JPH03200072A - 超音波モータを用いた指示計器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波モータによって指針を駆動するように構
成した指示計器に係わり、さらに詳しくは従来の指示計
器即ちメータの改良に関する。

［従来の技術］ ここにいう指示計器とは、物理量を電気信号によって表
示する指示計器のことであり、従来は例えば可動鉄片型
、可動線輪型など一般に電気指示計器と呼ばれる計器が
用いられて来た。これ等の計器は静止したパネルに固定
して用いられて来たので、その限りでは特に問題は無か
った。しかし車両等に搭載する計器、カメラ、小形テレ
ビなど携帯する機器に用いる計器では、一般に振動の激
しい状態で使用されるので、指針が振動し目盛りが読み
辛くなると言う問題点が在った。

ところで、本発明のメータに用いることのできる超音波
モータは、例えば本発明者の一名が提案した先願の「重
心回転型超音波モータ」　（特願昭６２−１１３７４号
）を始めとして、電歪公転子型モータと総称されている
。電歪公転子とは超音波モータにおいて、電気入力を回
転トルクに変換するトランスデユーサ−であり、圧電素
子から構成されている。しかしながら、通常の超音波振
動子などに用いる圧電振動子とは異なり、先願の「超音
波回転振動子」　（特願昭６２−１１３７３号）、「四
極回転型超音波振動子」　（特願昭６２−１１３７５号
）、「電歪公転子及び単相超音波モータ」　（特願昭６
３−８８６１０号）などに詳述されているように、回転
電界（単相電圧を含む）によって重心が、固定された中
心の回りを回転する共振子である。この現象は先願の発
明者によって発見され、電歪公転子と名付けられた。電
歪公転子型モータは動作電圧が低く消費電流が少ないの
か特徴で、電池を電源としＩＣで直接駆動することもで
きるので、適用範囲が広く広範な用途への実用が期待さ
れている。実用化は先願の「超音波モータを用いた時計
」　（特願昭６２−２３２６１７号）、「シー・スルー
・クロック」　（特願昭６３−８８１６０号）など置時
計に始まり、腕時計から指示計器、例えばスピードメー
タなど車載計器。

車載電子機器、電圧計、温／湿度計、電池駆動のポケッ
トオーディオ機器、ビデオカメラ、ワープロなどの動力
源、丁Ｃカードなどデータバンクのり−ダ／ライター等
データ端末用、医療機器分野へと広がって行くであろう
。

［発明が解決しようとする課、題］ 従来のメータは電磁相互作用を駆動力として指針を動か
す方式であった。従って針の目方と軸受けの抵抗を軽く
するほど表示電力が少なくなるので細長い軽い針が用い
られてきた。針の指示値はばねの復元力と電磁相互作用
との平衡位置であり、指示中つねに保持電力を供給しな
ければならず、しかも外部振動が針の回転モーメントを
介してばねに力を作用するので、針は外部振動と共に常
に激しく振動する。つまり従来のメータの問題点は１）
表示に指針を用いていること、２）指示値をばねの復元
力とバランスさせていることであり、振動に弱いことと
デザインンに裕度の無いこととは当然の宿命であった。

そのため、振動する環境では指針が振動するので指示値
が読み辛くなるという欠点を有している。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、メータの駆動力に超音波モータを用いること
により、上記従来製品の問題点を本質的に解決したもの
である。超音波モータは摩擦力を介して出力を得ている
ので１．静止保持トルクが大きく保持電力が不要である
。しかも復元力を利用しないので振動によってロータの
位置が変化することはない。そこで円板状のロータに指
針をデザインした構成にすれば、振動に対しては本質的
に強くなる。その上指針即ちロータに透明なガラス円板
を用いればデザインの裕度も増し高級感に優れたメータ
を提供でき、メータは機器本体の顔であるという考えに
合致させることができる。以下本発明の超音波モータを
用いたメータの構成の仕方については実施例にもとずい
て詳細に説明する。

［実施例］ （実施例１） 第１図は本発明に係わる超音波モータを用いたメータの
第１の実施例を示す図である。すなわち自動車両用スピ
ードメータなどに利用した実施例を示す。

第２図に示した外径４Ｑｍｍ、内径１５ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍのディスク状四極対電歪公転子の周辺部に４５度のテ
ーパ面２を施してしてステータ１とし、これに同一テー
パを施した内径を査；する外径５０ｍｍ、厚さ２．１ｕ
のリング状のスチールロータ３の内径をはめ込み、厚さ
０．０５ｍｍの燐青銅板で作った外径８０ｍｍの皿ばね
４の内面をロータ３の表面に固定した。

皿ばね中心のシャフト５をステータ１の内径にゴムの０
リング７で圧入固定された厚さ４ｍｍのボールベアリン
グ６の内輪穴に圧入し、ステータ１から２ｍｍだけ突き
出しているボールベアリング６の外径をメータパネル１
０の穴に圧入固定し、このパネル１０の裏面に突き出た
シャフト５の先端に指示針状の接点ばね１２をねじで固
定した。接点ばね１２の先端は幅１ｍｍがさらにフォー
ク状に２分され、各々がスプーン形状の金メツキ接点ば
ねを構成している。金メツキ接点ばねはパネル１０の裏
面に接着固定されているポテンショメータ１３と接し回
転角度情報を得る役割を担う。皿ばね４は約３０ＯＲの
部分凸球面状であり、表面は艶消しのブラック塗装が施
され、その上に裏面の接点ばねと平行してメタリックの
指針９だけが鮮やかにデザインされている。

このように構成された指示計器の指針部はパネル１０に
施された直径８１ｍｍ、深さ３ｍｍの凹みにセットされ
、裏面にダイアルがデザインされたカバーガラス１１で
封入された。リード線８１を接地し、リード線８．．８
３に９０度位相の異なる所定周波数（約４０ｋＨｚ）の
２相矩形波６ｖの電気信号を入力した。

指針９は一定速度で時計回りに回転し、リード線８２と
８３への入力信号を入れ替えると、反時計回りに前と同
じ速度で回転した。次に接点を通して得られた回転角情
報に基づいて、指針９の位置を任意の指示値に対応する
よう速やかに制御できることを確認し、耐振性に優れた
利用価値の高い指示計器が構成できることを明らかにし
た。

実施例１ではディスク状四極対電歪公転子型超音波モー
タを用いたメータの１実施例について説明したが、例え
ばメータを構成する回転角情報を人手する機構にポテン
ショメータを用いたが、ポテンショメータに限らず例え
ば接点アレイ、光エンコーダ等を利用することもできる
。

しかしこの様な枝葉末節の事柄とは別に、本発明では指
示計器の駆動力として従来の電磁相互作用に変わる超音
波振動のエネルギーを利用する方法を提案するものであ
る。超音波モータには電歪公転子型に限らずリング状進
行波型モータも利用できる。

（実施例２） 第５図は本発明に係わる超音波モータを自動車両用スピ
ードメータなどに利用した第２の実施例を示す。第３図
に示した外径４０ｍｍ、　　内径３８ｍｍ、長さ７ｍｍ
のシリンダ状四極対電歪公転子をステータ４１（第４図
）とした。その内径に、外径３７．５ｍｍ厚さ５ｍｍの
ガラス板４２と、直径８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのガラス板
の庇４３を組み合わせたロータ４４をセットした。裏面
に金属メツキの指針４５が描かれているロタ４４を第５
図のメータケース５１にはめた。こ、のケース５１には
外径８０ｍｍ内径４１ｍｍの庇状の目盛り板５２が付い
ている。

次に、このメータの指示値制御機構について第６図に従
って説明する。ロータ４４の庇４３の部分の裏面には、
目盛り板５２の原点′！（０値）から最大値までの角度
に対応して抵抗線のポテンショメータ４６が固定されて
いる。ポテンショメータ４６には指針４５を中継した給
電線４７及び４８によって一定の電圧か供給されている
。ロータ４４が回転すると、ケース５１に固定された接
点ばね４９を介して回転角に比例した電圧がリード線５
０を通って出力される。

この電圧すなわちメータの表示値と、メータに指示させ
るべき指示値とをコンパレータで比較し、両者の差が許
容値以下になるまでモータを作動する。モータの作動は
接地したリード線３９に対するリード線３７．３８の電
圧の位相関係をスイッチすることによって右回りまたは
左回りに回転させることができる。このようにして組み
上げたステータ４１とロータ４４のセット（第４，６図
）をメータ用ケース５１（第５図）にはめ込み自動車用
スピードメータを構成した。スピード信号をコンパレー
タに入力し、同時に人力したリード線５０の電圧と比較
した結果に基づいて指針４４の指示値を修正した。

適正値に修正する所要時間は０．１ｍｓ以内であり、指
示値の精度を０．１％以内に保つことができた。

次に、−２０度から８０度に亘る昇温・降温サイクルテ
スト及び高温高湿テストを行い良好な結果を得た。さら
に、信号を入力しながら振動を加える実装シミュレイシ
ョンテストにおいても良好な結果を示し、１０，０００
時間の耐久テストにも合格した。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明では、超音波モータによって
指示針を駆動する指示計器を構成したので、１）指示値
のレスポンスタイムが短く、２）指示値が振動よってぶ
れることのない、耐振性に優れ読み易く、しかも３）高
級感に優れたメータを提供できた。殊に指針を円板状に
し、しかもロータとして直接駆動する場合はシステムの
構成が極めてシンプルになり、制御性が良くなるので、
指示精度が向上し、その上デザインの裕度か豊富になり
、メータは機器本体の顔であるという考えに合致させる
ことができるなど実用上の顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明第１実施例の要部断面
図、正面図、第２図（ａ）、　（ｂ）は同上実施例に使
用するステータの表面図、裏面図、第３図（ａ）、　（
ｂ）は本発明第１実施例に使用するステータの正面図。 斜視図、第４図（ａ）、　（ｂ）は同上実施例における
ステータとロータの関係を示す要部斜視図、第５図（ａ
）、　（ｂ）は同上実施例におけるステータとロータの
セットを納入するスピードメータのケースの形状を示す
側面図、正面図、第６図（ａ）、　（ｂ）は同上実施例
におけるポテンショメータの構成を示す側面図、正面図
である。 １・・・ステータ（電歪公転子）２・・・・・・・・・
テーパ面３・・・・・・・・・・・・・・・・・・ロー
タ　４・・・・・・・・・・・・・・・・・・皿ばね５
・・・・・・・・・・・・・・・シャフト　６・・・ボ
ールベアリング７　・・・・・・・・・ゴムリング　８
１，８□、８３・・・リード線９　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・指針　１０・・・・・・・・・・・
・・・・・・・パネル１１・・・・・・・・・カバーガ
ラス　１２・・・・・・・・・・・・・・・接点ばね１
３・・・ポテンショメータ　３７．３８．３９・・・・
・・リード線４１・・・・・・・・・・−・ステータ（
シリンダ状電歪公転子）４２・・・・−・・・・・・・
・・・ガラス板　４３・・ｉ、・・・・・・ガラス板の
庇４４・・・・・・・・・・・・・・・・・・ロータ　
４５・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・指針
４６・・・ポテンショメータ　４７．４８・・・・・・
・・・・・・給電線４９・・・・・・・・・・・・・・
・接点ばね　５０・・・・・・・・・・・・・・・リー
ド線５１・・・・・・・−・メータケース　５２・・・
・・・・・・・・・・・・目盛り板第１図 第２図 （ａ） 第３図 （ｂ） （ａ） （ｂ） （ａ） 第４図 第５図 （ｂ） ４３５ （ａ） ２ 第６図 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 物理量を電気信号によって表示する指示計器において、
   超音波振動をしているディスク型、シリンダー型、もし
   くはパイプ型の電歪公転子をステータとし、これに圧着
   されているロータに、摩擦力を介して作用する回転トル
   クを利用して指針を駆動するように構成するか、または
   指針が描かれたロータを指針そのものとして駆動するよ
   うに構成したことを特徴とする超音波モータを用いた指
   示計器。