JP2009182098A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電解コンデンサの防爆弁の機能を妨げることなく、電解液をプリント基板やその他の活電部に飛び散らせることのない電源装置を、安価な構成で提供する。
【解決手段】電子部品を実装するためのプリント基板１３と、交流電源からの交流波形の出力を整流するための整流回路５３と、整流回路５３によって整流された後の出力を脈流波形を平滑して直流電源に変換するための防爆弁１５を有する電解コンデンサ１０とを備える電源装置Ａであって、防爆弁１５を覆って装着されるキャップＢの防爆弁覆い部１６と、防爆弁覆い部１６に接続されるとともに防爆弁１５への通気を確保するダクト部１７とを備え、ダクト部１７は、防爆弁１５が作動して電解コンデンサ１０の内部から電解液１４が噴出した場合に、電解液１４を電源シャーシ１１に導き、排出する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源装置に関し、特に、交流電源を整流、平滑する回路を有し、その平滑回路に防爆弁を備えた電解コンデンサを有する電源装置に関するものである。

昨今の電子機器に搭載される電源装置は、小型化、軽量化、低コスト化を目的として、交流電源（商用電源）を直接トランスに入力して電圧変換したものを出力として得るのではなく、次のようなものが採用されている。すなわち、交流電源を一旦整流、平滑して直流電源に変換し、その直流電源をトランスに入力してスイッチングさせ所望の出力を得るスイッチング電源が一般的に採用されている。スイッチング電源の方式としては、フライバック・コンバータ方式、フォワード・コンバータ方式、電流共振方式等、様々な電源方式が存在し、これらの電源は全て、その入力部に交流電源を整流、平滑して直流電源を得るための整流回路及び平滑回路を有している。この平滑回路には整流された脈流波形を直流電源とする回路であり、その回路部には安価に大容量のキャパシタンスを得ることのできる電解コンデンサを用いることが一般的である。この電解コンデンサはその名の通り電解作用を利用した素子であり、万一、電解コンデンサに過大な電圧が印加された場合には大量のガスを発生してしまう。従って、電解コンデンサには、電解コンデンサ内部にガスが溜まり内部の圧力が上昇して電解液が噴出してしまうことを防止するための防爆弁と称される切込みが設けられている。電解コンデンサに過大電圧が印加されて防爆弁が作動すると、内部から電解液が噴出することになるが、この電解液は可燃性であり、電解液が電源装置やその他の活電部に飛び散ってしまうおそれがある。

この対策として、電解コンデンサの防爆弁部に不燃物で構成したキャップを設け、防爆弁の作動時に酸欠状態として窒息消火させる提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。また、過電圧が印加された場合に防爆弁が作動しないよう、過電圧検出時にＡＣ入力部のヒューズを切る構成も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−３４５２４７号公報 特開２００２−３４５２６２号公報 特開２００６−２８８１５５号公報

しかしながら、上述した特許文献１及び特許文献２の提案では、電解コンデンサの防爆弁というその名前の意味する本来の機能を妨げるものである。すなわち、万一、電解コンデンサ内部のガスの発生が継続した場合においても、キャップによってガスの排出が妨げられ、電解コンデンサのケースが耐えうる限界まで内部の圧力が上昇して電解液が漏れる可能性がある。また、特許文献３では、過電圧検出時に防爆弁自体を作動させなくするもので安全性は高いものの、その機能を実現するために比較的高価な回路を追加することが必要となる。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、電解コンデンサの防爆弁の機能を妨げることなく、電解液をプリント基板やその他の活電部に飛び散らせることのない電源装置を、安価な構成で提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の電源装置は以下の構成を備える。

（１）電子部品を実装するためのプリント基板と、交流電源からの交流波形の出力を整流するための整流素子と、前記整流素子によって整流された後の出力を平滑して直流電源に変換するための防爆弁を有する電解コンデンサと、を備える電源装置であって、前記防爆弁を覆って装着される蓋部材と、前記蓋部材に接続されるとともに前記防爆弁への通気を確保するダクトとを備え、前記ダクトは、前記防爆弁が作動して前記電解コンデンサの内部から電解液が噴出した場合に、前記電解液を非活電部に導き、排出することを特徴とする電源装置。

本発明によれば、電源装置に搭載された電解コンデンサの防爆弁の機能を妨げることなく、電解液をプリント基板やその他の活電部に飛び散らせることがなく、電解液を安全に排出可能な電源装置を安価な構成で提供することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

まず、本発明が対象とする電源装置Ａについて、図１を用いて簡単に説明する。電源装置Ａは電源シャーシ１１（図３参照）（非活電部）にビスで締結されており、電源シャーシ１１を介してグラウンドを取ると同時に電子機器本体に固定される。電源装置Ａには入力端子５０が設けられており、入力端子５０を介して電源装置Ａに交流電源Ｃ（商用電源）が供給される構成となっている。電源装置Ａに供給された交流電源Ｃは、電流ヒューズ５１、入力フィルタ回路５２を順番に経由して整流回路５３（整流素子）まで到達すると、交流電源Ｃの交流波形の出力である正弦波形が整流され、マイナス側の波形がプラス側に折り返された脈流波形を出力する。そして、その脈流波形の出力は平滑回路５４に入力されると平滑され、正弦波形のピーク値とほぼ等しい直流電源に変換される。平滑回路５４で変換された直流電源は、プラス端子より変圧器５５に入力され、さらにトランジスタ５６を介してマイナス端子へと帰還する。トランジスタ５６は制御回路５７によって、オン、オフ（以下、ＯＮ／ＯＦＦと記す）のタイミングが制御されており、また、制御回路５７の電源は変圧器５５で生成されている。変圧器５５で変換された出力先には二次側整流回路５８が存在し、二次側整流回路５８で所定の電圧に平滑されて出力端子５９より電源装置Ａ外に出力される。また、二次側整流回路５８の出力は出力検出回路６０に入力されており、出力検出回路６０の出力結果は一次−二次を絶縁する素子（例えばフォトカプラ）で一次側の制御回路５７に入力される。制御回路５７は出力検出回路６０の出力結果によってトランジスタ５６のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを決定する。

次に、上述したような電源装置Ａにおいて、平滑回路５４で使用される電解コンデンサ（１０）の防爆弁（１５）が作動して電解液（１４）が噴出したとき、その電解液（１４）を安全に排出する構成について、図２〜図５を用いて以下で説明する。

本実施例におけるキャップＢを示したものが図２である。図２（ａ）はキャップＢを上部から見た図、図２（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆って装着される防爆弁覆い部１６（蓋部材）、防爆弁覆い部１６に接続されるとともに防爆弁１５への通気を確保するダクト部１７（ダクト）、ダクト部１７の先端部のフック部１８（固定手段）からなる。そして、防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。図３はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。キャップＢの防爆弁覆い部１６は防爆弁１５をすっぽりと覆い、ダクト部１７の先に設けられたフック部１８が、電子部品が実装されているプリント基板１３に設けられた穴に挿入されて固定される。なお、キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等を使用することが望ましい。

何らかの原因で電解コンデンサ１０に過電圧が印加された場合、電解コンデンサ１０の内部で大量のガスが発生し、電解コンデンサ１０内部の圧力が上昇して防爆弁１５が作動する。防爆弁１５が作動すると、電解コンデンサ１０内部から電解液１４が噴出し、噴出した電解液１４は図中矢印で示すように防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通って電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に排出される。電解コンデンサ１０から噴出するガスの勢いでキャップＢが飛ばないように、フック部１８はプリント基板１３に挿入されるとロックされる機構になっている。

ここで、ダクト部１７、フック部１８は１つでなく複数備えてもよい。ダクト部１７とフック部１８を２つずつ設けたキャップＢを図４、図５に示す。図４（ａ）はキャップＢを上部から見た図、図４（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。また、図５はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。この構成であれば、ガスが噴出したときのガスの抜け道を大きく取ることができるためにキャップにかかる圧力を低減できる。さらに二箇所でロックするためにプリント基板１３への保持力も高められるので、ロックを一箇所にするよりもさらに強力に固定することができる。

なお、本実施例では電解コンデンサ１０から噴出した電解液１４を、プリント基板１３直下の電源シャーシ１１に排出した。しかし、この排出先は電源シャーシ１１に限ったものではなく、活電部でない非通電エリア（非活電部）等の安全な場所であればどこでも構わない。以下に述べる実施例２〜６でも同様である。

本発明における第二の実施形態に関して、図６及び図７を用いて説明を行う。電源装置Ａに関しては実施例１と同様であるため、説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。

本実施例におけるキャップＢを示したものが図６である。図６（ａ）はキャップＢを上部から見た図、図６（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆っている防爆弁覆い部１６、ダクト部１７、ビス止め部２１（固定手段）からなり、防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。ビス止め部２１にはビス２２の通る穴が設けられている。なお、キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ等を使用することが望ましい。

図７はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。キャップＢの防爆弁覆い部１６は防爆弁１５をすっぽりと覆い、ダクト部１７の先端に設けられたビス止め部２１はビス２２及びナット２３によってプリント基板１３と一緒に固定される。また、ダクト部１７はプリント基板１３に設けられた穴を貫通している。

上記構成によれば、電解コンデンサ１０の防爆弁１５が作動して、電解コンデンサ１０内部から電解液１４が噴出した場合においても、電解液１４は次のようにして排出される。すなわち、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通り、電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に安全に排出される。本実施例は実施例１と比較すると部品点数、実装スペースが増えてしまうところはあるものの、実施例１よりもさらに強力にキャップＢをプリント基板１３に固定することができる。本実施例では、ビス止め部２１を一箇所しか設けなかったものの、より強力に固定するために複数箇所配置してもよい。

本発明における第三の実施形態に関して、図８及び図９を用いて説明を行う。電源装置Ａに関しては実施例１と同様であるため、説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。

本実施例におけるキャップＢを示したものが図８である。図８（ａ）はキャップＢを上部から見た図、図８（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆っている防爆弁覆い部１６、ダクト部１７、リード線固定部２５、リード線２６（固定手段）からなる。防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。リード線固定部２５はダクト部１７にかしめて固定されており、２本のリード線２６が設けられている。なお、キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ等を使用することが望ましい。

図９はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。キャップＢの防爆弁覆い部１６は防爆弁１５をすっぽりと覆い、リード線固定部２５に設けられたリード線２６がプリント基板１３の穴を貫通している。プリント基板１３のパターン面は、リード線２６の穴部に部品ランドが設けられており、プリント基板１３を半田フロー槽に流すことで人手を介することなく自動的にプリント基板１３に固定できる構成となっている。また、ダクト部１７はプリント基板１３に設けられた穴を貫通している。

上記構成によれば、電解コンデンサ１０の防爆弁１５が作動して、電解コンデンサ１０内部から電解液１４が噴出した場合においても、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通る。そして、電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に安全に排出される。本実施例は、プリント基板１３上の部品を実装するために半田フロー槽を流す際、キャップＢを同時に実装することができるため作業性を向上することが可能となる。

本発明における第四の実施形態に関して、図１０を用いて説明を行う。電源装置Ａに関しては実施例１と同様であるため、説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。

図１０はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆っている防爆弁覆い部１６、ダクト部１７からなり、ダクト部１７はプリント基板１３に設けられた穴を貫通している。防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。なお、キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ等を使用することが望ましい。

キャップＢはエポキシ樹脂の接着剤３０（固定手段）で、電解コンデンサ１０及びプリント基板１３に固定されている。本実施例では電解コンデンサ１０、プリント基板１３の両方に固定したものの、固定強度が十分であればどちらか一方で固定することはもちろん構わない。

上記構成によれば、電解コンデンサ１０の防爆弁１５が作動して、電解コンデンサ１０内部から電解液１４が噴出した場合においても、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通る。そして、電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に安全に排出される。

本発明における第五の実施形態に関して、図１１及び図１２を用いて説明を行う。電源装置Ａに関しては実施例１と同様であるため、説明を省略し、同じ符号を用いて説明する。

本実施例におけるキャップＢを示したものが図１１である。図１１（ａ）はキャップＢを上部から見た図、図１１（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆っている防爆弁覆い部１６、ダクト部１７、ゴム部３５（固定手段）からなり、防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ等を使用することが望ましい。

図１２はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。電解コンデンサ１０の外径はゴム部３５間の距離ｙよりも短く、電解コンデンサ１０にキャップＢを被せる場合には、ゴム部３５が収縮して電解コンデンサ１０に圧力がかかった状態で挿入される。挿入後は、ゴム部３５の復元力でキャップＢは電解コンデンサ１０に固定された状態となる。ここで、ダクト部１７はプリント基板１３に設けられた穴を貫通している。

上記構成によれば、電解コンデンサ１０の防爆弁１５が作動して、電解コンデンサ１０内部から電解液１４が噴出した場合においても、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通る。そして、電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に安全に排出される。

本発明における第六の実施形態に関して、図１３及び図１４を用いて説明を行う。電源装置Ａに関しては実施例１と同様であるため、説明を省略し同じ符号を用いて説明する。

実施例１〜５では、キャップＢの固定手段として、電解コンデンサ１０と固定するか、あるいはプリント基板１３と固定するかのどちらかであった。本実施例では、キャップＢを固定する必要のない構成について以下で説明を行う。

図１３はキャップＢを電解コンデンサ１０の上部より覆った場合における、電源装置Ａを横から見た図である。キャップＢの上部には天井４０（天井部材）が距離ｈの位置に存在している。天井４０の部材としては、本体筐体あるいは他のプリント基板等、何でも良い。なお、キャップＢは、電解コンデンサ１０の防爆弁１５を覆っている防爆弁覆い部１６、ダクト部１７からなり、防爆弁覆い部１６は防爆弁１５の作動時に妨げることがない程度に十分に距離ｄが確保されている（例えば３ｍｍ）。また、キャップＢは不燃性の合成樹脂で形成されており、耐熱性の高いＰＰＳ等を使用することが望ましい。

何らかの原因で電解コンデンサ１０に過電圧が印加された場合、電解コンデンサ１０の内部で大量のガスが発生し、電解コンデンサ１０内部の圧力が上昇して防爆弁１５が作動する。防爆弁１５が作動すると、電解コンデンサ１０内部からガスと電解液１４が噴出して、固定されていないキャップＢはガスの圧力で電解コンデンサ１０の上方に飛ばされる。ここで、図１３中のｍ及びｎの長さが、ｈに対してｍ，ｎ＞ｈの関係にあれば、キャップＢは天井４０に到達した状態でそれ以上、上方に飛ばされることはなくなり固定される。すなわち、キャップＢは電解コンデンサ１０に対して固定された状態となり、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通って電源シャーシ１１に排出されることとなる。

本実施例において、ｍ，ｎの長さがｈより短い場合には、図１４に示すようにキャップＢに突起部４１を設けても良い。突起部４１と天井４０の間の距離ｘがｍ，ｎに対して、ｍ，ｎ＞ｘの関係になるように突起部４１の高さを決定する。そうすれば、電解コンデンサ１０の防爆弁１５の作動時においても、キャップＢは突起部４１が天井４０に到達した状態で固定された状態となる。そして、噴出した電解液１４は防爆弁覆い部１６と連結されたダクト部１７を介して、プリント基板１３の穴を通って電源装置Ａ外の電源シャーシ１１に排出される。

本発明の実施例１〜６に係る電源装置を表す図である。 本発明の実施例１に係る電解コンデンサのキャップを表す図で、（ａ）はキャップＢを上部から見た図、（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。 本発明の実施例１に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例１に係る電解コンデンサのキャップを表す図で、（ａ）はキャップＢを上部から見た図、（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。 本発明の実施例１に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例３に係る電解コンデンサのキャップを表す図で、（ａ）はキャップＢを上部から見た図、（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。 本発明の実施例２に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例３に係る電解コンデンサのキャップを表す図で、（ａ）はキャップＢを上部から見た図、（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。 本発明の実施例３に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例４に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例５に係る電解コンデンサのキャップを表す図で、（ａ）はキャップＢを上部から見た図、（ｂ）はキャップＢを横方向から見た図である。 本発明の実施例５に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例６に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。 本発明の実施例６に係る電解コンデンサのキャップを電解コンデンサに被せた状態を表す図である。

符号の説明

Ａ 電源装置
Ｂ キャップ
Ｃ 交流電源（商用電源）
１１ 電源シャーシ（非活電部）
１３ プリント基板
１４ 電解液
１５ 防爆弁
１６ 防爆弁覆い部（蓋部材）
１７ ダクト部（ダクト）
１８ フック部（固定手段）
２１ ビス止め部（固定手段）
２２ ビス
２３ ナット
２５ リード線固定部
２６ リード線（固定手段）
３０ 接着剤（固定手段）
３５ ゴム部（固定手段）
４０ 天井（天井部）
４１ 突起部
５０ 入力端子
５１ 電流ヒューズ
５２ 入力フィルタ回路
５３ 整流回路（整流素子）
５４ 平滑回路
５５ 変圧器
５６ トランジスタ
５７ 制御回路
５８ 二次側整流回路
５９ 出力端子
６０ 出力検出回路

Claims (5)

1. 電子部品を実装するためのプリント基板と、交流電源からの交流波形の出力を整流するための整流素子と、前記整流素子によって整流された後の出力を平滑して直流電源に変換するための防爆弁を有する電解コンデンサと、を備える電源装置であって、
   前記防爆弁を覆って装着される蓋部材と、
   前記蓋部材に接続されるとともに前記防爆弁への通気を確保するダクトと、を備え、
   前記ダクトは、前記防爆弁が作動して前記電解コンデンサの内部から電解液が噴出した場合に、前記電解液を非活電部に導き、排出することを特徴とする電源装置。
2. 前記ダクトは、その先端部に固定手段を有し、
   前記固定手段は、前記プリント基板に固定されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記蓋部材は、固定手段を有し、
   前記固定手段は、前記電解コンデンサに固定されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
4. 前記蓋部材は、その上部に天井部材を有し、
   前記蓋部材は、前記防爆弁が作動したときに、前記天井部材に固定されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
5. 前記ダクトを複数備え、
   前記ダクトは、その先端部に固定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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