(57)【要約】【課題】低電圧で大きく変位することが可能な刺激応答性化合物、変形材料、および、それを用いたアクチュエーターを提供すること。【解決手段】本発明の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、前記複数の変形基同士を連結する複数の連結基と、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、第１のユニットＣと、第２のユニットＣと、を有し、前記変形基において、前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣが、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、還元反応によって結合することを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記複数の変形基同士を連結する下記式（６）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、
第１のユニットＣと、
第２のユニットＣと、を有し、
前記変形基において、前記第１のユニットＣが前記複数の連結基のうちの第１の連結基と結合しており、前記第２のユニットＣが、前記複数の連結基のうちの第２の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、還元反応によって結合することを特徴とする刺激応答性化合物。
【化１】
2014034660.tif 000017
【請求項２】
前記ユニットＡは、下記式（１）、下記式（２）、下記式（３）からなる群から選択される１種である請求項１に記載の刺激応答性化合物。
【化２】
2014034660.tif 000018
【請求項３】
前記第１のユニットＢおよび前記第２のユニットＢは、下記式（４）で表される基である請求項１または２に記載の刺激応答性化合物。
【化３】
2014034660.tif 000019
【請求項４】
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは、炭素数が４以上１０以下のアルキレン基を有する請求項１または２に記載の刺激応答性化合物。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の刺激応答性化合物を含むことを特徴とする変形材料。
【請求項６】
高分子材料と、電子導電性物質と、を含む請求項５に記載の変形材料。
【請求項７】
前記高分子材料は、ポリシロキサン骨格と、液晶性を有する官能基と、を有する請求項５または６に記載の変形材料。
【請求項８】
前記液晶性を有する官能基は、複数の環構造を有し、
前記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つ以上結合している請求項７に記載の変形材料。
【請求項９】
前記電子導電性物質は、炭素材料を含むものである請求項５ないし８のいずれか１項に記載の変形材料。
【請求項１０】
前記電子導電性物質は、粒子である請求項５ないし９のいずれか１項に記載の変形材料。
【請求項１１】
前記電子導電性物質の平均粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１０に記載の変形材料。
【請求項１２】
請求項５ないし１１のいずれか１項に記載の変形材料を用いて製造されたことを特徴とするアクチュエーター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、刺激応答性化合物、変形材料およびアクチュエーターに関する。
【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ー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ーは、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ーでは、駆動電圧を十分に低くすることができておらず、変形をさせるのに高い電圧が必要であった。また、従来のアクチュエーターでは、変形量（変位量）を十分に大きなものとすることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２４０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、低電圧で大きく変位することが可能な刺激応答性化合物、変形材料、および、それを用いたアクチュエーター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、
前記複数の変形基同士を連結する下記式（６）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、
第１のユニットＣと、
第２のユニットＣと、を有し、
前記変形基において、前記第１のユニットＣが前記複数の連結基のうちの第１の連結基と結合しており、前記第２のユニットＣが、前記複数の連結基のうちの第２の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、還元反応によって結合することを特徴とする。
【化１】
2014034660.tif 000002
【０００６】
これにより、低電力で変形（変位）させることができる。また、変形基が連結基により連結されていることで、変形（変位）の度合いを大きくすることができる。また、刺激応答性化合物の常温における柔軟性、成型性を特に優れたものとすることができる。また、シロキサン結合を備えた連結基を有することにより、ガラス転移点を比較的低くすることができ、低温での応答性を優れたものとすることができる。また、酸化還元反応による刺激応答性化合物の立体構造の変化には、可逆性があり、収縮した状態から伸長（膨張）した状態への変位、伸長（膨張）した状態から収縮した状態への変位を、繰り返すことができ、再現性にも優れている。
【０００７】
本発明の刺激応答性化合物では、前記ユニットＡは、下記式（１）、下記式（２）、下記式（３）からなる群から選択される１種であることが好ましい。
【化２】
2014034660.tif 000003
これにより、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。
【０００８】
本発明の刺激応答性化合物では、前記第１のユニットＢおよび前記第２のユニットＢは、下記式（４）で表される基であることが好ましい。
【化３】
2014034660.tif 000004
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（還元反応）と非結合状態（酸化反応）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。
本発明の刺激応答性化合物では、前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣは、炭素数が４以上１０以下のアルキレン基を有するであることが好ましい。
これにより、さらに低い電圧で好適に変形することができるとともに、刺激応答性化合物（これを用いた変形材料）の柔軟性をより高いものとすることができる。
【０００９】
本発明の変形材料は、本発明の刺激応答性化合物を含むことを特徴とする。
これにより、変形材料は、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位（変形）の度合いが大きいものとなる。また、常温における柔軟性、成型性に特に優れたものとなる。また、低温での応答性にも優れたものとなる。また、電圧の印加を止めることで、変形材料の形状を保持することができる。よって、このような変形材料は、優れたアクチュエーターの製造に好適に用いることができる。
【００１０】
本発明の変形材料では、高分子材料と、電子導電性物質と、を含むことが好ましい。
これにより、変位（変形）の度合いをさらに大きいものとすることができる。また、より低電力で変形（変位）させることができる。
本発明の変形材料では、前記高分子材料は、ポリシロキサン骨格と、液晶性を有する官能基と、を有することが好ましい。
ポリシロキサン骨格を有することにより、高分子材料のガラス転移温度を比較的低いものとすることができる。その結果、変形材料の常温における柔軟性、成型性を特に優れたものとすることができる。また、変形材料の低温での応答性を特に優れたものとすることができる。また、刺激応答性化合物の連結基と類似構造（シロキサン結合）を有しているため、刺激応答性化合物との相溶性が向上し、変形材料において不本意な成分分離等を防止することができる。その結果、変形材料の保存安定性を高いものとすることができる。また、液晶性官能基を有する高分子材料を用いることで、変形材料の変形の方向性を整えることができる。その結果、より大きく、かつ、方向性を持った変形（変位）を生じさせることができる。
【００１１】
本発明の変形材料では、前記液晶性を有する官能基は、複数の環構造を有し、
前記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つ以上結合していることが好ましい。
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、変形材料は、より速くかつより円滑に変形（変位）が可能となり、さらに低電圧で駆動するものとなる。
【００１２】
本発明の変形材料では、前記電子導電性物質は、炭素材料を含むものであることが好ましい。
これにより、変形材料全体により高い電子導電性を付与することができる。
本発明の変形材料では、前記電子導電性物質は、粒子であることが好ましい。
これにより、変形材料全体に均一に電子導電性物質を分散させることができ、比較的低い電圧で変形材料全体を均一に大きく変位させることができる。
【００１３】
本発明の変形材料では、前記電子導電性物質の平均粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。
これにより、変形材料全体に、必要な濃度の電子導電性材料を付与することにより、確実に変形材料中での電子の供給ができる。また、刺激応答性化合物への電子供給効率を特に優れたものとすることができ、より大きな変位力、変位量を得ることができる。
【００１４】
本発明のアクチュエーターは、本発明の変形材料を用いて製造されたことを特徴とする。
これにより、低電圧で大きく変位することができ、かつ、低温での応答性に優れたアクチュエーターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る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２】第２実施形態に係る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３】変形材料を用いたアクチュエーターの一例を示す模式図である。
【図４】変形材料を用いたアクチュエーターの評価方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《刺激応答性化合物の第１実施形態》
まず、本発明の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１は、第１実施形態に係る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１中、○および□は官能基（原子団）を意味し、線は結合を意味する。
【００１７】
本発明の刺激応答性化合物は、刺激によって、分子の立体構造を変形（変位）させる機能、言い換えると、分子鎖が伸縮する機能を有する化合物である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、酸化還元反応によって分子構造が変形する複数の変形基と、これら複数の変形基同士を連結する複数の連結基（下記式（６）で表される基）とを有している。
【００１８】
【化４】
2014034660.tif 000005
【００１９】
変形基は、図１（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、第１の基の第２の結合部位に配置された第１のユニットＣ（図中、Ｃ１）と、第２の基の第２の結合部位に配置された第２のユニットＣ（図中、Ｃ２）と、を備えている。
【００２０】
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、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。
【００２１】
【化５】
2014034660.tif 000006
【００２２】
第１のユニットＢは、図１（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１（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１（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。
【００２３】
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）で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（還元反応）と非結合状態（酸化反応）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。
【００２４】
【化６】
2014034660.tif 000007
【００２５】
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ＡおよびユニットＢと、ポリシロキサン鎖とを繋ぐ機能を備えたユニットである。
本実施形態では、図１に示すように、第１のユニットＣは、ユニットＡの第１の基の第２の結合部位に結合している。また、第２のユニットＣは、ユニットＡの第２の基の第２の結合部位に結合している。このような構成とすることで、さらに低い電圧で好適に変形することができる。
また、第１のユニットＣおよび第２のユニットＣは、図１に示すように、それぞれ異なる連結基と結合している。
【００２６】
第１のユニットＣおよび第２のユニットＣとしては、特に限定されないが、アルキレン基を有するものであるのが好ましく、炭素数が４以上１０以下のアルキレン基を有するものであるのがより好ましい。これにより、さらに低い電圧で好適に変形することができるとともに、刺激応答性化合物（これを用いた変形材料）の柔軟性をより高いものとすることができる。
【００２７】
本実施形態の刺激応答性化合物では、上述したような変形基の複数が上記式（６）で表される連結基で結合（連結）している。上記式（６）で表される連結基で連結することにより、刺激応答性化合物のガラス転移温度を比較的低いものとすることができる。その結果、刺激応答性化合物の常温における柔軟性、成型性を特に優れたものとすることができる。また、低温での応答性を優れたものとすることができる。
【００２８】
１つの変形基において、第１のユニットＣが複数の連結基のうちの第１の連結基と結合しており、第２のユニットＣが、複数の連結基のうちの第２の連結基と結合している。すなわち、１つの変形基において、第１のユニットＣおよび第２のユニットＣは、異なる連結基と結合している。
このような刺激応答性化合物の重量平均分子量は、１０００以上１０００００以下であるのが好ましい。これにより、低い電圧で好適に変形することができるとともに、刺激応答性化合物（これを用いた変形材料）の柔軟性をより高いものとすることができる。
【００２９】
以上説明したように、本発明の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上記変形基と、上記式（６）で表される複数の連結基とを有している点に特徴を有している。これにより、低電力で変形（変位）させることができる。また、変形基が連結基により連結されていることで、変形（変位）の度合いを大きくすることができる。また、刺激応答性化合物の常温における柔軟性、成型性を特に優れたものとすることができる。また、シロキサン結合を備えた連結基を有することにより、ガラス転移点を比較的低くすることができ、低温での応答性を優れたものとすることができる。また、酸化還元反応による刺激応答性化合物の立体構造の変化には、可逆性があり、収縮した状態から伸長（膨張）した状態への変位、伸長（膨張）した状態から収縮した状態への変位を、繰り返すことができ、再現性にも優れている。
【００３０】
本実施形態に係る刺激応答性化合物の具体例としては、例えば、下記式（１０）で表される化合物（還元した状態および酸化した状態）を挙げることができる。このような化合物を用いることにより、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、かつ、常温における柔軟性、成型性をさらに優れたものとすることができる。また、低温での応答性を特に優れたものとすることができる。
【００３１】
【化７】
2014034660.tif 000008
【００３２】
《刺激応答性化合物の第２実施形態》
次に、本発明の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。
図２は、第２実施形態に係る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２中、○および□は官能基（原子団）を意味し、線は結合を意味する。
以下、第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一の符号を付してある。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の刺激応答性化合物は、酸化還元反応によって分子構造が変形する複数の変形基と、これら複数の変形基同士を連結する複数の連結基（上記式（６）で表される基）とを有している。
連結基については、前述した実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
変形基は、前述した第１実施形態と同様に、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、第１のユニットＣ（図中、Ｃ１）と、第２のユニットＣ（図中、Ｃ２）と、を備えている。
【００３４】
本実施形態において、図２に示すように、第１のユニットＣが、第１のユニットＢに結合しており、第２のユニットＣが、第２のユニットＢに結合している。この点において、前述した第１実施形態と異なっている。このような構成とすることで、低い電圧での変形性を維持しつつ、変位量をより大きいものとすることができる。
本実施形態に係る刺激応答性化合物の具体例としては、例えば、下記式（２１）で表される化合物（還元した状態）や下記式（２２）で表される化合物（還元した状態）を挙げることができる。このような化合物を用いることにより、より低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位の度合いをさらに大きくすることができる。
【００３５】
【化８】
2014034660.tif 000009
【００３６】
《変形材料》
次に、上述した本発明の刺激応答性化合物を用いた変形材料の好適な実施形態について詳細に説明する。
変形材料は、上述したような刺激応答性化合物を含んでなるものである。これにより、変形材料は、低電力で変形（変位）させることができるとともに、変位（変形）の度合いが大きいものとなる。また、常温における柔軟性、成型性に特に優れたものとなる。また、低温での応答性にも優れたものとなる。また、電圧の印加を止めることで、変形材料の形状を保持することができる。よって、このような変形材料は、優れたアクチュエーターの製造に好適に用いることができる。
変形材料は、本発明の刺激応答性化合物を含むものであればよいが、高分子材料と、電子導電性物質とを含むのが好ましい。これにより、変位（変形）の度合いをさらに大きいものとすることができる。また、より低電力で変形（変位）させることができる。
【００３７】
以下、各成分について説明する。
＜高分子材料＞
変形材料は、高分子材料を含んでいてもよい。高分子材料を含むことにより、変位（変形）の度合いをさらに大きいものとすることができる。
高分子材料としては、いかなるものを用いてもよいが、ポリシロキサン骨格を有するものを用いるのが好ましい。ポリシロキサン骨格を有することにより、高分子材料のガラス転移温度を比較的低いものとすることができる。その結果、変形材料の常温における柔軟性、成型性を特に優れたものとすることができる。また、変形材料の低温での応答性を特に優れたものとすることができる。また、刺激応答性化合物の連結基と類似構造（シロキサン結合）を有しているため、刺激応答性化合物との相溶性が向上し、変形材料において不本意な成分分離等を防止することができる。その結果、変形材料の保存安定性を高いものとすることができる。
【００３８】
ポリシロキサン骨格を構成するポリシロキサンとしては、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルプロピルシロキサン、ポリジプロピルシロキサン、ポリメチルオクチルシロキサン、ポリジオクチルシロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェニルシロキサン等を挙げることができ、これらのうち、１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００３９】
また、高分子材料としては、液晶性を有する官能基（以下、液晶性官能基とも言う）を備えたものを用いるのが好ましい。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、液晶性官能基を有する高分子材料を用いることで、変形材料の変形の方向性を整えることができる。その結果、より大きく、かつ、方向性を持った変形（変位）を生じさせることができる。
【００４０】
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、変形材料は、より速くかつより円滑に変形（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、以下のようなものを挙げることができる。
【００４１】
【化９】
2014034660.tif 000010
【００４２】
このような高分子材料の重量平均分子量は、１０００以上１０００００以下であるのが好ましい。これにより、変形材料を柔軟なものとすることができる。
このような高分子材料としては、例えば、下記式（１１）で表される化合物を挙げることができる。
【００４３】
【化１０】
2014034660.tif 000011
【００４４】
＜電子導電性物質＞
変形材料は、上述したような刺激応答性化合物、高分子材料に加えて、変形材料中において電子を効率よく輸送する機能を有する電子導電性物質を含むのが好ましい。これにより、さらに低電力で変形（変位）させることができる。
電子導電性物質としては、例えば、金属材料、炭素材料、それらの化合物、または有機材料などが挙げられる。具体例としては、例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノ粒子、アセチレンブラック、活性炭等の各種炭素材料；ポリアニリン、ポリチオール、ポリピロール、Ｓｉ系やＧａ系等の半導体材料、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（３，４−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸）等の導電性高分子；透明導電性酸化物材料（例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等）；各種金属ナノワイヤー等が挙げられる。その中でも特に、炭素材料が好ましく、カーボンナノ粒子がより好ましい。これにより、変形材料全体により高い電子導電性を付与することができる。
【００４５】
また、炭素材料等の粒子の形態は特に限定されず、緻密質、多孔質、中空等いずれの形態であってもよい。また、例えば、電子導電性物質として、カーボンナノ粒子を用いる場合、中空シェル状構造を持つカーボンナノ粒子を用いるのが好ましい。電子は粒子の表面のみを輸送されるため、中空シェル状構造を持つカーボンナノ粒子を用いることにより、電子の輸送機能がさらに向上する。また、比較的低い電圧で変形材料全体を大きく変位させることができる。
【００４６】
電子導電性物質として中空シェル状構造のカーボンナノ粒子を用いる場合、当該カーボンナノ粒子の空隙率（空孔率）は、９０体積％以下であることが好ましく、３０体積％以上９０体積％以下であるのがより好ましく、６０体積％以上８０体積％以下であるのがさらに好ましい。これにより、カーボンナノ粒子（電子導電性物質）の形状の安定性を十分に保持しつつ、上記のような効果をより顕著に発揮させることができる。その結果、長期間にわたって安定的に上記のような効果を発揮させることができるとともに、変形材料のロット間での特性の均一性、変形材料をアクチュエーター等に適用した場合の個体間での特性の均一性を特に優れたものとすることができる。
電子導電性物質は、変形材料中において、他の成分に溶解するものであってもよいが、変形材料中に不溶成分として存在しているものであるのが好ましく、特に、固体状で存在しているものが好ましい。
【００４７】
電子導電性物質の形状は、例えば、粒子状、平板状、繊維状（例えば、チューブ状）等の様々な形状をなすものであるのが挙げられるが、特に、粒子状をなすものであることが好ましい。なお、粒子の形状は、球体、非球体（例えば、鱗片状、紡錘状、回転楕円体）のいずれのものでもよい。これにより、変形材料全体に均一に電子導電性物質を分散させることができ、比較的低い電圧で変形材料全体を均一に大きく変位させることができる。
【００４８】
電子導電性物質が粒子状の場合、その平均粒径は、１ｎｍ以上１０μｍ以下であるのが好ましく、２ｎｍ以上９０ｎｍ以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料全体に、必要な濃度の電子導電性材料を付与することにより、確実に変形材料中での電子の供給ができる。また、刺激応答性化合物への電子供給効率を特に優れたものとすることができ、より大きな変位力、変位量を得ることができる。これに対して、平均粒径が前記下限値未満であると、電子導電性材料が凝集してしまい、凝集を防止するための処理が加えて必要となる。一方、平均粒径が前記上限値を超えると、電子導電性材料の含有率を高める必要が生じ、上述したような効果のさらなる向上がみられない。
【００４９】
なお、本明細書では、「平均粒径」とは、体積基準の平均粒径（体積平均粒径（Ｄ５０））のことを指すものとする。測定装置としては、例えば、レーザー回折・散乱式粒度分析計  マイクロトラックＭＴ−３０００（日機装社製）等が挙げられる。なお、後述の実施例における体積平均粒径（Ｄ５０）は、前記のマイクロトラックＭＴ−３０００で測定した値である。
【００５０】
上述したような電子導電性材料を含むことにより、変形材料全体を、さらに低い電圧で大きく変位させることができる。また、変形材料全体を効率よく変形させることができる。その結果、例えば、変形材料をアクチュエーターに適用した場合に、より低電圧で、十分に大きな変位力、変位量を得ることができる。また、本発明の変形材料を用いてアクチュエーターを製造する場合に、変形材料（変形材料層）の広い面積において電極を接触させなくても、変形材料（変形材料層）を十分に大きく変位させることができる。その結果、アクチュエーターにおいて、柔軟な作動をすることができる。
【００５１】
また、変形材料中における電子導電性物質の含有率は、１０質量％以上９０質量％以下であるのが好ましく、３０質量％以上７０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料中における電子の輸送を好適に行うことができる。これに対して、電子導電性物質の含有率が前記下限値未満であると、変形材料中における電子の移動を補助する機能が減少する。一方、電子導電性物質の含有率が前記上限値を超えると、上述したような効果のさらなる向上がみられない。
【００５２】
また、変形材料中の電子導電性物質の分散状態は、均一なものがよいが、変形材料中での電子導電性材料の濃度が、連続的、断続的（間欠的）に、変化するような部分があってもよい。変形材料中の電子導電性物質の分散状態が均一な場合、比較的低い電圧で変形材料全体を均一に大きく変位させることができる。特に、変形材料の厚みが比較的大きい場合であっても、効率よく変形させることができる。
【００５３】
＜その他の成分＞
また、変形材料は、溶媒を含むものであってもよい。溶媒が上記刺激応答性化合物等に取り込まれると、変形材料が好適にゲル化するため、容易に固形化することができるとともに、変形材料の取り扱い性を向上させることができる。
溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、トルエン、ベンゼン、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、アセトン、プロピレンカーボネート、メチルペンタノン、エチルペンタノン、アセトニトリル等の有機溶媒を挙げることができる。
変形材料中における溶媒の含有率は、２０質量％以上８０質量％以下であるのが好ましく、３０質量％以上６０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料の取り扱い性をより高いものとすることができる。
【００５４】
また、変形材料は、電解質を含むものであってもよい。
電解質としては、各種酸、塩基、塩を用いることができるが、塩を用いるのが好ましい。これにより、変形材料の耐久性を特に優れたものとすることができる。電解質の塩としては、例えば、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム等の無機塩；テトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素、１−ブチル−１−メチルピロリジニウム  ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＢＭＰＴＦＳＩ）、メチル−トリオクチルアンモニウム  ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＭＴＯＡＴＦＳＩ）、トリエチルスルフォニウム  ビス（トリフルオロメチルスルフォニル）イミド（ＴＥＳＴＦＳＩ）、１−エチル−３−メチルイミダゾリウム  トリフルオロメタンスルフォネート（ＥＭＩＣＦ３ＳＯ３）等の有機塩等を用いることができる。ＢＭＰＴＦＳＩ、ＭＴＯＡＴＦＳＩ、ＴＥＳＴＦＳＩ、および、ＥＭＩＣＦ３ＳＯ３の構造式は、それぞれ、下記式（１２）、下記式（１３）、下記式（１４）、および、下記式（１５）で表される。
【００５５】
【化１１】
2014034660.tif 000012
【００５６】
【化１２】
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【００５７】
【化１３】
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【００５８】
【化１４】
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【００５９】
変形材料は、中でも、電解質として、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、および、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素よりなる群から選択される１種または２種以上を含むものであるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物（変形材料）の応答速度をさらに効果的に向上させることができるとともに、刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料全体の変位をさらに増幅することができる。
【００６０】
上述したような電解質を含むことにより、刺激応答性化合物への電荷の受け渡しをより速やかに進行させることができ、変形材料の高速応答性を特に優れたものとすることができる。また、後述するようなアクチュエーターにおいて、変形材料層全体（特に、変形材料層の厚さ方向全体）にわたって、変形材料層を構成する刺激応答性化合物を効率よく伸縮させることができる。その結果、変形材料層全体としての伸縮率を特に大きいものとすることができる。
特に、変形材料が、溶媒とともに電解質を含む場合、刺激応答性化合物（変形材料）の応答速度をさらに効果的に向上させることができるとともに、刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料全体の変位をさらに増幅することができる。
【００６１】
変形材料中の電解質の含有率は、３質量％以上８０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以上３０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、上述したような効果がより顕著に発揮される。
また、変形材料は、上述した以外の成分を含むものであってもよい。
変形材料の導電率は、０．１Ｓ／ｃｍ以上であるのが好ましく、１Ｓ／ｃｍ以上であるのがより好ましい。これにより、後に詳述するようなアクチュエーターに好適に適用することができ、また、アクチュエーターの小型化を図ることができる。
【００６２】
上記のように、本実施形態の変形材料は、酸化還元反応により分子構造が変わる刺激応答性化合物と、高分子材料と、電子導電性物質とを含むものである。これにより、比較的低い電圧で変形材料全体を大きく変位させることができる。特に、変形材料の厚みが比較的大きい場合であっても、変形材料全体を効率よく変形させることができる。その結果、例えば、変形材料をアクチュエーターに適用した場合に、低電圧で、十分に大きな変位力、変位量を得ることができる。また、変形材料の応答速度を優れたものとすることができる。また、変形材料の軽量化、変形材料を適用したアクチュエーターの軽量化を図ることができる。また、変形材料全体として固体状・ゲル状をなすものとすることができるため、変形材料の取り扱い性（取り扱いのし易さ）に優れるとともに、変形材料の適用範囲を広げることができる。また、変形材料全体としてゲル状をなすものとすることができるため、柔軟な作動をするアクチュエーターの製造に好適に用いることができる。
【００６３】
《アクチュエーター》
次に、上述した変形材料（上述した刺激応答性化合物、および、電子導電性物質を含む変形材料）を用いたアクチュエーターについて詳細に説明する。
図３は、上述した変形材料を用いたアクチュエーターの一例を示す模式図である。
本発明のアクチュエーターは、上述した変形材料を用いて製造されたものである。これにより、低電圧で大きく変位することができ、かつ、低温での応答性に優れたアクチュエーターを提供することができる。
特に、本実施形態のアクチュエーター１００は、図３に示すように、電源１０の入切を行うスイッチ１４と、変形材料を用いて形成され、電源１０に接続される変形材料層１１と、電源１０に接続される対向電極１２と、変形材料層１１と対向電極１２との間に介在する電解質層１３とを備えている。
【００６４】
変形材料層１１は、上述した変形材料で構成された部位であり、酸化還元反応により伸縮変形することが可能な層である。本実施形態では、変形材料層１１は、円柱形状をなしている。また、図示の構成において、変形材料層１１は、電源１０の正極に接続されている。
電解質層１３は、電解質を含む材料で構成されており、図３に示すように、円柱状の変形材料層１１の外周面を覆うように設けられている。この電解質層１３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、変形材料層１１内に電位差が生じるのを防止する層である。このため、変形材料層１１内に電位の分布を生じなくなる。
【００６５】
電解質としては、例えば、過塩素酸銅、過塩素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の無機塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素等の有機塩等を用いることができる。
また、電解質層１３は、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド等の高分子材料を含んでいてもよい。これにより、電解質層１３を容易に形成することができる。
また、電解質層１３は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の溶媒を含んでいてもよい。これにより、電解質層１３を容易に形成することができる。
【００６６】
対向電極１２は、電解質層１３の外周面上に設けられており、本実施形態では、電源１０の負極に接続されている。
対向電極１２は、導電性を有する材料で構成されたものである。対向電極１２の構成材料としては、例えば、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属材料（合金を含む）等が挙げられる。
【００６７】
電源１０は、直流電源であり、図３に示す状態では、スイッチ１４を介して、電源１０の正極に変形材料層１１が接続されており、負極に対向電極１２が接続されている。変形材料層１１を構成する刺激応答性化合物が図１、図２に示すような構造を有するものである場合において、スイッチ１４を入れると、変形材料層１１と対向電極１２との間に通電がなされ、刺激応答性化合物は、酸化反応により、分子鎖が伸長（膨張）した状態をとる。その結果、変形材料層１１全体としても、図中矢印の方向に、伸長（膨張）した状態をとる。
これに対して、電源１０の正極と負極とを入れ替えた状態でスイッチ１４を入れると、変形材料層１１と対向電極１２との間に通電がなされ、刺激応答性化合物は、還元反応により、分子鎖が収縮した状態をとる。その結果、変形材料層１１全体としても、図中矢印とは反対の方向に、収縮した状態をとる。
【００６８】
上述したように、変形材料は、伸長（膨張）と収縮とを繰り返すことにより、複数回、伸縮でき、その再現性にも優れている。したがって、本実施形態のアクチュエーターにおいては、上述したような直流電流の構造だけでなく、交番電流の構造を採用することもでき、繰り返し伸縮することができる。
これにより、低電圧で大きく変位することが可能なアクチュエーターを提供することができるとともに、変形材料で構成された変形材料層１１をより柔軟な動きで作動させることができる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
例えば、前述した実施形態では、刺激応答性化合物が、ユニットＡと、第１のユニットＢと第２のユニットＢと第１のユニットＣと第２のユニットＣとを含むものである場合について中心的に説明したが、本発明において刺激応答性化合物は、酸化還元反応により、分子構造が変わるものであればよく、上記の各ユニットを全て備えたものに限定されない。
【００７０】
また、本発明のアクチュエーターは、本発明の変形材料を用いて製造されたものであればいかなるものであってもよく、図３に示した構成を有するものに限定されない。
【実施例】
【００７１】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
（実施例）
［１］刺激応答性化合物の製造
２，２’−ジホルミル−４，４’−ジブロモビチエニルと１−ブロモ−４−ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリルオキシベンゼンをパラジウム触媒存在下、カップリングしたのち、１−ブロモ−６−ヘキセンと炭酸カリウム存在下反応させ、末端にビニル基を導入した。
次にベンゼンジチオールと酸触媒存在下反応させ、さらに（ｐ−ＢｒＣ６Ｈ４）３ＮＳｂＣｌ６による酸化、亜鉛による還元反応により環化体が得られた。これとテトラメチルジシロキサンを白金触媒存在下反応させ、（ｐ−ＢｒＣ６Ｈ４）３ＮＳｂＣｌ６による酸化で、下記式（１０）で表される刺激応答性化合物を得た。
【００７２】
【化１５】
2014034660.tif 000016
【００７３】
［２］変形材料の製造
上記のようにして得られた刺激応答性化合物と、平均粒径：３９．５ｎｍ、連続孔を有する多孔質体としての空隙率：６０体積％のカーボンナノ粒子（ライオン社製、ケッチェンブラックＥＣ３００Ｊ）とを５０：５０（重量比）で混合し、ゲル状の変形材料を得た。
【００７４】
［３］アクチュエーターの製造
上記のようにして得られた変形材料を用いて、図３に示すようなアクチュエーターを作成した。
上記のようにして得られた変形材料を、長さ：２０ｃｍ×径：０．３ｃｍの円柱状に成型し、これを変形材料層とした。
【００７５】
次に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ポリアクリロニトリル、過塩素酸銅をモル比で３８：３８：１３：１１で混合して得られた電解質層形成材料を用いて、変形材料層の周りに、厚さ：０．１ｃｍの電解質層を形成した。
次に、図３に示すように、白金製の電極線を電解質層の周囲に巻き付け、対向電極を形成し、アクチュエーターを得た。
【００７６】
（比較例）
変形材料層を下記のようにして製造した以外は、前記実施例１と同様にしてアクチュエーターを製造した。
単層カーボンナノチューブ（カーボン・ナノテクノロジー・インコーポレーテッド社製「ＨｉＰｃｏ」、含有Ｆｅ量１４重量％）（以下、ＳＷＮＴともいう）２５ｍｇ、５重量％ナフィオン溶液（アルドリッチ社製、低分子量直鎖アルコールと水（１０％）混合溶媒）２５ｍｌ、および試薬特級メタノール２５ｍｌを、ビーカーに秤量して混合した後、超音波洗浄器中で、超音波照射を１０時間以上行い、ＳＷＮＴとナフィオンの混合分散液を調製した。この分散液をガラス製のシャーレにキャストし、ドラフト中で一昼夜以上放置して溶媒を除去した。溶媒を除去した後、１５０℃で４時間、熱処理を行った。形成されたＳＷＮＴとナフィオンの複合体フィルムをシャーレから剥がした後、長さ：２０ｃｍ×径：０．３ｃｍの円柱状に成型し、これを変形材料層とした。
【００７７】
（応答性の評価）
実施例および比較例のアクチュエーターを図４に示すように鉛直に固定し、電極に接続した。２５℃の環境下において、電圧を印加していない状態から、電圧印加後のアクチュエーターの長さの変位を、図４中の基準点からのずれをレーザー変位計で測定することにより求めた。
その結果、本発明の刺激応答性化合物を用いたアクチュエーターでは、比較的低い電圧で大きく変位したが、比較例のアクチュエーターは、変位の度合いが小さかった。
また、上記と同様の試験を−１０℃および−２５℃の環境下で行ったところ、同様の結果が得られた。
【符号の説明】
【００７８】
Ａ…ユニットＡ  Ｂ…ユニットＢ  Ｃ…ユニットＣ  １００…アクチュエーター  １０…電源  １１…変形材料層  １２…対向電極  １３…電解質層  １４……スイッチ
【図１】
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【図２】
2014034660.tif 000021
【図３】
2014034660.tif 000022
【図４】
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