(57)【要約】【課題】光駆動アクチュエータの近傍に光源を配置することができない環境においても駆動可能な光駆動アクチュエータを実現する。【解決手段】光駆動アクチュエータ１００は、活性光線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む架橋液晶高分子成形体１３０と、架橋液晶高分子成形体１３０に該活性光線を導光する導光部材１１０と、を備えている。【選択図】図１
2011244566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性光線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む架橋液晶高分子成形体と、該架橋液晶高分子成形体に該活性光線を導光する導光部材と、を備えていることを特徴とする光駆動アクチュエータ。
【請求項２】
上記導光部材は、入射面および反射面を備え、該入射面から入射した上記活性光線を、該反射面において反射することにより、上記導光部材内を伝播させるとともに、該入射面から入射した上記活性光線の少なくとも一部を該反射面に設けられた出射領域から出射させるものであり、
該出射領域は、上記架橋液晶高分子成形体に対向していることを特徴とする請求項１に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項３】
上記出射領域上に光散乱体が固着されていることを特徴とする請求項２に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項４】
上記導光部材における上記出射領域の背面に溝が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項５】
上記導光部材は、入射面および反射面を備え、該入射面から入射した上記活性光線を、該反射面において反射することにより、上記導光部材内を伝播させて、該反射面を挟んで該入射面の反対側に設けられた出射領域から出射させるものであり、
該出射領域は、上記架橋液晶高分子成形体に対向していることを特徴とする請求項１に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項６】
上記反射面を覆うように、上記導光部材よりも屈折率が低い物質からなる被覆部材が設けられていることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項７】
上記導光部材と、上記架橋液晶高分子成形体とが連結されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の光駆動アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載の光駆動アクチュエータと、上記活性光線を出射する光源と、を備えていることを特徴とする光駆動システム。
【請求項９】
活性光線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む架橋液晶高分子成形体に対して、該活性光線を導光する導光部材を介して該活性光線を照射する照射工程を包含していることを特徴とする光駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光により駆動される光駆動アクチュエータに関するものであり、特に、フォトクロミック分子を含有する架橋液晶高分子成形体を備えた光駆動アクチュエータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトクロミック分子は、活性光線の照射により可逆的に異性体化される分子である。フォトクロミック分子のこの性質を利用し、近年、フォトクロミック分子を含む架橋液晶高分子を利用した光駆動アクチュエータが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
図１２は、従来技術に係る光駆動アクチュエータ９００の概要を示す図である。図１２（ａ）に示すように、光駆動アクチュエータ９００は、支持体９４０と、支持体９４０の中央部に積層されたフィルム９３０とを備えており、一対の端部がそれぞれ設置面９６０に当接するよう、アーチ状に形成されている。フィルム９３０は、フォトクロミック分子を含む架橋液晶高分子からなる。
【０００４】
図１２（ｂ）に示すように、光駆動アクチュエータ９００に対し第１の活性光線９９０を照射すると、フィルム９３０が屈曲して、光駆動アクチュエータ９００全体も屈曲するように変形する。また、図１２（ｃ）に示すように、光駆動アクチュエータ９００に対し第２の活性光線９９１を照射すると、フィルム９３０が伸張し、光駆動アクチュエータ９００全体も伸張するように変形する。第１の活性光線９９０と第２の活性光線９９１とを交互に照射することによって、光駆動アクチュエータ９００が設置面９６０上を尺取り虫のように前進する。このように、光駆動アクチュエータ９００は、光エネルギーを運動エネルギーに直接変換することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２８３６８号（平成２０年９月２５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来技術に係る光駆動アクチュエータでは、駆動のために比較的強力な光源を架橋液晶高分子の近傍で用いる必要がある。例えば、特許文献１では、実施例において、架橋液晶高分子と光源との距離を１５〜５ｍｍとし、光源が出射する紫外光の強度を２４０ｍＷ／ｃｍ2とし、可視光の強度を１２０ｍＷ／ｃｍ2としたことが記載されている。架橋液晶高分子と光源との距離が長くなれば、さらに強力な光源が必要となる。光源を近傍に配置することができない環境においては、光駆動アクチュエータに照射される活性光線の強度が不足し、光駆動アクチュエータを駆動することができない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光駆動アクチュエータの近傍に光源を配置することができない環境においても駆動可能な光駆動アクチュエータを実現することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光駆動アクチュエータは、上記課題を解決するため、活性光線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む架橋液晶高分子成形体と、該架橋液晶高分子成形体に該活性光線を導光する導光部材と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
従来技術に係る光駆動アクチュエータでは、光源から出射された活性光線を架橋液晶高分子成形体に直接照射しているため、架橋性高分子成形体に照射される活性光線の強度は光源からの距離の二乗に反比例して小さくなる。
【００１０】
これに対し、本発明に係る光駆動アクチュエータは、架橋液晶高分子成形体に活性光線を導光する導光部材を備えているため、光源と架橋液晶高分子との間の距離が離れていても、光源から出射された活性光線を、強度を維持したまま架橋性高分子成形体に導くことができる。したがって、本発明に係る光駆動アクチュエータは、光源を近傍に配置することができない環境においても駆動することができる。
【００１１】
本発明に係る光駆動アクチュエータでは、上記導光部材は、入射面および反射面を備え、該入射面から入射した上記活性光線を、該反射面において反射することにより、上記導光部材内を伝播させるとともに、該入射面から入射した上記活性光線の少なくとも一部を該反射面に設けられた出射領域から出射させるものであり、該出射領域は、上記架橋液晶高分子成形体に対向しているものであることが好ましい。
【００１２】
導光部材に入射した活性光線は、反射面において反射することにより、導光部材外に散逸することなく、導光部材内を所定の伝播方向に沿って伝播する。すなわち、入射面から入射した活性光線は、強度を維持したまま出射領域に導かれる。
【００１３】
また、出射領域が架橋液晶高分子成形体に対向しているので、出射領域に導かれた活性光線は、架橋液晶高分子形成体に照射される。出射領域を架橋液晶高分子成形体の形状に対応するように設けることにより、架橋液晶高分子成形体の形状に応じ、必要な範囲全体に対して活性光線を好適に照射することができる。
【００１４】
なお、このとき、出射領域では活性光線の一部が出射していくため、出射領域の傍らを伝播する活性光線は、入射面から遠くなるに従って徐々に減衰する。そこで、架橋液晶高分子成形体における変形の程度を全体に亘って均一にするため、架橋液晶高分子成形体において、対向している出射領域が入射面から遠くなるほど、フォトクロミック分子の密度が高くなるように架橋液晶高分子成形体を形成してもよい。あるいは、架橋液晶高分子成形体における変形の程度を全体に亘って均一にするため、出射領域において、入射面から遠くなるほど、反射せずに出射する活性光線の割合が大きくなるように導光部材を構成してもよい。
【００１５】
以上のように、上記構成によれば、活性光線を架橋液晶高分子成形体に対して好適に照射することができる。
【００１６】
上記光駆動アクチュエータでは、上記出射領域上に光散乱体が固着されていてもよい。
【００１７】
出射領域上に光散乱体が固着されていることにより、出射領域に到達した活性光線は、光散乱体によって散乱して、一部が架橋液晶高分子成形体に照射される。これにより、効率よく活性光線を架橋液晶高分子成形体に照射することができる。
【００１８】
なお、このとき、架橋液晶高分子成形体における変形の程度を全体に亘って均一にするため、入射面から遠くなるほど、光散乱体の密度が高くなるように光散乱体を出射領域に固着させてもよい。
【００１９】
上記光駆動アクチュエータでは、上記導光部材における上記出射領域の背面に溝が設けられていてもよい。
【００２０】
出射領域の背面に溝が設けられていることにより、当該溝に到達した活性光線は、当該溝において反射して、一部が全反射角度を超えた入射角で出射領域に到達し、出射領域から出射する。これにより、効率よく活性光線を架橋液晶高分子成形体に照射することができる。
【００２１】
なお、このとき、架橋液晶高分子成形体における変形の程度を全体に亘って均一にするため、入射面から遠くなるほど、溝の密度が高くなるように光散乱体を出射領域の背面に設けてもよい。
【００２２】
本発明に係る光駆動アクチュエータでは、上記導光部材は、入射面および反射面を備え、該入射面から入射した上記活性光線を、該反射面において反射することにより、上記導光部材内を伝播させて、該反射面を挟んで該入射面の反対側に設けられた出射領域から出射させるものであり、該出射領域は、上記架橋液晶高分子成形体に対向しているものであってもよい。
【００２３】
この構成においても、導光部材に入射した活性光線は、反射面において反射することにより、導光部材外に散逸することなく、導光部材内を所定の伝播方向に沿って伝播する。これにより、首尾よく活性光線に導光部材内を伝播させ、光源が出射した活性光線の強度を好適に維持したまま、架橋液晶高分子成形体に向けて出射することができる。
【００２４】
本発明に係る光駆動アクチュエータでは、上記反射面を覆うように、上記導光部材よりも屈折率が低い物質からなる被覆部材が設けられていることが好ましい。
【００２５】
反射面が、導光部材よりも屈折率が低い物質によって覆われていることにより、導光部材内を伝播する活性光線が反射面に付着する汚れや傷などにより散乱することを防止することができる。これにより、活性光線をより効率的に導光部材内を伝播させ、光源が出射した活性光線の強度をさらに好適に維持することができる。
【００２６】
本発明に係る光駆動アクチュエータでは、上記導光部材と、上記架橋液晶高分子成形体とが連結されていることが好ましい。
【００２７】
導光部材と、架橋液晶高分子成形体とが連結されていることにより、光駆動アクチュエータが駆動され、架橋液晶高分子成形体が変形または移動したとしても、導光部材がそれに追従し、変形または移動後であっても架橋液晶高分子成形体に対して、導光部材を介して活性光線を照射することができる。なお、架橋液晶高分子成形体の変形または移動への追従性の観点から、上記導光部材が可撓性を有し、上記架橋液晶高分子成形体の変形に従って変形することがより好ましく、上記導光部材と、上記架橋液晶高分子成形体とが一体となっていることが特に好ましい。
【００２８】
また、本発明に係る光駆動アクチュエータと、上記活性光線を出射する光源と、を備えている光駆動システムもまた、本発明の範疇である。
【００２９】
本発明に係る光駆動方法は、活性光線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む架橋液晶高分子成形体に対して、該活性光線を導光する導光部材を介して該活性光線を照射する照射工程を包含していることを特徴としている。本発明に係る光駆動方法によれば、本発明に係る光駆動アクチュエータと同等の効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る光駆動アクチュエータによれば、光源と架橋液晶高分子成形体との間の距離が離れていても、光源が出射した活性光線の強度を維持することができる。したがって、光駆動アクチュエータの近傍に光源を配置することができない環境においても駆動可能な光駆動アクチュエータを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の一実施形態（第２実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態（第３実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態（第４実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施形態（第５実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施形態（第６実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施形態（第７実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施形態（第８実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図９】本発明の一実施形態（第９実施形態）に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略断面図である。
【図１０】架橋液晶高分子成形体について説明する図であり、（ａ）は、フォトクロミック分子の異性化について説明する図であり、（ｂ）は、ある状態の架橋液晶高分子成形体を示し、（ｃ）は、（ｂ）に示す状態から、活性光線を照射されて収縮した状態の架橋液晶高分子成形体を示す。
【図１１】架橋液晶高分子成形体について説明する斜視図であり、（ａ）は、基本形態の架橋液晶高分子成形体を示し、（ｂ）および（ｃ）は、活性光線の照射により屈曲した架橋液晶高分子成形体を示す。
【図１２】従来技術に係る光駆動アクチュエータの概略構成を示す概略斜視図であり、（ａ）は、基本形態の光駆動アクチュエータを示し、（ｂ）は、第１の活性光線の照射により伸張した光駆動アクチュエータを示し、（ｃ）は、第２の活性光線の照射により屈曲した光駆動アクチュエータを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１００の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、光駆動アクチュエータ１００は、架橋液晶高分子成形体１３０、支持体１４０、および導光部材１１０を備えており、第１の光源１８０からの第１の活性光線１９０、および第２の光源１８１からの第２の活性光線１９１によって駆動される。
【００３３】
（架橋液晶高分子成形体について）
光駆動アクチュエータ１００が備える架橋液晶高分子成形体１３０としては、例えば、特許文献１に記載の架橋液晶高分子からなる成形体を用いることができる。
【００３４】
すなわち、架橋液晶高分子成形体１３０を構成する架橋液晶高分子は、メソゲンの配向可能領域であるドメイン領域が存在し、高分子骨格が三次元網構造を形成しているものであれば、主鎖型高分子液晶であってもよく、側鎖型高分子液晶であってもよい。なお、メソゲンとは、液晶の配向に直接関与するハードコア部を指す。このような架橋液晶高分子であれば、配向したメソゲンが高分子骨格に緩やかに拘束されるため、高分子骨格の動きと、メソゲンの配向とが強く相関する。なお、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。
【００３５】
上記架橋液晶高分子は、例えば、単官能重合性モノマーおよび架橋重合性モノマーの共重合体であり得る。共重合体の取得方法としては、公知の方法を利用することができる。例えば、メソゲンが配向する条件下において、単官能重合性モノマーおよび架橋重合性モノマーを含むモノマー混合物を共重合反応させる方法を好適に利用することできる。詳細には、例えば、内表面に配向性表面が形成された反応容器を用い、インサイチュ（in-situ）重合法を利用して、光重合または熱重合により、モノマー混合物を共重合反応させる方法を利用することができる。この方法によれば、反応容器の配向性表面の作用により、特定の方向に配向された状態で共重合体が生成される。
【００３６】
反応容器の内表面に配向性表面を形成する方法としては、反応容器の内表面にポリイミドの層を形成してこれを特定の方向にラビング処理する方法、電場、磁場等をかける方法等を挙げることができる。目的とするメソゲンの配向性としては、ホモジニアス、ツイスト、ホメオトロピック、ハイブリッド、ベンド、スプレー配向等を挙げることができる。
【００３７】
また、共重合させる別の方法として、線状又は弱く架橋した液晶高分子を作製した後、応力によってメソゲンを配向させながら架橋反応を行う方法等を挙げることができる。
【００３８】
単官能重合性モノマーおよび架橋重合性モノマーの重合比率は、所望のドメインサイズ、架橋密度を考慮して適宜設定すればよい。ドメインサイズとしては、例えば、０．５μｍより大きいものを好適に用いることができる。ドメインサイズが小さい場合、形成される高分子骨格が非液晶フィルムにおけるクロモフォアと高分子セグメントの関係と類似した構造となり、ドメイン毎にメソゲンの配向が変化し、高分子骨格が変形してもフィルム全体に与える影響が小さくなるためである。このような場合、配向変化によって架橋液晶高分子成形体１３０の運動を誘起することが困難となる。
【００３９】
なお、架橋液晶高分子成形体１３０は、架橋液晶高分子そのものから構成されているものに限定されず、目的とする架橋液晶高分子成形体１３０の特性を損なわない範囲において適宜添加剤等が含まれていてもよい。
【００４０】
上記共重合反応における重合性基としては、例えば、（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、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および（メタ）アクリルアミド基が好ましい。架橋重合性モノマーとしては、二官能性モノマー、三官能性モノマー等の多官能性モノマーを用いることができる。重合開始剤としては、公知のものを用いることができる。
【００４１】
架橋液晶高分子においてフォトクロミック分子は、高分子主鎖、高分子側鎖の何れに導入されていてもよいが、メソゲン部位に導入することがより好ましい。フォトクロミック分子をメソゲン部位に導入することにより、フォトクロミック分子の異性化に伴う分子構造変化を、ドメイン領域にあるメソゲンの配向変化に効果的に変換することができる。さらに、架橋液晶高分子における架橋構造により、メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬し、架橋液晶高分子成形体の異方的かつ機械的な応答を誘起することが可能となる。
【００４２】
フォトクロミック分子としては、特に限定されず公知のものを用いることができる。例えば、トランス−シス異性化するアゾベンゼン、スチルベン構造、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。特に、下記式（１）に示すアゾベンゼンは、第１の活性光線１９０と第２の活性光線１９１とで波長が離れており、異性化の際に分子間距離が大きく変化することから、特に好適に用いることができる。
【００４３】
【化１】
2011244566.tif 000003
【００４４】
アゾベンゼンは、第１の活性光線１９０として、波長が３００〜４００ｎｍ程度の光線（以下、「紫外光」という）を用いることができ、第２の活性光線１９１として、波長が５００〜６５０ｎｍ程度の光線（以下、「可視光」という）を用いることができる。
【００４５】
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。また、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。
【００４６】
第１の活性光線１９０を照射するための第１の光源１８０および第２の活性光線１９１を照射するための第２の光源１８１としては、所望の波長光が得られるものであれば特に限定されるものではないが、高圧水銀灯、レーザ光線、ＬＥＤ光源、有機ＥＬ光源などが挙げられる。
【００４７】
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ためには、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、照射条件等を調整すればよい。用いる液晶の種類としては、特に限定されないが、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、メソゲンの配向能および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は、スメクチック液晶、強誘電性液晶等を挙げることができる。
【００４８】
光駆動アクチュエータ１００が運動するメカニズムについて、図１０および図１１を参照して説明する。以下では、架橋液晶高分子成形体１３０として、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液晶高分子からなるフィルムを用いた場合を例にとり説明するが、本発明はこれに限定されない。また、図中の各部分のサイズおよび形状は、説明の便宜上のものであり、各部分のサイズおよび形状は実際に用いられるものと異なる場合がある。
【００４９】
図１０（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１０（ａ）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。図１０（ａ）に示すように、アゾベンゼン分子に紫外光（第１の活性光線１９０）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、可視光（第２の活性光線１９１）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とを活性光線を用いて可逆的に変化させ得る。
【００５０】
図１０（ｂ）は、アゾベンゼンをメソゲン部位に導入した架橋液晶高分子からなるフィルムである架橋液晶高分子成形体１３０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１０（ｂ）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それぞれ示す。
【００５１】
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、これらの変化が高分子骨格に伝搬して架橋液晶高分子成形体１３０の収縮が起こる。
【００５２】
ところで、アゾベンゼン分子は、トランス体からシス体への異性化を誘起する波長（３６０ｎｍ近傍）に高いモル吸光係数を有する。このため、架橋液晶高分子成形体１３０中のアゾベンゼン濃度が高くなると、異性化を誘起する光は架橋液晶高分子成形体１３０を透過せず、照射面側に存在するアゾベンゼン分子を選択的に光異性化することになる。その結果、架橋液晶高分子成形体１３０の厚み方向において収縮率に異方性が生じる。
【００５３】
図１１は、架橋液晶高分子成形体１３０の厚み方向に対して、架橋液晶高分子成形体１３０の収縮率に異方性が生じる様子を模式的に図示した部分拡大説明図である。架橋液晶高分子成形体１３０に紫外光９０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。そして、図１１（ｂ）に示すように厚み方向に収縮率の異方性が発生する。
【００５４】
その結果、図１１（ｃ）に示すように、架橋液晶高分子成形体１３０が機械的な応答を示す。なお、この後に可視光を照射すると、照射領域においてシス体からトランス体に構造変化し、ドメインの新たな配向変化が誘起されて新たな収縮率の異方性が発生する。
【００５５】
上述したようにアゾベンゼンのトランス体は、液晶相を安定化またはそれ自体がメソゲンとして機能する。一方、アゾベンゼンのシス体は、屈曲構造により液晶相を不安定化する。従って、アゾベンゼンを用いた場合、紫外光照射によって等温的に液晶相から等方相への相転移を誘起し得る。このため、ドメインの配向変化をドラスチックに変更可能であり、配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬し、架橋液晶高分子成形体１３０の異方的かつ機械的な応答を誘起しやすい。もちろん、架橋液晶高分子成形体１３０の異方的かつ機械的な応答を誘起できればよく、液晶相から等方相への等温的相転移は必須ではない。
【００５６】
なお、熱により異性化が可能なフォトクロミック分子においては、活性光線に代えて熱を用いることもできる。アゾベンゼンの場合には、可視光（第２の活性光線１９１）に代えて、熱によりシス体からトランス体の異性化を誘起するようにしてもよい。
【００５７】
（導光部材について）
導光部材１１０は、第１の光源１８０からの第１の活性光線１９０、および第２の光源１８１からの第２の活性光線１９１を、それぞれ、架橋液晶高分子成形体１３０に導光するための部材である。さらに詳細には、導光部材１１０は、入射面１１０ａ、反射面１１０ｂおよび出射領域１１０ｃを備え、入射面１１０ａから入射した第１の活性光線１９０または第２の活性光線１９１を、反射面１１０ｂにおいて反射することにより、導光部材１１０内を、所定の伝播方向に伝播させて、架橋液晶高分子成形体１３０に対向するように設けられた出射領域１１０ｃから上記活性光線を出射させるものである。
【００５８】
導光部材１１０の材質としては、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を良好に透過させるものであればよく、これに限定されるものではないが、例えば、ガラス、石英、または、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂を用いることができる。
【００５９】
導光部材１１０の形状としては、特に限定されないが、例えば、筒状または板状とすることができる。導光部材１１０を筒状に形成した場合、入射面１１０ａとしては、一方の端面を、反射面１１０ｂとしては、側面を用いることができる。光ファイバは、筒状に形成された導光部材１１０の一例である。また、導光部材１１０を板状に形成した場合、入射面１１０ａとしては、一方の側端面を、反射面１１０ｂとしては、天面および底面を用いることができる。導光板は、板状に形成された導光部材１１０の一例である。
【００６０】
導光部材に入射した第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１は、反射面１１０ｂにおいて反射することにより、導光部材１１０外に散逸することなく、導光部材１１０内を所定の伝播方向に沿って伝播する。これにより、首尾よく第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１に導光部材１１０内を伝播させ、第１の光源１８０および第２の光源１８１が出射した上記活性光線の強度を好適に維持することができる。
【００６１】
（導光部材の端面からの出射について）
光駆動アクチュエータ１００では、出射領域１１０ｃは、反射面１１０ｂを挟んで入射面１１０ａの反対側に存在する面（出射面）内に設けられている。例えば、導光部材１１０を筒状に形成した場合、出射領域１１０ｃは、入射面１１０ａとは異なる端面に形成することができる。また、導光部材１１０を板状に形成した場合、出射領域１１０ｃは、入射面１１０ａとは反対側の側端面に形成することができる。これらの出射領域１１０ｃが形成される面を出射面と称してもよい。
【００６２】
なお、支持体１４０は、架橋液晶高分子成形体１３０に結合されているものであればよく、光駆動アクチュエータ１００の用途に応じて、適宜、形状、材質等を選択すればよい。
【００６３】
（本実施形態の利点）
光駆動アクチュエータ１００では、第１の光源１８０からの第１の活性光線１９０、および第２の光源１８１からの第２の活性光線１９１は、それぞれ、導光部材１１０を通過して架橋液晶高分子成形体１３０に照射される。そのため、第１の光源１８０および第２の光源１８１を、架橋液晶高分子成形体１３０から離れたところに配置したとしても、第１の活性光線１９０、および第２の活性光線１９１の強度を維持することができるため、第１の光源１８０および第２の光源１８１の配置の自由度が向上する。
【００６４】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の他の実施形態（第２実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０１の概略構成を示す断面図である。以下では、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる箇所についてのみ説明し、第１の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０１は、反射面１１０ｂを覆うように、導光部材１１０よりも屈折率が低い物質からなる被覆部材１２０が設けられている点が、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる。
【００６５】
（被覆部材について）
被覆部材１２０は、導光部材１１０における第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１の伝播を補助し、活性光線の漏れの原因となる導光部材１１０の汚れ、傷等を防ぐ働きを有する。
【００６６】
すなわち、反射面１１０ｂが、導光部材１１０よりも屈折率が低い物質によって覆われていることにより、反射面１１０ｂにおいて、導光部材１１０内を伝播する第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を反射させ、導光部材１１０内に閉じ込めることができる。
【００６７】
また、導光部材１１０が、被覆部材１２０によって覆われていることにより、導光部材１１０に汚れ、傷等が生じ、その部分から上記活性光線が漏れることを抑制することができる。
【００６８】
被覆部材１２０の材質は、導光部材１１０よりも屈折率が低い物質であれば特に限定されないが、ガラス、石英、または、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂等を用いることができる。また、フッ素樹脂等のフッ素を含んだ樹脂を用いることもできる。
【００６９】
また、被覆部材１２０は、導光部材１１０の反射面１１０ｂの全体を覆っていてもよいし、一部を覆っていてもよい。なお、導光部材１１０が、筒状に形成されており、被覆部材１２０が、導光部材１１０の反射面１１０ｂの全体を覆っている場合、導光部材１１０および被覆部材１２０は、光ファイバを構成しているといえる。この場合、導光部材１１０がコアに該当し、被覆部材１２０がコアを取り囲むクラッド、および、クラッドを取り囲む被覆に該当する。
【００７０】
（本実施形態の利点）
光駆動アクチュエータ１０１では、導光部材１１０よりも屈折率が低い物質からなる被覆部材１２０が、導光部材１１０の反射面１１０ｂを覆っている。そのため、導光部材１１０内における第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１の伝播を阻害せずに、導光部材１１０に汚れ、傷等が生じることで、導光部材１１０から上記活性光線が漏れることを抑制することができる。
【００７１】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の他の実施形態（第３実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０２の概略構成を示す断面図である。以下では、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる箇所についてのみ説明し、第１の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２は、出射領域１１０ｃが、反射面１１０ｂ内に設けられており、出射領域１１０ｃ上に光１２１が固着されている点が、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる。
【００７２】
（導光部材の反射面からの出射について）
本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２では、出射領域１１０ｃが、反射面１１０ｂ内に設けられている。すなわち、導光部材１１０を筒状に形成した場合、出射領域１１０ｃは、側面に設けることができる。また、導光部材１１０を板状に形成した場合、出射領域１１０ｃは、天面および底面の少なくともいずれかに設けることができる。
【００７３】
反射面１１０ｂ内に設けられた出射領域１１０ｃでは、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１は、一部が反射されるとともに、一部が出射される。そのため、出射領域１１０ｃを、架橋液晶高分子成形体１３０の形状に対応するように設けることにより、架橋液晶高分子成形体１３０を好適に照射することができる。出射領域１１０ｃを反射面１１０ｂ内に設ける手法については、後述する。
【００７４】
また、出射領域１１０ｃでは、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１の一部を出射しつつ、残りを反射して伝播方向に向けて伝播させるため、出射領域１１０ｃが伝播方向に沿って長く延びていたとしても、出射領域１１０ｃ全体に亘って第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を出射することができる。これにより、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を広い範囲に照射することができる。
【００７５】
なお、このとき、出射領域１１０ｃでは活性光線の一部が出射していくため、出射領域１１０ｃの傍らを伝播する活性光線は、入射面１１０ａから遠くなるに従って徐々に減衰する。そこで、架橋液晶高分子成形体１３０における変形（屈曲または伸張）の程度を全体に亘って均一にするため、架橋液晶高分子成形体１３０において、対向している出射領域１１０ｃが入射面１１０ａから遠くなるほど、フォトクロミック分子の密度が高くなるように架橋液晶高分子成形体１３０を形成してもよい。このような架橋液晶高分子成形体１３０は、例えば、印刷等の手法により架橋液晶高分子成形体１３０を形成する際に、フォトクロミック分子を均一に分布させずに、ドットや線などのテクスチャ紋様に分布させ、そのドットの大きさならびに線の長さおよび太さを、フォトクロミック分子の密度が上記条件を満たすように変えることにより形成することができる。あるいは、架橋液晶高分子成形体１３０における変形の程度を全体に亘って均一にするため、出射領域１１０ｃにおいて、入射面１１０ａから遠くなるほど、反射せずに出射する活性光線の割合が大きくなるように導光部材１１０を構成してもよい。反射せずに出射する活性光線の割合を調整する手法については、後述する。
【００７６】
（光散乱体について）
本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２では、出射領域１１０ｃは、反射面１１０ｂ上に光散乱体１２１を固着させることによって形成される。すなわち、本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２では、出射領域１１０ｃ上に光散乱体１２１が固着されている。
【００７７】
光散乱体１２１は、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を散乱させることにより、出射領域１１０ｃから第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を出射させるものである。出射領域１１０ｃのうち、光散乱体１２１が固着されている部分に到達した上記活性光線は、光散乱体１２１によって散乱して、架橋液晶高分子成形体１３０を照射する。
【００７８】
詳細に述べれば、光散乱体１２１は、例えば、樹脂等に分散された状態で出射領域１１０ｃ上に所定の密度で固着している。上記樹脂は、導光部材１１０と屈折率が同じかより高いものであることが好ましい。上記樹脂が、導光部材１１０と屈折率が同じかより高いものである場合、出射領域１１０ｃのうち、光散乱体１２１が固着されている部分に到達した活性光線は、そのまま上記樹脂に入射し、光散乱体１２１によって散乱して、架橋液晶高分子成形体１３０を照射する。また、上記樹脂が、導光部材１１０よりも屈折率が低い場合であっても、出射領域１１０ｃに十分に近い位置に光散乱体１２１が固着していれば、光散乱体１２１が固着されている部分に到達した活性光線は、光散乱体１２１によって散乱して、架橋液晶高分子成形体１３０を照射する。また、光散乱体１２１は、樹脂に分散せずに直接出射領域１１０ｃ上に固着されていてもよい。
【００７９】
光散乱体１２１は、種々の顔料等、公知の光散乱体を用いることができ、例えば、顔料を溶剤に分散させたインクを塗布または印刷することにより容易に出射領域１１０ｃに固着させることができる。
【００８０】
なお、上述したように、出射領域１１０ｃでは活性光線の一部が出射していくため、出射領域１１０ｃの傍らを伝播する活性光線は、入射面１１０ａから遠くなるに従って徐々に減衰する。そこで、入射面１１０ａから遠くなるほど、出射領域１１０ｃ上の光散乱体１２１の密度が大きくなるように構成することにより、出射領域１１０ｃにおいて反射せずに出射する活性光線の割合が、入射面１１０ａから遠くなるほど、大きくなるようにすることができるので、架橋液晶高分子成形体１３０における変形（屈曲または伸張）の程度を全体に亘って均一にすることができる。
【００８１】
（本実施形態の利点について）
出射領域１１０ｃが、反射面１１０ｂ内に設けられていることにより、架橋液晶高分子成形体１３０の形状に合わせて、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を、架橋液晶高分子成形体１３０に照射することができる。また、出射領域１１０ｃ上に、光散乱体１２１が固着していることにより、首尾よく、出射領域１１０ｃから第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を出射させることができる。
【００８２】
〔第４実施形態〕
図４は、本発明の他の実施形態（第４実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０３の概略構成を示す断面図である。以下では、第３の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２と異なる箇所についてのみ説明し、第３の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０３は、出射領域１１０ｃに光散乱体１２１が固着されている代わりに、出射領域１１０ｃの背面に溝１１１が設けられている点が、第３の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０２と異なる。
【００８３】
（溝について）
溝（窪み）１１１は、導光部材１１０における出射領域１１０ｃの背面に設けられている。出射領域１１０ｃの背面とは、出射領域１１０ｃに対して、第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１が伝播する伝播経路を挟んで反対側の部分を指す。
【００８４】
出射領域１１０ｃの背面に溝１１１が設けられていることにより、溝１１１に到達した活性光線は、溝１１１において反射して、一部が全反射角度を超えた入射角で出射領域１１０ｃに到達し、出射領域１１０ｃから出射する。これにより、首尾よく、活性光線を架橋液晶高分子成形体に照射することができる。
【００８５】
溝１１１は、適宜、導光部材１１０を削ることにより形成することができる。また、溝１１１が形成された状態に直接、導光部材１１０を成形してもよい。
【００８６】
なお、上述したように、出射領域１１０ｃでは活性光線の一部が出射していくため、出射領域１１０ｃの傍らを伝播する活性光線は、入射面１１０ａから遠くなるに従って徐々に減衰する。そこで、入射面１１０ａから遠くなるほど、出射領域１１０ｃ上の溝１１１の密度（溝１１１の単位面積あたりの数、または占有面積）が大きくなるように構成することにより、出射領域１１０ｃにおいて反射せずに出射する活性光線の割合が、入射面１１０ａから遠くなるほど、大きくなるようにすることができるので、架橋液晶高分子成形体１３０における変形（屈曲または伸張）の程度を全体に亘って均一にすることができる。
【００８７】
（本実施形態の利点）
出射領域１１０ｃの背面に、溝１１１が設けられていることにより、首尾よく、出射領域１１０ｃから第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を出射させることができる。
【００８８】
〔第５実施形態〕
図５は、本発明の他の実施形態（第５実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０４の概略構成を示す断面図である。以下では、第４の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０３と異なる箇所についてのみ説明し、第４の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０４は、導光部材１１０を覆うように被覆部材１２０が設けられている点が、第４の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０３と異なる。
【００８９】
図５に示すように、反射面１１０ｂ内に出射領域１１０ｃが設けられている場合であっても、被覆部材１２０を設けることができる。これにより、第２の実施形態と同様、導光部材１１０に汚れ、傷等が発生し、導光部材１１０から活性光線が漏れることを抑制することができる。
【００９０】
第４の実施形態において説明したように、溝１１１で反射した活性光線は、全反射角度を超える入射角で、出射領域１１０ｃに到達するため、被覆部材１２０が設けられていても、出射領域１１０ｃから首尾よく出射する。
【００９１】
また、第３の実施形態のように、出射領域１１０ｃに光散乱体１２１が固着している形態においても、本実施形態のように、被覆部材１２０を設けることも可能である。
【００９２】
〔第６実施形態〕
図６は、本発明の他の実施形態（第６実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０５の概略構成を示す断面図である。以下では、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる箇所についてのみ説明し、第１の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０５は、架橋液晶高分子成形体１３０が、導光部材１１０と一体化している点が、第１の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１００と異なる。
【００９３】
（導光部材と架橋液晶高分子成形体との連結について）
本実施形態のように、導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０とが連結されていることにより、光駆動アクチュエータ１０５が駆動され、架橋液晶高分子成形体１３０が変形（伸張もしくは屈曲）または移動したとしても、導光部材１１０がそれに追従し、変形または移動後における架橋液晶高分子成形体１３０に対して、導光部材１１０を介して第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を照射することができる。
【００９４】
特に、本実施形態のように、導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０とが一体化されている場合には、導光部材１１０は、架橋液晶高分子成形体１３０の変形に首尾よく追従することができる。
【００９５】
そのため、導光部材１１０は可撓性を有し、架橋液晶高分子成形体１３０の変形に従って変形することがより好ましい。そのような導光部材１１０としては、例えば、薄い板状の導光部材１１０を好適に用いることができる。
【００９６】
導光部材１１０と架橋液晶高分子成形体１３０との連結は、直接結合させてもよいし、間に介在部材を挟んで結合させてもよい。また、本実施形態のように、導光部材１１０が、反射面１１０ｂ内に出射領域１１０ｃを有しており、出射領域１１０ｃと接するように架橋液晶高分子成形体１３０が配置されていることにより、導光部材１１０と架橋液晶高分子成形体１３０とを好適に一体化することができる。なお、本実施形態のように、導光部材１１０と架橋液晶高分子成形体１３０とを直接結合させる場合には、意図しない部分において、導光部材１１０から架橋液晶高分子成形体１３０へ活性光線が入射することを避けるために、導光部材１１０が架橋液晶高分子成形体１３０よりも高い屈折率を有するように、導光部材１１０を構成する材料を選択することが好ましい。
【００９７】
（本実施形態の利点）
導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０とが連結されていることにより、架橋液晶高分子成形体１３０の変形に対して、導光部材１１０が追従し、変形または移動後における架橋液晶高分子成形体１３０に対して、導光部材１１０を介して第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を首尾よく照射することができる。
【００９８】
〔第７実施形態〕
図７は、本発明の他の実施形態（第７実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０６の概略構成を示す断面図である。以下では、第６の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０５と異なる箇所についてのみ説明し、第６の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０６は、出射領域１１０ｃに光散乱体１２１が固着されている点が、第６の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０５と異なる。
【００９９】
図７に示すように、導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０とが一体化されている場合であっても、光散乱体１２１が固着させることにより、第３実施形態において説明したように、出射領域１１０ｃから活性光線を首尾よく出射させることができる。
【０１００】
〔第８実施形態〕
図８は、本発明の他の実施形態（第８実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０７の概略構成を示す断面図である。以下では、第７の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０６と異なる箇所についてのみ説明し、第７の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０７は、導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０との間に被覆部材１２０が設けられている点が、第７の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０６と異なる。
【０１０１】
本実施形態のように、導光部材１１０と架橋液晶高分子成形体１３０とを直接結合させず、両者の間に導光部材１１０よりも低い屈折率を有する物質からなる被覆部材１２０を挟むことにより、意図しない部分において、導光部材１１０から架橋液晶高分子成形体１３０へ活性光線が入射することを避けることができる。すなわち、導光部材１１０を、被覆部材１２０が覆っていることにより、第２実施形態において説明したように、活性光線は、反射面１１０ｂにおいて反射され、首尾よく導光部材１１０内を伝播する。
【０１０２】
〔第９実施形態〕
図９は、本発明の他の実施形態（第９実施形態）に係る光駆動アクチュエータ１０８の概略構成を示す断面図である。以下では、第６の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０５と異なる箇所についてのみ説明し、第６の実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ番号を付して説明を省略する。本実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０６は、出射領域１１０ｃの背面に溝１１１が設けられている点が、第６の実施形態に係る光駆動アクチュエータ１０５と異なる。
【０１０３】
図９に示すように、導光部材１１０と、架橋液晶高分子成形体１３０とが一体化されている場合であっても、出射領域１１０ｃの背面に溝１１１が設けられていることにより、第４実施形態において説明したように、出射領域１１０ｃから活性光線を首尾よく出射させることができる。
【０１０４】
また、光駆動アクチュエータ１００〜１０８の少なくとも何れかと、第１の活性光線１９０を出射する第１の光源１８０と、第２の活性光線１９１を出射する第２の光源１８１と、を備えている光駆動システムによれば、第１の光源１８０および第２の光源１８１を制御することにより、首尾よく、光駆動アクチュエータを駆動することができる。
【０１０５】
また、第１〜第９実施形態において説明したように、活性光線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む架橋液晶高分子成形体１３０に対して、導光部材１１０を介して第１の活性光線１９０および第２の活性光線１９１を照射する照射工程を実施することにより、首尾よく、光駆動アクチュエータを駆動することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、各種機器に組み込むアクチュエータの製造、特に、電力の代わりに光を用いて駆動することが好ましい機器に組み込むアクチュエータの製造のために利用することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１００〜１０８    光駆動アクチュエータ（第１〜９実施形態）
１１０            導体部材
１１０ａ          入射面
１１０ｂ          反射面
１１０ｃ          出射領域
１１１            溝
１２０            被覆部材
１２１            光散乱体
１３０            架橋液晶高分子成形体
１４０            支持体
１８０            第１の光源
１８１            第２の光源
１９０            第１の活性光線
１９１            第２の活性光線
【図１】
2011244566.tif 000004
【図２】
2011244566.tif 000005
【図３】
2011244566.tif 000006
【図４】
2011244566.tif 000007
【図５】
2011244566.tif 000008
【図６】
2011244566.tif 000009
【図７】
2011244566.tif 000010
【図８】
2011244566.tif 000011
【図９】
2011244566.tif 000012
【図１０】
2011244566.tif 000013
【図１１】
2011244566.tif 000014
【図１２】
2011244566.tif 000015