JP5320587B2 - 配線基板カバー構造及び電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板カバー構造及びこれを備えた電気機器に関する。

従来、例えば、放電灯を点灯させる点灯装置は、一般的には、配線基板にフィルタ回路、整流平滑回路、高周波変換回路及びランプ点灯回路等を搭載して構成されており、整流平滑回路には、直流電源の平滑のため電解コンデンサが接続されている。電解コンデンサは、通常、陽極箔と陰極箔からなる一対の電極間に電解紙を挟み巻回した電解コンデンサ素子に電解液を含浸させ、この含浸済みの素子に封口ゴムを取付け、有底筒状のケース内に入れて封止されている。

電解コンデンサは、経年変化に伴って、電解液が蒸発して減少し、寿命末期には、電解液の減少による容量低下に加えて電解液の等価直列抵抗（ＥＳＲ）が上昇し、温度上昇する。やがて、リップル電流により発熱が大きくなり、熱暴走を引き起こし、急激に温度上昇し、電解液の沸点を超えて電解液の蒸発ガスが発生し、その圧力でケースが破裂する虞がある。そのためケースの一部に安全弁が設けられたものがあり、電解液の蒸発ガスでケース内の圧力が所定圧力以上に達した場合、安全弁が作動し、電解液の蒸発ガスを外部に噴出させ、ケースが破裂するのを防止するようにしている。安全弁が作動することは、ケース内の異常な圧力上昇を抑えることを目的とした正常な動作であるが、外部に噴出した電解液の蒸発ガスが煙に見えることから、使用者が焼損による発煙と誤認し、火災と判断してしまいやすい現象を呈する。

このような現象を防止するため、安全弁から外部に放出された気体を収容する外側気密手段を備えた電解コンデンサ（特許文献１参照）や収容部、縦伸縮部及び環状伸縮部からなるキャップを取付けた電解コンデンサ（特許文献２参照）が提案されている。また、特許文献２には、電子機器において、このような電解コンデンサを実装した電源基板が配設された構成が示されている。

特開２００５−４４８６８号公報 特開２００６−２８６９６９号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示されたものは、外側気密手段やキャップに安全弁から外部に放出された気体を確実に収容するために、電解コンデンサとその周囲に配設される部材、例えば、基板を収納するケースやその他の回路部品との配置関係について何ら考慮されていない。したがって、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、外側気密手段やキャップが正常に機能しないため、蒸発ガスを確実に収容することができないという不具合が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、配線基板に実装される電解コンデンサの配置関係を考慮し、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、キャップに蒸発ガスを確実に収容することができる配線基板カバー構造及びこれを備えた電気機器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の配線基板カバー構造は、電解液を含むコンデンサ素子を密封状態に収納するとともに内部圧力が所定以上になった場合に電解液の蒸発ガスを噴出する安全弁が設けられたケースと、このケースに前記安全弁を覆うように固定手段によって取付けられ、前記電解液の蒸発ガスが噴出したときに、前記固定手段を起点として外方に袋状となって膨らむ状態で蒸発ガスが収容される伸縮性及び弾性を有するキャップとを備えた電解コンデンサと；電解コンデンサを含む回路部品が実装された配線基板と；配線基板を覆うとともに、前記電解コンデンサの安全弁の部分とこれに対向する部位との間に１．５ｍｍ以上の空間距離を形成して配設されたカバー部材と；を具備することを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り技術的意味及び解釈は次による。安全弁は、ケースの内部圧力が所定以上になった場合に電解液の蒸発ガスを逃がす機能を有していればよく、その形態は格別限定されるものではなく、また、キャップは、シリコーン樹脂等の材料が適用できるが、その材料が格別限定されるものではない。

カバー部材は、配線基板における回路部品の実装面を覆うような部材を意味し、例えば、配線基板が取付けられる器具の本体やその構成部材、又は配線基板の収納ケース等が該当する。

請求項２に記載の配線基板カバー構造は、請求項１に記載の配線基板カバー構造において、前記配線基板は、電解コンデンサの実装高さ寸法より大なる実装高さ寸法を有する回路部品が存在するように構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の電気機器は、請求項１又は請求項２に記載の配線基板カバー構造を具備することを特徴とする。電気機器としては、配線基板に電解コンデンサを実装する電気機器であれば、格別限定されることなく適用できる。

請求項１に記載の発明によれば、ケースの内部圧力が所定以上になったとき、安全弁が作動し、蒸発ガスをキャップに確実に収容することが可能となる。よって、蒸発ガスの外部への流出を防ぐことができ、使用者が火災であると誤認することを防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、空間距離を確実に確保することが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、各請求項に記載の効果を奏する電気機器を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る電解コンデンサを示す斜視図である。 同電解コンデンサを示す正面図である。 同電解コンデンサを示す断面図である。 同電解コンデンサの安全弁の作動時を模式的に示す断面図である。 同配線基板装置を示す斜視図である。 同配線基板装置を示す側面図である。 同電解コンデンサの安全弁の作動時をカバー部材との関係で模式的に示す説明図である。 同電解コンデンサを配線基板に横向きに実装した例を示す側面図である。 同電気機器として照明器具を示す断面図である。 同要部を拡大して示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る配線基板カバー構造の収納ケースを示す斜視図である。 同配線基板カバー構造を示す断面図である。 配線基板装置における回路部品の実装高さの寸法関係を示す側面図である。

以下、本発明の第１の実施形態について図１乃至図１０を参照して説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。

まず、図１乃至図４に示すように電解コンデンサ１は、ケース本体２を備えている。ケース本体２は、開口部３ａを有する有底円筒状のアルミニウム製のケース３、封口材としての封口ゴム４及び熱収縮性の絶縁性スリーブ５とを備えている。ケース３内には、陽極箔と陰極箔からなる一対の電極間に電解紙を挟み巻回し、例えば、エチレングリコール系の電解液を含浸させた電解コンデンサ素子１ａが収納されている。また、ケース３の開口部３ａには封口ゴム４が挿入されており、封口ゴム４に開口部３ａをかしめてケース３は封止、密封されている。なお、このかしめ部３ｂはリング状凹部を形成している。

そして、このケース本体２は、外径寸法Ｄがφ１０ｍｍ以上、具体的には、φ１６ｍｍであり、０．３ｇ以上の電解液が含浸されている。また、高さ寸法Ｈは、１６．５ｍｍに形成されている。

一方、ケース３の開口部３ａとは反対側の端面には、ケース３の内部圧力が所定以上になった場合に、ケース３の一部が破れて電解液の蒸発ガスを外部に逃がす安全弁６が設けられている。安全弁６は、ケース３の内部圧力が所定以上になったときに破れるように、ケース３にＹ字形の肉薄部を形成して構成されている。この肉薄部は、Ｘ字形やＫ字形に形成してもよい。また、ケース３は、円筒状の絶縁性スリーブ５によって外周表面が覆われている。絶縁性スリーブ５は、定格電圧、静電容量、極性等が印刷されたＰＥＴ樹脂や塩化ビニル樹脂からなる熱収縮性のスリーブであり、ケース３に被せた後、熱を加え、その収縮によってケース３の外周表面に被覆されるものである。さらに、ケース３の開口部３ａ側には、陽極箔と陰極箔に接続され、封口ゴム４を貫通したリード線７が導出されている。

そして、電解コンデンサ１には、安全弁６を含んでケース本体２の上面及び側周面を覆うキャップ１０が取付けられている。このキャップ１０は、半透明のシリコーン樹脂及びその変性化合物からなるエラストマー、フッ素系やポリエーテルイミドの化合物を含むエラストマー等で形成されおり、伸縮性、耐熱性、弾性を有し、円筒形をなすキャップ状であり、一端部には開口部１１が形成されている。また、この開口部１１の周端縁には、断面が四角形状の肉厚部１１ａが形成されている。

キャップ１０の開口部１１側は、外周側から固定手段としてのワイヤ部材１２を巻き付けてケース３に固定されている。このワイヤ部材１２は、前記ケース３の開口部３ａのかしめ部３ｂを利用して取付けられており、キャップ１０の固定を確実なものとしている。なお、この固定手段は、合成樹脂や金属材料によって構成することができ、また、Ｃ字状に形成されたものでもよく、さらに、バンド状の金具等を用いるようにしてもよい。

したがって、キャップ１０の内側とケース３の外側との間は密閉状態であり、ケース３は、キャップ１０により気密的に覆われている。なお、キャップ１０は、伸縮性、耐熱性、弾性、また、電解液に対する耐侵食性が高い材料で形成するのが好ましい。

次に、このように構成された電解コンデンサ１の作用について図４を参照して説明する。電解コンデンサ１に過電圧が加わった場合や寿命末期の異常時において、電解液の蒸発ガスでケース３内の圧力が所定圧力以上に達した場合、ケース３が破裂するのを防止するため安全弁６が作動し、Ｙ字形の肉薄部が破れ、電解液の蒸発ガスが外部に噴出する。また、可燃性ガス及び異臭が発生する場合もある。キャップ１０は、伸縮性を有し、ケース本体２を気密的に覆っているので膨らむことが可能であり、安全弁６が作動した場合、蒸発ガスの噴出圧によって、固定手段であるワイヤ部材１２を起点として外方に袋状となって膨らむ状態となる。この状態では、蒸発ガスは、キャップ１０内に滞留しているので、外部に流出することを防止することができる。このとき、キャップ１０は、開口部１１側をワイヤ部材１２によって固定されているので、蒸発ガスの噴出圧でケース３から離脱するのを抑止され、取付け状態を確実に保持することができる。

基本的には、上述のように、キャップ１０の離脱は抑止されるが、電解液の蒸発ガスが噴出すると、一部の液状化した蒸発ガスがケース本体２の外面とキャップ１０の内面との間に入り込み、すなわち、ワイヤ部材１２が取付けられているかしめ部３ｂの部分において、ケース本体２の外面とキャップ１０の内面との間に液状化した蒸発ガスが入り込み、この液状化した蒸発ガスが一種の潤滑剤のような作用を呈する場合がある。このような場合、蒸発ガスの噴出圧によって、キャップ１０の内面がケース本体２の外面上を滑り、キャップ１０が上方へ移動し、キャップ１０がケース３から離脱してしまう可能性がある。

しかしながら、本実施形態においては、例え、キャップ１０の内面がケース本体２の外面上を滑り、キャップ１０が上方へ移動したとしても、キャップ１０の開口部１１には、肉厚部１１ａが形成されているので、キャップ１０の移動がストップされるようになっている。つまり、肉厚部１１ａは、その肉厚によりワイヤ部材１２の内径側とケース本体２の外面側との間を通過することができないため、ワイヤ部材１２に引っ掛って、キャップ１０は、ケース３から離脱するのを抑止され、確実に保持されるものである。以上のような構成において、ワイヤ部材１２は、キャップ１０がケース３から離脱するのを抑止し、肉厚部１１ａは、この抑止作用を補強する役目を担っている。

次に、図５及び図６を参照して配線基板装置２０について説明する。この配線基板装置２０は、例えば、蛍光ランプの点灯装置を構成しており、配線基板２１に上記電解コンデンサ１が立設するように実装されており、この電解コンデンサ１を含むその他の電子回路部品、すなわち、トランスＴやコイル等の巻き線部品、トランジスタＱ等のスイッチング素子、ダイオードＤ、コンデンサＣ、抵抗素子Ｒ等が実装されて構成されている。

そして、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、キャップ１０が膨らみ正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容することができるように、電解コンデンサ１の周囲には、他の回路部品が近接して配置されないように実装されている。仮に、配線基板の回路部品の実装密度を上げるため、電解コンデンサ１に近接又は接触するような状態で他の回路部品が配置されると、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、他の回路部品によってキャップ１０が膨らむのが阻害され、破損して蒸発ガスを確実に収容することができず、外部に蒸発ガスが噴出する虞が生じるからである。このような現象は、キャップ１０が膨らんでくると、その内部圧力の反作用として他の回路部品から圧力がかかり、さらに、キャップ１０の肉厚寸法が薄くなるため破損しやすくなることに起因している。

本実施形態では、特に、エッジ状部分を有する回路部品、例えば、トランスＴにあっては、トランスＴを構成する外ケースの角部Ｅが近接して配置されないように考慮されている。このエッジ状部分は、トランスＴの外ケースの角部Ｅに限るものではなく、キャップ１０が膨らんだときに、それを破損してしまうような可能性のある部分を意味している。

電解コンデンサ１の周囲に他の回路部品が近接して配置されないようにするため、具体的には、電解コンデンサ１と他の回路部品とは、少なくとも１ｍｍ以上の間隔を空ける必要があり、好ましくは、電解コンデンサ１のケース本体２の外径寸法Ｄの半分（Ｄ／２）以上、すなわち、８ｍｍ以上、より好ましくは、外径寸法Ｄ以上、すなわち、１６ｍｍ以上の間隔を空けることにより、キャップ１０が膨らんだときに、それが破損されてしまう事態を回避できる。

同様に、配線基板装置２０が収納ケースや照明器具本体に取付けられることを考慮すると、これらによって、キャップ１０が膨らむのが阻害されないためには、電解コンデンサ１は、配線基板２１の端部から好ましくは、電解コンデンサ１のケース本体２の外径寸法Ｄの半分（Ｄ／２）以上、すなわち、８ｍｍ以上、より好ましくは、外径寸法Ｄ以上、すなわち、１６ｍｍ以上の間隔を空けて内側に配置することが望ましい。

また、電解コンデンサ１の温度上昇による劣化を抑制するため、電解コンデンサ１の近傍には発熱部品、例えば、巻き線部品やスイッチング素子等が配置されないように考慮されている。なお、２２は、必要に応じて設けられる収納ケース等への取付部材である。

次に、このように構成された配線基板装置２０は、一般的には、配線基板２１の実装面側がカバー部材、すなわち、配線基板装置２０の収納ケースや機器本体等のような部材によって覆われる構造となる。この場合、ケース３の内部圧力が所定以上になったとき、安全弁６が作動し、蒸発ガスの噴出によって、キャップ１０が膨らみ、正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容するためには、電解コンデンサ１の安全弁６の部分と、これと対向するカバー部材の部位との間には、所定の空間距離ｄを形成する必要がある。

本発明者は、図７に示すように、この電解コンデンサ１とカバー部材Ｃとの所定の空間距離ｄを見出すため実験、測定を行った。その結果、空間距離ｄは、少なくとも１．５ｍｍ以上必要であり、１．５ｍｍ以上あれば、安全弁６が作動し、キャップ１０が側周方向に膨らむことができ、蒸発ガスをキャップ１０に収容可能であることが判明した。

また、安全弁６の作動、キャップ１０の一層正常な機能の発揮の点からすれば、空間距離ｄは、好ましくは、電解コンデンサ１のケース本体２の高さ寸法Ｈの半分（Ｈ／２）以上、すなわち、８．２５ｍｍ以上、より好ましくは、高さ寸法Ｈ以上、すなわち、１６．５ｍｍ以上に設定するのが望ましいとの見解に至った。

なお、図８に示すように、電解コンデンサ１を配線基板２１に横向きに実装する場合にも上記のように構成することが可能である。つまり、横向きに実装された電解コンデンサ１の周囲に他の回路部品が近接して配置されないように実装することにより、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、キャップ１０が膨らみ正常に機能して蒸発ガスを確実に収容することができる。

続いて、上記配線基板装置２０が組込まれた電気機器としての照明器具３０について図９及び図１０を参照して説明する。この照明器具３０は、配線基板装置２０がカバー部材としての反射板３１に覆われている配線基板カバー構造を示している。

図９において、照明器具３０は、光源である環状蛍光ランプ３２、器具本体３３、点灯装置としての配線基板装置２０及びセード３４等を備えている。

器具本体３３は、外観が円板状で薄型に形成され、上面側が天井面への取付面となっている。この器具本体３３の下面側には円形皿状の反射板３１が設けられており、器具本体３３と反射板３１とで収納部３５が形成され、この収納部３５には、配線基板装置２０が配設されている。また、反射板３１には、２本の環状蛍光ランプ３２の各配設位置に対応して一対のソケット３６が配設されている。さらに、器具本体３３には、器具本体３３の下面側及び側方を覆う透光性及び拡散性を有するセード３４が装着されている。

このように構成された照明器具３０において、図１０に示すように、配線基板装置２０は、器具本体３３に取付けられ、カバー部材としての反射板３１に覆われるようになる。この場合、電解コンデンサ１の安全弁６と対向する反射板３１の部位は、上記のように所定の空間距離ｄが確保されるようになっている。したがって、ケース３の内部圧力が所定以上になったとき、安全弁６が作動し、蒸発ガスの噴出によって、キャップ１０が膨らみ、正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容することができる。

以上のように本実施形態によれば、電解コンデンサ１の周囲には、他の回路部品が近接して配置されないように実装されているので、電解液の蒸発ガスが噴出したときに、キャップ１０が膨らみ、正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容することができる。また、電解コンデンサ１の安全弁６の部分とこれに対向する反射板３１の部位との間に１．５ｍｍ以上の空間距離を形成するようにしたので、ケース３の内部圧力が所定以上になったとき、安全弁６が作動し、蒸発ガスの噴出によって、キャップ１０が膨らみ、正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容することが可能となる。

よって、電解コンデンサ１の安全弁６が作動し、電解液の蒸発ガスが噴出した場合、キャップ１０によって蒸発ガスの外部への流出を防ぐことができ、使用者が火災であると誤認することを防止できる。

次に、本発明の第２の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。本実施形態では、配線基板装置２０がカバー部材としての収納ケース４０に覆われて収納されている配線基板カバー構造を示している。

収納ケース４０は、金属製であり、長方形の箱状に形成されている。この収納ケース４０は、例えば、照明器具本体３３に取付けられた配線基板装置２０を配線基板２１の実装面側から覆うように配設されるものである。そして、この場合、電解コンデンサ１の安全弁６と対向する収納ケース４０の部位は、上記のような所定の空間距離ｄが確保されるようになっている。したがって、ケース３の内部圧力が所定以上になったとき、安全弁６が作動し、蒸発ガスの噴出によって、キャップ１０が膨らみ、正常に機能して蒸発ガスをキャップ１０に確実に収容することができる。

なお、収納ケース４０の形態は、本実施形態に示されたものに限るものではない。例えば、配線基板装置２０が単独の部品として扱えるように、配線基板装置２０を一体的に収納するような形態であってもよい。
以上のように本実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。

次に、図１３に示すように、配線基板装置２０において、配線基板２１には、電解コンデンサ１の実装高さ寸法より大なる実装高さ寸法を有する回路部品が実装されるようになっている。具体的には、電解コンデンサ１の両側に実装されたトランスＴは、電解コンデンサ１の実装高さより高くなっている。したがって、配線基板装置２０を覆うカバー部材Ｃ（破線で示す）との関係において、カバー部材Ｃを配線基板装置２０に配設する場合、カバー部材Ｃは先にトランスＴの上面に衝突するような寸法関係にあるため、必然的に所定の空間距離ｄが確保されるようになる。したがって、空間距離ｄの確保が確実に行える。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、電気機器としては、照明器具に限らず、電解コンデンサを用いる他の電気機器にも適用できる。

１・・・電解コンデンサ、１ａ・・・コンデンサ素子、３・・・ケース、
３ｂ・・・かしめ部、６・・・安全弁、１０・・・キャップ、２０・・・配線基板装置、

２１・・・配線基板、３０・・・電気機器（照明器具）、３１・・・カバー部材（反射板）、４０・・・カバー部材（収納ケース）、Ｃ・・・カバー部材、ｄ・・・空間距離、
Ｅ・・・エッジ状部分

Claims (3)

1. 電解液を含むコンデンサ素子を密封状態に収納するとともに内部圧力が所定以上になった場合に電解液の蒸発ガスを噴出する安全弁が設けられたケースと、このケースに前記安全弁を覆うように固定手段によって取付けられ、前記電解液の蒸発ガスが噴出したときに、前記固定手段を起点として外方に袋状となって膨らむ状態で蒸発ガスが収容される伸縮性及び弾性を有するキャップとを備えた電解コンデンサと；
   電解コンデンサを含む回路部品が実装された配線基板と；
   配線基板を覆うとともに、前記電解コンデンサの安全弁の部分とこれに対向する部位との間に１．５ｍｍ以上の空間距離を形成して配設されたカバー部材と；
   を具備することを特徴とする配線基板カバー構造。
2. 前記配線基板は、電解コンデンサの実装高さ寸法より大なる実装高さ寸法を有する回路部品が存在するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の配線基板カバー構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の配線基板カバー構造を具備することを特徴とする電気機器。

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