JP4583889B2 - 計器装置 - Google Patents

Description

本発明は、様々な物理量の計測値、機器の状態を示す計測値、等を指示する計器装置に関する。

従来から、様々な物理量の計測値、機器の状態を示す計測値、等を指示する計器装置として、電気作動型の計器装置が用いられている。

例えば、自動車等の車両には、車両速度を指示する車両速度メータ、エンジン回転数を指示するエンジン回転数メータ、燃料残量を指示する燃料残量メータ、冷却水の温度を指示する水温メータ、等の種々のメータ（計器）が装備されており、これらの各種メータ機能を取り込んだ、所謂コンビネーションメータ型の車両用計器装置が用いられている。

このような車両用計器装置は、計測値に応じた指標（例えば、目盛や数字など）を指示する指針及び当該指針を駆動するステッピングモータを各メータ機能毎に設け、これらの複数のステッピングモータを駆動するドライバＩＣと、Ｉ／Ｆ（インターフェース）回路からシリアルデータ形式で入力された各種計測値を処理して制御信号をドライバＩＣに出力するマイクロコンピュータと、を１枚の電気回路基板に実装して構成されている。

上述の車両用計器装置は、複数のステッピングモータ、ドライバＩＣ、マイクロコンピュータ等の電気・電子部品を１枚の電気回路基板に実装しているために、例えば車種の違いなどに起因してメータ毎に意匠が変わった場合に電気回路の配線も変わり、コンビネーションメータのＥＭＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ：電磁両立性 電磁波を受けた際の影響、並びに電磁波の放出の度合い）評価も個々に特性が変わるため、一点一様の評価が必要となる。そこで、ＥＭＣ評価の工数削減と標準化を図った車両用計器装置が知られている（例えば特許文献１参照。）。

特許文献１に記載された車両用計器装置１００は、図６に示されるように、ステッピングモータ１０２〜１０５毎にドライバＩＣ１０６〜１０９を設け、電気回路基板１０１に実装すると共に、マイクロコンピュータ１１２を含むコントロールモジュール１１１を別体の電気回路基板１１０に実装し、赤外線通信を利用してコントロールモジュール１１１から各ドライバＩＣ１０６〜１０９に制御信号を送信するようにしている。これにより、電気回路基板１０１の回路パターン配索を削減し、コントロールモジュール１１１を標準化して、ＥＭＣ評価の工数削減と標準化を図っている。
特開２００１−３５６０３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車両用計器装置１００においては、各ステッピングモータ１０２〜１０５及びドライバＩＣ１０６〜１０９を個々に電気回路基板１０１に組み付ける必要があり、その組み付けが煩雑になり易く、また、１枚の電気回路基板１０１上にテッピングモータ１０２〜１０５及びドライバＩＣ１０６〜１０９を実装するため、回路パターン及び実装スペースに制約を生じる虞があった。これに対し、各ステッピングモータ１０２〜１０５に別体の専用基板をそれぞれ設け、当該専用基板にドライバＩＣ１０６〜１０９を搭載して回路パターン及び実装スペースの制約を回避することも考えられるが、この場合、新たな基板を設けることによる部品点数の増加によって、管理が煩雑となり、また、コスト高となる虞があった。

本発明は、安価で、電気回路基板への組み付け性が良く、且つＥＭＣ特性等の信頼性に優れる計器装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る計器装置は、計測値に応じた指標を指示するための指示手段、当該指示手段を駆動する電気式ムーブメント、当該電気式ムーブメントを収容するハウジングを有する計器ユニットと、前記計器ユニットが実装された電気回路基板と、を備える計器装置であって、
前記計器ユニットのハウジングの外表面に、前記電気回路基板に形成された回路と電気的に接続されるための接続部を含み当該接続部において前記電気回路基板の回路と電気的に接続された配線パターンが形成されており、且つ、前記計測値に基づいて前記電気式ムーブメントを駆動する駆動用電子部品が実装されていることを特徴としている。

上記のように構成された計器装置においては、電気式ムーブメントを収容するハウジングの外表面に、前記電気回路基板に形成された回路と電気的に接続されるための接続部を含む配線パターンを形成し、且つ、前記計測値に基づいて前記電気式ムーブメントを駆動する駆動用電子部品を実装する（即ち、配線パターンに電気的に接続して取り付ける）ようにしたので、計器ユニット及び駆動用電子部品を一度に電気回路基板へ実装することができ、組み付け性に優れる。そして、駆動用電子部品のための別体の専用基板を設ける必要がなく、従って部品点数が増加することもないので、管理が容易となり、また、コストを下げることができる。さらに、ハウジングの外表面に駆動用電気部品を搭載し且つ配線パターンの形成を行う分、電気回路基板上の回路パターン及び実装スペースの制約を緩和することができる。さらに、駆動用電子部品及び配線パターンを含めて計器ユニットのＥＭＣ特性等を標準化することができ、信頼性に優れる。

また、本発明に係る計器装置は、前記計器ユニットのハウジングの外表面に、前記駆動用電子部品を位置決めするための位置決め手段が設けられていることを特徴としている。

上記のように構成された計器装置においては、ハウジングの外表面に駆動用電気部品の位置決め手段を設けているので、駆動用電気部品のハウジングの外表面への実装において、作業性及び配線パターンとの電気的接続の信頼性を向上させることができる。

また、本発明に係る計器装置は、前記計器ユニットのハウジングが、前記配線パターンの接続部の近傍に設けられて前記電気回路基板に係合する係止爪を有していることを特徴としている。

上記のように構成された計器装置においては、接続端子や半田付けなどによる配線パターンと電気回路基板との電気的接続の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、安価で、電気回路基板への組み付け性が良く、且つＥＭＣ特性等の信頼性に優れる計器装置を提供することができる。

以下、本発明に係る好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る一実施形態の計器装置に用いられる計器ユニットの斜視図、図２は図１の計器ユニットの分解斜視図、図３は図１の点線円IIIで囲まれた部分の拡大図であり、駆動用電子部品及び当該駆動用電子部品を搭載されるハウジングの要部拡大図、図４は図３の駆動用電子部品及び当該駆動用電子部品を搭載されるハウジングの断面図、図５は計器ユニット及び当該計器ユニットを実装された電気回路基板の要部断面図である。尚、本実施形態においては、計器ユニットとして、車両の速度メータ、エンジン回転数メータ、燃料残量メータ、水温メータ、等の、指針により指標となる目盛や数字などを指示するメータを例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明に係る一実施形態の計器装置１は、メータ（計器ユニット）２、メータ２を実装される電気回路基板３を備える。メータ２は、図１及び図２に示されるように、車両速度、エンジン回転数、燃料残量、冷却水の温度、等の計測値に応じた指標を指示するための指針９、指針９を前記計測値に応じて駆動するステッピングモータ（電気式ムーブメント）４、及びステッピングモータ４を収容するケース（ハウジング）５を有する。

ケース５は、例えば合成樹脂を射出成形して形成されており、絶縁性の上側ケース１０及び下側ケース１１から構成されており、上側ケース１０の外周面に設けられた係止フレーム１２に、下側ケース１１の外周面に設けられた係止爪１３が係合して、上側ケース１０と下側ケース１１とは互いに組み付けられている。そして、ケース５は、下側ケース１１を電気回路基板３の上面に当接させ、且つ、上側ケース１０に設けられた一組の本体固定用爪１４を、電気回路基板３の貫通孔（不図示）を通して、電気回路基板３の下面に係合させて、電気回路基板３に組み付けられている。

ケース５の内部の所定位置には、ステッピングモータ４を構成しているマグネットアッシー４０、コイル４１ａ，４１ｂ、ステータ４２、ギア４３，４４，４５、及び、指針軸４６が配置されている。

永久磁石からなるマグネットアッシー４０は、回転軸４７に取り付けられてケース５に回転可能に保持されており、同一回転軸上に回転ギア４３を設けられている。ステータ４２は、マグネットアッシー４０の外周を囲繞するように配置され、コイル４１ａ，４１ｂを取り付けられて電磁石を構成しており、コイル４１ａ，４１ｂに流れる電流の方向が切り替わることによりその極性が変化し、極性の変化に伴ってマグネットアッシー４０が回転する。指針軸４６は、一方の端部（基端部）４６ａを上側ケース１０に設けられた回転軸支持部１５に回転可能に支持され、他方の端部（先端部）４６ｂを、下側ケース１１に設けられた貫通孔１６に挿通させて、ケース５の外部に突出させた状態に配置されている。そして、指針軸４６の先端部４６ｂには指針９が取り付けられ、また、指針軸４６の中間部には駆動ギア４５が取り付けられている。マグネットアッシー４０と共に回転する回転ギア４３の回転は、回転軸４８に取り付けられてケース５に回転可能に保持された中間ギア４４を介して駆動ギア４５に伝達され、指針軸４６が回転し、これにより指針軸４６の先端部４６ｂに取り付けられた指針９が駆動される。

上側ケース１０の上面１０ａ上には、配線エリアＡが設けられている。配線エリアＡの領域内には、ステッピングモータ４を駆動するムーブメント駆動用ＩＣ６（駆動用電子部品）、及びこのムーブメント駆動用ＩＣ６の動作に必要となるクロック信号を供給するための水晶振動子７（駆動用電子部品）が搭載されていると共に、配線パターンＰが形成されている。

配線エリアＡの略中央部には、ムーブメント駆動用ＩＣ６を位置決めするための位置決めリブ（位置決め手段）１７が設けられている。位置決めリブ１７は、図３及び図４に示されるように、ムーブメント駆動用ＩＣ６の底面側の外周縁部を囲繞するように、上側ケース１０から突設されて枠状に形成されており、ムーブメント駆動用ＩＣ６は、その外周面を枠状の位置決めリブ１７の内壁面に係合させて位置決めされ、この枠状の位置決めリブ１７の内側に配置されている。位置決めリブ１７の高さは、ムーブメント駆動用ＩＣ６の外周面から水平に突出するＩＣ端子６ａの高さ位置よりも低く設定されている。

尚、位置決め手段としては、位置決めリブ１７に代えて、例えば、ムーブメント駆動用ＩＣ６のエッジや外周面の一部を囲い得る複数の突起、もしくはムーブメント駆動用ＩＣ６を収容し得る凹部、等であってもよい。尚、水晶振動子７に対しても、位置決めリブ等の上記の位置決め手段が適宜設けられ得ることは言うまでもない。

配線パターンＰは、電気回路基板３に形成された回路８と電気的に接続するための複数の接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａを含み、ムーブメント駆動用ＩＣ６とステピングモータ４のコイル４１ａ，４１ｂとを電気的に接続する複数の配線２８〜３１、ムーブメント駆動用ＩＣ６と水晶振動子７とを電気的に接続する複数の配線３２，３３を含む。

ケース５の内部において所定位置に配置されたコイル４１ａ，４１ｂは、そのコイル端子４９を上側ケース１０に設けられた挿通孔にそれぞれ挿通させ、各コイル端子４９の突端を上側ケース１０の上面１０ａから突出させている。そして、ムーブメント駆動用ＩＣ６とステピングモータ４のコイル４１ａ，４１ｂとを電気的に接続する配線２８〜３１は、各コイル端子４９を挿通された前記挿通孔の周縁に形成されたランド２８ａ〜３１ａを一端に有し、ランド２８ａ〜３１ａと対応するコイル端子４９の突端とを半田付けされており、また、位置決めリブ１７の外周縁に隣接して形成されたランドを他端に有し、当該ランドとムーブメント駆動用ＩＣ６の対応するＩＣ端子６ａとを半田付けされている。

同様に、ムーブメント駆動用ＩＣ６と水晶振動子７とを電気的に接続する配線３２，３３は、一端に設けられたランドと水晶振動子７の対応する端子７ａとを半田付けされており、また、位置決めリブ１７の外周縁に隣接して形成されたランドを他端に有し、当該ランドとムーブメント駆動用ＩＣ６の対応するＩＣ端子６ａとを半田付けされている。

図１及び図５に示されるように、電気回路基板３に形成された回路８と電気的に接続するための接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａは、それぞれ接続端子５４を介して電気回路基板３の回路８と電気的に接続されており、且つ、接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａからそれぞれ延設されている配線２０〜２３、及び２４〜２７は、位置決めリブ１７の外周縁に隣接して形成されたランドを先端に有し、当該ランドとムーブメント駆動用ＩＣ６の対応するＩＣ端子６ａとを半田付けされている。

配線２４〜２７としては、例えば、給電線、グランド線、等である。また、配線２０〜２３は、例えば、電気回路基板３に実装された不図示のマイクロコンピュータにおいて処理されて送出された車両速度、エンジン回転数、燃料残量、冷却水の温度、等の各種計測値に基づく制御信号をムーブメント駆動用ＩＣ６に伝送する信号線等である。ムーブメント駆動用ＩＣ６は、配線２０〜２３を介して入力された前記制御信号に基づき、配線２８〜３１を介してコイル４１ａ，４１ｂに所定の方向の電流を流し、ステッピングモータ４を駆動し、これにより、指針９が駆動される。

上側ケース１０は接続端子５４を収容する端子保持部１８，１８を有しており、これらの端子保持部１８，１８は、ムーブメント駆動用ＩＣ６を挟んで対称となる位置に、上側ケース１０の外周面から突出して略角柱状に形成されている。各端子保持部１８の内部には接続端子５４をそれぞれ挿通される複数の端子挿通孔５０が形成されており、各端子挿通孔５０内部に突設された係止段部５１が、先端部５４ａに向けて細くなるようにテーパ状に形成されたの接続端子５４の被係止部５２に係合し、これにより、接続端子５４は、端子挿通孔５０の上側開口（端子保持部１８上面側の開口）から先端部５４ａを突出させた状態で、端子保持部１８に保持されている。

配線パターンＰの接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａは、端子保持部１８の上面に設けられており、端子保持部１８の各端子挿通孔５０の前記上側開口の周縁に形成されたランドであって、各端子挿通孔５０の前記上側開口から突出した接続端子５４の先端部５４ａとそれぞれ半田付けされている。尚、接続端子５４の先端部５４ａとは反対側の端部（基端部）５４ｂは、電気回路基板３の回路８に電気的に接続されているコネクタ端子５３に挿入されて電気的に接続されており、これにより、配線２０〜２３、及び２４〜２７は、それぞれ接続端子５４を介して電気回路基板３の回路８と電気的に接続されている。

各端子保持部１８には、電気回路基板３の貫通孔を通して電気回路基板３の下面に係合する係止爪１９が設けられている。係止爪１９は、端子保持部１８の側面から突出して下方（電気回路基板３方向）に向けて延設されており、即ち、配線パターンＰの接続部２０ａ〜２３ａ（２４ａ〜２７ａ）の近傍に設けられている。

配線パターンＰは、例えばＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）工法により形成され得る。即ち、配線エリアＡに銅の薄膜（銅箔）を形成し、レーザビームにより必要なパターンの輪郭部の薄膜を除去し、次いで、必要なパターンを電気銅メッキした後にソフトエッチングにより余分な薄膜を除去することにより、配線パターンＰが形成される。尚、配線パターンＰの形成方法は、上述したＭＩＤ工法に限定されるものではなく、例えば、銅箔を所定のパターンにホットスタンピングして形成することも可能である。

また、配線パターンＰの形成面は、上側ケース１０の上面１０ａに限定されるものではなく、上側ケース１０及び下側ケース１１の外周面に形成してもよく、例えば、配線パターンＰの配線２０〜２３、及び２４〜２７を下側ケース１１方向に延長し、接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａを下側ケース１１の外周面に設け、両者を適宜の手段により電気的に接続して、接続部２０ａ〜２３ａ、及び２４ａ〜２７ａと電気回路基板３の回路８とを直接半田付けするようにしてもよい。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

本発明の計器装置は、自動車等の車両に装備されるメータ類の他、航空機に装備される各種の計器、あるいは各種産業機械としての工作機械や検査機械等に装備される計器類等にも利用することが可能である。

本発明に係る一実施形態の計器装置に用いられる計器ユニットの斜視図である。 図１の計器ユニットの分解斜視図である。 図１の点線円IIIで囲まれた部分の拡大図であり、駆動用電子部品及び当該駆動用電子部品を搭載されるハウジングの要部拡大図である。 図３の駆動用電子部品及び当該駆動用電子部品を搭載されるハウジングの断面図である。 計器ユニット及び当該計器ユニットを実装された電気回路基板の要部断面図である。 従来の車両用計器装置の断面図である。

符号の説明

１ 計器装置
２ メータ（計器ユニット）
３ 電気回路基板
４ ステッピングモータ（電気式ムーブメント）
５ ケース（ハウジング）
６ ムーブメント駆動用ＩＣ（駆動用電子部品）
７ 水晶振動子（駆動用電子部品）
８ 回路
９ 指針（指示手段）
２０ａ〜２７ａ 接続部
Ｐ 配線パターン

Claims (3)

1. 計測値に応じた指標を指示するための指示手段、当該指示手段を駆動する電気式ムーブメント、当該電気式ムーブメントを収容するハウジングを有する計器ユニットと、
   前記計器ユニットが実装された電気回路基板と、
   を備える計器装置であって、
   前記計器ユニットのハウジングの外表面に、前記電気回路基板に形成された回路と電気的に接続するための接続部を含み当該接続部において前記電気回路基板の回路と電気的に接続された配線パターンが形成されており、且つ、前記計測値に基づいて前記電気式ムーブメントを駆動する駆動用電子部品が実装されていることを特徴とする計器装置。
2. 前記計器ユニットのハウジングの外表面に、前記駆動用電子部品を位置決めするための位置決め手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の計器装置。
3. 前記計器ユニットのハウジングが、前記配線パターンの接続部の近傍に設けられて前記電気回路基板に係合する係止爪を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の計器装置。

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