JP2004350906A

JP2004350906A - Actuator consisting of sheet-shaped member and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004350906A
Application number: JP2003151926A
Authority: JP
Inventors: Shuji Hashimoto; 周司橋本; Hiroshi Tanaami; 宏棚網
Original assignee: Waseda University; Toppan Forms Co Ltd
Current assignee: Waseda University; Toppan Edge Inc
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-29
Also published as: JP4260549B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator consisting of a sheet-shaped member which has a light-weight and simple structure and can realize the deformation of the sheet-shaped member at a low cost, and to provide its manufacturing method. SOLUTION: This actuator is constituted so that the sheet-shaped member 311 is deformed by forming a groove 320A or 320B along a folding position on at least one of the front and back surfaces 312 and 313 of the sheet-shaped member 311 and inserting an expansion material 330A to be expanded or a contraction material 330B to be contracted in reaction to the change of an external environment or physical stimulation or chemical stimulation received from the outside to the inside of the groove 320A or 320B. COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート状部材を変形させるシート状部材のアクチュエータおよびその製造方法に係り、例えば、紙製の食品容器、玩具等に利用できる。
【０００２】
【背景技術】
近年、新しい原理に基づく多くの種類のアクチュエータが開発されている。例えば、マイクロアクチュエータ、フレキシブルマイクロアクチュエータ、圧電素子を利用したアクチュエータ、超磁歪アクチュエータ、熱アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、超音波アクチュエータ、高分子アクチュエータ、光アクチュエータ、レーザ光によるアクチュエータ、イオンドラグアクチュエータ等が挙げられる。
【０００３】
このうち、高分子アクチュエータとしては、イオン伝導アクチュエータおよび導電性高分子アクチュエータという２種類の技術が開発されている（非特許文献１参照）。イオン伝導アクチュエータは、高分子と金属材料からなる柔軟なアクチュエータ素子であり、２ボルト程度の低電圧により素早く動くことができるため、生物模倣運動やロボットハンド等を実現できる。導電性高分子アクチュエータは、導電性高分子に通電すると伸縮する特性を利用したものであり、発生力が大きく、かつ、軽量であるため、従来の電動モータに代わるアクチュエータとしての応用が期待されている。
【０００４】
【非特許文献１】
イーメックス株式会社、「高分子アクチュエータ」、［ｏｎｌｉｎｅ］、イーメックス株式会社ホームページ、［平成１５年３月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅａｍｅｘ．ｃｏ．ｊｐ／ｔｅｃｈ．ｈｔｍｌ＞
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した各種のアクチュエータは、例えば、玩具、アート、ロボットの指や腕等の動力源、医療用デバイス等の様々な用途への応用が図られている。この際、アクチュエータで動かされる対象物が製品や商品である以上、いずれのアクチュエータを用いるにせよ、目的である所望の動きを達成することと併せ、製造コストの削減、構造の簡易化、軽量化等が問題となってくる。換言すれば、動く製品や商品を作る場合には、それらの製品や商品の目的に見合った製造コスト、構造、重量等を達成できるアクチュエータを選択する必要がある。例えば、玩具の場合には、通常、親が子供に対して気軽に拠出できる程度の商品価格に収まるように製造コストを抑えるとともに、子供が容易かつ安全に取り扱うことができるような構造や重量の商品に仕上げる必要がある。
【０００６】
しかし、前述した各種のアクチュエータでは、より簡易な構造で、より軽量な製品や商品を、より安価に提供するという観点からは、必ずしも十分であるとはいえない。例えば、前述した高分子アクチュエータを用いれば、生物の動きを模倣する商品等を提供することはできるが、動きを電気的にコントロールするため、電源確保が必要となり、構造が複雑化し、また、コスト的に見て、必ずしも手軽に入手できる簡単な玩具やアート等の商品に用いるのに適しているとはいえないという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、軽量かつ簡易な構造で、しかも安価にシート状部材の変形を実現できるシート状部材のアクチュエータおよびその製造方法を提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のシート状部材のアクチュエータは、シート状部材の表裏面のうちの少なくとも一方の面に、折り位置に沿って溝が形成され、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して膨張する膨張材料または収縮する収縮材料が、溝の内部に挿入されたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、「シート状部材」には、例えば、紙、樹脂、木材、ゴム材、ガラス等の各種の材質のものが含まれ、要するに、ある程度の硬さを有し、一定の形状（面状）を保持できる材質のものであればよい。また、必ずしも平面状である必要はなく、曲面状であってもよい。以下の発明においても同様である。
【００１０】
また、「折り位置」とは、これから折られて折り目が形成される予定位置であってもよく、既に折られて折り目が入っている折り目位置であってもよい。従って、本発明のシート状部材のアクチュエータは、折られていない平坦な状態（但し、ここでいう「平坦な状態」とは、角部ではないという意味であり、曲面同士が滑らかに連続する状態も含む。）のシート状部材を折る方向に変形するもの、既に折られている状態のシート状部材を平坦な状態に戻す方向に変形するもの、既に折られている状態のシート状部材を別の角度（角度を大きくする場合および小さくする場合を含む。）に折られた状態に変形するもののいずれも含まれる。以下の発明においても同様である。
【００１１】
さらに、「外部環境の変化」には、例えば、温度、湿度、気圧、水温、水圧、気中や液中の各種物質濃度等の変化が含まれる。「外部から受ける物理的刺激」には、例えば、電気、磁気、光、熱、音、放射線、圧力等による刺激が含まれる。「外部から受ける化学的刺激」に反応することには、例えば、化学物質と反応して化学変化を起こすこと等が含まれる。以下の発明においても同様である。
【００１２】
そして、「溝の内部に挿入」することには、例えば、印刷、塗布、貼り付け、焼き付け、吹き付け、溶着、融着、接着等を行なうことが含まれる。
【００１３】
このような本発明のシート状部材のアクチュエータにおいては、シート状部材の周囲の環境、すなわち膨張材料または収縮材料の周囲の環境が変化したり、あるいは膨張材料または収縮材料に対して外部から物理的刺激または化学的刺激が加えられると、溝の内部に挿入された膨張材料が膨張し、または収縮材料が収縮するので、溝が拡げられ、または狭められて溝の断面形状が変化する。そして、これに伴って、シート状部材も溝の形成位置を折り目として変形する。
【００１４】
このため、シート状部材に溝を形成し、膨張材料または収縮材料を挿入するだけの簡易な構造で、シート状部材を変形させるシート状部材のアクチュエータが実現される。
【００１５】
また、前述した高分子アクチュエータのように、動きをコントロールするための電源を確保する必要もないので、この点でも構造の簡易化が図られるうえ、変形するシート状部材を安価に作ることが可能となる。
【００１６】
さらに、シート状部材に形成された溝と、膨張材料または収縮材料との組合せなので、アクチュエータ自体が軽量であるとともに、動かす対象物であるシート状部材も、例えば紙等を用いることができるので、軽量な製品や商品を実現することが可能となり、これらにより前記目的が達成される。
【００１７】
なお、一つの溝の形成箇所におけるシート状部材の変形量（折れ曲がりの角度）は、溝の大きさ、あるいは膨張材料や収縮材料の挿入量で調整可能である。
【００１８】
また、前述したシート状部材のアクチュエータにおいて、シート状部材の表裏面のうちの一方の面に形成された溝の内部には、膨張材料が挿入され、他方の面に形成された溝の内部には、収縮材料が挿入され、これらの膨張材料および収縮材料がそれぞれ挿入された溝同士は、互いに近傍に配置されていることが望ましい。
【００１９】
このように膨張材料と収縮材料とを互いにシート状部材の表裏面の反対側に設けておけば、シート状部材の変形量を大きくすることが可能となる。
【００２０】
さらに、前述したシート状部材のアクチュエータにおいて、溝の断面形状は、略Ｖ字状部分を含む形状であることが望ましい。
【００２１】
ここで、「略Ｖ字状部分を含む形状」とは、略Ｖ字状部分のみを有する形状だけではなく、例えば、略Ｖ字状部分に加えて溝の開口部分の少なくとも一部を塞ぐ蓋部分（例えば、後述する図１４の場合等）が設けられていてもよく、あるいは略Ｖ字状部分を組み合わせて略Ｗ字状の形状としてもよく、要するに、略Ｖ字状部分が少なくとも一つ含まれていればよい趣旨である。なお、「略」Ｖ字状であるから、例えば、溝の底部（Ｖ字の交差部分）が平坦面や丸みを帯びた面となっていてもよく、あるいは、溝の両側の側面部分（Ｖ字の斜面部分）が階段状になっていてもよい。
【００２２】
このように溝の断面形状を略Ｖ字状部分を含む形状にした場合には、膨張材料の膨張または収縮材料の収縮により生じる力が、溝の両側の側面部分（Ｖ字の斜面部分）に伝わり、Ｖ字の角度を拡げる方向または狭める方向に作用するので、シート状部材の円滑な変形が実現される。
【００２３】
そして、前述したシート状部材のアクチュエータにおいて、溝が形成された面の反対側の面には、マイクロ波加熱により発熱する発熱シートが付着されていることが望ましい。
【００２４】
ここで、「マイクロ波加熱により発熱する発熱シート」とは、例えば、電気抵抗の大きい金属箔、あるいは水分を含んだシート等である。
【００２５】
このように溝が形成された面の反対側の面に、マイクロ波加熱により発熱する発熱シートを設けた場合には、例えば電子レンジ等で加熱された発熱シートの熱が、溝の内部に挿入された膨張材料または収縮材料に伝わるので、膨張材料の膨張作用または収縮材料の収縮作用が助長され、シート状部材の変形が促進される。
【００２６】
また、本発明のシート状部材のアクチュエータは、シート状部材の表面に、折り位置に沿って外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して収縮する収縮材料が付着され、シート状部材の収縮材料を付着した部位には、空洞部が形成され、この空洞部は、シート厚さ方向についての収縮材料の付着面寄りの位置に配置されたことを特徴とするものである。
【００２７】
ここで、「付着」には、例えば、印刷、塗布、貼り付け、焼き付け、吹き付け、溶着、融着、接着等が含まれる。
【００２８】
また、「空洞部」には、例えば、後述するように切れ目を入れておき収縮材料が固まらないうちにシート状部材を引っ張ることにより形成されたもの（例えば、後述する図６、図１３の場合等）、溝を形成したシート状部材を折り曲げた状態で収縮材料を付着した後に収縮材料が固まらないうちにシート状部材を平坦な状態に戻して形成されたもの（例えば、後述する図８の場合等）、レーザ照射により形成されたもの（例えば、後述する図１１の場合等）、乾燥すると体積が減少する物質をシート状部材に埋め込んでおくことにより形成されたもの等が含まれ、形成方法は任意である。
【００２９】
このような本発明のシート状部材のアクチュエータにおいては、シート状部材の周囲の環境、すなわち収縮材料の周囲の環境が変化したり、あるいは収縮材料に対して外部から物理的刺激または化学的刺激が加えられると、シート状部材の表面に付着された収縮材料が収縮し、シート状部材のうち空洞部の両側に位置する部分同士が引き寄せられて空洞部の容積が減少し、空洞部の断面形状が変化する。そして、これに伴って、シート状部材も空洞部の形成位置を折り目として変形する。
【００３０】
このため、前述した溝の内部に収縮材料を挿入した場合と同様に、簡易な構造で、シート状部材を変形させるシート状部材のアクチュエータが実現され、変形するシート状部材を用いた軽量な製品や商品を安価に作ることが可能となり、これらにより前記目的が達成される。
【００３１】
そして、以上に述べたシート状部材のアクチュエータにおいて、シート状部材の材質、膨張材料、および収縮材料は、任意であるが、取扱いの容易性、軽量化、製造の容易化、コスト低減等の観点からは、シート状部材を紙とし、かつ、膨張材料を発泡インクとすることが好適であり、また、シート状部材を紙とし、かつ、収縮材料を熱収縮インクとすることが好適である。
【００３２】
ここで、「発泡インク」とは、熱を与えると発泡して立体的に膨張するインクである。また、「熱収縮インク」とは、熱を与えると収縮するインクである。
【００３３】
また、本発明は、前述したシート状部材のアクチュエータ（収縮材料の付着部位近傍のシート状部材に空洞部を設ける場合）の製造方法であって、折り位置に沿ってシート状部材の表面からシート状部材に、シート状部材を貫通しない深さの切れ目を入れた後、この切れ目の上側に収縮材料を付着させ、その後、付着させた収縮材料が固まらないうちにシート状部材をシート面に沿う方向に引っ張ることにより切れ目を拡げて空洞部を形成することを特徴とするものである。
【００３４】
このような本発明のシート状部材のアクチュエータの製造方法においては、切れ目を入れておき、収縮材料を付着してからシート状部材を引っ張るだけで、空洞部を容易に形成することが可能となる。このため、例えば、レーザ照射により空洞部を形成する場合等に比べ、シート状部材のアクチュエータを低コストで実現することができるようになる。
【００３５】
さらに、本発明は、前述したシート状部材のアクチュエータ（収縮材料の付着部位近傍のシート状部材に空洞部を設ける場合）の製造方法であって、折り位置に沿ってシート状部材の表面に溝を形成した後、シート状部材を溝の形成箇所で折り曲げて溝を狭めた状態としてから、この狭められた状態の溝の開口位置近傍に溝を塞ぐ状態で収縮材料を付着させ、その後、付着させた収縮材料が固まらないうちにシート状部材を平坦な状態に戻して溝を拡げることにより溝の内部に空洞部を形成することを特徴とするものである。
【００３６】
ここで、「折り曲げて溝を狭めた状態としてから」には、溝を完全に塞いでしまう状態まで折り曲げること、および溝を隙間が残る状態まで折り曲げることのいずれも含まれる。
【００３７】
このような本発明のシート状部材のアクチュエータの製造方法においては、溝を形成しておき、シート状部材を折り曲げて溝を狭めてから収縮材料を付着し、再び、シート状部材を平坦な状態に戻すだけで、空洞部を容易に形成することが可能となる。このため、例えば、レーザ照射により空洞部を形成する場合等に比べ、シート状部材のアクチュエータを低コストで実現することができるようになる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３９】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のシート状部材のアクチュエータ１０の構成を示す断面図である。
【００４０】
図１において、シート状部材１１には、シート表面１２に開口する一つまたは複数の溝２０が形成されている。また、各溝２０の内部には、膨張材料３０が挿入されている。シート状部材１１は、例えば紙等であり、膨張材料３０は、例えば発泡インク等である。なお、図１には、比較的狭い間隔を置いて３つの溝２０が配置された状態が示されているが、溝２０の個数や配置間隔は、任意であり、例えばシート状部材１１を変形させたい量や変形後に得たい形状等の目的に応じて適宜定めればよい。
【００４１】
膨張材料３０は、例えば発泡インクである場合には、シート状部材１１の溝２０の内部や溝２０の近傍に、印刷または塗布されてシート状部材１１に付着される。なお、図１では、膨張材料３０は、溝２０の内部のみならず、溝２０から外へ、はみ出すような状態で溝２０の周辺のシート表面１２の位置にまで付着されているが、溝２０の内部のみに付着するようにしてもよい。
【００４２】
溝２０の断面形状は、本実施形態では、図示の如く略Ｖ字状であり、溝２０の両側の側面部分２１は斜面となり、溝２０の底面部分２２は平坦面となっている。なお、溝２０の底面部分は、平坦面ではなく、例えば、曲面としたり、両側の側面部分の斜面同士が交差するようにしてもよい。
【００４３】
また、シート状部材１１の裏面１３（溝２０が開口する面とは反対側の面）には、溝２０の形成箇所に溝２０に対応して略台形断面状の凸部１４が設けられている。なお、シート状部材１１の裏面１３は、このような凸部１４を設けずに、平坦面としてもよい。
【００４４】
図２には、シート状部材１１の変形後の状態が示されている。シート状部材１１は、通常の状態（例えば常温下に置かれた状態）では、図１に示すように平面状であるが、外部環境が変化したり、あるいは外部から物理的刺激若しくは化学的刺激を受けると（例えば加熱すると）、図２に示すように変形する。
【００４５】
図２において、各溝２０の形成箇所では、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して膨張材料３０が膨張する。例えば、膨張材料３０が発泡インクである場合には、加熱すると発泡して立体的に膨張する。そして、この膨張材料３０の膨張作用により、各溝２０の両側の側面部分２１同士が押し拡げられてＶ字の角度が拡がり、シート状部材１１は、各溝２０の形成箇所で、各溝２０の形成面側が外側になる状態で折れ曲がるようになっている。従って、シート状部材１１に形成された溝２０と、この溝２０の内部に挿入された膨張材料３０とにより、シート状部材１１を変形させるアクチュエータ１０が構成されている。
【００４６】
なお、図２の例では、比較的狭い間隔を置いて３つの溝２０が配置され、これらの各溝２０での折れ曲がりの結果、変形後のシート状部材１１は、全体的に見ると湾曲した形状となっている。従って、一つの溝２０およびその内部に挿入された膨張材料３０で構成されるアクチュエータ１０により、シート状部材１１を各折り位置で変化させることができる角度は、図２の例では、９０度未満である。しかし、一つ一つの溝２０での折れ曲がり角度（最大変形角度）は、これに限定されるものではなく、９０度、あるいは９０度を超える角度であってもよく、溝２０の大きさ、あるいは膨張材料３０の挿入量によって調整することができる。
【００４７】
また、膨張材料３０として、例えば発泡インク等のように一旦膨張すると元に戻らない材料を用いた場合には、図１の状態から図２の状態に変形した後、再び、図１の状態に戻ることはないが、膨張材料３０として、元の体積に戻るような材料を用いて、図２の状態から図１の状態に戻るようにしてもよい。
【００４８】
このような第１実施形態によれば、次のような効果がある。すなわち、シート状部材１１に溝２０を形成し、膨張材料３０を挿入するだけの簡易な構造で、シート状部材１１を変形させるアクチュエータ１０を実現することができる。
【００４９】
また、前述した高分子アクチュエータのように、動きをコントロールするための電源を確保する必要もないので、この点でも構造の簡易化を図ることができるうえ、変形するシート状部材１１を安価に作ることができる。
【００５０】
さらに、シート状部材１１に形成された溝２０と、膨張材料３０との組合せなので、アクチュエータ１０自体が軽量であるとともに、動かす対象物であるシート状部材１１も、例えば紙等を用いることができるので、軽量な製品や商品を実現することができる。
【００５１】
そして、溝２０の断面形状は、略Ｖ字状とされているので、膨張材料３０の膨張作用により生じる力を、溝２０の両側の側面部分２１に効率よく伝達し、Ｖ字の角度を拡げることができる。このため、シート状部材１１の円滑な変形を実現できる。
【００５２】
［第２実施形態］
図３は、第２実施形態のシート状部材のアクチュエータ２１０の構成を示す断面図である。
【００５３】
図３において、シート状部材２１１には、前記第１実施形態の場合と同様に、シート表面２１２に開口する一つまたは複数の溝２２０が形成されている。一方、各溝２２０の内部には、前記第１実施形態の場合とは異なり、収縮材料２３０が挿入されている。シート状部材２１１は、例えば紙等であり、収縮材料２３０は、例えば熱収縮インク等である。なお、図３には、前述した図１の場合と同様に、比較的狭い間隔を置いて３つの溝２２０が配置された状態が示されているが、溝２２０の個数や配置間隔は、前記第１実施形態の場合と同様に任意であり、例えばシート状部材２１１を変形させたい量や変形後に得たい形状等の目的に応じて適宜定めればよい。
【００５４】
収縮材料２３０は、例えば熱収縮インクである場合には、シート状部材２１１の溝２２０の内部や溝２２０の近傍に、印刷または塗布されてシート状部材２１１に付着される。なお、図３では、前述した図１の場合と同様に、収縮材料２３０は、溝２２０の内部のみならず、溝２２０から外へ、はみ出すような状態で溝２２０の周辺のシート表面２１２の位置にまで付着されているが、溝２２０の内部のみに付着するようにしてもよい。
【００５５】
溝２２０の断面形状は、本実施形態では、前述した図１の場合と同様に、図３に示す如く略Ｖ字状であり、溝２２０の両側の側面部分２２１は斜面となり、溝２２０の底面部分２２２は平坦面となっている。なお、溝２２０の底面部分は、平坦面ではなく、例えば、曲面としたり、両側の側面部分の斜面同士が交差するようにしてもよい。
【００５６】
また、前記第１実施形態の場合と同様に、シート状部材２１１の裏面２１３（溝２２０が開口する面とは反対側の面）には、溝２２０の形成箇所に溝２２０に対応して略台形断面状の凸部２１４が設けられている。なお、シート状部材２１１の裏面２１３は、このような凸部２１４を設けずに、平坦面としてもよい。
【００５７】
図４には、シート状部材２１１の変形後の状態が示されている。シート状部材２１１は、通常の状態（例えば常温下に置かれた状態）では、図３に示すように平面状であるが、外部環境が変化したり、あるいは外部から物理的刺激若しくは化学的刺激を受けると（例えば加熱すると）、図４に示すように変形する。
【００５８】
図４において、各溝２２０の形成箇所では、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して収縮材料２３０が収縮する。例えば、収縮材料２３０が熱収縮インクである場合には、加熱すると収縮する。そして、この収縮材料２３０の収縮作用により、各溝２２０の両側の側面部分２２１同士が引き寄せられてＶ字の角度が狭まり、シート状部材２１１は、各溝２２０の形成箇所で、各溝２２０の形成面側が内側になる状態で折れ曲がるようになっている。従って、シート状部材２１１に形成された溝２２０と、この溝２２０の内部に挿入された収縮材料２３０とにより、シート状部材２１１を変形させるアクチュエータ２１０が構成されている。
【００５９】
なお、図４の例では、前述した図２の場合と同様に、比較的狭い間隔を置いて３つの溝２２０が配置され、これらの各溝２２０での折れ曲がりの結果、変形後のシート状部材２１１は、全体的に見ると湾曲した形状となっている。従って、一つの溝２２０およびその内部に挿入された収縮材料２３０で構成されるアクチュエータ２１０により、シート状部材２１１を各折り位置で変化させることができる角度は、図４の例では、９０度未満である。しかし、一つ一つの溝２２０での折れ曲がり角度（最大変形角度）は、これに限定されるものではなく、９０度、あるいは９０度を超える角度であってもよく、溝２２０の大きさ、あるいは収縮材料２３０の挿入量によって調整することができる。
【００６０】
また、収縮材料２３０として、例えば熱収縮インク等のように一旦収縮すると元に戻らない材料を用いた場合には、図３の状態から図４の状態に変形した後、再び、図３の状態に戻ることはないが、収縮材料２３０として、元の体積に戻るような材料を用いて、図４の状態から図３の状態に戻るようにしてもよい。
【００６１】
このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態の場合と同様に、簡易な構造でアクチュエータ２１０を実現できるという効果、変形するシート状部材２１１を安価に作ることができるという効果、軽量なアクチュエータ２１０を実現でき、変形するシート状部材２１１を用いた軽量な製品や商品を実現できるという効果、溝２２０の断面形状を略Ｖ字状としたことによりシート状部材２１１の円滑な変形を実現できるという効果がある。
【００６２】
［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のシート状部材のアクチュエータ３１０Ａ，３１０Ｂの構成を示す断面図である。
【００６３】
図５において、シート状部材３１１は、前記第１，第２実施形態の場合と同様に、例えば紙等である。このシート状部材３１１の表裏面のうちの一方の面（図示の例では上面）３１２には、この面３１２に開口する一つまたは複数の溝３２０Ａが形成され、この溝３２０Ａの内部には、膨張材料３３０Ａが挿入されている。膨張材料３３０Ａは、前記第１実施形態の場合と同様に、例えば発泡インク等である。そして、これらの溝３２０Ａおよび膨張材料３３０Ａにより、アクチュエータ３１０Ａが構成されている。これらの溝３２０Ａおよび膨張材料３３０Ａは、前記第１実施形態の溝２０および膨張材料３０と同様であり（図１参照）、アクチュエータ３１０Ａの機能や作用は、前記第１実施形態のアクチュエータ１０と同様であるので（図２参照）、詳しい説明は省略する。
【００６４】
また、シート状部材３１１の表裏面のうちの他方の面（図示の例では下面）３１３には、この面３１３に開口する一つまたは複数の溝３２０Ｂが形成され、この溝３２０Ｂの内部には、収縮材料３３０Ｂが挿入されている。収縮材料３３０Ｂは、前記第２実施形態の場合と同様に、例えば熱収縮インク等である。そして、これらの溝３２０Ｂおよび収縮材料３３０Ｂにより、アクチュエータ３１０Ｂが構成されている。これらの溝３２０Ｂおよび収縮材料３３０Ｂは、前記第２実施形態の溝２２０および収縮材料２３０と同様であり（図３参照）、アクチュエータ３１０Ｂの機能や作用は、前記第２実施形態のアクチュエータ２１０と同様であるので（図４参照）、詳しい説明は省略する。
【００６５】
さらに、図５の例では、一方の面３１２に形成された溝３２０Ａと、他方の面３１３に形成された溝３２０Ｂとは、交互に３つずつ配置されている。また、これらの３つの溝３２０Ａと３つの溝３２０Ｂとは、互いに近傍に配置されている。
【００６６】
このような第３実施形態においては、シート状部材３１１は、図５中の２点鎖線に示すように変形する。すなわち、一方の面３１２側のアクチュエータ３１０Ａは、膨張材料３３０Ａの膨張作用により、溝３２０Ａの形成面側が外側になる状態でシート状部材３１１を折り曲げる。また、他方の面３１３側のアクチュエータ３１０Ｂは、収縮材料３３０Ｂの収縮作用により、溝３２０Ｂの形成面側が内側になる状態でシート状部材３１１を折り曲げる。従って、シート状部材３１１は、全体的に見て、図５中の２点鎖線に示すように湾曲する。なお、図５中の２点鎖線は、全体的な変形状態を示すための線であり、シート状部材３１１の表裏面の凹凸の図示は省略されている。
【００６７】
このような第３実施形態によれば、個々のアクチュエータ３１０Ａ，３１０Ｂについて見た場合には、前記第１，第２実施形態と同様な効果が得られるうえ、次のような効果が得られる。
【００６８】
すなわち、一方の面３１２側には、膨張材料３３０Ａの膨張作用によるアクチュエータ３１０Ａが設けられ、他方の面３１３側には、収縮材料３３０Ｂの収縮作用によるアクチュエータ３１０Ｂが設けられ、これらが互いに近傍に配置されているので、各アクチュエータ３１０Ａ，３１０Ｂによる変形効果が重なり、シート状部材３１１の変形量を大きくすることができる。
【００６９】
また、異なる種類のアクチュエータであるアクチュエータ３１０Ａとアクチュエータ３１０Ｂとを反対側の面に隣接配置しているので、同じ種類のアクチュエータ同士を同じ側の面に隣接配置する場合（膨張材料の膨張作用によるアクチュエータ同士を同じ側の面に隣接配置する場合、収縮材料の収縮作用によるアクチュエータ同士を同じ側の面に隣接配置する場合）に比べ、アクチュエータ同士を、より近傍に配置することができる。つまり、溝を反対側の面に形成するので、より近傍に配置することができる。このため、変形量を大きくするために複数のアクチュエータを隣接配置し、複数のアクチュエータを集合させて一つのアクチュエータとして機能させる場合に、必要数（確保したい変形量に応じた個数）のアクチュエータを、より一層狭い間隔で配置することができ、より一層狭いスペースで、目的となる変形量を実現することができる。
【００７０】
従って、狭いスペースで同じ変形効果（変形量）を得るという観点からは、図５に示すように、例えば６つのアクチュエータを集合させる場合には、収縮材料、膨張材料、収縮材料、膨張材料、収縮材料、膨張材料という具合に、異なる種類のアクチュエータを交互に配置することが望ましい。なお、交互に配置せずに、例えば、収縮材料、収縮材料、収縮材料、膨張材料、膨張材料、膨張材料という順で配置してもよいが、このような配置とした場合には、交互に配置する場合に比べて配置間隔が拡がるので、シート状部材は、緩やかに曲がる状態で変形する。
【００７１】
［第４実施形態］
図６は、第４実施形態のシート状部材のアクチュエータ４１０の構成を示す断面図である。
【００７２】
図６において、シート状部材４１１の表面４１２には、略Ｖ字状の溝４２０が形成され、この溝４２０の開口位置近傍には、溝４２０を塞ぐように溝４２０の両側部分に掛け渡された状態で収縮材料４３０が付着されている。シート状部材４１１は、例えば紙等であり、収縮材料４３０は、例えば熱収縮インク等である。また、溝４２０の内部は、空洞部４４０となっている。
【００７３】
収縮材料４３０は、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して収縮する。例えば、収縮材料４３０が熱収縮インクである場合には、加熱すると収縮する。そして、この収縮材料４３０の収縮作用により、溝４２０のＶ字の角度が小さくなって空洞部４４０の容積が減少し、シート状部材４１１は、空洞部４４０の形成箇所で、図６中の２点鎖線で示すように、収縮材料４３０の付着面側が内側になる状態で折れ曲がるようになっている。従って、シート状部材４１１の表面４１２に付着された収縮材料４３０と、シート状部材４１１に形成された空洞部４４０とにより、シート状部材４１１を変形させるアクチュエータ４１０が構成されている。
【００７４】
このような第４実施形態においては、以下のようにしてシート状部材４１１のアクチュエータ４１０が製造される。図７は、シート状部材４１１のアクチュエータ４１０の製造方法の説明図である。
【００７５】
先ず、図７に示すように、折り位置に沿ってシート状部材４１１の表面４１２から、シート状部材４１１に切れ目４５０を入れる。また、反対側の面４１３からも、同じ位置に切れ目４５１を入れる。従って、切れ目４５０の深さは、シート状部材４１１を貫通しない深さである。
【００７６】
次に、切れ目４５０の上側に収縮材料４３０を付着させる。例えば、収縮材料４３０が熱収縮インクの場合には、熱収縮インクを印刷または塗布する。
【００７７】
その後、付着させた収縮材料４３０が固まらないうちに、図７中の矢印Ｐ１，Ｐ２の如く、シート状部材４１１をシート面に沿う方向に引っ張る。これにより切れ目４５０は拡がって、図６に示したような溝４２０の状態になり、空洞部４４０が形成される。この際、同時に反対側の切れ目４５１も拡がり、図６に示すように、反対側にも溝４２０が形成される。
【００７８】
このような第４実施形態によれば、前記第１，第２実施形態と同様な効果を得ることができるうえ、切れ目４５０を入れておき、収縮材料４３０を付着してからシート状部材４１１を引っ張るだけで、空洞部４４０を容易に形成することができるので、例えば、レーザ照射により空洞部を形成する場合等に比べ、シート状部材４１１のアクチュエータ４１０を低コストで実現することができる。
【００７９】
［第５実施形態］
図８は、第５実施形態のシート状部材のアクチュエータ５１０の構成を示す断面図である。
【００８０】
図８において、シート状部材５１１の表面５１２には、略Ｖ字状の溝５２０が形成され、この溝５２０の開口位置近傍には、溝５２０を塞ぐように溝５２０の両側部分に掛け渡された状態で収縮材料５３０が付着されている。シート状部材５１１は、例えば紙等であり、収縮材料５３０は、例えば熱収縮インク等である。また、溝５２０の内部は、空洞部５４０となっている。
【００８１】
前記第４実施形態の場合（図６参照）と同様に、収縮材料５３０の収縮作用により、溝５２０のＶ字の角度が小さくなって空洞部５４０の容積が減少し、シート状部材５１１は、空洞部５４０の形成箇所で、図８中の２点鎖線で示すように、収縮材料５３０の付着面側が内側になる状態で折れ曲がるようになっている。従って、シート状部材５１１の表面５１２に付着された収縮材料５３０と、シート状部材５１１に形成された空洞部５４０とにより、シート状部材５１１を変形させるアクチュエータ５１０が構成されている。
【００８２】
このような第５実施形態においては、以下のようにしてシート状部材５１１のアクチュエータ５１０が製造される。図９および図１０は、シート状部材５１１のアクチュエータ５１０の製造方法の説明図である。
【００８３】
先ず、図９に示すように、シート状部材５１１の表面５１２に溝５２０を形成する。続いて、図９中の矢印Ｑ１，Ｑ２に示す如く、シート状部材５１１を折り曲げて溝５２０を狭める。ここでは、溝５２０が略全部塞がれる状態になるまで折り曲げるものとする。
【００８４】
次に、図１０に示すように、狭められた状態の溝５２０の開口位置近傍に、溝５２０を塞ぐ状態で収縮材料５３０を付着させる。例えば、収縮材料５３０が熱収縮インクの場合には、熱収縮インクを印刷または塗布する。
【００８５】
その後、付着させた収縮材料５３０が固まらないうちに、図１０中の矢印Ｒ１，Ｒ２に示す如く、シート状部材５１１を平坦な状態に戻して溝５２０を拡げる。これにより、図８に示すように、溝５２０の内部に空洞部５４０が形成される。
【００８６】
このような第５実施形態によれば、前記第１，第２実施形態と同様な効果を得ることができるうえ、溝５２０を形成しておき、シート状部材５１１を折り曲げて溝５２０を狭めてから収縮材料５３０を付着し、再び、シート状部材５１１を平坦な状態に戻すだけで、空洞部５４０を容易に形成することができるので、例えば、レーザ照射により空洞部を形成する場合等に比べ、シート状部材５１１のアクチュエータ５１０を低コストで実現することができる。
【００８７】
［第６実施形態］
図１１は、第６実施形態のシート状部材のアクチュエータ６１０の構成を示す断面図である。
【００８８】
図１１において、シート状部材６１１の表面６１２には、折り位置に沿って収縮材料６３０が付着されている。シート状部材６１１は、例えば紙等であり、収縮材料６３０は、例えば熱収縮インク等である。シート状部材６１１のうち収縮材料６３０を付着した部位には、空洞部６４０が形成されている。この空洞部６４０は、シート厚さ方向についての表面６１２寄りの位置に配置されている。なお、空洞部６４０の断面形状は、図示の例では、略楕円形状であるが、これに限定されず任意であり、例えば、逆三角形状、逆台形状等としてもよい。
【００８９】
収縮材料６３０は、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して収縮する。例えば、収縮材料６３０が熱収縮インクである場合には、加熱すると収縮する。そして、この収縮材料６３０の収縮作用により、空洞部６４０の容積が減少し、シート状部材６１１は、空洞部６４０の形成箇所で、図１１中の２点鎖線で示すように、収縮材料６３０の付着面側が内側になる状態で折れ曲がるようになっている。従って、シート状部材６１１の表面６１２に付着された収縮材料６３０と、シート状部材６１１に形成された空洞部６４０とにより、シート状部材６１１を変形させるアクチュエータ６１０が構成されている。
【００９０】
このような第６実施形態においては、以下のようにしてシート状部材６１１のアクチュエータ６１０が製造される。図１２は、シート状部材６１１のアクチュエータ６１０の製造方法の説明図である。
【００９１】
先ず、図１２に示すように、折り位置に沿ってシート状部材６１１の表面６１２に収縮材料６３０を付着させる。例えば、収縮材料６３０が熱収縮インクの場合には、熱収縮インクを印刷または塗布する。
【００９２】
次に、図１２中の矢印Ｓの如く、レーザの焦点を空洞部６４０を形成する位置に合わせてレーザ照射を行う。これにより、図１１に示すように、シート状部材６１１に空洞部６４０が形成される。
【００９３】
このような第６実施形態によれば、前記第１，第２実施形態と同様に、簡易な構造でアクチュエータ６１０を実現できるという効果、変形するシート状部材６１１を比較的安価に作ることができるという効果、軽量なアクチュエータ６１０を実現でき、変形するシート状部材６１１を用いた軽量な製品や商品を実現できるという効果がある。
【００９４】
［他の実施形態］
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲内での変形等は本発明に含まれるものである。
【００９５】
すなわち、前記第４実施形態では、図７に示すように、切れ目４５０と同じ位置に、反対側の切れ目４５１を入れたが、図１３に示すように、収縮材料７０１の付着位置近傍の切れ目７０２とは異なる位置に、反対側の切れ目７０３，７０４を入れるようにしてもよい。このようにした場合には、深い切れ目７０２を入れることができ、大きな空洞部７０５を形成することができる。
【００９６】
また、前記第１実施形態の溝２０（図１参照）および前記第３実施形態の溝３２０Ａ（図５参照）の各断面形状は、略Ｖ字状部分のみとなっていたが、例えば、図１４に示すように、略Ｖ字状部分に加えてＶ字の開口部分の少なくとも一部を塞ぐ状態に形成された蓋部分７１２を設けてもよい。このようにした場合には、溝７１１の内部に挿入された膨張材料７１３が膨張したときに、膨張材料７１３が溝７１１の外部に出てしまう量を抑えることができ、膨張材料７１３の膨張量のうちシート状部材７１４の変形に寄与する量を多くすることができ、効率的なアクチュエータを実現することができる。
【００９７】
さらに、図１５に示すように、溝７２１が形成された面７２２とは反対側の面７２３に、マイクロ波加熱により発熱する発熱シート７２４を付着してもよい。発熱シート７２４としては、例えば、電気抵抗の大きい金属箔等を用いることができる。このようにした場合には、例えば電子レンジ等で加熱された発熱シート７２４の熱が、溝７２１の内部に挿入された膨張材料または収縮材料に伝わるので、膨張材料の膨張作用または収縮材料の収縮作用が助長され、シート状部材７２５の変形促進を図ることができる。また、シート状部材７２５の変形を容易にするために、発熱シート７２４を図中Ｃの位置で折り位置に沿って分割してもよい。この際、分割個所に隙間をあけてもよい。
【００９８】
そして、本発明のアクチュエータを複数並べて配置する場合には、前記第３実施形態の場合（図５参照）のように、全てのアクチュエータをシート状部材が同じ方向に曲がるように配置する必要はなく、例えば、膨張材料を挿入した溝を、シート状部材の表裏面に断面上で見て千鳥状に配置することにより、シート状部材を蛇のような断面形状に変形させたり、鋸刃の刃先形状のようなギザギザの断面形状に変形させてもよい。
【００９９】
また、前記第４実施形態の空洞部４４０（図６参照）は、図７に示すように、切れ目４５０を入れてシート状部材４１１を引っ張ることにより形成されていたが、図６に示すような断面形状の空洞部４４０を、前記第６実施形態の場合（図１１参照）と同様に、レーザ照射により形成してもよい。
【０１００】
さらに、前記各実施形態では、シート状部材の用途は、特に記載されていないが、本発明のアクチュエータにより実現される、変形するシート状部材の用途は任意である。例えば、弁当箱のような食品容器としてもよく、この場合には、常温では箱状になって食品を収容している容器を、電子レンジ等により食品ごと加熱すると、中に入っている食品が温まり、その熱が膨張材料や収縮材料に伝わって箱状になっているシート状部材が開き、皿状に変形する例等を挙げることができる。
【０１０１】
また、図１６に示すように、本の付録等として用いられる紙製玩具としてもよい。図１６の例では、シート状部材である紙で作られた紙製玩具７３０は、複数本（ここでは、一例として４本とする。）の足７３１および１本の尾７３２を備えた生き物を模倣した玩具である。４本の足７３１の各々には、溝およびこの溝に挿入された発泡インク等の膨張材料からなる複数（図示の例では、３つ）の線状のアクチュエータ７３３が設けられている。また、尾７３２には、溝およびこの溝に挿入された熱収縮インク等の収縮材料からなる複数（図示の例では、４つ）の線状のアクチュエータ７３４が設けられている。
【０１０２】
紙製玩具７３０を、例えばドライヤ等を用いて加熱すると、図１７に示すように、アクチュエータ７３３により４本の足７３１がそれぞれ全体的に丸まり、アクチュエータ７３４により尾７３２も全体的に丸まる。そして、４本の足７３１と尾７３２の丸まる方向は、膨張材料と収縮材料の相違により逆方向となる。
【０１０３】
なお、４本の足７３１において、膨張材料によるアクチュエータ７３３を設けた面とは反対側の面に、収縮材料によるアクチュエータを設けた場合にも、４本の足７３１は、同じ方向に丸まる。同様に、尾７３２において、収縮材料によるアクチュエータ７３４を設けた面とは反対側の面に、膨張材料によるアクチュエータを設けた場合にも、尾７３２は、同じ方向に丸まる。
【０１０４】
そして、このように本発明のアクチュエータにより変形させる部分は、足や尾に限らず、頭や首、腕や手、手や足の指、鼻、耳、口、髪の毛、角、羽、鰭、葉等のように生き物の様々な可動パーツに適用することができる。また、紙製玩具により模倣される対象となる生き物は、例えば、人間、動物、植物、鳥類、魚類、昆虫類、微生物、細菌等の実在のものの他、怪獣、宇宙人、お化け、アニメの主人公等の仮想的なものも含む。
【０１０５】
また、上記の図１６の紙製玩具７３０において、溝が形成されていない紙表面にも発泡インク等の膨張材料を印刷または塗布等により付着しておき、膨張材料の膨張作用により、紙の表面にイボ状やウロコ状等の凸部が形成されるようにしてもよい。これにより、生き物を、よりリアルに表現することができる。
【０１０６】
さらに、上記の図１６の紙製玩具７３０において、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して変色する変色材料を、紙の表面に付着することにより、例えば、加熱すると変色するインクを印刷または塗布すること等により、生き物の肌の色や目の色等を変化させてもよい。これにより、色彩の変化する楽しい紙製玩具７３０を提供することができる。
【０１０７】
そして、上記の図１６の紙製玩具７３０等において、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して香りや臭いを発生する芳香材料（インク等）を、紙の表面に付着してもよい。これにより、形状変化や色彩変化に加え、香りや臭いを楽しむことができる紙製玩具を提供することができる。
【０１０８】
また、本発明のシート状部材のアクチュエータの平面的な配置（シート状部材に沿う面で見た場合の配置）は、直線的な配置（例えば、図１６に示されている状態の配置等）に限定されるものではなく、曲線的な配置であってもよく、角部があってもよく、アクチュエータ同士が交差（交差角度は、直角に限らず、任意である。）していてもよく、あるいはこれらの組合せ等であってもよく、シート状部材を変形させたい形状に応じてアクチュエータの配置を定めればよい。
【０１０９】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明によれば、シート状部材に溝または空洞部を形成し、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して膨張する膨張材料または収縮する収縮材料を溝の内部に挿入するか、または空洞部の形成位置近傍のシート状部材の表面に収縮材料を付着するので、軽量かつ簡易な構造で、しかも安価にシート状部材の変形を実現することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図２】第１実施形態のシート状部材の変形後の状態を示す断面図。
【図３】本発明の第２実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図４】第２実施形態のシート状部材の変形後の状態を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図６】本発明の第４実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図７】第４実施形態のシート状部材のアクチュエータの製造方法を示す説明図。
【図８】本発明の第５実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図９】第５実施形態のシート状部材のアクチュエータの製造方法を示す説明図。
【図１０】第５実施形態のシート状部材のアクチュエータの製造方法を示す別の説明図。
【図１１】本発明の第６実施形態のシート状部材のアクチュエータの構成を示す断面図。
【図１２】第６実施形態のシート状部材のアクチュエータの製造方法を示す説明図。
【図１３】第４実施形態についての変形の形態を示す断面図。
【図１４】本発明の変形の形態を示す断面図。
【図１５】本発明の別の変形の形態を示す断面図。
【図１６】本発明を利用した紙製玩具を示す構成図。
【図１７】前記紙製玩具の変形後の状態を示す斜視図。
【符号の説明】
１０，２１０，３１０Ａ，３１０Ｂ，４１０，５１０，６１０，７３３，７３４アクチュエータ
１１，２１１，３１１，４１１，５１１，６１１，７１４，７２５紙等のシート状部材
１２，１３，２１２，２１３，３１２，３１３，４１２，４１３，５１２，６１２，７２２，７２３シート状部材の表裏面
２０，２２０，３２０Ａ，３２０Ｂ，４２０，５２０，７１１，７２１溝
３０，３３０Ａ，７１３発泡インク等の膨張材料
２３０，３３０Ｂ，４３０，５３０，６３０，７０１熱収縮インク等の収縮材料
４４０，５４０，６４０，７０５空洞部
４５０，７０２切れ目
７２４発熱シート[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sheet-like member actuator for deforming a sheet-like member and a method for manufacturing the same, and can be used, for example, for paper food containers and toys.
[0002]
[Background Art]
In recent years, many types of actuators based on new principles have been developed. Examples include microactuators, flexible microactuators, actuators using piezoelectric elements, giant magnetostrictive actuators, thermal actuators, shape memory alloy actuators, ultrasonic actuators, polymer actuators, optical actuators, laser light actuators, ion drag actuators, and the like. Can be
[0003]
Among them, as the polymer actuator, two types of technologies, an ion conduction actuator and a conductive polymer actuator, have been developed (see Non-Patent Document 1). The ion-conducting actuator is a flexible actuator element made of a polymer and a metal material, and can move quickly with a low voltage of about 2 volts, thereby realizing a biomimetic movement, a robot hand, and the like. Conductive polymer actuators utilize the property of expanding and contracting when a current is applied to a conductive polymer.Since they generate a large force and are lightweight, they are expected to be applied as actuators that replace conventional electric motors. I have.
[0004]
[Non-patent document 1]
E-Mex Co., Ltd., “Polymer Actuator”, [online], E-Mex Co., Ltd. homepage, [searched March 25, 2003], Internet <URL: http: // www. eamex. co. jp / tech. html>
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the various actuators described above are applied to various uses such as toys, arts, power sources such as robot fingers and arms, and medical devices. In this case, as long as the object to be moved by the actuator is a product or a product, regardless of which actuator is used, the desired movement as the object is achieved, the manufacturing cost is reduced, the structure is simplified, and the weight is reduced. Etc. becomes a problem. In other words, when making a moving product or product, it is necessary to select an actuator that can achieve a manufacturing cost, a structure, a weight, or the like that is appropriate for the purpose of the product or product. For example, in the case of toys, the production cost is usually controlled so that the parent can easily contribute to the child, and the structure and weight of the toy can be easily and safely handled by the child. It needs to be finished into a product.
[0006]
However, the various actuators described above are not necessarily sufficient from the viewpoint of providing a lighter product or product with a simpler structure and a lower price. For example, if the above-mentioned polymer actuator is used, it is possible to provide a product or the like that mimics the movement of a living thing, but it is necessary to secure a power supply because the movement is electrically controlled, which complicates the structure and costs. In view of this, there is a problem that it is not necessarily suitable for use in products such as simple toys and art that can be easily obtained.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sheet-like member actuator which can be deformed at a low cost with a lightweight and simple structure, and a method of manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the actuator for a sheet-shaped member according to the present invention, a groove is formed along a folding position on at least one of the front and back surfaces of the sheet-shaped member, and a change in an external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside. The expansion material or the contraction material that expands and contracts in response to the above is inserted into the inside of the groove.
[0009]
Here, the “sheet-like member” includes, for example, various materials such as paper, resin, wood, rubber, and glass. In short, the “sheet-like member” has a certain degree of hardness and a certain shape (plane shape). ) Can be used as long as the material can hold). Further, it is not always necessary to be flat, and it may be curved. The same applies to the following inventions.
[0010]
Further, the “folding position” may be a position where a fold is to be formed from now on, or a fold position where the fold has already been folded. Therefore, the sheet-shaped member actuator of the present invention is in a flat state where it is not folded (however, the “flat state” here means that it is not a corner, and a state where curved surfaces are smoothly continuous with each other. ), A sheet member that is already folded is deformed in a direction to return it to a flat state, and a sheet member that is already folded is separated. (Including a case where the angle is increased and a case where the angle is decreased) are included. The same applies to the following inventions.
[0011]
Further, the “change in the external environment” includes, for example, changes in temperature, humidity, atmospheric pressure, water temperature, water pressure, concentrations of various substances in the air and liquid, and the like. The “physical stimulus received from the outside” includes, for example, stimulus due to electricity, magnetism, light, heat, sound, radiation, pressure, or the like. Reacting to the "chemical stimulus received from the outside" includes, for example, causing a chemical change by reacting with a chemical substance. The same applies to the following inventions.
[0012]
The “insertion into the groove” includes, for example, performing printing, coating, sticking, baking, spraying, welding, fusing, bonding, and the like.
[0013]
In such a sheet-shaped member actuator of the present invention, the environment around the sheet-shaped member, that is, the environment around the inflatable material or the shrinkable material changes, or the expandable material or the shrinkable material is physically changed from the outside. When a stimulus or chemical stimulus is applied, the expandable material inserted inside the groove expands or contracts, so that the groove is expanded or narrowed to change the cross-sectional shape of the groove. Along with this, the sheet-like member also deforms with the groove forming position as a fold.
[0014]
For this reason, a sheet-shaped member actuator that deforms the sheet-shaped member is realized with a simple structure in which a groove is formed in the sheet-shaped member and an inflating material or a contracting material is simply inserted.
[0015]
Also, unlike the polymer actuator described above, there is no need to secure a power supply for controlling the movement, which simplifies the structure in this respect and makes it possible to produce a deformable sheet member at low cost. It becomes.
[0016]
Furthermore, since the groove formed in the sheet-like member is a combination of the expansion material or the contraction material, the actuator itself is lightweight, and the sheet-like member to be moved can also be made of, for example, paper. It is possible to realize a lightweight product or product, which achieves the above-mentioned object.
[0017]
Note that the amount of deformation (bending angle) of the sheet-like member at the location where one groove is formed can be adjusted by the size of the groove or the amount of expansion material or contraction material inserted.
[0018]
Further, in the above-described sheet-shaped member actuator, an expanding material is inserted into a groove formed on one surface of the front and back surfaces of the sheet-shaped member, and is inserted into a groove formed on the other surface. It is preferable that the grooves into which the contraction material is inserted and the expansion material and the contraction material are respectively inserted are arranged close to each other.
[0019]
If the expansion material and the contraction material are provided on the opposite sides of the front and back surfaces of the sheet member in this manner, the amount of deformation of the sheet member can be increased.
[0020]
Furthermore, in the above-described sheet-shaped member actuator, it is preferable that the cross-sectional shape of the groove is a shape including a substantially V-shaped portion.
[0021]
Here, the “shape including a substantially V-shaped portion” is not limited to a shape having only a substantially V-shaped portion, but, for example, a lid that covers at least a part of an opening portion of a groove in addition to the substantially V-shaped portion. A portion (for example, in the case of FIG. 14 described later) may be provided, or a substantially V-shaped portion may be combined to form a substantially W-shaped portion. In short, at least one substantially V-shaped portion is provided. It is only necessary to include it. Since the groove is “substantially” V-shaped, for example, the bottom of the groove (the intersection of the V-shape) may be a flat surface or a rounded surface, or the side portions (V (A slope portion of a letter) may be stepped.
[0022]
When the cross-sectional shape of the groove is formed to include a substantially V-shaped portion in this manner, a force generated by expansion of the inflatable material or contraction of the shrinkable material is applied to the side portions (the V-shaped slope portions) on both sides of the groove. Since it acts in a direction of increasing or decreasing the angle of the V-shape, smooth deformation of the sheet-like member is realized.
[0023]
In the above-described sheet-shaped member actuator, it is preferable that a heating sheet that generates heat by microwave heating is attached to a surface opposite to the surface on which the groove is formed.
[0024]
Here, the “heating sheet that generates heat by microwave heating” is, for example, a metal foil having a large electric resistance, a sheet containing moisture, or the like.
[0025]
In the case where a heat generating sheet that generates heat by microwave heating is provided on the surface opposite to the surface on which the groove is formed in this way, heat of the heat generating sheet heated by, for example, a microwave oven is inserted into the groove. As a result, the expansion action of the expansion material or the contraction action of the contraction material is promoted, and the deformation of the sheet-like member is promoted.
[0026]
Further, in the actuator of the sheet-shaped member of the present invention, a shrinkable material that contracts in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside along the folding position is attached to the surface of the sheet-shaped member. A cavity is formed at a portion of the sheet-shaped member to which the shrinkable material is attached, and the cavity is arranged at a position near a surface where the shrinkable material is attached in the sheet thickness direction. is there.
[0027]
Here, the term “attachment” includes, for example, printing, coating, sticking, baking, spraying, welding, fusing, bonding, and the like.
[0028]
Further, the “hollow portion” is formed by, for example, making a cut as described later and pulling the sheet-like member before the shrinkable material hardens (for example, in the case of FIGS. 6 and 13 described later). Etc.), formed by attaching the shrinkable material in a state where the sheet-like member having the groove formed therein is bent and then returning the sheet-like member to a flat state before the shrinkage material solidifies (for example, FIG. Case), a material formed by embedding a substance whose volume decreases when dried into a sheet-like member, and the like formed by laser irradiation (for example, the case of FIG. 11 described below). The method is optional.
[0029]
In such a sheet-shaped member actuator of the present invention, the environment around the sheet-shaped member, that is, the environment around the shrinkable material changes, or a physical or chemical stimulus is applied to the shrinkable material from outside. When added, the shrinkable material attached to the surface of the sheet-like member shrinks, the portions of the sheet-like member located on both sides of the cavity are drawn together, the volume of the cavity is reduced, and the cross-sectional shape of the cavity is reduced. Changes. Along with this, the sheet-like member is also deformed with the formation position of the hollow portion as a fold.
[0030]
For this reason, as in the case where the shrinkable material is inserted into the above-described groove, a sheet-shaped member actuator that deforms the sheet-shaped member is realized with a simple structure, and a lightweight product using the deformable sheet-shaped member is realized. And products can be manufactured inexpensively, thereby achieving the above object.
[0031]
In the above-described actuator of the sheet-like member, the material of the sheet-like member, the expansion material, and the contraction material are arbitrary. However, from the viewpoints of easy handling, light weight, easy manufacturing, cost reduction, and the like. From this, it is preferable that the sheet-shaped member is paper and the expanding material is foamed ink, and it is preferable that the sheet-shaped member is paper and the shrinking material is heat-shrinkable ink.
[0032]
Here, “foamed ink” is ink that foams and expands three-dimensionally when heat is applied. “Heat-shrinkable ink” is ink that shrinks when heat is applied.
[0033]
The present invention also relates to a method of manufacturing the above-described sheet-like member actuator (in the case where a hollow portion is provided in the sheet-like member in the vicinity of a portion where the shrinkable material is attached), wherein the sheet-like member is cut along the folding position from the surface of the sheet-like member After making a cut of a depth that does not penetrate the sheet-like member, the shrinkable material is attached to the upper side of the cut, and then the sheet-like member is moved along the sheet surface before the attached shrinkable material hardens. The cavity is formed by expanding the cut by pulling in the direction.
[0034]
In the method of manufacturing an actuator for a sheet-like member according to the present invention, it is possible to easily form the cavity simply by making a cut and attaching the shrinkable material and then pulling the sheet-like member. . For this reason, for example, it becomes possible to realize the actuator of the sheet-like member at low cost as compared with the case where the cavity is formed by laser irradiation.
[0035]
Further, the present invention relates to a method for manufacturing the above-mentioned actuator for a sheet-like member (in the case where a hollow portion is provided in a sheet-like member near a site where a shrinkable material is attached), wherein a groove is formed on the surface of the sheet-like member along a folding position. After forming the sheet-like member, the groove is narrowed by bending the sheet-like member at the location where the groove is formed, and then the contraction material is adhered in a state of closing the groove near the opening position of the groove in the narrowed state, and then, It is characterized in that a cavity is formed inside the groove by returning the sheet-like member to a flat state and expanding the groove before the contracted material is hardened.
[0036]
Here, “after bending to make the groove narrowed” includes both of bending to a state where the groove is completely closed and bending of the groove to a state where a gap remains.
[0037]
In such a method of manufacturing the actuator of the sheet-like member of the present invention, a groove is formed, the sheet-like member is bent to narrow the groove, a contraction material is attached, and the sheet-like member is again placed in a flat state. By simply returning to, the cavity can be easily formed. For this reason, for example, it becomes possible to realize the actuator of the sheet-like member at low cost as compared with the case where the cavity is formed by laser irradiation.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-shaped member actuator 10 according to the first embodiment.
[0040]
In FIG. 1, a sheet-like member 11 has one or a plurality of grooves 20 that are opened on a sheet surface 12. In addition, an expanding material 30 is inserted into each groove 20. The sheet-like member 11 is, for example, paper or the like, and the expanding material 30 is, for example, foamed ink or the like. FIG. 1 shows a state in which three grooves 20 are arranged at relatively narrow intervals. However, the number and the arrangement interval of the grooves 20 are arbitrary, and for example, the sheet-like member 11 may be deformed. What is necessary is just to determine suitably according to the objectives, such as the quantity to be made and the shape to be obtained after deformation.
[0041]
When the expansion material 30 is, for example, foamed ink, the expansion material 30 is printed or applied to the inside of the groove 20 of the sheet-like member 11 or in the vicinity of the groove 20 and is attached to the sheet-like member 11. In FIG. 1, the expansion material 30 is attached not only to the inside of the groove 20 but also to the position on the sheet surface 12 around the groove 20 so as to protrude from the groove 20. May be adhered only to the inside of the.
[0042]
In this embodiment, the cross-sectional shape of the groove 20 is substantially V-shaped as shown in the figure, the side portions 21 on both sides of the groove 20 are inclined surfaces, and the bottom portion 22 of the groove 20 is a flat surface. Note that the bottom surface of the groove 20 is not a flat surface, but may be, for example, a curved surface, or the slopes of the side portions on both sides may intersect.
[0043]
On the back surface 13 (the surface opposite to the surface where the groove 20 is opened) of the sheet-like member 11, a convex portion 14 having a substantially trapezoidal cross section is provided at a position where the groove 20 is formed, corresponding to the groove 20. I have. Note that the back surface 13 of the sheet-shaped member 11 may be a flat surface without providing the protrusions 14.
[0044]
FIG. 2 shows a state after the deformation of the sheet-like member 11. In a normal state (for example, a state where the sheet member is placed at normal temperature), the sheet-like member 11 is flat as shown in FIG. 1, but the external environment changes or a physical or chemical stimulus is applied from the outside. When it receives (for example, when heated), it deforms as shown in FIG.
[0045]
In FIG. 2, the expansion material 30 expands at a location where each groove 20 is formed in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside. For example, when the expansion material 30 is a foamed ink, when expanded, it foams and expands three-dimensionally. Then, due to the expanding action of the expanding material 30, the side portions 21 on both sides of each groove 20 are pushed and expanded, and the angle of the V-shape is expanded. Is bent in a state in which the side of the surface of the is outside. Therefore, the actuator 10 for deforming the sheet-like member 11 is constituted by the groove 20 formed in the sheet-like member 11 and the expansion material 30 inserted into the groove 20.
[0046]
In the example of FIG. 2, three grooves 20 are arranged at relatively narrow intervals, and as a result of bending in each of the grooves 20, the sheet-like member 11 after deformation is curved as a whole. It has a shape. Therefore, the angle at which the sheet-like member 11 can be changed at each folding position by the actuator 10 composed of one groove 20 and the expansion material 30 inserted therein is less than 90 degrees in the example of FIG. It is. However, the bending angle (maximum deformation angle) in each groove 20 is not limited to this, and may be 90 degrees or an angle exceeding 90 degrees. It can be adjusted by the insertion amount of the expansion material 30.
[0047]
When a material that does not return to its original state once expanded, such as foamed ink, is used as the expansion material 30, for example, the state is changed from the state of FIG. 1 to the state of FIG. Although it does not return, a material that returns to the original volume may be used as the expansion material 30 to return from the state of FIG. 2 to the state of FIG.
[0048]
According to the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, the actuator 10 that deforms the sheet-like member 11 can be realized with a simple structure in which the groove 20 is formed in the sheet-like member 11 and the expansion material 30 is simply inserted.
[0049]
Also, unlike the polymer actuator described above, there is no need to secure a power supply for controlling the movement, so that the structure can be simplified also in this respect, and the deformable sheet-like member 11 can be manufactured at low cost. be able to.
[0050]
Furthermore, since the groove 20 formed in the sheet-like member 11 is combined with the expansion material 30, the actuator 10 itself is lightweight, and the sheet-like member 11 to be moved can be, for example, paper. Therefore, a lightweight product or product can be realized.
[0051]
Since the cross-sectional shape of the groove 20 is substantially V-shaped, the force generated by the expansion action of the expansion material 30 is efficiently transmitted to the side portions 21 on both sides of the groove 20 to increase the angle of the V-shape. be able to. For this reason, smooth deformation of the sheet-like member 11 can be realized.
[0052]
[Second embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the sheet-shaped member actuator 210 according to the second embodiment.
[0053]
In FIG. 3, one or a plurality of grooves 220 opening in the sheet surface 212 are formed in the sheet-like member 211 as in the case of the first embodiment. On the other hand, unlike the first embodiment, a shrinkable material 230 is inserted into each groove 220. The sheet-like member 211 is, for example, paper or the like, and the shrinkable material 230 is, for example, heat-shrinkable ink or the like. FIG. 3 shows a state in which three grooves 220 are arranged at relatively narrow intervals, as in the case of FIG. 1 described above. It is arbitrary as in the case of the first embodiment, and may be appropriately determined according to the purpose such as the amount of the sheet-like member 211 to be deformed and the shape to be obtained after the deformation.
[0054]
When the shrinkable material 230 is, for example, a heat-shrinkable ink, the shrinkable material 230 is printed or applied to the inside of the groove 220 of the sheet-like member 211 or in the vicinity of the groove 220 and is attached to the sheet-like member 211. In FIG. 3, similarly to the case of FIG. 1 described above, the shrinkable material 230 is positioned not only inside the groove 220 but also outside the groove 220 so that the position of the sheet surface 212 around the groove 220 extends. , But may be attached only to the inside of the groove 220.
[0055]
In the present embodiment, the cross-sectional shape of the groove 220 is substantially V-shaped as shown in FIG. 3 as in the case of FIG. 1 described above. The part 222 is a flat surface. Note that the bottom surface of the groove 220 is not a flat surface, but may be, for example, a curved surface, or the slopes of the side portions on both sides may intersect.
[0056]
As in the case of the first embodiment, the back surface 213 of the sheet-like member 211 (the surface opposite to the surface on which the groove 220 is opened) is substantially formed at the location where the groove 220 is formed, corresponding to the groove 220. A projection 214 having a trapezoidal cross section is provided. Note that the rear surface 213 of the sheet-like member 211 may be a flat surface without providing the projection 214.
[0057]
FIG. 4 shows a state after the deformation of the sheet-like member 211. In a normal state (for example, a state where the sheet member is placed at normal temperature), the sheet-shaped member 211 is flat as shown in FIG. When it receives (for example, when heated), it deforms as shown in FIG.
[0058]
In FIG. 4, the shrinkable material 230 shrinks at a location where each groove 220 is formed in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside. For example, if the shrinkable material 230 is a heat-shrinkable ink, it shrinks when heated. Then, due to the contraction action of the contraction material 230, the side portions 221 on both sides of each groove 220 are attracted to each other, and the angle of the V-shape is narrowed. It bends with the formation surface side inside. Accordingly, the actuator 210 that deforms the sheet-like member 211 is constituted by the groove 220 formed in the sheet-like member 211 and the shrinkable material 230 inserted into the groove 220.
[0059]
In the example of FIG. 4, similarly to the case of FIG. 2 described above, three grooves 220 are arranged at relatively small intervals, and as a result of bending in each of the grooves 220, the deformed sheet-like member is formed. 211 has a curved shape as a whole. Therefore, the angle at which the sheet-like member 211 can be changed at each folding position by the actuator 210 including one groove 220 and the contraction material 230 inserted therein is less than 90 degrees in the example of FIG. It is. However, the bending angle (maximum deformation angle) in each groove 220 is not limited to this, and may be 90 degrees or an angle exceeding 90 degrees. It can be adjusted by the insertion amount of the shrinkable material 230.
[0060]
When a material which does not return to its original state after being once shrunk, such as a heat shrinkable ink, is used as the shrinkable material 230, the state is changed from the state shown in FIG. 3 to the state shown in FIG. However, a material that returns to the original volume may be used as the shrinkable material 230 to return from the state of FIG. 4 to the state of FIG.
[0061]
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment, the effect that the actuator 210 can be realized with a simple structure, the effect that the deformable sheet-like member 211 can be manufactured at low cost, The effect that a lightweight actuator 210 can be realized and a lightweight product or product using the deformable sheet-shaped member 211 can be realized, and the cross-sectional shape of the groove 220 is substantially V-shaped so that the sheet-shaped member 211 can be smoothly deformed There is an effect that can be realized.
[0062]
[Third embodiment]
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the sheet-shaped member actuators 310A and 310B according to the third embodiment.
[0063]
In FIG. 5, the sheet member 311 is, for example, paper or the like as in the first and second embodiments. On one surface (upper surface in the illustrated example) 312 of the front and back surfaces of the sheet-like member 311, one or a plurality of grooves 320 A opening to the surface 312 are formed, and inside the grooves 320 A, An intumescent material 330A has been inserted. The expansion material 330A is, for example, a foamed ink or the like as in the case of the first embodiment. The groove 320A and the expanding material 330A constitute an actuator 310A. The groove 320A and the expansion material 330A are the same as the groove 20 and the expansion material 30 of the first embodiment (see FIG. 1), and the function and operation of the actuator 310A are the same as those of the actuator 10 of the first embodiment. (See FIG. 2), detailed description is omitted.
[0064]
The other surface (the lower surface in the illustrated example) 313 of the front and back surfaces of the sheet-like member 311 is formed with one or a plurality of grooves 320B opening to the surface 313, and inside the grooves 320B. , A shrink material 330B is inserted. The shrinkable material 330B is, for example, a heat-shrinkable ink, as in the case of the second embodiment. The groove 320B and the shrinkable material 330B form an actuator 310B. The groove 320B and the contraction material 330B are the same as the groove 220 and the contraction material 230 of the second embodiment (see FIG. 3), and the function and operation of the actuator 310B are the same as those of the actuator 210 of the second embodiment. (See FIG. 4), and a detailed description will be omitted.
[0065]
Further, in the example of FIG. 5, three grooves 320A formed on one surface 312 and three grooves 320B formed on the other surface 313 are alternately arranged. Further, these three grooves 320A and three grooves 320B are arranged near each other.
[0066]
In the third embodiment, the sheet member 311 is deformed as shown by a two-dot chain line in FIG. That is, the actuator 310A on the one surface 312 bends the sheet-like member 311 in a state where the surface on which the groove 320A is formed is outside due to the expansion action of the expansion material 330A. In addition, the actuator 310B on the other surface 313 bends the sheet-like member 311 in a state where the surface on which the groove 320B is formed is on the inside due to the contraction action of the contraction material 330B. Therefore, the sheet-like member 311 is curved as a whole as shown by a two-dot chain line in FIG. Note that the two-dot chain line in FIG. 5 is a line for indicating the overall deformed state, and illustration of the unevenness on the front and back surfaces of the sheet-like member 311 is omitted.
[0067]
According to the third embodiment, when viewing the individual actuators 310A and 310B, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained, and the following effects can be obtained.
[0068]
That is, on one surface 312 side, an actuator 310A by the expansion effect of the expansion material 330A is provided, and on the other surface 313 side, an actuator 310B by the contraction operation of the contraction material 330B is provided, and these are arranged close to each other. Therefore, the deformation effects of the actuators 310A and 310B overlap, and the amount of deformation of the sheet-like member 311 can be increased.
[0069]
In addition, since the actuators 310A and 310B, which are different types of actuators, are disposed adjacent to the opposite surface, when the same type of actuators are disposed adjacent to the same surface (actuator due to expansion action of the expansion material). When the actuators are arranged adjacent to each other on the same side surface, the actuators can be arranged closer to each other than when the actuators are arranged adjacent to each other on the same side surface due to the contraction action of the shrinkable material. That is, since the grooves are formed on the opposite surface, they can be arranged closer to each other. For this reason, when a plurality of actuators are arranged adjacent to each other in order to increase the amount of deformation, and a plurality of actuators are grouped to function as one actuator, the required number of actuators (the number according to the amount of deformation to be secured) is required. They can be arranged at even smaller intervals, and the desired amount of deformation can be achieved in a much smaller space.
[0070]
Therefore, from the viewpoint of obtaining the same deformation effect (amount of deformation) in a narrow space, as shown in FIG. 5, when six actuators are assembled, for example, a contraction material, an expansion material, a contraction material, an expansion material, a contraction material, It is desirable to alternately arrange different types of actuators, such as a material and an expansion material. In addition, instead of alternately arranging, for example, a shrinkable material, a shrinkable material, a shrinkable material, an inflatable material, an inflatable material, and an inflatable material may be arranged in this order. Since the arrangement interval is widened as compared with the arrangement, the sheet-like member is deformed in a state where it is bent gently.
[0071]
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a sheet-like member actuator 410 according to the fourth embodiment.
[0072]
In FIG. 6, a substantially V-shaped groove 420 is formed on the surface 412 of the sheet-like member 411. In the vicinity of the opening position of the groove 420, the groove 420 is wrapped around both sides of the groove 420 so as to close the groove 420. The shrinkable material 430 is attached in the state of being folded. The sheet-shaped member 411 is, for example, paper or the like, and the shrinkable material 430 is, for example, heat-shrinkable ink. The inside of the groove 420 is a cavity 440.
[0073]
The shrink material 430 shrinks in response to changes in the external environment or external physical or chemical stimuli. For example, if the shrinkable material 430 is a heat-shrinkable ink, it shrinks when heated. Then, due to the contraction action of the contraction material 430, the V-shaped angle of the groove 420 is reduced and the volume of the cavity 440 is reduced, and the sheet-like member 411 is located at the location where the cavity 440 is formed, as shown in FIG. As shown by the dotted line, the shrinkable material 430 is bent in a state where the attachment surface side is inside. Therefore, the actuator 410 that deforms the sheet-like member 411 is configured by the shrinkable material 430 attached to the surface 412 of the sheet-like member 411 and the cavity 440 formed in the sheet-like member 411.
[0074]
In the fourth embodiment, the actuator 410 of the sheet member 411 is manufactured as follows. FIG. 7 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the actuator 410 of the sheet member 411.
[0075]
First, as shown in FIG. 7, a cut 450 is made in the sheet-like member 411 from the surface 412 of the sheet-like member 411 along the folding position. Also, a cut 451 is made at the same position from the opposite surface 413. Therefore, the depth of the cut 450 is a depth that does not penetrate the sheet-like member 411.
[0076]
Next, the shrink material 430 is attached to the upper side of the cut 450. For example, if the shrink material 430 is a heat shrink ink, the heat shrink ink is printed or applied.
[0077]
Thereafter, before the attached shrinkable material 430 is hardened, the sheet-like member 411 is pulled in a direction along the sheet surface as indicated by arrows P1 and P2 in FIG. As a result, the cut 450 expands to a state of the groove 420 as shown in FIG. 6, and the cavity 440 is formed. At this time, the cut 451 on the opposite side also expands at the same time, and as shown in FIG. 6, a groove 420 is also formed on the opposite side.
[0078]
According to the fourth embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained. In addition, the slit 450 is formed, and the sheet-like member 411 is attached after the contraction material 430 is attached. Since the hollow portion 440 can be easily formed only by pulling, the actuator 410 of the sheet-shaped member 411 can be realized at low cost as compared with, for example, a case where the hollow portion is formed by laser irradiation.
[0079]
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-shaped member actuator 510 according to the fifth embodiment.
[0080]
In FIG. 8, a substantially V-shaped groove 520 is formed on the surface 512 of the sheet-shaped member 511. In the vicinity of the opening position of the groove 520, the groove 520 is wrapped around both sides of the groove 520 so as to close the groove 520. The shrink material 530 is adhered in the folded state. The sheet-shaped member 511 is, for example, paper or the like, and the shrinkable material 530 is, for example, heat-shrinkable ink. The inside of the groove 520 is a cavity 540.
[0081]
As in the case of the fourth embodiment (see FIG. 6), the V-shaped angle of the groove 520 is reduced due to the contraction action of the contraction material 530, and the volume of the cavity 540 is reduced. At the location where the hollow portion 540 is formed, as shown by the two-dot chain line in FIG. 8, the contraction material 530 is bent with the attachment surface side inside. Therefore, the actuator 510 that deforms the sheet-like member 511 is configured by the shrinkable material 530 attached to the surface 512 of the sheet-like member 511 and the cavity 540 formed in the sheet-like member 511.
[0082]
In the fifth embodiment, the actuator 510 of the sheet member 511 is manufactured as follows. 9 and 10 are explanatory diagrams of a method of manufacturing the actuator 510 of the sheet member 511.
[0083]
First, as shown in FIG. 9, a groove 520 is formed on the surface 512 of the sheet member 511. Subsequently, as shown by arrows Q1 and Q2 in FIG. 9, the sheet member 511 is bent to narrow the groove 520. Here, it is assumed that the groove 520 is bent until it is almost completely closed.
[0084]
Next, as shown in FIG. 10, a shrinkable material 530 is attached near the opening position of the groove 520 in a narrowed state while closing the groove 520. For example, when the shrink material 530 is a heat shrink ink, the heat shrink ink is printed or applied.
[0085]
Thereafter, before the adhered shrinkable material 530 hardens, the sheet member 511 is returned to a flat state as shown by arrows R1 and R2 in FIG. 10 to expand the groove 520. As a result, as shown in FIG. 8, a cavity 540 is formed inside the groove 520.
[0086]
According to the fifth embodiment, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained. In addition, the groove 520 is formed, and the sheet-shaped member 511 is bent to narrow the groove 520. The cavity 540 can be easily formed only by attaching the shrinkable material 530 from above and returning the sheet-shaped member 511 to a flat state again. Therefore, for example, compared with the case where the cavity is formed by laser irradiation, etc. Thus, the actuator 510 of the sheet member 511 can be realized at low cost.
[0087]
[Sixth embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-shaped member actuator 610 according to the sixth embodiment.
[0088]
In FIG. 11, a shrinkable material 630 is attached to the front surface 612 of the sheet member 611 along the folding position. The sheet member 611 is, for example, paper or the like, and the shrink material 630 is, for example, heat shrink ink or the like. A cavity 640 is formed in a portion of the sheet member 611 where the shrink material 630 is attached. The hollow portion 640 is disposed at a position closer to the surface 612 in the sheet thickness direction. The cross-sectional shape of the hollow portion 640 is a substantially elliptical shape in the illustrated example, but is not limited thereto, and may be any shape, for example, an inverted triangular shape or an inverted trapezoidal shape.
[0089]
The shrink material 630 shrinks in response to changes in the external environment or external physical or chemical stimuli. For example, if the shrinkable material 630 is a heat shrinkable ink, it shrinks when heated. Then, the volume of the cavity 640 is reduced by the contraction action of the contraction material 630, and the sheet-like member 611 is formed at the location where the cavity 640 is formed, as shown by a two-dot chain line in FIG. 11. It is designed to bend with the adhering surface side inside. Therefore, the actuator 610 that deforms the sheet-shaped member 611 is configured by the shrinkable material 630 attached to the surface 612 of the sheet-shaped member 611 and the hollow portion 640 formed in the sheet-shaped member 611.
[0090]
In the sixth embodiment, the actuator 610 of the sheet member 611 is manufactured as described below. FIG. 12 is an explanatory diagram of a method of manufacturing the actuator 610 of the sheet member 611.
[0091]
First, as shown in FIG. 12, a shrinkable material 630 is attached to the surface 612 of the sheet member 611 along the folding position. For example, if the shrink material 630 is a heat shrink ink, the heat shrink ink is printed or applied.
[0092]
Next, as shown by an arrow S in FIG. 12, laser irradiation is performed with the focus of the laser at the position where the cavity 640 is formed. Thereby, as shown in FIG. 11, a cavity 640 is formed in the sheet-like member 611.
[0093]
According to the sixth embodiment, similarly to the first and second embodiments, the effect that the actuator 610 can be realized with a simple structure, and the deformable sheet member 611 can be made relatively inexpensively. This has the effect that a lightweight actuator 610 can be realized, and a lightweight product or product using the deformable sheet member 611 can be realized.
[0094]
[Other embodiments]
Note that the present invention is not limited to the above embodiments, and modifications and the like within a range that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
[0095]
That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 7, the opposite cut 451 is formed at the same position as the cut 450, but as shown in FIG. 13, the cut 702 near the attachment position of the shrinkable material 701 is formed. The cuts 703 and 704 on the opposite side may be made at a position different from the above. In this case, a deep cut 702 can be formed, and a large hollow portion 705 can be formed.
[0096]
Further, each of the cross-sectional shapes of the groove 20 (see FIG. 1) of the first embodiment and the groove 320A (see FIG. 5) of the third embodiment has only a substantially V-shaped portion. As shown in FIG. 14, a lid portion 712 formed to close at least a part of the V-shaped opening may be provided in addition to the substantially V-shaped portion. In this case, when the expansion material 713 inserted into the groove 711 expands, the amount of the expansion material 713 coming out of the groove 711 can be suppressed, and the expansion amount of the expansion material 713 can be reduced. Among them, the amount contributing to the deformation of the sheet member 714 can be increased, and an efficient actuator can be realized.
[0097]
Further, as shown in FIG. 15, a heat generation sheet 724 that generates heat by microwave heating may be attached to a surface 723 opposite to the surface 722 where the groove 721 is formed. As the heat generation sheet 724, for example, a metal foil or the like having a large electric resistance can be used. In such a case, for example, the heat of the heat generating sheet 724 heated by a microwave oven or the like is transmitted to the expansion material or the contraction material inserted into the groove 721, so that the expansion action of the expansion material or the contraction of the contraction material is performed. The action is promoted, and the deformation of the sheet member 725 can be promoted. Further, in order to facilitate deformation of the sheet-shaped member 725, the heat generation sheet 724 may be divided at a position C in the figure along the folding position. At this time, a gap may be provided at the division.
[0098]
When a plurality of actuators of the present invention are arranged side by side, it is not necessary to arrange all the actuators so that the sheet-like members bend in the same direction as in the case of the third embodiment (see FIG. 5). For example, by arranging grooves in which an inflating material is inserted in a zigzag manner on the front and back surfaces of the sheet-like member when viewed in cross section, the sheet-like member can be deformed into a snake-like cross-sectional shape, or the cutting edge of a saw blade can be used. You may deform | transform into a jagged cross-sectional shape like a shape.
[0099]
The cavity 440 (see FIG. 6) of the fourth embodiment is formed by making a cut 450 and pulling the sheet-like member 411 as shown in FIG. 7, but as shown in FIG. The cavity 440 having a cross-sectional shape may be formed by laser irradiation as in the case of the sixth embodiment (see FIG. 11).
[0100]
Further, in each of the above embodiments, the use of the sheet member is not particularly described, but the use of the deformable sheet member realized by the actuator of the present invention is arbitrary. For example, a food container such as a lunch box may be used.In this case, when the container containing the food in a box shape at normal temperature is heated together with the food using a microwave oven or the like, the food contained therein is removed. When the sheet is heated, the heat is transmitted to the expansion material or the contraction material, and the box-shaped sheet-shaped member is opened and deformed into a dish shape.
[0101]
Further, as shown in FIG. 16, a paper toy used as an appendix to a book or the like may be used. In the example of FIG. 16, a paper toy 730 made of paper as a sheet-like member is a creature having a plurality of (here, four as an example) feet 731 and one tail 732. It is a toy that imitates. Each of the four legs 731 is provided with a plurality of (three in the illustrated example) linear actuators 733 made of a groove and an expanding material such as foamed ink inserted into the groove. The tail 732 is provided with a groove and a plurality (four in the illustrated example) of linear actuators 734 made of a contractive material such as heat-shrinkable ink inserted into the groove.
[0102]
When the paper toy 730 is heated using, for example, a dryer or the like, as shown in FIG. 17, the four legs 731 are entirely rounded by the actuator 733, and the tail 732 is also entirely rounded by the actuator 734. The directions in which the four legs 731 and the tail 732 are rounded are opposite directions due to the difference between the inflatable material and the contractive material.
[0103]
It should be noted that the four legs 731 are also rounded in the same direction when an actuator made of a contractive material is provided on a surface of the four legs 731 opposite to a surface provided with the actuator 733 made of an expanding material. Similarly, when an actuator made of an expanding material is provided on the surface of the tail 732 opposite to the surface provided with the actuator 734 made of the contracting material, the tail 732 also rounds in the same direction.
[0104]
And the part deformed by the actuator of the present invention is not limited to the foot and tail, but is the head and neck, the arm and hand, the finger of the hand and foot, the nose, the ear, the mouth, the hair, the horn, the wings, the fin, It can be applied to various movable parts of living things such as leaves. In addition, creatures to be imitated by paper toys are, for example, real things such as humans, animals, plants, birds, fish, insects, microorganisms, bacteria, etc., as well as monsters, aliens, ghosts, animation main characters. Etc. are also included.
[0105]
In addition, in the paper toy 730 of FIG. 16 described above, an inflating material such as foamed ink is attached to the surface of the paper where no grooves are formed by printing or coating, and the surface of the paper is expanded by the inflating action of the inflating material. A protrusion such as a warp or scale may be formed on the surface. Thereby, living things can be expressed more realistically.
[0106]
Further, in the paper toy 730 of FIG. 16 described above, by attaching a discoloration material that changes color in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside to the surface of the paper, for example, Then, the skin color, eye color, and the like of the creature may be changed by printing or applying ink that changes color. This makes it possible to provide a fun paper toy 730 whose color changes.
[0107]
Then, in the paper toy 730 or the like of FIG. 16 described above, an aromatic material (ink or the like) that generates a scent or a odor in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside is applied to the surface of the paper. May be adhered to. This makes it possible to provide a paper toy that can enjoy scent and smell in addition to shape change and color change.
[0108]
In addition, the planar arrangement of the actuator of the sheet-like member of the present invention (the arrangement when viewed from the surface along the sheet-like member) is a linear arrangement (for example, the arrangement shown in FIG. 16). However, the present invention is not limited to this, and may be a curved arrangement, a corner may be provided, and the actuators may intersect (the intersection angle is not limited to a right angle but may be arbitrary). Alternatively, the arrangement of the actuators may be determined according to the shape in which the sheet-like member is to be deformed.
[0109]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a groove or a cavity is formed in a sheet-like member, and an inflatable material or an inflatable material that expands in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside. Inserting the shrinkable material into the groove or attaching the shrinkable material to the surface of the sheet-like member near the position where the cavity is formed, realizes deformation of the sheet-like member with a lightweight and simple structure and at low cost. There is an effect that can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-shaped member actuator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a state after deformation of the sheet-like member of the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-shaped member actuator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a state after deformation of a sheet-like member according to a second embodiment.
FIG. 5 is a sectional view showing a configuration of a sheet-like member actuator according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a sheet-like member actuator according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory view showing a method for manufacturing a sheet-like member actuator according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a sheet-like member actuator according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view illustrating a method for manufacturing a sheet-like member actuator according to a fifth embodiment.
FIG. 10 is another explanatory view showing the method for manufacturing the actuator of the sheet-like member according to the fifth embodiment.
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of an actuator of a sheet-like member according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an explanatory view illustrating a method for manufacturing a sheet-like member actuator according to a sixth embodiment.
FIG. 13 is a sectional view showing a modification of the fourth embodiment.
FIG. 14 is a sectional view showing a modification of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing another modification of the present invention.
FIG. 16 is a configuration diagram showing a paper toy utilizing the present invention.
FIG. 17 is a perspective view showing a state of the paper toy after deformation.
[Explanation of symbols]
10, 210, 310A, 310B, 410, 510, 610, 733, 734 Actuator
11, 211, 311, 411, 511, 611, 714, 725 Sheet-like member such as paper
12, 13, 212, 213, 312, 313, 412, 413, 512, 612, 722, 723 Front and back of sheet member
20, 220, 320A, 320B, 420, 520, 711, 721 Groove
30,330A, 713 Expanding material such as foamed ink
230, 330B, 430, 530, 630, 701 Shrinkable material such as heat shrinkable ink
440, 540, 640, 705 cavity
450,702 break
724 heat generation sheet

Claims

シート状部材の表裏面のうちの少なくとも一方の面に、折り位置に沿って溝が形成され、外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して膨張する膨張材料または収縮する収縮材料が、前記溝の内部に挿入されたことを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。A groove is formed on at least one of the front and back surfaces of the sheet-like member along a folding position, and the expandable material or contraction expands in response to a change in an external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside. A sheet-shaped member actuator, wherein a shrinkable material is inserted into the groove.

請求項１に記載のシート状部材のアクチュエータにおいて、前記シート状部材の表裏面のうちの一方の面に形成された前記溝の内部には、前記膨張材料が挿入され、他方の面に形成された前記溝の内部には、前記収縮材料が挿入され、これらの前記膨張材料および前記収縮材料がそれぞれ挿入された前記溝同士は、互いに近傍に配置されていることを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。2. The actuator for a sheet-like member according to claim 1, wherein the expansion material is inserted into the groove formed on one of the front and back surfaces of the sheet-like member, and formed on the other surface. Inside the groove, the contraction material is inserted, and the grooves into which the expansion material and the contraction material are respectively inserted are arranged close to each other. Actuator.

請求項１または２に記載のシート状部材のアクチュエータにおいて、前記溝の断面形状は、略Ｖ字状部分を含む形状であることを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。3. The actuator according to claim 1, wherein the groove has a cross-sectional shape including a substantially V-shaped portion. 4.

請求項１〜３のいずれかに記載のシート状部材のアクチュエータにおいて、前記溝が形成された面の反対側の面には、マイクロ波加熱により発熱する発熱シートが付着されていることを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。The sheet-like member actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein a heating sheet that generates heat by microwave heating is attached to a surface opposite to a surface on which the groove is formed. Sheet-shaped member actuator.

シート状部材の表面に、折り位置に沿って外部環境の変化または外部から受ける物理的刺激若しくは化学的刺激に反応して収縮する収縮材料が付着され、前記シート状部材の前記収縮材料を付着した部位には、空洞部が形成され、この空洞部は、シート厚さ方向についての前記収縮材料の付着面寄りの位置に配置されたことを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。On the surface of the sheet-like member, a shrinkable material that shrinks in response to a change in the external environment or a physical or chemical stimulus received from the outside along the folding position is attached, and the shrinkable material of the sheet-like member is attached. A hollow portion is formed in the portion, and the hollow portion is arranged at a position near the attachment surface of the shrinkable material in the sheet thickness direction.

請求項１〜４のいずれかに記載のシート状部材のアクチュエータにおいて、前記シート状部材は、紙であり、前記膨張材料は、発泡インクであることを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the sheet-shaped member is paper, and the expansion material is a foamed ink.

請求項１〜５のいずれかに記載のシート状部材のアクチュエータにおいて、前記シート状部材は、紙であり、前記収縮材料は、熱収縮インクであることを特徴とするシート状部材のアクチュエータ。The actuator for a sheet-shaped member according to claim 1, wherein the sheet-shaped member is paper, and the shrinkable material is a heat-shrinkable ink.

請求項５に記載したシート状部材のアクチュエータの製造方法であって、
前記折り位置に沿って前記シート状部材の表面から前記シート状部材に、前記シート状部材を貫通しない深さの切れ目を入れた後、この切れ目の上側に前記収縮材料を付着させ、その後、付着させた前記収縮材料が固まらないうちに前記シート状部材をシート面に沿う方向に引っ張ることにより前記切れ目を拡げて前記空洞部を形成する
ことを特徴とするシート状部材のアクチュエータの製造方法。It is a manufacturing method of the actuator of a sheet-like member of Claim 5, Comprising:
After making a cut of a depth not penetrating the sheet-shaped member from the surface of the sheet-shaped member to the sheet-shaped member along the folding position, the shrinkable material is attached to the upper side of the cut, A method for manufacturing an actuator for a sheet-shaped member, wherein the cut is widened by pulling the sheet-shaped member in a direction along a sheet surface before the contracted material is hardened.

請求項５に記載したシート状部材のアクチュエータの製造方法であって、
前記折り位置に沿って前記シート状部材の表面に溝を形成した後、前記シート状部材を前記溝の形成箇所で折り曲げて前記溝を狭めた状態としてから、この狭められた状態の前記溝の開口位置近傍に前記溝を塞ぐ状態で前記収縮材料を付着させ、その後、付着させた前記収縮材料が固まらないうちに前記シート状部材を平坦な状態に戻して前記溝を拡げることにより前記溝の内部に前記空洞部を形成する
ことを特徴とするシート状部材のアクチュエータの製造方法。It is a manufacturing method of the actuator of a sheet-like member of Claim 5, Comprising:
After forming a groove on the surface of the sheet-shaped member along the folding position, the sheet-shaped member is bent at a location where the groove is formed to narrow the groove, and then the groove in the narrowed state is formed. The contraction material is adhered in a state where the groove is closed in the vicinity of the opening position, and thereafter, the sheet-like member is returned to a flat state and the groove is expanded before the adhered contraction material hardens, thereby expanding the groove. A method for manufacturing a sheet-shaped member actuator, wherein the hollow portion is formed inside.