方向に応力が作用する。その結果、この応力による歪みが電子部品の半田付け部に繰り返し作用することで半田強度の劣化が進行すると推定される。

具体的に、ケース１０の材料の線膨張係数を７．０×１０^-5／℃とし、基板２０の材料の線膨張係数を１．４×１０^-5／℃とした場合、極寒地方での使用、圧縮機近傍への設置、電子部品の発熱などにより、使用環境として−５０℃〜＋９０℃といった広範囲な温度変化では、圧縮機用電子回路装置を組み立てた時の室温約２０℃に対して、±７０Ｋの使用温度幅となる。圧縮機用電子回路装置の一般的な大きさである１辺が１２０ｍｍの四角形の基板は、展延方向に±０．１２ｍｍ変化する。基板２０と同じ大きさとしてケース１０では展延方向に±０．５９ｍｍ変化する。基板２０に対してケース１０の方が最大で０．４７ｍｍ寸法が大きく変化する。

さらに、基板２０がケース１０に展延方向に固定されて拘束されていると、温度変化に伴ってこの応力による歪みが電子部品の半田付け部に繰り返し作用することで半田強度の劣化が進行し、半田クラックが発生すると推定される。

以上の推定された半田クラックの発生原因を基に、本発明の実施の形態１においては、基板１２０は角１２５ａの１箇所のみを、ネジである基板固定用ネジ１３０でケース１１０に板厚方向と展延方向に拘束し、この固定した角１２５ａ以外の箇所は展延方向に拘束されておらず可動可能としている。

そのため、電子部品が発熱したりケースの外気温が変化したりしても、基板１２０の展延方向の伸縮は、ケース１１０の展延方向の伸縮影響を受けず、単に基板１２０の線膨張係数に依存するだけである。従って、電子部品が発熱したりケースの外気温が変化したりしても、ケース１１０が伸縮しても基板１２０全体への歪み影響が無くなるため、基板１２０とケース１１０が異なる線膨張係数の材料で形成されても、電子部品の半田付け部に繰返し応力が作用することを防止することができ、半田強度の長期信頼性を確保することができる。

また、基板固定用ネジ１３０により、基板１２０の最小限の１箇所を確実に固定することができるため、圧縮機用電子回路装置に外部から振動等の力を受けた場合においても、基板１２０がケース１１０からずれたり外れたりすることを防止することができる。

さらに、基板固定用ネジ１３０により、基板１２０をケース１１０内の所定の位置に固定することができるため、ケース１１０に基板１２０を固定した後に、基板１２０に接続される電源コード（図示せず）、通信用コード（図示せず）、その他基板１２０に取り付ける部品の位置が所定の位置となる。従って、組み立て作業性が向上する。

ここで、基板１２０の材料は、コンポジットであるガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂である。この材料は、パソコンや精密電子機器等に一般的に使われている基板の材料であるガラス布基材エポキシ樹脂に対して、ガラス不織布が多く、パンチング加工性やドリル加工性が良く、安価である。また、ケース１１０の材料変性ポリフェニレンエーテルは、燃焼性が自己消化性であり、熱変形温度は１２０度以上ある。よって、使用環境として−５０℃〜＋９０℃といった広範囲な温度変化においても熱変形はほとんど無く、しかも安価である。

また、ケース１１０に設けた開口部１１２を、熱伝導率の高いアルミの材料で形成された蓋部１４０で覆うことにより、電子部品から発生する熱を電子回路装置内の空気を利用して効率よく蓋部１４０を介してより効果的に放熱することができる。従って、電子部品の温度上昇を抑えることができる。

さらに、熱伝導率の高いアルミの材料で形成された連結体１６０にて、蓋部１４０と基板１２０を熱的に連結することにより、電子部品から発生する熱を、基板１２０から熱伝導率の高い連結体１６０を介して効率的に熱を伝導させて蓋部１４０より放熱することができる。よって、電子部品の放熱性が更に良くなり、さらに電子部品の温度上昇を抑えることができる。

また、蓋部１４０と連結体１６０の材料にアルミを用いることにより、ガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂である基板１２０と、蓋部１４０と、連結体１６０のそれぞれの材料の線膨張係数が２．４〜２．５×１０^-5／℃とほぼ同等であるため、圧縮機用電子回路装置の温度変化に対して、基板１２０と蓋部１４０と連結体１６０とを機械的に連結していても、蓋部１４０と連結体１６０が熱伸縮しても基板１２０を歪ませることがない。従って、蓋部１４０からの放熱性を確保しつつ、電子部品および電子部品の半田付け部に応力が作用することを防止でき、さらに複数の箇所で固定するため基板１２０全体のガタツキを抑えることができる。

また、本実施の形態１においては、基板１２０の角１２５ｂは、挟み込み部１１８に遊嵌され、基板１２０の板厚方向のガタツキ代を小さくなるように構成されている。本発明の圧縮機用電子回路装置に外部から振動等の力を受けた場合においても、振動による加振力が電子部品および電子部品の半田付け部に作用することがないため、さらに電子回路と半田強度の長期信頼性を確保することができる。

一方、連結体１６０は、アルミ板をＵ字型に折り曲げて構成されている。連結体１６０の折り曲げた内部に、発熱の大きい電子部品１８０を実装した第２基板１２８を配設することができるため、少なくとも第２基板１２８の大きさ分は基板１２０をコンパクトにできる。

さらに、発熱の大きい電子部品１８０の熱を直接連結体１６０と蓋部１４０に伝導させて放熱することができるため、発熱の大きい電子部品１８０の温度上昇を抑えることができる。

また、連結体１６０の折り曲げた内部に第２基板１２８を配設することにより、連結体１６０が第２基板１２８を外部の衝撃などから保護することができる。

本発明の圧縮機用電子回路装置は、電子部品が発熱したりケースの外気温が変化したりしても、基板全体への歪みを防ぐことができるとともに、基板をケース内の所定の位置に固定することができる。よって、圧縮機用以外の高温用途にも応用できる。

本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電子回路装置の分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電子回路装置の斜視断面図 本発明の実施の形態１に係る圧縮機用電子回路装置における基板のケース挿入時の組み立て図 従来の電子回路装置の分解斜視図

符号の説明

１１０ ケース
１１２ 開口部
１２０ 基板
１３０ 基板固定用ネジ
１４０ 蓋部
１６０ 連結体
１８０ 電子部品

Claims (4)

1. 表面あるいは内部に金属のパターンが形成された略矩形の基板と、発熱部品を実装した第２基板と、前記基板と異なる線膨張係数の材料から形成され、かつ前記基板を収納するための開口部を設けたケースと、前記ケースの開口部を閉塞する蓋部を備え、前記第２基板を、前記基板における矩形の輪郭を形成する一側縁に近い位置に取り付け、前記基板における前記第２基板の近い側縁とこの側縁に隣接する側縁で形成される角部の対角となる１角部のみを、ネジによって前記ケースに固定した圧縮機用電子回路装置。
2. 前記基板の材料は、コンポジットであるガラス布・ガラス不織布エポキシ樹脂であり、前記ケースの材料は、変性ポリフェニレンエーテルである請求項１に記載の圧縮機用電子回路装置。
3. 前記ケースに設けた前記開口部をアルミ材料で形成された蓋部で覆った請求項１または２に記載の圧縮機用電子回路装置。
4. アルミ板をＵ字状に折り曲げて形成された連結体を、前記基板に取り付け、さらに、前記連結体のＵ字空間内に前記発熱電子部品を配置し、さらに、前記蓋部を前記連結部に固定することにより、前記基板と前記蓋部を熱的に連結した請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機用電子回路装置。

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