JP6786331B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、各種の電気機器に関し、特に、電気機器内の負荷の変動による所定の機能への影響を少なくする手段を備える電気機器に関する。

現在、各種の電気機器が多様な分野で使用されている。一般に、電気機器では、外来または内部発生のノイズなどの正常動作を阻害する因子によって、誤動作や、電気機器間の信号伝送における伝送エラーなどが引き起こされることがある。電気機器の正常な動作を得るために、ノイズなどを抑制する各種の試みがなされている。たとえば、特許文献１には、通信装置の通信ラインに通信波形を鈍らせるスルーレート制御回路を挿入して、電磁波ノイズの発生源となる通信波形中の高調波成分を抑制することが記載されている。

国際公開第２０１２／１３２２１５号

電気機器では、一般的に、電気機器それぞれが有する機能を果たす電気回路は、電気機器内の回路基板上に形成されている。また、１つの機能だけではなく複数の機能を有している電気機器も数多く存在する。その場合、ノイズなどの、正常動作を阻害する因子に対する耐性は、個々の機能を果たす機能ブロックごとに異なることも考えられる。すなわち、誤動作などを防ぐために、たとえば特許文献１のスルーレート制御回路のようなノイズ抑制回路の付加を必要とする機能ブロックもあれば、特に必要としないものも存在し得る。たとえば、主要な機能として所定の機能（以下、機能Ａとする）を有する電気機器が、機能Ａ以外の機能（たとえば、他の電気機器との間の通信機能、以下、機能Ｂとする）も有する場合、機能Ａを担う機能ブロックはノイズ抑制回路などを必要としないが、正常に機能Ｂを果たすためにはノイズ抑制回路などが必要となることがある。

このような場合、機能Ｂを用いるユーザーには機能Ｂを担う機能ブロックと共にノイズ抑制回路を設けた電気機器を提供し、機能Ｂを用いないユーザーには、機能Ｂを担うブロックおよびノイズ抑制回路を備えない電気機器を提供することが、コストダウンや小型化の点で好ましい。しかし、１つの回路基板上に全ての機能ブロックが形成されていると、部品共通化のために同一の回路基板を使用する場合、機能Ｂを担うブロックとノイズ抑制回路とを除去するだけでは、コストダウンが十分に得られなかったり、小型化が図れなかったりするという問題がある。また、機能Ａとは異なる機能（以下、機能Ｃとする）を果たす電気機器に機能Ｂを付加する場合、機能Ａを有する電気機器とは異なっている、機能Ｃを有する電気機器の回路基板の改造が必要となる。すなわち、異なる機能を有する電気機器ごとに、回路基板の改造が必要となる。そのため、既存の複数種の電気機器のグレードアップなどを効率よく行うことができないという問題がある。

たとえば、比較的ノイズ耐量の大きい伝送方式による通信機能を有している電気機器においても、機能向上のために多様な信号の伝送が求められるのに従って多くの信号を送受信できる伝送方式による通信機能が付加されることがある。そして、そのような伝送能力の高い通信機能を担う機能ブロックの正常な動作のために、ノイズ抑制回路などが必要となることがある。たとえば、主に計装機器間の通信において採用されているＨＡＲＴプロトコルでは、周波数偏移変調（ＦＳＫ）により送受信されるデジタル信号の電流振幅は０．８ｍＡ_P-P程度と小さいため、グランド電位の変動などがデジタル信号にノイズとして重畳すると、伝送エラーを引き起こし易いと考えられる。従って、ＨＡＲＴプロトコルを用いない通信機能を有する電気機器にＨＡＲＴプロトコルを用いる通信機能を付加する場合は、ＨＡＲＴプロトコルでの通信機能と共に、グランド電位の変動を抑制する回路などの付加が必要となることがある。その場合、それぞれ別の機能を有する電気機器ごとに回路基板の改造を行っていたのでは、前述のように、効率的に各電気機器の機能アップを図れないという問題がある。

また、たとえば既存の電気機器に、グランド電位の変動抑制回路と共にＨＡＲＴプロトコルによる通信機能を付加する場合、そのような付加部分を既存の回路基板に形成すると、回路基板サイズの拡大が必要となることがある。しかし、電気機器、たとえば可燃性ガスが流れ込むガス検知器などには、防爆構造などを要件とする安全規格などへの適合が求められるものがあり、既に規格への適合認証を受けた電気機器においては、前述の回路基板が内部に収容される筐体の構造の変更が困難なことがある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、内部回路の負荷変動のような正常動作を阻害する因子の影響を受け得る特定の機能を有する手段が正常に動作し、しかも、このような機能の付加や除去を容易に行うことができ、加えて、筐体内に収容する電気回路のレイアウトの自由度が高い電気機器を提供することを目的とする。

本発明の電気機器は、経時的に負荷が変動する負荷部を含む電気回路を備える第１回路基板と、前記第１回路基板に着脱可能に連結される第２回路基板と、を有し、前記第２回路基板は、所定の機能を有する信号処理手段、および、前記負荷部の負荷の変動による前記所定の機能への影響を少なくするように構成される電流制御手段を備えている。

前記電気回路は第１電圧を供給する電源部をさらに含み、前記電流制御手段は、前記電源部から電力を受けて動作すると共に前記負荷部に第２電圧で電流を供給するように構成されていてもよい。

前記信号処理部は前記電源部のグランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信するように構成されていてもよい。

さらに、前記第１および第２回路基板を収容する筐体を有しており、前記第１回路基板と前記第２回路基板とは、互いに重なるように前記筐体に所定の固定手段により固定されており、前記第１回路基板および前記第２回路基板の一方は、固定用プレートを介して前記筐体に固定され、前記固定用プレートの前記第１回路基板および前記第２回路基板の他方を固定する前記固定手段と対応する位置に切り欠きが設けられていることが好ましい。

前記第１回路基板および前記第２回路基板の他方に、外部の電気回路との接続部が設けられており、前記固定用プレートの前記接続部と対応する位置に切り欠きが設けられていることが好ましい。

前記第２回路基板が前記固定用プレートを介して前記筐体に固定されており、前記電流制御手段の構成要素と前記固定用プレートとが、直接または熱伝導可能に間接的に接していることが好ましい。

さらに、周囲環境の状態を検知する検知手段を含んでおり、前記検知手段の状態に応じて前記負荷部の負荷が変動するように構成されていてもよい。

本発明によれば、第２回路基板が、たとえば、通信機能などの所定の機能を有する信号処理手段と、この所定の機能への負荷部の変動による影響を少なくする電流制御手段とを備えているため、誤動作などの無い適正な所定の機能を得ることができる。しかも、電気機器への所定の機能の付加や除去を、第２回路基板を付加または除去することにより容易に実現することができる。また、異なる機能を有する他の電気機器においても、第２回路基板を組み合わせることで、容易に第２基板が備える所定の機能を付加することができ、複数の電気機器に対する機能アップを効率的に行うことも可能となり得る。さらに、第１回路基板と第２回路基板との間の相対位置や角度を変えることが可能なため、筐体内における電気回路のレイアウトの自由度が高まり、筐体の形状や大きさの変更を回避しながら、第２回路基板に備えられる所定の機能を付加することも可能となり得る。

本発明の一実施形態の電気機器の構成の一例を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態の電気機器内の電気的な接続形態の一例を概略的に示すブロック図である。 本発明の一実施形態の電気機器の一例であるガス検知器の外観を示す図である。 本発明の一実施形態の電気機器の一例であるガス検知器の外観を示す図である。 図３ＡのIIIＣ−IIIＣ線での断面を示す図である。 図３Ａおよび図３Ｂのガス検知器を、本体側筐体と蓋側筐体とを分離した状態で示す図である。 図３Ａおよび図３Ｂのガス検知器に用いられる固定用プレートを示す図である。 図４のVI−VI線での断面を示す図である。 図４に示される固定用プレートが蓋側筐体に取付けられていない状態で第１回路基板を示す図である。 図４に示される固定用プレートに固定された第２回路基板を示す図である。 図２の電流制御手段を構成する電気回路の一例を示す回路図である。 図９の電流制御手段を有する本発明の一実施例および比較例における負荷部への流入電流の測定結果を示す図である。 図１０Ａに示される電流の変動下における本発明の一実施例および比較例のグランドラインに流れる電流の測定結果を示す図である。 図１０Ａに示される電流を時間軸を拡大して測定した結果を示す図である。 図１０Ｂに示される電流を時間軸を拡大して測定した結果を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態の電気機器を詳細に説明する。図１には、本発明の一実施形態の電気機器１００の一例が模式的に示されている。また、図２には、一実施形態の電気機器１００内の電気的な接続を示すブロック図が示されている。

図１に示されるように、本実施形態の電気機器１００は、第１回路基板３１と、第２回路基板３２とを有している。第１回路基板３１は電気回路６を備えており、電気回路６は、経時的に負荷が変動する負荷部３を含んでいる。第２回路基板３２は、所定の機能（以下、第１機能とする）を有する信号処理手段４、および、負荷部３の負荷の変動による第１機能への影響を少なくするように構成される電流制御手段１を備えている。信号処理手段４は、第１機能の一部または全部を担うように構成されている。第２回路基板３２は、たとえばコネクタ４３ａ、４３ｂのような接続手段によって、第１回路基板３１に着脱可能に連結される。なお、図１に示される第１回路基板３１と第２回路基板３２の位置関係は一例に過ぎず、両者は任意の位置関係で配置され得る。たとえば、第１回路基板３１と第２回路基板３２は並置されてもよい。また、図１では、電流制御手段１、負荷部３、信号処理手段４および電気回路６が形成される領域の大きさや第１回路基板３１または第２回路基板３２内での位置を正確に示すことは意図されていない。また、図１では、電流制御手段１などは、個々に一体的な外形を有するように描かれているが、これらは模式的に描かれているに過ぎない。電流制御手段１などは、実際には、後述のように半導体装置や抵抗などの電気部品と、これらを接続する配線とにより構成されている。また、電流制御手段１などは、半導体装置内の記憶素子に書き込まれたソフトウェアを含んでいてもよい。

ここで、「（経時的に負荷が）変動する」は、負荷の変動により負荷部３に流れる電流が単位時間あたり一定の大きさ以上の変化量で変化することを意味している。具体的には、この「変動する」は、その変化により、たとえば本実施形態の電流制御手段１を備えていない場合に、第１機能に支障が生じるほど急激に負荷部３の電流が変化することを意味している。たとえば、本実施形態の電流制御手段１などを備えていない場合、負荷部３に流れる電流の変化により電気機器１００内のグランドラインを流れる電流が変化し、その変化が急激な場合グランド電位の変動を引き起こすことがある。そして、そのグランド電位の変動に伴って信号処理手段４内の信号のレベルも変動し、第１機能に支障が生じることがある。なお、「経時的に変動」は、定期的な変化および不定期の変化の両方を含んでいる。

本実施形態では、本実施形態の電流制御手段１が備えられていない場合に負荷部３の負荷変動の影響を受け得る第１機能を担う信号処理手段４と、この負荷部３の影響を少なくする電流制御手段１（電流制御手段１の作用については後述される）とが、第２回路基板３２に纏めて形成されている。そして、第２回路基板３２は、電流制御手段１および信号処理手段４以外の電気的要素からなる電気回路６を備える第１回路基板３１と、着脱可能に連結される。このような構成とすることによって、負荷部３の負荷変動による第１機能における誤動作を少なくすることができ、しかも、第１機能を有さない機能削減型の電気機器が好まれる場合は、第２回路基板３２を連結しない構成とすることにより、第２回路基板３２の削減効果を含めて大幅に、かつ、容易に、コストダウンや小型化を図ることができる。

また、それぞれ別の機能を有する複数種の電気機器に第１機能を付加する場合に、機能の異なる電気機器ごとに大幅な改造をすることなく第１機能を付加することができる。すなわち、各電気機器の回路基板に小規模な改造（たとえば第２回路基板３２を接続する部分の付加）を施して第１回路基板３１とし、各電気機器に共通の第２回路基板３２を連結するだけで、異なる機能を有する複数種の電気機器に第１機能を付加することができる。従って、既存の複数種の電気機器のグレードアップなどを効率よく行うことができる。たとえば、比較的ノイズの影響を受け難い伝送方式による通信機能を有する複数種の電気機器に前述のＨＡＲＴプロトコルによる通信（以下、単にＨＡＲＴ通信という）機能を付加する場合、ＨＡＲＴ通信機能を担う手段（信号処理手段４）と、グランド電位の変動を抑制する回路（電流制御手段１）とが、１つの回路基板（第２回路基板３２）に形成される。この第２回路基板３２を複数種の電気機器間に共通に用いて、電気機器の種類ごとに異なる回路基板（第１回路基板３１）と連結することにより、複数種の電気機器に効率よく、しかも、グランド電位の変動による誤動作の少ないＨＡＲＴ通信機能を付加することができる。

また、本実施形態では、第１機能を担う信号処理手段４と、負荷部の負荷変動による第１機能への影響を少なくする電流制御手段１とが、第１回路基板３１と別個の第２回路基板３２に備えられる。電気機器が筐体を有し、この筐体の内部に確保される空間内に電気機器の電気回路が配置される場合、内部空間の形状や大きさに応じて第１回路基板３１と第２回路基板３２との相対位置を選択することができる。たとえば、筐体の内部空間に回路基板（第１回路基板）が配置されている電気機器に第１機能を付加する場合、この内部空間の空き領域に応じて第２回路基板の位置を選択することができる。たとえば、第１回路基板と平行な方向には内部空間の空き領域は余り無いが、第１回路基板と直交する方向には空き領域がある場合は、第２回路基板を第１回路基板の上方に、すなわち、第２回路基板の一部または全部が第１回路基板と平面視において重なるように配置することができる。本実施形態によれば、このように、信号処理手段４および電流制御手段１が第１回路基板３１に形成される場合に比べて、信号処理手段４および電流制御手段１のレイアウトの自由度が高いため、既存の筐体の形状や大きさの変更を回避しながら、電気機器１００に所定の機能を付加することも可能となり得る。前述の安全規格などとの関係で筐体構造の変更が困難な場合でも、電気機器への機能追加が可能となることがある。

図１および図２に示されるように、第１回路基板３１上に形成されている電気回路６は、さらに、電源部２を含んでおり、電源部２は、第１電圧Ｖ１で電気機器１００内の構成要素に電力を供給する。第２回路基板３２に形成されている電流制御手段１には、第１回路基板３１上の電源部２から第１電圧Ｖ１で電力が供給される。電流制御手段１は、電源部２から電力を受けて動作し、負荷部３に第２電圧Ｖ２で電流を供給するように構成されている。すなわち、第１回路基板３１上に形成されている負荷部３は、第１回路基板３１上に形成されている電源部２から第１電圧Ｖ１で直接電力供給を受けるのではなく、第２回路基板３２に設けられている電流制御手段１を介して第２電圧Ｖ２で電力供給を受ける。換言すると、電源部２から負荷部３に向って流れる電流は、第１回路基板３１から流れ出して、一旦、第２回路基板３２側に渡り、電流制御手段１を通ってから再び第１回路基板３１側に戻って負荷部３に流入する。ここで、第１回路基板３１または第２回路基板３２に「形成され」、「構成され」、「設けられ」、「実装され」または「備えられ」は、電流制御手段１などを構成する電気部品などが、その本体部分を各基板に物理的に接触させて載置されることだけを意味するものではない。これらは、各回路基板から離れた位置に配置された電気部品の入出力端子などが、配線などによりそれぞれの回路基板上の導体部分に電気的に接続されていることも含んでいる。

負荷部３は、電気機器１００の動作状態に応じて経時的に内部の負荷の大きさが変化し、その変化に応じて、負荷部３に流入する電流の大きさが変動する。電気機器１００の構成要素のうち、このように内部の負荷の大きさが変化する任意の要素が、負荷部３と見做され得る。負荷部３は、電気機器１００の主要な機能を果たす部分であってもよく、副次的な機能、たとえば、表示部や操作部などのユーザーとのインターフェース機能を果たす部分であってもよい。負荷部３としては、電気機器１００の中央処理装置、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置、電気機器１００が通信機能を有する場合のモデム、各種センサ、ディスプレイなどの表示装置、ＬＥＤなどの灯火装置、または、キーボードやタッチパネルなどの入力装置、およびこれらの周辺回路などが例示される。

電源部２は、商用電源や電池などからの電力に基づいて、第１電圧Ｖ１を供給する。たとえば、電源部２としては、安定電圧を出力するリニアレギュレータやスイッチングレギュレータを構成する電気回路や、そのようなレギュレータとして構成された集積回路装置およびその周辺回路などが例示される。また、外部電源Ｂから第１電圧Ｖ１で安定電圧が印加される場合などのように、電気機器１００内に第１電圧Ｖ１の生成または安定化機能が必要無い場合は、外部の電気回路との接続部１０１（図２参照）が電源部２に該当する。また、電気機器１００にセットされる電池（図示せず）の電力により電気機器１００が動作する場合は、電源部２は、電池を保持すると共に電池のセットに伴って電池電圧を電気機器１００内の構成要素に供給する電池保持部であってもよい。なお、図２に示される接続部１０１は、外部電源Ｂと電気機器１００とを接続するコネクタやカプラ、または、外部電源Ｂに接続された外部の線材を電気機器１００に接続するための端子やパッドなどであってよい。

電流制御手段１は、電気機器１００のグランド電位の変動を低減することにより、負荷部３の負荷変動による第１機能への影響を少なくするように構成されている。具体的には、電流制御手段１は、電源部２から供給される電流を、負荷部３に流入する電流ｉ１と、電流ｉ１の変動に応じた電流値を有する電流ｉ２とに分流させるように構成されている。図２の例では、電流制御手段１は、定電流生成部１１と定電圧生成部１２とを含んでいる。定電流生成部１１は、定電流Ｉｃを定電流生成部１１から流出させるように構成されている。定電圧生成部１２は、一定電圧である第２電圧Ｖ２を負荷部３に供給する。定電圧生成部１２は、負荷部３に流入する電流ｉ１の変動に応じた大きさの電流ｉ２が定電流生成部１１から流入するように構成されている。定電流生成部１１からは定電流Ｉｃが流出するため、定電圧生成部１２は、電流ｉ１の増加量（減少量）とほぼ同量だけ電流ｉ２が減少（増加）するように構成されている。このような電流制御手段１の作用によって、電源部２から流出する電流、およびグランドラインを介して電源部２に戻る電流の変動が、負荷部３に流れる電流ｉ１の変動よりも少なくなり、グランド電位の変動が抑制される。その結果、負荷部３の負荷変動による第１機能への影響が抑制される。なお、電流制御手段１の具体的な回路例は後述される。

信号処理手段４は、電気機器１００内で生成される、または、電気機器１００が外部から受け取る任意の電気信号を処理することにより所定の機能（第１機能）の一部または全部を果たしている。信号処理手段４は、信号処理手段４が担う信号処理が可能なように構成された、集積回路装置や個別半導体素子、および抵抗などの受動部品などからなる電気回路などのハードウェアにより構成される。また、信号処理手段４は、集積回路装置に所定の処理を行わせる命令が書き込まれたプログラムなどのソフトウェアを含んでいてもよい。

信号処理手段４が、その一部または全部を担う第１機能は、電気機器１００が有する機能のうちの任意の機能であってよい。たとえば、第１機能は、電気機器１００の特定の部分の制御機能、各種情報の記録機能、電気機器１００と電気機器１００のユーザーとの間のインターフェース機能、および、電気機器１００と外部の機器との間の通信機能などであってよい。図２に示される例は、信号処理手段４が、電気機器１００と外部機器Ｅとの間の通信機能の一部を担っている例である。第１機能が通信機能である場合、信号処理手段４は、たとえば、外部機器との信号伝送に必要な信号処理を行うようにプログラムされた通信制御ＩＣ、電気機器１００の内部の信号を所定のフォーマットの送受信信号に変調および送受信信号を復調するモデムＩＣ、ならびに、これらのＩＣの周辺回路で構成され得る。さらに、第１機能は、通信に関する機能のうち、特に、前述のＨＡＲＴ通信を担うものであってもよい。その場合、信号処理手段４は、ＨＡＲＴ通信に用いられる制御信号を処理する通信制御ＩＣ、ＨＡＲＴ通信用のモデムなどを含んでいてもよい。なお、本実施形態では、電気機器１００への第１機能の付加および電気機器１００からの第１機能の除去が容易であるという点で、第１機能は、電気機器１００が有する機能の一部であることが好ましい。換言すると、第１機能は、多くとも電気機器１００が有する機能の全てではないことが好ましい。

図２の例では、信号処理手段４は、第２線路Ｌ２を介して外部機器Ｅに接続されている。電気機器１００は、信号伝送に関して、第１線路Ｌ１、第２線路Ｌ２および第３線路Ｌ３で外部機器Ｅと結ばれている。すなわち、信号処理手段４は、所謂３線式の通信プロトコルで信号の送受信を行う通信機能の一部を担うように構成されている。ここで、第１線路Ｌ１は、電気機器１００または外部機器Ｅのいずれか一方から他方に電力が供給される給電ラインであり、第２線路Ｌ２は、所望の情報を含む信号が伝送される信号伝送ラインであり、第３線路Ｌ３は、伝送される信号の電位の基準となるグランドラインである。なお、図２では、信号処理手段４と外部機器Ｅとが第２線路Ｌ２を介して直接接続されているが、信号処理手段４は、伝送信号を実際に送受信する手段を介して外部機器Ｅに接続されていてもよい。

第３線路Ｌ３は電源部２のグランドと接続されており、電源部２と信号処理手段４とは、外部機器Ｅとの間の給電および信号伝送に関して、１つの第３線路Ｌ３を共用している。信号処理手段４は、電源部２のグランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器Ｅとの間で所定のプロトコルに従って送受信する通信機能を担うように構成されている。本実施形態の電気機器１００のように電流制御手段１を有していない場合、負荷部３に流入する電流ｉ１の変動に応じてグランドＧに流れ込む電流が変動する。電流ｉ１の変化が急峻な場合、グランドＧに流れ込む電流の変化に伴ってグランドＧの電位が変動し、グランドＧに接続されている第３線路Ｌ３の電位も変動する。そのため、第３線路Ｌ３の電位（グランド電位）に対する、第２線路Ｌ２を介して伝送される信号の電位が変動し、電気機器１００と外部機器Ｅとの間の正常な信号伝送が阻害されることがある。すなわち、電流制御手段１を有していない場合、信号処理手段４がその一部を担う第１機能が負荷部３の負荷変動の影響を受け得る。

特に前述のＨＡＲＴ通信では、伝送されるデジタル信号の電流振幅が非常に小さいため、グランド電位の変動による伝送エラーや誤動作が生じ易いと考えられる。ＨＡＲＴ通信では、このようなグランドラインの共用がもたらす誤動作などを防止するために、給電ラインのグランドと、信号伝送ラインのグランドとを分離する、所謂４線式による通信も行われている。しかし、４線式は、２つのグランドラインを必要とするため、低コスト化や小型化の面で不利になることがある。

本実施形態では、前述のように電流制御手段１によって、負荷部３に流入する電流の変動によるグランド電位の変動が抑制されるので、所謂３線式のＨＡＲＴ通信においても、伝送エラーや誤動作を生じさせることなく適切に、電気機器１００と外部機器Ｅとの間で信号を伝送することができる。本実施形態の信号処理手段４が担い得る通信機能のプロトコルは、３線式のＨＡＲＴ通信に限定されず、２線式もしくは４線式のＨＡＲＴ通信であってもよい。また、その他にも、Modbus Protocol、FOUNDATION Fieldbus、Profibus、もしくは、イーサネット（登録商標）などが、信号処理手段４による通信のプロトコルとして例示される。しかし、微小な振幅の信号であっても少ない線路数で適切に信号を送受信し得るという点で、電流制御手段１を有する実施形態は、信号処理手段４が３線式のＨＡＲＴ通信機能を担うように構成されている場合、より有益である。

電気機器１００は、商用電源や電池などから電力の供給を受けて所定の機能を果たす機器であり、産業用途および民生用途のいずれの用途の電気機器であってもよく、その用途について特に限定されない。たとえば、電気機器１００は、ノイズによる誤動作の防止が求められる自動車用の制御機器、通信機器、プラント内に構築される各種制御システムに組み込まれる制御機器、所謂白物家電を始めとする家庭用電化製品など、各種の電気機器のいずれであってもよい。従って、電気機器１００は、負荷部３以外にも、その用途に応じた特定の機能を果たす部分であって、電源部２からの電流が流入する１つまたは２つ以上の負荷部分を有していてもよい。

また、電気機器１００は、周囲の環境を監視して周囲環境が特定の状態にあることを検知する検知器や警報器であってもよい。このような検知器や警報器としては、特定の種類のガスが所定の濃度以上で存在することを検知するガス検知器をはじめ、煙検知器、火災警報器、人の侵入などを検知する防犯用の警報器などが例示される。電気機器１００が検知器などである場合、電気機器１００は、検知対象に応じた各種センサなどの検知手段（図示せず）を有し得る。このようなセンサとしては、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、メタンガス（ＣＨ₄）などを検知するガスセンサ、サーミスタからなる温度センサ、湿度センサ、および、煙センサなどが例示される（但しセンサはこれらに限定されない）。検知手段に、たとえば電源部２から電流が供給される場合、検知状態に応じて検知手段に流入する電流の大きさが変動し得る。従って、このような検知手段は負荷部３に含まれていてもよい。また、検知手段は、負荷部３と別に、電源部２または電流制御手段１に接続されていてもよい。

電気機器１００が前述のように検知器である場合、図示しない検知手段の検知状態に応じて、検知手段への流入電流だけでなく、検知結果を表示する表示装置に流れる電流も検知手段の検知状態に応じて変動し得る。前述のように、負荷部３は、このような表示装置であってもよい。たとえば、負荷部３が後述のデジタル表示器２９（図３Ａ参照）である場合、検知手段の検知状態に応じて点灯するセグメントの数が変化し、負荷部３への流入電流が変動する。また、この場合、検知手段により検知される周囲の物理的環境の変化が緩やかであっても、デジタル表示器２９の表示状態は、極めて短い時間、たとえば２ミリ秒の遷移時間で変化（１つまたは複数のセグメントが点灯から消灯に、またはその逆に変化）し得る。そのため、負荷部３への流入電流が、検知手段の検知状態に応じてグランド電位を変動させるほど急激に変化することがある。しかし、本実施形態では、電流制御手段１を有しているため、グランド電位の変動が低減される。従って、電気機器１００の誤動作などを防止することができる。

つぎに、電気機器１００が、３線式によるＨＡＲＴ通信機能を備えた、可燃性ガスや有毒ガスを検知するガス検知器である場合を例に、本発明の一実施形態の電気機器の構造の一例について説明する。

図３Ａおよび図３Ｂには、本発明の電気機器の一例であるガス検知器２００の外観が示されている。図３Ａは、ガス検知器２００の設置時に設置面側となる面と反対側からみた正面図であり、図３Ｂは、図３Ａ上、下方側からみた下面図である。図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ガス検知器２００は、本体側筐体２１と蓋側筐体２２とにより構成される筐体２０を有している。本体側筐体２１が筐体２０の設置面側の部分を構成している。本体側筐体２１と蓋側筐体２２とは、ヒンジ部２３によって係合されると共に、４本の筐体固定用ネジ２４で結合されている。ガス検知器２００は、検知対象のガスを検知するガスセンサを含む検知部２５を備え、本体側筐体２１の側面には、ガス検知器２００と外部電源（図示せず）などとを電気的に接続するケーブル（図示せず）を挿し通すためのケーブル挿通部２６を備えている。

ガス検知器２００は、正面２２ａに、スティック状の操作ツールで外部から操作可能なガス検知器２００の調整用の４つのスイッチ２７、および、ガス検知器２００の動作状態などが表示される３つのランプ部２８を備えている。さらに、ガス検知器２００は、正面２２ａ側から蓋側筐体２２の開口２２ｂを通して視認し得るように設けられた、小数点を示すドット表示用を含めて１桁あたり８セグメントの点灯素子で数字を表示する４桁のデジタル表示器２９を備えている。デジタル表示器２９は、ガス検知器２００の検知状態などを表示する。

図３Ｃには、図３ＡのIIIＣ−IIIＣ線での断面図が示されている（図３Ｂと異なり、本体側筐体２１が、図３Ｃ上、上側に位置している）。また、図４には、本体側筐体２１と蓋側筐体２２とが分離されている状態で、ガス検知器２００の内部が示されている（図４上、右側に本体側筐体２１が示され、左側に蓋側筐体２２が示されている）。なお、図４では、図３Ａ〜３Ｃに示されているヒンジ部２３、検知部２５、およびケーブル挿通部２６は省略されている。

図３Ｃおよび図４に示されるように、本体側筐体２１および蓋側筐体２２は、それぞれ凹部２１ｃおよび凹部２２ｃを有している。本体側筐体２１の凹部２１ｃと蓋側筐体２２の凹部２２ｃとにより、筐体２０内に空間が確保され、この空間に第１回路基板３１および第２回路基板３２が収容されている。さらに、本体側筐体２１の凹部２１ｃには、第３回路基板３３が配置され、第１回路基板３１と第３回路基板３３とは、複数の内部ケーブル３０ａによって電気的に接続されている。内部ケーブル３０ａと第１回路基板３１とは、コネクタ３５ａを介して接続され、内部ケーブル３０ａと第３回路基板３３とは、コネクタ３５ｂを介して接続されている（図４では、コネクタ３５ａが結合されていない状態で、本体側筐体２１および蓋側筐体２２が示されている）。

第１回路基板３１および第２回路基板３２は、互いにほぼ平行に、厚さ方向において離間して、かつ、互いに重なるように蓋側筐体２２に固定されている。このような配置にすることで、ガス検知器２００が設置される設置面上の占有面積に関して小型のガス検知器２００を得ることができる。第１回路基板３１は、２つの第１回路基板固定用ネジ３９で蓋側筐体２２に固定されている。第２回路基板３２は、第２回路基板３２の固定用プレート３４を介して蓋側筐体２２に固定されている。固定用プレート３４を用いることで、第１回路基板３１に対する所定の相対位置に安定して第２回路基板３２を配置することができる。第１回路基板３１は、一部を除いて、固定用プレート３４に覆われている。固定用プレート３４は、４つのプレート固定用ネジ４１によって４隅を蓋側筐体２２に固定されている。第２回路基板３２は２つの第２回路基板固定用ネジ４４で固定用プレート３４に固定されている。なお、図３Ｃに示される例と異なり、第１回路基板３１よりも第２回路基板３２が蓋側筐体２２側に配置されてもよい。その場合、第１回路基板３１が固定用プレートを介して蓋側筐体２２に固定されてもよい。第１回路基板３１および第２回路基板３２の配置位置は、各基板に搭載される電気部品などに応じて任意に選択され得る。

第１回路基板３１の凹部２２ｃの底面側の面（図３Ｃ上、下側の面、以下、単に裏面という）には、デジタル表示器２９が実装されている。デジタル表示器２９は、ガス検知器２００の外部から、その表示を視認し得るように蓋側筐体２２の開口２２ｂに対応する位置に実装されている。デジタル表示器２９の電気的な負荷は、前述のように、ガス検知器２００の検知状態に応じて、すなわち経時的に変化する。従って、デジタル表示器２９は、ガス検知器２００である本実施形態の電気機器の負荷部３と見做され得る。図示されていないが第１回路基板３１にはＬＥＤなどの灯火装置が実装されており、図示されない灯火装置の光をランプ部２８まで導く導光部材２８ａが、蓋側筐体２２の凹部２２ｃ内に配置されている。なお、第１回路基板３１、固定用プレート３４および第２回路基板３２の固定手段は、符号３９、４１または４４で示されるようなネジに限定されない。たとえば、第１回路基板３１、固定用プレート３４および第２回路基板３２の固定手段は、リベットや接着材であってもよく、締り嵌めとなるように設計された、蓋側筐体２２の突起部と第１回路基板３１などの貫通孔との単なる嵌め合いであってもよい。

第３回路基板３３は、本体側筐体２１の凹部２１ｃの底部付近に、第１回路基板３１および第２回路基板３２とほぼ平行に配置されている。第３回路基板３３は、図示されていないが、ネジなどの任意の固定手段で本体側筐体２１に固定されている。第３回路基板３３には、外部ケーブル用コネクタ３６が実装されている。外部電源などとの接続用の複数の外部ケーブル３０ｂが、ケーブル挿通部２６を通して本体側筐体２１内に導入され、外部ケーブル用コネクタ３６に接続されている。外部ケーブル用コネクタ３６は、外部ケーブル用コネクタ３６の実装面（第３回路基板３３と対向する面）に対して、外部ケーブル３０ｂが斜めに挿入されて固定されるタイプのコネクタである。従って、外部ケーブル３０ｂは、第３回路基板３３や第１および第２回路基板３１、３２に対して、垂直方向でも平行方向でもなく、ケーブル挿通部２６側から斜め方向に外部ケーブル用コネクタ３６に挿し込まれている。このような挿入方向とすることにより、外部ケーブル３０ｂを容易に外部ケーブル用コネクタ３６に挿入することができる。しかも、外部ケーブル３０ｂの柔軟性が比較的低い場合でも、固定用プレート３４と第３回路基板３３との間に、両基板および外部ケーブル３０ｂに過度なストレスを与えることなく外部ケーブル３０ｂを収めることができる。図示されていないが、第３回路基板３３には、外部ケーブル用コネクタ３６の他に、ガス検知器２００内の電気回路を外来のサージ電圧などから保護する保護回路などが実装され得る。本体側筐体２１の凹部２１ｃの周囲にはＯリング３７が設けられている。

固定用プレート３４は、その平面図および正面図が図５（ａ）および図５（ｂ）にそれぞれ示されるように、全体として矩形の板材により形成され、本体部３４１、および、外周上の対向する２辺それぞれの近傍の部分からなる側端部３４２を有している。本体部３４１と側端部３４２とは、両者の間に段差が生じるように繋げられており、固定用プレート３４は、側端部３４２の無い縁部側からみたときに、図５（ｂ）に示されるように、全体として凸形状を有している。本体部３４１には、第２回路基板固定用ネジのための２つの貫通孔３４ｄが設けられ、側端部３４２には、プレート固定用ネジのための４つの貫通孔３４ｅが設けられている。また、固定用プレート３４には、３つの切り欠き３４ａ、３４ｂおよび３４ｃが設けられている。

再度図３Ｃおよび図４を参照すると、第１回路基板３１には、コネクタ３５の他に、第１回路基板３１内に構成される電気回路の所定のノードと電気的に接続された端子部３８が設けられている。端子部３８は、図３Ｃおよび図４の例ではコネクタにより形成されているが、第１回路基板３１の導体層に形成された導体パッドなどでもよい。端子部３８は、たとえば、第１回路基板３１に構成される電気回路の検査や、第１回路基板３１に実装される記憶素子（図示せず）への情報の書き込みなどのために設けられる。図４の例では、固定用プレート３４の、コネクタ３５ａに対応する位置に切り欠き３４ａが設けられ、切り欠き３４ａ内にコネクタ３５ａが露出している。また、端子部３８に対応する位置に切り欠き３４ｂが設けられ、切り欠き３４ｂ内に端子部３８が露出している。そのため、固定用プレート３４を蓋側筐体２２に固定した状態で、容易に、コネクタ３５ａを挿抜することができ、また、端子部３８を介して記憶素子への書き込みなどを行うことができる。

図６には、第１回路基板３１などが配置された蓋側筐体２２の図４のVI−VI線での断面図が示されている（図６は、図３Ｃに示される断面図の視点とは反対の側からみた断面図となっている。なお、導光部材２８ａは省略されている）。図６に示されるように、蓋側筐体２２の凹部２２ｃの外周部に、本体側筐体２１（図３Ｃ参照）との結合面２２ｄよりも凹んだ位置に座ぐり面２２ｅが設けられており、第１回路基板３１が座ぐり面２２ｅ上に載置され、第１回路基板固定用ネジ３９で蓋側筐体２２に固定されている。また、固定用プレート３４は、スペーサ４０を介して、座ぐり面２２ｅにプレート固定用ネジ４１で固定されている。固定用プレート３４には、スペーサ４２を介して第２回路基板３２が固定されている。

第１回路基板３１には、基板対基板タイプのコネクタ４３ａが実装されており、第２回路基板３２には、コネクタ４３ａに嵌合する基板対基板タイプのコネクタ４３ｂが実装されている。第１回路基板３１が蓋側筐体２２に取付けられ、その後、第２回路基板３２が固定用プレート３４を介して蓋側筐体２２に固定されるときに、コネクタ４３ａとコネクタ４３ｂとが結合される。このとき、第１回路基板３１が蓋側筐体２２に対して正確な位置に固定されていないと、コネクタ４３ａとコネクタ４３ｂとを適正に結合することができない。しかし、再度図４を参照すると、切り欠き３４ａ、３４ｃ内に、第１回路基板３１の固定手段である第１回路基板固定用ネジ３９が露出している。すなわち、固定用プレート３４には、第１回路基板固定用ネジ３９と対応する位置に切り欠き３４ａ、３４ｃが設けられている。そのため、第２回路基板３２が取付けられた固定用プレート３４に第１回路基板３１の大半の部分が覆われた状態でも、第１回路基板固定用ネジ３９を回すことができる。すなわち、固定用プレート３４を蓋側筐体２２に取り付ける時点で、第１回路基板３１が蓋側筐体２２に固定されていなくてもよい。たとえば、事前にコネクタ４３ａとコネクタ４３ｂとを結合させたうえで、第１回路基板３１および固定用プレート３４を蓋側筐体２２に固定することができる。または、たとえば、第１回路基板３１を蓋側筐体２２に仮固定した状態、すなわち、第１回路基板３１を僅かに動かし得る状態で、コネクタ４３ａとコネクタ４３ｂとを位置合わせしながら結合させることができる。その後、第１回路基板固定用ネジ３９を締め付けることにより第１回路基板３１を完全に固定することができ、さらに固定用プレート３４を蓋側筐体２２に固定することができる。

図７には、図４に示される固定用プレート３４が取り付けられていない状態で、蓋側筐体の凹部２２ｃ内の第１回路基板３１が示されている。第１回路基板３１には、コネクタ３５、コネクタ４３ａおよび端子部３８が設けられる他、ガス検知器２００を構成する所定の電気回路６が形成されている。電気回路６は前述の電源部２を含んでいる。図示されていないが、電気回路６は第１回路基板３１の裏面（図７に示されている面と反対側の面）にも形成されており、第１回路基板３１の裏面には、前述のように負荷部３となり得るデジタル表示器２９（図３Ｃ参照）が実装されている。

一方、ガス検知器２００では、図８に示されるように、第２回路基板３２上に電流制御手段１が形成されている（図８には、図４に示される固定用プレート３４を図４上、左右方向に反転させた状態で、固定用プレート３４に取付けられた第２回路基板３２が示されている）。たとえば、後述のシャントレギュレータＵ１、基準電圧発生器Ｕ２、演算増幅器Ｕ３、トランジスタＱ１、および抵抗Ｒ１〜Ｒ９（いずれも図９参照）などの電流制御手段１の構成要素は、第２回路基板３２に実装される。また、第２回路基板３２には、ガス検知器２００において、３線式のＨＡＲＴ通信の制御ならびにＨＡＲＴ信号の変調および復調を行う電気回路により構成される信号処理手段４が形成されている。

図７および図８に示されるように、ガス検知器２００では、電源部２は第１回路基板３１に形成され、第２回路基板３２上に設けられた電流制御手段１に電源部２から電流が供給される。電流制御手段１から流出する電流は、第１回路基板３１側に戻って、デジタル表示器２９を含む負荷部３（図６参照）に流入する。前述のように、電流制御手段１により、負荷部３への電流の変動によるグランド電位の変動が抑制される。グランド電位の変動の影響を受け易い３線式によるＨＡＲＴ通信機能（第１機能）を担う信号処理手段４は、電流制御手段１と共に第２回路基板３２に形成されている。すなわち、ＨＡＲＴ通信機能を担う部分と、正常に３線式のＨＡＲＴ通信が行えるようにグランド電位の変動の抑制を担う部分とが、ガス検知器２００の電気回路の他の構成部分が形成される基板（第１回路基板３１）と別の基板（第２回路基板３２）に纏めて形成されている。そのため、第２回路基板３２の接続を省略するだけで、容易にＨＡＲＴ通信機能を有さない廉価型のガス検知器を得ることができる。逆に、ＨＡＲＴ通信機能を有さない複数種のガス検知器に第２回路基板３２を接続するだけで、既存の部分の大幅な改造を要することなく簡単に、ＨＡＲＴ通信機能を有する複数種のガス検知器２００を得ることができる。しかも、負荷部３の電流の変動に影響されにくい、誤動作や伝送エラーの少ないＨＡＲＴ通信機能を、既存のガス検知器に付加することができる。なお、第２回路基板３２を用いない場合は、電源部２から負荷部３に直接電力が供給されるように、第１回路基板３１に予め設けておいた接続用パッドにジャンパ部材などを実装して電源部２と負荷部３とを電気的に接続してもよい。

なお、図７や図８に示される電源部２、ならびに、電流制御手段１および信号処理手段４は、単にこれらが第１回路基板３１、または、第２回路基板３２上に形成されることを示しているに過ぎず、その大きさや各回路基板上での正確な位置を示すことは意図されていない。電源部２や電流制御手段１などは、図７および図８に示される面と反対の面に形成されていてもよく、第１および第２の回路基板３１、３２の両面に形成されていてもよい。たとえば、電流制御手段１の一部または全部が、図８に示される面と反対の面（固定用プレート３４に対向する面）に形成されていてもよい。また、その場合、電流制御手段１の構成要素と固定用プレート３４とが、直接、または熱伝導可能に間接的に接していてもよい。電流制御手段１には負荷部３への流入電流に応じた電流が流れ込むため、電流制御手段１の構成要素、たとえば集積回路装置、個別半導体素子または電気抵抗などは、動作中に発熱を伴うことがある。そのような構成要素を、たとえば、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料により形成され得る固定用プレート３４と直接、または熱伝導可能に接するように配置することにより、これらが過熱状態となることを回避することができる。ここで、「熱伝導可能に間接的に（接する）」は、少なくとも空気よりも熱伝導率の高い材料を介して固定用プレート３４に接することを意味している。

図８に示される第２回路基板３２では、第２回路基板３２に構成される電気回路の検査や、第２回路基板３２に実装される記憶素子（図示せず）への情報の書き込みなどのために設けられるコネクタ４５が、第２回路基板３２の縁部に実装されている。コネクタ４５の相手側のコネクタとの嵌合面は、第２回路基板３２の側方に向けられている。そのため、固定用プレート３４が蓋側筐体２２（図４参照）に固定された状態でも、コネクタ４５の相手側のコネクタを第２回路基板３２の側方からコネクタ４５に挿入して、記憶素子への書き込みなどを行うことができる。

図９には、電流制御手段１の定電流生成部１１および定電圧生成部１２を構成する具体的な電気回路の一例が示されている。図９の例では、定電流生成部１１は、演算増幅器Ｕ３、基準電圧発生器Ｕ２、Ｐチャネル電界効果トランジスタ（以下、単に「トランジスタ」という）Ｑ１、および抵抗Ｒ１〜Ｒ６で構成されている。アノード端子に対して一定の基準電圧Ｖｒ２を基準電圧出力端子Ｕ２ｒに出力するシャントレギュレータが、基準電圧発生器Ｕ２として用いられ、基準電圧出力端子Ｕ２ｒとカソード端子とが接続されている。トランジスタＱ１のソース端子に、電源部２（図１参照）から電流Ｉｃ１が流入し、抵抗Ｒ６のトランジスタＱ１のドレイン側と反対側の一端Ｒ６ａから定電流Ｉｃが流出する。演算増幅器Ｕ３には市販の演算増幅器を用いることができる。トランジスタＱ１も、定電流Ｉｃ１を上回る定格ドレイン電流を有するものであれば特に限定されない。抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびＲ６の抵抗値は、所望の定電流Ｉｃ、および基準電圧発生器Ｕ２の基準電圧Ｖｒ２の大きさに応じて適宜選択される。

図９の例では、定電圧生成部１２は、シャントレギュレータＵ１および抵抗Ｒ７〜Ｒ９で構成されている。シャントレギュレータＵ１は、所望の精度の第２電圧Ｖ２を生成し得る基準電圧Ｖｒ１の精度を有し、電流ｉ１の変動に応じて流入する電流ｉ２に対して十分な電流容量を有するものであれば特に限定されない。なお、直列接続された２つの抵抗Ｒ７およびＲ８が用いられているが、所望の抵抗値および公差を満たし得る場合は、１つの抵抗が、シャントレギュレータＵ１のカソード端子と基準電圧出力端子Ｕ１ｒとの間に接続されてもよい。

図９に示される定電流生成部１１および定電圧生成部１２の動作について説明する。抵抗Ｒ１および抵抗Ｒ２の直列回路の両端には、基準電圧発生器Ｕ２の基準電圧Ｖｒ２が印加され、抵抗Ｒ１の一端Ｒ１ａと他端Ｒ１ｂとの間には定電圧で電位差が発生する。また、演算増幅器Ｕ３の非反転入力端子には、抵抗Ｒ１の他端Ｒ１ｂの電圧Ｖｉｎが入力され、演算増幅器Ｕ３の反転入力端子に接続されている抵抗Ｒ６の一端Ｒ６ａの電圧が、負帰還回路が形成された演算増幅器Ｕ３によって、電圧Ｖｉｎとほぼ同じになるように制御される。その結果、抵抗Ｒ６の両端にも抵抗Ｒ１の両端間と同じ一定電圧の電位差が生じることとなり、固定抵抗である抵抗Ｒ６には定電流Ｉｃが流れる。この定電流Ｉｃが、負荷部３および定電圧生成部１２に供給される。一方、定電圧生成部１２では、シャントレギュレータＵ１により、基準電圧Ｖｒ１、および抵抗Ｒ７〜Ｒ９の抵抗値に基づいて第２電圧Ｖ２が生成される。

前述のように、定電流生成部１１からは定電流Ｉｃが供給され、一方、負荷部３に流れる電流ｉ１は経時的に変動する。図９の例では、定電圧の第２電圧Ｖ２が生成されるように、シャントレギュレータＵ１によってカソード電流が調整される。そのため、定電流Ｉｃと、負荷部３への電流ｉ１との差分の電流ｉ２は、第２電圧Ｖ２が一定に保たれるように、カソード電流としてシャントレギュレータＵ１側に分流され、グランドＧを介して電源部２に戻される。負荷部３への電流ｉ１が変動しても、その変動に応じた電流ｉ２がシャントレギュレータＵ１によって分流される。それにより、定電流生成部１１は、負荷部３の負荷の変動に影響されずに定電流Ｉｃを流し続けることができる。また、定電圧生成部１２によって定電圧の第２電圧Ｖ２が生成されることにより、抵抗Ｒ１の一端Ｒ１ａや基準電圧発生器Ｕ２のカソード端子の電圧もほぼ一定となる。そのため、基準電圧発生器Ｕ２や抵抗Ｒ１に流れる電流もほぼ一定となり、電源部２から定電流生成部１１に流入する電流Ｉｃ１もほぼ定電流となる。その結果、電源部２から流出する電流、およびグランドラインを介して電源部２に戻る電流の変動が抑制されると共に、電源部２のグランド電位が安定し、電気機器１００の誤動作などを防ぐことができる。

なお、シャントレギュレータＵ１には、このように負荷部３への電流ｉ１の変化に応じて電流ｉ２が流入する。そのため、シャントレギュレータＵ１は、その動作において発熱を伴うことがある。従って、シャントレギュレータＵ１は、好ましくは、第２回路基板３２の固定用プレート３４側の面に配置され、かつ、固定用プレート３４と直接、または熱伝導可能に間接的に接するように配置される。

実施例１
図９に示される定電流生成部１１および定電圧生成部１２からなる電流制御手段１を、ガス検知器（新コスモス電機株式会社製：ＫＤ−１２Ｂ）に付加して、グランド電位の変動の低減効果について調べた。ガス検知器は、図３Ａに示されるようなデジタル表示器２９およびＬＥＤによる光を放射するランプ部２８を有していた（ただし、ＨＡＲＴ通信機能は有していない）。このデジタル表示器２９およびランプ部２８の光を発するＬＥＤの状態を経時的に変化させ、デジタル表示器２９およびＬＥＤなどを含む負荷部３（図２参照）に流れる電流ｉ１の変動に対する、ガス検知器のグランドラインに流れる電流の変動を調べた。

この調査では、ガス検知器ＫＤ−１２Ｂが備える電源部が切り離され、電源部２として、テキサスインスツルメンツ社のスイッチングレギュレータＩＣ：ＬＭ２５０１の評価ボードが接続され、この電源部２に、外部電源から２４Ｖの電圧が供給された。電源部２はスイッチング周波数を５００ｋＨｚ、出力電圧を３．６Ｖに設定された。すなわち、本実施例では、第１電圧Ｖ１（図２参照）は３．６Ｖであった。シャントレギュレータＵ１にはルネサスエレクトロニクス社のμＰＣ１０９３が用いられ、第２電圧Ｖ２が３．１８Ｖとなるように、抵抗Ｒ７〜Ｒ９が選択された。基準電圧発生器Ｕ２には、テキサスインスツルメンツ社のシャントレギュレータＴＬＶ４３１Ａが用いられ、基準電圧発生器Ｕ２は、ＴＹＰ値として１．２４Ｖの基準電圧Ｖｒ２を有していた。演算増幅器Ｕ３およびトランジスタＱ１には、テキサスインスツルメンツ社のＯＰＡ１７０、ローム社のＲＱ５Ｅ０３５ＡＴが、それぞれ用いられ、定電流Ｉｃが５７．４ｍＡとなるように、抵抗Ｒ１〜Ｒ３およびＲ６が選択された。

各電流の測定は、各桁８セグメント×４桁のデジタル表示器２９の最上位桁だけを８ミリ秒毎に全セグメント点灯させると共に、ランプ部２８への光を発する３つのＬＥＤを１秒周期、デューティ比５０％で点滅させながら行った。なお、負荷部３への電流ｉ１の測定は、電流制御手段１と負荷部３との間に０．５Ωの抵抗を挿入し、この抵抗による電圧降下を測定することにより行った。同様に、グランドラインに流れる電流は、外部電源と電源部２との間のグランドラインに２０Ωの抵抗を挿入し、その電圧降下を測定することにより行った。各電流の測定は、いずれもオシロスコープを用いて行った。

図１０Ａおよび図１１Ａは、負荷部３に流れる電流ｉ１の測定結果であり、図１０Ｂおよび図１１Ｂはグランドラインの電流の測定結果である。ここで、図１０Ａおよび図１０Ｂは、オシロスコープの時間軸の設定を１ｄｉｖｉｓｉｏｎあたり５秒として観測したものであり、図１１Ａおよび図１１Ｂは、時間軸の設定を１ｄｉｖｉｓｉｏｎあたり０．１秒に拡大して観測したものである。また、図１０Ｂおよび図１１Ｂ中、符号ｉｇは本実施例において測定されたグランドラインの電流を示し、符号ｉｘは、比較のために測定された、電流制御手段１が付加されていない比較例におけるグランドラインの電流を示している。なお、負荷部３への電流は、本実施例および比較例の間で違いはないため、図１０Ａおよび図１１Ａには、１つの電流波形（電流ｉ１）だけが示されている。

図１０Ａに示されるように、負荷部３への電流ｉ１は、ＬＥＤの点滅周期（１秒）に合わせて、約１秒の周期Ｐ１で、その大きさが変化している。また、時間軸を拡大して測定された結果である図１１Ａに示されるように、デジタル表示器２９の８ミリ秒周期の表示状態の変化に合わせて、約８ミリ秒の周期Ｐ２で電流ｉ１の大きさが変動している。すなわち、電流ｉ１は、図１０Ａでは黒く塗りつぶされて帯状に描かれているが、デジタル表示器２９に流れる電流量に応じて約８ミリ秒周期で細かく変動し、かつ、ランプ部２８の光を発するＬＥＤに流れる電流量に応じて約１秒周期で変動している。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂは、ＬＥＤが点灯状態にある０．２秒間（時間ｔ１秒から（ｔ１＋０．２）秒までの間）の測定結果を示している。また、図１０Ａにおいて、時間Ｔ１以降は、ＬＥＤ表示灯２８が常時点灯状態にされたので、電流ｉ１の１秒周期の変動は生じていない。また、電流ｉ１は、デジタル表示器２９やＬＥＤ以外のガス検知器の構成要素にも流れているため、図１０Ａや図１１Ａにおいてゼロレベルまで低下することなく流れ続けている。

負荷部３への電流ｉ１が図１０Ａおよび図１１Ａに示されるように変動している状況において、比較例では、グランドラインの電流ｉｘは、図１０Ｂに示されるように電流ｉ１の変動に応じて１秒周期で変動し、さらに、図１１Ｂに示されるように８ミリ秒周期で変動している。これに対して、本実施例では、図１０Ｂおよび図１１Ｂの符号ｉｇに示されるように、電流ｉ１の変動に影響されることなくほぼ一定の電流値でグランドラインの電流ｉｇが流れていることがわかる。従って、デジタル表示器２９などに流れる電流の変動によってガス検知器内の信号ラインの電位に変動が生じることがなく、正常なガス検知器の動作を得ることができる。また、前述のＨＡＲＴ通信では、５００Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯において、負荷抵抗５００Ωの場合に、２．２ｍＶｒｍｓ以下というグランドレベルの変動についての規格が定められているが、本実施例ではグランドレベルの変動はほぼ０ｍＶｒｍｓであり、図９に例示される一実施形態の電流制御手段１を用いることにより、このＨＡＲＴ通信の規格を満たすことができる。

１ 電流制御手段
２ 電源部
３ 負荷部
４ 信号処理手段
６ 電気回路
１１ 定電流生成部
１２ 定電圧生成部
２１ 本体側筐体
２２ 蓋側筐体
２９ デジタル表示器
３１ 第１回路基板
３２ 第２回路基板
３３ 第３回路基板
３４ 固定用プレート
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ 切り欠き
３９ 第１回路基板固定用ネジ
４１ プレート固定用ネジ
４３ａ 第１回路基板上のコネクタ
４３ｂ 第２回路基板上のコネクタ
１００ 電気機器
２００ ガス検知器
Ｂ 外部電源
Ｅ 外部機器
Ｇ グランド
ｉ１ 負荷部に流入する電流
ｉ２ 電流制御手段に流れる電流
Ｉｃ 定電流生成部から流出する定電流
ｉｇ 本発明の実施例のグランドラインの電流
ｉｘ 比較例のグランドラインの電流
Ｌ１ 第１線路
Ｌ２ 第２線路
Ｌ３ 第３線路
Ｕ１ シャントレギュレータ
Ｕ２ 基準電圧発生器
Ｕ３ 演算増幅器
Ｖ１ 第１電圧
Ｖ２ 第２電圧

Claims (8)

1. 経時的に負荷が変動する負荷部を含む電気回路を備える第１回路基板と、
   前記第１回路基板に着脱可能に連結される第２回路基板と、を有し、
   前記第２回路基板は、
   所定の機能を有する信号処理手段、および、前記負荷部に供給されるべく前記第１回路基板側から供給される電流を、前記負荷部の負荷の変動による前記所定の機能への影響が少なくなるように制御する電流制御手段を備えている、電気機器。
2. 前記電気回路は第１電圧で前記電流を供給する電源部をさらに含み、
   前記電流制御手段は、前記電源部から電力を受けて動作すると共に前記負荷部に第２電圧で電流を供給するように構成されている請求項１記載の電気機器。
3. 前記電気回路は、前記電流を供給すると共に前記電気機器の構成要素に電力を供給する電源部をさらに含み、
   前記信号処理手段は前記電源部のグランドと同一の線路を共用するグランドを基準とする信号を外部機器との間で所定のプロトコルに従って送受信するように構成されている、請求項１記載の電気機器。
4. さらに、前記第１および第２回路基板を収容する筐体を有しており、
   前記第１回路基板と前記第２回路基板とは、互いに重なるように前記筐体に所定の固定手段により固定されており、
   前記第１回路基板および前記第２回路基板の一方は、固定用プレートを介して前記筐体に固定され、
   前記固定用プレートの前記第１回路基板および前記第２回路基板の他方を固定する前記固定手段と対応する位置に切り欠きが設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機器。
5. 前記第１回路基板および前記第２回路基板の他方に、前記他方において構成される電気回路と電気的に接続された端子部、および／またはコネクタが設けられており、前記固定用プレートにおける前記端子部と対応する位置または前記コネクタと対応する位置に切り欠きが設けられている、請求項４記載の電気機器。
6. 前記第２回路基板が前記固定用プレートを介して前記筐体に固定されており、前記電流制御手段の構成要素と前記固定用プレートとが、直接または熱伝導可能に間接的に接している、請求項４または５記載の電気機器。
7. さらに、周囲環境の状態を検知する検知手段を含んでおり、前記検知手段の状態に応じて前記負荷部の負荷が変動するように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気機器。
8. 前記電流制御手段は、前記第１回路基板側から供給される前記電流の一部を前記負荷部の負荷の変動に応じた電流値で分流させる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機器。

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