JP4779245B2 - インバータ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジやマイクロ波で食品を乾燥させる乾燥機、マイクロ波で無電極発光管を点灯させる照明器具とエアコン、冷蔵庫、炊飯器等に使用されるパワー回路において、インバータとマグネトロンを一体化したユニットとして回路基板に搭載したインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子レンジのインバータとファン、マグネトロンは電子レンジ本体の背面図である図２９に示すように個々に配置されていた。図２９において、１はインバータ、２はマグネトロンでインバータ１で発生した直流４０００ボルトの電気を高圧ケーブル３でマグネトロン２に印加し２４５０ＭＨｚの高周波を発振させ導波管を通して庫内に導き食物を加熱している。インバータ１からは約１００Ｗの熱が発生する為ファン４が配置され、マグネトロン２からは約４００ワットの熱が発生する為ファン５が配置されている。
【０００３】
図３０はマグネトロン２の側面図、図３１はマグネトロンの配線図である。図３０と図３１において６は二極真空管であるコアチューブ、７はカソード、８はアンテナである。カソード７とアース間に直流４０００ボルトを印加し高周波を発振させて、アンテナ８から高周波エネルギーを取出している。カソード７はコアチューブ６内の作用空間内にあるため、高周波エネルギーの一部がカソード７のリード線を伝わって漏れる。電波漏れを防止するためチョークコイル９と貫通型コンデンサ１０でノイズフィルターを設けている。またコアチューブ６は約４００Ｗの熱が発生する為ラジエーター１１が設けられている。
【０００４】
従来、パワー回路に使用される回路基板としては、特開平１０−２７０８１０号公報に記載されたものが知られている。図３２に従来の回路基板の構造を示しており、金属製の配線パターン１２と複数の電子部品１３と配線パターン１２から曲げ起こした放熱板１４と配線パターン１２に貼付けた補強用シート１５から構成されている。また、従来のパワー回路では図３３に示すように高発熱部品１６には放熱板１７が高発熱部品１６のリード１８に付けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このインバータ、マグネトロンからなるユニット及びそれらを搭載する回路基板においては、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減が要求されている。
【０００６】
本発明は、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減を可能とするインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、マグネトロンを発振させるインバータと、冷却用ファンと、マグネトロンとを一体化したものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、上記構成において冷却用ファンの風上にインバータを、前記冷却用ファンの風下にマグネトロンを設けたものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の構成においてマグネトロンをインバータの回路基板上に実装したものであり、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の構成において回路基板を、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った構成としたものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の構成において、マグネトロンからインバータ側に戻ってくる電波を防止するノイズフィルタのチョークコイルを、リードフレームを交互に切起こして形成したものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆って構成した回路基板において、回路パターンの一部を広くして電極とし、誘電体フィルムを介して他の電極を対向させ、その外側を樹脂成形することによりコンデンサを作りこんだものであり、省スペース、部品点数の削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項３記載の構成において、マグネトロンからインバータ側に戻ってくる電波を防止する請求項５記載のノイズフィルタのコンデンサを、請求項６記載の回路基板に作りこんだものであり、省スペース、部品点数の削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆うよう樹脂成形した請求項３記載の回路基板において、回路パターンの一部を広げて、この広げた部分を曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の回路基板において、実装される部品の近傍の金属リードフレームを曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項８記載の回路基板において、実装される部品の下部の金属リードフレームを曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、マグネトロンを発振させるインバータ電源と、冷却用ファンと、マグネトロンとを一体化構成したインバータ、マグネトロン一体ユニットにおいて、前記インバータ電源を構成する回路部品を集合させたブロックに分類し、ブロック化された前記回路部品を配線パターン上に実装配線した分割した実装回路基板を有し、自己発熱半導体を放熱グリスまたは放熱シートを介して固定放熱板を有し、前記分割した実装回路基板を直線上に配置し、機械的、電気的に連結接合するための、導電性材料の配線パターンを有し、前記実装回路基板を、内面にある大きさをもつ部品がくるように直線方向に垂直に折り曲げ、立体構成を有する構造とし、前記冷却用ファン、インバータ及び、マグネトロンの順に配置し、前記立体構成の実装回路基板と外装板を設け、インバータ、マグネトロンが風下に配置される構成としたものであり、省スペース、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は請求項１１に記載の構成においてインバータ、冷却用ファン、マグネトロンが、この順に配置され、前記インバータが風上に、前記マグネトロンが風下に配置される構成としたものである。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は請求項１１、１２に記載の構成において、インバータ部の自己発熱半導体を固定した放熱板を、ユニットの外装の一部の金属筐体に放熱グリスまたは、放熱シート、または前記金属筐体へのアルマイト等の絶縁メッキを介してとりつけた構成としたものであり、高放熱性という作用を有する。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は請求項１１、１２に記載の構成において、立体構成を有する実装回路基板が金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った構成としたものであり、高絶縁性という作用を有する。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は請求項１４に記載の構成において、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った同一回路基板上にインバータ回路の一部とマグネトロンが実装されたものであり、高絶縁性、組立工数の削除という作用を有する。
【００２２】
請求項１６に記載の発明は請求項１１、１２、１３、１５に記載の構成において、立体構成を有する回路基板の一部がフェノール樹脂銅張り積層基板やガラスエポキシ銅張り積層基板で構成され、前記回路基板間の接続には、リード線の半田つけまたはコネクタを介した線接続、またはメッキ金属線の半田つけ等により電気機械的接続を行う構成としたものであり、コスト削減という作用を有する。
【００２３】
請求項１７に記載の発明は請求項１１から１６に記載の構成において、自己発熱半導体の放熱板が冷却用ファンの風向に対して、ある角度をもって取り付けられたものである。
【００２４】
請求項１８に記載の発明はマグネトロンを発振させるインバータ電源と、冷却用ファンとマグネトロンとを同一面内の回路基板に一体化構成したインバータ、マグネトロン一体ユニットにおいて、冷却用ファンから供給される風を、マグネトロンの冷却に寄与する構造物にのみあたる風路と、インバータ発熱部、マグネトロン下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子部のみにあたる風路とに分離する断熱性の耐熱樹脂材の構造物をインバータ部の空間に配置し、マグネトロンの冷却に寄与する構造物を通過した風とインバータ発熱部およびマグネトロン下部のヒータ端子部を通過した風とを分離する断熱性の耐熱樹脂材の構造物を出口付近に配置した構成を有するもので、高放熱性という作用を有する。
【００２５】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８記載の構成において、ファンのモータ部、ファンＡ、インバータ部、ファンＢ、マグネトロンの順に配置され、前記ファンＡの軸受け部はモータ内部に設置し、前記ファンＢの軸受け部は前記ファンＢの付近に設け、前記ファンＡとファンＢとは金属製プロペラシャフトにより連結されている構成を有するもので、高放熱性という作用を有する。
【００２６】
請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の構成において、インバータ部のファンＢ側に傾きをもった耐熱性樹脂の仕切り板を設け、外周部にファンＡからくる風の抜き穴Ｃを設置し、前記抜き穴Ｃの付近で、その抜き穴ＣよりもファンＢ側の外周部にファンＢの吸い込み穴Ｄを設置した構成を有するもので高放熱性の作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態におけるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板について、図１から図２８を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は家庭用電子レンジのインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面を示し、図２はその平面図を示している。図１及び図２において１９はインバータ、２０は冷却用軸流ファン、２１はマグネトロンで、インバータ１９の回路基板２２上に一列に実装されている。風の方向はインバータ１９が軸流ファン２０の風上、マグネトロン２１が軸流ファン２０の風下である。インバータ１９は約１００Ｗの発熱があるので４０℃以下の空気で冷却する必要がある。筐体２３に設けられた通気孔２４から入った空気はインバータ１９を冷却し、さらに軸流ファン２０の近くに設けられた通気孔２５からの空気と合流し、軸流ファン２０で加速された後、マグネトロン２１のラジエーター２６、コアチューブ２７に当たりマグネトロン２１を冷却する。マグネトロン２１の発熱は約４００Ｗあるためマグネトロン２１から出てくる空気は約１００℃に達する。この空気は、電子レンジの庫内（図示せず）に導くことにより食物を加熱する助けになり、省エネルギーに役立つ。通気孔２５はインバータ１９を通過してきた空気の温度を下げるとともに圧力損失を低下させる作用を行う。また軸流ファン２０は高温のマグネトロン２１からインバータ１９を熱的に絶縁する役目も果たす。もしも、ファンをインバータ１９の風上に配置すると圧力損失が大きくなり、通気孔２５の効果も得られないので不都合である。また、ファンをマグネトロン２１の風下に配置すると、約１００℃の空気で軸流ファン２０が熱せられるので軸流ファン２０の羽根や、軸受、モーター、回路が損傷し不都合である。
【００２９】
回路基板２２は厚さ０．５ｍｍ程度の銅板をエッチングまたはプレス加工して回路パターンを形成したリードフレーム２８を絶縁性の樹脂２９で覆ったものである。絶縁性の樹脂としては半田付けの高温に絶えられるＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）や、液晶ポリマー、結晶性ポリスチレン、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート等が適している。覆う方法としては、リードフレームを金型の中にいれて樹脂成形する射出成形やトランスファー成形、リードフレームをプリプレグで挟み加熱圧縮硬化させる熱プレス成形が良い。従来の０．０３５ｍｍの銅箔を紙−フェノール板に貼付けエッチングしたプリント基板と異なり、回路基板２２は導体パターン幅及び導体パターン間隔を狭くできるので省スペースに効果を発揮する。また樹脂で覆うので絶縁性を高くできる。また、マグネトロン２１は回路基板２２上に実装されているので、従来例のような高圧ケーブルが不要であり部品点数を削減できる。
【００３０】
インバータ１９の概略構成は、ＡＣ１００〜２４０Ｖの商用電源をダイオードブリッジ３０で整流し、パワートランジスタ３１を用いて数１０ＫＨｚで発振させ、コンデンサ３２とトランス３３で約２０００Ｖの交流を得るもので、さらに、出力の制御のために制御モジュール３４を搭載している。約２０００Ｖの交流は高圧ダイオード３５とコンデンサ（図示せず）で倍圧整流され、マグネトロン２１に印加され、２４５０ＭＨｚの高周波がでる。
【００３１】
トランス３３の２次側端子３６と３７には高圧がかかるので衝立３８を設けることにより沿面距離を確保できるので絶縁性を高くできる。衝立３８は、回路基板２２の樹脂成形の際、同時に一体的に作れるのでコストアップにならず都合が良い。
【００３２】
マグネトロン２１のカソードのリード線３９には高周波エネルギーの一部が漏れてくるので、漏れを防止するため、チョークコイル４０とコンデンサ４１で構成されたノイズフィルターが設けられている。
【００３３】
以下、図３から図７を用いてチョークコイル４０とコンデンサ４１を作る方法を説明する。図３はチョークコイル４０とコンデンサ４１を作るためのリードフレーム２８の平面図を示し、図４は図３のリードフレーム２８を曲げたところの平面図である。図５は図４のＡ−Ａ断面、図６は図４のＢ−Ｂ断面、図７は図４のＣ−Ｃ断面を示す。図３において、リードフレーム２８のコイル部４２はジグザグ状に切られており、コイル部４２ａを上に、コイル部４２ｂを下になるよう交互に曲げると、図４及び図５のようなコイルとなる。さらに絶縁性の樹脂２９で覆うと図１のコイル４０ができる。コイル４０を回路基板２２の端面に配置すると、コイル４０の中にフェライトコア４３を入れることができ、インダクタンスを大きくできるので都合が良い。
【００３４】
図３において、４４は回路パターンの一部を広くした電極であり、４５は回路パターンの一部を広くした他の電極である。図４及び図６に示すように電極４４の上下を誘電体フィルム４６ではさみ、他の電極４５を折り曲げて挟みこむとコンデンサとなり、さらにその外側を絶縁性の樹脂２９で覆うと図１のコンデンサ４１になる。誘電体フィルム４６としては０．１ｍｍから１ｍｍ程度のポリエチレンテレフタレートや、ＰＰＳ樹脂が適当である。なお、誘電体フィルム４６の片面に導体薄膜を付けたものを使うと回路パターンの一部を広くした他の電極４５が要らないので好都合である。
【００３５】
図３のコイル部４２の端部４７を図４及び図７のように折り曲げると、図１のカソードのリード線３９と溶接しやすくなる。
【００３６】
図１の４８は放熱板であり、高圧ダイオード３５で発生する熱を効果的に放熱させるものである。以下、図８から図１０を用いて説明する。図８は放熱板４８を作るためのリードフレーム２８の平面図であり、図９は図８のリードフレーム２８を曲げ起こしたところの平面図である。図１０は図９のＤ−Ｄ断面である。図８において４９は回路パターンであり、５０は回路パターン４９の一部を広げた放熱部である。５１は部品挿入孔である。図９及び図１０のように放熱部５０を曲げ起こし絶縁性の樹脂２９で覆うと放熱板４８ができ、図１のように高圧ダイオード３５を実装できる。高圧ダイオード３５の下部リードフレームを放熱板としているので省スペースにできる。放熱板としては図１１のように実装される部品の近傍のリードフレーム５２を図１２のように曲げ起こしてもよく、図１３は図１２の立面図である。
【００３７】
なお、放熱板は絶縁のため絶縁性の樹脂２９で覆っても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
図１４は家庭用電子レンジのインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面図を示し、図１４において５３はインバータ、５４は冷却用シロッコファン、５５はマグネトロンで、インバータ５３の回路基板５６上に実装されている。風の方向はインバータ５３がシロッコファン５４の風上、マグネトロン５５がシロッコファン５４の風下である。実施の形態１と異なるところはファンがシロッコファンであるところであり、他は同様である。
【００３９】
（実施の形態３）
図１５は、家庭用電子レンジの立体構成のインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面展開した時の状態をあらわした斜視図を示し、図１６は、図１５の状態の各基板を垂直に折り曲げた状態にした立体構成をあらわした斜視図を示す。図１７は、図２３、２４に示す立体形状の実装基板に、実装基板の裏面から電気的につながった回路の半田付け部などが表面に出て、電気的絶縁が必要な箇所に絶縁性のすぐれた樹脂シートまたは薄い板状の樹脂を貼り付けた外部筐体（天面、底面）を組み合わせる様子をあらわした斜視図を示す。図１８は図１７に示す外部筐体を組み合わせた外観図をあらわした立体構成のインバータ、マグネトロン一体ユニットの斜視図を示す。図１９は、このインバータ、マグネトロン一体ユニット内にある回路構成の代表的なものを示す。
【００４０】
図２０は図１８のＡ断面を示す断面図であり、図２１は図１８のＢ断面を示す断面図であり、図２２は図１８の上方向からみたＣ断面を示す断面図である。
【００４１】
図１５において６１はマグネトロン、６２はマグネトロンノイズ防止用コイル、６３は高圧コンデンサ（４ｋＶに耐える）、６４は高圧ダイオード、６５は冷却用ファン、６６は電流検出センサ、６７は高圧トランス、６８はパワー素子（ＩＧＢＴなど）、６９はダイオードブリッジ、７０はパワー素子６８、ダイオードブリッジ６９のような自己発熱半導体が放熱グリス、放熱シート等を介して取り付けられた金属放熱板、７６は制御マイコン、７７は高圧トランス６７などの重量部品が乗り、大電流、高電圧がかかる基板、７８はダイオードブリッジ、ＩＧＢＴ等の自己発熱体半導体および放熱板がのるインバータ部の大電流、大電圧がかかる基板、７９は２０ｋＨｚ以上周波数でスイッチングさせるための信号を供給、解除することを含む制御基板を示し、８０は基板７９の長さ寸法を示す。８１は基板７８の高さ寸法、８２は基板７７の幅寸法、８３は基板７９の高さ寸法を示す。８４はマグネトロン６１の基板込みの寸法、８０は基板７７内の回路配線パターン、８６は基板７７と基板７８とを電気機械的に結ぶ金属配線（金属がそのまま、または金属の周囲が絶縁樹脂で覆われているものも含む）、８７は基板７８内の回路配線パターン、８８は基板７７と基板７９を結ぶ金属配線（金属がそのまま、または金属の周囲が絶縁樹脂で覆われているものも含む）、８９は基板７９内の回路配線パターンである。
【００４２】
９０は基板７７、７８、７９を一度にディップするための保持治具をしめす。
【００４３】
図１７において、９１は上面、側面の外部筐体金属、９２は底面、側面の外部筐体（金属または絶縁樹脂）、９３は高絶縁性樹脂シート、９４は底側面の外部筐体３２が絶縁樹脂の場合不要であるが、金属の場合は必要となる高絶縁シートまたは樹脂、９５は通風のための穴を示す。
【００４４】
図１８において、９６はインバータ、マグネトロンユニットの外装縦幅寸法、９７は外装高さ寸法、９８は横幅寸法を示す。
【００４５】
図１９において、９９は制御回路を示す。
【００４６】
図２０において、１００はマグネトロンラジエータフィン、１０１はマグネトロンコアチューブ、１０２はマグネトロンのヒータ端子を示す。１０３は高圧トランスの端子を示し、矢印１０４は風の流れを示す。
【００４７】
図２１において斜線で示す９３は絶縁耐熱樹脂を示す。
【００４８】
図１５において示した平面展開した回路基板においてこの場合３面の基板をひとつの平面に保持治具９０で基板間を保持しながら、裏面（部品の乗る面とは反対面にあり部品の端子がでている面）を半田ディップを行い各部品を電気機械的に回路パターンに接続させた後、従来ある部品の寸法の大きさを変更せずに、組み込んで製作したものの寸法は、基板７８の高さ寸法８１が６０ｍｍ、基板７７の幅寸法８２が６６ｍｍ、基板７９の高さ寸法８３が３０ｍｍ、基板７９の長さ寸法８０が１９６ｍｍである。
【００４９】
図１６に示すように部品実装後の基板を各基板面をチップ部品を除く部品側に折り曲げることにより、平面構成の回路で構成するよりも、小さい容積の中に部品を収納することができ、空間を作るスペースができ、ファンにより流れる風の通りが良好となり、放熱性が向上する。そして、図１７に示すような絶縁シートまたは絶縁樹脂９３、９４を外部筐体金属９１、外部筐体９２に貼り付け、または、機械的嵌合等で固定し、その外装ケースを図１６の立体構成回路基板１３０にネジ等で固定する。その結果、図１８に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの外観形状となる。外部筐体金属９１、外部筐体９２をアルミのような金属にし、放熱板７０と放熱グリス、または、放熱シートを介してネジ等で固定することで、外部筐体金属９１、外部筐体９２が放熱板の効果をだすことにより、より高い放熱性を確保することができる。筐体アルミ板２ｍｍで基板の幅寸法９８が１０５ｍｍ×（側面高さ方向の寸法９７が７０ｍｍ＋縦幅寸法９６が７０ｍｍ）場合、ＩＧＢＴ付近の風速３ｍ／ｓ時までＩＧＢＴの温度上昇７５℃（周囲温度との差）でおさまった結果を示すデータが得られた。筐体に取り付けない場合は風速を６ｍ／ｓ以上にしても、温度上昇してしまう結果が得られた。また、従来ある部品の寸法の大きさを変更せずに、組み込んだ場合、実施例の外観寸法は、寸法３６が７０ｍｍ、寸法３７が７０ｍｍ、寸法３８が２００ｍｍとなり、インバータ部のみで従来の容積比が１／２以下となる。インバータ、マグネトロン一体ユニットとしては、従来モータを２個使用していた製品と比較した場合の１／５以下になる。
【００５０】
図１９は、上記インバータ、マグネトロン一体ユニットの電気的回路の代表例を示す。この回路にはファンを動作させるための回路は含んでいないが、ファンの種類により別途電源が必要である。ＡＣファンであれば、商用電源そのもの、ＤＣであれば別途ＤＣ電圧の供給が必要であり、ＡＣ、ＤＣどちらの場合でもインバータの回路の中に導入することも可能である。概略動作をこの回路図により説明する。
【００５１】
入力としてＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源をダイオードブリッジ６９で整流し、制御回路９９より供給される数１０ｋＨｚの周波数の信号により、駆動回路７１を介して、パワー素子（ＩＧＢＴ等）６８をスイッチングさせ、大電流（日本国内むけでいえば、定常１５Ａ以内まで）、の入り切りを行い、コンデンサ７３とトランス６７の１次側のコイルの共振回路を通して、ある周波数（例えば３５ｋＨｚ）の交流中電圧（６００Ｖから９００Ｖ）をトランス１次側に供給する。トランス６７によりトランスの２次側を高電圧に昇圧し（定常マイナス２０００Ｖ、起動時にはマイナス３５００〜４０００Ｖ）、高圧ダイオード６４と高圧コンデンサ６３により交流を直流変換し、マグネトロン陰極には倍圧整流された高電圧（定常時にマイナス４０００Ｖ、起動時にはマイナス７０００〜８０００Ｖ）を印加し、マグネトロン６１を発振させ、マグネトロン６１から２４５０ＭＨｚの高周波がでる。
【００５２】
図２０、図２１、図２２は、図１８の外観図に示すようなインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面を示し、部品の配置例とその間の空間に流れる風の流れを示しており、立体構造にすることにより、部品と部品の間の空間を確保することで、特に発熱半導体のダイオードブリッジ６９、パワー素子（ＩＧＢＴ等）および高圧トランスに直接風が当たり（この図の場合は吸気による風の流れ）、３ｍ／ｓの風速以上の風が当たれば、（この場合ＩＧＢＴが外装金属を放熱板にした場合）パワー素子の温度上昇を破壊する温度以下に押さえることができる。また、冷却用ファン６５の風はマグネトロンラジエータ部、マグネトロンコア部、高圧コンデンサ６３、高圧ダイオード６４にも当たり、冷却する。マグネトロン６１は４００Ｗの発熱があり、マグネトロン６１出口からは１００℃に達する。この空気は電子レンジの庫内（図示せず）に導くことにより食物を加熱する助けともなり、省エネルギーに役立つ。また高圧トランス６７の２次側の高電圧（２０００Ｖ以上）の端子の部分および高圧ダイオード６４端子、高圧コンデンサ６３端子、マグネトロンヒータ端子１０２、コイル６２端子等は、端子間および端子、アース間に高電圧が特にかかる部分で、また、コンデンサ７３、チョークコイル７２、ダイオードブリッジ６９、パワー素子６８、抵抗等の端子には、中電圧（６００〜９００Ｖ）、大電流（日本では定常１５Ａ以下）になる。そこで、回路基板７７、７８、７９には厚さ０．３から０．５ｍｍ程度の銅板をエッチング、またはプレスしたリードフレーム８５、８７、８９を基板７７、７８、７９の材料を高絶縁性樹脂で覆ったものを使用する。絶縁性の樹脂としては、半田付けの高温に耐えられるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や液晶ポリマー、結晶性ポリスチレン、エポキシ樹脂、ジアルフタレート等が適している。覆う方法としては、リードフレームを金型の中に入れて、樹脂成形する射出成形やトランスファー成形、リードフレームをプリプレイグでつつみ、加熱圧縮硬化させる熱プレス成形が良い。従来の０．０３５ｍｍの紙−フェノール基板に貼り付けエッチングしたプリント基板と異なり、回路基板７７、７８、７９は導体パターン幅および導体パターン間隔を狭くできるので省スペースにできる。また、マグネトロン６１は回路基板７７上に、実装されるので、従来例のような高圧ケーブルが不要であり部品点数を削減できる。また、回路構成を大電流、高電圧がかからない小電力のユニットにし、１枚以上の基板化することにより、その小電力部を紙フェノール等の材料にすることによりコストダウンになる。また、高圧トランス６７の２次側の高電圧（２０００Ｖ以上）の端子の部分および高圧ダイオード６４端子、高圧コンデンサ６３端子、マグネトロンヒータ端子１０２、コイル６２端子等は、端子間および端子、アース間に高電圧が特にかかる部分で図２０に示す高絶縁樹脂基板７７のＴ字突起物および高絶縁樹脂９４の高圧コンデンサ６３の支えのような端子を覆う逆ハの字の形状のへこみ部および支えを設けることにより、より高い電圧に耐えられる構造にしたものである。
【００５３】
図２３は、ファン６５の位置がインバータ部とマグネトロン６１の間にあり、前記立体回路構成の回路基板１４０上にある自己発熱する半導体の放熱に利用する放熱板７０（取り付けられた発熱部品も含む）の形状およびユニットの位置関係を表すインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面図を示し、放熱板７０の形状をその断面が台形（中が空洞もあり）でファン６５の風向（Ｘ方向）に対して、ある角度θ（１゜から４５゜の範囲）に取り付ける構造にすることにより、より放熱性が高い効果が得られる。ただし、風が抜ける状態を再現する場合、部品の大きさ、他の部品等の相互関係により、風が通る際の状況に応じて最適になる角度の値が異なる。
【００５４】
図２４は、ファン６５の位置がファン６５、インバータ、マグネトロン６１の順に配置され、インバータ、マグネトロンが風下に配置される位置にあり、前記立体回路構成の回路基板１４０上にある自己発熱する半導体の放熱に利用する放熱板７０（取り付けられた発熱部品も含む）の形状およびユニットの位置関係を表すインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面図を表し、放熱板７０の形状をその断面が台形（中が空洞もあり）でファン６５の風向（Ｘ方向）に対して、ある角度（１゜から４５゜の範囲）に取り付けられた構造にすることにより、より放熱性が高い効果が得られる。
【００５５】
ただし、風が抜ける状態を再現する場合、部品の大きさ、他の部品等の相互関係により風が通る際の状況に応じて最適になる角度の値が異なる。
【００５６】
図２５はインバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の断面図を示し、図２６は図２５に示すＡ−Ａ断面矢視図である。
【００５７】
図２５、２６において、インバータ、マグネトロン一体ユニットおよび回路基板は立体構成をとらない１面のみの場合において、冷却用ファン６５から供給される風を、マグネトロン６１のコアチューブ、磁石、ラジエータの羽根の部分などマグネトロン６１の冷却に寄与する構造物にのみあたる風路１１１と、インバータ発熱部分、マグネトロン６１下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子１０２のみにあたる風路１１２とに分離するように、インバータ部の空間に断熱性の高い断熱樹脂材のある厚みをもった構造物１１３を配置し、また、マグネトロン６１の上記コアチューブ、磁石、ラジエータの羽根の部分などマグネトロン６１の冷却に寄与する構造物を通過した風とインバータ発熱部およびマグネトロン下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子１０２を通過した風とを分離するために出口付近に断熱性の高い耐熱樹脂材のある厚みをもった構造物１１４を配置したインバータ、マグネトロン一体ユニットにすることにより、高放熱性という作用を有する。
【００５８】
図２８は、インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の断面図を表し、図２８は、図２７に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの上面図を示す。
【００５９】
図２７、２８において、インバータ、マグネトロン一体ユニットおよび回路基板の立体構成および立体構成をとらない１面のみの場合においても、ファン６５のモータ部はモータ部１２１、ファンＡ１２２（羽根）、インバータ部１２３、ファンＢ１２４（羽根）、マグネトロン６１の順に配置され、ファンＡ１２２の軸受け部１２５はモータ内部に設置し、ファンＢ１２４の軸受け部１２６はファンＢ１２４の付近に設け、ファンＡ１２２とファンＢ１２４とは金属製プロペラシャフト１２７により連結されている構造を有し、インバータ部の後ろ側（ファンＢ１２４側）にある傾きをもった耐熱性樹脂等の材料の仕切り板１２８を設け、外周部にファンＡ１２２からくる風の抜き穴Ｃ１２９を設置し、前記抜き穴Ｃ１２９の付近で、その抜き穴Ｃ１２９よりもファンＢ１２４の手前側の外周部にファンＢ１２４の吸い込み穴Ｄ１４０を設置した構造のインバータ、マグネトロン一体ユニットにすることにより、高放熱性という作用を有する。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減、コスト低減という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す断面図
【図２】図１に示すインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す平面図
【図３】回路基板を構成するリードフレームの平面図
【図４】リードフレームを曲げて、チョークコイルとコンデンサを形成した状態を示す平面図
【図５】チョークコイルの構成を示す図４のＡ−Ａ断面図
【図６】コンデンサの構成を示す図４のＢ−Ｂ断面図
【図７】コイル部の端部を折り曲げた状態を示す図４のＣ−Ｃ断面図
【図８】放熱板を作るためのリードフレームの平面図
【図９】図８に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す平面図
【図１０】図９に示すリードフレームのＤ−Ｄ断面図
【図１１】他の放熱板を作るためのリードフレームの平面図
【図１２】図１１に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す平面図
【図１３】図１１に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す正面図
【図１４】本発明の第二の実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す平面図
【図１５】本発明の第三の実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す展開斜視図
【図１６】図１５に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの搭載用実装回路基板を折り曲げて立体構成とした状態を示す斜視図
【図１７】図１６に示す立体構成の実装回路基板に外部筐体を組み合わせる状態を示す斜視図
【図１８】図１７に示す外部筐体を組み合わせた状態を示す斜視図
【図１９】インバータ、マグネトロン一体ユニットの回路図
【図２０】図１８に示す斜視図におけるＡ断面矢視図
【図２１】図１８に示す斜視図におけるＢ断面矢視図
【図２２】図１８に示す斜視図におけるＣ断面矢視図
【図２３】放熱板の形状を示す図
【図２４】放熱板の他の形状を示す図
【図２５】インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の縦断面図
【図２６】図２５に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットのＡ−Ａ断面矢視図
【図２７】インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の縦断面図
【図２８】図２７に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面図
【図２９】従来の電子レンジ本体の背面図
【図３０】従来の電子レンジに用いられるマグネトロンの側面図
【図３１】図１６に示すマグネトロンの配線図
【図３２】従来の回路基板の構造を示す斜視図
【図３３】従来のパワー回路に用いられる放熱板の立面図
【符号の説明】
１９、１２３、１４１ インバータ
２０ 軸流ファン
２１、６１、１４２ マグネトロン
２２ 回路基板
２８ リードフレーム
２９ 樹脂
４０ チョークコイル
４１ コンデンサ
４４ 電極
４５ 他の電極
４６ 誘電体フィルム
４８ 放熱板
６５ 冷却用ファン
７０ 放熱板
９１ 筐体金属
１１１、１１２ 風路
１１３、１１４ 耐熱樹脂材の構造物
１２１ ファンのモータ部
１２２ ファンＡ
１２４ ファンＢ
１２７ プロペラシャフト
１２９ 風の抜き穴
１３０ 吸い込み穴
【発明の属する技術分野】
本発明は電子レンジやマイクロ波で食品を乾燥させる乾燥機、マイクロ波で無電極発光管を点灯させる照明器具とエアコン、冷蔵庫、炊飯器等に使用されるパワー回路において、インバータとマグネトロンを一体化したユニットとして回路基板に搭載したインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子レンジのインバータとファン、マグネトロンは電子レンジ本体の背面図である図２９に示すように個々に配置されていた。図２９において、１はインバータ、２はマグネトロンでインバータ１で発生した直流４０００ボルトの電気を高圧ケーブル３でマグネトロン２に印加し２４５０ＭＨｚの高周波を発振させ導波管を通して庫内に導き食物を加熱している。インバータ１からは約１００Ｗの熱が発生する為ファン４が配置され、マグネトロン２からは約４００ワットの熱が発生する為ファン５が配置されている。
【０００３】
図３０はマグネトロン２の側面図、図３１はマグネトロンの配線図である。図３０と図３１において６は二極真空管であるコアチューブ、７はカソード、８はアンテナである。カソード７とアース間に直流４０００ボルトを印加し高周波を発振させて、アンテナ８から高周波エネルギーを取出している。カソード７はコアチューブ６内の作用空間内にあるため、高周波エネルギーの一部がカソード７のリード線を伝わって漏れる。電波漏れを防止するためチョークコイル９と貫通型コンデンサ１０でノイズフィルターを設けている。またコアチューブ６は約４００Ｗの熱が発生する為ラジエーター１１が設けられている。
【０００４】
従来、パワー回路に使用される回路基板としては、特開平１０−２７０８１０号公報に記載されたものが知られている。図３２に従来の回路基板の構造を示しており、金属製の配線パターン１２と複数の電子部品１３と配線パターン１２から曲げ起こした放熱板１４と配線パターン１２に貼付けた補強用シート１５から構成されている。また、従来のパワー回路では図３３に示すように高発熱部品１６には放熱板１７が高発熱部品１６のリード１８に付けられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このインバータ、マグネトロンからなるユニット及びそれらを搭載する回路基板においては、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減が要求されている。
【０００６】
本発明は、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減を可能とするインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、マグネトロンを発振させるインバータと、冷却用ファンと、マグネトロンとを一体化したものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、上記構成において冷却用ファンの風上にインバータを、前記冷却用ファンの風下にマグネトロンを設けたものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の構成においてマグネトロンをインバータの回路基板上に実装したものであり、配線ケーブルの削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の構成において回路基板を、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った構成としたものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項４記載の構成において、マグネトロンからインバータ側に戻ってくる電波を防止するノイズフィルタのチョークコイルを、リードフレームを交互に切起こして形成したものであり、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項４記載の金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆って構成した回路基板において、回路パターンの一部を広くして電極とし、誘電体フィルムを介して他の電極を対向させ、その外側を樹脂成形することによりコンデンサを作りこんだものであり、省スペース、部品点数の削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項３記載の構成において、マグネトロンからインバータ側に戻ってくる電波を防止する請求項５記載のノイズフィルタのコンデンサを、請求項６記載の回路基板に作りこんだものであり、省スペース、部品点数の削減、組立工数の削減という作用を有する。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆うよう樹脂成形した請求項３記載の回路基板において、回路パターンの一部を広げて、この広げた部分を曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の回路基板において、実装される部品の近傍の金属リードフレームを曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項８記載の回路基板において、実装される部品の下部の金属リードフレームを曲げ起こして放熱板としたものであり、省スペース、部品点数の削減、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、マグネトロンを発振させるインバータ電源と、冷却用ファンと、マグネトロンとを一体化構成したインバータ、マグネトロン一体ユニットにおいて、前記インバータ電源を構成する回路部品を集合させたブロックに分類し、ブロック化された前記回路部品を配線パターン上に実装配線した分割した実装回路基板を有し、自己発熱半導体を放熱グリスまたは放熱シートを介して固定放熱板を有し、前記分割した実装回路基板を直線上に配置し、機械的、電気的に連結接合するための、導電性材料の配線パターンを有し、前記実装回路基板を、内面にある大きさをもつ部品がくるように直線方向に垂直に折り曲げ、立体構成を有する構造とし、前記冷却用ファン、インバータ及び、マグネトロンの順に配置し、前記立体構成の実装回路基板と外装板を設け、インバータ、マグネトロンが風下に配置される構成としたものであり、省スペース、高放熱性、組立工数の削減という作用を有する。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は請求項１１に記載の構成においてインバータ、冷却用ファン、マグネトロンが、この順に配置され、前記インバータが風上に、前記マグネトロンが風下に配置される構成としたものである。
【００１９】
請求項１３に記載の発明は請求項１１、１２に記載の構成において、インバータ部の自己発熱半導体を固定した放熱板を、ユニットの外装の一部の金属筐体に放熱グリスまたは、放熱シート、または前記金属筐体へのアルマイト等の絶縁メッキを介してとりつけた構成としたものであり、高放熱性という作用を有する。
【００２０】
請求項１４に記載の発明は請求項１１、１２に記載の構成において、立体構成を有する実装回路基板が金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った構成としたものであり、高絶縁性という作用を有する。
【００２１】
請求項１５に記載の発明は請求項１４に記載の構成において、金属のリードフレームを絶縁性の樹脂で覆った同一回路基板上にインバータ回路の一部とマグネトロンが実装されたものであり、高絶縁性、組立工数の削除という作用を有する。
【００２２】
請求項１６に記載の発明は請求項１１、１２、１３、１５に記載の構成において、立体構成を有する回路基板の一部がフェノール樹脂銅張り積層基板やガラスエポキシ銅張り積層基板で構成され、前記回路基板間の接続には、リード線の半田つけまたはコネクタを介した線接続、またはメッキ金属線の半田つけ等により電気機械的接続を行う構成としたものであり、コスト削減という作用を有する。
【００２３】
請求項１７に記載の発明は請求項１１から１６に記載の構成において、自己発熱半導体の放熱板が冷却用ファンの風向に対して、ある角度をもって取り付けられたものである。
【００２４】
請求項１８に記載の発明はマグネトロンを発振させるインバータ電源と、冷却用ファンとマグネトロンとを同一面内の回路基板に一体化構成したインバータ、マグネトロン一体ユニットにおいて、冷却用ファンから供給される風を、マグネトロンの冷却に寄与する構造物にのみあたる風路と、インバータ発熱部、マグネトロン下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子部のみにあたる風路とに分離する断熱性の耐熱樹脂材の構造物をインバータ部の空間に配置し、マグネトロンの冷却に寄与する構造物を通過した風とインバータ発熱部およびマグネトロン下部のヒータ端子部を通過した風とを分離する断熱性の耐熱樹脂材の構造物を出口付近に配置した構成を有するもので、高放熱性という作用を有する。
【００２５】
請求項１９に記載の発明は、請求項１８記載の構成において、ファンのモータ部、ファンＡ、インバータ部、ファンＢ、マグネトロンの順に配置され、前記ファンＡの軸受け部はモータ内部に設置し、前記ファンＢの軸受け部は前記ファンＢの付近に設け、前記ファンＡとファンＢとは金属製プロペラシャフトにより連結されている構成を有するもので、高放熱性という作用を有する。
【００２６】
請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の構成において、インバータ部のファンＢ側に傾きをもった耐熱性樹脂の仕切り板を設け、外周部にファンＡからくる風の抜き穴Ｃを設置し、前記抜き穴Ｃの付近で、その抜き穴ＣよりもファンＢ側の外周部にファンＢの吸い込み穴Ｄを設置した構成を有するもので高放熱性の作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態におけるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板について、図１から図２８を用いて説明する。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は家庭用電子レンジのインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面を示し、図２はその平面図を示している。図１及び図２において１９はインバータ、２０は冷却用軸流ファン、２１はマグネトロンで、インバータ１９の回路基板２２上に一列に実装されている。風の方向はインバータ１９が軸流ファン２０の風上、マグネトロン２１が軸流ファン２０の風下である。インバータ１９は約１００Ｗの発熱があるので４０℃以下の空気で冷却する必要がある。筐体２３に設けられた通気孔２４から入った空気はインバータ１９を冷却し、さらに軸流ファン２０の近くに設けられた通気孔２５からの空気と合流し、軸流ファン２０で加速された後、マグネトロン２１のラジエーター２６、コアチューブ２７に当たりマグネトロン２１を冷却する。マグネトロン２１の発熱は約４００Ｗあるためマグネトロン２１から出てくる空気は約１００℃に達する。この空気は、電子レンジの庫内（図示せず）に導くことにより食物を加熱する助けになり、省エネルギーに役立つ。通気孔２５はインバータ１９を通過してきた空気の温度を下げるとともに圧力損失を低下させる作用を行う。また軸流ファン２０は高温のマグネトロン２１からインバータ１９を熱的に絶縁する役目も果たす。もしも、ファンをインバータ１９の風上に配置すると圧力損失が大きくなり、通気孔２５の効果も得られないので不都合である。また、ファンをマグネトロン２１の風下に配置すると、約１００℃の空気で軸流ファン２０が熱せられるので軸流ファン２０の羽根や、軸受、モーター、回路が損傷し不都合である。
【００２９】
回路基板２２は厚さ０．５ｍｍ程度の銅板をエッチングまたはプレス加工して回路パターンを形成したリードフレーム２８を絶縁性の樹脂２９で覆ったものである。絶縁性の樹脂としては半田付けの高温に絶えられるＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）や、液晶ポリマー、結晶性ポリスチレン、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート等が適している。覆う方法としては、リードフレームを金型の中にいれて樹脂成形する射出成形やトランスファー成形、リードフレームをプリプレグで挟み加熱圧縮硬化させる熱プレス成形が良い。従来の０．０３５ｍｍの銅箔を紙−フェノール板に貼付けエッチングしたプリント基板と異なり、回路基板２２は導体パターン幅及び導体パターン間隔を狭くできるので省スペースに効果を発揮する。また樹脂で覆うので絶縁性を高くできる。また、マグネトロン２１は回路基板２２上に実装されているので、従来例のような高圧ケーブルが不要であり部品点数を削減できる。
【００３０】
インバータ１９の概略構成は、ＡＣ１００〜２４０Ｖの商用電源をダイオードブリッジ３０で整流し、パワートランジスタ３１を用いて数１０ＫＨｚで発振させ、コンデンサ３２とトランス３３で約２０００Ｖの交流を得るもので、さらに、出力の制御のために制御モジュール３４を搭載している。約２０００Ｖの交流は高圧ダイオード３５とコンデンサ（図示せず）で倍圧整流され、マグネトロン２１に印加され、２４５０ＭＨｚの高周波がでる。
【００３１】
トランス３３の２次側端子３６と３７には高圧がかかるので衝立３８を設けることにより沿面距離を確保できるので絶縁性を高くできる。衝立３８は、回路基板２２の樹脂成形の際、同時に一体的に作れるのでコストアップにならず都合が良い。
【００３２】
マグネトロン２１のカソードのリード線３９には高周波エネルギーの一部が漏れてくるので、漏れを防止するため、チョークコイル４０とコンデンサ４１で構成されたノイズフィルターが設けられている。
【００３３】
以下、図３から図７を用いてチョークコイル４０とコンデンサ４１を作る方法を説明する。図３はチョークコイル４０とコンデンサ４１を作るためのリードフレーム２８の平面図を示し、図４は図３のリードフレーム２８を曲げたところの平面図である。図５は図４のＡ−Ａ断面、図６は図４のＢ−Ｂ断面、図７は図４のＣ−Ｃ断面を示す。図３において、リードフレーム２８のコイル部４２はジグザグ状に切られており、コイル部４２ａを上に、コイル部４２ｂを下になるよう交互に曲げると、図４及び図５のようなコイルとなる。さらに絶縁性の樹脂２９で覆うと図１のコイル４０ができる。コイル４０を回路基板２２の端面に配置すると、コイル４０の中にフェライトコア４３を入れることができ、インダクタンスを大きくできるので都合が良い。
【００３４】
図３において、４４は回路パターンの一部を広くした電極であり、４５は回路パターンの一部を広くした他の電極である。図４及び図６に示すように電極４４の上下を誘電体フィルム４６ではさみ、他の電極４５を折り曲げて挟みこむとコンデンサとなり、さらにその外側を絶縁性の樹脂２９で覆うと図１のコンデンサ４１になる。誘電体フィルム４６としては０．１ｍｍから１ｍｍ程度のポリエチレンテレフタレートや、ＰＰＳ樹脂が適当である。なお、誘電体フィルム４６の片面に導体薄膜を付けたものを使うと回路パターンの一部を広くした他の電極４５が要らないので好都合である。
【００３５】
図３のコイル部４２の端部４７を図４及び図７のように折り曲げると、図１のカソードのリード線３９と溶接しやすくなる。
【００３６】
図１の４８は放熱板であり、高圧ダイオード３５で発生する熱を効果的に放熱させるものである。以下、図８から図１０を用いて説明する。図８は放熱板４８を作るためのリードフレーム２８の平面図であり、図９は図８のリードフレーム２８を曲げ起こしたところの平面図である。図１０は図９のＤ−Ｄ断面である。図８において４９は回路パターンであり、５０は回路パターン４９の一部を広げた放熱部である。５１は部品挿入孔である。図９及び図１０のように放熱部５０を曲げ起こし絶縁性の樹脂２９で覆うと放熱板４８ができ、図１のように高圧ダイオード３５を実装できる。高圧ダイオード３５の下部リードフレームを放熱板としているので省スペースにできる。放熱板としては図１１のように実装される部品の近傍のリードフレーム５２を図１２のように曲げ起こしてもよく、図１３は図１２の立面図である。
【００３７】
なお、放熱板は絶縁のため絶縁性の樹脂２９で覆っても良い。
【００３８】
（実施の形態２）
図１４は家庭用電子レンジのインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面図を示し、図１４において５３はインバータ、５４は冷却用シロッコファン、５５はマグネトロンで、インバータ５３の回路基板５６上に実装されている。風の方向はインバータ５３がシロッコファン５４の風上、マグネトロン５５がシロッコファン５４の風下である。実施の形態１と異なるところはファンがシロッコファンであるところであり、他は同様である。
【００３９】
（実施の形態３）
図１５は、家庭用電子レンジの立体構成のインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面展開した時の状態をあらわした斜視図を示し、図１６は、図１５の状態の各基板を垂直に折り曲げた状態にした立体構成をあらわした斜視図を示す。図１７は、図２３、２４に示す立体形状の実装基板に、実装基板の裏面から電気的につながった回路の半田付け部などが表面に出て、電気的絶縁が必要な箇所に絶縁性のすぐれた樹脂シートまたは薄い板状の樹脂を貼り付けた外部筐体（天面、底面）を組み合わせる様子をあらわした斜視図を示す。図１８は図１７に示す外部筐体を組み合わせた外観図をあらわした立体構成のインバータ、マグネトロン一体ユニットの斜視図を示す。図１９は、このインバータ、マグネトロン一体ユニット内にある回路構成の代表的なものを示す。
【００４０】
図２０は図１８のＡ断面を示す断面図であり、図２１は図１８のＢ断面を示す断面図であり、図２２は図１８の上方向からみたＣ断面を示す断面図である。
【００４１】
図１５において６１はマグネトロン、６２はマグネトロンノイズ防止用コイル、６３は高圧コンデンサ（４ｋＶに耐える）、６４は高圧ダイオード、６５は冷却用ファン、６６は電流検出センサ、６７は高圧トランス、６８はパワー素子（ＩＧＢＴなど）、６９はダイオードブリッジ、７０はパワー素子６８、ダイオードブリッジ６９のような自己発熱半導体が放熱グリス、放熱シート等を介して取り付けられた金属放熱板、７６は制御マイコン、７７は高圧トランス６７などの重量部品が乗り、大電流、高電圧がかかる基板、７８はダイオードブリッジ、ＩＧＢＴ等の自己発熱体半導体および放熱板がのるインバータ部の大電流、大電圧がかかる基板、７９は２０ｋＨｚ以上周波数でスイッチングさせるための信号を供給、解除することを含む制御基板を示し、８０は基板７９の長さ寸法を示す。８１は基板７８の高さ寸法、８２は基板７７の幅寸法、８３は基板７９の高さ寸法を示す。８４はマグネトロン６１の基板込みの寸法、８０は基板７７内の回路配線パターン、８６は基板７７と基板７８とを電気機械的に結ぶ金属配線（金属がそのまま、または金属の周囲が絶縁樹脂で覆われているものも含む）、８７は基板７８内の回路配線パターン、８８は基板７７と基板７９を結ぶ金属配線（金属がそのまま、または金属の周囲が絶縁樹脂で覆われているものも含む）、８９は基板７９内の回路配線パターンである。
【００４２】
９０は基板７７、７８、７９を一度にディップするための保持治具をしめす。
【００４３】
図１７において、９１は上面、側面の外部筐体金属、９２は底面、側面の外部筐体（金属または絶縁樹脂）、９３は高絶縁性樹脂シート、９４は底側面の外部筐体３２が絶縁樹脂の場合不要であるが、金属の場合は必要となる高絶縁シートまたは樹脂、９５は通風のための穴を示す。
【００４４】
図１８において、９６はインバータ、マグネトロンユニットの外装縦幅寸法、９７は外装高さ寸法、９８は横幅寸法を示す。
【００４５】
図１９において、９９は制御回路を示す。
【００４６】
図２０において、１００はマグネトロンラジエータフィン、１０１はマグネトロンコアチューブ、１０２はマグネトロンのヒータ端子を示す。１０３は高圧トランスの端子を示し、矢印１０４は風の流れを示す。
【００４７】
図２１において斜線で示す９３は絶縁耐熱樹脂を示す。
【００４８】
図１５において示した平面展開した回路基板においてこの場合３面の基板をひとつの平面に保持治具９０で基板間を保持しながら、裏面（部品の乗る面とは反対面にあり部品の端子がでている面）を半田ディップを行い各部品を電気機械的に回路パターンに接続させた後、従来ある部品の寸法の大きさを変更せずに、組み込んで製作したものの寸法は、基板７８の高さ寸法８１が６０ｍｍ、基板７７の幅寸法８２が６６ｍｍ、基板７９の高さ寸法８３が３０ｍｍ、基板７９の長さ寸法８０が１９６ｍｍである。
【００４９】
図１６に示すように部品実装後の基板を各基板面をチップ部品を除く部品側に折り曲げることにより、平面構成の回路で構成するよりも、小さい容積の中に部品を収納することができ、空間を作るスペースができ、ファンにより流れる風の通りが良好となり、放熱性が向上する。そして、図１７に示すような絶縁シートまたは絶縁樹脂９３、９４を外部筐体金属９１、外部筐体９２に貼り付け、または、機械的嵌合等で固定し、その外装ケースを図１６の立体構成回路基板１３０にネジ等で固定する。その結果、図１８に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの外観形状となる。外部筐体金属９１、外部筐体９２をアルミのような金属にし、放熱板７０と放熱グリス、または、放熱シートを介してネジ等で固定することで、外部筐体金属９１、外部筐体９２が放熱板の効果をだすことにより、より高い放熱性を確保することができる。筐体アルミ板２ｍｍで基板の幅寸法９８が１０５ｍｍ×（側面高さ方向の寸法９７が７０ｍｍ＋縦幅寸法９６が７０ｍｍ）場合、ＩＧＢＴ付近の風速３ｍ／ｓ時までＩＧＢＴの温度上昇７５℃（周囲温度との差）でおさまった結果を示すデータが得られた。筐体に取り付けない場合は風速を６ｍ／ｓ以上にしても、温度上昇してしまう結果が得られた。また、従来ある部品の寸法の大きさを変更せずに、組み込んだ場合、実施例の外観寸法は、寸法３６が７０ｍｍ、寸法３７が７０ｍｍ、寸法３８が２００ｍｍとなり、インバータ部のみで従来の容積比が１／２以下となる。インバータ、マグネトロン一体ユニットとしては、従来モータを２個使用していた製品と比較した場合の１／５以下になる。
【００５０】
図１９は、上記インバータ、マグネトロン一体ユニットの電気的回路の代表例を示す。この回路にはファンを動作させるための回路は含んでいないが、ファンの種類により別途電源が必要である。ＡＣファンであれば、商用電源そのもの、ＤＣであれば別途ＤＣ電圧の供給が必要であり、ＡＣ、ＤＣどちらの場合でもインバータの回路の中に導入することも可能である。概略動作をこの回路図により説明する。
【００５１】
入力としてＡＣ１００Ｖ〜２４０Ｖの商用電源をダイオードブリッジ６９で整流し、制御回路９９より供給される数１０ｋＨｚの周波数の信号により、駆動回路７１を介して、パワー素子（ＩＧＢＴ等）６８をスイッチングさせ、大電流（日本国内むけでいえば、定常１５Ａ以内まで）、の入り切りを行い、コンデンサ７３とトランス６７の１次側のコイルの共振回路を通して、ある周波数（例えば３５ｋＨｚ）の交流中電圧（６００Ｖから９００Ｖ）をトランス１次側に供給する。トランス６７によりトランスの２次側を高電圧に昇圧し（定常マイナス２０００Ｖ、起動時にはマイナス３５００〜４０００Ｖ）、高圧ダイオード６４と高圧コンデンサ６３により交流を直流変換し、マグネトロン陰極には倍圧整流された高電圧（定常時にマイナス４０００Ｖ、起動時にはマイナス７０００〜８０００Ｖ）を印加し、マグネトロン６１を発振させ、マグネトロン６１から２４５０ＭＨｚの高周波がでる。
【００５２】
図２０、図２１、図２２は、図１８の外観図に示すようなインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面を示し、部品の配置例とその間の空間に流れる風の流れを示しており、立体構造にすることにより、部品と部品の間の空間を確保することで、特に発熱半導体のダイオードブリッジ６９、パワー素子（ＩＧＢＴ等）および高圧トランスに直接風が当たり（この図の場合は吸気による風の流れ）、３ｍ／ｓの風速以上の風が当たれば、（この場合ＩＧＢＴが外装金属を放熱板にした場合）パワー素子の温度上昇を破壊する温度以下に押さえることができる。また、冷却用ファン６５の風はマグネトロンラジエータ部、マグネトロンコア部、高圧コンデンサ６３、高圧ダイオード６４にも当たり、冷却する。マグネトロン６１は４００Ｗの発熱があり、マグネトロン６１出口からは１００℃に達する。この空気は電子レンジの庫内（図示せず）に導くことにより食物を加熱する助けともなり、省エネルギーに役立つ。また高圧トランス６７の２次側の高電圧（２０００Ｖ以上）の端子の部分および高圧ダイオード６４端子、高圧コンデンサ６３端子、マグネトロンヒータ端子１０２、コイル６２端子等は、端子間および端子、アース間に高電圧が特にかかる部分で、また、コンデンサ７３、チョークコイル７２、ダイオードブリッジ６９、パワー素子６８、抵抗等の端子には、中電圧（６００〜９００Ｖ）、大電流（日本では定常１５Ａ以下）になる。そこで、回路基板７７、７８、７９には厚さ０．３から０．５ｍｍ程度の銅板をエッチング、またはプレスしたリードフレーム８５、８７、８９を基板７７、７８、７９の材料を高絶縁性樹脂で覆ったものを使用する。絶縁性の樹脂としては、半田付けの高温に耐えられるＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）や液晶ポリマー、結晶性ポリスチレン、エポキシ樹脂、ジアルフタレート等が適している。覆う方法としては、リードフレームを金型の中に入れて、樹脂成形する射出成形やトランスファー成形、リードフレームをプリプレイグでつつみ、加熱圧縮硬化させる熱プレス成形が良い。従来の０．０３５ｍｍの紙−フェノール基板に貼り付けエッチングしたプリント基板と異なり、回路基板７７、７８、７９は導体パターン幅および導体パターン間隔を狭くできるので省スペースにできる。また、マグネトロン６１は回路基板７７上に、実装されるので、従来例のような高圧ケーブルが不要であり部品点数を削減できる。また、回路構成を大電流、高電圧がかからない小電力のユニットにし、１枚以上の基板化することにより、その小電力部を紙フェノール等の材料にすることによりコストダウンになる。また、高圧トランス６７の２次側の高電圧（２０００Ｖ以上）の端子の部分および高圧ダイオード６４端子、高圧コンデンサ６３端子、マグネトロンヒータ端子１０２、コイル６２端子等は、端子間および端子、アース間に高電圧が特にかかる部分で図２０に示す高絶縁樹脂基板７７のＴ字突起物および高絶縁樹脂９４の高圧コンデンサ６３の支えのような端子を覆う逆ハの字の形状のへこみ部および支えを設けることにより、より高い電圧に耐えられる構造にしたものである。
【００５３】
図２３は、ファン６５の位置がインバータ部とマグネトロン６１の間にあり、前記立体回路構成の回路基板１４０上にある自己発熱する半導体の放熱に利用する放熱板７０（取り付けられた発熱部品も含む）の形状およびユニットの位置関係を表すインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面図を示し、放熱板７０の形状をその断面が台形（中が空洞もあり）でファン６５の風向（Ｘ方向）に対して、ある角度θ（１゜から４５゜の範囲）に取り付ける構造にすることにより、より放熱性が高い効果が得られる。ただし、風が抜ける状態を再現する場合、部品の大きさ、他の部品等の相互関係により、風が通る際の状況に応じて最適になる角度の値が異なる。
【００５４】
図２４は、ファン６５の位置がファン６５、インバータ、マグネトロン６１の順に配置され、インバータ、マグネトロンが風下に配置される位置にあり、前記立体回路構成の回路基板１４０上にある自己発熱する半導体の放熱に利用する放熱板７０（取り付けられた発熱部品も含む）の形状およびユニットの位置関係を表すインバータ、マグネトロン一体ユニットの断面図を表し、放熱板７０の形状をその断面が台形（中が空洞もあり）でファン６５の風向（Ｘ方向）に対して、ある角度（１゜から４５゜の範囲）に取り付けられた構造にすることにより、より放熱性が高い効果が得られる。
【００５５】
ただし、風が抜ける状態を再現する場合、部品の大きさ、他の部品等の相互関係により風が通る際の状況に応じて最適になる角度の値が異なる。
【００５６】
図２５はインバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の断面図を示し、図２６は図２５に示すＡ−Ａ断面矢視図である。
【００５７】
図２５、２６において、インバータ、マグネトロン一体ユニットおよび回路基板は立体構成をとらない１面のみの場合において、冷却用ファン６５から供給される風を、マグネトロン６１のコアチューブ、磁石、ラジエータの羽根の部分などマグネトロン６１の冷却に寄与する構造物にのみあたる風路１１１と、インバータ発熱部分、マグネトロン６１下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子１０２のみにあたる風路１１２とに分離するように、インバータ部の空間に断熱性の高い断熱樹脂材のある厚みをもった構造物１１３を配置し、また、マグネトロン６１の上記コアチューブ、磁石、ラジエータの羽根の部分などマグネトロン６１の冷却に寄与する構造物を通過した風とインバータ発熱部およびマグネトロン下部でマグネトロンチューブから伝導してくる熱の影響が小さいチューブ端のヒータ端子１０２を通過した風とを分離するために出口付近に断熱性の高い耐熱樹脂材のある厚みをもった構造物１１４を配置したインバータ、マグネトロン一体ユニットにすることにより、高放熱性という作用を有する。
【００５８】
図２８は、インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の断面図を表し、図２８は、図２７に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの上面図を示す。
【００５９】
図２７、２８において、インバータ、マグネトロン一体ユニットおよび回路基板の立体構成および立体構成をとらない１面のみの場合においても、ファン６５のモータ部はモータ部１２１、ファンＡ１２２（羽根）、インバータ部１２３、ファンＢ１２４（羽根）、マグネトロン６１の順に配置され、ファンＡ１２２の軸受け部１２５はモータ内部に設置し、ファンＢ１２４の軸受け部１２６はファンＢ１２４の付近に設け、ファンＡ１２２とファンＢ１２４とは金属製プロペラシャフト１２７により連結されている構造を有し、インバータ部の後ろ側（ファンＢ１２４側）にある傾きをもった耐熱性樹脂等の材料の仕切り板１２８を設け、外周部にファンＡ１２２からくる風の抜き穴Ｃ１２９を設置し、前記抜き穴Ｃ１２９の付近で、その抜き穴Ｃ１２９よりもファンＢ１２４の手前側の外周部にファンＢ１２４の吸い込み穴Ｄ１４０を設置した構造のインバータ、マグネトロン一体ユニットにすることにより、高放熱性という作用を有する。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、省スペース、部品点数の削減、配線ケーブルの削減、高絶縁性、高放熱性、組立工数の削減、コスト低減という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す断面図
【図２】図１に示すインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す平面図
【図３】回路基板を構成するリードフレームの平面図
【図４】リードフレームを曲げて、チョークコイルとコンデンサを形成した状態を示す平面図
【図５】チョークコイルの構成を示す図４のＡ−Ａ断面図
【図６】コンデンサの構成を示す図４のＢ−Ｂ断面図
【図７】コイル部の端部を折り曲げた状態を示す図４のＣ−Ｃ断面図
【図８】放熱板を作るためのリードフレームの平面図
【図９】図８に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す平面図
【図１０】図９に示すリードフレームのＤ−Ｄ断面図
【図１１】他の放熱板を作るためのリードフレームの平面図
【図１２】図１１に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す平面図
【図１３】図１１に示すリードフレームを曲げ起こした状態を示す正面図
【図１４】本発明の第二の実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す平面図
【図１５】本発明の第三の実施の形態によるインバータ、マグネトロン一体ユニット及びその搭載用回路基板を示す展開斜視図
【図１６】図１５に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの搭載用実装回路基板を折り曲げて立体構成とした状態を示す斜視図
【図１７】図１６に示す立体構成の実装回路基板に外部筐体を組み合わせる状態を示す斜視図
【図１８】図１７に示す外部筐体を組み合わせた状態を示す斜視図
【図１９】インバータ、マグネトロン一体ユニットの回路図
【図２０】図１８に示す斜視図におけるＡ断面矢視図
【図２１】図１８に示す斜視図におけるＢ断面矢視図
【図２２】図１８に示す斜視図におけるＣ断面矢視図
【図２３】放熱板の形状を示す図
【図２４】放熱板の他の形状を示す図
【図２５】インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の縦断面図
【図２６】図２５に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットのＡ−Ａ断面矢視図
【図２７】インバータ、マグネトロン一体ユニットの長手方向の縦断面図
【図２８】図２７に示すインバータ、マグネトロン一体ユニットの平面図
【図２９】従来の電子レンジ本体の背面図
【図３０】従来の電子レンジに用いられるマグネトロンの側面図
【図３１】図１６に示すマグネトロンの配線図
【図３２】従来の回路基板の構造を示す斜視図
【図３３】従来のパワー回路に用いられる放熱板の立面図
【符号の説明】
１９、１２３、１４１ インバータ
２０ 軸流ファン
２１、６１、１４２ マグネトロン
２２ 回路基板
２８ リードフレーム
２９ 樹脂
４０ チョークコイル
４１ コンデンサ
４４ 電極
４５ 他の電極
４６ 誘電体フィルム
４８ 放熱板
６５ 冷却用ファン
７０ 放熱板
９１ 筐体金属
１１１、１１２ 風路
１１３、１１４ 耐熱樹脂材の構造物
１２１ ファンのモータ部
１２２ ファンＡ
１２４ ファンＢ
１２７ プロペラシャフト
１２９ 風の抜き穴
１３０ 吸い込み穴
Claims (3)
- 冷却用ファンと、マグネトロンを発振させるインバータ電源と、前記マグネトロンとをこの順に同一の基板面に備え、
前記冷却用ファンからの風を前記マグネトロンの構造物のみにあたる第１風と、前記インバータ電源の発熱部と前記マグネトロンの前記構造物以外の部分とのみにあたる第２風とに分離する樹脂材からなる第１構造物と、
前記マグネトロンの前記構造物を通過した前記第１風と、前記インバータ電源の前記発熱部と前記マグネトロンの前記構造物以外の部分とを通過した前記第２風とを分離する、出口に位置する第２構造物とを有することに特徴があるインバータ装置。 - 前記マグネトロンの前記構造物は、前記マグネトロンのコアチューブと、前記マグネトロンの磁石と、前記マグネトロンの羽とからなる構造物である請求項１記載のインバータ装置。
- 前記第１構造物と前記第２構造物は、断熱性の耐熱樹脂材である請求項１または２に記載のインバータ装置。
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