JPH04255476A - 指示装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の指示装置は、指示部材を
超音波振動で駆動し、指示部材の位置または移動量で物
理量を示す指示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の指示装置は、電磁石またはコイル
を用い電磁力を利用して支持部材を回転させ、物理量を
示していた。その形態としては電流を流した時のみ移動
し、遮断すると弾性復元力によってもどるものや、ステ
ッピングモータを用い必要に応じて動くものなどがあっ
た。それぞれに特徴があるが、いずれにしても電磁力を
用いている為、磁界中では使う事ができず、また磁石や
コイル等のアクチュエータ部は支持する部材を含めて、
ある程度の力及び指示精度を確保する為に小型化、特に
薄型化は非常に困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的は
、パネル上で指示部材を直接駆動する事により薄型化す
ると共に、圧電素子を加振源とする事により磁界中であ
っても正確に指示できる指示装置を提供する事にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の指示装置は撓み
振動をするパネルの平面方向の振動変位により、前記パ
ネルと摩擦接触する指示部材を平面方向に移動させ、物
理量を指示する事を特徴とする。

【０００５】

【実施例】図１及び図２は本発明の指示装置の実施例の
概要を示すブロック図であり、図６は駆動波形の例を示
すタイミングチャート１００は信号化された物理量を本
発明の指示装置の駆動量に変換するデコーダ、１０１は
駆動量に応じ各部の動作を司る制御回路である。１は振
動体であるパネル３に添付した例えば圧電素子からなる
振動子であり、本実施例では振動子１を１２分割した振
動要素から形成している。４は指示部材であり、前述の
パネル３と摩擦接触しピン５を中心に回転する。この時
、例えば２λ（λは振動姿態の１周期の長さ）の撓み振
動を励振すると、指示部材４は振動のノードの位置に移
動し安定する。そしてノードの位置をずらすとそれに伴
い指示部材４も移動する。具体的には後述するが、振動
要素２を３ヶずつ組にし、隣りあう組を逆位相で駆動す
ると２λの定在波が励振でき、振動要素を１ヶずつずら
した組にして駆動するとノードの位置を振動要素１ヶ分
ずらす事ができる。したがって本実施例では１２分割の
指示ができる。尚、この様な駆動原理については、本出
願人提案の特願平１−２７３０８２に詳しく説明してい
る。それによれば、定在波を形成し、そのノードの位置
を移動すれば良い為、定在波の種類や励振方法、ノード
位置の移動方法は何ら前述の例に限定するものではない
。構成についてさらに詳述すると、制御回路１０１は指
示部材４の移動ステップ数を制御するステップ信号ｂと
、正逆方向の移動を切り換えるｕｐ／ｄｏｗｎ信号ａを
送出し、分周回路１０５とシフトレジスタ１０４からそ
れぞれ信号ｃとｄ、ｅ、ｆを送出させる。この時、分周
回路１０５は、パネル３を２λで振動させ、１２分割で
指示をさせる場合には１／６分周回路の構成である。 そして発振回路１０２は振動子１を添付したパネル３の
共振周波数近傍の周波数波形ｇを逆出し、その反転波形

【外１】 と共に、信号ｄ、ｅ、ｆで変調し、バッファ１０７を介
し、駆動波形ｈ、ｉ、ｊを振動子１に印加する。駆動波
形ｉ、ｊ、ｋはステップ信号ｂに同時して位相が１８０
°変わる波形であり、それぞれの反転波形（図示せず）
と共に前述の振動要素２を駆動し、２λの定在波のノー
ド位置を変えながら励振する。尚、波形形成回路１０３
とシフトレジスタ１０４と分周回路１０５は、ノード位
置を順次変えながら定在波を励振する信号を発生する回
路であり、定在波発生回路１０６を形成する。図２の実
施例においては、物理量がアナログ電圧の場合であり、
Ａ／Ｄコンバータ１０８を挿入している。

【０００６】図３、図４、図５は、２λの振動モードの
ノードの位置をずらす構成例を示した説明図であり、パ
ネル３に添付した振動子１は２ａ、２ｂ、

【外２】 それぞれ２ヶずつ１２ヶの振動要素を有している。この
時、２ａ、２ｂ、２ｃを同じ電圧波形で駆動し、

【外３
】 を逆位相で駆動すると、ハッチングの有無の部分で逆位
相の振動を起こし、１０ａ、１０ｂの位置に振動ノード
が形成される。具体的には図６の波形ｉを２ａ、ｊを２
ｂ、ｈを２ｃに印加し、各々反転した波形を

【外４】 に印加する。この様な構成においてステップ信号ｂのタ
イミングで振動ノード１０ａ、１０ｂの位置は、図３、
図４、図５の状態に変位し、前述の指示部材があった場
合にはそれに応じて移動する。また、常に励振している
必要はなく、指示後は駆動を停止しても指示部材は摩擦
力により、その位置にとどまっている。

【０００７】以上の様な構成において、例えば、温度が
電圧値として入力されると、Ａ／Ｄコンバータ１０８で
デジタル化され、その変化量をデコーダ１００で検出し
、それに応じて制御回路１０９が指示の変化量に応じて
定在波の形成位置を変化させて、指示部材を移動させる
。したがって物理量の指示が可能である。

【０００８】図７は本発明の指示装置の他の実施例を示
すブロック図であり、１０８は電圧値をデジタル信号に
変換するＡ／Ｄコンバータ、１００はその変化量を検出
するデコーダ、１０２は振動子２を添付したパネル３の
共振周波数近傍の周波数を出力する発振回路、１１１は
例えば９０°位相のずれた駆動波形を形成する進行波発
生回路、１１２は定在波発生回路であり、１１２は進行
波発生回路１１１と定在波発生回路１０６の信号を切り
換えバッファ回路１０７を介して振動子２を駆動する切
換回路である。制御回路１１０はデコーダ１００の出力
信号に応じ、進行波発生回路１１の駆動時間と駆動回数
を制御すると共に、時々定在波発生回路１０６を駆動さ
せ、さらに切換回路１１２を制御している。４は指示部
材であり、パネル３と摩擦接触している。

【０００９】動作の詳細な説明に入る前に、定在波、進
行波の励振方法について説明する。

【００１０】図８は、進行波の励振方法の一実施例を示
す説明図であり、パネル３に添付した振動子１は、例え
ば圧電素子等から成り、例えば１２ヶの振動要素２０１
〜２１２から構成されている。それぞれの振動要素は個
別に駆動する事ができる。１２０及び１２１は交流電源
でありそれぞれ位相が９０°ずれている。１２３及び１
２４はインバータである。この様な構成においては３λ
の進行波が形成され、パネル３と摩擦接触する指示部材
は連続して回転する。尚、進行波の励振方法に関しては
、特開昭５９−９６８８１に詳しい。

【００１１】図９は、定在波の励振方法の一実施例を示
す説明図であり、図８と同じ構成の振動子１の駆動方法
のみを変更している。１２５は交流電源、１２６はイン
バータであり、振動要素２１２、２０１、２０４、２０
５、２０８、２０９を同位相で駆動し、振動要素２０２
、２０３、２０６、２０７、２１０、２１１を逆位相で
駆動する。この様な駆動においてはｎの位置にノードを
有する３λの定在波を励振できる。

【００１２】図１０は、図７のブロック図における各部
の信号波形の例を示すタイミングチャートであり、進行
波を４回断続し定在波駆動に切り換えて位置決めする場
合の例である。ステップ信号ａと位置決め信号ｂが制御
回路１１０から送出される事により図８、図９に示した
各々の振動要素には駆動波形ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、
ｊ、ｋが印加される。ｃは発振回路１０２の出力信号で
ありｄはｃの間欠波形、ｆはｃと９０°位相がずれた波
形、ｅとｇはそれぞれｃとｆの反転波形である。ｈ、ｉ
に対しｊ、ｋは反転波形である。この様な構成において
、ステップ信号ａと位置決め信号ｂの波形により、図７
における指示部材４は、イ、ロ、ハ、ニ、ホの各状態を
示す事になる。

【００１３】尚、以上他の実施例について説明したがこ
の例においては進行波を励振する長さと回数によって指
示部材の指示の状態（分割数、方向など）を任意に変え
、また、それぞれの状態でわずかに生ずる位置誤差を、
時々励振する定在波で解消するものである。したがって
、振動モードはもとより励振の方法、タイミング、分割
数、形状、振動子の種類分極のし方やパターンの配置な
ど、いずれも何ら限定するものではない。

【００１４】図１１は定在波の他の励振方法を示す実施
例を示す説明図であり、振動要素を２組に分け、それぞ
れ逆位相で駆動すると１λの定在波の振動モードが励振
でき、ノードｎが形成される。したがって、図８に示し
た進行波と、図１１に示した定在波を組み合わせると、
１８０°毎に累積誤差を吸収し、その間は正、逆に進行
する進行波の間欠動によって任意の位置に指示部材を移
動させる事ができる。以上で明確な様に、進行波と定在
波の組み合わせについても限定するものではない。

【００１５】次に具体的構造について説明をする。

【００１６】図１２は本発明の指示装置の第１の構成例
を示す断面図、図１３はその上面図であり、指示部材４
はカラー６を介し、圧電素子からなる振動子２を添付し
たパネル３と共にベース８に、固定ネジ７に押しつけら
れている。振動子１の裏面には振動要素毎に分かれた電
極パターンがあり、回路基板３０の配線パターンのオー
バーハング部３１ａと当接し電圧を印加している。尚、
本実施例は電極パターン（振動要素）を１２分割した例
を示したが、本実施例に限定するものではない。また指
示部材４の位置は、破線で示した状態のみでなく、前述
の進行波を組み合わせる事によって任意の位置に移動さ
せる事ができる。また、指示部材４とパネル３を摩擦接
触させる方法としては前述の方法のみならず、電磁吸引
力や静電吸収引等を用いても良い。

【００１７】図１５は図１２、図１３における配線パタ
ーンの実施例を示す上面図であり、回路基板３０上に設
けた配線パターン３１を振動子１の電極パターン２に相
当する位置に設けている。３１ａはオーバーハング部で
あり電極パターン２とは弾性的に当接し、または導電剤
を用いて導通している。

【００１８】図１４は本発明の指示装置の第２の構成例
を示す断面図であり、３は振動子１を添付したパネルで
あり案内穴３ａに、指示部材４を装着したピン５が回転
自由に係合している。９はカバーであり、指示部材４の
先端部４ａとパネル３の間に摩擦力を与える様にピン５
を押えている。この様な構成においては指示部材の先端
部４ａが、振動変位の大きいパネルの外周部と接すると
共に、回転負荷の少ない中心部でピン５を介して押える
事ができるので効率良く駆動する事ができる。

【００１９】図１６は本発明の指示装置の第３の実施例
を示す上面図でありパネル３に添付した振動子１を２４
分割した振動要素２で構成した事により、２４分割の指
示が実現できる。

【００２０】図１７は他の振動モードを示す説明図であ
り、パネル３に添付した振動子１における振動要素２の
形状及び配置と、駆動周波数により、節円γと節直径ｎ
を有する振動モードを励振する事ができる。

【００２１】図１８は本発明の指示装置の第３の実施例
を示す断面図であり、図１７で示した振動モードを有し
破線で例示した様な変形状態を有している。振動子１を
添付したパネル３は固定ネジ７によりカラー６を介して
ベース８に固定されている。ベース８に添付した回路基
板３０の配線パターン３１ａは、振動の節円γの位置で
振動子１の電極パターンに当接している。指針４の凸部
４ａは振動の腹の部分でパネル３に摩擦接触し、指針４
の弾性力、磁気吸引力、静電吸引力等で圧っせられてい
る。この様な構成においては振動のノード部分で配線パ
ターンが導通するので振動への影響が少なく、また共振
周波数が高くなる為、大きなパネルを用いた指示装置で
あっても非可聴音域で振動させる事ができる。

【００２２】図１９は本発明の指示装置の第４の実施例
を示す断面図であり、振動子１として圧電エレメントを
添付したパネルの凸部３ａと指針４が摩擦接触している
。ベース８に添付した回路基板３０には穴３０ａの部分
にプロジャクション部３１ｂを有する配線パターンを配
し、プロジェクション部３１ｂが振動子１の電極パター
ンと接触導通している。この様な構成において図１７の
振動モードで励振すると、指針４を駆動する平面方向の
振動成分が凸部３ａによって拡大され効率良く駆動でき
、また、プロジェクション部３１ｂが、節円の部分で接
する為振動への影響が少ない。

【００２３】図２０は図１９における回路基板部の平面
図であり、回路基板３０の穴３０ａの部分に配線パター
ン３１のプロジェクション部３１ａを設け、振動子１の
振動要素と対応する電極パターン２と導通している。

【００２４】図２１は本発明の指示装置の第５の実施例
を示す断面図であり、振動子１を添付したパネル３をカ
ラー６を介して固定ネジ７で固定している。指針４はカ
ラー６に押し下げられる事により弾性変形し、その反発
力によりパネル３と摩擦接触している。この様な構成に
おいては固定ネジを締めるのみで組み立てが可能であり
一方、指針が撓む為、隙間等の寸法は高精度を要しない
。

【００２５】図２２は本発明の指示装置の第６の実施例
を示す上面図であり、複数の電極パターン２を有する振
動子１を添付したパネル３は、節直径及び節円を有する
振動モードで駆動する。この場合、指示物４０は節円と
節直径の交点上を移動する。例えば図１７で示した振動
モードを励振させつつ、１周１２分割で逐次移動させる
と指示物４０は破線で示した様に順次移動する。もちろ
ん図７で詳述した様に進行波と定在波の励振を切り換え
たり、断続したりするとさらに高分割した駆動が可能で
あるし、進行波のみの励振にすると連続して駆動させる
事ができる。

【００２６】以上多くの実施例を挙げて詳述したが、本
発明の意図は、振動するパネルにより、指針または指示
物等を摩擦駆動し、その位置によって物理量を示すもの
である為、パネルや指示部材等の形状や構成、振動子の
種類や駆動法、振動モードの種類やステップ数等何ら前
述の例に限定するものではない。また用途に関しては、
電圧等を示すメータや、時刻を示す時計、パーツを移動
させるパーツフィーダ等色々なものに応用できる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の指示装置によれば、振動するパ
ネルにより指示部材を直接駆動した事により、励振を止
めても指示位置が変わる事がない。また指示部材をステ
ップ的に動かしたり連続的に動かしたり、組み合わせて
動かす事などが実現できた。さらに、振動子として圧電
エレメントを使用した事により、磁界に全く影響を受け
ず、外部に対しても影響を与えずに物理量を指示する事
ができた。構造上からは、パネル自体で指示部材そのも
のを駆動する為、構造が簡単になり小型化薄型化が容易
で低コスト化ができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の指示装置の実施例の概要を示すブロッ
ク図。

【図２】本発明の指示装置の実施例の概要を示すブロッ
ク図。

【図３、図４、図５】２λの振動モードのノード位置を
ずらす構成例を示した説明図。

【図６】駆動波形の例を示すタイミングチャート。

【図７】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図８】進行波の励振方法の一実施例を示す説明図。

【図９】定在波の励振方法の一実施例を示す説明図。

【図１０】図７のブロック図における各部の信号波形の
例を示すタイミングチャート。

【図１１】定在波の他の励振方法を示す実施例を示す説
明図。

【図１２】本発明の指示装置の第１の構成例を示す断面
図。

【図１３】図１２の上面図。

【図１４】本発明の指示装置の第２の構成例を示す断面
図。

【図１５】図１２、図１３における配線パターンの実施
例を示す上面図。

【図１６】本発明の指示装置の第３の実施例を示す上面
図。

【図１７】他の振動モードを示す説明図。

【図１８】本発明の指示装置の第３の実施例を示す断面
図。

【図１９】本発明の指示装置の第４の実施例を示す断面
図。

【図２０】図１９における回路基板部の平面図。

【図２１】本発明の指示装置の第５の実施例を示す断面
図。

【図２２】本発明の指示装置の第６の実施例を示す上面
図。

【符号の説明】 １００　　デコーダ １０１　　制御回路 １０２　　発振回路 １０３　　波形形成回路 １０４　　シフトレジスタ １０５　　分周回路 １０６　　定在波発生回路 １０７　　バッファ回路 １　　振動子 ２　　電極パターン ３　　パネル ４　　指示部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撓み振動をするパネルの平面方向の振動変
   位により、前記パネルと摩擦接触する指示部材を平面方
   向に移動させ、物理量を指示する事を特徴とする指示装
   置。