(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶流動によって物体を移動させるアクチュエータであって、
固定された固定部材と、
該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、
前記固定部材の固定側対向面と、該固定部材の固定側対向面と対向する前記移動部材の移動側対向面との間に設けられた液晶と、
該液晶の液晶分子を、前記固定部材の固定側対向面および／または前記移動部材の移動側対向面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段と、を備えており、
前記固定部材が、
柔軟性を有する部材によって形成されている
ことを特徴とする液晶を利用したソフトアクチュエータ。
【請求項２】
液晶流動によって物体を移動させるアクチュエータであって、
固定された固定部材と、
該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、
前記固定部材の固定側対向面と、該固定部材の固定側対向面と対向する前記移動部材の移動側対向面との間に設けられた液晶と、
該液晶の液晶分子を、前記固定部材の固定側対向面および／または前記移動部材の移動側対向面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段と、を備えており、
前記移動部材が、
柔軟性を有する部材によって形成されている
ことを特徴とする液晶を利用したソフトアクチュエータ。
【請求項３】
前記固定部材および前記移動部材が、いずれも柔軟性を有するシート状の部材であり、前記固定部材と、前記移動部材と、両者の間に挟まれた前記液晶と、を備えた物体移動シートを有している
ことを特徴とする請求項１または２記載の液晶を利用したソフトアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶を利用したソフトアクチュエータに関する。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液晶を利用したソフトアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
近年、液晶分子が配向するときに発生する液晶流動を利用して、物体を移動させる機構が開発されている（例えば、特許文献１）。
かかる機構は、移動が固定された固定平板と、この固定平板に対して移動可能にもうけられた移動平板と、両者の間に充填され両平板にアンカリングされた液晶と、この液晶に対して平板と垂直な電界を加える手段と、を備えている。かかる構成を有して入れば、電界を加えることによって、液晶分子を回転させることができ、この液晶の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。すると、移動平板が固定平板に対して移動可能に設けられており、しかも、液晶が両平板にアンカリングされているので、液晶流動に伴って移動平板を移動させることができる。
【０００４】
上記のごとく液晶の流動を利用して平板等の物体を移動させることができるのであるが、曲面上をその曲面に沿って物体を移動させることができれば、さまざまな物体等の表面に沿って物体を移動させることが可能となり、その用途を大幅に拡大することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５８６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、凹凸を有する曲面上であっても物体を移動させることができる液晶を利用したソフトアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明の液晶を利用したソフトアクチュエータは、液晶流動によって物体を移動させるアクチュエータであって、固定された固定部材と、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、前記固定部材の固定側対向面と、該固定部材の固定側対向面と対向する前記移動部材の移動側対向面との間に設けられた液晶と、該液晶の液晶分子を、前記固定部材の固定側対向面および／または前記移動部材の移動側対向面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段と、を備えており、前記固定部材が、柔軟性を有する部材によって形成されていることを特徴とする。
第２発明の液晶を利用したソフトアクチュエータは、液晶流動によって物体を移動させるアクチュエータであって、固定された固定部材と、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、前記固定部材の固定側対向面と、該固定部材の固定側対向面と対向する前記移動部材の移動側対向面との間に設けられた液晶と、該液晶の液晶分子を、前記固定部材の固定側対向面および／または前記移動部材の移動側対向面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段と、を備えており、前記移動部材が、柔軟性を有する部材によって形成されていることを特徴とする。
第３発明の液晶を利用したソフトアクチュエータは、第１または第２発明において、前記固定部材および前記移動部材が、いずれも柔軟性を有するシート状の部材であり、前記固定部材と、前記移動部材と、両者の間に挟まれた前記液晶と、を備えた物体移動シートを有していることを特徴とする
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、固定部材が柔軟性を有する部材によって形成されているので、固定部材をその固定側対向面が曲面となるようにすることができる。そして、液晶分子回転手段によって固定部材の固定側対向面および／または移動部材の移動側対向面と交わる面内で液晶分子を回転させれば、両部材の対向面間に、対向面に沿った液晶流動が発生する。すると、固定部材の固定側対向面が曲面となっているので、移動部材を固定部材の固定側対向面に沿って、つまり、曲面に沿って移動部材を移動させることができる。
第２発明によれば、液晶分子回転手段によって固定部材の固定側対向面および／または移動部材の移動側対向面と交わる面内で液晶分子を回転させれば、両部材の対向面間に、対向面に沿った液晶流動が発生する。そして、移動部材が柔軟性を有する部材によって形成されているので、移動部材を変形させながら液晶流動の方向に移動させることができる。
第３発明によれば、物体移動シートは固定部材および移動部材がいずれも柔軟性を有しているので、物体移動シートを、表面が曲面になっている物体や、表面の形状が変化する物体の表面に取り付けることができる。そして、すると、移動部材が柔軟性を有しているので、物体の表面形状に係わらず、物体の表面に沿って移動部材を移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の液晶を利用したソフトアクチュエータの概略説明図であり、（Ａ）は概略断面図であり、（Ｂ）は概略拡大断面図である。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明の液晶を利用したソフトアクチュエータによって、物体を移動させる原理を説明する。
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。
【００１１】
図２(Ａ)において、符号Ｐは一対の平行板を示している。この一対の平行板Ｐ，Ｐは、下方に位置する平行板Ｐはその移動が固定されているが、上方に位置する平行板Ｐ（上方平行板Ｐ）は、下方に位置する平行板Ｐ（下方平行板Ｐ）に対して、相対的に移動可能に設けられている。具体的には、上方平行板Ｐは、その下面が、下方平行板Ｐの上面と平行に維持されたまま、下方平行板Ｐの上面と平行な方向に沿って移動するように設けられている。
【００１２】
図２（Ａ）に示すように、一対の平行板Ｐ，Ｐの互いに対向する面の間には、液晶ＬＣが配置されており、一対の平行板Ｐ，Ｐの互いに対向する面には、それぞれ配向膜Ｆが設けられている。この配向膜Ｆは、その素材は、例えばポリイミド等の高分子物質であり、液晶ＬＣの一部を接触させると、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍを拘束（以下、アンカリングという）するものである。
なお、図２（Ａ）では、配向膜Ｆとして、液晶分子ｍがその軸方向が図２の左右方向に沿って並び、しかも、右端から左端に向かって上傾するようにアンカリングするものを使用した場合を示している。
【００１３】
上記のごとく一対の平行板Ｐ，Ｐ間に配置された液晶ＬＣに対して、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２(Ａ) では矢印の方向）に回転するので、各液晶分子ｍの周囲には速度勾配が発生し、液晶流動が発生する
【００１４】
このとき発生する液晶流動は、一対の平行板Ｐ，Ｐに平行な流れ（図２の左から右に流れる流れ）であるが、下方平行板Ｐは固定されているに対し、上方平行板Ｐは下方の部材Ｐに対して相対的に移動可能に設けられている。しかも、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍは、配向膜Ｆにアンカリングされている。言い換えれば、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍは平行板Ｐにアンカリングされている。
よって、液晶流動に起因する力が上方平行板Ｐに加わるので、液晶ＬＣの流れの方向に沿って、上方平行板Ｐを、下方平行板Ｐに対して移動させることができるのである（図２（Ｂ）
）。
【００１５】
（本発明の液晶を利用したソフトアクチュエータの説明）
つぎに、上述した原理を利用した、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータについて説明する。
上述した原理では、液晶ＬＣを挟む一対の平行板Ｐ，Ｐが平板であるが、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータは、液晶を挟む部材のうち、少なくとも一方、または、両方の部材が柔軟性を有することに特徴を有している。
【００１６】
図１において、符号Ｓは、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータにおける、物体移動シートを示している。
この物体移動シートＳは、固定シートＳＰと、移動シートＭＰと、両者の間に配置された液晶ＬＣとを備えている。
【００１７】
まず、図１に示すように、固定シートＳＰは、移動シートＭＰを相対的に移動させる対象である物体Ｂの表面に、その表面に沿って移動しないように固定されたシート状の部材である。この固定シートＳＰは、柔軟性を有する素材から形成されたシートである。例えば、ビニル等であるが、とくに限定されない。
このため、固定シートＳＰは、曲げ変形させることができるので、物体Ｂの表面に凹凸があっても、その表面に密着するように取り付けることができるのである（図１参照）。
また、固定シートＳＰの上面には、配向膜Ｆが設けられている。この配向膜Ｆは、その素材が、例えばポリイミド等の高分子物質であり、その上面（つまり、液晶ＬＣと接する面）が、図１において右から左にラビングされている。
【００１８】
図１に示すように、移動シートＭＰは、固定シートＳＰと間隔を空けて配置された部材である。この移動シートＭＰも、固定シートＳＰと同様に、柔軟性を有する素材から形成されたシートである。例えば、ビニル等であるが、とくに限定されない。
このため、固定シートＳＰが表面に凹凸がある物体Ｂに取り付けられても、固定シートＳＰと同じ形状に変形する。つまり、移動シートＭＰは、固定シートＳＰとの間を一定の間隔に保つように変形することができるので、表面に凹凸がある物体Ｂに物体移動シートＳを取り付けても、物体移動シートＳはその構造を維持することができるのである。
また、移動シートＭＰの下面にも、配向膜Ｆが設けられている。この配向膜Ｆも、固定シートＳＰに設けられている配向幕Ｆと同様に、その素材が、例えばポリイミド等の高分子物質であり、その下面（つまり、液晶ＬＣと接する面）が、図１において左から右にラビングされている。
【００１９】
図１に示すように、固定シートＳＰの上面と移動シートＭＰの下面との間には、液晶ＬＣが配置されている。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。
この液晶ＬＣは、固定シートＳＰおよび移動シートＭＰがいずれも配向膜Ｆを備えており、また、配向膜Ｆの表面が上記のごとくラビング処理されている。このため、液晶分子ｍは、その軸方向が左右方向に沿って、しかも、右端から左端に向かって上傾するように配向された状態となっている（図１（Ｂ）、図２参照）。
【００２０】
また、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータは、固定シートＳＰの上面および移動シートＭＰの下面と直交するような電界ｅｆを形成することができる液晶分子回転手段を備えている。
【００２１】
（移動シートＭＰを移動させる操作の説明）
つぎに、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータにおいて、移動シートＭＰを移動させる操作を説明する。
【００２２】
まず、図１に示すように、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータにおける物体移動シートＳを、固定シートＳＰを物体Ｂの表面に沿って配置する。すると、移動シートＳの固定シートＳＰおよび移動シートＳＰは、物体Ｂの表面に沿った形状に変形する。
【００２３】
移動シートＳが物体Ｂの表面に取り付けられると、液晶分子回転手段によって、固定シートＳＰの上面と移動シートＭＰの下面と直交する電界ｅｆを、液晶ＬＣに対して印加除去すれば、液晶分子ｍが回転（具体的には、液晶分子ｍが起立倒伏するように回転）する。すると、固定シートＳＰの上面と移動シートＭＰの下面との間に、両面に沿った液晶流動が発生する。言い換えれば、物体Ｂの表面に沿った液晶流動が発生する。
なお、固定シートＳＰの上面および移動シートＭＰの下面に設けられている配向膜Ｆには、上記のごときラビング処理が施されているので、発生する液晶流動は、図１の左から右に向かう流れになる。
【００２４】
また、固定シートＳＰの上面および移動シートＭＰの下面には、いずれも配向膜Ｆが設けられており、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍが実質的に両シートＳＰ，ＭＰに固定されている。
このため、液晶流動が発生することによって、移動シートＭＰを液晶流動の方向に移動させる力が発生し、移動シートＭＰが液晶流動の方向に移動する。
【００２５】
すると、移動シートＭＰは、液晶流動の方向に移動していくが、その形状は液晶流動の状態や外力の影響等により、物体Ｂの表面の形状に沿って、液晶流動を発生させる前の状態を維持して移動したり（図１の移動シートＭＰにおける点Ｐ１〜Ｐ３参照）、液晶流動を発生させる前の状態から変形しながら移動するのである。
【００２６】
以上のごとく、本実施形態の液晶を利用したソフトアクチュエータでは、物体移動シートＳの固定部材ＳＰおよび移動部材ＭＰがいずれも柔軟性を有しているので、物体移動シートを、表面が曲面になっている物体Ｂに取り付けることができる。
そして、移動シートＳＰは柔軟性を有しており移動しながら変形することも可能であるので、物体Ｂの表面形状に係わらず、移動シートＭＰを液晶流動の方向に移動させることができるし、外力を加えることによって変形させながら移動させることもできるのである。
【００２７】
しかも、固定シートＳＰおよび移動シートＳＰはその形状を自由に変形させることができるので、表面の形状が変化する物体の表面に取り付けても、その物体の表面形状に沿った状態を維持できる。また、移動シートＭＰの移動中に物体の表面形状が変化しても、その変化した形状に沿って移動シートＭＰの移動を継続させることができる。
【００２８】
なお、上記例では、物体移動シートＳを物体Ｂの表面に取り付ける場合を説明したが、必ずしも物体移動シートＳは物体Ｂに取り付けて使用する必要はない。例えば、物体移動シートＳを、その固定シートＳＰが曲がった状態となるように、棒材等で支持しておき、その状態で移動シートＳＰを移動させてもよい。
【００２９】
上述した固定シートＢＰと移動シートＭＰが、特許請求の範囲にいう固定部材と移動部材に相当し、固定シートＢＰの上面および移動シートＭＰの下面が、それぞれ特許請求の範囲にいう固定部材の固定側対向面、移動部材の移動側対向面に相当する。
【００３０】
なお、移動部材はシートに限られず、その下面に配向膜を有し、固定シートＢＰとの間に液晶ＬＣを保持したまま相対的に移動できるものであればよい。例えば、矩形のブロックや円錐上の部材等でも移動部材として採用することは可能である。この場合には、液晶ＬＣは、移動部材と固定部材との間の隙間を満たす程度でよい。
【００３１】
また、固定部材はシートに限られず、その上面に配向膜を有し、移動シートＭＰとの間に液晶ＬＣを保持しておくことができるものであればよい。
【００３２】
さらに、液晶分子回転手段は、固定シートＳＰの上面と移動シートＭＰの下面との間に設けられた液晶ＬＣの液晶分子ｍを、固定シートＢＰの上面および／または移動シートＭＰの下面と交わる面内で回転させることができるものであれば、とくに限定されない。
例えば、固定シートＳＰに設けられた電極と、移動シートＭＰに設けられた電極と、この電極間に電圧を印加除去する電圧制御手段を設けておけば、上記のごとき電界ｅｆを形成することができる。
【００３３】
さらに、上記例では、固定シートＳＰに設けられた配向膜Ｆのラビング方向と、移動シートＭＰの配向膜Ｆのラビング方向が、１８０度逆向きの場合を説明したが、各配向膜Ｆのラビング方向は、必ずしも１８０度逆向きでなくてもよい。つまり、両配向膜Ｆのラビング方向が交差するようにしてもよく、この場合には、固定シートＳＰに設けられた配向膜Ｆのラビング方向に対して傾いた方向に移動シートＭＰを移動させることができる。例えば、配向膜Ｆに対するラビング方向が９０度ズレているような場合であれば、固定シートＳＰに設けられた配向膜Ｆのラビング方向に対して４５度の角度で移動シートＭＰを移動させることができる。
【００３４】
さらに、上記例では、固定シートＳＰと移動シートＭＰの両方に配向膜Ｆが設けられている場合を説明したが、配向膜Ｆは必ずしも両方に設けなくてもよい。つまり、いずれか一方にのみ配向膜Ｆが設けられていても、液晶ＬＣの液晶分子ｍを配向させることができので、所定の方向に液晶流動を発生させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の液晶を利用したソフトアクチュエータは、曲面がつながって形成された凹凸に沿って微小物体を移動させる移動機構などに適している。
【符号の説明】
【００３６】
ＳＰ      固定板
ＭＰ      移動板
Ｆ        配向膜
ＬＣ      液晶
ｍ        液晶分子
ｅｆ        電界
【図１】
0005370971.tif 000002
【図２】
0005370971.tif 000003