JP6147359B2 - 電子部品の固定構造 - Google Patents

Description

本発明は、固定構造に関し、特にトランス等の電子部品の固定構造に関する。

車両用の空気調和機を構成する電動圧縮機は、モータを駆動制御するための回路を担う回路組立体を備える。回路組立体は、各種の回路部品が接続される回路基板を備える。回路基板は、エンジンの振動や路面振動などの影響を受けるため、厳しい振動環境下に晒される。
回路基板が周囲から伝わる振動により加振されると、回路基板に固定されている大型で質量が大きい電子部品、例えばトランスに大きな荷重が加わる。トランスは、トランスを構成するリードフレームの先端が回路基板にはんだ付けされることで、固定される。
しかし、厳しい振動環境下では、リードフレームが破損したり、はんだ部分に亀裂が入り、トランスが回路基板から外れてしまうおそれがある。
そこで、回路基板を収容する空間に樹脂製ゲル材を充填し、回路基板への振動を低減する手法が提案されている（特許文献１，２）。

特開２００７−３１５２６９号公報 特開２０１２−０８７６３０号公報

特許文献１および特許文献２では、樹脂製ゲルが、回路基板が収容される空間の全域に充填されている。そのため、電子部品が設けられていない部分に対しても、樹脂製ゲルが充填され、無駄が生じる。充填される樹脂製ゲルはコストが高いため、コストを削減しつつ回路基板の振動を低減できる手法が望まれている。
そこで、本発明は、コストを削減するとともに、振動に対して回路基板に固定された電子部品の電子接続端子の破損等のおそれを低減できる固定構造を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の固定構造は、電子部品が備える複数の電気接続端子を介して回路基板に固定される固定構造であって、電気接続端子が配列される電子部品の第１の側壁と直交する少なくとも１つの第２の側壁は、回路基板に、弾性接着剤を用いた接着で支持体により支持され、支持体は、電子部品の第２の側壁と接する高さＨ３が、回路基板から電子部品の重心位置までの高さＨ２以上であり、支持体における、第１の側壁に沿う方向の長さＬが、上記の高さＨ３以上であることを特徴とする。
電気接続端子が配列される第１の側壁と直交する第２の側壁に支持体を設けることで、支持体が電子部品を支持するため、電気接続端子の破損等を防止することができる。また、支持体の高さＨ３を、上記の高さＨ２以上とすることで、支持体は重心からの振動を受けることができる。さらに、支持体における、第１の側壁に沿う方向の長さＬを上記の高さＨ３以上とすることで、支持体は電子部品から加わる応力に対抗でき、電子部品に対する支持剛性を高くできる。
また、電子部品の第２の側壁は、回路基板に、弾性接着剤を用いた接着で支持体により支持されるため、コストを削減できる。
本発明の固定構造は、電気接続端子が、リードフレームからなる電子部品に適用することができる。

本発明の固定構造では、接着剤のみからなる支持体を用いることができる。
接着剤のみからなる支持体を用いることで、支持体は弾性を有するため、電子部品の振動を効率よく低減させることができる。

また、本発明の固定構造では、接着剤と、接着剤により回路基板に固定される補剛材と、からなる支持体を用いることができる。
支持体が補剛材を備えることで、電子部品に対する支持剛性をさらに向上させることができる。

本発明によれば、コストを削減するとともに、振動に対して電気接続端子の破損や亀裂を防止することができる電子部品の固定構造を提供することができる。

電動圧縮機の縦断面図である。 第１実施形態にかかる回路基板の斜視図である。 第１実施形態にかかるトランスの固定構造を示す図である。（ａ）は、トランスの固定構造を示す上面図である。（ｂ）は、トランスの固定構造を示す側面図である。 第２実施形態にかかるトランスの固定構造を示す図である。（ａ）は、トランスの固定構造を示す上面図、（ｂ）は、トランスの固定構造を示す側面図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］

図１に示した電動圧縮機１０は、車両に搭載される空気調和機に適用される。電動圧縮機１０は、モータ１１と、圧縮機構１２と、モータ１１および圧縮機構１２を収容するハウジング１３と、モータ１１を駆動制御する回路部２０とを備える。
回路部２０は、回路基板２１（図２）を構成要素の一つとし、モータ１１に供給する駆動信号を生成するためのスイッチング素子や、モータ１１を駆動制御するＩＣチップなどの回路素子を有する。

モータ１１は、ハウジング１３に固定されるステータ１１１と、ステータ１１１に対して回転されるロータ１１２とを備える。回路部２０によりステータ１１１に供給される三相交流によりロータ１１２が回転される。

圧縮機構１２は、ハウジング１３に固定される固定スクロール１２１と、固定スクロール１２１に対して公転旋回運動する旋回スクロール１２２とを備える。
旋回スクロール１２２は、ロータ１１２に固定されたシャフト１１３に対して偏心して結合される。

本実施形態は、図２に示した回路基板２１に固定され、大型で質量が大きい電子部品の耐振性を確保するところに特徴を有する。
本実施形態では、質量が大きい電子部品として、回路基板２１に複数のリードフレーム（電気接続端子）５５を介して固定されるトランス（電子部品）５０を例に挙げ説明する。
本発明をするにあたり、発明者らは、回路基板２１に固定されたトランス５０に対し加振試験を実施した。その結果、リードフレーム５５が配列されるトランス５０の第１の側壁（側壁５１ａ，５１ｃ）に沿う方向Ｘに対する固有値は、リードフレーム５５が配列されないトランス５０の第２の側壁（側壁５１ｂ，５１ｄ）に沿う方向Ｙに対する固有値よりも小さいことを知見した。固有値が小さいと加振される周波数が小さい場合でも共振するため、リードフレーム５５やはんだ部分に大きな荷重がかかる。
この結果から、方向Ｘの振動に対する、トランス５０の固有値を大きくすることで、リードフレーム５５の破損等のおそれを低減できると考え、本発明に至った。

［回路基板２１］
回路基板２１には、車両の図示しないバッテリから供給される電圧（例えば１２Ｖ）を制御用の低電圧（例えば５Ｖ）に変換するトランス５０、電動圧縮機１０の動作制御を行なうＣＰＵ、モータ１１を駆動制御するＩＣチップなどの回路素子が実装されている。回路基板２１の表裏両面に回路素子が配置される。

［トランス５０］
トランス５０は、図３に示すように、ハウジング５１と、電圧を変換するコイル５３と、リードフレーム５５とを備える。
ハウジング５１は、側壁５１ａ〜５１ｄと下壁５１ｅを備え、枡状をなしている。
側壁５１ｂおよび側壁５１ｄは、側壁５１ａおよび側壁５１ｃに直交している。
ハウジング５１の内部には、コイル５３が収納されている。
側壁５１ａと、側壁５１ａに対向する側壁５１ｃには、それらの下方から方向Ｙに突出するリードフレーム５５が設けられている。
リードフレーム５５は、方向Ｘに複数配列されている。リードフレーム５５は、はんだ付けにより、対応する回路配線に電気的に接続される。また、リードフレーム５５が回路基板２１にはんだ付けされることで、トランス５０は回路基板２１に固定される。
このとき、リードフレーム５５は、側壁５１ａ，５１ｃから方向Ｙに突出している部分、回路基板２１に対し垂直に起立している部分、および回路基板２１に固定されている部分に分けることができ、起立している部分は回路基板２１に対し傾斜していてもよい。
側壁５１ｂと、側壁５１ｂに対向する側壁５１ｄの外側には、それぞれ支持体６０が設けられている。
なお、トランス５０の高さはＨ１、トランス５０の重心高さはＨ２と表記する。トランスの重心高さＨ２はリードフレーム５５も含めて算出される。

［支持体６０］
本実施形態では、接着剤６２が硬化することで支持体６０を形成する。
支持体６０は、主としてトランス５０の方向Ｘの支持剛性を向上させるために設けられる。
接着剤６２は、側壁５１ｂおよび側壁５１ｄの方向Ｙの全域に設けることで、回路基板２１と側壁５１ｂおよび回路基板２１と側壁５１ｄを接合する。
また、接着剤６２は、高さ方向Ｚにおいて、側壁５１ｂ，５１ｄと接合される支持体６０の高さＨ３が、回路基板２１からのトランス５０の重心高さＨ２以上（Ｈ３≧Ｈ２）となるように設ける。
また、接着剤６２は、支持体６０の方向Ｘにおける長さＬが高さＨ３以上（Ｌ≧Ｈ３）となるように設けられる。
支持体６０が形成されると、側壁５１ｂおよび側壁５１ｄはそれぞれ回路基板２１に固定される。
接着剤６２としては、温度に対する耐久性や電気絶縁性を有する、電子部品用接着剤を用いる。接着剤６２は、例えば電子部品用シリコーン接着材（Dow Corning(R) SE 738 White，東レダウコーニング株式会社製）を用いることができる。なお、接着剤６２が硬化して形成された支持体は弾性を有する。

［作用効果］
次に、本実施形態においてトランス５０に設けられた支持体６０の作用効果について説明する。
車両に搭載されている電動圧縮機１０に組み込まれている回路基板２１には、車両のエンジンの振動、駆動源の振動、あるいは電動圧縮機１０自体の振動等が加わるため、回路基板２１や電子部品が加振される。電子部品の中でも、大型で質量が大きい部品、例えばトランス５０に加わる荷重は大きいため、リードフレーム５５が破損したり、はんだ部分に亀裂が発生したりするおそれがある。
本実施形態では、リードフレーム５５が配列される側壁５１ａおよび側壁５１ｃと直交する、側壁５１ｂおよび５１ｄが回路基板２１に接着で支持体６０により支持されている。
振動によりトランス５０が加振されると、トランス５０は支持体６０により方向Ｘおよび方向Ｙへの振動が規制される。そのため、リードフレーム５５やはんだ部分にかかる荷重を低減できる。

［Ｈ３≧Ｈ２の効果］
本実施形態の支持体６０は、側壁５１ｂ（５１ｄ）と接する高さＨ３が、重心高さＨ２以上となるように設けられている。
トランス５０は、リードフレーム５５を支点として、重心が振れるモードで振動する。そのため、支持体６０の高さＨ３をトランス５０の重心高さＨ２以上とすることで、支持体６０は重心からの振動を受けることができる。
したがって、支持体６０が側壁５１ｂと接する高さＨ３が重心高さＨ２以上とすることで、リードフレーム５５やはんだ部分にかかる荷重を低減できる。

［Ｌ≧Ｈ３の効果］
本実施形態の支持体６０は、方向Ｙに延在し、トランス５０を支持する方向（方向Ｘ）の長さＬが、支持体６０が側壁５１ｂ（５１ｄ）と接する高さＨ３以上となるように設けられている。
支持体６０と回路基板２１間には、振動により支持体６０がトランス５０から受ける応力に対抗できる面積が必要となる。
そのため、支持体６０の長さＬを高さＨ３以上とすることで、トランス５０からの応力に対抗でき、トランス５０に対する支持剛性を高くできる。
なお、長さＬと高さＨ３が等しい場合、支持体６０はトランス５０からの応力に対抗でき、かつ、余分な接着剤６２を使用しないため、最も好ましい。

さらに、接着剤６２は、回路基板２１と側壁５１ｂおよび側壁５１ｄを接合するだけの量でよいため、特許文献１および特許文献２のように大量の樹脂製ゲル材を用いる場合と比べ、コストを削減できる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、トランス５０の側壁５１ｂ，５１ｄに沿う方向Ｙに、予め補剛材７１を設ける点で、第１実施形態と相違する。
以下、第１実施形態で説明した構成との相違点を中心に説明する。第１実施形態で説明した構成と同様の構成には同じ符号を付している。

本実施形態では、補剛材７１と接着剤６２を合わせて支持体７４を構成する。
本実施形態では、図４に示すように、側壁５１ｂおよび５１ｄと、回路基板２１との間に補剛材７１を配置した後に、接着剤６２を設ける。
補剛材７１は、横断面が直角三角形である三角柱の部材であり、接着剤６２より剛性の大きい部材を用いる。
補剛材７１は、直角をなす一方の面が側壁５１ｂまたは側壁５１ｄと接し、他方の面が回路基板２１と接するように、接着剤６２を介して、方向Ｙに沿ってそれぞれ固定する。接着剤６２が硬化すると、支持体７４が形成される。
支持体７４は、高さ方向Ｚにおいて、側壁５１ｂ，５１ｄと接する接着樹脂の高さＨ３がトランス５０の重心高さＨ２以上（Ｈ３≧Ｈ２）となるように設ける。
また、支持体７４は、方向Ｘにおける長さＬが高さＨ３以上（Ｌ≧Ｈ３）となるように設ける。

［作用効果］
本実施形態では、接着剤６２より剛性の高い補剛材７１を含む支持体７４によりトランス５０を支持する。そのため、接着剤６２のみからなる支持体６０のみで支持する場合に比べ、支持体７４でトランス５０を支持した場合の方が、トランス５０に対する支持剛性を向上させることができる。
また、支持体７４は、高さ方向Ｚにおいて、高さＨ３がトランス５０の重心高さＨ２以上（Ｈ３≧Ｈ２）となるように設けられ、さらに、方向Ｘにおける長さＬが高さＨ３以上（Ｌ≧Ｈ３）となるように設けられているので、第１実施形態と同様に、リードフレーム５５やはんだ部分にかかる荷重を低減できる。

本実施形態にかかる補剛材７１は、粘度の低い接着剤６２を使用する場合に特に有効である。
補剛材７１を設けずに、粘度の低い接着剤６２を設けた場合、接着剤６２は隙間Ｇに入り込み、回路基板２１と下壁５１ｅ間を埋めた状態で硬化する。
硬化した接着剤６２は、周囲の温度変化によって、膨張および収縮し、下壁５１ｅを押し上げ、リードフレーム５５やはんだ部分に応力を加える。
この温度変化が繰り返されると、その度に応力が加わるため、リードフレーム５５やはんだ部分が疲労し、破損や亀裂を生じさせる。
本実施形態では、補剛材７１を設けることで、隙間Ｇに接着剤６２が入り込むことを防止できる。そのため、粘度の低い接着剤６２を用いる場合でも、隙間Ｇへの接着剤６２の侵入を防止しつつ、支持体７４を形成することができる。

また、本実施形態でも、接着剤６２は、Ｌ≧Ｈ３≧Ｈ２という条件を満たしつつ回路基板２１と側壁５１ｂおよび側壁５１ｄを接合するだけの量で足り、補剛材７１も格別の部材を用いる必要はないため、特許文献１および特許文献２のように大量の樹脂製ゲル材を用いる場合と比べて、コストを削減できる。

以上、本実施形態について説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
本発明は、電気接続端子が回路基板２１に対して起立して接続されている電子部品に適用することができる。
また、本実施形態では支持体６０，７４を側壁５１ｂおよび側壁５１ｄの両側に設けたが、どちらか一方にだけに設けた場合でも、加振時にリードフレーム５５やはんだ部分にかかる荷重を低減できる。
電気接続端子が配列される電子部品の第１の側壁と、電気接続端子が配列されない電子部品の第２の側壁が直交する例を示したが、第１の側壁と第２の側壁とが交差している電子部品に本発明を適用することも、もちろん可能である。つまり、第１の側壁と第２の側壁とがなす角度は、必ずしも９０度でなくともよい。

１０ 電動圧縮機
１１ モータ
１２ 圧縮機構
１３ ハウジング
２０ 回路部
２１ 回路基板
５０ トランス（電子部品）
５１ ハウジング
５１ａ〜５１ｄ 側壁
５１ｅ 下壁
５３ コイル
５５ リードフレーム（電気接続端子）
６０ 支持体
６２ 接着剤
７１ 補剛材
７４ 支持体
１１１ ステータ
１１２ ロータ
１１３ シャフト
１２１ 固定スクロール
１２２ 旋回スクロール
Ｇ 隙間
Ｘ 方向
Ｙ 方向
Ｚ 高さ方向

Claims (11)

1. 電子部品が備える複数の電気接続端子を介して回路基板に固定される固定構造であって、
   前記電気接続端子が配列される前記電子部品の第１の側壁と直交する少なくとも１つの第２の側壁は、前記回路基板に、弾性接着剤を用いた接着で支持体により支持され、
   前記支持体は、前記電子部品の前記第２の側壁と接する高さＨ３が、前記回路基板から前記電子部品の重心位置までの高さＨ２以上であり、
   前記支持体における、前記第１の側壁に沿う方向の長さＬが、前記高さＨ３以上である、
   ことを特徴とする固定構造。
2. 前記電気接続端子が、リードフレームからなる、
   請求項１に記載の固定構造。
3. 前記支持体は、前記弾性接着剤のみからなる、
   請求項１または２に記載の固定構造。
4. 前記長さＬが、前記高さＨ３と等しい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の固定構造。
5. 前記支持体は、前記弾性接着剤と、前記弾性接着剤により前記回路基板に固定される補剛材と、からなる、
   請求項１、２、４のいずれか１項に記載の固定構造。
6. 前記支持体は、前記弾性接着剤と、前記弾性接着剤により覆われるようにして前記回路基板に固定される補剛材と、からなる、
   請求項１、２、４のいずれか１項に記載の固定構造。
7. 前記補剛材は、横断面が直角三角形である三角柱の部材である、
   請求項５または６に記載の固定構造。
8. 前記電子部品はトランスである、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の固定構造。
9. 前記第２の側壁には、前記電気接続端子が配列されない、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の固定構造。
10. 前記第２の側壁の数は２であり、２つの前記第２の側壁がそれぞれ前記支持体により支持される、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の固定構造。
11. 前記回路基板は、車載用電動圧縮機に組み込まれている、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の固定構造。

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