JP2011220853A - 計器ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】安定した荷重バネが得られるとともに回転軸のスムースな回動動作が得られる計器ユニットを提供する。
【解決手段】制動バネ９は、出力ギア７の上面から突出する回転軸８によって貫通可能な形状であり、出力ギア７の上面には、制動バネ９を収容する凹部７Ｃが形成され、モータケース４の内面は、一部が出力ギアの下面を支持するとともに、別の一部が制動バネ９の上面を該制動バネ９全体が凹部７Ｃに収容されるまで押圧する形状である。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動車用計器や船舶用計器、航空機用計器など各種用途のメータ装置において、その指針を取り付けた回転軸を回転自在に支持するメータ装置に用いられる計器ユニットに関するものである。

従来、各種計器類に用いるメータ装置には、モータ及びこのモータからの回転力を回転軸に伝達させるギアをケース内部に収容するとともに、そのギアからの回転力が伝達されて回転する回転軸をケースに対して回転自在に支持したものが多用されている。このようなメータ装置では、回転軸の回転中の微振れを抑制するため、ギアには樹脂バネが一体に形成されていることが多い。

ところが、樹脂バネは、経時変化によるへたり、すなわち永久変形を生じやすいため、長期にわたって使っていると、回転軸を軸方向に押さえ込む力が弱まり、回転軸の微振れが大きくなってしまう。

そこで、経時的なへたりに起因する回転軸の微振れの増大を回避することができるとともに、回転軸の微振れを確実に抑制することが可能な回転軸支持構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、この回転軸支持構造では、図１３に示すように、上ケース１０１Ａ及び下ケース１０１Ｂからなる、配線板１０６に固定されたケース１０１の内部に、平板状の金属からなるスラスト板バネ（以下、「板バネ」と略す）１０２をギア１０３とケース１０１との間に湾曲自在に載置させているため、図示外の指針やこれを取付けている指針軸１０５がスムースに回転できるようになっている。

この回転軸支持構造においては、図１４に示すように、指針軸１０５から一体に延びる回転軸１０４が板バネ１０２の中心部分の孔１０２Ｂ（図１５参照）に挿入されている。また、回転軸１０４に固設されたボス１０４Ａを板バネ１０２に押付けることで、板バネ１０２を湾曲した状態に撓ませており、そのときの板バネ１０２からの反力を負荷として利用し、回転軸１０４に対する制動力を発生させている。

また、このようなメータ装置の回転軸支持構造にあっては、光源からの光を回転軸の基端部から取込むとともに、その回転軸の内部を介して先端まで導光させ、回転軸の先端に取付けた指針を発光照明させるようにするため、回転軸を導光性の良好な透明材料で形成したもの（以下、「導光兼用タイプ」とよぶ）も知られている。

特開２００５−２５３２７２号公報

ところで、上述のような構成のメータ装置の回転軸支持構造にあっては、板バネ１０２がギア１０３に対して下方（下ケース１０１Ｂ側）に設置されている。このような構造では、板バネ１０２を設置するためにその板バネ１０２に接触するボス１０４Ａを付設する必要があるなどの事情から、ケース１０１の厚さ方向について比較的大きな設置スペースを必要としている。特に、モータから回転軸まで回転力を伝達させる各種ギアを、横に並設させるのではなく縦列にまとめて積層させるような構造とした場合には、上述のボスの他にさらにこれらのギアが積み重なるので、ケースの厚さが一層増大する。このような構造は、メータ装置の小型化や薄型化の要請が高まっている近年では特に、薄型化には不向きである。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安定した荷重バネが得られるとともに回転軸のスムースな回動動作が得られる計器ユニットを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る計器ユニットは、下記（１）〜（５）を特徴としている。

（１） ステップモータと、
前記ステップモータの回転力が伝達されて回転するギア本体と、前記ギア本体の上面および下面から突出する、該ギア本体のギア軸と軸心を一にする回転軸と、を有するギアと、
前記ギアに荷重を上下方向に作用させる制動バネと、
前記ステップモータ、前記制動バネ、前記ギア、および指針が組み付けられる先端を除く前記回転軸を内部に収容するケースと、
を備える計器ユニットであって、
前記制動バネは、前記ギア本体の上面から突出する前記回転軸によって貫通可能な形状であり、
前記ギア本体の上面には、該ギア本体の上面から突出する前記回転軸によって貫通された前記制動バネを収容する凹部が形成され、
前記ケースの内面は、一部が前記ギア本体の下面を支持するとともに、別の一部が前記制動バネの上面を該制動バネ全体が前記凹部に収容されるまで押圧する形状である、
こと。
（２） 上記（１）の構成の計器ユニットにおいて、
前記制動バネは、前記回転軸によって貫通される孔が形成された環状の形状であり、
前記ケースには、前記制動バネの上面を押圧する別の一部として、該ケースの内面から前記制動バネの上面に向けて突設され、その端面が前記制動バネに接触するバネ押当部材が形成されている、
こと。
（３） 上記（２）の構成の計器ユニットにおいて、
前記制動バネは、外形が略真円形状若しくは略長円形状を有する板バネであり、
前記凹部は、前記回転軸を囲むように、前記制動バネの外径に対応して窪んだものである、
こと。
（４） 上記（２）または（３）の構成の計器ユニットにおいて、
前記ケースには、前記回転軸の先端に組み付けられた指針を引き抜く際に前記回転軸が引き上げられることを阻止するように前記ギア本体の上面に端面が接触する、該ケースの内面から前記ギア本体の上面に向けて突設されたストッパ部材が形成され、
前記ストッパ部材の端面は、前記制動バネに接触する前記バネ押当部材の端面から、前記凹部の深さ未満の距離だけ、前記ギアから離れる方向に位置している、
こと。
（５） 上記（１）から（４）のいずれか一つの構成の計器ユニットにおいて、
前記ケースの内面の、前記ギア本体の下面を支持する一部は、前記ギア本体の下面から突出する前記回転軸を支持する軸受けであり、前記ケースの内面の、前記制動バネの上面を押圧する別の一部は、前記ギア本体の下面から突出する前記回転軸を支持する軸孔である、
こと。

上記（１）の構成の計器ユニットによれば、安定した荷重バネが得られるとともに回転軸のスムースな回動動作が得られ、しかも、導光性能を損なうことのないものが得られる。
上記（２）の構成の計器ユニットによれば、環状の制動バネの少なくとも一部にバネ押当部材が絶えず接触していることにより、この制動バネがこれを収容するギアや回転軸と一体に回転する場合であっても、常にバネ押当部材を押圧して制動バネにギアへの荷重を発生させることができる。この結果、回転軸の回動動作を安定化させることができる。
上記（３）の構成の計器ユニットによれば、制動バネのギアの凹部への配置作業が簡単になる。
上記（４）の構成の計器ユニットによれば、指針を取り外す際につまり、回転軸の先端から指針を引き抜く際に、指針を組付けていたギア及び回転軸も一緒に、例えば所定範囲以上に引き上げられてしまう、といった事態になるのを、ストッパ部材がつっかい棒のような作用を果たすことで回避できる。これにより、ケースとギアに挟持された制動バネが、必要以上に押圧されてその弾性力が消失してしまうことを阻止できる。
上記（５）の構成の計器ユニットによれば、従来の計器ユニットのケースに設けられている軸受けおよび軸孔をわずかに改良することで、本発明を実施することができる。

本発明の計器ユニットによれば、回転軸には常時安定した荷重バネが作用するとともに回転軸のスムースな回動動作が得られ、しかも、導光性能を損なうことがなく、さらに装置の薄型化にも好適である。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

（Ａ）は本発明の第１の実施形態に係る計器ユニットの分解斜視図、（Ｂ）はその計器ユニットの斜視図である。 図１（Ｂ）の計器ユニットのＩＩ−ＩＩ線の矢視断面図である。 図２の計器ユニットの要部拡大断面図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ線の矢視断面図である。 本発明に係る計器ユニットの出力ギア及び回転軸を示す斜視図である。 （Ａ）から（Ｄ）は本発明に係る計器ユニットの制動バネを示すものであり、それぞれ、そのバネの斜視図、平面図、（Ｂ）のＶＩＣ−ＶＩＣ線の矢視断面図、（Ｂ）のＶＩＤ−ＶＩＤ線の矢視断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る計器ユニットの分解斜視図である。 図７のＶＩＩＩ部に示す、計器ユニットの上ケースの天井面における要部の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る計器ユニットを示す断面図である。 図９におけるＸ部の拡大図である。 （Ａ）は本発明の第２の実施形態に係る計器ユニットの作用を示す断面図、（Ｂ）はその（Ａ）におけるＸＩＢ部の要部拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る計器ユニットの作用を明確に示すための比較例であって、（Ａ）はその断面図、（Ｂ）はその（Ａ）におけるＸＩＩＢ部の要部拡大図である。 従来の回転軸支持構造を示す断面図である。 従来の回転軸支持構造に用いる板バネの作用を示す説明図である。 従来の板バネの形状を示す斜視図である。 従来の回転軸支持構造から想定され得る計器ユニットの断面図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る計器ユニット１Ａを示すものである。
計器ユニット１Ａは、ステップモータ５、減速ギア列、及び回転軸８などのムーブメント部品がモータケース４に収容されたものである。計器ユニット１Ａが装着されるメータ装置は、図２に示す基板２上に実装された光源３と、この光源３が搭載された領域を含む基板２上の所定場所に取付けられた計器ユニット１Ａと、この計器ユニット１Ａの上部に設置された、数字、文字、記号など、車自体或いは車周辺の環境などに関する必要情報を表示する図示外の表示板と、を有する。

本実施形態の計器ユニット１Ａが適用されるメータ装置は、図示外のコンビネーションメータの一部を構成しており、表面側を形成する表示板が全面に亘って嵌め込まれて見返し板を構成している。また、この表示板には、計器ユニット１Ａを含む各種計器類を設置するための各種表示窓を開口させており、側面及び背面側を構成するコンビネーションメータケースと一体化されている。更に、この表示板は、黒色系などの透明な図示外のカバーガラスで上部が覆われている。

なお、本実施形態の計器ユニット１Ａが適用されるメータ装置は、例えば速度計を構成している。この場合、図示しないセンサによって検出された現在速度に対応したセンサ信号に基づき、後述の指針を所定角度だけ回動させ、図示外の表示板に形成された特定の数字を指し示すことによって現在速度をアナログ表示する。

本実施形態の光源３は、所定波長（λ）の可視光を出射する例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）で構成されており、後述する回転軸８の下側の端面８Ａに正対するような状態でその直下の基板２に実装されている。なお、本実施形態の光源３であるＬＥＤは、光軸が基板２の上面に対して垂直なＺ方向に設定されており、このＬＥＤからの主要な大部分の光（以下、「照明光」とよぶ）が直上の回転軸８の下側の端面８Ａに向けて出射される。なお、この回転軸８の下側の端面８Ａから入射した照明光は、モータケース４の上部から突出した回転軸８の上側の先端まで導光され、この上端に圧入された指針が発光照明されるように構成されている。

モータケース４は、基板２に固設される下ケース４Ａと、この下ケース４Ａに重ねられる上ケース４Ｂとで構成されている。このモータケース４の内部には、ステップモータ５と、中間ギア６と、出力ギア７と、この出力ギア７と一体の回転軸（但し、上側の先端は除く）８と、を収容している。また、さらに、このモータケース４の内部には、後に詳細に説明する板バネ（以下、「制動バネ９」とよぶ）が出力ギア７と上ケース４Ｂとの間に組付けられた状態で収容されている。具体的には、制動バネ９が、出力ギア７側の一面（以下、「上面７Ａ」とよぶ）に設けた凹部７Ｃに収容されているが、これについては後に詳述する。なお、回転軸８の上側の先端は、モータケース４の外部に突出しており、この上側の端面８Ｂに図示外の指針が圧入された状態で嵌合されている。

下ケース４Ａは、上方が開口された略箱型形状を呈している。また、この下ケース４Ａには、その側面に、下方（−Ｚ方向）に向けて突出する円筒突起Ｐを左右両側面に設けており、これらの円筒突起Ｐが基板２上に開口された図示外の固定孔にそれぞれ嵌入されている。

また、下ケース４Ａの内部には、下面に形成された凹部４１の中央部から上方（上ケース４Ｂ方向）に向けて円筒状に突出する、別言すれば床面４Ｃ側から上ケース４Ｂの天井面４Ｄに向けて突出する軸受け４２Ａが形成されている。さらに、この下ケース４Ａの内面（以下、これを「床面４Ｃ」とよぶ）には、図１及び図２に示すように、上ケース４Ｂ方向に向けて僅かに突出した円筒状の軸受け４２Ｂ、軸受け４２Ｃがそれぞれ所定位置に形成されている。

なお、この下ケース４Ａでは、上述したように、この下ケース４Ａの床面４Ｃから突出した、回転軸８の下側の端部を回転自在に支持する軸受け４２Ａが設けられている。この軸受け４２Ａは、出力ギア７の上面７Ａとは反対面である他面（以下、「下面７Ｂ」とよぶ）を回転自在に支持する支持手段（つまり、下部軸受）としても機能している。なお、出力ギア７の下面７Ｂに対する支持手段としては、本実施形態のような回転軸８の下側を軸支するケース床面側の軸受け４２Ａで兼用させなくてもよい。例えば、出力ギア７の凹部７Ｃに対向する下面を支持する略円筒状の専用部材を、床面４Ｃ側から別に独立させて立設するようにしてもよい。

一方、上ケース４Ｂには、下ケース４Ａの凹部４１（図２参照）の中心部と同心状に設けた軸受け４２Ａに対応して、その直上部分に軸孔４３を穿設している。この軸孔４３には、回転軸８の上側の端部が回転可能な状態で貫通している。さらに、この上ケース４Ｂには、下ケース４Ａの軸受け４２Ｂ、軸受け４２Ｃに対応してその直上部分の内面、つまり天井面４Ｄに、図示外の軸受けがそれぞれ形成されている。

また、この上ケース４Ｂの天井面４Ｄの、出力ギア７の上面７Ａ側の凹部７Ｃに対向する部分には、図３に示すようにバネ押当部材４Ｅを、天井面４Ｄから下方に向けて所定長さ突出させた状態で一体に設けてある。このバネ押当部材４Ｅは、下端側が開口した略円筒形状を有する。そして、出力ギア７の凹部７Ｃに制動バネ９が収容され、最終的に上ケース４Ｂが下ケース４Ａと一体に組付けられたときに、バネ押当部材４Ｅが制動バネ９の上面を該制動バネ９が凹部７Ｃに収容されるまで、つまり制動バネ９の高さが凹部７Ｃの深さよりも小さくなるまで制動バネ９を押圧し、バネ押当部材４Ｅと出力ギア７の凹部７Ｃとの間に制動バネ９が挟持されるようになっている。このとき、少なくともバネ押当部材４Ｅの先端面（以下、「下端面４Ｆ」とよぶ）の一部が常に制動バネ９の上面に当接する。

ステップモータ５は、図示外の指針を回動させるためのものであり、減速ギア列、即ち中間ギア６及び出力ギア７（特にこれらのギア列ではなく、単一のギアで減速させる構成でもよい）を介して減速させながら回転軸８を回動させる。そして、この回転軸８を回動させることにより、これと一体の指針を表示板の表面に沿って回動させ、必要な各種情報を指し示すようになっている。本実施形態のステップモータ５は、図１に示すように、ステータ５１と、このステータ５１の開口された中央部に配設するロータ軸５２Ａに取り付けられたロータ５２と、を備えており、ステップモータを構成している。

なお、本実施形態の減速ギア列を構成するロータギア５３、中間ギア６及び出力ギア７にあっては、回転面（Ｘ−Ｙ）方向については、隣のギアどうしが互い違いに入り込むように一部が積層された状態で、かつ、厚さ（Ｚ）方向については隣のギアと僅かな隙間を隔てて積層配置された状態で、並設されている。

ステータ５１は、下ケース４Ａに固定されているとともに、ステータ５１の開口された中央部に向けて磁極となる磁芯５１Ｂが突設されており、この磁芯５１Ｂにはボビンに巻装されたコイル５１Ａが装着されている。

ロータ５２は、適宜の磁性材料で略円筒形状に形成されてステータ５１の開口された中央部に回転自在に設置されており、上部には歯数の少ない小径のロータギア５３が同芯状に固設されているとともに、外周面には図示しないマグネットを複数固着させている。なお、ロータ５２を取付けたロータ軸５２Ａは、図２に示すように、下ケース４Ａに設けた軸受け４２Ｂと上ケース４Ｂに設けた図示外の軸受けとの間に回転自在に軸支されている。

中間ギア６は、支軸６Ａに固着されており、この支軸６Ａが下ケース４Ａに設けた軸受け４２Ｃと上ケース４Ｂに設けた軸受けとの間に回転自在に軸支されている。この中間ギア６は、外周に設けた歯数の多い大歯６１が、ロータ５２の上部に固着した小歯のロータギア５３に噛合しており、ロータ５２からの回転速度が減速されて伝達される。また、この中間ギア６の下面には、歯数の少ない小径のピニオン６２が支軸６Ａと一体に同軸的に固着されている。

出力ギア７は、中間ギア６のピニオン６２からの回転力を回転軸８に伝達させるため、回転軸８の中間部付近においてこの回転軸８と一体に設けられている。なお、本実施形態の出力ギア７は、適宜の透明樹脂材料により、後述する回転軸８と一体成形されている。

この出力ギア７は、外周に設けた歯数の多い大歯７１が、中間ギア６の下部に設けたピニオン６２に噛合しており、中間ギア６の回転速度がさらに減速されて出力ギア７へ伝達され回転する。回転軸８は、大歯７１が側面に設けられた円盤状のギア本体の上面および下面から、ギア本体のギア軸と軸心を一にするように突出してギア本体に設けられている。このため、回転軸８は、大幅に減速された出力ギア７と同一の角速度で一体に回動し、高い精度で指針を回動させることができる。また、出力ギア７のギア本体には、該ギア本体の上面から突出する回転軸８によって貫通された制動バネ９を収容する凹部７Ｃが、上面に回転軸８を囲むように穿たれている。この凹部７Ｃは、制動バネ９の外形よりも僅かに大きい形状である。

詳細は後述するが、本発明の回転軸８は、出力ギアの上面に配置された制動バネ９の弾性力（バネ力）で下方に押下されながら、この軸線（Ｚ）方向に沿って後述する所定の遊びγ´（図１２（Ｂ）参照）の範囲内で移動可能となるように設置されている。一方、出力ギア７の大歯７１と噛合する本発明のピニオン６２についても、これに対応させるため、つまり上記移動可能な範囲内で出力ギア７の大歯７１と噛合させることができるようにするため、このピニオン６２の歯は軸線方向に沿って長めに形成されている。

換言すれば、ピニオン６２は、軸線方向にスライド可能な出力ギア７の大歯７１に対して、回転力伝達手段であるだけでなく、遊びγ´の範囲内で出力ギア７及び回転軸８を軸線（Ｚ）方向に対して移動可能とする、スライド手段を兼用しているわけである。

因みに、このスライド動作を行うためには、出力ギア７及び回転軸８は、普段は制動バネ９に押下されて最下位置で安定しているので、ここから上方へ遊びγ´の範囲内で移動可能である。

回転軸８は、指針の回転動作を行わせるための手段であるのと同時に、光源３からの照明光を指針へ導光させるための導光手段を兼ねている。そのため、この回転軸８は、導光性に優れた適宜の透光性の樹脂材料で出力ギア７と一体に成形されており、特に軸線方向が出力ギア７の回転面に対して垂直方向に向かうような状態で一体成形されている。本実施形態の回転軸８は、光源３からの照明光を指針まで導光させるために略円柱形状を有しているが、所要の通過光量を確保するため、導光機能を持たない回転軸に比べて外径を太くしている。

また、この回転軸８は、上述したように、上側が上ケース４Ｂの軸孔４３からモータケース４の外部に突出しており、表示板の表面まで突出する上端の部分に指針が圧入されて組付けられている。前述したように、回転軸８は、この上側の軸受けとして機能する上ケース４Ｂ側の軸孔４３に軸支されており、また下側が下ケース４Ａに設けた軸受け４２Ａに回転自在に軸支されている。

また回転軸８は、前述したように、下側の端面８Ａが光源３の直上に設置されて正対している。従って、光源３からの照明光がこの端面８Ａに入射すると、その照明光の大部分が回転軸８の内部の外周面との界面部分で反射（例えば、全反射或いは正反射等）を繰り返しながら導光され、上側の端面８Ｂへ向けて伝搬していく。

また、この回転軸８は、後述する制動バネ９で下方へ向けて付勢されているため、図３に示すように、普段は、出力ギアの下面７Ｂが軸受け４２Ａの上面４２Ｄに突き当たり、遊びγ´の範囲の最下位置まで降下した状態で収容されている。従って、この回転軸８と一体成形された出力ギア７の大歯７１は、軸方向に長めに形成されているピニオン６２に対して、その軸線方向に沿って変位可能な状態で噛合できるようになっている。

制動バネ９は、可撓性を有する金属性の適宜の薄板を略円形若しくは楕円形に切断したものであって、図６に示すように、外力が付与しない自然状態のときに、厚さ（Ｚ）方向に波打った曲面形状を有している。本実施形態の制動バネ９は、中央部に後述する孔９１を設けた左右対称なリング形状を呈しており、湾曲する厚さ方向の変位量に応じた大きさのバネ力（弾性力）を発生する。

この孔９１は、少なくとも回転軸８の外径寸法よりも大きな開口寸法を有する真円形状に開口されており、回転軸８の上側によって貫通される。

また、この制動バネ９は、図６に示すように、孔９１を臨む周方向に沿ったバネの環状部分が、上ケース４Ｂ内部の天井面４Ｄ側に設けたバネ押当部材４Ｅから出力ギア７の凹部７Ｃに向けて下（−Ｚ）方向に押付けられることで、出力ギア７を介して回転軸８に対して鉛直下（−Ｘ）方向に向かう弾性力（バネ力）を生じる。

本実施形態の制動バネ９は、断面略Ｕ字形の２つの領域（以下、「底部領域α」とよぶ）が、図３に示すように、出力ギア７の上面７Ａに形成した凹部７Ｃの底面に、２か所で接触する（線接触又は面接触）ような状態に収容されている。

また、この制動バネ９は、下面９Ａと反対面（以下、上面９Ｂ）側であって、底部領域αとはそれぞれ９０度だけ位相角度をずらして設けた、断面略逆Ｕ字形の２つの領域（以下、「頂部領域β」とよぶ）が、図４に示すように、上ケース４Ｂの天井面４Ｄから垂下するバネ押当部材４Ｅの先端面に接触する（線接触又は面接触）状態で、押当てられている。このような高低差（外力が作用しないときの高低差がｃ；図６（Ｃ），（Ｄ）参照）を有する状態で組付けられている制動バネ９は、回転軸８に対して下端（−Ｚ）方向に向けた所要のバネ力を付勢することで、回転軸８の安定的な回転動作を確保している。

従って、出力ギア７を一体に設けた回転軸８及び制動バネ９が上下のケース４Ａ，４Ｂ間に組付けられると、図４に示すように、上ケース４Ｂの天井面４Ｄからから垂下したバネ押当部材４Ｅは、出力ギア７の凹部７Ｃに搭載された制動バネ９に対して、先端面である下端面４Ｆが制動バネ９の頂部領域βに面接触（又は線接触）の状態で上から押し当たる。

ここで、可撓性を有する制動バネ９は、自然状態である湾曲形状に戻ろうとするような弾性変形を起こす。この結果、図３に示すように、上面７Ａの凹部７Ｃが制動バネ９の底部領域αに面接触（又は線接触）状態で当接する出力ギア７、及びこれと一体の回転軸８は、この回転軸８の軸線方向の下方（−Ｚ方向）に向けて弾性力が付勢される。つまり、回転軸８は、常時、制動バネ９によって弾性的に制動される。

このようにして、制動バネ９により回転軸８の微振れなどを防止できるわけである。また、このように回転軸８が光源３のある下方に向けて押下されるので、回転軸８の下端側の端面８Ａと光源３との間の距離Ｓ（図３参照）は、常時、接近する状態が保持されることとなる。その結果、光源３からの出射する照明光の外部への漏れを最小限に抑制しながら、その照明光を端面８Ａから回転軸８へ取込むことができるので、その分、導光性能が高まる。

上述した本発明の第１の実施形態に係る計器ユニット１Ａが導光性能に優れていることを説明するために、従来の回転軸支持構造から想定され得る計器ユニットと比較する。図１６は、従来の回転軸支持構造から想定され得る計器ユニットの断面図である。尚、本発明の第１の実施形態に係る計器ユニット１Ａと同一の符号が付与されている部材は、既に説明した部材であるため、その説明を省略する。上述のような従来の回転軸支持構造から想定され得る計器ユニットは、制動バネ９が出力ギア７に対して下方（下ケース４Ａ側）に設置されている。このため、制動バネ９の弾性力が、出力ギア７に対して上方に作用する。これに伴い、出力ギア７と一体に回転軸８が設けられている場合、この回転軸８もまた、指針を設けた先端方向に付勢される。従って、前述したような導光兼用タイプのものにあっては、回転軸８の下側の端面８Ａがこれに対面する光源３と距離が離れる傾向となる（図１６では、回転軸８の下側の端面８Ａと光源３が距離Ｓ´だけ離れている。）。その結果、光源から離れる分だけ、光源から出射される光を漏らすこととなり、効果的な導光が発揮できず、導光効率の低下をもたらす。一方、本発明の第１の実施形態に係る計器ユニット１Ａは、回転軸８が光源３のある下方に向けて押下されるので、回転軸８の下端側の端面８Ａと光源３との間の距離Ｓは、常時、接近する状態が保持されることとなる。その結果、光源３からの出射する照明光の外部への漏れを最小限に抑制しながら、その照明光を端面８Ａから回転軸８へ取込むことができる。この結果、導光性能が高まるわけである。

なお、上述したように、バネ押当部材４Ｅと出力ギア７の凹部７Ｃとの間で挟持された状態に組付けられた制動バネ９により、バネ押当部材４Ｅは、制動バネ９の上面９Ｂの頂部領域βに少なくとも下端面４Ｆの一部が常に当接している。一方、制動バネ９は、ステップモータ側からの回転力が伝達されて出力ギア７が回動中には、この出力ギア７と一体に回動する。但し、制動バネ９の下面と凹部７Ｃとの間の摩擦力よりも、制動バネ９の上面とバネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆとの間の摩擦力が大きければ、制動バネ９は凹部７Ｃに対して回転しない。

従って、制動バネ９が出力ギア７と一体となって回動するときには、バネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆのうち３６０度いずれかの方向の２か所の部位が制動バネ９の上面９Ｂの頂部領域βと常に摺動することとなる。また、出力ギア７を下方で支持している軸受け４２Ａが出力ギア７の下面７Ｂを下側から支持しているので、出力ギア７が回動中には、軸受け４２Ａもこの出力ギア７の下面７Ｂと常に摺動することとなる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば、ステップモータ５自身に微振れが生じたり、回転軸８の軸受部分などにがたつきなどを生じて回転軸８が振動を発生しようとしても、安定したバネ荷重を有する制動バネ９がこれらの振動を効果的に吸収できる。従って、回転軸８の微振れなどを防止できる。

また、例えば運転中に何らかの衝撃が車体側に作用し、基板２などを介してモータケース４の下ケース４Ａ（上ケース４Ｂでも同様）にもその衝撃が及ぶような場合、その衝撃力が下ケース４Ａの内面（床面）側の下部軸受を構成している軸受け４２Ａから出力ギア７及びこの出力ギア７の凹部７Ｃに収容した制動バネ９に伝搬する。すると、この制動バネ９が弾性変形することでその衝撃力を吸収・制振する。また、必要に応じこの弾性変位に合わせて、出力ギア７は、これに噛合する、中間ギア６の軸方向に長めに形成されたピニオン６２に対して、所要の遊びγ´の範囲内で軸方向にスライドする。このようにして、出力ギア７と一体化された回転軸８へ衝撃が伝搬するのを効果的に抑制する。その結果、外部などからの衝撃が車体などに作用しても、回転軸８及びこの上部に取り付けた指針などの揺れや微振れなどが確実に抑制できる。

また、本実施形態によれば、制動バネ９の頂部領域βが略逆Ｕ字形状を有することによって、図４に示すように、バネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆは制動バネ９の頂部領域βに対して線状（又は面状）に接触することができる。その結果、最小限の接触状態、別言すれば最小限に摩擦力を抑えることができる。従って、バネ押当部材４Ｅに制動バネ９が接触しながら回転していても、制動バネ９と一体に回転する出力ギア７については、その回転の妨げとならずに円滑な回動動作が得られる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る計器ユニット１Ｂについて、図７乃至図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して重複説明を避ける。

図７及び図９に示す本実施形態の計器ユニット１Ｂが第１の実施形態の計器ユニット１Ａと異なる点は、図８に示すように、上ケース４Ｂの天井面４Ｄにおいて、バネ押当部材４Ｅ近傍の回転軸８から離れた外側に、ストッパ部材４Ｇを天井面４Ｄから所定長さだけ出力ギア７に向けて突出させた状態で一体に設けた点である。

ストッパ部材４Ｇは、回転軸８の先端に取り付けてある図示外の指針を引き抜く際に、出力ギア７と一体の回転軸８が、指針と一緒に大きく引き上げられるのを阻止するためのものである。

本実施形態のストッパ部材４Ｇは、回転軸８が所定の遊びγ（但し、γ＜γ´；図１０及び図１２参照）の範囲を越えて指針と一緒に引き上げられようとすると、その遊びの範囲の最大部位まで移動したところで、図１１に示すように、出力ギア７の上面７Ａにストッパ部材４Ｇの先端面４Ｈが押し当って、それ以上回転軸８が上方へ移動するのを阻むようになっている。

ここで、本実施形態の計器ユニット１Ｂでは、少なくとも、バネ押当部材４Ｅの先端面４Ｆと出力ギア７の凹部７Ｃの底面との間の間隔ａ、ストッパ部材４Ｇの先端面４Ｈと出力ギア７のギア本体の上面７Ａとの間の間隔ｂ、及び制動バネ９の自然状態での最大高さ（つまり自然長）ｃ（図６参照）との間には、次式、
ｃ＞ａ＞ｂ ・・・（１）
の関係が成立している。
なお、このような関係を有するように構成したのは、以下の理由からである。

即ち、ｃ＞ａの不等号関係については、制動バネ９が所要の弾性力を発揮できるような状態に配置させるため、そのバネ９が配置されるべき隙間の大きさを要件として数式化したものである。

一方、ａ＞ｂの不等号関係については、指針を回転軸８から引き抜く際にこれにつられて回転軸８も引っ張られようとする場合に、制動バネ９が挟持されている隙間の大きさを一定量確保させるための大きさを要件として数式化したものである。これによって、制動バネ９が大きく押し潰されて永久変形を起こすことにより、制動バネ９の弾性力が損なわれるといった不都合が生じるのを回避させることができる。その結果、再び指針を取り付け直して使用するようなときに、制動バネ９が所要の弾性力を再び発揮できるので、必要な制動力（バネ荷重）を再度確保できる。

式（１）を満たすようにバネ押当部材４Ｅおよびストッパ部材４Ｇを設計すると、ストッパ部材４Ｇの端面は、制動バネ９に接触するバネ押当部材４Ｅの端面から、凹部７Ｃの深さ未満の距離だけ、出力ギア７から離れる方向に位置していることになる。

本実施形態では、図９に示すように、下ケース４Ａの内部において、図９では示されないステップモータ、中間ギア、そして出力ギア７及びこれと一体の回転軸８などを所定位置に収容した後に、この下ケース４Ａの上から上ケース４Ｂを一体に嵌合させて組み立てを完成させれば、図１０に示す状態となる。すなわち、制動バネ９の底部領域α及び頂部領域βとが、それぞれ、出力ギア７に設けた凹部７Ｃの底面部分及びバネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆに当接した状態で上下方向から挟持され、且つ、ストッパ部材４Ｇの端面と出力ギア７のギア本体の間に所定の遊びγを有する状態になる。

この状態のとき、出力ギア７は中間ギア６のピニオン６２とセレーション係合された状態であるので、遊びγの範囲で制動バネ９が上下方向の厚さを変化させるように弾性変形することで、その長めのピニオン６２の軸線方向に沿って出力ギア７が上下に変位可能となる。これにより、回転軸８の微振れを吸収させることができるようになっている。

次に、本実施形態の作用について、図１２に示す第１の実施形態に係る計器ユニット１Ａの場合（つまり、ストッパ部材４Ｇを備えていないもの）と比較しながら説明する。
ここでは、特に本実施形態の作用を分かりやすく説明するため、指針を上（Ｚ）方向に引き上げて回転軸８の先端から引き抜こうとするとき、の作用について説明していく。

１）第１の実施形態の場合
図１２（Ａ）に示すように、指針を上（Ｚ）方向に引き上げて回転軸８の先端から引き抜こうとするとき、指針１０を圧入させている回転軸８も同時に上方向に引き上げられることがある。この場合には、同図（Ｂ）に示すように、下ケース４Ａ床面４Ｃ側の軸受け４２Ａの上面４２Ｄと出力ギア７の凹部７Ｃ直下である下面７Ｂ部分とが離間する。

また、出力ギア７の大歯７１がピニオン６２と噛み合いながら、先述の遊びγ´の範囲（図３、図４では、制動バネ９の上面とバネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆとの間の隙間に相当する）で上昇移動することとなる。即ち、図１２（Ａ）に示すように、指針１０を回転軸８から引き抜く際に、これに引きずられて回転軸８と一体の出力ギアも上方へ大きく移動しようとするので、同図（Ｂ）に示すように、制動バネ９がバネ押当部材４Ｅと凹部７Ｃによって扁平な状態に押し潰されてしまうわけである。そして、制動バネ９が扁平な状態になったところで、その回転軸８及び出力ギア７の上昇動作が停止し、それ以上の上昇動作が阻止される。

このとき、制動バネ９は、凹部７Ｃの底面とバネ押当部材４Ｅの下端面４Ｆとの間に強く挟み付けられている。そのため、弾性限界以上の応力が制動バネ９に作用して押し潰された状態となるので、制動バネ９は塑性変形する場合が多い。これにより、所要の弾性特性を維持できなくなってしまい、弾性特性が変化したり、極端な場合には弾性力が消失する。

従って、制動バネ９を交換せずに指針を再度回転軸８に打ち込んで計器ユニットを使用する場合、制動バネ９による必要な制動力が得られずに、指針の回転動作にむらなどを生じるなどの不都合をもたらすこととなる。

２）第２の実施形態の場合
一方、ストッパ部材４Ｇを備えた第２の実施形態の計器ユニット１Ｂでは、出力ギア７と一体の回転軸８が遊びγ（但し、γ＜γ´；γ´は第１の実施形態の計器ユニット１Ａでの遊び）の最大位置まで移動したところで、図１１に示すように、出力ギア７の上面７Ａ（但し凹部７Ｃの領域を除く）がストッパ部材４Ｇの先端面４Ｈに突き当たる。このため、回転軸８がこれ以上に上昇移動するのが阻止される。

これによって、制動バネ９に対して、図１１に示すような扁平に近いところまで制動バネ９に押圧力が作用することがあっても、図１２に示すような完全に扁平した状態に至るまで押圧されることはない。従って、制動バネ９の塑性変形を回避させることができるわけである。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。

例えば、ギアを下方から支持する支持手段には、回転軸８の下側を軸支する下ケース４Ａ床面４Ｃ側の軸受け４２Ａで兼用しなくてもよい。即ち、出力ギア７の凹部７Ｃに対応する下面７Ｂを支持する部材を、床面から別に立ち上げるようにしても、代替可能である。

さらに、いずれの実施形態でも制動バネ９には金属性の薄板で構成しているが、これに限られない。

また、本発明の計器ユニットは、例えば、燃料計部、タコメータ部、スピードメータ部、及び水温計等の各種計器類などのメータ装置への適用が可能である。

１Ａ，１Ｂ 計器ユニット
２ 基板
３ 光源
４ モータケース（ケース）
４Ａ 下ケース
４Ｂ 上ケース
４Ｃ 床面
４Ｄ 天井面
４Ｅ バネ押当部材
４Ｆ （バネ押当部材の）下端面
４Ｇ ストッパ部材
４Ｈ 先端面
４１ 凹部
４２Ａ 軸受け
４３ 軸孔
５ ステップモータ
５１ ステータ
５２ ロータ
６ 中間ギア
６２ ピニオン
７ 出力ギア
７Ａ 上面
７Ｂ 下面
７Ｃ 凹部
８ 回転軸
８Ａ （下側の）端面
８Ｂ （上側の）端面
９ 制動バネ
９Ａ 下面
９Ｂ 上面
９１ 孔
１０ 指針
α （制動バネの）底部領域
β （制動バネの）頂部領域
γ、γ´ 遊び

Claims (5)

1. ステップモータと、
   前記ステップモータの回転力が伝達されて回転するギア本体と、前記ギア本体の上面および下面から突出する、該ギア本体のギア軸と軸心を一にする回転軸と、を有するギアと、
   前記ギアに荷重を上下方向に作用させる制動バネと、
   前記ステップモータ、前記制動バネ、前記ギア、および指針が組み付けられる先端を除く前記回転軸を内部に収容するケースと、
   を備える計器ユニットであって、
   前記制動バネは、前記ギア本体の上面から突出する前記回転軸によって貫通可能な形状であり、
   前記ギア本体の上面には、該ギア本体の上面から突出する前記回転軸によって貫通された前記制動バネを収容する凹部が形成され、
   前記ケースの内面は、一部が前記ギア本体の下面を支持するとともに、別の一部が前記制動バネの上面を該制動バネ全体が前記凹部に収容されるまで押圧する形状である、
   ことを特徴とする計器ユニット。
2. 前記制動バネは、前記回転軸によって貫通される孔が形成された環状の形状であり、
   前記ケースには、前記制動バネの上面を押圧する別の一部として、該ケースの内面から前記制動バネの上面に向けて突設され、その端面が前記制動バネに接触するバネ押当部材が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計器ユニット。
3. 前記制動バネは、外形が略真円形状若しくは略長円形状を有する板バネであり、
   前記凹部は、前記回転軸を囲むように、前記制動バネの外径に対応して窪んだものである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の計器ユニット。
4. 前記ケースには、前記回転軸の先端に組み付けられた指針を引き抜く際に前記回転軸が引き上げられることを阻止するように前記ギア本体の上面に端面が接触する、該ケースの内面から前記ギア本体の上面に向けて突設されたストッパ部材が形成され、
   前記ストッパ部材の端面は、前記制動バネに接触する前記バネ押当部材の端面から、前記凹部の深さ未満の距離だけ、前記ギアから離れる方向に位置している、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の計器ユニット。
5. 前記ケースの内面の、前記ギア本体の下面を支持する一部は、前記ギア本体の下面から突出する前記回転軸を支持する軸受けであり、前記ケースの内面の、前記制動バネの上面を押圧する別の一部は、前記ギア本体の下面から突出する前記回転軸を支持する軸孔である、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の計器ユニット。

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