JP5721522B2 - 計器ユニット - Google Patents

Description

本発明は、各種の計器装置に用いられる、指針を回転駆動させる計器ユニットに関する。

自動車等の車両には、車両速度を指示する車両速度メータ、エンジン回転数を指示するエンジン回転数メータ、燃料残量を指示する燃料残量メータ、冷却水の温度を指示する水温メータ、等の種々のメータ（計器）が装備されており、これらの各種メータ機能を取り込んだ、所謂コンビネーションメータ型の車両用計器装置が用いられている。

このような計器装置に用いられる計器ユニットは、指針を支持する回転軸を、平歯車が一体に形成された筒状の軸受け部に挿入して取り付け、この軸受け部を、上ケースと下ケースとの間に回動可能に支持させたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。この計測装置では、指針及び回転軸が、光を透過する材料（例えば、ポリカーボネートやアクリル樹脂など）で形成されており、回転軸の一端側から光が入り、他端側の指針が照明されるようになっている。

特開２０１０−１９０７４８号公報 欧州特許出願公開第１５１０７９１号明細書

ところで、回転軸における導光効率を高めて指針を良好に照明するには、回転軸を極力大径にして指針へ導く光量を多くする必要がある。また、回転軸が挿入されて取り付けられる筒状の軸受け部は、回転軸の圧入力等が加わっても破損することのないように肉厚を厚くして強度を確保することが望まれる。

しかし、回転軸を大径にし、さらに、軸受け部の肉厚を厚くすると、軸受け部における外径が大きくなり、ケースとの支持箇所での摺動摩擦抵抗が増大し、円滑な回転に支障を来してしまう。

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、軸の円滑な回転動作を維持しつつ、指針へ効率良く光を導くことが可能な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）を特徴としている。
（１） ケース内に収容された駆動機構と、該駆動機構の回転駆動力がギア列を介して伝達される出力ギアと、該出力ギアと一体的に回転される指針軸と、該指針軸の先端に支持された指針と、前記指針軸の後端に光を入射させる発光部材とを備え、前記指針軸内に導かれた前記発光部材からの光によって前記指針が照明される計器ユニットであって、
前記指針軸は、透明材料から形成されて前記ケースに回転可能に支持され、
前記出力ギアは、その中心に前記指針軸が挿入される挿通孔を有し、
前記指針軸及び前記出力ギアは、前記指針軸を前記出力ギアの前記挿通孔へ挿入した状態で前記指針軸に対して前記出力ギアを一体的に組み付ける係合機構を備え、
前記係合機構は、前記出力ギアに形成された係合孔と、該係合孔における回転方向側の対向位置に形成された弾性変形可能な一対の係合梁部と、前記指針軸に形成されて径方向外方へ張り出したフランジ部と、該フランジ部に形成されて前記係合孔へ挿入される係合爪と、該係合爪における前記係合孔への挿入方向と直交する回転方向側の両側に形成された一対の爪部とを有し、
前記挿通孔への前記指針軸の挿入とともに、前記係合孔へ前記係合爪が挿入され、前記係合爪の前記爪部によって弾性変形された前記係合梁部が復元して前記爪部と前記フランジ部との間に入り込むことにより、前記爪部と前記係合梁部とが互いに係合してなること。

上記（１）の構成の計器ユニットでは、光を指針へ導く指針軸自体をケースに回転可能に支持し、この指針軸に出力ギアを係合機構で係合させて組み付けている。したがって、指針軸を筒状の軸受け部に挿入して軸受け部をケースに回転可能に支持した構造と比較して、導光効率を高めるために指針軸を大径にしても、ケースとの支持箇所における摺動摩擦抵抗の増大を極力抑えることができ、円滑な回転が可能となる。
また、この計器ユニットでは、係合孔における回転方向側の対向位置に形成された弾性変形可能な一対の係合梁部が、係合爪における係合孔への挿入方向と直交する回転方向側の両側に形成された一対の爪部とフランジ部との間に入り込んで係合することにより、指針軸に対して出力ギアが一体的に組み付けられる。このような係合状態において、出力ギアを含むギア列を介して回転駆動力が伝達される際に振動が発生しても、この振動は、出力ギアにおける係合機構の係合梁部が弾性変形し、指針軸と出力ギアとが回転方向へ僅かに相対的に変位することによって吸収される。したがって、指針軸と出力ギアとを強固に固定した構造と比較して、ギア列で生じる振動がケースに伝達されて異音が発生するような不具合を確実に防止することができる。

本発明によれば、軸の円滑な回転動作を維持しつつ、指針へ効率良く光を導くことが可能な計器ユニットを提供できる。

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。

回路基板に取り付けられた計器ユニットの一部を断面視した斜視図である。 計器ユニットの分解斜視図である。 出力ギアが組み付けられた指針軸の斜視図である。 指針軸及び出力ギアの斜視図である。 指針軸に組み付けられた出力ギアを示す図であって、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。 係合機構における係合時の動きを示す図であって、図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ係合機構における断面図である。 指針軸と出力ギアとが一体成形された参考例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態の例を、図面を参照して説明する。

図１は、回路基板に取り付けられた計器ユニットの一部を断面視した斜視図、図２は、計器ユニットの分解斜視図、図３は、出力ギアが組み付けられた指針軸の斜視図、図４は、指針軸及び出力ギアの斜視図、図５は、指針軸に組み付けられた出力ギアを示す図であって、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図６は、係合機構における係合時の動きを示す図であって、図６（ａ）から図６（ｃ）は、それぞれ係合機構における断面図である。

図１及び図２に示すように、計器ユニット１１は、車両の速度メータ、エンジン回転数メータ、燃料残量メータ、水温メータ、等の指標となる目盛や数字などを指示する、指針１３を回転駆動させるための駆動装置であり、回路基板１２に固定されている。

この計器ユニット１１は、ハウジング２０の内部に、ステッピングモータ等の電気式のムーブメント（駆動機構）１０が収容されており、このムーブメント１０は、車両速度、エンジン回転数、燃料残量、冷却水の温度、等の計測値に応じて駆動する。この計器ユニット１１は、ムーブメント１０によって回転される指針軸１４が設けられており、この指針軸１４に、指標を指示するための指針１３が取り付けられる。

ハウジング２０は、例えば合成樹脂を射出成形して形成されており、下側ケース（ケース）２１及び上側ケース（ケース）２２から構成されている。

ハウジング２０の内部には、出力ギア１７を備えた指針軸１４、モータ１５及び中間ギア１６及びからなるムーブメント１０を備えている。

モータ１５は、指針１３を回動させるためのものであり、中間ギア１６及び出力ギア１７を回動させることにより、出力ギア１７の指針軸１４に取り付けられた指針１３を回動させ、必要な各種情報を指し示すようになっている。モータ１５は、適宜の導電性材料で形成されたステータ３１と、このステータ３１の開口された内部に設けられたロータ３２と、を備えており、ステッパモータを構成している。

ステータ３１は、下側ケース２１に固定されており、開口された内部にコイル３４が装着されている。

ロータ３２は、適宜の磁性材料で略円筒形状に形成されてステータ３１の開口された内部に回転自在に設置されており、上部にはロータギア３５が同芯状に固設されている。なお、ロータ３２は、下側ケース２１に設けた軸受け３２Ａに回転自在に軸支されている。

中間ギア１６は、下側ケース２１に設けた軸受け１６Ａに回転自在に軸支されている。この中間ギア１６は、外周に設けた歯数の多い大歯４１が、ロータ３２の上部に設けた小さなロータギア３５の小歯に噛合しており、ロータ３２からの回転速度（回転力）が減速されて伝達される。また、この中間ギア１６には、歯数の少ない小径のピニオン４２が同軸的に固着されている。

出力ギア１７は、指針軸１４に組み付けられており、出力ギア１７に形成された大歯４３が中間ギア１６のピニオン４２に噛合しており、中間ギア１６の回転速度がさらに減速されて伝達され、回転する。即ち、ムーブメント１０は、ロータギア３５、中間ギア１６の大歯４１、中間ギア１６のピニオン４２、出力ギア１７の大歯４３からなるギア列を備えており、このギア列によってモータ１５の回転駆動力が出力ギア１７へ伝達される。

指針軸１４は、上端側が上側ケース２２の軸孔２２ａに通されて回転可能に保持され、この軸孔２２ａから外部に突出している。そして、この突出した指針軸１４の上端部に指針１３が取り付けられる。また、指針軸１４は、その下端部が下側ケース２１に設けた軸受け１４Ａに回転可能に軸支されている。

回路基板１２には、発光ダイオード等の発光部材２３が搭載されている（図１参照）。この発光部材２３は、指針軸１４の下端面の対向位置に配置されている。これにより、この発光部材２３が発光すると、この発光部材２３の光が指針軸１４の下端面から入射するようになっている。

図３及び図４に示すように、指針軸１４及び出力ギア１７は、軸線を挟んだ対向位置に、一対の係合機構５０を備えている。出力ギア１７には、その中心に、挿通孔５１が形成されており、この挿通孔５１に指針軸１４を挿入した状態で、係合機構５０によって、指針軸１４に対して出力ギア１７が一体的に組み付けられている。

出力ギア１７は、成形性及び耐疲労性に優れ、寸法安定性、剛性、耐摩耗性が良好な、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）から成形されている。この出力ギア１７は、円板状に形成されており、中心に挿通孔５１が形成され、外周部に大歯４３が形成されている。この出力ギア１７の挿通孔５１には、指針軸１４が、下方側から挿入される。また、この出力ギア１７には、挿通孔５１を挟んだ対向位置に係合孔５２が形成されている。また、出力ギア１７には、各係合孔５２の回転方向側における両側部に、スリット５３が形成されており、これにより、各係合孔５２の両側部には、回転方向側に一対の係合梁部５４が形成されている。

指針軸１４は、発光部材２３の光を導くために、例えば、透明アクリルまたは透明ポリカーボネートから成形されており、この指針軸１４は、出力ギア１７の挿通孔５１へ、その下方側から挿入される。この指針軸１４は、その下端近傍に、径方向外方へ張り出したフランジ部５６が形成されており、また、このフランジ部５６の近傍部分における先端側に、大径に形成された圧入部５７を有している。圧入部５７は、出力ギア１７の挿通孔５１の内径よりも僅かに小さな外径を有している。フランジ部５６には、指針軸１４を挟んだ対向位置に係合爪５８が形成されている。これらの係合爪５８には、回転方向側における両側に、側方へ突出する一対の爪部５９を有している。各係合爪５８は、爪部５９の頂部同士の寸法が、出力ギア１７の係合孔５２における係合梁部５４同士の間隔よりも大きくされている。そして、これらの係合爪５８は、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、出力ギア１７の係合孔５２へ、その下方側から挿入されることにより、両側の爪部５９と係合梁部５４とが互いに係合されている。

このように、指針軸１４及び出力ギア１７に設けられた係合機構５０は、出力ギア１７に形成された係合孔５２と、係合孔５２における回転方向側の対向位置に形成された弾性変形可能な一対の係合梁部５４と、指針軸１４に形成されて径方向外方へ張り出したフランジ部５６と、フランジ部５６に形成されて係合孔５２へ挿入される係合爪５８と、係合爪５８における係合孔５２への挿入方向と直交する回転方向側の両側に形成された一対の爪部５９とを有している。

指針軸１４と出力ギア１７とを組み付けるには、まず、出力ギア１７の挿通孔５１へ、その下方側から指針軸１４を挿入する。

さらに、図６（ａ）に示すように、指針軸１４のフランジ部５６に形成された各係合爪５８の位置を、出力ギア１７の係合孔５２に合わせる。

この状態で、出力ギア１７へ指針軸１４のフランジ部５６を近接させる。すると、係合爪５８が係合孔５２へ押し込まれ、図６（ｂ）に示すように、係合梁部５４が係合爪５８の爪部５９によって外方（矢印α方向）へ押圧されて弾性変形する。

その後、係合爪５８の爪部５９が係合梁部５４を乗り越えて指針軸１４の挿通孔５１への挿入方向側へ移動すると、図６（ｃ）に示すように、弾性変形していた係合梁部５４が内方（矢印β方向）へ復元し、係合梁部５４が、係合爪５８の爪部５９とフランジ部５６との間に入り込む。これにより、出力ギア１７の係合孔５２へ両側の爪部５９と係合梁部５４とが互いに係合され、出力ギア１７と指針軸１４とが一体化される。また、このとき、指針軸１４の圧入部５７が出力ギア１７の挿通孔５１へ隙間なく挿入され、指針軸１４と出力ギア１７の挿通孔５１とのがたつきがなくされる。そして、このように、一対の係合機構５０によって互いに係合されることにより、出力ギア１７は、係合爪５８が係合孔５２から抜け出すようなことなく、確実に組み付けられた状態となる。

このように、指針軸１４と出力ギア１７とからなる導光出力ギア１８を備えた本実施形態に係る計器ユニット１１では、発光部材２３が発光すると、この発光部材２３の光が、指針軸１４に、その下端面から入射する。そして、この指針軸１４に入射した光は、指針軸１４を通り、指針１３へ導かれ、よって、指針１３が発光する。

以上、説明したように、本実施形態に係る計器ユニットによれば、発光部材２３の光を指針１３へ導く指針軸１４自体を下側ケース２１及び上側ケース２２に回転可能に支持し、この指針軸１４に出力ギア１７を係合機構５０で係合させて組み付けている。したがって、指針軸を筒状の軸受け部に挿入して軸受け部をケースに回転可能に支持した構造と比較して、導光効率を高めるために指針軸１４を大径にしても、下側ケース２１及び上側ケース２２との支持箇所における摺動摩擦抵抗の増大を極力抑えることができ、円滑な回転が可能となる。

また、係合孔５２における回転方向側の対向位置に形成された弾性変形可能な一対の係合梁部５４が、係合爪５８における係合孔５２への挿入方向と直交する回転方向側の両側に形成された一対の爪部５９とフランジ部５６との間に入り込んで係合することにより、指針軸１４に対して出力ギア１７が一体的に組み付けられる。このような係合状態において、出力ギア１７を含むギア列を介して回転駆動力が伝達される際に、歯同士が接触して振動が発生しても、この振動は、出力ギア１７における係合機構５０の係合梁部５４が弾性変形し、指針軸１４と出力ギア１７とが回転方向へ僅かに相対的に変位することによって吸収される。したがって、指針軸１４と出力ギア１７とを強固に固定した構造と比較して、ギア列で生じる振動が下側ケース２１及び上側ケース２２に伝達されて異音が発生するような不具合を確実に防止することができる。

ここで、図７は、出力ギア１７が一体に成形された指針軸１４を示している。このように、指針軸１４と出力ギア１７とを一体成形すれば、部品点数を削減することができる。

しかし、この場合、指針軸１４に導光性を持たせるために、指針軸１４及び出力ギア１７の全体を、透明アクリルまたは透明ポリカーボネートで成形することとなる。この透明アクリルまたは透明ポリカーボネートは、耐熱性及び成形時の離型性が良くない。したがって、出力ギア１７を含むことにより複雑形状となる指針軸１４を、耐熱性及び離型性が良くない透明アクリルまたは透明ポリカーボネートで成形すると、生産性が低下してしまう。また、複雑形状であるため、成形時における樹脂の充填圧を高くすることが難しく、このため、指針軸１４に気泡が残留してしまうおそれもある。また、透明アクリルまたは透明ポリカーボネートで成形された出力ギア１７は、ポリアセタールと比較して耐久性等が劣り、短寿命となってしまう。しかも、ムーブメント１０での減速比を変更する場合、出力ギア１７を含む指針軸１４の全てを交換しなければならない。

これに対して、本実施形態に係る計器ユニット１１では、指針軸１４と出力ギア１７とを別体としたので、指針軸１４を比較的単純形状にすることができる。これにより、耐熱性及び離型性に乏しい透明アクリルまたは透明ポリカーボネートで指針軸１４を容易に成形して生産性を向上させることができる。また、成形時における充填圧を高くして気泡の残留を防止し、歩留まりを向上させることができる。また、導光性が不要な出力ギア１７を、指針軸１４と異なる樹脂であり、ギア等の機械部品の樹脂材料に適したポリアセタールで成形し、機械的強度を高めて長寿命化を図ることができ、また、回転時に発生する摺動音も抑制することができる。しかも、ムーブメント１０での減速比を変更する場合は、指針軸１４に対して、歯数の異なる出力ギア１７を組み付けることにより、容易に対応することができる。つまり、ムーブメント１０のバリエーション対応の容易化を図ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

１０ ムーブメント（駆動機構）
１１ 計器ユニット
１３ 指針
１４ 指針軸
１６ 中間ギア（ギア列）
１７ 出力ギア（ギア列）
２１ 下側ケース（ケース）
２２ 上側ケース（ケース）
２３ 発光部材
３５ ロータギア（ギア列）
５０ 係合機構
５１ 挿通孔
５２ 係合孔
５４ 係合梁部
５６ フランジ部
５８ 係合爪
５９ 爪部

Claims (1)

1. ケース内に収容された駆動機構と、該駆動機構の回転駆動力がギア列を介して伝達され る出力ギアと、該出力ギアと一体的に回転される指針軸と、該指針軸の先端に支持された指針と、前記指針軸の後端に光を入射させる発光部材とを備え、前記指針軸内に導かれた前記発光部材からの光によって前記指針が照明される計器ユニットであって、
   前記指針軸は、透明材料から形成されて前記ケースに回転可能に支持され、
   前記出力ギアは、その中心に前記指針軸が挿入される挿通孔を有し、
   前記指針軸及び前記出力ギアは、前記指針軸を前記出力ギアの前記挿通孔へ挿入した状態で前記指針軸に対して前記出力ギアを一体的に組み付ける係合機構を備え、
   前記係合機構は、前記出力ギアに形成された係合孔と、該係合孔における回転方向側の対向位置に形成された弾性変形可能な一対の係合梁部と、前記指針軸に形成されて径方向外方へ張り出したフランジ部と、該フランジ部に形成されて前記係合孔へ挿入される係合爪と、該係合爪における前記係合孔への挿入方向と直交する回転方向側の両側に形成された一対の爪部とを有し、
   前記挿通孔への前記指針軸の挿入とともに、前記係合孔へ前記係合爪が挿入され、前記係合爪の前記爪部によって弾性変形された前記係合梁部が復元して前記爪部と前記フランジ部との間に入り込むことにより、前記爪部と前記係合梁部とが互いに係合してなることを特徴とする計器ユニット。

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