トップ :: H 電気 :: H05 他に分類されない電気技術




【発明の名称】 電気回路基板
【発明者】 【氏名】山口 英明
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号 キヤノン株式会社内

【氏名】梨子田 安昌
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号 キヤノン株式会社内
【要約】 【課題】電気回路基板で使用している電気部品の中で寿命の短い部品の交換性を向上して、他の電気部品を可能な限り再利用することを可能にした電気回路基板を提供する。

【解決手段】寿命にバラツキの存在する電気部品が複数実装された電気回路基板において、前記電気部品の中で寿命の短い消耗電気部品を複数個まとめてユニット化した構成と、前記消耗電気部品の交換時に前記ユニットを交換して前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
寿命にばらつきの存在する電気部品が複数実装された電気回路基板において、前記電気部品の中で寿命の短い消耗電気部品を複数個まとめてユニット化した構成と、前記消耗電気部品の交換時に前記ユニットを交換して前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする電気回路基板。
【請求項２】
前記電気部品の中で寿命の短い複数の消耗電気部品と、前記複数の消耗電気部品をひとまとめにするための総括用部品とで構成されたユニットを有し、前記総括用部品は所定の位置に前記消耗電気部品を配置できるよう位置決め用のリード穴と前記ユニットを交換する際に使用するユニット交換用成形部を有し、前記電気回路基板に実装された前記ユニットを交換する際には、前記ユニットの前記消耗電気部品の半田部を溶融することで前記電気回路基板との機械的固定を解除し、解除状態において前記ユニット交換用成形部を保持して前記電気回路基板と前記ユニットとを分離し、前記電気回路基板の所定の位置に別のユニットを配置して交換することで前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする請求項１記載の電気回路基板。
【請求項３】
前記電気部品の中で寿命の短い複数の消耗電気部品と、前記複数の消耗電気部品を実装するためのプリント基板と、前記電気回路基板と前記プリント基板を接続するための第一の接続手段とで構成されたユニットを有し、前記プリント基板には前記複数の消耗電気部品が所定位置に固定され、前記プリント基板に設けられた導電パターンによって前記消耗電気部品と前記第一の接続手段とが電気的に接続された構成を有し、前記電気回路基板に実装された前記ユニットを交換する際には、前記電気回路基板に設けた第二の接続手段に結合された前記第一の接続手段を分離することで前記ユニットを取り外し、前記第二の接続手段に別ユニットの第一の接続手段を結合して前記ユニットを交換することで前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする請求項１記載の電気回路基板。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の電気回路基板とは、電子機器に電力を供給するための電源装置であり、さらに請求項１乃至３に記載の消耗電気部品とはアルミ電解コンデンサ又は電流ヒューズ又は光学電気部品であることを特徴とする電気回路基板。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装した電気部品の交換を容易に出来るようにした電気回路基板、特に電源装置に関するものであり、アルミ電解コンデンサのような寿命の短い電気部品が実装された場合に、寿命に至った電気部品を新しい電気部品に交換出来るようにすることで、電気回路基板及び電気回路基板上に実装した他の電気部品の再利用を可能とした電気回路基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今における、世界中のリサイクル意識の高まりから、環境負荷ユニットとして廃却されてしまう電子機器のリサイクル化も例外ではなくなってきた。そして、電気部品や電気ユニットのリサイクルも実際に行われるようになり、それと共にリサイクルに関する発明も数多く出されるようになってきた。
【０００３】
例えば、下記特許文献１では、リサイクル用ユニットに対して不揮発性のメモリを設け、動作回数や動作時間、その他の寿命に関係する情報をメモリに記憶させ、その情報をもとにユニット交換の要否を判断することについて記述されている。
【０００４】
また、特許文献２では、半田付けされた電気部品の半田の劣化状態を検出した結果や、ユニットに設けられた温度センサの検出結果から、ユニットの受けた熱衝撃数を導出して、その熱衝撃数から電気部品やユニットの寿命を判定する事に関して記述されている。
【０００５】
上述したような電気部品のリサイクル化に関する中でも、電子機器の寿命を考えた場合には特殊な可動部品や消耗部品を除き、電子機器の中では電解コンデンサの寿命が特に短い部品であると考えられ、電子機器の製品寿命が電解コンデンサの寿命で決められてしまうものも少なくない。それは、アルミ電解コンデンサは電子機器、特に電源装置によく使用される電気部品であるものの、コンデンサ内部に充填した電解液が外部へ飛散するドライアップ現象によって電気的特性が変化して寿命に至ってしまうことによる。逆の言い方をすれば寿命に至った電気部品、特にアルミ電解コンデンサを交換することができれば他の電気部品はまだ十分に使用可能であり、電子機器が動作不能に至る前又は動作不能に至った場合においても、アルミ電解コンデンサを交換すれば続行して動作可能となる場合もある。
【０００６】
例えば、下記特許文献３はアルミ電解コンデンサの交換時期を検出するものであり、具体的にはアルミ電解コンデンサと同様のアルミ電解コンデンサを用いて積分回路を構成し、別途設けた発振回路の発振出力をその積分回路で積分して、積分出力が基準レベルを超えた際にアルミ電解コンデンサの交換を報知する方法について記述している。
【０００７】
しかしながら上述した発明は全て、電気部品の寿命を検出し場合によってはユーザに報知するものであり、実際の電気部品の交換方法については全く言及されていない。また、一般的に電気部品、特にアルミ電解コンデンサは電気回路基板上に半田付によって機械的に固定され、電気的に接続された構成となっている。そのため、アルミ電解コンデンサが寿命に至った場合に交換することは、その実装構造上の問題から多くの手間がかかるため、使用可能な部品を再利用することなく電源装置、あるいは電子機器全体を廃却している実情がある。
【特許文献１】特開２００１−５１５５７号公報
【特許文献２】特開２００２−１２２６４０号公報
【特許文献３】特開２００２−２５７９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解決するため、電気回路基板で使用している電気部品の中で寿命の短い部品（例えばアルミ電解コンデンサ）の交換性を向上して、他の電気部品を可能な限り再利用することを可能にした電気回路基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、寿命にばらつきの存在する電気部品が複数実装された電気回路基板において、前記電気部品の中で寿命の短い消耗電気部品を複数個まとめてユニット化した構成と、前記消耗電気部品の交換時に前記ユニットを交換して前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする電気回路基板によって達成される（第一の発明）。
【００１０】
また、上記目的は、寿命にばらつきの存在する電気部品が複数実装された電気回路基板において、前記電気部品の中で寿命の短い複数の消耗電気部品と、前記複数の消耗電気部品をひとまとめにするための総括用部品とで構成されたユニットを有し、前記総括用部品は所定の位置に前記消耗電気部品を配置できるよう位置決め用のリード穴と前記ユニットを交換する際に使用するユニット交換用成形部を有し、前記電気回路基板に実装された前記ユニットを交換する際には、前記ユニットの前記消耗電気部品の半田部を溶融することで前記電気回路基板との機械的固定を解除し、解除状態において前記ユニット交換用成形部を保持して前記電気回路基板と前記ユニットとを分離し、前記電気回路基板の所定の位置に別のユニットを配置して交換することで前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする電気回路基板によって達成される（第二の発明）。
【００１１】
また、上記目的は、寿命にばらつきの存在する電気部品が複数実装された電気回路基板において、前記電気部品の中で寿命の短い複数の消耗電気部品と、前記複数の消耗電気部品を実装するためのプリント基板と、前記電気回路基板と前記プリント基板を接続するための第一の接続手段とで構成されたユニットを有し、前記プリント基板には前記複数の消耗電気部品が所定位置に固定され、前記プリント基板に設けられた導電パターンによって前記消耗電気部品と前記第一の接続手段とが電気的に接続された構成を有し、前記電気回路基板に実装された前記ユニットを交換する際には、前記電気回路基板に設けた第二の接続手段に結合された前記第一の接続手段を分離することで前記ユニットを取り外し、前記第二の接続手段に別ユニットの第一の接続手段を結合して前記ユニットを交換することで前記消耗電気部品を複数個まとめて交換する構成を有することを特徴とする電気回路基板によって達成される（第三の発明）。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、請求項１〜３に関わる発明によれば、電気回路基板で使用された電気部品が寿命に至った際に、その部品の交換性を向上することができるため、電気回路基板のリサイクル化に関して利便性を高めることができると共にリサイクル化の効率を高めることが出来る。
【００１３】
また、請求項４に関わる発明によれば、電源装置に実装された電気部品、特に電解アルミコンデンサや電流ヒューズや光学電気部品が寿命に達した場合においてもその部品を交換性が向上するため、電源装置のリサイクル化における利便性を高めることができる。
【００１４】
さらに、請求項１〜４に関わる発明によれば、使用可能な部品を再利用せずに電気回路基板や電源装置、さらにはそれらが組み込まれた電子機器自体を廃却してしまうことによる地球環境破壊を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
〔第一の実施例形態〕
本発明の第一の実施例形態に関し、以下で図面を用いて詳細な説明を行う。図６は電源装置の一例（フォワード方式）を表す図である。図６を用いて電源装置の動作の概略を説明する。
【００１７】
電源装置には一般家庭用のコンセント等からＡＣ電源を取るために、ＡＣ電源用インレット１７が設けられている。電源コードを用いてコンセントからインレットに電源が供給された状態で電源スイッチ１をＯＮにすると電源装置は動作を開始する。コンセントの交流電圧はブリッジダイオード８によって全波整流され、サイン波形の半波の脈流波形となる。しかし、このままでは電圧が０Ｖになる点が発生してしまうため、ブリッジダイオード８の後段に設けられた一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９で平滑して直流電圧に変換する。ここで、例えばＡＣ電源が１００Ｖｒｍｓであった場合には、一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９には電圧のピーク値で充電されるため、約１４０Ｖの直流電圧になる。電流ヒューズ２は電源装置、あるいは電子機器にショート等のトラブルが発生した際、安全に電源回路を遮断するもので、発火や発煙や感電等の事故を防ぐ目的で設けられる。フィルムコンデンサ３、コモンモードコイル４、セラミックコンデンサ５，６は、これらをまとめてラインフィルタとして構成され、電源装置や電子機器の発生したノイズが電源コードを通じて一般コンセントに流入し、他の電子機器に悪影響を与えないようにしている。パワーサーミスタ７は電源スイッチ１をＯＮした際、すなわち電源投入時の突入電流を抑制するものであり、本実施例のコンデンサインプット型整流電源の場合には突入電流が大きくなるためによく用いられる。一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９の端子間の直流電圧は、トランジスタ１０がＯＮをすることで電源トランス１１の一次側巻線に印加され、同時に電圧変換されて二次側巻線間に電圧が発生する。トランジスタ１０はＯＮ−ＯＦＦのスイッチングを繰り返すことで、継続的に電源トランス１１の二次側巻線に電圧を発生させている。電源トランス１１の二次側巻線に発生した電圧によって、電流が整流ダイオード１２、及びチョークコイル１４を通過して、二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６に流れ込んでコンデンサが充電される。また、トランジスタ１０のＯＦＦ時には電源トランス１１には二次側への電力供給能力が無いため、その期間はチョークコイル１４に蓄えられたエネルギを、整流ダイオード１３を通して二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６に蓄える構成となっている。また、二次側の平滑された電圧値は出力電圧検出回路３１によって検出され、その検出値をもとにトランジスタ制御回路３２においてトランジスタ１０のオン／オフ周期、あるいはオン／オフデューティがコントロールされ、二次側出力が所定の電圧値Ｖｃｃに保たれるようになっている。
【００１８】
上述したような電源装置に関し具体的な部品配置図を図５に示す。図５は電源装置を真上から見たものである。電子機器の寿命を考えた場合、電子機器の中では電解コンデンサの寿命が最も短い部品であると考えられ、本実施例においては一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９及び二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６がそれにあたる。アルミ電解コンデンサの寿命は使用条件によって影響を受け、その影響の大部分はアルミ電解コンデンサの印加リプル電流と周囲温度による。印加リプル電流が大きいとそのリプル電流の実効値とコンデンサのＥＳＲ（インピーダンス）分で自己発熱が大きくなり、この発熱によってコンデンサの容量抜け等が発生して寿命を縮めることになる。また、図５を例にとると、アルミ電解コンデンサ９，１５，１６の周囲には他の発熱部品、トランジスタ１０や電源トランス１１、整流ダイオード１２，１３やブリッジダイオード８等、数多くの電気部品が存在している。そのため、たとえアルミ電解コンデンサの自己発熱が小さかったとしても、他の電気部品の発熱によって熱の影響を受けてコンデンサの温度が上昇してしまうことがある。この場合もアルミ電解コンデンサの寿命を縮める原因となってしまう。
【００１９】
電子機器の寿命に関しては電源装置の寿命に拠ることも多く、本実施例ではその電源装置の寿命をアルミ電解コンデンサが握っていることになる。そのため、アルミ電解コンデンサが寿命に至ったとしても、これを交換することが可能であれば電源装置としては続行して使用可能であり、電子機器が続行して使用可能となる。その点を考慮し、本実施例では、アルミ電解コンデンサを一箇所に集中してユニット化し、ユニット化されたアルミ電解コンデンサ群を簡単かつ一度に交換できる電源装置について以下で説明する。
【００２０】
アルミ電解コンデンサを一箇所に集中してユニット化するため、図５では一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９、二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６を出来るだけ近傍に配置し、それぞれのアルミ電解コンデンサをモールド部材で作られたユニット部材２０の上に配置している。ユニット部材２０によってユニット化されたアルミ電解コンデンサ群の詳細図を図１に示す。一次側平滑用アルミ電解コンデンサ９、及び二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６は、ユニット部材２０に設けられたリード穴２２によって所定の位置に配置され、ユニット部材２０はアルミ電解コンデンサと電源装置の電気回路基板の間に挟まれる形で基板実装される。また、ユニット部材２０にはアルミ電解コンデンサの実装時の極性間違いを防ぐため、図２，図３に示されるように、ユニット部材２０の上面にアルミ電解コンデンサの極性を示した実装用シルクが記載されている。さらに、ユニット部材２０にはユニット部材を交換する際に使用する交換用取っ手２１が４ヶ所に設けられている。ユニット部材２０を交換する具体的な方法としては、電源装置を半田槽に浸し、電気回路基板のパターン面の半田を溶かして電気回路基板とアルミ電解コンデンサの機械的な固定を解除し、解除状態において、例えば図４のようなユニット部材交換用冶具２３を用いてユニット部材２０と一緒にアルミ電解コンデンサを取り外す。ユニット部材交換用冶具の一例として（図４）、ユニット部材交換用冶具２３は取っ手部分が握ることができ、取っ手を握ることで（Ａの方向に動かす）ユニット部材保持部分が開く構成となっている（Ｂの方向に広がる）。また、取っ手部分の力を緩めると、取っ手の付け根に設けられたバネ２７によってユニット部材保持部分がもとの位置に戻る。半田槽でアルミ電解コンデンサを電気回路基板から解放しておけば、ユニット部材２０に設けられた交換用取っ手２１にユニット部材交換用冶具２３のユニット部材保持部分を挿入して簡単に引き抜くことが出来る。同時に、代わりとなる新品のアルミ電解コンデンサの配置されたユニット部材２０を実装すれば実装の手間も省くこともでき、本電源装置を再度使用することができる。
【００２１】
〔第二の実施例形態〕
本発明の第二の実施例形態に関し、以下で図面を用いて詳細な説明を行う。図７は第二の実施例形態を表す図である。電源装置の例は第一の実施例形態とほぼ同様であるものの、図７，図１１，図１２に示されるように二次側平滑用アルミ電解コンデンサの回路構成とその部品配置が異なっている。第二の実施例形態では、二次側平滑用アルミ電解コンデンサをユニット化（アルミ電解コンデンサユニット２６）し、交換を簡易に出来る構成としてある。アルミ電解コンデンサユニット２６は、二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６と接続用コネクタ２５とプリント基板で構成されており、本ユニットの接続用コネクタ２５を電源装置本体に設けられた接続用コネクタ２４に差し込むことで電源装置として完成する。アルミ電解コンデンサユニット２６の詳細図を図８に示す。二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６は、アルミ電解コンデンサユニット２６のプリント基板に設けられたリード穴２２によって所定の位置に半田付けによって実装されており、プリント基板のパターンを通じて接続用コネクタ２５と電気的に接続されている。また、アルミ電解コンデンサユニット２６には、アルミ電解コンデンサの実装時の極性間違いを防ぐため、図９，図１０に示されるように、アルミ電解コンデンサユニット２６の上面にアルミ電解コンデンサの極性を示した実装用シルクが記載されている。二次側平滑用アルミ電解コンデンサ１５，１６を交換する必要が生じた際には、電源装置に設けられた接続用コネクタ２５に差し込まれたアルミ電解コンデンサユニット２６を引き抜き、代わりに新品のアルミ電解コンデンサユニット２６を接続用コネクタ２５に差し込むことで、一度に複数のアルミ電解コンデンサを簡単に交換することができる。
【００２２】
上述したような第一の実施例形態及び第二の実施例形態構成とすることで、電源装置に実装されたアルミ電解コンデンサに関して、寿命の近づいた又は寿命に至ったアルミ電解コンデンサを複数同時に簡易に交換することができるため、電源装置を再度使用することの利便性を高めることが可能となる。
【００２３】
なお、本発明の実施例形態を説明するにあたり、ユニット化して交換する消耗電気部品としてアルミ電解コンデンサを例にとって説明を行ったものの、本発明はアルミ電解コンデンサに限定するものではない。例えば、電源装置の電源投入時の突入電流によって寿命が左右される電流ヒューズやブリッジダイオード、さらにフォトカプラやフォトインタラプタのように電気的特性が経年的に変化する光学電気部品等においても本発明を応用可能であることは言うまでもない。
【００２４】
また、本発明の実施例を説明するにあたり、電源装置を例にとって説明を行ったもののこれに限定されるものではなく、寿命を有する電気部品を使用した電気回路基板に適用可能であることは言うまでもない。
【００２５】
さらに、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適用することが可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における第一の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットの図である。
【図２】本発明における第一の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットに用いるユニット部材の上面図である。
【図３】本発明における第一の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットに用いるユニット部材の斜視図である。
【図４】本発明における第一の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットを交換するためのユニット部材交換用冶具を表す図である。
【図５】本発明における第一の実施例形態に関わる、電源装置の電気部品の配置を表す図である。
【図６】本発明における第一の実施例形態に関わる、電源装置の電気回路を表す図である。
【図７】本発明における第二の実施例形態に関わる、電源装置の電気部品の配置を表す図である。
【図８】本発明における第二の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットの図である。
【図９】本発明における第二の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットに用いるユニット部材の上面図である。
【図１０】本発明における第二の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットに用いるユニット部材の斜視図である。
【図１１】本発明における第二の実施例形態に関わる、電源装置本体の電気回路を表す図である。
【図１２】本発明における第二の実施例形態に関わる、アルミ電解コンデンサユニットの電気回路を表す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ 電源スイッチ
２ 電流ヒューズ
３ フィルムコンデンサ
４ コモンモードコイル
５，６ セラミックコンデンサ
（３〜６ ラインフィルタ）
７ パワーサーミスタ
８ ブリッジダイオード
９ 一次側（入力側）平滑用アルミ電解コンデンサ
１０ トランジスタ
１１ 電源トランス
１２，１３ 整流ダイオード
１４ チョークコイル
１５，１６ 二次側（出力側）平滑用アルミ電解コンデンサ
１７ ＡＣ電源用インレット
１８，１９ 二次側出力用コネクタ
２０ ユニット部材（モールド部材）
２１ 交換用取っ手
２２ リード穴
２３ ユニット部材交換用冶具
２４ 接続用コネクタ（電源側）
２５ 接続用コネクタ（ユニット側）
２６ アルミ電解コンデンサユニット
２７ バネ
【出願人】 【識別番号】０００００１００７
【氏名又は名称】キヤノン株式会社
【住所又は居所】東京都大田区下丸子３丁目３０番２号
【出願日】 平成１６年１月１９日（２００４．１．１９）
【代理人】 【識別番号】１０００６６０６１
【弁理士】
【氏名又は名称】丹羽 宏之

【識別番号】１０００９４７５４
【弁理士】
【氏名又は名称】野口 忠夫
【公開番号】 特開２００５−２０３６７０（Ｐ２００５−２０３６７０Ａ）
【公開日】 平成１７年７月２８日（２００５．７．２８）
【出願番号】 特願２００４−１０３０３（Ｐ２００４−１０３０３）