JP6872467B2 - 回路基板モジュール及びこれを備えた電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、回路基板モジュール及びこれを備えた電源装置に関する。

従来の電源装置が下記特許文献１に記載されている。この電源装置は、基板と、基板上に実装された複数の一次側電子部品、二次側電子部品と、基板上の一次側電子部品と二次側電子部品との間を隔てるように、基板に取り付けられた絶縁性の起立板とを有している。

特開平９−１２１５４２号公報

上記の通り、従来の電源装置では、起立板によって、一次側電子部品と二次側電子部品との間の沿面距離を確保しているが、一次側電子部品及び二次側電子部品は基板上に実装されている上に、起立板も基板上に存在するため、基板の外形が大きくなる。このため、従来の電源装置を小型化することが困難であった。

本発明は、電子部品間の沿面距離を確保しつつ、小型化を図ることができる回路基板モジュール及びこれを備えた電源装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の一態様の回路基板モジュールは、基板と、第１電子部品と、第２電子部品と、第３電子部品と、第４電子部品と、ホルダーとを備えている。基板は、第１面を有している。第１電子部品及び第２電子部品は、基板の第１面上に間隔をあけて実装されている。第３電子部品は、基板に電気的に接続されている。ホルダーは、電気絶縁性を有し且つ基板の第１面上の第１電子部品と第２電子部品との間に配置されている。このホルダーは上段部及び絶縁壁を有している。上段部は、基板の第１面に対して間隙を有して配置されており且つ第３電子部品を保持している。絶縁壁は、第３電子部品と第２電子部品との間に位置しており且つ第２電子部品よりも背高である。第４電子部品は、間隙内に位置するように、基板の第１面上に実装されている。

このような態様の回路基板モジュールは、以下の通り、電子部品間の沿面距離を確保できる。まず、ホルダーが、第１電子部品と第２電子部品の間に配置されているため、ホルダーの寸法分、第１電子部品と第２電子部品とを離すことができ、その間の沿面距離を確保することができる。また、ホルダーの絶縁壁が、第２電子部品よりも背高であるため、絶縁壁の高さ方向の一端から第２電子部品の高さ方向の一端までの部分が、ホルダーに保持される第３電子部品と第２電子部品との間の沿面距離となる。加えて、本回路基板モジュールは、小型化を図ることができる。その理由は以下の通りである。ホルダーは、沿面距離を確保するための部材と、第３電子部品を保持する部材とを兼ねているので、部品点数を低減できる。しかも、第３電子部品がホルダーの上段部に保持され且つ電気的に基板に接続されている。この上段部は、基板の第１面に対して間隙を有して配置されており、第４電子部品が間隙内に位置するように、基板の第１面上に実装されているので、基板の第１面のホルダーの上段部下の領域が第４電子部品の実装領域として有効利用されている。要するに、第３電子部品及び第４電子部品が基板に三次元的に実装されている。以上のことから、基板の外形を小さくすることができ、その結果として、本モジュールの小型化を図ることができる。

絶縁壁は、第３電子部品と第２電子部品との間に位置するように、上段部から延びた構成とすることが可能である。このような態様による場合、ホルダーの上段部が第３電子部品を保持した上で、ホルダーの絶縁壁によって、上段部に保持された第３電子部品と、第２電子部品との間の沿面距離を確保できる。

第３電子部品は複数とすることが可能である。ホルダーは、下段部をさらに有し、この下段部は、基板の第１面上に載置された構成とすることが可能である。このような態様の回路基板モジュールによる場合、下段部が基板の第１面上に載置されるので、ホルダーが基板上で安定する。

上段部は、複数の第３電子部品のうちの少なくとも一つを保持する構成とすることが可能である。下段部は、複数の第３電子部品のうちの別の少なくとも一つを保持する構成とすることが可能である。

絶縁壁は、第３電子部品と第２電子部品との間に位置するように、上段部及び下段部から延びた構成とすることが可能である。このような態様による場合、ホルダーが第３電子部品を保持した上で、ホルダーの絶縁壁によって、上段部及び下段部に各々保持された第３電子部品と、第２電子部品との間の沿面距離を確保できる。

本発明の一態様の電源装置は、上記した何れかの態様の回路基板モジュールを備えている。この場合の回路基板モジュールは、第１電子部品を含む前記電源装置の複数の一次側電子部品と、第２電子部品を含む前記電源装置の複数の二次側電子部品とを備えている。

本発明の実施例１に係る電源装置の正面、底面及び左側面から表した斜視図である。 前記電源装置の正面、底面及び左側面から表した分解斜視図である。 前記電源装置の回路基板アッセンブリの正面、底面及び右側面から表した斜視図である。 前記電源装置のケーブル付きの回路基板アッセンブリの底面図である。 前記回路基板アッセンブリの右側面図である。 前記回路基板アッセンブリの図２Ｃ中の２Ｄ−２Ｄ断面図である。 前記回路基板アッセンブリの図２Ｃ中の２Ｅ−２Ｅ断面図である。 前記回路基板アッセンブリのホルダーの正面、底面及び左側面から表した分解斜視図である。 前記回路基板アッセンブリの前記ホルダーの背面、平面及び右側面から表した分解斜視図である。

以下、本発明の実施例１を含む複数の実施例に係る電源装置Ｄについて図１Ａ〜図３Ｂを参照しつつ説明する。図１Ａ〜図３Ｂには、本発明の実施例１に係る電源装置Ｄ及びその構成部品が示されている。電源装置Ｄは、ＡＣ−ＤＣアダプタであって、回路基板モジュールＭ（以下、単にモジュールＭとも称する。）、入力部１０及び出力部２０を備えている。なお、図２Ａに示すＺ−Ｚ’方向は、モジュールＭの後述する基板１００の厚み方向である。図２Ａに示すＹ−Ｙ’方向は、モジュールＭの長手方向であって、Ｚ−Ｚ’方向に直交している。図２Ａに示すＸ−Ｘ’方向は、モジュールＭの短手方向であって、Ｚ−Ｚ’方向及びＹ−Ｙ’方向に直交しているが、これに限定されない。Ｘ−Ｘ’方向は、Ｙ−Ｙ’方向に交差していれば良い。

モジュールＭは基板１００を備えている。この基板１００は、第１面１０１と、第２面１０２とを有している。第１面１０１は基板１００のＺ方向側の面であり、第２面１０２は基板１００の第１面１０１の反対側の面である。第１面１０１は、当該第１面１０１の平面に沿う第１方向の一方側の第１領域と、前記第１方向の他方側の第２領域と、第１領域と第２領域の間の中間領域とを有している。なお、図１Ａ〜図３Ｂでは、第１方向は、Ｙ−Ｙ’方向であるが、これに限定されることなく、例えば、Ｘ−Ｘ’方向とすることが可能である。

入力部１０は、コンセントに差し込み可能なピン部（図１Ａ及び図１Ｂ参照）、又は、ＡＣ側ケーブルのコネクタが接続可能なＡＣ側コネクタである。何れの場合も、入力部１０は、モジュールＭの基板１００の第１面１０１の第１領域に電気的に接続されている。出力部２０は、ＤＣ側ケーブル（図１Ａ〜図２Ｅ参照）、又は、ＤＣ側ケーブルのコネクタが接続可能なＤＣ側コネクタである。何れの場合も、出力部２０は、モジュールＭの基板１００の第１面１０１の第２領域に電気的に接続されている。

モジュールＭは、スイッチング方式の電源装置Ｄに必要な複数の電子部品をさらに備えている。この電子部品は、基板１００の第１面１０１及び第２面１０２上に実装されている。この電子部品は、電源装置Ｄの複数の一次側電子部品（ＡＣ側の電子部品）と、電源装置Ｄの複数の二次側電子部品（ＤＣ側の電子部品）と、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと、少なくとも一つの第４電子部品２００ｄとを含んでいる。

少なくとも一つの第３電子部品２００ｃは、複数の一次側電子部品に含まれる電子部品であっても良いし、複数の一次側及び二次側電子部品以外の電子部品であってもよい。前者としては、例えば、一次側電子部品の電解コンデンサである。後者としては、例えば、高周波トランスなどである。第３電子部品２００ｃは複数とすることが可能である。図１Ｂ〜図３Ｂでは、第３電子部品２００ｃは、複数であって、一次側電子部品の電解コンデンサ及び高周波トランスである。

複数の一次側電子部品は、前記高周波トランスの一次側（入力側）に設けられた電子部品であって、高電圧（例えば、１００〜２４０ｖ）に対応している。複数の一次側電子部品は、例えば、ノイズフィルタ（コモンモードコイル）、ブリッジ整流器、スイッチング素子及び電解コンデンサなどである。複数の一次側電子部品は複数の第１電子部品２００ａを含んでいる。複数の第１電子部品２００ａは、基板１００の第１面１０１上の第１領域上に各々実装されている。

複数の二次側電子部品は、前記高周波トランスの二次側（出力側）に設けられた電子部品であって、低電圧（例えば、０〜１２ｖ）に対応している。この複数の二次側電子部品は、例えば、整流ダイオード、電解コンデンサ及びコイルなどである。複数の二次側電子部品は、複数の第２電子部品２００ｂを含んでいる。複数の第２電子部品２００ｂは、基板１００の第１面１０１上の第２領域上に各々実装されている。このため、複数の第２電子部品２００ｂは、複数の第１電子部品２００ａに対して第１方向において間隔をあけて配置されている。

モジュールＭはホルダー３００をさらに備えている。ホルダー３００は、電気絶縁性を有する樹脂やセラミックスなどであって、基板１００の第１面１０１上の中間領域上に配置されており且つ第１電子部品２００ａと第２電子部品２００ｂとの間に位置している。これにより、ホルダー３００の上記第１方向の寸法分、当該第１方向において第１電子部品２００ａと第２電子部品２００ｂとを離すことができ、その間の沿面距離を確保することができる。

ホルダー３００は上段部３１０を有している。上段部３１０は、基板１００の第１面１０１の中間領域の少なくとも一部に対してＺ−Ｚ’方向に間隙Ｇを有して配置されており且つ少なくとも一つの第３電子部品２００ｃを保持するようになっていれば良い。例えば、上段部３１０は、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃが載置される載置部３１１を有する構成とすることが可能である。上段部３１０は、載置部３１１からＺ−Ｚ’方向の延びており且つ載置部３１１上の少なくとも一つの第３電子部品２００ｃの近傍に配置される壁部３１２をさらに有する構成とすることも可能である。図１Ｂ〜図３Ｂでは、上段部３１０が、載置部３１１及び壁部３１２を有し、この壁部３１２が載置部３１１のＸ方向の端からＺ−Ｚ’方向に延びている。なお、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃは、上段部３１０に保持された状態で、基板１００に電気的に接続されている。

第３電子部品２００ｃが複数である場合、上段部３１０は複数の第３電子部品２００ｃを保持する構成とすることが可能である。以下、説明の便宜上、この上段部３１０下に位置する基板１００の第１面１０１の中間領域の少なくとも一部の領域を第３領域α（図２Ｅ参照）と称する。

ホルダー３００は絶縁壁３３０をさらに有している。絶縁壁３３０は、Ｚ−Ｚ’方向に延びた壁であって、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと、第２電子部品２００ｂとの間に位置している。この絶縁壁３３０は、直線状に延びていても良いし、傾斜や湾曲しつつ伸びていても良いい。例えば、絶縁壁３３０は、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間に位置するように、上段部３１０から延びた構成とすることが可能である。上段部３１０が載置部３１１を有する場合、絶縁壁３３０は、載置部３１１からＺ−Ｚ’方向に延びた構成とすることが可能である（図１Ｂ〜図３Ｂ参照）。絶縁壁３３０は、少なくとも第２電子部品２００ｂよりも背高である。すなわち、絶縁壁３３０の高さ寸法（Ｚ−Ｚ’方向の寸法）は、第２電子部品２００ｂの高さ寸法（Ｚ−Ｚ’方向の寸法）よりも大きい。絶縁壁３３０の高さ寸法と第２電子部品２００ｂの高さ寸法の差は、電源装置Ｄに求められている一次側電子部品と二次側電子部品との間の沿面距離（例えば、６ｍｍ）に相当するように設定されていると良い。この絶縁壁３３０のＺ−Ｚ’方向（高さ方向）の一端（Ｚ方向の端）から第２電子部品２００ｂのＺ−Ｚ’方向（高さ方向）の一端（Ｚ方向の端）までの部分によって、Ｚ−Ｚ’方向における少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間の沿面距離が確保されている。

ホルダー３００は固定部３４０をさらに有していても良い。固定部３４０は、ホルダー３００が基板１００の第１面１０１上の第１電子部品２００ａと第２電子部品２００ｂとの間に位置するように基板１００に固定されている。例えば、固定部３４０は、一対のアーム３４１を有し、この一対のアーム３４１の先端部には、溝部が各々設けられている。このアーム３４１の溝部内に基板１００の両端部が各々嵌合（ｆｉｔ ｉｎ）した構成とすることが可能である（図１Ｂ〜図３Ｂ参照）。又は、図示しないが、固定部３４０の一対のアーム３４１の先端部が基板１００の一対の係合孔に挿入され、当該アーム３４１の溝部内に基板１００の両端部が各々嵌合（ｆｉｔ ｉｎ）した構成とすることも可能である。又は、固定部３４０が、基板１００に接着剤などでの周知の接続手段によって固定されていても良い。

ホルダー３００は下段部３２０をさらに有していても良い。下段部３２０は、基板１００の第１面１０１の中間領域の第３領域α以外の領域上に載置されている。すなわち、下段部３２０は、基板１００の第１面１０１の中間領域の第３領域α以外の領域に面接触している。下段部３２０は、上記第１方向に交差し且つＺ−Ｚ’方向に直交する方向（図１Ｂ〜図３ＢではＸ−Ｘ’方向）において、上段部３１０の隣に設けられていても良い。

第３電子部品２００ｃが複数である場合、下段部３２０は、上段部３１０が保持する第３電子部品２００ｃとは別の第３電子部品２００ｃを少なくとも一つ保持する構成とすることが可能である（図１Ｂ〜図３Ｂ参照）。例えば、下段部３２０は、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃが載置される載置部３２１を有する構成とすることが可能である。下段部３２０は、載置部３２１からＺ−Ｚ’方向の延びており且つ載置部３２１上の少なくとも一つの第３電子部品２００ｃの近傍に配置される壁部３２２をさらに有する構成とすることも可能である。図１Ｂ〜図３Ｂでは、下段部３２０が載置部３２１及び壁部３２２を有し、この壁部３２２が載置部３２１のＸ’方向の端からＺ−Ｚ’方向に延びている。

上段部３１０及び下段部３２０が第３電子部品２００ｃを各々保持する場合、絶縁壁３３０は、複数の第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間に位置するように、上段部３１０及び下段部３２０から延びた構成とすることが可能である。上段部３１０、下段部３２０が載置部３１１、３２１を有する場合、絶縁壁３３０は、複数の第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間に位置するように、載置部３１１、３２１からＺ−Ｚ’方向に延びていると良い（図１Ｂ〜図３Ｂ参照）。なお、下段部３２０は、第３電子部品２００ｃを保持しない構成とすることも可能である。

上記したホルダー３００の固定部３４０又は下段部３２０は省略可能である。固定部３４０が省略される場合、上記した何れかの態様の下段部３２０が基板１００の第１面１０１の中間領域に載置され且つ当該中間領域に上記接続手段で固定されていると良い。

少なくとも一つの第４電子部品２００ｄは、例えば、チップ部品などである。少なくとも一つの第４電子部品２００ｄは、上記した何れかの態様の上段部３１０と基板１００の第１面１０１の中間領域の第３領域αとの間の間隙Ｇ内に位置するように、当該中間領域の第３領域α上に実装されている。このように基板１００の第１面１０１におけるホルダー３００の上段部３１０下の第３領域αが、少なくとも一つの第４電子部品２００ｄの実装領域として有効利用されている。

電源装置Ｄはケース３０をさらに備えている。ケース３０は、上記した何れかの態様の回路基板モジュールＭを収容でき、入力部１０及び出力部２０を保持できるものであれば良い。

以上のような電源装置Ｄ及びモジュールＭは、以下の技術的特徴及び効果を奏する。
Ａ）モジュールＭは、電子部品間の沿面距離を確保できる。その理由は以下の通りである。ホルダー３００が、第１電子部品２００ａと第２電子部品２００ｂの間に配置されているため、ホルダー３００の第１方向の寸法分、第１方向における第１電子部品２００ａと第２電子部品２００ｂのとの間の沿面距離を確保することができる。加えて、ホルダー３００の絶縁壁３３０が、第２電子部品２００ｂよりも背高であるため、絶縁壁３３０の高さ寸法と第２電子部品２００ｂの高さ寸法の差の分、ホルダー３００に保持される少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと、第２電子部品２００ｂとの間の沿面距離を確保することができる。特に、絶縁壁３３０が、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間に位置するように、上段部３１０、又は上段部３１０及び下段部３２０から延びている場合、上段部３１０、又は上段部３１０及び下段部３２０が第３電子部品２００ｃを保持した上で、絶縁壁３３０によって少なくとも一つの第３電子部品２００ｃと第２電子部品２００ｂとの間の沿面距離を確保できる。

Ｂ）モジュールＭは、小型化を図ることができる。その理由は以下の通りである。ホルダー３００が、上記の通り沿面距離を確保する部材と、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃを保持する部材とを兼ねている。よって、双方の部材を別部材として備える場合に比べて、モジュールＭの部品点数が低減される。しかも、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃがホルダー３００の上段部３１０に保持され且つ電気的に基板１００に接続されている。この上段部３１０は、基板１００の第１面１０１に対して間隙Ｇを有して配置されており、少なくとも一つの第４電子部品２００ｄが間隙Ｇ内に位置するように、基板１００の第１面１０１の第３領域α上に実装されているので、基板１００の第１面１０１の上段部３１０下の第３領域αが少なくとも一つ第４電子部品２００ｄの実装領域として有効利用されている。要するに、少なくとも一つの第３電子部品２００ｃ及び第４電子部品２００ｄが基板１００に三次元的に実装されている。以上のことから、基板１００の第１面１０１の実装面積を低減され、基板１００の小型化を図ることができる。この基板１００の小型化により、モジュールＭの小型化も図ることができる。

Ｃ）ホルダー３００が下段部３２０を有している場合、下段部３２０が基板１００の第１面１０１の中間領域の一部に載置されることによって、ホルダー３００が基板１００に固定された状態が安定する。

なお、上記した回路基板モジュール及び電源装置は、上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載範囲において任意に設計変更することが可能である。以下、詳しく述べる。

本発明の回路基板モジュールは電源装置以外の装置にも適用可能である。従って、本発明の第１〜第４電子部品も、電源装置の電子部品に限定されるものではない。本発明の第１電子部品及び第２電子部品は、それぞれ少なくとも一つであれば良く、基板の第１面上に間隔をあけて実装されている限り、どのような電子部品であっても良い。本発明の少なくとも一つの第３電子部品は、上記した何れかの態様のホルダーの上段部に保持されており且つ基板に電気的に接続されている限り、どのような電子部品であっても良い。本発明の少なくとも一つの第４電子部品は、上記した何れかの態様のホルダーの上段部と基板の第１面との間の間隙内に位置するように、基板の第１面上に実装されている限り、どのような電子部品であっても良い。

なお、上記実施例の各態様及び設計変形例における回路基板モジュール及び電源装置の各構成要素を構成する素材、形状、寸法、数及び配置等はその一例を説明したものであって、同様の機能を実現し得る限り任意に設計変更することが可能である。上記した実施例の各態様及び設計変更例は、互いに矛盾しない限り、相互に組み合わせることが可能である。

Ｄ：電源装置
１０：入力部
２０：出力部
３０：ケース
Ｍ：回路基板モジュール
１００：基板
１０１：第１面
α：第３領域
１０２：第２面
２００ａ：第１電子部品
２００ｂ：第２電子部品
２００ｃ：第３電子部品
２００ｄ：第４電子部品
３００：ホルダー
３１０：上段部
３２０：下段部
３３０：絶縁壁
３４０：固定部
３４１：アーム
Ｇ：間隙

Claims (3)

1. 第１面を有する基板と、
   前記基板の前記第１面上に間隔をあけて実装された第１電子部品及び第２電子部品と、
   前記基板に電気的に接続された複数の第３電子部品と、
   前記基板の前記第１面上の前記第１電子部品と前記第２電子部品との間に配置された電気絶縁性を有するホルダーと、
   第４電子部品とを備えており、
   前記ホルダーは、上段部と、下段部と、絶縁壁とを有しており、
   前記上段部は、前記基板の前記第１面に対して間隙を有して配置されており且つ前記複数の第３電子部品のうちの少なくとも一つを保持しており、
   前記下段部は、前記基板の前記第１面上に載置されており且つ前記複数の第３電子部品のうちの別の少なくとも一つを保持しており、
   前記絶縁壁は、前記複数の第３電子部品と前記第２電子部品との間に位置しており且つ前記第２電子部品よりも背高であり、
   前記第４電子部品は、前記間隙内に位置するように、前記基板の前記第１面上に実装されている回路基板モジュール。
2. 請求項１記載の回路基板モジュールにおいて、
   前記絶縁壁は、前記複数の第３電子部品と前記第２電子部品との間に位置するように、前記上段部及び前記下段部から延びている回路基板モジュール。
3. 請求項１又は２記載の回路基板モジュールを備えた電源装置であって、
   前記回路基板モジュールは、前記第１電子部品を含む前記電源装置の複数の一次側電子部品と、
   前記第２電子部品を含む前記電源装置の複数の二次側電子部品とを備えている電源装置。
   

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