JP6488997B2 - 回路基板及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、回路基板及び電子機器に関し、特に、スイッチング電源回路が実装された回路基板を小型化する技術に関する。
家庭やオフィス等で使用される電子機器は、さまざまな電子部品が実装された回路基板を備えている。このような回路基板では、電子部品が発熱して誤動作や破損するおそれがあるため放熱部材などの冷却機構を設ける必要がある。一方、電子機器において、回路基板上の電子部品から発生するノイズが外部に漏れるのを防ぐ必要がある。このように、回路基板には電子部品の冷却性能とノイズ遮断性能が求められる。
下記特許文献１には、回路基板上の電子部品を空冷するための冷却ファンの送風経路上に位置する放熱部材の受風面を冷却ファンの軸流方向に対して斜めに配置することで、回路基板上の電子部品の冷却効率を高めるとともに電磁波ノイズも効果的に遮蔽する技術が開示されている。
下記特許文献２には、電磁波を放射する電子部品を金属ケースで覆ってその一部をフレームグランドに接続することで、電子回路から電磁波が外部に漏れないようにする技術が開示されている。
スイッチング電源回路が実装された回路基板では発熱量及び発生ノイズが比較的大きいため、より高い冷却性能及びノイズ遮断性能が求められる。また、スイッチング電源回路では所定の絶縁距離を確保する必要があるため、回路基板が小型化しにくいといった問題がある。例えば、一次側と二次側との間で強化絶縁を施す必要があり、一次側の電子部品と二次側の電子部品とを規定の空間距離及び沿面距離だけ離隔しなければならず、回路基板の小型化が困難となる。コスト面で見ると、上記特許文献１の技術では放熱部材を折り曲げる加工が必要であり、コストアップの要因となる。また、上記特許文献２の技術では電磁波を放射する電子部品を別途、金属ケースで覆う必要があり、コストアップの要因となる。
本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、スイッチング電源回路が実装された回路基板について実装電子部品の冷却性能及びノイズ遮断性能を良好に保ちつつ低コストで小型化することを目的とする。
本発明の一局面に係る回路基板は、スイッチング電源回路と、
前記スイッチング電源回路により電圧供給を受ける二次側電子部品と、
接地された導電性の放熱部材と、を備える回路基板であって、
前記放熱部材は、その形状が板状であり、その長手方向が前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との間に形成された空間に沿って当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品との間に立設されており、
前記放熱部材は、前記スイッチング電源回路側から見て前記二次側電子部品を覆う壁面を構成し、
前記二次側電子部品は、前記放熱部材に近接して前記回路基板上に取り付けられ、
前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との空間距離を、前記放熱部材が接地されていない場合の前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との強化絶縁の空間距離である一次−二次間の空間距離よりも小さい基礎絶縁の空間距離である一次−ＦＧ間の空間距離にまで近接させて当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品とを配置した、ものである。
前記スイッチング電源回路により電圧供給を受ける二次側電子部品と、
接地された導電性の放熱部材と、を備える回路基板であって、
前記放熱部材は、その形状が板状であり、その長手方向が前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との間に形成された空間に沿って当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品との間に立設されており、
前記放熱部材は、前記スイッチング電源回路側から見て前記二次側電子部品を覆う壁面を構成し、
前記二次側電子部品は、前記放熱部材に近接して前記回路基板上に取り付けられ、
前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との空間距離を、前記放熱部材が接地されていない場合の前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との強化絶縁の空間距離である一次−二次間の空間距離よりも小さい基礎絶縁の空間距離である一次−ＦＧ間の空間距離にまで近接させて当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品とを配置した、ものである。
本発明の一局面に係る電子機器は、上記回路基板を、動作機構に電力を供給するための電源制御基板として備えている。
本発明によれば、スイッチング電源回路が実装された回路基板について実装電子部品の冷却性能及びノイズ遮断性能を維持しつつ低コストで小型化することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る回路基板及び電子機器について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回路基板を備えた画像形成装置の外観を示す斜視図である。
画像形成装置１は、ファクシミリ機能、コピー機能、プリンター機能、及びスキャナー機能等の複数の機能を兼ね備えた複合機である。図１に示すように、画像形成装置１は、装置本体２と、装置本体２の上方に配置された画像読取部５と、画像読取部５と装置本体２との間に設けられた連結部３とから構成される。なお、画像形成装置１は、特許請求の範囲における電子機器の一例である。
画像形成装置１の外郭を構成する筐体７には、画像形成装置１の様々な機能を実現するための複数の構成機器が収容されている。例えば、筐体７には、画像読取部５、給紙部３０、不図示の画像形成部、定着部等が収容されている。
画像読取部５は、原稿搬送部６と、原稿搬送部６により搬送されてくる原稿又は不図示のコンタクトガラスに載置された原稿を光学的に読み取るスキャナーとを有するＡＤＦ（Auto Document Feeder）である。画像読取部５は、ファクシミリ送信対象の原稿を１枚ずつ読み取ることで、画像形成対象となる画像を取得する。
装置本体２内の画像形成部（図略）は、感光体ドラム、帯電装置、露光装置、現像装置、及び転写装置を備え、画像読取部５によって読み取られた画像や、ネットワーク接続されたパーソナルコンピューターや他のファクシミリ装置から送られてくるプリント対象データを用いて、給紙部３０から供給される記録紙に画像を形成（印刷）する。画像形成済みの記録紙は、装置本体２内の定着部（図略）による定着処理を受けた後、排出トレイ４に排出される。
画像形成装置１は、商用電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換して当該直流電圧で上記の各構成機器を駆動する。画像形成装置１は、そのような交流−直流変換を行う例えば低圧のスイッチング電源回路を備えている。
図２は、一例に係るスイッチング電源回路１０の回路図である。スイッチング電源回路１０には商用電源１１から交流電圧が供給される。交流電圧は、例えば、ＡＣ１００〜２４０Ｖである。整流ブリッジ回路１２は商用電源１１から供給される交流電圧を全波整流する。整流ブリッジ回路１２の直流正極出力端と直流負極出力端との間に電解コンデンサー１３が接続されている。電解コンデンサー１３は整流ブリッジ回路１２の直流出力を平滑化する。こうして平滑化された直流電圧は高周波絶縁トランス１４の一次側の一端に供給される。
高周波絶縁トランス１４にはスイッチング素子１５が接続されている。スイッチング素子１５として、例えば絶縁ゲート効果トランジスタを用いることができる。スイッチング素子１５が高速でスイッチング動作することで、高周波絶縁トランス１４の二次側に矩形状の高周波交流電流が誘起される。
高周波絶縁トランス１４の二次側にはダイオード１６が接続されている。ダイオード１６は、高周波絶縁トランス１４の二次側に誘起された高周波交流電流を整流する。
高周波絶縁トランス１４の二次側には、電解コンデンサー１７が接続されている。電解コンデンサー１７はダイオード１６の直流出力を平滑化する。こうして得られた安定的な低圧直流電圧は、画像形成装置１の各構成機器に分配される。
なお、制御回路１８は、スイッチング電源回路１０のスイッチング動作を制御する。制御回路１８は、当該低圧直流電圧が予め定められた電圧値、例えば、ＤＣ２４Ｖで安定するように、スイッチング素子１５のスイッチング動作をフィードバック制御する。
上記のスイッチング電源回路１０において、整流ブリッジ回路１２、電解コンデンサー１３、及びスイッチング素子１５は一次側回路に該当する。一方、ダイオード１６及び電解コンデンサー１７は二次側回路に該当する。当該一次側回路と二次側回路は高周波絶縁トランス１４によって絶縁されている。
図３は、本発明の一実施形態に係る回路基板２０の概略構成を示す平面図である。上記のスイッチング電源回路１０は、回路基板２０上に実装されている。本実施形態では、スイッチング電源回路１０は、回路基板２０の角部に配設されている。
スイッチング電源回路１０における整流ブリッジ回路１２、電解コンデンサー１３、スイッチング素子１５、及び高周波絶縁トランス１４等は一次側スイッチング部２１として回路基板２０の一箇所にまとめて配置されている。スイッチング電源回路１０におけるダイオード１６及び電解コンデンサー１７等は、二次側スイッチング部２２として、一次側スイッチング部２１の近傍に配置されている。
また、回路基板２０の一辺に金属部材２３が設けられている。当該金属部材２３は、回路基板２０が画像形成装置１の予め定められた位置に取り付けられたときに、画像形成装置１の筐体７の金属部分（フレームグランド）と接触して導通して接地する。
スイッチング電源回路１０から電圧供給を受ける二次側電子部品２５には大きな電流が流れて発熱する。そのため、二次側電子部品２５に近接させて、放熱部材（ヒートシンク）２４が取り付けられている。図３に示すように、放熱部材２４は、二次側スイッチング部２２と、二次側電子部品２５の間に介在する。放熱部材２４は、スイッチング電源回路１０の少なくとも二次側スイッチング部２２を覆っている。また、放熱部材２４は、二次側電子部品２５を覆っている。
放熱部材２４は、熱伝導率が高い材料、例えば、アルミニウム、銅、スチール等の金属で形成されている。すなわち、放熱部材２４は導電性の材料でできている。放熱部材２４の一部に絶縁被覆導線２８の一端が、金属ビス２６でビス留めされている。
図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。上記のように、放熱部材２４の一部に絶縁被覆導線２８の一端が、金属ビス２６でビス留めされているが、当該絶縁被覆導線２８の他端は、回路基板２０と金属部材２３とを接合する金属ビス２７でビス留めされている。すなわち、絶縁被覆導線２８の他端と、回路基板２０と、金属部材２３とが一体的に接合する状態で、金属ビス２７によりビス留めされている。これにより、絶縁被覆導線２８により放熱部材２４が金属部材２３と電気的に接続される。従って、回路基板２０が画像形成装置１の上記予め定められた位置に取り付けられると、放熱部材２４は接地される。なお、金属部材２３は、図４に示すように、側面視及び側断面視で略Ｌ字型とされている。金属部材２３は、この状態で、回路基板２０の端部となる位置に取り付けられている。また、金属部材２３は、回路基板２０において、図３に示すように、スイッチング電源回路１０の一次側スイッチング部２１側となる位置に配設されている。
このように、放熱部材２４が接地されることにより、図３に示したように、回路基板２０において放熱部材２４をスイッチング電源回路１０に近づけて配置することが可能になる。
仮に、放熱部材２４が接地されていなければ、スイッチング電源回路１０と二次側電子部品２５とは強化絶縁の空間距離（一次−二次間の空間距離：例えば５．２ｍｍ）だけ離さなければならないが、放熱部材２４が接地されることにより、スイッチング電源回路１０と二次側電子部品２５とを基礎絶縁の空間距離（一次−ＦＧの空間距離：例えば２．５ｍｍ）まで近接させることが可能となる。これにより、回路基板２０において絶縁距離の要求を満たしつつよりコンパクトに各電子部品を配置することができ、コストアップすることなく回路基板２０の小型化が可能となる。
更に、スイッチング電源回路１０で発生する高周波スイッチングノイズが回路基板２０のパターンや素子に影響して二次側にノイズの影響を拡大させることがあるが、接地されてフレームグランドとして機能する放熱部材２４がスイッチング電源回路１０と二次側電子部品２５との境界に配置されていることにより、放熱部材２４で高周波スイッチングノイズが遮断されて二次側電子部品へのノイズの影響を抑制することができる。
なお、放熱部材２４の形状は真っ直ぐな板状であれば足りる。放熱部材２４を真っ直ぐな金属板で形成することにより、回路基板２０をより低コストで小型化することができる。
以上のように、本実施形態によると、スイッチング電源回路１０が実装された回路基板２０について実装電子部品の冷却性能及びノイズ遮断性能を良好に保ちつつ低コストで小型化することができる。
なお、本発明は上記実施の形態の構成に限られず種々の変形が可能である。また、上記実施形態では、回路基板２０を画像形成装置１に用いる例を示しているが、本発明に係る回路基板は、画像形成装置以外の電子機器に広く使用可能である。
また、図１乃至図４を用いて上記実施形態により示した構成は本発明の一実施形態に過ぎず、本発明を当該構成に限定する趣旨ではない。
１ 画像形成装置
１０ スイッチング電源回路
１６ ダイオード（二次側電子部品の一部）
２０ 回路基板
２３ 金属部材
２４ 放熱部材
１０ スイッチング電源回路
１６ ダイオード（二次側電子部品の一部）
２０ 回路基板
２３ 金属部材
２４ 放熱部材
Claims (7)
- スイッチング電源回路と、
前記スイッチング電源回路により電圧供給を受ける二次側電子部品と、
接地された導電性の放熱部材と、を備える回路基板であって、
前記放熱部材は、その形状が板状であり、その長手方向が前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との間に形成された空間に沿って当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品との間に立設されており、
前記放熱部材は、前記スイッチング電源回路側から見て前記二次側電子部品を覆う壁面を構成し、
前記二次側電子部品は、前記放熱部材に近接して前記回路基板上に取り付けられ、
前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との空間距離を、前記放熱部材が接地されていない場合の前記スイッチング電源回路と前記二次側電子部品との強化絶縁の空間距離である一次−二次間の空間距離よりも小さい基礎絶縁の空間距離である一次−ＦＧ間の空間距離にまで近接させて当該スイッチング電源回路と当該二次側電子部品とを配置した、回路基板。 - フレームグランドに接触可能とされた金属部材を更に備え、
前記放熱部材が前記金属部材と電気的に接続されることで接地されている請求項１に記載の回路基板。 - 前記金属部材は、側面視でＬ字状とされた状態で、当該回路基板の端部となる位置に取り付けられている請求項２に記載の回路基板。
- 前記金属部材は、前記回路基板において、前記スイッチング電源回路の一次側スイッチング部側となる位置に配設されている請求項３に記載の回路基板。
- 絶縁被覆導線の一端が前記放熱部材に接続され、当該絶縁被覆導線の他端と、当該回路基板と、前記金属部材とが一体的に接合する状態で、金属ビスによりビス留めされることで、前記金属部材及び前記放熱部材が前記絶縁被覆導線により電気的に接続されている請求項３又は請求項４に記載の回路基板。
- 前記スイッチング電源回路は、前記回路基板の角部に配設されている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の回路基板。
- 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回路基板を、動作機構に電力を供給するための電源制御基板として備えている電子機器。
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