(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チューブ形状をなし、内周面から外周面に向かって複数の層で構成されたアクチュエータであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層よりも外周面側に位置する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられた、変形層および電解質層とを有し、
前記変形層は、酸化還元反応により分子構造が変化し体積が膨張または収縮する刺激応答性化合物で構成されており、
前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記ユニットＡの第３の結合部位に配置された第１のユニットＣと、
前記ユニットＡの第４の結合部位に配置された第２のユニットＣと、
を含み、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは酸化還元反応によって結合し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは液晶性を有し、重合性官能基を含むことを特徴とするマイクロポンプ用アクチュエータ。
【請求項２】
チューブ形状をなし、内周面から外周面に向かって複数の層で構成されたアクチュエータであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層よりも外周面側に位置する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられた、変形層および電解質層とを有し、
前記変形層は、酸化還元反応により分子構造が変化し体積が膨張または収縮する刺激応答性化合物で構成されており、
前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記第１のユニットＢに結合した第１のユニットＣと、
前記第２のユニットＢに結合した第２のユニットＣと、
を有し、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは、酸化還元反応によって結合するものであり、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは、液晶性を有することを特徴とするマイクロポンプ用アクチュエータ。
【請求項３】
チューブ形状をなし、内周面から外周面に向かって複数の層で構成されたアクチュエータであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層よりも外周面側に位置する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられた、変形層および電解質層とを有し、
前記変形層は、酸化還元反応により分子構造が変化し体積が膨張または収縮する刺激応答性化合物で構成されており、
前記刺激応答性化合物は、一対のアルキル鎖と、
前記一対のアルキル鎖の間を架橋する架橋部と、
前記一対のアルキル鎖の少なくとも一方に結合した液晶性官能基と、を有し、
前記架橋部は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記架橋部は、前記第１の基の第２の結合部位において一方のアルキル鎖と結合し、前記第２の基の第２の結合部位において他方のアルキル鎖と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することを特徴とするマイクロポンプ用アクチュエータ。
【請求項４】
チューブ形状をなし、内周面から外周面に向かって複数の層で構成されたアクチュエータであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層よりも外周面側に位置する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられた、変形層および電解質層とを有し、
前記変形層は、酸化還元反応により分子構造が変化し体積が膨張または収縮する刺激応答性化合物で構成されており、
前記刺激応答性化合物は、酸化還元反応によって分子構造が変形する複数の変形基と、
液晶性を有する複数の液晶性官能基と、
前記変形基と前記液晶性官能基とを連結する下記式（１２）で表される複数の連結基と、を有し、
前記変形基は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記変形基は、前記第１の基の第２の結合部位および前記第２の基の第２の結合部位において、前記連結基と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することを特徴とするマイクロポンプ用アクチュエータ。
【化１】
0005565195.tif 000013
【請求項５】
前記電解質層は、イオン交換樹脂またはカーボンナノチューブを含む材料で構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のマイクロポンプ用アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータを備えたことを特徴とするマイクロポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロポンプ用アクチュエータおよびマイクロポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医療分野やマイクロマシン分野等において、小型のアクチュエータの必要性が高まっている。
このような小型のアクチュエータは、小型であるとともに、低電圧で駆動することが求められている。このような低電圧化を実現するために種々の試みが行われている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来のアクチュエータでは、ｐＨの変化により変形を行うもので、溶媒として水溶液を用いるため、アクチュエータの小型化に限界があった。また、ドライな環境での駆動が困難であるといった問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１９９６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、小型・軽量化が可能なアクチュエータおよびマイクロポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータは、チューブ形状をなし、内周面から外周面に向かって複数の層で構成されたアクチュエータであって、
第１の電極層と、
前記第１の電極層よりも外周面側に位置する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられた、変形層および電解質層とを有し、
酸化還元反応により前記変形層の体積が膨張または収縮することを特徴とする。
これにより、小型・軽量化が可能なアクチュエータを提供することができる。
【０００６】
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、前記変形層は、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物で構成されていることが好ましい。
これにより、より低電圧でアクチュエータを駆動させることができる。
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記ユニットＡの第３の結合部位に配置された第１のユニットＣと、
前記ユニットＡの第４の結合部位に配置された第２のユニットＣと、
を含み、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは酸化還元反応によって結合し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは液晶性を有し、重合性官能基を含むことが好ましい。
これにより、より低電圧でアクチュエータを駆動させることができる。
【０００７】
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、前記刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、
前記ユニットＡの第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記ユニットＡの第２の結合部位に配置された第２のユニットＢと、
前記第１のユニットＢに結合した第１のユニットＣと、
前記第２のユニットＢに結合した第２のユニットＣと、
を有し、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとは、酸化還元反応によって結合するものであり、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは、液晶性を有することが好ましい。
これにより、より低電圧でアクチュエータを駆動させることができる。
【０００８】
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、一対のアルキル鎖と、
前記一対のアルキル鎖の間を架橋する架橋部と、
前記一対のアルキル鎖の少なくとも一方に結合した液晶性官能基と、を有し、
前記架橋部は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記架橋部は、前記第１の基の第２の結合部位において一方のアルキル鎖と結合し、前記第２の基の第２の結合部位において他方のアルキル鎖と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することが好ましい。
これにより、より低電圧でアクチュエータを駆動させることができる。
【０００９】
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、酸化還元反応によって分子構造が変形する複数の変形基と、
液晶性を有する複数の液晶性官能基と、
前記変形基と前記液晶性官能基とを連結する下記式（１２）で表される複数の連結基と、を有し、
前記変形基は、回転軸として機能する結合を有し、かつ、該結合の一端に位置する第１の基と、前記結合の他端に位置する第２の基とを有するユニットＡと、
前記第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、
前記第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、を有し、
前記変形基は、前記第１の基の第２の結合部位および前記第２の基の第２の結合部位において、前記連結基と結合しており、
前記第１のユニットＢと前記第２のユニットＢとが、酸化還元反応によって結合することが好ましい。
【化１】
0005565195.tif 000002
これにより、より低電圧でアクチュエータを駆動させることができる。
【００１０】
本発明のマイクロポンプ用アクチュエータでは、前記電解質層は、イオン交換樹脂またはカーボンナノチューブを含む材料で構成されていることが好ましい。
これにより、より安定してアクチュエータを駆動させることができる。
本発明のマイクロポンプは、本発明のアクチュエータを備えたことを特徴とする。
これにより、小型・軽量化が可能なマイクロポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す横断面図であり、（ａ）電圧を印加していない状態の図、（ｂ）電圧を印加した状態の図である。
【図２】本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す縦断面図であり、（ａ）電圧を印加していない状態の図、（ｂ）電圧を印加した状態の図である。
【図３】本発明のマイクロポンプの好適な実施形態を示す模式図である。
【図４】刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
【図５】刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
【図６】刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
【図７】刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
【図８】刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《アクチュエータ》
まず、本発明のアクチュエータの好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す横断面図、図２は本発明のアクチュエータの好適な実施形態を示す縦断面図である。
【００１３】
アクチュエータ１０は、マイクロポンプに用いられるものであり、図２に示すようにチューブ形状をなしている。
また、アクチュエータ１０は、図１に示すように、チューブの内周面から外周面に向かって複数の層で構成されており、内周面側から順に、第１の電極層１と、電解質層４と、変形層３と、第２の電極層２とを有している。
【００１４】
アクチュエータ１０は、酸化還元反応によって変形層３の体積が膨張または収縮し、チューブの内径が変化するように駆動するものである。
第１の電極層１と第２の電極層２とは、電解質層４と変形層３に電圧を印加する機能を有する層である。
第１の電極層１は、変形層３の変形に追従するために、伸縮性を備えているとともに、第２の電極層２は、変形層３の変形に追従しないよう構成されている。このような構成とすることにより、変形層３の体積の膨張によりチューブの内径を小さくすることができ、さらに、変形層３の体積の収縮によりチューブの内径を大きくすることができる。
【００１５】
第１の電極層１を構成する材料としては、導電性高分子等が挙げられる。
また、第２の電極層２を構成する材料としては、金属、炭素繊維等が挙げられる。
変形層３は、第１の電極層１および第２の電極層２に電圧を印加することで生じる酸化還元反応によって体積が膨張または縮小する層である。これにより、チューブ状のアクチュエータの内径を変化させることができる。
【００１６】
変形層３を構成する材料（刺激応答性化合物）については、後に詳述する。
電解質層４は、電極間に電位差を生じさせるために設けられる層であるとともに、変形層３内に電位差が生じるのを防止する層である。電解質層４を設けることにより、電位は電解質層４中に掛り、第２の電極層２と変形層３は一体の電極とみなすことができ、変形層３は等電位になる。これにより、変形層３内に電位の分布を生じなくなる。
【００１７】
電解質層４を構成する材料としては、例えば、イオン交換樹脂、カーボンナノチューブ、イオン液体等が挙げられ、これの中でも、イオン交換樹脂、または、カーボンナノチューブを用いるのが好ましい。これにより、より安定してアクチュエータ１０を駆動させることができる。
以上説明したアクチュエータ１０では、例えば、還元されると膨張する変形層３を用いた場合、変形層３を還元する電圧印加により、図１（ａ）および図２（ａ）に示す状態から、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す状態に変化し、アクチュエータ１０の中空部の内径が減少する。さらに、印加する電圧の極性を変化させることで、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示す状態から、図１（ａ）および図２（ａ）に示す状態に戻る。
以上説明したアクチュエータ１０によれば、小型・軽量化を容易になすことができるとともに、種々の環境においても駆動可能である。
【００１８】
なお、上記説明では、アクチュエータ１０が、第１の電極層１、電解質層４、変形層３、第２の電極層２の４つの層を有するものとして説明したが、これに限定されず、任意の機能を有する層を有していてもよい。例えば、アクチュエータ１０は、上記層の他、最外層に、第２の電極層が変形層３の変形に追従するのを防止する防止層が設けられていてもよい。また、最内層に、第１の電極層１と、アクチュエータ１０の中空部を流れる物質との接触を防止する層が設けられていてもよい。
また、電解質層４と変形層３との位置関係は、逆であってもよい。
【００１９】
《マイクロポンプ》
次に、上述したようなアクチュエータを備えたマイクロポンプについて、説明する。
図３は、本発明のマイクロポンプの好適な実施形態を示す模式図である。
図３に示すように、マイクロポンプ１００は、上述したアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０に液体を供給する液供給部１１と、アクチュエータ１０と液供給部１１との間に設けられた第１の逆止弁１２と、アクチュエータ１０から液体を供給する液搬送管１４と、アクチュエータ１０と液搬送管１４との間に設けられた第２の逆止弁１３とを有している。
【００２０】
液供給部１１は、マイクロポンプ１００により供給する液体を貯留し、かつ、上述したアクチュエータ１０に液体を供給する機能を有している。
第１の逆止弁１２は、アクチュエータ１０に供給された液体が、液供給部１１側に逆流するのを防止する機能を備えた弁である。
液搬送管１４は、アクチュエータ１０から供給された液体を搬送する管である。
【００２１】
第２の逆止弁１３は、アクチュエータ１０から液搬送管１４に供給された液体が逆流するのを防止する機能を備えた弁である。
このような構成のマイクロポンプ１００において、まず、アクチュエータ１０の変形層３が図１（ｂ）の状態から図１（ａ）の状態へと変形する際に、アクチュエータ１０の内径が広がり、アクチュエータ１０内が陰圧になる。このとき、第２の逆止弁１３が閉じた状態で、第１の逆止弁１２が開き、液供給部１１からアクチュエータ１０内に液体が供給される。そして、逆に、アクチュエータ１０の変形層３が図１（ａ）の状態から図１（ｂ）の状態へと変形する際には、アクチュエータ１０内の液体に圧力が掛かり、第１の逆止弁１２が閉じた状態で、第２の逆止弁１３が開き、アクチュエータ１０から液搬送管１４に液体が送られる。マイクロポンプ１００は、このような機構により、マイクロポンプとして機能する。
このようなマイクロポンプ１００では、上述したようなアクチュエータ１０を使用しているので、装置の小型・軽量化を容易に行うことができる。
【００２２】
《刺激応答性化合物の第１実施形態》
次に、変形層３を構成する材料であって、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第１実施形態について詳細に説明する。
図４、図５は、本発明の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図４、図５中、○は官能基を意味し、線は結合を意味する。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、回転軸として機能する結合を有するユニットＡと、ユニットＡの両末端に結合した２つのユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）と、それぞれのユニットＢに結合した２つのユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）とを有している。
刺激応答性化合物は、刺激によって、分子の形状を変形（変位）させる機能を有する化合物のことを指す。
【００２４】
刺激応答性化合物を構成するユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合を軸に回転可能となっている基（ユニット）である。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、下記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
【００２５】
【化２】
0005565195.tif 000003
【００２６】
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、図４（ａ）に示すように、ユニットＡの回転軸方向の両末端（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合している基である。すなわち、第１のユニットＢがユニットＡの第１の結合部位に、第２のユニットＢがユニットＡの第２の結合部位に結合している。
また、ユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図４（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
【００２７】
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、下記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
【００２８】
【化３】
0005565195.tif 000004
【００２９】
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）は、ユニットＢに結合した基であり、液晶性を有する基である。第１のユニットＢには第１のユニットＣが結合しており、第２のユニットＢには第２のユニットＣが結合している。液晶性を有することにより、ユニットＣは、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。これにより、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
【００３０】
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
ユニットＣとしては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、ユニットＣの配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
【００３１】
また、ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）は、重合性官能基を有しているのが好ましい。この重合性官能基によって、刺激応答性化合物が重合することで、より分子鎖の長い刺激応答性化合物を形成することができる。また、このように分子鎖を長くすることにより、後に詳述するように、分子の変形（変位）の度合いを大きくすることができ、より強い力（応力）で駆動させることが可能となる。
ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）の具体例としては、以下のようなものが挙げることができる。
【００３２】
【化４】
0005565195.tif 000005
【００３３】
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、軸回転可能なユニットＡと、ユニットＡの両末端（第１の結合部位および第２の結合部位）に結合した２つのユニットであって、酸化還元反応によりユニット同士で結合を形成することが可能なユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）と、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）に結合した２つのユニットであって、液晶性を有するユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００３４】
すなわち、液晶性を有するユニットＣによって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加して１分子内のユニットＢ同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、ユニットＣの配向性（液晶性）とユニットＢの刺激による結合性とを利用することで、図４（ａ）に示す状態から、図４（ｂ）に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。特に、ユニットＣの配向とユニットＢ同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。
【００３５】
なお、ユニットＣが重合性官能基を利用して重合した刺激応答性化合物を用いた場合、上述したように、低電圧で、さらに大きな変形が可能となる。
すなわち、電圧を印加する前（酸化還元反応が進行する前）は、図５（ａ）に示すように、長い分子が伸びた状態で存在している。そこへ電圧を印加すると、図５（ｂ）に示すように、ユニットＡを軸に回転し、隣接するユニットＢ同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性のユニットＣが配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変位の度合いを大きなものとすることができる。
【００３６】
《刺激応答性化合物の第２実施形態》
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第２実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の刺激応答性化合物は、ビチオフェン（ユニットＡ）と、当該ビチオフェンの２つのα位（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合した２つの１，３−ベンゾジチオーリル基（第１のユニットＢおよび第２のユニットＢ）と、ビチオフェンの２つのβ位（ユニットＡの第３の結合部位および第４の結合部位）に結合した２つの液晶性を有する液晶性官能基（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）とを有しており、具体的には、下記式（６）で表すことができる。式（６）中、Ｒは、液晶性官能基を示す。
【００３７】
【化５】
0005565195.tif 000006
【００３８】
刺激応答性化合物とは、刺激によって、分子の形状を変形（変位）させる機能を有する化合物のことを指す。
ビチオフェンは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合を軸に回転可能となっている基である。ビチオフェンを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
【００３９】
ビチオフェンの２つのα位には、上記式（６）に示すように、１，３−ベンゾジチオーリル基が結合している。また、１，３−ベンゾジチオーリル基は、１，３−ベンゾジチオーリル基同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
【００４０】
本実施形態の刺激応答性化合物が１，３−ベンゾジチオーリル基を有することにより、反応条件を調整することで、１，３−ベンゾジチオーリル基同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
また、ビチオフェンの２つのβ位には、液晶性を有する液晶性官能基（式中、Ｒで表される官能基）が結合している。液晶性を有することにより、液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。これにより、刺激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
【００４１】
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。中でも特に、高い液晶性を示すことから、上記式（６）中のＲで示したような、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものを用いるのが好ましい。
【００４２】
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
【００４３】
また、液晶性官能基は、重合性官能基を有している。この重合性官能基によって、刺激応答性化合物が重合させることができる。その結果、より分子鎖の長い刺激応答性化合物重合体を形成することができる。また、このように分子鎖を長くすることにより、後に詳述するように、分子の変形（変位）の度合いを大きくすることができ、より強い力（応力）で駆動させることが可能となる。
【００４４】
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基またはアクリル基であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物を重合して得られる刺激応答性化合物重合体をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物重合体の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
また、重合性官能基は、液晶性官能基に、酸素またはメチレン基を介して結合しているのが好ましい。このような構成とすることにより、刺激応答性化合物を重合して得られる刺激応答性化合物重合体の運動性をさらに高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
【００４５】
また、液晶性官能基は、ビチオフェンと、アルキレン基を介して結合しているのが好ましい。これにより、液晶性官能基の運動性（配向性）を向上させることができ、刺激応答性化合物の変形（駆動）の方向性をより一定なものとすることができる。
このような液晶性官能基の具体例としては、上記第１実施形態で述べたようなユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）の具体例と同様なものを挙げることができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、軸回転可能なビチオフェン（ユニットＡ）と、ビチオフェンのα位（ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位）に結合し、酸化還元反応により結合を形成する２つの１，３−ベンゾジチオーリル基（第１のユニットＢおよび第２のユニットＢ）と、ユビチオフェンのβ位（ユニットＡの第３の結合部位および第４の結合部位）に結合した２つの重合性の液晶性官能基（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、変形率が高く、かつ、方向性のある変形が可能な刺激応答性化合物を提供することができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００４７】
すなわち、液晶性官能基によって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加して１分子内の１，３−ベンゾジチオーリル基同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、液晶性官能基の配向性（液晶性）と１，３−ベンゾジチオーリル基の結合性とを利用することで、下記式（７）の左に示す状態から、下記式（７）の右に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。これにより、液晶性官能基によって分子の変形に一定の方向性を持たせつつ、１，３−ベンゾジチオーリル基の酸化還元反応による結合でその変形の度合いを大きくすることができる。また、液晶性官能基の配向と１，３−ベンゾジチオーリル基同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。
また、刺激応答性化合物は重合性官能基を有しているので、変形率が高く、かつ、方向性のある変形が可能な刺激応答性化合物重合体を容易に形成することができる。
【００４８】
【化６】
0005565195.tif 000007
【００４９】
また、本実施形態の刺激応答性化合物としては、上記の化合物をそのまま用いてもよいし、上記の化合物が重合した重合物（刺激応答性化合物重合体）を用いてもよい。以下、刺激応答性化合物重合体について説明する。
図６は、刺激応答性化合物（刺激応答性化合物重合体）の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。
刺激応答性化合物重合体は、上述した刺激応答性化合物が重合性官能基によって重合して得られるものである。
【００５０】
刺激応答性化合物が重合することにより、酸化された状態では、図６の上に示される構造のように長い分子が伸びた状態で存在することとなる。そして、そこへ電圧を印加し、電子を与えて還元すると、図６の下に示される構造のように、ビチオフェンを軸に回転し、隣接する１，３−ベンゾジチオーリル基同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性官能基が配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変形の度合い（変形率）を大きなものとすることができるとともに、その変形に方向性を持たせることができる。
このような刺激応答性化合物重合体において、構成する刺激応答性化合物は、２重結合またはシクロヘキサンを介して重合しているのが好ましい。これにより、変形の方向性を保持しつつ、構成する刺激応答性化合物の運動性（配向性）が向上させることができ、変形率をより高いものとすることができる。
【００５１】
＜刺激応答性化合物の第３実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第３実施形態について詳細に説明する。
図７は、本実施形態の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図７中、○および□は官能基を意味し、線は結合を意味する。
【００５２】
図７（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、一対のアルキル鎖と、これらアルキル鎖を架橋する架橋部と、一対のアルキル鎖の一方に結合した液晶性官能基とを有している。なお、図では、説明をわかりやすくするため、架橋部および液晶性官能基が１つずつ記載されているが、実際には複数の架橋部および液晶性官能基が存在している。
架橋部は、図７（ａ）に示すように、回転軸として機能する結合を有し、当該結合の一端に位置する第１の基（図中、Ａ１）と、結合の他端に位置する第２の基（図中、Ａ２）とを有するユニットＡと、第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢ（図中、Ｂ１）と、第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢ（図中、Ｂ２）とを有している。
【００５３】
ユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合の両端にそれぞれ第１の基および第２の基が結合している。そして、当該結合を軸に回転可能となっている。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、上記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
【００５４】
第１のユニットＢは、図７（ａ）に示すように、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に結合している。また、第２のユニットＢは、図７（ａ）に示すように、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に結合している。
また、第１のユニットＢおよび第２のユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図７（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
【００５５】
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、上記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
【００５６】
また、刺激応答性化合物は、図７（ａ）に示すように、液晶性官能基を有している。この液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。このため、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
【００５７】
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
なお、本実施形態では、液晶性官能基が一方のアルキル鎖のみに結合している場合について説明したが、これに限定されず、両方のアルキル鎖に結合していてもよい。
液晶性官能基の具体例としては、以下のようなものが挙げることができる。
【００５８】
【化７】
0005565195.tif 000008
【００５９】
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、一対のアルキル鎖と、上述したような軸回転可能なユニットＡおよび酸化還元反応によりユニット同士で結合を形成することが可能なユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）を備えた架橋部と、液晶性官能基とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００６０】
すなわち、液晶性官能基によって複数の刺激応答性化合物分子が配向した（並んだ）状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加することで、ユニットＡが軸回転、さらに、１分子内のユニットＢ同士が酸化還元反応により結合する（架橋する）。このように、液晶性官能基の配向性（液晶性）とユニットＢの刺激による結合性とを利用することで、図７（ａ）に示す状態から、図７（ｂ）に示す状態へと確実に変形（変位）することができる。特に、液晶性官能基の配向とユニットＢ同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形（変位）が可能となる。
【００６１】
上述したような刺激応答性化合物は、上述したようなユニットＡと、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、ユニットＡの第１の基の第２の結合部位およびユニットＡの第２の基の第２の結合部位に結合した重合性官能基とを有する第１モノマーと、液晶性官能基と少なくとも１つの重合性官能基とを有する第２モノマーとを任意の比率で共重合させることにより、製造することができる。
【００６２】
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基、アクリル基、メタクリル基からなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
第１モノマーの具体例としては、例えば、下記式（９）〜（１１）を挙げることができる。
【００６３】
【化８】
0005565195.tif 000009
【００６４】
また、第２モノマーの具体例としては、例えば、下記式（１３）〜（１５）を挙げることができる。
【００６５】
【化９】
0005565195.tif 000010
【００６６】
＜刺激応答性化合物の第４実施形態＞
次に、酸化還元反応により分子構造が変化する刺激応答性化合物の第４実施形態について詳細に説明する。
図８は、本実施形態の刺激応答性化合物の酸化還元反応前後の分子構造を説明するための図である。図８中、○および□は官能基を意味し、線は結合を意味する。
【００６７】
図８に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、分子構造が変形する複数の変形基と、液晶性を有する複数の液晶性官能基と、変形基と液晶性官能基とを連結する複数の連結基とを有している。
変形基は、酸化還元反応によって分子構造が変形する基であり、図８（ａ）に示すように、回転軸として機能する結合を有し、かつ、当該結合の一端に位置する第１の基（図中、Ａ１）と、結合の他端に位置する第２の基（図中、Ａ２）とを有するユニットＡと、第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢ（図中、Ｂ１）と、第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢ（図中、Ｂ２）とを有している。
【００６８】
ユニットＡは、回転軸として機能する結合を有しており、当該結合の両端にそれぞれ第１の基および第２の基が結合している。そして、当該結合を軸に回転可能となっている。このようなユニットを有することにより、刺激応答性化合物は、変形（変位）可能となっている。
ユニットＡとしては、例えば、２つの芳香環が結合した基を用いることができるが、中でも、上記式（１）から（３）なる群から選択される１種の基であるのが好ましい。このような基をユニットＡとして用いることにより、刺激応答性化合物は、より円滑な変形（変位）が可能となり、より低電圧で駆動するものとなる。
【００６９】
第１のユニットＢは、図８（ａ）に示すように、ユニットＡの第１の基（Ａ１）の第１の結合部位に結合している。また、第２のユニットＢは、図８（ａ）に示すように、ユニットＡの第２の基（Ａ２）の第１の結合部位に結合している。
また、第１のユニットＢおよび第２のユニットＢは、ユニットＢ同士で酸化還元反応によって結合を形成する基である（図８（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子の受け取る（還元される）ことによって結合を形成する基である。また、外部に電子を放出する（酸化される）ことで結合を解除する基である。
【００７０】
ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）としては、ユニットＢ同士（第１のユニットＢと第２のユニットＢと）で酸化還元反応によって結合を形成する基であれば、特に限定されないが、ユニットＢ（第１のユニットＢと第２のユニットＢ）は、上記式（４）で表される基であるのが好ましい。これにより、反応条件を調整することで、ユニットＢ同士の結合状態と非結合状態とを可逆的にかつ容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、刺激応答性化合物は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
【００７１】
また、刺激応答性化合物は、図８（ａ）に示すように、液晶性官能基を有している。この液晶性官能基は、液晶の配向技術を用いることにより、一定の配向性を示す。このため、激応答性化合物は、その駆動に一定の方向性を有するものとなる。
液晶性官能基は、その両末端において後述する連結基と結合しており、当該連結基を介して、前述した変形基の第１の基の第２の結合部位および第２の基の第２の結合部位と接続している。
【００７２】
液晶性官能基としては、液晶性を示す基であれば特に限定されず、複数の環構造を有する基、例えば、複数のフェニル基をエステル基で連結したもの、ベンゼン環若しくはシクロヘキサン環が直接連結したものが挙げられる。
液晶性官能基としては、特に、複数の環構造のうちの１つの環構造にハロゲン原子が１つ以上結合した基を用いるのが好ましい。これにより、液晶性官能基の配向時における運動性能をより高いものとすることができ、配向への移行の速度がより早くなる。その結果、刺激応答性化合物は、より速くかつやり円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
液晶性官能基の具体例としては、上記式（８）のようなものが挙げることができる。
上述した変形基と液晶性官能基とを連結する連結基は、下記式（１２）で表される基である。
【００７３】
【化１０】
0005565195.tif 000011
【００７４】
このようなシロキサン結合を備えた連結基を用いて連結することにより、刺激応答性化合物の刺激に対する応答性をより高いものとすることができる。また、図８に示すような刺激応答性化合物の製造を容易に行うことができる。
以上説明したように、本実施形態の刺激応答性化合物は、酸化還元反応により変形可能な変形基と、液晶性官能基と、これらを連結する上記式（１２）で表される連結基とを有している点に特徴を有している。このような特徴を有することにより、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。
【００７５】
すなわち、このような刺激応答性化合物では、酸化された状態では、図８（ａ）に示される構造のように長い分子が伸びた状態で存在することとなる。そして、そこへ電圧を印加し、電子を与えて還元すると、図８（ｂ）に示される構造のように、ユニットＡの回転軸を軸に回転し、隣接するユニットＢ同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性官能基が配向することにより、長い分子が折りたたまれた状態となる。このため、変形の度合い（変形率）を大きなものとすることができるとともに、その変形に方向性を持たせることができる。また、変形に酸化還元反応を利用するため、比較的低電力で駆動させることができる。
【００７６】
上述したような刺激応答性化合物は、上述したようなユニットＡと、ユニットＡの第１の基の第１の結合部位に配置された第１のユニットＢと、ユニットＡの第２の基の第１の結合部位に配置された第２のユニットＢと、ユニットＡの第１の基の第２の結合部位およびユニットＡの第２の基の第２の結合部位に結合した重合性官能基とを有する第１モノマーと、液晶性官能基と２つの重合性官能基とを有する第２モノマーと、下記式（１６）で表される第３モノマーとを、白金等の触媒存在下において、任意の比率で共重合させることにより、製造することができる。
【００７７】
【化１１】
0005565195.tif 000012
【００７８】
重合性官能基としては、特に限定されないが、ビニル基、アクリル基、メタクリル基からなる群から選択される少なくとも１種であるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物をより容易に得ることができる。また、得られる刺激応答性化合物の運動性を高いものとすることができ、変形の度合い（変形率）をより高いものとすることができる。
第１モノマーの具体例としては、例えば、上記式（９）〜（１１）を挙げることができる。
また、第２モノマーの具体例としては、例えば、上記式（１３）〜（１５）を挙げることができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７９】
１…第１の電極層  ２…第２の電極層  ３…変形層  ４…電解質層  １０…アクチュエータ  １１…液供給部  １２、１３…逆止弁  １４…液搬送管  １００…マイクロポンプ
【図１】
0005565195.tif 000014
【図２】
0005565195.tif 000015
【図３】
0005565195.tif 000016
【図４】
0005565195.tif 000017
【図５】
0005565195.tif 000018
【図６】
0005565195.tif 000019
【図７】
0005565195.tif 000020
【図８】
0005565195.tif 000021