液晶流動を利用した発電機構
【課題】液晶におけるフレクソエレクトリック効果を利用して、外部に電力を供給することができる液晶流動を利用した発電機構を提供する。
【解決手段】強誘電性を有する液晶ＬＣと、液晶ＬＣを挟むように位置する一対の壁ＳＰ，ＭＰを備えた液晶収容部材と、液晶収容部材における一対の壁ＳＰ，ＭＰに接続された出力端子Ａとからなり、液晶収容部材の一対の壁ＳＰ，ＭＰは、一対の壁ＳＰ，ＭＰにおける液晶ＬＣを挟む表面に沿って相対的に移動可能に設けられており、液晶収容部材における一対の壁ＳＰ，ＭＰにおいて互いに対向する面には、一方の面に、面近傍に位置する液晶分子ｍの移動を固定する液晶固定処理が行われており、他方の面に、面近傍に位置する液晶分子ｍを回転可能かつ、面が設けられている壁ＭＰとともに壁ＭＰの移動方向に沿って移動するように拘束する液晶拘束処理が行われている。
【解決手段】強誘電性を有する液晶ＬＣと、液晶ＬＣを挟むように位置する一対の壁ＳＰ，ＭＰを備えた液晶収容部材と、液晶収容部材における一対の壁ＳＰ，ＭＰに接続された出力端子Ａとからなり、液晶収容部材の一対の壁ＳＰ，ＭＰは、一対の壁ＳＰ，ＭＰにおける液晶ＬＣを挟む表面に沿って相対的に移動可能に設けられており、液晶収容部材における一対の壁ＳＰ，ＭＰにおいて互いに対向する面には、一方の面に、面近傍に位置する液晶分子ｍの移動を固定する液晶固定処理が行われており、他方の面に、面近傍に位置する液晶分子ｍを回転可能かつ、面が設けられている壁ＭＰとともに壁ＭＰの移動方向に沿って移動するように拘束する液晶拘束処理が行われている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶流動を利用した発電機構に関する。水晶等のある種の結晶性物質は、ひずみを加えて弾性的な変形を発生させると、その変形に応じた電荷が表面に表われるという性質を有している。液晶においてもひずみを生じさせると、その液晶を挟む壁面間に電位差が生じるという現象（フレクソエレクトリック効果）が知られている。
本発明は、かかる液晶のフレクソエレクトリック効果を利用した発電機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、液晶分子の形は、くさび形のもの（図７（Ａ））と、バナナ形のもの（図７（Ｂ））に類型化できる。
図７（Ａ）に示すように、くさび形の分子の場合には広がり変形をさせることによって自発分極が発生し両壁面間に電位差が生じる。また、図７（Ｂ）に示すように、バナナ形の分子の場合には曲がり変形を生じさせることによって自発分極が発生し両壁面間に電位差が生じる。
そして、両壁面間に発生する電位差は、くさび形分子の場合には両壁面のなす角度θに比例し、バナナ形分子の場合には壁面の曲率半径に反比例する（非特許文献１）。
【０００３】
しかるに、上記のごとき変形によって両壁面間に電位差が発生することは知られているものの、この電位差を利用して液晶から外部に電力を供給する技術は現在のところ開発されていない。
【０００４】
【非特許文献１】岡野光治・小林駿介共編，液晶・基礎編，培風館，1985，P130−135
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、液晶におけるフレクソエレクトリック効果を利用して、外部に電力を供給することができる液晶流動を利用した発電機構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】
【０００６】
第１発明の液晶流動を利用した発電機構は、液晶と、互いに対向する対向面を有する一対の壁を備え、該一対の壁が一対の対向面間に前記液晶を挟むように配置された液晶収容部材と、該液晶収容部材における一対の壁に接続された出力端子と、前記液晶の液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、前記一対の対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束する液晶拘束手段とからなり、該液晶拘束手段は、該液晶分子回転手段によって液晶分子が回転されたときに、各面近傍に位置する液晶分子同士が相対的に異なる回転速度で回転するように液晶分子を拘束するものであることを特徴とする。
なお、「相対的に異なる回転速度」とは、回転速度の絶対値の相違だけでなく、回転方向の相違をも含む概念である。
第２発明の液晶流動を利用した発電機構は、第１発明において、前記液晶分子回転手段は、前記一対の対向面のうち、一の対向面に沿った方向に相対的に移動可能に設けられた前記液晶収容部材の一対の壁と、該一対の壁を、前記一対の対向面間に前記液晶を挟んだ状態を保持しつつ、該一対の対向面に沿った方向における相対的な移動速度が異なるように移動させる移動機構とからなることを特徴とする。
なお、「相対的な移動速度が異なる」とは、移動速度の絶対値の相違だけでなく、移動方向の相違をも含む概念である。
第３発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記一対の対向面において、一方の面には、該面近傍に位置する液晶分子の回転を固定する回転固定処理が行われており、他方の面には、該面近傍に位置する液晶分子を回転可能に拘束する拘束処理が行われていることを特徴とする。
第４発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記液晶収容部材における一対の壁は、一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、他方の壁が、一方向に連続移動可能に設けられた移動壁であることを特徴とする。
第５発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記液晶収容部材における一対の壁は、一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、他方の壁が、往復移動可能に設けられた移動壁であることを特徴とする。
第６発明の液晶流動を利用した発電機構は、第１発明において、前記液晶分子回転手段が、前記一対の対向面間に、該一対の対向面に沿った方向の速度成分を有する液晶流動を発生させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、液晶回転手段によって液晶分子を回転させれば、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができる。すると、一対の壁間に、なす角度の変化量および変化速度に応じた電位差を間欠的に発生させることができるから、その電位差に応じた電力を出力端子から取り出すことができる。
第２発明によれば、液晶収容部材の一対の壁を、一の対向面に沿った方向における移動速度が異なるように相対的に移動させれば、速い移動速度で移動する壁の対向面近傍に位置する液晶分子を、他方の壁の対向面近傍に位置する液晶分子よりも速い速度で回転させることができるので、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができる。
第３発明によれば、一の対向面近傍の液晶分子はその回転が固定されているから、両壁の相対的な移動速度差を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第４発明によれば、固定壁に沿って移動壁を連続して一方向に移動させれば、固定壁と移動壁の間に位置する液晶分子が連続して回転している状況となるから、一対の壁間に間欠的に所定の電位差を生じさせることができる。しかも、移動壁の移動を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第５発明によれば、固定壁に沿って移動壁を連続して往復移動させれば、固定壁と移動壁の間に位置する液晶分子が連続して揺動している状況となるから、一対の壁間に間欠的に所定の電位差を生じさせることができる。しかも、移動壁の移動を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第６発明によれば、一対の対向面間に液晶流動を生じさせれば、壁面近傍を流れる液晶分子は対向面との干渉により回転するので、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができ、一対の壁間に電位差を間欠的に発生させることができる。しかも、液晶流動の流速に応じて液晶分子の回転速度を変化させることができる。よって、液晶流動の流速を調整するだけで一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。同図において、符号ＬＣ、ｍはそれぞれ液晶および液晶分子を示している。この液晶ＬＣは、発電機構１０の固定壁ＳＰと移動壁ＭＰに挟まれている。
固定壁ＳＰは、その移動が固定された壁である。
一方、移動壁ＭＰは固定壁ＳＰと対向する位置に設けられており、固定壁ＳＰに対して固定壁ＳＰとの距離を一定に保った状態で、固定壁ＳＰの表面（図１では上面）に沿って移動可能に設けられている。図１では、移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して左右方向に移動可能に設けられている。
上記の移動壁ＭＰと固定壁ＳＰとが特許請求の範囲にいう液晶収容部材であり、固定壁ＳＰおよび移動壁ＭＰの互いに対向する面が特許請求の範囲にいう対向面である。
【０００９】
なお、移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰの対向面と平行に移動する必要はなく、固定壁ＳＰの対向面に沿った方向の速度成分、言い換えれば、固定壁ＳＰの対向面と平行な速度成分を有するように移動できればよい。
さらになお、固定壁ＳＰは必ずしも完全に移動が固定されている必要は無く、移動壁ＭＰに対して相対的に移動が固定されている状況であってもよい。つまり、移動壁ＭＰの移動速度と固定壁ＳＰの移動速度とを比較したときに、固定壁ＳＰの対向面と平行な速度成分が異なっていればよい。「速度成分が異なる」とは、速度成分の絶対値の相違だけでなく、方向の相違をも含む概念である。
【００１０】
図１に示すように、固定壁ＳＰおよび移動壁ＭＰの対向面には、導電性材料からなる一対の電極Ｅ，Ｅがそれぞれ設けられており、この電極Ｅ，Ｅには、出力端子Ａが接続されている。
【００１１】
また、この一対の電極Ｅ，Ｅの表面には、ポリイミド等からなる一対の配向膜Ｆ，Ｆが設けられている。
固定壁ＳＰの対向面に設けられている配向膜Ｆには、この配向膜Ｆ近傍に位置する液晶分子ｍの回転を固定する回転固定処理が行われている。この回転固定処理とは通常のラビング処理であり、この回転固定処理によって固定壁ＳＰの対向面近傍の液晶分子ｍは配向膜Ｆにアンカリングされる。
【００１２】
一方、移動壁ＭＰに設けられている配向膜Ｆには、液晶分子ｍを回転可能に拘束する拘束処理が行われている。この拘束処理とは、配向膜Ｆと接する液晶分子ｍがその重心まわりの回転や揺動は可能であるが、移動壁ＭＰが移動すると移動壁ＭＰとともに移動するように拘束する処理である。この拘束処理によって移動壁ＭＰの対向面近傍の液晶分子ｍは配向膜Ｆにウィークアンカリングされるのである。この拘束処理は、例えば、ローラなどを利用してラビング処理を行う場合であれば配向膜Ｆへのローラの押し付け力やローラの回転速度を調整することにより行うことができる。具体的には、配向膜Ｆへのローラの押し付け力を弱くしたり、ローラの回転速度を通常よりも遅くする等すれば、液晶分子ｍを配向膜Ｆにウィークアンカリングする拘束処理を行うことができる。
【００１３】
なお、固定壁ＳＰと移動壁ＭＰとの間に位置する液晶ＬＣの液晶分子ｍが回転する方向は、一対の配向膜Ｆ，Ｆによって固定壁ＳＰと垂直かつ移動壁ＭＰの移動方向と平行な面内（図１では紙面と平行な面内）に拘束されている。
さらになお、一対の配向膜Ｆ，Ｆに行う処理は、液晶分子ｍをアンカリング（拘束）する強さ（アンカリング強度）が両配向膜Ｆ間で異なるように処理が行われていればよく、必ずしも固定壁ＳＰ側の配向膜Ｆのアンカリング強度がその配向膜Ｆ近傍に位置する液晶分子ｍの回転を完全に固定する強さとなるようにラビング処理を行わなくてもよい。具体的には、固定壁ＳＰ側の対向面に設けられる配向膜Ｆのアンカリング強度が、移動壁ＭＰ側の対向面に設けられる配向膜Ｆのアンカリング強度よりも強くなるように両配向膜Ｆにラビング処理をしておけばよい。
さらになお、配向膜Ｆは、移動壁ＭＰ側の対向面には設けず、固定壁ＳＰ側の対向面、つまり、液晶分子ｍの回転を固定したり強く拘束したりする側の対向面だけに設けてもよい。すると、移動壁ＭＰ側の対向面近傍の液晶分子ｍは自由に移動できるので、当然にその重心まわりの回転や揺動は可能である。
【００１４】
以上のごとき構成であるから、移動壁ＭＰを固定壁ＳＰに対し左右方向に移動させれば、両壁ＭＰ，ＳＰ間の液晶分子ｍは回転または揺動する。このとき、固定壁ＳＰに接触している液晶分子ｍだけは回転も揺動もしないので、移動壁ＭＰに接している液晶分子ｍと固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍの軸方向のなす角θ（図３，図５参照）が変化する。すると、そのなす角θに応じた電位差が固定壁ＳＰと移動壁ＭＰ間に発生するので、出力端子Ａから、その電位差に対応する電力を取り出すことができるのである。
【００１５】
また、固定壁ＳＰ近傍の液晶分子ｍが回転可能となっている場合でも、一対の配向膜Ｆ，Ｆのアンカリング強度が異なっていれば各対向面近傍に位置する液晶分子ｍ同士が相対的に異なる回転速度で回転する。すると、移動壁ＭＰに接している液晶分子ｍと固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍの軸方向のなす角θが変化するから、なす角θの変化量および変化速度に応じた電位差を固定壁ＳＰと移動壁ＭＰ間に発生させることができる。
【００１６】
本発明の発電機機構において使用する液晶ＬＣとしては、タンブリング液晶又はアライニング液晶が適しており、以下、タンブリング液晶ＬＣＴとアライニング液晶ＬＣＡを利用した発電機構について説明する。
【００１７】
まず、タンブリング液晶ＬＣＴを利用した発電機構について説明する。
図２はタンブリング液晶ＬＣＴを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。同図において移動壁ＭＰは固定壁ＳＰに対して連続して同一方向、例えば、図２では右方に移動可能に設けられた壁である。この移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して同一方向に連続して移動しつつも、固定壁ＳＰとの間にはタンブリング液晶ＬＣＴを挟んだ状態を維持できるように構成されている。
【００１８】
そして、移動壁ＭＰを連続して移動させると連続して発電させることができるのであるが、発電中の液晶分子ｍの動きを図２に基づいて説明する。
なお、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ以外の液晶分子ｍは移動壁ＭＰとともに右方に移動しながら回転しており、領域Ｂで同一の液晶分子ｍが回転しているのではないが、図２には、視点を固定壁ＳＰにおける領域Ｂの位置に固定し、この領域Ｂ内に液晶分子ｍが一列に並んだときにおける液晶分子ｍの状態だけを示している。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、移動壁ＭＰが移動を開始する前は、全ての液晶分子ｍの軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行かつ移動壁Ｍの移動方向と平行に配置されているとする。この状態から移動壁ＭＰを右方に移動させると、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は移動しないが、その他の液晶分子ｍ２は移動壁ＭＰとともに移動する。
【００２０】
このとき、液晶ＬＣがタンブリング液晶であるから、液晶分子ｍは移動壁ＭＰの移動方向に向かって回転（図２では時計回り）しながら移動する（図２（Ｂ））。この回転速度は、移動壁ＭＰの移動速度が大きいほど速くなり、移動壁ＭＰに近いほど速くなる。
【００２１】
すると、図２に示すように、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は回転しないので、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θは、液晶分子ｍ２の回転にともなって連続的に変化する（図３（Ａ））。このため、図３（Ｂ）に示すように、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間には、液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの時間変動に応じた電位差が発生する。
【００２２】
よって、移動壁ＭＰを連続して移動させれば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間では、図３（Ｃ）に示すような電位差の変動が発生するのである。
そして、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間の電位差を端子Ａから取り出せば、外部に連続して電力を供給できるのである。
【００２３】
なお、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差は、例えば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ移動速度や液晶の種類、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間の間隔等によって決定される。具体的には、一対の壁ＳＰ，ＭＰの相対的な移動速度差が大きくなると液晶分子ｍの回転が速くなるので、図３であれば単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなり一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差も大きくなる。また、一対の壁ＳＰ，ＭＰの相対的な移動速度差が同じでも、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔が狭くなると単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。
【００２４】
上記のごとく、移動壁ＭＰを固定壁ＳＰに対して同一方向に連続して移動させつつ、固定壁ＳＰとの間にはタンブリング液晶ＬＣＴを挟んだ状態を維持できる構成としては、例えば、図６（Ａ）や図６（Ｂ）のような構成が挙げられる。
図６（Ａ）に示すように、円筒状の空間を有する外部部材ＯＰの内部に、この外部部材ＯＰの円筒状の空間の中心軸（以下、単に中心軸という）周りに回転可能な軸部材ＡＰを設け、両者の間に液晶ＬＣを配置する。そして、外部部材ＯＰの内面および軸部材ＡＰの外面に配向膜Ｆ、電極Ｅを設け、配向膜Ｆには、液晶分子ｍの軸方向が、中心軸を中心とする円周の接線方向を向くように配向処理を行う。すると、外部部材ＯＰ、軸部材ＡＰのいずれか一方、例えば外部部材ＯＰを固定し、軸部材ＡＰを中心軸周りに同一方向に連続的に回転させれば、この軸部材ＡＰの外面は、外部部材ＯＰに対して同一方向に連続して移動しつつも、外部部材ＯＰの内面との間には液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できる。
また、図６（Ｂ）に示すように、互いに対向し同じ軸（以下、単に中心軸という）上に中心を有する一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰを、その一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰが互いに対向する面同士を平行に維持したままその軸周りに回転できるように配置し、両者の間に液晶ＬＣを配置する。そして、一対の円盤部材の互いにおける対向する面に配向膜Ｆ、電極Ｅを設け、配向膜Ｆには、液晶分子ｍの軸方向が、中心軸を中心とする円周の接線方向を向くように配向処理を行う。すると、いずれか一方の円盤部材(例えば、円盤部材ＬＰ)を固定し、他方の円盤部材(例えば、円盤部材ＵＰ)を中心軸周りに同一方向に連続的に回転させれば、一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰにおける対向する面の間に液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できる。
なお、図６（Ａ）や図６（Ｂ）のような構成の発電機構であっても、配向膜Ｆを対向する一方の面だけに設けてもよいのは、いうまでもない。
【００２５】
つぎに、アライニング液晶ＬＣＡを利用した発電機構について説明する。
図４はアライニング液晶ＬＣＡを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。同図において移動壁ＭＰは固定壁ＳＰに対して連続して往復移動、例えば、図４（Ａ）では左右方向に沿って往復移動可能に設けられた壁である。この移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して往復移動しつつも、固定壁ＳＰとの間には液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できるように構成されている。
例えば、図６（Ａ）のような構成を有する発電機構であれば、軸部材ＡＰまたは外部部材ＯＰを中心軸周りに正転逆転させれば、上記のごとき状態を実現することができる。また、図６（Ｂ）のような構成を有する発電機構でも、一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰを中心軸周りに正転逆転させれば、上記のごとき状態を実現することができる。
【００２６】
図４（Ａ）に示すように、この移動壁ＭＰと固定壁ＳＰの間には、アライニング液晶ＬＣＡが配置されており、移動壁ＭＰを移動させると、連続して発電させることができる。
以下、発電中の液晶分子ｍの動きを図４に基づいて説明する。
なお、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ以外の液晶分子ｍは移動壁ＭＰとともに右方に移動しながら揺動しており、領域Ｂで同一の液晶分子ｍが揺動しているのではないが、図４には、視点を固定壁ＳＰにおける領域Ｂの位置に固定し、この領域Ｂ内に液晶分子ｍが一列に並んだときにおける液晶分子ｍの状態だけを示している。
【００２７】
図４（Ａ）に示すように、移動壁ＭＰが移動を開始する前は、全ての液晶分子ｍの軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行かつ移動壁Ｍの移動方向と平行に配置されているとする。この状態から移動壁ＭＰを右方に移動させると、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は移動しないが、その他の液晶分子ｍ２は移動壁ＭＰとともに移動する。
【００２８】
このとき、液晶ＬＣがアライニング液晶ＬＣＡであるから、液晶分子ｍは移動壁ＭＰの移動方向に向かって回転（図４（Ｂ）では時計回り）しながら移動する。この回転速度は、移動壁ＭＰの移動速度が大きいほど速くなり、移動壁ＭＰに移動壁ＭＰに近いほど速くなる。
【００２９】
すると、図４（Ｂ）に示すように、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は回転しないので、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θは、液晶分子ｍ２の回転にともなって連続的に変化する（図５（Ａ））。
【００３０】
ここで、アライニング液晶ＬＣＡの場合、タンブリング液晶ＬＣＴと異なり、液晶分子ｍ２が90度以上回転できない。このため、移動壁ＭＰに最も近い液晶分子ｍ２が90度となるまで移動すると、移動壁ＭＰの右方への移動を停止し、左方への移動に移動方向を転換させる。すると、液晶分子ｍは、今度は、左方に移動しながら反時計周りに回転する。そして、移動壁ＭＰが元の位置まで戻ると、液晶分子ｍは元の状態、つまり、その軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行な状態になる（図４（Ｃ））。
【００３１】
移動壁ＭＰが元の位置まで戻ってからもさらに移動壁ＭＰが左方に移動すると、液晶分子ｍの反時計周りの回転は継続する。そして、移動壁ＭＰに最も近い液晶分子ｍ２が90度となるまで移動壁ＭＰが移動すると（図４（Ｄ））、移動壁ＭＰの左方への移動を停止し、右方への移動に移動方向が転換させる。すると、液晶分子ｍは、再び、右方に移動しながら時計周りに回転する。
【００３２】
上記のごとく、移動壁ＭＰが左右に往復移動を繰り返すと、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θが、液晶分子ｍ１の回転にともなって連続的に変化する（図５（Ａ））。このため、タンブリング液晶ＬＣＴの場合と同様に、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間には、液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θに応じた電位差が発生する（図５（Ｂ））。
よって、移動壁ＭＰを連続して往復移動させれば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間では、図５（Ｃ）に示すような電位差の変動が発生するのである。
そして、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間の電位差を端子Ａから取り出せば、外部に連続して電力を供給できるのである。
【００３３】
なお、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差は、タンブリング液晶の場合と同様に、一対の壁ＳＰ，ＭＰの移動速度や液晶の種類、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔等によって、決定される。具体的には、一対の壁ＳＰの振動数が大きくなると液晶分子ｍの回転が速くなるので、図３であれば単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。また、一対の壁ＳＰの振動数が同じでも、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔が狭くなると単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。
【００３４】
また、発電機構は、以下のごとき構成としてもよい。
図８に示すように、一対の壁ＳＰ，ＳＰをいずれも移動が固定された固定壁とし、両者の間に液晶ＬＣを流す、つまり、一対の壁Ｐ，Ｐ間に液晶流動を発生させた場合でも、流動する液晶と一対の壁Ｐ，Ｐとの干渉によって液晶分子ｍが回転する。すると、一対の配向膜Ｆ，Ｆのアンカリング強度が異なっていれば、一対の壁Ｐ，Ｐ近傍に位置する液晶分子ｍの回転速度に差ができるから、一対の壁Ｐ，Ｐ間に電位差を発生させることができる。この場合、液晶流動の速度を変化させれば発生する電位差を変化させることができ、流速が速くなると発生する電位差が大きくなり、流速が遅くなると発生する電位差が小さくなる。
なお、液晶流動を発生させる方法はとくに限定されず、どのような手段を用いてもよい。例えば、ポンプ等の使用して流動を発生させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
液晶流動を利用した発電機構は、回転運動や往復運動を行う機構を利用して電力を発生させる発電機、とくに、非常に微小な機構から微小な電力を発生させる発電機等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。
【図２】タンブリング液晶ＬＣＴを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。
【図３】（Ａ）は発電時のタンブリング液晶ＬＣＴの動きと発電電圧の関係を示した図であり、（Ｂ）は発電電圧と両壁近傍の液晶分子ｍがなす角度の関係を示した図であり、（Ｃ）は発電電圧の時間変動を示した図である。
【図４】アライニング液晶ＬＣＡを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。
【図５】（Ａ）は発電時のアライニング液晶ＬＣＡの動きと発電電圧の関係を示した図であり、（Ｂ）は発電電圧と両壁近傍の液晶分子ｍがなす角度の関係を示した図であり、（Ｃ）は発電電圧の時間変動を示した図である。
【図６】移動壁ＭＰと固定壁ＳＰを備えた発電機構の実施例の概略説明図である。
【図７】フレクソエレクトリック効果の説明図であり、（Ａ）はくさび形分子の場合であり、（Ｂ）はバナナ形分子の場合である。
【図８】別の実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
ＬＣ 液晶
ＬＣＡ アライニング液晶
ＬＣＴ タンブリング液晶
ｍ 液晶分子
ＭＰ 移動壁
ＳＰ 固定壁
Ａ 出力端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶流動を利用した発電機構に関する。水晶等のある種の結晶性物質は、ひずみを加えて弾性的な変形を発生させると、その変形に応じた電荷が表面に表われるという性質を有している。液晶においてもひずみを生じさせると、その液晶を挟む壁面間に電位差が生じるという現象（フレクソエレクトリック効果）が知られている。
本発明は、かかる液晶のフレクソエレクトリック効果を利用した発電機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に示すように、液晶分子の形は、くさび形のもの（図７（Ａ））と、バナナ形のもの（図７（Ｂ））に類型化できる。
図７（Ａ）に示すように、くさび形の分子の場合には広がり変形をさせることによって自発分極が発生し両壁面間に電位差が生じる。また、図７（Ｂ）に示すように、バナナ形の分子の場合には曲がり変形を生じさせることによって自発分極が発生し両壁面間に電位差が生じる。
そして、両壁面間に発生する電位差は、くさび形分子の場合には両壁面のなす角度θに比例し、バナナ形分子の場合には壁面の曲率半径に反比例する（非特許文献１）。
【０００３】
しかるに、上記のごとき変形によって両壁面間に電位差が発生することは知られているものの、この電位差を利用して液晶から外部に電力を供給する技術は現在のところ開発されていない。
【０００４】
【非特許文献１】岡野光治・小林駿介共編，液晶・基礎編，培風館，1985，P130−135
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事情に鑑み、液晶におけるフレクソエレクトリック効果を利用して、外部に電力を供給することができる液晶流動を利用した発電機構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】
【０００６】
第１発明の液晶流動を利用した発電機構は、液晶と、互いに対向する対向面を有する一対の壁を備え、該一対の壁が一対の対向面間に前記液晶を挟むように配置された液晶収容部材と、該液晶収容部材における一対の壁に接続された出力端子と、前記液晶の液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、前記一対の対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束する液晶拘束手段とからなり、該液晶拘束手段は、該液晶分子回転手段によって液晶分子が回転されたときに、各面近傍に位置する液晶分子同士が相対的に異なる回転速度で回転するように液晶分子を拘束するものであることを特徴とする。
なお、「相対的に異なる回転速度」とは、回転速度の絶対値の相違だけでなく、回転方向の相違をも含む概念である。
第２発明の液晶流動を利用した発電機構は、第１発明において、前記液晶分子回転手段は、前記一対の対向面のうち、一の対向面に沿った方向に相対的に移動可能に設けられた前記液晶収容部材の一対の壁と、該一対の壁を、前記一対の対向面間に前記液晶を挟んだ状態を保持しつつ、該一対の対向面に沿った方向における相対的な移動速度が異なるように移動させる移動機構とからなることを特徴とする。
なお、「相対的な移動速度が異なる」とは、移動速度の絶対値の相違だけでなく、移動方向の相違をも含む概念である。
第３発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記一対の対向面において、一方の面には、該面近傍に位置する液晶分子の回転を固定する回転固定処理が行われており、他方の面には、該面近傍に位置する液晶分子を回転可能に拘束する拘束処理が行われていることを特徴とする。
第４発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記液晶収容部材における一対の壁は、一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、他方の壁が、一方向に連続移動可能に設けられた移動壁であることを特徴とする。
第５発明の液晶流動を利用した発電機構は、第２発明において、前記液晶収容部材における一対の壁は、一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、他方の壁が、往復移動可能に設けられた移動壁であることを特徴とする。
第６発明の液晶流動を利用した発電機構は、第１発明において、前記液晶分子回転手段が、前記一対の対向面間に、該一対の対向面に沿った方向の速度成分を有する液晶流動を発生させるものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１発明によれば、液晶回転手段によって液晶分子を回転させれば、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができる。すると、一対の壁間に、なす角度の変化量および変化速度に応じた電位差を間欠的に発生させることができるから、その電位差に応じた電力を出力端子から取り出すことができる。
第２発明によれば、液晶収容部材の一対の壁を、一の対向面に沿った方向における移動速度が異なるように相対的に移動させれば、速い移動速度で移動する壁の対向面近傍に位置する液晶分子を、他方の壁の対向面近傍に位置する液晶分子よりも速い速度で回転させることができるので、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができる。
第３発明によれば、一の対向面近傍の液晶分子はその回転が固定されているから、両壁の相対的な移動速度差を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第４発明によれば、固定壁に沿って移動壁を連続して一方向に移動させれば、固定壁と移動壁の間に位置する液晶分子が連続して回転している状況となるから、一対の壁間に間欠的に所定の電位差を生じさせることができる。しかも、移動壁の移動を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第５発明によれば、固定壁に沿って移動壁を連続して往復移動させれば、固定壁と移動壁の間に位置する液晶分子が連続して揺動している状況となるから、一対の壁間に間欠的に所定の電位差を生じさせることができる。しかも、移動壁の移動を調整するだけで、一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
第６発明によれば、一対の対向面間に液晶流動を生じさせれば、壁面近傍を流れる液晶分子は対向面との干渉により回転するので、一の対向面近傍の液晶分子の軸方向と他の対向面近傍の液晶分子の軸方向とのなす角を変化させることができ、一対の壁間に電位差を間欠的に発生させることができる。しかも、液晶流動の流速に応じて液晶分子の回転速度を変化させることができる。よって、液晶流動の流速を調整するだけで一対の壁間に発生する電位差の変動を調整できるから、発生する電位差の制御が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は本実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。同図において、符号ＬＣ、ｍはそれぞれ液晶および液晶分子を示している。この液晶ＬＣは、発電機構１０の固定壁ＳＰと移動壁ＭＰに挟まれている。
固定壁ＳＰは、その移動が固定された壁である。
一方、移動壁ＭＰは固定壁ＳＰと対向する位置に設けられており、固定壁ＳＰに対して固定壁ＳＰとの距離を一定に保った状態で、固定壁ＳＰの表面（図１では上面）に沿って移動可能に設けられている。図１では、移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して左右方向に移動可能に設けられている。
上記の移動壁ＭＰと固定壁ＳＰとが特許請求の範囲にいう液晶収容部材であり、固定壁ＳＰおよび移動壁ＭＰの互いに対向する面が特許請求の範囲にいう対向面である。
【０００９】
なお、移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰの対向面と平行に移動する必要はなく、固定壁ＳＰの対向面に沿った方向の速度成分、言い換えれば、固定壁ＳＰの対向面と平行な速度成分を有するように移動できればよい。
さらになお、固定壁ＳＰは必ずしも完全に移動が固定されている必要は無く、移動壁ＭＰに対して相対的に移動が固定されている状況であってもよい。つまり、移動壁ＭＰの移動速度と固定壁ＳＰの移動速度とを比較したときに、固定壁ＳＰの対向面と平行な速度成分が異なっていればよい。「速度成分が異なる」とは、速度成分の絶対値の相違だけでなく、方向の相違をも含む概念である。
【００１０】
図１に示すように、固定壁ＳＰおよび移動壁ＭＰの対向面には、導電性材料からなる一対の電極Ｅ，Ｅがそれぞれ設けられており、この電極Ｅ，Ｅには、出力端子Ａが接続されている。
【００１１】
また、この一対の電極Ｅ，Ｅの表面には、ポリイミド等からなる一対の配向膜Ｆ，Ｆが設けられている。
固定壁ＳＰの対向面に設けられている配向膜Ｆには、この配向膜Ｆ近傍に位置する液晶分子ｍの回転を固定する回転固定処理が行われている。この回転固定処理とは通常のラビング処理であり、この回転固定処理によって固定壁ＳＰの対向面近傍の液晶分子ｍは配向膜Ｆにアンカリングされる。
【００１２】
一方、移動壁ＭＰに設けられている配向膜Ｆには、液晶分子ｍを回転可能に拘束する拘束処理が行われている。この拘束処理とは、配向膜Ｆと接する液晶分子ｍがその重心まわりの回転や揺動は可能であるが、移動壁ＭＰが移動すると移動壁ＭＰとともに移動するように拘束する処理である。この拘束処理によって移動壁ＭＰの対向面近傍の液晶分子ｍは配向膜Ｆにウィークアンカリングされるのである。この拘束処理は、例えば、ローラなどを利用してラビング処理を行う場合であれば配向膜Ｆへのローラの押し付け力やローラの回転速度を調整することにより行うことができる。具体的には、配向膜Ｆへのローラの押し付け力を弱くしたり、ローラの回転速度を通常よりも遅くする等すれば、液晶分子ｍを配向膜Ｆにウィークアンカリングする拘束処理を行うことができる。
【００１３】
なお、固定壁ＳＰと移動壁ＭＰとの間に位置する液晶ＬＣの液晶分子ｍが回転する方向は、一対の配向膜Ｆ，Ｆによって固定壁ＳＰと垂直かつ移動壁ＭＰの移動方向と平行な面内（図１では紙面と平行な面内）に拘束されている。
さらになお、一対の配向膜Ｆ，Ｆに行う処理は、液晶分子ｍをアンカリング（拘束）する強さ（アンカリング強度）が両配向膜Ｆ間で異なるように処理が行われていればよく、必ずしも固定壁ＳＰ側の配向膜Ｆのアンカリング強度がその配向膜Ｆ近傍に位置する液晶分子ｍの回転を完全に固定する強さとなるようにラビング処理を行わなくてもよい。具体的には、固定壁ＳＰ側の対向面に設けられる配向膜Ｆのアンカリング強度が、移動壁ＭＰ側の対向面に設けられる配向膜Ｆのアンカリング強度よりも強くなるように両配向膜Ｆにラビング処理をしておけばよい。
さらになお、配向膜Ｆは、移動壁ＭＰ側の対向面には設けず、固定壁ＳＰ側の対向面、つまり、液晶分子ｍの回転を固定したり強く拘束したりする側の対向面だけに設けてもよい。すると、移動壁ＭＰ側の対向面近傍の液晶分子ｍは自由に移動できるので、当然にその重心まわりの回転や揺動は可能である。
【００１４】
以上のごとき構成であるから、移動壁ＭＰを固定壁ＳＰに対し左右方向に移動させれば、両壁ＭＰ，ＳＰ間の液晶分子ｍは回転または揺動する。このとき、固定壁ＳＰに接触している液晶分子ｍだけは回転も揺動もしないので、移動壁ＭＰに接している液晶分子ｍと固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍの軸方向のなす角θ（図３，図５参照）が変化する。すると、そのなす角θに応じた電位差が固定壁ＳＰと移動壁ＭＰ間に発生するので、出力端子Ａから、その電位差に対応する電力を取り出すことができるのである。
【００１５】
また、固定壁ＳＰ近傍の液晶分子ｍが回転可能となっている場合でも、一対の配向膜Ｆ，Ｆのアンカリング強度が異なっていれば各対向面近傍に位置する液晶分子ｍ同士が相対的に異なる回転速度で回転する。すると、移動壁ＭＰに接している液晶分子ｍと固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍの軸方向のなす角θが変化するから、なす角θの変化量および変化速度に応じた電位差を固定壁ＳＰと移動壁ＭＰ間に発生させることができる。
【００１６】
本発明の発電機機構において使用する液晶ＬＣとしては、タンブリング液晶又はアライニング液晶が適しており、以下、タンブリング液晶ＬＣＴとアライニング液晶ＬＣＡを利用した発電機構について説明する。
【００１７】
まず、タンブリング液晶ＬＣＴを利用した発電機構について説明する。
図２はタンブリング液晶ＬＣＴを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。同図において移動壁ＭＰは固定壁ＳＰに対して連続して同一方向、例えば、図２では右方に移動可能に設けられた壁である。この移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して同一方向に連続して移動しつつも、固定壁ＳＰとの間にはタンブリング液晶ＬＣＴを挟んだ状態を維持できるように構成されている。
【００１８】
そして、移動壁ＭＰを連続して移動させると連続して発電させることができるのであるが、発電中の液晶分子ｍの動きを図２に基づいて説明する。
なお、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ以外の液晶分子ｍは移動壁ＭＰとともに右方に移動しながら回転しており、領域Ｂで同一の液晶分子ｍが回転しているのではないが、図２には、視点を固定壁ＳＰにおける領域Ｂの位置に固定し、この領域Ｂ内に液晶分子ｍが一列に並んだときにおける液晶分子ｍの状態だけを示している。
【００１９】
図２（Ａ）に示すように、移動壁ＭＰが移動を開始する前は、全ての液晶分子ｍの軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行かつ移動壁Ｍの移動方向と平行に配置されているとする。この状態から移動壁ＭＰを右方に移動させると、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は移動しないが、その他の液晶分子ｍ２は移動壁ＭＰとともに移動する。
【００２０】
このとき、液晶ＬＣがタンブリング液晶であるから、液晶分子ｍは移動壁ＭＰの移動方向に向かって回転（図２では時計回り）しながら移動する（図２（Ｂ））。この回転速度は、移動壁ＭＰの移動速度が大きいほど速くなり、移動壁ＭＰに近いほど速くなる。
【００２１】
すると、図２に示すように、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は回転しないので、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θは、液晶分子ｍ２の回転にともなって連続的に変化する（図３（Ａ））。このため、図３（Ｂ）に示すように、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間には、液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの時間変動に応じた電位差が発生する。
【００２２】
よって、移動壁ＭＰを連続して移動させれば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間では、図３（Ｃ）に示すような電位差の変動が発生するのである。
そして、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間の電位差を端子Ａから取り出せば、外部に連続して電力を供給できるのである。
【００２３】
なお、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差は、例えば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ移動速度や液晶の種類、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間の間隔等によって決定される。具体的には、一対の壁ＳＰ，ＭＰの相対的な移動速度差が大きくなると液晶分子ｍの回転が速くなるので、図３であれば単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなり一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差も大きくなる。また、一対の壁ＳＰ，ＭＰの相対的な移動速度差が同じでも、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔が狭くなると単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。
【００２４】
上記のごとく、移動壁ＭＰを固定壁ＳＰに対して同一方向に連続して移動させつつ、固定壁ＳＰとの間にはタンブリング液晶ＬＣＴを挟んだ状態を維持できる構成としては、例えば、図６（Ａ）や図６（Ｂ）のような構成が挙げられる。
図６（Ａ）に示すように、円筒状の空間を有する外部部材ＯＰの内部に、この外部部材ＯＰの円筒状の空間の中心軸（以下、単に中心軸という）周りに回転可能な軸部材ＡＰを設け、両者の間に液晶ＬＣを配置する。そして、外部部材ＯＰの内面および軸部材ＡＰの外面に配向膜Ｆ、電極Ｅを設け、配向膜Ｆには、液晶分子ｍの軸方向が、中心軸を中心とする円周の接線方向を向くように配向処理を行う。すると、外部部材ＯＰ、軸部材ＡＰのいずれか一方、例えば外部部材ＯＰを固定し、軸部材ＡＰを中心軸周りに同一方向に連続的に回転させれば、この軸部材ＡＰの外面は、外部部材ＯＰに対して同一方向に連続して移動しつつも、外部部材ＯＰの内面との間には液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できる。
また、図６（Ｂ）に示すように、互いに対向し同じ軸（以下、単に中心軸という）上に中心を有する一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰを、その一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰが互いに対向する面同士を平行に維持したままその軸周りに回転できるように配置し、両者の間に液晶ＬＣを配置する。そして、一対の円盤部材の互いにおける対向する面に配向膜Ｆ、電極Ｅを設け、配向膜Ｆには、液晶分子ｍの軸方向が、中心軸を中心とする円周の接線方向を向くように配向処理を行う。すると、いずれか一方の円盤部材(例えば、円盤部材ＬＰ)を固定し、他方の円盤部材(例えば、円盤部材ＵＰ)を中心軸周りに同一方向に連続的に回転させれば、一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰにおける対向する面の間に液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できる。
なお、図６（Ａ）や図６（Ｂ）のような構成の発電機構であっても、配向膜Ｆを対向する一方の面だけに設けてもよいのは、いうまでもない。
【００２５】
つぎに、アライニング液晶ＬＣＡを利用した発電機構について説明する。
図４はアライニング液晶ＬＣＡを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。同図において移動壁ＭＰは固定壁ＳＰに対して連続して往復移動、例えば、図４（Ａ）では左右方向に沿って往復移動可能に設けられた壁である。この移動壁ＭＰは、固定壁ＳＰに対して往復移動しつつも、固定壁ＳＰとの間には液晶ＬＣを挟んだ状態を維持できるように構成されている。
例えば、図６（Ａ）のような構成を有する発電機構であれば、軸部材ＡＰまたは外部部材ＯＰを中心軸周りに正転逆転させれば、上記のごとき状態を実現することができる。また、図６（Ｂ）のような構成を有する発電機構でも、一対の円盤部材ＵＰ，ＬＰを中心軸周りに正転逆転させれば、上記のごとき状態を実現することができる。
【００２６】
図４（Ａ）に示すように、この移動壁ＭＰと固定壁ＳＰの間には、アライニング液晶ＬＣＡが配置されており、移動壁ＭＰを移動させると、連続して発電させることができる。
以下、発電中の液晶分子ｍの動きを図４に基づいて説明する。
なお、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ以外の液晶分子ｍは移動壁ＭＰとともに右方に移動しながら揺動しており、領域Ｂで同一の液晶分子ｍが揺動しているのではないが、図４には、視点を固定壁ＳＰにおける領域Ｂの位置に固定し、この領域Ｂ内に液晶分子ｍが一列に並んだときにおける液晶分子ｍの状態だけを示している。
【００２７】
図４（Ａ）に示すように、移動壁ＭＰが移動を開始する前は、全ての液晶分子ｍの軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行かつ移動壁Ｍの移動方向と平行に配置されているとする。この状態から移動壁ＭＰを右方に移動させると、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は移動しないが、その他の液晶分子ｍ２は移動壁ＭＰとともに移動する。
【００２８】
このとき、液晶ＬＣがアライニング液晶ＬＣＡであるから、液晶分子ｍは移動壁ＭＰの移動方向に向かって回転（図４（Ｂ）では時計回り）しながら移動する。この回転速度は、移動壁ＭＰの移動速度が大きいほど速くなり、移動壁ＭＰに移動壁ＭＰに近いほど速くなる。
【００２９】
すると、図４（Ｂ）に示すように、固定壁ＳＰに接している液晶分子ｍ１は回転しないので、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θは、液晶分子ｍ２の回転にともなって連続的に変化する（図５（Ａ））。
【００３０】
ここで、アライニング液晶ＬＣＡの場合、タンブリング液晶ＬＣＴと異なり、液晶分子ｍ２が90度以上回転できない。このため、移動壁ＭＰに最も近い液晶分子ｍ２が90度となるまで移動すると、移動壁ＭＰの右方への移動を停止し、左方への移動に移動方向を転換させる。すると、液晶分子ｍは、今度は、左方に移動しながら反時計周りに回転する。そして、移動壁ＭＰが元の位置まで戻ると、液晶分子ｍは元の状態、つまり、その軸方向が固定壁ＳＰの表面と平行な状態になる（図４（Ｃ））。
【００３１】
移動壁ＭＰが元の位置まで戻ってからもさらに移動壁ＭＰが左方に移動すると、液晶分子ｍの反時計周りの回転は継続する。そして、移動壁ＭＰに最も近い液晶分子ｍ２が90度となるまで移動壁ＭＰが移動すると（図４（Ｄ））、移動壁ＭＰの左方への移動を停止し、右方への移動に移動方向が転換させる。すると、液晶分子ｍは、再び、右方に移動しながら時計周りに回転する。
【００３２】
上記のごとく、移動壁ＭＰが左右に往復移動を繰り返すと、固定壁ＳＰの軸方向と、移動壁ＭＰ近傍で回転しながら移動する液晶分子ｍ２の軸方向とがなす角θが、液晶分子ｍ１の回転にともなって連続的に変化する（図５（Ａ））。このため、タンブリング液晶ＬＣＴの場合と同様に、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間には、液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θに応じた電位差が発生する（図５（Ｂ））。
よって、移動壁ＭＰを連続して往復移動させれば、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間では、図５（Ｃ）に示すような電位差の変動が発生するのである。
そして、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間の電位差を端子Ａから取り出せば、外部に連続して電力を供給できるのである。
【００３３】
なお、一対の壁ＳＰ，ＭＰ間に発生する最大の電位差は、タンブリング液晶の場合と同様に、一対の壁ＳＰ，ＭＰの移動速度や液晶の種類、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔等によって、決定される。具体的には、一対の壁ＳＰの振動数が大きくなると液晶分子ｍの回転が速くなるので、図３であれば単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。また、一対の壁ＳＰの振動数が同じでも、一対の壁ＳＰ，ＭＰの対向面間隔が狭くなると単位時間当たりにおける液晶分子ｍ１と液晶分子ｍ２とのなす角θの変化量が大きくなるので最大の電位差も大きくなる。
【００３４】
また、発電機構は、以下のごとき構成としてもよい。
図８に示すように、一対の壁ＳＰ，ＳＰをいずれも移動が固定された固定壁とし、両者の間に液晶ＬＣを流す、つまり、一対の壁Ｐ，Ｐ間に液晶流動を発生させた場合でも、流動する液晶と一対の壁Ｐ，Ｐとの干渉によって液晶分子ｍが回転する。すると、一対の配向膜Ｆ，Ｆのアンカリング強度が異なっていれば、一対の壁Ｐ，Ｐ近傍に位置する液晶分子ｍの回転速度に差ができるから、一対の壁Ｐ，Ｐ間に電位差を発生させることができる。この場合、液晶流動の速度を変化させれば発生する電位差を変化させることができ、流速が速くなると発生する電位差が大きくなり、流速が遅くなると発生する電位差が小さくなる。
なお、液晶流動を発生させる方法はとくに限定されず、どのような手段を用いてもよい。例えば、ポンプ等の使用して流動を発生させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
液晶流動を利用した発電機構は、回転運動や往復運動を行う機構を利用して電力を発生させる発電機、とくに、非常に微小な機構から微小な電力を発生させる発電機等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。
【図２】タンブリング液晶ＬＣＴを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。
【図３】（Ａ）は発電時のタンブリング液晶ＬＣＴの動きと発電電圧の関係を示した図であり、（Ｂ）は発電電圧と両壁近傍の液晶分子ｍがなす角度の関係を示した図であり、（Ｃ）は発電電圧の時間変動を示した図である。
【図４】アライニング液晶ＬＣＡを使用する場合において、発電時における液晶分子ｍの動きを説明した図である。
【図５】（Ａ）は発電時のアライニング液晶ＬＣＡの動きと発電電圧の関係を示した図であり、（Ｂ）は発電電圧と両壁近傍の液晶分子ｍがなす角度の関係を示した図であり、（Ｃ）は発電電圧の時間変動を示した図である。
【図６】移動壁ＭＰと固定壁ＳＰを備えた発電機構の実施例の概略説明図である。
【図７】フレクソエレクトリック効果の説明図であり、（Ａ）はくさび形分子の場合であり、（Ｂ）はバナナ形分子の場合である。
【図８】別の実施形態の液晶流動を利用した発電機構１０の概略説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
ＬＣ 液晶
ＬＣＡ アライニング液晶
ＬＣＴ タンブリング液晶
ｍ 液晶分子
ＭＰ 移動壁
ＳＰ 固定壁
Ａ 出力端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶と、
互いに対向する対向面を有する一対の壁を備え、該一対の壁が一対の対向面間に前記液晶を挟むように配置された液晶収容部材と、
該液晶収容部材における一対の壁に接続された出力端子と、
前記液晶の液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、
前記一対の対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束する液晶拘束手段とからなり、
該液晶拘束手段は、
該液晶分子回転手段によって液晶分子が回転されたときに、各面近傍に位置する液晶分子同士が相対的に異なる回転速度で回転するように液晶分子を拘束するものである
ことを特徴とする液晶流動を利用した発電機構。
【請求項２】
前記液晶分子回転手段は、
前記一対の対向面のうち、一の対向面に沿った方向に相対的に移動可能に設けられた前記液晶収容部材の一対の壁と、
該一対の壁を、前記一対の対向面間に前記液晶を挟んだ状態を保持しつつ、該一対の対向面に沿った方向における相対的な移動速度が異なるように移動させる移動機構とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項３】
前記一対の対向面において、
一方の面には、該面近傍に位置する液晶分子の回転を固定する回転固定処理が行われており、
他方の面には、該面近傍に位置する液晶分子を回転可能に拘束する拘束処理が行われている
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項４】
前記液晶収容部材における一対の壁は、
一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、
他方の壁が、一方向に連続移動可能に設けられた移動壁である
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項５】
前記液晶収容部材における一対の壁は、
一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、
他方の壁が、往復移動可能に設けられた移動壁である
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項６】
前記液晶分子回転手段が、
前記一対の対向面間に、該一対の対向面に沿った方向の速度成分を有する液晶流動を発生させるものである
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項１】
液晶と、
互いに対向する対向面を有する一対の壁を備え、該一対の壁が一対の対向面間に前記液晶を挟むように配置された液晶収容部材と、
該液晶収容部材における一対の壁に接続された出力端子と、
前記液晶の液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、
前記一対の対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束する液晶拘束手段とからなり、
該液晶拘束手段は、
該液晶分子回転手段によって液晶分子が回転されたときに、各面近傍に位置する液晶分子同士が相対的に異なる回転速度で回転するように液晶分子を拘束するものである
ことを特徴とする液晶流動を利用した発電機構。
【請求項２】
前記液晶分子回転手段は、
前記一対の対向面のうち、一の対向面に沿った方向に相対的に移動可能に設けられた前記液晶収容部材の一対の壁と、
該一対の壁を、前記一対の対向面間に前記液晶を挟んだ状態を保持しつつ、該一対の対向面に沿った方向における相対的な移動速度が異なるように移動させる移動機構とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項３】
前記一対の対向面において、
一方の面には、該面近傍に位置する液晶分子の回転を固定する回転固定処理が行われており、
他方の面には、該面近傍に位置する液晶分子を回転可能に拘束する拘束処理が行われている
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項４】
前記液晶収容部材における一対の壁は、
一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、
他方の壁が、一方向に連続移動可能に設けられた移動壁である
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項５】
前記液晶収容部材における一対の壁は、
一方の壁が、その移動が固定された固定壁であり、
他方の壁が、往復移動可能に設けられた移動壁である
ことを特徴とする請求項２記載の液晶流動を利用した発電機構。
【請求項６】
前記液晶分子回転手段が、
前記一対の対向面間に、該一対の対向面に沿った方向の速度成分を有する液晶流動を発生させるものである
ことを特徴とする請求項１記載の液晶流動を利用した発電機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−６４８６６（Ｐ２００８−６４８６６Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４０４０１（Ｐ２００６−２４０４０１）
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【出願人】（５９７１５４９６６）学校法人高知工科大学 (141)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【出願人】（５９７１５４９６６）学校法人高知工科大学 (141)
【Ｆターム（参考）】
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