JP2014240932A

JP2014240932A - アクチュエータ、および点字表示装置

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Publication number: JP2014240932A
Application number: JP2013123934A
Authority: JP
Inventors: 井野　秀一; Shuichi Ino; 秀一井野; 佐藤　満; Mitsuru Sato; 満佐藤; 浩司榊; Koji Sakaki; 耕太浅野; Kota Asano; 中村　優美子; Yumiko Nakamura; 優美子中村; 眞一吉村; Shinichi Yoshimura
Original assignee: ASUKA DENKI SEISAKUSHO KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: ASUKA DENKI SEISAKUSHO KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2013-06-12
Filing date: 2013-06-12
Publication date: 2014-12-25
Anticipated expiration: 2033-06-12
Also published as: JP6198300B2

Abstract

【課題】水素吸蔵合金を駆動要素とするアクチュエータにおいて、アクチュエータの全体サイズを小型化することができ、点字表示装置の点字ピンのように非常に小さな部材であっても出没操作することができるアクチュエータを提供する。【解決手段】水素吸蔵合金３３が吸蔵あるいは放出する水素ガスでピストン体１５を進退操作する。アクチュエータは、筒状のシリンダ１４と、シリンダ１４で進退可能に支持されるピストン体１５と、シリンダ１４の内部に臨んで配置される水素吸蔵体２９と、水素吸蔵体２９を加熱あるいは冷却する加熱冷却手段２６とを含む。水素吸蔵体２９を、繊維シート体３２の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素吸蔵合金が吸蔵あるいは放出する水素ガスを駆動要素とするアクチュエータ、およびそのアクチュエータを備える点字表示装置に関する。

本発明に関して、水素ガスを利用したアクチュエータは特許文献１に公知である。そこでは、ベローズで水素室と液体室とに分けられた圧力変換機と、水素吸蔵合金を昇熱あるいは冷却可能に内蔵した水素吸蔵合金収納器と、ピストンを有する液圧シリンダーとでアクチュエータを構成してある。水素吸蔵合金を昇熱して水素ガスが放出されると、圧力変換機を介して液圧シリンダーのピストンをシリンダーから進出移動できるようにしている。また、水素吸蔵合金を冷却すると、ピストンをシリンダーへ退入移動できるようにしている。

同様のアクチュエータとして特許文献２が公知である。そこでは、シリンダーとピストンとで区画される作動室の内部に粉末状の金属水素化物とフィルターを配置し、金属水素化物をペルチェ素子で加熱することにより、金属水素化物に吸蔵されている水素ガスを作動室に放出させて、ピストンロッドを進出移動できるようにしている。また、加熱時とは逆の電位の電流をペルチェ素子に供給して、金属水素化物を冷却することにより、水素ガスを金属水素化物に吸収させて、ピストンロッドをシリンダー内へ退入移動できるようにしている。

アクチュエータを用いて点字を表示する点字表示装置は、特許文献３および４に公知である。特許文献３では、アクチュエータとして圧電バイモルフを用いて点字ピンを駆動している。圧電バイモルフは、両面に駆動電極が形成された圧電セラミック板を、固定具に支持された金属板の両面に接着して構成してある。駆動電極に駆動電流が印加されると、圧電バイモルフが変形して点字ピンの先端を筐体の穴から突出させる。通電が停止されると、圧電バイモルフは元の形状に復帰して点字ピンの先端は筐体の穴内に格納される。

特許文献４では、形状記憶合金線を用いたアクチュエータで点字ピンを駆動している。アクチュエータは、Ｕ字状部を有する形状記憶合金線と、Ｕ字状部に支持される点字ピンと、点字ピンを下方に付勢するコイルスプリングを含んで構成してある。形状記憶合金線の両端は、固定ブロックの上端面に固定してある。形状記憶合金線に電流が印加されると、ジュール熱による発熱で形状記憶合金線が縮み、コイルスプリングに抗して点字ピンを上方へ押し上げ貫通穴から突出させる。通電が停止されると、形状記憶合金線は弛緩し、コイルスプリングにより点字ピンは下方に押し下げられ貫通穴内に格納される。

本発明に係るアクチュエータは水素吸蔵合金をシート体に担持させるが、このような構成の複合シートは特許文献５に公知である。そこでは、シート状繊維構造体の内部に水素吸蔵合金粉末を分散保持させて複合シートを構成している。シート状繊維構造体は、セルロース繊維、有機合成繊維、および無機繊維等の繊維材料を交絡させて形成してある。但し、特許文献５の複合シート体は、燃料電池の水素吸蔵体、２次電池の電極材料、燃料電池の水素透過膜、あるいは水素透過電極などを適用対象としている。

特開平１−１９９００８号公報（第２頁右下欄〜第３頁左上欄、第１図）特開昭６１−２７０５０５号公報（第２頁左下欄１〜１８行、第１図）特開２０１２−２７１２１号公報（段落番号００３０、００３１、図３）特開２０１０−１２８２６７号公報（段落番号００２９、００３８、図１、図２）特許第４６４４８０１号公報（段落番号００２５、００２６、００２９、図１）

水素吸蔵合金が吸蔵あるいは放出する水素ガスを利用したアクチュエータは、水素ガスの圧力を利用するので出力される駆動力が大きいことが特徴であるが、特許文献１のアクチュエータは、圧力変換機と、水素吸蔵合金収納器と、液圧シリンダーとでアクチュエータを構成しているので、アクチュエータの全体サイズが大型化するのを避けられない。その点、特許文献２のアクチュエータは、作動室の内部に金属水素化物を配置するので、アクチュエータの全体サイズを小型化することができる。しかし、粉末状の水素吸蔵合金は、飛散しやすく取扱いが不便であり、フィルター等で区画したスペースに配置する必要があるため、例えば、点字表示装置の点字ピンのように、直径が１ｍｍ程度の小さな部材を出没操作するほどに全体サイズを小型化するのは容易ではない。

特許文献３および４の点字表示装置は、アクチュエータとして圧電バイモルフおよび形状記憶合金線を利用しているので、点字ピンのような小さな部材であっても出没操作できる。しかし、圧電バイモルフおよび形状記憶合金線が出力する駆動力は小さいので、使用状況によっては点字ピンを操作できなくなることがある。例えば、点字ピンは指先で触れるので、点字ピンと穴との隙間に皮脂や埃等の汚れが溜りやすく、隙間に溜った汚れが膠着し固化してしまうと、点字ピンを突出させることができなくなる。また、圧電バイモルフおよび形状記憶合金線へ通電して点字ピンが突出している状態で、無理に点字ピンが押し込まれた場合には、圧電バイモルフや形状記憶合金線が変形し、正常に動作できなくなるおそれもある。

本発明の目的は、水素吸蔵合金を駆動要素とするアクチュエータにおいて、アクチュエータの全体サイズを小型化することができ、点字表示装置の点字ピンのように非常に小さな部材であっても出没操作することができるアクチュエータを提供することにある。
本発明の目的は、粉末状の水素吸蔵合金を駆動要素とするアクチュエータでありながら、水素吸蔵体の取扱いを容易化できるアクチュエータを提供することにある。
本発明の目的は、装置全体を小型化、薄型化しながら点字ピンを確実に出没操作して点字を表示できる点字表示装置を提供することにある。

本発明のアクチュエータは、水素吸蔵合金３３が吸蔵あるいは放出する水素ガスでピストン体１５を進退操作する。アクチュエータは、筒状のシリンダ１４と、シリンダ１４で進退可能に支持されるピストン体１５と、シリンダ１４の内部に臨んで配置される水素吸蔵体２９と、水素吸蔵体２９を加熱あるいは冷却する加熱冷却手段２６とを含む。水素吸蔵体２９が、繊維シート体３２の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成してあることを特徴とする。

水素吸蔵体２９を、合成高分子繊維および／または有機繊維３０と、炭素繊維３１と、粉末状の水素吸蔵合金３３とを溶液中に分散混合した抄紙溶液を抄紙して、シート状に形成する。

水素吸蔵合金３３が、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金であるものとすることができる。

水素吸蔵体２９を、折畳み加工、巻込み加工、ハニカム加工、ダンボール加工の、いずれかひとつの立体化加工を施して３次元構造体として構成する。

複数枚の水素吸蔵体２９を積層して、一群の水素吸蔵体２９を保形体４１で束ねて所定形状の３次元構造体として構成する。

本発明の点字表示装置は、本体ケース２の上面に配置されて点字を表示する複数の点字セル３と、点字セル３の点字ピン４を出没操作するアクチュエータ５と、アクチュエータ５の作動状態を制御する制御装置６とを備えている。各点字セル３は、所定個数の点字ピン４を所定の配置パターンで配置して構成されて、個々の点字ピン４ごとにアクチュエータ５が設けられている。アクチュエータ５を、上記のいずれかに記載のアクチュエータで構成し、本体ケース２の上面から突出する点字ピン４の突出パターンの違いで点字を表示する。

本体ケース２の内部に配置した基板９上に加熱冷却手段２６が実装されて、その熱出力面に水素吸蔵体２９を密着させてある。アクチュエータ５のシリンダ１４を、その内部に加熱冷却手段２６、および水素吸蔵体２９を収容した状態で基板９上に固定する。

アクチュエータ５のピストン体１５の上端に、点字ピン４を一体に設ける。

本発明の別のアクチュエータは、水素吸蔵合金３３が吸蔵あるいは放出する水素ガスでダイアフラム５０を膨出操作する。アクチュエータは、筒状のシリンダ４４と、シリンダ４４に膨出可能に固定されるダイアフラム５０と、シリンダ４４の内部に臨んで配置される水素吸蔵体２９と、水素吸蔵体２９を加熱あるいは冷却する加熱冷却手段２６とを含む。水素吸蔵体２９が、繊維シート体３２の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成してあることを特徴とする。

本発明に係るアクチュエータにおいては、シリンダ１４の内部に配置される水素吸蔵体２９を、繊維シート体３２の構成繊維に粉末状の水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成した。このように、シート状に形成した水素吸蔵体２９を駆動要素にしてアクチュエータを構成すると、シリンダ１４の内部において水素吸蔵体２９が占めるスペースを小さくできる。また、水素吸蔵合金３３を粉末状にして繊維に担持させるので、水素吸蔵合金３３の全体の表面積を大きくでき、その分だけ水素ガスの吸放出に要する時間を大幅に短縮できる。したがって、本発明によれば、全体のサイズを小型化しながら、応答速度および駆動力に優れたアクチュエータを提供できる。

加えて、繊維シート体３２の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金３３を担持させて水素吸蔵体２９を構成したので、水素吸蔵体２９の保管時やアクチュエータへの組み付け作業時に水素吸蔵合金３３が飛散することがなく取扱いを容易化することができる。また、シリンダ１４内に水素吸蔵体２９を組み付ける場合には、シート状の水素吸蔵体２９は、切断工具で簡単に自由な形状に切断することができ、折畳みやロール等の加工も容易であるので、シリンダ１４内部の形状を問わず容易に水素吸蔵体２９を所望する形状に形成することができる。

水素吸蔵体２９を、合成高分子繊維および／または有機繊維３０と、炭素繊維３１と、粉末状の水素吸蔵合金３３とを溶液中に分散混合した抄紙溶液を抄紙してシート状に形成すると、水素吸蔵合金３３を繊維シート体３２に対して、簡単にしかも均一に担持させることができる。また、繊維シート体３２が炭素繊維３１を含んでいると、炭素繊維３１は熱伝導性が優れているので、炭素繊維３１を介して加熱冷却手段２６の温熱、あるいは冷熱を繊維シート体３２の全体に素早く伝導することができる。したがって、粉末状の水素吸蔵合金３３による水素ガスの放出、あるいは吸蔵が全体でムラなく行なわれ、アクチュエータの応答速度を高くすることができる。なお、本発明者らは、同量の水素吸蔵合金３３を、粉末状にして繊維シート体３２に担持させて加熱、あるいは冷却した場合と、水素吸蔵合金を直接加熱、あるいは冷却した場合とで水素ガスの放出と吸蔵の速度を試験した。その結果、前者の粉末状の水素吸蔵合金３３を繊維シート体３２に担持させた水素吸蔵体２９では、後者に比べて放出に要する時間が１／２程度に、吸蔵に要する時間が１／５程度に短縮できることを確認している。

水素吸蔵合金３３が、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金であると、抄紙の際に抄紙溶液中に水素吸蔵合金３３を混合した場合に、水素吸蔵合金３３が劣化により水素ガスの放出および吸蔵能力が低下するのを防止できる。例えば、チタン系合金やバナジュウム系合金等の水素吸蔵合金は、水との接触により劣化が発生し、水素の吸蔵能力が著しく低下するので、先のような水素吸蔵合金が混合された抄紙溶液を抄紙して繊維シート体に担持させるには不適である。また、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金を用いることにより、空気中の水分による劣化も起こりにくいので、水素吸蔵体２９の保管時に湿度管理等することなく容易に保管ができる利点もある。

水素吸蔵体２９に立体化加工を施して３次元構造体とすると、水素吸蔵体２９の形状を安定して保持することができる。したがって、シリンダ１４内に配置された水素吸蔵体２９の形状が変形し、水素吸蔵体２９の一部がピストン体１５の動作領域に侵入して、ピストン体１５が正常な退入位置まで復帰できなくなる不具合を防ぐことができる。また、水素吸蔵体２９の表面積を大きくして、水素ガスの吸放出を短時間で効率よく行える。

水素吸蔵体２９を保形体４１で束ねて所定形状の３次元構造体として構成すると、シリンダ１４内の水素吸蔵体２９を配置するスペースが、例えば、円筒状や角筒状のスペースであっても、水素吸蔵体２９の形状を保持したままで配置することができる。したがって、シリンダ１４内に配置された水素吸蔵体２９の形状が変形し、水素吸蔵体２９の一部がピストン体１５の動作領域に侵入して、ピストン体１５が正常な退入位置まで復帰できなくなる不具合を防ぐことができる。

点字表示装置の点字セル３の点字ピン４を出没操作するアクチュエータ５を、上記のアクチュエータ５で構成すると、大きな駆動力で点字ピン４を出没操作することができる。したがって、点字ピンの周囲に汚れが膠着して固化している場合でも、これに抗して点字ピンを出没操作して、確実に点字を表示することができる。また、小さな点字ピン４の大きさにマッチした、極小のアクチュエータ５を容易に構成できる。さらに、アクチュエータ５が小型であると、全体装置を薄型化し軽量化することができるので、持ち運びが簡便な点字表示装置とすることができる。

加熱冷却手段２６の熱出力面２７に水素吸蔵体２９を密着させてあると、加熱冷却手段２６の温熱、あるいは冷熱を直接水素吸蔵体２９に伝導することができる。これにより、水素吸蔵体２９に担持されている水素吸蔵合金３３からの水素ガスの放出、あるいは吸蔵を素早く行うことができ、アクチュエータ５の応答速度を高くして、高速で点字を表示できる点字表示装置を提供できる。

アクチュエータ５のピストン体１５の上端に、点字ピン４を一体に設けると、別途点字ピンを設ける必要がなく、点字表示装置の部品点数を減らし、装置の全体コストを低減することができる。また、点字表示装置の薄型化にも貢献できる。

本発明に係る別のアクチュエータにおいては、シリンダ１４の内部に配置される水素吸蔵体２９を、繊維シート体３２の構成繊維に粉末状の水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成した。このように、シート状に形成した水素吸蔵体２９を駆動要素にしてアクチュエータを構成すると、シリンダ１４の内部において水素吸蔵体２９が占めるスペースを小さくできる。また、水素吸蔵合金３３を粉末状にして繊維に担持させるので、水素吸蔵合金３３の全体の表面積を大きくでき、その分だけ水素ガスの吸放出に要する時間を大幅に短縮できる。さらに、ダイアフラム５０は膜状であるので、大きな配置スペースを必要としない。したがって、本発明によれば、全体のサイズを小型化しながら、応答速度および駆動力に優れたアクチュエータを提供できる。

図２におけるＡ−Ａ線断面図である。第１実施形態に係る点字表示装置の正面図である。繊維シート体を概念的に示す断面図である。第２実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。第３実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。第４実施形態に係るアクチュエータの縦断面図である。

（第１実施形態）図１から図３に本発明に係るアクチュエータを備えた点字表示装置の第１実施形態を示す。図２において点字表示装置１は扁平長方体状に形成してあり、本体ケース２と、本体ケース２の上面に配置されて点字を表示する複数の点字セル３と、点字セル３の点字ピン４を出没操作するアクチュエータ５と、アクチュエータ５の作動状態を制御する制御装置６とを備えている。

点字セル３は、６個一組の点字ピン４を３行２列に配置して構成してあり、各点字ピン４ごとにアクチュエータ５が設けてある。アクチュエータ５で点字ピン４を出没操作して、表示する文字に対応した点字ピン４を本体ケース２の上面から突出することにより、点字が表示されるようになっている。本体ケース２の上面には、２行１０列に２０組の点字セル３が配置してある。制御装置６は、その記憶部内に記憶されたテキストデータに基づいて、対応するアクチュエータ５の作動状態を制御して点字セル３で点字を表示する。本体ケース２の上面には、点字セル３での点字の表示内容を進める、戻す、または、先頭に戻す操作に対応した３個の操作ボタン７が設けてある。

本体ケース２は、四角箱状の上ケース２ａと下ケース２ｂとが蓋合わせ状に接合されて構成してあり、本体ケース２の内部には、制御装置６が搭載された基板９と、制御装置６およびアクチュエータ５に駆動電流を供給する電源１０とが収容してある。電源１０は２次電池で構成してあり、本体ケース２の側面に設けた入力端子１１から充電電流の供給を受けて充電されるようになっている。入力端子１１は、外部機器との通信端子を兼ねており、入力端子１１を介して外部機器から制御装置６の記憶部にテキストデータが送信される。

図１に示すように、アクチュエータ５は、筒状のシリンダ１４と、シリンダ１４で進退可能に支持されるピストン（ピストン体）１５と、シリンダ１４の内部に臨んで配置される水素吸蔵体２９と、水素吸蔵体２９を加熱あるいは冷却するペルチェ素子（加熱冷却手段）２６とを含んで構成してある。ピストン１５は、筒状のピストン本体１６と、ピストン本体１６の下端に周回状に形成されるフランジ部１７とで形成してある。ピストン１５はシリンダ１４にその軸心方向に沿って進退可能に支持されており、ピストン本体１６の上半部は点字ピン４として機能する。ピストン１５の退入状態において、シリンダ１４の上端面と、ピストン本体１６の上面、すなわち点字ピン４の上面とは、面一になるように構成してある。これにより、ピストン１５を進退操作することにより、点字ピン４がシリンダ１４から突出し、あるいはシリンダ１４に格納される。

シリンダ１４は丸筒状に形成されており、それぞれ段付き状の貫通孔が形成された上筒１８と下筒１９とを連結して構成してある。ピストン１５は、上筒１８の上端側に進退可能に支持されており、点字ピン４が上筒１８の上端面から突出できるように構成してある。上筒１８の小径孔部には、上筒１８とピストン１５との隙間を封止するためにパッキン２０が周回状に設けてある。下筒１９の下端には、フランジ壁２１が形成されており、シリンダ１４は、このフランジ壁２１をシール体２２を介して基板９に固定することで、基板９と一体化してある。なお、シリンダ１４を基板９と一体化する際には、シリンダ１４の内部を大気圧より減圧した状態で固定してある。これは、ピストン１５の退入移動時に、シリンダ１４内を大気圧以下にして、点字ピン４を確実にシリンダ１４内に退入移動させるためである。

シリンダ１４の上筒１８で進退可能に支持されるピストン１５は、そのピストン本体１６がパッキン２０で摺動可能に支持され、さらにフランジ部１７の周面が上筒１８の大径孔部の内面で摺動可能に支持してある。また、ピストン体１５は、フランジ部１７が上筒１８の段部２３、および下筒１９の上端面で受止められて、上方および下方への移動限界がそれぞれ規定してある。シリンダ１４の内部は、パッキン２０とシール体２２とによって気密状態が保持されている。そのため、後述する水素吸蔵合金３３が放出、あるいは吸蔵する水素ガスの圧力変化に応じて、ピストン１５が進退操作される。上ケース２ａには、上下貫通状の通孔３５の一群が、基板９上に固定したアクチュエータ５に対応して形成されており、上下のケース２ａ・２ｂを組み付けた状態では、シリンダ１４の上筒１８が通孔３５に挿入される。このとき、シリンダ１４の上端面と上ケース２ａの上面とは面一になり、これより、ピストン１５を進退操作すると、点字ピン４を兼ねるピストン本体１６の上半部が上ケース２ａの上面から突出し、点字セル３を構成する各点字ピン４の突出パターンの違いで点字を表示できる。

ペルチェ素子２６は、基板９上にその熱出力面２７が上面に位置する状態で実装してあり、熱出力面２７に密着するように水素吸蔵体２９が配置してある。ペルチェ素子２６と水素吸蔵体２９とは、下筒１９内に収容してある。水素吸蔵体２９は、下筒１９内部の形状と合致する円盤状に形成されており、同形状の水素吸蔵体２９を３枚積層して配置してある。水素吸蔵体２９の上面縁部は下筒１９の段部２４で支持され、下面のほとんどがペルチェ素子２６で支持されて位置保持されている。この状態の水素吸蔵体２９は熱出力面２７と密着している。

図３に示すように、水素吸蔵体２９は、合成高分子繊維であるアラミド繊維３０と、炭素繊維３１とで構成される繊維シート体３２の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金３３を担持させてシート状に構成してある。詳しくは、水素吸蔵体２９は湿式抄造法により形成してあり、アラミド繊維３０と、炭素繊維３１と、粉末状の水素吸蔵合金３３とを分散混合した抄紙溶液を抄紙機、または手抄きにより抄紙して形成する。抄紙により得られた大判のシートブランクから、シリンダ１４内部の形状に合致するようにプレス機で型抜きして、シリンダ１４内部に配置できる形状の水素吸蔵体２９を形成する。このように、抄紙処理を施して水素吸蔵体２９をシート状に形成すると、水素吸蔵合金３３を繊維シート体３２に対して、簡単にしかも均一に担持させることができる。

水素吸蔵合金３３は、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金で構成されている。水素吸蔵合金３３は、インゴットを粉砕機で機械的に粉砕したのち、その粒径が１μｍ〜１０００μｍ、好ましくは、１μｍ〜１００μｍとなるように調整してある。Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金としては、一般式ＬａＮｉ_4.45Ｃｏ_0.5Ｍｎ_0.05、ＬａＮｉ_4.3Ｃｏ_0.5Ｍｎ_0.2、ＬａＮｉ_4.4Ｃｏ_0.5Ｍｎ_0.1、ＬａＮｉ_4.1Ｃｏ_0.5Ａｌ_0.2Ｍｎ_0.2、ＬａＮｉ_4.2Ｃｏ_0.5Ａｌ_0.1Ｍｎ_0.2、ＬａＮｉ_4.2Ｃｏ_0.5Ａｌ_0.2Ｍｎ_0.1で表される水素吸蔵合金３３を用いることができる。本実施例では、一般式ＬａＮｉ_4.45Ｃｏ_0.5Ｍｎ_0.05で表される水素吸蔵合金３３を用いて水素吸蔵体２９を構成した。

次に、アクチュエータ５の動作を説明する。アクチュエータ５は、ペルチェ素子２６に通電して水素吸蔵体２９に担持させた水素吸蔵合金３３を加熱、あるいは冷却することにより駆動される。詳しくは、ピストン１５がシリンダ１４に退入している状態のとき、ペルチェ素子２６に順方向の電流を印加すると、ペルチェ素子２６の熱出力面２７が発熱し、繊維シート体３２中の水素吸蔵合金３３が加熱される。加熱されて温度が上昇した水素吸蔵合金３３は、合金内に吸蔵されている水素ガスを外部に放出し、シリンダ１４内の圧力を上昇させる。これにより、ピストン１５が上向きに進出移動して、点字ピン４が上ケース２ａの上面から突出する（図１左側参照）。逆に、ピストン１５がシリンダ１４から突出した状態から、ペルチェ素子２６に逆方向の電流を印加するとペルチェ素子２６の熱出力面２７が吸熱し、繊維シート体３２を介して水素吸蔵合金３３が冷却される。冷却により温度が下降した水素吸蔵合金３３は、シリンダ１４内の水素ガスを合金内に吸蔵し、シリンダ１４内の圧力を降下させる。これにより、シリンダ１４内の圧力が大気圧以下となり、ピストン１５が退入移動して、点字ピン４が上ケース２ａの上面と面一に格納される（図１右側参照）。

繊維シート体３２には熱伝導性に優れた炭素繊維３１を含んでいる。そのため、ペルチェ素子２６の温熱、あるいは冷熱を、炭素繊維３１を介して繊維シート体３２の全体に素早く伝導することができる。したがって、粉末状の水素吸蔵合金３３による水素ガスの放出作用、あるいは吸蔵作用を水素吸蔵体２９の全体でムラなく行うことができ、アクチュエータの応答速度を高くすることができる。

以上のように、第１実施形態においては、厚みが薄いシート状の水素吸蔵体２９をシリンダ１４内に配置したので、水素吸蔵体２９の配置スペースが小さな小型のアクチュエータ５であっても、水素吸蔵体２９をその内部に配置することができる。したがって、全体サイズが小型でありながら、駆動力が大きいアクチュエータを得ることができる。

水素吸蔵体２９を構成する粉末状の水素吸蔵合金３３は、繊維シート体３２の構成繊維に担持させ固定してある。そのため、水素吸蔵体２９の保管時やアクチュエータへの組み付け作業時に水素吸蔵合金３３が飛散することがなく、シートブランクおよび型抜きしたのちの水素吸蔵体２９の取扱いを容易化することができる。

水素吸蔵合金３３がＬａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金であると、抄紙溶液中に水素吸蔵合金３３を混合した場合に、水素吸蔵合金３３が劣化することはなく、したがって、抄紙工程を経ることで水素ガスの放出および吸蔵能力が低下するのを防止できる。その理由は究明していないが、例えば、チタン系合金、ラーベス相合金等の水素吸蔵合金は、水との接触により劣化が発生し、水素の吸蔵能力が著しく低下する。そのため、これらの水素吸蔵合金が混合された抄紙溶液を抄紙して繊維シート体に担持させるには不適である。また、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金を用いることにより、空気中の水分による劣化も起こりにくいので、水素吸蔵体２９の保管時に湿度管理等することなく容易に保管ができる利点もある。

アクチュエータ５の駆動要素として、シート状の水素吸蔵体２９を使用すると、大きな駆動力で点字ピン４を出没操作することができる。そのため、たとえ点字ピンの周囲に汚れが膠着して固化している場合でも、これに抗して点字ピンを出没操作して、確実に点字を表示することができる。また、小さな点字ピン４の大きさにマッチした、極小のアクチュエータ５を容易に構成できる。さらに、アクチュエータ５が小型であると、全体装置を薄型化し軽量化することができるので、持ち運びが簡便な点字表示装置とすることができる。

ペルチェ素子２６の熱出力面２７に水素吸蔵体２９が密着させてあると、ペルチェ素子２６の温熱、あるいは冷熱を直接水素吸蔵体２９に伝導することができる。これにより、水素吸蔵体２９に担持されている水素吸蔵合金３３からの水素ガスの放出、あるいは吸蔵を素早く行うことができ、アクチュエータの応答速度を高くして、高速で点字を表示できる点字表示装置１を提供できる。

アクチュエータ５のピストン本体１６の上端に点字ピン４を一体に設けると、別途点字ピン４を設ける必要がなく、点字表示装置１の部品点数を減らし、装置のコストを低減することができる。また、点字表示装置１の薄型化にも貢献できる。

（第２実施形態）図４において、本発明に係るアクチュエータを備えた点字表示装置の第２実施形態を示す。本実施形態では、一群の水素吸蔵体２９を３次元構造体とした点が、先の第１実施形態と異なっている。他は第１実施形態と同じであるので、同じ部材に同じ符号を付してその説明を省略する。以下の実施形態においても同じとする。

具体的には積層した３枚の水素吸蔵体２９にダンボール加工を施して、一群の水素吸蔵体２９がダンボール形状の３次元構造体として構成してある。このように、一群の水素吸蔵体２９を３次元構造体として構成すると、シート状の水素吸蔵体２９の形状を安定して保持できる。したがって、例えば、シリンダ１４内に配置された水素吸蔵体２９の形状が変形し、水素吸蔵体２９の一部がピストン体１５の動作領域に侵入して、ピストン体１５が正常な退入位置まで復帰できなくなる不具合を防ぐことができる。また、水素吸蔵体２９の表面積を大きくして、水素ガスの吸放出を短時間で効率よく行える。他の３次元加工としては、折畳み加工、巻込み加工、ハニカム加工等の立体化加工を挙げることができる

（第３実施形態）図５において、本発明に係るアクチュエータを備えた点字表示装置の第３実施形態を示す。本実施形態では、一群の水素吸蔵体２９をドーナツ状の３次元構造体として構成してある点と、ペルチェ素子２６を円筒状に形成して、その外周面を熱出力面２７にする点と、シリンダ１４の上筒１８が、上ケース２ａと一体に形成してある点とが、先の第１実施形態と異なっている。

水素吸蔵体２９は、リング状に切断されており、これを８枚積層にしたものを、保形体４１で保形してある。保形体４１は、コ字状のクリップで形成してあり、一群の水素吸蔵体２９の外周縁を上下から挟み込むように設けてある。保形体４１は、等角度間隔おきに４箇所に設けてある。水素吸蔵体２９の内径は、ペルチェ素子２６の外形よりも僅かに小さく設定してあり、水素吸蔵体２９の弾性復元力により、ペルチェ素子２６の外周面に密着して位置保持されている。このように、一群の水素吸蔵体２９を、３次元構造体として構成すると、シリンダ１４内の水素吸蔵体２９を配置するスペースが、例えば、円筒状や角筒状の場合であっても、水素吸蔵体２９の形状が保持されたままで配置することができる。したがって、シリンダ１４内に配置された水素吸蔵体２９の形状が変形し、水素吸蔵体２９の一部がピストン体１５の動作領域に侵入して、ピストン体１５が正常な退入位置まで復帰できなくなる不具合を防ぐことができる。

上記の実施形態では、ピストン１５と水素吸蔵体２９とが、ピストン１５の進退方向において重ならないように配置したが、両者１５・２９がオーバーラップする状態でシリンダ１４内に配置しても良い。この場合には、ピストン１５の進退方向の寸法をさらに小さくすることができる。シリンダ１４は上筒１８と下筒１９とに分割する必要はなく、１個の筒体で形成してもよい。シリンダ１４は、その内部を大気圧より減圧した状態で基板９に固定したが、シリンダ１４とピストン１５との間に、リターンばねを設けることで、シリンダ１４内を減圧する手間を省略できる。

（第４実施形態）図６において、本発明に係るアクチュエータを備えた点字表示装置の第４実施形態を示す。本実施形態では、第１実施形態のシリンダ１４とピストン体１５に換えて、シリンダ４４とダイアフラム５０とでアクチュエータ５を構成する点が異なっており、ダイアフラム５０が点字ピン４として機能する。シリンダ４４は上壁４５と、筒壁４６と、筒壁４６の下端に形成されるフランジ壁４７とで構成してあり、上壁４５の中央部分には、通気口４８が開口してある。ダイアフラム５０は、伸縮可能な円盤状のアルミニウムレイヤー入りの複層ラミネートフィルムで構成してあり、断面ハット状に形成してある。ダイアフラム５０はシリンダ４４の上端に配置されており、その周囲を固定リング４９と上壁４５の周縁部とで挟み込んで固定してある。シリンダ４４は、フランジ壁４７をシール体２２を介して基板９に固定することで、基板９と一体化してある。

常態におけるダイアフラム５０は、図６に実線で示すように、自己の弾性力で上壁４５の端面に密着している。この状態でペルチェ素子２６に順方向の電流を印加すると、ペルチェ素子２６の熱出力面２７が発熱し、繊維シート体３２中の水素吸蔵合金３３が加熱される。加熱された水素吸蔵合金３３は、合金内に吸蔵されている水素ガスを外部に放出し、シリンダ４４内の圧力を上昇させる。これにより、通気口４８を介してダイアフラム５０が膨出変形して、その膨出部分が上ケース２ａの上面から突出する（図６想像線参照）。この状態は、第１実施形態において、点字ピン４が上ケース２ａの上面から突出した状態に相当しており、したがって、点字セル３において上ケース２ａの上面から突出しているダイアフラム５０のパターンを認識することにより、点字を読むことができる。逆に、ダイアフラム５０が膨出変形した状態から、ペルチェ素子２６に逆方向の電流を印加するとペルチェ素子２６の熱出力面２７が吸熱し、繊維シート体３２を介して水素吸蔵合金３３が冷却される。冷却された水素吸蔵合金３３は、シリンダ４４内の水素ガスを合金内に吸蔵し、シリンダ４４内の圧力を降下させる。これにより、ダイアフラム５０は常態に戻り、点字ピン４が上ケース２ａの上面と面一に格納される。

以上のように、第４実施形態においては、厚みが薄いシート状の水素吸蔵体２９をシリンダ４４内に配置したので、水素吸蔵体２９の配置スペースが小さな小型のアクチュエータ５であっても、水素吸蔵体２９をその内部に配置することができる。したがって、全体サイズが小型でありながら、駆動力が大きいアクチュエータを得ることができる。また、ダイアフラム５０が点字ピン４を兼ねているので、第１実施形態のようにピストン体１５で点字ピン４を駆動する場合に比べて、アクチュエータ５の上下方向の寸法を小さくすることができ、点字表示装置をさらに薄型化することができる。

本実施形態では、ダイアフラム５０は複層ラミネートフィルムで構成したが、ダイアフラム５０を金属製の薄膜体で形成することができる。ダイアフラム５０の上方に別途点字ピン４を進退可能に配置して、これをダイアフラム５０で進退してもよい。

１点字表示装置
２本体ケース
３点字セル
４点字ピン
５アクチュエータ
６制御装置
９基板
１４シリンダ
１５ピストン体（ピストン）
２６加熱冷却手段（ペルチェ素子）
２９水素吸蔵体
３０合成高分子繊維・有機繊維（アラミド繊維）
３１炭素繊維
３２繊維シート体
３３水素吸蔵合金
４４シリンダ
５０ダイアフラム

Claims

水素吸蔵合金（３３）が吸蔵あるいは放出する水素ガスでピストン体（１５）を進退操作するアクチュエータであって、
アクチュエータは、筒状のシリンダ（１４）と、シリンダ（１４）で進退可能に支持されるピストン体（１５）と、シリンダ（１４）の内部に臨んで配置される水素吸蔵体（２９）と、水素吸蔵体（２９）を加熱あるいは冷却する加熱冷却手段（２６）とを含み、
水素吸蔵体（２９）が、繊維シート体（３２）の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金（３３）を担持させてシート状に構成してあることを特徴とするアクチュエータ。
水素吸蔵体（２９）が、合成高分子繊維および／または有機繊維（３０）と、炭素繊維（３１）と、粉末状の水素吸蔵合金（３３）とを溶液中に分散混合した抄紙溶液を抄紙して、シート状に形成してある請求項１に記載のアクチュエータ。
水素吸蔵合金（３３）が、Ｌａ−Ｎｉ系水素吸蔵合金である請求項１または２に記載のアクチュエータ。
水素吸蔵体（２９）が、折畳み加工、巻込み加工、ハニカム加工、ダンボール加工の、いずれかひとつの立体化加工を施して３次元構造体として構成してある請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
複数枚の水素吸蔵体（２９）が積層されており、一群の水素吸蔵体（２９）が保形体（４１）で束ねられて所定形状の３次元構造体として構成してある請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
本体ケース（２）の上面に配置されて点字を表示する複数の点字セル（３）と、点字セル（３）の点字ピン（４）を出没操作するアクチュエータ（５）と、アクチュエータ（５）の作動状態を制御する制御装置（６）とを備えている点字表示装置であって、
各点字セル（３）は、所定個数の点字ピン（４）を所定の配置パターンで配置して構成されて、個々の点字ピン（４）ごとにアクチュエータ（５）が設けられており、
アクチュエータ（５）が、請求項１から５のいずれかに記載のアクチュエータで構成されて、本体ケース（２）の上面から突出する点字ピン（４）の突出パターンの違いで点字を表示する点字表示装置。
本体ケース（２）の内部に配置した基板（９）上に加熱冷却手段（２６）が実装されて、その熱出力面（２７）に水素吸蔵体（２９）が密着されており、
アクチュエータ（５）のシリンダ（１４）が、その内部に加熱冷却手段（２６）、および水素吸蔵体（２９）を収容した状態で基板（９）上に固定してある請求項６に記載の点字表示装置。
アクチュエータ（５）のピストン体（１５）の上端に、点字ピン（４）が一体に設けてある請求項６または７に記載の点字表示装置。
水素吸蔵合金（３３）が吸蔵あるいは放出する水素ガスでダイアフラム（５０）を膨出操作するアクチュエータであって、
アクチュエータは、筒状のシリンダ（４４）と、シリンダ（４４）に膨出可能に固定されるダイアフラム（５０）と、シリンダ（４４）の内部に臨んで配置される水素吸蔵体（２９）と、水素吸蔵体（２９）を加熱あるいは冷却する加熱冷却手段（２６）とを含み、
水素吸蔵体（２９）が、繊維シート体（３２）の構成繊維に、粉末状に調整された水素吸蔵合金（３３）を担持させてシート状に構成してあることを特徴とするアクチュエータ。