JP6652402B2 - 針位置検出機能付き指針時計 - Google Patents

Description

本発明は、針位置検出機能を備えた指針時計に関する。

従来、時刻表示用の時針、分針、秒針や、機能表示用の機能針を備えた多針の指針時計が広く普及している。そしてこのような多針時計では指針機能や電波修正機能において、指針の位置検出を行って指針の位置を確認する必要がある。

この指針の位置検出方法としてはいろいろあるが、実際に採用されている方式としては発光素子と受光素子を組み合わせた光学検出方式があり、この光学検出方式の提案が多くなされている（例えば特許文献１）。

以下特許文献１に記載された多針時計に付いて説明する。
特許文献１に示された多針時計における光学検出装置は、特許文献１の図７に示す如く発光素子と受光素子の間に配置された基板（軸受部材）と針位置検出車に形成された光透過孔を有している。
そして、基板に形成された光透過孔と、回転してきた針位置検出車との光透過孔とが重なった時に、発光素子の出射光が基板の光透過孔と針位置検出車の光透過孔を通過して受光素子に受光され、この検出信号により針位置が検出される。

特開２０１２−７９６５号公報（図７、図８）

特許文献１に示される従来例は、基板（軸受部材）や針位置検出車に形成された光透過孔はいずれもストレート形状を有している。
しかしこのようなストレート形状の光透過孔の場合、発光素子が光透過孔の中心位置に正確に実装されている場合には良好な光学的検出が行われるが、発光素子の実装位置が光透過孔の中心位置から外れると、発光素子の出射光のうち光透過孔に入射される光量が減少するため、受光素子の受光量の減少により正しい光学検出が行われなくなるという問題が発生する。

上記発光素子の実装位置を、光透過孔の中心位置に正確に合わせることは、量産上 かなり困難であり、量産される針位置検出機能付き指針時計においては、各指針時計ごとに発光素子の実装位置が一定範囲でバラツキを有するため針位置の検出状態に変化が生じ、針位置検出性能の安定した指針時計を量産することが困難となる。

本発明は、上記問題を解決し、量産上で発生する発光素子の実装位置のバラツキに対して針位置の検出状態を安定化し、針位置検出性能の安定した指針時計を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の針位置検出機能付き指針時計における構成は、発光素子が、基板に設けられた導光穴と針位置検出車に設けられた検出穴とを通して、受光素子と対向する針位置検出機能付き指針時計において、導光穴は発光素子に対向する入射口の開口面積が、受光素子に対向する出射口の開口面積より大きく、入射口から出射口に向かって、テーパー形状を有することを特徴とする。

上記構成により、本発明の針位置検出機能付き指針時計は、導光穴の発光素子に対向する入射口の開口面積を、受光素子に対向する出射口の開口面積より大きくすることによって、導光穴の入射口に対する発光素子の実装位置が多少変化しても、発光素子の出射光を効率良く受光素子へ伝達することができ、針位置検出性能の安定した指針時計の量産が可能となる。

導光穴は、出射口の近傍にストレート形状を有していても良い。

上記構成により、導光穴の入射口からの入射光をテーパー形状によって効率良く出射口に集光させることができ、針位置検出性能の安定化が可能となる。

検出穴における入射口側の開口面積が、検出穴における出射口側の開口面積より大きくても良い。
上記構成により、針位置検出車の検出穴を通過する検出光の損失を少なくすることができる。

針位置検出車を複数有し、出射口の位置で検出穴が互いに重なるように構成されても良い。

上記のとおり、本発明の針位置検出機能付き指針時計は、導光穴の発光素子に対向する入射口の開口面積を、受光素子に対向する出射口の開口面積より大きくすることによって、導光穴の入射口に対する発光素子の実装位置が多少変化しても、発光素子の出射光を効率良く受光素子へ伝達することができ、針位置検出性能の安定した指針時計の量産が可能となる。

第１実施形態の位置検出機能付き指針時計における要部断面図である。 図１に示す位置検出機能付き指針時計の針位置検出部の拡大断面図である。 図２に示す針位置検出部の導光状態を示す要部断面図である。 図２に示す導光穴と発光素子の実装位置との関係を示す平面図である。 導光穴と発光素子の実装位置との関係の参考例を示す平面図である。 第２実施形態の針位置検出機能付き指針時計における要部断面図である。 第３実施形態の針位置検出機能付き指針時計における要部断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の思想を具体化するための針位置検出機能付き指針時計を例示するものであって、本発明を以下の構成に特定するわけではない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。以下の説明において、同一部品、同一構成要素には同一の名称、符号を付し詳細説明を適宜省略することがある。

（第１実施形態）
図１〜図５を用いて本発明の第１実施形態の針位置検出機能付き指針時計（以後「指針時計」と略記する）について説明する。

図１は第１実施形態の指針時計における要部断面図である。図２は図１に示す指針時計の針位置検出部の拡大断面図である。図３は図２に示す針位置検出部の導光状態を示す要部断面図である。図４は図２に示す導光穴と発光素子の実装位置との関係を示す平面図である。図５は導光穴と発光素子の実装位置との関係の参考例を示す平面図である。

（第１実施形態における指針時計の構成説明・図１）
図１は第１実施形態における指針時計の要部断面図であり、指針時計のムーブメントにおける針位置検出に必要な部分のみを示している。１０は指針時計であり、地板を構成する基板１と輪列受２に設けられた軸受穴１ａ、２ａに針位置検出車３が軸支されている。さらに基板１の下面側に発光素子６を実装した回路基板４が設けられ、輪列受２の上面側に受光素子７を実装した回路基板５が設けられている。

基板１には導光穴８が設けられ、針位置検出車３には、基板１の導光穴８と対応する位置に検出穴９が設けられている。そして発光素子６と受光素子７とが、導光穴８と検出穴９を通して対向位置に実装されており、発光素子６の出射光が導光穴８と検出穴９を通して受光素子７に受光される。

図１において点線Ａで囲む部分が本発明における針位置検出部であり、基板１に設けられた導光穴８、針位置検出車３に設けられた検出穴９、導光穴８と検出穴９の位置に対応して設けられた発光素子６と受光素子７とによって構成されている。

（第１実施形態における指針時計の動作説明・図１）
図示は省略したが、指針時計１０のムーブメントにおける輪列機構の動作に従って検出しようとする輪列（例えば秒針検出の場合は秒針車）に連動して、針位置検出車３が回転している。針位置検出車３の回転位置によって、検出穴９の位置が基板１に設けた導光穴８の位置とずれていると、発光素子６からの出射光Ｐは針位置検出車３によって遮られて受光素子７に受光されず、針位置検出は行 われない。

針位置検出車３が回転して行って、検出穴９の位置が基板１に設けた導光穴８の位置に一致すると発光素子６からの出射光Ｐは導光穴８、検出穴９を通過して受光素子７に検出光として受光され、受光素子７から針位置を知らせる検出信号が出力される。

（針位置検出部の詳細説明・図２）
次に、図２により図１における針位置検出部Ａについて詳細に説明する。
図２は針位置検出部Ａの拡大断面図であり、導光穴８の形状は発光素子６に対向する入射口８ａの開口面積が、受光素子７に対向する出射口８ｂの開口面積より大きくなっている。そして入射口８ａから出射口８ｂに向かってテーパー形状部８ｃが形成され、出射口８ｂの近傍部分にはストレート形状部８ｄが形成されている。

また、導光穴８の形状は出射口８ｂの開口面積は針位置検出車３に設けられた検出穴９と略同じ開口面積を有するが、入射口８ａの開口面積は発光素子６の発光面の面積より大きな開口面積を有している。

（針位置検出部の光学検出動作の説明・図３〜図５）
図３Ａ、図３Ｂは図２に示す針位置検出部Ａにおける光学検出動作を示しており、図３Ａは発光素子６が導光穴８の中心位置に正確に合わせて実装されている状態を示し、図３Ｂは発光素子６が導光穴８の中心位置からずれた位置に実装されている状態を示している。

図３Ａに示す如く、発光素子６の中心６ｅが導光穴８の中心位置８ｅに正確に実装され
ていると、発光素子６の中心の出射光Ｐ１、左側の出射光Ｐ２、右側の出射光Ｐ３はいずれも導光穴８の入射口８ａの範囲内に入射して、導光穴８の出射口８ｂ、針位置検出車３の検出穴９を通過して、すべての出射光が受光素子７に検出光として受光される。

次に図３Ｂは、発光素子６の中心６ｅが導光穴８の中心位置８ｅからΔｔだけ右側にずれて実装された状態を示している。しかし導光穴８の入射口８ａの開口面積が発光素子６の発光面の面積より大きく形成されているため、発光素子６の実装位置がΔｔだけ右にずれて実装されても発光素子６の発光面が、導光穴８の入射口８ａの開口の範囲から外れることがなく、右側の出射光Ｐ３は上方に出射した後、導光穴８のテーパー形状部８ｃによって内側に反射されて出射口８ｂから出射される。この結果発光素子６からの出射光Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は導光穴８の出射口８ｂ、針位置検出車３の検出穴９を通過して、すべての出射光が受光素子７に検出光として受光される。

上記のごとく従来は、発光素子６の実装位置がずれた場合、受光素子７へ届く光量が減少するため、発光素子６の発光量を増やさないと受光素子７は検出光を十分に検出することができない。

しかし、発光素子６の発光量を増やすと、消費電力が高くなり、検出穴を通過していない出射光が回折して受光素子７へ届き、誤検出が行わ れる等の問題がある。

このため、本発明では導光穴８の入射口８ａの開口面積を大きくし、内部にテーパー形状部８ｃを設けることで、低消費電力で誤検出の可能性を低くすることができる。

また、導光穴８のテーパー部８ｃは中心からずれた出射光を内側に反射させる機能を有するため、反射性を良くするために鏡面仕上げを施したり、金属蒸着等を行うことが望ましい。

次に図４、図５を用いて導光穴８の入射口８ａの開口面積と、発光素子６の実装位置ずれとの関係について説明する。

図４は本発明における導光穴８の入射口８ａの開口面積を大きくした場合の発光素子６の実装位置との関係を示し、図５は従来の導光穴１８の入射口１８ａの開口面積を大きせず、ストレート形状として場合の発光素子６の実装位置との関係を対比のために示している。

図４（ａ）は導光穴８の入射口８ａと出射口８ｂに対する、発光素子６の実装位置を示しており、実線で示す発光素子６は導光穴８の入射口８ａの中心位置に実装された状態であり、点線で示す発光素子６は導光穴８の入射口８ａの中心位置から左右方向にずれて実装された状態を示している。

図４（ｂ）も導光穴８の入射口８ａと出射口８ｂに対する、発光素子６の実装位置を示しており、実線で示す発光素子６は導光穴８の入射口８ａの中心位置に実装された状態であり、点線で示す発光素子６は導光穴８の入射口８ａの中心位置から上下方向にずれて実装された状態を示している。

図４（ａ）、図４（ｂ）に示すごとく、本発明の導光穴８の入射口８ａの開口面積を大きくし、内部にテーパー形状部８ｃを設けて集光を行うことによって、発光素子６の実装位置が左右、上下に所定量ずれても、発光素子６からのすべての出射光を受光素子７は検出光として受光することができる。

また、導光穴８の入射口８ａの開口面積を大きくし、内部にテーパー形状部８ｃを設けて集光を行うことによる発光素子６の実装位置ずれの修正機能は、導光穴８の大きくした開口面積から発光素子６の発光面が外れない範囲となるが、実際の量産における実装範囲のバラツキを考えると、導光穴８の入射口８ａと出射口８ｂとの関係は、入射口８ａの拡大を出射口８ｂの２倍程度とし、その間をテーパー形状部８ｃで接続するのが望ましい。今回の実施形態では出射口８ｂの径２５０ｍｍφに対し、入射口８ａの径を４００ｍｍφとした。

また、導光穴８のテーパー形状部８ｃに続いて出射口８ｂの近傍にストレート形状部８ｄを設けることによって、テーパー形状部８ｃで反射集光された出射光の針位置検出車３の検出穴９に対する導入がスムーズに行 えるようになった。

次に図５により、対比のための参考例を説明する。

図５は従来の導光穴１８の入射口１８ａの開口面積を大きせず、ストレート形状として場合の発光素子６の実装位置との関係を対比のために示しており、図５（ａ）は図４（ａ）と同様に発光素子６は導光穴１８の入射口１８ａの中心位置から左右方向にずれて実装された状態（点線で示す）を示している。

また図５（ｂ）は図４（ｂ）と同様に発光素子６は導光穴１８の入射口１８ａの中心位置から上下方向にずれて実装された状態（点線で示す）を示している。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すごとく、従来の導光穴１８がストレート形状の場合は、発光素子６の実装位置が左右、上下にずれると、発光素子６からの出射光の一部が導光穴１８の入射口１８ａに入射できなくなり、受光素子７の検出光が減少して正しい針位置検出ができなくなる。

（第２実施形態）
次に図６により、本発明の第２実施形態の指針時計について説明する。
図６は第２実施形態の指針時計２０における要部断面図であり、図１に示す第１実施形態の指針時計１０と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示す第２実施形態の指針時計２０が、図１示す第１実施形態の指針時計１０と異なるところは、基板１に設けた導光穴の構成である。すなわち指針時計１０の導光穴８は内部形状として入射口８ａから出射口８ｂに向かってテーパー形状部８ｃが形成され、さらに出射口８ｂの近傍にストレート形状部８ｄを設けられていた。これに対し指針時計２０の導光穴１８は内部形状として、入射口１８ａから出射口１８ｂに向かってテーパー形状部１８ｃのみが形成されており、出射口１８ｂの近傍にストレート形状部がもうけられていないことである。

この指針時計２０の導光穴１８は、内部形状として単純にテーパー形状部１８ｃのみを形成すればよいため、加工が容易となり製造コストの点で有利となる。

（第３実施形態）
次に図７により、本発明の第３実施形態の指針時計について説明する。
図７は第３実施形態の指針時計３０における要部断面図であり、図１に示す第１実施形態の指針時計１０と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示す第３実施形態の指針時計３０が、図１示す第１実施形態の指針時計１０と異なるところは、針位置検出車の数及び形状の違いである。すなわち指針時計１０の針位置検出車３に対応する、針位置検出車３３の検出穴３９の形状が異なっており、指針時計１０の針位置検出車３における検出穴９が矩形状であったのに対し、指針時計３０の針位置検出車３３の検出穴３９は、入射口３９ａ側の開口面積が出射口３９ｂ側の開口面積より大きい台形形状となっていることである。

さらに、指針時計３０は第２の針位置検出車４３を備えており、 検出穴４９も針位置検出車３３の検出穴３９と同様、入射口側の開口面積が出射口側の開口面積より大きい台形形状となっている。

指針時計３０の検出動作は 、次のとおりである。すなわち、針位置検出車３３と針位置検出車４３とが回転していき、検出穴３９と検出穴４９との位置 が重なって、基板１に設けた導光穴８の位置に一致すると、発光素子６からの出射光Ｐは導光穴８、検出穴３９、検出穴４９を通過して受光素子７に検出光として受光され、受光素子７から針位置を知らせる検出信号が出力される。

この検出穴３９、検出穴４９は入射口側の開口面積を出射口側の開口面積より大きくすることによって、入射口側の入射光の取り込みを容易にして出射光の損失を少なくすることができる。

なお、この入射口側の開口面積を出射口側の開口面積より大きくする構成は、複数の針位置検出車を有する構成において効果が高いが、針位置検出車が１つの構成においても効果を有するものである。

以上のように本発明の指針時計における針位置検出部は、光学検出機構において導光穴の形状に拡大した入射口とテーパー形状部を設け、入射光を反射集光することによって、発光素子の実装バラツキをカバーし、針位置検出性能の安定した指針時計を量産することが出来る。

また、本実施形態では指針時計の秒針を検出する事例について説明したが、これに限定されるものではなく、針位置検出専用の車以外にも、あらゆる駆動用輪列及び他の回転体の検出に応用できる 。

１ 基板
２ 輪列受
３、３３、４３ 針位置検出車
４、５ 回路基板
６ 発光素子
７ 受光素子
８、１８ 導光穴
８ａ、１８ａ、３９ａ 入射口
８ｂ、１８ｂ、３９ｂ 出射口
８ｃ、１８ｃ テーパー形状部
８ｄ ストレート形状部
９、３９，４９ 検出穴
１０，２０、３０ 指針時計

Claims (4)

1. 発光素子が、基板に設けられた導光穴と針位置検出車に設けられた検出穴とを通して、
   受光素子と対向する針位置検出機能付き指針時計において、
   前記導光穴は、前記発光素子に対向する入射口の開口面積が、前記受光素子に対向する出射口の開口面積より大きく、前記入射口から前記出射口に向かって、テーパー形状を有することを特徴とする針位置検出機能付き指針時計。
2. 前記導光穴は、前記出射口近傍にストレート形状を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の針位置検出機能付き指針時計。
3. 前記検出穴における入射口側の開口面積が、前記検出穴における出射口側の開口面積より大きい
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の針位置検出機能付き指針時計。
4. 前記針位置検出車を複数有し、
   前記出射口の位置で、前記検出穴が互いに重なるように構成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の針位置検出機能付き指針時計。
   

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