JP2012221675A

JP2012221675A - 圧縮ばね、静電気の放電路の構造、及び携帯脈拍計

Info

Publication number: JP2012221675A
Application number: JP2011085165A
Authority: JP
Inventors: Yukio Takei; 由紀夫武居; Yoshitaka Iijima; 好隆飯島; Junya Shibuya; 純也渋谷
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: JP5754217B2

Abstract

【課題】静電気の放電路に使用する圧縮ばね構造を提供する。
【解決手段】圧縮ばねは、静電気の放電路の一部を構成する圧縮ばねであって、座巻部３と、座巻部３を挟んで一方に所定のばね定数で座巻部３の径より小さい径の第１ばね部４と、座巻部３を挟んで他方に第１ばね部４のばね定数より小さいばね定数で座巻部３の径より小さい径の第２ばね部５と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮ばね、静電気の放電路の構造、及び携帯脈拍計に関するものである。

電子機器において外部から侵入する静電気を放電路を介して電極側へ放電させる構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９及び図１０には、このような構造を備えた電子機器の例を示している。放電路とは、図９のように、それぞれのアノード又はそれぞれのカソードにおいて相互に直列接続された一対のバラクタダイオードで構成されており、外部から侵入した静電気を電極側へ放電する構造である。

また、放電路としては、図１０のように、充電端子５Ｌ，５Ｒに接続された表面電極パターン４６ａ，４６ｂの一部に相互に向かい合った尖塔状部分４７ａ，４７ｂを形成し、放電が目標とする電圧で開始するように、これらの間隔Ｌを設定されたスパークギャップを形成することで充電端子より侵入した静電気を電極側へ放電する構造である。

電子機器の一つとしてリスト機器が知られている。リスト機器は二次電池を使用し、充電を行う仕様となっている。充電用の端子は機器の側面部にむき出しとなっており、この充電端子部より静電気が侵入し、回路を破壊してしまう虞がある。この対策として充電端子にカバーを付ける方法があるが、外装の形状が複雑になり、コストアップの要因となってしまうため機器の内部にて侵入してきた静電気を回路基板外部へ逃がす構造が求められる。

特開平４−２２７３０１号公報

しかしながら、このような構造の放電路を形成するためには、回路基板上に電子素子、又は電極パターンを配置するためのスペース、電子素子が必要となる。現状、電子機器にはより安価でより小型な物が求められており、お客様のニーズに対応し、かつ耐静電気特性を満足する構造を提案する。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る圧縮ばねは、静電気の放電路の一部を構成する圧縮ばねであって、座巻部と、前記座巻部を挟んで一方に所定のばね定数で該座巻部の径より小さい径の第１ばね部と、前記座巻部を挟んで他方に前記第１ばね部のばね定数より小さいばね定数で前記座巻部の径より小さい径の第２ばね部と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、圧縮ばねは座巻部を挟んで一方に所定のばね定数で座巻部の径より小さい径の第１ばね部、座巻部を挟んで他方に第１ばね部のばね定数より小さいばね定数で座巻部の径より小さい径の第２ばね部を有する圧縮ばねであるため、圧縮ばねを両端から圧縮した際に、座巻部を挟んだ両側のばねの圧縮量が異なり、これによって、高いばね定数の縮径ばね部の方がより確実に接触することができる圧縮ばねが得られる。

［適用例２］本適用例に係る静電気の放電路の構造は、金属板と、軸状の充電端子と、一部に貫通孔を穿設した回路基板と、前記貫通孔の口径より大きい径の座巻部と、該座巻部を挟んで一方に所定のばね定数で該座巻部の径より小さい径の第１ばね部と、該座巻部を挟んで他方に前記第１ばね部のばね定数より小さいばね定数で前記座巻部の径より小さい径の第２ばね部と、を含む圧縮ばねと、を有し、前記貫通孔に前記第２ばね部が挿通され、前記座巻部が前記回路基板に当接するとともに、前記第２ばね部の一端が前記金属板に当接する一方、前記充電端子の一方の端部に、前記第１ばね部の一端が当接することによって、前記充電端子の他方の端部から前記圧縮ばねを介して前記金属板までが、静電気の放電路となることを特徴とする。

本適用例によれば、圧縮ばねの一端が拡径部と縮径部とを有する軸状の充電端子と接し、他端が回路基板の貫通孔を挿通して金属板と接しているため充電端子より侵入した静電気は回路基板内に侵入させず、そのまま金属板へ流れるような経路を辿るようになり、これによって、静電気が回路基板内に侵入し、回路を破壊、又は誤動作させることを防ぐことができる安価でより小型な静電気の放電路の構造が得られる。

また、圧縮ばねの一端が充電端子と接触し、さらに圧縮ばねの座巻部が回路基板に接していることで、充電作業時、充電端子から入った電流によって二次電池が充電される。

さらに、この充電端子は充電時の操作性・機器サイズ等の制約により、機器側面に露出しているため、この充電端子より侵入した静電気が回路基板へ侵入し、回路の誤動作及び回路破壊を起こす虞があるが、充電端子より侵入した静電気は、静電保護素子によりＧＮＤ側へ流れて行き、金属板へ放電されるため、静電気によって回路が破壊、又は誤動作することを防ぐことが可能となる。

［適用例３］本適用例に係る携帯脈拍計は、上記静電気の放電路の構造を備えたことを特徴とする。

本適用例によれば、本携帯脈拍計は「適用例２」に示す静電気の放電路を用いたことを特徴とする携帯脈拍計であり、静電気を金属板へ放電することで、回路基板への静電気の侵入を防ぎ、製品規格の静電気耐圧を確保した携帯脈拍計が可能となる。

本実施形態における静電気の放電路が搭載されている携帯脈拍計の断面図及び分解図。本実施形態における静電気の放電路に使用する圧縮ばねの側面図。本実施形態における静電気の放電路が搭載されている携帯脈拍計に使用されている回路基板の正面図。本実施形態における静電気の放電路に使用する圧縮ばね組み込み時の図。本実施形態における携帯脈拍計を充電機器へセットした時の状態図。本実施形態における携帯脈拍計充電構造を示すブロック図。本実施形態における静電気の流れを示したブロック図。本実施形態における携帯脈拍計の圧縮ばねの部分の断面図。従来例の放電路の図面。従来例の放電路の図面。

以下に、本実施形態について図面を参照して説明する。

図１（Ａ）は、本実施形態における静電気の放電路が搭載されている携帯脈拍計の断面図であり、図１（Ｂ）は、本実施形態における静電気の放電路が搭載されている携帯脈拍計の分解図である。本携帯脈拍計は裏蓋３１に脈拍計測部３２が配置されており、携帯脈拍計を腕に装着した際に脈拍計測部３２が腕へ密着し、脈拍を測定する。脈拍計測部３２で計測された脈拍数は回路基板６の上部へ配置されている表示パネル３０へ表示され、ユーザーはリアルタイムに脈拍数を確認できる。また、回路基板６の下部に二次電池１２が配置されており、この二次電池１２より、回路基板６へ電源が供給され、表示パネル３０への脈拍数表示、脈拍計測部３２の駆動を行っている。

本実施形態に係る携帯脈拍計１は、充電端子１１と、回路基板６と、金属板１４と、二次電池１２と、圧縮ばね２と、を備える。

図２は、本実施形態における静電気の放電路に使用する圧縮ばね２の側面図である。圧縮ばね２は、回路基板６の貫通孔７（図３参照）の口径より大きい径の座巻部３を挟んで一方に所定のばね定数で座巻部３の径より小さい径の第１ばね部４と、座巻部３を挟んで他方に第１ばね部４のばね定数より小さいばね定数で座巻部３の径より小さい径の第２ばね部５とを備える。

圧縮ばね２の第２ばね部５は貫通孔７に挿通される。貫通孔７を挿通した圧縮ばね２の座巻部３は回路基板６に当接し、第２ばね部５の一端が金属板１４に当接する。一方、充電端子１１の一方の端部としての縮径部１０の周面に、第１ばね部４の一端が当接することによって、充電端子１１の他方の端部としての拡径部９の一端から圧縮ばね２を介して金属板１４までが、静電気の放電路となる。圧縮ばね２は静電気の放電路に用いられる。

圧縮ばね２は、第１ばね部４のばね定数が、第２ばね部５のばね定数の３倍以上に設定されている。これにより、圧縮ばね２を両側から同量撓めた場合、第１ばね部４の方が、第２ばね部５より座巻部３を回路基板６側に押す力が強いため、座巻部３が確実に回路基板６のパターン部８へ接触するようになる。これにより、ばね形状をこのようにすることで、１本のばねで２つの機能（充電・静電気の放電）を果たすことができる。圧縮ばね２は、充電端子１１から来た電流を回路基板６を介して二次電池１２へ伝える機能と、充電端子１１から侵入して来た静電気を金属板１４へ逃がす機能という２つの機能を１本の圧縮ばね２に持たせた構造である。

図３は、本実施形態における静電気の放電路が搭載されている携帯脈拍計１に使用されている回路基板６の正面図である。回路基板６は、貫通孔７と、貫通孔７の周囲に配置されたパターン部８と、を備える。この貫通孔７に圧縮ばね２の第２ばね部５が挿入され、回路基板６のパターン部８と圧縮ばね２の座巻部３とが接触している。また、二次電池１２は回路基板裏面に配置されている。

図４は、本実施形態における静電気の放電路に使用する圧縮ばね組み込み時の図である。携帯脈拍計１は拡径部９と縮径部１０とを有する充電端子１１を備える。充電端子１１は携帯脈拍計１の側面に配置されている。充電端子１１は拡径部９と縮径部１０とを有する。充電端子１１の形状は軸状である。充電端子１１は携帯脈拍計１内部の二次電池１２（図１参照）の充電用に用いられる。二次電池１２は携帯脈拍計１を充電機器１８（図５参照）にセットすることで充電される。

圧縮ばね２は回路基板６の貫通孔７を通して回路基板６の両面方向へ出ている。回路ケース１５とパネル枠１６に挟まれるように回路基板６がある。充電端子１１の縮径部１０は圧縮ばね２の第１ばね部４と接触する。さらに第１ばね部４を圧縮することで圧縮ばね２の座巻部３が回路基板６のパターン部８と接触する。圧縮ばね２の一方の第１ばね部４は、充電端子１１と接触しており、充電端子１１からの電流をパターン部８との接触部２０より回路基板６を通して二次電池１２へと送る。

また、圧縮ばね２のもう一方の第２ばね部５は、回路ケース１５の貫通孔１３を通り、金属板１４へ接触する。圧縮ばね２のもう一方は回路基板６を貫通している貫通孔７を通って充電端子１１に接触しており、充電端子１１より侵入した静電気を回路基板６へ侵入させずに金属板１４に逃がしている。圧縮ばね２の第１ばね部４はパネル枠１６によって位置決めされる。

図５は、本実施形態における携帯脈拍計１を充電機器１８へセットした時の状態図である。携帯脈拍計１を充電機器１８へセットすると、図５（Ｂ）に示すように、携帯脈拍計１に配置されている充電端子１１と、充電機器１８に配置されている充電ピン１９とが接触する。充電端子１１と充電ピン１９とが接触している状態で、充電機器１８から充電ピン１９、充電端子１１、及び充電端子１１と接触している圧縮ばね２を介して回路基板６へ電流が流れ二次電池１２が充電される。

図６は、本実施形態における携帯脈拍計充電構造を示すブロック図である。以下にブロック図内の各素子の機能説明を記す。静電気保護素子２２・・瞬間的に侵入してきた大きな電圧を除去する機能を有する。充電ＩＣ２３・・二次電池１２へ流れ込む電流及び電圧をコントロールして、安全に充電するための機能を有する。また、電流、電圧をコントロールすることで二次電池１２の劣化を防止する。バッテリー保護ＩＣ２４・・二次電池１２の過放電保護・過充電保護の機能を有する。（＋）側外部接続端子２１から入ってきた電流は静電気保護素子２２、充電ＩＣ２３、及びバッテリー保護ＩＣ２４を介して二次電池１２へ流れることで二次電池１２が充電される仕組みとなっている。

図７は、本実施形態における静電気の流れを示したブロック図である。（＋）側外部接続端子２１より侵入した静電気は静電気保護素子２２へ流れ込む。充電ＩＣ２３の入り口には抵抗３３が配置されており、圧縮ばね２は金メッキが施されている。電気はより抵抗の小さい方へ流れる性質があるため、静電気保護素子２２へ流れ込んだ静電気は抵抗の低い圧縮ばね２の方へ流れて行き、圧縮ばね２を経由して金属板１４へ流れる。その後、金属板１４が接している導通板１７へ静電気が蓄積される。

（−）側外部接続端子２５から侵入した静電気は金メッキを施し、抵抗が低い圧縮ばね２の方へ流れ込み、圧縮ばね２を経由して金属板１４へ流れる。その後、金属板１４が接している導通板１７へ静電気が蓄積される。これにより、外部接続端子２１，２５のどちらの端子から静電気が侵入しても、脈検出システム２６まで静電気が侵入することを防ぐことが可能である。

図８は、本実施形態における携帯脈拍計１の圧縮ばね２の部分の断面図である。圧縮ばね２は、ＶＤＤ用圧縮ばね２８とＧＮＤ用圧縮ばね２９とを備えている。ＶＤＤ用圧縮ばね２８とＧＮＤ用圧縮ばね２９との両方が金属板１４へ接触すると、ショートしてしまうため、ＶＤＤ側圧縮ばね２８については、回路ケース１５の穴２７を袋穴にすることでＶＤＤ側圧縮ばね２８の金属板１４への接触を防ぐ構造である。これにより、圧縮ばね２はＶＤＤ用圧縮ばね２８とＧＮＤ用圧縮ばね２９とで同じ形状の物が使用できるので、２本を共通にすることでコストダウンを図ることが可能である。

本実施形態によれば、静電気の放電路の一部を構成する圧縮ばねを用いたことで、ＶＤＤ側充電端子１１ａ及びＧＮＤ側充電端子１１ｂより静電気が侵入した場合であっても、静電気が回路基板６へ侵入することを減少させ、その大部分を金属板１４へ流すことが可能となり、静電気による回路の誤動作、回路破壊を防止する。また、携帯脈拍計１の静電気耐圧が５０％向上することが可能である。

ＶＤＤ側充電端子１１ａ及びＧＮＤ側充電端子１１ｂより侵入してきた静電気は、金属板１４及び導通板１７に流れ込むため、蓄積された静電気電荷によって金属板１４及び導通板１７は高電位となっている。機器の充電作業時（図５参照）に携帯脈拍計１を充電機器１８へセットすると、ＧＮＤ側充電端子１１ｂより金属板１４及び導通板１７に蓄積されていた静電気電荷が充電機器１８側へ流れ出て金属板１４及び導通板１７に溜まっていた電荷が無くなり、金属板１４及び導通板１７の蓄積状態がリセットされる。

携帯脈拍計１の充電作業は必須の作業であるため、充電作業の度に金属板１４及び導通板１７に蓄積された静電気電荷が開放され、金属板１４及び導通板１７への静電気の過帯電を防止することで静電気破壊等の起こる事態を回避することができる。

また、１本の圧縮ばね２に２つの機能を持たせたことで、耐性電気特性が向上し、静電気評価規格を満たすことができる。
さらに、充電端子１１は（＋）とＧＮＤの２本があるが、（＋）側端子部の穴を袋穴にして回路ケース１５に接触させない構造にすることで、２本の圧縮ばね２を共通化でき、コストアップを抑えることが可能となる。

１…携帯脈拍計２…圧縮ばね３…座巻部４…第１ばね部５…第２ばね部６…回路基板７…貫通孔８…パターン部９…拡径部１０…縮径部１１…充電端子１１ａ…ＶＤＤ側充電端子１１ｂ…ＧＮＤ側充電端子１２…二次電池１３…貫通孔１４…金属板１５…回路ケース１６…パネル枠１７…導通板１８…充電機器１９…充電ピン２０…接触部２１…外部接続端子２２…静電気保護素子２３…充電ＩＣ２４…バッテリー保護ＩＣ２５…外部接続端子２６…脈検出システム２７…穴２８…ＶＤＤ用圧縮ばね２９…ＧＮＤ用圧縮ばね３０…表示パネル３１…裏蓋３２…脈拍計測部３３…抵抗。

Claims

静電気の放電路の一部を構成する圧縮ばねであって、
座巻部と、
前記座巻部を挟んで一方に所定のばね定数で該座巻部の径より小さい径の第１ばね部と、
前記座巻部を挟んで他方に前記第１ばね部のばね定数より小さいばね定数で前記座巻部の径より小さい径の第２ばね部と、
を有することを特徴とする圧縮ばね。
金属板と、
軸状の充電端子と、
一部に貫通孔を穿設した回路基板と、
前記貫通孔の口径より大きい径の座巻部と、該座巻部を挟んで一方に所定のばね定数で該座巻部の径より小さい径の第１ばね部と、該座巻部を挟んで他方に前記第１ばね部のばね定数より小さいばね定数で前記座巻部の径より小さい径の第２ばね部と、を含む圧縮ばねと、
を有し、
前記貫通孔に前記第２ばね部が挿通され、前記座巻部が前記回路基板に当接するとともに、前記第２ばね部の一端が前記金属板に当接する一方、
前記充電端子の一方の端部に、前記第１ばね部の一端が当接することによって、
前記充電端子の他方の端部から前記圧縮ばねを介して前記金属板までが、静電気の放電路となることを特徴とする静電気の放電路の構造。
請求項２に記載の静電気の放電路の構造を備えたことを特徴とする携帯脈拍計。