JP5516850B2 - 表示機能付き突起パターン形成装置 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.第3の実施の形態
4.変形例
[構成例]
(全体構成例)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る表示機能付き突起パターン形成装置の全体構成を表すものである。表示機能付き突起パターン形成装置1は、表示機能付き突起パターン形成部3と、駆動制御部11と、行選択部12と、列選択部13とを備えている。
図2は、表示機能付き突起パターン形成部3の構成例を斜視的に表すものである。表示機能付き突起パターン形成部3は、弾性シート(エラストマーシート)31と、高分子アクチュエータ素子32がマトリックス状に形成されたアクチュエータ33とを備えている。弾性シート31の表面は、表示機能付き突起パターン形成部3の突起パターン形成面およびドットパターン表示面として機能するものである。弾性シート31とアクチュエータ33とはお互いに重なり合うように接着されている。なお、その接着は全面でなされていても良く、もしくは一部でなされていても良い。
る溶媒であり、例えばイミダゾリウム環系化合物、ピリジニウム環系化合物、脂肪族系化
合物のものを使用することができる。イオン導電性高分子フィルム51にイオン液体を含浸させている場合には、揮発する心配なく高温あるいは真空中でもアクチュエータ33を使用することができるようになる。
(全体の基本動作)
まず、本実施の形態の表示機能付き突起パターン形成装置1の全体動作を説明する。
次に、高分子アクチュエータ素子32単体の動作原理について説明する。
次に、表示機能付き突起パターン形成部3の動作および作用を説明する。まず、表示機能付き突起パターン形成部3の一表示要素の動作および作用について説明する。ここで、表示要素とは、表示機能付き突起パターン形成部3に表示される突起パターンおよびドットパターンを構成する最小要素を示し、液晶ディスプレイなどの表示装置における画素に相当するものである。
次に、駆動制御部11の動作および作用を詳細に説明する。駆動制御部11の主な機能は、2つの表示モード(文字や絵などの精細な情報を表示する精細表示モードと、点字や図形など精細さを必要としない情報を表示する粗表示モード)に応じて、表示機能付き突起パターン形成部3に表示するデータを加工することである。
このように、本実施の形態では、アクチュエータ33と弾性シート31を重ねてかつ接するように配置したので、突起パターンの形成と、そのパターンに同期したドットパターンの表示を同時に行うことができ、かつ小型化と軽量化を実現できる。さらに、アクチュエータ33を高分子アクチュエータ素子で構成したので、さらなる装置の小型化と軽量化を実現できる。
上記の実施の形態では、切り込み54は、図4に示したような、高分子アクチュエータ素子32の3方向を平面によりに取り囲むものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図11(A)に示したように、3方向を曲面により取り囲むように切り込み54Bを構成してもよい。さらに、それに併せて電極の形状も変形させてもよい。図11(B)、(C)は、図11(A)の高分子アクチュエータ素子32BのXI−XI矢視方向の断面構造を表すものであり、(B)は駆動用電極52B(上面側)、53B(下面側)間に駆動電圧が印加されていない状態での断面構造を示し、(C)は駆動用電極52B、53Bに駆動電圧が印加されている状態での断面構造を示す。図11(B)、(C)に示したように、高分子アクチュエータ素子32Bの先端部は3次元的にも曲面となっている。駆動用電極52B、53Bに駆動電圧が印加されると、図11(C)に示したように、高分子アクチュエータ素子32Bはその曲面で弾性シート31を押し上げることとなる。よって、弾性シート31を上面側から見ると、この表示要素が形成する突起および表示するドットの形状は、上記実施の形態よりも円形状となる。
上記の実施の形態では、高分子アクチュエータ素子32が湾曲して弾性シート31を押し上げる際、駆動用電極52の平面で押し上げるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、図12(A)に示したように、高分子アクチュエータ素子32Cの作動片57Cの先端部にスタンプ加工により半球状のボール58を形成し、このボール58の球面により弾性シート31を押し上げても良い。このボールの表面の形状は、図に示したような半球状の他、回転楕円体の表面のような形状でも良い。図12(B)、(C)は、図12(A)の高分子アクチュエータ素子32CのXII−XII矢視方向の断面構造を表すものであり、(B)は、駆動用電極52、53に駆動電圧が印加されていない状態での断面構造を示し、(C)は、駆動用電極52、53に駆動電圧が印加されている状態での断面構造を示す。駆動用電極52、53に駆動電圧が印加されると、図12(C)に示したように、高分子アクチュエータ素子32Cはボール58の広い球面で弾性シート31を押し上げることとなる。よって、弾性シート31を上面側から見ると、この表示要素が形成する突起および表示するドットの形状は、変形例1−1よりもさらに円形状となる。
上記の実施の形態では、駆動用電極52は黒色であるとしたが、他の色に着色されていても良い。同様に、変形例1−2におけるボール58を着色しても良い。この着色された高分子アクチュエータ素子を使用することにより、その表示要素は、色のついたドットパターンを表示できるようになり、より自由度のある表示が可能となる。色は何色でも良いが、白色の液体42の色と、色相や明度が異なる色である方が望ましい。
上記の実施の形態では、アクチュエータ33の全ての高分子アクチュエータ素子32の駆動用電極52は黒色としたが、これに限定されるものではない。例えば、図13に示したように、アクチュエータ33Dは、着色された駆動用電極(例えば、赤い駆動用電極52D、青い駆動用電極53D)をもつ複数の色の高分子アクチュエータ素子を有していても良い。この場合、複数の色のドットパターンを表示できるようになり、さらに自由度のある表示が可能となる。
上記の実施の形態では、アクチュエータ33の上面側の電流供給配線55を列選択部13に接続し、下面側の電流供給配線56を行選択部12に接続したが、これに代えて、アクチュエータ33の上面側の電流供給配線55を行選択部12に接続し、下面側の電流供給配線56を列選択部13に接続してもよい。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る表示機能付き突起パターン形成装置について説明する。本実施の形態では、高分子アクチュエータ素子として、第1の実施の形態とは異なる種類のものを使用している。すなわち、第1の実施の形態(図8)では、イオン導電性高分子フィルム51を用いて高分子アクチュエータ素子32を構成したが、これに代えて、本実施の形態では、高分子三次元架橋体を用いて高分子アクチュエータ素子を構成している。その他の構成は、第1の実施の形態(図1)と同様である。
(高分子アクチュエータ素子70の動作例)
図14(B)は、駆動用電極72、73に対して電源Eより所定の電圧を印加し、高分子アクチュエータ素子70が湾曲変形した状態を表すものである。
本実施の形態に係る表示機能付き突起パターン形成部7は、第1の実施の形態におけるアクチュエータ33を、上述した高分子アクチュエータ素子70が表面に配置されたアクチュエータ77に置き換えたものであり、その動作例も第1の実施形態と同様である。つまり、駆動用電極72、73に駆動信号が印加されていない状態では、図14(A)に示したように、高分子アクチュエータ素子70は、その両面の電位差がないため、変形することなく平坦な形状を維持し、弾性シート31は平坦かつ白色な状態を維持する。一方、駆動用電極72、73に駆動信号が印加されている状態では、図14(B)に示したように、高分子アクチュエータ素子70は、低い電位が与えられている駆動用電極72の方向に湾曲変形し、弾性シート31を押し上げることにより突起が形成される。同時に、弾性シート31内の白色の液体42は、その突起により押しのけられ、その部分に駆動用電極72の色に起因する黒色のドットが表示される。
このように、本実施の形態では、高分子三次元架橋体71に第二部位Bを含むようにしたので、アクチュエータ素子の大変位および高速応答による、明確な突起パターン形成とドットパターン表示を実現できる。その他の効果は、上記第1の実施の形態の場合と同様である。
次に、本発明の第3の実施の形態に係る表示機能付き突起パターン形成装置について説明する。本実施の形態では、高分子アクチュエータ素子として、第1および第2の実施の形態とは異なる種類のものを使用している。すなわち、第2の実施の形態(図14)では、高分子三次元架橋体を用いて湾曲変形する高分子アクチュエータ素子70を構成したが、これに代えて、本実施の形態では、高分子三次元架橋体を用いて長さが変化する棒状の高分子アクチュエータ素子80を構成している。また、本実施の形態では、第1および第2の実施の形態とは異なり、高分子アクチュエータ素子80は、その長手方向が弾性シート31と直交する方向を向き、かつ、その長手方向の一端が弾性シート31の表面に接するように配置されている。その他の構成は、第1の実施の形態(図1)と同様である。
図15(A)は、表示機能付き突起パターン形成部8の一表示要素の断面構成例を表すものである。この一表示要素は、高分子アクチュエータ素子80と弾性シート31からなる。高分子アクチュエータ素子80は線方向変位素子として構成したものであり、棒状の高分子三次元架橋体81および棒状の駆動用電極82、83を容器86に収納させたものである。高分子三次元架橋体81には電解液85が含浸されている。尚、アクチュエータ88を構成する全ての高分子アクチュエータ素子80は、共通基板87により支持されている。非駆動状態(電圧が印加されていない状態)において、高分子アクチュエータ素子80の長手方向の一端側(容器86の一方の上面)は、弾性シート31の一方の表面に当接している。
(高分子アクチュエータ素子80の動作例)
図15(B)は、駆動用電極82、83に対して電源Eより所定の電圧を印加し、高分子アクチュエータ素子80が湾曲変形した状態を表すものである。
本実施の形態に係る表示機能付き突起パターン形成部8は、第1および第2の実施の形態におけるアクチュエータ33を、上述した高分子アクチュエータ素子80が表面に配置されたアクチュエータ88に置き換えたものであり、その動作例も第1の実施形態と同様である。つまり、駆動用電極82、83に駆動信号が印加されていない状態では、図15(A)に示したように、高分子アクチュエータ素子80は、それらの駆動用電極の電位差がないため、変形することなく平坦な形状を維持し、弾性シート31は平坦かつ白色な状態を維持する。一方、駆動用電極82、83に駆動信号が印加されている状態では、図15(B)に示したように、高分子アクチュエータ素子80は長手方向に伸び、弾性シート31を押し上げることにより突起が形成される。同時に、弾性シート31内の白色の液体42は、その突起により押しのけられ、その部分に容器86の上面の色に起因する黒色のドットが表示される。
このように、本実施の形態では、駆動用電極82を取り囲むように高分子三次元架橋体81を配置したので、アクチュエータ素子の線方向変位による、明確な突起パターン形成とドットパターン表示を実現できる。その他の効果は、上記第1の実施の形態の場合と同様である。
以上、いくつかの実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。
Claims (11)
- 着色液体層を内層として有する透明な弾性シートと、
前記弾性シートの一方の面に沿って配置され、それぞれが、電圧の印加に応じて前記弾性シートの面の方向に突出するように変形する複数のアクチュエータ素子を含むアクチュエータと
を備え、
前記複数のアクチュエータ素子を選択的に駆動することにより、前記弾性シートに突起パターンを形成すると共に、前記着色液体層における着色液体が押しのけられることによりその突起パターンに対応したドットパターンを前記弾性シートに表示する
表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記複数のアクチュエータ素子の各々は、
前記電圧の印加に応じて湾曲変形するイオン導電性高分子フィルムからなる作動片と、
前記作動片の両面にそれぞれ形成された駆動用電極と
を有する
請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記イオン導電性高分子フィルムは、陽イオン交換樹脂を用いて構成されている
請求項2に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記駆動用電極は、カーボン粉末とイオン導電性樹脂からなる
請求項2に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記作動片は、イオン導電性高分子フィルムからなるシートをU字状に切り抜くことにより形成される舌状部分として構成されている
請求項2に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記複数のアクチュエータ素子の各々は、高分子三次元架橋体を用いて構成されている 請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。
- 前記着色液体層の色と前記アクチュエータ素子の突出先端部の色とが異なる
請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記アクチュエータは、前記突出先端部の色が互いに異なる複数のアクチュエータ素子を含む
請求項7に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記アクチュエータ素子の突出先端部が球面状をなしている
請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記弾性シートは、前記着色液体層を複数領域に区分する隔壁を有する
請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。 - 前記複数のアクチュエータ素子の選択的駆動を制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、駆動すべきアクチュエータ素子の個数を変化させることにより、前記突起パターンの突起密度および前記ドットパターンのドット密度を変更する
請求項1に記載の表示機能付き突起パターン形成装置。
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