WO2008001642A1 - Instrument de mesure à aiguille - Google Patents

Description

明 細 書

指針式計器

技術分野

[0001] 本発明は、可動コイル式あるいは交差コイル式マグネットロータ型等力 なる電流 計に代ってデジタル制御の容易な計器ムーブメントとして用いられ、たとえば、車輛 用の走行速度やエンジン回転数などの測定量をこれに比例した周波数信号入力に 基づ 、て計測指示するステッピングモータを用いた指針式計器に関するものである。 背景技術

[0002] 一般に、ステッピングモータを用いた指針式計器にぉ 、ては、ステッピングモータの 回転は、複数のギア力 なる減速機構を用いて指針に伝達され、指針が走行速度や エンジン回転数などを指示するように構成されて 、る。

[0003] このように計器のムーブメントとしてステッピングモータを用いる場合、交差コイル式 計器のようにコイル磁界の合成ベクトル方向にマグネットロータが追従するベクトル追 従式と違って、多くは入力信号の所定周期毎の変化量を求めこの変化量分ずっステ ップ駆動するものであり、マグネットロータの磁極がくし歯ヨークのピッチ毎もしくはこ のピッチ間のマイクロステップ処理によって駆動するため、たとえば電源スィッチオン 時のマグネットロータの位置を初期値 (指示計器としては、文字板のゼロ位置に強制 復帰する等して原点初期化処理を行なう）としてこの原点位置力 の入力信号の増 減分ずつステップ駆動する構成が一般的である。

[0004] 従って、計器装置への外部振動によるマグネットロータへの機械的影響によって本 来原点からのステップ駆動によって駆動制御された角度位置すなわちくし歯ヨークと マグネットロータの磁極との正しい位置関係から外れ、一ピッチ分角度ずれが生じる 可能性もあり、一旦こうした角度ずれ所謂脱調が発生すると電源の再投入による原点 初期化を行なわない限り本来の正しい角度位置を示さず、常に脱調誤差分を含んだ 角度にて指示してしまう。

[0005] また、脱調現象は、前述した外部振動等による機械的変動の他に、入力信号の変 化に対してマグネットロータが追従しないときにも発生する。 [0006] このようなステッピングモータ式の計器にあっては、こうした脱調による指示誤差を 極力なくすために、脱調リセットを行う。そして、脱調リセットを行うために、ステツピン グモータが取り付けられる表示板にストッパを取り付けている。このストッパは、指針が 回転を開始する位置に突設されており、ステッピングモータが脱調を起こした場合に は、帰零信号をステッピングモータに出力して、指針をストツバ側に戻し、指針がスト ツバに当接したときに、脱調リセットが完了したものと判断して、帰零信号を停止する ものが提案されている。

特許文献 1：特開 2001— 314099号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しかし、指針式計器によっては、従来のような指針力ストツバに当接して回動が停止 する位置が、指針が表示板の「0」目盛を指示する位置である場合だけではなぐ指 針式計器の外観上の問題などで、ストツバを「0」目盛より反時計回り方向（左回転方 向)側に設けた場合は、一度、指針を反時計回り方向に回転させ前記ストツバに当接 させて脱調リセットを行った後、指針が表示板の「0」目盛を指示するように、時計回り 方向（右回転方向）に回転させる必要があった。このとき、ステッピングモータの回転 を指針に伝達する減速機構においては、指針を固定したギアを時計回り方向に回動 させるために、指針を固定したギアはステッピングモータのギアと当接しているので、 指針を固定したギアは反時計回り方向には回動しないが、ギアの遊び (バックラッシ ュ）によって、指針を固定したギアは時計回り方向には、遊び分回動可能となる。

[0008] この遊び分によって、例えば、指針が「0」目盛から時計回り方向に回動し、その後、 車速が「0」の時に、指針を反時計回り方向に回動させて、指針が「0」目盛を指示す るときに、指針が表示板の「0」を指示するようにステッピングモータを駆動したにもか かわらず、指針が表示板の「0」より時計回り方向にずれた位置、すなわち、「0」より大 きな値を指示する虞があり、運転者に違和感を与えることがあった。

[0009] そこで、本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、ギアの遊び (バッ クラッシュ）があっても、指針を表示板の「0」を指示することが可能な指針式計器を提 供することを目的とする。 課題を解決するための手段

[0010] 本発明における指針式計器は、ステッピングモータと、前記ステッピングモータの回 転が複数のギア力 なる減速機構を介して駆動される指針と、前記指針による指示さ れる指標部を備える表示板と、前記ステッピングモータを駆動制御する制御手段と、 を備えた指針式計器であって、前記指針の基準位置を定める指針基準位置設定手 段を備え、前記制御手段は、前記ステッピングモータへの電源投入時もしくは電源遮 断時に、前記指針を前記基準位置方向へ回動させるとともに、前記指針基準位置設 定手段からの指針基準位置到達信号の入力に伴って前記指針の回動を停止する第

1の駆動処理を実行し、その後に、前記指針を前記基準位置から前記基準位置方向 とは逆方向に第 1の角度分動作させる第 2の駆動処理を実行し、その後に、前記減 速機構の前記ステッピングモータ側のギアを第 2の角度分動作させる第 3の駆動処 理を実行してなるものである。

[0011] また、前記制御手段は、前記減速機構を構成する複数のギア (減速ギア)が有する ノ ックラッシュに相当する角度を前記第 2の角度に設定してなるものである。

[0012] また、前記指針基準位置設定手段は、前記指針の位置を特定するための被検出 体と、前記被検出体を非接触で検出する検出部とを備えてものである。

[0013] また、前記第 2の駆動処理により停止する前記指針の位置を前記表示板のゼロ指 示目盛に設定してなるものである。

[0014] また、前記制御手段は車速を入力し、この入力車速が 0の際に前記ゼロ指示目盛 位置に強制的に位置させてなるものである。

発明の効果

[0015] 以上のように本発明の指針式計器によれば、ギアの遊び (バックラッシュ）があって も、指針を表示板の「0」を指示することが可能な指針式計器を提供することができる

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]本発明の第 1実施例を示すブロック図。

[図 2]同実施例の脱調リセット処理を示すフローチャート図。 圆 3]同実施例のステッピングモータと指針との動きを示す説明図。

[図 4]図 3のステッピングモータのギアと指針のギアとの動きを示す説明図。

[図 5]同実施例のステッピングモータのギアの入力車速と出力角度との関係を示す説 明図。

符号の説明

1 指針式計器

2 ステッピングモータ

3 減速機構

4 指針

5

5a 指標部

6 制御手段

7a 検出部 (指針基準位置設定手段）

7b 被検出体 (指針基準位置設定手段)

8 電源スィッチ

9 電源

10 出力手段

11 ROM (記憶手段）

12 入力端子

発明を実施するための最良の形態

本発明の指針式計器は、ステッピングモータ 2と、ステッピングモータ 2の回転が複 数のギア 3P、 3Sからなる減速機構 3を介して駆動される指針 4と、指針 4による指示 される指標部 5aを備える表示板 5と、ステッピングモータ 2を駆動制御する制御手段 6 と、を備えた指針式計器 1であって、指針 2の基準位置を定める指針基準位置設定 手段 7a、 7bを備え、制御手段 6は、ステッピングモータ 6への電源投入時もしくは電 源遮断時に、指針 2を基準位置方向へ回動させるとともに、指針基準位置設定手段 7aからの指針基準位置到達信号の入力に伴って指針 2の回動を停止する第 1の駆 動処理を実行し、その後に、指針 2を基準位置から基準位置方向とは逆方向に第 1 の角度分動作させる第 2の駆動処理を実行し、その後に、減速機構 3のステッピング モータ 2側のギア 3Sを第 2の角度分動作させる第 3の駆動処理を実行してなるもので ある。このように構成したことによって、ギア 3P、 3Sの遊び (バックラッシュ）があっても 、指針 2を表示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示することが可能な指針式計器 1を提 供することができる。

[0019] また、制御手段 6は、減速機構 3を構成する複数のギア 3P、 3S (減速ギア）が有す るバックラッシュに相当する角度を前記第 2の角度に設定してなるものである。このよ うに構成したことによって、ギア 3P、 3Sの遊び (バックラッシュ）があっても、指針 2を 表示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示することが可能な指針式計器 1を提供するこ とがでさる。

[0020] また、指針基準位置設定手段 7a、 7bは、指針 2の位置を特定するための被検出体 7bと、被検出体 7bを非接触で検出する検出部 7aとを備えてなるものである。このよう に構成したことによって、ギア 3P、 3Sの遊び (バックラッシュ）があっても、指針 2を表 示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示することが可能な指針式計器 1を提供することが できる。さらに、機械的 (物理的)な接触がないため、接触時の音に発生を防止するこ とが可能な指針式計器 1を提供することができる。

[0021] また、前記第 2の駆動処理により停止する指針 2の位置を表示板 5の指標部 5aのゼ 口指示目盛に設定してなるものである。このように構成したことによって、ギア 3P、 3S の遊び (バックラッシュ）があっても、指針 2を表示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示 することが可能な指針式計器 1を提供することができる。

[0022] また、制御手段 6は車速を入力し、この入力車速力^の際にゼロ目盛位置に強制的 に位置させてなるものである。このように構成したことによって、ギア 3P、 3Sの遊び（ ノ ックラッシュ）があっても、指針 2を表示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示すること が可能な指針式計器 1を提供することができる。

実施例 1

[0023] 図 1は、本発明の基本的構成を示すもので、車輛用の速度計を例にとって説明す る。本発明の指針式計器 1は、ステッピングモータ 2と、減速機構 3を介してステツピン グモータ 2によって駆動される指針 4と、この指針 4によって指示される指標部 5aを備 えた表示板 5と、ステッピングモータ 2を駆動制御する制御手段 6と、指針 4の基準位 置を検出する検出部 7aと、この検出部 7aにて検出される被検出体 7bと、制御手段 6 へ電源スィッチ 8を介して電力を供給する電源 9とを備えている。なお、 10は出力手 段であり、制御手段 6からの信号を適宜の波形処理し、ステッピングモータ 2に信号を 供給するものである。 11は ROM (記憶手段)であり、 12は入力端子であり、本実施 例では、図示しない車速センサが接続されており、前記車速センサ力 測定量である 車両の走行速度に比例した周波数信号が入力端子 12から制御手段 6に入力される

[0024] ステッピングモータ 2は、二つのコイルを備えたステータ（図示しない）と、磁石ロータ

(図示しな 、）とを備えて 、る。前記磁石ロータはその外周面に N極と S極とが交互に 多数着磁されている。この磁石ロータの回転は減速機構 3に伝達され、減速機構 3の 回動に伴って指針 4が回動される。

[0025] 減速機構 3は、本実施例では、複数のギアによって構成されており、図面ではステ ッビングモータ 2側で、前記磁石ロータの回動を出力するギア 3Sと、指針 4が固定さ れたギア 3Pの 2つのみが図示されている。

[0026] 指針 4は、減速機構 3を構成するギア 3Pに固定されており、ステッピングモータ 2 ( 前記磁石ロータ)の回転が減速機構 3を介して駆動される。なお、この指針 4を固定し たギア 3Pは、図示しない案内部材などの抵抗によって、ステッピングモータ 2によつ て駆動されなければ回動しにく 、状態である。

[0027] 表示板 5は、指針 4が指示する指標部 5aを備えており、指標部 5aは、少なくとも目 盛と、この目盛に対応した文字にて構成されている。なお、図示していないが、目盛 の数字は、時計回り方向に進むにしたがって、増加するように形成されている。

[0028] 制御手段 6はマイクロコンピュータであり、入力端子 12から測定量に対応した周波 数信号を受けて、この測定量に対応した信号をステッピングモータ 2に出力して駆動 するものである。

[0029] 検出部 7aは被検出体 7bを非接触で検出するものであり、本実施形態では、光学セ ンサを採用している。被検出体 7bは検出部 7aにて検出されるものであり、指針 4が固 定されたギア 3Pに設けられている。また、指針 4と被検出体 7bとの位置関係は、所定 の角度となるように定められており、被検出体 7b (ギア 3Pと被検出体 7bとの境界）を 検出すれば、指針 4が表示板 5のどの位置を指示して 、るかが判断できるように構成 されている。そして、光学センサ力もなる検出部 7aが良好に被検出体 7bを検出する ことができるように、明暗の差が大きくなるようにしてある。例えば、本実施例において は、ギア 3Pが白色系の合成樹脂にて形成されているので、被検出体 7bは黒色の印 刷層にて形成されている。なお、ギア 3Pが黒色系である場合は、被検出体 7bは白色 系となる。

[0030] この検出部 7aと被検出体 7bとで、指針基準位置設定手段を構成しており、後述す る処理にお!、て、指針 4の基準位置を定めることができる。

[0031] なお、本実施例においては、指針基準位置設定手段 7a、 7bは、光学センサからな る検出部 7aと印刷層からなる被検出体 7bであった力 本実施例に限定されるもので はなぐ非接触で検出するものとしては、検出部 7aに磁気検出手段を採用し、被検 出体 7bに磁石或いは磁性体などを採用してもよい。また、接触にて検出する場合は 、指針 4と、この指針 4の回動を止める指針ストツバとで指針基準位置設定手段を構 成しても良い。

[0032] 電源スィッチ 8と電源 9とは、自動車用の指針式計器の場合は、それぞれイダ-ッシ ヨンキースィッチ 8と車載バッテリ 9であり、車載バッテリ 9からイグニッションキースイツ チ 8を介して制御手段 6へ電力を供給するものである。制御手段 6は、イダ-ッシヨン キースィッチ 8を介しての電源投入を検知してステッピングモータ 2の原点初期ィ匕 (原 点検出処理)を行うように構成して 、る。

[0033] ROM11は、 EEPROMなどの書き換え可能な記憶手段であり、本実施例におい ては、検出部 7aが被検出体 7bを検出したときの表示板 5の 0目盛と指針 4の指示して いる位置のズレの量をデータとして記憶している。また、入力車速の測定信号のデー タに対応した制御原点を通る出力角度のデータを記憶して 、る。

[0034] 図 2は、指針 2の駆動処理を示すものであり、図 3、図 4は、この時のステッピングモ ータ 2と指針 4との動きを示すものである。また、図 5は、ステッピングモータ 2のギア 3 Sの入力車速と出力角度との関係を示すものである。

[0035] 電源スィッチ 8であるイグニッションキースィッチ 8を操作することで、制御手段 6に電 力が供給される。制御手段 6は、この電源投入を検知して指針駆動処理を開始する。

[0036] ステップ S1で、制御手段 6は、入力車速の測定振動を受けて、 ROM11に記憶さ れている入力車速に対応した制御原点力もの出力角度データに基づいて、出力角 度を算出する。

[0037] ステップ S2で、測定信号のデータが 0の時、すなわち車速が 0の時は、ノ ックラッシ ュ戻しフラグを 1とする。測定信号のデータが 0より大きい時は、ノ ックラッシュ戻しフラ グを 0とする。

[0038] ステップ S3で、指針 4の表示板 5の指標部 5aの「0」目盛を指示する、「0」目盛指示 処理が完了したかを判定する。「0」目盛指示処理が完了した場合は、ステップ S4に 進み、完了していない場合は、ステップ S8に進む。通常、電源スィッチ 8操作による 電源投入直後は、ステッピングモータ 2の原点検出処理を完了していないので、判定 は、「No」となり、ステップ S8へ進む。

[0039] ここで、説明の都合上、ステップ S8での処理を先に説明する。ステップ S8では、「0 」目盛指示処理を行う。この時にステッピングモータ 2と指針 4との動きを図 3、図 4を 用いて説明し、また、ステッピングモータ 2のギア 3Sの入力車速と出力角度との関係 を図 5を用いて説明する。

[0040] 電源投入直後は、制御手段 6は、指針 4が表示板 5のどの部分を指示して 、るのか 不明の状態であるので、指針 4の位置を認識するために、制御手段 6は、指針 4を基 準位置方向へ回動させる。この回動方向は一方向であり、本実施例では、指針 4が 反時計回り方向に回動する。

[0041] 制御手段 6は、図 3の（a)中の時計回り方向にギア 3Sを回転するようにステッピング モータ 2を駆動する。このギア 3Sの回転によって、指針 4を固定したギア 3Pは、反時 計回り方向に回転する。この回転に伴って、ギア 3Pに設けた被検出体 7bが回転する 。そして、指針基準位置設定手段を構成する検出部 7aがギア 3Pに設けた被検出体 7bを検出すると、検出部 7aが制御手段 6に指針基準位置到達信号を出力し、制御 手段 6は、この入力に伴って、指針 4の基準位置を認識する。そして、指針 4の回動を 停止する。以上の第 1の駆動処理を制御手段 6が実行する。

[0042] その後に、指針 4を基準位置から帰零する方向とは逆方向（時計回り方向）に、指 針 4が表示板 5の指標部 5aの「0」（ゼロ指示目盛)を指示するように、制御手段 6が第 1の角度分動作させる第 2の駆動処理を実行する（図 3 (b)参照)。以上で、ステップ S 8の「0」目盛指示処理が完了する。なお、この時のステッピングモータ 2のギア 3Sの 位置は、図 5中の（b)の位置であり、この位置は、制御原点を通る出力角度上ではな く、制御原点を通る出力角度にバックラッシュ分の角度を追加した位置である。

[0043] また、再びステップ S 3にお!/、て、ステッピングモータ 2の「0」目盛指示処理が完了し たかを判定し、「0」目盛指示処理が完了しているので、ステップ S4に進む。

[0044] ステップ S4では、バックラッシュ戻しフラグが 1か 0かを判定する。すなわち、車速の 測定信号のデータが 0の場合は、ノ ックラッシュ戻しフラグが 1であるので、ステップ S 7へ進み、車速の測定信号のデータが 0より大きい場合は、ノ ックラッシュ戻しフラグ 力 SOであるので、ステップ S5へ進む。ここで、通常、電源投入直後の車速は 0の場合 が大半であるので、説明の都合上、ステップ S 7へ進む。

[0045] ステップ S7では、ステッピングモータ 2のギア 3Sの位置が測定信号のデータに対 応した原点を通る出力角度データにバックラッシュ分追加した位置（図 5の (b) )であ るので、ステッピングモータ 2のギア 3Sの位置が測定信号のデータに対応した原点を 通る出力角度データの位置（図 5の（c) )になるように、ノ ックラッシュ戻しを行った目 標出力角度とする。

[0046] ステップ S7の処理が済むと、次のステップ S6に進み、測定信号のデータに対応し た出力指示角度データに基づいて、表示板 5の指標部 5aを指示する目標指示角度 を作成処理し、この目標指示角度の信号を出力回路 4に出力して、ステッピングモー タ 2を駆動する。このノ ックラッシュ戻しを行う時のステッピングモータ 2と指針 4との動 きを、図 3、図 4を用いて説明する。なお、図 3と図 4の関係は、図 4 (b)は図 3 (b)を拡 大した図であり、図 4 (c)は、図 3 (c)を拡大した図である。ノ ックラッシュ戻しは、本発 明の第 3の駆動処理であり、減速機構 3のステッピングモータ 2側のギア 3Sのみを第 2の角度分動作させるものである。この時のギア 3Sは、図 5の（b)から（c)となる。この 第 2の角度は、減速機構 3を構成する複数のギアが有するバックラッシュに相当する 角度であり、本実施例では、ギア 3Sとギア 3Pとのバックラッシュに相当するものである [0047] ステッピングモータ 2側のギア 3Sの回動によって、図 4 (b)の状態では、指針 4は、 時計回り方向に回動可能であつたが、図 4 (c)の状態では、指針 4は、反時計回り方 向に回動可能となる。なお、前述したように、本発明の指針 4は、指針 4を固定したギ ァ 3Pは、案内部材などの抵抗によって、ステッピングモータ 2によって駆動されなけ れば回動しにく!/ヽものである。

[0048] また、ステップ S4で、バックラッシュ戻しフラグの判定が 0の場合、すなわち車速が 0 ではない時は、ステップ S5へ進む。

[0049] ステップ S5では、測定信号のデータに対応した制御原点を通る出力角度データに 、ノ ックラッシュ分を追加する。そして、次のステップ S6に進み、表示板 5の指標部 5a を指示する目標指示角度を作成処理し、この目標指示角度の信号を出力回路 4に 出力して、ステッピングモータ 2を駆動する。

[0050] また、車両が走行して停止したときに、入力車速が「0」となったときには、表示板 5 の指標部 5aの「0」目盛位置に強制的に位置させるように、ステップ S7の処理によつ て、ステッピングモータ 2のギア 3Sを制御原点を通る出力角度となるように、第 2の角 度分、すなわちバックラッシュ分戻す処理を行う。

[0051] なお、前記本実施例では、ステッピングモータ 2への電源投入時に、指針 2の基準 位置を設定していたが、前記実施例に限定されるものではなぐ電源遮断時に指針 2 の基準位置を設定するようにしてもょ 、。

産業上の利用可能性

[0052] ステッピングモータを用いて、車輛用の走行速度やエンジン回転数などの測定量を これに比例した周波数信号入力に基づ ヽて計測指示する指針式計器に好適である

Claims

請求の範囲

[1] ステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転が複数のギア力 なる減速機 構を介して駆動される指針と、前記指針による指示される指標部を備える表示板と、 前記ステッピングモータを駆動制御する制御手段と、を備えた指針式計器であって、 前記指針の基準位置を定める指針基準位置設定手段を備え、前記制御手段は、前 記ステッピングモータへの電源投入時もしくは電源遮断時に、前記指針を前記基準 位置方向へ回動させるとともに、前記指針基準位置設定手段からの指針基準位置 到達信号の入力に伴って前記指針の回動を停止する第 1の駆動処理を実行し、そ の後に、前記指針を前記基準位置から前記基準位置方向とは逆方向に第 1の角度 分動作させる第 2の駆動処理を実行し、その後に、前記減速機構の前記ステッピング モータ側のギアを第 2の角度分動作させる第 3の駆動処理を実行してなることを特徴 とする指針式計器。

[2] 前記制御手段は、前記減速機構を構成する複数のギア (減速ギア)が有するバック ラッシュに相当する角度を前記第 2の角度に設定してなることを特徴とする請求項 1 に記載の指針式計器。

[3] 前記指針基準位置設定手段は、前記指針の位置を特定するための被検出体と、 前記被検出体を非接触で検出する検出部とを備えてなることを特徴とする請求項 1 に記載に指針式計器。

[4] 前記第 2の駆動処理により停止する前記指針の位置を前記表示板のゼロ指示目盛 に設定してなることを特徴とする請求項 1に記載の指針式計器。

[5] 前記制御手段は車速を入力し、この入力車速が 0の際に前記ゼロ目盛位置に強制 的に位置させてなることを特徴とする請求項 4に記載の指針式計器。