JP5190959B2 - 静電誘導検出器用の電圧センサおよびクリップ - Google Patents

Description

本発明は、検相器や検電器などの静電誘導検出器が備えるクリップに配設する、被測定導体から静電誘導させるセンサ電極の構造を簡素化して、クリップの小型化に対応することで、静電誘導検出器に容易に組み込むことができるようにした電圧センサおよびクリップに関する。

検相器や検電器などの静電誘導検出器が備えるクリップには、検出対象である被測定導体から静電誘導により電荷を検出するためのセンサ電極が配設されている。この種のクリップは、一側クリップ部と他側クリップ部とが、略Ｖ字形を呈する捩りコイルばねを介装させた支軸を介することで、被測定導体を保持するために開閉できる構造であり、一対のクリップ部において相対する保持部が常閉状態となって、被測定導体を狭持する。また、各保持部の内側には、電圧センサが各別に配設されており、被測定導体を保持させた際には、静電誘導により電荷を検出することができるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

このような静電誘導検出器のクリップにおける各電圧センサは、被測定導体側に配置されるセンサ電極片と、他の近接交流電路より発生する外乱静電誘導を遮蔽するために、センサ電極片の外側近傍にてこれに沿わせるように配置されるシールド電極片とを、絶縁塗料を塗布した絶縁層や、絶縁フィルムや絶縁テープなどの絶縁材を介在させた上で組み合わせることにより形成されている。そして、センサ電極片とシールド電極片とには、例えばプレスや機械加工などの成形手法を用いて形成された銅板などの板状導電金属材が使用されている。

また、従来の検相器には、環状モールド成形体の中に電圧検出用電極と電流検出用電極とを封入し、電圧検出用電極を電流検出用電極の内側に配置し、かつ、両者間に遮蔽層を設けたものもある（例えば、特許文献２を参照）。

特開２００６−３０１４１号公報 特公平１−２６５１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたクリップに設ける電圧センサは、別体として用意されるセンサ電極片とシールド電極片とを組み合わせて形成されるものであることから、絶縁をとって相互を近接配置することは困難であり、一側クリップ部と他側クリップ部への組み込みも難しいなど、製造工程における作業性が良いとは言えず、比較的小型なものに対応させることも構造的な難しさがあった。

また、柔軟性があり大きく変形するフレキシブルプリント基板にて、電圧センサを形成する場合、センサ電極片とシールド電極片とを薄い絶縁シートにて各別に配設する必要があり、一定の強度を保ちながらセンサ電極片とシールド電極片とを密接させた状態にて一体形成することは難しく、組立て時の折り曲げなどの影響により断線および短絡する可能が非常に高くなるだけはでなく、新規作成時にかかるイニシャルコストとセンサ一枚辺りの単価が、非常に高くなる問題がある。

更に、特許文献２に記載された検相器においても、異相線からの静電誘導を防ぐ遮蔽層が電圧検出用電極とは別体となって設けられており、特許文献１と同様な課題をかかえるものであった。

本発明は、従来技術にみられた上記課題に鑑み、非常に丈夫であり、かつ簡単な構造にて小型化によく対応させることができるばかりでなく、絶縁を確実にしてその組み込みも容易であり、製造コストに関しても非常に安価なものとすることができる静電誘導検出器用の電圧センサおよびクリップを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る静電誘導検出器用の電圧センサは、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、前記プリント配線板の面内に納まるように、絶縁基板を介して絶縁を保持しつつ、異なる層に各別に配設された一の導電層と二の導電層にて構成され、前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部内でプリント配線板を貫通する一の貫通ビアと二の貫通ビアを形成し、前記一の導電層は一の貫通ビアと接続されると共に二の貫通ビアとは絶縁され、前記二の導電層は二の貫通ビアと接続されると共に一の貫通ビアとは絶縁されていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に記載の静電誘導検出器用の電圧センサにおいて、前記一の導電層と二の導電層は、何れもプリント配線板の内層に配置したことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、前記プリント配線板の一方の面である表面側および他方の面である裏面側へ、プリント配線板の面内に納まるように各々形成した一対の導電層にて構成され、前記導電層のそれぞれは、前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部をソルダーレジストで絶縁すると共に、主面部内でソルダーレジストを塗布しない領域を形成し、半田付け用の銅箔部を表面側と裏面側に各々設けるようにしたことを特徴とする。

また、請求項４に係る静電誘導検出器用のクリップは、被測定導体を保持するために開閉される各プリント配線板保持部側が常閉方向に付勢されて一体的に軸支される一側クリップ部と他側クリップ部とで構成され、前記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の静電誘導検出器用の電圧センサを、前記一側クリップ部と他側クリップ部との各プリント配線板保持部の内側に設けたことを特徴とする。

請求項１に係る静電誘導検出器用の電圧センサによれば、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、前記プリント配線板の面内に納まるように、絶縁基板を介して絶縁を保持しつつ、異なる層に各別に配設された一の導電層と二の導電層にて構成され、前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部内でプリント配線板を貫通する一の貫通ビアと二の貫通ビアを形成し、前記一の導電層は一の貫通ビアと接続されると共に二の貫通ビアとは絶縁され、前記二の導電層は二の貫通ビアと接続されると共に一の貫通ビアとは絶縁されており、一対の導電層相互を完全に絶縁できると共に、一方の導電層をセンサ電極として、他方の導電層をシールド電極として、それぞれ用いることにより一体構造とすることができ、非常に丈夫であり、かつ簡単な構造にて小型化によく対応させることができるばかりでなく、絶縁を確実にしてその組み込みも容易であり、製造コストに関しても非常に安価なものとすることができる。加えて、内層に設けた導電層は、貫通ビアを介して簡単に線材などと接続することができる。

また、請求項２に係る静電誘導検出器用の電圧センサによれば、前記一の導電層と二の導電層は、何れもプリント配線板の内層に配置したので、両方の導電層を外部からも完全に絶縁することが可能であると共に、外部からの衝撃などから導電層を保護することもでき、プリント配線板の構造上から表裏面間よりも多層プリント配線板の隣接する層間の方が、それぞれの導電層間隔を簡単に狭めることが可能なため、結果として、外部からくるノイズなどの影響を受けにくくすることができる。

また、請求項３に係る静電誘導検出器用の電圧センサによれば、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、前記プリント配線板の一方の面である表面側および他方の面である裏面側へ、プリント配線板の面内に納まるように各々形成した一対の導電層にて構成され、前記導電層のそれぞれは、前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部をソルダーレジストで絶縁すると共に、主面部内でソルダーレジストを塗布しない領域を形成し、半田付け用の銅箔部を表面側と裏面側に各々設けるようにしたので、簡単な構造で半田付け用の銅箔部を形成できる。

請求項４に係る静電誘導検出器用のクリップによれば、被測定導体を保持するために開閉される各プリント配線板保持部側が常閉方向に付勢されて一体的に軸支される一側クリップ部と他側クリップ部とで構成され、前記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の静電誘導検出器用の電圧センサを、前記一側クリップ部と他側クリップ部との各プリント配線板保持部の内側に設けたので、クリップ自体の小型化を実現できるばかりでなく、その組立て作業も簡素化することができる。

（ａ）は第１実施形態に係る電圧センサの概略平面図、（ｂ）は第１実施形態に係る電圧センサの概略底面図、（ｃ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｄ）は図１（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。 （ａ）は第２実施形態に係る電圧センサの概略平面図、（ｂ）は第２実施形態に係る電圧センサの概略底面図、（ｃ）は図２（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｄ）は図２（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。 （ａ）は第３実施形態に係る電圧センサの概略平面図、（ｂ）は第３実施形態に係る電圧センサの概略底面図、（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視断面図、（ｄ）は図３（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視断面図である。 本発明に係るクリップの概略構造説明図である。

次に、本発明に係る電圧センサの実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電圧センサの第１実施形態を示すもので、図１（ａ）は電圧センサ１１の平面（被測定導体側に配置される表面）を示し、図１（ｂ）はその底面（裏面）を示し、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視方向での断面を示し、図１（ｄ）は図１（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視方向での断面を示す。

第１実施形態に係る電圧センサ１１は、プリント配線板１２の面内に納まるように、異なる積層面である表面導電層１３１ａと第１導電層１３２ａとに、各別に配設され、表面導電層１３１ａに関してはソルダーレジスト１５により外部と絶縁することが可能なように形成されている。

このうち、プリント配線板１２は、例えば紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、アルミナ基板、コンポジット基板などにて組成されており、多層基板、ビルドアップ基板などの構造にて形成されている。

プリント配線板１２の表層に銅箔層を付着して形成される表面導電層１３１ａは、プリント配線板１２におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第１貫通ビア１６に接続された状態で形成されている。

また、プリント配線板１２の前記表面導電層１３１ａとは異なる、プリント配線板１２の内層（表面基板層１３１ｂを介して表面導電層１３１ａと絶縁された内層）に銅箔層を付着して形成される第１導電層１３２ａは、プリント配線板１２におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第２貫通ビア１７に接続された状態で形成されている。

表面導電層１３１ａのようにプリント配線板１２の表面上に導電層が形成されている場合はソルダーレジスト１５により絶縁させており、これにより半田付け用の第１，第２貫通ビア１６，１７が位置する面領域を除く前記プリント配線板１２の表面導電層１３１ａの全面が覆われている。

すなわち、本実施形態に係る静電誘導検出器用の電圧センサ１１は、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板１２により絶縁を保持して一対の導電層（表面導電層１３１ａと第１導電層１３２ａ）を形成することで、センサ電極用の導電層とシールド電極用の導電層を一体に組み込んだセンサ構造（電圧センサ１１の表面側をセンサ面１３、裏面側をシールド面１４とする構造）を実現でき、非常に丈夫であり、かつ簡単な構造にて小型化によく対応させることができるばかりでなく、絶縁を確実にしてその組み込みも容易であり、製造コストに関しても非常に安価なものとすることができる。

なお、電荷検出用の表面導電層１３１ａに対するシールド用の導電層を形成する層は、第１導電層１３２ａに限定されるものではなく、第１基板層１３２ｂを介して第２導電層１３３ａとしたり、更に第２基板層１３３ｂを介して第３導電層１３４ａとしたりしても良い。また、プリント配線板１２の平面形状、表面導電層１３１ａ，第１導電層１３２ａの平面形状は、特に限定されるものではなく、適宜変形して構わない。また、特に耐電圧特性の向上を図ったり、結露の影響を回避したりする必要がない場合には、表面導電層１３１ａをソルダーレジスト１５などで覆わなくても構わない。

また、電圧センサ１１は、そのいずれか一方の面に予め接着剤を塗着しておくことで、この接着剤を有する面をセンサ電極側として、接着剤を有しない面をシールド電極側として用いることができる。あわせて、プリント配線板１２の表面にシルクスクリーン印刷などを施すことで電圧センサ１１に識別番号および取り付け時の位置決めなどに使える目印を付加することも可能となり、この電圧センサ１１をクリップへ組み込む作業を一層効率的に行える。

図２は、本発明に係る電圧センサの第２実施形態を示すもので、図２（ａ）は電圧センサ１１′の平面（被測定導体側に配置される表面）を示し、図２（ｂ）はその底面（裏面）を示し、図２（ｃ）は図２（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視方向での断面を示し、図２（ｄ）は図２（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視方向での断面を示す。

第２実施形態に係る電圧センサ１１′はプリント配線板１２′の面内に納まるように、異なる積層面である第１導電層１３２ａ′と、第１基板層１３２ｂ′を介して絶縁が保持される第２導電層１３３ａ′とに、各別に配設され、全ての導電層がプリント配線板１２′の内層に配置される。なお、プリント配線板１２′は、例えば紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、アルミナ基板、コンポジット基板などにて組成されており、多層基板、ビルドアップ基板などの構造にて形成されている。

プリント配線板１２′の内層に銅箔層を付着して形成される第１導電層１３２ａ′は、プリント配線板１２′におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第１貫通ビア１６′に接続された状態で形成されている。

また、プリント配線板１２′の前記第１導電層１３２ａ′とは異なる、プリント配線板１２′の内層に銅箔層を付着して形成される第２導電層１３３ａ′は、プリント配線板１２′におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第２貫通ビア１７′に接続された状態で形成されている。

すなわち、本実施形態に係る静電誘導検出器用の電圧センサ１１′は、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板１２′の内層に、絶縁を保持して一対の導電層（第１導電層１３２ａ′と第２導電層１３３ａ′）を形成することで、センサ電極用の導電層とシールド電極用の導電層を一体に組み込んだセンサ構造（電圧センサ１１′の表面側をセンサ面１３′、裏面側をシールド面１４′とする構造）を実現でき、非常に丈夫であり、かつ簡単な構造にて小型化によく対応させることができるばかりでなく、絶縁を確実にしてその組み込みも容易であり、製造コストに関しても非常に安価なものとすることができる。しかも、一対の導電層は全てプリント配線板１２′の内層に設けるので、上述した第１実施形態の電圧センサ１１のように、表面導電層１３１ａの外表面にソルダーレジスト１５を設けて絶縁を保持する必要がないという利点もある。

なお、電荷検出用の第１導電層１３２ａ′に対するシールド用の導電層を形成する層は、第２導電層１３２ａ′に限定されるものではなく、更に第２基板層１３２ｂ′を介して第３導電層１３４ａ′としても良い。また、プリント配線板１２′の平面形状、第１導電層１３２ａ′，第２導電層１３３ａ′の平面形状は、特に限定されるものではなく、適宜変形して構わない。

また、電圧センサ１１′は、そのいずれか一方の面に予め接着剤を塗着しておくことで、この接着剤を有する面をセンサ電極側として、接着剤を有しない面をシールド電極側として用いることができる。あわせて、プリント配線板１２′の表面にシルクスクリーン印刷などを施すことで電圧センサ１１′に識別番号および取り付け時の位置決めなどに使える目印を付加することも可能となり、この電圧センサ１１′をクリップへ組み込む作業を一層効率的に行える。

図３は、本発明に係る電圧センサの第３実施形態を示すもので、図３（ａ）は電圧センサ３１の平面（被測定導体側に配置される表面）を示し、図３（ｂ）はその底面（裏面）を示し、図３（ｃ）は図３（ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視方向での断面を示し、図３（ｄ）は図３（ａ）におけるＤ−Ｄ線矢視方向での断面を示す。

第３実施形態に係る電圧センサ３１は、プリント配線板３２の面内に納まるように、異なる積層面である表面導電層３３１ａと裏面導電層３３５とに、各別に配設され、表面導電層３３１ａ、裏面導電層３３５共に、ソルダーレジスト３５により絶縁することが可能なように形成されている。なお、プリント配線板３２は、例えば紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、テフロン（登録商標）基板、アルミナ基板、コンポジット基板などにて組成されており、両面基板、多層基板、ビルドアップ基板などの構造にて形成されている。

プリント配線板３２の表層たる表面基板層３３１ｂの外面に銅箔層を付着して形成される表面導電層３３１ａは、プリント配線板３２におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第１ランド３６に接続された状態で形成されている。

また、プリント配線板３２の前記表面導電層３３１ａとは異なる、プリント配線板３２の裏層たる裏面基板層３３４ｂの外面に銅箔層を付着して形成される裏面導電層３３５は、プリント配線板３２におけるその周囲に余白を残して面サイズの大半をほぼ覆う主面部が、第２ランド３７に接続された状態で形成されている。

すなわち、本実施形態に係る静電誘導検出器用の電圧センサ３１は、印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板３２の表層および裏層に、各々導電層（表面導電層３３１ａと裏面導電層３３５）を形成することで、センサ電極用の導電層とシールド電極用の導電層を一体に組み込んだセンサ構造（電圧センサ３１の表面側をセンサ面３３、裏面側をシールド面３４とする構造）を実現でき、非常に丈夫であり、かつ簡単な構造にて小型化によく対応させることができるばかりでなく、絶縁を確実にしてその組み込みも容易であり、製造コストに関しても非常に安価なものとすることができる。

なお、第１ランド３６および第２ランド３７は、ソルダーレジスト３５を塗布しない領域として形成できるので、上述した第１，第２実施形態に係る電圧センサ１１，１１′のように、第１貫通ビア１６，１６′や第２貫通ビア１７，１７′を設けるよりも簡単な構造で半田付け用の銅箔部を形成できる。

また、電圧センサ３１は、そのいずれか一方の面に予め接着剤を塗着しておくことで、この接着剤を有する面をセンサ電極側として、接着剤を有しない面をシールド電極側として用いることができる。あわせて、プリント配線板３２の表面にシルクスクリーン印刷などを施すことで電圧センサ３１に識別番号および取り付け時の位置決めなどに使える目印を付加することも可能となり、この電圧センサ３１をクリップへ組み込む作業を一層効率的に行える。

次に、本発明に係るクリップ４０について、図４に基づいて説明する。なお、このクリップ４０には、上述した第１〜第３実施形態の電圧センサ１１，１１′，３１の何れを設けても構わないが、以下の説明では、電圧センサ１１を用いる。

図４は、クリップ４０を半割りした状態を示すもので、一側クリップ部４１と他側クリップ部４２とは、略Ｖ字形を呈する捩りコイルばね４３を介装させた支軸４４を介することで、被測定導体を保持するために開閉される各鉤爪形の保持部４５，４６側が常閉状態となって一体的に軸支されてクリップ４０の全体が形成されている。

なお、クリップ４０自体の形状や構造は、特に限定されるものではなく、被測定導体を挟む一対の保持部に各々電圧センサ１１を組み込める構造を有していれば良い。すなわち、各鉤爪形の保持部４５，４６の内側には、電圧センサ１１が各別に配設され、被測定導体を保持させた際に静電誘導により電荷を検出することができる。

例えば、一側クリップ部４１の鉤爪形の保持部４６内側には、電圧センサ１１のセンサ面１３を対面させ、かつ、第１，第２貫通ビア１６，１７を形成した側が支軸４４側に向くような配置とし、電圧センサ１１が鉤爪形の保持部４６の内面に接するように接合固着するなどして位置固定されている。

また、他側クリップ部４２も、一側クリップ部４１と同様の構造で、鉤爪形の保持部４５内側には、電圧センサ１１のセンサ面１３を対面させ、かつ、第１，第２貫通ビア１６，１７を形成した側が支軸４４側に向くような配置とし、電圧センサ１１が鉤爪形の保持部４５の内面に接するように接合固着するなどして位置固定されている。

このため、クリップ４０に配設された一対の電圧センサ１１は、一側クリップ部４１側の表面導電層１３１ａと他側クリップ部４２側の表面導電層１３１ａとを、それぞれ被測定導体側に配置して、センサ電極として機能させることができる。

また、クリップ４０に配設された一対の電圧センサ１１は、一側クリップ部４１側のシールド面１４と他側クリップ部４２側のシールド面１４が、三相交流電路や束ねられている交流電路における他の近接交流電路側に配置されることとなり、これらから発生する外乱静電誘導を遮蔽するシールド電極として機能させることができる。

しかも、一対の電圧センサ１１自体は、それぞれ一体物として形成されているので、一側クリップ部４１側と他側クリップ部４２側に単にはめ込むなどして、ごく簡単に組み込んでクリップ４０を形成することができる。また、電圧センサ１１のセンサ面１３とシールド面１４とは、ソルダーレジスト１５および各基板層によって確実に絶縁されているので、結露などの短絡要因が存在しても相互間の抵抗が下がりにくく、したがって、電荷を安定的に検出することができる。

以上は、本発明に係る電圧センサおよびクリップの実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明の包摂範囲は、これらの実施形態に限定されるものではなく、公知既存の手法を適宜転用することで実現しても構わない。

１１，３１ 電圧センサ
１２，３２ プリント配線板
１３，３３ 導電層
１５，３５ ソルダーレジスト
１６，１７ 貫通ビア
３６，３７ ランド
１３１ａ，３３１ａ 表面導電層
１３１ｂ，３３１ｂ 表面基板層
１３２ａ，３３２ａ 第１導電層
１３２ｂ，３３２ｂ 第１基板層
１３３ａ，３３３ａ 第２導電層
１３３ｂ，３３３ｂ 第２基板層
１３４ａ，３３４ａ 第３導電層
１３４ｂ，３３４ｂ 裏面基板層
３３５ 裏面導電層
４０ クリップ
４１ 一側クリップ部
４２ 他側クリップ部
４３ コイルばね
４４ 支軸
４５，４６ 鉤爪形の保持部

Claims (4)

1. 印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、
   前記プリント配線板の面内に納まるように、絶縁基板を介して絶縁を保持しつつ、異なる層に各別に配設された一の導電層と二の導電層にて構成され、
   前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部内でプリント配線板を貫通する一の貫通ビアと二の貫通ビアを形成し、前記一の導電層は一の貫通ビアと接続されると共に二の貫通ビアとは絶縁され、前記二の導電層は二の貫通ビアと接続されると共に一の貫通ビアとは絶縁されていることを特徴とする静電誘導検出器用の電圧センサ。
2. 前記一の導電層と二の導電層は、何れもプリント配線板の内層に配置したことを特徴とする請求項１に記載の静電誘導検出器用の電圧センサ。
3. 印刷回路基板製造技術により製造した適宜の平面形状を呈するプリント配線板と、
   前記プリント配線板の一方の面である表面側および他方の面である裏面側へ、プリント配線板の面内に納まるように各々形成した一対の導電層にて構成され、
   前記導電層のそれぞれは、前記プリント配線板の面サイズの大半を覆う主面部をソルダーレジストで絶縁すると共に、主面部内でソルダーレジストを塗布しない領域を形成し、半田付け用の銅箔部を表面側と裏面側に各々設けるようにしたことを特徴とする静電誘導検出器用の電圧センサ。
4. 被測定導体を保持するために開閉される各プリント配線板保持部側が常閉方向に付勢されて一体的に軸支される一側クリップ部と他側クリップ部とで構成され、
   前記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の静電誘導検出器用の電圧センサを、前記一側クリップ部と他側クリップ部との各プリント配線板保持部の内側に設けたことを特徴とする静電誘導検出器用のクリップ。

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