(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品を半田によりプリント基板に接続され、その電子部品と周囲のケースの間に、放熱用ゴムを介挿させた放熱構造において、放熱用ゴムは少なくとも二層以上で形成されており、少なくとも一層は密の放熱用ゴム、少なくとも一層は疎の放熱用ゴムで形成されていることを特徴とする放熱構造。
【請求項２】
密の放熱用ゴムの厚みは、疎の放熱用ゴムの厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１記載の放熱構造。
【請求項３】
電子部品を半田によりプリント基板に接続され、その電子部品と周囲のケースの間に、放熱用ゴムを介挿させた放熱構造において、放熱用ゴムは単一層で形成されており、且つ、応力を緩和するための形状を有することを特徴とする放熱構造。
【請求項４】
応力を緩和する形状のゴムの厚みは、その他の部分の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項３記載の放熱構造。
【請求項５】
前記プリント基板を少なくとも２箇所以上の固定部により支持して、プリント基板を浮かした構造で、プリント基板上の電子部品を放熱するために電子部品と周囲のケースとの間に前記放熱用ゴムを介挿させた放熱構造であって、前記固定部の隣り合う２箇所の略中央部に前記電子部品を配したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の放熱構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プリント基板上に実装された電子部品（特にトランスやチョーク等の発熱部品）と周囲のケースの間に放熱用ゴムを挿入して、電子部品の熱を周囲のケース等に放熱させるための放熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、放電灯点灯装置においては、軽薄短小の要望が強く、その結果として、点灯装置の内部温度が高くなり、使用される電子部品等の温度も高くなり、寿命や信頼性に悪影響を与えるという問題があった。その対策として、図２０に示すように、トランスのような温度の高い部品１を、放熱用ゴム２等を通じて、金属のケース蓋３ａやケース本体３ｂに放熱する手法が一般的である。図中、４はプリント基板、５は半田部、１０はリード部である。
【０００３】
しかしながら、このような従来例においては、次のような問題があった。
▲１▼放熱を良くするために、放熱用ゴム２の厚みをケース蓋３ａとトランス１の間の距離Ｌよりも十分に大きくして、ケース蓋３ａを閉めることにより、放熱用ゴム２を収縮させて、トランス１を押さえた場合に、結果として、トランス１を通じてプリント基板４を押さえ付けることになり、リード部１０とプリント基板４の接続箇所の半田部５に応力がかかり、図２１に示すように、半田はずれや、プリント基板４の銅箔剥離等が生じやすくなる。
【０００４】
▲２▼一方、上記の問題点を考慮して、放熱用ゴム２の厚みを、ケース蓋３ａとトランス１の間の距離Ｌ近傍とした場合には、トランス１の高さのばらつきや、ケース蓋３ａとケース本体３ｂの嵌合のばらつきにより、図２２に示すように、放熱用ゴム２の厚みよりも、ケース蓋３ａとトランス１の空間距離の方が広くなり、ほとんど放熱しないような場合が生じてしまう。
【０００５】
▲３▼上記▲１▼，▲２▼の問題を解決するために、放熱用ゴム２として、スポンジ状のタイプを使うことも考えられるが、スポンジ状の物では熱伝導率が悪く、十分に放熱するという効果が得られないだけでなく、ゴムをスポンジ状にすることにより、ゴム自体が熱に弱くなり、長期間の高温環境に対しての信頼性の問題も生じる。
【０００６】
上述のように、プリント基板上に実装された、温度の高い部品を放熱用ゴム等を通じて、金属のケース蓋やケース本体に放熱する構造は従来からある。このプリント基板の裏面には、図２３に示すように、一般的に半田部５、部品６、リード部１０などが露出しているので、プリント基板４をケース本体３ｂに直付けせず、治具７ａ，７ｂを用いて浮かせて固定される。
【０００７】
このような構造においては、製造上、部品のばらつきは避けられないので、通常、部品のばらつきを考慮し、放熱用ゴム２と発熱部品１の密着性が最も悪くなる組み合わせ、図２３では、ケース蓋３ａとケース本体３ｂの間隔をＴ、発熱部品１の厚みをｔ1 、放熱用ゴム２の厚みをｔ2 、部品１のプリント基板４からの浮きをｔ3 、プリント基板４の厚みをｔ4 、プリント基板４とケース本体３ｂの間隔をｔ5 とした場合、Ｔ（ｍａｘ）とｔ1 （ｍｉｎ）、ｔ2 （ｍｉｎ）、ｔ3 （ｍｉｎ）、ｔ4 （ｍｉｎ）、ｔ5 （ｍｉｎ）の組み合わせのときに、発熱部品１の温度を所望する温度以下にするように設定する。ただし、（ｍａｘ）は最大値、（ｍｉｎ）は最小値を意味する。
【０００８】
このような設定をした場合、放熱用ゴム２と発熱部品１の密着性が最も良くなる組み合わせ、図２３では、Ｔ（ｍｉｎ）とｔ1 （ｍａｘ）、ｔ2 （ｍａｘ）、ｔ3 （ｍａｘ）、ｔ4 （ｍａｘ）、ｔ5 （ｍａｘ）のときに、発熱部品１を通じてプリント基板４を押さえ付けることになり、リード部１０と半田部５に応力がかかり、半田はずれや、プリント基板４の銅箔剥離などが生じやすくなる。
【０００９】
このような現象は、図２３のように、応力のかかる半田部５と治具７ａが近接している場合や、図２４、図２５のように、治具７ａ，７ｂを結ぶ線上に半田部５が乗った場合には、最大の応力緩和手段であるプリント基板４の撓み量が小さいため、生じ易くなる。
他方、放熱用ゴムを用いないで放熱効果を上げる従来例として、例えば特開平５−３２７２４９号に開示された放熱構造がある。これは、図２６に示すように、概略中央部に開口部４０を設けたプリント基板４の裏面に放熱板８を固着し、この開口部４０内に発熱部品１を配することにより、放熱効果を高めようというものである。この従来例では、既に述べたように、放熱用ゴムを用いていないし、放熱板８に発熱部品１を固着するため、先述の銅箔剥離などの問題は生じない。
【００１０】
また、ケース本体に発熱部品を押圧して放熱効果を上げる従来例として、例えば実開平４−５６８５号に開示された放熱構造がある。これは、図２７に示すように、発熱部品１のリード１０ａ，１０ｂの中央部に弾性部を形成し、その弾性で発熱部品１をケース本体３ｂに押圧して放熱効果を高めるものであるが、発熱部品１とケース本体３ｂの固定には取り付けばね９を用いており、また、発熱部品１はプリント基板４の任意の位置で良く、その位置に関する記述は無い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、電子部品等を周囲のケースに放熱するのに、プリント基板やリード部の半田の応力が少なく、かつ十分な放熱効果が得られるような放熱構造を提供することを目的とするものである。また、少なくとも２つ以上の治具を用いてプリント基板をケースから浮かして固定し、放熱用ゴムにより放熱される電子部品がプリント基板に配された放熱構造において、電子部品と半田部にかかる応力を低減するような電子部品の配置を提案するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にあっては、上記の課題を解決するために、図１〜図４に示すように、電子部品１を半田部５によりプリント基板４に接続され、その電子部品１と周囲のケース３の間に、放熱用ゴム２を介挿させた放熱構造において、放熱用ゴム２は少なくとも二層以上で形成されており、少なくとも一層２ａは密の放熱用ゴム、少なくとも一層２ｂは疎の放熱用ゴムで形成されていることを特徴とするものである。ここで、請求項２の発明のように、密の放熱用ゴム２ａの厚みは、疎の放熱用ゴム２ｂの厚みよりも厚くすることが好ましい。
【００１３】
また、請求項３の発明では、図５又は図７に示すように、電子部品１を半田部５によりプリント基板４に接続され、その電子部品１と周囲のケース３の間に、放熱用ゴム２を介挿させた放熱構造において、放熱用ゴム２は単一層で形成されており、且つ、応力を緩和するための形状を有することを特徴とするものである。ここで、請求項４の発明のように、応力を緩和する形状のゴムの厚みは、その他の部分の厚みよりも薄くすることが好ましい。
【００１４】
次に、請求項５の発明では、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、図１１に示すように、プリント基板４を少なくとも２箇所以上の固定治具７ａ，７ｂにより支持して、プリント基板４を浮かした構造で、プリント基板４上の電子部品１を放熱するために電子部品１と周囲のケース３との間に放熱用ゴム２を介挿させた放熱構造であって、前記固定治具７ａ，７ｂの隣り合う２箇所の略中央部に前記電子部品１を配したことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、電子部品を半田によりプリント基板に接続され、その電子部品と周囲のケースの間に、放熱用ゴムを介挿させた放熱構造において、放熱用ゴムの一部に応力を緩和する箇所を設けて、放熱効果をあまり損なうことなく、応力を低減することにより、プリント基板や半田の信頼性を向上させるものである。特に、請求項１の発明によれば、放熱用ゴムは少なくとも二層以上で形成されており、少なくとも一層は密の放熱用ゴム、少なくとも一層は疎の放熱用ゴムで形成されているので、疎の放熱用ゴム層により応力を緩和し、密の放熱用ゴム層により高い放熱効果が得られる。また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、密の放熱用ゴム層の厚みを、疎の放熱用ゴム層の厚みよりも厚くしたので、放熱効果を高く維持することができる。次に、請求項３の発明によれば、放熱用ゴムは単一層で形成されており、且つ、応力を緩和するための形状を有するので、簡単な構成で応力を緩和できる。また、請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、応力を緩和する形状のゴムの厚みを、その他の部分の厚みよりも薄くしたので、放熱効果を高く維持することができる。
【００１６】
また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、少なくとも２つ以上の治具を用いてプリント基板を浮かして固定し、放熱用ゴムを用いて放熱する電子部品を治具の隣り合った２箇所の中間部に配することにより、プリント基板の撓みを大きくすることができ、電子部品のリード部、半田部に加わる応力を低減でき、プリント基板、半田の信頼性を向上できる。
【００１７】
【実施例】
図１は本発明の第１実施例であり、放熱用ゴム２を密の部分２ａと疎の部分２ｂの二層で構成したものである。つまり、放熱効果が大きいが収縮しにくい密の部分２ａと、放熱効果は小さいが収縮しやすい疎の部分２ｂとで放熱用ゴム２が構成されており、特に疎の部分２ｂは、トランス１の上面とケース蓋３ａの間の空間距離のばらつき（図２０の距離Ｌのばらつき）を吸収できる程度の体積とし、残りは放熱効果の優れた密の部分２ａで構成する。例えば、トランス１の上面とケース蓋３ａの間の空間距離がＬ±△Ｌのとき、疎の部分２ｂの厚みを２×△Ｌ、密の部分の厚み２ａをＬ−△Ｌとすることにより、
（Ａ）空間距離がＬ＋△Ｌ（最大）のとき、（２×△Ｌ）＋（Ｌ−△Ｌ）＝Ｌ＋△Ｌとなり、ぴったりと密着することになる。また、
（Ｂ）空間距離がＬ−△Ｌ（最小）のとき、（２×△Ｌ）＋（Ｌ−△Ｌ）＝Ｌ＋△Ｌ＞Ｌ−△Ｌとなり、放熱用ゴム２が２×△Ｌだけ大きいことになるが、大半が疎の部分２ｂの収縮により緩和されるため、プリント基板４等への応力は少なくなる。
【００１８】
つまり、放熱するための密の部分２ａと、応力を緩和するための疎の部分２ｂとで放熱用ゴム２を構成し、疎の部分２ｂは応力が緩和できる程度の厚みにして、放熱効果をあまり損なわないようにしている。もちろん、図２に示すように、ケース蓋３ａの側に密の部分２ａを配置し、トランス１の側に疎の部分２ｂを配置した構成であっても良い。さらに、図３や図４に示すように、疎−密−疎あるいは、密−疎−密の三層構成であっても良い。すなわち、図３の構造では、疎の部分２ｂ、密の部分２ａ、疎の部分２ｂの三層構成であり、図４の構造では、密の部分２ａ、疎の部分２ｂ、密の部分２ａの三層構成である。
【００１９】
図６、図８、図１０は単一の密の部分だけで構成される放熱用ゴム２で、応力を緩和するための特殊な形状を設けたものである。つまり、図６の構造では、刷毛（ハケ）状の応力緩和部２Ａを設け、図５に示すように、刷毛（ハケ）状の部分２Ａが折れ曲がることにより、応力を緩和するものである。また、図８の構造では、放熱用ゴム２の上面にスリット部２Ｂを設け、上部の先端を半円状とすることにより、ケース蓋３ａに接触したときに、図７及び図９に示すように、先の半円状の部分が押し潰された形で、応力を緩和するものである。また、図１０の構造では、放熱用ゴム２の上面に鋸（のこぎり）形の部分２Ｃを作り、この部分で応力の緩和を行うものである。応力を緩和するための形状は、上述の構造だけに限らず、種々の形状が考えられるが、要は単一性の放熱用のゴムに、応力を吸収するための形状を設けたものである。
【００２０】
なお、本発明の応用例を、放電灯点灯装置のトランス等で説明しているが、もちろん、トランジスタ、ＩＣ、ダイオード等の電子部品であっても良いし、放電灯点灯装置に限ったものでないことは、言うまでもない。
図１１は、請求項５の発明の基本構成であり、電子部品１を治具７ａ，７ｂの中間部に配したものである。このような構造にすることにより、図１２に示すように、プリント基板４は良く撓むようになる。このため、電子部品１にかかる応力は、放熱用ゴム２と発熱部品１の密着性が最も良くなる組み合わせになっても撓み量δが大きいため、それだけ、電子部品１のリード部１０と半田部５に加わる応力が低減される。これに対して、従来の図２３や図２４に示されるような部品の配置では、撓み量δが小さく、特に、図２４に示されるような配置では、撓み量δはほとんど零であり、応力の低減がなされない。
【００２１】
１つの例として、以下の条件に仮定された場合の応力を求める。まず、ケース蓋３ａ、ケース本体３ｂ、治具７ａ，７ｂ、放熱用ゴム２、電子部品１は剛体とする。また、図１３に示すように、半田部は一箇所のみとする。応力Ｐは垂直方向から加わるものとする。ばらつきを考慮して、密着性が最も良い場合、Ｔ（ｍｉｎ）＋δ＝ｔ1 （ｍａｘ）＋ｔ2 （ｍａｘ）＋ｔ3 （ｍａｘ）＋ｔ4 （ｍａｘ）＋ｔ5 （ｍａｘ）とする。ここで、Ｔはケース蓋３ａとケース本体３ｂの間隔、ｔ1 は発熱部品１の厚み、ｔ2 は放熱用ゴム２の厚み、ｔ3 は部品１のプリント基板４からの浮き、ｔ4 はプリント基板４の厚み、ｔ5 はプリント基板４とケース本体３ｂの間隔であり、（ｍａｘ）は最大値、（ｍｉｎ）は最小値である。その他の条件としては、治具７Ａ，７Ｂの間隔Ｗ＝１００ｍｍ、プリント基板の厚みｔ4 ＝１．６ｍｍ、プリント基板の幅Ｂ＝４０ｍｍ、プリント基板のヤング率Ｅ＝７３５０Ｎ／ｍｍ2 、プリント基板の撓み量δ＝１ｍｍとすると、プリント基板に加わる応力は、Ｐ＝δ・４Ｅ・Ｂ・（ｔ4 ／Ｗ）3 ＝１ｍｍ・４・７３５０Ｎ／ｍｍ2 ・４０ｍｍ・（１．６ｍｍ）3 ／（１００ｍｍ）3 ＝４．９Ｎとなり、リード部１０、半田部５には４．９Ｎしか応力がかからない。
【００２２】
一方、同じ仮定で、図２４に示されたような構造であれば、プリント基板４は殆ど撓まないため、ケース蓋３ａは閉まらない。無理に閉めようとすると、最も弱い部分、すなわち、リード部１０、半田部５に応力が加わり、必ず、半田はずれ、銅箔剥離が生じ、最悪の場合には、プリント基板４の割れが生じる。
上述の条件では、治具７ａ，７ｂ、放熱用ゴム２、電子部品１等を剛体と仮定したが、実際には剛体でなく、圧縮により歪みを生じる。本発明は、垂直方向からの応力により、放熱用ゴム２、電子部品１、治具７ａ，７ｂが圧縮される歪み量δ１とプリント基板の撓み量δ２の関係がδ１＜δ２であるときは特に効果的である。
【００２３】
なお、図１１に示されるように、治具７ａ，７ｂのちょうど中央部に電子部品１を配さなくても構わない。半田付け部の強度Ｆは、図１４に示すフィレット高さｈにおける半田断面積と半田クリープ強さの積で決まる。半田クリープ強さは、一般の半田付けで７．８Ｎ、はとめを使用したとき８．８Ｎ、追い半田をしたとき１９．８Ｎ、菊割はとめを使用した場合２７．４Ｎとなる。そこで、一般の半田付けの場合、電子部品の１本のピンについて、７．８Ｎ未満の応力までならば許容できる。例えば１０本足の電子部品においては、７８Ｎの応力までは許容できる。このように、電子部品が治具の中央部からずれていても、治具の中間部に電子部品を配し、電子部品のピン１本あたりに加わる応力が半田付け部の強度未満になっていればよいわけである。
【００２４】
なお、説明で使った治具は２個であるが、要は２個以上であれば良く、図１５に示すように、３個の治具７ａ，７ｂ，７ｃを用いても構わないし、特に図示しないが、４個以上でも構わない。要するに、隣り合う治具の中間部に放熱用ゴムを用いる電子部品を配せば良いわけである。
また、治具も螺子止めの場合でも、プリント基板サポータであっても、プリント基板背面に貼り付けられたシリコンゴムでも、リブであっても、その種類は特に問わないものとする。図１６は螺子７Ａ、図１７はプリント基板サポータ７Ｂ、図１８はシリコンゴム７Ｃ、図１９はリブ７Ｄをプリント基板の固定治具として用いた構造を示している。
【００２５】
また、放熱用ゴム２は応力を吸収するための形状（図６、図８、図１０参照）を設けたものでも良いし、あるいは、単一性の放熱用ゴムでなく、２層以上で形成され、少なくとも一層が密の放熱用ゴム、少なくとも一層が疎の放熱用ゴムで形成されたもの（図１、図２参照）でも良く、これにより、リード部１０、半田部５の応力が更に低減でき、効果的である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１〜４の発明によれば、電子部品を半田によりプリント基板に接続され、その電子部品と周囲のケースの間に、放熱用ゴムを介挿させた放熱構造において、放熱用ゴムの一部に応力を緩和する箇所を設けて、放熱効果をあまり損なうことなく、応力を低減することにより、プリント基板や半田の信頼性を向上させることができる。特に、請求項１の発明によれば、放熱用ゴムは少なくとも二層以上で形成されており、少なくとも一層は密の放熱用ゴム、少なくとも一層は疎の放熱用ゴムで形成されているので、疎の放熱用ゴム層により応力を緩和し、密の放熱用ゴム層により高い放熱効果が得られるものである。また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、密の放熱用ゴム層の厚みは、疎の放熱用ゴム層の厚みよりも厚くしたので、放熱効果を高く維持することができる。次に、請求項３の発明によれば、放熱用ゴムは単一層で形成されており、且つ、応力を緩和するための形状を有するので、簡単な構成で応力を緩和できるという効果がある。また、請求項４の発明によれば、請求項３の発明において、応力を緩和する形状のゴムの厚みは、その他の部分の厚みよりも薄くしたので、放熱効果を高く維持することができる。
【００２７】
また、請求項５の発明によれば、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、少なくとも２つ以上の治具を用いてプリント基板を浮かして固定し、放熱用ゴムを用いて放熱する電子部品を治具の隣り合った２つの中間部に配することにより、プリント基板の撓みを大きくすることができ、電子部品のリード部、半田部に加わる応力を低減でき、プリント基板、半田の信頼性を向上できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の第１実施例の断面図である。
【図２】請求項１の発明の第２実施例の断面図である。
【図３】請求項１の発明の第３実施例の断面図である。
【図４】請求項１の発明の第４実施例の断面図である。
【図５】請求項３の発明の第１実施例の断面図である。
【図６】請求項３の発明の第１実施例に用いる放熱用ゴムの側面図である。
【図７】請求項３の発明の第２実施例の断面図である。
【図８】請求項３の発明の第２実施例に用いる放熱用ゴムの側面図である。
【図９】請求項３の発明の第２実施例の要部構成を示す断面図である。
【図１０】請求項３の発明の第３実施例に用いる放熱用ゴムの側面図である。
【図１１】請求項５の発明の基本構成を示す断面図である。
【図１２】請求項５の発明の作用説明のための断面図である。
【図１３】請求項５の発明の応力計算法を説明するための説明図である。
【図１４】請求項５の発明の半田強度を説明するための説明図である。
【図１５】請求項５の発明の他の構成を示す断面図である。
【図１６】請求項５の発明に用いる治具の第１実施例を示す断面図である。
【図１７】請求項５の発明に用いる治具の第２実施例を示す断面図である。
【図１８】請求項５の発明に用いる治具の第３実施例を示す断面図である。
【図１９】請求項５の発明に用いる治具の第４実施例を示す断面図である。
【図２０】第１の従来例の構成を示す断面図である。
【図２１】第２の従来例の構成を示す断面図である。
【図２２】第３の従来例の構成を示す断面図である。
【図２３】第４の従来例の構成を示す断面図である。
【図２４】第５の従来例の構成を示す断面図である。
【図２５】図２４のＡ−Ａ’線についての断面構造を示す断面図である。
【図２６】第６の従来例の要部構成を示す断面図である。
【図２７】第７の従来例の要部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    電子部品
２    放熱用ゴム
３    ケース
４    プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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