(57)【要約】【課題】指示計を薄くすること。【解決手段】メータ部３（図２）の永久磁石１７は、中心に孔が形成された円板形状を有しており、中心軸１８の軸線方向に磁化されている。永久磁石１７の底面は、片側がＮ極、他方がＳ極となるように磁区が形成されている。コイル１５ａ、１５ｂは、永久磁石１７の底面と平行な面を張るように同一平面上で巻装されており、永久磁石１７から所定距離を隔てて、永久磁石１７の一方の底面側に配設されている。外側渦巻きばね１１と、内側渦巻きばね１２は、同一平面上で螺旋状に形成されている。そして、これらの渦巻きばねは、それぞれ、一方端はブリッジ４２に対して固定され、他方端はコイル１５に対して固定されており、コイル１５を指針１３（コイル１５と共に中心軸１８の周りに回転する）が振れる方向と逆方向に付勢している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線方向に磁化された異なる極性の磁区が交互に形成された円板状の永久磁石と、
前記永久磁石を固定する固定部材と、
前記固定部材によって前記永久磁石の中心線上で軸支され、前記永久磁石の底面から所定距離を隔てて前記底面に平行な面を張るように巻装されたコイルと、
前記コイルと共に回転する指針と、
一端が前記固定部材に固定され、他端が前記コイルに固定され、前記永久磁石の磁界によって前記コイルに発生する回転力と反対方向に前記指針を付勢する渦巻きばねと、
を具備したことを特徴とする指示計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指示計に関し、例えば、出力値をアナログメータ値として提示するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
計測値をメータで表示することは広く行われている。このような測定装置のメータ部は、近年のデジタル化の進展により、測定数値をデジタル表示するものや、液晶画面で指示計を模擬的に表示するものがある。しかし、指針で目盛板を物理的に指示するメータ部を支持するユーザは多く、このようなメータ部は今でも盛んに生産されている。
【０００３】
図９を用いて従来のメータ部について説明する。図９（ａ）は正面図を表し、図９（ｂ）は側面図を表している。
メータ部１０３は、例えば、チューナで用いられ、音程の高さなどを指針１１３の指示角度でアナログ表示するものである。
永久磁石１１７は、零アーム１５３に固定されている。ただし、固定箇所は図示していない。永久磁石は、円柱形状を有し、中心軸１１８に垂直な方向に磁化されている。
【０００４】
コイル１１５は、永久磁石１１７の周囲に、磁界が中心軸１１８と垂直方向に発生するように巻装してある。コイル１１５は、指針１１３と共に中心軸１１８の周りに回転可能に軸支されている。
コイル１１５の両面には、零アーム１５３とコイル１５の間に、それぞれ第１の渦巻きばね１１１と第２の渦巻きばね１１２が、中心軸１１８と同心に配設されている。
第１の渦巻きばね１１１の一端は、零アーム１５３に設けられた接続端子１２３に接続され、他端は、コイル１１５に設けられた接続端子１２４に接続されている。
一方、第２の渦巻きばね１１２の一端は、零アーム１５３に設けられた接続端子１２１に接続され、他端は、コイル１１５に設けられた接続端子１２２に接続されている。
そして、第１の渦巻きばね１１１、第２の渦巻きばね１１２は、何れも、指針１１３が振れる方向と逆の方向にコイル１１５を付勢している。
【０００５】
第１の渦巻きばね１１１、第２の渦巻きばね１１２は、コイル１１５に電流を供給するための流路としても機能しており、電流の流路は、接続端子１２３→第１の渦巻きばね１１１→接続端子１２４→コイル１１５→接続端子１２２→第２の渦巻きばね１１２→接続端子１２１からなる回路によって構成されている。
【０００６】
コイル１１５に電流が流れると、永久磁石１１７の磁界によりコイル１１５を中心軸１１８の周りに回転させる回転力が発生し、この力と第１の渦巻きばね１１１、第２の渦巻きばね１１２の付勢力がバランスする位置で指針１１３が静止する。
近年の計測装置の薄型に伴い、メータ部の厚さを薄くすることが求められており、このような技術として次の指示計が提案されている。
【特許文献１】実用新案出願公開昭６２−３４３７０公報
【０００７】
この技術は、コイル１１５を基板上に印刷して形成することにより、コイル１１５を薄くするものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この技術では、トルクなどの諸条件を満たすコイル１１５を製造するのが困難であり、実用化に至っていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、指示計を薄くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記目的を達成するために、軸線方向に磁化された異なる極性の磁区が交互に形成された円板状の永久磁石と、前記永久磁石を固定する固定部材と、前記固定部材によって前記永久磁石の中心線上で軸支され、前記永久磁石の底面から所定距離を隔てて前記底面に平行な面を張るように巻装されたコイルと、前記コイルと共に回転する指針と、一端が前記固定部材に固定され、他端が前記コイルに固定され、前記永久磁石の磁界によって前記コイルに発生する回転力と反対方向に前記指針を付勢する渦巻きばねと、を具備したことを特徴とする指示計を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、指示計内で部品間のクリアランスを要する箇所を少なくするなどして指示計を薄くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（１）実施の形態の概要
メータ部３（図２）の永久磁石１７は、中心に孔が形成された円板形状を有しており、中心軸１８の軸線方向に磁化されている。永久磁石１７の底面は、片側がＮ極、他方がＳ極となるように磁区が形成されている。
コイル１５ａ、１５ｂは、永久磁石１７の底面と平行な面を張るように同一平面上で巻装されており、永久磁石１７から所定距離を隔てて、永久磁石１７の一方の底面側に配設されている。
【００１３】
外側渦巻きばね１１と、内側渦巻きばね１２は、同一平面上で螺旋状に形成されている。そして、これらの渦巻きばねは、それぞれ、一方端はブリッジ４２に対して固定され、他方端はコイル１５に対して固定されており、コイル１５を指針１３（コイル１５と共に中心軸１８の周りに回転する）が振れる方向と逆方向に付勢している。
【００１４】
このように、メータ部３は、永久磁石１７を底面に垂直な方向に磁化し、また、コイル１５ａ、１５ｂを同一平面上に形成し、更に、外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２を同一平面上に形成することにより、個々の部材を薄型化と、部品間のクリアランスを要する箇所の削減を行い、薄型化を図っている。
【００１５】
（２）実施の形態の詳細
図１は、本実施の形態に係る計測装置の構成を示したブロック図である。
計測装置１は、アナログデータを計測して、これをアナログメータで表示する装置であって、例えば、楽器の音程の高さをメータ値で表示するチューナである。この他に騒音のレベルを表示したり、あるいは、電流計や電圧計として電流値や電圧値を表示したりなど、各種の計測装置が考えられる。
計測装置１は信号入力部２、メータ部３、Ａ／Ｄ変換部４、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）８、メータ駆動部７などから構成されている。
【００１６】
信号入力部２は、マイクロフォンを備えており、楽器の発する音を検知してアナログ値としてＡ／Ｄ変換部４に出力する。
Ａ／Ｄ変換部４は、信号入力部２が検出したアナログ値をデジタル値に変換してＣＰＵ８に入力する。
ＣＰＵ８は、中央制御装置であって、Ａ／Ｄ変換部４が変換したデジタル値を、例えばフーリエ変換して周波数の分布を解析し、音程を表す音程信号をメータ駆動部７に出力する。
メータ駆動部７は、ＣＰＵ８が出力した音程信号をアナログ値に変換し、メータ部３に音程に対応する電流を供給する。
【００１７】
メータ部３は、メータ駆動部７から供給される電流に応じて指針を所定の指示角度に駆動する。これによって、音程が指針によってユーザに提示される。
ＲＯＭ５は、読み出し専用の記憶媒体であって、ＣＰＵ８が音程を解析するためのプログラムや、計測装置１の全体を制御するためのプログラムなどが記憶されている。
ＲＡＭ６は、ＣＰＵ８がプログラムに従って情報処理する際のワーキングエリアを提供する。
【００１８】
次に、図２の各図を用いてメータ部３（指示装置）の構造を説明する。
図２（ａ）はメータ部３を指針の回転軸に垂直な方向から見たところを示している。
永久磁石１７は中心部に孔が設けられた円板形状のマグネットであり、フレーム４１に固定してある。
ここで、円板形状は、円筒形状に含まれる概念であって、円筒形状のうち、厚さが薄いものを特に円板形状と呼ぶ。
【００１９】
永久磁石１７は、図２（ｃ）に示したように、円板形状を２等分する２つの永久磁石１７ａ、１７ｂを組み合わせることにより構成されている。
永久磁石１７ａ、１７ｂは、それぞれ中心軸１８の軸線方向（即ち、円板形状の底面に垂直な方向）に磁化されており、異なる磁極が隣接するように組み合わされている。
このように、永久磁石１７は、底面でＮ極とＳ極が隣接し、円板形状の周に沿って異なる極性の磁区が交互に形成されている。
【００２０】
フレーム４１（図２（ａ））とブリッジ４２の間には、指針１３、コイル１５ａ、１５ｂが一体となって中心軸１８に対して固定されている。
そして、中心軸１８は、フレーム４１とブリッジ４２に形成された軸受によって軸線周りに回転可能に軸支されている。
図２（ｃ）に示したように、コイル１５ａ、コイル１５ｂは、コイル１５ａ、１５ｂ（以下、区別しない場合はコイル１５と記す）により張られる面が永久磁石１７の底面に並行になるように半月形状に巻装されている。
コイル１５ａ、１５ｂは、直列に接続されており、コイル１５ａとコイル１５ｂには、それぞれ電流を供給するための接続端子が形成されている。
【００２１】
コイル１５（図２（ａ））とブリッジ４２の間には外側渦巻きばね１１（第１の渦巻きばね）と内側渦巻きばね１２（第２の渦巻きばね）が配設されている。
ここで、図２（ｂ）を用いて外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２の配置について説明する。
【００２２】
外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２は、中心が中心軸１８上となるように同一平面上に形成されている。
外側渦巻きばね１１は、一端がブリッジ４２（より厳密にはブリッジ４２に設けられた後述の零アーム５３（図５）であるが、ここでは便宜的にブリッジ４２とする）に形成された接続端子２１に接続され、他端がコイル１５ｂの接続端子２２に接続されている。
一方、内側渦巻きばね１２は、一端がブリッジ４２に形成されたもう一方の接続端子２３に接続され、他端がコイル１５ａの接続端子２４に接続されている。
ここで、ブリッジ４２、フレーム４１及び図示しない零アームは、計測装置１に固定された固定部材を構成している。
【００２３】
そして、外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２は、何れも、コイル１５と永久磁石１７の間に発生する回転力と反対方向に指針１３を付勢している。
即ち、外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２は、指針１３を付勢する付勢手段としての機能のほかに、コイル１５に電流を供給する伝導体としての機能も有している。
【００２４】
次に、図３の各図を用いて外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２について更に詳細に説明する。
外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２は、何れも弾性部材でできた帯を螺旋状に形成することにより構成されている。
そして、図３（ａ）に示したように、外側渦巻きばね１１は、時計方向に対して半径が大きくなり、内側渦巻きばね１２は、半時計方向に対して半径が大きくなる。
なお、このような螺旋の方向は、指針が時計方向に振れる場合であり、指針が半時計方向に振れる場合は、螺旋の方向も逆になる。
【００２５】
このように外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２の螺旋の方向を設定すると、図３（ｂ）に示したように、指針がθ方向に振れた場合、外側渦巻きばね１１の内径は大きくなり、内側渦巻きばね１２の外形は小さくなる。
このため、指針が振れる際に、外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２が干渉するのを防ぐことができる。
【００２６】
次に、本願のコイル１５と永久磁石１７によるトルクと、従来のコイルと永久磁石によるトルクの違いについて説明する。
図４（ａ）は、本実施の形態において、指針１３が振れる前（左図）と、振れた後（右図）場合の、コイル１５と永久磁石１７の位置関係を示している。なお、右図には、コイル１５の直線部分に発生するトルクの方向を矢線（ベクトル）にて示してある。
コイル１５ａ、１５ｂに電流を流すとコイル１５が発生する磁界と永久磁石１７が発生する磁界との相互作用によってコイル１５の各所に力が加わる。コイル１５が固定されている指針１３が中心軸１８を軸に回転運動するのに寄与するトルクはコイル１５ａ、１５ｂの各々直線部分に図示されたような向きに発生し、その大きさはコイル１５に流す電流の大きさに比例する。
【００２７】
このトルクと外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２が指針１３の回転に対抗する向きに及ぼしている力とが釣り合った位置で指針１３は指示角度θを維持しながら静止する。
外側渦巻きばね１１、内側渦巻きばね１２のばね定数は指針１３の指示角度にかかわらず一定と考えられるため、コイル１５に供給する電流Ｉと指針１３の指示角度θは比例する。
【００２８】
図４（ｂ）は、従来例のメータ部１０３において、指針が振れる前（左図）と、振れた後（右図）場合の、コイル１１５と永久磁石１１７の位置関係を示している。
この場合、コイル１１５に作用するトルクＦは、Ｆ＝ｎＩＢＳｓｉｎθで表される。ここで、ｎはコイルの巻き数、Ｉは電流、Ｂは磁束密度、θは指示角度である。
このように、従来のメータ部１０３では、電流と指示角度の関係が直線的でないため、指示角度に直線的な出力を行わせるための、電流値を補正する回路を装備していた。
以上のように、本実施の形態はでは、コイル１５の電流値と指示角度θの関係が直線できであるため、従来のような電流値を補正する回路は必要ない。
【００２９】
図５は、メータ部３の組み立て図である。なお、電流の流路を太線で示してある。
接続端子２３、接続端子２１は、零アーム５３に固定され、零アーム５３は、ブリッジ４２に固定され、更に、ブリッジ４２はフレーム４１に固定される。
一方、コイル１５ａ、１５ｂは、接続端子２４、２２と共に指針１３に固定され、指針１３は、中心軸１８によって、フレーム４１、ブリッジ４２の軸受で軸支される。
電流の流路は、接続端子２３→内側渦巻きばね１２→接続端子２４→コイル１５ａ→コイル１５ｂ→接続端子２２→外側渦巻きばね１１→接続端子２１からなる回路によって構成されている。電流流路に流す電流の方向は、指針１３の指示角を回転させる方向による。
【００３０】
以上に説明したように、本実施の形態では、２つの渦巻きばねを同一平面上に形成することによりメータ部３の薄型化を図ると共に、永久磁石１７の着磁方向を中心軸１８の方向に着磁し、コイルを永久磁石１７の底面と平行な面を張るように巻装することにより更に薄型を図っている。
【００３１】
また、メータ部３は、従来例のメータ部１０３よりも衝撃に対して強いという性質もある。
例えば、メータ部３が落下して衝撃が加わった場合、永久磁石１７やコイル１５は、永久磁石１１７やコイル１１５よりも薄型で質量が小さいため、部品の変形が生じる可能性や軸受から中心軸１１８から外れる可能性は、メータ部１０３よりも小さい。また、構造的にも変形が生じる箇所がメータ部１０３よりも少ない。更に、メータ部３は、薄型であるため、メータ部１０３よりも強度的に強い。
【００３２】
（変形例１）
次に、図６を用いて本実施の形態の変形例１について説明する。
この例は、従来例のメータ部１０３に、メータ部３の渦巻きばねを適用したものである。
メータ部１０３、メータ部３に対応する部品には同じ符号を付し、説明を簡略化、あるいは省略する。
本変形例では、永久磁石１１７の一方の底面上に、所定距離を隔てて外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２が中心軸１１８と同心に配設されている。
外側渦巻きばね１１は、接続端子２１によって零アーム１５３に固定され、接続端子２２によってコイル１１５に固定されている。
内側渦巻きばね１２は、接続端子２３によって零アーム１５３に固定され、接続端子２４によってコイル１１５に固定されている。
電流流路は、接続端子２１→外側渦巻きばね１１→接続端子２２→コイル１１５→接続端子２４→内側渦巻きばね１２→接続端子２３からなる回路である。
【００３３】
（変形例２）
次に、図７を用いて本実施の形態の変形例２について説明する。
この例は、本実施の形態で説明したメータ部３において、コイル１５の両底面上に従来例の第１の渦巻きばね１１１と第２の渦巻きばね１１２を配置したものである。
メータ部１０３、メータ部３に対応する部品には同じ符号を付し、説明を簡略化、あるいは省略する。
本変形例では、永久磁石１７の一方の底面側に、所定距離を隔てて第１の渦巻きばね１１１が配設され、永久磁石１７の他方の底面側に、所定距離を隔てて第２の渦巻きばね１１２が配設されている。
第１の渦巻きばね１１１は、接続端子１２３によってブリッジ４２に固定され、接続端子１２４によってコイル１５ｂに固定されている。
第２の渦巻きばね１１２は、接続端子１２１によってフレーム４１に固定され、接続端子１２２によってコイル１５ａに固定されている。
電流流路は、接続端子１２３→第１の渦巻きばね１１１→接続端子１２４→コイル１５ｂ→コイルコイル１５ａ→接続端子１２２→第２の渦巻きばね１１２→接続端子１２１からなる回路である。
【００３４】
図８は、従来例、本実施の形態、変形例１および２について、各部品間のクリアランスを要する箇所を比較した図である。クリアランスを要する箇所は丸で囲んだ数値にて表してある。
図８（ａ）は、従来例のメータ部１０３を示しており、図に示したように、メータ部１０３では、クリアランスを要する箇所が７カ所ある。
【００３５】
図８（ｂ）は、本実施の形態のメータ部３を示しており、図に示したように、メータ部３では、クリアランスを要する箇所は３カ所である。
メータ部３は、メータ部１０３に比べて、クリアランスを要する箇所が４カ所少なくなっている。これは、コイル１５を永久磁石１７の片側底面上の同一平面上に形成したことと、外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２をコイル１５の片側の同一平面上に配設したことによる。
このようにクリアランスを要する箇所が少ないほか、永久磁石１７は、永久磁石１１７よりも薄いため、メータ部３をより薄く形成することができる。
【００３６】
図８（ｃ）は、変形例１に係るメータ部を示しており、クリアランスを要する箇所は６カ所である。
変形例１は、従来例よりも、渦巻きばねをコイル１１５の片面に配置したことによる薄型化が図られている。
図８（ｄ）は、変形例２に係るメータ部を示しており、クリアランスを要する箇所は４カ所である。
変形例２は、従来例よりも、永久磁石１７を薄くし、コイル１５を永久磁石１７の片側に配設したことによる薄型化が図られている。
【００３７】
以上に説明した本実施の形態によって次のような効果を得ることができる。
（１）永久磁石１７を底面に垂直な方向に着磁することにより、コイル１５を永久磁石１７の底面上に配置することができる。
（２）このため、メータ部３を薄型化することができるほか、コイル１５に供給する電流と指針１３の指示角度を線形とすることができる。
（３）外側渦巻きばね１１と内側渦巻きばね１２を同一平面内に形成するため、渦巻きばねの配置にクリアランスを要する箇所を低減し、メータ部３を薄型化することができる。
（４）メータ部３は、衝撃がかかった際に変形する箇所が従来品よりも少ないため、衝撃に対する耐性が向上する。
【００３８】
また、本実施の形態は、２つの接続端子が形成された固定部材と、前記固定部材に固定された円柱状の永久磁石と、前記固定部材に軸支され、前記永久磁石の磁界と作用して回転力を発生させるコイルと、前記コイルと共に回転する指針と、一端が一方の前記接続端子に接続すると共に他端が前記コイルの一方端に接続し、前記指針を前記回転力と反対方向に付勢する第１の渦巻きばねと、前記第１の渦巻きばねと同一平面上に形成され、一端が他方の前記接続端子に接続すると共に他端が前記コイルの他方端に接続し、前記指針を前記回転力と反対方向に付勢する第２の渦巻きばねと、を具備したことを特徴とする指示計を提供する（第１の構成）。
第１の構成において、前記第１の渦巻きばねは、前記第２の渦巻きばねの外周側に、前記第２の渦巻きばねと同心に配設されており、前記指針が前記回転力の方向に回転した場合に、前記第１の渦巻きばねは内径が大きくなるように、前記第２の渦巻きばねは外径が小さくなるように、それぞれ、前記固定部材と前記コイルに固定されているように構成することもできる（第２の構成）。
第１の構成、又は第２の構成において、前記永久磁石は、軸線方向に磁化された異なる極性の磁区が交互に形成されており、前記コイルは、前記永久磁石の底面から所定距離を隔てて前記底面に平行な面を張るように巻装されているように構成することもできる（第３の構成）。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施の形態に係る計測装置の構成を示したブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るメータ部の構造を説明するための図である。
【図３】外側渦巻きばねと内側渦巻きばねについて説明するための図である。
【図４】電流と指示角度の関係を説明するための図である。
【図５】メータ部の組み立て図である。
【図６】変形例１を説明するための図である。
【図７】変形例２を説明するための図である。
【図８】クリアランスを要する箇所を説明するための図である。
【図９】従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  計測装置
２  信号入力部
３  メータ部
４  Ａ／Ｄ変換部
５  ＲＯＭ
６  ＲＡＭ
７  メータ駆動部
８  ＣＰＵ
１１  外側渦巻きばね
１２  内側渦巻きばね
１３  指針
１５  コイル
１８  中心軸
２１  接続端子
２２  接続端子
２３  接続端子
２４  接続端子
４１  フレーム
４２  ブリッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007218820.tif 000006
【図５】
2007218820.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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