NL9500589A - Braillecel met een actuator die een mechanisch werkzame, intrinsiek geleidende polymeer bevat. - Google Patents

Description

Braillecel met een actuator die een mechanisch werkzame, intrinsiek geleidende polymeer bevat.

De uitvinding heeft betrekking op een braillecel voorzien van een aantal aftastbare organen, die elk twee standen kunnen innemen, in de eerste waarvan, de ruststand, het desbetreffende aftastbare orgaan is teruggetrokken en niet voelbaar is en in de tweede waarvan het voelbaar is, waar-bij voor elk aftastbaar orgaan voor de beweging van de eerste naar de tweede stand en omgekeerd een actuator aanwezig is, die onder invloed van elektrische spanningen tussen een eerste, met de eerste stand van het bijbehorende aftastbare orgaan overeenkomende stand en een tweede, bij de tweede stand van het aftastbare orgaan behorende stand, beweegbaar is.

Een dergelijke braillecel is bekend uit het Europese octrooi EP-B-0.237.090. Deze bekende cel is in de praktijk een succes, functioneert goed en heeft een lange levensduur .

In een aantal opzichten is evenwel verbetering gewenst.

Zo wordt in deze bekende cel gebruik gemaakt van piëzo-elektrische buigelementen, die voor een voldoende uitslag een betrekkelijk hoge spanning vergen van de orde van honderden volts. Dit houdt een potentieel gevaar in, dat veiligheidsmaatregelen vergt. Bovendien eist de hoge spanning speciale elektronica voor de spanningstoevoer aan de piëzo-elektrische buigelementen.

Verder zijn piëzo-elektrische buigelementen betrekkelijk kostbaar en maken globaal de helft van de kostprijs van de hele cel uit. Ook vergen zij, na een eindcontrole en een eventuele kunstmatige veroudering, soms een bijstelling van afzonderlijke buigelementen met de hand, hetgeen tijdrovend is en de kostprijs verhoogt. De noodzaak van een nauwkeurige afstelling is aanwezig, omdat een hoge zekerheid nodig is dat elk aftastbaar orgaan volledig is teruggetrokken in de ruststand en een vrij grote minimale kracht moet uitoefenen tegen indrukken in de tweede stand. Dit nu is met de huidige piëzo-elektrische buigelementen bij gewenste toelaatbare afmeting van de buigorganen wel te bereiken, maar met geringe overmaat aan kracht of slag. Dit betekent, dat een ruststand, die neer komt op een te grote uitslag in de richting van de ruststand in de tweede stand tot een te geringe kracht tegen indrukking in de tweede stand leidt, terwijl onvoldoende beweging naar de ruststand al zeer snel als hinderlijk wordt ervaren.

Tenslotte is het gewenst om een zo lang mogelijke leesregel te verkrijgen, die een geringe breedte heeft.

De uitvinding beoogt de bovengenoemde nadelen, althans een aantal van hen, tegen te gaan en te voorzien in een brail-lecel, die met aanmerkelijk lagere werkspanningen (van de orde van één of enige volts) bediend kan worden, goedkoper vervaardigd kan worden en goedkopere buigelementen heeft.

Deze doeleinden worden door de uitvinding bereikt of benaderd door er in te voorzien dat de actuator een eerste lichaam van een intrinsiek geleidende polymeer bevat en een tweede lichaam, dat ionen kan afgeven en weer opnemen in zodanig contact met het eerste lichaam, dat ionenuitwisseling tussen het eerste en het tweede lichaam mogelijk is en spanningsaansluitingen, die met het eerste en het tweede lichaam in contact zijn.

In TNO-Industrie Toegepaste Wetenschap, December 1991, blz. 27-35 zijn intrinsiek geleidende polymeren beschreven. Er bestaan er reeds vele en zij vertonen een geleidingsvermo-gen, dat dat van metalen kan evenaren en met dat van halfgeleiders is te vergelijken wat doteringsmechanisme betreft. Deze publikatie en de daarin vermelde intrinsiek geleidende polymeren worden geacht in deze beschrijving te zijn opgenomen.

Wanneer de doteringsionen vanuit een ionen afgevend en opnemend lichaam onder invloed van een elektrische spanning het intrinsiek geleidende polymeer materiaal in- of uitgaan, ondergaat dat een volumeverandering, die aanmerkelijk meer dan 10% kan bedragen.

Meer in het bijzonder ontstaat het geleidingsvermogen van intrinsiek geleidende polymeren doordat oxydatie-elektronen aan de polymeerketens worden onttrokken en daardoor positieve ladingsdragers in de polymeerketens ontstaan. Deze ketens worden daardoor geleidend, maar overspringen van ladingsdragers van de ene keten op een andere is ook mogelijk. Verder vormen de oxydatie-elektronen negatieve ionen die tussen de ketens verblijven. Wanneer de intrinsiek geleidende polymeer nu in aanraking is met een materiaal, dat negatieve ionen kan afgeven, zal de polymeer bij aanleg van een daartoe geschikte elektrische spanning negatieve ionen opnemen. Omdat de concentratie aan negatieve ionen enige orden van grootte groter is dan die van doteringsato-men in halfgeleiders, zal hij daarbij uitzetten.

US-A-4.989.958 ten name van Hamada et al beschrijft een lens van twee lagen van intrinsiek geleidende polymeren (poly-acrylicamide) met verschillende gehaltes aan acryl-zuurgroepen, die in gelvorm zijn en bij aanleg van een elektrisch veld in een vloeistof (een mengsel van water en aceton) in verschillende mate uitzetten of slinken, waardoor het geheel verbuigt tot een bolkap. Een dergelijk stelsel met een in vloeistof gedompeld tweevoudig lichaam van intrinsieke gel is echter niet geschikt voor de toepassing in een braillecel en waarschijnlijk daar ook niet geschikt voor te maken op economisch verantwoorde wijze.

US-A-4.935.164 noemt verschillende intrinsiek geleidende polymeren en geeft in het bijzonder aan, dat in geval van moeilijke mechanische bewerkbaarheid of onsmeltbaarheid een oplossing gevonden kan worden in het opnemen van intrinsiek geleidende polymeren in een thermoplastische kunststof. Van mechanische vormveranderingen van aldus verkregen intrinsiek geleidende polymeren is echter geen sprake en nog minder van de mogelijkheid van toepassing ervan in braille-cellen. Uiteraard vallen dergelijke samengestelde intrinsiek geleidende polymeren (opgenomen in thermoplastische kunststof) ook onder de uitvinding.

Volgens een eerste nadere uitwerking van de uitvinding is het tweede lichaam vloeibaar. Dit is op zichzelf bekend uit het bovengenoemde US-A-4.989.958, maar bij toepassing in braillecellen is een veel compactere uitvoering nodig, bij voorbeeld door het lichaam van uitzettende en inkrimpende intrinsiek geleidende polymeer in een cel aan te brengen met aan de onderzijde de ionen leverende vloeistof.

Volgens een nadere uitvoering hiervan kan er in worden voorzien dat het eerste lichaam rondom is opgesloten. Hierdoor wordt zijdelingse uitzetting van het intrinsiek geleidende polymeerlichaam tegengegaan en daardoor de uitzetting in de vrije richting vergroot. Na de opheffing van de spanningsbekrachtiging vervalt de druk op de zijwanden en kan het uitgezette lichaam weer terugvallen in de oorspronkelijke stand.

De bovenstaande uitvoeringsvormen van de uitvinding kunnen in een aantal trappen werken, waarbij een eerste uitzettend lichaam een tweede lichaam optilt en zo vervolgens, maar dit leidt tot een betrekkelijk ingewikkelde constructie, die in het algemeen geen voorkeur verdient.

De verplaatsing van het aftastbare orgaan, gewoonlijk een pen, moet voor het goed kunnen aftasten van de braillecel 0,5-0,8 mm, bij voorkeur 0,8 mm bedragen. Bij een lineaire uitzetting van bijvoorbeeld 10% betekent dit een hoogte van het betreffende lichaam van 8 mm. Er moet veelal een grotere slag worden ingesteld, die door een mechanische begrenzing wordt beperkt, teneinde na het einde van de slag een grotere weerstand tegen terugdrukken te verkrijgen. Dit zou een hoogte van tenminste 10 mm en waarschijnlijk wel 12 mm vergen. Dit betekent weer, dat de ionengeleiding in de intrinsiek geleidende polymeer voldoende snel moet zijn. Er is, ook voor snelle lezers, ruim 0,1 seconde beschikbaar om een regel met braillecellen in te stellen na het lezen van de vorige regel, hetgeen in het algemeen voldoende is. In elk geval bestaat de mogelijkheid snel reagerende intrinsiek geleidende polymeren zich snel te laten terugstellen, wanneer dit op zich te traag gebeurt, door hen een korte tegengestelde spanningsimpuls te geven.

Een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding voorziet er in dat het eerste en tweede lichaam elk de vorm van een vel hebben en dat de vellen in ionenuitwisselend verband op elkaar zijn gelegd en aan de van het andere vel afgekeerde zijde van een elektrische geleider zijn voorzien.

Een eerste nadere uitwerking hiervan bestaat er in dat een combinatievel, dat beide vellen en elektrische geleiders bevat, zigzag is gestapeld. Hierbij behoeven de ionen slechts de geringe afstand af te leggen van maximaal de dikte van de dubbele laag. Verder heeft men hier het voordeel, dat de spanningstoevoer aan één zijde en dicht bij elkaar gelegen kan zijn aangebracht.

Een tweede uitvoeringsvorm kan er in bestaan dat een vel-vormig combinatievel, dat beide vellen en elektrische geleiders bevat, is opgerold. Wanneer een dergelijke rol van een dubbellaag van een intrinsiek geleidende polymeer spanning ontvangt, waardoor het volume toeneemt en de rol voor het overige aan zijn cilindervlak is opgesloten, zal een betrekkelijk grote uitzetting in axiale richting optreden. Deze uitzetting wordt bij voorkeur door elastische vervorming opgevangen, omdat bij verschuiving van de opeenvolgende lagen van de rol te vrezen valt dat na opheffing van de elektrische bekrachtiging de rol haar uitgangsstand niet meer volledig bereikt.

Volgens nog een nadere uitwerking van de uitvinding kan er in worden voorzien dat de elektrische geleiders een intrinsiek geleidende polymeer bevatten.

De uitvinding omvat eveneens een actuator, die elektrische spanning in een mechanische beweging omzet.

De spanningen, die nodig zijn om het intrinsiek geleidende polymeer te laten reageren zijn van dezelfde orde van grootte als de spanning voor het bekrachtigen van logische elektronica, zodat het belangrijke voordeel verkregen wordt, dat de heden ten dage gebruikelijke hoge spanningen voor braillecellen niet meer gegenereerd en toegepast behoeven te worden.

De uitvinding wordt in het volgende toegelicht aan de hand van de tekening, waarin fig.l schematisch een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding in doorsnede toont; fig.2 het actuatordeel van een tweede uitvoeringsvorm toelicht; fig.3 een doorsnede toont door een verdere uitvoeringsvorm van het actuatordeel; fig.4 de doorsnede op vergrote schaal door een velvormig actuatordeel toont; en fig. 5 een doorsnede door een verdere uitvoeringsvorm toont.

In fig. 1 is met 1 een cilindrisch blokje van intrinsiek geleidende polymeer aangegeven. Een ionen leverende gel, die ook een vloeistof kan zijn, is met 2 aangeduid, via elektroden 3 en 4 kan een gelijkspanning worden aangelegd aan het gecombineerde lichaam 1,2. Wanneer dit dan uitzet zal het via het schijfje 5 de tastpen 6 oplichten, die daardoor boven de tastplaat 7 uitsteekt. Bij zijn opwaartse beweging komt het schijfje 5 tegen de naar binnen stekende aanslag 8 van een uitwendig huis 9. Daardoor wordt de kracht, die nodig is om de pen 6 naar beneden te drukken, aanmerkelijk vergroot. Wanneer de spanning tussen de elektroden 3 en 4 wordt opgeheven, keert de pen 6 in zijn uitgangsstand terug. Om dit laatste te bevorderen kan een verend orgaan of dergelijke zijn aangebracht, dan wel het uitsteeksel 8 elastisch zijn uitgevoerd. Ook kan een korte tegengesteld gerichte spanningsimpuls worden aangelegd.

Fig.2 toont een uitvoeringsvorm, waarin een dubbelvel van een intrinsiek geleidende polymeer 10 (met een stippellijn aangegeven) en een ionen afgevende laag 11 zijn aangegeven. In de zigzag-stapeling komen steeds lagen van de intrinsiek geleidende polymeer 10 of lagen van het ionen afgevende materiaal 11 op materiaal van het hetzelfde type, zodat geen isolerende laag aanwezig behoeft te zijn. Wanneer de beide lagen voldoende geleidend zijn is ook geen geleidende laag nodig voor de spanningstoevoer.

Fig. 3 toont weer de lagen 10 en 11 in een opgerolde vorm van intrinsiek geleidende polymeer en zijn ionenverschaffer.

Fig.4 toont een doorsnede door een dubbelvel volgens de uitvinding. De lagen 10 en 11 zijn dezelfde als in fig.2 en 3. Aan de bovenzijde is een laag 12 aangebracht, die bijvoorbeeld als elektrische geleider dienst doet, wanneer laag 11 zelf onvoldoende geleidt.

De laag 13 kan een isolatielaag zijn of eveneens een als elektrode dienstdoende geleidende laag. De lagen 10 t/m 13 kunnen uit een polymeer lichaam bestaan, dat in verschillende mate gedoteerd is, waarbij de lagen 12 en 13 met willekeurig bekende technieken op de reeds gedoteerde lagen 10 en 11 worden gevormd of aangebracht.

In fig. 5 is tenslotte een uitvoeringsvorm getekend met een huis 9, waarin een dunne dubbel-lagige cilinder 14 een ionen afgevende stof 15 omsluit. Wanneer tussen de buitenzijde van de cilinder 14 en de binnenzijde daarvan of de ionen afgevende vloeistof een spanning wordt aangelegd zal de cilinder 14 opzwellen, waardoor hij gezamenlijk met de vloeistof 15 het schijfje 5 naar boven drukt.

Claims (10)

1. Braillecel voorzien van een aantal aftastbare organen, die elk twee standen kunnen innemen, in de eerste waarvan, de ruststand, het desbetreffende aftastbare orgaan is teruggetrokken en niet voelbaar is en in de tweede waarvan het voelbaar is, waarbij voor elk aftastbaar orgaan voor de beweging van de eerste naar de tweede stand en omgekeerd een actuator aanwezig is, die onder invloed van elektrische spanningen tussen een eerste, met de eerste stand van het bijbehorende aftastbare orgaan overeenkomende stand en een tweede, bij de tweede stand van het aftastbare orgaan behorende stand, beweegbaar is, met het kenmerk, dat de actuator een eerste lichaam van een intrinsiek geleidende polymeer bevat en een tweede lichaam, dat ionen kan afgeven en weer opnemen in zodanig contact met het eerste lichaam, dat ionenuitwisseling tussen het eerste en het tweede lichaam mogelijk is en spanningsaansluitingen, die met het eerste en het tweede lichaam in contact zijn.

2. Braillecel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tweede lichaam vloeibaar is.

3. Braillecel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het eerste lichaam rondom is opgesloten.

4. Braillecel volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste en tweede lichaam elk de vorm van een vel hebben en dat de vellen in ionenuitwisselend verband op elkaar liggen en aan de van het andere vel afgekeerde zijde van een elektrische geleider zijn voorzien.

5. Braillecel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een combinatievel, dat beide vellen en elektrische geleiders bevat, zigzag is gestapeld.

6. Braillecel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een velvormig combinatievel, dat beide vellen en elektrische geleiders bevat, is opgerold.

7. Braillecel volgens één of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektrische geleiders een intrinsiek geleidende polymeer bevatten.

8. Actuator voorzien van een spanningsgevoelig deel, dat mechanisch reageert op aangelegde spanningen, met het kenmerk, dat het spanningsgevoelige deel een combinatie van een intrinsiek geleidende, mechanisch werkzame polymeer en een daarmede in aanraking aangebracht ionen leverend en opnemend lichaam bevat, waarbij de lichamen in een combina-tievel zijn ondergebracht, dat in een aantal lagen is gestapeld of gewikkeld.

9. Actuator volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het spanningsgevoelige deel is opgesloten, behalve aan één zijde, waar een mechanisch uitgangsorgaan is aangebracht.

10. Actuator voorzien van een spanningsgevoelig deel, dat mechanisch reageert op aangelegde spanningen, met het kenmerk, dat het spanningsgevoelige deel een combinatie van een intrinsiek geleidende, mechanisch werkzame polymeer en een daarmede in aanraking aangebracht ionen leverend en opnemend lichaam bevat, waarbij de lichamen in een combina-tievel zijn ondergebracht, dat in de vorm van een cilinder-wand is gebracht.