光駆動型アクチュエータ，及び動力伝達システム
【課題】光エネルギーを機械ネルギーに直接可能であって，尺取虫のように移動可能な光駆動型アクチュエータを提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動するものである。
【解決手段】本発明の一態様に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，光機能性材料に関する応用技術が精力的に研究され，広範囲な分野で目覚しい進展を遂げている。機械的運動を引き起こすための駆動源であるアクチュエータに関しても，光エネルギーを運動エネルギーに変換可能な光機能性材料が提案されている（特許文献１〜３）。光駆動型とすることにより，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方からの遠隔操作や素子のさらなる高集積化の実現が期待できる。
【０００３】
図１３に，従来技術に係る光駆動型アクチュエータの斜視図を示す（特許文献１）。この光駆動型アクチュエータ１００は，同図に示すように可動膜１０３，光誘起相転移物質たるポリジアセチレン膜１０２，基板１０４，オリフィス１０５を備えている。可動膜１０３の図中左右両端部は，基板１０４に固設され，非固設領域である中央部表面にはポリジアセチレン膜１０２が固定されている。この光駆動型アクチュエータ１００に，２種類の活性光線を照射して可動膜１０３の中央部を可逆的に図中上下動せしめることにより，オリフィス１０５を通る流体の流量を制御できる技術が開示されている。活性光線による可動膜１０３の具体的可動量（図中の上下動の変位量）については，当該文献に記載がないため明らかではないが，両端部が固定されている可動膜１０３の上下動によりオリフィス１０５を開閉して流体の流量制御をしていることから鑑みて，その変位量は極僅かであると思われる。
【０００４】
他の従来技術に係る光駆動型アクチュエータとして，新規アゾベンゼン系化合物等，若しくはスピロピラン化合物を用いた熱可塑性樹脂組成物において，一定荷重（５ｍＮ）下，光照射により約０．０２〜０．０８％のフィルムの光変形を可逆的に行うことができる例が報告されている（特許文献２）。
【０００５】
本発明者のグループは，先般，フォトクロミック分子を組み込んだ架橋液晶高分子からなる成形体において，第１の活性光線の照射により架橋液晶高分子成形体を屈曲してそれを維持できること，第２の活性光線の照射により架橋液晶高分子成形体を元の形態に復元できることを報告した（特許文献３）。この架橋液晶高分子成形体によれば，平らな状態のフィルムを２つに折りたたまれるように屈曲せしめることが可能である。このような大きな機械的仕事を取り出すことに成功したのは，配向性と流動性を兼ね備えた液晶構造と，配向変化を伝搬しやすい架橋構造を兼ね備えた材料内に，光照射に応じて可逆的に異性化するフォトクロミック分子を導入したことによる。
【０００６】
なお，後述する発明を解決する手段で記載する尺取虫型のアクチュエータの別のタイプのものとして，一方向に移動する機構を一対の端部に設けた高分子フィルムを，溶液に浸漬して電気エネルギーを付与することにより実現できることが報告されている（非特許文献１）。特許文献４については後述する。
【特許文献１】特開２００１−２３２６００号公報 （段落番号００１３〜００１５，第１〜４図）
【特許文献２】特開２００６−２８２９９０号公報 （段落番号００７０〜００９９）
【特許文献３】特開２００５−２５５８０５号公報 （段落番号０００７，００２５）
【特許文献４】特開２００２−２５６０３１号公報 （段落番号００２８〜００３１）
【非特許文献１】ネイチャー（Nature）, 1992年1月16日, 第355巻, ｐ.242-244
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光駆動型アクチュエータへの応用展開に当っては，光屈曲−復元応答の運動モードに加えて，様々なニーズに応えられるように運動モードのバリエーションを高めていくことが重要である。
また，実際に光駆動型アクチュエータをマイクロマシン等に搭載するに際しては，様々なニーズにフレキシブルに対応できるように形態のバリエーションを高めることが極めて重要となる。
【０００８】
本発明は，上記背景に鑑みてなされたものであり，その第１の目的とするところは，上記光屈曲−復元応答の運動モードを拡張して別の動きをする光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することである。
また，第２の目的とするところは，形態のバリエーションを高めることが可能な光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第１の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動するものである。ここで，「屈曲運動方向を反転させる」とは，架橋液晶高分子成形体主面が折りたたまれる方向の運動と，平面に戻ろうとする方向の運動を順に切り替えることを意味する。また，本明細書において「尺取虫のように」とは，屈曲運動方向を反転させながら所定の方向に移動するものを言うものとする。なお，ここで言う「所定の方向に移動」とは，直進するものに限定されず，カーブ等をしながら移動するものも含むものとする。
【００１０】
本発明に係る第１の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，配向性と流動性を兼ね備えた液晶構造と，配向変化を伝搬しやすい架橋構造を兼ね備えた材料内のフォトクロミック分子の異性化によって，メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる。その結果，架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて尺取虫のように移動させることができる。
【００１１】
本発明に係る第２の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備えるシート状の光駆動型アクチュエータであって，メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た前記架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整したものである。ここで「シート状」とは，主要部の形態が板状の構造であることを意味する。その厚みがシートとして定義されるものに限定されるものではない。また，平面形状の他，曲面形状，折りたたみ形状等のものを含むものとする。また，ここで言う「主面の形状」とは，活性光線照射によって可動する可動部の主面の形状を指すものとする。
【００１２】
本発明に係る第２の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体及び支持体の材料，液晶の配向性を適宜選定し，架橋液晶高分子成形体と支持体を積層構造とすることにより，光照射前の主面の形状（以下，「初期形態」とも言う）のバリエーションを高めることが可能となる。架橋液晶高分子成形体は，配向制御しながら重合若しくは架橋反応を行う必要があるため，初期形態のバリエーションを高めることは必ずしも容易ではない。架橋液晶高分子成形体を支持体上に積層することにより，両者の張力差，熱膨張係数差を利用して初期形態のバリエーションを高めることができる。また，本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，架橋液晶高分子のメソゲンの配向性（例えば，ホメオトロピック配向，ホモジニアス配向等）を変えることにより，同一材料の組み合わせにおいても光照射前の初期形態を変えられることがわかった。蒸着技術，高分子等の成形加工技術，マイクロ造形技術等を用いて所望の曲率や折り目を有する構造等を有する支持体を予め作製し，これに架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。さらに，一般に支持体の方が架橋液晶高分子成形体に比して，他の部材との係合部や勘合部を一体成形することや接合することが容易である。支持体の材料は，架橋液晶高分子成形体に比して格段に選択肢が多いため，ニーズに応じた材料選定が可能となる。光駆動型アクチュエータの初期形態のバリエーションを高めることにより，光照射前のみならず光運動を誘起する際の動的な動き，光照射後の形態のバリエーションも高めることができる。
【００１３】
本発明に係る第３の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，バネのように伸縮するものである。
【００１４】
本発明に係る第３の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体を可撓性を有する支持体上に固定する構造を採用しているので，伸縮運動モードが可能な形態を容易に提供することができる。また，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる架橋液晶高分子成形体を用いることにより，付勢力に応じて伸縮するバネのように，光照射条件に応じて伸縮する光駆動型アクチュエータを提供することができる。伸長方向及び収縮方向の両方に大きな出力及びストロークを発生することも可能である。
【００１５】
本発明に係る第４の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて屈曲自在に変形するものである。
【００１６】
本発明に係る第４の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体を可撓性のある支持体上に固定する構造を採用しているので，光駆動型アクチュエータの自重による重力と光照射による屈曲力のバランスを調整可能な形態を容易に提供できる。そして，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる架橋液晶高分子成形体を用いることにより，屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータを提供することができる。
【００１７】
本発明に係る動力伝達システムは，上記第１又は第２の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記第１の活性光線及び第２の活性光線を照射する光源を備えるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば，上記光屈曲−復元応答の運動モードを拡張して別の動きをする光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することができるという優れた効果を有する。また，形態のバリエーションを高めることが可能な光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下，本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお，本発明の趣旨に合致する限り，他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００２０】
［実施形態１］
本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整したものである。架橋液晶高分子成形体の最適な形態としては，フィルムやシート等を挙げることができる。
【００２１】
図１（ａ）は，本実施形態１に係る光照射前の光駆動型アクチュエータの一例を示す模式的斜視図である。この光駆動型アクチュエータ１は，架橋液晶高分子成形体たる架橋液晶高分子フィルム２，可撓性を有する支持体たる支持体フィルム３を備えている。支持体フィルム３は，載置部たる載置面４上に一対の端部を当接部とするアーチ型形状となっており，支持体フィルム３主面の湾曲部位である中央領域に架橋液晶高分子フィルム２が積層されている。この光駆動型アクチュエータ１に第１の活性光線及び第２の活性光線を適宜照射すると，架橋液晶高分子成形体の屈曲運動が誘起され，これに連動して支持体フィルム３も変形する。この支持体フィルム３の変形は，架橋液晶高分子フィルムの積層領域３ａのみならず，非積層領域３ｂにおいても誘起される。
【００２２】
図１（ｂ）は，図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ切断部断面図である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２は，支持体フィルム３上に接着層５を介して積層されている。そして，架橋液晶高分子フィルム２上には保護層６が積層されている。以下，各構成要素について説明する。
【００２３】
本実施形態１に係る架橋液晶高分子は，主鎖型高分子液晶，側鎖型高分子液晶のどちらでもよいが，液晶の配向に直接関与するハードコア部であるメソゲンの配向可能領域たるドメイン領域が存在し，かつ高分子骨格が三次元網構造を形成している必要がある。これにより，配向したメソゲンが高分子マトリックス内に緩やかに拘束され，高分子骨格の動きがメソゲンの配向と強く相関した構造となる。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。
【００２４】
架橋液晶高分子は，単官能重合性モノマーと，これと共重合する架橋重合性モノマーとから得られる共重合体により得ることができる。共重合体を得る方法としては，公知の方法を利用することができるが，単官能重合性モノマーと架橋重合性モノマーを含む混合物を，メソゲンが配向する条件下において共重合させる方法を利用することが簡便かつ有利である。具体例としては、反応容器として、内表面に配向性表面が形成されたものを用いて、モノマー混合物をインサイチュー（in-situ）重合法等を利用して，光重合あるいは熱重合させる方法により共重合反応させる方法が挙げられる。この方法によれば、共重合体分子は、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生成される。配向性処理としては、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・磁場をかけるなどの方法を挙げることができる。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、ベンド又はスプレー配向等を挙げることができる。共重合させる別の方法としては，線状，又は弱く架橋した液晶高分子を作製し，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。
【００２５】
単官能重合性モノマーと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決定する。ドメインサイズは，０．５μｍより大きいことが好ましい。ドメインサイズが小さいと高分子骨格は，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よく似た構造となり，各ドメインにおいて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，配向変化が機械的応答に結びつかず，架橋液晶高分子成形体の運動が誘起しにくくなる。なお，架橋液晶高分子成形体は，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。
【００２６】
重合性基としては，（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，又は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や（メタ）アクリルアミド基が好ましい。架橋重合性モノマーは，２官能性モノマー，あるいは３官能性モノマー等に代表される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。
【００２７】
架橋液晶高分子成形体を得る方法として，注型重合法を利用して金型を兼ねた反応容器を用いて共重合反応を行い、生成される共重合体を同時に成形する方法を利用することが好ましい。このような注型重合法によれば、上述の好適な配向処理法を適用することが極めて容易である。
【００２８】
フォトクロミック分子の導入箇所は，高分子主鎖，高分子側鎖のどちらでもよいが，メソゲン部位に導入することがより好ましい。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ためである。そして，架橋構造を採用することにより，メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬して，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。
【００２９】
フォトクロミック分子は，特に限定されず公知のものを用いることができる。例として，トランス−シス異性化するアゾベンゼン，スチルベン構造等や，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。中でも，下記式（１）に示すアゾベンゼンは，第１の活性光線と第２の活性光線の波長が離れていて，かつ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ましい例として挙げることができる。
【化１】
アゾベンゼンは，アゾベンゼン骨格に結合している置換基にもよるが，第１の活性光線は３００〜４００ｎｍ程度（以下，単に「紫外光」という）であり，第２の活性光線は５００〜６５０ｎｍ程度（以下，単に「可視光」という）である。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。そして，この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。
【００３０】
架橋液晶高分子にアゾベンゼンを導入すると，アゾベンゼンは配向制御成分として働く。アゾベンゼンのトランス体は液晶相を安定化，若しくはそれ自体がメソゲンとして機能する。一方，屈曲構造を持つシス体は液晶相を不安定化する。従って，等温でもトランス体からシス体への異性化を誘起することにより，相転移を誘起することができる。
【００３１】
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ファクターとしては，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，照射条件等を挙げることができる。液晶の種類は，特に限定されない。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，メソゲンの配向能や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，スメクチック液晶や，強誘電性液晶等を挙げることができる。
【００３２】
支持体は，架橋液晶高分子成形体を主面に固定でき，かつ架橋液晶高分子成形体と一体的に可動可能なものを選定する。支持体として可撓性のあるものを用いているので，架橋液晶高分子成形体が積層されていない非積層領域も架橋液晶高分子成形体の形状変化に連動させて変形させることができる。無論，支持体の全体が架橋液晶高分子成形体と共に可動可能である必要はなく，架橋液晶高分子成形体の非積層領域の一部を非可動部としてもよいし，架橋液晶高分子成形体の積層領域のみを可動部としてもよい。また，架橋液晶高分子成形体の積層領域の一部を非可動部としてもよい。
【００３３】
上記図１の例においては，架橋液晶高分子成形体を支持体の一主面の中央領域に積層した例について述べたが，これに代えて主面全面に架橋液晶高分子成形体を積層してもよい。支持体の両主面の任意の箇所あるいは全面に架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。また，異なる波長で形状変化するフォトクロミック分子が導入された複数種類の架橋液晶高分子成形体を，異なる領域に配置したり，同一領域に積層することも可能である。活性光線の波長の異なるフォトクロミック分子を導入した複数の架橋液晶高分子成形体等を支持体上に積層することにより，複数の運動モードを備えることができる。
【００３４】
支持体は，他の部材と係合又は勘合せしめるための係合部や勘合部等を支持体の一部分に備えるように構成することができる。支持体の端部を載置面に当接させて自立させる構造（図１（ａ）参照）に代えて，車輪等に固設したり，載置部，筐体，基板等に固設してもよい。載置部として，載置面に代えて前記車輪に係合するレール等を採用することもできる。
【００３５】
支持体の材質としては，例えば，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート等の汎用性高分子，エラストマー，あるいはシリコンゴム，金属薄膜，紙等の公知の材料を用いることができる。架橋液晶高分子成形体と一体的に可動させる観点からは，エラストマー等の高弾性体や使用温度において十分な柔軟性を有する高分子成形体を用いることが好ましい。高分子成形体のガラス転移温度が使用温度以下のものを用いることにより，柔軟性の優れたものを得ることができる。このような高分子材料としては，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブタジエン，ポリ塩化ビニリデン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。無論，可塑剤を添加することにより高分子成形体のガラス転移温度を使用温度以下となるようにしてもよい。なお，ここで「使用温度」とは，光駆動型アクチュエータを実際に駆動する際の温度を言う。高分子材料に融点（Ｔｍ）が存在する場合には，光駆動型アクチュエータを安定して利用する観点から使用温度が融点を超えない範囲で使用することが好ましい。高分子成形体を用いることにより，前述の係合部や勘合部等の一体成形や，接合等も容易となる。
【００３６】
支持体の可動部の厚みは，用いる材料の柔軟性の度合い，強度，用いる用途，所望の形態等に応じて決める。厚みは特に限定されるものではないが，例えば５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。支持体は，単一の材料から構成してもよいし，複数の材料から構成してもよい。
【００３７】
支持体上に架橋液晶高分子成形体を積層して固定する方法は，特に限定されず公知の方法を用いることができる。積層する際には，支持体と架橋液晶高分子成形体とが十分に接着していることが重要である。光駆動させる際に剥離やクラックが発生するのを防止するためである。接着方法としては，公知の方法を利用できる。例えば，接着機能を有する支持体を用いて架橋液晶高分子成形体とラミネートする方法，支持体と架橋液晶高分子成形体との間に，バーコーター塗工などの種々のコーティング方法を用いて接着層（図１（ｂ）参照）を設ける方法，両面テープにより支持体と架橋液晶高分子成形体を貼り合せる方法等を挙げることができる。接着層や両面テープ等の中間層を設ける場合，架橋液晶高分子成形体と一体的に可動させる観点から柔軟性に優れたものを選定することが好ましい。接着層の厚みは，例えば０．５μｍ〜２０μｍとすることができるが，無論これに限定されるものではない。架橋液晶高分子成形体上には，必要に応じて保護層（図１（ｂ）参照）を積層してもよい。これにより，架橋液晶高分子成形体を機械的刺激等から保護することができる。保護層としては，架橋液晶高分子成形体と一体的に可動可能であり，かつ，架橋液晶高分子成形体の活性光線による駆動を妨げない材料であれば特に限定されない。なお，本実施形態に係る光駆動型アクチュエータは，上述した要素部材以外の要素を含んでいてもよいことは言うまでもない。
【００３８】
光駆動型アクチュエータの光照射前の主面の形状（初期形態）は，架橋液晶高分子成形体及び支持体の材料，液晶の配向性を適宜選択することにより調整することができる。架橋液晶高分子成形体を支持体に積層することにより，両者の張力差，熱膨張係数差を利用して初期形態のバリエーションを高めることができる。必要に応じて，架橋液晶高分子成形体を支持体に積層後に，熱や圧力を加えることができる。本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，同一材料の組み合わせにおいても，架橋液晶高分子のメソゲンの配向性（例えば，ホメオトロピック配向，ホモジニアス配向等）を変えることにより，光照射前の初期形態を大きく変え得ることを突き止めた。蒸着技術，高分子等の成形加工技術，マイクロ造形技術等を用いて所望の曲率や折りたたみ構造等を有する支持体を予め作製し，これに架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。さらに，一般に支持体の方が架橋液晶高分子成形体に比して，他の部材との係合部や勘合部を一体成形することや接合することが容易なので，ニーズに応じた形態の光駆動型アクチュエータを提供しやすい。
【００３９】
次に，本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの駆動方法について説明する。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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が導入された架橋液晶高分子成形体に，フォトクロミック分子の異性化を起こすように前記活性光線を照射して，架橋液晶高分子成形体の形状変化を誘起することにより屈曲運動を誘起させるものである。ここで「屈曲運動」とは，シート状の可動部分を折る方向に変形させるもの，平坦な状態に戻す方向に変形させるもの，既に折られている状態を別の角度に変形させるもののいずれも含むものとする。
【００４０】
光駆動型アクチュエータに第１の活性光線を照射すると，フォトクロミック分子の異性化が誘起され屈曲運動が誘起される。次いで，第２の活性光線に照射光源を切り替えると，フォトクロミック分子の異性化に伴って，前記屈曲運動とは異なるモードの屈曲運動が誘起される。
【００４１】
屈曲運動を連続的に行いたい場合には，フォトクロミック分子の異性化を連続的に誘起する。フォトクロミック分子の異性化を連続的に誘起するためには，第１の活性光線及び第２の活性光線の両方を同時あるいは逐次的に照射すればよい。異性化が連続的に起こっていれば，光照射は断続的であっても構わない。なお，ここで言う「連続的」とは，特定のフォトクロミック分子を継続的に異性化せしめることを意味するのではなく，架橋液晶高分子成形体内のいずれかのフォトクロミック分子の異性化が起こっている状態であることを意味する。
【００４２】
第１の活性光線，及び第２の活性光線の架橋液晶高分子成形体に対する照射位置は，同一としても異なるようにしてもよい。但し，異なる位置とする場合には，第１の活性光線，及び第２の活性光線のそれぞれの照射により，フォトクロミック分子の異性化を誘起できる位置とする。各光線の照射によって異性化を誘起して，メソゲンの配向変化を高分子骨格に伝搬する必要があるためである。第１の活性光線の照射によって異性化された箇所に，第２の活性光線の照射領域の少なくとも一部が含まれるようにすることが簡便である。
【００４３】
前述した液晶の配向性の他，活性光線の照射位置や照射光強度，照射時間に応じて，シート状部の変形量（折れ曲がり角度）を適宜変更することができる。照射光強度は，導入した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，架橋液晶高分子成形体の厚み，及び所望とする屈曲挙動等に応じて最適となるように選定するが，通常１〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度である。所望の運動挙動やフォトクロミック分子に応じて非偏光，偏光のどちらを用いてもよい。照射光源としては，高圧水銀灯，レーザー光等の各種公知の光源を用いることができる。
【００４４】
架橋液晶高分子成形体に対する第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射部位は，ガラス転移温度以上となっていることが好ましい。高分子主鎖の運動に影響を与えるミクロブラウン運動は，高温で活発化する一方でガラス転移温度以下では凍結されるためである。なお，架橋液晶高分子成形体に光を照射すると，その一部は熱エネルギーに変換され得るが，この熱により照射領域が局部的にガラス転移温度以上となっているものも含まれる。ただし，架橋液晶高分子成形体に融点（Ｔｍ）が存在する場合には，照射部位の温度が融点より低い温度となる範囲で使用する。
【００４５】
次に，本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータが運動するメカニズムについて図２，図３を用いつつ説明する。以下，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例にとり説明する。なお，図中の各部分のサイズや形状は，説明の便宜上のものであり，各部分の比率，形状等は実際とは異なる。
【００４６】
図２（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。同図に示すように，アゾベンゼン分子に第１の活性光線として紫外光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，第２の活性光線として可視光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を可逆的に光により変化せしめることができる。
【００４７】
図２（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フィルム（以下，単に「フィルム」ともいう）３０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示している。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，この変化が高分子骨格に伝搬して架橋液晶高分子フィルム３０の収縮が起こる。
【００４８】
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持つ。このため，フィルム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フィルム３０を透過できなくなり，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，フィルム３０の厚み方向において収縮率に異方性が生じる。
【００４９】
図３は，フィルムの厚み方向に対して，フィルム３０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。フィルム３０（図３（ａ）参照）に紫外光を照射すると，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３（ｂ）に示すように厚み方向に収縮率の異方性が発生する。その結果，図３（ｃ）に示すようにフィルム３０が機械的な応答を示す。これに，可視光８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。
【００５０】
光駆動型アクチュエータの厚みは特に限定されないが，変形を誘起できる厚みとする必要があり，用いる架橋液晶高分子や支持体の特性により適宜選定する。必ずしも厚み方向に収縮率の異方性を誘起する必要はなく，面方向における収縮率の異方的変形を誘起せしめて運動するように構成してもよい。
【００５１】
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，若しく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の異方的かつ機械的な応答を誘起しやすい。無論，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できればよく，液晶相から等方相への等温的相転移が必須ではないことは言うまでもない。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（上記例においては第２の活性光線）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。
【００５２】
本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータによれば，架橋液晶高分子成形体，支持体の材料，液晶の配向性を適宜選定することにより光照射前の架橋液晶高分子成形体の主面の形状（初期形態）のバリエーションを高めることが可能となる。支持体の材料は，架橋液晶高分子成形体に比して格段に選択肢が多いため，ニーズに応じた材料選定が可能となり設計自由度を上げることができる。光駆動型アクチュエータの初期形態のバリエーションを高めることにより，光照射前のみならず光運動を誘起している際の動的な動き，光照射後の形態のバリエーションも高めることができる。また，架橋液晶高分子成形体を支持体上に固定することにより，機械的強度，耐久性を高めることができる。また，光運動領域を架橋液晶高分子成形体の形成されていない非積層領域に拡張することができるので低コスト化を実現できる。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータにおいては，極めて簡易な構造であるので，それ自身の小型軽量化を達成できる。また，液晶構造と架橋構造を兼ね備えた架橋液晶高分子成形体を採用することにより，大きな機械的仕事を取り出すことが可能である。
【００５３】
また，架橋液晶高分子成形体，支持体の種類や初期形態を選定することにより，温度や圧力等の条件を一定に保った状態において光照射を行うだけで複雑な動きを実現し得る。また，繰り返し使用できるという利点も有する。従って，マイクロマシンの可動部（例えば，ロボットの関節部）や，マイクロカテーテル等の医療用デバイス等として応用可能である。光駆動型アクチュエータを装置内部に搭載する場合においても，筐体等を活性光線が透過可能な材質により形成すれば，装置内部に光源を具備する必要はない。このため，装置の小型軽量化を実現できる。
【００５４】
［実施形態２］
バネのように伸縮可能な光駆動型アクチュエータの例について説明する。図４は，本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための概略断面図である。なお，以降の説明において，前記実施形態と同一の要素部材は，同一符号を付し，適宜その説明を省略する。また，上記実施形態１と同様の点については適宜説明を省略し，異なる点について詳述する。
【００５５】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，以下の点を除く基本的な構成は図１において説明した光駆動型アクチュエータ１と同じである。すなわち，本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，支持体フィルム３の形状，架橋液晶高分子フィルム２の積層個数，支持体フィルム３の端部の構造において，図１の例に係る光駆動型アクチュエータ１と相違する。より具体的には，支持体フィルム３は，波形のような湾曲部が複数あり，第１端部４１が筐体の天板４３に固設され，鉛直方向にぶらさがる構造となっている。そして，第１端部４１と対向する第２端部４２には弁体４４が取り付けられている。架橋液晶高分子フィルム２は，支持体の湾曲部の山なり部にそれぞれ積層されている。
【００５６】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，例えば次のようにして製造することができる。まず，可撓性のある支持体フィルムの一主面に接着層を積層し，次いで所望の間隔に架橋液晶高分子フィルムを積層する。その後，もう一方の主面に同じく接着層を積層し，先の架橋液晶高分子フィルムの非積層領域の略中央領域に架橋液晶高分子フィルムを積層する。そして，熱圧着することにより図４に示すような波形形状の支持体フィルム３を得る。その後，第１端部４１を天板４３に固設し，第２端部４２に弁体４４を取り付けることにより光駆動型アクチュエータ１ａを得ることができる。可撓性のある支持体フィルム３の表裏両主面上に架橋液晶高分子フィルム２を所定の間隔で積層することにより，波形型の光駆動型アクチュエータを容易に製造できる。
【００５７】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａに第１の活性光線を照射すると，湾曲部が伸長する。次いで，架橋液晶高分子フィルム２に第２の活性光線を照射すると，元に戻ろうと収縮する。付勢力に応じて伸縮するバネのように，第１の活性光線及び第２の活性光線の照射に応じて伸縮運動を誘起することができる。所望とする伸長，収縮の程度に応じて光照射条件を設定すればよい。光照射は，複数の架橋液晶高分子フィルムに一括照射してもよいし，特定の架橋液晶高分子に照射してもよい。この伸縮運動により弁体４４を図中上下動させ，弁体４４の下部にある基板４５を貫通するオリフィス４６の開閉を可逆的に行うことができる。例えば，流体の流量を制御するマイクロリアクター等のマイクロ化学分析システムに用いることができる。
【００５８】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータによれば，活性光線を照射することにより伸縮可能な光駆動型アクチュエータを得ることができる。架橋液晶高分子成形体を可撓性を有する支持体上に固定する構造を採用しているので，図４に示すような湾曲形状を容易に製造することができる。また，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができるので，伸長方向及び収縮方向の両方に大きな出力及びストロークを発生することも可能である。なお，第２端部４２に弁体４４を取り付けた例について説明したが，これに代えて針やセンサ等を取り付けてもよい。退避可能なプローブ装置等に応用することも可能である。
【００５９】
［実施形態３］
屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータの例について説明する。図５（ａ）に本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータ１ｂの模式的正面図，図５（ｂ）にその側面図を示す。なお，図中の各部材の大きさや位置は説明の便宜上のものであり，各部分の比率，形状等は実際とは異なる。
本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータ１ｂは，アーム形状の支持体フィルム３上に，複数の架橋液晶高分子フィルム２が積層されている。架橋液晶高分子フィルム２の積層位置は，アームの関節対応部分である。具体的には，ひじ部，手首部，指部にそれぞれ架橋液晶高分子フィルム２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３が積層されている。
【００６０】
光駆動型アクチュエータ１ｂのアーム形状のひじ部に積層した架橋液晶高分子フィルム２ｂ１に第１の活性光線をこの光駆動型アクチュー得た１ｂの図中左側から照射すると，当該部分が光照射条件に応じて光照射方向（図中左方向）に湾曲する。変形された状態は，架橋液晶高分子成形体の組織状態がさらに構造的な変化を生ずる力を受けない間は安定にその形状を保持することができる。さらに，アーム形状の手首部，及び指部に積層した架橋液晶高分子フィルム２ｂ２，２ｂ３に同様の方法にて第１の活性光線を照射すると，例えば，図５（ｃ）に示すように，これらの箇所を湾曲させることができる。
【００６１】
第１の活性光線の照射条件をコントロールすることにより，所望の屈曲形状に変形させることができる。また，第２の活性光線を照射することにより屈曲運動方向を反転させたり，光照射前の元の状態に戻したりすることができる。それぞれの架橋液晶高分子フィルム２を個別に照射する光源システムを採用することにより，複雑な動きを実現できる。例えば，光駆動型アクチュエータ１ｂの手のひら部で物を掴み，それを所望の位置に移動させて離すといういわゆるロボットアーム動作も可能である。手のひらで物を掴む構造に代えてアーム先端部にフックなどを取り付ける構造としてもよい。
【００６２】
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，光駆動型アクチュエータの自重による重力と光照射による屈曲力の大きさのバランスを調整することにより，屈曲自在に変形し得ることがわかった。光駆動型アクチュエータ自身の重力よりも光照射による屈曲力を大きくすることにより，光照射により屈曲形状からフラットに近い形状にし，さらに反対方向に続けて屈曲せしめることも可能である。光駆動型アクチュエータの自重による重力と屈曲力の大きさのバランス調整は，支持体を用いることで容易となる。
【００６３】
支持体フィルム３の長軸方向に屈曲する例を述べたが，幅方向あるいは斜め方向に屈曲するように架橋液晶高分子フィルムを固定することもできる。斜め方向に屈曲するようにすることにより，ねじる動きを誘起することも可能である。また，支持体フィルムの両面の同一領域に架橋液晶高分子フィルムを固定して，所望の方向から光照射を行うようにしてもよい。なお，図５の例における活性光線と架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向は一例であり，この例に限定されないことは言うまでもない。また，所望の屈曲形状が第１の活性光線，若しくは第２の活性光線のいずれかにより達成できる場合には，両活性光線の照射による可逆的な異性化は必須ではない。この所望の屈曲形状は，架橋液晶高分子成形体の組織状態がさらに構造的な変化を生ずる力を受けない間は安定にその形状を保持することができる。
【００６４】
本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータによれば，支持体も連動して動かすことができるので，全体として大きく，かつなめらかに動かすことができる。支持体上に架橋液晶高分子成形体を固定する構造を採用することにより，機械的強度を高めることができる。また，所望の箇所に所望の動きをする架橋液晶高分子成形体を選定して固定するという極めてシンプルな方法なので複雑な動きと小型軽量化を同時に実現できる。屈曲自在に変形することが可能なので，複雑な動きをするマイクロマシン，医療用カテーテル，作業用リフト等に応用することが期待できる。
【００６５】
［実施形態４］
尺取虫型の運動を行う光駆動型アクチュエータの例について説明する。本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータは，屈曲運動方向を反転させて尺取虫のように移動する。
【００６６】
図６（ａ）は，本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータ１ｃの一例を示す模式的斜視図である。光駆動型アクチュエータ１ｃは，図１と同様に一対の端部が載置面４と当接するアーチ型形状となっており，支持体フィルム３の主面の湾曲部位である中央領域に架橋液晶高分子フィルム２が積層された構造となっている。ただし，この一対の当接部の形状が異なる。図中左側の方の第１当接部７をフラット形状とし，図中右側の方の第２当接部８を略山形形状の頂部としている。
【００６７】
図６（ｂ）は，光照射前の光駆動型アクチュエータ１ｃ（図６（ａ）参照）に第１の活性光線１３を照射した際の形状変化を説明するための模式的斜視図である。第１の活性光線を照射すると，架橋液晶高分子フィルム２が伸長すると共に，支持体フィルム３もこれに連動して伸長する。フラット形状の第１当接部７は，第１の活性光線１３を照射する前は載置面４の第１当接部初期ライン５２の位置と当接しているが，第１の活性光線１３を照射すると第１当接部移動ライン５３にまで当接位置が移動する。一方，略山形形状の頂部を当接部とする第２当接部８は，第１の活性光線１３の照射前後を通じて第２当接部初期ライン５１上に位置する。すなわち，第１の活性光線１３の照射による伸長運動により第１当接部７のみが前進する。これは，第２当接部８の方がフラット形状の第１当接部７に比して載置面４に対する圧力が高く，両当接部の移動度に差が出ることによるものと考えている。
【００６８】
図６（ｃ）は，伸長した光駆動型アクチュエータ１ｃ（図６（ｂ）参照）に第２の活性光線１４を照射した際の形状変化を説明するための模式的斜視図である。第２の活性光線の照射により，架橋液晶高分子フィルム２が屈曲すると共に，支持体フィルム３もこれに連動して屈曲する。フラット形状の第１当接部７は，第２の活性光線照射後も当接位置が変わらない。すなわち，第１当接部移動ライン５３に静止したままである。一方，略山形形状の頂部が当接部である第２当接部８は，第２の活性光線１４の照射により第２当接部初期ライン５１から第２当接部移動ライン５４に当接位置が移動する。すなわち，第２の活性光線照射による屈曲運動により第２当接部８側が前進する。これは，第２当接部８の方が第１当接部７に比して載置面を蹴る力が大きく，両当接部の移動度に差が出ることによものと考えている。
【００６９】
第１の活性光線，及び第２の活性光線を交互に照射して屈曲運動方向を反転させることにより，尺取虫型の移動を行うことができる。すなわち，屈曲運動方向を反転させながら，第１当接部を前輪，第２当接部を後輪であるかのように機能させながら順に前進させることができる。
【００７０】
本実施形態４においては，第１当接部としてフラット形状，第２当接部として略山形形状の頂部とした例を説明したが，これに限定されるものではなく，第１当接部の載置部に対する圧力を第２当接部のそれに比して小さく設計すればよい。このように構成することにより第１当接部を移動方向前部，第２当接部を移動方向後部とする尺取虫型のアクチュエータを得ることができる。第１当接部と第２当接部の形状を非対称形状とすることで，極めて簡便な構成で尺取虫のように移動する光駆動型のアクチュエータを得ることができる。移動をスムーズに行う観点から，第１当接部７及び第２当接部それぞれと，載置部との成す角度は鋭角とすることが好ましい。
【００７１】
光駆動型アクチュエータの屈曲運動方向に応じて第１当接部７あるいは第２当接部８がそれぞれ静止点となる例について述べたが，これに限定されるものではなく，屈曲運動方向が伸長する方向に動く際，あるいは屈曲量が大きくなる方向に動く際の少なくともいずれか一方に，第１当接部７と第２当接部８の移動度差があればよい。当接部として端部を二つ設けた例を説明したが，端部以外の箇所に当接部を設けてもよい。アーチ型形状を二つ有する光駆動型アクチュエータとすることもできる。略山形形状の例として，頂点が三角形の例を挙げたがこれに限定されるものではなく，頂部がフラット部を有する山形形状も含むものとする。
【００７２】
また，第１活性光線と第２活性光線を交互に照射する例について述べたが，これに限定されるものではなく，一方を常時ＯＮにしておき，もう一方の活性光線のＯＮ，ＯＦＦを切り替えてもよい。また，架橋液晶高分子成形体を支持体上に積層する例について述べたがこれに限定されるものではなく，例えば，スペーサ等の間隙保持部材を介して架橋液晶高分子成形体と支持体を対向配置するようにしてもよい。
【００７３】
上記図６においては，支持体フィルム３に第１当接部７及び第２当接部８を設けた例を述べたが，これに限定されるものではなく他の要素部材に設けてもよい。例えば，支持体の端部に車輪を固設し，車輪の外輪部を当接部としてもよい。機械的強度を高める観点，設計自由度を高める観点，コスト低減の観点，自立性を確保する観点等から支持体を用いることが好ましいが，自立性を確保できれば架橋液晶高分子成形体のみから構成してもよい。また，可撓性のある支持体に代えて，幅方向に棒状の柱を複数設けることにより機械的強度を補強したり，可撓性のある枠体に架橋液晶高分子成形体を嵌めこむ構成とすることもできる。また，支持体に凹部や溝部を設け，当該部分に架橋液晶高分子成形体を埋め込む構造としてもよい。
【００７４】
本発明によれば，光エネルギーを機械エネルギーに変換可能な光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータと光源を備える動力伝達システムを提供することができる。光を制御媒体としているので誘導雑音が発生せず，多重伝送などの大量高速度伝送が可能，非接触接続が容易となる等の利点を有する。また，構造体そのものを駆動素子とし，極めて簡便な構成で光エネルギーを機械エネルギーに直接変換することができるため，装置の小型軽量化，低コスト化の実現が容易となる。さらに，わずかな刺激によって大きな運動を誘起できるため，プラスチックモーターなどの駆動装置，マイクロマシンの可動部を初めとした多岐に亘る応用が期待できる。また，本発明に係る光駆動型アクチュエータによれば，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方よりレーザー光等を照射するだけで運動をＯＮ，ＯＦＦすることができる。このため，光源の距離を任意に設定可能な動力伝達システムを提供することができる。
【００７５】
［実施例］
次に，実施例によりさらに本発明を具体的に説明するが，本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。なお，以下に記載する試薬等は，特に断らない限りは一般に市販されているものである。核磁気共鳴吸収スペクトル測定（１ＨＮＭＲ）は，Lamda-300（300MHz）を用い，テトラメチルシラン(TMS)を内部標準とした。化合物の液晶性は，示差走査熱量計(DSC;SeikoI&E，SSC-5200，DSC220C)，ホットステージ(Mettler，FP-90，FP-82HT)，偏光顕微鏡(POM;OLYMPUS，BH-2)を用いて評価した。示差走査熱量計は，ポリマーの評価は昇温速度１０℃／ｍｉｎ，モノマーの評価は昇温，降温速度２℃／ｍｉｎとして，いずれも窒素雰囲気下で測定した。
【００７６】
光運動挙動は，ＣＣＤカメラ（オムロン製 VC-HRM20Z）を用いて観察した。紫外光については，ＵＶ−ＬＥＤ光源（キーエンス製 UV-400）を用いて３６５ｎｍの単色光を取り出した。出力光の強度は，２４０ｍＷ／ｃｍ２とした。また，可視光については，ハロゲンランプ光源（島津理化製 FLH-50）の白色光を用いた。出力光の強度は，５４５ｎｍにおいて１２０ｍＷ／ｃｍ２とした。また，測定サンプルと光源の照射距離は，１５〜５ｍｍ程度とし，架橋液晶高分子成形体のほぼ真上方向から照射した。照射光は非偏光とした。特に記載のない場合には，室温下にて実験を行った。
【００７７】
本実施例においては，架橋液晶高分子成形体の形態としてフィルム状のものを用いた。架橋液晶高分子は，フォトクロミック分子としてアゾベンゼン構造を導入した下記式（２）及び下記式（３）で示されるアミノ基を有するアクリル酸エステル系ポリマー（以下，それぞれ「ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］」，「ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］」と略記する）を用いた。
【化２】
【化３】
【００７８】
上記式（２）で示されるＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］は，単官能重合性モノマーである下記式（４）で示される９―〔４−（４―ノナニルオキシフェニルアゾ）フェノキシ〕ノナニルアクリレート（以下，「Ａ９ＡＢ９」と略記する）と，架橋重合性モノマーである下記式（５）で示される４，４′−ビス〔９−（アクリロイルオキシ）ノナニルオキシ〕アゾベンゼン（以下，「ＤＡ９ＡＢ」と略記する）を混合し，液晶相を発現する条件下において共重合させることにより得た。
【化４】
【化５】
【００７９】
上記式（３）で示されるＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］は，単官能重合性モノマーである下記式（６）で示される６−〔４−（４−ヘキシルオキシフェニルアゾ）フェノキシ〕ヘキシルアクリレート（以下，「Ａ６ＡＢ６」と略記する）と，下記式（７）に示した架橋重合性モノマー４，４′−ビス〔６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ〕アゾベンゼン（以下，「ＤＡ６ＡＢ」と略記する）を混合し，液晶相を発現する条件下において共重合させることにより得た。
【化６】
【化７】
【００８０】
＜架橋重合性モノマーの合成＞
４−ニトロフェノール３．５ｇ（２５ｍｍｏｌ），炭酸カリウム３．５ｍｇ（２５ｍｍｏｌ），９−ブロモノナノール７．０ｇ（３０ｍｍｏｌ）をＤＭＦ５ｍｌに分散し，その懸濁液を１３０℃で３時間加熱還流した。ＴＬＣで反応終了を確認し，溶液に酢酸エチル５０ｍｌと水３０ｍｌを加えた後，有機層を希塩酸，及び蒸留水を用いて洗浄し，溶液を減圧留去して乾燥した。乾燥固体をＴＨＦ５０ｍｌに溶解し，氷冷下撹拌した。これに５％Ｐｄ−Ｃ１．５ｇを加えた後，水素化ホウ素ナトリウム２．０ｇ（５０ｍｍｏｌ）を３回に分けて加え，室温で２時間撹拌した。その後氷冷撹拌下で溶液に１Ｎ塩酸１００ｍｌを滴下した。固体炭酸カリウムをｐＨ１０になるまで加え，溶液を減圧濾過した。沈殿物と溶液から反応物を酢酸エチルで抽出し，溶液を減圧留去して乾燥を行い，赤褐色固体の４−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アニリン４．０ｇ（１６ｍｍｏｌ）を得た。
【００８１】
５００ｍｌのナスフラスコに，上記４−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アニリン４．０ｇ（１６ｍｍｏｌ）と１Ｎの塩酸１００ｍｌを加え，氷冷下撹拌を行った。これに亜硝酸ナトリウム１．２ｇ（１７ｍｍｏｌ）を溶解させた水溶液３０ｍｌをゆっくり滴下した。次にこの水溶液を０℃に保持したまま，水酸化ナトリウム２．０ｇ（５０ｍｍｏｌ）とフェノール１．６ｇ（１７ｍｍｏｌ）を水５０ｍｌに溶解させた水溶液を滴下し，さらに粉末炭酸カリウムをｐＨが９程度になるまで加え，４時間氷冷下撹拌した。その後，１Ｎの塩酸を加えてｐＨ４とし，減圧濾過を行った。残渣を酢酸エチルに加熱溶解させた後に水で洗浄し，無水硫酸マグネシウムで乾燥した後，乾燥剤を濾過した。さらに酢酸エチルを減圧留去した。残渣を混合溶媒（酢酸エチル：ヘキサン＝１：１）で再結晶したところ，褐色固体の４−ヒドロキシ−４'−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン３．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）を得た。
【００８２】
上記４−ヒドロキシ−４'−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン３．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）をＤＭＦ１０ｍｌに溶解し，溶液に炭酸カリウム３．５ｇ（３０ｍｍｏｌ），９−ブロモノナノール３．５ｇ（１６ｍｍｏｌ）を加え，１３０℃で３時間加熱還流した。ＴＬＣで反応終了を確認し，溶液に酢酸エチル５０ｍｌと水３０ｍｌを加えた後，有機層を希塩酸，蒸留水を用いて洗浄し，溶液を減圧留去・乾燥した。乾燥固体を酢酸エチルとヘキサンを用いて再結晶し，山吹色固体の４，４'−ビス（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン４．６ｇ（９．３ｍｍｏｌ）を得た。
【００８３】
上記４，４'−ビス（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン４．６ｇ（９．３ｍｍｏｌ）をＴＨＦに１５０ｍｌ溶解し，硫酸マグネシウムによって予備乾燥した後，トリエチルアミン５．２ｍｌ（３７ｍｍｏｌ）を加えた。次いでヒドロキノンを少量加え，氷冷下撹拌した。ＴＨＦ３０ｍｌで希釈したアクリル酸クロリド３ｍｌ（３７ｍｍｏｌ）をゆっくりと滴下した。さらに２時間氷冷下撹拌した後，室温で１２時間撹拌した。その後，炭酸カリウム水溶液をｐＨ１０になるまで加え，ＴＨＦを減圧留去し，反応液を減圧濾過した。残留物をクロロホルムに溶解し，有機層を希塩酸と食塩水を用いて洗浄した後，溶媒を減圧留去した。残渣をカラムクロマトグラフィー（クロロホルム）によって精製し，混合溶媒（酢酸エチル：メタノール＝１：１）で再結晶を行い目的物である４，４'−ビス［９−（アクリロイルオキシ）ノナニルオキシ］アゾベンゼン（ＤＡ９ＡＢ）１．０ｇ（１．６ｍｍｏｌ）を得た。下記にＤＡ９ＡＢの収率，及び１ＨＮＭＲ測定の結果を示す。
・収率１７％
・１ＨＮＭＲ（δ,CDCl3):1.2-1.4(m,20H),1.6(m,8H),4.0(t,4H),4.1(t,4H),5.7(dd,2H),6.0(dd,2H),6.3(dd,2H),6.9(m,4H),7.8(m,4H)
上記式（７）に示したＤＡ６ＡＢについては，上記特許文献４に記載の方法にて合成した。
【００８４】
＜単官能性モノマーの合成＞
上記式（４）に示したＡ９ＡＢ９については，上記架橋重合性モノマーＤＡ９ＡＢと同様の手順で合成し，ＮＭＲ測定により目的の化合物が得られていることを確認した。下記にＡ９ＡＢ９の１ＨＮＭＲ測定の結果を示す。
・１ＨＮＭＲ
（δ,CDCl3）;0.86(t,4H),1.2-1.4(m,20H),4.0(t,4H),4.1(t,2H),5.8(dd,1H),6.1(dd,1H),6.4(dd,1H),6.9(m,4H),7.8(m,4H)
また，上記式（６）に示したＡＢ６ＡＢについては，上記特許文献４に記載の方法にて合成した。
【００８５】
得られたＡ９ＡＢ９，Ａ６ＡＢ６，ＤＡ９ＡＢ，ＤＡ６ＡＢの相転移温度を表１に示す。
【表１】
【００８６】
＜架橋液晶高分子フィルムの作製＞
中性洗剤及びイソプロピルアルコール中で超音波洗浄したガラス基板上に，ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の薄膜をスピンコート法により作製した。そして，加熱処理することによりポリイミド配向膜を有するガラス基板を得た。次いで，ラビング装置（E.H.C.RM-50）を用いてポリイミド面をラビングした後，シリカスペーサーを介してラビング方向がアンチパラレルになるように基板を貼り合せてホモジニアスセルとした。ホメオトロピックセルは，基板の両面にホメオトロピック配向処理を施すことにより得た。
【００８７】
上記式（２）のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］からなる架橋液晶高分子フィルムを以下のようにして得た。すなわち，上記化学式（４）のＡ９ＡＢ９（単官能重合性モノマー）を２０ｍｏｌ％，上記化学式（５）のＤＡ９ＡＢ（架橋重合性モノマー）を８０ｍｏｌ％の割合で混合し，光重合開始剤として上記化学式（８）のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を２ｍｏｌ％添加した試料を等方相温度（９７℃以上）まで昇温した。そして，毛細管現象を利用して上記液晶セルに封入した。この液晶セルを０．１℃／ｍｉｎでスメクチック相を示す８９℃まで降温し，メソゲンを一軸配向させた後，高圧水銀灯の波長５４０ｎｍ以上，光強度３ｍＷ／ｃｍ２の可視光を２．５時間照射して重合を行った。
【化８】
【００８８】
上記式（３）のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］からなる架橋液晶高分子フィルムを以下のようにして得た。すなわち，上記化学式（６）のＡ６ＡＢ６（単官能重合性モノマー）を８０ｍｏｌ％，上記化学式（７）のＤＡ６ＡＢ（架橋重合性モノマー）を２０ｍｏｌ％の割合で混合し，光重合開始剤として下記化学式（８）のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を２ｍｏｌ％添加した試料を等方相温度（９５℃）まで昇温した。そして，毛細管現象を利用して上記液晶セルに封入した。この液晶セルを０．５℃／ｍｉｎでネマチック相を示す８８℃まで降温してメソゲンを一軸配向させた後，高圧水銀灯の波長５４５ｎｍ以上，光強度３ｍＷ／ｃｍ２の可視光を２時間照射して重合を行った。その後，セルを剥離することにより架橋液晶高分子フィルムを得た。ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］，及びＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］についてＤＳＣ測定を行ったところ，前者は３０℃付近に，後者は６０℃付近にガラス転移温度が観測された。
【００８９】
＜光駆動型アクチュエータの作製＞ 支持体としてポリエチレンフィルム（未延伸フィルム，５０μｍ，東セロ製）を用い，架橋液晶高分子フィルムと支持体からなる光駆動型アクチュエータを以下の方法により作製した。まず，自動塗工装置Ｉ型（テスター産業製 PI-1210）及びバーコーターを用いて，ポリエチレンフィルム主面の一端部に溶液状の接着剤を供給し，ポリエチレンフィルムの主面全体に均一に広がるように接着剤を引き伸ばし，１１０℃に加熱乾燥して接着層をコートしたフィルムを得た。接着剤としては，アローベースSB-1200（ユニチカ製，酸変性ポリエチレン樹脂水性分散体），アデカボンタイターHUX380（ADEKA製、ポリウレタン樹脂水性分散体）との混合物を用いた。次いで，このフィルムと架橋液晶高分子フィルムを１１０℃の条件下で熱圧着によりラミネートした。
【００９０】
（実験例１） 光駆動型アクチュエータ１ｄとして，６ｍｍ×５ｍｍサイズ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１６ｍｍ×８ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは１０μｍとした。図７（ａ）に，本実験例１に係る光駆動型アクチュエータ１ｄの光照射前の形状写真を示す。図７（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｄに第１の活性光線である紫外光を７ｓ照射した際の形状を示す写真である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が連動してフラットな形状に変形した。第２の活性光線である可視光を照射すると，およそ１５ｓで図７（ａ）の形状に戻った。紫外光と可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動を誘起できることを確認した。
【００９１】
（実験例２） 次に，架橋液晶高分子成形体の種類を代えて上記実験例１と同様の実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１ｅとして，５．５ｍｍ×４．５ｍｍ，厚み１６μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１４ｍｍ×５ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは４μｍとした。そして，６０℃に設定したホットプレート（アズワン製，シャーマルホットプレート）上に光駆動型アクチュエータを載置して光運動挙動を検討した。
【００９２】
図８（ａ）に，本実験例２に係る光駆動型アクチュエータの光照射前の形状写真を示す。図８（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｅに紫外光を６ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が連動してフラットな形状に変形した。図８（ｃ）は，その後可視光を１６ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，光照射前の元の形状に戻った。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動が誘起できることを確認した。
【００９３】
（実験例３） 架橋液晶高分子成形体の液晶の配向性を代えて実験を行った。以下の点以外は，上記実験例２と同様とした。すなわち，本実験例３においては架橋液晶高分子成形体の配向として，ホモジニアス配向に代えてホメオトロピック配向のものを用いた。光駆動型アクチュエータ１ｆとして，９ｍｍ×５ｍｍ，厚み２０μｍのホメオトロピック配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，２０ｍｍ×６ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは４μｍとした。
【００９４】
本実験例３に係る光駆動型アクチュエータ１ｆの光照射前の形状写真を図９（ａ）に示す。図９（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｆに紫外光を２１ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，緩やかに屈曲したフラットに近い架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が，連動してより屈曲したアーチ型の形状に変形した。図９（ｃ）は，その後可視光を１５０ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，光照射前の元の形状に戻ることを確認した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動を誘起できた。
【００９５】
（実験例４） 尺取虫型の光駆動型アクチュエータの一例について説明する。以下の点以外は，上記実験例１と同様とした。すなわち，本実験例４においては，光駆動型アクチュエータの載置面と当接する一の端部形状を略山形形状とした。支持体のサイズは１１ｍｍ×５ｍｍ，架橋液晶高分子フィルムのサイズは６ｍｍ×４ｍｍとした。照射プログラムは，以下の通りとした。すなわち，０ｓ-３ｓ紫外光，３ｓ−８ｓ可視光，８ｓ−１５ｓ紫外光，１５ｓ−２０ｓ可視光，２０ｓ−２５ｓ紫外光，２５ｓ−３１ｓ可視光，３１ｓ−３７ｓ紫外光，３７ｓ−４４ｓ可視光，４４ｓ−５０ｓ紫外光，５０ｓ−５５ｓ可視光，５５ｓ−５７ｓ紫外光，５７ｓ−６５ｓ可視光とした。
【００９６】
本実験例４に係る光駆動型アクチュエータ１ｇの光照射前の形状写真を図１０（ａ）に示す。図１０中の右上に記載の時間は，照射実験開始後の時間を示している。この光駆動型アクチュエータ１ｇに紫外光を照射すると，屈曲したアーチ型形状から緩やかに屈曲したフラットに近い形状に変形した。これに，可視光を照射すると，緩やかに屈曲したフラットに近い形状から屈曲したアーチ型形状に変形する。図１０（ｂ）の写真は，照射実験を開始してから５秒経過した段階（紫外光を照射した後，可視光を照射している段階）の形状を示したものである。図１０（ｃ）は同様に１５ｓ後，図１０（ｄ）は３０ｓ後，図１０（ｅ）は５０ｓ後，図１０（ｆ）は６５ｓ後の写真を示している。紫外光を照射した際には，第２当接部８の当接位置が照射前後を通じて変わらないのに対し，第１当接部７は前進した。一方，可視光を照射した際には，第１当接部７の当接位置が照射前後を通じて変わらないのに対し，第２当接部８は第１当接部７側に前進した。紫外光と可視光を交互に照射することにより，屈曲運動方向を反転させながら尺取虫のように移動することを確認した。第１当接部７を移動方向前部，第２当接部８を移動方向後部として６５ｓで約１０ｍｍ移動した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動が誘起できることを確認した。
【００９７】
（実験例５） 架橋液晶高分子成形体の種類を代えて上記実験例４と同様の実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１ｈとして，６ｍｍ×７ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１７ｍｍ×７ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層は５μｍ，保護層として接着層と同様のものを２μｍ積層した。そして，上記実験例２と同様に，６０℃のホットプレート上で光運動挙動を検討した。その他の条件は，上記実験例１と同様とした。照射プログラムは，以下の通りとした。すなわち，０−９ｓ紫外光，９−１６ｓ可視光，６−２８ｓ紫外光，２８−３７ｓ可視光，３７−４６ｓ紫外光，４６−５４ｓ可視光，５４−６１ｓ紫外光，６１−７０ｓ可視光，７１−８０ｓ紫外光，８０−９０ｓ可視光とした。
【００９８】
本実験例５に係る光駆動型アクチュエータ１ｈの光照射前の形状写真を図１１（ａ）に示す。この光駆動型アクチュエータ１ｈに紫外光を照射すると，屈曲したアーチ型形状からより緩やかに屈曲したフラットに近い形状に変形した。一方，この状態の光駆動型アクチュエータに可視光を照射すると，緩やかに屈曲したフラットに近い形状から屈曲したアーチ型形状に変形した。図１１（ｂ）は照射開始９ｓ後，以降同様にして図１１（ｃ）は１５ｓ後，図１１（ｄ）は２８ｓ後，図１１（ｅ）は５０ｓ後，図１１（ｆ）は８０ｓ後，図１１（ｇ）は９０ｓ後の写真を示している。紫外光と可視光を切り替え照射することにより，屈曲運動方向を反転させながら尺取虫のように移動することを確認した。第１当接部７を移動方向前部，第２当接部８を移動方向後部として１２０ｓで約１７ｍｍ移動した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，上述の運動を繰り返し誘起できた。
【００９９】
（実験例６） 屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータについて検討を行った。以下の点以外は，上記実験例１と同様にして実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１iとして，全長３４ｍｍ，幅４ｍｍの支持体フィルム３上に，５ｍｍ×３ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される第１の架橋液晶高分子フィルム２i１，及び８ｍｍ×３ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される架橋液晶高分子フィルム２i２を積層したものを用いた。第１の架橋液晶高分子フィルム２i１は，全長３４ｍｍの支持体フィルム３の一端部から１３ｍｍ〜１８ｍｍの位置に，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２は支持体フィルム３の先と同じ一端部から２３ｍｍ〜３１ｍｍの位置に固定した。接着層の厚みは２μｍとした。光照射は，架橋液晶高分子フィルム主面の略垂直方向から，当該部位のほぼ全面が照射されるように行った。照射プログラムは，以下の通りとした。括弧内に照射領域を示す。すなわち，０ｓ-４ｓ紫外光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），４ｓ−８ｓ可視光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），８ｓ−１２ｓ紫外光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２），１２ｓ−１８ｓ紫外光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），１８ｓ−２５ｓ可視光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），２５ｓ−２８ｓ紫外光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２），２８ｓ−３０ｓ可視光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２）とした。光駆動型アクチュエータの作製方法は，上記実験例１と同様とした。
【０１００】
本実験例６に係る光駆動型アクチュエータ１iの光照射前の形状写真を図１２（ａ）に示す。光照射前の初期形状は，同図に示すように，全体として楕円形状となっている。載置面４との固定部を下側とし，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が図中右側の湾曲部を，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が図中左側の湾曲部を構成している。第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の一端部が載置面４に固定された支持体フィルム３上に接触して重なっている。この楕円形状の光駆動型アクチュエータ１iに，上述の照射プログラムにて光照射した際の形状写真を図１２（ｂ）〜図１２（ｌ）に示す。より詳細には，図１２（ｂ）は照射開始２ｓ後，以降同様にして図１２（ｃ）は４ｓ後，図１２（ｄ）は７ｓ後，図１２（ｅ）は１０ｓ後，図１２（ｆ）は１２ｓ後，図１２（ｇ）は１４ｓ後，図１２（ｈ）は１６ｓ後，図１２（ｉ）は２０ｓ後，図１２（ｊ）は２４ｓ後，図１２（ｋ）は２７ｓ後，図１２（ｌ）は３０ｓ後の写真を示している。
【０１０１】
第１の架橋液晶高分子フィルム２i１に紫外光を照射すると，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が湾曲形状からフラットな形状になる方向に屈曲運動し，載置面４に固定された支持体フィルム３と第１の架橋液晶高分子フィルム２i１との境界近傍を中心として，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が図中時計方向に回転した（図１２（ｂ），（ｃ）参照）。この際，載置面４に固定されていない支持体フィルム３及びこれに固定されている第２の架橋液晶高分子フィルム２i２も光照射前の形態をほぼ保持しながら同様に回転した。紫外光照射により，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の間隙に位置する支持体フィルム３と載置面４との成す角度が図中およそ時計２時の位置まで動いた段階で可視光照射に切り替えた。その結果，図中反時計方向に回転した（図１２（ｄ）参照）。可視光照射により，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の間隙に位置する支持体フィルム３と，載置面４との成す角度がおよそ時計方向１２時まで動いた段階で，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２に紫外光を照射するように切り替えた。すると，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が，図中時計方向に回転して当該部位がフラットに近い形状となった（図１２（ｅ）参照）。さらに，紫外光を照射し続けると，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が，光照射前の屈曲方向と反対側に屈曲した（図１２（ｆ）参照）。
【０１０２】
次いで，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１に紫外光を照射すると，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と載置面４との成す角度がおよそ時計方向１２時の位置から時計方向２時と３時の間ぐらいの位置まで回転した（図１２（ｇ），（ｈ）参照）。可視光照射に切り替えると，図１２（ｉ），（ｊ）に示すように図中反時計方向に回転した。次いで，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２に紫外光，可視光を照射すると，それぞれ図１２（ｋ），図１２（ｌ）に示すように形状変化した。光照射領域，光照射時間，光強度等を制御することにより，支持体フィルム３の可動可能領域全体を大きく，なめらかに動かすことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明に係る光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムは，上記光運動特性を利用して，例えば，プラスチックモーター，スイッチング素子，玩具，ロボットのアーム，医療用カテーテル，マイクロ化学分析システム，マイクロマシン等の種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの形状の一例を示す模式的斜視図。
【図２】（ａ）はアゾベンゼン分子の異性化を説明するための模式図，（ｂ）は架橋液晶高分子の構造変化を説明するための模式図。
【図３】架橋液晶高分子成形体の異方的変形を説明するための部分拡大図。
【図４】本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための模式的断面図。
【図５】（ａ）は本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための模式的正面図，（ｂ）及び（ｃ）はその側面図。
【図６】本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータの運動挙動の一例を説明するための模式図。
【図７】（ａ）は実験例１に係る光照射前の光駆動型アクチュエータの写真，（ｂ）は紫外光照射後の光駆動型アクチュエータの写真。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は，実験例２に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は，実験例３に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は，実験例４に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１１】（ａ）〜（ｇ）は，実験例５に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１２】（ａ）〜（ｌ）は，実験例６に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１３】従来例に係る光駆動型アクチュエータの模式的斜視図。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 光駆動型アクチュエータ
２ 架橋液晶高分子フィルム
３ 支持体フィルム
４ 載置面
５ 接着層
６ 保護層
７ 第１当接部
８ 第２当接部
１０ トランス体
１１ トランス型アゾベンゼン側鎖
１２ 非アゾベンゼン側鎖
１３ 紫外光
１４ 可視光
２０ シス体
２１ シス型側鎖
３０ 架橋液晶高分子フィルム
３１ 高分子主鎖
４１ 第１端部
４２ 第２端部
４３ 天板
４４ 弁体
４５ 基板
４６ オリフィス
５１ 第２当接部初期ライン
５２ 第１当接部初期ライン
５３ 第２当接部移動ライン
５４ 第１当接部移動ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年，光機能性材料に関する応用技術が精力的に研究され，広範囲な分野で目覚しい進展を遂げている。機械的運動を引き起こすための駆動源であるアクチュエータに関しても，光エネルギーを運動エネルギーに変換可能な光機能性材料が提案されている（特許文献１〜３）。光駆動型とすることにより，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方からの遠隔操作や素子のさらなる高集積化の実現が期待できる。
【０００３】
図１３に，従来技術に係る光駆動型アクチュエータの斜視図を示す（特許文献１）。この光駆動型アクチュエータ１００は，同図に示すように可動膜１０３，光誘起相転移物質たるポリジアセチレン膜１０２，基板１０４，オリフィス１０５を備えている。可動膜１０３の図中左右両端部は，基板１０４に固設され，非固設領域である中央部表面にはポリジアセチレン膜１０２が固定されている。この光駆動型アクチュエータ１００に，２種類の活性光線を照射して可動膜１０３の中央部を可逆的に図中上下動せしめることにより，オリフィス１０５を通る流体の流量を制御できる技術が開示されている。活性光線による可動膜１０３の具体的可動量（図中の上下動の変位量）については，当該文献に記載がないため明らかではないが，両端部が固定されている可動膜１０３の上下動によりオリフィス１０５を開閉して流体の流量制御をしていることから鑑みて，その変位量は極僅かであると思われる。
【０００４】
他の従来技術に係る光駆動型アクチュエータとして，新規アゾベンゼン系化合物等，若しくはスピロピラン化合物を用いた熱可塑性樹脂組成物において，一定荷重（５ｍＮ）下，光照射により約０．０２〜０．０８％のフィルムの光変形を可逆的に行うことができる例が報告されている（特許文献２）。
【０００５】
本発明者のグループは，先般，フォトクロミック分子を組み込んだ架橋液晶高分子からなる成形体において，第１の活性光線の照射により架橋液晶高分子成形体を屈曲してそれを維持できること，第２の活性光線の照射により架橋液晶高分子成形体を元の形態に復元できることを報告した（特許文献３）。この架橋液晶高分子成形体によれば，平らな状態のフィルムを２つに折りたたまれるように屈曲せしめることが可能である。このような大きな機械的仕事を取り出すことに成功したのは，配向性と流動性を兼ね備えた液晶構造と，配向変化を伝搬しやすい架橋構造を兼ね備えた材料内に，光照射に応じて可逆的に異性化するフォトクロミック分子を導入したことによる。
【０００６】
なお，後述する発明を解決する手段で記載する尺取虫型のアクチュエータの別のタイプのものとして，一方向に移動する機構を一対の端部に設けた高分子フィルムを，溶液に浸漬して電気エネルギーを付与することにより実現できることが報告されている（非特許文献１）。特許文献４については後述する。
【特許文献１】特開２００１−２３２６００号公報 （段落番号００１３〜００１５，第１〜４図）
【特許文献２】特開２００６−２８２９９０号公報 （段落番号００７０〜００９９）
【特許文献３】特開２００５−２５５８０５号公報 （段落番号０００７，００２５）
【特許文献４】特開２００２−２５６０３１号公報 （段落番号００２８〜００３１）
【非特許文献１】ネイチャー（Nature）, 1992年1月16日, 第355巻, ｐ.242-244
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光駆動型アクチュエータへの応用展開に当っては，光屈曲−復元応答の運動モードに加えて，様々なニーズに応えられるように運動モードのバリエーションを高めていくことが重要である。
また，実際に光駆動型アクチュエータをマイクロマシン等に搭載するに際しては，様々なニーズにフレキシブルに対応できるように形態のバリエーションを高めることが極めて重要となる。
【０００８】
本発明は，上記背景に鑑みてなされたものであり，その第１の目的とするところは，上記光屈曲−復元応答の運動モードを拡張して別の動きをする光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することである。
また，第２の目的とするところは，形態のバリエーションを高めることが可能な光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る第１の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動するものである。ここで，「屈曲運動方向を反転させる」とは，架橋液晶高分子成形体主面が折りたたまれる方向の運動と，平面に戻ろうとする方向の運動を順に切り替えることを意味する。また，本明細書において「尺取虫のように」とは，屈曲運動方向を反転させながら所定の方向に移動するものを言うものとする。なお，ここで言う「所定の方向に移動」とは，直進するものに限定されず，カーブ等をしながら移動するものも含むものとする。
【００１０】
本発明に係る第１の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，配向性と流動性を兼ね備えた液晶構造と，配向変化を伝搬しやすい架橋構造を兼ね備えた材料内のフォトクロミック分子の異性化によって，メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる。その結果，架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて尺取虫のように移動させることができる。
【００１１】
本発明に係る第２の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備えるシート状の光駆動型アクチュエータであって，メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た前記架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整したものである。ここで「シート状」とは，主要部の形態が板状の構造であることを意味する。その厚みがシートとして定義されるものに限定されるものではない。また，平面形状の他，曲面形状，折りたたみ形状等のものを含むものとする。また，ここで言う「主面の形状」とは，活性光線照射によって可動する可動部の主面の形状を指すものとする。
【００１２】
本発明に係る第２の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体及び支持体の材料，液晶の配向性を適宜選定し，架橋液晶高分子成形体と支持体を積層構造とすることにより，光照射前の主面の形状（以下，「初期形態」とも言う）のバリエーションを高めることが可能となる。架橋液晶高分子成形体は，配向制御しながら重合若しくは架橋反応を行う必要があるため，初期形態のバリエーションを高めることは必ずしも容易ではない。架橋液晶高分子成形体を支持体上に積層することにより，両者の張力差，熱膨張係数差を利用して初期形態のバリエーションを高めることができる。また，本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，架橋液晶高分子のメソゲンの配向性（例えば，ホメオトロピック配向，ホモジニアス配向等）を変えることにより，同一材料の組み合わせにおいても光照射前の初期形態を変えられることがわかった。蒸着技術，高分子等の成形加工技術，マイクロ造形技術等を用いて所望の曲率や折り目を有する構造等を有する支持体を予め作製し，これに架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。さらに，一般に支持体の方が架橋液晶高分子成形体に比して，他の部材との係合部や勘合部を一体成形することや接合することが容易である。支持体の材料は，架橋液晶高分子成形体に比して格段に選択肢が多いため，ニーズに応じた材料選定が可能となる。光駆動型アクチュエータの初期形態のバリエーションを高めることにより，光照射前のみならず光運動を誘起する際の動的な動き，光照射後の形態のバリエーションも高めることができる。
【００１３】
本発明に係る第３の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，バネのように伸縮するものである。
【００１４】
本発明に係る第３の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体を可撓性を有する支持体上に固定する構造を採用しているので，伸縮運動モードが可能な形態を容易に提供することができる。また，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる架橋液晶高分子成形体を用いることにより，付勢力に応じて伸縮するバネのように，光照射条件に応じて伸縮する光駆動型アクチュエータを提供することができる。伸長方向及び収縮方向の両方に大きな出力及びストロークを発生することも可能である。
【００１５】
本発明に係る第４の態様の光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて屈曲自在に変形するものである。
【００１６】
本発明に係る第４の態様の光駆動型アクチュエータにおいては，架橋液晶高分子成形体を可撓性のある支持体上に固定する構造を採用しているので，光駆動型アクチュエータの自重による重力と光照射による屈曲力のバランスを調整可能な形態を容易に提供できる。そして，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができる架橋液晶高分子成形体を用いることにより，屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータを提供することができる。
【００１７】
本発明に係る動力伝達システムは，上記第１又は第２の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記第１の活性光線及び第２の活性光線を照射する光源を備えるものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば，上記光屈曲−復元応答の運動モードを拡張して別の動きをする光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することができるという優れた効果を有する。また，形態のバリエーションを高めることが可能な光駆動型アクチュエータ，及びこれを備えた動力伝達システムを提供することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下，本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお，本発明の趣旨に合致する限り，他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
【００２０】
［実施形態１］
本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整したものである。架橋液晶高分子成形体の最適な形態としては，フィルムやシート等を挙げることができる。
【００２１】
図１（ａ）は，本実施形態１に係る光照射前の光駆動型アクチュエータの一例を示す模式的斜視図である。この光駆動型アクチュエータ１は，架橋液晶高分子成形体たる架橋液晶高分子フィルム２，可撓性を有する支持体たる支持体フィルム３を備えている。支持体フィルム３は，載置部たる載置面４上に一対の端部を当接部とするアーチ型形状となっており，支持体フィルム３主面の湾曲部位である中央領域に架橋液晶高分子フィルム２が積層されている。この光駆動型アクチュエータ１に第１の活性光線及び第２の活性光線を適宜照射すると，架橋液晶高分子成形体の屈曲運動が誘起され，これに連動して支持体フィルム３も変形する。この支持体フィルム３の変形は，架橋液晶高分子フィルムの積層領域３ａのみならず，非積層領域３ｂにおいても誘起される。
【００２２】
図１（ｂ）は，図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ切断部断面図である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２は，支持体フィルム３上に接着層５を介して積層されている。そして，架橋液晶高分子フィルム２上には保護層６が積層されている。以下，各構成要素について説明する。
【００２３】
本実施形態１に係る架橋液晶高分子は，主鎖型高分子液晶，側鎖型高分子液晶のどちらでもよいが，液晶の配向に直接関与するハードコア部であるメソゲンの配向可能領域たるドメイン領域が存在し，かつ高分子骨格が三次元網構造を形成している必要がある。これにより，配向したメソゲンが高分子マトリックス内に緩やかに拘束され，高分子骨格の動きがメソゲンの配向と強く相関した構造となる。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。
【００２４】
架橋液晶高分子は，単官能重合性モノマーと，これと共重合する架橋重合性モノマーとから得られる共重合体により得ることができる。共重合体を得る方法としては，公知の方法を利用することができるが，単官能重合性モノマーと架橋重合性モノマーを含む混合物を，メソゲンが配向する条件下において共重合させる方法を利用することが簡便かつ有利である。具体例としては、反応容器として、内表面に配向性表面が形成されたものを用いて、モノマー混合物をインサイチュー（in-situ）重合法等を利用して，光重合あるいは熱重合させる方法により共重合反応させる方法が挙げられる。この方法によれば、共重合体分子は、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生成される。配向性処理としては、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・磁場をかけるなどの方法を挙げることができる。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、ベンド又はスプレー配向等を挙げることができる。共重合させる別の方法としては，線状，又は弱く架橋した液晶高分子を作製し，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。
【００２５】
単官能重合性モノマーと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決定する。ドメインサイズは，０．５μｍより大きいことが好ましい。ドメインサイズが小さいと高分子骨格は，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よく似た構造となり，各ドメインにおいて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，配向変化が機械的応答に結びつかず，架橋液晶高分子成形体の運動が誘起しにくくなる。なお，架橋液晶高分子成形体は，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。
【００２６】
重合性基としては，（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，又は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や（メタ）アクリルアミド基が好ましい。架橋重合性モノマーは，２官能性モノマー，あるいは３官能性モノマー等に代表される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。
【００２７】
架橋液晶高分子成形体を得る方法として，注型重合法を利用して金型を兼ねた反応容器を用いて共重合反応を行い、生成される共重合体を同時に成形する方法を利用することが好ましい。このような注型重合法によれば、上述の好適な配向処理法を適用することが極めて容易である。
【００２８】
フォトクロミック分子の導入箇所は，高分子主鎖，高分子側鎖のどちらでもよいが，メソゲン部位に導入することがより好ましい。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ためである。そして，架橋構造を採用することにより，メソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬して，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。
【００２９】
フォトクロミック分子は，特に限定されず公知のものを用いることができる。例として，トランス−シス異性化するアゾベンゼン，スチルベン構造等や，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。中でも，下記式（１）に示すアゾベンゼンは，第１の活性光線と第２の活性光線の波長が離れていて，かつ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ましい例として挙げることができる。
【化１】
アゾベンゼンは，アゾベンゼン骨格に結合している置換基にもよるが，第１の活性光線は３００〜４００ｎｍ程度（以下，単に「紫外光」という）であり，第２の活性光線は５００〜６５０ｎｍ程度（以下，単に「可視光」という）である。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。そして，この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。
【００３０】
架橋液晶高分子にアゾベンゼンを導入すると，アゾベンゼンは配向制御成分として働く。アゾベンゼンのトランス体は液晶相を安定化，若しくはそれ自体がメソゲンとして機能する。一方，屈曲構造を持つシス体は液晶相を不安定化する。従って，等温でもトランス体からシス体への異性化を誘起することにより，相転移を誘起することができる。
【００３１】
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ファクターとしては，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，照射条件等を挙げることができる。液晶の種類は，特に限定されない。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，メソゲンの配向能や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，スメクチック液晶や，強誘電性液晶等を挙げることができる。
【００３２】
支持体は，架橋液晶高分子成形体を主面に固定でき，かつ架橋液晶高分子成形体と一体的に可動可能なものを選定する。支持体として可撓性のあるものを用いているので，架橋液晶高分子成形体が積層されていない非積層領域も架橋液晶高分子成形体の形状変化に連動させて変形させることができる。無論，支持体の全体が架橋液晶高分子成形体と共に可動可能である必要はなく，架橋液晶高分子成形体の非積層領域の一部を非可動部としてもよいし，架橋液晶高分子成形体の積層領域のみを可動部としてもよい。また，架橋液晶高分子成形体の積層領域の一部を非可動部としてもよい。
【００３３】
上記図１の例においては，架橋液晶高分子成形体を支持体の一主面の中央領域に積層した例について述べたが，これに代えて主面全面に架橋液晶高分子成形体を積層してもよい。支持体の両主面の任意の箇所あるいは全面に架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。また，異なる波長で形状変化するフォトクロミック分子が導入された複数種類の架橋液晶高分子成形体を，異なる領域に配置したり，同一領域に積層することも可能である。活性光線の波長の異なるフォトクロミック分子を導入した複数の架橋液晶高分子成形体等を支持体上に積層することにより，複数の運動モードを備えることができる。
【００３４】
支持体は，他の部材と係合又は勘合せしめるための係合部や勘合部等を支持体の一部分に備えるように構成することができる。支持体の端部を載置面に当接させて自立させる構造（図１（ａ）参照）に代えて，車輪等に固設したり，載置部，筐体，基板等に固設してもよい。載置部として，載置面に代えて前記車輪に係合するレール等を採用することもできる。
【００３５】
支持体の材質としては，例えば，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリエチレンテレフタレート等の汎用性高分子，エラストマー，あるいはシリコンゴム，金属薄膜，紙等の公知の材料を用いることができる。架橋液晶高分子成形体と一体的に可動させる観点からは，エラストマー等の高弾性体や使用温度において十分な柔軟性を有する高分子成形体を用いることが好ましい。高分子成形体のガラス転移温度が使用温度以下のものを用いることにより，柔軟性の優れたものを得ることができる。このような高分子材料としては，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリブタジエン，ポリ塩化ビニリデン，ポリテトラフルオロエチレン，ポリフッ化ビニリデン等を挙げることができる。無論，可塑剤を添加することにより高分子成形体のガラス転移温度を使用温度以下となるようにしてもよい。なお，ここで「使用温度」とは，光駆動型アクチュエータを実際に駆動する際の温度を言う。高分子材料に融点（Ｔｍ）が存在する場合には，光駆動型アクチュエータを安定して利用する観点から使用温度が融点を超えない範囲で使用することが好ましい。高分子成形体を用いることにより，前述の係合部や勘合部等の一体成形や，接合等も容易となる。
【００３６】
支持体の可動部の厚みは，用いる材料の柔軟性の度合い，強度，用いる用途，所望の形態等に応じて決める。厚みは特に限定されるものではないが，例えば５μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。支持体は，単一の材料から構成してもよいし，複数の材料から構成してもよい。
【００３７】
支持体上に架橋液晶高分子成形体を積層して固定する方法は，特に限定されず公知の方法を用いることができる。積層する際には，支持体と架橋液晶高分子成形体とが十分に接着していることが重要である。光駆動させる際に剥離やクラックが発生するのを防止するためである。接着方法としては，公知の方法を利用できる。例えば，接着機能を有する支持体を用いて架橋液晶高分子成形体とラミネートする方法，支持体と架橋液晶高分子成形体との間に，バーコーター塗工などの種々のコーティング方法を用いて接着層（図１（ｂ）参照）を設ける方法，両面テープにより支持体と架橋液晶高分子成形体を貼り合せる方法等を挙げることができる。接着層や両面テープ等の中間層を設ける場合，架橋液晶高分子成形体と一体的に可動させる観点から柔軟性に優れたものを選定することが好ましい。接着層の厚みは，例えば０．５μｍ〜２０μｍとすることができるが，無論これに限定されるものではない。架橋液晶高分子成形体上には，必要に応じて保護層（図１（ｂ）参照）を積層してもよい。これにより，架橋液晶高分子成形体を機械的刺激等から保護することができる。保護層としては，架橋液晶高分子成形体と一体的に可動可能であり，かつ，架橋液晶高分子成形体の活性光線による駆動を妨げない材料であれば特に限定されない。なお，本実施形態に係る光駆動型アクチュエータは，上述した要素部材以外の要素を含んでいてもよいことは言うまでもない。
【００３８】
光駆動型アクチュエータの光照射前の主面の形状（初期形態）は，架橋液晶高分子成形体及び支持体の材料，液晶の配向性を適宜選択することにより調整することができる。架橋液晶高分子成形体を支持体に積層することにより，両者の張力差，熱膨張係数差を利用して初期形態のバリエーションを高めることができる。必要に応じて，架橋液晶高分子成形体を支持体に積層後に，熱や圧力を加えることができる。本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，同一材料の組み合わせにおいても，架橋液晶高分子のメソゲンの配向性（例えば，ホメオトロピック配向，ホモジニアス配向等）を変えることにより，光照射前の初期形態を大きく変え得ることを突き止めた。蒸着技術，高分子等の成形加工技術，マイクロ造形技術等を用いて所望の曲率や折りたたみ構造等を有する支持体を予め作製し，これに架橋液晶高分子成形体を積層することもできる。さらに，一般に支持体の方が架橋液晶高分子成形体に比して，他の部材との係合部や勘合部を一体成形することや接合することが容易なので，ニーズに応じた形態の光駆動型アクチュエータを提供しやすい。
【００３９】
次に，本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの駆動方法について説明する。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータは，第１の活性光線，及び第２の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が導入された架橋液晶高分子成形体に，フォトクロミック分子の異性化を起こすように前記活性光線を照射して，架橋液晶高分子成形体の形状変化を誘起することにより屈曲運動を誘起させるものである。ここで「屈曲運動」とは，シート状の可動部分を折る方向に変形させるもの，平坦な状態に戻す方向に変形させるもの，既に折られている状態を別の角度に変形させるもののいずれも含むものとする。
【００４０】
光駆動型アクチュエータに第１の活性光線を照射すると，フォトクロミック分子の異性化が誘起され屈曲運動が誘起される。次いで，第２の活性光線に照射光源を切り替えると，フォトクロミック分子の異性化に伴って，前記屈曲運動とは異なるモードの屈曲運動が誘起される。
【００４１】
屈曲運動を連続的に行いたい場合には，フォトクロミック分子の異性化を連続的に誘起する。フォトクロミック分子の異性化を連続的に誘起するためには，第１の活性光線及び第２の活性光線の両方を同時あるいは逐次的に照射すればよい。異性化が連続的に起こっていれば，光照射は断続的であっても構わない。なお，ここで言う「連続的」とは，特定のフォトクロミック分子を継続的に異性化せしめることを意味するのではなく，架橋液晶高分子成形体内のいずれかのフォトクロミック分子の異性化が起こっている状態であることを意味する。
【００４２】
第１の活性光線，及び第２の活性光線の架橋液晶高分子成形体に対する照射位置は，同一としても異なるようにしてもよい。但し，異なる位置とする場合には，第１の活性光線，及び第２の活性光線のそれぞれの照射により，フォトクロミック分子の異性化を誘起できる位置とする。各光線の照射によって異性化を誘起して，メソゲンの配向変化を高分子骨格に伝搬する必要があるためである。第１の活性光線の照射によって異性化された箇所に，第２の活性光線の照射領域の少なくとも一部が含まれるようにすることが簡便である。
【００４３】
前述した液晶の配向性の他，活性光線の照射位置や照射光強度，照射時間に応じて，シート状部の変形量（折れ曲がり角度）を適宜変更することができる。照射光強度は，導入した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，架橋液晶高分子成形体の厚み，及び所望とする屈曲挙動等に応じて最適となるように選定するが，通常１〜１０００ｍＪ／ｃｍ２程度である。所望の運動挙動やフォトクロミック分子に応じて非偏光，偏光のどちらを用いてもよい。照射光源としては，高圧水銀灯，レーザー光等の各種公知の光源を用いることができる。
【００４４】
架橋液晶高分子成形体に対する第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射部位は，ガラス転移温度以上となっていることが好ましい。高分子主鎖の運動に影響を与えるミクロブラウン運動は，高温で活発化する一方でガラス転移温度以下では凍結されるためである。なお，架橋液晶高分子成形体に光を照射すると，その一部は熱エネルギーに変換され得るが，この熱により照射領域が局部的にガラス転移温度以上となっているものも含まれる。ただし，架橋液晶高分子成形体に融点（Ｔｍ）が存在する場合には，照射部位の温度が融点より低い温度となる範囲で使用する。
【００４５】
次に，本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータが運動するメカニズムについて図２，図３を用いつつ説明する。以下，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例にとり説明する。なお，図中の各部分のサイズや形状は，説明の便宜上のものであり，各部分の比率，形状等は実際とは異なる。
【００４６】
図２（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。同図に示すように，アゾベンゼン分子に第１の活性光線として紫外光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，第２の活性光線として可視光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を可逆的に光により変化せしめることができる。
【００４７】
図２（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フィルム（以下，単に「フィルム」ともいう）３０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示している。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，この変化が高分子骨格に伝搬して架橋液晶高分子フィルム３０の収縮が起こる。
【００４８】
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持つ。このため，フィルム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フィルム３０を透過できなくなり，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，フィルム３０の厚み方向において収縮率に異方性が生じる。
【００４９】
図３は，フィルムの厚み方向に対して，フィルム３０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。フィルム３０（図３（ａ）参照）に紫外光を照射すると，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３（ｂ）に示すように厚み方向に収縮率の異方性が発生する。その結果，図３（ｃ）に示すようにフィルム３０が機械的な応答を示す。これに，可視光８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。
【００５０】
光駆動型アクチュエータの厚みは特に限定されないが，変形を誘起できる厚みとする必要があり，用いる架橋液晶高分子や支持体の特性により適宜選定する。必ずしも厚み方向に収縮率の異方性を誘起する必要はなく，面方向における収縮率の異方的変形を誘起せしめて運動するように構成してもよい。
【００５１】
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，若しく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の異方的かつ機械的な応答を誘起しやすい。無論，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できればよく，液晶相から等方相への等温的相転移が必須ではないことは言うまでもない。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（上記例においては第２の活性光線）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。
【００５２】
本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータによれば，架橋液晶高分子成形体，支持体の材料，液晶の配向性を適宜選定することにより光照射前の架橋液晶高分子成形体の主面の形状（初期形態）のバリエーションを高めることが可能となる。支持体の材料は，架橋液晶高分子成形体に比して格段に選択肢が多いため，ニーズに応じた材料選定が可能となり設計自由度を上げることができる。光駆動型アクチュエータの初期形態のバリエーションを高めることにより，光照射前のみならず光運動を誘起している際の動的な動き，光照射後の形態のバリエーションも高めることができる。また，架橋液晶高分子成形体を支持体上に固定することにより，機械的強度，耐久性を高めることができる。また，光運動領域を架橋液晶高分子成形体の形成されていない非積層領域に拡張することができるので低コスト化を実現できる。本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータにおいては，極めて簡易な構造であるので，それ自身の小型軽量化を達成できる。また，液晶構造と架橋構造を兼ね備えた架橋液晶高分子成形体を採用することにより，大きな機械的仕事を取り出すことが可能である。
【００５３】
また，架橋液晶高分子成形体，支持体の種類や初期形態を選定することにより，温度や圧力等の条件を一定に保った状態において光照射を行うだけで複雑な動きを実現し得る。また，繰り返し使用できるという利点も有する。従って，マイクロマシンの可動部（例えば，ロボットの関節部）や，マイクロカテーテル等の医療用デバイス等として応用可能である。光駆動型アクチュエータを装置内部に搭載する場合においても，筐体等を活性光線が透過可能な材質により形成すれば，装置内部に光源を具備する必要はない。このため，装置の小型軽量化を実現できる。
【００５４】
［実施形態２］
バネのように伸縮可能な光駆動型アクチュエータの例について説明する。図４は，本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための概略断面図である。なお，以降の説明において，前記実施形態と同一の要素部材は，同一符号を付し，適宜その説明を省略する。また，上記実施形態１と同様の点については適宜説明を省略し，異なる点について詳述する。
【００５５】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，以下の点を除く基本的な構成は図１において説明した光駆動型アクチュエータ１と同じである。すなわち，本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，支持体フィルム３の形状，架橋液晶高分子フィルム２の積層個数，支持体フィルム３の端部の構造において，図１の例に係る光駆動型アクチュエータ１と相違する。より具体的には，支持体フィルム３は，波形のような湾曲部が複数あり，第１端部４１が筐体の天板４３に固設され，鉛直方向にぶらさがる構造となっている。そして，第１端部４１と対向する第２端部４２には弁体４４が取り付けられている。架橋液晶高分子フィルム２は，支持体の湾曲部の山なり部にそれぞれ積層されている。
【００５６】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａは，例えば次のようにして製造することができる。まず，可撓性のある支持体フィルムの一主面に接着層を積層し，次いで所望の間隔に架橋液晶高分子フィルムを積層する。その後，もう一方の主面に同じく接着層を積層し，先の架橋液晶高分子フィルムの非積層領域の略中央領域に架橋液晶高分子フィルムを積層する。そして，熱圧着することにより図４に示すような波形形状の支持体フィルム３を得る。その後，第１端部４１を天板４３に固設し，第２端部４２に弁体４４を取り付けることにより光駆動型アクチュエータ１ａを得ることができる。可撓性のある支持体フィルム３の表裏両主面上に架橋液晶高分子フィルム２を所定の間隔で積層することにより，波形型の光駆動型アクチュエータを容易に製造できる。
【００５７】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータ１ａに第１の活性光線を照射すると，湾曲部が伸長する。次いで，架橋液晶高分子フィルム２に第２の活性光線を照射すると，元に戻ろうと収縮する。付勢力に応じて伸縮するバネのように，第１の活性光線及び第２の活性光線の照射に応じて伸縮運動を誘起することができる。所望とする伸長，収縮の程度に応じて光照射条件を設定すればよい。光照射は，複数の架橋液晶高分子フィルムに一括照射してもよいし，特定の架橋液晶高分子に照射してもよい。この伸縮運動により弁体４４を図中上下動させ，弁体４４の下部にある基板４５を貫通するオリフィス４６の開閉を可逆的に行うことができる。例えば，流体の流量を制御するマイクロリアクター等のマイクロ化学分析システムに用いることができる。
【００５８】
本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータによれば，活性光線を照射することにより伸縮可能な光駆動型アクチュエータを得ることができる。架橋液晶高分子成形体を可撓性を有する支持体上に固定する構造を採用しているので，図４に示すような湾曲形状を容易に製造することができる。また，フォトクロミック分子の異性化に伴うメソゲンの配向変化を高効率で高分子骨格に伝搬することができるので，伸長方向及び収縮方向の両方に大きな出力及びストロークを発生することも可能である。なお，第２端部４２に弁体４４を取り付けた例について説明したが，これに代えて針やセンサ等を取り付けてもよい。退避可能なプローブ装置等に応用することも可能である。
【００５９】
［実施形態３］
屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータの例について説明する。図５（ａ）に本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータ１ｂの模式的正面図，図５（ｂ）にその側面図を示す。なお，図中の各部材の大きさや位置は説明の便宜上のものであり，各部分の比率，形状等は実際とは異なる。
本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータ１ｂは，アーム形状の支持体フィルム３上に，複数の架橋液晶高分子フィルム２が積層されている。架橋液晶高分子フィルム２の積層位置は，アームの関節対応部分である。具体的には，ひじ部，手首部，指部にそれぞれ架橋液晶高分子フィルム２ｂ１，２ｂ２，２ｂ３が積層されている。
【００６０】
光駆動型アクチュエータ１ｂのアーム形状のひじ部に積層した架橋液晶高分子フィルム２ｂ１に第１の活性光線をこの光駆動型アクチュー得た１ｂの図中左側から照射すると，当該部分が光照射条件に応じて光照射方向（図中左方向）に湾曲する。変形された状態は，架橋液晶高分子成形体の組織状態がさらに構造的な変化を生ずる力を受けない間は安定にその形状を保持することができる。さらに，アーム形状の手首部，及び指部に積層した架橋液晶高分子フィルム２ｂ２，２ｂ３に同様の方法にて第１の活性光線を照射すると，例えば，図５（ｃ）に示すように，これらの箇所を湾曲させることができる。
【００６１】
第１の活性光線の照射条件をコントロールすることにより，所望の屈曲形状に変形させることができる。また，第２の活性光線を照射することにより屈曲運動方向を反転させたり，光照射前の元の状態に戻したりすることができる。それぞれの架橋液晶高分子フィルム２を個別に照射する光源システムを採用することにより，複雑な動きを実現できる。例えば，光駆動型アクチュエータ１ｂの手のひら部で物を掴み，それを所望の位置に移動させて離すといういわゆるロボットアーム動作も可能である。手のひらで物を掴む構造に代えてアーム先端部にフックなどを取り付ける構造としてもよい。
【００６２】
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ，光駆動型アクチュエータの自重による重力と光照射による屈曲力の大きさのバランスを調整することにより，屈曲自在に変形し得ることがわかった。光駆動型アクチュエータ自身の重力よりも光照射による屈曲力を大きくすることにより，光照射により屈曲形状からフラットに近い形状にし，さらに反対方向に続けて屈曲せしめることも可能である。光駆動型アクチュエータの自重による重力と屈曲力の大きさのバランス調整は，支持体を用いることで容易となる。
【００６３】
支持体フィルム３の長軸方向に屈曲する例を述べたが，幅方向あるいは斜め方向に屈曲するように架橋液晶高分子フィルムを固定することもできる。斜め方向に屈曲するようにすることにより，ねじる動きを誘起することも可能である。また，支持体フィルムの両面の同一領域に架橋液晶高分子フィルムを固定して，所望の方向から光照射を行うようにしてもよい。なお，図５の例における活性光線と架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向は一例であり，この例に限定されないことは言うまでもない。また，所望の屈曲形状が第１の活性光線，若しくは第２の活性光線のいずれかにより達成できる場合には，両活性光線の照射による可逆的な異性化は必須ではない。この所望の屈曲形状は，架橋液晶高分子成形体の組織状態がさらに構造的な変化を生ずる力を受けない間は安定にその形状を保持することができる。
【００６４】
本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータによれば，支持体も連動して動かすことができるので，全体として大きく，かつなめらかに動かすことができる。支持体上に架橋液晶高分子成形体を固定する構造を採用することにより，機械的強度を高めることができる。また，所望の箇所に所望の動きをする架橋液晶高分子成形体を選定して固定するという極めてシンプルな方法なので複雑な動きと小型軽量化を同時に実現できる。屈曲自在に変形することが可能なので，複雑な動きをするマイクロマシン，医療用カテーテル，作業用リフト等に応用することが期待できる。
【００６５】
［実施形態４］
尺取虫型の運動を行う光駆動型アクチュエータの例について説明する。本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータは，屈曲運動方向を反転させて尺取虫のように移動する。
【００６６】
図６（ａ）は，本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータ１ｃの一例を示す模式的斜視図である。光駆動型アクチュエータ１ｃは，図１と同様に一対の端部が載置面４と当接するアーチ型形状となっており，支持体フィルム３の主面の湾曲部位である中央領域に架橋液晶高分子フィルム２が積層された構造となっている。ただし，この一対の当接部の形状が異なる。図中左側の方の第１当接部７をフラット形状とし，図中右側の方の第２当接部８を略山形形状の頂部としている。
【００６７】
図６（ｂ）は，光照射前の光駆動型アクチュエータ１ｃ（図６（ａ）参照）に第１の活性光線１３を照射した際の形状変化を説明するための模式的斜視図である。第１の活性光線を照射すると，架橋液晶高分子フィルム２が伸長すると共に，支持体フィルム３もこれに連動して伸長する。フラット形状の第１当接部７は，第１の活性光線１３を照射する前は載置面４の第１当接部初期ライン５２の位置と当接しているが，第１の活性光線１３を照射すると第１当接部移動ライン５３にまで当接位置が移動する。一方，略山形形状の頂部を当接部とする第２当接部８は，第１の活性光線１３の照射前後を通じて第２当接部初期ライン５１上に位置する。すなわち，第１の活性光線１３の照射による伸長運動により第１当接部７のみが前進する。これは，第２当接部８の方がフラット形状の第１当接部７に比して載置面４に対する圧力が高く，両当接部の移動度に差が出ることによるものと考えている。
【００６８】
図６（ｃ）は，伸長した光駆動型アクチュエータ１ｃ（図６（ｂ）参照）に第２の活性光線１４を照射した際の形状変化を説明するための模式的斜視図である。第２の活性光線の照射により，架橋液晶高分子フィルム２が屈曲すると共に，支持体フィルム３もこれに連動して屈曲する。フラット形状の第１当接部７は，第２の活性光線照射後も当接位置が変わらない。すなわち，第１当接部移動ライン５３に静止したままである。一方，略山形形状の頂部が当接部である第２当接部８は，第２の活性光線１４の照射により第２当接部初期ライン５１から第２当接部移動ライン５４に当接位置が移動する。すなわち，第２の活性光線照射による屈曲運動により第２当接部８側が前進する。これは，第２当接部８の方が第１当接部７に比して載置面を蹴る力が大きく，両当接部の移動度に差が出ることによものと考えている。
【００６９】
第１の活性光線，及び第２の活性光線を交互に照射して屈曲運動方向を反転させることにより，尺取虫型の移動を行うことができる。すなわち，屈曲運動方向を反転させながら，第１当接部を前輪，第２当接部を後輪であるかのように機能させながら順に前進させることができる。
【００７０】
本実施形態４においては，第１当接部としてフラット形状，第２当接部として略山形形状の頂部とした例を説明したが，これに限定されるものではなく，第１当接部の載置部に対する圧力を第２当接部のそれに比して小さく設計すればよい。このように構成することにより第１当接部を移動方向前部，第２当接部を移動方向後部とする尺取虫型のアクチュエータを得ることができる。第１当接部と第２当接部の形状を非対称形状とすることで，極めて簡便な構成で尺取虫のように移動する光駆動型のアクチュエータを得ることができる。移動をスムーズに行う観点から，第１当接部７及び第２当接部それぞれと，載置部との成す角度は鋭角とすることが好ましい。
【００７１】
光駆動型アクチュエータの屈曲運動方向に応じて第１当接部７あるいは第２当接部８がそれぞれ静止点となる例について述べたが，これに限定されるものではなく，屈曲運動方向が伸長する方向に動く際，あるいは屈曲量が大きくなる方向に動く際の少なくともいずれか一方に，第１当接部７と第２当接部８の移動度差があればよい。当接部として端部を二つ設けた例を説明したが，端部以外の箇所に当接部を設けてもよい。アーチ型形状を二つ有する光駆動型アクチュエータとすることもできる。略山形形状の例として，頂点が三角形の例を挙げたがこれに限定されるものではなく，頂部がフラット部を有する山形形状も含むものとする。
【００７２】
また，第１活性光線と第２活性光線を交互に照射する例について述べたが，これに限定されるものではなく，一方を常時ＯＮにしておき，もう一方の活性光線のＯＮ，ＯＦＦを切り替えてもよい。また，架橋液晶高分子成形体を支持体上に積層する例について述べたがこれに限定されるものではなく，例えば，スペーサ等の間隙保持部材を介して架橋液晶高分子成形体と支持体を対向配置するようにしてもよい。
【００７３】
上記図６においては，支持体フィルム３に第１当接部７及び第２当接部８を設けた例を述べたが，これに限定されるものではなく他の要素部材に設けてもよい。例えば，支持体の端部に車輪を固設し，車輪の外輪部を当接部としてもよい。機械的強度を高める観点，設計自由度を高める観点，コスト低減の観点，自立性を確保する観点等から支持体を用いることが好ましいが，自立性を確保できれば架橋液晶高分子成形体のみから構成してもよい。また，可撓性のある支持体に代えて，幅方向に棒状の柱を複数設けることにより機械的強度を補強したり，可撓性のある枠体に架橋液晶高分子成形体を嵌めこむ構成とすることもできる。また，支持体に凹部や溝部を設け，当該部分に架橋液晶高分子成形体を埋め込む構造としてもよい。
【００７４】
本発明によれば，光エネルギーを機械エネルギーに変換可能な光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータと光源を備える動力伝達システムを提供することができる。光を制御媒体としているので誘導雑音が発生せず，多重伝送などの大量高速度伝送が可能，非接触接続が容易となる等の利点を有する。また，構造体そのものを駆動素子とし，極めて簡便な構成で光エネルギーを機械エネルギーに直接変換することができるため，装置の小型軽量化，低コスト化の実現が容易となる。さらに，わずかな刺激によって大きな運動を誘起できるため，プラスチックモーターなどの駆動装置，マイクロマシンの可動部を初めとした多岐に亘る応用が期待できる。また，本発明に係る光駆動型アクチュエータによれば，エネルギー伝達のための配線が不要となり，遠方よりレーザー光等を照射するだけで運動をＯＮ，ＯＦＦすることができる。このため，光源の距離を任意に設定可能な動力伝達システムを提供することができる。
【００７５】
［実施例］
次に，実施例によりさらに本発明を具体的に説明するが，本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。なお，以下に記載する試薬等は，特に断らない限りは一般に市販されているものである。核磁気共鳴吸収スペクトル測定（１ＨＮＭＲ）は，Lamda-300（300MHz）を用い，テトラメチルシラン(TMS)を内部標準とした。化合物の液晶性は，示差走査熱量計(DSC;SeikoI&E，SSC-5200，DSC220C)，ホットステージ(Mettler，FP-90，FP-82HT)，偏光顕微鏡(POM;OLYMPUS，BH-2)を用いて評価した。示差走査熱量計は，ポリマーの評価は昇温速度１０℃／ｍｉｎ，モノマーの評価は昇温，降温速度２℃／ｍｉｎとして，いずれも窒素雰囲気下で測定した。
【００７６】
光運動挙動は，ＣＣＤカメラ（オムロン製 VC-HRM20Z）を用いて観察した。紫外光については，ＵＶ−ＬＥＤ光源（キーエンス製 UV-400）を用いて３６５ｎｍの単色光を取り出した。出力光の強度は，２４０ｍＷ／ｃｍ２とした。また，可視光については，ハロゲンランプ光源（島津理化製 FLH-50）の白色光を用いた。出力光の強度は，５４５ｎｍにおいて１２０ｍＷ／ｃｍ２とした。また，測定サンプルと光源の照射距離は，１５〜５ｍｍ程度とし，架橋液晶高分子成形体のほぼ真上方向から照射した。照射光は非偏光とした。特に記載のない場合には，室温下にて実験を行った。
【００７７】
本実施例においては，架橋液晶高分子成形体の形態としてフィルム状のものを用いた。架橋液晶高分子は，フォトクロミック分子としてアゾベンゼン構造を導入した下記式（２）及び下記式（３）で示されるアミノ基を有するアクリル酸エステル系ポリマー（以下，それぞれ「ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］」，「ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］」と略記する）を用いた。
【化２】
【化３】
【００７８】
上記式（２）で示されるＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］は，単官能重合性モノマーである下記式（４）で示される９―〔４−（４―ノナニルオキシフェニルアゾ）フェノキシ〕ノナニルアクリレート（以下，「Ａ９ＡＢ９」と略記する）と，架橋重合性モノマーである下記式（５）で示される４，４′−ビス〔９−（アクリロイルオキシ）ノナニルオキシ〕アゾベンゼン（以下，「ＤＡ９ＡＢ」と略記する）を混合し，液晶相を発現する条件下において共重合させることにより得た。
【化４】
【化５】
【００７９】
上記式（３）で示されるＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］は，単官能重合性モノマーである下記式（６）で示される６−〔４−（４−ヘキシルオキシフェニルアゾ）フェノキシ〕ヘキシルアクリレート（以下，「Ａ６ＡＢ６」と略記する）と，下記式（７）に示した架橋重合性モノマー４，４′−ビス〔６−（アクリロイルオキシ）ヘキシルオキシ〕アゾベンゼン（以下，「ＤＡ６ＡＢ」と略記する）を混合し，液晶相を発現する条件下において共重合させることにより得た。
【化６】
【化７】
【００８０】
＜架橋重合性モノマーの合成＞
４−ニトロフェノール３．５ｇ（２５ｍｍｏｌ），炭酸カリウム３．５ｍｇ（２５ｍｍｏｌ），９−ブロモノナノール７．０ｇ（３０ｍｍｏｌ）をＤＭＦ５ｍｌに分散し，その懸濁液を１３０℃で３時間加熱還流した。ＴＬＣで反応終了を確認し，溶液に酢酸エチル５０ｍｌと水３０ｍｌを加えた後，有機層を希塩酸，及び蒸留水を用いて洗浄し，溶液を減圧留去して乾燥した。乾燥固体をＴＨＦ５０ｍｌに溶解し，氷冷下撹拌した。これに５％Ｐｄ−Ｃ１．５ｇを加えた後，水素化ホウ素ナトリウム２．０ｇ（５０ｍｍｏｌ）を３回に分けて加え，室温で２時間撹拌した。その後氷冷撹拌下で溶液に１Ｎ塩酸１００ｍｌを滴下した。固体炭酸カリウムをｐＨ１０になるまで加え，溶液を減圧濾過した。沈殿物と溶液から反応物を酢酸エチルで抽出し，溶液を減圧留去して乾燥を行い，赤褐色固体の４−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アニリン４．０ｇ（１６ｍｍｏｌ）を得た。
【００８１】
５００ｍｌのナスフラスコに，上記４−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アニリン４．０ｇ（１６ｍｍｏｌ）と１Ｎの塩酸１００ｍｌを加え，氷冷下撹拌を行った。これに亜硝酸ナトリウム１．２ｇ（１７ｍｍｏｌ）を溶解させた水溶液３０ｍｌをゆっくり滴下した。次にこの水溶液を０℃に保持したまま，水酸化ナトリウム２．０ｇ（５０ｍｍｏｌ）とフェノール１．６ｇ（１７ｍｍｏｌ）を水５０ｍｌに溶解させた水溶液を滴下し，さらに粉末炭酸カリウムをｐＨが９程度になるまで加え，４時間氷冷下撹拌した。その後，１Ｎの塩酸を加えてｐＨ４とし，減圧濾過を行った。残渣を酢酸エチルに加熱溶解させた後に水で洗浄し，無水硫酸マグネシウムで乾燥した後，乾燥剤を濾過した。さらに酢酸エチルを減圧留去した。残渣を混合溶媒（酢酸エチル：ヘキサン＝１：１）で再結晶したところ，褐色固体の４−ヒドロキシ−４'−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン３．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）を得た。
【００８２】
上記４−ヒドロキシ−４'−（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン３．６ｇ（１０ｍｍｏｌ）をＤＭＦ１０ｍｌに溶解し，溶液に炭酸カリウム３．５ｇ（３０ｍｍｏｌ），９−ブロモノナノール３．５ｇ（１６ｍｍｏｌ）を加え，１３０℃で３時間加熱還流した。ＴＬＣで反応終了を確認し，溶液に酢酸エチル５０ｍｌと水３０ｍｌを加えた後，有機層を希塩酸，蒸留水を用いて洗浄し，溶液を減圧留去・乾燥した。乾燥固体を酢酸エチルとヘキサンを用いて再結晶し，山吹色固体の４，４'−ビス（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン４．６ｇ（９．３ｍｍｏｌ）を得た。
【００８３】
上記４，４'−ビス（９−ヒドロキシノナニルオキシ）アゾベンゼン４．６ｇ（９．３ｍｍｏｌ）をＴＨＦに１５０ｍｌ溶解し，硫酸マグネシウムによって予備乾燥した後，トリエチルアミン５．２ｍｌ（３７ｍｍｏｌ）を加えた。次いでヒドロキノンを少量加え，氷冷下撹拌した。ＴＨＦ３０ｍｌで希釈したアクリル酸クロリド３ｍｌ（３７ｍｍｏｌ）をゆっくりと滴下した。さらに２時間氷冷下撹拌した後，室温で１２時間撹拌した。その後，炭酸カリウム水溶液をｐＨ１０になるまで加え，ＴＨＦを減圧留去し，反応液を減圧濾過した。残留物をクロロホルムに溶解し，有機層を希塩酸と食塩水を用いて洗浄した後，溶媒を減圧留去した。残渣をカラムクロマトグラフィー（クロロホルム）によって精製し，混合溶媒（酢酸エチル：メタノール＝１：１）で再結晶を行い目的物である４，４'−ビス［９−（アクリロイルオキシ）ノナニルオキシ］アゾベンゼン（ＤＡ９ＡＢ）１．０ｇ（１．６ｍｍｏｌ）を得た。下記にＤＡ９ＡＢの収率，及び１ＨＮＭＲ測定の結果を示す。
・収率１７％
・１ＨＮＭＲ（δ,CDCl3):1.2-1.4(m,20H),1.6(m,8H),4.0(t,4H),4.1(t,4H),5.7(dd,2H),6.0(dd,2H),6.3(dd,2H),6.9(m,4H),7.8(m,4H)
上記式（７）に示したＤＡ６ＡＢについては，上記特許文献４に記載の方法にて合成した。
【００８４】
＜単官能性モノマーの合成＞
上記式（４）に示したＡ９ＡＢ９については，上記架橋重合性モノマーＤＡ９ＡＢと同様の手順で合成し，ＮＭＲ測定により目的の化合物が得られていることを確認した。下記にＡ９ＡＢ９の１ＨＮＭＲ測定の結果を示す。
・１ＨＮＭＲ
（δ,CDCl3）;0.86(t,4H),1.2-1.4(m,20H),4.0(t,4H),4.1(t,2H),5.8(dd,1H),6.1(dd,1H),6.4(dd,1H),6.9(m,4H),7.8(m,4H)
また，上記式（６）に示したＡＢ６ＡＢについては，上記特許文献４に記載の方法にて合成した。
【００８５】
得られたＡ９ＡＢ９，Ａ６ＡＢ６，ＤＡ９ＡＢ，ＤＡ６ＡＢの相転移温度を表１に示す。
【表１】
【００８６】
＜架橋液晶高分子フィルムの作製＞
中性洗剤及びイソプロピルアルコール中で超音波洗浄したガラス基板上に，ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の薄膜をスピンコート法により作製した。そして，加熱処理することによりポリイミド配向膜を有するガラス基板を得た。次いで，ラビング装置（E.H.C.RM-50）を用いてポリイミド面をラビングした後，シリカスペーサーを介してラビング方向がアンチパラレルになるように基板を貼り合せてホモジニアスセルとした。ホメオトロピックセルは，基板の両面にホメオトロピック配向処理を施すことにより得た。
【００８７】
上記式（２）のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］からなる架橋液晶高分子フィルムを以下のようにして得た。すなわち，上記化学式（４）のＡ９ＡＢ９（単官能重合性モノマー）を２０ｍｏｌ％，上記化学式（５）のＤＡ９ＡＢ（架橋重合性モノマー）を８０ｍｏｌ％の割合で混合し，光重合開始剤として上記化学式（８）のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を２ｍｏｌ％添加した試料を等方相温度（９７℃以上）まで昇温した。そして，毛細管現象を利用して上記液晶セルに封入した。この液晶セルを０．１℃／ｍｉｎでスメクチック相を示す８９℃まで降温し，メソゲンを一軸配向させた後，高圧水銀灯の波長５４０ｎｍ以上，光強度３ｍＷ／ｃｍ２の可視光を２．５時間照射して重合を行った。
【化８】
【００８８】
上記式（３）のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］からなる架橋液晶高分子フィルムを以下のようにして得た。すなわち，上記化学式（６）のＡ６ＡＢ６（単官能重合性モノマー）を８０ｍｏｌ％，上記化学式（７）のＤＡ６ＡＢ（架橋重合性モノマー）を２０ｍｏｌ％の割合で混合し，光重合開始剤として下記化学式（８）のＩｒｇａｃｕｒｅ７８４を２ｍｏｌ％添加した試料を等方相温度（９５℃）まで昇温した。そして，毛細管現象を利用して上記液晶セルに封入した。この液晶セルを０．５℃／ｍｉｎでネマチック相を示す８８℃まで降温してメソゲンを一軸配向させた後，高圧水銀灯の波長５４５ｎｍ以上，光強度３ｍＷ／ｃｍ２の可視光を２時間照射して重合を行った。その後，セルを剥離することにより架橋液晶高分子フィルムを得た。ＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］，及びＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］についてＤＳＣ測定を行ったところ，前者は３０℃付近に，後者は６０℃付近にガラス転移温度が観測された。
【００８９】
＜光駆動型アクチュエータの作製＞ 支持体としてポリエチレンフィルム（未延伸フィルム，５０μｍ，東セロ製）を用い，架橋液晶高分子フィルムと支持体からなる光駆動型アクチュエータを以下の方法により作製した。まず，自動塗工装置Ｉ型（テスター産業製 PI-1210）及びバーコーターを用いて，ポリエチレンフィルム主面の一端部に溶液状の接着剤を供給し，ポリエチレンフィルムの主面全体に均一に広がるように接着剤を引き伸ばし，１１０℃に加熱乾燥して接着層をコートしたフィルムを得た。接着剤としては，アローベースSB-1200（ユニチカ製，酸変性ポリエチレン樹脂水性分散体），アデカボンタイターHUX380（ADEKA製、ポリウレタン樹脂水性分散体）との混合物を用いた。次いで，このフィルムと架橋液晶高分子フィルムを１１０℃の条件下で熱圧着によりラミネートした。
【００９０】
（実験例１） 光駆動型アクチュエータ１ｄとして，６ｍｍ×５ｍｍサイズ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１６ｍｍ×８ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは１０μｍとした。図７（ａ）に，本実験例１に係る光駆動型アクチュエータ１ｄの光照射前の形状写真を示す。図７（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｄに第１の活性光線である紫外光を７ｓ照射した際の形状を示す写真である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が連動してフラットな形状に変形した。第２の活性光線である可視光を照射すると，およそ１５ｓで図７（ａ）の形状に戻った。紫外光と可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動を誘起できることを確認した。
【００９１】
（実験例２） 次に，架橋液晶高分子成形体の種類を代えて上記実験例１と同様の実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１ｅとして，５．５ｍｍ×４．５ｍｍ，厚み１６μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１４ｍｍ×５ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは４μｍとした。そして，６０℃に設定したホットプレート（アズワン製，シャーマルホットプレート）上に光駆動型アクチュエータを載置して光運動挙動を検討した。
【００９２】
図８（ａ）に，本実験例２に係る光駆動型アクチュエータの光照射前の形状写真を示す。図８（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｅに紫外光を６ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が連動してフラットな形状に変形した。図８（ｃ）は，その後可視光を１６ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，光照射前の元の形状に戻った。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動が誘起できることを確認した。
【００９３】
（実験例３） 架橋液晶高分子成形体の液晶の配向性を代えて実験を行った。以下の点以外は，上記実験例２と同様とした。すなわち，本実験例３においては架橋液晶高分子成形体の配向として，ホモジニアス配向に代えてホメオトロピック配向のものを用いた。光駆動型アクチュエータ１ｆとして，９ｍｍ×５ｍｍ，厚み２０μｍのホメオトロピック配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，２０ｍｍ×６ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層の厚みは４μｍとした。
【００９４】
本実験例３に係る光駆動型アクチュエータ１ｆの光照射前の形状写真を図９（ａ）に示す。図９（ｂ）は，この光駆動型アクチュエータ１ｆに紫外光を２１ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，緩やかに屈曲したフラットに近い架橋液晶高分子フィルム２と支持体フィルム３全体が，連動してより屈曲したアーチ型の形状に変形した。図９（ｃ）は，その後可視光を１５０ｓ照射した際の形状写真である。同図に示すように，光照射前の元の形状に戻ることを確認した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動を誘起できた。
【００９５】
（実験例４） 尺取虫型の光駆動型アクチュエータの一例について説明する。以下の点以外は，上記実験例１と同様とした。すなわち，本実験例４においては，光駆動型アクチュエータの載置面と当接する一の端部形状を略山形形状とした。支持体のサイズは１１ｍｍ×５ｍｍ，架橋液晶高分子フィルムのサイズは６ｍｍ×４ｍｍとした。照射プログラムは，以下の通りとした。すなわち，０ｓ-３ｓ紫外光，３ｓ−８ｓ可視光，８ｓ−１５ｓ紫外光，１５ｓ−２０ｓ可視光，２０ｓ−２５ｓ紫外光，２５ｓ−３１ｓ可視光，３１ｓ−３７ｓ紫外光，３７ｓ−４４ｓ可視光，４４ｓ−５０ｓ紫外光，５０ｓ−５５ｓ可視光，５５ｓ−５７ｓ紫外光，５７ｓ−６５ｓ可視光とした。
【００９６】
本実験例４に係る光駆動型アクチュエータ１ｇの光照射前の形状写真を図１０（ａ）に示す。図１０中の右上に記載の時間は，照射実験開始後の時間を示している。この光駆動型アクチュエータ１ｇに紫外光を照射すると，屈曲したアーチ型形状から緩やかに屈曲したフラットに近い形状に変形した。これに，可視光を照射すると，緩やかに屈曲したフラットに近い形状から屈曲したアーチ型形状に変形する。図１０（ｂ）の写真は，照射実験を開始してから５秒経過した段階（紫外光を照射した後，可視光を照射している段階）の形状を示したものである。図１０（ｃ）は同様に１５ｓ後，図１０（ｄ）は３０ｓ後，図１０（ｅ）は５０ｓ後，図１０（ｆ）は６５ｓ後の写真を示している。紫外光を照射した際には，第２当接部８の当接位置が照射前後を通じて変わらないのに対し，第１当接部７は前進した。一方，可視光を照射した際には，第１当接部７の当接位置が照射前後を通じて変わらないのに対し，第２当接部８は第１当接部７側に前進した。紫外光と可視光を交互に照射することにより，屈曲運動方向を反転させながら尺取虫のように移動することを確認した。第１当接部７を移動方向前部，第２当接部８を移動方向後部として６５ｓで約１０ｍｍ移動した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，繰り返し上述の運動が誘起できることを確認した。
【００９７】
（実験例５） 架橋液晶高分子成形体の種類を代えて上記実験例４と同様の実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１ｈとして，６ｍｍ×７ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［２］から構成される架橋液晶高分子フィルム２を，１７ｍｍ×７ｍｍサイズの支持体フィルム３の中央部領域に上述の方法により積層したものを用いた。接着層は５μｍ，保護層として接着層と同様のものを２μｍ積層した。そして，上記実験例２と同様に，６０℃のホットプレート上で光運動挙動を検討した。その他の条件は，上記実験例１と同様とした。照射プログラムは，以下の通りとした。すなわち，０−９ｓ紫外光，９−１６ｓ可視光，６−２８ｓ紫外光，２８−３７ｓ可視光，３７−４６ｓ紫外光，４６−５４ｓ可視光，５４−６１ｓ紫外光，６１−７０ｓ可視光，７１−８０ｓ紫外光，８０−９０ｓ可視光とした。
【００９８】
本実験例５に係る光駆動型アクチュエータ１ｈの光照射前の形状写真を図１１（ａ）に示す。この光駆動型アクチュエータ１ｈに紫外光を照射すると，屈曲したアーチ型形状からより緩やかに屈曲したフラットに近い形状に変形した。一方，この状態の光駆動型アクチュエータに可視光を照射すると，緩やかに屈曲したフラットに近い形状から屈曲したアーチ型形状に変形した。図１１（ｂ）は照射開始９ｓ後，以降同様にして図１１（ｃ）は１５ｓ後，図１１（ｄ）は２８ｓ後，図１１（ｅ）は５０ｓ後，図１１（ｆ）は８０ｓ後，図１１（ｇ）は９０ｓ後の写真を示している。紫外光と可視光を切り替え照射することにより，屈曲運動方向を反転させながら尺取虫のように移動することを確認した。第１当接部７を移動方向前部，第２当接部８を移動方向後部として１２０ｓで約１７ｍｍ移動した。紫外光，可視光を交互に照射することにより，上述の運動を繰り返し誘起できた。
【００９９】
（実験例６） 屈曲自在に変形可能な光駆動型アクチュエータについて検討を行った。以下の点以外は，上記実験例１と同様にして実験を行った。すなわち，光駆動型アクチュエータ１iとして，全長３４ｍｍ，幅４ｍｍの支持体フィルム３上に，５ｍｍ×３ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される第１の架橋液晶高分子フィルム２i１，及び８ｍｍ×３ｍｍ，厚み２０μｍのホモジニアス配向のＣＡＬＰ−Ａｌｋ［１］から構成される架橋液晶高分子フィルム２i２を積層したものを用いた。第１の架橋液晶高分子フィルム２i１は，全長３４ｍｍの支持体フィルム３の一端部から１３ｍｍ〜１８ｍｍの位置に，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２は支持体フィルム３の先と同じ一端部から２３ｍｍ〜３１ｍｍの位置に固定した。接着層の厚みは２μｍとした。光照射は，架橋液晶高分子フィルム主面の略垂直方向から，当該部位のほぼ全面が照射されるように行った。照射プログラムは，以下の通りとした。括弧内に照射領域を示す。すなわち，０ｓ-４ｓ紫外光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），４ｓ−８ｓ可視光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），８ｓ−１２ｓ紫外光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２），１２ｓ−１８ｓ紫外光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），１８ｓ−２５ｓ可視光（第１の架橋液晶高分子フィルム２i１），２５ｓ−２８ｓ紫外光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２），２８ｓ−３０ｓ可視光（第２の架橋液晶高分子フィルム２i２）とした。光駆動型アクチュエータの作製方法は，上記実験例１と同様とした。
【０１００】
本実験例６に係る光駆動型アクチュエータ１iの光照射前の形状写真を図１２（ａ）に示す。光照射前の初期形状は，同図に示すように，全体として楕円形状となっている。載置面４との固定部を下側とし，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が図中右側の湾曲部を，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が図中左側の湾曲部を構成している。第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の一端部が載置面４に固定された支持体フィルム３上に接触して重なっている。この楕円形状の光駆動型アクチュエータ１iに，上述の照射プログラムにて光照射した際の形状写真を図１２（ｂ）〜図１２（ｌ）に示す。より詳細には，図１２（ｂ）は照射開始２ｓ後，以降同様にして図１２（ｃ）は４ｓ後，図１２（ｄ）は７ｓ後，図１２（ｅ）は１０ｓ後，図１２（ｆ）は１２ｓ後，図１２（ｇ）は１４ｓ後，図１２（ｈ）は１６ｓ後，図１２（ｉ）は２０ｓ後，図１２（ｊ）は２４ｓ後，図１２（ｋ）は２７ｓ後，図１２（ｌ）は３０ｓ後の写真を示している。
【０１０１】
第１の架橋液晶高分子フィルム２i１に紫外光を照射すると，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が湾曲形状からフラットな形状になる方向に屈曲運動し，載置面４に固定された支持体フィルム３と第１の架橋液晶高分子フィルム２i１との境界近傍を中心として，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１が図中時計方向に回転した（図１２（ｂ），（ｃ）参照）。この際，載置面４に固定されていない支持体フィルム３及びこれに固定されている第２の架橋液晶高分子フィルム２i２も光照射前の形態をほぼ保持しながら同様に回転した。紫外光照射により，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の間隙に位置する支持体フィルム３と載置面４との成す角度が図中およそ時計２時の位置まで動いた段階で可視光照射に切り替えた。その結果，図中反時計方向に回転した（図１２（ｄ）参照）。可視光照射により，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と第２の架橋液晶高分子フィルム２i２の間隙に位置する支持体フィルム３と，載置面４との成す角度がおよそ時計方向１２時まで動いた段階で，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２に紫外光を照射するように切り替えた。すると，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が，図中時計方向に回転して当該部位がフラットに近い形状となった（図１２（ｅ）参照）。さらに，紫外光を照射し続けると，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２が，光照射前の屈曲方向と反対側に屈曲した（図１２（ｆ）参照）。
【０１０２】
次いで，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１に紫外光を照射すると，第１の架橋液晶高分子フィルム２i１と載置面４との成す角度がおよそ時計方向１２時の位置から時計方向２時と３時の間ぐらいの位置まで回転した（図１２（ｇ），（ｈ）参照）。可視光照射に切り替えると，図１２（ｉ），（ｊ）に示すように図中反時計方向に回転した。次いで，第２の架橋液晶高分子フィルム２i２に紫外光，可視光を照射すると，それぞれ図１２（ｋ），図１２（ｌ）に示すように形状変化した。光照射領域，光照射時間，光強度等を制御することにより，支持体フィルム３の可動可能領域全体を大きく，なめらかに動かすことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明に係る光駆動型アクチュエータ，及びこの光駆動型アクチュエータを備える動力伝達システムは，上記光運動特性を利用して，例えば，プラスチックモーター，スイッチング素子，玩具，ロボットのアーム，医療用カテーテル，マイクロ化学分析システム，マイクロマシン等の種々の用途に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本実施形態１に係る光駆動型アクチュエータの形状の一例を示す模式的斜視図。
【図２】（ａ）はアゾベンゼン分子の異性化を説明するための模式図，（ｂ）は架橋液晶高分子の構造変化を説明するための模式図。
【図３】架橋液晶高分子成形体の異方的変形を説明するための部分拡大図。
【図４】本実施形態２に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための模式的断面図。
【図５】（ａ）は本実施形態３に係る光駆動型アクチュエータの一例を説明するための模式的正面図，（ｂ）及び（ｃ）はその側面図。
【図６】本実施形態４に係る光駆動型アクチュエータの運動挙動の一例を説明するための模式図。
【図７】（ａ）は実験例１に係る光照射前の光駆動型アクチュエータの写真，（ｂ）は紫外光照射後の光駆動型アクチュエータの写真。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は，実験例２に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は，実験例３に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は，実験例４に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１１】（ａ）〜（ｇ）は，実験例５に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１２】（ａ）〜（ｌ）は，実験例６に係る光駆動型アクチュエータの写真。
【図１３】従来例に係る光駆動型アクチュエータの模式的斜視図。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 光駆動型アクチュエータ
２ 架橋液晶高分子フィルム
３ 支持体フィルム
４ 載置面
５ 接着層
６ 保護層
７ 第１当接部
８ 第２当接部
１０ トランス体
１１ トランス型アゾベンゼン側鎖
１２ 非アゾベンゼン側鎖
１３ 紫外光
１４ 可視光
２０ シス体
２１ シス型側鎖
３０ 架橋液晶高分子フィルム
３１ 高分子主鎖
４１ 第１端部
４２ 第２端部
４３ 天板
４４ 弁体
４５ 基板
４６ オリフィス
５１ 第２当接部初期ライン
５２ 第１当接部初期ライン
５３ 第２当接部移動ライン
５４ 第１当接部移動ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して前記架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動する光駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
載置部との当接部として，前記尺取虫のように移動する移動方向前部に第１当接部を，前記移動方向後部に第２当接部を設け，
前記第１当接部の前記載置部に対する圧力を前記第２当接部のそれに比して小さくすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記第１当接部と前記第２当接部の形状を非対称とすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記第１当接部をフラット形状とし，前記第２当接部を略山形形状の頂部とすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記架橋液晶高分子成形体を可撓性のある支持体上に固定し，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射に応じて，前記支持体を前記架橋液晶高分子成形体と連動して変形させることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項６】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備えるシート状の光駆動型アクチュエータであって，
メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た前記架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整した光駆動型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記架橋液晶高分子成形体が，前記メソゲンをホモジニアス 、ツイスト、ホメオトロピック 、ハイブリッド、ベンド又はスプレー配向させて重合することにより得られたことを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記支持体には，前記架橋液晶高分子成形体が積層されていない非積層領域があり，
前記第１の活性光線と第２の活性光線の照射に応じて前記架橋液晶高分子成形体の形状変化を誘起し，これに連動させて前記支持体における非積層領域の少なくとも一部の形状変化を誘起する光駆動型アクチュエータ。
【請求項９】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，バネのように伸縮する光駆動型アクチュエータ。
【請求項１０】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，屈曲自在に変形する光駆動型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記支持体が高分子成形体であることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記フォトクロミック分子が，アゾベンゼンであることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射する光源を備える動力伝達システム。
【請求項１】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射して前記架橋液晶高分子成形体の屈曲運動方向を反転させて，尺取虫のように移動する光駆動型アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
載置部との当接部として，前記尺取虫のように移動する移動方向前部に第１当接部を，前記移動方向後部に第２当接部を設け，
前記第１当接部の前記載置部に対する圧力を前記第２当接部のそれに比して小さくすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項３】
請求項２に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記第１当接部と前記第２当接部の形状を非対称とすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記第１当接部をフラット形状とし，前記第２当接部を略山形形状の頂部とすることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１，２，３又は４に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記架橋液晶高分子成形体を可撓性のある支持体上に固定し，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射に応じて，前記支持体を前記架橋液晶高分子成形体と連動して変形させることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項６】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備えるシート状の光駆動型アクチュエータであって，
メソゲン部位を配向制御して重合，又は架橋することにより得た前記架橋液晶高分子成形体を，可撓性を有する支持体上に積層することにより，前記第１の活性光線及び第２の活性光線の照射前の主面の形状を調整した光駆動型アクチュエータ。
【請求項７】
請求項６に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記架橋液晶高分子成形体が，前記メソゲンをホモジニアス 、ツイスト、ホメオトロピック 、ハイブリッド、ベンド又はスプレー配向させて重合することにより得られたことを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記支持体には，前記架橋液晶高分子成形体が積層されていない非積層領域があり，
前記第１の活性光線と第２の活性光線の照射に応じて前記架橋液晶高分子成形体の形状変化を誘起し，これに連動させて前記支持体における非積層領域の少なくとも一部の形状変化を誘起する光駆動型アクチュエータ。
【請求項９】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，バネのように伸縮する光駆動型アクチュエータ。
【請求項１０】
第１の活性光線，及び第２の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有する架橋液晶高分子成形体を備える光駆動型アクチュエータであって，
前記架橋液晶高分子成形体は可撓性を有する支持体上に固定され，前記架橋液晶高分子成形体に対する前記第１の活性光線，及び第２の活性光線の照射条件に応じて，屈曲自在に変形する光駆動型アクチュエータ。
【請求項１１】
請求項５〜１０のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記支持体が高分子成形体であることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータにおいて，
前記フォトクロミック分子が，アゾベンゼンであることを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光駆動型アクチュエータと，当該光駆動型アクチュエータに前記第１の活性光線，及び第２の活性光線を照射する光源を備える動力伝達システム。
【図３】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図１３】
【図１】
【図２】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２２８３６８（Ｐ２００８−２２８３６８Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５８５９３（Ｐ２００７−５８５９３）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（０００００４５０３）ユニチカ株式会社 (1,214)
【Ｆターム（参考）】
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