JP2018189822A - シート立体形状形成装置、シート立体形状形成方法およびシート立体形状形成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】静電気力を用いて、誘電体シートを立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供する。【解決手段】所定ピッチで複数の電極が配置された電極群が複数形成された電極基板と、電極群に印加する電圧を制御する制御部と、を備え、制御部は、電極基板上に載置される誘電体シートに対して、電極基板に沿って誘電体シートの特定の位置に圧縮力を集中して誘電体シートを座屈させる静電気力が働くように、複数の電極群に電圧をそれぞれ印加する。【選択図】図１

Description

本発明は、紙、フィルム、プラスチックシート等のシート状部材（以下、シートと称する）を用いて立体形状を形成するシート立体形状形成装置、シート立体形状形成方法およびシート立体形状形成プログラムに関する。

従来より、書籍や広告等において、見る者に驚きを与えるため、または、見る者の興味を惹きつけるために、予め平面的に配置された紙等を立体的に変形させる機構が知られている。

例えば、絵本等の娯楽書籍について、予め見開きの２ページにまたがって複数の切り紙を部分的に貼り付けておき、読者がページを開くことにより、それらの切り紙がページの上に立体的に立ち上がる機構を持った絵本、いわゆる仕掛け絵本が広く知られている。

このような機構は、広告用途にも適用することができる。このような機構を、例えば店頭のＰＯＰ(Point of purchase)広告やショーウィンドウ内における広告媒体として用いることで、シート形状の立体的な変化によって見る者に驚きを与え、または、興味を惹きつけ、優れた広告効果を得ることができる。

これまで、このような機構では、例えば仕掛け絵本であれば、読者がページを開く動きを利用して立体形状を形成している。また、このような機構を広告用途に適用する場合には、モータを用いてシートの一部を動かすことで、立体形状を形成することができるが、この場合には、モータ等の機構を納めるための構造物を広告の近傍に配置する必要がある。

こうした構造物の存在は、広告設置スペースを増大させるとともに、美観を損なうおそれがあることから望ましくない。そのため、見る者に違和感を与えない構成で、シートを立体的に変形させることができる装置が求められている。

ここで、モータ等の機構を用いることなく、薄く平面的な機構でシートを直接動かすことができれば、このような装置を実現することができる。そこで、このような装置の候補として、例えば非特許文献１に示される静電式シート搬送装置が知られている。

この静電式シート搬送装置では、所定の間隔をおいて多数の電極が平行に配置された帯状電極を有する薄板状の部材（以下、固定子と称する）の上にシートを配置し、固定子の帯状電極に多相電圧を印加する。これにより、シート表面にパターン化された電荷を誘導する。

その後、帯状電極に印加する多相電圧を切り替えて、帯状電極表面近傍の電圧分布を空間的に移動させていくことで、電圧分布の移動方向への静電気力を、シート表面の電荷に対して及ぼす。この結果、シートは固定子表面を滑るように移動する。すなわち、静電気力により、シートを搬送することができる。

また、例えば非特許文献２に示されるように、互いに独立した多相電圧を印加できるように構成された複数の帯状電極群を固定子内に配置し、各帯状電極群に対して、それぞれ適切な多相電圧パターンを印加することが考えられる。これにより、複数の帯状電極群にまたがるように配置されたシートを、任意の方向に搬送するか、または回転させることができる。

この静電式シート搬送装置では、固定子を薄く構成することができるため、狭い設置スペースにも容易に設置することができる。また、見る者には、この静電式シート搬送装置の駆動の仕組みが分かりづらいことから、見る者に対して不可思議な印象を与えることができる。

また、例えば非特許文献３に示されるように、透明なプラスチック素材と透明電極とを用いることで、固定子を透明に構成することができる。

新野、柄川、樋口、「静電力による紙送り機構」、精密工学会誌、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．１２、ｐｐ．１７６１−１７６５、１９９４ Ｎ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ ａｎｄ Ａ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，"Ｔｈｒｅｅ−ＤＯＦ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ−ｄｒｉｖｅ Ｍｏｔｉｏｎ"，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１０，Ｎｏ．４，ｐｐ．５２５―５３２，２０１６ Ｎ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ｋ．Ａｍａｎｏ，Ａ．Ｙａｍａｍｏｔｏ，"Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｒｅａｌ Ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ Ｖｉｓｕａｌ Ｉｍａｇｅｓ ｏｎ ａ Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ−ＤＯＦ Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ"，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−Ｈｕｍａｎ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，ｐｐ．２９４−２９９，２０１４

しかしながら、静電式シート搬送装置が発生する搬送力は微弱であり、かつその発生力は、固定子の電極とシートとの対向面積に比例する。そのため、シートを搬送するためには、できるだけ広い面、望ましくはシート全面を固定子の電極と対向させ、シートの広い範囲に対して静電気力を作用させる必要がある。

このとき、シートに対して搬送方向の静電気力を作用させると、同時にシートを固定子に吸引する方向にも静電気力が発生する。そのため、従来の静電式シート搬送装置では、シートが固定子表面に常に吸引されて搬送されており、シートの動きは、固定子表面の平面内に限定されていた。

そのため、従来の静電式シート搬送装置では、シートを立体的に変形させることはできなかった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、静電気力を用いて、シートを立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態のシート立体形状形成装置は、所定ピッチで複数の電極が配置された電極群が複数形成された電極基板と、電極群に印加する電圧を制御する制御部と、を備え、制御部は、電極基板上に載置される誘電体シートに対して、電極基板に沿って誘電体シートの特定の位置に圧縮力を加え、誘電体シートの少なくとも一部を電極基板の基板面から離れる方向に変形させる静電気力が働くように、複数の電極群に電圧をそれぞれ印加する。

このように、誘電体シートに対して、誘電体シートの少なくとも一部が電極基板の基板面から離れる方向に変形するような静電気力が働くことで、誘電体シートを立体的に変形させることができる。

静電気力を用いて、誘電体シートを立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供することができる。

実施の形態１に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。 実施の形態１に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。 実施の形態１に係るシート立体形状形成装置における印加電圧を例示する説明図である。 実施の形態１に係るシート立体形状形成装置において、電圧印加に伴って変形する誘電体シートの変形状態を示す説明図である。 実施の形態１の第１変形例に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。 実施の形態１の第２変形例に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。 実施の形態２に係るシート立体形状形成装置における電極基板の構造を例示する説明図である。 実施の形態２に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。 実施の形態３に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。 実施の形態３に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形状態を示す説明図である。 実施の形態４に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。 実施の形態４に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形状態（第１状態）を示す説明図である。 実施の形態４に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形形状（第２状態）を示す説明図である。 実施の形態１〜４に係るシート立体形状形成方法を示すフローチャートである。

以下、本発明のシート立体形状形成装置を適用した実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。図１において、電極基板１は、絶縁体１１に埋め込まれた２つの電極群１２ａ、１２ｂを有している。また、各電極群１２ａ、１２ｂ内では、一定の配置間隔（例えば、１ｍｍ）で多数の電極が平行に配置され、複数の帯状電極に形成されている。

各電極群１２ａ、１２ｂに属する平行電極は、３本ごとに給電線１３に接続されており、３相電圧を印加できるよう高圧電源３に接続されている。また、電極群１２ａと電極群１２ｂとでは、３相電圧の印加順序が空間的に反転しており、３相電圧を印加した場合に、それぞれの電極群における電圧分布が互いに逆方向に進行する。ここで、高圧電源３により各電極群１２ａ、１２ｂに印加される電圧は、制御部１００により制御されている。

制御部１００は、一例として、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＨＤＤ(Hard Disk Drive)等を含むコンピュータによって実現される。ＲＯＭまたはＨＤＤには、ＣＰＵが実行する各種プログラムが格納されている。

なお、ここでは電極を３本ごとに給電線１３に接続し、いわゆる３相電極を形成しているが、４相、６相等のように、３相以外の構成としてもよい。また、電極基板１は、絶縁体１１として透明なプラスチック素材を用い、電極として透明電極を用いることで、透明に構成することができる。

また、電極基板１上には、誘電体シート２が載置されている。図２は、実施の形態１に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。図２において、誘電体シート２は、例えばＰＰＣ（plain paper copier）用紙等、Ａ４サイズの普通紙の中央にはさみ等により長さ１６ｃｍ程度の切り込み２１を入れたものである。

ここで、切り込み２１の長さは、誘電体シート２が屈曲変形しやすいように、誘電体シート２の幅の４０〜８０％程度に設定される。また、誘電体シート２の斜線で表した駆動対象部分２２−１、２２−２の裏面に、表面抵抗率を調整したプラスチック製の抵抗率調整シート２４が貼り付けられている。

これにより、誘電体シート２全体の表面抵抗率は一様ではなく、場所により異なる抵抗率分布が存在している。また、抵抗率調整シート２４が貼り付けられている部分は、貼り付けられていない部分と比べて厚みが大きいため、誘電体シート２全体で見ると厚みは一様ではなく、場所により異なる厚み分布が存在している。また、抵抗率調整シート２４が貼り付けられている部分は、貼り付けられていない部分とは異なる材質となるため、場所により異なる材質分布が存在している。

また、駆動対象部分２２−１、２２−２に貼り付けられた抵抗率調整シート２４は、搬送力を発生させるのに最適な範囲に入るよう、表面抵抗率が調整されている。これに対して、抵抗率調整シート２４が貼り付けられていない引き起こし部分２３は、より低い表面抵抗率を有しており、大きな搬送力を得ることができない。

以下、図３および図４を参照しながら、実施の形態１に係るシート立体形状形成装置の動作について説明する。図３は、実施の形態１に係るシート立体形状形成装置における印加電圧を例示する説明図である。また、図４は、実施の形態１に係るシート立体形状形成装置において、電圧印加に伴って変形する誘電体シートの変形状態を示す説明図である。

制御部１００により高圧電源３を駆動し、電極群１２ａおよび電極群１２ｂに図３に示される３相パルス電圧を印加する。続いて、それぞれの電極群における電圧分布を外側に向けて進行させると、誘電体シート２の駆動対象部分２２−１、２２−２には、静電気力により、電極基板１に沿って矢印４−１、４−２で示すような外側に向けた搬送力が生じる。この搬送力は、誘電体シート２の特定の位置に圧縮力を加え、誘電体シート２の少なくとも一部を電極基板１の基板面から離れる方向に変形させる静電気力である。

具体的には、誘電体シート２に対して、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点ａ_１を通る直線Ｌ_１に平行な成分について、互いに離反する方向に静電気力が働く。ここで、点ａ_１は、誘電体シート２上で、圧縮力が集中する位置である。すなわち、駆動対象部分２２−１には、図面の左側方向に向けた矢印４−１の搬送力が生じ、駆動対象部分２２−２には、図面の右側方向に向けた矢印４−２の搬送力が生じる。なお、印加電圧は、３相正弦波電圧であってもよい。

このとき、駆動対象部分２２−１、２２−２は、引き起こし部分２３により拘束されているため、切り込み２１の端部を回転中心として回転する。この回転により、引き起こし部分２３には圧縮力が加わり、特に大きな圧縮力が加わる中央上部付近において、引き起こし部分２３は、基板面から離れるように上方に座屈する。

さらに駆動対象部分２２−１、２２−２に搬送力を生じさせ、回転を進めることで、引き起こし部分２３は、その中央上部から徐々に屈曲変形して盛り上がり、駆動対象部分２２−１、２２−２の回転が進むにつれて、最終的に図４に示されるように立体的に引き起こされる。

また、２つの電極群１２ａ、１２ｂに印加する３相電圧のパターンを変更することにより、引き起こした立体の高さを変化させることや、誘電体シート２を移動させることができる。

すなわち、引き起こし部分２３が立ち上がった状態で、電極群１２ａおよび電極群１２ｂに印加される図３の３相パルス電圧のうち、相Ａと相Ｃとを入れ替えることで、上述した外側への動きとは逆に、駆動対象部分２２−１、２２−２を内側に向けて駆動させることができる。こうした内側への動きや、上述した外側への動きにより、引き起こし部分２３の高さを変化させることができる。

また、電極群１２ａおよび電極群１２ｂの一方のみ、３相パルス電圧の相Ａと相Ｃとを入れ替えると、２つの電極群１２ａ、１２ｂで電圧分布が同一方向に進行する。このとき、駆動対象部分２２−１、２２−２は、左右両側とも同じ方向に向けて搬送されるため、引き起こされた誘電体シート２全体が、その形状を維持したまま左方向または右方向に移動する。

また、引き起こし部分２３が立ち上がった状態で、電極群１２ａおよび電極群１２ｂの一方の電圧を一定電圧に固定し、他方の電極群にのみ図３の３相パルス電圧を印加すると、電圧を固定した側の駆動対象部分２２をピボットにして、誘電体シート２全体を電極基板１上で回転させることができる。これは、電極基板１と誘電体シート２との間の摩擦の状況によって生じる。また、電極基板１と誘電体シート２との間の摩擦の状況によっては、左右に交互に少しずつ回転させることで、誘電体シート２全体を前後方向に移動させることができる。

ここで、本実施の形態では、切り込み２１の端部を回転中心とした回転運動を引き起こすことにより、誘電体シート２の中央上部の狭い領域に圧縮力を集中させることが可能となる。これにより、静電気による吸引力が加わっていたとしても、それに打ち勝って容易に座屈を生じさせることができる。

また、誘電体シート２の中央上部の狭い領域で座屈が生じて屈曲変形を起こした後、変形により盛り上がった部分では、電極群からの距離が遠くなるため、静電気による吸引力が大幅に減少する。そのため、これ以降の変形の拡大は、電極基板１から離れた屈曲領域の辺縁部を少しずつ基板から剥がすようにすればよく、容易に屈曲を進展させることができる。

実施の形態１に係るシート立体形状形成装置によれば、切り込み２１が入れられた誘電体シート２に対して、電極基板１に沿って、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点を通る直線に平行な成分について、互いに離反する方向、または対向する方向の静電気力が働くことで、誘電体シート２を立体的に変形させることができる。したがって、静電気力を用いて、簡易な構成で誘電体シート２を立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供することができる。

本実施の形態においては、切り込み２１を入れた誘電体シート２に表面抵抗率分布と厚み分布とを持たせることで、容易に屈曲変形を引き起こすことができる構成としている。しかしながら、これに限定されず、一様な表面抵抗率、または一様な厚みの誘電体シート２であっても、切り込み２１の長さや印加電圧の振幅、周波数または位相を調整することで、同様に引き起こしが可能である。また、誘電体シート２の屈曲変形を引き起こす箇所に予め折り線を付けておくことにより、より容易に屈曲変形を引き起こすことができる。

また、本実施の形態では、引き起こし部分２３の表面抵抗率を低くすることで、搬送力を発生させるのに最適な表面抵抗率の範囲から外して搬送力が加わらないようにしている。しかしながら、これに限定されず、表面抵抗率を高くしても、同様の効果を得ることができる。なお、表面抵抗率を著しく高く設定することで、誘電体シート２と電極基板１との間に働く静電気の吸引力を弱めることができるため、より容易に屈曲変形を引き起こすことができる。

＜実施の形態１の第１変形例＞
図５は、実施の形態１の第１変形例に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。図２に示した誘電体シート２は、普通紙の中央にはさみ等により切り込み２１を入れたものであるが、図５に示されるように、誘電体シート２を切り取って切り欠き形状を作ることで、図２に示した誘電体シート２の切り込み２１と同様の効果を得ることができる。ここで、誘電体シート２の一部を切り欠いたものも、切り込み２１と称する。

＜実施の形態１の第２変形例＞
図６は、実施の形態１の第２変形例に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。図６において、電極基板１は、絶縁体１１に埋め込まれた２つの電極群１２ａ、１２ｂを有している。また、２つの電極群１２ａ、１２ｂは、一定の角度（例えば、３０°）をつけて配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。

ここで、電極群１２ａおよび電極群１２ｂに、それぞれの電極群における電圧分布が外側に向けて移動するように、図３に示される３相パルス電圧または３相正弦波電圧を印加する。これにより、誘電体シート２の駆動対象部分２２には、静電気力により、電極基板１に沿って矢印４−１、４−２で示すような外側に向けた搬送力が生じる。

具体的には、誘電体シート２に対して、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点ａ_２を通る直線Ｌ_２に平行な成分について、互いに離反する方向に静電気力が働く。ここで、点ａ_２は、誘電体シート２上で、圧縮力が集中する位置である。また、３相電圧のパターンを変更することにより、外側に向けた搬送力を生じさせることもできる。なお、離反するとは、平行方向に対して離れる向きを示し、対向するとは、平行方向に対して近づく向きを示す。

＜実施の形態２＞
図７は、実施の形態２に係るシート立体形状形成装置における電極基板の構造を例示する説明図である。なお、図７では、高圧電源３および制御部１００は、図示を省略している。

図７において、電極基板１は、絶縁体１１に埋め込まれた２つの電極群１２ａ、１２ｂを有している。また、各電極群１２ａ、１２ｂ内では、一定の配置間隔（例えば、３°）で多数の電極が円周方向に配置され、複数の放射状電極に形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。

図８は、実施の形態２に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの構造を例示する説明図である。図８において、誘電体シート２は、円板状の普通紙であり、その一部に切り込み２１が入っている。誘電体シート２は、２つの電極群１２ａ、１２ｂを覆うように、電極基板１の表面に載置される。なお、切り込み２１の長さは、誘電体シート２が屈曲変形しやすいように、誘電体シート２の直径の４０〜８０％程度に設定される。

ここで、電極群１２ａおよび電極群１２ｂに、電圧分布が図面の右下側は反時計回りに、左下側は時計回りになるように３相電圧を印加する。このとき、誘電体シート２に対して、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点ａ_３を通る円周線Ｌ_３上の成分について、互いに離反する方向に静電気力が働く。ここで、点ａ_３は、誘電体シート２上で、圧縮力が集中する位置である。

この結果、誘電体シート２が切り込み２１の端部を回転中心として回転し、中央上部にて座屈して、電極基板１から離れる方向に屈曲変形を起こして盛り上がる。また、電極群１２ａおよび電極群１２ｂに、電圧分布が図面の右下側は時計回りに、左下側は反時計回りになるように３相電圧を印加することもできる。

実施の形態２に係るシート立体形状形成装置によれば、切り込み２１が入れられた誘電体シート２に対して、電極基板１に沿って、電極群の各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点を通る近似した円周線上の成分について、互いに離反する方向、または対向する方向の静電気力が働くことで、誘電体シート２を立体的に変形させることができる。また、多数の電極が平行に配置された帯状電極だけでなく、多数の電極が円周方向に配置された放射状電極を用いて、誘電体シート２を立体的に変形させることができる。

＜実施の形態３＞
図９は、実施の形態３に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。図９において、電極基板１は、絶縁体１１に埋め込まれた２つの電極群１２ａ、１２ｂを有している。また、２つの電極群１２ａ、１２ｂは、Ａ４用紙長辺の１／３程度の長さの隙間を空けて配置されている。その他の構成は、実施の形態１と同じ構成である。

また、電極基板１上に載置された誘電体シート２は、表面抵抗率が搬送力を発生させるのに最適な範囲に入るように調整されたＡ４サイズのシートであり、シート全面にわたって一様な表面抵抗率および一様な厚みを有している。

以下、図１０を参照しながら、実施の形態３に係るシート立体形状形成装置の動作について説明する。図１０は、実施の形態３に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形状態を示す説明図である。

電極群１２ａおよび電極群１２ｂに、それぞれの電極群における電圧分布が内側に向けて移動するように、図３に示される３相パルス電圧または３相正弦波電圧を印加すると、誘電体シート２の両端部分が、矢印４−１、４−２の搬送力により、接近するように内側に向けて駆動され、シート中央部が座屈する。これにより、誘電体シート２の中央部は、静電気力が作用しないので、屈曲変形によって誘電体シート２が中央から盛り上がり、図１０に示されるような立体形状が形成される。

実施の形態３に係るシート立体形状形成装置によれば、誘電体シート２に対して、隙間を空けて配置された２つの電極群１２ａ、１２ｂから、電極基板１に沿って、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点ａ_４を通る直線Ｌ_４に平行な成分について、互いに対向する方向の静電気力が働くことで、誘電体シート２を立体的に変形させることができる。ここで、点ａ_４は、誘電体シート２上で、圧縮力が集中する位置である。したがって、静電気力を用いて、簡易な構成で誘電体シート２を立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供することができる。

＜実施の形態４＞
図１１は、実施の形態４に係るシート立体形状形成装置を例示する斜視図である。図１１において、電極基板１は、絶縁体１１に埋め込まれた４つの電極群１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを有している。ここで、これらの電極群は、実施の形態３とは異なり、互いの絶縁を維持するための最小限の隙間を除き、有意な隙間を空けることなく互いに隣接して配置されている。その他の構成は、実施の形態３と同じ構成である。

以下、図１２および図１３を参照しながら、実施の形態４に係るシート立体形状形成装置の動作について説明する。図１２は、実施の形態４に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形状態（第１状態）を示す説明図である。また、図１３は、実施の形態４に係るシート立体形状形成装置における誘電体シートの変形形状（第２状態）を示す説明図である。

本実施の形態では、誘電体シート２は、４つの電極群１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄすべてを覆うように、電極基板１の表面に載置される。まず、両側の電極群１２ａおよび電極群１２ｄに、それぞれの電極群における電圧分布が内側に向けて移動し、矢印４−１、４−２の搬送力により、誘電体シート２の両端が互いに接近するようにするように、図３に示される３相パルス電圧または３相正弦波電圧を印加する。

この間、電極群１２ｂおよび電極群１２ｃには、ＧＮＤ電位を印加する。または、電極群１２ｂおよび電極群１２ｃを、高圧電源３から切り離してオープン回路の状態としてもよい。これにより、誘電体シート２の両端部分が内側に向けて駆動されてシート中央部が座屈する。その結果、誘電体シート２の中央部の屈曲変形によって、誘電体シート２が中央から盛り上がり、図１２に示されるような立体形状が形成される。

なお、図１２に示されるように、誘電体シート２の両端部分が内側に向けて駆動されると、電極群１２ａおよび電極群１２ｄと誘電体シート２とが対向する面積が減少し、それ以上の駆動力が低下する。

そこで、続いて、内側の電極群１２ｂおよび電極群１２ｃに、それぞれの電極群における電圧分布が内側に向けて移動するように、図３に示される３相パルス電圧または３相正弦波電圧を印加する。これにより、誘電体シート２が中央からさらに盛り上がり、図１３に示されるように、実施の形態３よりも高く誘電体シート２を屈曲変形させることができる。

本実施の形態では、駆動開始時に電極群１２ｂおよび電極群１２ｃの印加電圧をオフにし、誘電体シート２の駆動が進展するに伴い電極群１２ｂおよび電極群１２ｃに対しても電圧を印加している。

これは、誘電体シート２の駆動の開始時においては、シート中央部に静電気による吸引力が加わっていると、誘電体シート２の座屈が生じないため、電極群１２ｂおよび電極群１２ｃの印加電圧をオフにして、静電気による吸引力を生じなくしたものである。

一方、誘電体シート２に座屈が生じた後の屈曲変形は、屈曲領域の辺縁部を少しずつ引き剥がすことによって進展していく。すなわち、少しずつ引き剥がしていくという性質上、静電気による吸引力が加わっていても、それに打ち勝って容易に屈曲を進展させることができる。

実施の形態４に係るシート立体形状形成装置によれば、誘電体シート２に対して、４つの電極群１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄから、電極基板１に沿って、２つの電極群１２ａ、１２ｂの各電極と交差する方向であって、誘電体シート２の任意の点ａ_５を通る直線Ｌ_５に平行な成分について、互いに対向する方向の静電気力が２段階で働くことで、誘電体シート２をより立体的に変形させることができる。ここで、点ａ_５は、誘電体シート２上で、圧縮力が集中する位置である。したがって、静電気力を用いて、簡易な構成で誘電体シート２を立体的に変形させることができるシート立体形状形成装置を提供することができる。なお、電極基板１に沿って、連続的に異なる静電気力を働かせてもよい。

なお、上述した各実施の形態において、電極基板１および誘電体シート２を、平面でなく、曲面や球面として構成することも可能である。例えば、実施の形態１において、電極基板１および誘電体シート２を球面状に構成して駆動すると、球面から突き出す立体形状を形成することができる。

さらに、これらの実施の形態において、立体形状の形成と同期して誘電体シート２の表面にプロジェクションマッピング等を行うことで、形状の変化と映像の変化とを融合させ、多様な演出を行うことが可能となり、優れた広告効果を得ることができる。また、立体形状の形成と同期して音楽を流すことにより、形状の変化と音楽とを融合させることもできる。

以下、図１４のフローチャートを参照しながら、実施の形態１〜４に係るシート立体形状形成装置におけるシート立体形状形成方法ついて説明する。図１４において、まず、誘電体シート２が電極基板１上に載置される（ステップＳ１）。

続いて、制御部１００により、誘電体シート２の特定の位置に圧縮力を集中して誘電体シート２を座屈させる静電気力が働くように、複数の電極群に電圧がそれぞれ印加され、誘電体シート２が立体形状に形成されて（ステップＳ２）、図１４の処理が終了する。

上述した実施の形態１〜４において、電極群に印加する電圧パターンは、コンピュータプログラムにより制御することができる。ここで、コンピュータにインストールするプログラムを変えることにより、種々のパターンの立体形状に変えることができる。また、例えば誘電体シート２の立ち上がり速度を種々のパターンで変えることができる。

さらに、誘電体シート２の立体形状の形成と、プロジェクションマッピングや音楽とを、１つのコンピュータプログラムで併せて制御してもよい。なお、コンピュータプログラムは、ＨＤＤ等の記憶媒体に記憶させておくか、ネットワークを通じて配信することができる。

以上のように、本発明によれば、仕掛け絵本等に見られるようなシート変形による立体形状の作成を、複数の電極群が形成された電極基板１と、立体形状に変化する誘電体シート２という極めて簡易な構成によって実現することができる。

また、既存のモータ等で駆動するものとは異なり、誘電体シート２に直接静電気力を作用させて変形を引き起こすことから、駆動の仕組みが分かりづらく、広告用途や娯楽用途において、高い広告効果や演出効果を得ることができる。

また、電極基板１は、透明に構成することが可能であるため、駆動の仕組みを見る者に明示しない形で立体形状を形成することが可能となり、高い広告効果や演出効果を得ることができる。

また、電極基板１は、非常に薄く形成することができるため、コンパクトなスペースに設置することができる。また、電極基板１は、非常に薄く形成することができるため、形状の自由度が高く、平面だけでなく曲面上において、誘電体シート２を引き起こすことも容易に行うことができる。

また、こうした自由度の高さにより、本発明は、屋外広告、屋内ＰＯＰ広告、絵本、インタラクティブシステム等、多様な用途、場所、大きさに対して適用が可能であり、優れた広告効果、演出効果を生み出すことが可能となる。

また、電極基板１に形成された、誘電体シート２の引き起こしに用いる電極群をそのまま用いて、引き起こした誘電体シートを前後左右に移動することも可能である。

以上、本発明の例示的な実施の形態のシート立体形状形成装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１ 電極基板
２ 誘電体シート
３ 高圧電源
４−１、４−２ 駆動力の方向を表す矢印
１１ 絶縁体
１２ａ 電極群
１２ｂ 電極群
１２ｃ 電極群
１２ｄ 電極群
１３ 給電線
２１ 切り込み
２２−１、２２−２ 駆動対象部分
２３ 引き起こし部分
２４ 抵抗率調整シート
１００ 制御部
ａ_１〜ａ_５ 誘電体シート上の任意の点
Ｌ_１〜Ｌ_５ 直線または円周線

Claims (6)

1. 所定ピッチで複数の電極が配置された電極群が複数形成された電極基板と、
   前記電極群に印加する電圧を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記電極基板上に載置される誘電体シートに対して、前記電極基板に沿って前記誘電体シートの特定の位置に圧縮力を加え、前記誘電体シートの少なくとも一部を前記電極基板の基板面から離れる方向に変形させる静電気力が働くように、複数の前記電極群に電圧をそれぞれ印加する
   シート立体形状形成装置。
2. 前記制御部は、前記電極基板上に載置される誘電体シートに対して、前記電極基板に沿って、前記電極群の各電極と交差する方向であって、前記誘電体シートの任意の点を通る直線に平行な成分、または円周線上の成分について、互いに離反する方向、または対向する方向の静電気力が働くように、複数の前記電極群に電圧をそれぞれ印加する
   請求項１に記載のシート立体形状形成装置。
3. 前記電極基板に載置される誘電体シートをさらに備え、
   前記誘電体シートには、切り込みが形成されている
   請求項１または請求項２に記載のシート立体形状形成装置。
4. 前記誘電体シートは、表面に非一様な抵抗率分布を有している
   請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のシート立体形状形成装置。
5. 所定ピッチで複数の電極が配置された電極群が複数形成された電極基板上に、誘電体シートを載置する載置ステップと、
   前記誘電体シートに対して、前記電極基板に沿って前記誘電体シートの特定の位置に圧縮力を集中して前記誘電体シートを座屈させる静電気力が働くように、複数の前記電極群に電圧をそれぞれ印加し、前記誘電体シートを立体形状に形成する立体形成ステップと、
   を有するシート立体形状形成方法。
6. 所定ピッチで複数の電極が配置された電極群が複数形成された電極基板上に載置された誘電体シートに対して、前記電極基板に沿って前記誘電体シートの特定の位置に圧縮力を集中して前記誘電体シートを座屈させる静電気力が働くように、複数の前記電極群に電圧をそれぞれ印加する処理をコンピュータに実行させるプログラム。

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