JP2010190748A - 指示計器用の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指針の照明効率と組み付け作業性を向上させるとともに、半田付け時における歯車列の熱による損傷を防ぐこと。
【解決手段】指針９を回転させる回転軸１１に回転力を伝達するギヤ列を収容するギヤユニット５と、ギヤ列を回転駆動させるモータの駆動機構を収容する駆動ユニット３と、各ユニット３，５が取り付けられる配線板７を備える。駆動ユニットは、配線板の表面に半田付けされるモータの端子７５と、ギヤユニットの下面の一部を下方から支持する設置面８５を有し、ギヤユニットは、配線板に取り付けられた駆動ユニットの設置面に下面を当接させた状態で配線板に取り付けられ、ギヤユニットを貫通する回転軸の端面と対向する配線板上に指針を照明するための光源８９が配置されている。また回転軸は光が透過可能な材料で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載される指針計器用の駆動装置に関する。

この種の指針計器用の駆動装置としては、特許文献１の駆動装置が知られている。この駆動装置は、ステッピングモータのステータを配線板の表側から取り付けてリフロー処理により半田付けし、温度が低下した状態で、指針の回転軸を回転させる歯車列とステッピングモータのロータとを内装したケーシングを配線板の裏側に取り付け、回転軸を配線板の貫通孔を通して表側に突出させるようにして組み付けられている。このように、リフロー処理による半田付けをしてからケーシングを取り付けることにより、熱に弱い合成樹脂で形成される歯車類が半田付け時の熱により品質が損なわれることを防ぐことができる。

特開２００１−１９４１９０号公報

ところで、特許文献１の指針計器は、配線板や目盛り板などを貫通した回転軸の先端部分に指針が取り付けられて構成される。この回転軸は、金属材料で形成されている。この指針に、自発光照明タイプの構造を採用する場合は、回転軸の周囲の配線板上に複数の指針照明用光源が配置される。また、光源からの光を指針に導く導光体も必要となってくる。光源からの光は、導光体での入射、反射、出射などでロスが発生し、指針の照明効率が十分とはいえなかった。さらに、複数の光源は、指針の回転に伴う照明ムラの発生につながっていた。

また、特許文献１では、ステータと歯車列を収容するケーシングとが、互いに配線板の反対側に組み付けられるため、例えば、配線板にステータなどを組み付けてからケーシングを組み付けるまでの間と、ケーシングを組み付けてから回転軸に指針を取り付けるまでの間で、それぞれ配線板を裏返す工程が必要になる。このように配線板を反転する工程は、組み付け作業において作業性を低下させる要因となる。

本発明は、指針の照明効率と組み付け作業性を向上させるとともに、半田付け時における歯車列の熱による損傷を防ぐことを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、指針を回転させる回転軸を支持するとともに回転軸に回転力を伝達するギヤ列を収容するギヤユニットと、ギヤ列を回転駆動させるモータの駆動機構を収容する駆動ユニットと、ギヤユニットと駆動ユニットが取り付けられる配線板とを備えてなる指針計器用の駆動装置であって、駆動ユニットは、配線板の表面に半田付けされるモータの端子と、ギヤユニットの下面の一部を下方から支持する設置面とを有し、ギヤユニットは、配線板に取り付けられた駆動ユニットの設置面に下面を当接させた状態で配線板に取り付けられ、ギヤユニットを貫通する回転軸の端面と対向する配線板上の位置に指針を照明するための光源が配置され、回転軸は光が透過可能な材料で形成されてなることを特徴とする。

このような構成によれば、ギヤユニットは、配線板に組み付けられた駆動ユニットの設置面に下面の一部が支持され、他の下面が配線板から浮いた状態で組み付けられるため、ギヤユニットに支持された回転軸の一方の端面は、配線板と所定の距離を開けて対向した状態となる。これにより、回転軸の端面と対向する配線板上に光源を配置することができるため、光源からの光を回転軸の端面から回転軸内に導くことができ、さらに、回転軸は、配線板を貫通する場合と比べて全長を短くできるため、指針の照明効率を高めることができる。また、ギヤユニットと駆動ユニットはいずれも配線板の面に対して同じ方向に取り付けられるため、配線板を反転する工程がいらなくなり、組み付け作業による生産性を向上させることができる。

さらに、本発明の構成によれば、駆動ユニットとギヤユニットを別体化するとともに、配線板には、駆動ユニット、ギヤユニットの順番で組み付けるように構成しているため、配線板に駆動ユニットだけを組み付けた状態でリフロー半田付けし、温度が下がった後にギヤユニットを組み付けることができる。このため、半田付け時における歯車列の熱による損傷を防ぐことができる。

この場合において、光源は、回転軸の軸心と配線板が交差する位置に配置することが好ましい。このようにすれば、光源からの光を最も高い効率で回転軸内に導くことができるため、指針の照明効果をより向上させることができる。

また、回転軸は、一端側の軸径が光源側に向かって傘状に大きくなるように形成することが好ましい。このようにすれば、光源からの光を回転軸の端面に集めることができるため、指針の照明効果をより向上させることができる。

また、駆動ユニットの端子は、リフロー方式により半田付けされることが好ましい。すなわち、配線板への駆動ユニットの端子の電気的接続は、リフロー方式による自動半田付けが他の方式の半田付けよりも安価であるため、熱に弱い歯車類を含むギヤユニットをリフロー半田付け後に組み付けることにより、歯車類の熱損傷を防ぐとともに生産コストの低減を図ることができる。

本発明によれば、指針の照明効率と組み付け作業性を向上させることができ、かつ半田付け時における歯車列の熱による損傷を防ぐことができる。

本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置の断面図である。 本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置における駆動ユニットの内部構成を説明する斜視図である。 本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置における組み立て手順を説明する斜視図である。 本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置の上面図である。

以下、本発明を適用してなる実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置の断面図、図２は本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置における駆動ユニットの内部構成を説明する斜視図、図３は本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置における組み立て手順を説明する斜視図、図４は本発明を適用してなる指針計器用の駆動装置の上面図である。

本実施形態の指針計器用の駆動装置１は、駆動ユニット３とギヤユニット５を配線板７の表側（図１の上方向）にそれぞれ取り付けて構成される。ギヤユニット５は、指針９の回転軸１１を支持するとともに、回転軸１１に回転力を伝達するギヤ列を収容ケース１３内に収容して構成される。駆動ユニット３は、ギヤユニット５中のギヤ列を回転させるステッピングモータの駆動機構を収容ケース５１内に収容して構成される。

配線板７に取り付けられた駆動ユニット３及びギヤユニット５の表側には、図示しない目盛板が配線板７と略平行に配設されており、ギヤユニット５に支持された回転軸１１が目盛板の背後から表側に貫通する先端部分には、回転軸１１と略直角方向に延在するＬ字状の指針９が取り付けられている。指針９の先端は、回転軸１１の回転によって目盛板上で計測値を指示するようになっている。指針９及び回転軸１１は、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１１の一端側から光が入り、他端側の指針９が照明されるようになっている。

ギヤユニット５の収容ケース１３は、上ケース１５と下ケース１７からなり、図１に示すように、その内部には、ステッピングモータの要素であるロータギヤ１９と、ロータギヤ１９の回転を回転軸１１に伝える中間ギヤ２１及び出力ギヤ２３が収容されている。これらのギヤ１９，２１，２３は、いずれも噛合音を少なくするため、所定の樹脂材料で形成されている。収容ケース１３は、上ケース１５の下縁側と下ケース１７の上縁側とにそれぞれ設けられた係合部が互いに係合することにより、上ケース１５と下ケース１７が閉じられて形成される。上ケース１５及び下ケース１７はいずれも所定の樹脂材料により形成されている。

出力ギヤ２３は、軸受け部２５と平歯車２７を有し、回転軸１１を軸受け部２５で支持するとともに、平歯車２７が回転軸１１と一体で回転するように、上ケース１５と下ケース１７との間に軸受け部２５が回動可能に支持されている。

中間ギヤ２１は、平歯車２９と、平歯車２９よりも歯車径が小さい平歯車３１を有しており、これらは、上ケース１５と下ケース１７との間に回動可能に支持した回動軸３３に同軸的に支持されている。平歯車３１は出力ギヤ２３の平歯車２７と噛み合うようになっている。

ロータギヤ１９は、平歯車３５と、マグネット３７を周方向に形成したロータ部３９を有しており、これらは、上ケース１５と下ケース１７との間に回動可能に支持した回動軸４１に同軸的に支持されている。平歯車３５は中間ギヤ２１の平歯車２９と噛み合うようになっている。

ギヤユニット５の裏側（図１の下方）の面には、図３に示すように、ロータギヤ１９のロータ部３９を収容した円筒状のロータ収容部４３と、配線板７の取付穴４５に嵌め込まれてギヤユニット５を配線板７上に取り付けるための円筒状のユニット保持ボス部４７とがそれぞれ裏側に向かって平行に張り出して形成されている。また、ギヤユニット５の裏面には、後述する駆動ユニット３の上面部の一部と当接する支持面４９が形成されている。支持面４９は、ロータ収容部４３の周縁に沿って形成されている。

駆動ユニット３の収容ケース５１は、図４に示すように、三角形の３つの角を面取りしたような形状の上ケース５３及び下ケース５５からなり、上ケース５３及び下ケース５５にそれぞれ設けられた係合部が互いに係合することにより、上ケース５３と下ケース５５が閉じられて形成される。駆動ユニット３には、平面方向（図１の左右方向）の略中央部に円形の貫通孔５７（図３）が形成されている。

下ケース５５には、図２に示すように、底面から表側と裏側にそれぞれ突出させて形成された円筒状の嵌合筒壁５９が形成されている。嵌合筒壁５９と下ケース５５の外周輪郭を形成する外枠６１の内周面との間には、ステッピングモータの要素となるステータＳを構成するヨーク６３及びコイル６５が位置決めされて配置されている。嵌合筒壁５９の表側の先端部分には、軸方向に沿って所定深さの切欠６７が等間隔で複数形成されている。

ヨーク６３は、下ケース５５内に収まる積層板状のもので、連続した外周輪郭をなす外周枠部６９と、嵌合筒壁５９の外周に嵌まる円形孔７１と、円形孔７１の内周縁から中心方向に等間隔で突出する８個の磁極７３を有している。このうち、２つの磁極７３は、磁極７３を挟む両側の溝部分をそれぞれ円形孔７１の半径方向、つまり放射方向に長く形成することで、コイル６５が収容されるコイル収容部（図示せず）を形成している。この２つのコイル収容部は、９０度開いた位置関係で設けられている。

コイル６５は、樹脂製の中空ボビンの外周に巻線を巻いたもので、巻線の両端末とそれぞれ接続された２本の端子７５が突出して形成される。コイル６５は中空部をコイル収容部に嵌め込むことで、ヨーク６３に組み付けられ、コイル６５の中空部から磁極７３が突出した状態となっている。コイル６５の２本の端子７５の先端は、駆動ユニット３を配線板７に組み付けた状態で配線板７上の導体パターンに接触するように、下ケース５５から突出してＬ字形に折り曲げられている。

上ケース５３には、下ケース５５の嵌合筒壁５９と対応する嵌合筒壁７７（図３）が形成されている。したがって、上ケース５３と下ケース５５が閉じられた状態で、嵌合筒壁５９，７７の端面が突き当たることにより、貫通孔５７が形成される。ここで、ヨーク６３に形成した８個の磁極７３は、切欠６７にそれぞれ嵌まり、各磁極７１の先端が嵌合筒壁５９の内周面よりも内側に突出した形になる。

このようにして形成された駆動ユニット３の貫通孔５７には、図３に示すように、ギヤユニット５の円筒状のロータ収容部４３が嵌め込まれるようになっている。ロータ収容部４３は、外周面に沿って薄肉の凹部７９が軸方向に等間隔で複数形成されており、貫通孔５７に嵌め込まれたときに磁極７３の先端がロータ収容部４３に収容されるロータギヤ１９のロータ部３９に向けて突出し、凹部７９の薄壁を介して、マグネット３７の外周と対峙するようになっている。

駆動ユニット３は、図３、４に示すように、上ケース５３の表面の高さが２段の段付きの形状となっており、この高さが異なる表面の境界は、貫通孔５７の内周面を表側に延出させた半円状の曲面８１と、曲面８１の両側に連なって貫通孔５７の周縁から外側に延びる直線状の平面８３とから形成される。一方、ギヤユニット５は、ロータ収容部４３が貫通孔５７に嵌め込まれたときに境界面と噛み合うように、下ケース１７の側面は曲面８１及び平面８３に倣った形状で形成されている。

ギヤユニット５は、ロータ収容部４３が貫通孔５７に嵌め込まれると、下ケース１７の側面が曲面８１及び平面８３と当接するとともに下ケース１７の支持面４９が駆動ユニット３の設置面８５（表面高さが低い方の面）と当接して支持される。このように駆動ユニット３の上にギヤユニット５が支持された状態で、ギヤユニット５の下ケース１７と配線板７との間には、空間８７が形成される。空間８７に面する配線板７上には、光源８９が設けられている。光源８９はギヤユニット５に支持される回転軸１１の下端面の真下に配置されている。また、空間８７には、光源８９とともに必要な電子部品を配置することができる。

下ケース１７から光源８９と対向するように突出する回転軸１１の下端には、先端側に向かって次第に軸径が大きくなる拡径部９１が形成されている。

次に、このようにして構成される指針計器用の駆動装置の組み付け方法について図３を用いて説明する。なお、駆動ユニット３及びギヤユニット５の組み立て方法については省略する。

先ず、駆動ユニット３は、下ケース５５に設けた係止突起（図示せず）を、配線板７に設けた係止孔９３に差し込んで係合させることにより、配線板７の表面に固定される。この状態で下ケース５５から裏側に突出する嵌合筒壁５９（図１）が、配線板７の円形の開口９５の内周に嵌合することにより、配線板７に対して嵌合筒壁５９が位置決めされる。

次に、下ケース５５から外に出たコイル６５の端子７５の先端は、リフロー処理の半田付けにより、配線板７の導体パターンに接合されることで、駆動ユニット３と配線板７の電気的な組み付けが完了する。

続いて、ギヤユニット５を組み付ける際は、先ず、回転軸１１の先端を下ケース１７側から差し込んで上ケース１５から突出させ、この突出した回転軸１１の先端に指針９を取り付ける。

次に、ギヤユニット５のロータ収容部４３を駆動ユニット３の貫通孔５７に嵌め込むとともにユニット保持ボス部４７の先端を配線板７の取付穴４５に挿入して裏側に突出させる。

この状態で、ギヤユニット５は、下ケース１７の側面が駆動ユニット３の曲面８１及び平面８３と当接するとともに下ケース１７の支持面４９が設置面８５と当接することにより、駆動ユニット３の上に位置決めされる。また、ロータ収容部４３の外周が、貫通孔５７の嵌合筒壁５９，７７の内周と密接に嵌合し、特に嵌合筒壁５９の内方に突出した磁極７３の先端がロータ収容部４３の凹部７９に嵌まる。そして、ロータ部３９のマグネット３７の外周とヨーク６３の磁極７３が、凹部７９の薄肉の底壁を介して対峙する。このようにしてステータＳ及びロータギヤ１９によるステッピングモータが構成され、ロータギヤ１９が回転することにより、中間ギヤ２１、出力ギヤ２３を経由して指針９が回転することになる。

一方、回転軸１１及び指針９は、上述したように光源８９からの光が透過可能になっており、回転軸１１の下端面の真下には光源８９が配置されている。そのため、光源８９が発した光は、拡径部９１で集められ、回転軸１１の内部を通って指針９の基端部から指針９の内部に入り、指針９の先端側へ導かれる。これにより指針９全体を照明することになる。

従来の指針の照明構造では、ステッピングモータの回転力を回転軸に伝える機構を配線板の裏側に配置していたため、回転軸は配線板を貫通し裏側から表側に突出するようになっていた。すなわち、回転軸を照明する光源は、回転軸が貫通する配線板の貫通孔の近傍に配置しなければならないため、光源からの光を回転軸の外周面から回転軸内に導かなければならず、指針の照明効率が制限されていた。これに対し、本実施形態の照明構造では、回転軸の端面から回転軸内に光を導くことができるため、照明効率を高めることができる。

本実施形態では、光源８９を回転軸１１の端面の真下となる配線板７上、つまり回転軸１１の軸心と配線板７とが交差する位置に光源８９を配置する例を説明したが、回転軸１１の端面と対向する配線板７上の位置であれば、回転軸１１の軸心と多少ずれていても、従来と比べて高い照明効率を得ることができる。特に、本実施形態では、回転軸１１の下端に拡径部９１を形成するため、光源８９からの光を集めることができ、照明効率をより高めることができる。なお、光源８９としては、例えば、ＬＥＤを用いることができる。

また、本実施形態では、駆動ユニット３の貫通孔５７にギヤユニット５のロータ収容部４３が嵌め込まれ、さらに、駆動ユニット３の設置面８５によりギヤユニット５の下面となる支持面４９が支持されることにより、ギヤユニット５が配線板７から浮いた状態の安定性を確保することができる。

また、本実施形態では、駆動ユニット３とギヤユニット５はいずれも配線板７の表面側に組み付けられるため、例えば、配線板７に駆動ユニット３を組み付けてからギヤユニット５を組み付けるまでの間で配線板７を裏返す必要がなく、組み付け作業の生産性を向上させることができる。

また、本実施形態では、駆動ユニット３とギヤユニット５をそれぞれ別体でユニット化するとともに、配線板７には、駆動ユニット３、ギヤユニット５の順番で組み付けるように構成しているため、配線板７に駆動ユニット３だけを組み付けた状態でリフロー半田付けし、温度が下がった後にギヤユニット５を組み付けることができる。このため、半田付け時におけるギヤユニット５内のギヤ列の熱による損傷を防ぐことができる。

１ 指針計器用の駆動装置
３ 駆動ユニット
５ ギヤユニット
７ 配線板
９ 指針
１１ 回転軸
１５，５３ 上ケース
１７，５５ 下ケース
１９ ロータギヤ
２１ 中間ギヤ
２３ 出力ギヤ
３９ ロータ部
４３ ロータ収容部
４７ ユニット保持ボス部
４９ 支持面
５７ 貫通孔
６３ ヨーク
６５ コイル
７５ 端子
８５ 設置面
８７ 空間
８９ 光源
９１ 拡径部

Claims (3)

1. 指針を回転させる回転軸を支持するとともに該回転軸に回転力を伝達するギヤ列を収容するギヤユニットと、前記ギヤ列を回転駆動させるモータの駆動機構を収容する駆動ユニットと、前記ギヤユニットと前記駆動ユニットが取り付けられる配線板とを備えてなる指針計器用の駆動装置であって、
   前記駆動ユニットは、前記配線板の表面に半田付けされる前記モータの端子と、前記ギヤユニットの下面の一部を下方から支持する設置面とを有し、
   前記ギヤユニットは、前記配線板に取り付けられた前記駆動ユニットの前記設置面に前記下面を当接させた状態で前記配線板に取り付けられ、該ギヤユニットを貫通する前記回転軸の端面と対向する前記配線板上の位置に前記指針を照明するための光源が配置され、前記回転軸は光が透過可能な材料で形成されてなる指針計器用の駆動装置。
2. 前記光源は、前記回転軸の軸心と前記配線板が交差する位置に配置されてなる請求項１に記載の指針計器用の駆動装置。
3. 前記ギヤユニットと前記配線板との間に、前記光源及び電子部品が組み込まれる間隙を有する請求項１又は２に記載の指針計器用の駆動装置。

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