JP5074103B2 - 揺動式ディスプレイ装置、及び揺動式アクチュエータ - Google Patents
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Description
特許文献1には、電磁石をアクチュエータとして用いた揺動式ディスプレイ装置である揺動意匠体の電磁駆動装置が開示されている。
非特許文献1には、「電気ベル」と呼ばれる振動装置が示されている。「電気ベル」は、一対の正電極ベルと負電極ベルと、その中間位置に糸で吊された導電体である球からなる。正電極ベルと負電極ベルは所定距離離れて配置されている。
導電体である球をどちらかの電極ベルに接触させることにより、球は帯電する。接触した電極ベルと球は同じ極性に帯電するので、糸に吊された球は電極ベルに反発して他のベルの方向に移動する。次に他の電極ベルと球が接触して帯電し、同様に反発する。
これを繰り返ことにより、球は電極ベルを鳴らし続ける。
また、非特許文献2には、正電極板を固定して、負電極板を一翼の一端に取り付け、他の翼の一端に取り付けられた中間電極を正電極板と負電極板との中間位置に配置することにより、両翼を揺動させるものも記載されている。
すなわち、特許文献1に開示された揺動意匠体の電磁駆動装置は、ディスプレイとして用いられる揺動意匠体を駆動するために電磁石を必要とする。しかし、本来のディスプレイとは関係のない電磁石を構成するコイルや永久磁石が体積を必要とし、この電磁石を隠す場合には、装置が大型化するなどスマートなディスプレイ装置を実現できない問題があった。
一方、非特許文献1の電気ベルでは、静電気の力は電磁石などに比べて大きな力を出すのに不向きであり、非特許文献1の構成では電極ベルを鳴らす力を出すのがやっとである。したがって球の大きさや重さに制限があり、ディスプレイとして使用するために例えば球に公告をぶら下げるといった用途には向かないと考えられる。
また、非特許文献2のものでは、一対の電極が場所をとるため、特許文献1と同様に、スマートなディスプレイ装置を実現できない問題があった。
(1)正極に接続された正電極板と、負極に接続された負電極板とが所定距離離れて配置され、導電性材料からなる転がり回転体が、正電極板と負電極板とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動回転を行う。
(2)(1)に記載する揺動式ディスプレイ装置において、前記正電極板と前記負電極板とを、弾性変形体で構成したことを特徴とする。
(4)(1)乃至(3)のいずれかに記載する揺動式ディスプレイ装置において、
前記回転体に前記回転体を偏心させるための偏心用錘を備えていることを特徴とする。
(5)(2)に記載する揺動式ディスプレイ装置において、前記正電極板と前記負電極板とが、透明な導電性プラスチック薄板であることを特徴とする。
(7)(6)に記載された揺動式ディスプレイ装置において、前記支点が、絶縁棒であり、前記揺動部材が、前記正電極板と前記負電極板とを合計した面積を備えた揺動板であり、前記揺動板の表面に、見る角度により画像が変化するディスプレイが貼付されていることを特徴とする。
(9)(8)に記載する揺動式ディスプレイ装置において、前記正電極板と前記負電極板とが、導電性液体表面として構成されていることを特徴とする。
(12)正極に接続された正電極板と、負極に接続された負電極板と、外力を加えなくてもある時間は揺動を繰り返す導電性材料からなる揺動部材と、を備え、前記揺動部材が、正電極板と負電極板とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動回転を行う。
まず、(1)に記載された発明は、正極に接続された正電極板と、負極に接続された負電極板とが所定距離離れて配置され、導電性材料からなる転がり回転体が、正電極板と負電極板とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動回転を行う揺動式ディスプレイ装置であるので、一対の電極間を移動揺動する回転体が金属等の導電性であれば、回転体は他の物を必要とせずに、正電極板と負電極板とに交互に接触する。
すなわち、回転体が負電極板に接触すると、回転体が負の電荷を受け負に帯電する。それにより、回転体は負電極板と反発して、正電極板側に移動する。回転体は、正電極板に接触すると、回転体が正の電荷を受け正に帯電する。それにより、回転体は正電極板と反発して、負電極板側に移動する。これを繰り返すことにより、回転体は、数秒毎の周期で揺動回転を繰り返す。
このとき、回転体が導電性材料で形成されていれば、回転体自体には、全く駆動のための部材を必要とせず、回転体の全てをディスプレイのために使用できるため、スマートなディスプレイ装置を実現することができる。
また、(4)に記載の発明は、(1)乃至(3)のいずれかに記載する揺動式ディスプレイ装置において、回転体に回転体を偏心させるための偏心用錘を備えているので、回転体は偏心用錘による慣性力を得られ、偏心用錘の重量よりも十分に軽い部品であれば、ディスプレイとして取り付けることが可能になる。
また、(5)に記載の発明は、(2)に記載する揺動式ディスプレイ装置において、正電極板と負電極板とが、透明な導電性プラスチック薄板であることで、見る人の視線を電極板が遮ることを防ぐことができる。
また、(7)に記載の発明は、(6)に記載された揺動式ディスプレイ装置において、支点が絶縁棒であり、揺動部材が、正電極板と負電極板とを合計した面積を備えた揺動板であり、揺動板の表面に、見る角度により画像が変化するディスプレイが貼付されているので、ディスプレイの大きさを大きく採ることができ、ディスプレイ装置としてスマートに全体を構成することができる。
また、(9)に記載の発明は、(8)に記載する揺動式ディスプレイ装置において、正電極板と負電極板とが、導電性液体(例えば、水)表面として構成されているので、水の表面から少し入ったところで、いったん停止し、それから逆方向に反発して動く。このため、水から離れるときに、水を引き上げるので、見ている人に興味を与えることができる。また、水の表面に接触したときに、波紋を形成するため、見る人に興味を与えることができる。
上記の(12)に記載の発明は、正極に接続された正電極板と、負極に接続された負電極板と、外力を加えなくてもある時間は揺動を繰り返す導電性材料からなる揺動部材とを備え、揺動部材が、正電極板と負電極板とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動回転を行う揺動式アクチュエータであるので、ヤジロベエ等の外力を加えなくてもある時間は揺動を繰り返す揺動部材に、少しの力を加えるだけで、揺動運動を好きな時間だけ続けることができる。これにより、消費電力が低減できるため、電池、光電池等で容易に駆動可能なアクチュエータを提供することができる。
本発明の第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。まず、第1実施形態の構成を説明する。
図1に、第1実施形態の回転体13を用いた揺動式ディスプレイ装置10の斜視図を示す。
揺動式ディスプレイ装置10は、正電極板11と負電極板12と回転体13からなる。正電極板11及び負電極板12はそれぞれ電源16に電気的に接続されており、ベース15の上に一端を固定されている。
正電極板11及び負電極板12は、透明な導電性の有機ポリマー素材等、導電性のある樹脂部材で形成されている。この正電極板11及び負電極板12は、導電性の他に弾性を備えているものとする。
回転体13は、環状の部材であり金属など導電性の素材であればよい。第1実施形態ではアルミニウムの管材を用いている。回転体13の内周面の一部には、偏心用錘14が備えられている。偏心用錘14は回転体13を偏心させる目的で備えられているので、必要な重量が確保できれば素材は特に限定するものではない。
なお、回転体13は特に円環状である必要はない。例えば管の一部が切れている形状であっても良い。
ベース15は、絶縁性の素材で形成されており、回転体13及び正電極板11及び負電極板12がそれぞれお互いに通電しないようになっている。
電源16に隣接して抵抗17が配置され、それぞれ正電極板11及び負電極板12に接続されている。この電源16及び抵抗17に接続されることで、正電極板11には正の電荷を、負電極板12には負の電荷を帯電させることができる。電流は小さくて良いが、電圧は数千V程度必要であり、安全のため抵抗17の抵抗値は数百MΩ程度に設定している。
正電極板11と負電極板12の間に配置される回転体13は、ベース15上に設置されており、外力を加えない状態では動作しない。
図2は、第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置10の動作を説明する模式図である。図2(a)は、回転体13を正電極板11に近接させている状態を示す。図2(b)は、回転体13が正電極板11に接触している状態を示す。図2(c)は、回転体13が正電極板11の弾性力で押し戻されている状態を示す。図2(d)は、回転体13が負電極板12に近接している様子を示す。
揺動式ディスプレイ装置10を動作させるためには、まず、正電極板11及び負電極板12に通電する。そして、正電極板11に正の電荷を帯電させ、負電極板12に負の電荷を帯電させる。
回転体13が、図2(b)に示すように正電極板11に接触すると、正電極板11に正の電荷が帯電しているため回転体13も正の電荷が帯電する。この時、回転体13は偏心用錘14を備えていて慣性力が働いているため、正電極板11は外側に撓むことになる。回転体13は正電極板11に接触することで慣性力は減衰する。
回転体13が正に帯電し、正電極板11も正に帯電すると、固定されている正電極板11に対して回転体13は反発力を受ける。
これらの力の和が、回転体13に加えられた正電極板11へ近接する力以上になると、回転体13は逆方向に移動を始める。
回転体13は、図2(c)に示すように負電極板12へ移動を始めると、正電極板11に蓄積された弾性力が復元することで、僅かな距離ではあるが回転体13と共に正電極板11は負電極板12側に倒れようとする力が働く。
そして、回転体13は負電極板12に接触し、図2(b)で示した正電極板11に回転体13が接触した際とは逆に、負に帯電し、回転体13はある地点から正電極板11側に移動し始める。
これを繰り返すことで、回転体13は正電極板11と負電極板12の間を行ったり来たりする揺動運動をすることになる。
この、減衰する力を正電極板11及び負電極板12によって加えてやることで、回転体13を止まることなく揺動運動させることが可能になる。
まず、第1の効果としては、揺動式ディスプレイ装置10が電磁石等の駆動手段を必要とせず、スマートなディスプレイが実現できる点が挙げられる。
第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置10は、上述したように、電源16の正極側に接続された正電極板11と負極側に接続された負電極板12とが所定距離離れて配置されている。そして、正電極板11と負電極板12の間に配置された導電材料であるアルミニウムからなる回転体13が、正電極板11と負電極板12とに交互に接触することで、電化の授受を行い、繰り返し揺動回転を行うことが可能となる。
このため、電磁石等の駆動手段を備えなくとも揺動運動が可能となり、場所をとらずに済む。駆動手段として電磁石などを採用する場合は、ベース15の内部に内蔵するなどする必要があり、ベース15が不要に大きくなってしまうことになるが、そのような問題を解決しうる。
放電現象は回転体13と正電極板11又は負電極板12との間の空間での絶縁破壊が起こることで発生する。すなわち、正電極板11又は負電極板12と回転体13との接触面積が小さければ小さいほど空間にかかる電圧が高くなるので、絶縁破壊を起こしやすくなる。放電現象によって、周囲の空気からオゾンなどを生成することになる。オゾンの臭気は揺動式ディスプレイ装置10を見る人に対して不快感を与える虞がある。
また、放電現象自体は目視できる火花放電となると、揺動式ディスプレイ装置10を見る人に対して不快感を与える虞もあり好ましくない。しかし、第1実施形態によれば以下に説明する理由でこれらの問題を解決しうる。
正電極板11及び負電極板12は回転体13の接触によって発生する撓りにより、図2(b)、図2(c)に示すように回転体13に追従することとなり、結果的に回転体13との接触面積を増やすことになる。
揺動式ディスプレイ装置10には高い電圧をかけているわけではないので、放電現象は発生しても微弱であり、オゾンの発生も微量であることが予想されるが、正電極板11及び負電極板12に弾性変形体を用いることで、より放電現象が起きにくくすることが可能となる。
非特許文献2に示されるような「電気ベル」は、球体と電極ベルとの接触がほぼ点で行われる。このため、電荷の交換できる時間は僅かである。また、電気の流れが良くなるように球体や電極ベルは金属で作る必要がある他、球体の重量は少なくなければならなかった。しかし、第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置10では、正電極板11及び負電極板12の面積が広く、回転体13の回転方向への投影面積が広く、正電極板11及び負電極板12の面積の1/2以上あるので、回転体13と正電極板11又は負電極板12との間に貯えられる静電容量Cが大きくなる。
これは、回転体13に対して正電極板11及び負電極板12の対向する面の間の空間がコンデンサの働きをするが、対向する面積が広ければ広いほどこのコンデンサの容量は大きくなるためである。
そして、回転体13と負電極板12のそれぞれの電荷Qが大きくなることで、負電極板12と回転体13の引きつけられる力も大きくなる。したがって、正電極板11と回転体13との間で、お互いに正の電荷が帯電することで斥力が発生すると共に、負電極板12と回転体13との間には引力が発生するため、回転体13は移動するための大きな力を得ることが可能となる。
したがって、回転体13はできるだけ大きな力を得られることが好ましく、静電容量Cが大きくなることで、好ましい結果が得られる。
通常電極として用いられるのは金属体が多い。これは、非特許文献1に示される「電気ベル」について前述したように、電荷を素早く渡すために導電性を高める目的である。しかし、前述したように正電極板11及び負電極板12は弾性変形体を用いており、かつ回転体13の回転方向への投影面積は大きく、正電極板11又は負電極板12の面積の1/2以上あるため、正電極板11及び負電極板12を樹脂で形成しても必要な電荷を与えることは可能である。
これにより、正電極板11及び負電極板12に、例えば有機ポリマー等、透明であって導電性が得られる部材を用いることで、揺動式ディスプレイ装置10を見る人の視線を正電極板11又は負電極板12によって遮ることを防ぐことが可能となる。
さらに、正電極板11及び負電極板12を樹脂製にすることで、抵抗値が高くなり、正電極板11又は負電極板12に回転体13が接触した際に、一度に移動する電荷の量が減少するため、火花放電が起きにくくなるというメリットもある。
回転体13は、偏心用錘14を備えなくても揺動式ディスプレイ装置10によって揺動運動をさせることが可能である。しかしながら、回転体13単体では、自身の重量が軽いために、あまり大きな力を得ることができない。そこで、回転体13に偏心用錘14を付加することで、より大きな力を発生させることが可能となる。
例えば、前述のように回転体13は偏心用錘14を備えていることで、正電極板11及び負電極板12に通電しなくとも揺動運動することが可能である。
すなわち、この摩擦力や重力の作用による、運動エネルギーの減衰分を正電極板11及び負電極板12によって付与してやれば、正電極板11及び負電極板12に電源16によって通電している限り回転体13は揺動運動を続けることが可能となる。
回転体13に偏心用錘14を備えることで、回転体13自体の重量は増える。このため、回転体13に何かディスプレイを目的として部品を付与したり、動きを制限するものを付加したりしたとしても、偏心用錘14の重さによって、揺動式ディスプレイ装置10が揺動運動を続けることが可能である。
また、この偏心用錘14を、例えば回転体13の重心に付近に配置することで回転体13の動きをゆっくりとしたものとすることが可能である。揺動式ディスプレイ装置10の大きさにもよるが、実験では0.3Hz程度の動きが実現できている。
図3に第2実施形態の揺動平板を用いた揺動式ディスプレイ装置の斜視図を示す。
平板揺動式ディスプレイ装置20は、正電極部21と負電極部22が絶縁部25を挟んで並ぶ板状部材と、絶縁部25の上に設置される揺動軸24と揺動板23からなる。
正電極部21及び負電極部22は、導電性の物質で形成されており、例えば導電性の有機ポリマーか、あるいは金属を蒸着した樹脂板等でも良い。
正電極部21には電源16の正極が電気的に接続され、負電極部22には電源16の負極が電気的に接続されている。
正電極部21と負電極部22の間に設けられている絶縁部25は、例えば1枚の絶縁材料で形成された平板の上に、正電極部21及び負電極部22となる部分に金属膜を蒸着し、絶縁部25は蒸着していない部分としても良い。
揺動板23は、導電性の材料であれば良く、例えば金属板や導電性の樹脂材料などが挙げられる。又、揺動板23の表面にはディスプレイ部28が設けられている。ディスプレイ部28は例えばレンチキュラレンズを用いた3Dポスター等が考えられる。
正電極部21及び負電極部22に電源16から通電することで、正電極部21に正の電荷を帯電させ、負電極部22に負の電荷を帯電させる。
この状態で、揺動板23をどちらかに傾けると、電荷を帯電することになる。
図4に、第2実施形態の動作原理を模式的に示した側面図を示す。
揺動板23は、図4に示すように負の電荷が帯電している場合、正の電荷が帯電している正電極部21との間で引力が働き、負の電荷が帯電している負電極部22との間で斥力が働くことになる。
そして、揺動板23が正電極部21と接触することで、正電極部21に帯電する正の電荷を受けて揺動板23も正の電荷が帯電する。この際、揺動板23は揺動軸24及び絶縁部25によって絶縁されているので、正の電荷が帯電した状態を維持する。
揺動板23が正の電荷を帯電すると、正電極部21も正の電荷が帯電しているので、揺動板23と正電極部21の間には斥力が働くことになる。一方、負電極部22は負の電荷が帯電しているので、正の電荷が帯電する揺動板23との間で、引力が働くことになる。
したがって、今度は揺動板23に負電極部22側に倒れようとする力が働き、今までとは逆方向に動く。
以下これの繰り返しで、揺動板23は揺動軸24を支点として、シーソーのように揺動運動を行う。実験では1Hz程度の揺動運動が実現できることを確認している。
揺動板23に設けたディスプレイ部28に例えばレンチキュラレンズを用いた場合、揺動板23を揺動運動させることによって、図5の笑い顔28aと図6の困り顔28bとを交互に見る人に見せることが可能となる。
ディスプレイ部28をレンチキュラレンズとした場合、この他にも鳥が羽ばたくような図柄としたり、揺動板23を早く動かして3Dの図柄を表示させたりすることも可能である。
さらに、ディスプレイ部28を鏡面として、一部からディスプレイ部28に対して光を当て反射させることで、光を往復運動させることも可能である。
まず、第1の効果として、平面上に配置された正電極部21と負電極部22と、正電極部21と負電極部22との中点を通る垂線上に配置された揺動軸24と、揺動軸24を中心として、揺動する揺動板23とを有し、揺動板23が、正電極部21と負電極部22とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動を行う平板揺動式ディスプレイ装置20であるため、揺動板23にディスプレイ部28を貼付すれば、見る人がディスプレイ部28を見る角度を容易に変化させることができるため、見る人の注意をディスプレイ部28に集中させることができる。
ディスプレイ部28に例えばレンチキュラレンズを用いて、揺動板23の動きに伴い絵が変化するようにすれば、動きのある絵や3Dの絵を表現することが可能であるので、見る人の注意を引くことができる。
揺動板23と正電極部21及び負電極部22との間では、略平行の空間を形成しており、コンデンサとして機能する。このため、電荷はより多く貯えることが可能であり平板揺動式ディスプレイ装置20には大きな力を発生させることが可能である。
よって、例えば揺動板23の表面に平面的なディスプレイ部28を設けるのではなく、立体的な部品を取り付けて動作させたりすることも可能である。
図7に、第3実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30の斜視図を示す。また、図8に、ヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30の動作を表す模式図を示す。
ヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30は、正電極板31、負電極板32、ヤジロベエ型電極部33、支持台35からなる。
正電極板31は、図8に示すように電源16の正極に電気的に接続されている導体板である。負電極板32は、同じく電源16の負極に電気的に接続されている導体板である。電源16と負電極板32の間には抵抗17が設けられている。
ヤジロベエ型電極部33は、左側電極錘33aと、右側電極錘33bと、支持柱33c、及び導電ロッド33dからなる。左側電極錘33a及び右側電極錘33bは、ヤジロベエのバランスをとるための錘であり、同じ重量になるように設計されている。左側電極錘33aは正電極板31から、右側電極錘33bは負電極板32から電荷を受け取る必要があるため、それぞれが導電性の物質である必要がある。
導電ロッド33dは左側電極錘33a及び右側電極錘33bをボディ33eに接続するためのロッドであり、導電性の物質で形成されている。ボディ33eは支持柱33cに支えられている導電性の物質である。
支持台35はヤジロベエ型電極部33を支持するための台であり、絶縁性の物質で形成されている。
ヤジロベエ型電極部33は、腕となる導電ロッド33dの先端に左側電極錘33a及び右側電極錘33bを備えているので、支持柱33cを支点として、バランスをとるようにゆらゆら動くことができる。
正電極板31及び負電極板32に電源16から通電されることで、正電極板31は正電荷を帯電し、負電極板32は負電荷を帯電する。
そして、例えばヤジロベエ型電極部33の左側電極錘33aを正電極板31に接触させることで、ヤジロベエ型電極部33は正電荷を帯電する。
この際、ヤジロベエ型電極部33の左側電極錘33a、右側電極錘33b、導電ロッド33d及びボディ33eは前述の通り導電性の物質で形成されているので、ヤジロベエ型電極部33は全体的に正電荷を帯電することになる。
右側電極錘33bが下降を始めて、負電極板32に当接すると、ヤジロベエ型電極部33全体は負電荷が帯電する。
このため、右側電極錘33bは負電極板32との間に斥力が働き、左側電極錘33aと正電極板31のとの間には引力が働くことになり、左側電極錘33aが正電極板31に近づくように動作を始める。
これを繰り返すことで、ヤジロベエ型電極部33は左右にゆらゆらと動き続けることが可能となる。
正電極板31及び負電極板32が金属製でなければ、より電極と分かりにくいと考えられる。
このようにヤジロベエ型電極部33が動力を得ていることが分かりにくい状態で動き続けることができるため、見る人の注意を集めることができる。
図9に、第4実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30の斜視図を示す。また、図10に、ヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30の動作を表す模式図を示す。
第4実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30は、第3実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30とほぼ同じ構成であり、正電極板31の代わりに正電極升36を用い、負電極板32の代わりの負電極升37を用いている。
正電極升36は導電性の材質で形成されており、内部には導電性の液体が満たされている。正電極升36には電源16の正極側と電気的に接続されている。この結果、正電極升36の内部に満たされる液体は正電荷が帯電している。
負電極升37も導電性の材質で形成されており、内部には導電性の液体が満たされている。負電極升37には電源16の負極側と電気的に接続されている。この結果、負電極升37の内部に満たされる液体は負電荷が帯電している。
図11に、左側電極錘33a側を拡大した左側電極錘33aが正電極升36の液体に接触している状態を表す斜視図を示す。また、図12に、左側電極錘33a側を拡大した左側電極錘33aが正電極升36の液体から離れようとしている状態を表す斜視図を示す。
第4実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30は、第3実施形態のヤジロベエ型揺動式ディスプレイ装置30と電極部分が異なる他は同じ構成であるので、ほぼ同じ作用を示す。
ただし、正電極として正電極升36を用いており、内部に溜められた液体に左側電極錘33aが接触することで、電荷の授受を行う構成としている点が異なるため、左側電極錘33aは正電極升36の液体表面である正電極水面36aに接触した際に、図11に示すような正電極水面36aには波紋ができる。
右側電極錘33bでも同様のことが起こり、ヤジロベエ型電極部33の動きと同期して水滴が落下する動きが出るため、第3実施形態よりも一層見る人に興味を与えることができる。
図13に、第5実施形態の鳥形ディスプレイ装置40の斜視図を示す。
また、図14に、鳥形ディスプレイ装置40の電極板43が負電極板42に引き寄せられている様子を表した模式図を示す。
また、図15に、鳥形ディスプレイ装置40の電極板43が正電極板41に引き寄せられている様子を表した模式図を示す。
鳥形ディスプレイ装置40は、正電極板41と、負電極板42と、電極板43と、羽根状板44、及び頭部45とからなる。
正電極板41は、図14及び図15に示すように、電源16の正極に電気的に接続されている。一方、負電極板42は電源16の負極に電気的に接続されている。電源16の回路には抵抗17を備えている。材質は導電性の物質であれば特に制限はしないが、内部の動作を示す目的であれば導電性を示す透明な有機ポリマー等を用いることが好ましい。
正電極板41及び負電極板42が一体になった鳥形ディスプレイ装置40のボディにあたる部分は、例えば図13にしめすように宙吊りに固定される。
電極板43の両端には支持材を介して羽根状板44が固定されている。羽根状板44は電極板43に対して一辺で固定されている。
電極板43には導電性の物質を用い、羽根状板44には絶縁性の物質を用いるのが好ましい。
羽根状板44は支点紐47によって上部から吊り下げられている。
頭部45は、電極板43の一辺に固定されている。図13に示すように、電極板43の両端に羽根状板44が取り付けられ、それと直角になる面に頭部45が取り付けられている。この他、図示してはいないが、鳥形ディスプレイ装置40の尾羽となる部分を取り付けても良い。
図16に、鳥形ディスプレイ装置40の羽根状板44が下側に移動している様子を示す。図16は図14に対応する。
また、図17には鳥形ディスプレイ装置40の羽根状板44が上側に移動している様子を示す。図17は図15に対応する。
第5実施形態の鳥形ディスプレイ装置40は、図14に示すように負電極板42に電極板43が引き寄せられれば、羽根状板44は支点紐47を支点にして移動する。一方、負電極板42に電極板43が当接した際には、電極板43は負電極板42から負電荷を得て、電極板43と負電極板42の間には斥力が働き、電極板43と正電極板41の間には引力が働くので、電極板43は正電極板41の方に移動を始める。
その結果、図15に示すように正電極板41に電極板43が引き寄せられることになる。それに伴い羽根状板44も、支点紐47を支点にして移動する。
このように鳥形ディスプレイ装置40が羽ばたくような動作を、モータなどの電磁石を用いたアクチュエータを備えずに実現可能であるので、見ている人の興味を引くことが出来る。
図18に、第6実施形態の揺動式ディスプレイ装置50の斜視図を示す。
第6実施形態の揺動式ディスプレイ装置50は、第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置10とほぼ構成は同じであるが、回転体13を右側回転体51と左側回転体52の2つを備え、右側回転体51と左側回転体52を締結ロッド53で連結した点で異なる。以下異なる構成について説明する。なお、同じ機能を果たす部材については第1実施形態と同じ記号が付してある。
正電極板11及び負電極板12は、それらの一端がベース15の中央付近に一定の間隔を空けて固定され、ベース15対して直角に立って設けられている。
一方、負電極板12の外側には左側回転体52が設けられている。左側回転体52の内部にも偏心用錘14が備えられており、回転中心辺りに回転支持体54を介して締結ロッド53の他端が連結されている。
右側回転体51、左側回転体52、締結ロッド53及び回転支持体54は、右側回転体51又は左側回転体52で、電極から電荷の授受を受けた際に、全体が同一の電荷に帯電できるように、導電性の物質で形成されていることが望ましい。
図19(a)に、揺動式ディスプレイ装置50の左側回転体52が負電極板12に近接している様子を表す模式図を示す。図19(b)に、揺動式ディスプレイ装置50の左側回転体52が負電極板12に接触している様子を表す模式図を示す。図19(c)に、揺動式ディスプレイ装置50の右側回転体51が正電極板11に近接している様子を表す模式図を示す。
揺動式ディスプレイ装置50は、図19(a)に示すように、例えば左側回転体52が正電荷を帯電している場合、負電極板12と左側回転体52の間には引力が働く。一方、右側回転体51にも正電荷を帯電しているので、正電極板11と右側回転体51の間には斥力が働く。したがって、締結ロッド53で連結される右側回転体51及び左側回転体52は、図面左方向に動く。
負電極板12は弾性体であるので、左側回転体52の力を受けて撓る。その結果、負電極板12は左側回転体52の移動に追従し、負電極板12から左側回転体52に負電荷を受け渡す時間が長くなり、負電極板12が導電性の樹脂など金属よりも抵抗の高い物質で形成されていても十分に電荷を受け渡すことが可能となる。
電荷の受け渡し時間が長ければ、絶縁破壊をしにくく、放電現象が起こりにくくなる。
左側回転体52が負電荷を帯電すると、回転支持体54を介して締結ロッド53に負電荷が移動し、結果的に右側回転体51も負電荷を帯電することになる。
その結果、図19(c)に示すように、左側回転体52は負電極板12から離れ、右側回転体51は正電極板11に近接する。
これを繰り返して、揺動式ディスプレイ装置50の右側回転体51と左側回転体52は揺動運動を続けることができる。
揺動式ディスプレイ装置50は揺動式ディスプレイ装置10と異なり、正電極板11及び負電極板12を中央にもってくることができるので、より見る人の視線を妨げることなく揺動運動を実現することが可能である。
図20に、第7実施形態のスタータ付揺動式ディスプレイ装置60の動作していない状態の斜視図を示す。また、図21に、スタータ付揺動式ディスプレイ装置60の動作状態の斜視図を示す。
第7実施形態のスタータ付揺動式ディスプレイ装置60は、第1実施形態の揺動式ディスプレイ装置10とほぼ構成は同じである。ただし、スタータ電極61を備えている点で異なる。以下、異なる構成について説明をする。
スタータ電極61は、スタータ正電極板61aとスタータ負電極板61bからなり、絶縁性の材質で形成されている。そして、スタータ正電極板61a及びスタータ負電極板61bの向かい合う面に導電性の被膜が施されている。
通電しない状態で図20の状態を維持するために、スタータ電極61は例えば板バネを用いることができる。スタータ正電極板61a及びスタータ負電極板61bの解放している他端を弱い板バネで接続し、スタータ電極61に通電時にはスタータ正電極板61aとスタータ負電極板61bが接触できるような、バネ定数に設定しておけば良い。
スタータ正電極板61a及びスタータ負電極板61bの導電性被膜面には、電源16と電気的に接続されており、電源16の電気回路には抵抗17の他に、起動スイッチ62が備えられている。
スタータ電極61は、図20に示すように、起動スイッチ62が接触していないOFF状態である場合には、スタータ正電極板61aとスタータ負電極板61bの一端が当接し、他端が離れているため、回転体13は正電極板11に接触した状態となっている。
そして、図21に示すように、起動スイッチ62を接触させてON状態とすることで、スタータ正電極板61aとスタータ負電極板61bが接触して、スタータ電極61は平面となるため、回転体13がその上を揺動運動できるようになる。
第1実施形態は、揺動式ディスプレイ装置10を揺動運動させるために、最初に外力を加える必要があったが、このようなスタータ電極61を備えることで、最初に外力を必要とせず、回転体13を動かすことが可能になる。
図22は、第8実施形態の振子型ディスプレイ装置70の概念図を示す。
「動き続けるマジックボール」である振子型ディスプレイ装置70は、第1導電球71と第2導電球72と第3導電球73からなる。
第1導電球71、第2導電球72、及び第3導電球73は何れも同じ質量で、同じ体積の導電性の球体である。なお、これらの質量及び体積は、多少誤差があっても構わない。第8実施形態では、これらの導電球に直径30mm程度の鉄球を使用した。
そして、第1導電球71は電源16の正極に電気的に接続されている。第1導電球71と電源16の間には抵抗17が備えられている。第2導電球72は電源16の負極に電気的に接続されている。第2導電球72と電源16との間には抵抗17が備えられている。
この抵抗17は保護抵抗の働きをするため、数百MΩ程度の高い抵抗値を備えていることが好ましい。なお、この抵抗17はどちらか一方だけでも良い。
第3導電球73を宙づりするのに用いる絶縁線75は、導電線74で代用することは可能であるが、第1導電球71、第2導電球72、及び電源16で形成される回路とは電気的に繋がらないように、例えば支点ピン76に絶縁材料を用いるなりの工夫が必要となる。
第1導電球71乃至第3導電球73を宙づりにする導電線74及び絶縁線75の長さは、ほぼ同じ長さになることが好ましい。第8実施形態ではそれぞれを300mm程度の長さとした。
まず、第1導電球71及び第2導電球72に通電した状態で、第3導電球73を揺らす。ここでは図22に示すように第2導電球72側に揺らし、第3導電球73は負電荷を帯電しているものとして説明をする。
第3導電球73は、図22に示すように負電荷を帯電しているので、正電荷を帯電している第1導電球71に引き寄せられて支点ピン76を支点に移動する。そして、第1導電球71に接触すると、第1導電球71が電源16の正極に接続されているために、第3導電球73は正電荷を帯電する。
第1導電球71及び第3導電球73には、それぞれ質量をもっているので、接触時に運動量保存の法則によって、それぞれ逆の方向に支点ピン76を支点にして動き出す。また、第1導電球71と第3導電球73が正電荷を帯電すると、お互いに斥力が働き、それぞれ動いている方向に力を得る。
第3導電球73が第2導電球72に接触すると、第2導電球72が電源16の負極に接続されているので、負電荷を帯電する。
そして、第2導電球72と第3導電球73が接触することで、運動量保存の法則により運動エネルギーを交換して再び反対方向へと動き始める。さらに、第2導電球72及び第3導電球73は負電荷を帯電しているので、お互いに斥力が働く。
このような動きを繰り返し、第3導電球73は左右に振子運動を続ける。また、第1導電球71及び第2導電球72もこれにあわせて振子運動を続ける。
また、外乱や支点ピン76との接続抵抗なども作用することで、第3導電球73と第1導電球71及び第2導電球72が接触する位置は、それぞれの導体球の位置によってランダムに変化する。このようにランダムに接触位置が変化することで、見る人の興味を引くことができる。
また、第1導電球71及び第2導電球72及び第3導電球73にそれぞれ比較的大きな球を用いれば、静電容量を確保することができ、より大きな力を得ることが可能である。
たとえば、第1実施形態乃至第8実施形態で、材質を例示しているが、特にこれらに限定されるものではなく、同等の材質のものに置き換えることを妨げない。
また、電源16についても光電池等、自身で発電して揺動式ディスプレイ装置10等に電源を供給するものであっても良い。
また、上記実施形態で寸法等を例示している箇所があるが、寸法等もこれに限定されるものではなく、設計の範囲内で変更することを妨げない。
11 正電極板
12 負電極板
13 回転体
14 偏心用錘
15 ベース
16 電源
17 抵抗
Claims (5)
- 正極に接続された正電極板と、負極に接続された負電極板とが所定距離離れて配置され、
導電性材料からなる転がり回転体が、前記正電極板と前記負電極板とに交互に接触して、電荷の授受を行うことにより、繰り返し揺動回転を行うことを特徴とする揺動式ディスプレイ装置。 - 請求項1に記載する揺動式ディスプレイ装置において、
前記正電極板と前記負電極板とを、弾性変形体で構成したことを特徴とする揺動式ディスプレイ装置。 - 請求項1または請求項2に記載する揺動式ディスプレイ装置において、
前記回転体の回転方向に投影した面積が、対向する前記正電極板または前記負電極板の面積の1/2以上あることを特徴とする揺動式ディスプレイ装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載する揺動式ディスプレイ装置において、
前記回転体に前記回転体を偏心させるための偏心用錘を備えていることを特徴とする揺動式ディスプレイ装置。 - 請求項2に記載する揺動式ディスプレイ装置において、
前記正電極板と前記負電極板とが、透明な導電性プラスチック薄板であることを特徴とする揺動式ディスプレイ装置。
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