JP5070201B2 - 照明文字盤及び指針を備える計器 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には計器に関し、特に、自動車の用途において速度計、燃料計等に使用される計器等、照明文字盤及び指針を備える計器に関する。

本出願は、開示内容のすべてを参照することにより本明細書に援用される、２００５年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／６７５，８５５号からの優先権を主張する。

長年、種々の異なる用途に対し、照明文字盤及び指針を備える計器が作製されてきた。このような計器の最大の用途の１つは自動車業界であり、照明文字盤及び指針を有する計器が長年大量に使用されてきた。効率的且つ経済的に製造することができると共に見た目が良いこのような計器の開発に多大な労力が払われてきた。米国特許第４，１６３，４２８号、同第４，２１５，６４７号、同第４，２１８，７２６号、同第４，２７４，３５８号、同第４，７７１，３６８号、同第５，８３９，８１１号、同第５，９１５，８２２号、同第５，９３４，７８２号、同第６，２７６，８０９号及び同第６，６６３，２５１号等、このような計器のさまざまな設計及び構造に関する多数の特許が発行されている。

本発明の１つの目的は、構造を簡単にすることにより比較的低コストで効率的に製造することができ、さらに文字盤及び指針の優れた照明を提供し、且つ、見た目もよい、照明文字盤及び指針を有する計器の改良された設計を提供することである。これに関連して、本発明の１つの特定の目的は、指針に別個の光源を必要としないこのような改良された計器を提供することである。

本発明の更なる目的は、部品が比較的少数であり、小型で、コンパクトで且つ軽量に作製することができるこのような改良がなされた計器を提供することである。

本発明の別の目的は、指針の角度位置とは無関係に指針を一様に照明するこのような改良された計器を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、熱がほとんど発生しないこのような改良された計器を提供することである。

本発明のさらなる目的は、指針を照明すると共に、種々の計器構成で実装することができる改良された計器を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、ホットスポットが除去される改良された計器を提供することである。

したがって、本発明によれば、透光性指針と、文字盤によって表される変量に対する表示を含む前面を有する透光性文字盤プレートと、指針ハブに面すると共に文字盤プレートを照明するために文字盤プレートの背面から後方に配置される少なくとも１つの光源とを備える計器が提供される。透光性指針は、文字盤プレートに対して垂直な軸を中心に回転移動するように取り付けられる。指針ハブは、当該軸と同心であり、文字盤プレートを貫通すると共にプレートから前方及び後方の両方に突出し、指示部は、文字盤プレートの前面の一部にわたってハブから横方向に突出する。文字盤プレートの後方に延在するハブの部分は、光源から直接光を取り込むような形状であることにより、光がハブに入り、ハブを通ってプレートの前方に伝播し、次いで指示部を照明するために、横方向にハブから指示部内に伝播する。

ここで、本発明について、本発明がより完全に理解され得るように、以下の例示的な図面を参照して好ましい実施形態に関連して説明する。図示する詳細は、一例としてのものであり、単に本発明の好ましい実施形態を例示的に説明するためのものであり、最も有用であると考えられるもの、並びに本発明の原理及び概念的態様についての容易に理解される説明を提供するために提示されるということが理解されよう。これに関して、本発明を基本的に理解するために必要以上に詳細に本発明の構造的細部について示すよう試みることはしない。図面と共に説明により、本発明のいくつかの形態が実際にはいかに具現化され得るかが当業者には明らかとなる。

ここで図１を参照すると、内端が開放している円柱状カップ１２の端壁として形成される文字盤プレート１１の表面にわたって回転移動するように透光性指針１０が取り付けられた自動車用計器が示されている。指針１０は、文字盤面と指針の背面との間に隙間を維持するように取り付けられ、図７に示すプリント回路基板（ＰＣＢ）１５上の電気回路によって制御される小型電気モータ１３によって駆動される。モータ１３は、指針から後方に延在し且つ指針の不可欠部分として形成される心棒１７の嵌合穴に嵌挿される、出力軸１６を有する。任意に、当該技術分野において既知であるように（図２）、自動再較正中に指針を精密に位置決めするために、文字盤にわたる指針１０の枢動を制限する、図２に示すストップピン１８を含めてもよい。

計器機構及び制御回路全体は、閉鎖後端２１及び開放前端を有する円柱状ハウジング２０内に封入され、開放前端は、レンズ２２と、レンズ２２及びハウジング２０の開放前端の外縁部を覆うベゼル２３とを受け入れる。レンズ２２は、ハウジング２０の開放端に載置され且つ文字盤プレート１１の正面に向かって下方に延在する保持リング２４上に支持される。図７に示す封止リング２５は、ベゼル２３の内側に嵌合して、ベゼル２３と、ハウジング２０、レンズ２２及び保持リング２４の隣接面との間に封止を提供することにより、周囲の湿気及び粒子状物質が計器の内部に入らないようにする。

文字盤面を照明するために、文字盤プレート１１を形成するカップ１２は、透明なプラスチック等、透光性材料から作製され、第２のＰＣＢ３０に搭載されるいくつかの側射型（side-fire）発光ダイオード（「ＬＥＤ」）２６から照射される光によって照明される。ＬＥＤの数は、実装における照明ニーズに最も適合するように選択される。ＬＥＤ２６は、ＰＣＢ３０の外周部に配置され、指針ハブ１０ａに向かって面する。さらに、ＬＥＤ２６は、光を所望の角度で提供するように選択される（すなわち、広角ＬＥＤを使用してもよい）。ＬＥＤ２６は、文字盤プレート１１の背面から後方に配置され、プリント回路基板１５を通ってハウジング２０の後端において電源接続に至るコネクタ（図示せず）から電力を受け取る。ＬＥＤ２６は、文字盤プレート１１の平面に対して垂直であり、且つ指針心棒１７の軸及びモータ１３の出力軸１６でもある、計器の中心軸を中心に間隔を空けて取り付けられる。ＬＥＤ２６を、ＰＣＢ３０の周りに均等に間隔を空けて配置してもよく、又はランダムに間隔を空けて配置してもよい。実装に最も適した照明を提供するように、間隔を事前に確定してもよい。

カップ１２とＰＣＢ３０との間に、光リング１８が設けられる。光リング１８は、ＰＣＢ３０の外周部からの光を指針ハブ１０ａに向かって向ける。光リング１８はまた、ＬＥＤ２６が文字盤面に近接することによってもたらされるホットスポットを制限する役割も果たす。光リング１８の幅１９は、依然として光が文字盤に届くのを可能にしながらホットスポットをなくすように、ＬＥＤ２６から放出される光の角度に対して選択される。さらに、光リング１８を、種々の形状及び大きさの構成で文字盤面の一部を選択的に照明するように形成してもよい。代替として、非透過文字盤面が使用される場合には、光シールド１８は不要となる。

ＬＥＤ２６からの光は、文字盤カップ１２の内側面によって捕捉され、文字盤面の基板を形成する文字盤プレート１１を照明するようにそのカップを通って伝播する。照明されるプレート１１の覆いのない部分のみが可視であるようにプレート１１の部分を覆うことによって、文字盤面上に所望の表示が形成されるように、照明されるプレート１１の表面に薄い不透明な面板３１が取り付けられる。

本発明の一態様によれば、図３に示す指針は、好ましくは着色された透明材料又は半透明材料から作製され、文字盤面を照明する同じ光源からの光によって照明される。このため、図１の例示的な実施形態では、ＬＥＤ２６からの光は、文字盤プレート１１の後方で、指針心棒１７のテーパ遷移部４０によって取り込まれる。このテーパ遷移部４０は、心棒１７の幅狭遠位部４１と、文字盤プレート１１を通して前方に延在する幅広近位部４２との間に位置する。遷移部は、図１において破線によって示すように、ＬＥＤ２６から放射される光の一部がテーパ遷移部４０に突き当たるように配置される。このように、光は、テーパ遷移部４０を介して透明又は半透明の心棒１７の幅広近位部４２に入り、心棒１７の幅広近位部４２を通して前方に伝播する。

テーパ遷移部４０は、心棒１７と同軸であり、心棒１７の周囲全体にわたって一様であることにより、指針の角度位置に関わらず遷移部の外面が実質的に同じ量の光を取り込む。この構成は、指針に専用の別個の光源を使用することなく指針を照明し、指針の角度位置に関わらず一貫し変動しない明るさで指針を照明する。遷移部４０の表面は、心棒１７の軸に関して角度を形成する。遷移部４０の輪郭は、光を、指針１０を通って伝播するように選択される。遷移部４０の好ましい角度は１５度と６０度との間であるが、本発明はこの角度範囲に限定されない。さらに、遷移部４０は、図１に示すテーパ遷移部構造に限定されない。遷移部４０を、図２に示す球状遷移部４０を含む種々の遷移部設計を使用して実装してもよい。各遷移部輪郭構造の重要な特徴は、ＬＥＤ２６からの光を取り込むことができるということである。指針心棒１７の全長にわたって幅が一貫した指針心棒１７を含む指針１０の他の構造が考えられる。遷移部４０の外面は、高度に研磨された面であることが好ましく、それは、鋳型において高分子材料から指針を成型することによって達成してもよく、その鋳型では、遷移部４０を形成する鋳型面のその部分が非常に平滑な面を形成するように処理される。

心棒１７を通って前方に伝播する光を指針１０内に横方向に向けるために、指針ハブ１０ａの上面の凹部４３が、心棒１７の軸に対して４５度の角度で延在する反射面４４を形成する。前方に伝播する光は、この面４４に突き当たり、指針１０の指示部１０ｂの自由端に向かって横方向に（図２に示すように上方に）反射され、このため、指示部１０ｂを照明する。指示部の照明の一様性を向上させると共に指示部の上面及び側面に達する光の量を増大させるように、指針の指示部１０ｂの背面４５（図３）は、不透明な白色塗料等、反射材によってコーティングされることが好ましい。

指針心棒１７を隠すために、図４乃至図６に示す不透明なキャップ５０が、指針１０のハブ部１０ａ及びテール部１０ｃの正面にわたって嵌合する。このキャップ５０は、指針のハブ部及びテール部もまた不透明なキャップ５０の真下で照明されても、指示部１０ｂのみが計器の正面から可視であるように、ハブ部１０ａから横方向に延在する指示部１０ｂにわたって嵌合するように切欠き加工される。望ましい場合は、キャップ５０を、ハブ部１０ａ及びテール部１０ｃを含む照明される指針全体が見えるように半透明材料から作製してもよく、その際、キャップ５０は、指針の最も明るい領域からの光を減衰させ、それにより照明を指針１０の全長に沿ってより一様にする役割を果たす。キャップ５０を、指針１０とは異なる色から作製してもよい。指針のテール部１０ｃを照明することが望まれる場合、凹部４３のテール側に形成される切欠き５１が、その部分により多くの光を反射する。

上述した発明の１つの利点は、ＬＥＤ２６と文字盤面プレート１１の後部との間の空間を低減することができるということである。計器の小型な設計により、計器を、より多種多様の実装で、特に空間が制限される実装において使用することができる。さらに、ＬＥＤ２６を間隔を空けて配置することにより、本発明を、フルスイープ（full sweep）計器として又はショートスイープ(short sweep)計器としてのいずれかを含む種々の計器構成で実装することが可能になる。

当業者には、本発明が上述して例示した実施形態の細部には限定されず、本発明を、その精神又は本質的な属性から逸脱することなく他の特定の形態で具現化してもよいということが明らかとなろう。したがって、本実施形態は、すべての点で限定するものとしてではなく例示するものとして考慮されるべきであり、本発明の範囲は、上述した説明ではなく添付の特許請求の範囲によって示されるものであって、したがって、特許請求の範囲の等価性の意味及び範囲内にあるすべての変更は、そこに包含されるように意図されている。新しいものとして請求され且つ米国の特許証によって保護されることが望まれるものは、特許請求の範囲の通りである。

本発明の一実施形態による自動車用計器の縦方向断面図である。 本発明の一実施形態による自動車用計器の縦方向断面図である。 図１の計器における指針の拡大縦方向断面図である。 図２に示す指針の頂面図である。 図１の計器の指針のテール部のためのカップの縦方向断面図である。 図４に示すカップを上から見た平面図である。 図１の計器の組立分解斜視図である。

Claims (25)

1. 照明文字盤と指針とを有する計器であって、
   前記照明文字盤によって表される変量に対する表示を含む前面を有する透光性文字盤プレートと、
   前記透光性文字盤プレートの外周部の背面から後方に配置され、該透光性文字盤プレートの該背面を照明する少なくとも１つの光源であって、該光源からの光は前記透光性文字盤プレートにより該透光性文字盤プレートの前記前面に伝達される、少なくとも１つの光源と、
   前記少なくとも１つの光源と前記透光性文字盤プレートの外周部との間に配置される光リングと、
   前記透光性文字盤プレートに対して垂直な軸を中心に回転移動するように取り付けられる透光性指針であって、前記軸と同心であり且つ前記透光性文字盤プレートを貫通すると共に該透光性文字盤プレートから前方及び後方の両方に突出するハブと、前記透光性文字盤プレートの前記前面の一部にわたって前記ハブから横方向に突出する指示部とを有し、該ハブは、前記透光性文字盤プレートの後方に位置する小径部と、該透光性文字盤プレートを貫通する大径部と、該小径部と該大径部との間のテーパ遷移部とを有し、該テーパ遷移部は、前記光源より前記透光性文字盤プレートの前記背面に近いように配置されると共に、前記光源からの光が前記ハブに入り該ハブを通って前方に且つ前記指示部を照明するために該ハブから該指示部内に横方向に伝播するように、該光を受けるように構成されるテーパ外面を形成する、透光性指針と、
   を具備し、
   前記光リングは、前記少なくとも1つの光源からの光を前記透光性指針に向けるように構成されるとともに、前記光源よりも前記軸の側に延伸するような幅を有する、
   照明文字盤と指針とを有する計器。
2. 前記光リングは、前記透光性文字盤プレートの前記前面において、ホットスポットを低減するか又はなくすように構成される、請求項１に記載の計器。
3. 前記光リングの幅は、前記少なくとも１つの光源から放射される前記光の角度に基づいて選択される、請求項１に記載の計器。
4. 前記光リングは、文字盤面が特定の形状及び大きさの構成を有するように前記文字盤面の部分を照明するように形成される、請求項１に記載の計器。
5. 前記表示は、前記透光性文字盤プレートの覆われていない部分のみが照明されて該表示を形成するように、該透光性文字盤プレートの部分を覆う薄い面板によって形成される、請求項１に記載の計器。
6. 前記透光性指針は、前記ハブの上面に、光を該透光性指針を通って横方向に伝播させる反射面を形成する凹部をさらに有する、請求項１に記載の計器。
7. 前記テーパ遷移部は円錐状である、請求項１に記載の計器。
8. 前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約４５度である、請求項１に記載の計器。
9. 前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約１５度である、請求項１に記載の計器。
10. 前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約６０度である、請求項１に記載の計器。
11. 前記計器はフルスイープ計器又はショートスイープ計器である、請求項１に記載の計器。
12. 前記少なくとも１つの光源は側射型発光ダイオードである、請求項１に記載の計器。
13. 照明文字盤と指針とを有する計器であって、
    前記照明文字盤によって表される変量に対する表示を含む前面を有する透光性文字盤プレートと、
    前記透光性文字盤プレートに対して垂直な軸を中心に回転移動するように取り付けられる透光性指針であって、前記軸と同心であり且つ前記透光性文字盤プレートを貫通すると共に該透光性文字盤プレートから前方及び後方の両方に突出するハブと、前記透光性文字盤プレートの前記前面の一部にわたって該ハブから横方向に突出する指示部とを有する、透光性指針と、 前記透光性文字盤プレートの外周部の背面から後方に配置されると共に前記ハブの外面を照明するように構成される少なくとも１つの光源と、
    前記少なくとも１つの光源と前記透光性文字盤プレートとの間に配置される光リングと、
    を具備し、
    前記ハブは、テーパ遷移部を有して、
    前記ハブは、前記少なくとも１つの光源からの光が前記テーパ遷移部から該ハブに入り該ハブを通って前方に且つ前記指示部を照明するために該ハブから該指示部内に横方向に伝播するように該光を受けるように構成され、
    前記光リングは、前記少なくとも1つの光源からの光を前記透光性指針に向けるように構成されるとともに、前記光源よりも前記軸の側に延伸するような幅を有する、
    照明文字盤と指針とを有する計器。
14. 前記光リングは、前記透光性文字盤プレートの前記前面において、ホットスポットを低減するか又はなくすように構成される、請求項１３に記載の計器。
15. 前記透光性指針は、前記ハブの上面に、光を該透光性指針を通って横方向に伝播させる反射面を形成する凹部をさらに有する、請求項１３に記載の計器。
16. 前記テーパ遷移部は円錐状である、請求項１３に記載の計器。
17. 前記テーパ遷移部は、前記透光性文字盤プレートに近づくに従って先細りとなるようにテーパ外面が傾斜して、
    前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約４５度である、請求項１３に記載の計器。
18. 前記テーパ遷移部は、前記透光性文字盤プレートに近づくに従って先細りとなるようにテーパ外面が傾斜して、
    前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約１５度である、請求項１３に記載の計器。
19. 前記テーパ遷移部は、前記文字盤プレートに近づくに従って先細りとなるようにテーパ外面が傾斜して、
    前記軸と前記テーパ遷移部の前記テーパ外面との間の角度は約６０度である、請求項１３に記載の計器。
20. 前記計器はフルスイープ計器又はショートスイープ計器である、請求項１３に記載の計器。
21. 前記少なくとも１つの光源は側射型発光ダイオードである、請求項１３に記載の計器。
22. 計器の文字盤及び指針を照明する方法であって、
    前記計器は、前記文字盤によって表される変量に対する表示を含む前面を有する透光性文字盤プレートと、該透光性文字盤プレートに対して垂直な軸を中心に回転移動するように取り付けられる透光性指針であって、前記軸と同心であり且つ前記透光性文字盤プレートを貫通すると共に該透光性文字盤プレートから前方及び後方の両方に突出するハブと、前記透光性文字盤プレートの前記前面の一部にわたって前記ハブから横方向に突出する指示部とを有し、該ハブは、前記透光性文字盤プレートの後方に位置する小径部と、該透光性文字盤プレートを貫通する大径部と、該小径部と該大径部との間の遷移部とを有し、該遷移部は、少なくとも１つの光源より前記透光性文字盤プレートの背面に近いように配置されると共にテーパ外面を形成する、透光性指針とを有し、該方法は、
    前記計器の外周部であって前記透光性文字盤プレートの背面側に配置された前記少なくとも１つの光源から光を発光すること、
    前記少なくとも１つの光源と前記透光性文字盤プレートとの間に配置されて、前記少なくとも１つの光源よりも前記軸の側に延伸するような幅を有する光リングにより、該少なくとも１つの光源からの光を前記透光性文字盤プレート及び前記ハブへ向けること、 前記光源からの前記光が前記ハブに入り該ハブを通って前方に伝播するように、該光を前記テーパ外面において直接取り込むこと、及び
    前記指示部を照明するように、前記透光性文字盤プレートの前側にある前記ハブの部分から該指示部内に該光を横方向に向けること、
    を含む、計器の文字盤及び指針を照明する方法。
23. 前記光源は、前記軸の周囲に間隔を空けて配置される複数の発光ダイオードを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記テーパ遷移部は円錐状である、請求項２２に記載の方法。
25. 前記透光性文字盤プレートの前記背面から後方に間隔を空けて配置される前記少なくとも１つの光源により前記透光性文字盤プレートを照明することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。

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