JP2018018883A

JP2018018883A - 電気機器

Info

Publication number: JP2018018883A
Application number: JP2016146315A
Authority: JP
Inventors: 栄野上; Sakae Nogami; 純也松山; Junya Matsuyama; 辰之助後閑; Tatsunosuke Gokan
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2018-02-01
Also published as: US20180034342A1; US10468934B2; CN107660094A; DE102017212453A1; CN207083339U

Abstract

【課題】筐体を備え、筐体内部に位置し、電子部品が搭載された、回路基板と、回路基板を覆う封止部材と、を有する電気機器を提供する。【解決手段】封止部材３は、空気と触れ合う界面の少なくとも一部が、鉛直方向下向きへ傾斜する第１傾斜面３１を有する。筐体は、界面の内、第１傾斜面の鉛直方向下向き側を覆う前方壁部２１と、界面の内、第１傾斜面の鉛直方向上向き側を覆う後方壁部２２と、界面の内、第１傾斜面の傾斜する方向と垂直な方向を覆う一対の側方壁部２３と、を有する。前方壁部は、鉛直方向上側から下側へ凹む、溝２１１を有し、第１傾斜面は、溝に向かって傾斜している。【選択図】図２

Description

本発明は、電気機器に関する。

従来、携帯電話や無線ＬＡＮなどの通信基地局のように、屋外で使用される設備に搭載される各種電気機器には、防水機能が求められている。この防水の方法として、例えば、回路基板を樹脂封止する方法が日本特許出願公開第２００５−０８６１１６号公報明細書に記載されている。

日本特許出願公開第２００５−０８６１１６号公報明細書に記載の電源装置には、樹脂使用量の低減を目的として、表面を内ケースの一側方向に高く他側方向に低い傾斜状にした樹脂封止材が開示されている。
日本特許出願公開第２００５−０８６１１６号公報

しかし、日本特許出願公開第２００５−０８６１１６号公報に記載の電源装置のような電気機器においては、外部から浸入してきた水が機器内部に長期的に留まった場合、樹脂封止材が浸食される可能性が有り、しいては電気機器の経年劣化を早める可能性も有る。そのため、防水機能が十分ではなかった。

本発明は、電気機器内部の筐体および筐体内部の封止部材の構造を改善し、外部から進入してきた水が機器内部に長期的に留まった場合にも、十分な防水機能を有する電気機器電気機器を提供することを目的とする。

本発明の例示的な第１実施形態は、筐体を備えた電気機器であって、筐体内部に位置し、電子部品が搭載された、回路基板と、前記回路基板を覆う封止部材と、を有し、前記封止部材は、空気と触れ合う界面の少なくとも一部が、鉛直方向下向きへ傾斜する第１傾斜面を有し、前記筐体は、前記界面の内、前記第１傾斜面の鉛直方向下向き側を覆う前方壁部と、前記界面の内、前記第１傾斜面の鉛直方向上向き側を覆う後方壁部と、前記界面の内、前記第１傾斜面の傾斜する方向と垂直な方向を覆う一対の側方壁部と、を有し、前記前方壁部は、鉛直方向上側から下側へ凹む、溝を有し、前記第１傾斜面は、前記溝に向かって傾斜している。

本発明の第１実施形態によれば、防水機能を高めた電気機器を提供できる。

図１は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分上面図である。図２は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分断面図である。図３は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分斜視図である。図４は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分斜視図である。図５は、本発明の例示的な一実施形態に係る回路基板の上面図である。図６は、本発明の例示的な一実施形態に係る回路基板の下面図である。図７は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、重力方向を「鉛直方向」、と称する。

図１は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器１の部分上面図である。図２は、図１の破線Ｘ―Ｘにおける部分断面図である。図３は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器１の部分斜視図である。

図１に示すように、本発明の例示的な一実施形態の電気機器は、筐体２と、筐体２の内部に位置し後述する電子部品４２が搭載された回路基板４と、回路基板４を覆う封止部材３と、を有する。筐体２は、封止部材３の空気と触れ合う界面の内、後述する第１傾斜面３１の鉛直方向下向き側を覆う前方壁部２１と、第１傾斜面３１の鉛直方向上向き側を覆う後方壁部２２と、第１傾斜面３１の傾斜する方向と垂直な方向を覆う一対の側方壁部２３（２３１，２３２）と、を有する。前方壁部２１は、鉛直方向上側から下側へ凹む、溝２１１を有し、第１傾斜面３１は、溝２１１に向かって傾斜している。

図２に示すように、封止部材３は、空気と触れ合う界面の少なくとも一部において、鉛直方向下向きへ傾斜する第１傾斜面３１と、第１傾斜面３１よりも前方壁部２１側において鉛直方向上向きに傾斜する第２傾斜面３２と、を有する。これにより、図３の矢印Ｄ１で示すように、外部から筐体２に浸入してきた水は、第１傾斜面３１および第２傾斜面３２を伝って前方壁部２１の溝２１１から排水される。そのため、水は筐体２の内部に長期的に留まることがないため、封止部材３による防水機能を維持することができ、製品信頼性が向上する。

なお、第２傾斜面３２は、封止部材３を成型する過程において形成される微小な傾斜面である。封止部材３の成型工程としては、少なくとも以下３つの工程が有る。まず、前方壁部２１の溝２１１を覆うようにマスキングテープを貼り付ける。これにより、溝２１１がマスキングテープによって塞がれる。次に、第１傾斜面３１の傾斜角度が所定の傾斜角度になるように筐体２を傾けた状態で、少なくとも後述するリード線５と回路基板４との接続部が覆われる程度にポッティング材を筐体２の内部に流し込む。そして、ポッティング材を硬化させて封止部材３を構成する。最後にマスキングテープを剥がす。このような成型工程の過程において、ポッティング材のマスキングテープに対する表面張力の大小に応じて、微小に盛り上がって形成される部位が、第２傾斜面３２である。但し、ポッティング材の種類や成型方法等を適宜選定することで、第２傾斜面３２が形成されなくてもよい。

図１に戻り、筐体２は、前方壁部２１、後方壁部２２、および一対の側方壁部２３で囲まれた回路基板４を収容する回路基板収容部を備える。回路基板４は、回路基板収容部内にて封止部材３によって覆われている。一対の側方壁部２３（２３１，２３２）は、互いに平行に延びている。但し、一対の側方壁部２３（２３１，２３２）は、前方壁部２１に向かって一対の側方壁部２３（２３１，２３２）間の幅が狭くなるように延びていてもよい。また、前方壁部２１は、一対の側方壁部２３（２３１，２３２）の内、少なくとも一方の側方壁部２３から溝２１１に向かう、ガイド壁２１２を有している。図１においては、前方壁部２１は、一対の側方壁部２３（２３１，２３２）の両方から溝２１１に向かうガイド壁２１２１，２１２２を有している。これにより、外部から回路基板収容部に浸入してきた水は、第１傾斜面３１によってガイド壁２１２１，２１２２へ向かって導かれる。さらに、ガイド壁２１２１，２１２２を伝って溝２１１に向かい、更に効率良く排水される。

次に、筐体２の内部に位置する回路基板４について、図２、図５、および図６、を用いて説明する。図２は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分断面図である。図５は、本発明の例示的な一実施形態に係る回路基板の上面図である。図６は、本発明の例示的な一実施形態に係る回路基板の下面図である。

図２に示すように、筐体２は、回路基板４の鉛直方向下側を覆う底面部２４を有している。底面部２４は、鉛直方向上側へ延びる複数の円筒部２４１（２４１１，２４１２）を有している。また、図５および図６に示すように、回路基板４は、鉛直方向に貫通する複数の貫通孔４１（４１１，４１２）を有している。鉛直方向において、円筒部２４１（２４１１，２４１２）は、貫通孔４１（４１１，４１２）と、同軸上に延びている。すなわち、円筒部２４１１と貫通孔４１１、円筒部２４１２と貫通孔４１２、それぞれは同軸上に延びている。

回路基板４の下面を円筒部２４１（２４１１，２４１２）の上部と接触させた後、貫通孔４１（４１１，４１２）に不図示のネジが挿入されることにより、回路基板４は筐体２の底面部２４に固定される。なお、鉛直方向において、円筒部２４１（２４１１，２４１２）の高さを比較的高くすることが好ましい。鉛直方向において、円筒部２４１（２４１１，２４１２）の高さが低い場合、筐体２の開口側（図２における上側）から円筒部２４１（２４１１，２４１２）の上部までの距離が比較的長くなる。このため、回路基板４を筐体２の下面に向かって入れ込む距離が長くなるため、回路基板４を筐体２へ取り付ける際の作業性が悪くなってしまう。そのため、鉛直方向において、円筒部２４１（２４１１，２４１２）の高さを比較的高くすることで、筐体２の開口側から円筒部２４１（２４１１，２４１２）までの距離が比較的短くなり、回路基板４を筐体２へ取り付ける際の作業性を向上させることができる。言い換えれば、鉛直方向において、回路基板４と底面部２４との間の空間は比較的広く確保することが好ましい。具体的には、円筒部２４１（２４１１，２４１２）の鉛直方向の高さは、筐体２の鉛直方向の高さの１／４以上、且つ、３／４未満、が好ましい。

一方、近年では電気機器１に対する軽薄短小の市場要求が有る。そのため、電気機器１が薄型になるにつれ、電気機器１内部の筐体２も薄型にしていかなければならない。言い換えれば、上述の空間を比較的広く確保しつつ、薄型化の要求に対応しなければならない。そのため、様々な大きさの電子部品４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄの配置を工夫しなければならない。

そこで、本実施形態においては、図２および図５に示すように、回路基板４の上面には、鉛直方向において、回路基板４よりも厚みが薄い電子部品４２Ａが実装されている。これにより、回路基板４の上方において、封止部材３の鉛直方向の厚みを薄くすることができ、電気機器１を薄型化することができる。また、円筒部２４１（２４１１，２４１２）の高さを比較的高くすることで、回路基板４の下方は、比較的広い空間が設けられる。図２および図６に示すように、上述の空間を活用すべく、回路基板４の下面には、鉛直方向において、回路基板４よりも厚みが厚い電子部品４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄが実装されている。すなわち、回路基板４の取り付け作業性を向上させるとともに、薄型化という市場要求にも対応できる。

また、図２に示すように、回路基板４の上方における封止部材３の鉛直方向の厚みは、前方壁部２１側よりも後方壁部２２側の方が厚い。また、回路基板４よりも厚みが薄い電子部品の内、比較的厚みの厚い電子部品４２Ａは、回路基板４の上面において、封止部材３の鉛直方向の厚みが厚い後方壁部２２側に実装されている。これにより、回路基板４の上方における封止部材３の鉛直方向の厚みを必要最低限にとどめることができる。すなわち、封止部材３を構成するポッティング材の使用量を必要最低限にとどめることができるため、コスト安な電気機器１を提供することができる。

続いて、図３、図４、図５および図７を用いて、リード線５の引き出し構造について説明する。図３および図４は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の部分斜視図である。図４は、リード線５を図示している点以外は、図３と同じである。図５は、本発明の例示的な一実施形態に係る回路基板の上面図である。図７は、本発明の例示的な一実施形態に係る電気機器の斜視図である。

図７に示すように、回路基板４から引き出されたリード線５は、他の電気機器と電気的に接続するために、筐体２の外部へ引き出される。リード線５は、不図示の複数の電線群により構成される。不図示の複数の電線群は、電磁波等のノイズに強いチューブ等を使って１つに纏められる。また、本実施形態では、リード線５は、不図示の６つの電線群を有している。不図示の６つの電線群は、回路基板４の下面に接続されている。言い換えれば、回路基板４によってリード線５を鉛直方向下側へ押さえている。これにより、リード線５が鉛直方向上側へ撓むことを抑制できる。また、図５および図６に示すように、回路基板４は、複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）に隣接する部位が切り欠かれた切欠部４３を有している。リード線５は、切欠部４３を経由して回路基板４から引き出される。すなわち、リード線５が急激に角度を変えて引き出されることがないため、リード線５の撓みを抑制できる。

図５に示すように、回路基板４の上面には、４つの半田付け部５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ）が設けられている。１つの半田付け部５１には、４つの半田付けする部位が有る。これは、ファンモータ６が三相駆動することに関係する。具体的には、ファンモータ６から引き出される巻線が、Ｕ相用，Ｖ相用，Ｗ相用，およびコモン相用の４種類有るため、各半田付け部５１には、４つの半田付けする部位が有る。なお、４つの半田付け部５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ）は、４つのファンモータ６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）と対応している。

ここで、図３および図４に示すように、後方壁部２２は、リード線５を支持する複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）を有している。複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）は、凹部２２３を介して設けられている。すなわち、複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）の間に鉛直方向に窪む凹部が設けられている。複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）それぞれには、鉛直方向下側に切り欠かれた複数のリード線固定溝２２２（２２２１，２２２２）が設けられている。これにより、リード線５が、支持壁２２１の厚み方向とは垂直な方向Ｄ３へ動くことを抑制できる。また、凹部２２３に収容されるように、リング部材５２を、リード線５に取り付けてもよい。これにより、リード線５が、支持壁２２１の厚み方向Ｄ４へ動くことを抑制できる。

このように、リード線固定溝２２２を有した支持壁２２１が凹部２２３を介して複数設けられることで、外部からの衝撃等によりリード線５に応力が生じた場合であっても、リード線５が動くことを抑制できる。これにより、封止部材３の空気と触れ合う界面のうちリード線５が引き出される部位や、リード線５と回路基板４との接触部位に、応力が掛かりにくい。すなわち、封止部材３とリード線５との間に隙間が生じて水が浸入することを抑制するとともに、リード線５と回路基板４との良好な電気的接続を維持しやすい。このように、防水機能とともに、製品信頼性を高めることができる。なお、支持壁およびリード線固定壁は２つではなく、１つ又は３つ以上であっても良い。

また、凹部２２３を余分な封止部材３を収容し、回路基板収容部からの封止部材３の漏れを防止することができる。上述のとおり、封止部材３の成型工程としては、第１傾斜面３１の傾斜角度が所定の傾斜角度になるように筐体２を傾けた状態で、リード線５と回路基板４との接続部が覆われる程度にポッティング材を回路基板収容部の内部に流し込む。このとき、余分な封止部材３が流し込まれた際に、リード線５側へと余分な封止部材３が漏洩する。このとき、凹部２２３を設けることで、余分な封止部材３は凹部２２３の内部に収容され、回路基板収容部からの漏れを防止することができる。

また、図３の矢印Ｄ２に示すように、複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）は、一対の側方壁部２３（２３１，２３２）が対向する方向と垂直な方向寄りに延びている。また、図７に示すように、複数の支持壁２２１（２２１１，２２１２）は、リード線５を筐体２から引き出すリード線引き出し溝２３３が設けられた側方壁部２３２とは異なるもう１つの側方壁部２３１側に設けられている。これにより、リード線５が急激に角度を変えて引き出されることがないため、リード線５の撓みを抑制できる。

続いて、ファンモータ６について説明する。本実施形態においては、４つのファンモータ６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）が筐体２に搭載されている。各ファンモータ６は、回転部の駆動源である電機子および駆動基板を有する静止部と、複数の羽根を有する回転部と、を有する。また、電機子は、薄板状の電磁鋼板を積層させたコアと、複数のコイルとを有する。複数のコイルから引き出された巻線は、駆動基板を経由してファンモータ６の外部へ引き出され、前述の４つの半田付け部５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ）に半田付けされる。

本実施形態において、封止部材は、シリコン系樹脂材料である。シリコン系樹脂は、撥水性シリコン樹脂を主成分としたものである。シリコン系樹脂を用いることで、他樹脂材料を用いるよりも撥水効果を有し、浸入してきた水をより効果的に溝２１１へ導き、防水効果を発揮することができる。

また、他の実施形態において、封止部材は、鉛直方向上向き側に第２の封止部材を有する。第２の封止部材は、フッ素系樹脂材料である。つまり、封止部材は、回路基板を覆う第１の封止部材と、第１の封止部材の表面を覆う第２の封止部材との２層で構成される。フッ素系樹脂部材は、シリコン系樹脂部材と比較して、水と油に対して撥水効果が優れている。なお、封止部材がフッ素系樹脂材料のみで形成されてもよい。本発明は、屋外などの環境で使用されることがあり、水のみでなく、油にもさらされる虞がある。したがって、水と油に対して撥水効果を有するフッ素系樹脂材料を用いることで、さらなる防水・防油効果を有する。

また、上記の実施形態および変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。

本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮなどの通信基地局のように、屋外で使用される設備に搭載される電気機器に利用できる。

電気機器…１、筐体…２、前方壁部…２１、溝…２１１、ガイド壁…２１２（２１２１，２１２２）、後方壁部…２２、支持壁…２２１（２２１１，２２１２）、リード線固定溝…２２２（２２２１，２２２２）、凹部…２２３、側方壁部…２３（２３１，２３２）、リード線引き出し溝…２３３、底面部…２４、円筒部…２４１（２４１１，２４１２）、封止部材…３、第１傾斜面…３１、第２傾斜面…３２、回路基板…４、貫通孔…４１（４１１，４１２）、電子部品…４２（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ）、切欠部…４３、リード線…５、半田付け部…５１（５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ）、リング部…５２、ファンモータ…６（６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ）

Claims

筐体を備えた電気機器であって、
前記筐体内部に位置し、電子部品が搭載された、回路基板と、
前記回路基板を覆う封止部材と、
を有し、
前記封止部材は、空気と触れ合う界面の少なくとも一部が、鉛直方向下向きへ傾斜する第１傾斜面を有し、
前記筐体は、
前記界面の内、前記第１傾斜面の鉛直方向下向き側を覆う前方壁部と、
前記界面の内、前記第１傾斜面の鉛直方向上向き側を覆う後方壁部と、
前記界面の内、前記第１傾斜面の傾斜する方向と垂直な方向を覆う一対の側方壁部と、を有し、
前記前方壁部は、鉛直方向上側から下側へ凹む、溝を有し、
前記第１傾斜面は、前記溝に向かって傾斜している。
請求項１に記載の電気機器であって、
前記一対の側方壁部は、互いに平行、または前記前方壁部に向かって前記一対の側方壁部間の幅が狭くなるように延びており、
前記前方壁部は、前記一対の側方壁部の内、少なくとも一方の側方壁部から前記溝に向かう、ガイド壁を有している。
請求項１に記載の電気機器であって、
前記一対の側方壁部は、互いに平行、または前記前方壁部に向かって前記一対の側方壁部間の幅が狭くなるように延びており、
前記前方壁部は、前記一対の側方壁部それぞれから前記溝に向かう、ガイド壁を有している。
請求項１ないし３のいずれかに記載の電気機器であって、
前記界面は、前記第１傾斜面よりも前記前方壁部側において、鉛直方向上向きに傾斜する第２傾斜面を有する。
請求項１ないし３のいずれかに記載の電気機器であって、
前記電子部品の内、鉛直方向において、前記回路基板よりも厚みが薄い電子部品が、前記回路基板の上面に実装される。
請求項１ないし３のいずれかに記載の電気機器であって、
前記電子部品の内、鉛直方向において、前記回路基板よりも厚みが厚い電子部品が、前記回路基板の下面に実装される。
請求項１ないし３のいずれかに記載の電気機器であって、
前記電子部品の内、鉛直方向において、厚みが薄い電子部品が、前記後方壁部側に実装される。
請求項１ないし７のいずれかに記載の電気機器であって、
前記回路基板は、鉛直方向に貫通する貫通孔を有し、
前記筐体は、前記回路基板の鉛直方向下側を覆う底面部を有し、
前記底面部は、鉛直方向上側へ延びる円筒部を有し、
前記回路基板は、前記貫通孔および前記円筒部を通るネジによって、前記円筒部に固定されている。
請求項８に記載の電気機器であって、
前記円筒部の鉛直方向の高さは、前記筐体の鉛直方向の高さの１／４以上、且つ、３／４未満、である。
請求項１ないし９のいずれかに記載の電気機器であって、
前記回路基板は、他の電気機器と電気的に接続するリード線を有し、
前記リード線と前記回路基板との接続部は、前記封止部材で覆われており、
前記後方壁部は、前記リード線を支持する支持壁を有し、
前記支持壁は、前記リード線が嵌まるリード線固定溝を有する。
請求項１０に記載の電気機器であって、
前記リード線は、前記回路基板の下面に接続されている。
請求項１０に記載の電気機器であって、
前記支持壁は、複数有り、
複数の前記支持壁の間に鉛直方向に窪む凹部を有している。
請求項１０に記載の電気機器であって、
複数の前記支持壁は、前記一対の側方壁部が対向する方向と垂直な方向寄りに延び、
複数の前記支持壁は、前記リード線を前記筐体から引き出すリード線引き出し溝が設けられた側方壁部とは異なるもう１つの側方壁部側に設けられている。
請求項１０に記載の電気機器であって、
前記回路基板は、複数の前記支持壁に隣接する部位が切り欠かれた切欠部を有し、
前記リード線は、前記切欠部を経由して前記回路基板から引き出されている。
請求項１ないし９のいずれかに記載の電気機器であって、
前記封止部材は、シリコン系樹脂材料である。
請求項１ないし９のいずれかに記載の電気機器であって、
前記封止部材は、鉛直方向上向き側に第２の封止部材を有し、
前記第２の封止部材は、フッ素系樹脂材料である。