JP4643941B2

JP4643941B2 - 回転位置検出機構及び計時装置

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Publication number: JP4643941B2
Application number: JP2004223948A
Authority: JP
Inventors: 雅昭平尾; 芳幸有木; 毅深谷
Original assignee: Jeco Corp
Current assignee: Jeco Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006046924A

Description

本発明は回転位置検出機構及び計時装置に係り、特に、回転体の回転位置を検出する回転位置検出機構及び計時装置に関する。

近年、標準電波、ＧＰＳなどに含まれる標準時刻により計時時刻を修正する計時装置が開発されている。このような、計時装置のうちアナログ式の計時装置では、時針、分針などの指針の位置を検出し、指針の指示位置が標準時刻となるように修正する必要があった。指針の指示位置を検出する場合、指針を回転させるためのギヤの位置を検出するのが一般的である。

図６は従来の一例の構成図を示す。

従来のこの種のアナログ式計時装置１００は、リヤケース１０１とフロントケース１０２とで構成されるケース内部に分針ギヤ１０３及び時針ギヤ１０４並びに駆動手段１０５を収納し、回路基板１０６、１０７とでケースを挟持した構成とされている。

分針ギヤ１０３の回転軸１０８の先端には、分針１０９が装着されている。時針ギヤ１０４の回転軸１１０の先端には、時針１１１が装着されている。

また、駆動手段１０５は、回路基板１０６又は１０７に接続されており、回路基板１０６又は１０７から供給される駆動信号により分針ギヤ１０３及び時針ギヤ１０４を回転させる。このとき、リヤケース１０１、フロントケース１０２、分針ギヤ１０３及び時針ギヤ１０４には、所定の位置に貫通孔１０１ａ、１０２ａ、１０３ａ、１０４ａが形成されていた。また、回路基板１０６には貫通孔１０１ａに対向する位置に発光ダイオード１１２が搭載されており、回路基板１０７には貫通孔１０２ａに対向する位置にフォトセンサ１１３が搭載されている。回路基板１０６に搭載された発光ダイオード１１２で発光された光は、貫通孔１０１ａ、１０２ａに対向する位置で、分針ギヤ１０３の貫通孔１０３ａと時針ギヤ１０４の貫通孔１０４ａとが一致したときに、回路基板１０７に搭載されたフォトセンサ１１３に到達する。フォトセンサ１１３は、発光ダイオード１１２からの光を検出したとき、分針１０９及び時針１１１の位置が所定の位置にあることを示す検出信号を出力する。

計時装置１００では、フォトセンサ１１３からの検出信号に基づいて分針１０９及び時針１１１の位置を検出し、標準時刻に対応する位置に分針１０９及び時針１１１を回転させることにより、時刻修正を行っていた。

また、回転位置を検出するロータリエンコーダにおいて、発光部及び受光部を同一基板上に搭載するために、回転体に反射パターンを形成する構成が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６２−１４３２１４号公報

しかるに、従来の図６に示すような計時装置では、分針ギヤ１０３及び時針ギヤ１０４の回転を検出するために、ケース１０１、１０２を２枚の回路基板１０６、１０７で挟持していたため、構造が複雑となり、組立性が悪く、製造コストが高くなるなどの課題があった。

また、反射パターンを用いて回転体の回転位置を検出する機構では、歯車などの回転体に所定の反射パターンを形成する必要があり、また、正確な位置検出を行う場合には、精密な反射パターンを形成する必要があったため、回転体の製造工程が複雑となり、よって、製造コストが高くなるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で回転体の回転位置を検出できる回転位置検出機構及び計時装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転体に形成された貫通孔を通った光を検出することにより、該回転体の回転位置を検出する回転位置検出機構において、前記回転体の一方の側に配置され、光を発光する発光手段と、前記発光手段で発光された光が端面に入射され、前記端面に入射された光を前記回転体の他方の面側に透明樹脂と空気との屈折率の異なる界面の反射に基づいて導光し、前記回転体の他方の側に出射させる導光路と、前記回転体の一方の側に配置され、前記回転体の一方の側で前記導光路から出射され、前記回転体の貫通孔を通った光を受光する受光手段とを有し、前記導光路は、前記回転体を収納するケースの側面を延出して形成されて前記ケースの相手側ケースに係合される導光路部と前記ケースの上面及び端面を切り欠いて形成される傾斜面を含んで前記ケースと一体に形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、発光手段と受光手段とを同一基板上に搭載でき、また、回転体に貫通孔を形成することにより、回転体の成形時に回転体とともに貫通孔を成形できるため、機構の製造工程を簡単にでき、よって、低コストで構成できる。

〔構成〕
実施例として本発明の回転位置検出機構をアナログ時計に適用した例について説明を行う。

図１は本発明の一実施例の分解斜視図、図２は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。

アナログ時計１は、駆動ユニット１１、回路基板１２、文字板１３、分針１４、時針１５を有し、自動車のダッシュボードなどに装着される。

駆動ユニット１１は、回路基板１２に接続されており、回路基板１２から供給される電気信号によって駆動されて、その回転軸に装着された分針１４及び時針１５を矢印Ａ方向に回転させる。

回路基板１２は、駆動ユニット１１の矢印Ｚ１方向側に配設され、駆動ユニット１１にネジ１６により固定されるとともに、電気的に接続されており、駆動ユニット１１に電気信号を供給する。回路基板１２の矢印Ｚ１方向側には、文字板１３が配置される。文字板１３には、貫通孔１３ａが形成されている。この貫通孔１３ａからは分針軸１１ａ及び時針軸１１ｂが延出している。

回路基板１２には、少なくとも制御回路２１、計時回路２２、駆動回路２３、発光ダイオード２４、フォトセンサ２５が搭載されている。制御回路２１には、例えば、ＧＰＳ受信ユニットや標準電波受信ユニットから標準時刻情報が供給されている。制御回路２１は駆動回路２３を駆動して、分針１４、時針１５が標準時刻情報に対応する時刻を指示するように駆動ユニット１１を制御する。

計時回路２２は、発振子などを有し、時刻の歩進を行っており、駆動回路２３を通して駆動ユニット１１を駆動し、時刻の歩進に応じて分針１４、時針１５を回転させる。

駆動回路２３は、制御回路２１及び計時回路２２からの駆動制御信号に応じて駆動ユニット１１に駆動信号を供給し、駆動ユニット１１を駆動する。

なお、回路基板１２には、ＧＰＳ受信ユニットや標準電波受信ユニットなどを一緒に搭載するようにしてもよい。

〔駆動ユニット１１〕
次に駆動ユニット１１について説明を行う。

図３は駆動ユニット１１の分解斜視図、図４は駆動ユニット１１の構成図、図５は分針ギヤ及び時針ギヤの構成図を示す。

駆動ユニット１１は、フロントケース３１、リヤケース３２、モータ３３、分針ギヤ３４、中間ギヤ３５、時針ギヤ３６から構成される。

モータ３３、分針ギヤ３４、中間ギヤ３５、時針ギヤ３６は、フロントケース３１とリヤケース３２とで構成されるケース内部に内蔵される。

〔フロントケース３１〕
フロントケース３１は、軸受部４１、軸保持部４２、係止部４３、貫通孔４４、４５、位置決めピン４６、固定部４７、導光部４８、遮光部４９を不透明の樹脂材により一体的に成形した構成とされている。

軸受部４１は、フロントケース３１の底面の矢印Ｙ２方向側に形成されおり、モータ３３の回転軸３３ａを回転自在に保持する。軸保持部４２は、フロントケース３１の底面の矢印Ｙ１方向側に、フロントケース３１の底面より矢印Ｚ１方向に突出して形成されており、時針ギヤ３６を回転自在に保持する。

係止部４３は、フロントケース３１の外側面の複数箇所に設けられており、リヤケース３２が係合する。係止部４３によってフロントケース３１にリヤケース３２が係止される。

貫通孔４４は、フロントケース３１の底面の矢印Ｙ２方向端部に形成されており、モータ３３に駆動信号を供給するための接続ピン３３ｂが貫通される。接続ピン３３ｂは、貫通孔４４を介してフロントケース３１を貫通して、フロントケース３１の外側、矢印Ｚ１方向に延出される。貫通孔４５は、フロントケース３１の底面の軸保持部４２の矢印Ｘ１方向側、端部に形成されており、分針ギヤ３４及び時針ギヤ３６の位置検出用の光をフロントケース３１の外部、矢印Ｚ１方向に出射させるための孔である。

位置決めピン４６は、フロントケース３１の底面外面、矢印Ｚ１方向の面から矢印Ｚ１方向に突出して設けられており、回路基板１２の位置決め孔１２ａに係合し、回路基板１２をフロントケース３１に対して位置決めするためのピンである。

固定部４７は、フロントケース３１の底面外面、矢印Ｚ１方向の面から矢印Ｚ１方向に突出して設けられており、回路基板１２の貫通孔１２ｂを貫通してネジ１６が螺入される。固定部４７に回路基板１２の貫通孔１２ｂを通してネジ１６を螺入することによって、回路基板１２がフロントケース３１に固定される。

導光部４８は、フロントケース３１の軸保持部４２の矢印Ｘ１方向の側面に形成されており、リヤケース３２の側面を突出させた導光路部が係合する。遮光部４９は、フロントケース３１の底面外面、矢印Ｚ１方向の面から矢印Ｚ１方向に突出して設けられており、導光部４８と貫通孔４５との間に設けられている。また、遮光部４９は、導光部４８の矢印Ｙ１、Ｙ２、Ｘ２方向側を囲むようにコ字状に形成されており、発光ダイオード２４から発光された光が直接的、あるいは、周囲に反射してフォトセンサ２５に入射するのを防止するためのものである。

〔リヤケース３２〕
リヤケース３２は、導光路部５１、傾斜面５２、５３、モータ収納部５４、軸受部５５、５６、係止部５７を透明樹脂材により一体的に成形した構成とされている。

導光路部５１は、リヤケース３２の矢印Ｙ１方向側の矢印Ｘ１方向側面を矢印Ｚ１方向に延出したものであり、フロントケース３１の導光部４８に係合する。導光路部５１は、矢印Ｚ１方向の端面が発光ダイオード２４に対向して位置決めされている。発光ダイオード２４から出射した光は、導光路部５１の矢印Ｚ１方向の端面に入射する。

導光路部５１の矢印Ｚ２方向端面は、傾斜面５２として形成されている。導光路部５１の矢印Ｚ１方向の端面から入射した光は、導光路部５１を通って、傾斜面５２に供給される。

傾斜面５２は、リヤケース３２の上面、矢印Ｚ２方向の端面を切欠いて形成されている。傾斜面５２は、矢印Ｚ１、Ｚ２方向に対して略４５度の角度で成形されている。傾斜面５２は、リヤケース３２を構成する透明樹脂と空気との屈折率の異なる界面を構成する。導光路部５１の矢印Ｚ１方向の端面から入射した光は、傾斜面５２に４５度の角度で入射する。傾斜面５２に入射した光は、透明樹脂と空気との屈折率の違いにより、反射され、傾斜面５２で矢印Ｘ２方向に９０度折曲される。傾斜面５２で矢印Ｘ２方向に折曲された光は、傾斜面５３に入射する。

傾斜面５３は、リヤケース３２をフロントケース３１に係止したときに、フロントケース３１の貫通孔４５に対向する位置に形成されている。傾斜面５３は、矢印Ｚ１、Ｚ２方向に対して略４５度の角度で成形され、傾斜面５２と下側、矢印Ｚ１方向側の面が互いに対向するように形成されている。

傾斜面５３に傾斜面５２から入射した光は、透明樹脂と空気との屈折率の違いにより、傾斜面５３で反射され、矢印Ｚ１方向に９０度折曲される。傾斜面５３で矢印Ｚ１方向に折曲された光は、分針ギヤ３４の貫通孔３４ｃ及び時針ギヤ３６の貫通孔３６ｃとが一致したときに、フロントケース３１の貫通孔４５に入射する。

〔モータ３３〕
モータ３３は、フロントケース３１に植設された接続ピン３３ｂを通して回路基板１２に接続されている。モータ３３は、いわゆる、ステッピングモータを構成しており、ステ−タモールド６１及びロータ６２を有しており、ステ−タモールド６１は、ステ−タ６１ａ及びコイル６１ｂ、６１ｃ、ヨーク６１ｄから構成されている。ステ−タモールド６１は、コイル６１ｂ、６１ｃに電流を供給することによりステ−タ６１ａの内周側に磁極を生じる。

ロータ６２は、モールド部６２ａ及びマグネット６２ｂから構成されている。モールド部６２ａは、回転軸３３ａに固定されている。モールド部６２ａの周囲には、マグネット６２ｂが所定の間隔で固定されている。マグネット６２ｂは、ステ−タモールド６１で発生する磁極に作用する。このとき、コイル６１ｂとコイル６１ｃとに交互に電流を供給することにより、回転軸３３ａが矢印Ｂ方向に回転する。

なお、モールド部６２ａの矢印Ｚ１方向側には、モータギヤ６２ｃが形成されている。モータギヤ６２ｃは、分針ギヤ３４に噛合している。

分針ギヤ３４は、第１ギヤ部３４ａ、第２ギヤ部３４ｂ、貫通孔３４ｃから構成され、分針軸１１ａに固定されている。分針軸１１ａは、一端が分針ギヤ３４の中心に固定され、他端が矢印Ｚ１方向に延出するように固定されている。分針軸１１ａの他端には分針１４が固定される。第１ギヤ部３４ｂは、モータ３３のモータギヤ部６２ｃに噛合する。これによって、分針ギヤ３４は、モータ３３の回転に応じて時計回り、矢印Ａ方向に回転する。

分針ギヤ３４の第２ギヤ部３４ｂは、中間ギヤ３５の第１ギヤ部３５ａに噛合する。また、貫通孔３４ｃは、分針１４が文字板１３上で「１２時」を指示しているときに、フロントケース３１に形成された貫通孔４５と一致する位置に形成されている。

中間ギヤ３５は、第１ギヤ部３５ａ、第２ギヤ部３５ｂから構成され、モータ３３の回転軸３３ａに回転自在に保持される。中間ギヤ３５の第１ギヤ部３５ａは、分針ギヤ３４の第１ギヤ部３４ａに噛合する。中間ギヤ３５は、モータ３３の回転軸３３ａを中心として分針ギヤ３４の回転とは反対の反時計回り、矢印Ｂ方向に回転する。

中間ギヤ３５の第２ギヤ部３５ｂは、時針ギヤ３６のギヤ部３６ａに噛合する。中間ギヤ３５は、分針ギヤ３４が３６０度したときに、時針ギヤ３６を分針ギヤ３４と同じく時計回り、矢印Ａ方向に３０度回転させるように作用する。

時針ギヤ３６は、ギヤ部３６ａ、時針軸３６ｂ、貫通孔３６ｃから構成されている。ギヤ部３６ａは、中間ギヤ３５の第２ギヤ部３５ｂに噛合する。これによって、時針ギヤ３６は、中間ギヤ３５の回転に応じて時計方向、矢印Ａ方向に回転する。中間ギヤ３５の時針軸３６ｂは、分針ギヤ３４に固定された分針軸３４ａに回転自在に保持されている。時針軸３６ｂの先端には、時針１５が保持される。

また、貫通孔３６ｃは、時針１５が文字板１３上で「１２時」、「１時」、「２時」、「３時」、「４時」、「５時」、「６時」、「７時」、「８時」、「９時」、「１０時」を指示しているときに、フロントケース３１に形成された貫通孔４５と一致する位置に形成されている。

分針ギヤ３４の貫通孔３４ｃ及び時針ギヤ３６の貫通孔３６ｃ並びにフロントケース３１の貫通孔４５は、分針１４及び時針１５が「１２時」、「１時」、「２時」、「３時」、「４時」、「５時」、「６時」、「７時」、「８時」、「９時」、「１０時」を指示しているときに一致して、矢印Ｚ１方向に光を透過可能とされている。

分針ギヤ３４の貫通孔３４ｃ及び時針ギヤ３６の貫通孔３６ｃ並びにフロントケース３１の貫通孔４５が一致すると、発光ダイオード２４から発光された光が導光路部５１を通って、傾斜面５２、５３により反射され、さらに、分針ギヤ３４の貫通孔３４ｃ及び時針ギヤ３６の貫通孔３６ｃ並びにフロントケース３１の貫通孔４５を通って、フォトセンサ２５に入射する。フォトセンサ２５は発光ダイオード２４からの光を検出したときに、検出信号を制御回路２１に供給する。制御回路２１は、フォトセンサ２５から、発光ダイオード２４からの光を検出した検出信号が供給されると、分針１４の指示位置が「１２時」であり、かつ、時針１５の指示位置が「１２時」、「１時」、「２時」、「３時」、「４時」、「５時」、「６時」、「７時」、「８時」、「９時」、「１０時」のいずれかであることが認識できる。

〔動作〕
発光ダイオード２４から出射された光は、リヤケース３２の導光路部５１の矢印Ｚ１方向端面に供給される。導光路部５１端面に入射された光は、リヤケース３２の導光路部５１の内部で矢印Ｚ２方向に導かれ、傾斜面５２に入射する。傾斜面５２は、矢印Ｚ１、Ｚ２方向に対して略４５°の角度で形成されているため、傾斜面５２に入射した光は、傾斜面５２で反射され、矢印Ｘ２方向に９０度折曲される。傾斜面５２で矢印Ｘ２方向に折曲された光は、リヤケース３２内を矢印Ｘ２方向に導かれ、傾斜面５３に入射する。

傾斜面５３に入射した光は、傾斜面５２で反射され、矢印Ｚ１方向に９０度折曲される。傾斜面５３で矢印Ｚ１方向に折曲された光は、リヤケース３２内を矢印Ｚ１方向に導かれ、リヤケース３２から出射する。

リヤケース３２から出射された光は、分針ギヤ３４の矢印Ｚ２方向の面に供給される。分針ギヤ３４に供給された光は、分針ギヤ３４に設けられた貫通孔３４ｃと時針ギヤ３６に設けられた貫通孔３６ｃとが光の出射位置で一致したときに、リヤケース３２の導光路出射面に対向して設けられたフロントケース３１の貫通孔４５を通してケース外部に出射される。フロントケース３１の貫通孔４５を通過した光は、回路基板１２のフロントケース３１の貫通孔４５に対向して設けられたフォトセンサ２５に入射する。

フォトセンサ２５は光が入射されると、入射光に応じた電気信号を出力する。フォトセンサ２５から出力された電気信号は、制御回路２１に供給される。制御回路２１は、モータ３３を回転させ、分針ギヤ３４、時針ギヤ３６を回転させる。このとき、制御回路２１は、フォトセンサ２５から供給される電気信号を検出することにより、時針１５及び分針１３が指示している時刻を検出する。

制御回路２１は、時針１５及び分針１３が指示している時刻が標準電波やＧＰＳなどから取得した時刻情報と一致するようにモータ３３を回転させる。これにより、時針１５及び分針１３が指示している時刻を正確な時刻にセットできる。

本発明の一実施例の分解斜視図である。本発明の一実施例のブロック構成図である。駆動ユニット１１の分解斜視図である。駆動ユニット１１の構成図である。分針ギヤ及び時針ギヤの構成図である。従来の一例の構成図である。

符号の説明

１アナログ時計
１１駆動ユニット、１２回路基板、１３文字板、１４分針１４時針
３１フロントケース、３２リヤケース、３３モータ
４１軸受部、４２軸保持部、４３係止部、４４、４５貫通孔
４６位置決めピン部、４７固定部、４８導光部、４９遮光部
５１導光路部、５２、５３傾斜面

Claims

回転体に形成された貫通孔を通った光を検出することにより、該回転体の回転位置を検出する回転位置検出機構において、
前記回転体の一方の側に配置され、光を発光する発光手段と、
前記発光手段で発光された光が端面に入射され、前記端面に入射された光を前記回転体の他方の面側に透明樹脂と空気との屈折率の異なる界面の反射に基づいて導光し、前記回転体の他方の側に出射させる導光路と、
前記回転体の一方の側に配置され、前記回転体の一方の側で前記導光路から出射され、前記回転体の貫通孔を通った光を受光する受光手段とを有し、
前記導光路は、前記回転体を収納するケースの側面を延出して形成されて前記ケースの相手側ケースに係合される導光路部と前記ケースの上面及び端面を切り欠いて形成される傾斜面を含んで前記ケースと一体に形成されたことを特徴とする回転位置検出機構。
前記導光路は、前記端面から入射された光を折曲する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射された光を折曲する第２の反射面とを有することを特徴とする請求項１記載の回転位置検出機構。
前記回転体は、回転位置に応じて貫通孔が一致するように配設された複数の回転体から構成され、
前記複数の回転体の貫通孔の位置が一致することを検出することを特徴とする請求項１又は２のいずれか一項記載の回転位置検出機構。
前記発光手段と前記受光手段とは、同一回路基板上に搭載されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の回転位置検出機構。
指針を回転させる複数の回転体に形成された貫通孔を通った光を検出することにより、該指針の指示位置を検出する計時装置において、
前記回転体の一方の側に配置され、光を発光する発光手段と、
前記発光手段で発光された光が端面に入射され、前記端面に入射された光を前記回転体の他方の面側に透明樹脂と空気との屈折率の異なる界面の反射に基づいて導光し、前記回転体の他方の側に出射させる導光路と、
前記回転体の一方の側に配置され、前記回転体の一方の側で前記導光路から出射され、前記回転体の貫通孔を通った光を受光する受光手段と、
前記受光手段の検出信号に応じて前記指針の指示位置を検出し、前記指針の指示位置を制御する制御手段とを有し、
前記導光路は、前記回転体を収納するケースの側面を延出して形成されて前記ケースの相手側ケースに係合される導光路部と前記ケースの上面及び端面を切り欠いて形成される傾斜面を含んで前記ケースと一体に形成されたことを特徴とする計時装置。
前記導光路は、前記端面から入射された光を折曲する第１の反射面と、
前記第１の反射面で反射された光を折曲する第２の反射面とを有することを特徴とする請求項５記載の計時装置。
前記発光手段と前記受光手段とは、同一回路基板上に搭載されたことを特徴とする請求項５乃至６のいずれか一項記載の計時装置。