CN103001383A - 仪器单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种仪器单元，包括：步进电机；齿轮，该齿轮包括：通过步进电机的转矩而旋转的齿轮本体，该齿轮本体包括形成有凹槽的第一表面和与第一表面相对的第二表面；以及从第一表面和第二表面突出的旋转轴；容纳在凹槽中的控制弹簧，旋转轴穿过控制弹簧的中心突出，该控制弹簧在互相正交的长轴和短轴方向上具有长度并且关于长轴和短轴方向的每一个具有线对称形状；以及容纳步进电机、齿轮本体和控制弹簧的壳体，该壳体的内表面，包括：支承第二表面的第一部分；以及按压处于第一表面的凹槽上控制弹簧的第二部分。

Description

仪器单元

技术领域

本发明涉及一种在用于可旋转地支承具有指针（indicator）的旋转轴的诸如汽车仪表、船舶仪表或飞机仪表这样的仪表装置中使用的仪器单元。

背景技术

在多种仪器等中使用仪表装置，其中电机和用于将转矩从电机传递至旋转轴的齿轮容纳在壳体中，并且通过传递自齿轮的转矩而旋转的旋转轴可旋转地支承在壳体中。在此类仪表装置中，树脂弹簧与齿轮一体地形成，以降低旋转轴的旋转期间的小摇动。

然而，在树脂弹簧中，由于随时间变化趋向于发生下陷（settling），因此树脂弹簧的长期使用降低了在轴方向上推压旋转轴的力，并且增大了旋转轴的小摇动。

因此，提出了一种旋转轴支承结构，能够避免由于因随时间的变化导致的下陷所产生的旋转轴的小摇动的增大(例如，参见日本专利JP-A-2005-253272)。

也即，如图9中所示，在旋转轴支承结构中，由平板形金属制成的推力板簧(以下简称“板簧”)102放置在齿轮103和壳体101之间，使得能够在包括上壳体101A和下壳体101B并且固定至接线板106的壳体101中弯曲。结果，指针(未显示)或该指针所装接至的指针轴105可平滑地旋转。

如图10中所示，在旋转轴支承结构中，从指针轴105一体地延伸的旋转轴104插入板簧102的中心的孔102B(参见图11)。此外，固定至旋转轴104的轴套104A在板簧102上被推动，并且因此，板簧102弯曲为弯曲的状态并且此时来自该板簧102的作用力用作载荷，并且因此，产生了在旋转轴104上的控制力。

此外，在此类仪表装置的旋转轴支承结构中，存在这样的构造：其中从旋转轴的近端获取来自光源的光，并且该光通过旋转轴的内部而被引导至末端，并且旋转轴(以下称为“导光兼用型”)由具有良好的导光性能的透明材料形成以照亮装接至旋转轴的末端的指针。

顺便提及，在具有如上所述的构造的仪表装置的旋转轴支承结构中，板簧102相对于齿轮103安装在下方(下壳体101B侧)。由于例如需要提供与板簧102接触的轴套104A以安装该板簧102，此类结构在壳体101的厚度方向上需要相对大的安装空间。

特别地，对于在其中用于将来自电机的转矩传递至旋转轴的各种齿轮集体地垂直层叠而并非水平地并列的结构，除上文描述的轴套之外还堆叠这些齿轮，使得壳体的厚度变得更厚。近年来，对仪表装置的小型化和薄型化的需求增加，而此类结构特别不适合于小型化和薄型化。

此外，在具有如上所述的构造的仪表装置的旋转轴支撑结构中，受弹性力推压的旋转轴104或指针轴105也处于在可轴方向上大幅移位的状态中，并且位置趋于变为不稳定。结果，指针的旋转运动也缺乏平滑性，并且此状况可导致非常不稳定的指针运动。

发明内容

本发明提供一种仪器单元，其通过载荷弹簧的稳定控制运动，能够获得旋转轴的稳定转动运动，并且因此能够获得指针的平滑旋转运动。

本发明的一方面提供一种仪器单元，包括：步进电机；齿轮，该齿轮包括：构造为通过步进电机的转矩旋转的齿轮本体，该齿轮本体包括形成有凹槽的第一表面和与第一表面相对的第二表面，以及旋转轴，该旋转轴从齿轮本体的第一表面和第二表面突出；容纳在齿轮本体的第一表面的凹槽中的控制弹簧，旋转轴穿过控制弹簧的中心而突出，该控制弹簧在在互相正交的长轴方向和短轴方向上具有长度并且关于长轴方向和短轴方向的每一个具有线对称形状；以及容纳步进电机、齿轮本体和控制弹簧的壳体，壳体的内表面包括：支承齿轮本体的第二表面的第一部分；以及构造为按压处于齿轮本体的第一表面的凹槽上的控制弹簧的第二部分。

控制弹簧可具有卵形形状或椭圆形形状，在其中形成的孔，旋转轴从该孔穿过而突出，并且第二部分可包括弹簧按压构件，其从壳体的内表面朝向控制弹簧突出，并且其一端面构造为与控制弹簧接触。

控制弹簧为板簧，其中：沿长轴方向的横截面具有朝向壳体的内表面的第一部分弯曲为大致U形的形状；沿短轴方向的横截面具有朝向壳体的内表面的第二部分弯曲为大致U形的形状；并且长轴方向上的两个端部都具有在远离齿轮本体的第一表面的凹槽的方向上弯曲（wrap）的折曲形状。

壳体的内表面可包括止动构件，止动构件的一端面能够与齿轮本体的第一表面接触。止动构件的端面和齿轮本体的第一表面之间的距离可小于弹簧按压构件的端面和齿轮本体的第一表面的凹槽的底表面之间的距离。

壳体的内表面的第一部分可包括支承从齿轮本体的第二表面突出的旋转轴的轴承，并且壳体的内表面的第二部分可包括支承从齿轮本体的第一表面突出的旋转轴的轴孔。

附图说明

图1A是根据本发明的一个实施例的仪器单元的透视图，并且图1B是仪器单元的壳体的分解透视图。

图2是根据本发明的实施例的仪器单元的部件的分解透视图。

图3是根据本发明的实施例的仪器单元的部分的放大剖视图。

图4是显示了根据本发明的实施例的仪器单元所包括的输出齿轮和旋转轴的透视图。

图5是示出控制弹簧安装在根据本发明的实施例的仪器单元所包括的输出齿轮中的状态的透视图。

图6是示出根据本发明的实施例的仪器单元所包括的控制弹簧的平面图。

图7A是示出根据本发明的实施例的仪器单元所包括的控制弹簧的自然长度状态的透视图，并且图7B是示出根据本发明的实施例的仪器单元所包括的控制弹簧受压并且在平面方向上弯曲的状态的透视图。

图8A是在图7A中的线VIIIA-VIIIA上所截取的剖视图，并且图8B是在图7A中的线VIIIB-VIIIB上截取的剖视图。

图9是示出使用现有技术的旋转轴支承结构的仪器单元的剖视图。

图10是示出在现有技术的旋转轴支承结构中使用的板簧的动作的说明图。

图11是示出在现有技术的旋转轴支承结构中使用的板簧的形状的透视图。

图12是能够从现有技术的旋转轴支承结构派生的作为比较实例显示的仪器单元的剖视图。

具体实施方式

将在下文中参考附图详细描述本发明的一个实施例。

图1A、1B和2示出根据本发明的实施例的仪器单元1。

在仪器单元1中，诸如步进电机5、减速齿轮系和旋转轴8等的运动部件容纳在电机壳体4中。

所述仪器单元1所装接的仪表装置包括：安装在图3所示的基板2上的光源3；装接至基板2上的预定位置的所述仪器单元1，该基板2包括与所述光源3装配的区域；以及安装在仪器单元1上方的显示板(未显示)，该显示板通过指针(未显示)以数字、字符和符号显示关于车身和车辆周围环境的必要信息。

应用本实施例的仪器单元1的仪表装置构成组合仪表(未显示)的一部分，并且构成了饰面板（facing plate），同时形成前侧的显示板嵌合在整个表面上。此外，用于安装包括仪器单元1的多种仪器等的各种显示窗在所述显示板中开口，并且将显示板与构建侧面和背面的组合仪表壳体一体化。此外，显示板的顶部以黑色的透明覆盖玻璃(未显示)覆盖。

此外，应用了所述仪器单元1的仪表装置构成诸如实施例中的速度计。在此情况下，通过基于与由传感器(未显示)检测到的当前速度对应的检测器信号，将下文描述的指针转动预定角度，并且指示形成在显示板上(未显示)的特定的数字符号，以模拟方式显示当前速度。

实施例的光源3包括例如用于发射预定波长(λ)的可见光的LED(发光二极管)，并且安装在基板2上，在旋转轴8正下方，与下文描述的旋转轴8的下侧的端面8A相对。在作为实施例的光源3的LED中，光轴设置在与基板2的上表面垂直的Z方向上，并且来自LED的大部分光(以下称“照明光”)朝向位于该LED正上方的旋转轴8的下侧的所述端面8A照射。此外，构造使得从旋转轴8的下侧的端面8A入射的照明光被引导至从电机壳体4的上部突出的旋转轴8的上侧的末端，并且照亮压配合至该上端的指针(未显示)。

电机壳体(以下称壳体)4包括紧固至基板2的下壳体4A，和以堆叠的状态一体地组装在下壳体4A上的上壳体4B。步进电机5、中间齿轮6、输出齿轮7以及与该输出齿轮7一体地设置的旋转轴(但不包括旋转轴的上侧的末端)8容纳在电机壳体4中。

此外，在电机壳体4中，下文将详细描述的板簧(以下称“控制弹簧”)9以组装在输出齿轮7和上壳体4B之间的状态容纳在输出齿轮7中。具体而言，控制弹簧9容纳于形成在输出齿轮7的一个表面(以下称“上表面”)7A的中心侧上的凹槽72中，此构造将在下文详细描述。此外，旋转轴8的上侧的末端突出至壳体4的外部，并且指针(未显示)以压入状态装配到该上侧的端面。

下壳体4A具有顶部开口的基本盒形的形状。此外，下壳体4A具有在左右两侧表面上朝向下部(-Z方向)突出的圆柱形突起P，并且该圆柱形突起P分别装配入在基板2上开口的固定孔(未显示)。

此外，从形成在下部表面上的凹槽41(在图3中显示)的中心朝着上部(上壳体4B的方向)圆柱状地突出，换言之，从内表面(底面4C)侧朝着上壳体4B的顶面4D圆柱状地突出的轴承42A形成在下壳体4A的内部。此外，如图2中所示，朝上壳体4B的方向略微突出的圆柱状的轴承42B和轴承42C分别在预定位置形成在下壳体4A的底面4C上。

下壳体4A的轴承42A也起到支承工具(也即，下轴承)的功能，用于可旋转地支承另一表面7B(以下称“下表面”)，该另一表面7B是与输出齿轮7的所述上表面7A相对的表面。此外，没有必要使用如实施例中所示的用于枢转地支承旋转轴8的下侧的壳体底面侧的轴承42A，来作为用于支承输出齿轮7的下表面7B的支承工具。例如，用于支承与输出齿轮7的凹槽72相对的下表面的圆柱形专用构件可独立地从底表面4C侧竖起。

另一方面，在上壳体4B中，轴孔43在轴承42A的正上方部分的轴承43A中钻出，与和下壳体4A的凹槽41(参见图3)的中心同心地形成的所述轴承42A对应。旋转轴8的上侧的末端可旋转地插过轴孔43。此外，在上壳体4B中，轴承(未显示)分别形成在轴承42B和轴承42C正上方的内表面中，也即顶面4D中，与下壳体4A的轴承42B和轴承42C对应。

此外，如图3中所示，上壳体4B的顶面4D中的与输出齿轮7的上表面7A侧的凹槽72相对的那部分，一体地具有处于从该顶面4D以预定的长度向下突出的状态的弹簧按压构件44。

弹性按压构件44具有下端侧开口的大致圆柱形形状。然后，当控制弹簧9容纳在输出齿轮7的凹槽72中，并且上壳体4B最终一体地组装至下壳体4A时，该弹性按压构件44压下控制弹簧9的上表面。

也即，弹性按压构件44按压控制弹簧9直至控制弹簧9容纳在凹槽72中，换言之，直至控制弹簧9的高度变为小于凹槽72的深度，并且控制弹簧9被夹持在弹簧按压构件44和输出齿轮7的凹槽72之间。在此时，弹簧按压构件44的末端面44A(以下称“下端面”)的区域的至少一部分一直对接在控制弹簧9的上表面上。

此外，如图3所示，止动构件45与上壳体4B的顶面4D一体地形成。止动构件45是用于抑制在将组装至旋转轴8的末端的指针拔出的情况下所述旋转轴8被一起拔出的装置，并且从上壳体4B的内表面朝向输出齿轮7的上表面7A突出。

将止动构件45设置为：当旋转轴8容纳在壳体4中时，在该止动构件45和输出齿轮7的上表面7A之间具有预定距离b的间隙，并且当拔出指针时，在输出齿轮7和旋转轴8被该指针的拔出力一体地拔出的情况下，该止动构件45通过使得输出齿轮7的上面7A与止动构件45的下端面45A之间接触而抑制了该输出齿轮7和旋转轴8进一步向上运动。

此外，间隙b是用于使输出齿轮7能够通过可垂直位移的控制弹簧9在旋转轴8的轴方向上在预定的游隙范围内摆动的间隙。通过使止动构件45的下端面45A与输出齿轮7的上部表面分开预定的距离来设置间隙b。

在实施例的止动构件45中，在止动构件45的末端面，即，下端面45A移动至当旋转轴8连同指针一起被向上拔出预定的游隙范围之外时的该预设游隙范围的最大部分的情况下，所述止动构件45的末表面，即，下表面45A，按压在输出齿轮7的上表面7A上。结果，抑制了旋转轴8进一步向上移动。

步进电机5是用于转动指针(未显示)，并且转动旋转轴8，同时通过减速齿轮系，即中间齿轮6和输出齿轮7减速(其可构造为通过单一齿轮而非齿轮系减速)。然后，通过转动旋转轴8，与该旋转轴8一体地设置的指针沿显示板的表面转动来指示各种必要的信息。如图2所示，实施例的步进电机5包括定子51，以及装接至设置在该定子51的开口的中央的转子轴52A的转子52。

此外，构成本实施例的减速齿轮系的转子齿轮53、中间齿轮6和输出齿轮7并置，处于该减速齿轮系的一部分层叠以在旋转平面(X-Y)方向上与相邻的齿轮交错的状态，以及该减速齿轮系的一部分层叠并且布置成在厚度(Z)方向上与相邻的齿轮分开微小的间隙。因此，即使当Z方向上的高度不增大时，由于减速齿轮系的一部分是多层的并且布置成不垂直接触，所以也可以减小在X-Y方向上的安装空间。因此，壳体4自身也适合于小型化和薄型化。

定子51固定至下壳体4A，并且此外，作为磁极的磁芯51B朝向定子51的开口的中心突出，并且缠绕在线轴上的线圈51A装接至磁芯51B。

转子52由适当的磁性材料形成为基本圆柱形形状，并且可旋转地安装在定子51的开口的中心，并且具有少量的齿的小直径转子齿轮53同心地固定至顶部，并且，多个磁体紧固至外周表面。此外，如图2所示，转子52装接至其上的转子轴52A可旋转地支承在形成于下壳体4A上的轴承42B和形成于上壳体4B上的轴承(未显示)之间。

中间齿轮6紧固至支承轴6A，并且支承轴6A可旋转地支承在形成于下壳体4A上的轴承42C和形成于上壳体4B上的轴承之间。在此中间齿轮6中，在外周上形成有大量的齿的主轮61与紧固至转子52的顶部的小齿轮的转子齿轮53啮合，并且来自转子52的转动速度被降低并且被传输。此外，在中间齿轮6的下表面上，具有少量的齿的小直径小齿轮62同轴地一体紧固至支承轴6A。

输出齿轮7在旋转轴8的中间的附近与该旋转轴8一体地设置，以将转矩从中间齿轮6的小齿轮62传输至旋转轴8。另外，本实施例的输出齿轮7以合适的透明树脂材料与在下文描述的旋转轴8一体地成型。

在输出齿轮7中，在外周上形成有大量的齿的主轮71与形成在中间齿轮6的下表面上的小齿轮62啮合，并且中间齿轮6的旋转速度进一步被降低，并被传输至输出齿轮7，该输出齿轮7旋转。如图3所示，旋转轴8以从构成盘状齿轮本体的输出齿轮7的上表面和下表面伸出的状态形成在该输出齿轮7上，以便与该输出齿轮7的齿轮轴对齐，所述盘状齿轮本体的侧面具有所述主轮71。因此，旋转轴8能够以与大幅减速的输出齿轮7同样的角速度一体地转动，并且以高准确度转动指针(未显示)。

此外，如图3和4中所示，用于容纳控制弹簧9的凹槽72在输出齿轮7的上表面上形成为环绕旋转轴8，从输出齿轮7的上表面的中心突出的所述旋转轴8穿过所述控制弹簧9而延伸。本实施例的凹槽72具有与下文描述的控制弹簧9相同的基本椭圆形的形状，并且具有稍微大于该控制弹簧9的外部形状的形状。另外，此处所称的“椭圆形状”指的是沿着两个正交轴的两个(X、Y)方向具有不同长度比的形状，换言之，具有长边和短边的大致矩形形状，并且特别地，短边部分具有大致圆弧形状并且长边部分具有直线形状。

如图7A和7B中所示，输出齿轮7的凹槽72具有稍小于(或近似等于)控制弹簧9的自然状态下的高度c的深度。此外，在此凹槽72中，如图4所示，旋转轴8从中心突出，并且靠近环绕旋转轴8的拐的四个位置设置有从凹槽72的底表面以微小高度h(此处h远远小于H)突出的台座73。然后，如图5中所示，将台座73与控制弹簧9的短边装配。

将在下文描述详情，旋转轴8以如下方式安装：在被容纳在输出齿轮7的凹槽72中的控制弹簧9的弹性力(弹簧力)朝下按压的同时，可沿所述轴线(Z)的方向在上文描述的预定的游隙范围内移动。另一方面，根据此情况，为了使与输出齿轮7的主轮71啮合的小齿轮62在上文描述的可移动范围之内一直与该输出齿轮7的主轮71啮合，此小齿轮62的齿形成为沿轴线(Z)的方向更长。

换言之，小齿轮62起到用于使输出齿轮7和旋转轴8在轴线(Z)的方向上在所述游隙范围之内移动的滑动装置的作用，并且还起到用于将转矩传输至可在轴线的方向上滑动的输出齿轮7的主轮71的装置的作用。

附带地，输出齿轮7和旋转轴8被控制弹簧9正常地压入，并且稳定在最低位置中，使得该输出齿轮7和旋转轴8可在所述游隙范围之内从最低位置向上移动。

旋转轴8起到用于将照明光从光源3引导至指针的导光装置的作用，以及用于旋转指针(未显示)的装置的作用。因此，旋转轴8用具有良好的导光特性的合适的透光性树脂材料与输出齿轮7一体地模制，并且特别地，旋转轴8被一体的模制成轴线的方向指向垂直于输出齿轮7的旋转面的方向的状态。本实施例的旋转轴8具有大致圆柱的形状，以将来自光源3的照明光引导至指针，并且其外径制成为比不具有导光功能的旋转轴的外径更粗，以便确保所需要的通过光量。

此外，如上所述，旋转轴8的上侧从上壳体4B的轴孔43突出至壳体4的外部，并且将指针压配合在突出至显示板的前侧的所述上端中，并且该指针被组装。如上所述，旋转轴8的上部可旋转地插入并且支承在上壳体4B侧的轴孔43中，并且，该旋转轴8的下部可旋转地插入并且支承在形成于下壳体4A上的轴承42A中。

如上所述，旋转轴8的下端的端面8A安装在光源3正上方，并且与光源3相对。因此，当来自光源3的照明光进入端面8A时，大部分照明光在与旋转轴8的内部的周面的界面处反复反射(例如，全反射或角反射)的同时被引导，并且朝向上侧的端面传播。

由于旋转轴8被下文所述的控制弹簧9朝下推动，输出齿轮7的下表面7B正常地对接在轴承42A的上表面42D上，并且如图3所示，旋转轴8以下降至游隙范围中的最低位置的状态被容纳。因此，与旋转轴8一体地模制的输出齿轮7的主轮71可在沿轴线方向可移动的状态下与在轴方向上形成为更长的所述小齿轮62啮合。

如图6中所示，控制弹簧9是通过切割具有挠性的合适的金属薄板而获得的弹簧，所述金属薄板为关于在两个正交轴(X、Y)的方向具有不同长度的各轴方向分别线对称的特定形状，特别地，在本实施例中的大致卵形的形状(或椭圆形)。控制弹簧9具有双轴对称的大致椭圆形形状，具有：平坦表面92，下文描述的孔91在该平坦表面92的中央开口；翼部分93，该翼部分93从所述平坦表面92朝着两个长轴方向以基本U形的横截面向下(-Z)延伸的；以及折返部94，其中在两个长轴(±Y)方向上超出所述翼部93的末端被向上折曲。具有这种形状的翼部93产生与在弯曲厚度(Z)方向上的偏移Δc(=c-c′；参见图7A和7B)的量对应的大小的弹簧力(弹性力)。

控制弹簧9的孔91开口为至少是具有稍微大于旋转轴8的外径尺寸的浑圆形状或稍微椭圆形形状，以便能够应对控制弹簧9的位移，并且旋转轴8的上侧部分贯穿所述孔91。

此外，如图7A和图8B中所示，控制弹簧9的翼部93在不施加外力的自然状态下具有朝向凹槽72的底表面以基本U形的横截面呈现波浪（ripple）的表面形状。也即，当控制弹簧9处于自然状态时，在沿长轴(Y)方向的具有山形横截面的翼部93的厚度(Z)方向上的高度差(c)变大，并且可充分确保控制弹簧9伴随输出齿轮7的向上和向下运动的位移量。类似地，在沿短轴(x)方向的具有大致U形横截面的翼部93的厚度(Z)方向上的弯曲深度(d)变大(参见图8B)。

另外，如图5所示，控制弹簧9以如下状态放置：在翼部93和折返部94之间的边界的最低部分的表面(以下称“最低表面”)9B支承在从输出齿轮7的凹槽72的底表面突出的台座73上。也即，本实施例的控制弹簧9以如下状态被容纳：两个最低表面9B与形成在输出齿轮7的上表面7A的凹槽72的底表面的四个拐角附近的台座73相接触(线接触或面接触)。

此外，翼部93的短轴方向上的两个边缘，即一对长边部9A，与形成在上壳体4B内部的顶面4D侧的弹簧按压构件44的下端面44A相接触，并且在输出齿轮7的旋转运动的同时，在长边部9A和下端面44A之间进行滑动运动。也即，如图3中所示，压力从形成在上壳体4B的内部的顶面4D侧上的弹簧按压构件44朝向输出齿轮7的凹槽72沿向下(-Z)方向作用在两个翼部分93的面向孔91的长边部9A上。结果，通过经由输出齿轮7对旋转轴8产生了朝向下(-X)方向的弹性力(弹簧力)，确保了该旋转轴8的稳定旋转运动。

此外，翼部93的短轴方向上的长度(图6所示的宽度w)与输出齿轮7的凹槽72的宽度尺寸(图5所示的短边宽度w0)的大小基本一致，并且通过防止在宽度w和w0之间产生间隙而减小了在输出齿轮7旋转时所述控制弹簧9的侧隙（backlash）。

折返部94具有其中一端面不具有刃边（edge）的圆角或倒角的形状，并且各端部向上折曲，并且因此，能够防止刃边接触台座73或凹槽72的周边壁面。此外，将折返部94构造为通过具有折曲形状而增大了最低表面9B上的滑动作用，并且当控制弹簧9弯曲时，能够平滑地在台座73上滑动。此外，控制弹簧9优选由金属制成以稳定重量。

此处，在实施例中的仪器单元1中，至少在弹簧按压构件44的下端面44A和输出齿轮7的凹槽72的底表面的台座73之间的距离a(参见图3)、在止动构件45的末端面45A和输出齿轮7的上表面7A之间的距离b(参见图3)，以及控制弹簧9在自然状态下的最大高度(也即，自然长度上的高度差)c(参见图8A和8B)的这三种距离之中保持下列公式：

c>a>b……(1)

此外，构造为具有此关系的原因如下。

也即，对于c>a的不等号的关系，为了将控制弹簧9布置成处于该控制弹簧9可发挥所需的弹性力的状态，使用于布置该控制弹簧9的垂直方向上的间隙的尺寸数学化为一种必要条件。

另一方面，对于a>b的不等号的关系，该关系是用于防止当在从旋转轴8拉出指针的情况下该旋转轴8被一起拉动时，控制弹簧9变为完全扁平状态的必要条件。也即，将其中夹持的间隙的尺寸不变为零的最小必要尺寸数学化为必要条件。

因此，可避免控制弹簧9被大幅压溃而引发永久变形并且因此使控制弹簧9的弹性力受损坏的麻烦的发生。结果，当再次装接并使用指针时，控制弹簧9可再次发挥所需的弹性力，使得能够再次确保所需的控制力(弹簧载荷)。

当弹簧按压构件44和止动构件45被设计为满足公式(1)时，止动构件45的下端面45A位于在向上方向上从输出齿轮7分开了如下距离的位置，分开的该距离小于凹槽72距与控制弹簧9接触的弹簧按压构件44的下端面44A的凹槽72的深度。

此处，将描述控制弹簧9的动作。

当控制弹簧9和与输出齿轮7一体地配置的旋转轴8组装在下壳体和上壳体4A、4B之间时，如图3所示，从上壳体4B的顶面4D下垂的弹簧按压构件44下压安装在输出齿轮7的凹槽72中的控制弹簧9。也即，弹簧按压构件44的下端面44A从上方以线接触状态(在某些情况下，当输出齿轮7升至最高时，为面接触状态)按压在控制弹簧9的长边部9A上。

具有柔性的控制弹簧9引起了趋向于回复至自然状态的弯曲形状的弹性变形。结果，如图3中所示，其中凹槽72的台座73以面接触(或线接触)状态对接在控制弹簧9的最低表面9B上的所述输出齿轮7，以及与该输出齿轮7一体地配置的所述旋转轴8，由弹性力在旋转轴8的轴线的向下的方向(-Z方向)上被推进（urge）。也即，旋转轴8总是由控制弹簧9弹性地控制。

以此方法，能够通过控制弹簧9防止旋转轴8的小摆动。此外，由于旋转轴8朝着包括光源3的向下部分被压下，因此，总是保持在光源3和旋转轴8的下端侧的端面8A之间的距离为S(参见图3)的接近状态。结果，在使从光源3发射的照明光向外部的泄漏最小化的同时，可从旋转轴8的端面8A获取照明光，使得相应地改善导光性能。

为描述根据上述实施例的仪器单元1的良好的导光性能，将该仪器单元1与能够从现有技术的旋转轴支承结构得到的仪器单元(比较实例)相比较。图12是能够从现有技术的旋转轴支承结构得到的仪器单元的剖视图。另外，在如图12中所示的比较实例的仪器单元中，与根据本实施例的仪器单元1标号相同的构件为已描述的构件，因此省略描述。

在上述的能够从现有技术的旋转轴支承结构得到的仪器单元中，具有基本类似于本实施例的控制弹簧9的功能的控制弹簧9′安装在输出齿轮7下方(下壳体4A侧)。结果，控制弹簧9′的弹性力向上作用在输出齿轮7上。以此，当旋转轴8与输出齿轮7一体地配置时，该旋转轴8也在具有指针的末端的方向上被推进（urge）。

因此，在上述导光兼用型中，旋转轴8的下侧的端面8A趋向于远离与该端面8A相对的光源3(在图12中，旋转轴8的下侧的端面8A离光源3的距离是S′)。结果，由于远离光源的该距离，从光源发射的光泄漏，并且不能进行有效的导光，导致导光效率降低。

另一方面，在根据本发明的实施例的仪器单元1中，旋转轴8朝着包括光源3的向下部分压下，使得在光源3和旋转轴8的下端侧的端面8A之间总是保持距离为S的接近状态。结果，在使从光源3发射的照明光向外部的泄漏最小化的同时，可从旋转轴8的端面8A获取照明光。结果，改善了导光性能。

此外，如上所述，通过以被夹持的状态组装在弹簧按压构件44和输出齿轮7的凹槽72之间的控制弹簧9，弹簧按压构件44的下端面44A的区域的至少一部分一直对接在该控制弹簧9的翼部93的长边部9A的上表面部分上。另一方面，当来自步进电机5的转矩被传输并且所述输出齿轮7转动时，控制弹簧9随输出齿轮7转动。此外，当控制弹簧9的最低表面9B和凹槽72的台座73的上表面之间的静摩擦力大于控制弹簧9的长边部9A的上表面和弹簧按压构件44的下端面44A之间的动摩擦力时，可避免控制弹簧9稍微拖拽于凹槽72内部并摇晃的情况。

因此，当控制弹簧9随输出齿轮7转动时，在圆柱形弹簧按压构件44的下端面44A的任何所有方向上的两个区域总是在控制弹簧9的上表面的长边部9A上滑动。此外，用于支承输出齿轮7的轴承42A的上表面42D从下侧支承输出齿轮7的下表面7B，使得轴承42A的上表面也总是在输出齿轮7的下表面7B上滑动，除非当输出齿轮7转动时该输出齿轮7朝上移位。

下一步，将描述本实施例的动作。

例如，即使当在步进电机5自身中发生小摆动或在旋转轴8的轴承部分中发生侧隙（backlash），并且该旋转轴8引发振动时，具有稳定的弹簧载荷的控制弹簧9可有效地吸收这些振动。因此，可防止旋转轴8的小摆动。

此外，例如，当在驾驶时某些冲击作用在车身侧，并且其冲击还通过基板2施加至电动机壳体4的下壳体4A(类似地，上壳体4B)时，冲击力从构成该下壳体4A的内表面(底面)侧的下部轴承的轴承42A传播至输出齿轮7和容纳在该输出齿轮7的凹槽72中的控制弹簧9。

然后，所述控制弹簧9弹性地形变，并且因此，冲击力被吸收以使振动衰减。此外，如必要，根据弹性位移，小齿轮62的必要游隙范围内，输出齿轮7在轴方向上滑动，所述小齿轮62在相对于在与输出齿轮7啮合的中间齿轮6的轴方向上形成为更长。

以此方式，有效地抑制了冲击传播至与输出齿轮7一体地配置的旋转轴8。结果，即使当来自外部的冲击作用在车身上时，也可确定地抑制旋转轴8和装接至该旋转轴8的顶部的指针的摇动和小摆动。

下一步，将描述在根据本实施例的仪器单元1的指针(未显示)在向上方向(Z)上被拉起并且从旋转轴8的末端拉出的时刻的动作。

当指针在向上(Z)方向上被拉起并且从旋转轴8的末端拉出时，指针所压配合的所述旋转轴8可能在向上方向上被一起拉起。在此情况下，在输出齿轮7的凹槽72正下方的下表面7B的部分与在下壳体4A的底表面4C侧的轴承42A的上表面42D分离。

此外，当与小齿轮62啮合时，输出齿轮7的主轮71在上述游隙范围之内向上移动。也即，当指针被拉出旋转轴8时，与旋转轴8一体地配置的输出齿轮7被一起拖拽并且趋向于大幅向上移动。结果，控制弹簧9被弹簧按压部件44和凹槽72的台座73在改变为扁平状态的方向上按压。在极端情况下，控制弹簧9被压溃。然而，在本实施例中，安装了止动构件45，使得能够抑制输出齿轮7向上移动至控制弹簧9改变为扁平状态的位置。

也即，通过安装止动构件45，能够抑制控制弹簧9被强力地夹持在凹槽72的底表面的台座73和弹簧按压构件44的下端面44A之间。结果，能够避免大于或等于弹性极限的应力作用在控制弹簧9上并且该控制弹簧9被压溃并塑性变形的情况。也即，能够避免不能保持所需的弹性特性以及该弹性特性改变或在极端情况下弹性力消失的烦扰。结果，消除了伴随控制弹簧9的弹性不良而用新的控制弹簧9进行更换的作业的需要。附带地，根据本实施例，使用控制弹簧9的弯曲形状，夹持该控制弹簧9的操作可以可靠地进行，使得易于进行在输出齿轮7的凹槽72中布置控制弹簧9的作业。

因此，根据本实施例，图2中所示的步进电机5、中间齿轮6、输出齿轮7、与该输出齿轮7一体地配置的旋转轴8以及控制弹簧9组装在预定位置，并且容纳在下壳体4A中。此后，如图3所示，当从下壳体4A的上部一体地组装了上壳体4B而完成了组装时，主要部分变成已经组装。也即，控制弹簧9的长边部9A和最低表面9B分别以对接在弹簧按压构件44的下端面44A上和形成在输出齿轮7中的凹槽72的底表面的基座73上的状态从垂直方向被夹持。此外，获得在止动构件45下端面45A和输出齿轮7的上表面7A之间具有预定间隙，即游隙的状态。

在此状态下，输出齿轮7处于与中间齿轮6的小齿轮62齿面啮合的状态。因此，通过使控制弹簧9在游隙范围之内弹性地变形来改变垂直厚度，输出齿轮7可沿稍长的小齿轮62的轴线方向的垂直地位移。结果，可吸收旋转轴8的小摆动。

同样地，根据本实施例，控制弹簧9的翼部93具有大致U形形状的横截面，并且因此，如图3中所示，弹簧按压构件44的下端面44A可与控制弹簧9的长边部9A产生线(或面)接触。结果，可获最小的接触状态，换句话说，可最小化摩擦力。因此，即使当构造为随输出齿轮7旋转的所述控制弹簧9在与弹簧按压构件44产生滑动接触的同时旋转时，也能够获得平滑转动运动，而不干扰随控制弹簧9旋转的输出齿轮7的旋转。

此外，本发明不限于上述的实施例，并且在不脱离本发明的主旨的情况下可执行各种形态。

例如，在用于枢转地支承旋转轴8的下侧的下壳体4A的底面4C侧的轴承42A，起到作为用于从下侧支承输出齿轮7的工具的功能，不是必须的。也即，作为可选择的，用于支承与输出齿轮7的凹槽72对应的下表面7B的构件可以从该底面独立地竖起。

此外，在本实施例中，控制弹簧9由金属薄板构成，但只要能获得类似效果，并不限定于薄板。

此外，本发明的仪器单元可应用于各种仪器和等的仪表装置，诸如燃料计部、转速表部、速度计部以及水温表。

根据本发明的一方面，可获得具有稳定控制运动的负载弹簧，使得可获得旋转轴和指针的平滑旋转运动，并且因此可实现指针的平滑旋转运动。此外，在包括导光兼用型的旋转轴的仪器单元中，不降低导光性能。

根据本发明的一方面，弹簧按压构件总是与控制弹簧的至少一部分接触，并且因此，当控制弹簧随旋转轴和用于容纳控制弹簧的齿轮旋转时，通过弹簧按压构件的按压运动，齿轮上的载荷能够总是产生在所述控制弹簧中。结果，能够稳定旋转轴的转动运动。

根据本发明的一方面，使用控制弹簧的弯曲形状，夹持控制弹簧的操作可以可靠地进行，使得齿轮在凹槽中的布置作业变得容易进行。此外，由于控制弹簧的长轴方向上的两端侧在与凹槽分离的方向上都具有折曲形状，可改善折曲形状部分在凹槽上的滑动的功能，并且当控制弹簧被按压并弯曲时，可实现平滑的滑动运动。

根据本发明的一方面，通过起到支撑功能的止动构件，可避免在拆卸指针的情况下，也即在将指针从旋转轴的末端拉出的情况下，齿轮以及所述指针所装配至的旋转轴例如一起被向上拉出预定范围之外。因此，可防止夹持在壳体和齿轮之间的控制弹簧过度受压并且变为平坦状态且弹性力消失的情况。

根据本发明的一方面，本发明可通过稍微改进在现有技术的仪器单元的情况下形成的轴承和轴孔而实现。

根据本发明的一方面，稳定的负载弹簧总是作用在旋转轴上，并且还可获得旋转轴的平滑转动运动，并且因此可获得指针的平滑旋转运动。此外，不降低导光性能，并且本发明进一步适用于仪器单元的壳体的小型化和薄型化。

Claims (5)

1.一种仪器单元，包括：

步进电机；

齿轮，包括：

构造为通过所述步进电机的转矩而旋转的齿轮本体，该齿轮本体包括形成有凹槽的第一表面和与该第一表面相对的第二表面；以及

旋转轴，该旋转轴从所述齿轮本体的所述第一表面和第二表面突出；

容纳在所述齿轮本体的所述第一表面的所述凹槽中的控制弹簧，所述旋转轴穿过该控制弹簧的中心而突出；该控制弹簧在相互正交的长轴方向和短轴方向上具有长度并且关于所述长轴方向和短轴方向的每一个具有线对称形状；以及

壳体，该壳体容纳所述步进电机、所述齿轮本体和所述控制弹簧，该壳体的内表面包括：

第一部分，该第一部分支承所述齿轮本体的所述第二表面；以及

第二部分，该第二部分构造为按压处于所述齿轮本体的所述第一表面的所述凹槽中的所述控制弹簧。

2.根据权利要求1所述的仪器单元，其特征在于：

所述控制弹簧具有卵形形状或椭圆形形状，在该控制弹簧中形成有孔，所述旋转轴穿过该孔而突出，并且

所述第二部分包括从所述壳体的所述内表面朝向所述控制弹簧突出的弹簧按压构件，并且该弹簧按压构件的一端面构造为与所述控制弹簧接触。

3.根据权利要求2所述的仪器单元，其特征在于：

所述控制弹簧为板簧，其中：沿所述长轴方向的横截面具有朝向所述壳体的所述内表面的所述第一部分弯曲为大致U形的形状；沿所述短轴方向的横截面具有朝向所述壳体的所述内表面的所述第二部分弯曲为大致U形的形状；并且所述长轴方向上的两个端部都具有在远离所述齿轮本体的所述第一表面的所述凹槽的方向上弯曲的折曲形状。

4.根据权利要求2所述的仪器单元，其特征在于：

所述壳体的所述内表面包括止动构件，该止动构件的一端面能够与所述齿轮本体的所述第一表面接触，并且

所述止动构件的所述端面和所述齿轮本体的所述第一表面之间的距离小于所述弹簧按压构件的所述端面和所述齿轮本体的所述第一表面的所述凹槽的底表面之间的距离。

5.根据权利要求1所述的仪器单元，其特征在于：

所述壳体的所述内表面的所述第一部分包括轴承，该轴承支承从所述齿轮本体的所述第二表面突出的所述旋转轴，并且

所述壳体的所述内表面的所述第二部分包括轴孔，该轴孔支承从所述齿轮本体的所述第一表面突出的所述旋转轴。

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