JP2013057567A - 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】ステップモータの回転力が伝達されて回転する出力ギア７に対して荷重を上下方向から作用させる制動バネ９は、出力ギア７の上面から突出する回転軸８が貫通可能で、かつ、互いに直交する二軸方向の長さが異なる線対称な長形形状であり、出力ギア７の上面には、この上面から突出する回転軸８が貫通されている制動バネ９を収容する凹部７２が形成され、ステップモータ、制動バネ９、出力ギア７、および指針が組み付けられる先端を除く回転軸８を内部に収容するケース４の内面は、下ケース４Ａが、出力ギア７の下面７Ｂを支持するとともに、上ケース４Ｂが、制動バネ９の、ケース内面に向けて断面略凹状に湾曲した下面とは反対面である上面の長辺部９Ａを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す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は、回転軸の回転中の微小な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が生じやすいため、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、回転軸の微小な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小な振れの増大を回避することができる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９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。このため、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１０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１１参照）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する各種ギアを、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、特に小型化や薄型化には不向きである。

また、上述のような構成のメータ装置の回転軸支持構造は、弾性力で押圧される回転軸１０４や指針軸１０５も軸方向に大きく変位可能な状態となっており、位置が不安定となり易い。その結果、指針の回動動作も円滑性に欠け、非常に不安定な指針動作となる虞がある。

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、荷重バネの安定した制動動作により回転軸の安定した回動動作、延いては指針の滑らかな回転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、
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が中心部を貫通可能で、かつ、互いに直交する二軸方向の長さが長短異なるとともに前記長短各軸方向についてそれぞれ線対称な形状であり、
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が貫通される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、一部側が、前記ギア本体の下面を支持するとともに、別の一部側が前記制動バネの上面を押圧する形状である、ことを特徴とする。
（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小判状若しくは楕円状の形状であり、
前記制動バネの上面を押圧する前記ケースの前記別の一部側は、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の上面に接触するバネ押当部材である、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、前記長軸方向に沿った断面が前記ケース内面の前記一部側に向けて前記回転軸を囲むように略逆Ｕ状に湾曲した形状であるとともに、前記短軸方向に沿った断面が前記回転軸を囲むように前記別の一部側に向けて略Ｕ状に湾曲し、かつ、前記長軸方向の両端側が前記ギア本体の上面の前記凹部から離間する前記別の一部側の方向に反った折曲形状を有する板バネである、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、該ケースの内面の前記別の一部側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前記端面は、前記制動バネに接触する前記バネ押当部材の端面から、前記ギア本体の上面の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前記一部は、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前記別の一部は、前記ギア本体の上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、安定した制動動作を有する荷重バネが得られるので回転軸および指針のスムースな回動動作が得られ、延いては指針の滑らかな回転動作が実現できる。さらに、導光兼用タイプの回転軸を備えたものにあっては、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、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、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に、バネ押当部材の押圧動作によって制動バネにギアへの荷重を常に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、制動バネの湾曲した形状を利用してこれを掴む把持動作が確実に行えるので、ギアの凹部への配置作業が簡単になる。しかも、制動バネの長軸方向の両端側が凹部から離間する方向に折曲形状を有するので、この折曲形状部分での凹所に対する滑動機能を高めることができ、制動バネが押圧されて撓むときに滑らかなスライド動作が実現可能となる。
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ことを、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扁平状態となり、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、延いては指針の滑らかな回転動作が得られる。しかも、導光性能を損なうことがなく、さらに計器ユニットのケースの小型化や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。

図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る計器ユニットの斜視図、図１（Ｂ）はその計器ユニットのケース分解斜視図である。 図２は、本発明の実施形態に係る計器ユニットの部品分解斜視図である。 図３は、本発明の実施形態に係る計器ユニットの要部拡大断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る計器ユニットに備わる出力ギア及び回転軸を示す斜視図である。 図５は、本発明の実施形態に係る計器ユニットに備わる出力ギアに制動バネを搭載したときの状態を示す斜視図である。 図６は、本発明の実施形態に係る計器ユニットに備わる制動バネを示す平面図である。 図７（Ａ）は本発明の実施形態に係る計器ユニットに備わる制動バネの自然長状態を示す斜視図、図７（Ｂ）は本発明の実施形態に係る計器ユニットに備わる制動バネが押圧されて扁平する方向に屈曲したときの様態を示す斜視図である。 図８（Ａ）は図７（Ａ）におけるＶＩＩＩＡ−ＶＩＩＩＡ線矢視断面であり、図８（Ｂ）は図７（Ａ）におけるＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線矢視断面である。 図９は、従来の回転軸支持構造を用いた計器ユニット示す断面図である。 図１０は、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。 図１１は、従来の回転軸支持構造に用いる板バネの形状を示す斜視図である。 図１２は、従来の回転軸支持構造から想定され得る、比較例として示す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。
図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２は、本発明の実施形態に係る計器ユニット１を示すものである。
計器ユニット１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１が装着されるメータ装置は、図３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１と、この計器ユニット１の上部に設置された、図示しない指針によって数字、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１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１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、計器ユニット１が適用されるメータ装置は、例えば本実施形態の場合には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。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図示外の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（以下、ケースとよぶ）４は、基板２に固設される下ケース４Ａと、この下ケース４Ａに重ねられた状態で一体に組付ける上ケース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出力ギア７に収容されている。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）の中央部側に設けた凹部７２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、ケース４の外部に突出しており、この上側の端面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、下面に形成された図３に示す凹部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、別言すれば内面（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の床面４Ｃには、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。

下ケース４Ａ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７２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３参照）の中心部と同心状に設けた軸受け４２Ａに対応して、その直上部分の軸受け４３Ａ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７２に対向する部分には、図３に示すようにバネ押当部材４４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４４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７２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４４が制動バネ９の上面を押下する。

即ち、このバネ押当部材４４は、該制動バネ９が凹部７２に収容されるまで、つまり制動バネ９の高さが凹部７２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４４と出力ギア７の凹部７２との間に制動バネ９が挟持される。このとき、バネ押当部材４４の先端面（以下、「下端面４４Ａ」とよぶ）の少なくとも何れか一部の領域が常に制動バネ９の上面に当接する。

さらに、上ケース４Ｂの天井面４Ｄには、図３に示すように、ストッパ部材４５が一体に形成されている。このストッパ部材４５は、回転軸８の先端に組み付けられた指針を引き抜く際に回転軸８が一緒に引き上げられるのを阻止するためのものであり、上ケース４Ｂの内面から出力ギア7の上面７Ａに向けて突設されている。

このストッパ部材４５は、ケース４に回転軸８を収納している場合に、出力ギア７の上面７Ａとの間に所定距離ｂだけ隙間を有しており、指針を引き抜く際に指針の引き抜き力で一体に引き上げられると、出力ギア７の上面７Ａがストッパ部材４５の下端面４５Ａに接触することで、出力ギア７及び回転軸８がそれ以上上方に移動しようとするのを阻止する。

なお、この隙間ｂは、上下に変位可能な制動バネ９を介して出力ギア７が、回転軸８の軸方向に所定の遊びの範囲内で揺動動作を行うことを可能とするためのものである。この隙間ｂは、ストッパ部材４５の下端面４５Ａを出力ギア７上面から所要距離離間させることで形成されている。

本実施形態のストッパ部材４５は、回転軸８が所定の遊び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、出力ギア７の上面７Ａにストッパ部材４５の先端面、つまり下端面４５Ａが押し当る。これにより、回転軸８がそれ以上に上方へ移動するのを阻む。

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。本実施形態のステップモータ５は、図２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。このため、Ｚ方向の高さを嵩上げしなくても、減速ギア列の一部を上下方向で接触しないような状態で重層配置させている分、Ｘ−Ｙ方向の設置スペースが削減可能となっている。その結果、ケース４自体も、小型化、薄型化に好都合となっている。

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に伝達するため、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の下面に設けたピニオン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。図３に示すように、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を構成する出力ギア７の上面および下面から、出力ギア７のギア軸と軸心を一にするように突出して出力ギア７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、高い精度で図示外の指針を回動させることができる。

また、図３及び図４に示すように、出力ギア７には、この上面中央から突出する回転軸８が貫通された制動バネ９を収容する凹部７２が、上面に回転軸８を囲むように穿たれている。本実施形態の凹部７２は、後述する制動バネ９と同じ略小判型の形状を有しているが、制動バネ９の外形よりもごく僅か大きい形状である。なお、ここで、「小判型」とは、直交する二軸に沿った２（Ｘ，Ｙ）方向の長さの比が異なる、換言すれば長辺及び短辺を有する概略矩形形状のものであって、特に、短辺部分は略円弧状、長辺部分は直線状を呈する形状を有しているものとする。

出力ギア７の凹部７２は、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す制動バネ９の自然状態での高さｃより若干小さな（若しくはほぼ同等の）深さを有している。また、この凹部７２は、図４に示すように中央部に回転軸８が突出しているが、この回転軸８を取り囲む角隅部分に近い４か所には凹部７２の底面から僅かな高さｈ（但し、ｈ≪Ｈ）だけ突出した台座７３を設けている。そして、図５に示すように、この台座７３に制動バネ９の短辺側が搭載される。

詳細は後述するが、本発明の回転軸８は、出力ギア７の凹部７２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）方向に沿って前述した所定の遊び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と常時噛合させるようにするため、このピニオン６２の歯は軸線（Ｚ）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、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の範囲内で移動可能である。

回転軸８は、図示しない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からケース４の外部に突出しており、表示板の表面側まで突出する上端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、上部が上ケース４Ｂ側の軸孔４３に回転自在に挿通されて軸支されており、また下部が下ケース４Ａに設けた軸受け４２Ａに回転自在に挿通されて軸支されている。

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、図６に示すように、可撓性を有する金属性の適宜の薄板を、直交する二軸（Ｘ，Ｙ）方向の長さが長短異なる各軸方向に関してそれぞれ線対称な固有形状、特に本実施形態では略小判型（若しくは楕円形）に切断したものである。本発明の制動バネ９は、中央部に後述する孔９１を開口した平坦面９２と、これから両長軸方向に向けて下（−Ｚ）方向に向け断面略Ｕ字状に延びる翼部９３と、この翼部９３の先の両長軸（±Ｙ）方向の端部を上方に向け折曲させた折返部９４と、を有する２軸対称な略小判型形状を呈している。このような形状の翼部９３により、湾曲する厚さ（Ｚ）方向の変位量Δｃ（＝ｃ−ｃ´；図７（Ａ）及び図７（Ｂ）参照）に応じた大きさのバネ力（弾性力）を発生する。

制動バネ９の孔９１は、少なくとも回転軸８の外径寸法よりも若干大きな開口寸法を有する真円形状、若しくは制動バネ９の変位に対応可能とするためにやや長円形状に開口されており、回転軸８の上側部分がこの孔９１を貫通する。

また、制動バネ９の翼部９３は、図７（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、外力が付与されない自然状態のときに、凹部７２の底面に向けて断面略Ｕ字状に波打った曲面形状を有している。即ち、制動バネ９が自然状態のときには、長軸（Ｙ）方向に沿って断面山型状を有する翼部９３の厚さ（Ｚ）方向における高低差（ｃ）が大きくなっており、出力ギア７の上下動に伴う制動バネ９の変位量を十分に確保させることができるようになっている。また同様に、自然状態のときには、短軸（Ｘ）方向に沿った断面が略Ｕ字形状を有する翼部９３は、その厚さ（Ｚ）方向における湾曲深さ（ｄ）も大きくなっている（図８（Ｂ）参照）。

なお、この制動バネ９では、図５に示すように、翼部９３と折返部９４との境界部分の最下部の面（以下、最下面９Ｂとよぶ）が出力ギア７の凹部７２の底面に向けた台座７３に支承された状態で載置される。即ち、本実施形態の制動バネ９は、出力ギア７の上面７Ａの凹部７２の底面四隅近傍に形成した台座７３に、２か所の最下面９Ｂで接触する（線接触又は面接触）ような状態に収容される。

また、翼部９３の短軸方向の両縁部、つまり一対の長辺部９Ａが上ケース４Ｂ内部の天井面４Ｄ側に設けたバネ押当部材４４の下端面４４Ａに接触し、出力ギア７の回転動作に伴って長辺部９Ａと下端面４４Ａの間で摺動動作を行う。即ち、孔９１を臨む両翼部９３の長辺部９Ａが、図３に示すように、上ケース４Ｂ内部の天井面４Ｄ側に設けたバネ押当部材４４から出力ギア７の凹部７２に向けて下（−Ｚ）方向に押付力が作用する。その結果、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）を生じることで、回転軸８の安定的な回転動作を確保する。

なお、翼部９３の短軸方向の長さ（図６に示す横幅ｗ）は、出力ギア７の凹部７２の幅寸法（図５に示す短辺幅ｗ_０）の大きさに対応してほぼ一致させており、双方の間に隙間の発生をなくして出力ギア７回転時の制動バネ９のがたつきを抑えるようにしてある。

折返部９４は、端面がエッジのないＲ加工、あるいは面取り加工された形状を呈しており、各端部を上方に向け折曲させることで台座７３や凹部７２の周壁面などにエッジが引掛かるのを回避させている。また、この折返部９４では、折曲形状とすることで最下面９Ｂでの滑動機能を高め、制動バネ９が撓むときに台座７３上を滑らかにスライドできるようにしている。なお、この制動バネ９は加重安定のために金属製が好ましい。

ここで、本実施形態の計器ユニット１では、少なくとも、バネ押当部材４４の下端面４４Ａと出力ギア７の凹部７２の底面の台座７３との間の間隔ａ（図３参照）、ストッパ部材４５の先端面４５Ａと出力ギア７の上面７Ａとの間の間隔ｂ（図３参照）、及び制動バネ９の自然状態での最大高さ（つまり自然長での高低差）ｃ（図８（Ａ）及び図８（Ｂ）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、その制動バネ９が配置されるべき上下方向での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が完全な扁平状態にならなくて済むようにするための要件である。つまり、挟持されている隙間の大きさがゼロとならない必要最小限の大きさを確保すること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４４およびストッパ部材４５を設計すると、ストッパ部材４５の下端面４５Ａは、制動バネ９に接触するバネ押当部材４４の下端面４４Ａから、凹部７２の深さ未満の距離だけ、出力ギア７から離れる上方向に位置していることになる。

ここで、制動バネ９の作用について、説明する。
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３に示すように、上ケース４Ｂの天井面４Ｄから垂下したバネ押当部材４４が、出力ギア７の凹部７２に搭載された制動バネ９を押下する。即ち、バネ押当部材４４の下端面４４Ａが制動バネ９の長辺部９Ａに線接触（出力ギア７が最大上昇したときには面接触状態となる場合もある）の状態で上から押し当たる。

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、凹部７２の台座７３が制動バネ９の最下面９Ｂ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の微小な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。

上述した本実施形態に係る計器ユニット１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（比較例）と比較する。図１２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、図１２に示す比較例の計器ユニットにおいて、本実施形態に係る計器ユニット１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、本実施形態の制動バネ９と略同様な機能を有する制動バネ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１２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、本発明の実施形態に係る計器ユニット１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４４と出力ギア７の凹部７２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４４は、制動バネ９の翼部９３の長辺部９Ａの上面部分に下端面４４Ａの少なくともいずれか一部領域が常に当接している。一方、制動バネ９は、ステップモータ５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。なお、制動バネ９の最下面９Ｂと凹部７２の台座７３上面との間の静止摩擦力の方が、制動バネ９の長辺部９Ａの上面とバネ押当部材４４の下端面４４Ａとの間の動摩擦力より大きければ、制動バネ９は凹部７２内で僅かであるが引きずられてがたつく状態が回避できる。

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、円筒形状のバネ押当部材４４の下端面４４Ａ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の上面の長辺部９Ａ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の上面４２Ｄ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、出力ギア７が上方へ変位しない限り、軸受け４２Ａの上面もこの出力ギア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自身に微小な振れが生じたり、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の微小な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７２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小な振れなどが確実に抑制できる。

次に、本実施形態に係る計器ユニット１の図示しない指針を上（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。

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、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７２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、先述の遊びの範囲で上昇移動することとなる。即ち、指針を回転軸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７も上方へ大きく移動しようとする。そのため、制動バネ９がバネ押当部材４４と凹部７２の台座７３によって扁平状態となる方向に押圧される。極端な場合には、押し潰されてしまうわけである。ところが、本実施形態では、ストッパ部材４５が設置されているので、制動バネ９が扁平状態になるところまで出力ギア７が上昇移動されるのを阻止している。

つまり、ストッパ部材４５を設置することで、制動バネ９が凹部７２の底面の台座７３とバネ押当部材４４の下端面４４Ａとの間に強く挟み付けられるのを阻止できる。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って、制動バネ９が塑性変形するといった事態がもたらされるのを回避できる。つまり、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といったトラブルを回避できるわけである。これにより、制動バネ９の弾性不良に伴う新しい制動バネ９への交換作業が不要となる。因みに、本実施形態によれば、制動バネ９の湾曲した形状を利用してこれを掴む把持動作が確実に行えるので、出力ギア７の凹部７２への制動バネ９の配置作業は簡単になる。

従って、本実施形態によれば、下ケース４Ａの内部において、図２で示すステップモータ５、中間ギア６、そして出力ギア７及びこれと一体の回転軸８、さらに制動バネ９などを所定位置に組付けて収容させる。その後に、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、要部が図３に示す組付け状態となる。すなわち、制動バネ９の最下面９Ｂ及び長辺部９Ａが、それぞれ、出力ギア７に設けた凹部７２の底面部分の台座７３及びバネ押当部材４４の下端面４４Ａに当接した状態で上下方向から挟持される。また、ストッパ部材４５の下端面４５Ａと出力ギア７の上面７Ａとの間に所定の隙間、つまり遊び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。従って、遊びの範囲内で制動バネ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の微小な振れを吸収させることができる。

また、本実施形態によれば、制動バネ９の翼部９３が断面略Ｕ字形状を有することによって、図３に示すように、バネ押当部材４４の下端面４４Ａは制動バネ９の長辺部９Ａに対して線状（又は面状）に接触できる。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、出力ギア７は、これと一体に回転動作するように構成された制動バネ９がバネ押当部材４４に接触し摺動しながら回転運動していても、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。

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、出力ギア７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７２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、本実施形態では、制動バネ９には金属製の薄板で構成しているが、同様の効果が得られるようであればこれに限られない。

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。

１ 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（内面の一部側）
４Ｄ 天井面（内面の別の一部側）
４１ 凹部
４２Ａ 軸受け
４３ 軸孔
４４ バネ押当部材
４４Ａ （バネ押当部材の）下端面
４５ ストッパ部材
４５Ａ （ストッパ部材の）先端面
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
７２ 凹部
７３ 台座
８ 回転軸
８Ａ （下側の）端面
９ 制動バネ
９Ａ 長辺部
９Ｂ 最下面
９１ 孔
９２ 平坦面
９３ 翼部
９４ 折返部
ａ バネ押当部材の下端面と出力ギアの凹部の台座との間の間隔
ｂ ストッパ部材の先端面と出力ギアの上面との間の間隔
ｃ 制動バネの自然状態での最大高さ（つまり自然長）

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、
   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が中心部を貫通可能で、かつ、互いに直交する二軸方向の長さが長短異なるとともに前記長短各軸方向についてそれぞれ線対称な形状であり、
   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が貫通される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、一部側が、前記ギア本体の下面を支持するとともに、別の一部側が前記制動バネの上面を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小判状若しくは楕円状の形状であり、
   前記制動バネの上面を押圧する前記ケースの前記別の一部側は、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の上面に接触するバネ押当部材である、
   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、前記長軸方向に沿った断面が前記ケース内面の前記一部側に向けて前記回転軸を囲むように略逆Ｕ状に湾曲した形状であるとともに、前記短軸方向に沿った断面が前記回転軸を囲むように前記別の一部側に向けて略Ｕ状に湾曲し、かつ、前記長軸方向の両端側が前記ギア本体の上面の前記凹部から離間する前記別の一部側の方向に反った折曲形状を有する板バネである、
   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、該ケースの内面の前記別の一部側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前記端面は、前記制動バネに接触する前記バネ押当部材の端面から、前記ギア本体の上面の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前記一部は、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前記別の一部は、前記ギア本体の上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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