JP4591301B2 - 指針式計器 - Google Patents

Description

本発明は、ステップモータを用いて指針を回転させる指針式計器に関する。

従来、ステップモータを用いた指針式計器においては、脱調による指針の指示ずれを防止するために、計器の起動時に原点位置検出動作、いわゆるＺＰＤ（ゼロ・ポイント・ディテクション）を行っている。これは、指針を零目盛側に回転させて、零目盛位置よりも低い位置に設けられた零目盛側ストッパに達したときの指針位置を基準位置に設定するのである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２５５９９号公報

一方、起動時に指針を最大目盛位置まで正転させた後、零目盛位置まで逆転させる演出動作を行わせることで運転者に対する演出効果を狙った計器がある。このような演出動作機能を有する計器においては、起動時に原点位置検出動作と演出動作とを併せて行うようになっており、従って、指針を一旦零目盛側ストッパまで逆転させた後、最大目盛側に向けて正転させ、最後に零目盛位置に向けて逆転させるのである。

しかし、本来ならば、指針を正転させた後に逆転させるという一連の指針動作に、指針の逆転動作を付加したために、運転者に対して不自然な指針動作の印象を与え、結果として演出効果を損なう虞がある。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、起動時の指針の演出効果を維持しつつ、初期化動作を行うことが可能な指針式計器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明では、ステップモータの回転に応じて振れる指針と、この指針が最大目盛位置に向かって振れるとき、指針を停止させる最大目盛側ストッパと、起動信号を受けると、ステップモータを駆動して指針を零目盛位置から最大目盛側ストッパまでの範囲で往復させ、指針が最大目盛側ストッパに到達したとき、ステップモータに発生する誘起電圧に基づいて、指針位置の初期設定処理を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、最大目盛位置側に最大目盛側ストッパを設け、この最大目盛側ストッパに指針が到達したことを条件とし、ステップモータに発生する誘起電圧に基づいて、初期設定処理を行うようにした。このようにすれば、計器起動時に行われる演出動作に初期化動作を含ませることができるため、運転者に対して自然な指針動作の印象を与えて演出効果を維持しつつ、初期化動作を行うことができる。

請求項２の発明では、最大目盛側ストッパは、最大目盛位置を越えて所定角度だけ離れた角度位置に設置されることを特徴としている。

通常、車両用計器は、実測値に所定の値を加算した値を指示することが一般的であるため、実測値が最大目盛に相当する値である場合には、指針は最大目盛位置よりも所定角度離れた角度位置まで回転する。このように、指針の回転範囲は最大目盛位置を超えた角度位置にまで及ぶことから、最大目盛位置に対応する位置に最大目盛ストッパを設置するとステップモータに負担がかかるため、本構成のように、最大目盛位置よりも離れた角度位置に最大目盛側ストッパを設置することが望ましい。

請求項３の発明では、制御手段は、指針の回転角度位置を設定する位置設定手段を有し、初期設定処理として指針が最大目盛側ストッパに当たるとき、最大目盛側ストッパ位置に対応して所定の回転角度位置情報を位置設定手段に設定することを特徴としている。

本構成では、指針が最大目盛側ストッパ位置に到達したときの回転角度位置情報を位置設定手段に設定する構成とした。各目盛位置の角度位置と最大目盛側ストッパ位置とは所定の関係を有しているため、決定した最大目盛側ストッパ位置の角度位置情報に基づいて各角度位置の角度位置情報を取得することができる。

請求項４の発明では、起動信号は、利用者の利用開始を示す信号であることを特徴としている。

これにより、利用者の利用開始毎に行われる演出動作とともに、初期設定処理を行うことができる。尚、起動信号としては、例えばイグニッションスイッチがＯＮされたことを示す信号、シートに配されたシートセンサからの検出信号、あるいはドアカーテシランプスイッチからの検出信号が挙げられる。

請求項５の発明では、制御手段は、起動信号を受けると初期設定処理を行い、その後表示すべき値に応じて指針を振らす指針表示処理を行うことを特徴としている。このようにすれば、起動毎に、指針表示処理に先立って初期設定処理が行われるため、常に正確な指針表示を行うことができる。

＜第１の実施形態＞
本発明に係る指針式計器を２輪車用のスピードメータに適用した一実施形態について図１ないし図１０を参照して説明する。尚、図中の矢印Ｘの方向を上方向、矢印Ｔａの方向を時計方向、矢印Ｔｂの方向を反時計方向とする。本実施形態のスピードメータは、ステップモータＭを駆動源として指針５０を目盛部１１上で回動させるものであって、検出した車速に対応する目盛位置へ指針５０を回動させることにより現在の車速を指示するものである。

文字盤１０の盤面には複数の目盛が円弧状に配された目盛部１１が形成されている。この目盛部１１を構成する目盛のうち一端側のものが車速０ｋｍ／ｍを示す零目盛１１ａであり、他端側のものが車速１８０ｋｍ／ｈを示す最大目盛１１ｂである。なお、文字盤１０は、環状の見返し板２０の底壁２１に形成した開口部２１ａにその裏面側から併設されている。

指示計器は、図２に示すように、回動内機３０、配線板４０及び指針５０を備えている。回動内機３０は、内機本体３０ａと、指針軸３０ｂとからなる。内機本体３０ａは、配線板４０の裏面側に組み付けられたケーシング３０ｃ内に、２相式ステップモータＭ、減速歯車列Ｇ及びストッパ機構ＳＴを内蔵し、文字盤１０に対応する位置に配されている。指針軸３０ｂは、ケーシング３０ｃの上下両壁に回転可能に支持されているとともに、ステップモータＭの回転を減速伝達する減速歯車列Ｇの出力段歯車３４（後述する）と同軸的に支持されており（図３又は図４参照）、ケーシング３０ｃの上壁、配線板４０及び文字盤１０の貫通穴部１２を通り文字盤１０上に延出している。

また、指針５０はその固定端５１が指針軸３０ｂに軸支されて文字盤１０の表面に沿って回動し、零目盛１１ａに対応する位置（零目盛位置Ｐａ）と、最大目盛に対応する位置（最大目盛位置Ｐｂ）を越え、その位置よりも所定角度離れた角度位置である最大目盛側ストッパ位置Ｐｃとの間で回動する。ここで、零目盛位置Ｐａから最大目盛位置Ｐまでの角度範囲はθ１とされており、零目盛位置Ｐａから最大目盛側ストッパ位置Ｐｃまでの角度範囲はθ２とされている。尚、当該指針５０は、計器停止時には、零目盛位置Ｐａに停止するようになっている。

ステップモータＭは、図３及び図４に示すように、ステータＭｓと、マグネットロータＭｒとを備えている。ステータＭｓは、ケーシング３０ｃ内にて文字盤１０に並行に支持されており、このステータＭｓは、ヨーク３１と、界磁巻線３２、３３とを備えている。ヨーク３１は、ポール状の両磁極３１ａ、３１ｂの他いくつかの磁極を備えており、磁極３１ａには界磁巻線３２が巻装され、磁極３１ｂには界磁巻線３３が巻装されている。

また、マグネットロータＭｒは、ヨーク３１内に位置してこのヨークと共に磁気回路を形成するように、後述する回転軸３５ａに同軸的に支持されており、このマグネットロータＭｒの外周面には、その周方向に沿い、Ｎ極とＳ極とが交互に多数着磁して形成されている。ここで、マグネットロータＭｒは、その回転に伴い、そのＮ極又はＳ極でもって、ヨーク３１の各磁極３１ａ、３１ｂその他の各磁極の先端面に狭隙を介して対向するようになっているが、マグネットロータＭｒの回転は、当該マグネットロータの磁極数分の１ずつなされる。なお、回転軸３５ａは、ケーシング３０ｃの上下両壁に指針軸３０ｂに平行にかつ回転可能に支持されている。

このように構成したステップモータＭにおいて、互いに位相を９０度にする余弦波状駆動電圧及び正弦波状駆動電圧が対応する界磁巻線３２及び３３に印加されると、これら各界磁巻線３２、３３に流れる電流により対応する磁極３１ａ、３１ｂに余弦波状及び正弦波状磁束が発生し、マグネットロータＭｒがヨーク３１との間に磁気回路を形成して正転（逆転）する。この正転（逆転）は時計方向Ｔａ（反時計方向Ｔｂ）への回転に相当する。

減速歯車列Ｇは、上述した出力段歯車３４、入力段歯車３５及び中間歯車３６，３７を備えており、これら各出力段歯車３４、入力段歯車３５及び中間歯車３６，３７は、ステップモータＭの回転速度を所定の低速に落とすような減速比を減速歯車列Ｇに与えるように噛合して構成されている。

ストッパ機構ＳＴは、短冊状凸条３８と、Ｌ字状の最大目盛側ストッパ３９とを備えている。凸条３８は、出力段歯車３４の表面のうち、指針５０の直下位置に、その中心から径方向に延びるようにして突出形成されている。ストッパ３９は、ケーシング３０ｃ内にその低壁から指針軸３０ｂに平行に延出しており、先端部３９ａが、最大目盛側ストッパ位置Ｐｃにあるときの指針５０の長手方向の直下においてＬ字状に出力段歯車３４の表面上に向け延出している。ここで、先端部３９ａの受け側端面３９ｂが指針５０の最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに対応している。従って、指針５０がステップモータＭの正転により最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに達したとき、凸条３８の係止端面３８ａが、腕３９の受け側端面３９ｂに係止する。

さて、本実施形態の電気的構成は図５に示すように、ステップモータＭ、スイッチ部６０、車速センサ７０、駆動回路部８０、及びコントローラ部９０（制御手段）からなる。尚、ステップモータＭの構成については上述した通りであるからその説明を省略する。

スイッチ部６０は、運転者が車両を利用開始することを検出するものであって、例えば、イグニッションスイッチにより構成されており、当該スイッチがＯＮされたときには、その検出信号Ｓ（起動信号）をコントローラ部９０に対して出力する。また、車速センサ７０は、車両の走行速度を検出するもので、検出した車速に応じた検出信号Ｓｓをコントローラ部９０に出力する。

駆動回路部８０は、コントローラ部９０からの制御信号Ｓｃに基づいてステップモータＭの界磁巻線３２，３３に余弦波状駆動電圧及び正弦波状駆動電圧を印加し、このステップモータＭを正転又は逆転動作させることで指針を回動させる。また、界磁巻線３２，３３に発生する誘起電圧を検出し、その検出値Ｄをコントローラ部９０に出力する。

コントローラ部９０は、指針５０を所定の角度位置（目盛位置）にまで正転又は逆転させるための制御信号Ｓｃを駆動回路８０に対して送信する。この制御信号Ｓｃは、零目盛位置Ｐａを基準位置としたときの指針の振れ角を算出し、現在の振れ角と目標となる振れ角との角度差に応じて指針５０を正転又は逆転させるための信号である。具体的には、後述する初期設定処理時において設定される最大目盛側ストッパ位置Ｐｃのカウンタ値Ｃから、この最大目盛側ストッパ位置Ｐｃとの角度位置関係に基づいて各角度位置のカウンタ値Ｃが決定されており、現在の角度位置（振れ角）のカウンタ値Ｃと目標となる角度位置（振れ角）のカウンタ値Ｃとの差分値に応じたパルス信号列を駆動回路部８０に送信するのである。

また、当該コントローラ部９０の内部には、記憶部９１（位置情報設定手段）が備えられており、上述した最大目盛側ストッパ位置Ｐｃのカウント値Ｃ（角度位置情報）を記憶するための領域が確保されている。

本実施形態の構成は以上であり、続いてその動作についてコントローラ部９０の処理を中心に説明する。運転者が車両に設けられたイグニッションスイッチをＯＮすることにより、コントローラ部９０に検出信号Ｓが受信され、当該コントローラ部９０は図６に示すように、演出動作・初期設定処理を実行し（ステップＳ１０）、その後車速を指示する指針表示処理を実行する（ステップＳ２０）。尚、イグニッションスイッチがＯＦＦされると各処理が終了し、ＯＮされる毎に上記の順序で処理が実行される。

図７に示す演出動作・初期設定処理では、初めに指針５０の振れ角をθ１とする制御信号Ｓｃを送信し、指針５０を零目盛位置Ｐａから最大目盛位置Ｐｂまで正転させる（ステップＳ１１０、図８（Ａ）の矢印（１））。続いて、指針５０を正転させるための制御信号Ｓｃを送信するとともに、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達したか否かを判定する（ステップＳ１２０、ステップＳ１３０）。最大目盛側ストッパ位置Ｐｃへの到達判定は、具体的には以下のようにして行う。即ち、駆動回路８０から出力される誘起電圧の検出値Ｄが所定の閾値よりも低いことを条件として最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達したと判定するのである。これは、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達せずに正転し続けているときには、界磁巻線３２，３３には所定の誘起電圧が発生する一方、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達して正転不能となったときには、界磁巻線３２，３３への誘起電圧は略０Ｖとなる。これにより、誘起電圧が閾値よりも低いことを条件として最大目盛側ストッパ位置Ｐｃへ到達したことを検出する。尚、閾値は、例えば指針正転時に発生する誘起電圧の半分の値に設定する。

また、上記ステップＳ１２０では、駆動回路８０に送信するパルス信号列の周波数をステップＳ１１０における周波数よりも低くして、指針５０の回転速度を低下させるようにしても良い。これによって、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに当接する際の負担（衝撃）を低減させることができる。

従って、本処理では、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達するまで（振れ角θ２となるまで）は制御信号Ｓｃを送信し（ステップＳ１２０、ステップＳ１３０でＮｏ）、最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達したときには、制御信号Ｓｃの送信を停止する（ステップＳ１３０でＹｅｓ、図８（Ａ）の矢印（２））。そして、当該ストッパ位置Ｐｃにおいてカウント値Ｃを設定し、これを記憶部９１に記憶する（ステップＳ１４０。請求項に記載の「初期設定処理」に相当する。）。

この後、振れ角０°とするための制御信号Ｓｃを送信し、指針５０を最大目盛側ストッパ位置Ｐｃから、零目盛位置Ｐａまで逆転させる（ステップＳ１５０、図８（Ａ）の矢印（３））。

上記処理が終了すると、車速センサ７０から出力された検出信号Ｓｓに基づいて対応する目盛位置まで指針５０を正転又は逆転させるために、駆動回路部８０に制御信号Ｓｃを送信する指針表示処理を実行する（ステップＳ２０）。

従って、本実施形態では、イグニッションスイッチがＯＮされると、指針５０が零目盛位置Ｐａから最大目盛位置Ｐｂを越えた最大目盛側ストッパ位置Ｐｃまで正転し、その後、最大目盛側ストッパ位置Ｐｃから零目盛位置Ｐａまで逆転するという演出動作とともに初期化動作が行われ（図８（Ｂ）参照）、その後に、車速に応じた振れ角にまで指針を回動させて当該車速を指示する指示表示動作が行われる。

本実施形態によれば、最大目盛位置Ｐｂよりも大きい角度位置に最大目盛側ストッパ３９を設け、最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに指針５０が到達したときに、初期設定処理を行うようにした。このようにすれば、計器起動時に行われる演出動作に初期化動作を含ませることができるため、運転者に対して自然な指針動作の印象を与えて演出効果を維持しつつ、初期化動作を行うことができる。

通常、計器は、実測値に所定の値を加算した値を指示することが一般的であるため、実測値が最大目盛に相当する値である場合には、指針５０は最大目盛位置よりも所定角度離れた角度位置まで回転する。このように、指針５０の回転範囲は最大目盛位置Ｐｂを超えた角度位置にまで及ぶことから、最大目盛位置Ｐｂに対応する位置に最大目盛側ストッパ３９を設置するとステップモータＭに負担がかかるため、本実施形態のように、最大目盛位置Ｐｂよりも離れた角度位置に最大目盛側ストッパ３０を設置することが望ましい。

また、本実施形態では、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達したときのカウンタ値Ｃを記憶部９１に記憶する構成とした。各目盛位置の角度位置と最大目盛側ストッパ位置Ｐｃとは所定の関係を有しているため、記憶した最大目盛側ストッパ位置Ｐｃのカウンタ値Ｃに基づいて各角度位置のカウンタ値Ｃを決定することができる。

また、運転者によるイグニッションスイッチのＯＮ操作により上記初期設定処理を行なうようにしているから、利用開始毎に行われる演出動作とともに、初期設定処理を行うことができる。尚、イグニッションスイッチの他には、シートに配したシートセンサからの検出信号に基づいて上記演出動作・初期設定処理を実行するようにしても良い。また、本実施形態の計器を４輪車に適用する場合には、例えば、ドアカーテシランプスイッチの検出信号（開扉信号）に基づいて上記処理を実行するようにしても良い。

また、本実施形態では、初期設定処理を行い、その後に指針表示処理を行うようにしているから、起動毎に、指針表示処理に先立ってカウンタ値Ｃの設定（初期設定処理）が行われるため、常に正確な指針表示を行うことができる。

尚、本実施形態では、ストッパ３９を最大目盛位置Ｐｂを越えて所定角度だけ離れた角度位置に設置し、指針５０が最大目盛側ストッパ位置Ｐｃに到達したことを条件として初期設定処理を行う構成としていたが、このストッパ３９を最大目盛位置Ｐｂと同一位置に設置し、指針５０が最大目盛位置Ｐｂに到達したことを条件として初期設定処理を行なうようにしても良い。

本実施形態のスピードメータの一実施形態を示す正面図である。 スピードメータのＡ−Ａ線における部分断面図である。 回動内機に内蔵したステップモータ及びストッパ機構の斜視図である。 ステップモータの平面図である。 スピードメータの電気的構成を示した概念図である。 コントローラ部の処理内容を示したフローチャートである。 演出動作・初期設定処理の内容を示したフローチャートである。 （Ａ）は演出動作・初期設定処理時における指針の動作を示した図である。（Ｂ）は指針の振れ角（角度位置）の時間変化を示したタイムチャートである。

符号の説明

１１…目盛部
１１ａ…零目盛
１１ｂ…最大目盛
３０…回動内機
３０ａ…内機本体
３０ｂ…指針軸
３８…短冊状凸条
３９…最大目盛側ストッパ
５０…指針
６０…スイッチ部
７０…車速センサ
８０…駆動回路部
９０…コントローラ部
９１…記憶部
Ｓ…検出信号
Ｐａ…零目盛位置
Ｐｂ…最大目盛位置
Ｐｃ…最大目盛側ストッパ位置

Claims (5)

1. ステップモータの回転に応じて振れる指針と、
   この指針が最大目盛位置に向かって振れるとき、前記指針を停止させる最大目盛側ストッパと、
   起動信号を受けると、前記ステップモータを駆動して前記指針を零目盛位置から前記最大目盛側ストッパまでの範囲で往復させ、前記指針が前記最大目盛側ストッパに到達したとき、前記ステップモータに発生する誘起電圧に基づいて、指針位置の初期設定処理を行う制御手段とを備えたことを特徴とする指針式計器。
2. 前記最大目盛側ストッパは、前記最大目盛位置を越えて所定角度だけ離れた角度位置に設置されることを特徴とする請求項１に記載の指針式計器。
3. 前記制御手段は、前記指針の回転角度位置を設定する位置設定手段を有し、前記初期設定処理として前記指針が前記最大目盛側ストッパに当たるとき、前記最大目盛側ストッパ位置に対応して所定の回転角度位置情報を前記位置設定手段に設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の指針式計器。
4. 前記起動信号は、利用者の利用開始を示す信号であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の指針式計器。
5. 前記制御手段は、前記起動信号を受けると前記初期設定処理を行い、その後表示すべき値に応じて前記指針を振らす指針表示処理を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の指針式計器。

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