JP2016017852A - 発信装置付き電力量計 - Google Patents

Abstract

【課題】 発信装置付き電力量計において、印刷配線基板を計器底面に対して垂直に取り付けながら、発光電子部品が損傷するリスクもなく、発光電子部品の光軸高さ寸法の調整範囲を確保する。
【解決手段】 印刷配線基板２４は、内部構造支持体２３に両側端部が支持されて部品実装面が計器底面に垂直に配置されている。ＬＥＤ２８は、その発光光軸が印刷配線基板２４の部品実装面に垂直な方向に配置されている。ＬＥＤ２８から印刷配線基板２４の部品実装面に垂直な方向に出力されるパルス光は、液晶ホルダ２６に装着された赤外線反射部材２９により、印刷配線基板２４の部品実装面に水平な方向に反射させられる。赤外線反射部材２９で反射したパルス光は計器前面へ向かい、液晶ホルダ２６に形成された開口部２６ａおよび銘板２７に形成された穴２７ａ並びに窓２２ａを介して出射される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、印刷配線基板に実装された発光電子部品を使用電力量に応じて発光させる発信装置を備えた発信装置付き電力量計に関するものである。

図１（ａ）は従来の発信装置付き電子式電力量計における電流検出構造を示す側断面図、同図（ｂ）は同電子式電力量計における電圧検出構造を示す側断面図である。

電子式電力量計は、計測した電流と電圧を電子回路で乗算することで使用電力量を演算するが、この電子回路が形成された主印刷配線基板１は、内部構造支持体２に支持されて、図の下側の計器底面から離れて計器底面に平行に配置されている。主印刷配線基板１には、電子回路によって演算された使用電力量を表示する液晶表示装置３が、表示面が図の上側の計器前面付近に位置するように、液晶ホルダ４に保持されて実装されている。液晶ホルダ４には、電子式電力量計の仕様等が記載された銘板５も保持されている。また、主印刷配線基板１には、発信装置を構成する発光電子部品であるＬＥＤ（発光ダイオード）６も実装されている。ＬＥＤ６は、電子式電力量計で演算される使用電力量に応じて発光し、発光した光は計器外部へ出射される。また、主印刷配線基板１の下方には、供給電力を遮断・投入する開閉器７が内部構造支持体２に支持されて、設けられている。開閉器７には、負荷電流が検出される電流線８が同図（ａ）に示すように引き込まれている。

上記のように、計器前面付近に液晶表示装置３、計器底面付近に電流線８が位置するため、主印刷配線基板１と電流線８との間には物理的な距離がある。このため、電流線８を流れる負荷電流を検出するための磁気センサ等は、主印刷配線基板１に実装するのが困難である。このため、一般的には、同図（ａ）に示すように、磁気センサ等の電流検出器９を実装する副印刷配線基板１０が主印刷配線基板１から分離されて設けられ、副印刷配線基板１０と主印刷配線基板１とは、リード線１１とコネクタ１２を介して接続される。また、同図（ｂ）に示す電圧線１３からは電力演算等のための電圧がとられるが、この電圧も、リード線１４の一端を電圧線１３にねじ端子やソケット端子で接続し、他端をコネクタ１５で主印刷配線基板１に接続することで、計測される。

上記従来の発信装置付き電子式電力量計は、上記のような電流検出構造および電圧検出構造をしているため、リード線１１，１４やコネクタ１２，１５の材料費、および、それら部品の組み立てに伴う工数が発生する。

工業製品組立のコストダウンを行うには、一般に、部品点数を減らし、組立作業をより単純化することが効果的である。上記のような電子式電力量計においては、電源、電流計測、電圧計測、電力演算、表示、外部インターフェイス等の各機能ブロックがあるが、電気的強度、物理的距離、基板実装容量等の制約により、印刷配線基板を上記従来のように複数枚の基板１，１０で構成したり、リード線１１，１４およびコネクタ１２，１５等で基板１，１０間や基板１および電圧線１３間を接続して、電気信号を伝達する必要がでてくる。

一般に電子式電力量計は、ベース部、カバー部、表示部、端子部および内部部品によって構成され、計器の組み立ては、ベース部を置いて基板を積み上げる方式で行われるのが一般的である。上記各機能ブロックの再構築を行い、使用部品を削減して、計器の組み立てをより単純化することは、電子式電力量計のコストダウンにつながる。

図２に示す電子式電力量計は、物理的に離れた位置にある機能を統合して接続方式を変更することにより、コストダウンを図ったもので、印刷配線基板１を計器底面に水平でなく垂直に配置することで、上記従来のリード線１１，１４およびコネクタ１２，１５等の部品を削除し、それら部品の使用に伴う部品間接続のための組立工数を短縮している。なお、同図において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

この構造の電子式電力量計においては、液晶表示装置３および銘板５の表示面を印刷配線基板１に垂直に配置すると共に、発信装置を構成するＬＥＤ６の光軸を印刷配線基板１と水平な方向に配置する必要がある。液晶表示装置３は、その多数の端子を揃えて印刷配線基板１に同時に挿入する必要があることと、銘板５を取り付けるため、液晶ホルダ４を用いて印刷配線基板１に実装している。このため、液晶ホルダ４の形状を同図に示すように変更すれば、液晶表示装置３および銘板５の表示面を印刷配線基板１に垂直に配置することは、比較的容易である。また、ＬＥＤ６は、図示するようにそのリードピンを直角に折り曲げて印刷配線基板１に実装することで、その光軸を印刷配線基板１の部品実装面と水平な方向に向けて、銘板５の開口部５ａから光を出射することができる。

また、特許文献１には、発光素子からの発光を所望の方向に導く導光部材が開示されている。このような導光部材を用いることによっても、印刷配線基板１を計器底面に垂直に配置した状態で、ＬＥＤ６から出射される光の方向を印刷配線基板１の部品実装面と水平な方向に向けることができる。

特開平１０−１４２４２６号公報

しかしながら、図２に示された構成では、ＬＥＤ６のリードピンの長さに制約があるため、ＬＥＤ６の頭部を図示するように曲げると、印刷配線基板１の部品実装面からのＬＥＤ６の光軸高さ寸法Ｈも制約を受けてしまう。このため、寸法Ｈの調整範囲に限界が生じ、電力量計の製品規格で要求される位置にＬＥＤ６の光軸を配置することができない場合があった。また、ＬＥＤ６のリードピンを曲げるときにリードピンの根元にストレスが加わり、ＬＥＤ６が損傷するリスクもある。

また、特許文献１に開示された導光部材を用いてＬＥＤ６から出射される光の方向を変えると、導光部材の存在によって印刷配線基板１の部品実装面からの発光高さが逆に高くなりすぎてしまう。このため、この構成によっても、ＬＥＤ６の発光高さ位置の調整範囲に限界が生じてしまい、同様な問題が生じる。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
印刷配線基板に実装された発光電子部品を使用電力量に応じて発光させる発信装置を備えた発信装置付き電力量計において、
印刷配線基板の部品実装面が計器底面に対して垂直に取り付けられ、
印刷配線基板には使用電力量を表示する液晶表示装置がホルダに保持されて実装され、
発光電子部品が、ホルダに形成された発光部品収容室に収容されて、リードピンが真っ直ぐな状態で部品実装面に垂直に実装され、発光光軸が部品実装面に垂直な方向に配置され、
発光電子部品から部品実装面に垂直な方向に出射される光を部品実装面に水平な方向に反射して計器前面へ向かわせる反射部材がホルダに取り付けられている
ことを特徴とする。

本構成によれば、発光電子部品から出射される光は、ホルダに取り付けられている反射部材により印刷配線基板の部品実装面に水平な方向に反射されて、計器前面へ向かわせられる。このため、計器底面に対して垂直に取り付けられた印刷配線基板に、発光電子部品をリードピンを曲げることなく実装して、発光電子部品から出力される光を計器前面へ出射させることができる。したがって、印刷配線基板を計器底面に対して垂直に取り付けることで電力量計のコストダウンを図りながら、発光電子部品の光軸高さ寸法の調整範囲を確保することができる。また、リードピンを曲げる必要がないので、発光電子部品が損傷するリスクもない。さらに、発光電子部品がホルダに形成された発光部品収容室に収容されて発光するので、外乱光の影響を排除して、発光電子部品から出力される光を計器前面へ出射させることができる。

また、本発明は、反射部材の光を反射する反射面が凹面鏡形状をしていることを特徴とする。

本構成によれば、計器前面から出射される光の計測距離が定まっている場合には、反射部材の光反射面を凹面鏡形状に成形することで、定まった計測距離に出射光の焦点位置を合わせることができる。

本発明によれば、印刷配線基板を計器底面に対して垂直に取り付けることで電力量計のコストダウンを図りながら、発光電子部品が損傷するリスクもなく、発光電子部品の光軸高さ寸法の調整範囲を確保することができる。

（ａ）は、従来の発信装置付き電子式電力量計における電流検出構造を示す側断面図、（ｂ）は、同電子式電力量計における電圧検出構造を示す側断面図である。 物理的に離れた位置にある機能を統合して接続方式を変更することによりコストダウンを図った発信装置付き電子式電力量計の側断面図である。 本発明の一実施の形態による発信装置付き電子式電力量計の側断面図である。 一実施の形態による電子式電力量計における印刷配線基板に実装される液晶ホルダ組み立てを基板裏面側から見た分解斜視図である。 （ａ）は、図４に示す液晶ホルダを計器底面側から見た発光部品収容室の部分の一部構造裏面斜視図、（ｂ）は、発光部品収容室にＬＥＤが収容された状態の側断面図である。

次に、本発明による発信装置付き電力量計を実施するための形態について説明する。

図３は、本発明の一実施の形態による発信装置付き電子式電力量計２１の側断面図である。

電子式電力量計２１は、筐体２２の内部に収容された内部構造支持体２３に各種部品が取り付けられて構成されている。使用電力量を演算する電子回路が形成された印刷配線基板２４は、内部構造支持体２３に両側端部が支持されて、部品実装面が図の下側の計器底面に垂直に配置されている。印刷配線基板２４には、電子回路によって演算された使用電力量を表示する後述する液晶表示装置２５（図４参照）が、表示面が図の上側の計器前面の窓２２ａに臨むように、液晶ホルダ２６に保持されて実装されている。液晶ホルダ２６には、電子式電力量計２１の仕様等が記載された銘板２７も保持されている。

印刷配線基板２４には発光電子部品であるＬＥＤ２８も実装されている。ＬＥＤ２８は、電子式電力量計２１が計量する使用電力量に応じて発光する発信装置を構成し、例えば、１ｋＷｓの使用電力量毎に１パルスのパルス光を出力する。ＬＥＤ２８は、その発光光軸が印刷配線基板２４の部品実装面に垂直な方向に配置されている。ＬＥＤ２８から印刷配線基板２４の部品実装面に垂直な方向に出力されるパルス光は、液晶ホルダ２６に装着された赤外線反射部材２９により、印刷配線基板２４の部品実装面に水平な方向に反射させられる。赤外線反射部材２９で反射したパルス光は計器前面へ向かい、液晶ホルダ２６に形成された開口部２６ａおよび銘板２７に形成された穴２７ａ、並びに窓２２ａを通過して、計器外部へ出射される。このようにして出射されるパルス光は、計器誤差の測定用パルスなどとして用いられる。

内部構造支持体２３の下方には、供給電力を遮断・投入する開閉器３０が設けられている。開閉器３０には負荷電流が流れる電流線３１が引き込まれており、電流線３１を流れる負荷電流は磁気コア３２によってその大きさに応じた磁気に変換される。印刷配線基板２４の下端には、この磁気を検出する磁気センサ３３が実装されている。磁気センサ３３によって検出される磁気は、印刷配線基板２４に形成される電子回路によって電流線３１を流れる電流に比例した値に変換され、電子式電力量計２１の電源端子から印刷配線基板２４に入力される電圧に比例した値に乗算されることで、使用電力量が演算される。演算された使用電力量は液晶表示装置２５に表示される。

図４は、印刷配線基板２４に実装される液晶ホルダ組み立てを基板裏面側から見た分解斜視図である。

液晶表示装置２５は多数の端子２５ａを有しており、これら端子２５ａは、液晶ホルダ２６に直線状に並んで形成された各貫通穴２６ｅに挿入されることで、平行に揃えられる。各貫通穴２６ｅは、端子２５ａが挿入される側の開口端が広く、端子２５ａが突出する液晶ホルダ２６の底面側が狭くなっており、端子２５ａの挿入端をガイドするテーパー面が内部に形成されている。また、液晶ホルダ２６には、ＬＥＤ２８を収容する発光部品収容室２６ｂが形成されている。

図５（ａ）は、この発光部品収容室２６ｂの部分を計器底面側から見た一部構造裏面斜視図、同図（ｂ）は、発光部品収容室２６ｂにＬＥＤ２８が収容された状態の側断面図である。

発光部品収容室２６ｂには、板状をした赤外線反射部材２９の一辺が係止される一対の固定ツメ２６ｃ，２６ｃ、および赤外線反射部材２９の他辺が係止される弾性ツメ２６ｄが形成されている。赤外線反射部材２９は、同図（ｂ）に示すように、その一辺が固定ツメ２６ｃ，２６ｃによって係止されながら、その他辺が矢示する方向に移動して弾性ツメ２６ｄに押し付けられ、弾性ツメ２６ｄが仰け反って他辺を噛むことで、液晶ホルダ２６の所定位置に装着される。この装着位置は、ＬＥＤ２８から出力されるパルス光が照射される位置になっている。本実施の形態におけるパルス光は赤外線であり、赤外線反射部材２９は、所定の波長、本実施の形態では赤外線の波長の光を効率よく反射するアルミ板、またはメッキが施されたプラスチック板から形成される。発光部品収容室２６ｂには、赤外線反射部材２９で９０度の角度に反射されるパルス光を通過させる開口部２６ａが形成されている。

また、発光部品収容室２６ｂには、ＬＥＤ２８の各リードピン２８ａ，２８ａが挿入される一対の貫通穴２６ｆ，２６ｆが形成されている。各貫通穴２６ｆは、液晶表示装置２５の端子２５ａが挿入される上記の貫通穴２６ｅと同様、リードピン２８ａが挿入される側の開口端が広く、リードピン２８ａが突出する液晶ホルダ２６の底面側が狭くなっており、リードピン２８ａの挿入端をガイドするテーパー面が内部に形成されている。

また、液晶ホルダ２６の底面には、図４に示すように、位置決めピン２６ｇが２箇所に、弾性を有する取付ツメ２６ｈが３箇所に形成されている。印刷配線基板２４には、位置決めピン２６ｇが挿入される丸穴２４ａが２箇所に、取付ツメ２６ｈが係合する角穴２４ｂが３箇所に形成されている。各位置決めピン２６ｇが各丸穴２４ａに挿入され、各取付ツメ２６ｈが各角穴２４ｂに押し込まれて各角穴２４ｂに係合することで、液晶ホルダ２６は印刷配線基板２４の所定位置に取り付けられる。

液晶ホルダ２６の各貫通穴２６ｅに対向する印刷配線基板２４の部品実装面には複数のスルーホール２４ｃ、液晶ホルダ２６の各貫通穴２６ｆに対向する印刷配線基板２４の部品実装面には一対のスルーホール２４ｄが形成されている。各貫通穴２６ｅおよび２６ｆの形成位置は各スルーホール２４ｃおよび２４ｄの形成位置と一致しているので、印刷配線基板２４に取り付けられた液晶ホルダ２６に液晶表示装置２５を差し込むと、液晶表示装置２５の各端子２５ａは各貫通穴２６ｅおよび各スルーホール２４ｃを貫通し、印刷配線基板２４の裏面から突出する。また、印刷配線基板２４に取り付けられた液晶ホルダ２６にＬＥＤ２８を差し込むと、ＬＥＤ２８の各リードピン２８ａは各貫通穴２６ｆおよび各スルーホール２４ｄを貫通し、印刷配線基板２４の裏面から突出する。

液晶表示装置２５の各端子２５ａおよびＬＥＤ２８の各リードピン２８ａの印刷配線基板２４への半田付けは、この状態の印刷配線基板２４がフロー半田付け工程に移されることで、行われる。したがって、ＬＥＤ２８は、そのリードピン２８ａが真っ直ぐな状態で印刷配線基板２４に垂直に実装され、その発光光軸が印刷配線基板２４の部品実装面に垂直な方向に配置される。半田付けによって液晶表示装置２５およびＬＥＤ２８が印刷配線基板２４に固定されると、赤外線反射部材２９が上記のようにして発光部品収容室２６ｂに装着される。また、銘板２７の両側端が液晶ホルダ２６のスリット２６ｉに挿入されることで、銘板２７が液晶ホルダ２６に取り付けられる。液晶表示装置２５に表示される使用電力量は、銘板２７に形成された長方形穴２７ｂおよび筐体２２の窓２２ａを介して視認される。液晶ホルダ２６は、上記のように、液晶表示装置２５、ＬＥＤ２８、赤外線反射部材２９および銘板２７の位置決めと保持の機能を有する。

このような本実施形態の発信装置付き電子式電力量計２１によれば、リードピン２８ａが真っ直ぐな状態で印刷配線基板２４に実装されたＬＥＤ２８から出射されるパルス光は、液晶ホルダ２６に取り付けられている赤外線反射部材２９により印刷配線基板２４の部品実装面に水平な方向に反射されて、計器前面へ向かわせられる。このため、計器底面に対して垂直に取り付けられた印刷配線基板２４にＬＥＤ２８をリードピン２８ａを曲げることなく実装して、ＬＥＤ２８から出力されるパルス光を計器前面へ出射させることができる。したがって、印刷配線基板２４を計器底面に対して垂直に取り付けることで、従来のリード線１１，１４およびコネクタ１２，１５（図１参照）の部品を削減して、電子式電力量計２１のコストダウンを図りながら、ＬＥＤ２８の光軸高さ寸法の調整範囲を確保することができる。また、リードピン２８ａを曲げる必要がないので、ＬＥＤ２８が損傷するリスクもない。さらに、ＬＥＤ２８が液晶ホルダ２６に形成された発光部品収容室２６ｂに収容され、赤外線反射部材２９で塞がれて発光するので、日光等の外乱光の影響を排除して、ＬＥＤ２８から出力される光を計器前面へ出射させることができる。

なお、上記の実施形態では、赤外線反射部材２９を平板状部品から形成し、パルス光を反射する反射面が平面である場合について、説明した。しかし、赤外線反射部材２９の形状は平板状に限定されることはなく、例えば、プレス加工によって光を反射する反射面を凹面鏡形状に成形して、構成することもできる。本構成によれば、計器前面から出射されるパルス光の計測距離が定まっている場合に、計器前面から出射されるＬＥＤ２８の出力光の焦点位置を、定まった計測距離に合わせることができる。

上記の実施形態では、本発明を単相３線式構造の電子式電力量計に適用した場合について説明したが、単相２線式等の他の相線方式の構造をした電子式電力量計についても、同様に適用することができる。また、印刷配線基板の部品実装面に水平な方向に発光電子部品の光軸を配置する必要がある他の機器にも、同様に適用することができる。そして、これらの各構成においても、上記の実施形態と同様な作用効果が得られる。

２１…電子式電力量計
２４…印刷配線基板
２５…液晶表示装置
２６…液晶ホルダ
２６ｂ…発光部品収容室
２７…銘板
２８…ＬＥＤ（発光電子部品）
２８ａ…リードピン
２９…赤外線反射部材

Claims (2)

1. 印刷配線基板に実装された発光電子部品を使用電力量に応じて発光させる発信装置を備えた発信装置付き電力量計において、
   前記印刷配線基板は部品実装面が計器底面に対して垂直に取り付けられ、
   前記印刷配線基板には使用電力量を表示する液晶表示装置がホルダに保持されて実装され、
   前記発光電子部品は、前記ホルダに形成された発光部品収容室に収容されて、リードピンが真っ直ぐな状態で前記部品実装面に垂直に実装され、発光光軸が前記部品実装面に垂直な方向に配置され、
   前記発光電子部品から前記部品実装面に垂直な方向に出射される光を前記部品実装面に水平な方向に反射して計器前面へ向かわせる反射部材が前記ホルダに取り付けられている
   ことを特徴とする発信装置付き電力量計。
2. 前記反射部材は光を反射する反射面が凹面鏡形状をしていることを特徴とする請求項１に記載の発信装置付き電力量計。

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