JP2009168598A - 超音波モータ及び指針式表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波モータを組み込む機器の小型化や薄型化を阻害することなく、回動制御の精度の向上に貢献する。
【解決手段】回動対象物が装着され且つ当該回動対象物とともに回動する回動体２１と、電圧の印加によって前記回動体２１を回動させる超音波振動を発生する圧電振動子２２と、を有する超音波モータ２０において、前記回動体２１の回動角に応じた回動角情報を発生するために、前記回動体２１とともに回動するように前記回動体２１に設けられた回動角情報発生手段２３と、前記回動角情報発生手段２３と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段２４と、を有し、前記回動体２１と前記圧電振動子２２と前記回動角情報発生手段２３と前記回動角情報出力手段２４とが一体に形成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波モータ及び指針式表示装置に関し、より詳細には、回動対象物が装着され且つ当該回動対象物とともに回動する回動体と、電圧の印加によって前記回動体を回動させる超音波振動を発生する圧電振動子と、を有する超音波モータ、及び、該超音波モータを有する指針式表示装置に関するものである。

従来よりステッピングモータは、各種ＯＡ機器、家電製品、自動車等の分野におけるアクチュエータ部品として利用されている。例えば、車両には車両速度及びエンジン回転数等の計測値を表示する指針式表示装置が搭載されており、この指針式表示装置においては、文字板の前面に配置される指針を出力軸の先端部に固定することで、指針を回動駆動する内機としてステッピングモータが用いられている。

また、指針式表示装置の内機として、可動コイル式計器、交叉コイル型可動磁石式計器等を用いることが知られているが、特許文献１等に示すように、超音波モータを用いることで、メータの小型化が検討されてきた。そして、超音波モータの原理は、公知であるように、超音波振動をステータで発生させ、該超音波振動によってステータに進行波を生じさせ、該進行波によってロータ（回動体）をさせるものである。
特開平６−２３０１５８号公報

しかしながら、特許文献１に示す超音波メータでは、位置制御手段に改良を施して小型化することで、メータ全体の小型化及び低コスト化を図ってきたが、超音波モータに回動角検出部を積層するように組み付けているため、超音波モータ及び回動角検出部の積層方向への厚みが増大してしまい、メータ全体の小型化や薄型化には限界があった。そのため、回動角検出部の追加により小型化には限界があるため、メータデザインに自由度を持たせることができないという問題があった。

また、超音波メータの組み付け作業時には、小型の超音波モータと回動角検出部とを組み付ける必要があり、メータ組み付け作業時の作業効率を低下させてしまうため、コストダウンが困難であった。このような問題は、小型の超音波モータを用いて小型化を図り且つ回動対象物の高精度の制御を必要とするデジタルカメラのズーム機構、腕時計等の指針制御機構等にも同様に生じる問題である。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、超音波モータを組み込む機器の小型化や薄型化を阻害することなく、回動制御の精度の向上に貢献することができる超音波モータ及び指針式表示装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の超音波モータは、回動対象物が装着され且つ当該回動対象物とともに回動する回動体と、電圧の印加によって前記回動体を回動させる超音波振動を発生する圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、前記回動体の回動角に応じた回動角情報を発生するために、前記回動体とともに回動するように前記回動体に設けられた回動角情報発生手段と、前記回動角情報発生手段と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段と、を有し、前記回動体と前記圧電振動子と前記回動角情報発生手段と前記回動角情報出力手段とが一体に形成されたことを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明の超音波モータによれば、回動体に回動角情報発生手段を形成するようにしたことから、回動角情報出力手段を圧電振動子の近傍に設けることができるため、回動体の回動角を検出する検出機構を内蔵させても、超音波モータの大型化を防止することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記回動角情報発生手段が、前記回動体の表面における回動方向上に、任意の順序で形成された検知部と非検知部とを有し、前記回動角情報出力手段が、前記検知部と非検知部との検知パターンに基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明の超音波モータによれば、検出すべき回動角、回動量に対応させるなどの任意の順序で、回動体の表面に形成された検知部と非検知部の検知パターンに基づいて回動角情報を検出するので、任意の回動角を検出することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の超音波モータにおいて、前記回動角情報発生手段が、前記回動体の表面における回動方向上に形成された複数の凸部を有し、前記回動角情報出力手段が、前記複数の凸部の各々に接触し且つ前記回動体の回動によって前記凸部の形状に応じて変形する接触部を有し、前記接触部の変形量に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明の超音波モータによれば、回動体の表面に形成した複数の凸部の形状に応じて変形する接触部の変形量に基づいて回動角情報を検出するため、複数の凸部の形状を、検出すべき回動角、回動量等に対応させた形状とすることで、任意の回動角を検出することができる。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項４記載の指針式表示装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の超音波モータと、指針が装着された前記超音波モータを制御して、表示対象となる計測量に応じた指示位置まで前記指針を回動させる制御手段と、を有する指針式表示装置であって、前記制御手段が、前記超音波モータの回動角情報出力手段によって出力された回動角情報に基づいて、前記超音波モータの回動量を補正して制御する手段であることを特徴とする。

上記請求項４に記載した本発明の指針式表示装置によれば、制御手段が超音波モータを制御して指針を計測量に応じた指示位置に回動させると共に、超音波モータから出力された回動角情報に基づいて超音波モータの回動量を補正するので、指針の表示制度を向上することができる。

請求項５記載の発明は、請求項４に記載の指針式表示装置において、前記指針本体の指示部を光輝させるための光を発する光源を有し、前記指針ユニットの超音波モータが、前記光源からの光を前記指針本体に導光する導光部を有することを特徴とする。

上記請求項５に記載した本発明の指針式表示装置によれば、光源が発した光は超音波モータの導光部を導光されて指針本体に導光され、指針本体内を指示部の先端に向かって導光されることで、指示部を光輝させる。

以上説明したように請求項１に記載した本発明の超音波モータによれば、回動体と圧電振動子と回動角情報発生手段と回動角情報出力手段とを一体に形成し、回動角情報発生手段と回動角情報出力手段とが協働して回動体の回動各情報を検出して出力するようにしたことから、ロータリーエンコーダ等の回動体の回動角検出機構を超音波モータの外部に設ける必要がなくなるため、超音波モータを組み込む機器の小型化や薄型化に貢献することができる。しかも、回動角情報出力手段が出力する回動角情報を参照することで、回動体の回動角を正確に把握することができるため、回動制御の精度の向上を図ることができる。従って、超音波モータを組み込む機器等のデザインに自由度を持たせることができため、商品価値の向上に貢献することができる。また、超音波モータの組み付け作業のみで良くなるため、組み付け作業の効率向上に貢献することができる。

請求項２に記載した本発明の超音波モータによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、検出すべき回動角、回動量に対応させるなどの任意の順序で、回動体の表面に形成された検知部と非検知部の検知パターンに基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、超音波モータを組み込む機器に対応した回動角情報を出力することができるため、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

請求項３に記載した本発明の超音波モータによれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、回動体の表面に形成した複数の凸部の形状に応じて変形する接触部の変形量に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、複数の凸部の形状を、検出すべき回動角、回動量等に対応させた形状として任意の回動角を検出することができるため、超音波モータを組み込む機器に対応した回動角情報を出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

以上説明したように請求項４に記載した本発明の指針式表示装置によれば、回動体と圧電振動子と回動角情報発生手段と回動角情報出力手段とを一体に形成した超音波モータを組み込むだけで、その回動体の回動角を正確に把握することができるため、超音波モータ以外に回動検出機構等を形成する必要がなくなり、装置の小型化や薄型化を図ることができるため、デザインに自由度を持たせることができ、商品価値の向上を図ることができる。また、組み付け作業の効率も向上するため、装置のコストダウンも図ることができる。

請求項５に記載した本発明の指針式表示装置によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、光源が発した光を超音波モータの導光部から指針本体に導光して当該指示部を光輝させるようにしたことから、超音波モータの近傍に光源を配置すればよいため、従来のように導光板等を設ける必要がなくなり、指針の近くに光源を配置することができるため、装置の小型化や簡単化を図ることができる。

以下、本発明に係る超音波モータを用いた車両用指針式表示装置（以下、指針式表示装置ともいう）の一実施形態を、図１〜図８の図面を参照して以下に説明する。なお、説明を簡単化するために、以下の実施例では、本発明に係る構造のみを説明する。

図１又は図２において、指針式表示装置１は、指針１０と、超音波モータ２０と、文字板３０と、配線板４０と、光源５０と、制御部６０と、を有して構成している。このような指針式表示装置１は、公知であるコンビネーションメータに用いられる速度計（スピードメータ）、回転計（タコメータ）、燃料計、温度計、電流計、電圧計、油圧計等として用いられる。

指針１０は、請求項中の回動対象物に相当し、図１，２に示すように、指示部１１ａと基部１１ｂとからなる指針本体１１と、該基部１１ｂを覆う黒色等の不透明な合成樹脂材料からなる指針キャップ１２と、を有している。

指針本体１１は、後述する超音波モータ２０に固着されることで、超音波モータ２０によって回動して計測量に応じた位置を指示部１１ａが指示することになる。指針本体１１は、透明なアクリル樹脂等で形成されており、その指示部１１ａの底面（文字板３０との対向面）には着色層（図示せず）が設けられている。そして、指示部１１ａの内部を光源５０からの光を導光することで、前記着色層を光輝させて指示部１１ａを発光させている。即ち、本実施例では、指針１０が自発光指針である場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、外光等によって利用者に視認させる指針など種々異なる実施形態とすることができる。

指針キャップ１２は、文字板３０に固定されるアンダーケース１３に回動自在に設けられている。指針キャップ１２は、指針本体１１の基部１１ｂに形成された嵌合穴１１ｃと嵌合する嵌合部１２ａを有し、該嵌合部１２ａが前記嵌合穴１１ｃに嵌合することで、指針キャップ１２が指針本体１１に固定され、指針本体１１と共に回動する。そして、アンダーケース１３は、超音波モータ２０を収容し、且つ、指針キャップ１２を回動自在に保持する構造となっている。

超音波モータ２０は、回動体２１と、圧電振動子２２と、回動角情報発生手段２３と、回動角情報出力手段２４と、を有して構成されている。

回動体２１は、公知であるロータ等であり、中空円柱状に形成されている。回動体２１は、一端側（図１中の上側）に形成され且つ指針本体１１の基部１１ｂが嵌合固定される嵌合部２１ａと、該嵌合部２１ａに繋がり且つ光源５０からの光を指針本体１１の基部１１ｂに導光する導光部２１ｂと、を有している。そして、回動体２１は、嵌合部２１ａに嵌合固定された指針１０と共に回動自在に、圧電振動子２２によって保持される。

圧電振動子２２は、リング状の圧電本体２２ａと、該本体２２ａに設けられた複数（図１中では３つ）の接点部２２ｂと、を有して構成しており、それらは導電性の弾性金属部材等によって一体に形成されている。そして、圧電本体２２ａは、回動体２１の高さよりも低く、且つ、回動体２１を回動自在に収容して保持する内径で形成されている。

複数の接点部２２ｂは、圧電本体２２ａから圧電振動子２２の中心軸に向かって形成されている。複数の接点部２２ｂの各々は、回動体２１を接触することで、回動体２１に圧力を加えた状態で密着する。そして、少なくとも複数の接点部２２ｂの表面（回動体２１との非接触面）には、公知である圧電セラミックが接着されている。そして、当該圧電セラミックに所望の高周波電圧等が印加されることにより、圧電セラミック自身が伸び縮みする電歪という現象を圧電セラミックに生じさ、その超音波振動が複数の接点部２２ｂの各々を撓ませながら一方向に進む進行波を接点部２２ｂに発生させる。これにより、複数の接点部２２ｂに接触している回動体２１は、その進行波の進行方向とは逆方向に回動することになる。

回動角情報発生手段２３は、回動体２１と共に回動するように、回動体２１の他方寄りの外側表面に、回動体２１の回動方向に沿って設けられている。回動角情報発生手段２３は、図１及び図３に示すように、回動体２１の表面における回動方向上に任意の順序で並設された検知部２３ａと非検知部２３ｂとを有している。

なお、回動角情報としては、回動角、回動量等を示す情報とすることができ、その構成は任意に設定することができる。また、図３においては、説明を簡単化するために、検知部２３ａと非検知部２３ｂが３つずつ模式化した図となっているが、図１に示すように、検出すべき回動量に応じた間隔等で検知部２３ａと非検知部２３ｂを複数設けたり、回動角情報を発生させる任意の箇所に検知部２３ａ又は非検知部２３ｂを設けるなど種々異なる実施形態とすることができる。

検知部２３ａは導線性の金属部材で形成し、非検知部２３ｂは絶縁体で形成している。そして、検知部２３ａは、圧電振動子２２とは対向せずに、前記回動体２１から図１中の下方向に延在した部分の一部として複数成されており、その複数の検知部２３ａの間に非検知部２３ｂを設けている。検知部２３ａと非検知部２３ｂの幅は、同一の幅でのよいし、回動角に応じて変化させるなど任意に設定することができる。このように本実施例１では、検知部２３ａと非検知部２３ｂを電気的に接続しているか否かを検出する構造とした場合について説明するが、非検知部２３ｂを回動体２１の切欠とするなど種々異なる実施形態とすることができる。

回動角情報出力手段２４は、回動角情報発生手段２３と協働して検知した前記回動角情報を出力する。回動角情報出力手段２４は、図１及び図３に示すように、回動角情報発生手段２３と接触する一対の接触部２４ａ，ｂと、該一対の接触部２４ａ，ｂを固定するリング状の基部２４ｃと、を有している。

接触部２４ａは、その一方が回動角情報発生手段２３、他方が電線ＶＣＣと制御部６０にそれぞれ電気的に接続されている。接触部２４ｂは、その一方が回動角情報発生手段２３、他方が接地されている。即ち、接触部２４ａ，ｂの双方が検知部２３ａに接触することで、電源ＶＣＣから接触部２４ａ、回動角情報発生手段２３、接触部２４ｂの順に電流が流れ、また、接触部２４ａ，ｂの何れか一方が非検知部２３ｂに接触すると絶縁されるため、制御部６０は電気的に接続された測定点２４ｄの電圧変化を監視して、検知部２３ａと非検知部２３ｂとの検知パターン（ＯＮ／ＯＦＦパターン）に基づいて回動角情報を検出する。

文字板３０は、図１に示すように、合成樹脂等によって平板状に形成されており、その表面には、上述した指針１０が指示する目盛、数字、記号等の指標が、その指示部１１ａの回動許容範囲に対応するように略円弧状に配置されている（図示せず）。これにより、前記指標と指示部１１ａとが協働して計測量を表示することになる。また、文字板３０は、上述したアンダーケース１３を係合する嵌合孔３１を有している。

配線板４０は、後述する光源５０及び制御部６０等が実装されており、文字板３０の嵌合孔３１に嵌合されたアンダーケース１３を螺子留めするための螺子穴４１と、アンダーケース１３の位置決め突起１３ａが挿入される挿入孔４２と、を有している。そして、配線板４０には、制御部６０と光源５０や超音波モータ２０等とを電気的に接続する回路パターン等が設けられてる。

光源５０は、ＬＥＤ、バルブ等が用いられ、制御部６０によって点灯／消灯等の制御される。そして、光源５０が発した光は、超音波モータ２０の回動体２３内を貫通して指針１０の基部１１ｂに到達し、その基部１１ｂから指針本体１１ａ内に取り込まれると、指示部１１ａの先端に向かって指針本体１１ａ内を導光される。これにより、指示部１１ａ内に導かれた光によって指示部１１ａを光輝させることになる。

制御部６０は、図３に示すように、基本的にＣＰＵ（中央処理装置）６１、ＲＯＭ（読み出し専用メモリー）６２、及びＲＡＭ（随時書き込み読み出しメモリー）６３を含むマイクロコンピュータから構成されている。ＣＰＵ６１はＲＯＭ６２に記憶されている制御処理プログラム等にしたがって本実施形態に係る制御を含む各種の処理を実行する。ＲＡＭ６３には、ＣＰＵ６１が各種の処理を実行する上において必要なデータ、プログラム等が適宜記憶される。

制御部６０には、上述した回動角情報出力手段２４の測定点２４ｄ、駆動部６４、センサ部７１、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧＮスイッチ）７２等が電気的に接続されている。そして、駆動部６４は、制御部６０から要求された回動角に応じた超音波振動を発生させるために、複数の回動角に対応した電圧を、回動方向を考慮して圧電振動子２２に印加する。これにより、圧電振動子２２は回動体２１を回動角だけ回動され、指針１０の指示部１１ａを計測量に応じた指示位置まで回動（移動）させることができる。

センサ部７１は、指針式表示装置１の表示対象となる計測量を検出するためのパルス信号を制御部３０に出力する。センサ部７１は、表示対象が車両の速度の場合は速度センサ、エンジンの回転数の場合は回転センサ等が用いられる。そして、制御部６０は、入力されるパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出（計測）する。また、制御部６０は、ＩＧＮスイッチ７２のＯＮ／ＯＦＦ状態を検出可能な構成となっている。

次に、上述した構造の指針式表示装置１の組み付け作業の一例を以下に説明する。

まず、回動角情報発生手段２３が形成された回動体２１に対して、回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４が対向し、圧電振動子２２及び回動角情報出力手段２４が連なり、圧電振動子２２及び回動角情報出力手段２４が回動体２１を覆うように装着されて、超音波モータ２０が形成される。なお、超音波モータ２０については、予め完成した状態のものを用いることもできる。

超音波モータ２０をアンダーケース１３に固定し、その回動体２１の嵌合部２１ａに指針１０の基部１１ｂが嵌合されることで、指針本体１１が超音波モータ２０に回動自在に固定される。そして、指針キャップ１２の嵌合部１２ａを指針本体１１の嵌合穴１１ｃに嵌合することで、指針キャップ１２は指針本体１１の基部１１ｂとアンダーケース１３を覆い、その内部に超音波モータ２０が収容されることになる。これにより、超音波モータを内蔵した指針ユニット２が完成する。

指針ユニット２を文字板３０の表面側から近づけてその嵌合孔３１に嵌合し、文字板３０の裏面側から配線板４０を近づけて、アンダーケース１３の位置決め突起１３ａを配線板４０の挿入孔４２に挿入させ、螺子４３によって配線板４０と指針ユニット２を固定する。これにより、指針ユニット２と配線板４０の間に文字板３０が位置付けられ、且つ、光源５０と指針１０の基部１１ｂの端面が対向した状態になり、配線板４０の制御部６０と超音波モータ２０とが電気的に接続される。

次に、図３に示すＣＰＵ６１が実行する本発明に係る制御処理の一例を、図４のフローチャートを参照して以下に説明する。

車両のバッテリ等からの電力の供給によりＣＰＵ６１がＲＯＭ６２の制御処理プログラムを実行すると、図４に示すステップＳ１１において、センサ部７１からセンサ信号が測定量情報としてＲＡＭ６３に取り込まれ、ステップＳ１２において、超音波モータ２０の回動角情報出力手段２４によって出力された回動角情報がＲＡＭ６３に取り込まれ、その後ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３において、ＲＡＭ６３の現在振れ角が回動角情報に基づいて補正され、ＲＡＭ６３の測定量情報に基づいて指針１０の現在の指示位置からの目標振れ角がＲＡＭ６３に算出され、ステップＳ１４において、現在指示している振れ角から目標振れ角までを円滑に移動させるための変化量が算出され、該変化量が加算されてＲＡＭ６３の現在振れ角が更新され、その後ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、更新した現在振れ角まで指針１０を回動させるための駆動情報が生成されて駆動部６４に出力されることで、駆動部６４は超音波モータ２０の圧電振動子２２に駆動情報に対応した電圧を印加して、指針１０の指示部１１ａを現在振れ角が示す指示位置まで回動させ、その後ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６において、ＩＧＮスイッチ７２がＯＮからＯＦＦに変化したか否かが判定される。ＩＧＮスイッチ７２がＯＦＦされていないと判定された場合は（ステップＳ１６でＮ）、ステップＳ１７において、ＲＡＭ６３の現在振れ角と目標振れ角が等しいか否かが判定される。現在振れ角と目標振れ角が等しくない、つまり、指針１０が目標振れ角に到達していないと判定された場合は（Ｓ１７でＮ）、ステップＳ１４に戻り、一連の処理を繰り返す。一方、現在振れ角と目標振れ角が等しい、つまり、指針１０が目標振れ角に到達したと判定された場合は（Ｓ１７でＹ）、ステップＳ１１に戻り、新たな計測量に対して一連の処理を繰り返す。

また、ステップＳ１６でＩＧＮスイッチ７２がＯＦＦされたと判定された場合は（Ｓ１２でＹ）、指針１０を検出した０位置まで復帰させるための振れ角０゜を示す駆動情報が駆動部６４に出力されることで、指針１０は０位置に復帰され、その後処理を終了する。

次に、上述した本発明に係る超音波モータ２０及び指針式表示装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。

指針式表示装置１は、車両のバッテリ等からの電力の供給によって起動されると、光源５０を点灯させる。これにより、光源５０からの光は、超音波モータ２０の回動体２１内の導光部２１ｂを通過して指針本体１１の基部１１ｂに至り、指針本体１１内を指示部１１ａの先端方向に向かって導光されることで、指示部１１ａを光輝させる。

これと共に、指針式表示装置１は、センサ部７１からのパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出し、超音波モータ２０が出力した回動角情報の示す指針１０の現在指示位置と計測量に基づいて目標振れ角（回動角）を算出し、その目標振れ角まで回動させるための電圧を超音波モータ２０に印加する。そして、超音波モータ２０は、圧電振動子２２に上記進行波を発生して回動体２０を計測量に対応した回動角まで回動する。これにより、指針１０は計測量に対応した位置を指示することになる。

また、超音波モータ２０は、回動体２１の回動量に応じて、検知部２３ａと非検知部２３ｂの検知パターンに基づいて回動角情報を検出して制御部６０に出力するので、制御部６０は、その回動角情報に基づいて、指針１０の現在振れ角を補正して超音波モータ２０の回動を制御する。このように指針式表示装置１は、計測量の変化に応じて超音波モータ２０の駆動を補正しながら制御して、指針１０を計測量に対応した指示位置に回動させて、指針１０と文字板３０とを協働させて計測量を表示する。

以上説明した指針式表示装置１によれば、回動体２１と圧電振動子２２と回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４とを一体に形成した超音波モータ２０を組み込むだけで、その回動体２１の回動角を正確に把握することができるため、超音波モータ２０以外にロータリーエンコーダ等の回動検出機構等を形成する必要がなくなり、装置の小型化や薄型化を図ることができるため、デザインに自由度を持たせることができ、商品価値の向上を図ることができる。また、組み付け作業の効率も向上するため、装置のコストダウンも図ることができる。

また、超音波モータ２０によれば、検出すべき回動角、回動量に対応させるなどの任意の順序で、回動体２１の表面に形成された検知部２３ａと非検知部２３ｂの検知パターンに基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、超音波モータ２０を組み込む指針式表示装置１に対応した回動角情報を出力することができるため、指針式表示装置１における回動角の制御の精度向上を図ることができる。

上述した実施例１では、回動角情報出力手段２４が回動角情報発生手段２３の検知部２３ａと非検知部２３ｂの検知パターンに基づいて回動体２１の回動角を検出する場合について説明したが、実施例２では、回動角情報出力手段２４の他の実施形態の一例を説明する。なお、基本構成は実施例１の指針式表示装置１と同一であるため、共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５又は図６において、指針式表示装置１は、指針１０と、超音波モータ２０と、文字板３０と、配線板４０と、光源５０と、制御部６０と、を有して構成している。このような指針式表示装置１は、公知である速度計（スピードメータ）、回転計（タコメータ）、燃料計、温度計、電流計、電圧計、油圧計等に用いられる。

超音波モータ２０は、回動体２１と、圧電振動子２２と、回動角情報発生手段２３と、回動角情報出力手段２４と、を有して構成されている。

回動角情報発生手段２３は、回動体２１と共に回動するように、回動体２１の他方寄りの表面に、回動体２１の回動方向に沿って設けられている。回動角情報発生手段２３は、図５及び図７に示すように、回動体２１の表面における回動方向上に形成された複数の凸部２３ｃを有している。凸部２３ｃの断面は、図７に示すように、略半円としているが、本発明はこれに限定するものではなく、略三角形、台形など任意に設定することができる。また、複数の凸部２３ｃを連続的に形成しているが、所定の間隔で凸部２３ｃを形成するなど種々異なる実施形態とすることができる。そして、凸部２３ｃの回動方向における幅を短くすれば、より細かい回動角を発生させることができる。

回動角情報出力手段２４は、回動角情報発生手段２３と協働して検出した前記回動角情報を出力する。回動角情報出力手段２４は、図７に示すように、回動角情報発生手段２３の凸部２３ｃの各々と接触するように基部２４ｃに形成され、且つ、回動角情報発生手段２３の回動による凸部２３ｃの移動に応じて変形する金属板等の接触部２４ｅと、該接触部２４ｅに設けられてその変形量（圧力）を検出し且つ該変形量を回動角情報（電気信号）として出力するピエゾセンサ２４ｆと、を有している。

ピエゾセンサ２４ｆは、上記制御部６０に電気的に接続されており、上記制御部６０はピエゾセンサ２４ｆが出力した回動角情報を検出する。即ち、回動体２１の回動に応じて接触部２４ｅを凸部２３ｃによって変形させ、その接触部２４ｅの変形量に基づいて回動体２１の回動角を検出する構造となっている。

なお、本実施例２では、中空円柱状の回動体２１の外側表面に凸部２３ｃを形成する場合について説明するが、例えば、図８に示すように、回動体２１の内側表面に形成することもできる。しかしながら、回動体２１の内側に形成する場合、実施例１，２のように指針１０に光源５０から十分な光を導光するのが困難になるため、自発光型の指針１０を回動対象物とする場合は、回動体２１の外側表面に凸部２３ｃを形成するのが好ましい。

次に、上述した実施例２に係る超音波モータ２０及び指針式表示装置１の動作（作用）の一例を以下に説明する。

指針式表示装置１は、車両のバッテリ等からの電力の供給によって起動されると、光源５０を点灯させる。これにより、光源５０からの光は、超音波モータ２０の回動体２１内を通過して指針本体１１の基部１１ｂに至り、指針本体１１内を指示部１１ａの先端方向に向かって導光されることで、指示部１１ａを光輝させる。

これと共に、指針式表示装置１は、センサ部７１からのパルス信号に基づいて表示対象の計測量を算出し、超音波モータ２０が出力した回動角情報の示す指針１０の現在指示位置と計測量に基づいて目標振れ角（回動角）を算出し、その目標振れ角まで回動させるための電圧を超音波モータ２０に印加する。そして、超音波モータ２０は、圧電振動子２２に上記進行波を発生して回動体２０を計測量に対応した回動角まで回動する。これにより、指針１０は計測量に対応した位置を指示することになる。

また、回動体２１の回動量に応じて、接触部２４ｅが回動体２１の凸部２３ｃを乗り越える度に、接触部２４ｅは変形し、ピエゾセンサ２４ｆはその変形量に応じた回動角情報を検出して出力するので、その回動角情報に基づいて、指針１０の現在振れ角を補正することができる。そして、指針式表示装置１は、計測量の変化に応じて超音波モータ２０の駆動を制御して、指針１０を計測量に対応した指示位置に正確に回動させ、指針１０と文字板３０とを協働させて計測量を表示する。

以上説明した指針式表示装置１によれば、回動体２１と圧電振動子２２と回動角情報発生手段２３と回動角情報出力手段２４とを一体に形成した超音波モータ２０を組み込むだけで、その回動体２１の回動角を正確に把握することができるため、超音波モータ２０以外にロータリーエンコーダ等の回動検出機構等を形成する必要がなくなり、装置の小型化や薄型化を図ることができるため、デザインに自由度を持たせることができ、商品価値の向上を図ることができる。また、組み付け作業の効率も向上するため、装置のコストダウンも図ることができる。

回動体２１の表面に形成した複数の凸部２３ｃの形状に応じて変形する接触部２４ｅの変形量に基づいて回動角情報を検出するようにしたことから、複数の凸部２３ｃの形状を、検出すべき回動角、回動量等に対応させた形状として任意の回動角を検出することができるため、超音波モータ２０を組み込む指針式表示装置１に対応した回動角情報を出力することが可能となり、回動角の制御の精度向上に貢献することができる。

なお、上述した実施例では、超音波モータ２０を車両用表示装置１に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えばＯＡ機器、家電製品等の各種電子機器に適用することができる。

このように上述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

実施例１に係る超音波モータ及び指針式表示装置の分解斜視図である。 図１の指針式表示装置の断面の一部を示す部分断面拡大模式図である。 指針式表示装置の概略構成を示す構成図である。 図３のＣＰＵが実行する制御処理の一例を示すフローチャートである。 実施例２に係る超音波モータ及び指針式表示装置の分解斜視図である。 図５の指針式表示装置の断面の一部を示す部分断面拡大模式図である。 実施例２に係る回動角情報発生手段と回動角情報出力手段の関係の一例を説明するための図である。 実施例２に係る回動角情報発生手段と回動角情報出力手段の関係の他の一例を説明するための図である。

符号の説明

１ 指針式表示装置
１０ 指針
２０ 超音波モータ
２１ 回動体
２２ 圧電振動子
２３ 回動角情報発生手段
２４ 回動角情報出力手段
４０ 配線板
５０ 光源
６０ 制御手段（制御部）

Claims (5)

1. 回動対象物が装着され且つ当該回動対象物とともに回動する回動体と、電圧の印加によって前記回動体を回動させる超音波振動を発生する圧電振動子と、を有する超音波モータにおいて、
   前記回動体の回動角に応じた回動角情報を発生するために、前記回動体とともに回動するように前記回動体に設けられた回動角情報発生手段と、
   前記回動角情報発生手段と協働して検出した前記回動角情報を出力する回動角情報出力手段と、
   を有し、
   前記回動体と前記圧電振動子と前記回動角情報発生手段と前記回動角情報出力手段とが一体に形成されたことを特徴とする超音波モータ。
2. 前記回動角情報発生手段が、前記回動体の表面における回動方向上に、任意の順序で形成された検知部と非検知部とを有し、
   前記回動角情報出力手段が、前記検知部と非検知部との検知パターンに基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
3. 前記回動角情報発生手段が、前記回動体の表面における回動方向上に形成された複数の凸部を有し、
   前記回動角情報出力手段が、前記複数の凸部の各々に接触し且つ前記回動体の回動によって前記凸部の形状に応じて変形する接触部を有し、前記接触部の変形量に基づいて前記回動角情報を検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の超音波モータ。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の超音波モータと、指針が装着された前記超音波モータを制御して、表示対象となる計測量に応じた指示位置まで前記指針を回動させる制御手段と、を有する指針式表示装置であって、
   前記制御手段が、前記超音波モータの回動角情報出力手段によって出力された回動角情報に基づいて、前記超音波モータの回動量を補正して制御する手段であることを特徴とする指針式表示装置。
5. 前記指針本体の指示部を光輝させるための光を発する光源を有し、
   前記指針ユニットの超音波モータが、前記光源からの光を前記指針本体に導光する導光部を有することを特徴とする請求項４に記載の指針式表示装置。

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