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形状記憶合金を用いた駆動装置及びそれを用いたディスプレイ装置並びにそれらの製造方法

国内特許コード P110003170
整理番号 V226P004
掲載日 2011年6月17日
出願番号 特願2003-137942
公開番号 特開2004-341255
登録番号 特許第3684552号
出願日 平成15年5月15日(2003.5.15)
公開日 平成16年12月2日(2004.12.2)
登録日 平成17年6月10日(2005.6.10)
発明者
  • 江刺 正喜
  • 芳賀 洋一
  • 水島 昌徳
  • 松永 忠雄
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 江刺 正喜
  • 芳賀 洋一
発明の名称 形状記憶合金を用いた駆動装置及びそれを用いたディスプレイ装置並びにそれらの製造方法
発明の概要 【課題】集積化が容易で、低コストで製造できる形状記憶合金を用いた駆動装置及びそれを用いたディスプレー装置並びにそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】直列接続される第1及び第2の形状記憶合金コイル1、2と、ここれらのそれぞれに固定部材5を介して接続される駆動部材3と、記形状記憶合金コイルに電流を供給する配線パターン11と駆動回路10とを有する基板4と、を備え、形状記憶合金コイル1、2と駆動部材3と固定部材5と、が基板5と接触せず、かつ、移動可能に基板4にほぼ平行に保持され、形状記憶合金コイル1、2の共通電極及び各アース電極が、それぞれ、基板4の配線パターンに接続され、駆動回路10により、形状記憶合金コイル1、2が切り替え可能に電流駆動され、電流が印加される第1または第2の形状記憶合金コイル1、2が、加熱されて収縮することにより駆動部材が移動する。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要



【従来の技術】

点字は音声と共に、視覚障害者の重要な情報媒体である。点字は、ひらがななどの文字形状をそのまま点状に示すのではなく、1文字が縦横それぞれ約3mm程度の大きさ内に設けられた6点の凹凸で表わされている。点字を印刷した点字本においては、1点の直径が約1mmで、高さとして約0.5mmの凸状とした点字が印刷されている。

近年、点字本の場合には情報密度が小さいことと、長期間の使用で凸点が劣化することから、一点字数である6本または8本の触針からなるピンの各ピンを電子的に上下することで、点字を表示する点字ディスプレイ装置の開発が進んでいる。実用的には、この6本の触針を1点字分として、さらに複数の点字が表示されるように、一次元に複数の触針を配列した所謂1指多文字方式などの点字ディスプレイ装置の研究開発がされている。

また、健常者が失明して視覚障害者になった場合は、点字の習得が容易ではない。そのため、多数の触針を2次元配列し、各触針を電子的に上下させることで文字や絵の形をそのまま表示させる2次元接触ディスプレイも研究されている。





従来の点字ディスプレイとしては、電磁力を用いた触覚ディスプレイ装置などが知られている(非特許文献1及び2参照)。

非特許文献1及び2のピンディスプレイ装置に用いられている電磁型アクチュエータは、コイルに電流を流したときに生じる磁界と外部の磁界との相互作用により生じる電磁力によって駆動させている。この電磁力は所謂体積力に比例し、コイルの巻数を多くするほど大きな力を発生する。

しかしながら、非特許文献1及び2のピンディスプレイ装置に用いられている電磁型アクチュエータは、小型化した場合には体積が小さくなり、発生する力は弱くなること及び小型化のためにコイルの配線を細くせざるをえない。この場合にはコイルの電気抵抗が大きくなり消費電力が大きくなることから、小型化には適していない。





また、点字ディスプレイ装置のピンの駆動に圧電素子が使用されている(非特許文献3参照)。非特許文献3の圧電素子を用いたピン駆動装置は、ジルコン酸チタン酸鉛などの材料に外部から電場を印加するときに体積が変化する、所謂圧電効果を利用しているが、圧電効果でピンを1mm程度上下させるために必要な圧電素子は大きくなるので、ピンの集積密度を高めるには非常に複雑な構造となり、製造が困難でコストが高くなる。





さらに、形状記憶合金にレーザ光を照射し加熱を行うことにより駆動する盲人用触覚ディスプレイが知られている(特許文献1参照)。

図8は、特許文献1に開示されている触覚ディスプレイの構成を示す模式図である。図において、マトリクス状に配列された触針群における一つの触針列71の任意の触針73が加熱手段72により駆動される。ここで、各触針73は、カバー74の孔75から突出可能に配設されて、それらの各触針73の下端には、ばね状に構成した形状記憶合金からなる第1の支持体76及び第2の支持体77の一端をそれぞれ連結すると共に、それらの支持体76,77の他端がカバー74の下面に固定されている。ここで、第1の支持体76には、触針73を突出させるための捲回形状を記憶させ、また第2の支持体77には、触針73を下動復帰させるための伸張形状を記憶させている。また、加熱手段72は、レーザ光79とスキャナー82などにより構成されている。レーザ光79からの光がスキャナー82により、上記の第1の支持体76または第2の支持体77を照射することにより、触針が突出するか、または下動する。





上記特許文献1に記載の触覚ディスプレイは、形状記憶合金の加熱源にレーザ光を用い、特定の形状記憶合金を選択するためにスキャナーを使用するために、装置が大型となりまたコストが高い。

その問題点を解決するために構造を改良し、形状記憶合金コイルを用いてピンを駆動する方法がある( 特許文献2参照)。図9は、特許文献2に開示されている形状記憶合金コイル用いてピンを駆動する装置の構成を示す図である。ピン111を上昇させるためには、スイッチで配線152に電流源を接続し、形状記憶合金コイル132に通電する。形状記憶合金コイル132は通電加熱されて伸張し、ピン111は上昇する。

金属ストッパ124が磁石板160に十分近づくと、磁石板160と金属ストッパ124との磁気結合によりピン111が固定され、ピン111を上の位置に保持するための電流を流し続ける必要がない。ピン111を下降させるためには、スイッチを切り替えて配線154に電流源を接続し、形状記憶合金コイル134に通電する。これにより、形状記憶合金コイル134は通電加熱されて伸張し、ピン111が下降し、上部ストッパ122、および下部ストッパ126によってピン111は停止する。

しかし、この構造では立体的な組み立てが複雑であり、組み立て時の位置決めが容易でなかった。





【特許文献1】

特公昭63-27711号(2頁及び第1図)

【特許文献2】

特開2001-265213号

【非特許文献1】

M. Shinohara, Y. Shimizu, and A. Mochizuki, "Three-Dimensional

Tactile Display for the Blind", IEEE TRANSACTIONS ON REHABILITATION ENGINEERING, VOL. 6, NO. 3, SEPTEMBER 1998.

【非特許文献2】

山口昌樹、白土悟、鹿野快男、 "触覚用ディスプレイに用いる小型電磁ソレノイドの基礎設計" 、日本応用磁気学会誌 22, 945-948, 1998.

【非特許文献3】

http://www.kgs-jpn.co.jp/piezo.html

産業上の利用分野



【発明の属する技術分野】

本発明は形状記憶合金を用いた駆動装置に関し、特に形状記憶合金を用いたピン駆動装置とそれを用いたピンディスプレイ装置、並びにそれらの製造方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】直列接続される第1及び第2の形状記憶合金コイルと、
該形状記憶合金コイルのそれぞれに固定部材を介して接続される駆動部材と、上記形状記憶合金コイルに電流を供給する配線パターンと駆動回路とを有する基板と、を備え、
上記第1及び第2の形状記憶合金コイルと上記駆動部材と上記固定部材とが上記基板と接触することなく、かつ、移動可能に上記基板にほぼ平行に保持され、上記第1及び第2の形状記憶合金コイルの共通電極及び各アース電極が、それぞれ、上記基板の配線パターンに接続され、
上記駆動回路により上記第1及び第2の形状記憶合金コイルが切り替え可能に電流駆動され、該電流が印加される第1または第2の形状記憶合金コイルが、加熱されて収縮することにより上記駆動部材が移動されることを特徴とする、形状記憶合金を用いた駆動装置。
【請求項2】前記第1及び第2の形状記憶合金コイルのそれぞれが、自然長の形状記憶合金コイルと引き伸ばされた形状記憶合金コイルとの直列接続からなり、その直列接続部が前記固定部材に接続されることを特徴とする、請求項1に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
【請求項3】前記直列接続される第1及び第2の形状記憶合金コイル、前記駆動部材及び前記配線パターンの複数個が、前記基板の複数の開口部に配置され、上記駆動回路により切り替え可能に電流駆動されることを特徴とする、請求項1または2に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
【請求項4】前記駆動部材を保持するためのラッチ部をさらに備えたことを特徴とする、請求項1に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
【請求項5】前記ラッチ部は、磁石または磁石と磁性体の組み合わせであることを特徴とする、請求項4に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置。
【請求項6】請求項1~5の何れかに記載の形状記憶合金を用いた駆動装置を複数個用いて少なくとも点字を1行表示できる点字表示部と、
データを入力して、上記点表示部分に、データに対応する点字を表示する制御用CPUからなる制御部を有することを特徴とする、形状記憶合金を用いた駆動装置によるディスプレイ装置。
【請求項7】前記制御用CPUは、前記データ入力により、デマルチプレクサに信号を送り駆動する1文字の各駆動回路に設けられたアドレッサブル・ ラッチを選択し、それと同時に上記各アドレッサブル・ラッチにどの駆動ピンを駆動するかという信号を送ることにより、所定の形状記憶合金コイルを通電加熱することを特徴とする、請求項6に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置によるディスプレイ装置。
【請求項8】請求項1~5の何れかに記載の形状記憶合金を用いた駆動装置を複数個2次元に配列した触覚表示部と、
画像データを入力して、上記触覚表示部に、画像データに対応する画像を表示する制御用CPUからなる制御部を有することを特徴とする、形状記憶合金を用いた駆動装置によるディスプレイ装置。
【請求項9】前記制御用CPUは、前記画像データ入力により、デマルチプレクサに信号を送り、駆動部材の各駆動回路に設けられたアドレッサブル・ ラッチを選択し、それと同時に上記各アドレッサブル・ラッチにどの駆動ピンを駆動するかという画像信号を送ることにより、所定の形状記憶合金コイルを通電加熱することを特徴とする、請求項8に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置によるディスプレイ装置。
【請求項10】所定の寸法の駆動部材を形状記憶合金コイル固定ブロックの孔部の所定の位置に固定する工程と、
上記駆動部材及び第1及び第2の形状記憶合金コイル固定ブロックを導電材料により被覆する工程と、
所定の形状に成形されて導電材料により被覆された上記形状記憶合金コイルを上記形状記憶合金コイル固定ブロックに接続する工程と、
上記形状記憶合金コイル及びその固定ブロックにより接続された駆動部材とを上記基板に予め形成される開口部に挿入し、上記第1及び第2の形状記憶合金コイルの共通電極及び各アース電極を上記基板表面に予め設けられた配線パターンに接続する工程と、
上記形状記憶合金コイルとその固定ブロックと上記駆動部材の各接続部分以外の上記導電材料をエッチングにより除去する工程と、
上記基板に予め形成された配線パターンに駆動回路部品を接続する工程と、
からなることを特徴とする、形状記憶合金を用いた駆動装置の製造方法。
【請求項11】前記基板に、さらにラッチ部が形成される工程を含むことを特徴とする、請求項10に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置の製造方法。
【請求項12】前記導電材料は、銅、ニッケルのいずれかまたはこれらの導電材料の組み合わせからなり、上記エッチングがエッチング液により行われることを特徴とする、請求項10に記載の形状記憶合金を用いた駆動装置の製造方法。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 登録
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