JP4260549B2 - シート状部材のアクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents

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

Claims (4)

1. 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収縮する収縮材料が、前記溝の内部に挿入され、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。
2. 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。
3. 請求項２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。
4. 請求項２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。

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