JP3818229B2 - 指針照明構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば車両等の指針を用いた計器装置に用いられる指針照明構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等の指針を用いた計器装置に用いられる指針照明構造に対しては、指針の指示範囲、つまり指針の回動範囲の全域において十分な指針の輝度を得ること、あるいは指針の回転に伴う指針の明るさのムラを防止することが要求されている。このような要求を満足させるために、従来の指針照明構造においては種々の工夫がなされている。従来の指針照明構造として、たとえば特開２００１−２１５１３８号公報に示されるものがある。これは、光が透過する指示部を備えた指針と、この指針を照明するために複数設けられた指針照明用光源と、指針と指針照明用光源との間に設けられた導光体とを備え、この導光体の指針照明用光源側に、指針照明用光源からの光を集光させる光受光部を前記指針照明用光源１つに対して複数設けたものである。これにより、指針の輝度を高めると同時に、指針の回転に伴う指針の明るさのムラを防止する、つまり指針の輝度を指針の回動角度に関わらず一定に保つことができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−２１５１３８号公報に示される指針照明構造においては、光源を複数個、実施例では４個使用している。このため、コストの増大、あるいは光源の消費電流増加によりその駆動回路の温度上昇等の問題が生じる。
【０００４】
この対策として、たとえば光源の個数を減らすと共に、導光体に光拡散反射物質を混入させることが考えられる。これにより、少ない光源で導光体の発光面の輝度を均一にして指針の回転に伴う指針の明るさのムラを防止することは可能である。しかしこの場合、光拡散反射物質により光源の光の利用効率が低下する。そのため、十分な指針の輝度が得られるように、より高輝度、すなわち高価格の光源を用いる必要があり、やはりコストが増大するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、1個の光源により指針の回動範囲全域において指針の輝度を高めると共に指針の輝度を均一に維持できる指針照明構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の指針照明構造は、透光性材料からなる指針と、指針を照明するための１個の光源と、指針と光源との間に設けられた導光体とを備え、導光体は光源からの光を指針に向けて出射させる発光面と光源から導光体内に入射した光を反射させる第１〜第４反射面を備え、発光面は３種類の発光面である第１発光面、第２発光面および第３発光面から環状に構成され、第１発光面は光源から導光体内を直接第１発光面へ向かって進行する光により発光し、第２発光面は第１反射面で反射した光により発光し、第３発光面は第２〜第４反射面で連続して反射した光により発光して発光面が環状に発光するように第１〜第４反射面を配置した構成とした。これにより、１個の光源を用いて発光面全周を高い輝度且つ均一な明るさで発光させることができるので、指針の回動範囲全域において指針の輝度を高めると共に指針の輝度を均一に維持できる。ここで、光源からの光の導光体の各反射面への入射角が、導光体材質の全反射角度、つまり反射面に入射する光の全量が反射するような角度（アクリル樹脂の場合、約４５度）、あるいはそれに近い角度となるように導光体の形状を設定すれば、導光体内に入射した光源からの光の損失をほぼ０とする、すなわち導光体内に入射した光源からの光のほぼ１００％を指針の照明に利用できる。また、導光体内部での反射回数を最大３回に抑えたので、発光面における上述の３種類の経路を経た光に対応する各部分の発光輝度の差は非常に小さくできるため、導光体の発光面における輝度のムラをほとんど無くすことができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、導光体は光源に対向する凸面を備える構成とした。これにより、光源から導光体に入射する光の一部を凸面で屈折させて平行光線として導光体内を直接発光面に向けて進行させることができ発光面の輝度を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態による指針照明構造を、自動車に搭載されるコンビネーションメータにおける指針照明構造１に適用した場合を例に、図面に基づいて説明する。
【００１０】
コンビネーションメータ１００は、当該自動車の車室内の運転席前方に設けられ、当該自動車の作動状態（走行速度、エンジン回転数等）を指針１０の回動により運転者が視認可能に表示するものである。
【００１１】
以下、コンビネーションメータ１００の構造について簡単に説明する。図１に、本発明の一実施形態による指針照明構造１を備えるコンビネーションメータ１００の断面図を示す。
【００１２】
コンビネーションメータ１００は、指針１０を文字盤５０の表面に沿って回動させて、指針１０の角度により所定の物理量を指示している。
【００１３】
目盛盤５０は、樹脂あるいは金属等の薄板で形成され、その表面（図１の右側表面）には、目盛および数字（図示せず）が設けられている。
【００１４】
目盛盤５０の裏側（図１の左側）には、コンビネーションメータ１００の電気回路部を形成するプリント基板６０が配置されている。
【００１５】
プリント基板６０には、指針１０を照明するための１個の光源である１個の発光ダイオード３０が実装されている。また、プリント基板６０には、指針１０を回動させるムーブメント４０が取付けられている。
【００１６】
ムーブメント４０は、たとえば交差コイル式駆動部（図示せず）を備え、外部からの電気信号に対応した角度だけシャフト４１を回動させる。シャフト４１は、目盛盤５０の中央孔５１から目盛盤５０の表面側に延出し、その先端には指針１０が固定されている。
【００１７】
指針１０は、透光性材料、たとえば透明なアクリル樹脂あるいはポリカーボネート樹脂等から形成されている。指針１０と発光ダイオード３０との間には導光体２０が配置されている。導光体２０には貫通孔２１が設けられ、この貫通孔２１内にシャフト４１が略同軸上に挿通されている。貫通孔２１の指針１０側端面が円環状の発光面２２となっている。また、導光体２０は、プリント基板６０上に発光ダイオード３０を覆うように取付けられて、発光ダイオード３０から発せられる光により発光面２２を環状に発光させ、その光により指針１０を照明している。つまり、発光面２２を環状に発光させることで、指針１０は、その回動角度如何に関わらず一定の明るさで発光表示される。また、指針１０には、樹脂または金属からなる遮光キャップ１１が装着されている。遮光キャップ１１は、導光体２０の発光面２２から出射される光が直接運転者の眼に向かい運転者が眩惑されることを防止している。
【００１８】
上述の目盛盤５０、プリント基板６０、ムーブメント４０等は、樹脂製のケース７０内に収容固定されている。また、ケース７０には、透明カバー８０が取付けられている。
【００１９】
以上説明したコンビネーションメータ１００において、指針１０、導光体２０および発光ダイオード３０が、指針照明構造１構成している。
【００２０】
ところで、本発明の一実施形態による指針照明構造１では、図１に示すように、導光体２０の発光面２２は貫通孔２１の周りに環状に形成されている。一方、発光面２２を発光させる光源としては１個の発光ダイオード３０が貫通孔２１の外周側にオフセットして配置されている。したがって、発光ダイオード３０からの光をただ発光面２２に導光するだけでは、発光面２２の一部、すなわち発光ダイオード３０の直上に相当する部分を発光させるのみで、発光面２２の全周を環状に発光させることはできない。そこで、本発明の一実施形態による指針照明構造１においては、導光体２０の形状に工夫を凝らし、すなわち複数の反射面２４〜２７を設け、発光ダイオード３０からの光を各反射面２４〜２７で反射させて発光面２２に導くことにより、発光面２２を環状に発光させている。
【００２１】
次に、本発明の一実施形態による指針照明構造１について、その特徴である導光体２０の形状およびその導光作用を中心に説明する。
【００２２】
先ず、導光体２０の構成について詳細に説明する。
【００２３】
図２に、本発明の一実施形態による指針照明構造１における導光体２０の斜視外観図を示す。図３は、導光体２０の上面図であり、図２中のＩＩＩ矢視図である。図４は、導光体２０の下面図であり、図２中のＩＶ矢視図である。また、図５〜図９は、導光体２０の各断面図であり、図５、６、７、９は、それぞれ図３中における各断面指示線Ｖ−Ｖ、ＩＶ−ＩＶ、ＩＩＶ−ＩＩＶ、ＩＸ−ＩＸに対応している。また、図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。なお、図５、６、７、９においては、プリント基板４０、発光ダイオード３０も図示している。
【００２４】
導光体２０は、透明な樹脂、たとえばアクリル樹脂またはポリカーボネート樹脂等で形成されている。
【００２５】
導光体２０には、貫通孔２１が設けられ、コンビネーションメータ１００において、図１に示すように、ムーブメント４０のシャフト４１がこの貫通孔４１を通って文字盤５０の表面側に延出している。ここで、シャフト４１は、貫通孔４１と略同軸上の関係に配置されている。
【００２６】
また、導光体２０は、指針１０に対向する発光面２２を備えている。発光面２２は、図２および図３に示すように、貫通孔２１の周りに環状に形成され、したがって発光ダイオード３０を点灯させると、発光面２は環状に発光して指針１０を照明する。これにより、指針１０は、その回動角度に関係なく常に一定の明るさで発光する。
【００２７】
また、導光体２０の下面側には、発光ダイオード３０に対向する凸面２３が形成されている。凸面２３は、図５に示すように、発光ダイオード３０に向かって突出するように形成されている。導光体２０は、図５に示すように、プリント基板６０上に、凸面２３の中心軸と発光ダイオード３０の光軸とを略一致させて取付けられている。
【００２８】
また、導光体２０には、発光ダイオード３０から導光体２０内に入射した光を反射させる複数の反射面である反射面２４、２５、２６、２７が、図２〜図４に示すように形成されている。反射面２４は、図３中のＶ−Ｖ線について対称形状且つ連続する1個の面として、また、反射面２５、２６、２７は、図３中のＶ−Ｖ線を対称軸とする一対の面として、つまり２個ずつがそれぞれ設けられている。
【００２９】
次に、導光体２０の導光作用について説明する。
【００３０】
発光ダイオード３０は、図５における上方のあらゆる方向に光を放射しているが、その光量の大部分は所定中心角の円錐形の範囲内に集中している。本発明の一実施形態による指針照明構造１における導光体２０の役割は、発光ダイオード３０が発する光、主には上述した所定中心角円錐形範囲内の光を高効率で発光面２２へ導光して、そこから指針１０へ向けてシャフト４１と平行な光線として出射させることである。そのために、本発明の一実施形態による指針照明構造１では、発光ダイオード３０からの光を導光体２０内において３つの経路に分けて発光面２２に導いている。以下、これらの各経路について説明する。
【００３１】
（１）導光体２０内を直接発光面２２へ向かって進む光。
【００３２】
この場合、図５中において矢印で示すように、発光ダイオード３０から発射された光は、凸面２３から導光体内２０内へ入射し、凸面２３の凸レンズ作用により屈折して貫通孔２１の軸方向、すなわちシャフト４１の軸方向と平行に発光面２２へ向かって進む。この光により、図３に示すように、発光面２２において発光部２２ａが発光する。また、凸面２３を設けることにより、発光ダイオード３０からの光を発光面２２に向けて集光できるので、発光部２２ａの輝度を高めることができる。
【００３３】
（２）１個の反射面２４で反射して発光面に向かう光。
【００３４】
この場合、図６中において矢印で示すように、発光ダイオード３０から発射されて導光体内２０内へ入射た光は、反射面２４で反射してシャフト４１の軸方向と平行に（発光面２２に入射角０で入射する方向）発光面２２へ向かって進む。この光により、図３に示すように、発光面２２において発光部２２ｂが発光する。
【００３５】
ここで、反射面２４は、発光ダイオード３０を焦点とする凹面鏡として作用する形状に設定されているので、反射面２４に入射した発光ダイオード３０からの光のほぼ全量を発光部２２ｂから発光させることができる。
【００３６】
（３）３個の反射面２５、２６、２７で連続反射して発光面に向かう光。
【００３７】
この場合、発光ダイオード３０から発射された光は、先ず、図７中において矢印で示すように、凸面２３から導光体内２０内へ入射し、凸面２３の凸レンズ作用により屈折してほぼ平行光線となって反射面２５に入射し、反射面２５において反射面２６に向けて反射され、ほぼ平行光線として反射面２６に入射する。次いで、反射面２６に入射した光は、図８中において矢印で示すように、反射面２６で反射し反射面２７に入射する。続いて、反射面２７に入射した光は、図９中において矢印で示すように、反射面２７で反射してシャフト４１の軸方向と平行（発光面２２に入射角０で入射する方向）に発光面２２へ向かって進む。この光により、図３に示すように、発光面２２において発光部２２ｃが発光する。
【００３８】
ここで、各反射面２５、２６、２７は、発光ダイオード３０からの光の各反射面２５、２６、２７への入射角が、導光体２０材質の全反射角度、つまり各反射面２５、２６、２７に入射する光の全量が反射するような角度（アクリル樹脂の場合、約４５度）、あるいはそれに近い角度となるような位置関係に設定されている。したがって、発光ダイオード３０から反射面２５に入射した光は、その光路途中での損失をほぼ０として発光面２２から出射される。
【００３９】
以上説明したように、１個の発光ダイオード３０から導光体２０へ入射した光を、上述の３つの経路により発光面２２に導光して発光面２２の発光部２２ａ、２２ｂ、２２ｃをそれぞれ発光させることにより、発光面２２を環状に発光させることができる。
【００４０】
以上説明した、本発明の一実施形態における指針照明構造１では、透光性材料からなる指針１０と、この指針１０を照明するための1個の発光ダイオード３０と、指針１０と発光ダイオード３０との間に設けられた導光体２０とを備え、導光体２０は、発光ダイオード３０からの光を指針１０に向けて出射させる発光面２２と発光ダイオード３０から導光体２０内に入射した光を反射させる複数の反射面２４〜２７とを有し、発光面２２は導光体２０内を直接発光面２２に向かう光と１個の反射面２４で反射して発光面２２に向かう光と３個の反射面２５、２６、２７で順次反射して発光面２２に向かう光とにより、各発光部２２ａ、２２ｂ、２２ｃがそれぞれ発光する構成とした。これにより、1個の発光ダイオード３０を用いて発光面２２全周を高い輝度且つ均一な明るさで発光させることができるので、指針１０の回動範囲全域において指針１０の輝度を高めると共に指針１０の輝度を均一に維持できる。
【００４１】
なお、以上説明した、本発明の一実施形態による指針照明構造１では、光源として発光ダイオード３０を用いているが、他の光源、たとえば電球等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による指針照明構造１を用いたコンビネーションメータ１００の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態による指針照明構造１の導光体２０の斜視外観図である。
【図３】導光体２０の上面図であり、図２中のＩＩＩ矢視図である。
【図４】導光体２０の下面図であり、図２中のＩＶ矢視図である。
【図５】図３中のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図３中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図３中のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図３中のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【符号の説明】
１ 指針照明構造
１０ 指針（指針照明構造）
２０ 導光体（指針照明構造）
２１ 貫通孔
２２ 発光面
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 発光部
２３ 凸面
２４ 反射面
２５ 反射面
２６ 反射面
２７ 反射面
３０ 発光ダイオード（光源、指針照明構造）
４０ 回動内機
４１ 指針軸
５０ 文字盤
６０ プリント基板
７０ ケース
８０ 透明カバー
１００ コンビネーションメータ

Claims (2)

1. 透光性材料からなる指針と、
   前記指針を照明するための１個の光源と、
   前記指針と前記光源との間に設けられた導光体とを備え、
   前記導光体は前記光源からの光を前記指針に向けて出射させる発光面と前記光源から前記導光体内に入射した光を反射させる第１〜第４反射面を備え、
   前記発光面は３種類の発光面である第１発光面、第２発光面および第３発光面から環状に構成され、
   前記第１発光面は前記光源から前記導光体内を直接前記第１発光面へ向かって進行する光により発光し、前記第２発光面は前記第１反射面で反射した光により発光し、前記第３発光面は前記第２〜第４反射面で連続して反射した光により発光して前記発光面が環状に発光するように前記第１〜第４反射面を配置したことを特徴とする指針照明構造。
2. 前記導光体は前記光源に対向する凸面を備えることを特徴とする請求項１に記載の指針照明構造。

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