【手続補正書】
【提出日】平成16年2月6日(2004.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】液晶流動形成機構、液晶流動形成方法および液晶流動を用いた物体移動機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】流路と、
該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、
該液晶の液晶分子に対して電界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
前記液晶の液晶分子が回転したときに、前記流路において、その壁面と交差する断面に、
該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように液晶分子を拘束する拘束手段を備えている
ことを特徴とする液晶流動形成機構。
【請求項２】  流路と、
該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、
該液晶の液晶分子に対して磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
前記液晶の液晶分子が回転したときに、前記流路において、その壁面と交差する断面に、
該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように液晶分子を拘束する拘束手段を備えている
ことを特徴とする液晶流動形成機構。
【請求項３】前記液晶が、前記流路の壁面と交差する軸周りにツイストされた
ことを特徴とする請求項１または２記載の液晶流動形成機構。
【請求項４】前記流路が、対向する一対の壁面を有しており、
該流路の一対の壁面間に、前記液晶が入れられており、
前記流路の一対の壁面間において、前記液晶がツイストされている
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の液晶流動形成機構。
【請求項５】前記液晶がツイスト角度が、１８０度である
ことを特徴とする請求項３または４記載の液晶流動形成機構。
【請求項６】前記液晶分子が、前記流路の壁面に対してチルトしている
ことを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の液晶流動形成機構。
【請求項７】前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングおよび前記液晶に加える電界または磁界の大きさを制御する制御装置を備えており、
該制御装置が、前記液晶に電界または磁界を断続的に加える
ことを特徴とする請求項１、２、３、４、５または６記載の液晶流動形成機構。
【請求項８】互いに対向する壁面を有し、前記壁面を対向させた状態で、相対的に移動可能な一対の部材と、
該一対の部材の対向する壁面間に、該対向する壁面に沿って移動可能に入れられた液晶と、
該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記一対の部材の対向する壁面のうち、一方の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
電界または磁界を加えたときに、液晶分子が回転して、その周囲に速度勾配を発生するように拘束する拘束手段を備えている
ことを特徴とする物体移動機構。
【請求項９】中空な空間を有する外側部材と、
該外側部材の中空な空間の内部に、前記外側部材に対して回転自在に配設された内側軸と、
前記外側部材の内面と前記内側軸の外面との間に入れられた液晶と、
前記外側部材の内面と前記内側軸の外面との間において、該内側軸の中心から前記外側部材の内面に向かう方向と平行な電界または磁界を加えて、前記液晶の液晶分子を、前記内側軸の外面または前記外側部材の内面のうち、いずれか一方の面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶分子回転手段が、
電界または磁界を加えられたときに、前記内側軸の中心に対して軸対称な位置に位置する液晶分子が、前記内側軸の中心軸方向から見て全て同じ方向に回転するように拘束する拘束手段を備えている
ことを特徴とする物体移動機構。
【請求項１０】中空な空間を有する外側部材と、
該外側部材の中空な空間の内部に収容され、前記外側部材の内面に沿って移動可能に設けられた、前記外側部材の中空な空間を分割する内側部材と、
前記外側部材の中空な空間に入れられ、前記内側部材の移動方向と交差する軸周りにツイストされた液晶と、
該液晶の液晶分子に対して、前記内側部材の移動方向と交差する方向に沿って電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記外側部材の内面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
前記液晶の液晶分子が、いずれも前記内側部材から遠い側の端部が、前記外側部材の内面に対してチルトするように液晶分子を拘束する拘束手段を備えている
ことを特徴とする物体移動機構。
【請求項１１】前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングおよび前記液晶に加える電界または磁界の大きさを制御する制御装置を備えており、
該制御装置が、前記液晶に電界または磁界を断続的に加える
ことを特徴とする請求項８、９または１０記載の物体移動機構。
【請求項１２】液晶を流路内に配置し、
該流路内において、液晶の液晶分子が、その壁面と交差しかつ該壁面に拘束されている液晶分子の軸方向と平行な面内で回転したときに、該流路において、その壁面と交差する断面に、該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように拘束手段によって液晶分子を拘束し、
該拘束手段によって拘束されている液晶に対して、液晶分子回転手段によって、前記流路の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加える
ことを特徴とする液晶流動形成方法。
【請求項１３】前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングおよび前記液晶に加える電界または磁界の大きさを制御する制御装置を備えており、
該制御装置によって、前記液晶に電界または磁界を断続的に加える
ことを特徴とする請求項１２記載の液晶流動形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶流動を用いた物体移動機構および液晶流動形成方法に関する。液晶とは、流動性はあるが、光学的には異方性で、複屈折を示し、結晶のような性質をもつ状態又はそのような状態を示す物質をいう。この液晶に対して電界や磁界を加えると、全ての液晶分子は、その重心回りに同じ方向に回転し、その軸方向が電界や磁界の方向に対して液晶固有の角度に配向する。本発明は、かかる液晶の性質を利用した液晶流動を用いた物体移動機構、液晶流動形成機構および液晶流動形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液晶は、液晶分子が配向することによってその光学的性質が変化するため、この性質を利用して液晶ディスプレー等の情報表示装置に使用されている。
また、液晶は、電界や磁界を加えて液晶分子の配向方向を変化させると液晶自体の粘性が変化する、つまり電気粘性流体としての性質も有している。このため、電気粘性流体としての性質を利用した軸受やダンパー等が開発されている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、液晶分子が配向するときに、液晶流動が発生することが知られている。例えば、図９に示すように、一対の固定平行板Ｐ，Ｐ間に液晶を入れて、その液晶分子ｍを、その軸方向が一対の固定平行板Ｐ，Ｐと平行になるように配列する。そして、この液晶に、一対の固定平行板Ｐ，Ｐと垂直な電界を加えれば、液晶分子ｍが回転し、この液晶分子ｍの回転に起因する液晶流動が発生する。つまり、液晶を用いることによって、電気エネルギを運動エネルギに変換することができるのである。
しかし、この液晶分子ｍの運動エネルギ、つまり液晶流動を工業的に利用することを考えた者は未だおらず、当然のごとくこの液晶流動を積極的に利用する方法や装置は存在していない。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑み、工業的に利用可能な液晶流動を形成することができる液晶流動形成機構および液晶流動形成方法、および液晶流動を利用した物体移動機構を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の液晶流動形成機構は、流路と、該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、該液晶の液晶分子に対して電界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記液晶の液晶分子が回転したときに、前記流路において、その壁面と交差する断面に、該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように液晶分子を拘束する拘束手段を備えていることを特徴とする。
請求項２の液晶流動形成機構は、流路と、該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、該液晶の液晶分子に対して磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記液晶の液晶分子が回転したときに、前記流路において、その壁面と交差する断面に、該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように液晶分子を拘束する拘束手段を備えていることを特徴とする。
請求項３の液晶流動形成機構は、請求項１または２記載の発明において、前記液晶が、前記流路の壁面と交差する軸周りにツイストされたことを特徴とする。
請求項４の液晶流動形成機構は、請求項１、２または３記載の発明において、前記流路が、対向する一対の壁面を有しており、該流路の一対の壁面間に、前記液晶が入れられており、前記流路の一対の壁面間において、前記液晶がツイストされていることを特徴とする。
請求項５の液晶流動形成機構は、請求項３または４記載の発明において、前記液晶がツイスト角度が、１８０度であることを特徴とする。
請求項６の液晶流動形成機構は、請求項１、２、３、４または５記載の発明において、前記液晶分子が、前記流路の壁面に対してチルトしていることを特徴とする。
請求項７の液晶流動形成機構は、請求項１、２、３、４、５または６記載の発明において、前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングを制御する制御装置を備えており、該制御装置が、前記液晶に電界または磁界を断続的に加えることを特徴とする。
請求項８の物体移動機構は、互いに対向する壁面を有し、前記壁面を対向させた状態で、相対的に移動可能な一対の部材と、該一対の部材の対向する壁面間に、該対向する壁面に沿って移動可能に入れられた液晶と、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記一対の部材の対向する壁面のうち、一方の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、電界または磁界を加えたときに、液晶分子が回転して、液晶分子の周囲に速度勾配が発生するように拘束する拘束手段を備えていることを特徴とする。
請求項９の物体移動機構は、中空な空間を有する外側部材と、該外側部材の中空な空間の内部に、前記外側部材に対して回転自在に配設された内側軸と、前記外側部材の内面と前記内側軸の外面との間に入れられた液晶と、前記外側部材の内面と前記内側軸の外面との間において、該内側軸の中心から前記外側部材の内面に向かう方向と平行な電界または磁界を加えて、前記液晶の液晶分子を、前記内側軸の外面または前記外側部材の内面のうち、いずれか一方の面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、電界または磁界を加えられたときに、前記内側軸の中心に対して軸対称な位置に位置する液晶分子が、前記内側軸の中心軸方向から見て全て同じ方向に回転するように拘束する拘束手段を備えていることを特徴とする。
請求項１０の物体移動機構は、中空な空間を有する外側部材と、該外側部材の中空な空間の内部に収容され、前記外側部材の内面に沿って移動可能に設けられた、前記外側部材の中空な空間を分割する内側部材と、前記外側部材の中空な空間に入れられ、前記内側部材の移動方向と交差する軸周りにツイストされた液晶と、該液晶の液晶分子に対して、前記内側部材の移動方向と交差する方向に沿って電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記外側部材の内面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶の液晶分子が、いずれも前記内側部材から遠い側の端部が、前記外側部材の内面に対してチルトするように液晶分子を拘束する拘束手段を備えていることを特徴とする。
請求項１１の物体移動機構は、請求項８、９または１０記載の発明において、前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングを制御する制御装置を備えており、該制御装置が、前記液晶に電界または磁界を断続的に加えることを特徴とする。
請求項１２の液晶流動形成方法は、液晶を流路内に配置し、該流路内において、液晶の液晶分子が、その壁面と交差しかつ該壁面に拘束されている液晶分子の軸方向と平行な面内で回転したときに、該流路において、その壁面と交差する断面に、該断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように拘束手段によって液晶分子を拘束し、該拘束手段によって拘束されている液晶に対して、液晶分子回転手段によって、前記流路の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加えることを特徴とする。
請求項１３の液晶流動形成方法は、請求項１２記載の発明において、前記液晶分子回転手段が、前記液晶に電界または磁界を加えるタイミングおよび前記液晶に加える電界または磁界の大きさを制御する制御装置を備えており、該制御装置によって、前記液晶に電界または磁界を断続的に加えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、液晶に電界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が電界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。そして、液晶分子回転手段によって流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転したときに、流路の壁面と交差する断面に、その断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように、拘束手段によって液晶分子が拘束されている。このため、液晶分子を回転したときには、壁面と交差する断面において、流量が０とならない液晶流動を流路内に発生させることができる。すると、この液晶流動の方向と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力をその断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
請求項２の発明によれば、液晶に磁界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が磁界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。そして、液晶分子回転手段によって流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転したときに、流路の壁面と交差する断面に、その断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように、拘束手段によって液晶分子が拘束されている。このため、液晶分子を回転したときには、壁面と交差する断面において、流量が０とならない液晶流動を流路内に発生させることができる。すると、この液晶流動の方向と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力をその断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
請求項３の発明によれば、流路の壁面と交差する軸周りに、液晶がツイストされているので、液晶をツイストする角度を調整すれば、所望の方向への液晶流動を発生させることができる。
請求項４の発明によれば、液晶分子回転手段によって流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転させれば、一対の壁面間に、流量が０とならない液晶流動を発生させることができる。この液晶流動の方向と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力をその断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサなどに容易に利用することができる。また、液晶をツイストさせる角度によって液晶流動の方向を変化させることができるので、液晶をツイストする角度を調整すれば、所望の方向への液晶流動を発生させることができる。
請求項５の発明によれば、液晶をツイストする角度が１８０度であるから、液晶分子が回転したときに、流路の壁面に拘束されている液晶分子の軸方向と交差する断面に形成される速度分布は、断面の法線方向の全ての速度ベクトルの方向が同じになる。言い換えれば、前記断面において、その断面の法線方向の速度成分が全て同じ符号を有することになるから、壁面と交差する断面において、流量が０とならない液晶流動を確実に流路内に発生させることができる。
請求項６の発明によれば、液晶分子がチルトされているので、液晶分子回転手段によって液晶分子を回転させたときに、常に一定の方向に液晶を回転させることができる。よって、常に一定の方向に液晶流動を発生させることができる。
請求項７の発明によれば、制御装置によって断続的に電界又は磁界を加えると、一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができる。また、電界又は磁界を加える時間間隔や、電界又は磁界の大きさを変化させれば、液晶流動の流量を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
請求項８の発明によれば、液晶に電界または磁界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が電界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転によって速度勾配が発生しこの速度勾配に起因する液晶流動を発生させることができる。すると、一対の部材は、壁面を対向させた状態で互いに移動可能であるので、一方の部材を固定すれば、他方の部材を液晶流動の方向に移動させることができる。また、対向する壁面間において液晶をツイストさせれば、その角度によって、液晶流動の方向を変化させることができるので、液晶をツイストする角度を調整すれば、一方の部材に対して他方の部材を所望の方向に移動させることができる。つまり、液晶の流動を部材の移動に利用することができるので、液晶を利用した搬送装置等に応用することができる。
請求項９の発明によれば、液晶に電界または磁界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が電界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転によって速度勾配が発生しこの速度勾配に起因する液晶流動を発生させることができる。すると、外側部材の中空な空間内において、内側軸が、その軸周りに回転自在に設けられているので、内側軸を固定すれば、外側部材を内側軸の中心軸周りに回転させることができる。逆に、外側部材を固定すれば、内側軸を、その中心軸周りに回転させることができる。また、内側軸の外面と外側部材の内面との間において液晶をツイストさせれば、液晶流動の方向を内側軸の接線方向に対して傾けることができるので、内側軸および外側部材を、内側軸の中心軸周りに回転させるだけでなく、内側軸の中心軸に沿った方向へも移動させることができる。つまり、液晶の流動を部材の回転に利用することができるので、液晶を利用したモータやドリル等に応用することができる。
請求項１０の発明によれば、液晶に電界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が電界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。そして、液晶分子は、内側部材の移動方向と交差する軸周りにツイストしており、かつ内側部材から遠い側の端部が外側部材の内面に対してチルトしているので、液晶分子回転手段によって外側部材の内面と交わる面内で液晶分子を回転させれば、内側部材を挟むいずれの液晶にも、内側部材に向かう流れが発生する。このため、内側部材を挟むいずれかの一方の側の液晶を液晶分子回転手段によって回転させれば、内側部材を外側部材の内面に沿って移動させることができる。つまり、液晶流動を内側部材の移動に変換することができるので、液晶を作動流体とするアクチュエータ等に応用することができる。
請求項１１の発明によれば、制御装置によって断続的に電界又は磁界を加えると、一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができる。また、電界又は磁界を加える時間間隔や、電界又は磁界の大きさを変化させれば、液晶流動の流量を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
請求項１２の発明によれば、液晶に電界を加えれば、液晶分子が、その重心周りに回転して、その軸方向が電界の方向に対して液晶固有の角度に配向するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。そして、液晶分子回転手段によって流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転したときに、流路の壁面と交差する断面に、その断面の法線方向の速度成分の総和の絶対値が正となる速度分布が形成されるように、拘束手段によって液晶分子は拘束されている。このため、液晶分子を回転したときには、壁面と交差する断面において、流量が０とならない液晶流動を流路内に発生させることができる。すると、この液晶流動の方向と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力をその断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
請求項１３の発明によれば、液晶に対して断続的に電界又は磁界を加えると、一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔や、電界又は磁界の大きさを変化させれば、液晶流動の流量を変化させることができるし、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の液晶流動形成機構を説明する前に、液晶に電界や磁界を加えたときに、液晶流動が発生する原理を説明する。
なお、液晶は、電界や磁界を加えたときに、電界や磁界の方向に対して液晶分子の軸方向が液晶固有の角度に配向するが、以下には、電界や磁界を加えたときに、液晶分子の軸方向が電界や磁界の方向と平行になるような液晶について説明する。
また、液晶分子は、電界、磁界いずれを加えた場合でも配向するので、以下には電界を加える場合のみを説明する。
【０００８】
図３は電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。図４は平行板Ｐ上に載せられた液晶ＬＣに電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。図３に示すように、液晶ＬＣに、その液晶分子ｍの軸方向と交差するように電界ｅｆを加えると、液晶分子ｍは、その回転角度が小さくなる方向（図３(A) では矢印の方向）に、その軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転する（図３(B) ）。すると、各液晶分子ｍの周囲には速度勾配が発生するので、液晶流動が発生するのである（図３(C)）。
【０００９】
図４(A) において、符号Ｆは平行板Ｐ上に設けられた配向膜を示している。この配向膜Ｆの素材は、例えばポリイミド等の高分子物質である。この平行板Ｐの配向膜Ｆに液晶ＬＣの一部を接触させると、平行板Ｐ近傍の液晶分子ｍは平行板Ｐの配向膜Ｆに拘束（以下、アンカリングという）される。すると、電界ｅｆを加えても、平行板Ｐの近傍に位置する液晶分子ｍは、その軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転することができず、回転量が小さくなる（図４(B)）。しかも、液晶分子ｍの回転量は、平行板Ｐに近づくほど小さくなり、平行板Ｐ上では０となるので、液晶分子ｍの回転によって、その周囲に形成される速度勾配も、平行板Ｐに近づくほど小さくなる（図４(C)）。
したがって、液晶ＬＣにおいて、その一部の液晶分子ｍの動きを平行板Ｐの配向膜Ｆによってアンカリングすれば、液晶ＬＣ内に、図４(D) に示すような速度分布を有する液晶分子ｍの流れが発生するのである。
【００１０】
さて、本発明の液晶流動形成機構を説明する。
図１は本発明の液晶流動形成機構の概略説明図であり、(A) はＹＺ断面図であり、(B) はＹＺ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) はＹＺ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。
【００１１】
図１において、符号Ｌは、後述する液晶ＬＣが流動する流路を示している。この流路Ｌは、対向する一対の壁面Ｂ，Ｂを備えている。この一対の壁面Ｂ，Ｂは、互いに平行かつ、いずれの壁面Ｂも平坦面に形成されている。
なお、対向する一対の壁面Ｂ，Ｂは平行でなくてもよく、一方の壁面Ｂに対して他方の壁面Ｂが傾斜していてもよい。
さらになお、各壁面Ｂは平坦面でなくてもよい。例えば一方の壁面Ｂが平坦面であって他方の壁面Ｂが凹凸を有する面でもよいし、いずれの壁面Ｂも凹凸を有する面であってもよい。
【００１２】
前記流路Ｌの一対の壁面Ｂ，Ｂ間には、液晶ＬＣが入れられている。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、電界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。
【００１３】
この液晶ＬＣと前記一対の壁面Ｂ，Ｂとの間には、一対の配向膜Ｆ ,Ｆがそれぞれ設けられている。この一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、その素材が、例えばポリイミド等の高分子物質である。
この一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、その対向する面がいずれもラビングされている。そして、そのラビング方向は、いずれも右から左である。
【００１４】
このため、液晶ＬＣのうち、一対の配向膜Ｆ ,Ｆと接触する液晶分子ｍは、一対の配向膜Ｆ ,Ｆにアンカリングされる。
すると、下方の壁面Ｂに設けられた配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍは、その軸方向を左右方向、つまりラビングした方向に向けて配列する。しかも、液晶分子ｍは、左端部が配向膜Ｆから上傾するように配列する、つまりラビングしたときの下流側の端部が配向膜Ｆから離れるように配列（以下、単にチルトという）される。
一方、液晶ＬＣの液晶分子ｍのうち、上方の壁面Ｂに設けられた配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍは、その軸方向を左右方向、つまりラビングした方向に向けて配列し、しかも、左端部が配向膜Ｆから下傾するように配向する、つまりラビングしたときの下流側の端部がチルトする。
また、下方の配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍと、上方の配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍとの間に位置する液晶分子ｍは、隣接する液晶分子ｍ間の配向の変化がもっとも小さくなるように配列するのである。
【００１５】
したがって、流路Ｌの一対の壁面Ｂ，Ｂ間に入れられた液晶ＬＣは、一対の壁面Ｂ，Ｂ間において、壁面Ｂに対して垂直な軸周りに１８０°ねじれた状態で配列する、つまり、液晶ＬＣは一対の壁面Ｂ，Ｂ間で１８０°ツイストされるのである。
【００１６】
なお、液晶ＬＣと前記一対の壁面Ｂ，Ｂとの間に配向膜Ｆを設けなくてもよく、流路Ｌの一対の壁面Ｂ，Ｂにラビングレス処理をしてやればよい。
【００１７】
流路Ｌの内部において、前記一対の壁面Ｂ ,Ｂと前記一対の配向膜Ｆ ,Ｆとの間には、それぞれ一対の電極Ｅ，Ｅが設けられている。この一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ,Ｂと垂直になるように配設されている。また、この一対の電極Ｅ，Ｅは、電源を有する制御装置Ｄに接続されている。
このため、制御装置Ｄによって一対の電極Ｅ，Ｅに電圧を加えれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に、一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直な電界ｅｆを形成することができる。この一対の電極Ｅ，Ｅが、特許請求の範囲にいう配向装置であり、一対の電極Ｅ，Ｅおよび制御装置Ｄが液晶分子回転手段ＣＢを構成している。
【００１８】
なお、一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ ,Ｂと垂直になるように配設しなくてもよく、一対の電極Ｅ，Ｅに形成される電界ｅｆによって液晶ＬＣの液晶分子ｍをいずれか一方の壁面Ｂと交わる面内で回転するように配設すればよい。
【００１９】
なお、一対の電極Ｅ，Ｅを前記流路Ｌの外面に取り付けてもよい。この場合、流路Ｌの素材を導電体や電界が透過できる素材とすれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に電界ｅｆを形成することができる。
さらになお、流路Ｌの素材を導電体とした場合、制御装置Ｄを直接流路Ｌに接続すれば、制御装置Ｄによって流路Ｌに電圧を加えれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に電界ｅｆを発生させることができる。
【００２０】
つぎに、本実施形態の液晶流動形成機構の作用と効果を説明する。
まず、制御装置Ｄによって一対の電極Ｅ，Ｅ間に電圧を加えると、流路Ｌ内の一対の壁面Ｂ，Ｂ間に、一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直な方向の電界ｅｆが発生する。すると、液晶ＬＣの液晶分子ｍは、その軸方向が電界ｅｆと平行になるように回転する（図１(B) ）。すると、液晶分子ｍの回転によって、その周囲に速度勾配が発生する。
【００２１】
このとき、上方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍおよび下方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍの軸方向は、いずれも左側端部がチルトしており、しかも両者の間の液晶分子ｍが一対の壁面Ｂ，Ｂ間で１８０°ツイストしているので、ラビング方向に対して垂直な方向から見ると、液晶分子ｍは上下反対称に配置する。
このため、一対の壁面Ｂ，Ｂ間において、その中間よりも上方の液晶分子ｍは反時計回りに回転し、その中間よりも下方の液晶分子ｍは時計回りに回転するので、上方の壁Ｂ近傍の液晶分子ｍが形成する速度勾配と、下方の壁Ｂ近傍の液晶分子ｍが形成する速度勾配は上下対称となる。
【００２２】
しかも、一対の壁面Ｂ，Ｂ間の中間における液晶分子ｍの軸方向は、図１では紙面に対して垂直な面と平行な方向に向いている。つまり、ラビング方向に対して水平面内で90°回転しているから、この液晶分子ｍが回転してもラビング方向（図１では左右方向）の速度成分は発生しない。したがって、流路Ｌ内には、図１(C)に示すような速度分布が形成され、右向き、つまりラビング方向と逆向きの液晶流動が発生する。
【００２３】
ついで、一対の電極Ｅ，Ｅ間への電圧の印加をやめると、液晶分子ｍは、電圧を加える前の状態に戻る。このとき、一対の壁面Ｂ，Ｂ間において、その中間よりも上方の液晶分子ｍは時計回りに回転し、その中間よりも下方の液晶分子ｍは反時計回りに回転する。つまり、いずれの液晶分子ｍも一対の電極Ｅ，Ｅ間への電圧の印加したときと逆方向に回転する。したがって、流路Ｌ内には、図１(C) に示した速度分布とｙ軸に対して逆向きの速度分布が形成され、左向き、つまりラビング方向の液晶流動が発生する。
【００２４】
しかし、電圧の印加をやめたときに生じる液晶分子ｍの回転は、その回転速度が電圧を印加したときに生じる液晶分子ｍの回転速度よりも遅い。このため、電圧の印加をやめたときに生じる左方向への液晶流動の流量は、電圧を印加したときに生じる液晶分子ｍの右方向への液晶流動の流量よりも少なくなる。
【００２５】
したがって、流路Ｌ内において  一対の電極Ｅ，Ｅ間に瞬間的に電圧を印加すると、右方向への液晶流動の流量と左方向への液晶流動の流量の差の分だけ右向き、つまりラビング方向と逆向きの流量が発生するのである。
【００２６】
図２は本発明の液晶流動形成機構の概略説明図であり、(A) はＸＹ断面図であり、(B) はＸＹ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) はＸＹ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。図２(A)および図２(B) に示すように、液晶ＬＣを、壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍの軸方向から見ると、液晶分子ｍは上下反対称に配置する。しかも、一対の壁面Ｂ，Ｂ間の中央部における液晶ＬＣの液晶分子ｍは、その軸方向が、ラビング方向に対して垂直な面と平行な方向を向いている。このため、ラビング方向に対して垂直な方向には、一対の壁面Ｂ，Ｂ間の中央部に対して上下反対称な速度分布が形成される。
したがって、流路Ｌ内には、図２(C) に示すような速度分布が形成され、ラビング方向と垂直な方向には、液晶流動の流量は０となるのである。
【００２７】
よって、本発明の液晶流動形成機構によれば、流路Ｌ内において、液晶ＬＣが一対の壁面Ｂ，Ｂ間で１８０°ツイストした状態で入っているので、一対の電極Ｅ，Ｅ間に瞬間的に電圧を印加すると、ラビング方向と垂直な断面において、ラビング方向と逆向きな流量が０とならない液晶流動を発生させることができる。
したがって、ラビング方向に対して垂直な断面、つまり液晶流動の方向と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力を、その断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
【００２８】
また、液晶分子回転手段ＣＢの制御装置Ｄによって、一対の電極Ｅ，Ｅ間にパルス状の電圧を断続して加えれば、電圧が印加されるたびに液晶流動が発生するので、流路Ｌ内に断続した液晶ＬＣの流れを発生させることができる。しかも、一対の電極Ｅ，Ｅ間に加えるパルス状の電圧の時間間隔、つまり電界を加える時間間隔を変化させれば、液晶流動の流量を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
【００２９】
なお、一対の配向膜Ｆ ,Ｆにおいて、その対向する面をラビングする方向は、同じ方向にしなくてもよい。例えば、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して、上方の配向膜Ｆの配向方向を傾けてもよい。この場合、一対の壁面Ｂ,Ｂ間において、上方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍは、その軸方向が下方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍの軸方向に対して、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対する上方の配向膜Ｆのラビング方向の傾きの分（以下、単にラビング方向の傾きという）だけ傾くように配設され、一対の壁面Ｂ,Ｂ間において、液晶ＬＣが、ラビング方向の傾きの分だけねじれる。つまり、ラビング方向の傾きの分だけ、液晶ＬＣをツイストさせることができる。
すると、下方の配向膜Ｆのラビング方向と平行な方向（図２ではＹＺ断面）における速度分布だけでなく、下方の配向膜Ｆのラビング方向と垂直な方向（図２ではＸＹ断面）における速度分布も上下反対称でなくなる。すると、下方の配向膜Ｆのラビング方向と垂直な方向における液晶流動の流量も０ではなくなるので、液晶ＬＣには、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して傾いた液晶流動を発生させることができる。
そして、この下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して傾いた液晶流動は、その断面における流量が０とならない。したがって、この液晶流動と垂直な断面では、液晶流動によってその断面に働く力を、その断面全体で平均しても０とならないので、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
【００３０】
しかも、液晶ＬＣのねじれ角によって、下方の配向膜Ｆのラビング方向と平行な方向の流量、および下方の配向膜Ｆのラビング方向と垂直な方向の流量を変化させることができる。よって、液晶ＬＣをツイストする角度を調整すれば、所望の方向への液晶ＬＣの流れを発生させることができるのである。
【００３１】
さらになお、液晶ＬＣがねじれる方向を規制するカイラル剤を液晶ＬＣに混合すれば、液晶ＬＣがツイストする角度を自在に変えることができる。例えば、下方の配向膜Ｆのラビング方向に対して、上方の配向膜Ｆのラビング方向を時計回りに９０°傾けた場合、液晶ＬＣに、そのツイストする方向が時計回りとなるように規制するカイラル剤を混合すれば、一対の壁面Ｂ ,Ｂ間において、液晶ＬＣを時計回りに９０°ねじることができる。逆に、液晶ＬＣに、そのツイストする方向が反時計回りとなるように規制するカイラル剤を混合すれば、一対の壁面Ｂ,Ｂ間において、液晶ＬＣを反時計回りに２７０°ツイストさせることができる。
【００３２】
さらになお、電界を加えたときに液晶分子ｍの軸方向が電界の方向と垂直になるような液晶の場合には、流路Ｌ内において、液晶分子ｍの軸方向が一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直に対してわずかに傾くように配設すればよい。そして、この液晶を一対の壁面Ｂ，Ｂ間で１８０°ねじって入れておけば、液晶に電界を加えたときに、流路Ｌ内に、図１(C) のような速度分布が形成することができる。
【００３３】
さらになお、流路Ｌは、対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂを有していなくてもよく、例えば円管や、一対の壁面が交わるような断面視三角形状の樋状の流路や、単なる平板等でもよい。
流路が円管の場合、液晶ＬＣを流路の壁面と交差する軸周りにツイストしておけば、円管の軸方向に沿った液晶流動を発生させることができる。
また、流路が樋状の場合、液晶ＬＣを流路のいずれか１つの壁面と交差する軸周りにツイストしておけば、その壁面に沿って、所望の方向に液晶流動を発生させることができる。
さらに、流路が平板の場合には、液晶ＬＣを平板と交差する軸周りにツイストしておけば、平板上に所望の方向の液晶流動を発生させることができるし、たとえツイストしていなくても平板上に液晶流動を発生させることができる。
【００３４】
つぎに、本発明の物体移動機構について説明する。
まず、第一実施形態の物体移動機構を説明する。
図５は第一実施形態の物体移動機構の説明図である。同図において、符号Ｐは一対の部材を示している。この一対の部材Ｐ ,Ｐは、互いに平行かつ、いずれの部材Ｐの対向する壁面も平坦面に形成されている。この一対の部材Ｐ ,Ｐのうち、一方の部材Ｐ（図５では下方の部材Ｐ）は固定されているが、他方の部材Ｐ（図５では上方の部材Ｐ）は一方の部材Ｐに対して相対的に移動可能に設けられている。
【００３５】
この一対の部材Ｐ ,Ｐにおいて、上方の部材Ｐの下面と下方の部材Ｐの上面との間には、液晶ＬＣが入れられている。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、電界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。
【００３６】
この液晶ＬＣと、上方の部材Ｐの下面および下方の部材Ｐの上面との間には、一対の配向膜Ｆ ,Ｆがそれぞれ設けられている。この一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、その素材が、例えばポリイミド等の高分子物質である。
この一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、その対向する面がいずれもラビングされており、下方の部材Ｐの上面に設けられた配向膜Ｆは右から左にラビングされており、上方の部材Ｐの下面に設けられた配向膜Ｆは左から右にラビングされている。
【００３７】
このため、上下一対の部材Ｐ ,Ｐ間において、全ての液晶分子ｍは、その軸方向を左右方向、つまりラビングした方向に向けて配列し、しかも、左端部が上傾するように配列する。
【００３８】
なお、液晶ＬＣと一対の部材Ｐ ,Ｐの対向する壁面との間に配向膜Ｆを設けなくてもよく、流路Ｌの一対の部材Ｐ ,Ｐの壁面にラビングレス処理をしてやればよい。
【００３９】
前記上下一対の部材Ｐ ,Ｐと前記一対の配向膜Ｆ ,Ｆとの間には、それぞれ一対の電極Ｅ，Ｅが設けられている。この一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の部材Ｐ,Ｐと垂直になるように配設されている。また、この一対の電極Ｅ，Ｅは、図示しない電源を有する制御装置Ｄに接続されている。
このため、制御装置Ｄによって一対の電極Ｅ，Ｅに電圧を加えれば、一対の部材Ｐ ,Ｐ間に、一対の部材Ｐ ,Ｐと垂直な電界ｅｆを形成することができる。この一対の電極Ｅ，Ｅおよび図示しない制御装置Ｄが、特許請求の範囲にいう液晶分子回転手段を構成している。
【００４０】
なお、一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の部材Ｐ ,Ｐと垂直になるように配設しなくてもよく、一対の電極Ｅ，Ｅに形成される電界ｅｆによって液晶ＬＣの液晶分子ｍがいずれか一方の部材Ｐと交わる面内で回転するように配設すればよい。
【００４１】
なお、一対の電極Ｅ，Ｅを前記一対の部材Ｐ ,Ｐの外面に取り付けてもよい。この場合、一対の部材Ｐ ,Ｐの素材を導電体や電界が透過できる素材とすれば、一対の部材Ｐ ,Ｐ間に電界ｅｆを形成することができる。
さらになお、一対の部材Ｐ ,Ｐの素材を導電体とした場合、制御装置Ｄを直接一対の部材Ｐ ,Ｐに接続すれば、制御装置Ｄによって流路Ｌに電圧を加えれば、一対の部材Ｐ,Ｐ間に電界ｅｆを発生させることができる。
【００４２】
このため、一対の電極Ｅ ,Ｅに電圧を加えて上下一対の部材Ｐ ,Ｐに垂直な電界ｅｆに形成すれば、液晶ＬＣには、一対の部材Ｐ ,Ｐに平行かつラビング方向と平行な流れが発生する。すると、下方の部材Ｐは固定されているに対し、上方の部材Ｐは下方の部材Ｐに対して相対的に移動可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に下方の部材Ｐを、ラビング方向に沿って移動させることができる（図５(B)）。
【００４３】
また、一対の配向膜Ｆ ,Ｆのラビング方向を変えて、上方の部材Ｐに設けられた配向膜Ｆのラビング方向を、下方の部材Ｐに設けられた配向膜Ｆのラビング方向に対して交差するように設ければ、上方の部材Ｐに隣接する液晶分子ｍの軸方向が、下方の部材Ｐに隣接する液晶分子ｍの軸方向に対して傾くように液晶ＬＣがねじれる。つまり、一対の部材Ｐ,Ｐ間で、液晶ＬＣが部材Ｐと交差する軸周りにツイストされる。
すると、下方の部材Ｐに設けられた配向膜Ｆのラビング方向に対して一対の部材Ｐ ,Ｐに発生する液晶ＬＣの流動方向を、自由に変えることができるので、下方の部材Ｐに対して上方の部材Ｐを、水平面内で所望の方向に移動させることができる。
【００４４】
したがって、第一実施形態の物体移動機構によれば、上方の部材Ｐ上に移動させたい物体を載せれば、液晶ＬＣの流動によって、その物体を下方の部材Ｐに対して、水平面内で所望の方向に移動させることができるのである。
【００４５】
また、図示しない制御装置Ｄによって、一対の電極Ｅ，Ｅ間にパルス状の電圧を断続して加えれば、下方の部材Ｐに対して上方の部材Ｐを、断続て移動させることができる。しかも、一対の電極Ｅ，Ｅ間に加えるパルス状の電圧の時間間隔、つまり電界を加える時間間隔を変化させれば、上方の部材Ｐの移動量を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、上方の部材Ｐをより連続的に移動させることができる。
【００４６】
なお、対向する一対の部材Ｐ，Ｐは平行でなくてもよく、例えば下方の部材Ｐの壁面に対して上方の部材Ｐの壁面が傾斜していてもよい。この場合、上方の部材Ｐと平行な面に沿って、上方の部材Ｐを移動させることができる。つまり、下方の部材Ｐに対して上方の部材Ｐを３次元的に移動させることができる。
さらになお、各部材Ｐの対向する壁面は平坦面でなくてもよい。例えば一方の部材Ｐの壁面が平坦面であって他方の部材Ｐの壁面が凹凸を有する面でもよいし、いずれの部材Ｐの壁面も凹凸を有する面であってもよい。
【００４７】
つぎに、第二実施形態の物体移動機構を説明する。
図６は第二実施形態の物体移動機構の説明図である。第一実施形態の物体移動機構は一対の部材Ｐ ,Ｐの間に液晶ＬＣを入れているが、第二実施形態の物体移動機構では、外側部材Ａと、この外側部材Ａ内に配設された内側軸Ｃとの間に液晶ＬＣを入れたことが特徴である。
【００４８】
図６に示すように、内側軸Ｃは、外側部材Ａ内に収容されており、その中心軸が外側部材Ａの中心軸と同軸になるように配設されている。また、この内側軸Ｃは、外側部材Ａ内において、その軸周りに回転自在に取り付けられている。
【００４９】
前記内側軸Ｃと外側部材Ａとの間には、液晶ＬＣが入れられており、この液晶ＬＣと、内側軸Ｃの外面および外側部材Ａの内面との間には、一対の配向膜Ｆ ,Ｆがそれぞれ設けられている。外側部材Ａの内面に設けられた配向膜Ｆは、図６(A) では時計回りにラビングされており、内側軸Ｃの外面に設けられた配向膜Ｆは反時計回りにラビングされている。よって、上下一対の部材Ｐ,Ｐ間において、全ての液晶分子ｍは、その軸方向を内側軸Ｃの外面の接線方向に配列し、しかも、下流側が上傾するように配列する。
【００５０】
なお、図示しないが、外側部材Ａおよび内側軸Ｃには、電圧を加えると、外側部材Ａおよび内側軸Ｃの半径方向に電界が形成されるように設けられている。
【００５１】
このため、外側部材Ａを固定した状態で、外側部材Ａと内側軸Ｃの間にその半径方向の電界ｅｆを形成すれば、液晶ＬＣには、内側軸Ｃの接線方向に沿って流れが発生する。すると、内側軸Ｃは、外側部材Ａの中空な空間内において、その軸周りに回転可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に沿って、内側軸Ｃを反時計回りに回転させることができる。
逆に、内側軸Ｃを固定した状態で、外側部材Ａと内側軸Ｃの間にその半径方向の電界ｅｆを形成すれば、液晶ＬＣには、外側部材Ａの内面の接線方向に沿って流れが発生する。すると、外側部材Ａは、内側軸Ｃの軸周りに回転可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に沿って、外側部材Ａを反時計回りに回転させることができる。
【００５２】
また、外側部材Ａと内側軸Ｃの間において、液晶がねじれるように一対の配向膜Ｆ ,Ｆをラビングすれば、外側部材Ａと内側軸Ｃの間における液晶ＬＣの流れを内側軸Ｃの接線方向に対して傾けることができる。つまり、内側軸Ｃおよび外側部材Ａを、内側軸Ｃの軸周りに回転させるだけでなく、内側軸Ｃの軸方向へも移動させることができる。
【００５３】
したがって、第二実施形態の物体移動機構によれば、液晶ＬＣの流動によって、内側軸Ｃおよび外側部材Ａを、内側軸Ｃの軸周りに回転させることができる。
【００５４】
また、図示しない制御装置Ｄによって、外側部材Ａと内側軸Ｃの間に断続して電界ｅｆを加えれば、内側軸Ｃや外側部材Ａに断続して回転力を与えることができる。しかも、電界を加える時間間隔を変化させれば、内側軸Ｃや外側部材Ａの回転数を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、内側軸Ｃおよび外側部材Ａの任意の時間における回転角速度を一定に近づけることができる。
【００５５】
さらに、外側部材Ａと内側軸Ｃの間において、液晶がねじれるように一対の配向膜Ｆ ,Ｆをラビングすれば、内側軸Ｃおよび外側部材Ａを、内側軸Ｃの軸周りに回転させるだけでなく、内側軸Ｃの軸方向へも移動させることができる。
【００５６】
つぎに、第三実施形態の物体移動機構を説明する。
図７は第三実施形態の物体移動機構の説明図である。同図において、符号Ｌは外側部材を示している。この外側部材Ｌは、その内部に、例えば対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂを有する、断面が方形の中空な空間が形成されている。この外側部材Ｌの左右両端間は、連結通路ＣＰによって連通されている。
【００５７】
なお、外側部材Ｌの内部に形成される中空な空間は、対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂを有しておれば、その断面形状は方形でなくてもよい。
さらになお、外側部材Ｌの内部に形成される中空な空間は、対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂを有していなくてもよく、その断面形状が円形であってもよく、特に限定はない。
【００５８】
前記外側部材Ｌの中空な空間の内部において、前記外側部材Ｌの左右方向の中間には、この中空な空間を左右に分割するように内側部材ＩＰが収容されている。この内側部材ＩＰは、その外周面を、外側部材Ｌの壁面Ｂに接触させたままで、外側部材Ｌの壁面Ｂに沿って左右方向に移動することができるように配設されている。
【００５９】
また、前記外側部材Ｌの中空な空間の内部および前記連結通路ＣＰ内には、液晶ＬＣが入れられている。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、電界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。
【００６０】
この液晶ＬＣと、外側部材Ｌの対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂとの間には、一対の配向膜Ｆ ,Ｆがそれぞれ設けられている。この一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、その素材が、例えばポリイミド等の高分子物質である。
この一対の配向膜Ｆ ,Ｆのうち、下方の壁面Ｂに設けられた配向膜Ｆにおいて、図７における内側部材ＩＰより右側の部分は左から右にラビングされており、内側部材ＩＰより左側の部分は右から左にラビングされている。
一方、一対の配向膜Ｆ ,Ｆのうち、上方の壁面Ｂに設けられた配向膜Ｆにおいても、内側部材ＩＰより右側の部分は左から右にラビングされており、内側部材ＩＰより左側の部分は左から右にラビングされている。
つまり、一対の配向膜Ｆ ,Ｆは、いずれも、内側部材ＩＰより右側の部分は左から右にラビングされ、内側部材ＩＰより左側の部分は右から左にラビングされているのである。
【００６１】
このため、液晶Ｌは、外側部材Ｌの対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂ間において１８０°ツイストされ、しかも全ての液晶分子ｍの内側部材ＩＰから遠い側の一端がチルトするように配列するのである。
【００６２】
なお、液晶ＬＣと対向する一対の壁面Ｂ ,Ｂとの間には、配向膜Ｆを設けなくてもよく、流路Ｌの一対の壁面Ｂ ,Ｂにラビングレス処理をしてやればよい。
【００６３】
さらになお、一対の壁面Ｂ ,Ｂ間において、液晶ＬＣのツイスト角は１８０°に限られず、内側部材ＩＰに向かう流れを発生させることができれば、特に限定はない。
【００６４】
前記流路Ｌの一対の壁面Ｂ ,Ｂと前記一対の配向膜Ｆ ,Ｆとの間において、内側部材ＩＰの左右両側には、二組の電極Ｅ，Ｅが設けられている。この二組の電極Ｅ，Ｅは、いずれも両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ,Ｂと垂直になるように配設されている。また、この二組の電極Ｅ，Ｅは、電源を有する制御装置Ｄに接続されている。
また、この二組の電極Ｅ，Ｅと制御装置Ｄとの間には、切り換えスイッチＳＷが設けられている。この切り換えスイッチＳＷは、右側の電極Ｅ，Ｅと制御装置Ｄを接続する位置と、左側の電極Ｅ，Ｅと制御装置Ｄを接続する位置と、いずれの電極にも制御装置Ｄを接続しない中立位置とを備えている。
このため、切り換えスイッチＳＷによって、二組の電極Ｅ，Ｅのうちいずれか一方の電極Ｅ，Ｅと制御装置Ｄを接続し、制御装置Ｄによって電圧を加えれば、内側部材ＩＰの左右いずれか一方の電極Ｅ，Ｅ間に、一対の壁面Ｂ ,Ｂと垂直な電界ｅｆを形成することができる。この二組の電極Ｅ，Ｅ、切り換えスイッチＳＷおよび制御装置Ｄが、特許請求の範囲にいう液晶分子回転手段を構成している。
【００６５】
なお、各電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ ,Ｂと垂直になるように配設しなくてもよく、各電極Ｅ，Ｅ間に形成される電界ｅｆによって液晶ＬＣの液晶分子ｍがいずれか一対の壁面Ｂ ,Ｂと交わる面内で回転するように配設すればよい。
【００６６】
さらになお、電極Ｅ，Ｅを前記流路Ｌの外面に取り付けてもよい。この場合、流路Ｌの素材を導電体や電界が透過できる素材とすれば、電極Ｅ，Ｅ間に電界ｅｆを形成することができる。
【００６７】
このため、切り換えスイッチＳＷによって、二組の電極Ｅ，Ｅのうち右側の電極Ｅ，Ｅを制御装置Ｄと接続し、制御装置Ｄによって電圧を加えれば、内側部材ＩＰより右側の液晶ＬＣには右から左に向かって流れる液晶流動が発生する。つまり、液晶ＬＣによって内側部材ＩＰが左に押される。すると、内側部材ＩＰより左側に入っていた液晶ＬＣは、連結通路ＣＰを通っての内側部材ＩＰより右側に移動することができるので、内側部材ＩＰは左に移動するのである。
また、切り換えスイッチＳＷを切り換えて、左側の電極Ｅ，Ｅを制御装置Ｄと接続し、制御装置Ｄによって電圧を加えれば、液晶ＬＣによって内側部材ＩＰが右に押され、内側部材ＩＰより右側に入っていた液晶ＬＣは、連結通路ＣＰを通っての内側部材ＩＰより左側に移動することができるので、内側部材ＩＰは右に移動する。
したがって、切り換えスイッチＳＷを切り換えて、左右いずれか一方の電極Ｅ，Ｅ間に電圧を加えれば、内側部材ＩＰを左右に移動させることができるのである。
【００６８】
したがって、第三実施形態の物体移動機構によれば、切り換えスイッチＳＷを切り換えて、左右いずれか一方の電極Ｅ，Ｅ間に電圧を加えれば、液晶ＬＣの流動によって、流路Ｌの壁面Ｂに沿って、内側部材ＩＰを左右に移動させることができるのである。
とくに、液晶ＬＣの液晶分子ｍが、内側部材ＩＰに対して面対称となるように配列すれば、内側部材ＩＰを左右から押す力を同じにすることができ、内側部材ＩＰを安定して移動させたり元の位置に復帰させたりすることができるので好適である。
【００６９】
また、制御装置Ｄによって、一対の電極Ｅ，Ｅ間にパルス状の電圧を断続して加えれば、内側部材ＩＰを、断続して移動させることができる。しかも、一対の電極Ｅ，Ｅ間に加えるパルス状の電圧の時間間隔、つまり電界を加える時間間隔を変化させれば、内側部材ＩＰの移動量を変化させることができる。さらに、電界又は磁界を加える時間間隔を短くすれば、内側部材ＩＰをより連続的に移動させることができる。
【００７０】
さらに、切り換えスイッチＳＷを、連続的に切り換えて、内側部材ＩＰの右側左側の電極Ｅ，Ｅ間に電圧を交互に加えれば、内側部材ＩＰを左右に振動させることもできる。
【００７１】
なお、液晶Ｌは、全ての液晶分子ｍの内側部材ＩＰから遠い側の一端がチルトするように配列しているが、液晶Ｌの全ての液晶分子ｍが、その内側部材ＩＰ側の一端がチルトするように配列してもよい。この場合、二組の電極Ｅ，Ｅのうち右側の電極Ｅ，Ｅを制御装置Ｄと接続して電圧を加えれば、内側部材ＩＰより右側の液晶ＬＣには左から右に向かって流れる液晶流動が発生する。すると、内側部材ＩＰより右側に入っていた液晶ＬＣは連結通路ＣＰを通っての内側部材ＩＰより左側に移動するので、内側部材ＩＰが右に押され、内側部材ＩＰを右に移動させることができる。逆に、左側の電極Ｅ，Ｅを制御装置Ｄと接続して電圧を加えれば、内側部材ＩＰより左側に入っていた液晶ＬＣは連結通路ＣＰを通っての内側部材ＩＰより右側に移動するので、内側部材ＩＰを右に移動させることができるのである。
【００７２】
上記のごとき構成であるので、本発明の物体移動機構は、以下のように応用することができる。
第一実施形態の物体移動機構を応用すれば、液晶を利用した搬送装置を作ることができる。そして、このような搬送装置等は、非常にコンパクトに作ることができ、しかも微弱な電力などによって駆動させることができるので、例えばマイクロマシーンに付随する作業機械等に適用可能である。
また、第二実施形態の物体移動機構を応用すれば、液晶を利用したモータを作ることができるし、自動で軸方向に移動するドリルや、刃のみが軸周りに回転するカッタなども作ることも可能である。そして、このようなモータ等は、非常にコンパクトに作ることができ、しかも微弱な電力などによって駆動させることができるので、例えばマイクロマシーンの駆動装置等に適用可能である。
さらに、第三実施形態の物体移動機構を応用すれば、液晶を作動流体とするアクチュエータに応用することができる。そして、このようなアクチュエータは、非常にコンパクトに作ることができ、しかも微弱な電力などによって作動させることができるので、例えばマイクロマシーンに付随する作業機械等に適用可能である。
【００７３】
また、第一〜第三実施形態の物体移動機構のいずれの場合でも、微弱な電力によって液晶流動を発生させることができるので、微弱な電流が流れたときに発生する磁界や電界を感知して、作動するセンサなどにも応用可能である。
【００７４】
【計算例】
次に、上下一対の無限平板間に液晶を挿入した状態において、この液晶に無限平板と垂直に電界を加えた場合に、上下一対の無限平板間に発生する液晶流動を計算した結果を示す。流量は、図１および図２におけるＸ軸およびＺ軸方向の流量を求めた。
【００７５】
今回の数値計算には、連続体理論に基づいて1968年に開発されたLeslie-Ericksen理論を用いた。空間の離散化には有限差分法を、時間積分にはルンゲクッタ法を使った、使用した言語はフォートラン、計算機はＥＷＳである。
また、今回は、以下の条件で計算を行った。
平行平板間距離：１ｍｍ
分割数        ：１００分割
時間刻み      ：１０−７秒，
磁場強度      ：次式で定義されるゾッヘル数が４５
ゾッヘル数＝L×H×（Δχ／K1）1／2
（Lは平板間距離，Hは磁場強度，Δχは磁化率の異方性，K1は広がりに関するフランク弾性定数）
ツイスト角    ：０度〜５４０度
液晶          ：p-azoxyanisole (PAA)
なお、上下一対の無限平板間において、液晶は、ツイスト角が１８０°の場合、液晶分子が図１および図２の状態となるようにツイストしている。
【００７６】
図８は、(A) は液晶のツイスト角に対するＺ軸方向の流量を示した図であり、(B) は液晶のツイスト角に対するＸ軸方向の流量を示した図であり、(C)は流動方向のＺ軸の正の部分に対する角度を、液晶のツイスト角に対して示した図である。同図(A) に示すように、液晶のツイスト角が０°から変化すると、Ｚ軸方向には、Ｚ軸の負の方向（図１では右方向）への流量が発生し、ツイスト角が200°近傍で最大流量となっている。そして、Ｚ軸方向には、必ず負の流量が発生することが示されている。つまり、今回の条件では、Ｚ軸方向には、Ｚ軸の負の方向（図１では右方向）への流量が発生することが確認できる。
一方、Ｘ軸方向では、液晶のツイスト角が０°から変化すると、まず正の方向（図２では左方向）への流量が発生し、ツイスト角が９0°近傍で最大流量となる。そして、ツイスト角が180°で再び流量が０となり、ツイスト角が180°以上では、全て負の流量へと転じている。つまり、今回の条件では、ツイスト角をかえることによって、Ｘ軸方向には正負いずれの方向への流量も発生させることができることが確認できる。
【００７７】
そして、図８(C) に示すように、液晶がツイストされていない場合、つまりツイスト角が０°の場合には、Ｘ軸方向およびＺ軸方向のいずれの方向も液晶の流量は０となり、液晶内には流量が発生しない。しかし、液晶が少しでも反時計回りにツイストされると、Ｘ軸方向およびＺ軸方向には流量が０とならない液晶流動が発生する。このＸ軸方向およびＺ軸方向の流量を合成した流量、つまり上下一対の無限平板間に発生する液晶流動の方向は、液晶ＬＣのツイスト角の増加にともなって、Ｚ軸の正の部分に対する反時計回りの傾きが直線的に大きくなる。そして、液晶ＬＣのツイスト角が１８０°になると、Ｚ軸の正の部分に対する液晶流動の傾きが１８０°、つまりＺ軸の負の方向への流れとなり、さらに液晶をツイストしてそのツイスト角が３６０°になると、Ｚ軸の正の部分に対する液晶流動の傾きが２７０°、つまりＸ軸の負の方向への流れとなるのである。つまり、液晶ＬＣをツイスト方向を時計回り、反時計回りで変えれば、Ｚ軸方向から３６０°の範囲で液晶流動の方向を変化させることができる。
【００７８】
したがって、上下一対の無限平板間において、液晶ＬＣをツイストする角度を調整すれば、上下一対の無限平板間のＸ軸Ｚ軸平面と平行な方向では、所望の方向に液晶流動を発生させることができることが確認できる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、壁面に沿って、流量が０とならない液晶流動を発生させることができ、しかもこの液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
請求項２の発明によれば、壁面に沿って、流量が０とならない液晶流動を発生させることができ、しかもこの液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。
請求項３の発明によれば、液晶をツイストする角度を調整すれば、所望の方向への液晶流動を発生させることができる。
請求項４の発明によれば、壁面に沿って、流量が０とならない液晶流動を発生させることができ、しかもこの液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに容易に利用することができる。また、液晶をツイストする角度を調整すれば、所望の方向への液晶流動を発生させることができる。
請求項５の発明によれば、液晶分子の軸方向と交差する断面において、流量が０とならない液晶流動を確実に流路内に発生させることができる。
請求項６の発明によれば、常に一定の方向に液晶流動を発生させることができる。
請求項７の発明によれば、一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができ、液晶流動の流量を変化させることができ、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
請求項８の発明によれば、一方の部材を固定すれば、一方の部材に対して他方の部材を所望の方向に移動させることができる。
請求項９の発明によれば、内側軸または外側部材のいずれか一方を固定すれば、他方を内側軸の中心軸周りに回転させることができる。また、内側軸の外面と外側部材の中空な空間の内面との間において液晶をツイストさせれば、内側軸または外側部材を内側軸の中心軸に沿った方向へも移動させることができる。
請求項１０の発明によれば、内側部材を挟むいずれの一方の側の液晶を液晶分子回転手段によって回転させれば、内側部材を外側部材の内面に沿って移動させることができる。
請求項１１の発明によれば一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができ、液晶流動の流量を変化させることができ、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
請求項１２の発明によれば、壁面に沿って、流量が０とならない液晶流動を発生させることができ、所望の方向への液晶流動を発生させることができる。
請求項１３の発明によれば一定の方向に断続的な液晶流動を発生させることができ、液晶流動の流量を変化させることができ、液晶流動をより連続的な流れに近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶流動形成機構の概略説明図であり、(A) はＹＺ断面図であり、(B) はＹＺ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) はＹＺ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。
【図２】本発明の液晶流動形成機構の概略説明図であり、(A) はＸＹ断面図であり、(B) はＸＹ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、(C) はＸＹ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。
【図３】電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。
【図４】平行板Ｐ上に載せられた液晶ＬＣに電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。
【図５】第一実施形態の物体移動機構の説明図である。
【図６】第二実施形態の物体移動機構の説明図である。
【図７】第三実施形態の物体移動機構の説明図である。
【図８】(A) は液晶のツイスト角に対するＺ軸方向の流量を示した図であり、(B) は液晶のツイスト角に対するＸ軸方向の流量を示した図であり、(C)は流動方向のＺ軸の正の部分に対する角度を、液晶のツイスト角に対して示した図である。
【図９】電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。
【符号の説明】
Ｌ        流路
Ｂ        壁面
Ｆ        配向膜
ＬＣ      液晶
ｍ        液晶分子
ｅｆ      電界