(57)【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、
バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行に配置してなるものであり、
コンピュータからの出力に応じて前記バイモルフ型アクチュエータが駆動されることにより、前記バイモルフ型アクチュエータの略作用端が前記昇降ピンの外側面又は内側面に対して制動作用を及ぼすことによって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
【請求項３】
複数の昇降ピンを有し、前記各昇降ピンは、その外側面又は内側面において、前記昇降ピンの略突出方向へ向いている段差面を有するものであり、
前記複数の昇降ピンを一括して、前記昇降ピンの突出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、昇降ピン制動機構が設けられており、前記昇降ピン制動機構は、バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行とし、前記作用端を前記昇降ピンの没入方向へ向けて配置してなるものであり、
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って、前記バイモルフ型アクチュエータの作用端が前記段差面に突き当たることにより、前記昇降ピンの突出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
【請求項４】
複数の昇降ピンを有し、前記各昇降ピンは、その外側面又は内側面において、前記昇降ピンの略没入方向へ向いている段差面を有するものであり、
前記複数の昇降ピンを一括して、前記昇降ピンの没入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、昇降ピン制動機構が設けられており、前記昇降ピン制動機構は、バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行とし、前記作用端を前記昇降ピンの突出方向へ向けて配置してなるものであり、
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って、前記バイモルフ型アクチュエータの作用端が前記段差面に突き当たることにより、前記昇降ピンの没入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
【請求項５】
請求項２に示すピン出力装置であり、
前記バイモルフ型アクチュエータが、バイモルフ型圧電アクチュエータ又はバイモルフ型高分子アクチュエータである
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、コンピュータに接続され、昇降ピンの突出量によって表現されるピン出力装置に関するものであり、詳しくは、昇降ピンの軸方向位置（突出量）を位置決めするための昇降ピン制動機構に関するもの、及び該昇降ピン制動機構を用いたピン出力装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
実開平３−１４６７４について、昇降板にて下方から昇降ピンを押し上げ、その状態から該昇降板を降下させると、重力にしたがって該昇降ピンが該昇降板に追従して降下してくる。該昇降ピンが降下中に（任意の位置で）制動機構にて個別に制動する。本先行技術において、制動機構として電磁石を用いた例（第４図）や、積層型圧電アクチュエータの動作方向を変換して用いた例（第６図）が示されている。
【０００３】
特開２００７−３１０３４５も、実開平３−１４６７４と同様に昇降板を降下させ、重力によって該昇降板に追従する昇降ピンを個別に任意の位置にて制動するものであるが、制動機構については具体的に示されていない。
【０００４】
特開２００７−３１０８６４及び、特開２００８−１５２７６３は、昇降板にて昇降ピンを磁力にて吸着した状態で上昇させ、該上昇過程において昇降ピンを個別に任意の位置にて制動するものであるが、制動機構については具体的に示されていない。
【０００５】
特願２００８−１９６０３０において、重力を利用して昇降ピンを駆動する方法、及び磁力を利用して昇降ピンを駆動するピン出力装置が開示されているが、昇降ピンを制動する制動機構については具体的に示されていない。
【０００６】
特開平６−３０１３３５において、点字ピンの没入方向直下にベルクランクを配置し、該ベルクランクの直下にバイモルフ型圧電アクチュエータを点字ピンの軸に対して略平行かつ作用端を突出方向へ向けて配置した構成が開示されている。該先行技術において、バイモルフ型圧電アクチュエータの動作方向はベルクランクにて変換され、点字ピンを突出方向へ押し上げる。
【０００７】
特表昭５５−５０１０３５において、バイメタル型アクチュエータをラッチ機構として用いた点字ディスプレイが開示されている。該先行技術において、ばねによって付勢された点字ピンがバイメタル型アクチュエータにてラッチされており、通電加熱によってバイメタル型アクチュエータが駆動されることによりラッチが解除されると、ばねの力によって点字ピンが突出される。
【特許文献１】実開平３−１４６７４
【特許文献２】特開２００７−３１０３４５
【特許文献３】特開２００７−３１０８６４
【特許文献４】特開２００８−１５２７６３
【特許文献５】特願２００８−１９６０３０
【特許文献６】特開平６−３０１３３５
【特許文献７】特表昭５５−５０１０３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コンピュータからの出力に応じて昇降ピンの突出量が制御されるピン出力装置として、先行技術においては前述したように、昇降ピンの没入方向移動を制動するもの（実開平３−１４６７４、特開２００７−３１０３４５、及び特願２００８−１９６０３０）や、昇降ピンの突出方向移動を制動するもの（特開２００７−３１０８６４、特開２００８−１５２７６３、及び特願２００８−１９６０３０）などが開示されているが、これら先行技術において、昇降ピンの軸方向移動（突出方向移動及び没入方向移動）を制動するための制動機構について具体的に記述されていない場合がある。制動機構としては様々なものが考えられるが、実装密度・制動速度・コスト・重量などの問題を解決しうる具体的な技術は見当たらない。例えば、実開平３−１４６７４のように電磁石を用いる場合は、電磁コイルが嵩張るため、実装密度を高くすることができない。また、電磁コイルを用いる場合は重量も問題となってくる。また、同先行技術に示す積層型圧電アクチュエータの動作方向を変換して用いる方法は、コストや実装密度が問題になってくる。特開平６−３０１３３５は、点字等の２値出力（凸凹）を前提としているものであり、３次元的な表現は困難であるし、そもそも本発明の主題たる制動機構ではない。特表昭５５−５０１０３５は、点字等の２値出力（凸凹）を前提としているものであるし、そもそも該先行技術におけるバイメタル型アクチュエータはばねに抗するラッチ機構として用いられているのであり、昇降ピンの軸方向移動過程において（昇降ピンを）制動することにより（昇降ピンの）軸方向位置を位置決めするという本発明の主題たる制動機構ではない。
【０００９】
これら先行技術に鑑み、本発明の課題は、昇降ピンの軸方向移動を制動する制動機構（以下、「昇降ピン制動機構」と呼ぶ）を、昇降ピンの軸方向から見て省スペースとすることであり、それによってピン出力装置における昇降ピンの実装密度を高くすることである。また本発明の別の課題は、昇降ピン制動機構の動作速度を速くすることであり、それによってピン出力装置の出力速度を速くすることである。また本発明の別の課題は、ピン出力装置の開発・製造コストを低く抑えることである。また本発明の別の課題は、昇降ピン制動機構の重量を軽くすることであり、それによってピン出力装置の重量を軽くすることである。また、後述する、貫通長穴を有する昇降ピンにおいて、昇降ピン制動機構を固定した柵棒部を該貫通長穴を通した構成とし、貫通長穴の内側から制動しうるものとした場合において、該柵棒部の幅を薄くする（該貫通長穴の幅を狭くする）ことである。また、本発明の別の課題は、昇降ピン制動機構の制動力を強いものとすることである。また、本発明の別の課題は、昇降ピン制動機構を、触知圧力によって破損しにくいものとすることである。また、本発明の別の課題は、昇降ピン制動機構及びそれを用いたピン出力装置を、エネルギー効率の良いものとすることである。これら複数の課題のうち１つ以上を解決することを本発明の目標とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目標を達成するため、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、バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行に配置してなるものであり、コンピュータからの出力に応じて前記バイモルフ型アクチュエータが駆動されることにより、前記バイモルフ型アクチュエータの略作用端が前記昇降ピンの外側面又は内側面に対して制動作用を及ぼすことによって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】
また、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、前記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とした。
【００１２】
また、複数の昇降ピンを有し、前記各昇降ピンは、その外側面又は内側面において、前記昇降ピンの略突出方向へ向いている段差面を有するものであり、前記複数の昇降ピンを一括して、前記昇降ピンの突出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、昇降ピン制動機構が設けられており、前記昇降ピン制動機構は、バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行とし、前記作用端を前記昇降ピンの没入方向へ向けて配置してなるものであり、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って、前記バイモルフ型アクチュエータの作用端が前記段差面に突き当たることにより、前記昇降ピンの突出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とした。
【００１３】
また、複数の昇降ピンを有し、前記各昇降ピンは、その外側面又は内側面において、前記昇降ピンの略没入方向へ向いている段差面を有するものであり、前記複数の昇降ピンを一括して、前記昇降ピンの没入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、昇降ピン制動機構が設けられており、前記昇降ピン制動機構は、バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を前記昇降ピンの軸に対して略平行とし、前記作用端を前記昇降ピンの突出方向へ向けて配置してなるものであり、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って、前記バイモルフ型アクチュエータの作用端が前記段差面に突き当たることにより、前記昇降ピンの没入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とした。
【００１４】
また、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、前記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り、前記バイモルフ型アクチュエータが、バイモルフ型圧電アクチュエータ又はバイモルフ型高分子アクチュエータであることを特徴とするピン出力装置とした。
【００１５】
以下、より詳しく説明する。本発明の特徴は、ピン出力装置において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制動しうる昇降ピン制動機構としてバイモルフ型アクチュエータを用いたことにあり、特に、バイモルフ型アクチュエータの配置（昇降ピンに対する位置関係）に特徴がある。具体的には、バイモルフ型アクチュエータについて、その固定端と作用端を結ぶ軸（以下「長軸」と呼ぶ）を昇降ピンの軸に対して略平行に配置したことにある。バイモルフ型アクチュエータは薄板形状であるので、この配置により（昇降ピンの）軸方向から見た昇降ピン制動機構を著しく省スペースとし、昇降ピンの実装密度を高めることができる。
【００１６】
本発明の基本的な原理について説明する。図１Ａは、バイモルフ型アクチュエータ（図１Ａの１）がその長軸（図１Ａの１３）を、昇降ピン（図１Ａの２）の軸（図１Ａの１２）に対して略平行に配置された様子を示している。ここで、バイモルフ型アクチュエータが駆動されることにより、その作用端が昇降ピン側面に接触し、昇降ピンの軸方向移動が制動される。図１Ｂは、バイモルフ型圧電アクチュエータが駆動されることによって、その作用端が昇降ピン側面に接触して制動作用を及ぼす様子を示している。
【００１７】
本発明でいう「ピン出力装置」とは、コンピュータに接続され、該コンピュータからの出力によって昇降ピンの突出量が制御されうるものである。「ピン出力装置」には、従来「３次元触覚ディスプレイ」や「ピンディスプレイ」などと呼ばれてきた装置が含まれる。本発明でいう「ピン出力装置」は、用途を制約されるものではない。ディスプレイとしての用途だけではなく、例えば、アクチュエータとして用いても良い。ディスプレイとして用いる場合、視覚障害者に対して触覚情報を呈示することができる。視覚障害者に対する触覚情報の提示としては、３次元形状のみならず、点字や墨字や２次元図形の呈示など、昇降ピンの突出高さを低く抑えた２値出力（凸凹など）も含まれる。ディスプレイとして用いる別の場合としては、晴眼者に対して視覚情報を呈示することが出来る。晴眼者に対する視覚情報の提示としても、３次元形状のみならず、前記２値出力も含まれる。前記２値出力について、３次元表現ができるピン出力装置を、２値出力に用いても良いし、突出量を少なく抑えた設計とすることにより、２値出力に特化した製品とした場合も、本発明でいうピン出力装置に含まれる。アクチュエータとして用いる場合の例として、ピン出力装置によって出力された３次元形状（当然、凸凹の２値出力形状でも良い）は、可塑性材料に押し付けることにより、該可塑性材料の成型・刻印に用いることもできる。但し、これらはあくまでピン出力装置の用途の一例であり、本発明でいうピン出力装置はその用途によって制約されるものではない。
【００１８】
本発明でいう「昇降ピン」は、いかなるものでも良い。例えば、昇降ピンの大きさ（軸に垂直な断面積・軸方向の長さなど）はどのようなものでも良い。視覚障害者に対する点字情報の呈示を想定している場合、昇降ピンの、軸に垂直な断面積は、点字触知に適した大きさのものとしても良い。また例えば、昇降ピンの、軸に垂直な断面形状について、該断面形状は必ずしも円形（すなわち昇降ピンが円柱）である必要は無く、該昇降ピンの軸に垂直な断面はどのような形状でも良い。例えば、昇降ピンの軸に垂直な断面形状は四角形・六角形・あるいはその他の多角形にしても良いし、また例えば、図１２のように機能に応じて最適な断面形状としても良いし、また例えば、昇降ピンにおいて制動力を受ける部位が常に正しくバイモルフ型アクチュエータの方を向いた状態を保持するために、表面板や隣接昇降ピンとの関係において凸凹の噛み合いを有する断面形状とすることにより、昇降ピンが軸回りに自由回転することを制約しうるものとしても良いし、また例えば、図１４のように内側面を有する断面形状としても良い。また例えば、昇降ピンはどのような材料（色・透明性・磁性体・磁石など）で構成されても良いのであり、複数の異質な材料を組み合わせて構成しても良い。昇降ピンの数はいくつでも良い。昇降ピンはどのように配列されていても良い。本発明からなるピン出力装置は、３次元形状の呈示に用いられるだけでなく、視覚障害者に対する点字情報の呈示（凸凹の２値出力）にも用いることができる。そのため、視覚障害者に対する点字情報の呈示を想定している場合、点字情報の呈示を考慮した配列・配置としても良い。但し、これらはあくまで一例であり、本発明は昇降ピンの種類・数・配列などによって制約されるものではない。
【００１９】
本発明でいう「バイモルフ型アクチュエータ」とは、張り合わされた２層以上の材料の膨張差（伸縮差）を利用して曲げることができるアクチュエータであり、例えば、「バイモルフ型圧電アクチュエータ」、「バイモルフ型高分子アクチュエータ」、「バイメタル型アクチュエータ」などがこれに含まれる。但し、これらはあくまで例であり、バイモルフ構造からなるアクチュエータであれば全て本発明でいう「バイモルフ型アクチュエータ」に含まれうるのであり、本発明はバイモルフ型アクチュエータのこれら種類によって制約されるものではない。また、従来知られているバイモルフ型アクチュエータのみならず、将来に発明・開発されるバイモルフ型アクチュエータもこれに含まれる。また、バイモルフ型アクチュエータの駆動回路はどのようなものでも良いのであり、様々な先行技術においてバイモルフ型アクチュエータの駆動回路が開示されている。例えば、特表昭５５−５０１０３５の図３において、バイメタル型アクチュエータを通電加熱により駆動する回路が開示されている。ここで、バイメタル型アクチュエータとは、熱による膨張率が異なる金属を２層以上張り合わせてなるものであり、電気式暖房器具の温度制御に用いられるサーモスタットに代表されるものである。但し、「バイメタル型アクチュエータ」のように駆動原理が加熱を前提としているものは、排熱機構を必要とする、隣接するバイメタル型アクチュエータにも熱が伝播する可能性がある、駆動エネルギーの多くが最終的に排熱されるのでエネルギー効率が悪い、冷却のための時間を必要とするので連続して素早く出力することに難がある、などの問題がある。これらの問題は、加熱によって駆動されるアクチュエータに共通する弱点である。この点において、駆動原理が加熱に依存していないアクチュエータを用いる場合、前記過熱によって駆動されるアクチュエータに対して明確なアドバンテージを有する。ここで、駆動原理が加熱に依存していないバイモルフ型アクチュエータの代表的な例として、「バイモルフ型圧電アクチュエータ」や「バイモルフ型高分子アクチュエータ」などを挙げることが出来る。
【００２０】
本発明でいう「バイモルフ型アクチュエータ」の大きさ（長さ・幅・厚さ・縦横比など）はどのようなものでも良い。また、後述するように複数のバイモルフ型アクチュエータを用いる場合、それらバイモルフ型アクチュエータは必ずしも同じ大きさのものを用いる必要は無い。
【００２１】
本発明でいうバイモルフ型アクチュエータの「長軸」とは、「バイモルフ型アクチュエータの固定端と作用端を結ぶ軸」のことである。両者は同じものを指しており、どちらの用語を用いても良い。ここで、長軸は、必ずしも厳密である必要はなく大まかな概念である。例えば、長軸は必ずしも厳密に固定端の中点と作用端の中点を結ぶものである必要は無い。また例えば、多少のズレや傾斜を有するものであっても良い。また、長軸の「長」とは、これが必ずしも横幅よりも長いことを示しているわけではなく、バイモルフ型アクチュエータのサイズにおける縦横比などとは無関係である。
【００２２】
本発明でいう昇降ピンの軸に対してバイモルフ型アクチュエータの長軸が「略平行」であるとは、両者は必ずしも厳密に平行である必要はなく、相互にどのような傾斜を有して配置されていても良い大まかな概念である。
【００２３】
本明細書に添付した図面は全て、本発明を説明するために概念を示したものであり、必ずしも、実際の製品形状を忠実に描いているものではない。例えば、図１の７は、バイモルフ型アクチュエータの固定端がどちらであるかを示すために描かれている。本発明は、本明細書に添付した図面の細部によって制約されるものではない。
【００２４】
本発明でいうバイモルフ型アクチュエータの「駆動」とは、必ずしもバイモルフ型アクチュエータの「屈曲」を指すものではない。バイモルフ型アクチュエータを駆動して昇降ピンの軸方向移動を制動する場合、その「駆動」とは「屈曲（作用端が図８の両矢印のどちらかへ向けて曲がっている状態）」させること及び、「伸展（バイモルフ型アクチュエータが真っ直ぐな状態）」させることを含む概念である。例えば、バイモルフ型アクチュエータが屈曲した時に昇降ピンの軸方向移動を制動するよう構成しても良いし、あるいはバイモルフ型アクチュエータが伸展した時に昇降ピンの軸方向移動を制動するよう構成しても良い。ここで、バイモルフ型アクチュエータの駆動回路や駆動方法はどのようなものでも良いのであり、それによって本発明が制約されることは無い。例えば、（電圧によって駆動されるバイモルフ型アクチュエータを例とするならば）バイモルフ型アクチュエータの「駆動」は、バイモルフ型アクチュエータに電圧を加えることによって行われても良いし、あるいは、バイモルフ型アクチュエータに加えられていた電圧を解除することによって行われても良い。
【００２５】
本発明でいう昇降ピン制動機構の「駆動」とは、バイモルフ型アクチュエータの「駆動」と同じ意味である。本発明は、昇降ピン制動機構としてバイモルフ型アクチュエータを用いることを特徴としているので、昇降ピン制動機構を「駆動」するとは、すなわち該昇降ピン制動機構として用いられているバイモルフ型アクチュエータを「駆動」することと同義である。
【００２６】
バイモルフ型アクチュエータはその作用端を（昇降ピンの）突出方向あるいは没入方向のいずれの方向へ向けて配置しても良い。図２は、バイモルフ型アクチュエータの作用端を（昇降ピンの）没入方向へ向けて配置した様子を示している。図３は、バイモルフ型アクチュエータの作用端を（昇降ピンの）突出方向へ向けて配置した様子を示している。
【００２７】
バイモルフ型アクチュエータの配置の向きと、それによって制動される昇降ピンの移動方向は、どのような組み合わせでも良い。図２のようにバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した場合、昇降ピンの突出方向移動に対して強い制動力を発揮しうる。しかしながら、もちろん図２のようにバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した場合においても、必ずしも昇降ピンの突出方向移動を制動しなければならないわけではなく、没入方向移動を制動しても良い。同様に、図３のようにバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した場合、昇降ピンの没入方向移動に対して強い制動力を発揮しうる。しかしながら、もちろん図３のようにバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した場合においても、必ずしも昇降ピンの没入方向移動を制動しなければならないわけではなく、突出方向移動を制動しても良い。
【００２８】
図８の二つの矢印は、バイモルフ型アクチュエータの平面の投射方向を示している。バイモルフ型アクチュエータとその制動対象である昇降ピンの位置関係について、必ずしも該バイモルフ型アクチュエータの平面の投射方向の範囲に、その制動対象である昇降ピンが収まっている必要は無い。例えば、何らかの延長機構を用いて、バイモルフ型アクチュエータの投射方向の範囲外に対しても制動力を及ぼす構成としても良い。図９は、バイモルフ型アクチュエータの作用端に延長アーム（図９の４）を固定した構成とすることにより、制動対象である昇降ピンがバイモルフ型アクチュエータの平面の投射方向の範囲に収まっていない場合でも制動し得ることを示している。このような延長機構はどのようなものでも良い。例えば、図１０に示すように、軸（図１０の６）を中心に回転し得るタイプの延長アーム（図１０の５）を用いる方法などが考えられる。図１１は、図９に示す如き延長アームを交互に配置した状態について、昇降ピンの軸に対して垂直な断面を示している。図１１のように交互に配置するなど配置を工夫することにより、延長機構を用いて平面の投射方向の範囲外へ制動力を及ぼした場合でも高密度で実装することができる。なお、図１１においては、延長アーム（図１１の４）の先端に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す構成とした例を示している。このように作用端において何らかの延長機構を介して制動力を及ぼす場合も、単に作用端を延長しただけであり、作用端の形状のバリエーションに含まれると解釈することもできる。本発明でいう「略平行に配置」とは、図９や図１０のようにバイモルフ型アクチュエータの平面の投射方向の範囲の外に配置される場合も含む。
【００２９】
本発明を用いたピン出力装置においては、１本の昇降ピンに対応して、少なくとも１個以上のバイモルフ型アクチュエータを設けた構成とすれば良い。すなわち、１本の昇降ピンに対応して、複数のバイモルフ型アクチュエータを設けた構成としても良いのであり、１本の昇降ピンに対応してバイモルフ型アクチュエータを何個設けた構成としても良い。１本の昇降ピンに対して複数のバイモルフ型アクチュエータを用いる場合、それらバイモルフ型アクチュエータの配置はどのようなものでも良い。例えば、図４に示すように、昇降ピンの軸方向に複数個配置しても良い。図４においては、２個のバイモルフ型アクチュエータを、いずれも作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した様子を示しているが、もちろん、何個配置しても良いのであり、作用端が昇降ピンの突出方向へ向けて配置されても良い。ここで、複数のバイモルフ型アクチュエータを同時に駆動すれば、強い制動力を発揮しうる。また例えば、昇降ピンの軸の周囲において、どのような位置関係で配置しても良い。図５Ａのように昇降ピンの軸について対向するように配置しても良いし、図５Ｂのように昇降ピンの軸について直角になるよう配置しても良い。また例えば、図６に示すように、作用端を没入方向へ向けて配置したものと、作用端を突出方向へ向けて配置したものを混在させても良い。１本の昇降ピンに対して複数個のバイモルフ型アクチュエータを配置する構成とすることにより、様々な効果を得ることが出来、また、制御の可能性を広げることが出来る。１本の昇降ピンに対して複数個のバイモルフ型アクチュエータを配置する場合、例えば、それらの作用端を同方向（突出方向又は没入方向）へ向けて複数個配置すると、その方向から移動してくる昇降ピンに対してより強力な制動力を発揮することが出来る。また例えば、それらの作用端を異なる方向（突出方向と没入方向）へ向けて配置したピン出力装置においては、突出方向移動時と没入方向移動時の双方において強力な制動力による３次元形状出力が可能となる。但し、これらはあくまで一例であり、バイモルフ型アクチュエータの長軸が昇降ピンの軸に対して略平行でありさえすれば、昇降ピン１本に対するバイモルフ型アクチュエータの個数や、バイモルフ型アクチュエータの配置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。
【００３０】
本発明でいう昇降ピンの「側面」は、昇降ピンの「外側面」及び「内側面」を含む。制動作用は、昇降ピンの「外側面」及び「内側面」のいずれに対して及ぼされるものであっても良い。当然、制動機構はそれら制動対象に応じた位置に配置されるのが望ましい。すなわち、昇降ピンの「外側面」に対して制動作用を及ぼしうる構成とする場合、制動機構は昇降ピンの外側に配置されるのが望ましいし、昇降ピンの「内側面」に対して制動作用を及ぼしうる構成とする場合、制動機構は昇降ピンの内側に配置されるのが望ましい。但し、何らかの延長機構を介した場合は、昇降ピンの配置位置と制動作用が及ぼされる（昇降ピンの）面の位置関係はどのようにもなりうるのであり、両者（制動機構と制動機構が及ぼされる面）の位置関係によって本発明が制約されるものではない。例えば、昇降ピンの外側に配置された制動機構から何らかの延長機構を介して昇降ピンの「内側面」に対して制動作用を及ぼす構成としても良いし、あるいは昇降ピンの内側に配置された制動機構から何らかの延長機構を介して昇降ピンの「外側面」に対して制動作用を及ぼす構成としても良い。
【００３１】
制動機構を昇降ピンの内側に配置する方法はどのようなものでも良いのであり、本発明はこれによって制約されるものではない。例えば、特願２００８−１９６０３０には、昇降ピンに設けられた貫通長穴の内側に制動機構を配置して該昇降ピンの内側面を制動しうるよう構成した例として様々なものが開示されているが、本発明において制動機構を昇降ピンの内側に配置する場合、これら先行技術に示された様々な方法を用いることが出来る。制動機構を昇降ピンの内側に配置する方法の一例を図１４に示す。図１４は、貫通長穴（図１４の１９）を有する昇降ピンと、制動機構として用いるバイモルフ型アクチュエータ（図１４の１）を配列固定した柵棒部（図１４の２０）からなる柵状体（図１４の２１）を有する様子を示しており、前記柵棒部が前記貫通長穴を通した状態で配置されることによって昇降ピンの「内側面」に制動作用を及ぼしうる構成としている。図１４においては、バイモルフ型アクチュエータを作用端を突出方向に向けた状態で配置し、昇降ピンの内側面に没入方向へ向いている段差面を複数有する構成とした例を示している。昇降ピンの内側面に対して制動作用を及ぼしうる構成とすることにより、次のような利点が生じる。すなわち、昇降ピンの外側に制動機構を配置する場合、制動機構が昇降ピン間の空間を占有するので、昇降ピン間に隙間が生じ、ピン出力装置は隙間の無い滑らかな形状表現が出来ないのに対し、昇降ピンの内側に制動機構を配置する場合、制動機構は昇降ピン間の空間を占有しないので、昇降ピン間の隙間を無くすことが出来、ピン出力装置は隙間の無い滑らかな形状表現が可能となる。
【００３２】
バイモルフ型アクチュエータの作用端はどのようなものでも良い。例えば、バイモルフ型アクチュエータの作用端は、直接、昇降ピンの外側面又は内側面に対して制動作用を及ぼしても良い。また例えば、作用端において、昇降ピンに接触するもの（以下「接触子」と呼ぶ）を設けても良い。図１６の３はバイモルフ型アクチュエータの作用端に接触子を設けた例を示している。接触子を有するものとする場合、接触子はどのようなものでも良く、どのような機能を有するものでも良い。例えば、接触子は制動の際に強い摩擦力を及ぼしうるもの（摩擦係数が高いなど）でも良い。また例えば、接触子は摩擦係数の低いものでも良い。また例えば、接触子は昇降ピン側面との（凸凹などの）咬合によって制動力を高めうるものでも良い。また例えば、接触子は過度な負荷を逃がしうるものでも良い。また例えば、接触子は制動時の衝撃を緩和（バイモルフ型圧電アクチュエータを制動時の衝撃から保護するなど）しうるものでも良い。また例えば、接触子はバイモルフ構造が剥離するのを防ぎうるものでも良い。また例えば、接触子は作用端の磨耗を防ぎうるものでも良い。但し、これらはあくまで一例であり、接触子を有するものとする場合、接触子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。バイモルフ型アクチュエータの作用端の形状はどのようなものでも良いのであり、接触子は作用端の形状のバリエーションに含まれると解釈することもできる。また、図９や図１０のように、作用端において何らかの延長機構を介して制動力を及ぼす場合も、作用端の形状のバリエーションに含まれると解釈することもできる。本発明でいう「制動作用を及ぼす」とは、作用端が直接（昇降ピンに）制動作用を及ぼす場合や、作用端に設けた接触子を介して制動作用を及ぼす場合や、図９や図１０のように何らかの延長機構を介して、バイモルフ型アクチュエータの投射方向の範囲外にある昇降ピンに対して制動作用を及ぼす場合などを含む広義の概念である。
【００３３】
本発明でいう「制動機構」は、ピン出力装置において、コンピュータからの出力によって駆動されることにより、昇降ピンの軸方向移動（突出方向移動又は没入方向移動）を個別に任意の軸方向位置にて制動しうるものである。
【００３４】
本発明でいう昇降ピンの軸方向移動に対する「制動作用」は、昇降ピン側面（外側面又は内側面）と制動機構の略作用端との間に生じる、どのような相互作用によるものであっても良い。例えば、摩擦力によるものでも良い。また例えば、バイモルフ型アクチュエータの作用端が昇降ピン側面の段差面に突き当たることによるものでも良い。また例えば、後述する、バイモルフ型アクチュエータの略作用端が昇降ピン側面の斜面を押すことによるものでも良い。また例えば、凸凹同士の咬合によるものでも良い。昇降ピン側面の形状や材料はどのようなものでも良い。例えば、昇降ピン側面に摩擦係数を高めるための加工（梨地や塗装など）又は摩擦係数を低くするための加工を施しても良い。図７は、制動時にバイモルフ型アクチュエータの作用端が突き当たりうるよう、昇降ピン側面に段差面を設けるようにした、昇降ピン側面の様々な形状の例を示している。図７Ｂは、作用端を（昇降ピンの）没入方向へ向けて配置されたバイモルフ型アクチュエータによって昇降ピンの突出方向移動を制動する場合、バイモルフ型アクチュエータの作用端が図７Ｂ昇降ピン側面の突出方向へ向いている段差面（図７Ｂの１７）に突き当たることによって、強い制動力が発揮されうる。図７Ｃは、作用端を（昇降ピンの）突出方向へ向けて配置されたバイモルフ型アクチュエータによって昇降ピンの没入方向移動を制動する場合、バイモルフ型アクチュエータの作用端が図７Ｃ昇降ピン側面の没入方向へ向いている段差面（図７Ｃの１８）に突き当たることによって、強い制動力が発揮されうる。また、制動作用は必ずしもバイモルフ型アクチュエータの作用端によってなされなければならないわけではなく、バイモルフ型アクチュエータの面が昇降ピン側面に接触することによってなされても良い。例えば、バイモルフ型高分子アクチュエータは大きな柔軟性を有するものとすることが出来るので、バイモルフ型高分子アクチュエータの面が昇降ピン側面にへばりつくことによって大きな摩擦力（制動力）を及ぼしうるものとしても良い。
【００３５】
本発明でいう昇降ピンの「軸方向」は、昇降ピンの軸についての「突出方向」及び「没入方向」を含む。このような方向は必ずしも厳密である必要は無く、おおまかにその方向であれば良い。
【００３６】
本発明でいう昇降ピン側面（外側面又は内側面）に有する「段差面」又は「斜面」は、傾斜角度・大きさ（面積や辺の長さ）・数などどのようでも良い。本発明でいう昇降ピンの「略突出方向へ向いている」段差面又は斜面、あるいは昇降ピンの「略没入方向へ向いている」段差面又は斜面とは、必ずしも厳密に昇降ピンの軸に対して平行な方向である必要は無く、大まかな方向を意味しているのであり、どのような傾斜を有していても良い（傾斜の向きや角度などがどのようでも良い）ということを意味している。昇降ピン側面に有する「段差面」又は「斜面」において、このような傾斜の自由度が許容されることは、次の点から明らかである。すなわち、本発明の趣旨に照らして、それら「段差面」又は「斜面」はそもそも制動作用のために設けられるものであるから、たとえそれらがどのような傾斜を有していたとしても、制動作用が実現されさえすればそれで良いのである。むしろ、「段差面」又は「斜面」は、バイモルフ型アクチュエータの作用端が突き当てられることによって昇降ピンの軸方向移動が制動されうるという機能そのもの、あるいはバイモルフ型アクチュエータの略作用端が押すことによって昇降ピンの軸方向移動が制動されうるという機能そのもの、であることから、それら機能の有効性によって判断されるべきである。また、後述するように、作用端を段差面に突き当てることによって制動する方法を用いる場合、段差面を昇降ピンの軸側へやや傾斜した形状とすると、制動時に突き当てられた作用端が段差面上を軸側へ食い込むことによってより強い制動力を発揮しうるが、このように段差面又は斜面を設ける場合は、その機能を積極的に活用すべく傾斜角度を設計しても良い。また、昇降ピン側面（外側面又は内側面）に有する「段差面」又は「斜面」は、必ずしも複数個設けられていなければならないわけではなく、昇降ピン１本につき１個でもかまわない。本発明からなるピン出力装置は、各昇降ピンの突出量が異なる３次元形状出力だけでなく、点字などの２値（凸凹）出力に用いても良いのであり、このような２値（凸凹）出力に用いる場合は、昇降ピン１本につき１個の「段差面」又は「斜面」を有する構成としてもかまわないものと思われる。
【００３７】
本発明でいう複数の昇降ピンを一括して軸方向移動（突出方向移動又は没入方向移動）させうる昇降ピン移動手段は、いかなるものを用いても良いのであり、本発明はこれによって制約されるものではない。それら昇降ピン移動手段の例として、先行技術においてさまざまなものが開示されている。例えば、重力を用いて昇降ピンを軸方向移動させるものとしては、実開平３−１４６７４、特開２００７−３１０３４５、及び特願２００８−１９６０３０にて開示されているものなどがあり、また例えば、磁力を用いて昇降ピンを軸方向移動させるものとしては、特開２００７−３１０８６４、特開２００８−１５２７６３、及び特願２００８−１９６０３０にて開示されているものなどがある。これら先行技術においては、「複数の昇降ピンを一括して重力に抗して支持しうる昇降ピン支持板」と「該支持板を昇降ピンの没入方向へ移動させうる移動機構」とから構成される昇降ピン移動手段や、「複数の昇降ピンと一括して磁力にて吸着されうる吸着板」と「該吸着板を軸方向へ移動させうる移動機構」とから構成される昇降ピン移動手段などが開示されている。本発明において、複数の昇降ピンを一括して軸方向へ移動させうる昇降ピン移動手段は、これら先行技術を用いても良いが、これら先行技術に制約されるものではなく、これら先行技術を含む、どのようなものを用いても良い。
【００３８】
本発明において、複数の昇降ピンを一括して軸方向移動（突出方向移動又は没入方向移動）させうる昇降ピン移動手段は、必ずしもコンピュータからの出力に応じて駆動される必要は無い。例えば、手動で押しボタンスイッチを押すことによって該昇降ピン移動手段を駆動する機構を設け、コンピュータは該押しボタンスイッチが押されたこと（又は該昇降ピン移動手段が駆動開始されたこと）を検知して（昇降ピンの軸方向移動を制動しうる）制動機構への出力を開始するよう構成するなどの方法が考えられる。更に言えば、該昇降ピン移動手段は、電動である必要すら無い。例えば、回転ハンドル、ギヤ、レバー、リンク、カムなどの機械的構造を用いた人力による昇降ピン移動手段とし、移動位置をリアルタイムに監視する検知機構を設けた構成とする方法が考えられる。該人力による昇降ピン移動手段にて移動させると、該検知機構から昇降ピンの軸方向移動位置がリアルタイムにコンピュータへ入力され、それぞれの該移動位置に応じて制動機構への出力が（コンピュータから）行われる。但し、ここで示した如き構成はあくまで一例であり、コンピュータからの出力に依らずに昇降ピン移動手段を駆動するものとする場合、どのような機構・方法でも良いのであり、これによって本発明が制約されるものではない。
【００３９】
一般に、ピン出力装置は、視覚障害者への触覚情報の呈示を想定している。その際、出力された昇降ピンは指で触れられるため、その触知圧力への対応を考慮すべきである。触知圧力への対応策はどのようなものを用いても良いのであり、本発明はこれによって制約されるものではないが、触知圧力への対応策の例として、例えば、過度の触知圧力を逃がしうるよう制動機構を構成したり、また例えば、触知圧力に抗して複数の昇降ピンの軸方向位置を一括して固定しうる耐圧固定機構を有する構成とする方法などが考えられる。図１３は、本発明を実施したピン出力装置において、耐圧固定機構を設けた例を示している。図１３において、出力が完了した後、耐圧固定機構（図１３の１４）がスライドして複数の昇降ピンの軸方向位置を一括して固定する。本発明を用いたピン出力装置は、視覚障害者への触覚情報の提示のみならず、晴眼者への３次元視覚情報の呈示をも想定している。晴眼者へ３次元視覚情報を呈示する場合は触知圧力を考慮する必要は無く、したがって耐圧固定機構又はその他触知圧力への対応策は必ずしも必要ではない。
【００４０】
昇降ピン側面に有する段差面に対してバイモルフ型アクチュエータの作用端を突き当てる制動方法は、摩擦力によって制動する場合に比べ、制動に費やすエネルギーが少なくてすむという利点がある。摩擦力によって制動する場合、バイモルフ型アクチュエータの略作用端を昇降ピン側面に対して押し付ける力の大きさによって制動力が左右される。すなわち、バイモルフ型アクチュエータの駆動によって垂直抗力を発生させる必要がある。これに対し、段差面に突き当てる場合、作用端を段差面に突き当たる位置にまで駆動すれば、バイモルフ型アクチュエータの形状自体が段差面に対する物理的抵抗となるので、必ずしも作用端を昇降ピン側面に押し付ける必要が無く、作用端を位置決めさえすれば良いのであり、摩擦力によって制動する場合に比べて制動に要するエネルギーが少なくてすむ。例えば、段差面を昇降ピンの軸側へやや傾斜した形状とした場合、制動時に突き当てられた作用端が段差面上を軸側へ食い込むこととなるため、こうした現象はより明白に理解される。
【００４１】
本発明でいうバイモルフ型アクチュエータの「略作用端」とは、「作用端」及び「作用端周辺の面」が含まれる。バイモルフ型アクチュエータは、その作用端にて制動作用を及ぼすだけでなく、その作用端周辺の面にて制動作用を及ぼしてもかまわない。例えば、バイモルフ型高分子アクチュエータは、柔軟性の高いものとすることができるため、作用端周辺の面が昇降ピン側面にへばりつくようにして摩擦力を及ぼすことなどが考えられる。本発明でいう「略作用端」とは、このような場合も含まれる。図１５は、柔軟性の高いバイモルフ型アクチュエータを用いることにより、作用端周辺の面が昇降ピン側面にへばりつくようにして制動作用を及ぼす様子を示している。ここではバイモルフ型高分子アクチュエータの例を挙げたが、これはあくまで一例であり、本発明において「作用端」又は「作用端周辺の面」のいずれにて制動作用を及ぼしうるのかは、アクチュエータの種類によって制約されるものではなく、どの種類のバイモルフ型アクチュエータであっても、「作用端」又は「作用端周辺の面」のいずれにて制動作用を及ぼして良い。例えば、バイモルフ型圧電アクチュエータであっても、「作用端周辺の面」にて制動作用を及ぼすものとして良い。また例えば、バイモルフ型高分子アクチュエータであっても、「作用端」にて制動作用を及ぼすものとして良い。例えば、図１７の２２（バイモルフ型アクチュエータの力の方向）に示すように、作用端周辺の面にて昇降ピン側面の斜面を押すことによって制動作用を及ぼすこともできるが、本発明でいう「略作用端」とは、このような場合も含まれる。作用端「周辺の」面とは、バイモルフ型アクチュエータにおいて、作用端からの距離・昇降ピンと接触する面積・長軸における全長比などによって制約を受けるものではないのであり、例えば、バイモルフ型アクチュエータの全長の大部分が昇降ピンに接触しうる場合であっても、作用端「周辺の」面に含まれうる。
【００４２】
バイモルフ型圧電アクチュエータは、反応速度が速くて精確なので、本発明でいうバイモルフ型アクチュエータとしてこれを用いた場合、ピン出力装置は素早く精確な３次元形状を出力することが出来る。また、バイモルフ型圧電アクチュエータは電圧に比例して精確な位置決めが出来るため、昇降ピンの微細な形状に対応する設計とすることが容易である。そのため、小さくて微細な構造からなる昇降ピンを用い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。
【００４３】
バイモルフ型高分子アクチュエータは、低電圧で動作するので、本発明でいうバイモルフ型アクチュエータとしてこれを用いた場合、ピン出力装置は比較的安全なものとすることが出来る。また、バイモルフ型高分子アクチュエータは高分子からなるので、比較的衝撃に強く、制動時の衝撃で破損しにくいものとすることが出来る。また、バイモルフ型高分子アクチュエータは柔軟性の高いものとすることが出来るので、昇降ピンにへばりつくようにして強い摩擦力を発揮する制動方法を用いることが出来る。
【００４４】
本発明を用いたピン出力装置及びその昇降ピン制動機構は、どのような制御（制御方法・制御回路）を用いても良いのであり、本発明は制御（制御方法・制御回路）の違いによって制約されるものではない。
【発明の効果】
【００４５】
バイモルフ型アクチュエータは薄板形状なので、昇降ピンの軸方向移動を制動する制動機構について、バイモルフ型アクチュエータの長軸を昇降ピンの軸に対して略平行に配置する構成とすることにより、昇降ピンの軸方向から見た制動機構が省スペース（薄い）となり、昇降ピンの実装密度を高くすることができる。特に、貫通長穴を有する昇降ピンにおいて、制動機構を配列固定した柵棒部を該貫通長穴を通した状態で配置し、貫通長穴の内側から（昇降ピンの内側面を）制動する構成とする場合、該柵棒部の幅を薄くする（該貫通長穴の幅を狭くする）ことができる。
【００４６】
バイモルフ型アクチュエータは長軸方向の長さによる梃子の原理で作用端の変位が拡大されるので、作用端は素早く長距離を移動しうる。そのため、制動機構の動作速度を速くすることが出来、本発明を用いたピン出力装置の出力速度を速くすることが出来る。特に、バイモルフ型圧電アクチュエータは極めて動作速度が速い。また、バイモルフ型高分子アクチュエータも動作速度が速い。
【００４７】
バイモルフ型圧電アクチュエータは既に長年にわたって視覚障害者向け情報機器の点字セル等に多量に用いられてきたため、製造技術が確立されている。そのため、バイモルフ型圧電アクチュエータを用いることにより、開発・製造コストを低く抑えることができる。また、バイモルフ型高分子アクチュエータは高分子からなるため、低コストでの大量生産に向いている。
【００４８】
また、昇降ピンの軸方向移動を制動する制動機構としてバイモルフ型圧電アクチュエータを用いることにより、電磁コイル等を用いる場合に比べ、制動機構の重量を軽くすることができる。そのため、本発明を用いたピン出力装置は重量を軽くすることが出来る。
【００４９】
昇降ピン側面に設けた段差面にバイモルフ型アクチュエータの作用端を突き当てることによって昇降ピンの軸方向移動を制動しうる昇降ピン制動機構とした場合、強い制動力が発揮される。特に、該段差面を昇降ピンの軸方向へ傾斜したものとすることにより、突き当てられた作用端が該傾斜に従って段差面上を軸方向へ食い込むことにより、非常に強い制動力が発揮される。
【００５０】
昇降ピン側面に設けた段差面にバイモルフ型アクチュエータの作用端を突き当てることによって昇降ピンの軸方向移動を制動しうる昇降ピン制動機構とした場合、該作用端が向いている方向（昇降ピンの突出方向又は没入方向）と同方向の触知圧力を受けた場合、バイモルフ型アクチュエータは破損しにくいものとすることが出来る。すなわち、作用端が没入方向を向いて設けられている昇降ピン制動機構の場合、昇降ピンに没入方向の触知圧力（昇降ピンを押し込む方向の触知圧力）を受けた場合、破損しにくいものとすることが出来る。また、作用端が突出方向を向いて設けられている昇降ピン制動機構の場合、昇降ピンに突出方向の触知圧力（昇降ピンを引き抜く方向の触知圧力）を受けた場合、破損しにくいものとすることが出来る。
【００５１】
昇降ピン制動機構に用いるバイモルフ型アクチュエータとして「バイモルフ型圧電アクチュエータ」や「バイモルフ型高分子アクチュエータ」を用いることにより、「バイメタル型アクチュエータ」などの駆動原理が熱に依存しているアクチュエータを用いる場合に比べ、昇降ピン制動機構やそれを用いたピン出力装置をエネルギー効率の良いものとすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
発明を実施するための最良の形態と考えられるのは、次のようなものである。バイモルフ型アクチュエータは、図２に示すように、その作用端を（昇降ピンの）没入方向へむけて配置する。昇降ピンの形状は、図１２に示すような形状のものとする。図１２Ｂは、昇降ピンの断面Ｘ−Ｘ’の拡大図を示している。図１２のように断面形状が切り欠きを有する円形状とし、該切り欠き部分において制動機構を配置することにより、制動機構の（昇降ピンの軸方向から見た）占有面積を該切り欠き空間に収め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。特開２００７−３１０８６４や特開２００８−１５２７６３等の先行技術として開示されている磁力で吸着した状態で軸方向へ移動させる技術を用いて昇降ピンを突出方向へ移動させ、該移動中に前記バイモルフ型アクチュエータを駆動して該昇降ピンの突出方向移動を制動する。ここで、昇降ピン側面に有する段差面（図１２の１７）は昇降ピンの軸側へやや傾斜（図示していない）した状態となっている。段差面のこのような傾斜により、制動時にバイモルフアクチュエータの作用端は、該傾斜に沿って軸側へ食い込むことになり、強い制動力が発揮される。もちろん、このような段差面の傾斜を利用して制動時にバイモルフ型アクチュエータの作用端が昇降ピンの軸側へ食い込むよう構成する方法は、磁力吸着を用いた（昇降ピンの）軸方向移動においてのみならず、重力を用いた（昇降ピンの）軸方向移動においても用いることが出来る。触知圧力に抗するため、耐圧固定機構を設ける。図１３は、耐圧固定機構の動作例を示している。図１３Ｂは、耐圧固定機構（図１３の１４）を（昇降ピンの）斜め没入方向（図１３Ｂの矢印方向）へ移動させるように作動させた様子を示している。昇降ピンを制動した直後の状態においては、バイモルフ型アクチュエータは軸方向の圧力を受けた状態で歪んでおり、バイモルフ型アクチュエータは自由に動ける状態に無い。ここで、耐圧固定機構を図１３Ｂのように斜め没入方向へ移動させるように作動させることにより、バイモルフ型アクチュエータと昇降ピンの段差面との間に隙間（図１３Ｂのα）が生じ、バイモルフ型アクチュエータは軸方向の圧力から開放され、自由に動ける状態になる（但し、この時、前記圧力から開放されさえすれば良いのであり、必ずしも図１３Ｂのαのような隙間が開く必要は無い）。例えばここで、バイモルフ型アクチュエータに加えられていた駆動力を解除すると、省電力で昇降ピンの出力状態を維持できる。但し、必ずしも、このようにバイモルフ型アクチュエータを制動時に受ける前記歪みから開放する必要は無いのであり、これは本発明の本質に関わるものではないが、このような歪みから開放するものとする場合、どのような方法を用いても良い。前述のように耐圧固定機構によるものでも良いし、例えばまた別の方法としては、全ての昇降ピンを出力完了した後、昇降ピン吸着板を（出力する際に移動した軸方向と）逆向きの軸方向へ吸着状態のままわずかな距離だけ移動させることによっても（バイモルフ型アクチュエータを）前記歪みから開放することが出来る。但し、これはあくまで制御方法の一例であり、本発明はどのような制御方法を用いても良いので��り、これによって本発明が制約されるものではない。なお、バイモルフ型アクチュエータとしては、精度・速度・繰り返し耐久性等に問題が無ければ、バイモルフ型高分子アクチュエータを用いるのが、低電圧にて駆動できるので安全性が高いものとすることが出来ると思われる。
【実施例１】
【００５３】
本実施例において、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した場合の一例を示す。
【００５４】
図２Ａは、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置した例を示している。ここで、昇降ピンを突出方向移動させ、該突出方向移動の途中で（任意の位置にて）、バイモルフ型アクチュエータの作用端にて昇降ピンの突出方向移動を個別に制動する。図２Ｂは、そのようにして昇降ピンが任意の突出量にて制動された様子を示している。昇降ピンを突出方向移動させるための昇降ピン移動手段はどのようなものでも良いのであり、本発明はこれによって制約されるものではない。なお、昇降ピンを突出方向へ移動させるための昇降ピン移動手段の例は、先行技術が存在する（特開２００７−３１０８６４、特開２００８−１５２７６３、特願２００８−１９６０３０など）。ここで、昇降ピン側面の形状を図７Ｂに示す如きものにすると、制動の際、バイモルフ型アクチュエータの作用端が、昇降ピン側面の（昇降ピンの）略突出方向へ向いている段差面に突き当たることにより、昇降ピンの突出方向移動に対して強力な制動力が発揮される。図７Ｂにおいて、昇降ピン側面の略突出方向へ向いている段差面は、昇降ピンの軸に対して垂直に描かれているが、該段差面は必ずしも昇降ピンの軸に対して垂直でなければならないわけではなく、傾斜していても良いのであり、例えば、図７Ａのような傾斜した段差面を用いる場合も、本発明でいう昇降ピンの略突出方向へ向いている段差面に含まれる。また、該段差面は必ずしも昇降ピン側面の全長にわたって施されている必要は無く、昇降ピン側面の一部に施されていても良い。もちろん、本実施例においても、バイモルフ型アクチュエータの作用端はどのようなものでも良い。また、本実施例においても、バイモルフ型アクチュエータは複数個用いても良いし、複数個のバイモルフ型アクチュエータを用いる場合は、それらバイモルフ型アクチュエータの配置はどのようなものでも良い。また、図２や図７においては段差面を昇降ピンの外側面に有する例が示されているが、段差面は昇降ピンの内側面に有していても良い。
【００５５】
昇降ピンの軸方向移動を制動する制動作用について、制御（制御回路・制御方法）によって異なる種類の（昇降ピン側面と制動機構の略作用端との間に生じる）相互作用を及ぼしうる場合が考えられる。例えば、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ことによって制動作用を及ぼしうる構成とした場合、制御（制御回路・制御方法）により、バイモルフ型アクチュエータの略作用端が昇降ピン側面の斜面を押すことによって制動作用を及ぼすことも出来る。図１７は、側面に、昇降ピンの没入方向へ向いている斜面（図１７の２３）を複数有する昇降ピンに対して、バイモルフ型アクチュエータ（図１７の１）の略作用端が該斜面を押し上げる（図１７の２２に示す力の向き）ことによって昇降ピンの没入方向移動を制動する様子を示している。図１７に示した構成において理解されるように、同図の構成は、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピン側面に設けられた段差面に突き当てることによって制動することも可能である。このように、同一の構成であっても、制御（制御回路・制御方法）の違いによって異なる相互作用にて制動作用を及ぼしうることは、本実施例に示した構成のみならず、本発明全体において言えることである。もちろん、このように同一構成において制御（制御回路・制御方法）の違いによって異なる相互作用にて制動作用を及ぼしうる場合、それら異なる制御（制御回路・制御方法）を併用してもかまわない。
【００５６】
本発明は、どのような制御（制御回路・制御方法）を用いても良いのであり、制御（制御回路・制御方法）の違いによって制約されるものではない。また、本発明は、昇降ピン側面と制動機構の略作用端との間に生じるどのような相互作用にて制動作用を及ぼしても良いのであり、このような相互作用の違いによって制約されるものではない。
【００５７】
以上述べたように、本実施例はバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの没入方向へ向けて配置したことを特徴とするものであるが、本実施例の利点として、昇降ピンの突出方向移動を制動するよう制御した場合、強力な制動力を発揮しうることなどが挙げられる。また、本発明の別の利点として、没入方向へ（昇降ピンを押し込むように）強い触知圧力が加えられた場合、該触知圧力を逃がしやすいので、バイモルフ型アクチュエータが破損しにくいことなどが挙げられる。
【実施例２】
【００５８】
本実施例において、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した場合の一例を示す。
【００５９】
図３Ａは、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した例を示している。ここで、昇降ピンを没入方向移動させ、該没入方向移動の途中で（任意の位置にて）、バイモルフ型アクチュエータの作用端にて昇降ピンの没入方向移動を個別に制動する。図３Ｂは、そのようにして昇降ピンが任意の突出量（没入量）にて制動された様子を示している。昇降ピンを没入方向移動させるための昇降ピン移動手段はどのようなものでも良いのであり、本発明はこれによって制約されるものではない。なお、昇降ピンを没入方向へ移動させるための昇降ピン移動手段の例は、先行技術が存在する（実開平３−１４６７４、特開２００７−３１０３４５、特願２００８−１９６０３０など）。ここで、昇降ピン側面の形状を図７Ｃに示す如きものにすると、制動の際、バイモルフ型アクチュエータの作用端が、昇降ピン側面の（昇降ピンの）没入方向へ向いている段差面に突き当たることにより、昇降ピンの没入方向移動に対して強力な制動力が発揮される。
【００６０】
図７Ｃにおいて、昇降ピン側面の略没入方向へ向いている段差面は、昇降ピンの軸に対して垂直に描かれているが、該段差面は必ずしも昇降ピンの軸に対して垂直でなければならないわけではなく、傾斜していても良いのであり、例えば、図７Ａのような傾斜した段差面を用いる場合も、本発明でいう昇降ピンの略没入方向へ向いている段差面に含まれる。また、該段差面は昇降ピン側面の全長にわたって施されている必要は無く、昇降ピン側面の一部に施されていても良い。もちろん、本実施例においても、バイモルフ型アクチュエータの作用端はどのようなものでも良い。また、本実施例においても、バイモルフ型アクチュエータは複数個用いても良いし、複数個のバイモルフ型アクチュエータを用いる場合は、それらバイモルフ型アクチュエータの配置はどのようなものでも良い。また、図３や図７においては段差面を昇降ピンの外側面に有する例が示されているが、段差面は昇降ピンの内側面に有していても良い。
【００６１】
前述した、図１７に示す如き、バイモルフ型アクチュエータの略作用端が昇降ピン側面の斜面を押すことによって（昇降ピンの軸方向移動を）制動作用を及ぼす制動方法は、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置した場合にも、用いることが出来る。例えば、側面において突出方向へ向いている斜面が複数設けられてなる昇降ピンに対し、作用端を突出方向へ向けて配置されたバイモルフ型アクチュエータの略作用端にて、該斜面を押すことによって、昇降ピンの突出方向移動を制動することが出来る。このような構成はまた、前述したように、バイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピン側面に設けられた段差面に突き当てることによって制動することも可能である。このように、同一の構成であっても、制御（制御回路・制御方法）の違いによって異なる相互作用にて制動作用を及ぼしうることは、本実施例に示した構成のみならず、本発明全体において言えることである。もちろん、このように同一構成において制御（制御回路・制御方法）の違いによって異なる相互作用にて制動作用を及ぼしうる場合、それら異なる制御（制御回路・制御方法）を併用してもかまわない。
【００６２】
本発明は、どのような制御（制御回路・制御方法）を用いても良いのであり、制御（制御回路・制御方法）の違いによって制約されるものではない。また、本発明は、昇降ピン側面と制動機構の略作用端との間に生じるどのような相互作用にて制動作用を及ぼしても良いのであり、このような相互作用の違いによって制約されるものではない。
【００６３】
以上述べたように、本実施例はバイモルフ型アクチュエータの作用端を昇降ピンの突出方向へ向けて配置したことを特徴とするものであるが、本実施例の利点として、昇降ピンの没入方向移動を制動するよう制御した場合、強力な制動力を発揮しうることなどが挙げられる。また、本発明の別の利点として、突出方向へ（昇降ピンを引き抜くように）強い触知圧力が加えられた場合、該触知圧力を逃がしやすいので、バイモルフ型アクチュエータが破損しにくいことなどが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明を用いたピン出力装置は、昇降ピンの実装密度を高くできるので、昇降ピンの数が同じであれば、よりコンパクトな（解像度の高い）ピン出力装置が実現できる。そのため、視覚障害者が歩行時にこれを携帯することができ、３次元形状の触覚による地図情報を提供することができる。これにより、視覚障害者の歩行案内に活用できる。
【００６５】
また、本発明を用いたピン出力装置は、昇降ピンの実装密度を高くできるので、点字にも使用できる。そのため、本発明を用いたピン出力装置においては、点字と３次元表現の両方を同時に出力することが可能となる。これを利用して、例えば、３次元形状の触覚による地図情報を提供すると同時に該地図情報の中に、点字による説明文を併記するなども可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】バイモルフ型アクチュエータ
【図２】バイモルフ型アクチュエータの作用端を下向きに配置した例
【図３】バイモルフ型アクチュエータの作用端を上向きに配置した例
【図４】バイモルフ型アクチュエータを昇降ピンの軸方向に複数個配置した例
【図５】バイモルフ型アクチュエータを昇降ピンの周囲に複数個配置した例
【図６】作用端の下向き配置と上向き配置を混在させた例
【図７】昇降ピン側面の様々な形状の例
【図８】バイモルフ型アクチュエータの平面の投射方向
【図９】延長アームを用いて平面の投射方向以外へ作用を及ぼした例
【図１０】回転式の延長アームを用いて平面の投射方向以外へ作用を及ぼした例
【図１１】図９を交互に用いることで実装密度を高めた例
【図１２】昇降ピンの形状例
【図１３】耐圧固定機構の動作を示す図
【図１４】昇降ピンの内側面を制動する構成とした例
【図１５】作用端周辺の面にてへばりつくようにして制動作用を及ぼす様子
【図１６】作用端に接触子を設けた例
【図１７】略作用端が昇降ピン側面の斜面を押し上げるようにして制動作用を及ぼす様子
【符号の説明】
【００６７】
１    バイモルフ型アクチュエータ
２    昇降ピン
３    接触子
４    延長アーム（延長機構の一例）
５    回転式の延長アーム（延長機構の一例）
６    回転軸
７    固定ベース（バイモルフ型アクチュエータを固定する部位）
８    （バイモルフ型アクチュエータの）固定端
９    （バイモルフ型アクチュエータの）作用端
１０  表面板（昇降ピンが突出する表面の板）
１１  昇降ピン側面の様々な形状の例
１２  昇降ピンの軸
１３  バイモルフ型アクチュエータの長軸（固定端と作用端を結ぶ軸）
１４  耐圧固定機構
１５  弾性体（ゴム等）
１７  昇降ピンの略突出方向へ向いている段差面
１８  昇降ピンの略没入方向へ向いている段差面
１９  昇降ピンに設けた貫通長穴
２０  柵棒部
２１  柵状体
２２  バイモルフ型アクチュエータの力が及ぼされる方向を示す矢印
２３  昇降ピン側面に設けられた斜面
【要約】
【課題】
昇降ピンの軸方向移動を制動することによって昇降ピンの突出量を制御するピン出力装置において、前記制動機構について、昇降ピンの軸方向からみて省スペースとすることにより昇降ピンの実装密度を高め、かつ出力速度を速くする。また、開発・製造コストを低く抑え、重量も軽いものとする。
【解決手段】
バイモルフ型アクチュエータを、その固定端と作用端を結ぶ軸を昇降ピンの軸に対して略平行に配置し、その略作用端にて昇降ピンの外側面又は内側面に対して制動作用を及ぼすことにより、昇降ピンの軸方向移動を制動しうる昇降ピン制動機構とする。また、該昇降ピン制動機構を用いたピン出力装置とする。
【選択図】図１３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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