(57)【要約】【課題】昇降ピンの軸方向移動を制動しうる昇降ピン制動機構について、特願２００８−２８５０１５において、バイモルフ型アクチュエータにて直接、昇降ピンの軸方向移動を制動しうるものが示されている。しかし、該先行技術は、アクチュエータによって直接に制動するものなので、制動の反力にてアクチュエータがダメージを被りうる。制動の反力を免れうる昇降ピン制動機構を実現したい。【解決手段】昇降ピン制動機構を、板ばねと、押圧アクチュエータから構成されるものとする。板ばねは、押圧アクチュエータによって押されることにより湾曲し、その作用端が昇降ピン側面に対して制動作用を及ぼすものとする。この構成により、「制動作用を及ぼす」アクチュエータと、「その反力を受け止める」板ばねとに役割分担させる。【選択図】図１
2011022815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン出力装置において、昇降ピンに対応して設けられてなるものであり、
前記昇降ピンに対応して設けられた板ばねを有し、
前記板ばねに対応して設けられ、コンピュータからの出力に応じて前記板ばねを押しうる押圧アクチュエータを有し、
前記コンピュータからの出力に応じて前記押圧アクチュエータが前記板ばねを押すことによって湾曲された前記板ばねの略作用端が、前記昇降ピンの側面に対して制動作用を及ぼすことにより、前記昇降ピンの軸方向移動を制動しうるものである
ことを特徴とする昇降ピン制動機構
【請求項２】
複数の昇降ピンを有し、
前記複数の昇降ピンを一括して、前記昇降ピンの軸方向へ移動させうる昇降ピン移動手段を有し、
前記各昇降ピンに対応して、請求項１にて示した昇降ピン制動機構が設けられており、
コンピュータからの出力に応じて前記昇降ピン制動機構が駆動されることにより、前記昇降ピンの軸方向移動を個別に制動しうるものである
ことを特徴とするピン出力装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に視覚障害者へ触覚情報を呈示するピン出力装置に関するものであり、詳しくは、コンピュータからの出力に応じて、昇降ピンの軸方向移動を個別に、任意の軸方向位置にて制動しうる昇降ピン制動機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−３１０３４５は、３次元触覚ディスプレイであり、以下の如きものである。すなわち、重力に抗して昇降ピンを支持している昇降ピン支持台を、移動させることにより、触知ピンを重力に従って没入方向移動させる。該３次元触覚ディスプレは、コンピュータの出力に応じて触知ピンの没入方向移動を個別に制動しうる制動機構を有している。触知ピンの前記没入方向移動の過程において、コンピュータの出力に応じて各触知ピンが、任意の軸方向位置にて制動されることにより、それら触知ピンの突出量が制御される。本先行技術において、触知ピンの没入方向移動を制動しうる制動機構の構成は開示されていない。
【０００３】
特開２００７−３１０８６４は、３次元触覚ディスプレイであり、以下の如きものである。すなわち、磁力にて昇降ピンと相互に吸着されている昇降ピン吸着台を移動させることにより、触知ピンを軸方向移動させる。該３次元触覚ディスプレは、コンピュータの出力に応じて触知ピンの軸方向移動を個別に制動しうる触知ピン制動機構を有している。触知ピンの前記軸方向移動の過程において、コンピュータの出力に応じて各触知ピンが、任意の軸方向位置にて制動されることにより、それら触知ピンの突出量が制御される。本先行技術において、触知ピン制動機構の構成は開示されていない。
【０００４】
特開２００８−１５２７６３は、３次元触覚ディスプレイであり、以下の如きものである。すなわち、磁力にて昇降ピンと相互に吸着されている触知ピン吸着板を突出方向移動させることにより、触知ピンを突出方向移動させる。該３次元触覚ディスプレは、コンピュータの出力に応じて触知ピンの突出方向移動を個別に制動しうる制動機構を有している。触知ピンの前記突出方向移動の過程において、コンピュータの出力に応じて各触知ピンが、任意の軸方向位置にて制動されることにより、それら触知ピンの突出量が制御される。本先行技術において、触知ピンの突出方向移動を制動しうる制動機構の構成は開示されていない。
【０００５】
特許第４２５３０３５号は、３次元触覚ディスプレイであり、以下の如きものである。すなわち、昇降ピンを、その側面に貫通長穴を有するものとし、昇降ピン駆動機構構成要素を柵状に設け、その柵棒部を前記貫通長穴を通した状態で配置することにより、前記貫通長穴の内側から昇降ピンを駆動しうるよう構成する。本先行技術において、昇降ピン制動機構の構成は開示されていない。
【０００６】
特願２００８−２８５０１５は、ピン出力装置において、コンピュータの出力に応じて昇降ピンの軸方向移動を個別に制動しうる昇降ピン制動機構であり、以下の如きものである。すなわち、バイモルフ型アクチュエータを昇降ピンに対して略平行に配置してなる昇降ピン制動機構であり、該バイモルフ型アクチュエータにて直接、昇降ピンに対して制動作用を及ぼすものである。
【０００７】
なお、これら先行技術文献にて用いられている用語について、本発明にて用いられている用語と同じ概念のものが、多少異なる用語にて表現されている場合がある。例えば、本発明でいう「ピン出力装置」は、先行技術文献において「３次元触覚ディスプレイ」と呼ばれている場合がある。また例えば、本発明でいう「昇降ピン」は、先行技術文献において「触知ピン」と呼ばれている場合がある。また例えば、本発明でいう「昇降ピン支持板」は、先行技術文献において「昇降ピン支持台」と呼ばれている場合がある。また例えば、本発明でいう「昇降ピン吸着板」は、先行技術文献において「昇降ピン吸着台」と呼ばれている場合がある。また例えば、本発明でいう「昇降ピン制動機構」は、先行技術文献において「触知ピン制動機構」と呼ばれている場合がある。また、先行技術文献にて用いられている用語と同じものであっても、本発明にて用いられている用語とは概念が多少異なる場合もありうる。用語の概念の異同は、最終的には各文献の明細書の記述による。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１０３４５
【特許文献２】特開２００７−３１０８６４
【特許文献３】特開２００８−１５２７６３
【特許文献４】特許第４２５３０３５号
【特許文献５】特願２００８−２８５０１５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特願２００８−２８５０１５にて示されている昇降ピン制動機構は、バイモルフ型アクチュエータにて直接、昇降ピンの軸方向移動力を受け止めるものであるため、該制動に対する反力（すなわち、昇降ピンの軸方向移動力）によって、バイモルフ型アクチュエータが、例えば、坐屈や屈折、バイモルフ構造の剥離、長期使用による疲労破壊、バイモルフの固定端におけるハンダ付け部の破壊、といったダメージを受ける可能性がある。制動アクチュエータがその制動力に対する反力によって、このようなダメージを受ける可能性を予防しうる昇降ピン制動機構を実現することが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、具体的には次のような構成とした。すなわち、ピン出力装置において、昇降ピンに対応して設けられてなるものであり、前記昇降ピンに対応して設けられた板ばねを有し、前記板ばねに対応して設けられ、コンピュータからの出力に応じて前記板ばねを押しうる押圧アクチュエータを有し、前記コンピュータからの出力に応じて前記押圧アクチュエータが前記板ばねを押すことによって湾曲された前記板ばねの略作用端が、前記昇降ピンの側面に対して制動作用を及ぼすことにより、前記昇降ピンの軸方向移動を制動しうるものである、ことを特徴とする昇降ピン制動機構とした。
【００１１】
以下、より具体的に説明する。本発明の特徴は、昇降ピン制動機構を、「押圧アクチュエータ」と「板ばね」とから構成されるものとしたことにある。
【００１２】
ピン出力装置の本体側において、各昇降ピンに個別に対応して板ばねを設ける。該板ばねは、一端（以下「固定端」と呼ぶ）が本体側に固定されており、他端は自由端となっている。各板ばねに個別に対応して押圧アクチュエータを設ける。各押圧アクチュエータは個別に、コンピュータによって制御されうるものである。コンピュータからの出力によって押圧アクチュエータが押圧状態になることにより、対応している板ばねが押され、該板ばねの自由端が、昇降ピンの軸方向移動に対して制動作用を及ぼす。コンピュータからの出力によって、押圧アクチュエータが没入状態になることにより、対応している板ばねが復帰し、昇降ピンの軸方向移動に対する制動作用が解除される。
【００１３】
本発明でいう「押圧アクチュエータ」は、コンピュータからの出力によって個別に制御されることにより、対応する板ばねを押しうるものであるならば、どのようなものでも良い。押圧アクチュエータの例として、高分子アクチュエータや積層型圧電アクチュエータを挙げることが出来るが、それらはあくまで例であり、その他どのようなものを押圧アクチュエータとして用いても良い。現時点で、「押圧アクチュエータ」としては、高分子アクチュエータが有力候補である。何故なら、極めて薄い形状の高分子アクチュエータが開発されているのであり、例えばそのような薄い形状の高分子アクチュエータを押圧アクチュエータとして用いれば、昇降ピン制動機構を軸方向（突出方向又は没入方向）から見て薄いものとすることが出来るため、昇降ピンの実装密度を高くすることが出来る。また、高分子アクチュエータは低電圧で動作するので、使用者にとって安全性が高いものとすることが出来る。本発明でいう押圧アクチュエータとして高分子アクチュエータを用いる場合、例えば、イーメックス株式会社にて、高分子アクチュエータを用いた触覚デバイスが開発されており、薄いシート状で部分的に盛り上がるものがＨＰにて開示されており、具体的な例として、そのようなものを用いることなどが想定される。
【００１４】
本発明でいう「板ばね」は、どのようなものでも良い。例えば、板ばねの材料はどのようなものでも良いのであり、必ずしも、ばね鋼などの金属である必要はなく、樹脂製でも良い。また例えば、板ばねにはどのような加工が施されていても良いのであり、摩擦力を高めるための加工（摩擦係数の高い塗装など）を施しても良い。また例えば、板ばねの形状はどのようなものでも良いのであり、板ばねは必ずしも個別に分離してなる形状ではなく、連なった形状からなるものとしても良い。板ばねをこのように連なった形状とすることにより、実装時において、板ばねの位置決めが容易になり、隣接する板ばね間の間隔が固定され、板ばねの作用端の向きが一定となる。また例えば、板ばねの大きさはどのようなものでも良いのであり、板ばねの長さや幅、厚さなど、どのようなものでも良い。
【００１５】
「板ばね」の配置について、板ばねは、どのような方向に向けて配置されていても良いのであり、例えば、作用端が昇降ピンの没入方向へ向けて配置されていても良いし、また例えば、作用端が昇降ピンの突出方向へ向けて配置されていても良いし、あるいは、作用端がその他どのような方向へ向けて配置されていても良い（例えば、作用端を昇降ピンの軸に対して垂直な方向へ向けて配置されていても良い）。但し、板ばねは作用端を（昇降ピンの）没入方向へ向けて配置することが望ましいと思われる。板ばねは作用端を没入方向へ向けて配置することにより、人の指によって昇降ピンに加えられる没入方向の触知圧力を逃がすことにより、触知圧力によって板ばねが変形あるいは損傷されることを防ぐことが出来る。
【００１６】
本発明でいう「制動作用」は、どのようなものでも良い。例えば、作用端を昇降ピン側面に有する段差面に突き当てても良い。また例えば、摩擦力を及ぼすものでも良い。また例えば、凸凹の噛み合いによるものでも良い。
【００１７】
本発明でいう板ばねの「略作用端」とは、板ばねの作用端及び、その付近を含む大まかな概念である。板ばねの「略作用端」について、例えば、作用端がこれに含まれうるのであり、作用端を昇降ピン側面に有する段差面に突き当てることによって制動作用を及ぼしても良いし、あるいは作用端にて摩擦力を及ぼしても良い。また例えば、作用端付近の面がこれに含まれうるのであり、作用端付近の面を接触させることによって摩擦力を及ぼしても良い。また、板ばねの作用端付近に何らかの接触子を有するものとし、該接触子を介して制動作用を及ぼしうるものとしても良いのであり、その場合には、該接触子が「略作用端」に含まれうる。ここで、接触子とは、どのようなものでも良いのであり、例えば、摩擦係数の高いもの、また例えば、昇降ピンの側面形状に対して凸凹の噛み合いを生じうるもの、などが考えられる。
【００１８】
押圧アクチュエータ及び板ばねは、その動作によって昇降ピンの軸方向移動に対して制動作用を及ぼしうるならば、ピン出力装置のどの部位に配置されていても良い。
【００１９】
本発明でいう昇降ピンの「軸方向移動」とは、昇降ピンの突出方向及び没入方向を含む。本発明からなる昇降ピン制動機構は、昇降ピンの突出方向移動を制動しうるものであっても良いし、あるいは没入方向移動を制動しうるものであっても良いし、あるいはその両方を制動しうるものであっても良い。
【００２０】
昇降ピンの「軸方向移動の向き（突出方向移動、没入方向移動など）」と、板ばねの配置における「自由端の向き（没入方向を向いている、突出方向を向いている、あるいはその他の方向を向いているなど）」と、昇降ピンの軸方向移動に対する「制動作用の種類（作用端を段差面に突き当てる、摩擦力による、凸凹の噛み合いによるなど）」は、いかなる組み合わせでも良い。
【００２１】
本発明である昇降ピン制動機構と昇降ピンの対応関係について、昇降ピン制動機構と昇降ピンは必ずしも１対１対応している必要はない。例えば、昇降ピン１本に対して複数の昇降ピン制動機構が設けられていても良い。
【００２２】
本発明を用いたピン出力装置について、「昇降ピン」はどのようなものでも良いのであり、これによって本発明が制約されるものではない。例えば、昇降ピンの形状、大きさ、材料などはどのようなものでも良い。また、昇降ピン側面の形状はどのようなものでも良いのであり、例えば、板ばねの作用端によって突き当てられうる段差面を有する形状であっても良いし、また例えば、摩擦力によって制動されやすいように梨地などの摩擦係数の高いものであっても良いし、あるいはその他どのようなものであっても良い。図２及び図３において、側面に複数の段差面を有する形状の昇降ピンが例示されているが、これら図面に例示したるものはあくまで一例であり、昇降ピン側面の形状はどのようなものでも良い。また例えば、昇降ピンは内側面を有する形状であっても良い。このような「昇降ピン」の例として、複数の先行技術にて様々なものが開示されている。また、昇降ピンの数や配列はどのようなものでも良い。
【００２３】
本発明を用いたピン出力装置について、複数の昇降ピンを一括して、（昇降ピンの）軸方向へ移動させうる「昇降ピン移動手段」はどのようなものでも良いのであり、これによって本発明が制約されるものではない。このような「昇降ピン移動手段」の例として、複数の先行技術にて様々な機構が開示されているのであり、例えば、昇降ピンを重力に抗して支持している昇降ピン支持板を（昇降ピンの）没入方向へ移動させることにより、昇降ピンを重力に従って没入方向移動させる機構が開示されている。また例えば、昇降ピンを磁力にて吸着している昇降ピン吸着板を（昇降ピンの）軸方向へ移動させることにより、昇降ピンを軸方向移動させる機構が開示されている。
【００２４】
本発明を用いたピン出力装置について、コンピュータからの出力に応じて昇降ピン制動機構が「駆動される」とは、コンピュータからの出力に応じて「押圧アクチュエータが板ばねを押す」という意味である。
【００２５】
本発明である昇降ピン制動機構が制動作用を及ぼす対象である昇降ピンの「側面」とは、例えば、先行技術でいう昇降ピンの「外側面」及び「内側面（内側面を有する形状の昇降ピンの場合）」が含まれる。
【００２６】
本発明である昇降ピン制動機構及び、これを用いたピン出力装置について、その制御回路や制御方法はどのようなものを用いても良いのであり、これによって本発明が制約されるものではない。
【発明の効果】
【００２７】
先行技術は、制動アクチュエータ（バイモルフ型アクチュエータ）にて直接、昇降ピンの軸方向移動を制動するものであったため、その制動作用に対する反力（すなわち、昇降ピンの軸方向移動力）によって制動アクチュエータ自体がダメージを被る可能性があった。本発明においては、昇降ピン制動機構を押圧アクチュエータと板ばねにて構成することにより、「制動作用を及ぼす」アクチュエータと、「その反力を受け止める」板ばねとに役割分担させるものとした。これにより、アクチュエータはその制動作用に対する反力（によるダメージ）から免れることが出来る。特願２００８−２８５０１５にて示されている昇降ピン制動機構において、「制動作用」は限定されていないが、該制動作用の例として、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピン側面の段差面に突き当てる場合や、摩擦力を用いる場合が例示されている。それら様々な制動作用に対する反力は、昇降ピンから「押される」力や、「引っ張られる」力として作用することが考えられるが、本発明である昇降ピン制動機構を用いれば、昇降ピンから「押される」力であっても、あるいは「引っ張られる」力であっても、これら反力の大部分は板ばねによって受け止められうるのであり、押圧アクチュエータはこれら反力の大部分から免れることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の構成を簡単に説明する図
【図２】板ばねの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した例
【図３】板ばねの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した例
【図４】板ばね及び押圧アクチュエータを連なった形状とした例
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の構成を簡単に説明した図である。図１において、板ばねは、その作用端（図１の５）が昇降ピンの没入方向へ向けて配置され、その固定端（図１の４）がピン出力装置本体の一部（図１の６）に固定されている。図１の６は、ピン出力装置本体の一部であり、柵状に設けられてなる柵棒部である。ピン出力装置の一部が柵状に設けられることによって、該柵棒部に配置された昇降ピン制動機構は、マトリックス状に配列された昇降ピン群に対応している。「柵状」に設けられた昇降ピン駆動機構については、例えば、特許４２５３０３５や、特願２００８−２８５０１５などに開示されている（但し、柵状に設けられた昇降ピン駆動機構は、昇降ピンのない側面を駆動する場合だけでなく、昇降ピンの外側面を駆動する場合にも用いることが出来る）。
【００３０】
図２は、板ばねを、その作用端を（昇降ピンの）没入方向へ向けて配置し、昇降ピン吸着板を用いた例を示している。図２において、昇降ピン吸着板（図２の８）は、昇降ピンと磁力にて相互に吸着されている（図２Ａ）。該吸着状態のまま昇降ピン吸着板を突出方向へ移動させ、該移動過程において、昇降ピン制動機構にて昇降ピンの軸方向移動を制動する（図２Ｂ）。図２Ｃは、昇降ピンの断面図の例である。ここで、側面に段差面を有する昇降ピンを用いる場合は、該段差面が、表面板の昇降ピン出没穴（図２Ｃの１１）に干渉しないよう設計されるべきである。このような非干渉のための設計として、昇降ピン吸着板による磁力吸着を用いて出没穴から距離をとる方法、昇降ピンの断面形状を工夫する方法、出没穴の形状を工夫する方法、ガイドを用いる方法、などを挙げることが出来る。
【００３１】
図３は、板ばねを、その作用端を（昇降ピンの）突出方向へ向けて配置し、昇降ピン支持板を用いた例を示している。図３において、昇降ピン支持板（図３の１２）は、重力に抗して昇降ピンを支持している（図３Ａ）。昇降ピン支持板を没入方向へ移動させ、該移動過程において、昇降ピン制動機構にて昇降ピンの没入方向移動を制動する（図３Ｂ）。図３Ｃは、昇降ピンの断面図の例である。
【００３２】
図４は、板ばねと押圧アクチュエータの例を示している。板ばねは、個別に分離したものではなく、図４Ａのように、連なった形状からなるものとするのが望ましい。板ばねをこのように連なった形状からなるものとすることにより、隣接する板ばね同士の間隔が容易に均等に保たれ（すなわち正確に位置決めされる）、かつ、作用端の向きが安定する。また、押圧アクチュエータは高分子アクチュエータを用いるのが望ましく、図４Ｂのように、連なった形状からなるものとするのが望ましい。このように押圧アクチュエータを連なった形状のものとすることにより、隣接する押圧アクチュエータ同士の間隔が均等に保たれる（すなわち、正確に位置決めされる）。また、押圧アクチュエータとして高分子アクチュエータを用いることにより、低電圧での動作が可能となり、安全性が高いものとすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明である昇降ピン制動機構を用いたピン出力装置は、例えば、以下の如き利用可能性が期待される。
【００３４】
昇降ピンの軸方向移動における運動エネルギーについて、本発明である昇降ピン制動機構は、比較的大きな運動エネルギーを受け止めることが出来る。従って、速いピン出力を用いることが出来る。また、重い昇降ピン（すなわち頑丈な昇降ピン）を用いることが出来る。また、昇降ピン吸着板による磁力吸着を伴って昇降ピンを駆動する場合には、強力な磁力吸着力を用いることが出来る。
【００３５】
ピン出力装置は、視覚障害者に対して、地図情報を３次元触覚情報として呈示することにより、歩行補助として用いることが考えられる。本発明の昇降ピン制動機構において、特に高分子アクチュエータを用いた場合、低電圧で駆動しうるので、雨滴を受けやすい屋外での使用が期待される。
【００３６】
本発明を用いたピン出力装置は、視覚障害者に対する触覚情報の呈示を主な用途として想定しているが、必ずしもこの用途に制約されるものではない。例えば、晴眼者に対する３次元視覚情報の呈示にも用いることが出来る。
【符号の説明】
【００３７】
１    押圧アクチュエータ    
２    板ばね
３    昇降ピン
４    板ばねの固定端
５    板ばねの作用端
６    ピン出力装置本体の一部
７    昇降ピン側面に有しうる段差面
８    昇降ピン吸着板
９    表面板
１０  底板
１１  表面板の昇降ピン出没穴
１２  昇降ピン支持板
【図１】
2011022815.tif 000003
【図２】
2011022815.tif 000004
【図３】
2011022815.tif 000005
【図４】
2011022815.tif 000006