(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動システムをより簡便化し、装置の小型化や低コスト化を達成することができる光駆動型アクチュエータ，及びその製造方法、並びに光駆動型アクチュエータを備えた動力伝達システムを提供すること。【解決手段】光駆動型アクチュエータ１は，活性光線照射，及び活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子を含有する架橋型−液晶高分子薄膜２を備え，架橋型−液晶高分子薄膜２のメソゲンは、実質的に所定の方向に配向されており、活性光線照射のオン／オフに連動して、架橋型−液晶高分子薄膜２の形状変化が誘起されるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子を含有する架橋型−液晶高分子薄膜を備え，
前記架橋型−液晶高分子薄膜のメソゲンは、実質的に所定の方向に配向されており、
前記活性光線照射のオン／オフに連動して、前記架橋型−液晶高分子薄膜の形状変化が誘起される光駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
前記架橋型−液晶高分子薄膜は、電子線が照射された膜であることを特徴とする請求項１に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
前記活性光線照射によって、前記架橋型−液晶高分子薄膜が第１形状に変換され、
前記活性光線照射をオフすることにより、前記架橋型−液晶高分子薄膜が第２形状に変換されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の形状が屈曲形状であり、
前記架橋型−液晶高分子薄膜のメソゲンの長軸方向と前記屈曲形状の方向が概ね一致することを特徴とする請求項３に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
前記架橋型−液晶高分子薄膜は、可撓性のある支持体上に固定され，
前記支持体は、前記活性光線照射に応じて前記架橋型−液晶高分子薄膜と連動して形状変化することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項６】
前記活性光線の照射条件に応じて，前記架橋型−液晶高分子薄膜がばねのように伸縮することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項７】
前記活性光線の照射条件に応じて，前記架橋型−液晶高分子薄膜が回転挙動を示すことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項８】
前記フォトクロミック分子が，アゾベンゼンであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記活性光線照射を行う光源を備える動力伝達システム。
【請求項１０】
架橋型−液晶高分子薄膜を備える光駆動型アクチュエータの製造方法であって、
メソゲンが所定の方向になるように液晶高分子膜を成膜する工程と、
前記液晶高分子膜の少なくとも一部の領域に架橋構造が形成されるように電子線を照射する工程とを備え、
前記液晶高分子膜には、活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子が含有されている光駆動型アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記液晶高分子膜は、可撓性を有する支持体上に成膜することを特徴とする請求項１０に記載の光駆動型アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光駆動型アクチュエータ，及びその製造方法に関する。また、前記光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，光機能性材料に関する応用技術が精力的に研究され，広範囲な分野で目覚しい進展を遂げている。機械的運動を引き起こすための駆動源であるアクチュエータに関しても，光エネルギーを運動エネルギーに変換可能な光機能性材料が提案されている（特許文献１〜４、非特許文献１）。光駆動型とすることにより，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方からの遠隔操作や素子のさらなる高集積化の実現が期待できる。
【０００３】
特許文献１には、２種類の活性光を照射して可動膜の中央部を可逆的に図中上下動せしめることにより，オリフィスを通る流体の流量を制御できる技術が開示されている。また、非特許文献１には、１，２−ビス（２−エチル−５−フェニル−３−チエニル）パーフルオロシクロペンタンなどの単結晶において、紫外線照射と可視光照射により可逆的に変形を誘起できることが報告されている。
【０００４】
本発明者のグループは，先般，フォトクロミック分子を組み込んだ架橋構造を有する液晶高分子からなる成形体において，第１活性光の照射により架橋型−液晶高分子薄膜を屈曲してそれを維持できること，第２活性光の照射により架橋型−液晶高分子薄膜を元の形態に復元できることを報告した（特許文献２）。また、フォトクロミック分子の異性化を局所的に起こすように第１活性光及び第２活性光を照射して、光エネルギーを回転エネルギーに変換可能な光誘起回転方法、光駆動型回転子も提案した（特許文献３）。
【０００５】
特許文献４には、新規アゾベンゼン系化合物等，若しくはスピロピラン化合物を用いた熱可塑性樹脂組成物において，１種類の活性光の照射のオン、オフにより一定荷重（５ｍＮ）下，光照射により約０．０２〜０．０８％のフィルムの光変形を可逆的に行うことができる例が報告されている。なお、非特許文献２については後述する。
【特許文献１】特開２００１−２３２６００号公報  （段落番号００１３〜００１５，第１〜４図）
【特許文献２】特開２００５−２５５８０５号公報  （段落番号０００７，００２５）
【特許文献３】特開２００８−１１５３４７号公報
【特許文献４】特開２００６−２８２９９０号公報  （段落番号００７０〜００９９）
【非特許文献１】Irie M. et al, Nature, 2007, 446, 778-781
【非特許文献２】Angeloni, A. S. et al, Liq. Cryst. 1989, 4, 513.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１〜３及び非特許文献１の文献においては、いずれも第１活性光と第２活性光の２種類の光線の照射により形状変化を誘起していた。しかしながら、１種類の活性光により形状変化を誘起できれば、駆動システムがより簡便となる。さらに、装置の小型化や低コスト化も達成し得る。
【０００７】
一方、上記特許文献４においては、１種類の活性光により形状変化が誘起できるものの、上述したようにその変形量は極わずかであるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光駆動型アクチュエータは，活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子を含有する架橋型−液晶高分子薄膜を備え，前記架橋型−液晶高分子薄膜のメソゲンは、実質的に所定の方向に配向されており、前記活性光線照射のオン／オフに連動して、前記架橋型−液晶高分子薄膜の形状変化が誘起されるものである。
【０００９】
本発明に係る動力伝達システムは，上記態様の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記活性光線の照射を行う光源を備えるものである。
【００１０】
本発明に係る光駆動型アクチュエータの製造方法は、架橋型−液晶高分子薄膜を備える光駆動型アクチュエータの製造方法であって、メソゲンが所定の方向に配向するように液晶高分子膜を成膜する工程と、前記液晶高分子膜の少なくとも一部の領域に架橋構造が形成されるように電子線を照射する工程とを備え、前記液晶高分子膜には、活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子が含有されているものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば，フィルムの巨視的変形が誘起可能であり、かつ駆動システムをより簡便化し、装置の小型化や低コスト化を達成することができる光駆動型アクチュエータ，及びその製造方法、並びに前記光駆動型アクチュエータを備えた動力伝達システムを提供することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る光駆動型アクチュエータは，下記（１）〜（４）を満足する架橋型−液晶高分子薄膜を備えるものである。すなわち、（１）活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子を含有し、（２）高分子骨格は架橋構造を有し、（３）メソゲンは、実質的に所定の方向に配向されており、（４）活性光線照射のオン／オフに連動して形状変化が誘起される架橋型−液晶高分子薄膜を備えるものである。換言すると、前述の架橋型−液晶高分子薄膜を光駆動型アクチュエータの一部に備えていれば、他の構成要素については特に限定されない。前述の架橋型−液晶高分子薄膜と同一の液晶高分子材料からなる非薄膜構造部を一体的な構造物として備えていてもよく、上述した要素以外の部材を含んでいてもよい。
【００１３】
また、ここでいう「活性光線照射のオン／オフに連動して」とは、照射のオン／オフに伴ってという意味で用い、時間軸において数秒〜数十秒スケールのタイムラグがあるものも含むものとする。また、「フォトクロミック分子を含有する」とは、架橋型−液晶高分子にフォトクロミック分子が組み込まれているものの他、架橋型−液晶高分子に添加物として加えられたフォトクロミック分子若しくはフォトクロミック分子を組み込んだ化合物も含むものとする。
【００１４】
以下，本発明を適用した実施形態の一例について説明する。以下の実施形態においては、「活性光線照射，及び前記活性光線照射とは異なる物理的刺激により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子」の一例として、波長帯域の異なる２種類の活性光線照射により可逆的に異性化するものを例として説明する。以下の説明において、前記「活性光線」を第１活性光とし、前記「活性光線とは異なる物理的刺激」の照射光を第２活性光とする。無論、前記「物理的刺激」としては、第２活性光の照射に代えて、熱エネルギーの付加、磁場や電場の印加により異性化を誘起できるフォトクロミック分子を用いてもよい。なお，本発明の趣旨に合致する限り，他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００１５】
［実施形態１］
図１（ａ）に，本実施形態１に係る光照射前の光駆動型アクチュエータの上面図、図１（ｂ）に図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ切断部断面図を示す。光駆動型アクチュエータ１は，同図に示すように、架橋型−液晶高分子薄膜として架橋型−液晶高分子フィルム２，可撓性を有する支持体として支持体フィルム３、配向膜４を備えている。図１（ａ）において、紙面横方向をＸ軸方向とし、縦方向をＹ軸方向、紙面の法線方向をＺ軸方向とする。
【００１６】
架橋型−液晶高分子フィルム２は、図１（ｂ）に示すように、支持体フィルム３上に形成された配向膜４の上層に積層されている。架橋型−液晶高分子フィルム２の高分子骨格は、架橋構造を有している。架橋型−液晶高分子フィルム２におけるメソゲンの方向は、実質的に所定の方向となるように配向されている。本実施形態１においては、Ｘ軸方向と概ね一致する方向に１軸配向処理されている。架橋型−液晶高分子フィルム２には、第１活性光，及び第２活性光の照射により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子が含まれている。
【００１７】
フォトクロミック分子は、架橋型−液晶高分子の一部として組み込まれている場合の他、架橋型−液晶高分子フィルム２に添加（ブレンド）されているものも含む。架橋型−液晶高分子の一部にフォトクロミック分子を組み込む場合のフォトクロミック分子の導入箇所については特に限定されない。第１活性光によるフォトクロミック分子の形状変化をメソゲンの配向変化に高効率で変換させる観点からは、メソゲンにフォトクロミック分子を組み込むことが好ましい。また、架橋部の構造変化を高効率で誘起する観点からは、架橋部にフォトクロミック分子を組み込むことが好ましい。いずれにしても、フォトクロミック分子の異性化による構造変化が、メソゲンの配向変化を誘起させることができればよい。
【００１８】
支持体フィルム３は、架橋型−液晶高分子フィルム２の形状変化に連動して変形し得る膜であり、可撓性膜により構成される。架橋型−液晶高分子フィルム２を支持し、機械的強度を高める役割を担う。支持体フィルム３は、単一膜に限定されず、複数の膜の積層構造であってもよい。
【００１９】
配向膜４は、架橋型−液晶高分子フィルム２のメソゲンを所定の方向に配向させる役割を担う。例えば、ポリイミド膜をラビング処理した膜を用いることができる。配向膜４を設けずに、電場や磁場等によりメソゲンを所定の方向に配向させるようにしてもよい。
【００２０】
架橋型−液晶高分子フィルム２の上層に、保護膜などを備えていてもよい。保護膜としては，架橋型−液晶高分子薄膜と一体的に可動可能であり，かつ，架橋型−液晶高分子薄膜に対して第１活性光の照射を妨げない材料であれば特に限定されない。また、層間に接着層などを配設してもよい。
【００２１】
なお、架橋型−液晶高分子薄膜としてフィルムの他、シートなどの薄膜を用いてもよい。また、支持体としてフィルムの他、シートや各種の構造体を用いてもよい。また、求められる用途やニーズに応じて、支持体を具備していなくてもよい。
【００２２】
本実施形態１に係る架橋型−液晶高分子フィルム２は，例えば、非架橋構造の液晶高分子化合物を用いて、メソゲンが所定の方向に配向するように成膜し、その後、電子線照射によりポリマー骨格に架橋構造を導入することにより得ることができる。成膜後に架橋構造を導入するので、最も一般的な溶液重合法などの各種の重合法を適用することが可能となる。このため、製造方法及びポリマーデザインの選択肢が増加する。また、非架橋構造の液晶高分子化合物は溶液に対する溶解性が架橋構造のものに比して高いので、成膜方法の選択肢も増加する。例えば、バーコータ法やスピンコート法などにより成膜することができる。また、電子線照射と電子線マスクを併用することにより、架橋領域と非架橋領域を容易にパターン形成することも可能となる。
【００２３】
無論、電子線照射前の液晶高分子化合物が非架橋構造であることは必須ではなく、架橋構造を有する液晶高分子化合物を用い、電子線照射により架橋率を高めるようにしてもよい。また、上記（１）〜（４）を満たす架橋型−液晶高分子薄膜であればよく、上記製造方法に限定されるものではない。
【００２４】
液晶高分子化合物は、通常、重合性モノマーを重合することにより得る。メソゲン部位にフォトクロミック分子を組み込む場合には、メソゲン部位にフォトクロミック分子を有する１又は２種類以上の重合性モノマーを重合すればよい。また、フォトクロミック分子を有さない液晶性モノマー、若しくは非液晶性モノマーと共重合することにより得てもよい。共重合する非液晶性モノマーは、特に限定されないが、例えば、メチルメタクリレート、スチレンなどを用いることができる。前述したとおり、液晶高分子化合物は、フォトクロミック分子が組み込まれていなくてもよい。この場合には、後述する成膜工程において、液晶高分子膜中にフォトクロミック分子がブレンドされるように成膜すればよい。
【００２５】
重合性基としては，（メタ）アクリロイルオキシ基，（メタ）アクリルアミド基，ビニルオキシ基，ビニル基，又はエポキシ基等が挙げられるが，容易に重合できることから，（メタ）アクリロイルオキシ基や（メタ）アクリルアミド基が好ましい。重合開始剤としては，公知のものを用いることができる。
【００２６】
架橋型−液晶高分子フィルム２は，主鎖型高分子液晶，側鎖型高分子液晶のどちらでもよいが，液晶の配向に直接関与するハードコア部であるメソゲンの配向可能領域たるドメイン領域が存在し，かつ高分子骨格が三次元網構造を形成している必要がある。これにより，配向したメソゲンが高分子マトリックス内に緩やかに拘束され，高分子骨格の動きがメソゲンの配向と強く相関した構造となる。架橋構造は，長距離に亘って配向秩序が保たれた構造をとっていることがより好ましい。
【００２７】
フォトクロミック分子を用いることにより，フォトクロミック分子の異性化に伴う分子構造変化を，メソゲンの配向変化として効率的に変換することができる。また，架橋構造を採用することにより，メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬して，異方的かつ機械的な応答を誘起することが可能となる。
【００２８】
架橋型−液晶高分子薄膜２の膜厚は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の膜厚とすることができる。用いる架橋型−液晶高分子フィルム２や支持体フィルム３の特性により適宜選定する。例えば、数百ｎｍオーダーの薄膜とすることができる。
【００２９】
フォトクロミック分子は，特に限定されず公知のものを用いることができる。例として，トランス−シス異性化するアゾベンゼン，スチルベン構造等や，開環―閉環光異性化し得るスピロピラン，ジアリール構造等を挙げることができる。中でも，下記式（１）に示すアゾベンゼンは，第１活性光（紫外光）と第２活性光（可視光）の波長が離れていて，かつ異性化の際に分子間距離が大きく変化することから特に好ましい例として挙げることができる。
【化１】
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アゾベンゼンは，アゾベンゼン骨格に結合している置換基にもよるが，第１活性光の波長は３００〜４００ｎｍ程度（以下，単に「紫外光」という）であり，第２活性光の波長は５００〜６５０ｎｍ程度（以下，単に「可視光」という）である。上記式（１）に示すようにアゾベンゼンに紫外光を照射すると，棒状のトランス体から屈曲したシス体に異性化する。そして，この異性化したシス体に可視光を照射すると元のトランス体に戻る。
【００３０】
液晶高分子のメソゲンにアゾベンゼンを導入すると，アゾベンゼンは配向制御成分として働く。アゾベンゼンのトランス体は液晶相を安定化，若しくはそれ自体がメソゲンとして機能する。一方，屈曲構造を持つシス体は液晶相を不安定化する。従って，等温でもトランス体からシス体への異性化を誘起することにより，相転移を誘起することができる。
【００３１】
フォトクロミック分子の異性化によるメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬するファクターとしては，架橋構造，フォトクロミック分子の種類，フォトクロミック分子の導入率の他に，液晶の種類，照射条件等を挙げることができる。液晶の種類は，特に限定されない。メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬する観点からは，メソゲンの配向能やパッキング性の高いものを用いることが好ましい。このような液晶として，スメクチック液晶や，強誘電性液晶等を挙げることができる。
【００３２】
支持体フィルム３は，前述したように架橋型−液晶高分子薄膜と一体的に可動可能なものを選定する。支持体フィルム３の材質としては，例えば，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート等の汎用性高分子，エラストマー，あるいはシリコンゴム，金属薄膜，紙等の公知の材料を用いることができる。架橋型−液晶高分子薄膜と一体的に可動させる観点からは，エラストマー等の高弾性体や使用温度において十分な柔軟性を有する高分子成形体を用いることが好ましい。高分子成形体のガラス転移温度が使用温度以下のものを用いることにより，柔軟性の優れたものを得ることができる。このような高分子材料としては，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブタジエン，ポリ塩化ビニリデン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。無論，可塑剤を添加することにより高分子成形体のガラス転移温度を使用温度以下となるようにしてもよい。なお，ここで「使用温度」とは，光駆動型アクチュエータを実際に駆動する際の温度を言う。高分子材料に融点（Ｔｍ）が存在する場合には，光駆動型アクチュエータを安定して利用する観点から使用温度が融点を超えない範囲で使用することが好ましい。高分子成形体を用いることにより，前述の係合部や勘合部等の一体成形や，接合等も容易となる。
【００３３】
支持体フィルム３の可動部の厚みは，用いる材料の柔軟性の度合い，強度，用いる用途，所望の形態等に応じて決める。厚みは特に限定されるものではないが，例えば５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。支持体フィルムは，単一の材料から構成してもよいし，複数の材料から構成してもよい。
【００３４】
次に、本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータ１の製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）の製造工程図を用いつつ説明する。なお、以下の製造方法は、一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形を行うことができることは言うまでもない。
【００３５】
まず、支持体フィルム３上に配向膜４を成膜する。図２（ａ）の例においては、バーコート法により、配向膜形成用のポリマー溶液（例えば、ポリイミド溶液）４１をディスペンサーノズル（不図示）などにより支持体フィルム３の一端部に所定量供給し、支持体フィルム３の主面全体に均一に広がるようにバーコータ４２により引き伸ばす。その後、加熱乾燥して塗膜を得る。なお、バーコート法は一例であって、スピンコート法やその他の塗膜形成方法を適用してもよい。また、配向膜４と支持体フィルム３の間には、必要に応じて接着剤層を形成してもよい。
【００３６】
次いで、配向膜４の面に対してラビング処理を行う。その後、架橋型−液晶高分子フィルム２の前駆体となる液晶高分子化合物が溶解若しくは分散した溶液４３を用意し、ディスペンサーノズルなどにより所定量を配向膜４上の一端部に供給する。そして、図２（ｂ）に示すように、配向膜４の主面全体に均一に広がるようにバーコータ４４により引き伸ばす。その後、加熱乾燥して塗膜を得る。本実施形態１においては、ラビング方向とバーコータ４４の移動方向を略一致する方向とした。なお、バーコート法は一例であって、スピンコート法やその他の塗膜形成方法を適用してもよい。
【００３７】
その後、図２（ｃ）に示すように、電子線を照射した。液晶フィルム面の上部に光源４５を設置し、液晶フィルムの高分子骨格に架橋構造を導入するように照射する。電子線照射用のサンプルは、カプトン（登録商標）などのシート４６の上に載置し、さらにこのポリイミドシートをステージ４７に載置した。電子線としては、例えば、加速電圧が４０〜７０ｋＶの低エネルギー電子線を照射することができる。これにより、架橋型−液晶高分子フィルム２が得られる。以上のような工程を経て、光駆動型アクチュエータ１が製造される。
【００３８】
次に，本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの駆動方法について説明する。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは，第１活性光，及び第１活性光とは異なる波長帯域の第２活性光により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子が導入された架橋型−液晶高分子フィルム２に，第１活性光の照射のオン／オフにより架橋型−液晶高分子フィルム２の形状変化を誘起するものである。ここで「形状変化」とは，巨視的に形状変化するものを云い、シート状の可動部分を折る方向に変形させるもの，平坦な状態に戻す方向に変形させるもの，既に折られている状態を別の角度に変形させるものなどの巨視的な形状変化全般を総称したものとする。
【００３９】
図３（ａ）に、第１活性光を照射する前の光駆動型アクチュエータ１の形状の一例を、図３（ｂ）に、第１活性光を照射した際の光駆動型アクチュエータ１の形状の一例を、図３（ｃ）に、第１活性光の照射をオフした際の光駆動型アクチュエータ１の形状の一例を示す。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータ１は、前述したとおり第１活性光の照射前は、略平面形状となっている。これに、第１活性光を照射すると、図３（ｂ）に示すように、光駆動型アクチュエータ１は屈曲形状（第１の形状）となる。架橋型−液晶高分子フィルム２の形状変化に連動して支持体フィルム３も変形する。
【００４０】
第１活性光の照射をオフすると、図３（ｃ）に示すように、略平面形状（第２の形状）となる。第１活性光Ｌ１線の照射時と同様に、支持体フィルム３は架橋型−液晶高分子フィルム２と連動して変形する。
【００４１】
第１形状を維持したい場合には、第１活性光を照射し続ければよい。また、第１形状と第２形状を繰り返し誘起したい場合には、第１活性光の照射のオン、オフを繰り返し行えばよい。
【００４２】
光駆動型アクチュエータ１の第１形状、及び第２形状は、前述した液晶の配向性の他，第１活性光の照射位置や照射光強度に応じて，適宜変更することができる。照射光強度は，導入したフォトクロミック分子の種類，フォトクロミック分子の導入率，架橋型−液晶高分子フィルム２の厚み，及び所望とする屈曲挙動等に応じて最適となるように選定するが，通常１〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度である。所望の運動挙動やフォトクロミック分子に応じて非偏光，偏光のどちらを用いてもよい。照射光源としては，高圧水銀灯，レーザー光等の各種公知の光源を用いることができる。
【００４３】
以下，アゾベンゼンを側鎖型高分子のメソゲンに導入した架橋構造を有する液晶高分子からなるフィルムを例にとり説明する。なお，図中の各部分のサイズや形状は，説明の便宜上のものであり，各部分の比率，形状等は実際とは異なる。
【００４４】
図４（ａ）は，上記式（１）に示すアゾベンゼン分子の異性化の形状変化を模式的に図示した説明図である。図中，符号１０は棒状のトランス体の形状を，符号２０は屈曲したシス体の形状を模式的に示したものである。同図に示すように，アゾベンゼン分子に第１活性光として紫外光を照射すると棒状のトランス体１０から屈曲したシス体２０に異性化し，第１活性光とは異なる第２活性光として可視光を照射することによって元のトランス体１０に戻る。すなわち，棒状のトランス体１０と屈曲したシス体２０を可逆的に光により変化せしめることができる。
【００４５】
図４（ｂ）は，アゾベンゼンをメソゲン部位に組み込んだ架橋構造を有する架橋型−液晶高分子フィルム２の紫外光照射前後の様子を模式的に図示した部分拡大説明図である。図中，符号３１は高分子主鎖を，符号１１はアゾベンゼンがトランス体であるトランス型アゾベンゼン側鎖を，符号１２はメソゲンにアゾベンゼンを含まない非アゾベンゼン側鎖を，符号２１はアゾベンゼンがシス体であるシス型アゾベンゼン側鎖を示している。トランス型アゾベンゼン側鎖１１に紫外光を照射するとアゾベンゼン部位が屈曲したシス型アゾベンゼン側鎖２１に構造変化し，これにより非アゾベンゼン側鎖１２の配向変化も誘起される。そして，この変化が高分子骨格に伝搬して架橋構造を有する架橋型−液晶高分子フィルム２の形状変化が起こる。
【００４６】
架橋型−液晶高分子フィルム２（図４（ｂ）参照）に紫外光を照射すると，照射領域においてトランス体からシス体に構造変化して，ドメインの配向変化が誘起される。メソゲンを１軸配向としているので、実質的に同一方向に構造変化が誘起される。そして、その構造変化が高分子骨格に伝達され、架橋型−液晶高分子フィルム２が形状を保持しようとする力に逆らって、架橋型−液晶高分子フィルム２が機械的な応答を示す。一方、紫外光照射をやめると、架橋型−液晶高分子フィルム２の機械的な応答よりも架橋型−液晶高分子フィルム２の形状を戻そうとする力が勝って、紫外光照射により変形した方向と反対方向、すなわち元に戻ろうとする方向に形状変化が誘起される。
【００４７】
上記特許文献１〜３、非特許文献１においては、形状変化を誘起するために、第１活性光と第２活性光の２種類の活性光を照射する必要があった。一方、本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータによれば，上記特許文献４と同様に第１活性光のオン／オフに連動して形状変化を誘起することができる。しかも、本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータによれば、メソゲンが所定の方向に配向された架橋型−液晶高分子薄膜を備えているので、上記特許文献４に比してより大きな機械的変形を誘起することができる。従って、フィルムの巨視的変形が誘起可能であり、かつ駆動システムをより簡便化し、装置の小型化や低コスト化を達成することができる。
【００４８】
また、本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは、電子線照射後に架橋構造を導入しているので、ポリマーデザイン、製造方法、成膜方法等の設計自由度を高めることができる。
【００４９】
また、架橋型−液晶高分子薄膜，支持体の材料，液晶の配向性を適宜選定することにより光照射前の架橋型−液晶高分子薄膜の主面の形状（初期形態）のバリエーションを高めることが可能となる。支持体の材料は，架橋型−液晶高分子薄膜に比して格段に選択肢が多いため，ニーズに応じた材料選定が可能となり設計自由度を上げることができる。光駆動型アクチュエータの初期形態のバリエーションを高めることにより，光照射前のみならず、第１活性光の照射のオン／オフに連動した形状変化のバリエーションも高めることができる。また，架橋型−液晶高分子薄膜を支持体上に固定することにより，機械的強度，耐久性を高めることができる。さらに、本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータにおいては，極めて簡易な構造であるので，それ自身の小型軽量化を達成できる。また，液晶構造と架橋構造を兼ね備えた架橋型−液晶高分子薄膜を採用することにより，大きな機械的仕事を取り出すことが可能である。
【００５０】
本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータによれば，架橋型−液晶高分子薄膜，支持体の種類や初期形態を選定することにより，温度や圧力等の条件を一定に保った状態において光照射を行うだけで機械的な動きを取出すことができる。また，繰り返し使用できるという利点も有する。従って，マイクロマシンの可動部（例えば，ロボットの関節部）や，マイクロカテーテル等の医療用デバイス等として応用可能である。光駆動型アクチュエータを装置内部に搭載する場合においても，第１活性光が透過可能な材質により筐体等を形成すれば，装置内部に光源を具備する必要はない。このため，装置の小型軽量化を実現できる。
【００５１】
なお、本実施形態１の図３の例においては、第２形状が光照射前の形状と実質的に同一となる例について述べたが、第２形状が光照射前の形状と異なっていてもよい。また、第１活性光の照射のオン／オフに連動して、第１形状と第２形状が可逆的に変化する例について述べたが、第１活性光の照射のオン／オフに連動して形状変化をするものも含むものとする。換言すると、第１活性光の照射のオン／オフ毎に形状が変化するものであってもよい。
【００５２】
［実施形態２］
ばねのように伸縮可能な光駆動型アクチュエータの例について説明する。図５は，本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの製造工程の一例を説明するための概略断面図である。なお，以降の説明において，前記実施形態と同一の要素部材は，同一符号を付し，適宜その説明を省略する。また，上記実施形態１と同様の点については適宜説明を省略し，異なる点について詳述する。
【００５３】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，以下の点を除く基本的な構成は実施形態１に係る光駆動型アクチュエータ１と同じである。すなわち，上記実施形態１においては、支持体フィルム３の片側の主面に配向膜４及び架橋型−液晶高分子フィルム２を積層していたのに対し、本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，支持体フィルム３の両主面に配向膜、液晶高分子フィルムを積層している点において相違する。また、上記実施形態１においては、架橋型−液晶高分子フィルム２の全面に電子線を照射することにより、全面に架橋構造を導入したのに対し、本実施形態２においては、電子線マスクを介して所望の位置にのみ電子線を照射し、電子線照射部位のみに架橋構造を導入している点において相違する。また、支持体フィルム３が、第１活性光の遮光フィルムにより形成されている。
【００５４】
図５（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの製造方法の一例を示す。本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは、図５（ａ）に示すように、支持体フィルム３ａの両主面に配向膜４ａを積層し、其々の上層に実質的に架橋構造を含まない液晶高分子化合物の液晶フィルム５を形成する。そして、図５（ｂ）に示すように、所望のパターンが形成された電子線の透過部５１と非透過部５２を有する電子線マスク５０を介して、電子線を照射する。
【００５５】
本実施形態２においては、架橋構造と非架橋構造とがＹ軸方向に交互にストライプ状になるように形成した。また、対向する２つの液晶フィルム５に対して架橋領域が互いに対向しない位置になるように形成した。電子線照射により、図５（ｃ）に示すように、架橋構造が導入される。電子線マスクを用いることにより、架橋領域と非架橋領域を有する液晶高分子のフィルムが得られる。本実施形態２においては、説明の便宜上、架橋領域を架橋型−液晶高分子フィルム２ａとし、電子線が照射されていない非架橋領域を非架橋型−液晶高分子フィルム６として説明する。
【００５６】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａに対して、架橋型−液晶高分子フィルム２ａと非架橋型−液晶高分子フィルム６全体に第１活性光を照射すると、架橋型−液晶高分子フィルム２ａは、照射方向に向かうように屈曲する。一方、非架橋型−液晶高分子フィルム６は、巨視的な形状変化が起こらないか、極僅かな形状変化が起こる程度である。従って、図５（ｃ）のＺ軸方向の両側から、第１活性光を照射すると、光駆動型アクチュエータ１ａがＸ軸方向にばねのように収縮する。
【００５７】
光駆動型アクチュエータ１ａに対して第１活性光の照射をオフすると、架橋型−液晶高分子フィルム２ａがＸ軸方向に伸長する。換言すると、第１活性光の照射のオン／オフに連動して、光駆動型アクチュエータ１ａをばねのように伸縮させることができる。本実施形態２においては、支持体フィルム３ａの両主面に架橋型−液晶高分子フィルム２ａと非架橋型−液晶高分子フィルム６を設ける例について述べたが、片側主面にのみ設けた場合においてもばねのように伸縮させることが可能である。
【００５８】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などのばね部材として好適に適用することができる。図６（ａ）（ｂ）に、本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａをマイクロリアクター等の流路の弁の開閉を行うアクチュエータとして適用した説明図を示す。光駆動型アクチュエータ１ａの第１端部６０は、筺体６２に固設され、第２端部６１は弁体６３に固定されている。図６において、符号６４は第１流路、６５は第２流路、６６は連通門である。
【００５９】
第１活性光の照射前は、図６（ａ）に示すように、光駆動型アクチュエータ１ａは、略直線形状となっている。これに、第１活性光を照射すると、光駆動型アクチュエータ１ａを構成する架橋型−液晶高分子フィルム２ａの領域が、光照射方向に近づく方向に屈曲する。その結果、図６（ｂ）に示すように、ばねのように収縮する。これにより、連通門６６を塞いでいる弁体６３が開き、第１流路６４と第２流路６５を連通させることができる。一方、第１流路６４と第２流路６５の連通を解除したい場合には、第１活性光の照射をオフにすればよい。換言すると、第１流路６４と第２流路６５を連通させたいタイミングのみ第１活性光を照射すればよい。付勢力に応じて伸縮するばねのように，第１活性光の照射のオン／オフに応じて伸縮運動を誘起することができる。所望とする伸長，収縮の程度に応じて光照射条件を設定すればよい。
【００６０】
筺体６２等を第１活性光に対する透過部材により構成すれば、流路近辺に照射光源を設置する必要はなく、遠隔部から第１活性光を照射して、弁体６３の開閉を可逆的に行うことができる。例えば，流体の流量を制御するマイクロリアクター等のマイクロ化学分析システムに用いることができる。
【００６１】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａによれば、電子線マスクを利用することにより、架橋型−液晶高分子フィルムと、非架橋型−液晶高分子フィルムを一つのフィルム内の所望の位置に形成することができる。このため、ニーズや用途に応じたフィルムの形状変化を容易に設計することができる。
【００６２】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータによれば，第１活性光の照射のオン／オフにより伸縮可能な光駆動型アクチュエータを得ることができる。また，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができるので，伸長方向及び収縮方向の両方に大きな出力及びストロークを発生することも可能である。なお，第２端部６１に弁体６３を取り付けた例について説明したが，これに代えて針やセンサ等を取り付けてもよい。退避可能なプローブ装置等に応用することも可能である。また、光駆動型アクチュエータ１ａの全面に第１活性光を照射する例について述べたが、所望とする位置にピンポイント的に照射を行うようにしてもよい。
【００６３】
［実施形態３］
光駆動型回転子として機能する光駆動型アクチュエータの例について説明する。本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータは，光エネルギーを機械エネルギーである回転エネルギーに変換するものである。
【００６４】
図７は，本実施形態３に係る動力伝達装置の一例を示す模式的斜視図である。動力伝達装置７０は，光駆動型回転子として機能する無端状ベルトの光駆動型アクチュエータ１ｂ，動力伝達部材たる２つの軸７１，２つのプーリ７２を備えている。光駆動型アクチュエータ１ｂは，同図に示すように，回転可能な２つの円筒状のプーリ７２に巻き掛けられている。プーリ７２の円筒部の内周部には軸７１が嵌め合わされ，プーリ７２と軸７１が一体的に回転するように構成されている。光駆動型アクチュエータ１ｂに第１活性光を照射することにより，光エネルギーを回転エネルギーに変換して光駆動型アクチュエータ１ｂを回転させ，それをプーリ７２及び軸７１の回動に変換して軸７１と一体的に回動するローラ等（不図示）に動力を伝達することができる。なお，軸７１を固定して，プーリ７２のみを回動自在に構成し，プーリ７２から他の部材に動力を伝達するように構成してもよい。
【００６５】
光駆動型アクチュエータ１ｂは，所望の大きさの架橋型−液晶高分子薄膜により構成されるフィルムやシート等の端部を接着剤等を用いてエンドレス状のリングとすることにより作製できる。また，架橋型−液晶高分子薄膜と支持体（例えば，高分子フィルム，高分子シート）を積層構造とし，上述の方法等によりリングを作製してもよい。プーリ７２と接触する光駆動型アクチュエータ１ｂの内周面側を支持体からなる層により構成することで，光駆動型アクチュエータ１ｂの機械的強度を高めることができる。無論，光駆動型アクチュエータ１ｂは支持体と架橋型−液晶高分子薄膜以外の要素を含んでいてもよい。例えば，光駆動型アクチュエータ１ｂとプーリ７２との間にすべりが生じないように，光駆動型アクチュエータ１ｂの幅方向における内周面側端部とプーリ７２の端部に歯のかみあい部を設けてもよい。また，架橋型−液晶高分子薄膜の上層に保護層等を設けてもよい。
【００６６】
架橋型−液晶高分子薄膜は，必ずしも無端状ベルトの主面全体に形成していなくともよく，例えば，支持体を基体とするベルトの幅方向中央部の長軸方向にエンドレス状に配置したり，種類の異なる架橋型−液晶高分子薄膜を長軸方向にストライプ状に配列したりするようにしてもよい。第１活性光の波長の異なるフォトクロミック分子を導入した複数の架橋型−液晶高分子薄膜をストライプ状に配置して，複数の回転運動モードを備えるようにしてもよい。また，架橋型−液晶高分子薄膜は，必ずしも長軸方向にエンドレス状に配置する必要はなく，用途に応じて任意の箇所に配置してもよい。
【００６７】
駆動軸から離れた位置にある従動軸に無端状ベルトを介して動力を伝達する場合にはモータ部を設けるのが一般的である。本発明に係る動力伝達装置７０によれば，モータ部を設けずに光駆動型アクチュエータ１ｂの回転を誘起して軸７１及びプーリ７２に動力を伝達することができる。このため，装置の小型化，軽量化を実現できる。また，非接触光源によって，光駆動型アクチュエータ１ｂの回転をオン／オフすることができるので，光源の距離を任意に設定可能な動力伝達システムを提供することができる。例えば，光源を遠方に配置して，遠隔操作が可能な動力伝達システムを提供することもできる。
【００６８】
次に，本発明に係る光誘起回転方法について説明する。本発明に係る光誘起回転方法は，第１活性光，及び第２活性光の照射により可逆的に異性化し得るフォトクロミック分子を含有する架橋型−液晶高分子フィルムに，架橋型−液晶高分子フィルムの形状変化を誘起するように第１活性光の照射のオン／オフを制御することにより回転させるものである。フォトクロミック分子の異性化を局所的に起こす方法としては，架橋型−液晶高分子フィルムの吸光係数に応じて照射する光強度を調節する方法，照射領域を調整する方法等を挙げることができる。回転運動を連続的に行いたい場合には，第１活性光の照射のオン／オフを連続的に誘起する。
【００６９】
本発明者らが鋭意検討を重ねた結果，第１活性光の照射位置に応じて，回転方向を適宜変更できることがわかった。照射位置に対する回転方向，及び回転挙動は，用いる架橋型−液晶高分子フィルムや，照射条件により変動し得るので所望の条件を適宜選定する。用いる用途に応じて単一の方向に回転するように構成してもよいし，照射位置を制御することにより回転が双方向に切り替わるように構成してもよい。照射光強度は，導入したフォトクロミック分子の種類，フォトクロミック分子の導入率，架橋型−液晶高分子フィルムの厚み，及び所望とする回転挙動等に応じて最適となるように選定するが，通常１〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度である。所望の回転挙動やフォトクロミック分子に応じて非偏光，偏光のどちらを用いてもよい。照射光源としては，高圧水銀灯，レーザー光等の各種公知の光源を用いることができる。
【００７０】
なお、上記実施形態に記載した用途は一例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、小型ロボットのアーム部分に適用することもできる。より具体的には、アームの間接対応部分が屈曲するように、間接対応部分に電子線を照射して架橋領域を形成し、その他の領域は非架橋領域となるようにする。第１活性光の照射により間接対応部分を屈曲させることができる。また、オフすることにより、初期形状などに変形させることができる。また、架橋領域ごとに照射のオン／オフを制御可能な光源システムを用いれば、より複雑な動きを実現することもできる。例えば、光駆動型アクチュエータの手のひら部で物を掴み，それを所望の位置に移動させて離すといういわゆるロボットアーム動作も可能である。手のひらで物を掴む構造に代えてアーム先端部にフックなどを取り付ける構造としてもよい。所望の箇所に所望の動きをする架橋型−液晶高分子フィルムを選定して固定するという極めてシンプルな方法なので複雑な動きと小型軽量化を同時に実現できる。屈曲自在に変形することが可能なので，複雑な動きをするマイクロマシン，医療用カテーテル，マイクロスケールの作業用リフト等に応用することが期待できる。
【００７１】
本発明によれば，光エネルギーを機械エネルギーに変換可能な光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータと光源を備える動力伝達システムを提供することができる。光を制御媒体としているので誘導雑音が発生せず，多重伝送などの大量高速度伝送が可能，非接触接続が容易となる等の利点を有する。また，構造体そのものを駆動素子とし，極めて簡便な構成で光エネルギーを機械エネルギーに直接変換することができるため，装置の小型軽量化，低コスト化の実現が容易となる。さらに，僅かな刺激によって大きな運動を誘起できるため，プラスチックモーターなどの駆動装置，マイクロマシンの可動部を初めとした多岐に亘る応用が期待できる。また，本発明に係る光駆動型アクチュエータによれば，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方よりレーザー光等を照射するだけで運動をオン／オフすることができる。このため，光源の距離を任意に設定可能な動力伝達システムを提供することができる。
【００７２】
なお，本発明は、第１活性光の照射のオン／オフのみにより光駆動型アクチュエータの形状変化を誘起できるものであるが、用途やニーズに応じて、適宜、前記第１活性光とは異なる波長の活性光線や熱エネルギーなどの物理的刺激を与えてもよい。
【００７３】
［実施例］
次に，実施例によりさらに本発明を具体的に説明するが，本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。なお，以下に記載する試薬等は，特に断らない限りは一般に市販されているものである。核磁気共鳴吸収スペクトル測定（１ＨＮＭＲ）は，Lamda-300（300MHz）を用い，テトラメチルシラン(TMS)を内部標準とした。化合物の液晶性は，示差走査熱量計(DSC;SeikoI&E，SSC-5200，DSC220C)，ホットステージ(Mettler，FP-90，FP-82HT)，偏光顕微鏡(POM;OLYMPUS，BH-2)を用いて評価した。示差走査熱量計は，ポリマーの評価は昇温速度１０℃／ｍｉｎ，モノマーの評価は昇温，降温速度１０℃／ｍｉｎとして，いずれも窒素雰囲気下で測定した。
【００７４】
本実施例においては，架橋型−液晶高分子フィルム２ｄの形態としてフィルム状のものを用いた。液晶高分子化合物は，フォトクロミック分子としてアゾベンゼン構造を導入した下記式（２）〜（４）で示されるメタクリル酸エステル系ポリマー（以下，それぞれ「ホモポリマーＩ」、「ブロックコポリマーＩ」、「ブロックコポリマーＩＩ」と略記する）を用いた。
【化２】
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【化３】
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【化４】
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【００７５】
（ホモポリマーＩの合成）溶液重合法により、下記式（５）のスキームに従って合成した。具体的には、単官能重合性モノマーである示す６−［４−（４−エトキシフェニルアゾ）フェノキシ］ヘキシルメタクリレート（以下，「ＡＢ」と略記する）をＤＭＦ中に溶解、脱気した後、重合開始剤として2, 2'-アゾイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）１ｍｏｌ％を加え、６０℃の条件下において４８時間加熱攪拌した。次いで、メタノールを用いて再沈殿を行うことにより未反応のモノマーを除去することによりポリマーを得た。なお、上記ＡＢについては、非特許文献２に従って合成した。
【化５】
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【００７６】
（ブロックコポリマーＩの合成）リビング重合法であるATRP法 (原子移動ラジカル重合法)により、下記式（６）及び（７）のスキームに従って合成した。具体的には、メチルメタクリレート (以下「ＭＭＡ」と略記する)５．０ｇ（５０ｍｍｏｌ），1,1,4,7,10,10-ヘキサメチルトリエチレンテトラミン（以下、「ＨＭＴＥＴＡ」と略記する）４２０μＬ（１５ｍｍｏｌ），エチル−２−ブロモイソブチレート（ＥＢｒＩＢ）７３μＬ（０．５ｍｍｏｌ），アニソール１０ｍＬを５０ｍＬナスフラスコに入れ，２０分間アルゴンをバブリングした。触媒である塩化銅（Ｉ）０．１５ｇ（１５ｍｍｏｌ）を５０ｍＬの重合管に入れ，アルゴンの注入・脱気を３回以上繰り返した。アルゴンフローしながら混合溶液を重合管に注入し，凍結脱気を３回以上行なった後，密閉した。３０分間室温で撹拌した後，９０℃に保温したオイルバスで加熱撹拌した。反応終了後，シリカゲルカラムクロマトグラフィー（溶媒：テトラヒドロフラン（ＴＨＦ））を用いて，銅触媒を除去した。減圧留去により濃縮したポリマー溶液を大量のメタノール中に滴下し，ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーはガラスフィルターを用いて回収し，ＴＨＦ及びメタノールを用いて３回以上再沈殿を行なった。これにより、式（６）のポリマー（以下、「ＰＭＭＡ−Ｂｒ」と略記する）を得た。Ｍｎは１２，０００であった。
【化６】
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【００７７】
下記式（７）に示すように、ＰＭＭＡ−Ｂｒ０．２３ｇ（０．０２０ｍｍｏｌ），ＡＢ０．８０ｇ（２．０ｍｍｏｌ），塩化銅（Ｉ）０．００１９ｇ（０．０２０ｍｍｏｌ）を２０ｍＬの重合管に入れ，アルゴン注入・脱気を３回以上繰り返した。同時に，ＨＭＴＥＴＡ５．３μＬ（０．０２７ｍｍｏｌ）及びアニソール３．５ｍＬを１０ｍＬナスフラスコに入れ，２０分間バブリングを行なった。次いで、アルゴンフローしながらシリンジ針を用いて混合溶液を重合管に注入し，凍結脱気を行なった後，密閉した。３０分間室温で撹拌後，８０℃に保温したオイルバスで８時間加熱撹拌した。精製法は，ＰＭＭＡ−Ｂｒと同様の方法で行った。
【化７】
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図８に、得られたポリマーのＮＭＲチャートを示す。また、ＡＢ及びＰＭＭＡ−ＢｒのＮＭＲチャートも併せて示す。同図より、式（３）に示すブロックコポリマーＩであることを確認した。
【００７８】
（ブロックコポリマーＩＩの合成）リビング重合法であるＡＴＲＰ法（原子移動ラジカル重合法）により、下記式（８）及び（９）のスキームに従って合成した。具体的には、ＨＭＴＥＴＡ１７μＬ（０．０６０ｍｍｏｌ）及びアニソール６ｍＬを１０ｍＬナスフラスコに入れ，２０分間バブリングを行なった。次いで、ＡＢ０．６６ｇ（１．６ｍｍｏｌ），ＰＥＯ−Ｂｒ０．１０ｇ（０．０２０ｍｍｏｌ（Ｍｎ＝５，０００），市販品），塩化銅（Ｉ）６．０ｍｇ（０．０６０ｍｍｏｌ）を２０ｍＬの重合管に入れ，アルゴン注入・脱気を３回以上繰り返した。アルゴンをフローしながら，シリンジ針を用いて重合管に混合溶液を注入し，凍結脱気を３回以上繰り返した後に密閉した。３０分間室温で撹拌後，８０℃で２４時間加熱撹拌した。ポリマーの精製は，前述の方法で行なった
【化８】
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【化９】
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図９に、得られたポリマーのＮＭＲチャートを示す。また、ＰＥＯ−ＢｒのＮＭＲチャートも併せて図示する。同図より、式（４）に示すブロックコポリマーＩＩであることを確認した。
【００７９】
得られたホモポリマーＩ、ブロックコポリマーＩ、ブロックコポリマーＩＩの数平均分子量、多分散度、及び熱物性の測定結果を表１に示す。いずれのサンプルも９０℃近辺にガラス転移温度が観測された。
【表１】
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【００８０】
＜架橋構造を有する液晶高分子フィルムの作製＞
（実施例１）支持体フィルムとして、７５ｍｍ×５０ｍｍサイズの直鎖状低密度ポリエチレン（以下、「ＰＥ」と略記する）（未延伸フィルム，２５μｍ，東セロ製）上の一端部にポリイミドのγ−ブチルラクトン溶液を供給し、支持体フィルムの主面全体に均一に広がるようにバーコータにより引き伸ばし、８０℃で加熱乾燥して配向膜をコートした支持体フィルムを得た。次いで，ラビング装置（E.H.C.RM-50）を用いてポリイミド面をラビングした。その後，配向膜４上の一端部にホモポリマーＩのシクロヘキサノン溶液を供給し、バーコータにより配向膜の主面全体に均一に広がるようにバーコータにより引き伸ばし、８０℃で加熱乾燥することにより液晶フィルムを得た。このとき、バーコータの移動方向とラビング方向が略一致するようにした。
【００８１】
配向膜を用いて液晶高分子を配向させるためには、等方相温度以上にする必要がある。しかしながら、本実施例１に係る液晶高分子の等方相温度は約１５０℃であり、支持体フィルムを構成するＰＥの融点１００℃よりも高い。そこで、本実施例１においては、４８８ｎｍのＡｒイオンレーザの直線偏光を順次照射した。これにより、アゾベンゼンを直線偏光の偏波面に対して垂直方向に配向させた。
【００８２】
次に、電子線照射を行った。Ｘ軸方向に移動自在なステージの上に、カプトン（登録商標）のシートを載置し、その上に液晶フィルム面が上側となるように設置した。そして、液晶フィルム５ｂの面の概ね１５ｍｍ直上から６０ｋＶ、２ｍＡの電子線を窒素雰囲気下で照射した。ステージ８１の搬送速度は８０ｍｍ／ｓに設定した。これは、１００ｋＧｙ／ｐａｓｓに相当し、全体で１０ＭＧｙとなるように照射を行った。以上のような工程を経て、光駆動型アクチュエータのサンプルを得た。
【００８３】
（実施例２）  ホモポリマーＩに代えてブロックコポリマーＩを用いた以外は、上記実施例１と同様の方法により光駆動型アクチュエータを得た。
（実施例３）  ホモポリマーＩに代えてブロックコポリマーＩＩを用いた以外は、上記実施例１と同様の方法により光駆動型アクチュエータを得た。
（実施例４）  支持体フィルムとして、ＰＥフィルムに代えてポリエチレンテレフタレート（以下、「ＰＥＴ」と略記する）（未延伸フィルム，２５μｍ，ユニチカ製）を用いた以外は、上記実施例１と同様の方法により光駆動型アクチュエータを得た。
（実施例５）  支持体フィルムとして、ＰＥフィルムに代えて上記実施例３と同様のＰＥＴを用いた以外は、上記実施例２と同様の方法により光駆動型アクチュエータを得た。
（実施例６）  支持体フィルムとして、ＰＥフィルムに代えて上記実施例３と同様のＰＥＴを用いた以外は、上記実施例３と同様の方法により光駆動型アクチュエータを得た。
【００８４】
（比較例１）  電子線を照射しない以外は、上記実施例１と同様の方法により比較例に係る光駆動型アクチュエータを得た。
【００８５】
架橋型−液晶高分子フィルムの膜厚は、いずれも数１００ｎｍ程度（膜厚平均２００〜３００ｎｍ程度）であった。また、実施例１に係る光駆動型アクチュエータにおいて、電子線照射前後の偏光吸収スペクトル測定によりオーダーパラメータを算出したところ、電子線照射前後でオーダーパラメータの値が一致（０．１９）し、配向状態が変化していないことを確認した。実施例２〜６においても、電子線照射前後のオーダーパラメータの値は、測定誤差範囲を超えた配向状態の変化は確認されず、概ね一致していることを確認した。
【００８６】
次に、上記実施例１〜６及び比較例について、溶剤に対する溶解性について検討した結果を説明する。電子線照射強度は、各実施例の光駆動型アクチュエータを室温下でクロロホルム中に２日間浸漬した。そして、サンプルの溶解度を検討した。図１０（ａ）に比較例１、図１０（ｂ）に実施例１、図１０（ｃ）に実施例２、図１０（ｄ）に実施例３、図１０（ｅ）に実施例４、図１０（ｆ）に実施例５、図１０（ｇ）に実施例６のクロロホルム溶液浸漬前後の写真を示す。各図において、左側がクロロホルム浸漬前の写真であり、右側がクロロホルム浸漬後の写真である。
【００８７】
比較例１においては、図１０（ａ）から明らかなように、クロロホルムに浸漬後、液晶高分子フィルムが完全に溶解してしまっている。一方、実施例１〜６においては、図１０（ｂ）〜（ｇ）から明らかなように、クロロホルムに浸漬後も、液晶高分子フィルムが溶解しなかった。これらの結果より、１０ＭＧｙの電子線照射により、液晶フィルムに架橋構造が導入されていることがわかる。
【００８８】
次に、各実施例及び比較例１の光駆動型アクチュエータに対して第１活性光の照射のオン／オフに伴う形状変化について検討した結果について説明する。図１１（ａ）に、サンプルの設置位置を示す模式的平面図、図１１（ｂ）に図１１のＸＩｂ−ＸＩｂ切断部断面図を示す。図１１に示すように、Ｘ軸方向に移動自在なホットステージ８１上にガラス基板８２を載置し、ガラス基板８２の上に、実施例及び比較例に係るサンプルのおよそ１／３が固設されるように、かつ液晶フィルム面が上側となるように両面テープ８３を介して光駆動型アクチュエータ１ｃを設置した。測定は、室温下で行った。第１活性光の照射として３６６ｎｍの紫外光を、前記第１活性光の照射とは異なる第２活性光として５３０ｎｍの可視光を用いた。紫外光については，ＵＶ−ＬＥＤ光源（キーエンス製  UV-400）を用いて３６６ｎｍの単色光を取り出した。出力光の強度は，１００ｍＷ／ｃｍ２とした。また，可視光については，ハロゲンランプ光源（島津理化製  FLH-50）を用いて５３０ｎｍの単色光を取り出した。出力光の強度は，１０ｍＷ／ｃｍ２とした。また，測定サンプルと光源の照射距離は，１０ｍｍ程度とし，架橋型−液晶高分子フィルム２のほぼ真上方向から照射した。照射光は非偏光とした。
【００８９】
図１２（ａ）〜（ｄ）に、比較例１及び実施例１〜３に係るサンプルの活性光照射前後の形状写真を示す。図１２（ａ）は、比較例１に係るサンプル写真、図１２（ｂ）は、実施例１に係るサンプル写真、図１２（ｃ）は実施例２に係るサンプル写真、図１２（ｄ）は、実施例３に係るサンプル写真である。
【００９０】
各図において、一番左側の写真は、第１活性光を照射する前のサンプルを撮像したものである。左から２番目の写真は、第１活性光の照射がオン状態のサンプルを撮像したものである。同写真の右上に記載の時間は、照射を開始してからの撮像タイミングを示す。いずれも、第１活性光の照射を開始してから５秒後に撮像した。各図において、左から３番目の写真は、第１活性光を照射した後、第１活性光の照射をオフした際のサンプルを撮像したものである。同写真の右上の時間は、オフしてからの撮像タイミングを示す。いずれも、第１活性光の照射をオフしてから６秒後に撮像した。さらに、各図において、一番右側の写真は、第１活性光の照射をオン、オフして左から３番目の写真のように第２形状となったサンプルに対して、さらに第２活性光を照射したものを撮像したものである。同写真の右上の時間は、第２活性光の照射を開始してからの撮像タイミングを示す。いずれも、第２活性光の照射を開始してから数十秒後に撮像した。
【００９１】
図１２より、全てのサンプルにおいて、３６６ｎｍの第１活性光を照射すると、程度の差はあるものの配向方向に屈曲することを確認した。但し、架橋構造が導入されていない比較例１に係るサンプルにおいては、その屈曲量は極僅かであった。屈曲量が最も大きかったのは、アゾベンゼンの導入量の最も多いホモポリマーＩを用いた実施例１のサンプルであった。
【００９２】
第１活性光の照射をオフすると、比較例１に係るサンプルは、３６６ｎｍ照射時の極僅かな屈曲形状を概ね維持していた。これに対し、実施例１〜３に係るサンプルは、対応する第１活性光の照射前の形状に概ね１〜２ｓで戻ることを確認した。実施例１〜３において、第１活性光の照射時の屈曲量に差が見られた。第１活性光の照射をオフした際の戻り量も、屈曲量と同様にサンプルにより違いがあった。第１活性光の照射をオン／オフすることにより、繰り返し形状変化が誘起できることを確認した。
【００９３】
さらに、第１活性光の照射をオフした後に可視光を照射してみたところ、第１活性光の照射をオフすることに伴って変化した形状を維持していた。
【００９４】
実施例４〜６のサンプルにおいても、実施例１〜３のサンプルと同様の結果が得られた。また、実施例１〜６について液晶高分子フィルムのＴｇ以上の温度においても同様の実験を行ったところ、同様の挙動が観察されることを確認した。また、上記実施例１〜６において、サンプル調整時の電子線照射を１０ＭＧｙで行った例について述べたが、電子線照射を２ＭＧｙにて作製したサンプルにおいても同様の挙動が観察された。
【００９５】
次に、第１活性光の照射時間に対するサンプルの形状変化について検討した。図１３に、実施例１に係るサンプルの形状写真を示す。図中の左側の写真から、第１活性光の照射前、第１活性光の照射開始５秒後、第１活性光の照射開始後５分後、第１活性光の照射開始後１０分後、第１活性光の照射をオフしたものを示す。第１活性光の照射開始後５分、１０分の形状は、同図より明らかなように、第１活性光の照射開始後５秒の形状とほぼ同一であった。また、１０分以上第１活性光を照射した後に第１活性光の照射をオフしたところ、フラットな形状に戻ることを確認した。
【００９６】
次に、第１活性光の照射のオン／オフの繰り返し性について検討した。図１４に、実施例１に係るサンプルの形状写真を示す。１０秒おきに第１活性光のオン／オフを行い、其々の開始後５秒後に撮像した。図１４においては、１サイクル目と１０サイクル目の第１活性光の照射時、オフ時の写真を一例として示している。同図に示すように、繰り返し同一形状を誘起できることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明に係る光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムは，上記光運動特性を利用して，例えば，プラスチックモーター，スイッチング素子，玩具，ロボットのアーム，医療用カテーテル，マイクロ化学分析システム，マイクロマシン等の種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】（ａ）  実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの形状の一例を示す模式的平面図。（ｂ）  図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ切断部断面図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）  実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの製造工程断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）  実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの駆動方法の説明図。
【図４】（ａ）  アゾベンゼン分子の異性化を説明するための模式図。（ｂ）  架橋構造を有する液晶高分子の構造変化を説明するための模式図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）  実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの製造工程断面図。
【図６】実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの応用例の一例を説明するための説明図。
【図７】実施形態３に係る光駆動型アクチュエータの応用例の一例を説明するための説明図。
【図８】実施例に係るブロックコポリマーＩのＮＭＲチャート図。
【図９】実施例に係るブロックコポリマーＩＩのＮＭＲチャート図。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）  実施例及び比較例に係る光駆動型アクチュエータの、クロロホルム浸漬実験前後の写真。
【図１１】（ａ）（ｂ）  実施例及び比較例に係る光駆動型アクチュエータの第１活性光の照射を説明するための模式図。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）  実施例及び比較例に係る光駆動型アクチュエータの第１活性光のオン／オフによる形状変化を示す写真。
【図１３】実施例１に係る光駆動型アクチュエータの第１活性光のオン／オフによる形状変化を示す写真。
【図１４】実施例１に係る光駆動型アクチュエータの第１活性光のオン／オフによる形状変化を示す写真。
【符号の説明】
【００９９】
１      光駆動型アクチュエータ
２      架橋型−液晶高分子フィルム
３      支持体フィルム
４      配向膜
５      液晶フィルム
６      非架橋型−液晶高分子フィルム
１０    トランス体
１１    トランス型アゾベンゼン側鎖
１２    非アゾベンゼン側鎖
１３    紫外光
１４    可視光
２０    シス体
２１    シス型側鎖
３１    高分子主鎖
【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図２】
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【図４】
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【図７】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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