(57)【要約】【課題】高速応答性に優れ、異方的な伸縮が可能な変形材料、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】本発明の変形材料は、液晶性を有する官能基を有し、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、液晶ポリマーとを含むことを特徴とする。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、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し、前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣが前記液晶性を有する官能基であるのが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶性を有する官能基を有し、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、
液晶ポリマーとを含むことを特徴とする変形材料。
【請求項２】
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、
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し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣが前記液晶性を有する官能基である請求項１に記載の変形材料。
【請求項３】
前記刺激応答性化合物は、分子内に、ユニットＤをさらに含むものであり、
前記ユニットＤは、炭素数が２および／または３のアルキレンオキシドが重合してなるポリアルキレンオキシド構造を含むものである請求項２に記載の変形材料。
【請求項４】
前記刺激応答性化合物は、分子内に、前記ユニットＤとして、第１のユニットＤと第２のユニットＤとを含むものである請求項３に記載の変形材料。
【請求項５】
前記第１のユニットＤは、前記ユニットＡの第３の結合部位に配置されたものであり、
前記第２のユニットＤは、前記ユニットＡの第４の結合部位に配置されたものである請求項４に記載の変形材料。
【請求項６】
前記第１のユニットＤは、前記第１のユニットＣに結合したものであり、
前記第２のユニットＤは、前記第２のユニットＣに結合したものである請求項５に記載の変形材料。
【請求項７】
前記ユニットＡは、下記式（１）で表される基である請求項２ないし６のいずれかに記載の変形材料。
【化１】
2013057055.tif 000019
【請求項８】
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（２）で表される基である請求項２ないし７のいずれかに記載の変形材料。
【化２】
2013057055.tif 000020
【請求項９】
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１ないし８のいずれかに記載の変形材料。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか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、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）。
従来のアクチュエーターは、イオン交換膜を用いたものが主流であり（例えば、特許文献１参照）、これは、イオンの移動により材料が収縮・膨潤するもので、イオンの拡散速度により動作が支配されるため、高速応答化には課題が多い。また、アクチュエーターの動作に方向性を持たせる方法が無く、高効率で動作させるためにも異方的な動きを実現できるものが求められている。
【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、高速応答性に優れ、異方的な伸縮が可能な変形材料、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。
本発明の変形材料は、液晶性を有する官能基を有し、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、
液晶ポリマーとを含むことを特徴とする。
これにより、高速応答性に優れ、異方的な伸縮が可能な変形材料を提供することができる。
【０００６】
本発明の変形材料では、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、
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し、
前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣが前記液晶性を有する官能基であることが好ましい。
これにより、低い電圧で好適に変形することができる。
【０００７】
本発明の変形材料では、前記刺激応答性化合物は、分子内に、ユニットＤをさらに含むものであり、
前記ユニットＤは、炭素数が２および／または３のアルキレンオキシドが重合してなるポリアルキレンオキシド構造を含むものであることが好ましい。
これにより、より低い電圧で好適に変形することができる。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性を特に優れたものとすることができる。
【０００８】
本発明の変形材料では、前記刺激応答性化合物は、分子内に、前記ユニットＤとして、第１のユニットＤと第２のユニットＤとを含むもの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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
本発明の変形材料では、前記第１のユニットＤは、前記ユニットＡの第３の結合部位に配置されたものであり、
前記第２のユニットＤは、前記ユニットＡの第４の結合部位に配置されたもの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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
【０００９】
本発明の変形材料では、前記第１のユニットＤは、前記第１のユニットＣに結合したものであり、
前記第２のユニットＤは、前記第２のユニットＣに結合したもの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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
【００１０】
本発明の変形材料では、前記ユニットＡは、下記式（１）で表される基であることが好ましい。
【化１】
2013057055.tif 000002
これにより、変形材料は、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。
【００１１】
本発明の変形材料では、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（２）で表される基であることが好ましい。
【化２】
2013057055.tif 000003
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、変形材料は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
【００１２】
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、液晶性を有する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。
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、高速応答性に優れ、異方的な伸縮が可能な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】
【００１３】
【図１】本発明の変形材料を構成す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】本発明の変形材料を構成す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】本発明の変形材料を構成す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４】本発明の変形材料を構成す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５】本発明の変形材料を構成す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６】本発明の変形材料を構成す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７】本発明の変形材料を構成す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８】本発明の変形材料を構成す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９】本発明の変形材料を用いたアクチュエーターの一例を模式的に示す断面図である。
【図１０】電圧印加により変形したアクチュエーターの一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
《変形材料》
まず、本発明の変形材料の好適な実施形態について詳細に説明する。
本発明の変形材料は、液晶性を有する官能基を有し、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、液晶ポリマーとを含むものである。
【００１５】
＜刺激応答性化合物＞
図１、図２、図３、図４は、本発明の変形材料を構成す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、図２は、後に詳述するユニットＤを有さない刺激応答性化合物を示すものであり、図３、図４は、後に詳述するユニットＤを有する刺激応答性化合物を示すものであり、図３は図１に対応するものであり、図４は図２に対応するものである。図１、図２、図３、図４中、○は官能基（原子団）を意味し、線は結合を意味する（図５、図６、図７、図８についても同様）。
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し、具体的には、アクチュエーター等の駆動部を構成する化合物である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、本実施形態において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（結合した）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（結合した）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とを含むものであり、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し、前記第１のユニットＣおよび前記第２のユニットＣが液晶性を有する官能基である。刺激応答性化合物がこのような構成を有するものであることにより、変形材料は、低い電圧で好適に変形することができる。
【００１７】
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）で表される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。
【００１８】
【化３】
2013057055.tif 000004
【００１９】
第１のユニットＢと第２のユニットＢは、それぞれ、ユニットＡの第１の結合部位および第２の結合部位に結合するものである（図１（ａ）参照）。そして、ユニットＡの前記回転軸についての回転により、互いの位置関係が変化するものである。
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１（ｂ）参照）。言い換えると、外部から電子を受け取る（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。
【００２０】
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（２）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・変形材料は、より円滑で、かつ低電圧で変形が可能となる。
【００２１】
【化４】
2013057055.tif 000005
【００２２】
そして、本実施形態では、刺激応答性化合物が、液晶性を有する官能基（原子団）として、ユニットＣ（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）を含むものである。上述したようなユニットＡおよびユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）とともに、ユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）を含むことにより、刺激応答性化合物を含む変形材料は、駆動の異方性を効果的に発揮することができ、所定方向についての伸縮率を大きいものとすることができる。
【００２３】
本発明において、刺激応答性化合物は、分子内に１つの液晶性を有する官能基（原子団）を備えるものであってもよいが、本実施形態では、液晶性を有する官能基（原子団）として複数のユニットＣ（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）を備えている。これにより、刺激応答性化合物を含む変形材料は、駆動の異方性を特に効果的に発揮することができ、所定方向についての伸縮率を特に大きいものとすることができる。
【００２４】
刺激応答性化合物におけるユニットＣの結合部位は、特に限定されないが、ユニットＡに結合するものであるのが好ましい。特に、本実施形態では、第１のユニットＣは、ユニットＡの第３の結合部位（第１の結合部位、第２の結合部位とは異なる部位）に配置された（結合した）ものであり、第２のユニットＣは、ユニットＡの第４の結合部位（第１の結合部位、第２の結合部位、第３の結合部位とは異なる部位）に配置された（結合した）ものである。これにより、刺激応答性化合物（刺激応答性化合物を含む変形材料）は、駆動の異方性を特に効果的に発揮することができ、所定方向についての伸縮率を特に大きいものとなる。
【００２５】
液晶性を有する官能基（ユニットＣ（第１のユニットＣ、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。
液晶性を有する官能基（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、液晶性を有する官能基（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、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。
【００２６】
また、液晶性を有する官能基（ユニットＣ）は、重合性官能基を有しているものであってもよい。これにより、上記のような刺激応答性化合物（比較的低分子量のもの）を用いて、より分子鎖の長い刺激応答性化合物（上記の刺激応答性化合物が重合してなる刺激応答性化合物重合体）を形成することができ、刺激応答性化合物を含む変形材料の伸縮率をさらに大きいものとすることができ、より強い力（応力）で駆動させることが可能となる。
また、本発明の変形材料を構成する刺激応答性化合物は、液晶性を有する官能基（ユニットＣ）の重合性官能基によって重合しているもの（刺激応答性化合物重合体）であってもよい。これにより、刺激応答性化合物を含む変形材料の伸縮率をさらに大きいものとすることができ、より、強い力で駆動させることが可能となる。
【００２７】
なお、ユニットＣ（第１のユニットＣと第２のユニットＣ）の重合性官能基によって重合しているもの（刺激応答性化合物重合体）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、酸化状態（還元反応が進行する前）では、図２（ａ）に示すように、長い分子が伸びた状態で存在している。そこへ還元反応が進行するように電圧を印加すると、図２（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同士が還元反応により結合し、さらに、重合体分子内においても、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、変位の度合いをより大きなものとすることができる。
液晶性を有する官能基（ユニットＣ）の具体例としては、下記式（３）に示すようなものが挙げることができる。
【００２８】
【化５】
2013057055.tif 000006
【００２９】
また、刺激応答性化合物は、上述したユニットＡ、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）、ユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）に加え、さらに分子内に、炭素数が２および／または３のアルキレンオキシドが重合してなるポリアルキレンオキシド構造を含むユニットＤを含むものであってもよい。これにより、より低い電圧で好適に変形することができる。また、変形材料の柔軟性を優れたものとすることができる。また、低温でも、刺激応答性化合物を含む変形材料の結晶化を確実に防止することができ、低温領域（例えば、−１０℃以下）での作動性を特に優れたものとすることができる。また、刺激応答性化合物がユニットＤを含むものであることにより、刺激応答性化合物全体として、塩（電解質）との親和性・相溶性を優れたものとすることができ、上述したような酸化還元反応において電荷の移動が速やかなものとなる。その結果、刺激応答性化合物を含む変形材料の応答速度は速いものとなる。
刺激応答性化合物は、分子内に、１つのユニットＤを含むものであってもよいが、本実施形態では、ユニットＤとして、第１のユニットＤおよび第２のユニットＤを備えている。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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
【００３０】
ユニットＤは、刺激応答性化合物の分子内において、いかなる部位に結合するものであってもよく、例えば、ユニットＢに結合するものであってもよいが、ユニットＡに結合するものであるのが好ましい。特に、本実施形態のように、分子内に２つのユニットＣ（第１のユニットＣおよび第２のユニットＣ）を含むものである場合、第１のユニットＣは、ユニットＡの第３の結合部位（第１の結合部位、第２の結合部位とは異なる部位）に配置された（結合した）ものであり、第２のユニットＣは、ユニットＡの第４の結合部位（第１の結合部位、第２の結合部位、第３の結合部位とは異なる部位）に配置された（結合した）ものであるのが好ましい。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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
【００３１】
また、第１のユニットＤは、第１のユニットＣに結合したものであり、第２のユニットＤは、第２のユニットＣに結合したものであるのが好ましい。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。また、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性をさらに優れたものとすることができる。
上述したように、ユニットＤ（第１のユニットＤおよび第２のユニットＤ）は、炭素数が２および／または３のアルキレンオキシドが重合してなるポリアルキレンオキシド構造を含むものである。
【００３２】
ユニットＤが、炭素数２のアルキレンオキシド（エチレンオキシド）が重合してなる構造を有するものである場合、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性等を特に優れたものとすることができる。また、変形材料の応答速度を特に速いものとすることができる。
また、ユニットＤが、炭素数３のアルキレンオキシド（プロピレンオキシド）が重合してなる構造を有するものである場合、変形材料・アクチュエーターの耐久性を特に優れたものとすることができる。
【００３３】
ユニットＤ（第１のユニットＤ、第２のユニットＤ）におけるアルキレンオキシドの重合数（原料となるアルキレンオキシドの分子数）は、４以上２０以下であるのが好ましく、５以上１０以下であるのがより好ましい。変形材料・アクチュエーターの耐久性を十分に優れたものとしつつ、変形材料の柔軟性、低温領域での作動性等を特に優れたものとすることができ、変形材料の応答速度を特に速いものとすることができる。
【００３４】
次に、刺激応答性化合物の他の実施形態について説明する。以下の説明では、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項の説明は省略する。
図５、図６、図７、図８は、本発明の変形材料を構成す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５、図６は、ユニットＤを有さない刺激応答性化合物を示すものであり、図７、図８は、ユニットＤを有する刺激応答性化合物を示すものであり、図７は図５に対応するものであり、図８は図６に対応するものである。
【００３５】
図５〜図８において、刺激応答性化合物は、前述した実施形態と同様に、ユニットＡ、ＢおよびＣ（図７、図８に示す構成では、さらにユニットＤ）を備えるものであるが、ユニットＣ、Ｄの結合位置が異なっている。すなわち、前述した図１、図２に示す実施形態では、ユニットＣは、ユニットＡに結合するものであったが、図５、図６に示す実施形態では、ユニットＣは、ユニットＡに結合するもの、特に、第１のユニットＣが、第１のユニットＢに結合したものであり、第２のユニットＣが、第２のユニットＢに結合したものである。
そして、前述した図３、図４に示す実施形態では、ユニットＤは、ユニットＡに結合するものであったが、図７、図８に示す実施形態では、ユニットＤは、ユニットＡに結合するもの、特に、第１のユニットＤが、第１のユニットＢに結合したものであり、第２のユニットＤが、第２のユニットＢに結合したものである。
【００３６】
ユニットＢが上記式（２）で表される基である場合、下記式（１１）に示すように、ユニットＣ、Ｄの結合位置は、ＸとＹの２か所があり得る。
【００３７】
【化６】
2013057055.tif 000007
【００３８】
図５に示す構成では、２つのユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）が、いずれも、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）のＹの位置に結合しているが、２つのユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）のうち、一方のみがユニットＢのＹの位置に結合し、他方のユニットＣがユニットＢのＸの位置に結合していてもよい。また、２つのユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）が、いずれも、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）のＸの位置に結合していてもよい。
【００３９】
また、図７に示す構成では、２つのユニットＤ（第１のユニットＤ、第２のユニットＤ）が、いずれも、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）のＹの位置に結合しているが、２つのユニットＤ（第１のユニットＤ、第２のユニットＤ）のうち、一方のみがユニットＢのＹの位置に結合し、他方のユニットＤがユニットＢのＸの位置に結合していてもよい。また、２つのユニットＤ（第１のユニットＤ、第２のユニットＤ）が、いずれも、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）のＸの位置に結合していてもよい。
【００４０】
変形材料中における刺激応答性化合物の含有率は、３質量％以上３０質量％以下であるのが好ましく、５質量％以上１０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、上述したような刺激応答性化合物と、後に詳述するような液晶ポリマーとを含むことによる本発明の効果が、より顕著に発揮される。
【００４１】
＜液晶ポリマー＞
本発明の変形材料は、上述したような液晶性を有する官能基を備えた刺激応答性化合物に加えて、液晶ポリマーを含むものである。
液晶性を有する官能基を備えた刺激応答性化合物とともに、液晶ポリマーを含むことにより、刺激応答性化合物の酸化還元反応による、液晶性を有する官能基（ユニットＣ）の配向の変化に伴い、液晶ポリマーの配向も変化することとなり、変形材料全体としての変形を、その度合いが大きく、かつ、応答速度の速いものとすることができる。すなわち、変形材料は、高速応答性に優れ、異方的な伸縮の程度が大きいものとなる。
【００４２】
液晶ポリマーとしては、それ単独で液晶性を呈するものであればいかなるものを用いてもよいが、エチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体、フェノールとフタル酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体、および、６−ヒドロキシナフトエ酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体よりなる群から選択される１種または１種以上を用いるのが好ましい。これにより、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。
【００４３】
液晶ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）は、１００００以上１０００００以下であるのが好ましく、１００００以上５００００以下であるのがより好ましい。これにより、上述したような刺激応答性化合物と液晶ポリマーとを含むことによる本発明の効果が、より顕著に発揮される。
変形材料中における液晶ポリマーの含有率は、９０質量％以上９５質量％以下であるのが好ましい。これにより、上述したような刺激応答性化合物と液晶ポリマーとを含むことによる本発明の効果が、より顕著に発揮される。
【００４４】
＜電解質＞
また、本発明の変形材料は、電解質を含むものであってもよい。これにより、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収縮率を特に大きいものとすることができる。
【００４５】
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。
変形材料中における電解質の含有率は、０．１質量％以上１０質量％以下であるのが好ましく、１質量％以上２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。
【００４６】
＜その他の成分＞
本発明の変形材料は、上述した以外の成分（以下、「その他の成分」ともいう）を含むものであってもよい。
【００４７】
《アクチュエーター》
次に、上述した本発明の変形材料（上述した刺激応答性化合物（刺激応答性化合物重合体を含む）および液晶ポリマーを含む変形材料）を用いたアクチュエーターについて詳細に説明する。
【００４８】
図９は、本発明の変形材料を用いたアクチュエーターの一例を模式的に示す断面図、図１０は、電圧印加により変形したアクチュエーターの一例を示す断面図である。
図９に示すように、アクチュエーター１００は、本発明の変形材料で構成された変形材料層１０と、当該変形材料層１０の両面に設けられた電極１１とを有している。すなわち、アクチュエーター１００は、変形材料層１０を電極１１で挟持した構造となっている。
【００４９】
変形材料層１０は、上述した変形材料で構成されており、電圧を印加することで、変形する層である。
電極１１は、変形材料層１０に電圧を印加する機能を有している。
また、電極１１は、変形材料層１０の変形に追従するために、屈曲性を備えている。
また、電極１１の、変形材料層１０と接する面には、ラビング処理等の配向処理が施されている。これにより、変形材料を構成する刺激応答性化合物の液晶性を有する官能基、および、液晶ポリマーを好適に配向させることができる。また、これにより、変形材料層１０の変形（膨張・収縮）に異方性を発現させることができる。
【００５０】
このような電極１１を構成する材料としては特に限定されないが、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、変形材料層１０の変形により確実に追従することができる。
このような構造のアクチュエーター１００において、電極１１に電圧を印加すると、変形材料層１０の一方の電極１１と接している側では、酸化反応が進み膨張し、変形材料層１０の他方の電極１１と接している側では、還元反応が進み収縮する。その結果、図１０に示すように、還元反応が生じた方向に屈曲する。
【００５１】
特に、本発明のアクチュエーターは、上述したような本発明の変形材料を用いて製造されたものであるため、高速応答性に優れ、好適に異方的な伸縮をすることができるものである。
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。
【００５２】
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、液晶性を有する官能基を有し、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。
【実施例】
【００５３】
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）
［１］刺激応答性化合物の製造
［１．１］ユニットＡの合成
ブロモチオフェンを原料として亜鉛、ニッケルの触媒を用いた２量化、臭素化を行い、ＤＭＦによるアルデヒド基の導入（ホルミル化）を行った。
次に、エチレングリコールによるアルデヒド基のアセタール保護を行い、臭素をさらにホルミル基に変換した。続いてＮａＢＦ４による還元反応でビチオフェン骨格に水酸基を２つ持つジオールを得た。
【００５４】
［１．２］ユニットＣおよびユニットＤの合成
まず、２，３−ジフルオロベンゼンにｎ−ブチルリチウムを作用させ、ホウ酸トリメチルで処理することにより、２，３−ジフルオロボロン酸を得た。
次に、得られた２，３−ジフルオロボロン酸に４−アルコキシ１−ブロモベンゼンをパラジウム触媒存在下反応させることにより、４−（４−アルコキシフェニル）−２，３−ジフルオロベンゼンを得た。
【００５５】
次に、得られた４−（４−アルコキシフェニル）−２，３−ジフルオロベンゼンにｎ−ブチルリチウムを作用させ、ホウ酸トリメチルで処理することにより、４−（４−アルコキシフェニル）−２，３−ジフルオロボロン酸を得た。
次に、得られた４−（４−アルコキシフェニル）−２，３−ジフルオロボロン酸に４−ブロモフェノールをパラジウム存在下で反応させ、１−ヒドロキシ−４−[４−（４−アルコキシフェニル−２，３−ジフルオロフェニル]ベンゼンを得た。
次に、得られた１−ヒドロキシ−４−[４−（４−アルコキシフェニル−２，３−ジフルオロフェニル]ベンゼンと末端が臭素のオリゴエチレングリコールと反応させ、末端にオリゴエチレン鎖を持った液晶性化合物を得た。さらに塩化パラトルエンスルホニルと反応させることにより、末端にパラトルエンスルホニル基を持った液晶性化合物を得た。
【００５６】
［１．３］刺激応答性化合物の製造
上記［１．１］で合成したジオールと上記［１．２］で合成した液晶性化合物とを水素化ナトリウム存在下、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）中で反応させ、液晶性分子を導入したビチオフェン誘導体を得た。
その後、上記ビチオフェン誘導体を酸触媒存在下、ベンゼンジチオールと反応させ２，３−ジクロロ−５，６−ジシアノ−ｐ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）で処理し、４フッ化ホウ素を加え、ユニットＡ、ユニットＢ（第１のユニットＢ、第２のユニットＢ）、液晶性を有する官能基としてのユニットＣ（第１のユニットＣ、第２のユニットＣ）、ユニットＤ（第１のユニットＤ、第２のユニットＤ）を有する下記式（４）で表される刺激応答性化合物（ビチオフェン誘導体）を得た。
なお、式（４）中のｎは、４である。
【００５７】
【化７】
2013057055.tif 000008
【００５８】
［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、液晶ポリマーとしてのエチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体（東レ社製、シベラス）と、電解質としてのテトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素とを混合し、変形材料を得た。刺激応答性化合物と液晶ポリマーと電解質との配合比は、重量比で、１０：８０：１０であった。
【００５９】
［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９に示すようなアクチュエーターを作成した。
アクチュエーターは、変形材料を溶媒に溶解させ、それをシャーレ上に塗布・乾燥し、乾燥物（変形材料層）を３ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り取り、走査電子顕微鏡の試料作成用スパッタマシンを用いて、変形材料層の両面に金をスパッタして接合し、アクチュエーターを得た。条件は、片面当たり１０ｍＡで３０分とした。また、変形材料層の厚さは、５００μｍとなるようにした。
【００６０】
（実施例２、３）
刺激応答性化合物の合成に用いる原料の種類を変更することにより、刺激応答性化合物として、それぞれ、下記式（５）、下記式（６）で表される化合物を合成するとともに、刺激応答性化合物と混合する液晶ポリマーの種類、電解質の種類を表１に示すようにした以外は前記実施例１と同様にして、変形材料・アクチュエーターを製造した。
【００６１】
【化８】
2013057055.tif 000009
【００６２】
【化９】
2013057055.tif 000010
【００６３】
（実施例４）
刺激応答性化合物の合成に用いる原料の種類、合成条件を変更することにより、刺激応答性化合物として、下記式（８）で表される化合物を合成した以外は前記実施例１と同様にして、刺激応答性化合物・変形材料・アクチュエーターを製造した。
【００６４】
【化１０】
2013057055.tif 000011
【００６５】
（実施例５、６）
刺激応答性化合物の合成に用いる原料の種類、合成条件を変更することにより、刺激応答性化合物として、それぞれ、下記式（９）、下記式（１０）で表される化合物を合成した以外は前記実施例１と同様にして、刺激応答性化合物・変形材料・アクチュエーターを製造した。
【００６６】
【化１１】
2013057055.tif 000012
【００６７】
【化１２】
2013057055.tif 000013
【００６８】
（実施例７、８）
刺激応答性化合物の合成に用いる原料の種類、合成条件を変更することにより、刺激応答性化合物として、それぞれ、下記式（１２）、下記式（１３）で表される化合物を合成した以外は前記実施例１と同様にして、刺激応答性化合物・変形材料・アクチュエーターを製造した。
【００６９】
【化１３】
2013057055.tif 000014
【００７０】
【化１４】
2013057055.tif 000015
【００７１】
（比較例１）
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、３ｃｍ×２ｃｍの大きさに切り取り、走査電子顕微鏡の試料作成用スパッタマシンを用いて、複合体フィルムの両面に金をスパッタして接合し、アクチュエーターを得た。条件は、片面当たり１０ｍＡで３０分とした。
【００７２】
（比較例２）
刺激応答性化合物の合成に用いる原料の種類を変更することにより、刺激応答性化合物として、下記式（７）で表される化合物を合成した以外は前記実施例１と同様にして、変形材料・アクチュエーターを製造した。
【００７３】
【化１５】
2013057055.tif 000016
なお、式（７）中のｎは、８である。
【００７４】
各実施例および各比較例の変形材料の構成を表１にまとめて示す。なお、表１中、３，３’−ビチエニルを「Ａ１」、ベンゾジチオリル基を「Ｂ１」、４−［４−（４−ブトキシフェニル）−２，３−ジフルオロフェニル］フェニルを「Ｃ１」、ポリエチレンオキシド鎖を「Ｄ１」、ポリプロピレンオキシド鎖を「Ｄ２」、アルキル鎖を「Ｄ３」、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素を「Ｅ１」、単層カーボンナノチューブを「Ｚ」、エチレンテレフタレートとパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体（東レ社製、シベラス）を「Ｐ１」、フェノールとフタル酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体（住友化学社製、スミカスーパー）を「Ｐ２」、６−ヒドロキシナフトエ酸とパラヒドロキシ安息香酸との重縮合体（ポリプラスチック社製、ベクトラ）を「Ｐ３」で示した。また、表１中、ユニットＣの結合部位の欄、および、ユニットＤの結合部位の欄には、ユニットＡに結合するものを「Ａ」、ユニットＢのＸの位置（式（１１）参照）に結合するものを「Ｘ」、ユニットＢのＹの位置（式（１１）参照）に結合するものを「Ｙ」、ユニットＣに結合するものを「Ｃ」、ユニットＤに結合するものを「Ｄ」で示した。
【００７５】
【表１】
2013057055.tif 000017
【００７６】
［４］アクチュエーターの評価
［４．１］変形量
前記各実施例および比較例のアクチュエーターを１ｍｍ×１５ｍｍの短冊状に切り取り試験片を作製した。当該試験片の端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかんで、室温（２５℃）で、空気中で電圧５Ｖを加え、レーザー変位計を用いて、固定端から１０ｍｍの位置の変位を観測し、以下の基準に従い評価した。
【００７７】
Ａ：変位量が１２ｍｍ以上。
Ｂ：変位量が１０ｍｍ以上１２ｍｍ未満。
Ｃ：変位量が８ｍｍ以上１０ｍｍ未満。
Ｄ：変位量が５ｍｍ以上８ｍｍ未満。
Ｅ：変位量が５ｍｍ未満。
【００７８】
［４．２］変形の異方性
アクチュエーターをＸＹ平面に固定し、電圧を印加した様子をビデオカメラで撮影した。このときのＸ方向への変形をΔＸ［ｍｍ］、Ｙ方向への変形をΔＹ［ｍｍ］とし、ΔＸ／ΔＹを求め、以下の基準に従い評価した。
Ａ：ΔＸ／ΔＹが１１０以上。
Ｂ：ΔＸ／ΔＹが８０以上１１０未満。
Ｃ：ΔＸ／ΔＹが５０以上８０未満。
Ｄ：ΔＸ／ΔＹが１０以上５０未満。
Ｅ：ΔＸ／ΔＹが１０未満。
【００７９】
［４．３］低温領域での作動性
前記各実施例および比較例のアクチュエーターを１ｍｍ×１５ｍｍの短冊状に切り取り試験片を作製した。当該試験片の端３ｍｍの部分を電極付きホルダーでつかんで、−２０℃の環境下、空気中で電圧５Ｖを加え、レーザー変位計を用いて、固定端から１０ｍｍの位置の変位を観測し、以下の基準に従い評価した。
【００８０】
Ａ：変位量が１０ｍｍ以上。
Ｂ：変位量が８ｍｍ以上１０ｍｍ未満。
Ｃ：変位量が５ｍｍ以上８ｍｍ未満。
Ｄ：変位量が１ｍｍ以上５ｍｍ未満。
Ｅ：変位量が１ｍｍ未満。
【００８１】
［４．４］耐久性
１００℃で引張試験を行い、強度が試験前の半分になるまでに時間を求めた。この時間をＨとし、以下の基準に従い評価した。
Ａ：Ｈが１００時間以上。
Ｂ：Ｈが８０時間以上１００時間未満。
Ｃ：Ｈが５０時間以上８０時間未満。
Ｄ：Ｈが１０時間以上５０時間未満。
Ｅ：Ｈが１０時間未満。
これらの結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
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【００８３】
表２から明らかなように、本発明では、優れた結果が得られた。また、本発明（特に、実施例１）では、電圧の印加に対する応答速度が速いものであった。これに対し、比較例では、満足な結果が得られなかった。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ…ユニットＡ  Ｂ…ユニットＢ  Ｃ…ユニットＣ  Ｄ…ユニットＤ  １００…アクチュエーター  １０…変形材料層  １１…電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013057055.tif 000025
【図６】
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【図７】
2013057055.tif 000027
【図８】
2013057055.tif 000028
【図９】
2013057055.tif 000029
【図１０】
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