WO2016017399A1

WO2016017399A1 - 計器装置

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Publication number: WO2016017399A1
Application number: PCT/JP2015/069843
Authority: WO
Inventors: 克洋佐々木; 遠山　耕治
Original assignee: 日本精機株式会社
Priority date: 2014-07-31
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2016-02-04
Also published as: JP2016033942A

Abstract

　回路基板に挿入するのに大きな力を必要とせず、電気的接続の信頼性を確保した指針駆動装置を備えた計器装置を提供する。　回路基板２と、回路基板２に取り付けられかつ電気的に接続する指針駆動装置５を備えた計器装置Ｍにおいて、指針駆動装置５は、回路基板２に電気的に接続する端子５ｂとを備え、回路基板２は、電極２８が内壁側に設けられ端子５ｂと電気的に接続される貫通孔２ｂを備え、端子５ｂと結合する突起物３ａを備え、端子５ｂは突起物３ａが挿入され押し広げられることによって回路基板２の貫通孔２ｂの内壁と接触する接触部５１を備えたものである。

Description

計器装置

　本発明は、指針を回転駆動する指針駆動装置を備えた計器装置に関し、特に、指針駆動装置を回路基板に半田を使用せずに電気的に接続する計器装置に関する。

　従来は、半田付けを必要としない圧入と呼ばれる接続があった。この方法では、回路基板の貫通孔の中でコネクタを機械的に変形させることによって電気的接続が可能であった（特に、特許文献１参照）。

特表２００８－５４１４４３号公報（特に、図２参照）

　従来では、前記回路基板に挿入するのに大きな力を必要とするために、前記回路基板が損傷する可能性があり、前記コネクタと前記回路基板の貫通孔とは、十分な機械的支持を保証するために、正確な製作許容誤差を有しなければならなかった。

　また、前記回路基板に挿入するのに大きな力を必要とするので、挿入のための専用設備が高価なものとなってしまうという問題点があった。

　また、前記回路基板に挿入するのに大きな力を必要とすることによって、指針駆動装置が、挿入する力に耐えるために、前記コネクタを保持する前記指針駆動装置の剛性を確保するために前記指針駆動装置自体が大きくなってしまうという問題点があった。

　そこで、本発明は、回路基板に挿入するのに大きな力を必要とせず、電気的接続の信頼性を確保した指針駆動装置を備えた計器装置を提供することを目的とする。

　本発明は、前記課題を解決するために、回路基板と、前記回路基板に取り付けられかつ電気的に接続する指針駆動装置とを備えた計器装置において、前記指針駆動装置は、前記回路基板に電気的に接続する端子を備え、前記回路基板は、電極が内壁側に設けられ前記端子と電気的に接続される貫通孔を備え、前記端子と結合する突起物を備え、前記端子は前記突起物が挿入され押し広げられることによって前記回路基板の前記貫通孔の内壁と接触する接触部を備えたものである。

　以上の構成によって、本発明は、所期の目的を達成することができ、回路基板に挿入するのに大きな力を必要とせずに電気的接続の信頼性を確保した指針駆動装置を備えた計器装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の計器装置の正面図。図１中ＩＩ－ＩＩ線の断面図。同実施形態の指針駆動装置の上面図。同実施形態の指針駆動装置の側面図。同実施形態の端子の側面図。図５中ＶＩ－ＶＩ線の断面図。同実施形態の指針駆動装置と回路基板に端子を組み付けた断面図。同実施形態の指針駆動装置に端子を固定する工程を示す図。本発明の第２実施形態の計器装置の断面図。本発明の第３実施形態の計器装置の断面図。

　以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

　本発明の実施形態の計器装置Ｍは、例えば、エンジン回転数を指示するエンジン回転計Ｍ１、燃料残量を指示する燃料残量計Ｍ２、冷却水の温度を指示する水温計Ｍ３などで構成される。また、車両の車両速度を指示する速度計Ｍ４は、液晶表示装置である。

　次に、エンジン回転計Ｍ１に基づいて、計器装置Ｍの構造を説明する。

　エンジン回転計Ｍ１は、回路基板２と、回路基板２の前面側（指針６を設けた側）に配置される固定部材である中ケース３と、回路基板２を収納する下ケース４と、回路基板２に取り付けられ回路基板２と電気的に接続する端子５ｂを備えた指針駆動装置５と、指針駆動装置５によって回転する指針６と、指針６が指示する目盛などの指標部を備えた文字板７と、指針６を照明する光源８と、光源８の光を指針６に導く導光体９とを備えている。なお、通常であれば、計器装置Ｍは、指針６や文字板７の前面を覆う透明カバーを備えているが、本実施形態では、その説明を省略している。

　回路基板２は、ガラスエポキシ基板などの硬質の絶縁基材の表面に図示しない配線パターンを設けたものである。また、回路基板２には、貫通孔２ｂが設けられている。この貫通孔２ｂは、図７に示すように、前記配線パターンと電気的につながっている電極２８が、内壁側にも達するように設けられたものである。この貫通孔２ｂの電極２８は、端子５ｂと電気的に接続するものである。また、回路基板２には、後述する中ケース３の位置決めピン３ｂが貫通する位置決め孔２ｃと、下ケース４の位置決めピン４ｂが貫通する第２の位置決め孔２ｄが設けられている。

　中ケース３は、白色で遮光性の合成樹脂からなり、本実施形態では、回路基板２と文字板７との間に位置している。中ケース３は、端子５ｂと結合する突起物３ａと、中ケース３と回路基板２との位置を決める第２の突起物である位置決めピン３ｂと、下ケース４の位置決めピン４ｂが挿入される位置決め孔３ｃを有するボス３ｄを備えている。位置決めピン３ｂの長さは、突起物３ａの長さより長く、位置決めピン３ｂは、突起物３ａが、端子５ｂの接触部５１に挿入されるより前に、回路基板２に設けた位置決め孔２ｃに挿入され、中ケース３と回路基板２との位置を決め、中ケース３と回路基板２との位置が決められた状態で、中ケース３の突起物３ａが、端子５ｂの接触部５１に挿入される。

　下ケース４は、白色で遮光性の合成樹脂からなり、回路基板２の背面側を覆い、収納するものである。下ケース４は、回路基板２の背面に当接する当接部４ａを２つ備えており、また、中ケース３のボス３ｄに設けた位置決め孔３ｃに挿入する位置決めピン４ｂを備えている。下ケース４の位置決めピン４ｂを回路基板２の第２の位置決め孔２ｄを貫通し、中ケース３の位置決め孔３ｃに挿入することによって、回路基板２、中ケース３及び下ケース４の位置を定めることができる。

　指針駆動装置５は、指針６を回転させるもので、可動磁石式計器やステッピングモータなどであり、指針駆動装置５に設けたコイル１２への通電によって回転するマグネットロータ１３を内蔵している。

　また、指針駆動装置５は、このマグネットロータ１３を支持する支軸１４と、マグネットロータ１３に設けた分岐伝達ギヤ部１５と噛合する従動伝達ギヤ部１６と、従動伝達ギヤ部１６の回転に応じて先端に装着された指針６を回転させる指針軸１７と、支軸１４と指針軸１７を並設状態に軸支するとともに、マグネットロータ１３、分岐伝達ギヤ部１５、従動伝達ギヤ部１６を収納するハウジング１８と、ハウジング１８の外側で巻かれる一対のコイル１２と、ハウジング１８に固定されるとともにコイル１２と電気的に接続された端子５ｂと、ハウジング１８の所定領域を覆う椀状のシールドケース２０と、を備えている。

　マグネットロータ１３は、隣り合う磁極（４極の磁極）が、互いに異極となるように着磁された円盤状のプラスチックマグネットである。また、マグネットロータ１３には、その上面側に、分岐伝達ギヤ部１５が一体に形成されるとともに、マグネットロータ１３の軸芯部分には支軸１４が、回転可能に挿入されている。その支軸１４を介して、マグネットロータ１３が、回転可能に設けられている。

　従動伝達ギヤ部１６は、合成樹脂からなり、指針軸１７に固定されている。従動伝達ギヤ部１６は、分岐伝達ギヤ部１５と噛合する歯車であり、分岐伝達ギヤ部１５よりも径大に形成され、外周に分岐伝達ギヤ部１５よりも多くの連続歯が設けられている。従動伝達ギヤ部１６は、分岐伝達ギヤ部１５から伝達されたマグネットロータ１３の回転を指針軸１７へ伝えるものである。

　ハウジング１８は、合成樹脂からなり、上下に分割形成されている。ハウジング１８内部の空間には、マグネットロータ１３、分岐伝達ギヤ部１５、従動伝達ギヤ部１６が収納されている。ハウジング１８には、支軸１４が固定されており、指針軸１７が回転可能に軸支されている。また、指針軸１７を軸支する部分は、指針６側に突出した直径の異なる円筒体からなる軸受部２７である。この軸受部２７は、回路基板２に指針駆動装置５の位置を定める位置決め部材でもある。

　ハウジング１８には、マグネットロータ１３のラジアル方向外周に、コイル１２が巻かれている巻枠部２２が形成されている。

　また、ハウジング１８には、巻枠部２２よりマグネットロータ１３のラジアル方向外周に、端子５ｂを保持する保持部２３が形成されている。

　ハウジング１８には、回路基板２に設けた図示しない孔に係止し、位置が決まる位置決め固定部である係止爪２４を備えた弾性片２５が、設けられている。なお、２６は、回路基板２に指針駆動装置５を固定する位置を定める位置決めピンである。

　コイル１２は、銅などの導電性を有する金属線からなり、合成樹脂からなるハウジング１８の巻枠部２２に巻き付けられている。コイル１２は、２つ設けられており、それぞれハウジング１８に設けた端子５ｂを介して、図示しない制御手段に接続されている。そして、２つのコイル１２には、前記制御手段から出力される駆動波形が、それぞれ入力されることによって、マグネットロータ１３に回転磁界が発生し、マグネットロータ１３に回転力を与えるものである。

　端子５ｂは、四角柱形状であり、金属、例えば、リン青銅からなり、その表面に、亜鉛メッキが施されている。端子５ｂは、接触部５１と取付部５２とを備えている。

　接触部５１は、二つの接触片５３によって構成されている。二つの接触片５３は、その先端部分が、互いに反対方向を向くとともに、中ケース３の突起物３ａが、接触片５３の間に挿入されやすくなるように、傾斜部５４を備えている。また、接触片５３の中間から根本付近にかけて、端子５ｂの長手方向に対して垂直方向に突出する様に湾曲している。この湾曲した部分が、回路基板２の貫通孔２ｂの内壁と接触する。接触部５１は、弾性を有するので、接触部５１を貫通孔２ｂに挿入する場合は、容易に挿入することができる。そして、二つの接触片５３の間に、突起物３ａが挿入されることによって、接触片５３が押し広げられて、回路基板２の貫通孔２ｂの内壁と接触する。また、突起物３ａが挿入されることによって、接触片５３の内側への変形が抑えられ、接触片５３に形成した湾曲部分の弾性によって、回路基板２の貫通孔２ｂの内壁に接触し固定されるため、端子５ｂと回路基板２とを半田付けすることなく電気的に接続することができ、製造の工程数を削減することができる。

　取付部５２は、ハウジング１８の保持部２３に保持される部分である。取付部５２は、端子５ｂの長手方向に対して垂直方向に突出した取付突出部５５を備えている。

　取付突出部５５の端子５ｂの長手方向に対して垂直方向の断面形状は、図６に示すように、＋字形状である。この取付突出部５５は、プレス加工によって形成されるものである。

　取付部５２は、ハウジング１８の保持部２３に設けた固定用貫通孔１９に挿入される。この固定用貫通孔１９の形状は、端子５ｂの長手方向に対して垂直方向の断面形状は、矩形形状である。固定用貫通孔１９の内径は、接触部５１の端子５ｂの長手方向に対して垂直方向の外形より大きい。この構成によって、端子５ｂが、接触部５１から固定用貫通孔１９を貫通する場合に、接触部５１が貫通可能で、取付突出部５５が固定用貫通孔１９内に接触し、圧入状態となり、取付突出部５５が固定用貫通孔１９内に保持される。

　端子５ｂは、コイル１２と回路基板２とに電気的に接続されている。コイル１２は、端子５ｂの接触部５１を設けた側とは反対側に巻き付けられた後、半田によって端子５ｂに固定されている。端子５ｂの接触部５１が、電極２８に接触することによって、コイル１２が回路基板２と電気的に接続されている。

　シールドケース２０は、パーマロイなどの磁性材料からなり、ハウジング１８の所定領域を覆うカップ形状である。

　次に、端子５ｂを指針駆動装置５に固定する工程を図８を用いて説明する。始めに、図８（ａ）で示すように、端子５ｂが、接触部５１側から固定用貫通孔１９に挿入され、図８（ｂ）で示すように、取付部５２の一部が、固定用貫通孔１９に圧入された状態とする。

　この状態で、ハウジング１８に巻き付けられたコイル１２の端部を端子５ｂに巻き付けて、半田付けし、コイル１２を端子５ｂに固定する。

　コイル１２を固定した端子５ｂを、さらに、端子５ｂを所定の位置まで挿入する（図８（ｃ）参照）。このように、コイル１２を端子５ｂに固定後、さらに端子５ｂを挿入することで、コイル１２がたわみ、コイル１２の損傷を防止することができる。

　指針６は、光源８によって照明される指示部６ａと、指針６の回転中心を覆う指針キャップ６ｂによって構成されている。指針６は、指針軸１７に連結されており、指針駆動装置５によって回転する。

　文字板７は、透明な合成樹脂からなる板状体に遮光性と透光性のインクの印刷によって、指針６が指示する目盛などの指標部を備えたものである。文字板７は、中ケース３に固定されている。

　光源８は、発光ダイオードなどであり、本実施形態では、表面実装型の発光ダイオードを用いている。本実施形態では、指針６を照明するものである。図示していないが、指針６以外に、文字板７の前記指標部などを照明する光源を設けてもよい。

　導光体９は、透光性、好ましくは、透明な合成樹脂からなり、光源８の光を指針６に導くものである。導光体９は、図示していない適宜手段によって、回路基板２や中ケース３に固定されている。

　以上のように構成された指針駆動装置５は、各コイル１２を励磁することにより、各々磁界ベクトルが働き、これら各磁界ベクトルの強さに応じてマグネットロータ１３が回転し、その回転が、分岐伝達ギヤ部１５、従動伝達ギヤ部１６を通じて指針軸１７に伝達され、指針軸１７に固定された前記指針が角度運動するものである。

　計器装置Ｍの組み付け順は、回路基板２に指針駆動装置５を組み付ける。その後、中ケース３を回路基板２に組み付ける。このとき、位置決めピン３ｂは、突起物３ａが、端子５ｂの接触部５１に挿入されるより前に、回路基板２に設けた位置決め孔２ｃに挿入され、中ケース３と回路基板２との位置を決め、中ケース３と回路基板２との位置が決められた状態で、中ケース３の突起物３ａが、端子５ｂの接触部５１に結合し、端子５ｂの接触部５１が回路基板２の貫通孔２ｂの内壁と接触する。次に、下ケース４を組み付けることによって、組み付けが完了する。

　以上の構成によって、本実施形態では、回路基板２に挿入するのに大きな力を必要とせずに回路基板２への取り付けを容易にするとともに、電気的接続の信頼性を確保した計器装置Ｍを提供することができる。

　次に、図９を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同一及び相当箇所には同一符号を付してあります。

　第１実施形態では、突起物３ａを中ケース３に設けていたが、本実施形態では、中ケース３とは、別体の分割ケース３ｅに突起物３ａを設けたものである。このように構成したことによって、分割ケース３ｅが中ケース３に比べて小型で、樹脂からなる中ケース３の歪みや変形の影響を受けにくくなり、端子５ｂの接触部５１と突起物３ａの位置合わせへの影響が軽微で、容易に位置を合わせることができる。

　次に、図１０を用いて、本発明の第３実施形態を説明する。なお、第１、第２実施形態と同一及び相当箇所には同一符号を付してあります。

　前記各実施形態では、指針駆動装置５を回路基板２の背面側から取り付けていたが、本実施形態では、指針駆動装置５を回路基板２の前面側から取り付けたものである。

　第１実施形態と同様に、第３実施形態も、エンジン回転計Ｍ１に基づいて、計器装置Ｍの構造を説明する。

　エンジン回転計Ｍ１は、回路基板３２と、回路基板３２の前面側（指針６を設けた側）に配置される固定部材である中ケース３３と、回路基板３２を収納する下ケース３４と、回路基板３２に取り付けられ回路基板３２と電気的に接続する端子５ｂを備えた指針駆動装置３５と、指針駆動装置３５によって回転する指針６と、指針６が指示する目盛などの指標部を備えた文字板７とを備えている。

　回路基板３２には、貫通孔３２ｂが設けられている。この貫通孔３２ｂの図示しない電極は、端子５ｂと電気的に接続するものである。また、回路基板３２には、第２の突起物である下ケース３４の位置決めピン３４ｂが貫通する位置決め孔３２ｃと、中ケース３３の位置決めピン３３ｂが貫通する第２の位置決め孔３２ｄとが設けられている。

　中ケース３３は、白色で遮光性の合成樹脂からなり、回路基板３２と文字板７との間に位置している。中ケース３３は、回路基板３２、中ケース３３及び下ケース３４の位置を決める位置決めピン３３ｂを備えている。中ケース３３の位置決めピン３３ｂを回路基板３２の第２の位置決め孔３２ｄを貫通し、後述する下ケース３４の位置決め孔３４ｃに挿入することによって、回路基板３２、中ケース３３及び下ケース３４の位置を定めて組み付けることができる。

　下ケース３４は、白色で遮光性の合成樹脂からなり、回路基板３２の背面側を覆い、収納するものである。下ケース３４は、端子５ｂと結合する突起物３４ａと、下ケース３４と回路基板３２との位置を決める第２の突起物である位置決めピン３４ｂと、中ケース３３の位置決めピン３３ｂが挿入される位置決め孔３４ｃを有するボス３４ｄを備えている。また、下ケース３４は、回路基板３２の背面に当接する当接部３４ｅを備えている。位置決めピン３４ｂの長さは、突起物３４ａの長さより長く、位置決めピン３４ｂは、突起物３４ａが、端子５ｂの接触部５１に挿入されるより前に、回路基板３２に設けた位置決め孔３２ｃに挿入され、下ケース３４と回路基板３２との位置を決め、位置が決められた下ケース３４と回路基板３２によって、下ケース３４の突起物３４ａが、端子５ｂの接触部５１に挿入される。

　指針駆動装置３５は、指針６を回転させるもので、可動磁石式計器やステッピングモータなどである。

　指針駆動装置３５のハウジング３８は、合成樹脂からなり、ハウジング３８には、回路基板３２に設けた図示しない孔に係止し、位置が決まる位置決め固定部である係止爪４４を備えた弾性片４５が、設けられている。

　本実施形態の計器装置Ｍの組み付け順は、回路基板３２に指針駆動装置３５を組み付ける。その後、中ケース３３を回路基板２に組み付ける。次に、下ケース３４を回路基板３２に組み付ける。このとき、下ケース３４の突起物３４ａが、端子５ｂの接触部５１に結合し、端子５ｂの接触部５１が回路基板３２の貫通孔３２ｂの内壁と接触する。以上によって、組み付けが完了する。

　以上の構成によって、本実施形態では、回路基板３２に挿入するのに大きな力を必要とせずに回路基板３２への取り付けを容易にするとともに、電気的接続の信頼性を確保した計器装置Ｍを提供することができる。

　また、前記各実施形態では、突起物３ａ、３４ａは、中ケース３か下ケース３４に設けたものであったが、前記各実施形態に限定されるものではなく、突起物のみの専用部品であっても良い。

　本発明は、半田を使用せずに回路基板に電気的接続が可能な指針駆動装置を備えた計器本体に利用可能である。

　　Ｍ　　　　計器装置
　　Ｍ１　　　エンジン回転計
　　２、３２　回路基板
　　２ｂ、３２ｂ　貫通孔
　　３、３３　中ケース
　　３ａ、３４ａ　突起物
　　３ｂ、３４ｂ　位置決めピン（第２の突起物）
　　５、３５　指針駆動装置
　　５ｂ　　　端子
　２８　　　　電極
　５１　　　　接触部

Claims

回路基板と、前記回路基板に取り付けられかつ電気的に接続する指針駆動装置とを備えた計器装置において、前記指針駆動装置は、前記回路基板に電気的に接続する端子を備え、前記回路基板は、電極が内壁側に設けられ前記端子と電気的に接続される貫通孔を備え、前記端子と結合する突起物を備え、前記端子は前記突起物が挿入され押し広げられることによって前記回路基板の前記貫通孔の内壁と接触する接触部を備えたことを特徴とする計器装置。
前記突起物を備えた固定部材を設け、前記突起物が前記端子の前記接触部に挿入する前に、前記回路基板と前記指針駆動装置を位置決めする第２の突起物を前記固定部材に設けたことを特徴とする請求項１に記載の計器装置。