JP2011226857A - 指針ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】交換や修理などが容易に行えるとともに、メータ装置のデザインの設計自由度を向上させることができる指針ユニットを提供すること。
【解決手段】指針１２と、先端に指針１２が取り付けられる回転軸３０と、回転軸３０を回転させるモータ２０と、を備えた指針ユニット１であって、該指針ユニット１は、指針１２が指し示すべき情報が描かれた文字板２の表面側にモータ２０が位置するように取付可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用計器や船舶用計器、航空機用計器など各種分野のメータ装置に係り、特に指針を取り付けた回転軸を回動駆動させる駆動体を指針とユニット化させた指針ユニットに関するものである。

従来、指針式の計器類に用いられる計器ユニットを備えたメータ装置が各種提案され開発されている（例えば、特許文献１参照）。このようなメータ装置の一例を次に説明する。
即ち、図４に示すように、このメータ装置１００は、基板１０１の一面側（図４では下面側）にモータムーブ１０２が配置されるとともに、基板１０１の他面側（図４では上面側）に照明板１０３が積層され、さらにその照明板１０３の上面に文字や数字などが描かれた文字板１０４が積層された構成のものである。これらの部品から構成されるメータ装置１００が、ケース１０５内部に収容されている。

また、このメータ装置１００では、モータムーブ１０２の駆動力で回転する回転軸１０６が基板１０１および照明板１０３を貫通するとともに、回転軸１０６の先端部分がさらに文字板１０４を貫通して突出しており、この回転軸１０６の先端部分に、文字板１０４に記載された文字や数字などを指し示すための指針１０７が取り付けられている。

２００９−２１６５７３号公報

ところで、このようなメータ装置にあっては、モータムーブと指針がそれぞれ、文字板の表面（指針が指し示すべき文字や数字などが描かれた一面）側、裏面（指針が指し示すべき文字や数字などが描かれた一面とは反対の面）側に位置している。このため、メータ装置が正常に駆動しない場合にモータムーブを取り出そうとしても、照明板および文字板に遮られてモータムーブに触ることができず、組付け時とは逆の順序でメータ装置を分解しなければならなかった。このため、故障した部品を交換する際の交換作業が非常に煩雑であった。

しかも、モータムーブを基板に搭載させる構成のものにあっては、その基板にモータムーブを配置するためのスペースや、回転軸を発光照明させる場合にはその回転軸を照らす光源を配置するためのスペースを考慮して基板の回路設計を行う必要があるため、メータ装置のデザインを設計する上での制約となり、設計の自由度が狭められている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、交換や修理などが容易に行えるとともに、メータ装置のデザインの設計自由度を向上させることができる指針ユニットを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る指針ユニットは、下記（１）〜（４）を特徴としている。
（１） 指針と、
先端に前記指針が取り付けられる回転軸と、
前記回転軸を回転させる駆動体と、
を備えた指針ユニットであって、
該指針ユニットは、前記指針が指し示すべき情報が描かれた文字板の表面側に前記駆動体が位置するように取付可能である、
こと。
（２） 上記（１）の構成の指針ユニットであって、
前記回転軸および駆動体を内部に収容するケースをさらに備え、
前記ケースは、前記文字板の表面側に取付可能である、
こと。
（３） 上記（２）の構成の指針ユニットであって、
前記駆動体に駆動電圧を供給する駆動端子をさらに備え、
前記駆動端子は、前記文字板の表面に露出する該駆動端子用の端子に接触し、前記文字板の裏面側に位置する基板に電気的に接続される、
こと。
（４） 上記（２）の構成の指針ユニットであって、
前記回転軸の基端面に近接して前記ケースの内部に配置された光源と、
前記光源に電圧を供給する光源端子をさらに備え、
前記回転軸は、導光性を有し、
前記光源端子は、前記文字板の表面に露出する該光源端子用の端子に接触し、前記文字板の裏面側に位置する基板に電気的に接続される、
こと。

上記（１）の構成の指針ユニットによれば、文字板の表面側から計器ユニットを簡易に取り外すことができるため、メータ装置の故障の原因となりえる部品の交換が容易に行える。また、基板にモータムーブを配置するためのスペースを考慮して基板の回路設計を行う必要がないため、メータ装置のデザインを設計する上での自由度を高めることができる。
また、上記（２）または（３）の構成の指針ユニットによれば、指針ユニットを簡易に文字板上に取りつけることができる。
また、上記（４）の構成の指針ユニットによれば、指針を照らすことにより、指針の視認性を高めることができる。さらに、指針を照らす構造の指針ユニットであっても、その指針ユニットを簡易に文字板上に取りつけることができる。

本発明によれば、文字板の表面側から計器ユニットを簡易に取り外すことができるため、メータ装置の故障の原因となりえる部品の交換が容易に行える。また、基板にモータムーブを配置するためのスペースを考慮して基板の回路設計を行う必要がないため、メータ装置のデザインを設計する上での自由度を高めることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る指針ユニットをメータ装置の文字板に取り付ける前の状態を示す斜視図、（Ｂ）はその指針ユニットの拡大斜視図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る指針ユニットの分解斜視図、（Ｂ）はその断面図である。 本発明の実施形態に係る指針ユニットを構成するモータの分解斜視図である。 従来のメータ装置を示す分解斜視図である。

以下、本発明の好適な実施例について添付図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る指針ユニット１をメータ装置の文字板２に取り付ける前の状態を示す斜視図、図１（Ｂ）はその指針ユニット１の拡大斜視図である。なお、図１（Ｂ）において、符号３は文字板の中心孔２Ａから覗くコネクタを示すものであり、このコネクタ３は、文字板２の裏面（同図では下面）側に設置された基板に実装されている。

指針ユニット１は、モータ２０、回転軸３０、及び光源４０と、これらを上下から覆うキャップ１１、指針１２、及びケース５０と、が一体に組付けられている。指針ユニット１は、文字板２の表面側にモータ２０が位置するように取り付けられる。本実施形態では、ケース５０が文字板２の表面側に位置するように取り付けられることによって、そのケース５０の内部に収容されているモータ２０もまた、文字板２の表面側に位置する。指針ユニット１は、ケース５０から突出する後述の駆動端子２２２Ａ、２３２Ａおよび光源端子４１が文字板２の中心孔２Ａから覗くコネクタ３に接続された状態で、後述するロック片５０Ｂが中心孔４Ａの内周面に設けたロック穴４Ｂに係止することによって、文字板２の表面側に取付可能である。

キャップ１１は、指針１２の上から被さるような状態で指針１２と一体に組付けるようになっている。このキャップ１１は、図２に示すように、略椀形状のものを逆向配置した構成であって、文字板２のある下方に向けて拡開した開口部１１Ａを有している。その内側にはモータ２０などを収容させるための空間（以下、「内側空間Ｓ」とよぶ）を有する。即ち、この内側空間Ｓには、後述するケース５０との間に、モータ２０及び回転軸３０を収容している。

指針１２は、文字板２に記載の数字や目盛を先端部分が指し示すことで速度を表示するものであり、基端側が回転軸３０の先端（以下、「上端３２」とよぶ）側に圧入されて一体に固定されている。この指針１２は、透光性材料などで形成されており、光源４０から導光されてくる照明光によって発光照明する。即ち、光源４０からの照明光が回転軸３０の基端（以下、「下端３１」とよぶ）から進入して先端３２まで伝搬し、回転軸３０の先端に固定された指針１２を発光照明させる。

文字板２は、数字、文字、記号など、車自体或いは車周辺の環境などに関する必要情報を表示するものであり、本実施形態では速度表示を表す計器盤として用いられている。

モータ２０は、指針１２が取り付けられた回転軸３０を回転させる駆動体であって、キャップ１１の内側空間Ｓに臨むケース５０の内面側に収容されている。本実施形態のモータ２０は、図３に示すように、下ケース２１Ａ及び上ケース２１Ｂからなるモータケース２１の内部に、上下一対のステータ２２、２３と、これらのステータ２２、２３の中央部に開口したロータ孔２２Ａ、２３Ａを挿通する状態で配置されたマグネットロータ２４と、が収容されたものである。

下ケース２１Ａ及び上ケース２１Ｂは、それぞれ、互いに相手側に向けて開口した略円筒形状ものから構成されており、これらを接合させて一体に固定させることで、ステータ２２、２３と、これらのステータ２２、２３の中央部に開口したロータ孔２２Ａ、２３Ａ内に設けられたマグネットロータ２４と、上端３２側を除く回転軸３０の主要部分と、を収容させるモータ空間が形成されている。

下ケース２１Ａには、図２（Ｂ）及び図３に示すように、床面２１１側の中央部に軸受孔２１２が下ケース２１Ａを貫通して開口されており、この軸受孔２１２には、回転軸３０の下端３１側が下ケース２１Ａから外部（図３では下部）へ突出するように貫通している。これにより、軸受孔２１２は、回転軸３０の下端３１側の軸受けの一部として機能している。また、下ケース２１Ａの床面２１１側には、後述する下側のステータ２２に設けたコイルを形成する巻線２２２の終端に接続された駆動端子２２２Ａ、２３２Ａを下ケース２１Ａの外部へ引き出させるため、巻線孔２１３も穿設されている。この駆動端子２２２Ａ、２３２Ａにはモータ２０を駆動させるための駆動電圧が供給される。

上ケース２１Ｂには、中央部に軸受孔２１４が上ケース２１Ｂの天井面を貫通して開口されており、ここから回転軸３０の先端側を外部（図３では上部）へ突出させている。これによって、軸受孔２１４は、回転軸３０の上端３２側の軸受けとして機能している。

ステータ２２は、ボビン２２１に巻装された巻線２２２と、ボビン２２１を上下方向から挟持する適宜材料で形成された略円板状の上ヨーク板２２３及び下ヨーク板２２４と、を備えている。

上ヨーク板２２３及び下ヨーク板２２４は、これらをボビン２２１の上面及び下面にそれぞれに組付けて一体化させることで円環状のヨークを構成している。また、このようにして各ヨーク板をボビンに組付けて一体化させたヨークには、ロータ孔２２Ａに臨む内周面において、互いに相手側の方向に向けて等間隔で配置した爪状の誘導子（クローポール）２２３Ａ及び２２４Ａが、上下互い違いに等間隔で形成されている。上側のステータ２３についても、同様に、ボビンに巻装された巻線と、ボビンを上下方向から挟持する適宜材料で形成された略円板状の上ヨーク板及び下ヨーク板と、を備え、ロータ孔２３Ａに臨む内周面において、互いに相手側の方向に向けて等間隔で配置した爪状の誘導子（クローポール）２３３Ａ及び２３４Ａが、上下互い違いに等間隔で形成されている。

また、これら下側のステータ２２、及び上側のステータ２３は、互いに密着した状態で上下２層をなして、モータケース２１に収容される。さらに、このモータケース２１に収容された上下２層のステータ２２、２３には、中央部に同一内径のロータ孔２２Ａ、２３Ａが位置を揃えて一体に開口されており、このロータ孔２２Ａ、２３Ａに、マグネットロータ２４を僅かな隙間を保持した回転可能な状態で収容させている。

コイルを形成する巻線２２２の終端に接続された駆動端子２２２Ａ、２３２Ａには、モータ２０を駆動させるための駆動電圧が供給される。この駆動端子２２２Ａ、２３２Ａは、文字板２の中心孔２Ａから覗くコネクタ３の端子に接触することによって、文字板２の裏面側に位置する基板に電気的に接続され、この基板から駆動電圧が供給される。

マグネットロータ２４は、適宜の磁性材料で略円柱状に形成されており、上述したように、ステータ２２、２３に開口されたロータ孔２２Ａ、２３Ａを貫いて配置される。このマグネットロータ２４は、導光性を有する回転軸３０が中央部を貫通して一体に取り付られており、ロータ孔２２Ａ、２３Ａ内において、回転軸３０を回転軸として回転するようになっている。

マグネットロータ２４には、図２（Ｂ）に示すように、回転軸３０を一体に貫通させた状態で組付けて固定させるために、中央部に貫通孔２４１が開口されている。貫通孔２４１には、回転軸３０が一体に固設されているが、回転軸３０内部を軸方向に伝搬させる光源４０からの照明光が外側のマグネットロータ２４側へ漏光していくのを防止するため、適宜の遮光部材２４Ａなどが介装されている。なお、この遮光部材２４Ａは、接着剤などで構成してもよい。

また、このマグネットロータ２４には、図示しないが、ステータ２２、２３側の誘導子２２３Ａ、２２４Ａ及び２３３Ａ、２３４Ａのピッチに対応した配置間隔で、かつ、隣り合う極が互いに異極となるように、外周面に沿って複数の磁石が配置されている。

回転軸３０は、図２（Ｂ）に示すように、先端に指針１２を圧入させて一体に組付け可能な略円柱形状のものから構成されており、キャップ１１とケース５０との間の空間、即ち、キャップ１１の内側に形成された内側空間Ｓ及びこれに臨むケース５０の内面側に配設されている。この回転軸３０は、前述したように、モータ２０の駆動力で回転されることで指針１２を回転動作させるものであって、上述したように、マグネットロータ２４に一体に組付けられている。

また、この回転軸３０は、指針１２の回転動作を行わせるための手段であるのと同時に、光源４０からの照明光を指針１２へ導光させるための導光手段も兼ねている。そのため、この回転軸３０は、導光性に優れた適宜の透光性樹脂材料などで成形されているとともに、下端３１側の端面が光源４０に近接した状態で対向配置されている。

さらに、この回転軸３０は、光源４０から出射する照明光を下端３１側の端面からできるだけ多く取込ませるために、下端３１側の端面には、光源４０であるＬＥＤの上部形状に倣い、略半円球状又はこれに近い形状に窪ませた湾曲面が形成されている。

このように、回転軸３０は、下端３１側の端面が光源４０の直上に近接状態で設置されて正対している。従って、光源４０からの照明光がこの端面に入射すると、回転軸３０が回転中でもその照明光の大部分が回転軸３０内部の外周面との界面部分で反射（例えば、全反射或いは正反射等）を繰り返しながら内部を進行し、回転軸３０の上端３２側の端面へ向けて伝搬していくことができる。

光源４０は、所定波長（λ）の可視光を出射する例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）で構成されており、ケース５０の中心穴５２に着脱可能な状態で組付けられている。また、この光源４０であるＬＥＤを図示外の基板と電気的に接続させるために、２本の光源端子４１が底面側から引き出されている。光源端子４１は、文字板２の中心孔２Ａから覗くコネクタ３の端子に接触することによって、文字板２の裏面側に位置する基板に電気的に接続され、この基板から電圧が供給される。

本実施形態の光源４０であるＬＥＤは、光軸がケース５０の床面である上面に対して垂直なＺ方向に向けて設置されており、このＬＥＤからの光（以下、「照明光」とよぶ）が直上の回転軸３０の下端３１側の端面に向けて出射される。なお、この回転軸３０の下端３１側の端面から入射した照明光は、回転軸３０の上端３２まで伝搬すると、この上端３２の部分に圧入された指針１２内部に入射するので、この指針１２が発光照明される。

ケース５０は、キャップ１１の内側空間Ｓを閉じるように設置される。このケース５０は、図２（Ａ）に示すように、キャップ１１に臨む一面側（同図では上面側）が開口された略円筒状に形成されている。

このケース５０は、開口された一面側を取り囲む壁面５０Ａ（図２（Ａ）参照）内部に、下ケース２１Ａの略全体が嵌り込むような状態で不動に組付けられている。

さらに、このケース５０には、床面５１側の中央部に円形状に穿設された中心穴５２が形成されおり、この中心穴５２に光源４０であるＬＥＤが設置されている。また、この中心穴５２には、床面５１に近い開口出口付近の内周面に、僅かな段差５３（同図（Ｂ）参照）が形成されており、この段差５３が回転軸３０の下端３１側を回転自在に支持する軸受の一部を構成している。

また、この中心穴５２には、底面側に、光源４０であるＬＥＤの下面から２本突設される光源端子４１をケース５０の外部側（本実施形態では下部側）に引き出させるための端子孔５４（同図（Ｂ）参照）がケース５０を上下に貫通する状態で穿設されている。さらに、このケース５０には、ロック片５０Ｂが下部側の外周面の複数の個所に形成されている。ロック片５０Ｂは、文字板２の裏面に位置する層（例えば基板）に形成された中心孔４Ａの内周面に設けたロック穴４Ｂに係止する。なお、中心孔４Ａは、文字板２の中心孔２Ａと同一位置に同一内径で開口されている。

次に、本実施形態に係る指針ユニット１の作用について、図２乃至図４を参照しながら説明する。なお、ここでの指針ユニット１の説明では、各計器類のうちスピードメータを例に挙げてその作用を説明するが、特にこれに限定されるものではない。また、この作用については、他のアナログタイプの指針ユニットの場合でも同様である。

指針ユニット１のメータケース２１の内部に設けたモータ２０が、図示しないセンサによって検出された現在速度に対応するセンサ信号に基づいて回転駆動し、指針１２を所定角度だけ回動し、その指針１２の先が文字板２に形成された特定の目盛又は数字などを指示する。

即ち、本実施形態の指針ユニット１は、図示しないセンサによって検出された速度に対応したセンサ信号が、駆動端子２２２Ａ、２３２Ａからステータ２２、２３の巻線２２２に流れることで、各磁極となる爪状の誘導子（クローポール）２２３Ａ及び２２４Ａに磁界が発生し、この磁界によりマグネットロータ２４が回転する。

これにより、マグネットロータ２４と一体の回転軸３０が所定の角度で回転するので、回転軸３０の上端３２に取り付けた指針１２がこれと同角度だけ回動され、指針１２の先が文字板２上の特定の数字または目盛を指し示す。これによって、現在速度を運転者などにアナログ表示させて知らせることができるわけである。

このような速度表示を行う指針ユニット１にあっては、同時に、光源４０であるＬＥＤからＸ−Ｙ面方向については略３６０度全方向に亘って出射した照明光が、図２（Ｂ）に示すように、光源４０の直上に配置する回転軸３０の下端３１側の、入射面を構成する端面から入射する。そして、この端面から回転軸３０の内部に入射した照明光のうちの大部分は、回転軸３０の内部の外周面との界面部分において、臨界角を超える入射角度θで入射し、全反射現象を起こしながら回転軸３０内部の上方へ向けて進行していく。

このように、照明光は、回転軸３０の内部において、外周面との界面に対して臨界角より大きな入射角度で入射して、同様の全反射を起こしながら上方へ進行する伝搬現象を繰り返す。そして、最終的に回転軸３０の上端３２から指針１２へ入射することで、指針１２を発光照明させることができる。このような照明光の回転軸３０内部での伝搬作用は、勿論、回転軸３０が回動動作中であっても、静止状態の場合と何らの変わりなく、全く同様に行われるわけである。

また、この回転軸３０を進行途中の照明光は、マグネットロータ２４との界面部分に遮光部材２４Ａが設けられていることによって、この遮光部材２４Ａからマグネットロータ２４側へ漏光することを回避しているので、照明光の伝搬効率が高められている。

以上説明してきたように、本発明の実施形態に係る指針ユニット１によれば、モータ２０、回転軸３０、光源４０、及びケース５０と、これらを覆うキャップ１１とが一体になってユニット化されている。

ここで、例えば光源４０であるＬＥＤやモータ２０などが故障した場合には、ケース５０のロック片５０Ｂを把持しながら内部に向けて押し込ませるようにしながら、引き上げる。これにより、ロック穴４Ｂに係止されていたロック片５０Ｂを、ロック状態から解除させて指針ユニット１を文字板２から取り外すことができる。

このようにして、引き抜いた指針ユニット１において、ケース５０からキャップ１１及びこれと一体の指針１２を引き抜くことで、キャップ１１及び指針１２が取り外せる。これにより、キャップ１１で覆われていた内部のモータ２０を露出させることができる。さらにこのモータ２０をケース５０から引き抜くことで、ケース５０の下部に収容されていた光源４０も露出させることができるので、モータ２０や光源４０が簡単に交換できる。このように、組付け時とは逆の順序でメータ装置を分解することなく、故障の原因となりえる部分のみを簡易に取り外すことができる。この結果、メータ装置の交換や修理などを容易に行うことができる。さらに、基板にモータムーブを配置するためのスペースや、回転軸を発光照明させる場合にはその回転軸を照らす光源を配置するためのスペースを考慮して基板の回路設計を行う必要がないため、メータ装置のデザインを設計する上での自由度を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。また、本発明の指針ユニット構造が適用された指針ユニットとしては、例えば、燃料計部、タコメータ部、スピードメータ部、及び水温計等の各種計器類への適用が可能である。

１ 指針ユニット
２ 文字板
２Ａ 中心孔
３ コネクタ
４Ａ 中心孔
４Ｂ ロック穴
１１ キャップ
１１Ａ 開口部
１２ 指針
２０ モータ
２１ モータケース
２１Ａ 下ケース
２１Ｂ 上ケース
２２、２３ ステータ
２２Ａ、２３Ａ ロータ孔
２２２ 巻線
２２２Ａ、２３２Ａ 駆動端子
２２３、２２４ 上ヨーク板、下ヨーク板
２２３Ａ，２２４Ａ，２３３Ａ，２３４Ａ 誘導子
２４ マグネットロータ
３０ 回転軸
４０ 光源
４１ 光源端子
５０ ケース
５０Ｂ ロック片
５２ 中心穴
５３ 段差
５４ 端子孔
Ｓ 内側空間

Claims (4)

1. 指針と、
   先端に前記指針が取り付けられる回転軸と、
   前記回転軸を回転させる駆動体と、
   を備えた指針ユニットであって、
   該指針ユニットは、前記指針が指し示すべき情報が描かれた文字板の表面側に前記駆動体が位置するように取付可能である、
   ことを特徴とする指針ユニット。
2. 前記回転軸および駆動体を内部に収容するケースをさらに備え、
   前記ケースは、前記文字板の表面側に取付可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の指針ユニット。
3. 前記駆動体に駆動電圧を供給する駆動端子をさらに備え、
   前記駆動端子は、前記文字板の表面に露出する該駆動端子用の端子に接触し、前記文字板の裏面側に位置する基板に電気的に接続される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の指針ユニット。
4. 前記回転軸の基端面に近接して前記ケースの内部に配置された光源と、
   前記光源に電圧を供給する光源端子をさらに備え、
   前記回転軸は、導光性を有し、
   前記光源端子は、前記文字板の表面に露出する該光源端子用の端子に接触し、前記文字板の裏面側に位置する基板に電気的に接続される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の指針ユニット。

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