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    公开号:WO1992014295A1
    申请号:PCT/JP1991/001687
    申请日:1991-12-04
    公开日:1992-08-20
    发明作者:Osamu Miyazawa
    申请人:Seiko Epson Corporation；
    IPC主号:H02N2-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 指示装置 技 術 分 野
    [0003] この発明は、 指示部材を超音波振動で駆動し、 指示部材の位置により、 パ ネルと摩擦接触する指示部材を平面方向に移動させ、 物理量を示す指示装置 に関する。 背 景 技 術
    [0004] 従来の指示装 は、 電磁石またはコィルを用い電磁力を利用して指示部材 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、 また磁石ゃコ ィル等のァクチユエ一夕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。
    [0005] 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。 発 明 の 開 示
    [0006] 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る。 図面の簡単な説明
    [0007] 第 1図と第 2図は本発明の指示装置の実施例の概要を示すプロック図であ る。
    [0008] 第 3図， 第 4図， 第 5図は 2スの振動モードのノード位置を らす構成例 を示した説明図である。
    [0009] 第 6図は駆動波形の例を示すタイミングチヤ一トである。
    [0010] 第 7図は本発明の他の実施例を示すプロック図である。
    [0011] 第 8図は進行波の励振方法の一実施例を示す説明図である。
    [0012] 第 9図は定在波の励振方法の一実施例を示す説明図である。
    [0013] 第 1 0図は第 7図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 ングチャートである。
    [0014] 第 1 1図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る。
    [0015] 第 1 2図は本発明の指示装置の第 1の構成例を示す断面図である。
    [0016] 第 1 3図は第 1 2図の上面図である。
    [0017] 第 1 4図は本発明の指示装置の第 2の構成例を示す断面図である。
    [0018] 第 1 5図は第 1 2図と第 1 3図における配線パターンの実施例を示す上面 図である。
    [0019] 第 1 6図は本発明の指示装置の第 3の実施例を示す上面図である。
    [0020] 第 1 7図は他の振動モードを示す説明図である。
    [0021] 第 1 8図は:^発明の指示装置の第 3の実施例を示す断面図である。
    [0022] 第 1 9図は本発明の指示装置の第 4の実施例を示す断面図である。 第 2 0図は第 1 9図における回路基板部の平面図である。
    [0023] 第 2 1図は本発明の指示装置の第 5の実施例を示す断面図である。
    [0024] 第 2 2図は本発明の指示装置の第 6の実施例を示す上面図である。 発明を実施するための最良の形態
    [0025] 本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明する。 第 1図及び第 2図は本発明の指示装置の実施例の概要を示すプロック図で あり、 第 6図は駆動波形の例を示すタイミングチヤ一トである。 1 0 0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、 1 0 1 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 1 2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 2ス （スは振 動姿態の 1周期の長さ） の橈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 ケずつ組にし、 隣りあう組を逆位相で駆動すると 2 λの定在波が励振でき、 振動要素を 1 ケ 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 ケ分ずらす事が できる。 したがって本実施例では 1 2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— 2 7 3 0 8 2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 1 0 1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 u p Z d o w n信号 aを送出し、 分週回路 1 0 5とシフ ト レジス タ 1 04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 1 05は、 パネル 3を 2スで振動させ、 1 2分割で指示をさせる場合には 1 Z 6分周回路の構成である。 そして発振回路 1 02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を送出し、 その反転波形 h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 1 80° 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、 2ス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 1 03とソフ卜レジスタ 1 04と分周回路 1 05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 1 06を形成する。 第 2図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、 AZDコンバータ 108を挿入している。
    [0026] 第 3図， 第 4図， 第 5図は、 2ス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 2 a, 2 b,
    [0027] 2 c, 2 a, 2 b, 2 cそれぞれ 2ケずつ 12ケの振動要素を有している, この時、 2 a, 2 b, 2 cを同じ電圧波形で駆動し、 2 a, 2 b， 2 c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、 1 0 a, 1ひ bの位置に振動ノードが形成される。 具体的には第 6図の波形 iを 2 a、 jを 2 bを、 hを 2 cに印加し、 各々反転した波形を 2 a,
    [0028] Tb, 2 c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 1 0 a, 1 0 bの位置は、 図 3, 第 4図， 第 5図の状態に変位 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、 その位置にとどまつている。
    [0029] 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 Z Dコンバータ 1 0 8でデジタル化され、 その変化量をデコーダ 1 0 0で検 出し、 それに応じて制御回路 1 0 9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。
    [0030] 第 7図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、 1 0 8 は電圧値をデジタル信号に変換する AZ Dコンバータ、 1 0 0はその変化量 を検出するデコーダ、 1 0 2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、 1 1 1は例えば 9 0 ° 位相のずれた駆動波 形を形成する進行波発生回路、 1 1 2は定在波発生回路であり、 1 1 2は進 行波発生回路 1 1 1と定在波発生回路 1 0 6の信号を切り換えバッファ回路 1 0 7を介して振動子 2を駆動する切換回路である。 制御回路 1 1 0はデコ ーダ 1 0 0の出力信号に応じ、 進行波発生回路 1 1 1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 1 0 6を駆動させ、 さらに切換回路 1 1 2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。 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 第 8図は、 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 1 2ケの振動要素 2 0 1〜2 1 2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。 1 2 0及び 1 2 1は交流電源でありそれぞれ位相が 9 0。 ずれ ている。 1 2 3及び 1 2 4はインバー夕である。 この様な構成においては 3 ス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 5 9 - 9 6 8 8 1に詳しい。 第 9図は、 定在波の励振方法の一実施例を示す説明図であり、 第 8図と同 じ構成の振動子 1 の駆動方法のみを変更している。 1 2 5は交流電源、 1 2 6はインバータであり、 捱動要素 2 1 2， 2 0 1 , 2 0 4 , 2 0 5 , 2 0 8 , 2 0 9を同位相で駆動し、 振動要素 2 0 2 , 2 0 3 , 2 0 6， 2 0 7 , 2 1 0 , 2 1 1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 3スの定在波を励振できる。
    [0031] 第 1 0図は、 第 7図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 1 1 0 から送出される事により第 8図， 第 9図に示した各々の振動要素には駆動波 形 d , e , f， g, , i , j , kが印加される。 cは発振回路 1 0 2の出 力信号であり dは cの間欠波形、 f は cと 9 0 ° 位相がずれた波形、 eと g はそれぞれ d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、 駆動波形 d , e , f， gのパルスの数を適当に選ぶ とステップ信号 aと位置決め信号 bの波形により、 第 7図における指示部材 4は、 ィ， 口， ハ， 二， ホの各状態を示す事になる。
    [0032] 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。
    [0033] 第 1 1図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 1 λの定在波の振動モード が励振でき、 ノード ηが形成される。 したがって、 第 8図に示した進行波と、 第 1 1図に示した定在波を組み合わせると、 1 8 0 ° 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。
    [0034] 次に具体的構造について説明をする。
    [0035] 第 1 2図は本発明の指示装置の第 1の構成例を示す断面図、 第 1 3図はそ 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 3 0の配線パターン 3 1のオーバーハング部 3 1 a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 1 2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つて任意の位置に 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、 電磁吸引力ゃ静電吸収引等を用いても良 い。
    [0036] 第 1 4図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 3 a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 4 a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 4 a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。
    [0037] 第 1 5図は第 1 2図， 第 1 3図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 3 0上に設けた配線パターン 3 1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。 3 1 a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。 第 1 6図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 2 4分割した振動要素 2で構成した事により、 2 4分 割の指示が実現できる。
    [0038] 第 1 7図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 yと節 直径 nを有する振動モードを励振する事ができる。
    [0039] 第 1 8図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、 第 1 7 図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 3 0の配線パターン 3 1 aは、 振動の節円 y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 4 a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、 静電吸引力等で圧つせられている。 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。
    [0040] 第 1 9図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として圧電工レメントを添付したパネルの凸部 3 a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 3 0には穴 3 0 aの部分にプロジェク ション部 3 1 bを有する配線パターンを配し、 プロジヱクション部 3 1 b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第 1 7 図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 3 aによって拡大され効率良く駆動でき、 また、 プロジヱクシヨン部 3 1 b が、 節円の部分で接する為振動への影響が少ない。
    [0041] 第 2 0図は第 1 9図における回路基板部の平面図であり、 回路基板 3 0の 穴 3 0 aの部分に配線パターン 3 1のプロジヱクシヨン部 3 1 a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。
    [0042] 第 2 1図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をカラ一 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。
    [0043] 第 2 2図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 4 0は節円と節直径の交点 上を移動する。 例えば第 1 7図で示した振動モードを励振させつつ、 1周 1 2分割で逐次移動させると指示物 4 0は破線で示した様に順次移動する。 もちろん第 7図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。 産業上の利用可能性
    [0044] 以上のように、 本発明の指示装置は、 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 ルゃ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ない。
    [0045] また、 用途としては、 電圧等を示すメータや時刻を示し時計、 パーツを移 動させるパーツフィーダ等に利用できる。
    权利要求:
    Claims
    請 求 の 範 囲
    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
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1992-08-20| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): KR US |
    1992-08-20| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IT LU MC NL SE |
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    1995-07-01| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1992900898 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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