JP2009168599A - 指針ユニット及び指針式表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波モータを組み込む機器の小型化や薄型化を阻害することなく、回動制御の精度の向上に貢献する。
【解決手段】指示部１１ａと基部１１ｂとを有する指針本体１１と、前記基部１１ｂを覆う指針キャップ１２と、前記指針キャップ１２内に収容され且つ前記指針本体１１の指示部１１ａを計測量に応じた指示位置に回動させる超音波モータ２０と、前記超音波モータ２０が固定され且つ前記指針キャップ１２を回動自在に保持する固定手段１３と、を有する指針ユニット２であって、前記指針本体１１の回動中心の周りに位置付けられるように前記指針キャップ１２に設けられ且つ前記超音波モータ２０の回動角情報を発生するための回動角情報発生手段２３と、前記回動角情報発生手段２３と対向するように前記固定手段１３に設けられ且つ回動角情報発生手段２３と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段２４と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、指針ユニット及び指針式表示装置に関し、より詳細には、指針キャップ内に超音波モータを内蔵し、該超音波モータによって指針の指示部を回動する指針ユニット及び該指針ユニットを有する指針式表示装置に関するものである。

従来よりステッピングモータは、各種ＯＡ機器、家電製品、自動車等の分野におけるアクチュエータ部品として利用されている。例えば、車両には車両速度及びエンジン回転数等の計測値を表示する指針式表示装置が搭載されており、この指針式表示装置においては、文字板の前面に配置される指針を出力軸の先端部に固定することで、指針を回動駆動する内機としてステッピングモータが用いられている。

また、指針式表示装置の内機として、可動コイル式計器、交叉コイル型可動磁石式計器等を用いることが知られているが、特許文献１等に示すように、超音波モータを用いることで、メータの小型化が検討されてきた。そして、超音波モータの原理は、公知であるように、超音波振動をステータで発生させ、該超音波振動によってステータに進行波を生じさせ、該進行波によってロータ（回動体）をさせるものである。
特開平６−２３０１５８号公報

しかしながら、特許文献１に示す超音波メータでは、位置制御手段に改良を施して小型化することで、メータ全体の小型化及び低コスト化を図ってきたが、超音波モータに回転角検出部を積層するように組み付けているため、超音波モータ及び回転角検出部の積層方向への厚みが増大してしまい、メータ全体の小型化や薄型化には限界があった。そのため、回転角検出部の追加により小型化には限界があるため、メータデザインに自由度を持たせることができないという問題があった。

また、超音波メータの組み付け作業時には、小型の超音波モータと回転角検出部とを組み付ける必要があり、メータ組み付け作業時の作業効率を低下させてしまうため、コストダウンが困難であった。このような問題は、小型の超音波モータを用いて小型化を図り且つ回動対象物の高精度の制御を必要とするデジタルカメラのズーム機構、腕時計等の指針制御機構等にも同様に生じる問題である。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、超音波モータを組み込む機器の小型化や薄型化を阻害することなく、回動制御の精度の向上に貢献することができる指針ユニット及び指針式表示装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の指針ユニットは、指示部と基部とを有する指針本体と、前記基部を覆う指針キャップと、前記指針キャップ内に収容され且つ前記指針本体の指示部を計測量に応じた指示位置に回動させる超音波モータと、前記超音波モータが固定され且つ前記指針キャップを回動自在に保持する固定手段と、を有する指針ユニットであって、前記指針本体の回動中心の周りに位置付けられるように前記指針キャップに設けられ且つ前記超音波モータの回動角情報を発生するための回動角情報発生手段と、前記回動角情報発生手段と対向するように前記固定手段に設けられ且つ前記回動角情報発生手段と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段と、を有することを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明の指針ユニットによれば、指針本体を回動させる超音波モータを指針キャップ内に収容し、回動角情報発生手段を回動中心の周りに位置付けるように指針キャップに形成し、該回動角情報発生手段と対向するように回動角情報出力手段を固定手段に設けるようにしたことから、指針本体の超音波モータとその回動角検出機構を大型化することなく一体に形成することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の指針ユニットにおいて、前記回動角情報発生手段が、前記回動角情報出力手段と対向する距離が前記超音波モータの回動に応じて変化する傾斜面を有し、前記回動角情報出力手段が、前記傾斜面との距離に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明の指針ユニットによれば、超音波モータの回動に応じて変化する傾斜面までの距離に基づいて回動角情報を検出するので、任意の回動角を検出することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の指針ユニットにおいて、前記回動角情報発生手段が、前記超音波モータの回動方向に沿って先細り形状で設けられた磁性体であり、前記回動角情報出力手段が、前記磁性体との間で生じる磁束密度に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明の指針ユニットによれば、超音波モータの回動に応じて変化する磁束を変化させ、該磁束変化に基づいて回動角情報を検出するので、任意の回動角を検出することができる。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項４記載の指針式表示装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の指針ユニットと、前記指針ユニットの超音波モータを制御して、表示対象とする計測量に応じた指示位置まで前記指針の指示部を回動させる制御手段と、を有する指針式表示装置であって、前記制御手段６０が、前記超音波モータ２０の回動角情報出力手段２４によって出力された回動角情報に基づいて、前記超音波モータ２０の回動量を補正して制御する手段であることを特徴とする。

上記請求項４に記載した本発明の指針式表示装置によれば、制御手段が指針キャップ内の超音波モータを制御して指針を計測量に応じた指示位置に回動させると共に、指針ユニットから出力された回動角情報に基づいて超音波モータの回動量を補正するので、指針の表示制度を向上することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４に記載の指針式表示装置において、前記指針本体の指示部を光輝させるための光を発する光源を有し、前記指針ユニットの超音波モータが、前記光源からの光を前記指針本体に導光する導光部を有することを特徴とする。

上記請求項５に記載した本発明の指針式表示装置によれば、光源が発した光は超音波モータの導光部を導光されて指針本体に導光され、指針本体内を指示部の先端に向かって導光されることで、指示部を光輝させる。

以上説明したように請求項１に記載した本発明の指針ユニットによれば、指針本体を回動させる超音波モータを指針キャップ内に収容し、指針キャップに回動角情報発生手段を形成し、該回動角情報発生手段と対向するように回動角情報出力手段を固定手段に設けるようにしたことから、小型の超音波モータを用いることができ、その指針キャップと固定手段に回動角情報発生手段及び回動角情報出力手段を設けることができるため、ロータリーエンコーダ等の超音波モータの回転角検出機構を不要とすることができる。しかも、回動角情報出力手段が出力する回動角情報を参照することで、回動体の回動角を正確に把握することができるため、回動制御の精度の向上を図ることができる。従って、指針ユニットの小型化や薄型化を図ることができるため、その指針ユニットを組み込む機器等の小型化や薄型化を図ることができ且つそのデザインに自由度を持たせることができる。また、指針ユニットを配線板等の相手部材に組み付けるだけで良いため、組み付け作業の向上を図ることができ、コストダウンに貢献することができる。

請求項２に記載した本発明の指針ユニットによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、超音波モータの回動に応じて変化する傾斜面までの距離に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、傾斜面までの距離を組み付ける機器等に対応させることができるため、任意の回動角情報を正確に検出して出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

請求項３に記載した本発明の指針ユニットによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、超音波モータの回動に応じた磁束変化に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、磁束の変化量を組み付ける機器等に対応させることができるため、任意の回動角情報を正確に検出して出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

以上説明したように請求項４に記載した本発明の指針式表示装置によれば、指針ユニットを組み付けるだけで、回動体の回動角検出機構を指針ユニットの他に設けることなく、その回動角を正確に把握することができるため、装置の小型化や薄型化を図ることができ且つデザインに自湯度を持たせることができる。従って、商品価値の向上及び組み付け作業の効率化による装置のコストダウンを図ることができる。

請求項５に記載した本発明の指針式表示装置によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、光源が発した光を超音波モータの導光部から指針本体に導光して当該指示部を光輝させるようにしたことから、超音波モータの近傍に光源を配置すればよいため、従来のように導光板等を設ける必要がなくなり、指針の近くに光源を配置することができるため、装置の小型化や簡単化を図ることができる。

以下、本発明に係る超音波モータを用いた車両用指針式表示装置（以下、指針式表示装置ともいう）の一実施形態を、図１〜図８の図面を参照して以下に説明する。なお、説明を簡単化するために、以下の実施例では本発明に係る構造のみを説明する。

図１乃至図６において、指針式表示装置１は、指針ユニット２と、文字板３と、光源５と、制御部６と、を有して構成している。このような指針式表示装置１は、公知であるコンビネーションメータに用いられる速度計（スピードメータ）、回転計（タコメータ）、燃料計、温度計、電流計、電圧計、油圧計等として用いられる。

指針ユニット２は、図１等に示すように、指針本体１１と、指針キャップ１２と、超音波モータ２０と、固定手段１３と、回動角情報発生手段２３と、回動角情報出力手段２４と、を有している。

指針本体１１は、後述する超音波モータ２０に固着されることで、超音波モータ２０によって回動して計測量に応じた位置を指示部１１ａが指示することになる。指針本体１１は、透明なアクリル樹脂等で形成されており、その指示部１１ａの底面（文字板３０との対向面）には着色層（図示せず）が設けられている。そして、指示部１１ａの内部を光源５からの光を導光することで、前記着色層を光輝させて指示部１１ａを発光させている。即ち、本実施例では、指針ユニット２が自発光指針である場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、外光等によって利用者に視認させる指針など種々異なる実施形態とすることができる。

指針キャップ１２は、文字板３０に固定される固定手段３に回動自在に設けられている。指針キャップ１２は、ハット状のキャップ本体１２ａと、該キャップ本体１２ａ内に形成され且つ指針本体１１の基部１１ｂに形成された嵌合穴１１ｃと嵌合する嵌合部１２ｂと、キャップ本体１２ａから延在し且つ超音波モータ２０を覆うリング状の袴部１２ｃと、を有しており、それらは合成樹脂等によって一体に形成されている。そして、該嵌合部１２ｂが前記嵌合穴１１ｃに嵌合することで、指針キャップ１２が指針本体１１に固定され、指針本体１１と共に回動する。

超音波モータ２０は、公知であるように、回動体２１と、圧電振動子２２と、を一体に有して構成されている。

回動体２１は、公知であるロータ等であり、中空円柱状に形成されている。回動体２１は、一端側（図１中の上側）に形成され且つ指針本体１１の基部１１ｂが嵌合固定される嵌合部２１ａと、該嵌合部２１ａに繋がり且つ光源５からの光を指針本体１１の基部１１ｂに導光する導光部２１ｂと、を有している。そして、回動体２１は、嵌合部２１ａに嵌合固定された指針ユニット２と共に回動自在に、圧電振動子２２によって保持される。

圧電振動子２２は、リング状の圧電本体２２ａと、該本体２２ａに設けられた複数（図１中では３つ）の接点部２２ｂと、を有して構成しており、それらは導電性の弾性金属部材等によって一体に形成されている。そして、圧電本体２２ａは、回動体２１とほぼ同一の高さで且つ回動体２１を回動自在に収容して保持する内径で形成されている。

複数の接点部２２ｂの各々は、圧電本体２２ａから圧電振動子２２の中心軸に向かって形成されている。複数の接点部２２ｂの各々は、回動体２１を接触することで、回動体２１に圧力を加えた状態で密着する。そして、少なくとも複数の接点部２２ｂの表面（回動体２１との非接触面）には、公知である圧電セラミックが接着されている。そして、当該圧電セラミックに所望の高周波電圧等が印加されることにより、圧電セラミック自身が伸び縮みする電歪という現象を圧電セラミックに生じさ、その超音波振動が複数の接点部２２ｂの各々を撓ませながら一方向に進む進行波を接点部２２ｂに発生させる。これにより、複数の接点部２２ｂに接触している回動体２１は、その進行波の進行方向とは逆方向に回動することになる。

固定手段１３は、超音波モータ２０を収容し且つ指針キャップ１２を回動自在に保持するアンダーケース１３ａと、該アンダーケース１３ａに形成され且つ配線板４０に実装された回動角情報出力手段２４を収容する収容部１３ｂと、該アンダーケース１３ａに形成され且つ配線板４０の挿入孔４２に挿入される位置決め突起１３ｃと、アンダーケース１３ａを固定する配線板４０と、を有している。

配線板４０は、後述する光源５及び制御部６等が実装されており、文字板３の嵌合孔３１に嵌合されたアンダーケース１３を螺子留めするための螺子穴４１と、アンダーケース１３ａの位置決め突起１３ｃが挿入される挿入孔４２と、を有している。そして、配線板４０には、制御部６と光源５や超音波モータ２０等とを電気的に接続する回路パターン等が設けられてる。

なお、本実施例では、固定手段１３がアンダーケース１３ａと配線板４０を有する場合について説明するが、例えば、超音波センサ２０を配線板４０に直接固定する、アンダーケース１３ａに回動角情報出力手段２４を設け且つ配線板４０を固定手段１３の構成から排除するなど種々異なる実施形態とすることができる。

回動角情報発生手段２３は、図１乃至図４に示すように、指針本体１１の回動中心の周りに位置付けられる略リング状に、指針キャップ１２の袴部１２ｃの端面に設けられ且つ超音波モータ２０の回動角情報を発生するための手段となっている。そして、回動角情報発生手段２３は、所定の回動角に応じて回動角情報出力手段２４までの距離（対向距離）が変化する複数の傾斜面２３ａを有している。

本実施形態では、図４に示すように、複数の傾斜面２３ａの各々が０〜２０、２１〜４０、４１〜６０などというように、２０度単位の回動角に対応するように形成されている。なお、本実施形態では、回動角情報発生手段２３が、複数の傾斜面２３ａを連続的に形成したノコギリ状に形成した場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、複数の傾斜面２３ａの間に間隔を設けたり、上昇及び下降の傾斜面を組み合わせるなど種々異なる実施形態とすることができる。また、表示範囲が０〜２００である場合に、それを１つの傾斜面とすることもできる。

回動角情報出力手段２４は、図３又は図４に示すように、回動角情報発生手段２３と対向するように固定手段１３の配線板４０に設けられ且つ前記回動角情報発生手段２３と協働して検出した回動角情報を出力する。本実施形態では、回動角情報出力手段２４が、フォトインタラプタを用いており、図５に示すように、発光素子２４ａと受光素子２４ｂとを有している。発光素子２４ａと受光素子２４ｂの間は電気的に切り離されており、各々は接地れている。

発光素子２４ａの入力端子は、制御部６と電気的に接続しており、そこから入力された電気信号を光り信号に変換し、回動角情報発生手段２３の傾斜面２３ａに向けて出射する。そして、受光素子２４ｂの出力端子は、制御部６と電気的に接続しており、傾斜面２３ａで反射した光信号を受光し、その光信号を電気信号に戻して制御部６に出力する。

よって、その出力する電気信号の電圧は、図４に示すように、指針キャップ１２が回動方向Ｒに回動されると、回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４との対向距離によって変化するため、制御部６はその電気信号を回動角情報として検出することで、回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４の対向距離を検出して超音波モータ２０の回動角を検出することができる。このように回動角情報としては、回動角、回動量等を特定するための情報となっており、その構成は任意に設定することができる。

文字板３０は、図１に示すように、合成樹脂等によって平板状に形成されており、その表面には、上述した指針ユニット２が指示する目盛、数字、記号等の指標が、その指示部１１ａの回動許容範囲に対応するように略円弧状に配置されている（図示せず）。これにより、前記指標と指示部１１ａとが協働して計測量を表示することになる。また、文字板３０は、上述したアンダーケース１３を係合する嵌合孔３１を有している。

配線板４０は、後述する光源５及び制御部６等が実装されており、文字板３０の嵌合孔３１に嵌合されたアンダーケース１３を螺子留めするための螺子穴４１と、アンダーケース１３の位置決め突起１３ａが挿入される挿入孔４２と、を有している。そして、配線板４０には、制御部６と光源５や超音波モータ２０等とを電気的に接続する回路パターン等が設けられてる。

光源５は、ＬＥＤ、バルブ等が用いられ、制御部６によって点灯／消灯等の制御される。そして、光源５が発した光は、超音波モータ２０の回動体２３内を導光部２２ｂを導光されて指針ユニット２の基部１１ｂに到達し、その基部１１ｂから指針本体１１ａ内に取り込まれると、指示部１１ａの先端に向かって指針本体１１ａ内を導光される。これにより、指示部１１ａ内に導かれた光によって指示部１１ａを光輝させることになる。

制御部６は、図５に示すように、基本的にＣＰＵ（中央処理装置）６１、ＲＯＭ（読み出し専用メモリー）６２、及びＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリー）６３を含むマイクロコンピュータから構成されている。ＣＰＵ６１はＲＯＭ６２に記憶されている制御処理プログラム等にしたがって本実施形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ＲＡＭ６３には、ＣＰＵ６１が各種の処理を実行する上において必要なデータ、プログラム等が適宜記憶される。

制御部６には、上述した回動角情報出力手段２４、駆動部６４、センサ部７１、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）７２等が電気的に接続されている。そして、駆動部６４は、制御部６から要求された回動角に応じた超音波振動を発生させるために、複数の回動角に対応した電圧を、回動方向を考慮して圧電振動子２２に印加する。これにより、圧電振動子２２は回動体２１を回動角だけ回動され、指針ユニット２の指示部１１ａを計測量に応じた指示位置まで回動（移動）させることができる。

センサ部７１は、指針式表示装置１の表示対象となる計測量を検出するためのパルス信号を制御部３０に出力する。センサ部７１は、表示対象が車両の速度の場合は速度センサ、エンジンの回転数の場合は回転センサ等が用いられる。そして、制御部６は、入力されるパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出（計測）する。また、制御部６は、ＩＧＮスイッチ７２のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出可能な構成となっている。

次に、上述した構造の指針式表示装置１の組み付け作業の一例を以下に説明する。

まず、アンダーケース１３に圧電振動子２２が固定され、該圧電振動子２２に対して回動体２１が回動自在に組み付けられる。そして、その回動体２１に指針本体１１が固定され、超音波モータ２０と指針ユニット２の基部１１ｂを覆うように指針キャップ１２が装着されることで指針ユニット２が完成する。そして、指針ユニット２を文字板３０の表面側から近づけてその嵌合孔３１に嵌合し、文字板３０の裏面側から配線板４０を近づけて、アンダーケース１３の位置決め突起１３ａを配線板４０の挿入孔４２に挿入させ、螺子４３によって配線板４０と指針ユニット２を固定する。これにより、指針ユニット２と配線板４０の間に文字板３０が位置付けられ、且つ、光源５と指針ユニット２の基部１１ｂの端面が対向した状態になり、配線板４０の制御部６と超音波モータ２０とが電気的に接続される。

次に、図５に示すＣＰＵ６１が実行する本発明に係る制御処理の一例を、図６のフローチャートを参照して以下に説明する。

車両のバッテリ等からの電力の供給によりＣＰＵ６１がＲＯＭ６２の制御処理プログラムを実行すると、図４に示すステップＳ１１において、センサ部７１からセンサ信号が測定量情報としてＲＡＭ６３に取り込まれ、ステップＳ１２において、回動角情報出力手段２４の発光素子２４ａに所定の電気信号が出力され、これによる光信号の回動角情報発生手段２３の傾斜面２３ａでの反射に応じて、回動角情報出力手段２４によって出力された電気信号が回動角情報としてＲＡＭ６３に取り込まれ、その後ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、ＲＡＭ６３の回動角情報に基づいて超音波モータ２０の回動角、即ち指針ユニット２の指示部１１ａの現在の指示位置が特定され、この現在の指示位置に基づいてＲＡＭ６３の現在振れ角が補正され、ＲＡＭ６３の測定量情報に基づいて指針ユニット２の現在の指示位置からの目標振れ角がＲＡＭ６３に算出され、ステップＳ１４において、現在指示している振れ角から目標振れ角までを円滑に移動させるための変化量が算出され、該変化量が加算されてＲＡＭ６３の現在振れ角が更新され、その後ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、更新した現在振れ角まで指針ユニット２を回動させるための駆動情報が生成されて駆動部６４に出力されることで、駆動部６４は超音波モータ２０の圧電振動子２２に駆動情報に対応した電圧を印加して、指針ユニット２の指示部１１ａを現在振れ角が示す指示位置まで回動させ、その後ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、ＩＧＮスイッチ７２がＯＮからＯＦＦに変化したか否かが判定される。ＩＧＮスイッチ７２がＯＦＦされていないと判定された場合は（ステップＳ１６でＮ）、ステップＳ１７において、ＲＡＭ６３の現在振れ角と目標振れ角が等しいか否かが判定される。現在振れ角と目標振れ角が等しくない、つまり、指針ユニット２が目標振れ角に到達していないと判定された場合は（Ｓ１７でＮ）、ステップＳ１４に戻り、一連の処理を繰り返す。一方、現在振れ角と目標振れ角が等しい、つまり、指針ユニット２が目標振れ角に到達したと判定された場合は（Ｓ１７でＹ）、ステップＳ１１に戻り、新たな計測量に対して一連の処理を繰り返す。

また、ステップＳ１６でＩＧＮスイッチ７２がＯＦＦされたと判定された場合は（Ｓ１２でＹ）、指針ユニット２を検出した０位置まで復帰させるための振れ角０゜を示す駆動情報が駆動部６４に出力されることで、指針ユニット２は０位置に復帰され、その後処理を終了する。

次に、上述した本発明に係る指針ユニット２を有する指針式表示装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。

指針式表示装置１は、車両のバッテリ等からの電力の供給によって起動されると、光源５を点灯させる。これにより、光源５からの光は、超音波モータ２０の回動体２１内の導光部２１ｂを通過して指針本体１１の基部１１ｂに至り、指針本体１１内を指示部１１ａの先端方向に向かって導光されることで、指示部１１ａを光輝させる。

これと共に、指針式表示装置１は、センサ部７１からのパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出し、超音波モータ２０が出力した回動角情報の示す指針ユニット２の現在指示位置と計測量に基づいて目標振れ角（回動角）を算出し、その目標振れ角まで回動させるための電圧を超音波モータ２０に印加する。そして、超音波モータ２０は、圧電振動子２２に上記進行波を発生して回動体２０を計測量に対応した回動角まで回動する。これにより、指針ユニット２は計測量に対応した位置を指示することになる。

また、回動角情報出力手段２４は、超音波モータ２０の回動体２１の回動量に応じた回動角情報を制御部６に出力するので、制御部６は、その回動角情報に基づいて指針ユニット２の現在振れ角を補正して超音波モータ２０の回動を制御する。このように指針式表示装置１は、計測量の変化に応じて超音波モータ２０の駆動を補正しながら制御して、指針ユニット２を計測量に対応した指示位置に回動させて、指針ユニット２と文字板３０とを協働させて計測量を表示する。

以上説明した指針ユニット２によれば、指針本体１１を回動させる超音波モータ２０を指針キャップ１２内に収容し、指針キャップ１２に回動角情報発生手段２３を形成し、該回動角情報発生手段２３と対向するように回動角情報出力手段２４を固定手段１３に設けるようにしたことから、小型の超音波モータ２０を用いることができ、その指針キャップ１２と固定手段１３に回動角情報発生手段２３及び回動角情報出力手段２４を設けることができるため、ロータリーエンコーダ等の超音波モータ２０の回転角検出機構を不要とすることができる。しかも、回動角情報出力手段２４が出力する回動角情報を参照することで、回動体２１の回動角を正確に把握することができるため、回動制御の精度の向上を図ることができる。従って、指針ユニット２の小型化や薄型化を図ることができるため、その指針ユニットを組み込む指針式表示装置１の小型化や薄型化を図ることができ且つそのデザインに自由度を持たせることができる。また、指針ユニット２を配線板４０等の相手部材に組み付けるだけで良いため、組み付け作業の向上を図ることができ、コストダウンに貢献することができる。

また、超音波モータ２０の回動に応じて変化する回動角情報発生手段２３の傾斜面２３ａまでの距離に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、傾斜面２３ａまでの距離を組み付ける指針式表示装置１等に対応させることができるため、任意の回動角情報を正確に検出して出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

指針式表示装置１によれば、指針ユニット２を組み付けるだけで、回動体２１の回動角検出機構を指針ユニット２の他に設けることなく、その回動角を正確に把握することができるため、装置の小型化や薄型化を図ることができ且つデザインに自湯度を持たせることができる。従って、商品価値の向上及び組み付け作業の効率化による装置のコストダウンを図ることができる。

また、光源５が発した光を超音波モータ２０の導光部２１ｂから指針本体１１に導光して当該指示部１１ａを光輝させるようにしたことから、超音波モータ２０の近傍に光源５を配置すればよいため、従来のように導光板等を設ける必要がなくなり、指針ユニット２の近くに光源を配置することができるため、装置の小型化や簡単化を図ることができる。

なお、上述した実施例１の指針ユニット２は、回動角情報発生手段２３の傾斜面２３ａをその断面が略三角形とした場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、傾斜面２３ａを階段状に形成する、不規則な傾斜面とするなど種々異なる実施形態とすることができる。

上述した実施例１では、回動角情報発生手段２３に複数の傾斜面２３ａを設ける場合について説明したが、実施例２では、回動角情報出力手段２３の他の構成とそれに対応する回動角情報出力手段２４の一例を説明する。なお、基本構成は実施例１の指針式表示装置１と同一であるため、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７において、指針式表示装置１は、指針ユニット２と、文字板３と、光源５と、制御部６（図５を参照）と、を有して構成している。このような指針式表示装置１は、公知であるコンビネーションメータに用いられる速度計（スピードメータ）、回転計（タコメータ）、燃料計、温度計、電流計、電圧計、油圧計等として用いられる。

指針ユニット２は、指針本体１１と、指針キャップ１２と、超音波モータ２０と、固定手段１３と、回動角情報発生手段２３と、回動角情報出力手段２４と、を有している。そして、指針キャップ１２は、ハット状のキャップ本体１２ａと、該キャップ本体１２ａ内に形成され且つ指針本体１１の基部１１ｂに形成された嵌合穴１１ｃと嵌合する嵌合部１２ｂと、固定手段１３と対向するキャップ本体１２ａのリング状の端面１２ｄと、を有しており、それらは合成樹脂等によって一体に形成されている。そして、該嵌合部１２ｂが前記嵌合穴１１ｃに嵌合することで、指針キャップ１２が指針本体１１に固定され、指針本体１１と共に回動する。

回動角情報発生手段２３は、図８に示すように、超音波モータ２０の回動方向に沿って先細り形状で、指針キャップ１２の端面１２ｄの表面に設けられた磁性体２３ｂを有している。この磁性体２３ｂは、回動角情報出力手段２４との対向する部分の磁束密度が、指針キャップ１２の回動変化に応じて変化する先細り形状となっている。例えば、表示範囲が０〜２００である場合、指標の数値が大きくなるに従って、磁束が徐々に減少するように磁性体２３ｂを形成している。

このように本実施形態では、磁束密度を回動角の増加に伴って磁束密度を減少させる場合について説明するが、磁束密度を回動角の増加に伴って磁束密度を増加させる、所望の回動角に応じて段階的（デジタル的）に変化させるなど種々異なる実施形態とすることができる。

回動角情報出力手段２４は、図７に示すように、回動角情報発生手段２３の磁性体２３ｂと対向するように固定手段１３に設けられ且つ回動角情報発生手段２３と協働して検出した回動角情報を出力する。回動角情報出力手段２４は、固定手段１３に内蔵した接続端子（図示せず）を配線板４０の配線パターンに電気的に接続することで、制御部６と電気的に接続している。

回動角情報出力手段２４は、ホール効果を利用したホール素子等の磁気量を電気量に変換する電子機器が用いられ、その電気量を示す電気信号を制御部６に出力する。そして、制御部６は、その入力された電気信号を回動角情報として検出することで、回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４の磁束密度を検出して超音波モータ２０の回動角を検出することができる。このように回動角情報としては、回動角、回動量等を特定するための情報となっており、その構成は任意に設定することができる。

次に、上述した実施例２に係る指針ユニット２及び指針式表示装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。

指針式表示装置１は、車両のバッテリ等からの電力の供給によって起動されると、光源５を点灯させる。これにより、光源５からの光は、超音波モータ２０の回動体２１内の導光部２１ｂを通過して指針本体１１の基部１１ｂに至り、指針本体１１内を指示部１１ａの先端方向に向かって導光されることで、指示部１１ａを光輝させる。

これと共に、指針式表示装置１は、センサ部７１からのパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出し、超音波モータ２０が出力した回動角情報の示す指針ユニット２の現在指示位置と計測量に基づいて目標振れ角（回動角）を算出し、その目標振れ角まで回動させるための電圧を超音波モータ２０に印加する。そして、超音波モータ２０は、圧電振動子２２に上記進行波を発生して回動体２０を計測量に対応した回動角まで回動する。これにより、指針ユニット２は計測量に対応した位置を指示することになる。

また、回動角情報出力手段２４は、回動角情報発生手段２３の磁性体２３ｂとの間に生じる磁束密度に応じた回動角情報を制御部６に出力するので、制御部６は、その回動角情報から超音波モータ２０の現在の回動角を検出し、指針ユニット２の現在振れ角を補正して超音波モータ２０の回動を制御する。このように指針式表示装置１は、計測量の変化に応じて超音波モータ２０の駆動を補正しながら制御して、指針ユニット２を計測量に対応した指示位置に回動させて、指針ユニット２と文字板３０とを協働させて計測量を表示する。

以上説明した指針ユニット２によれば、指針本体１１を回動させる超音波モータ２０を指針キャップ１２内に収容し、指針キャップ１２に回動角情報発生手段２３を形成し、該回動角情報発生手段２３と対向するように回動角情報出力手段２４を固定手段１３に設けるようにしたことから、小型の超音波モータ２０を用いることができ、その指針キャップ１２と固定手段１３に回動角情報発生手段２３及び回動角情報出力手段２４を設けることができるため、ロータリーエンコーダ等の超音波モータ２０の回転角検出機構を不要とすることができる。しかも、回動角情報出力手段２４が出力する回動角情報を参照することで、回動体２１の回動角を正確に把握することができるため、回動制御の精度の向上を図ることができる。従って、指針ユニット２の小型化や薄型化を図ることができるため、その指針ユニット２を組み込む指針式表示装置１の小型化や薄型化を図ることができ且つそのデザインに自由度を持たせることができる。また、指針ユニット２を配線板４０等の相手部材に組み付けるだけで良いため、組み付け作業の向上を図ることができ、コストダウンに貢献することができる。

また、超音波モータ２０の回動に応じた磁束変化に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、磁束の変化量を組み付ける指針式表示装置１に対応させることができるため、任意の回動角情報を正確に検出して出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

指針式表示装置１によれば、指針ユニット２を組み付けるだけで、回動体２１の回動角検出機構を指針ユニット２の他に設けることなく、その回動角を正確に把握することができるため、装置の小型化や薄型化を図ることができ且つデザインに自湯度を持たせることができる。従って、商品価値の向上及び組み付け作業の効率化による装置のコストダウンを図ることができる。

回動角情報発生手段２３として指針照明用の光源５を用いる場合の実施形態を以下に説明する。なお、基本構成は上述した指針式表示装置１と同一であるため、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

指針式表示装置１は、図９に示すように、指針ユニット２と、文字板３と、光源５（図１，７等を参照）と、制御部６（図５を参照）と、を有して構成している。このような指針式表示装置１は、公知であるコンビネーションメータに用いられる速度計（スピードメータ）、回転計（タコメータ）、燃料計、温度計、電流計、電圧計、油圧計等として用いられる。

指針ユニット２は、指針本体１１と、指針キャップ１２と、超音波モータ２０と、固定手段１３と、回動角情報発生手段２３と、回動角情報出力手段２４と、を有している。そして、指針キャップ１２は、キャップ本体１２ａと、嵌合部１２ｂと、袴部１２ｅと、を有している。そして、袴部１２ｅは、キャップ本体１２ａから配線板４０の表面付近まで延在し、且つ、超音波モータ２０及び光源５を覆う中空円柱状に合成樹脂等によって一体に形成されている。

回動角情報発生手段２３は、図９に示すように、指針キャップ１２の袴部１２ｅの配線板４０寄りに形成された複数のスリット２３ｃを有している。複数のスリット２３ｃは、超音波モータ２０の回動方向に沿って並設され、且つ、袴部１２ｅを貫通するように形成されている。各スリット２３ｃは、袴部１２ｅ内で光源５が発した光の一部を外部に向かって透過させる。なお、複数のスリット２３ｃの幅は、超音波モータ２０の回動角に対応させて均一とする、徐々に変化させるなど任意に設定することができる。

回動角情報出力手段２４は、図９に示すように、回動角情報発生手段２３の各スリット２３ｃからの光の透過／遮光を検出する各種光センサ（フォトセンサ）が任意に用いられ、複数のスリット２３ｃが設けられた袴部１２ｅと対向するように配線板４０に設けられている。回動角情報出力手段２４は、配線板４０の配線パターンと電気的に接続されることで、制御部６と電気的に接続される。

回動角情報出力手段２４は、超音波モータ２０によって指針キャップ１２の袴部１２ｅ回動によってスリット２３ｃが移動することによって生じる、各スリット２３ｃによる光の遮光／透過の繰り返しをパルスとして検出する。そして、そのパルスに応じたパルス信号を制御部６に出力する。そして、制御部６は、そのパルス信号のパルス数をカウントすることにより、超音波モータ２０の回動角を検出する。即ち、複数のスリット２３ｃを回動角に対応させることで、制御部６が任意の回動角を検出することが可能な構成となっている。そして、回動角情報としては、回動角、回動量等を特定するための情報となっており、その構成は任意に設定することができる。

次に、上述した実施例２に係る指針ユニット２及び指針式表示装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。

指針式表示装置１は、車両のバッテリ等からの電力の供給によって起動されると、光源５を点灯させる。これにより、光源５からの光は、超音波モータ２０の回動体２１内の導光部２１ｂを通過して指針本体１１の基部１１ｂに至り、指針本体１１内を指示部１１ａの先端方向に向かって導光されることで、指示部１１ａを光輝させると共に、その光の一部は袴部１２ｅのスリット２３ｃから外部に透過する。

これと共に、指針式表示装置１は、センサ部７１からのパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出し、超音波モータ２０が出力した回動角情報の示す指針ユニット２の現在指示位置と計測量に基づいて目標振れ角（回動角）を算出し、その目標振れ角まで回動させるための電圧を超音波モータ２０に印加する。そして、超音波モータ２０は、圧電振動子２２に上記進行波を発生して回動体２０を計測量に対応した回動角まで回動する。これにより、指針ユニット２は計測量に対応した位置を指示することになる。

また、回動角情報出力手段２４は、回動角情報発生手段２３のスリット２３ｃの回動による光の遮光／透過に対応した回動角情報を制御部６に出力するので、制御部６は、その回動角情報から超音波モータ２０の現在の回動角を検出し、指針ユニット２の現在振れ角を補正して超音波モータ２０の回動を制御する。このように指針式表示装置１は、計測量の変化に応じて超音波モータ２０の駆動を補正しながら制御して、指針ユニット２を計測量に対応した指示位置に回動させて、指針ユニット２と文字板３０とを協働させて計測量を表示する。

以上説明した指針ユニット２によれば、指針本体１１を回動させる超音波モータ２０を指針キャップ１２内に収容し、指針キャップ１２の袴部１２ｅに回動角情報発生手段２３を形成し、該回動角情報発生手段２３と対向するように回動角情報出力手段２４を配線板４０に設けるようにしたことから、小型の超音波モータ２０を用いることができ、その指針ユニット２として回動角情報発生手段２３及び回動角情報出力手段２４を一体に設けることができるため、ロータリーエンコーダ等の超音波モータ２０の回転角検出機構を不要とすることができる。しかも、回動角情報出力手段２４が出力する回動角情報を参照することで、回動体２１の回動角を正確に把握することができるため、回動制御の精度の向上を図ることができる。従って、指針ユニット２の小型化や薄型化を図ることができるため、その指針ユニット２を組み込む指針式表示装置１の小型化や薄型化を図ることができ且つそのデザインに自由度を持たせることができる。また、指針ユニット２を配線板４０等の相手部材に組み付けるだけで良いため、組み付け作業の向上を図ることができ、コストダウンに貢献することができる。

また、回動角情報発生手段２３は指針照明用の光源５を用いていることから、回動角を検出するために新たな光源等を用いる必要がないため、指針ユニット２のさらなる小型化及びコストダウンを図ることができる。

指針式表示装置１によれば、指針ユニット２を組み付けるだけで、回動体２１の回動角検出機構を指針ユニット２の他に設けることなく、その回動角を正確に把握することができるため、装置の小型化や薄型化を図ることができ且つデザインに自湯度を持たせることができる。従って、商品価値の向上及び組み付け作業の効率化による装置のコストダウンを図ることができる。

なお、上述した回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４は、例えば回動角情報発生手段２３を白黒等のグラデーションとし、回動角情報出力手段２４がそれを光学的に検出して回動角情報として出力するなど種々異なる実施形態とすることができる。

なお、上述した実施例では、超音波モータ２０を車両用表示装置１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばＯＡ機器、家電製品等の各種電子機器に適用することができる。

このように上述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

実施例１に係る指針ユニット及び指針式表示装置の分解斜視図である。 図１の指針式表示装置の断面の一部を示す部分断面拡大模式図である。 指針式表示装置における回動角情報発生手段と回動角情報出力手段との配置関係を説明するための図である。 指針式表示装置における回動角情報出力手段の出力例を説明するための図である。 指針式表示装置の概略構成を示す構成図である。 図５のＣＰＵが実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。 実施例２に係る指針式表示装置の断面の一部を示す部分断面拡大模式図である。 実施例２に係る回動角情報発生手段と回動角情報出力手段の関係の一例を説明するための図である。 実施例３に係る指針式表示装置の回動角情報発生手段と回動角情報出力手段との配置関係を説明するための図である。

符号の説明

１ 指針式表示装置
２ 指針ユニット
３ 文字板
５ 光源
６ 制御手段（制御部）
１１ 指針本体
１１ａ 指示部
１１ｂ 基部
１２ 指針キャップ
１３ 固定手段
２０ 超音波モータ
２１ 回動体
２２ 圧電振動子
２３ 回動角情報発生手段
２４ 回動角情報出力手段
４０ 配線板

Claims (5)

1. 指示部と基部とを有する指針本体と、前記基部を覆う指針キャップと、前記指針キャップ内に収容され且つ前記指針本体の指示部を計測量に応じた指示位置に回動させる超音波モータと、前記超音波モータが固定され且つ前記指針キャップを回動自在に保持する固定手段と、を有する指針ユニットであって、
   前記指針本体の回動中心の周りに位置付けられるように前記指針キャップに設けられ且つ前記超音波モータの回動角情報を発生するための回動角情報発生手段と、
   前記回動角情報発生手段と対向するように前記固定手段に設けられ且つ前記回動角情報発生手段と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段と、
   を有することを特徴とする指針ユニット。
2. 前記回動角情報発生手段が、前記回動角情報出力手段と対向する距離が前記超音波モータの回動に応じて変化する傾斜面を有し、
   前記回動角情報出力手段が、前記傾斜面との距離に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の指針ユニット。
3. 前記回動角情報発生手段が、前記超音波モータの回動方向に沿って先細り形状で設けられた磁性体であり、
   前記回動角情報出力手段が、前記磁性体との間で生じる磁束密度に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の指針ユニット。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の指針ユニットと、前記指針ユニットの超音波モータを制御して、表示対象とする計測量に応じた指示位置まで前記指針の指示部を回動させる制御手段と、を有する指針式表示装置であって、
   前記制御手段が、前記超音波モータの回動角情報出力手段によって出力された回動角情報に基づいて、前記超音波モータの回動量を補正して制御する手段であることを特徴とする指針式表示装置。
5. 前記指針本体の指示部を光輝させるための光を発する光源を有し、
   前記指針ユニットの超音波モータが、前記光源からの光を前記指針本体に導光する導光部を有することを特徴とする請求項４に記載の指針式表示装置。

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