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JP5924146B2 - Actuator - Google Patents

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JP5924146B2
JP5924146B2 JP2012133202A JP2012133202A JP5924146B2 JP 5924146 B2 JP5924146 B2 JP 5924146B2 JP 2012133202 A JP2012133202 A JP 2012133202A JP 2012133202 A JP2012133202 A JP 2012133202A JP 5924146 B2 JP5924146 B2 JP 5924146B2
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英樹 田中
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俊裕 大竹
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Description

本発明は、アクチュエーターに関する。   The present invention relates to an actuator.

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)。
しかしながら、従来のアクチュエーターでは、駆動電圧を十分に低くすることができておらず、変形をさせるのに高い電圧が必要であった。また、従来のアクチュエーターでは、変形量(変位量)を十分に大きなものとすることが困難であった。
In recent years, the need for small actuators has increased in the medical field, the micromachine field, and the like.
Such a small actuator is required to be small and to be driven at a low voltage. Various attempts have been made to achieve such a low voltage (see, for example, Patent Document 1).
However, in the conventional actuator, the driving voltage cannot be made sufficiently low, and a high voltage is required for deformation. Further, in the conventional actuator, it is difficult to make the deformation amount (displacement amount) sufficiently large.

特開2005−224027号公報JP 2005-224027 A

本発明の目的は、低電圧で大きく変位することが可能なアクチュエーターを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an actuator that can be largely displaced at a low voltage.

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のアクチュエーターは、第1の変形材料層と、
第2の変形材料層と、
前記第1の変形材料層と前記第2の変形材料層との間に設けられた中間層とを備え、
前記第1の変形材料層は、酸化還元反応により分子の構造が変わる第1の刺激応答性化合物と、第1の電解質と、を含む第1の変形材料を含み、
前記第2の変形材料層は、酸化還元反応により分子の構造が変わる第2の刺激応答性化合物と、第2の電解質と、を含む第2の変形材料を含み、
前記第1の刺激応答性化合物および前記第2の刺激応答性化合物は、それぞれ、重合性官能基を有する構成単位が重合した重合体であり、
前記中間層は、前記第1の変形材料層と前記第2の変形材料層の間の電子の移動を妨げることを特徴とする。
これにより、低電圧で大きく変位することが可能なアクチュエーターを提供することができる。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The actuator of the present invention includes a first deformable material layer,
A second deformable material layer;
An intermediate layer provided between the first deformable material layer and the second deformable material layer;
The first deformable material layer includes a first deformable material including a first stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction, and a first electrolyte,
The second deformable material layer includes a second deformable material including a second stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction, and a second electrolyte,
Each of the first stimulus responsive compound and the second stimulus responsive compound is a polymer in which constituent units having a polymerizable functional group are polymerized,
The intermediate layer prevents movement of electrons between the first deformable material layer and the second deformable material layer.
Thereby, it is possible to provide an actuator that can be largely displaced at a low voltage.

本発明のアクチュエーターでは、前記変形材料は、ゲルであることが好ましい。
これにより、より柔軟に変形し、円滑に作動をする変形材料を得ることができる。また、変形材料層(アクチュエーター)としての形状の安定性、取り扱い性が特に優れたものとなる。
本発明のアクチュエーターでは、前記第1の変形材料層および/または前記第2の変形材料層は、電子導電性物質を含むものであることが好ましい。
これにより、低電圧でより大きく変位することが可能なアクチュエーターを提供することができる。
In the actuator of the present invention, the deformable material is preferably a gel.
Thereby, the deformable material which deforms more flexibly and operates smoothly can be obtained. Further, the shape stability and handleability as the deformable material layer (actuator) are particularly excellent.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the first deformable material layer and / or the second deformable material layer include an electron conductive substance.
Thereby, the actuator which can be displaced more largely with a low voltage can be provided.

本発明のアクチュエーターでは、前記電子導電性物質は、炭素を含むものであることが好ましい。
これにより、電子の輸送機能が向上し、比較的低い電圧で変形材料層(アクチュエーター)を大きく変位させることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記電子導電性物質は、粒子であることが好ましい。
これにより、変形材料層全体に均一に電子導電性物質を分散させることができ、変形材料中での電子の輸送を好適に行うことができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the electronic conductive material contains carbon.
Thereby, the electron transport function is improved, and the deformable material layer (actuator) can be greatly displaced at a relatively low voltage.
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the electron conductive substance is a particle.
As a result, the electron conductive substance can be uniformly dispersed throughout the deformable material layer, and the transport of electrons in the deformable material can be suitably performed.

本発明のアクチュエーターでは、前記電子導電性物質の平均粒径は、1nm以上10μm以下であることが好ましい。
これにより、変形材料層中での電子の輸送を好適に行うことができ、刺激応答性化合物への電子供給効率を特に優れたものとすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記重合性官能基が、ビニル基または(メタ)アクリル基であることが好ましい。
これにより、容易に刺激応答性化合物が重合することができる。
In the actuator of the present invention, it is preferable that the average particle diameter of the electron conductive material is 1 nm or more and 10 μm or less.
Thereby, the electron transport in a deformable material layer can be performed suitably, and the electron supply efficiency to a stimulus responsive compound can be made especially excellent.
In the actuator of the present invention, the polymerizable functional group is preferably a vinyl group or a (meth) acryl group.
Thereby, the stimulus-responsive compound can be easily polymerized.

本発明のアクチュエーターでは、前記構成単位は、液晶性を有する官能基を備えるものであることが好ましい。
これにより、構成単位の応答速度をより効果的に向上させることができ、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物(変形材料層、アクチュエーター)の応答速度を特に優れたものとすることができる。また、構成単位からなる刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料層(アクチュエーター)の変位をより好適に増幅することができる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the structural unit includes a functional group having liquid crystallinity.
Thereby, the response speed of the structural unit can be improved more effectively, and the response speed of the stimulus-responsive compound (deformable material layer, actuator) formed by polymerizing the structural unit can be made particularly excellent. . Further, it is possible to more suitably amplify the displacement of the deformable material layer (actuator) accompanying the expansion and contraction of the stimulus responsive compound composed of the structural unit.

本発明のアクチュエーターでは、前記構成単位は、前記液晶性を有する官能基と前記重合性官能基とが連結基を介して配置されたものであることが好ましい。
これにより、液晶性を有する基が配向する際に、各液晶性を有する基同士が障害となることを抑制できる。その結果、液晶性を有する基が配向する際の運動性能をより高いものとすることができるため、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物(変形材料層、アクチュエーター)の運動速度がより早くなる。
本発明のアクチュエーターでは、前記構成単位は、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たポリアルキレンオキシド構造を含むものである。
これにより、変形材料層の柔軟性、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。また、変形材料層をより最適な硬さに調整できる。
In the actuator according to the aspect of the invention, it is preferable that the structural unit is a unit in which the functional group having liquid crystallinity and the polymerizable functional group are arranged via a linking group.
Thereby, when the group which has liquid crystallinity aligns, it can suppress that each group which has liquid crystallinity becomes obstruction. As a result, since the movement performance when the group having liquid crystallinity is aligned can be made higher, the movement speed of the stimulus-responsive compound (deformable material layer, actuator) formed by polymerizing the structural unit is faster. Become.
In the actuator of the present invention, the structural unit includes a polyalkylene oxide structure in which an alkylene oxide having 2 and / or 3 carbon atoms is polymerized.
Thereby, the flexibility of the deformable material layer and the operability in the low temperature region can be further improved. In addition, the deformable material layer can be adjusted to a more optimal hardness.

本発明のアクチュエーターでは、前記構成単位は、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が前記重合性官能基を有するものであることが好ましい。
これにより、刺激応答性化合物(変形材料、アクチュエーター)の応答速度、変位量を特に優れたものとすることができる。
In the actuator of the present invention, the structural unit includes a unit A having a coupling functioning as a rotating shaft,
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C;
A second unit C,
The first unit B and the second unit B are combined by a reduction reaction,
It is preferable that the first unit C and the second unit C have the polymerizable functional group.
Thereby, the response speed and displacement amount of the stimulus-responsive compound (deformation material, actuator) can be made particularly excellent.

本発明のアクチュエーターでは、前記ユニットCは、前記液晶性を有する官能基を有するものであることが好ましい。
これにより、刺激応答性化合物(変形材料)の応答速度をより効果的に向上させることができる。また、刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料全体の変位をさらに好適に増幅することができ、アクチュエーター全体としての変位量をさらに大きいものとすることができる。また、アクチュエーターは、より低い電圧での変形が可能となる。
In the actuator of the present invention, the unit C preferably has a functional group having liquid crystallinity.
Thereby, the response speed of the stimulus-responsive compound (deformable material) can be improved more effectively. In addition, the displacement of the entire deformable material accompanying the expansion and contraction of the stimulus responsive compound can be further suitably amplified, and the displacement amount of the entire actuator can be further increased. Further, the actuator can be deformed at a lower voltage.

本発明のアクチュエーターでは、前記変形材料は、さらに、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリ(メタ)アクリル酸メチル、および、有機電解質オリゴマーよりなる群から選択される1種または2種以上を含むものであることが好ましい。
これにより、変形材料全体をより最適な硬さに調整できる。また、変形材料(アクチュエーター)を、より柔軟に変形し、円滑に作動をするものとすることができる。また、ゲル状態の変形材料において、溶媒(液体成分)の保持力を特に優れたものとすることができるため、不本意な経時的な変形材料の体積減少をより効果的に防止することができる。
In the actuator of the present invention, the deformable material is further one or two selected from the group consisting of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, poly (meth) methyl acrylate, and an organic electrolyte oligomer. It is preferable that the above is included.
Thereby, the whole deformation | transformation material can be adjusted to more optimal hardness. Further, the deformable material (actuator) can be deformed more flexibly and operate smoothly. In addition, in the deformable material in the gel state, since the holding power of the solvent (liquid component) can be made particularly excellent, it is possible to more effectively prevent the volume of the deformable material from decreasing unintentionally over time. .

本発明のアクチュエーターでは、前記中間層は、ゲルであることが好ましい。
これにより、アクチュエーター全体を、より柔軟に変形し、円滑に作動をするものとすることができる。
本発明のアクチュエーターでは、前記中間層は、ゲル化剤を含み、前記ゲル化剤は前記第1の変形材料および/または前記第2の変形材料を構成する成分と同一の成分を含むものであることが好ましい。
これにより、アクチュエーターの耐久性、信頼性を特に優れたものとすることができる。
In the actuator of the present invention, the intermediate layer is preferably a gel.
Thereby, the whole actuator can be deformed more flexibly and operated smoothly.
In the actuator of the present invention, the intermediate layer includes a gelling agent, and the gelling agent includes the same component as the component constituting the first deformable material and / or the second deformable material. preferable.
Thereby, the durability and reliability of the actuator can be made particularly excellent.

本発明のアクチュエーターの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically suitable embodiment of the actuator of this invention. 本発明のアクチュエーターの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically suitable embodiment of the actuator of this invention. 本発明のアクチュエーターを構成する刺激応答性化合物の構成単位の酸化還元反応前後の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure before and behind the oxidation-reduction reaction of the structural unit of the stimulus responsive compound which comprises the actuator of this invention. 本発明のアクチュエーター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。It is a figure for demonstrating the molecular structure before and behind the oxidation reduction reaction of the stimulus responsive compound which comprises the actuator of this invention. 本発明のアクチュエーターを構成する刺激応答性化合物の構成単位の酸化還元反応前後の構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure before and behind the oxidation-reduction reaction of the structural unit of the stimulus responsive compound which comprises the actuator of this invention. 本発明のアクチュエーター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。It is a figure for demonstrating the molecular structure before and behind the oxidation reduction reaction of the stimulus responsive compound which comprises the actuator of this invention.

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図1、図2は、本発明のアクチュエーターの好適な実施形態を模式的に示す断面図である。
図1、図2に示すように、本実施形態のアクチュエーター100は、第1の変形材料層11と、第2の変形材料層12と、第1の変形材料層11と第2の変形材料層との間に設けられた中間層13とを備えている。そして、駆動装置200は、アクチュエーター100と、直流の電源10と、アクチュエーター100への通電・切電を選択するスイッチ14とで構成されており、アクチュエーター100は、スイッチ14を介して、電源10に接続されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
1 and 2 are cross-sectional views schematically showing a preferred embodiment of the actuator of the present invention.
As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 100 according to the present embodiment includes a first deformable material layer 11, a second deformable material layer 12, a first deformable material layer 11, and a second deformable material layer. And an intermediate layer 13 provided therebetween. The drive device 200 includes an actuator 100, a DC power supply 10, and a switch 14 that selects energization / disconnection of the actuator 100. The actuator 100 is connected to the power supply 10 via the switch 14. It is connected.

図1に示す構成では、スイッチ14を介して、第1の変形材料層11が、電源10の正極に接続されており、第2の変形材料層12が、電源10の負極に接続されている。他方、図2に示す構成では、スイッチ14を介して、第1の変形材料層11が、電源10の負極に接続されており、第2の変形材料層12が、電源10の正極に接続されている。
第1の変形材料層11および第2の変形材料層12は、いずれも、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、電解質とを含む変形材料で構成されたものである。
中間層13は、前記電解質によるイオンを透過する機能を有するものである。
In the configuration shown in FIG. 1, the first deformable material layer 11 is connected to the positive electrode of the power source 10 via the switch 14, and the second deformable material layer 12 is connected to the negative electrode of the power source 10. . On the other hand, in the configuration shown in FIG. 2, the first deformable material layer 11 is connected to the negative electrode of the power supply 10 via the switch 14, and the second deformable material layer 12 is connected to the positive electrode of the power supply 10. ing.
Each of the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 is composed of a deformable material including a stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction and an electrolyte.
The intermediate layer 13 has a function of transmitting ions from the electrolyte.

以下、アクチュエーター100の構成について詳細に説明する。
図1、図2に示すように、本実施形態のアクチュエーター100は、第1の変形材料層11と、第2の変形材料層12と、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12との間に設けられ、これらと接触して設けられた中間層13とを備えている。
Hereinafter, the configuration of the actuator 100 will be described in detail.
As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator 100 according to the present embodiment includes a first deformable material layer 11, a second deformable material layer 12, a first deformable material layer 11, and a second deformable material layer. 12 and an intermediate layer 13 provided in contact therewith.

≪第1の変形材料層≫
まず、第1の変形材料層について説明する。
第1の変形材料層11は、刺激応答性化合物と、電解質とを含む材料で構成されている。さらに、第1の変形材料層11は、電子導電性物質、溶媒、ゲル化剤、液晶ポリマー等が含まれていてもよい。
≪First deformation material layer≫
First, the first deformable material layer will be described.
The first deformable material layer 11 is made of a material containing a stimulus responsive compound and an electrolyte. Furthermore, the first deformable material layer 11 may contain an electronic conductive substance, a solvent, a gelling agent, a liquid crystal polymer, and the like.

また、第1の変形材料層11は、例えば、固体状、ゲル状(半固体状)、液体状等、その形態はいかなるものであってもよいが、ゲル状(半固体状)をなすものが好ましい。これにより、変形材料の取り扱い性(取り扱いのし易さ)に優れるとともに、変形材料の適用範囲を広げることができる。また、柔軟に変形し、円滑に作動をするアクチュエーター100を提供することができる。   The first deformable material layer 11 may be in any form such as solid, gel (semi-solid), liquid, etc., but is in the form of a gel (semi-solid). Is preferred. Thereby, while being excellent in the handleability (easiness of handling) of a deformable material, the application range of a deformable material can be expanded. In addition, it is possible to provide the actuator 100 that is flexibly deformed and operates smoothly.

以下、第1の変形材料を構成する各成分について詳細に説明する。
<刺激応答性化合物>
まず、刺激応答性化合物について説明する。
図3、図5は、本発明のアクチュエーターを構成する刺激応答性化合物の構成単位の酸化還元反応前後の構造を説明するための図である。図4、図6は、アクチュエーター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、図4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5、図6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5は図3に対応するものであり、図6は図4に対応するものである。図3、図4、図5、図6中、○は官能基(原子団)を意味し、線は結合を意味する。
Hereinafter, each component constituting the first deformable material will be described in detail.
<Stimulus responsive compound>
First, the stimulus-responsive compound will be described.
3 and 5 are diagrams for explaining the structure before and after the oxidation-reduction reaction of the structural unit of the stimulus-responsive compound constituting the actuator of the present invention. 4 and 6 are diagrams for explaining the molecular structure before and after the oxidation-reduction reaction of the stimulus-responsive compound constituting the actuator. 3 and 4 show a stimulus-responsive compound having no unit D, which will be described in detail later, and FIGS. 5 and 6 show a stimulus-responsive compound having a unit D, which will be described in detail later. FIG. 5 corresponds to FIG. 3, and FIG. 6 corresponds to FIG. 3, 4, 5, and 6, ◯ means a functional group (atomic group), and a line means a bond.

刺激応答性化合物は、刺激によって、分子の立体構造を変形(変位)させる機能、言い換えると、分子鎖が伸縮する機能を有する化合物である。
本発明において、刺激応答性化合物は、酸化還元反応により、分子の立体構造が変わるものであり、刺激応答性化合物が、重合性官能基を有する構成単位が重合してなる重合体である。このものは、比較的低い電圧で変形材料全体を大きく変位させることができる。その結果、例えば、アクチュエーターは、低電圧で、十分に大きな変位力、変位量を得ることができる。また、アクチュエーターの応答速度を優れたものとすることができ、変形の再現性にも優れている。また、アクチュエーターの軽量化を図ることができる。
A stimulus-responsive compound is a compound having a function of deforming (displacement) the three-dimensional structure of a molecule by stimulation, in other words, a function of expanding and contracting a molecular chain.
In the present invention, the stimulus-responsive compound is a compound in which the three-dimensional structure of a molecule is changed by an oxidation-reduction reaction, and the stimulus-responsive compound is a polymer obtained by polymerizing structural units having a polymerizable functional group. This can greatly displace the entire deformable material with a relatively low voltage. As a result, for example, the actuator can obtain a sufficiently large displacement force and displacement amount at a low voltage. In addition, the response speed of the actuator can be made excellent, and the reproducibility of deformation is also excellent. In addition, the weight of the actuator can be reduced.

[構成単位]
刺激応答性化合物を構成する構成単位は、酸化還元反応により、分子の立体構造が変わるものであり、分子鎖が伸縮する機能を有する。これにより、構成単位を重合してなる重合体としての刺激応答性化合物は、形状を変形させる度合い(変化率)を大きなものとすることができる。また、アクチュエーター100全体としての変位量を特に大きいものとすることができる。
[Unit]
The structural unit constituting the stimulus-responsive compound has a function in which the three-dimensional structure of the molecule changes due to the oxidation-reduction reaction, and the molecular chain expands and contracts. Thereby, the stimulus responsive compound as a polymer obtained by polymerizing the structural units can increase the degree of deformation (change rate). Further, the displacement amount of the actuator 100 as a whole can be made particularly large.

図3(a)等に示す構成単位は、回転軸として機能する結合を有するユニットAと、ユニットAの両末端(第1の結合部位および第2の結合部位)に結合した2つのユニットB(第1のユニットBと第2のユニットB)と、2つのユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)とを有しており、第1のユニットBと第2のユニットBとは酸化還元反応によって結合するものであり、第1のユニットCおよび第2のユニットCが液晶性を有する官能基である。これにより、刺激応答性化合物(変形材料、アクチュエーター100)の応答速度、変位量を特に優れたものとすることができる。   The structural unit shown in FIG. 3A and the like includes a unit A having a bond that functions as a rotation axis, and two units B (bonded to both ends (first binding site and second binding site) of unit A ( A first unit B and a second unit B), and two units C (a first unit C and a second unit C). Is bonded by an oxidation-reduction reaction, and the first unit C and the second unit C are functional groups having liquid crystallinity. Thereby, the response speed and displacement of the stimulus-responsive compound (deformable material, actuator 100) can be made particularly excellent.

以下、図3に示すような構成単位について、中心的に説明する。
構成単位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)、下記式(2)および下記式(3)よりなる群から選択される1種の基であるのが好ましい。これにより、構成単位は、より円滑な変形(変位)が可能となり、アクチュエーター100はより低電圧で駆動するものとなる。
Hereinafter, a structural unit as shown in FIG. 3 will be mainly described.
The unit A that constitutes the structural unit is a group (unit) that has a bond that functions as a rotation axis and is rotatable about the bond. By having such a unit, the stimulus-responsive compound can be deformed (displaced).
As the unit A, for example, a group in which two aromatic rings are bonded can be used. Among them, one type selected from the group consisting of the following formula (1), the following formula (2), and the following formula (3) is used. It is preferable that Thereby, the structural unit can be deformed (displaced) more smoothly, and the actuator 100 is driven at a lower voltage.

Figure 0005924146
Figure 0005924146

ユニットB(第1のユニットBと第2のユニットB)は、図3(a)に示すように、ユニットAの回転軸方向の両末端(ユニットAの第1の結合部位および第2の結合部位)に結合している基である。すなわち、第1のユニットBがユニットAの第1の結合部位に、第2のユニットBがユニットAの第2の結合部位に結合している。
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3(b)参照)。言い換えると、外部から電子の受け取る(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。このような酸化還元反応は、例えば、電圧を印加することにより、進行させることができる。また、電圧の印加を止めることで、構成単位の酸化還元反応を止めることができ、結果として、第1の変形材料層11の形状を保持することが可能となる。
As shown in FIG. 3A, the unit B (the first unit B and the second unit B) has both ends in the rotation axis direction of the unit A (the first coupling site and the second coupling of the unit A). Group). That is, the first unit B is bonded to the first binding site of unit A, and the second unit B is bonded to the second binding site of unit A.
Unit B is a group that forms a bond between units B by an oxidation-reduction reaction (see FIG. 3B). In other words, it is a group that forms a bond by receiving (reducing) electrons from the outside. Further, it is a group that releases bonds by releasing (oxidizing) electrons to the outside. Such a redox reaction can be advanced by applying a voltage, for example. Further, by stopping the application of voltage, the redox reaction of the structural unit can be stopped, and as a result, the shape of the first deformable material layer 11 can be maintained.

特に、図3に示すように、構成単位が、酸化反応により、伸長(膨張)し、かつ、正に帯電するものである場合、以下のような効果が得られる。
すなわち、構成単位自体が伸長(膨張)することにより、これにより、第1の変形材料層11全体の体積が大きくなり、伸長(膨張)する効果が得られるとともに、正に帯電した構成単位の分子同士が静電的に反発することにより、第1の変形材料層11全体の体積は、構成単位の分子の体積の増加率よりも大きい割合で増大するという効果が得られる。さらに、酸化反応をする際には、後に詳述する電解質由来のアニオン(陰イオン)が流入することになるため、第1の変形材料層11の体積は、当該アニオン(例えば、BF 等)の体積に対応する分だけ増大することとなる。これらの効果が相乗的に作用し合うことにより、酸化反応が起こる第1の変形材料層11の体積を特に効率よく増大させることができる。これに対し、還元反応が進行する際には、構成単位自体が収縮し、さらに上記のような静電的な反発、および、イオンの流入が生じないため、第1の変形材料層11の伸縮率を高いものとすることができる。以上のようなことから、図3に示すように、構成単位が、酸化反応により、伸長(膨張)し、かつ、正に帯電するものである場合には、第1の変形材料層11全体としての変形量を大きなものとすることができる。その結果、アクチュエーター100全体としての変形量をより大きなものとすることができるとともに、より低い電圧での駆動が可能となる。
In particular, as shown in FIG. 3, the following effects can be obtained when the structural unit is extended (expanded) and positively charged by an oxidation reaction.
That is, when the structural unit itself expands (expands), the volume of the entire first deformable material layer 11 increases, and an effect of expanding (expanding) is obtained. By electrostatically repelling each other, it is possible to obtain an effect that the volume of the entire first deformable material layer 11 increases at a rate larger than the increase rate of the volume of the molecule of the structural unit. Furthermore, when an oxidation reaction is performed, an anion (anion) derived from an electrolyte, which will be described in detail later, flows in, so the volume of the first deformable material layer 11 is the anion (for example, BF 4 − and the like). ) Is increased by an amount corresponding to the volume. By synergistically acting these effects, the volume of the first deformable material layer 11 in which the oxidation reaction occurs can be increased particularly efficiently. On the other hand, when the reduction reaction proceeds, the structural unit itself contracts, and further, the electrostatic repulsion and the inflow of ions as described above do not occur. Therefore, the expansion and contraction of the first deformable material layer 11 occurs. The rate can be high. From the above, as shown in FIG. 3, when the structural unit expands (expands) by the oxidation reaction and is positively charged, the first deformable material layer 11 as a whole The amount of deformation of can be made large. As a result, the deformation amount of the actuator 100 as a whole can be increased, and driving at a lower voltage is possible.

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と)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(4)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より容易に進行させることができる。また、反応性が高いため、構成単位は、より円滑で、かつより低電圧での変形が可能となる。   The unit B (the first unit B and the second unit B) is particularly a group that forms a bond by oxidation-reduction reaction between the units B (the first unit B and the second unit B). Although not limited, the unit B (the first unit B and the second unit B) is preferably a group represented by the following formula (4). Thereby, the coupling | bonding state and the non-bonding state of units B can be reversibly advanced more easily by adjusting reaction conditions. Moreover, since the reactivity is high, the structural unit can be deformed more smoothly and at a lower voltage.

Figure 0005924146
Figure 0005924146

ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)は、重合性官能基を有するものである。この重合性官能基によって、構成単位が重合することで、より分子鎖の長い刺激応答性化合物を形成することができる。また、このように分子鎖を長くすることにより、後に詳述するように、分子の変形(変位)の度合いを大きくすることができ、構成単位は、より強い力(応力)で駆動することが可能となる。   Unit C (first unit C and second unit C) has a polymerizable functional group. A structural unit is polymerized by this polymerizable functional group, whereby a stimulus-responsive compound having a longer molecular chain can be formed. Further, by lengthening the molecular chain in this way, the degree of molecular deformation (displacement) can be increased as will be described in detail later, and the structural unit can be driven with a stronger force (stress). It becomes possible.

また、ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)の重合性官能基は、ビニル基または(メタ)アクリル基であることが好ましい。これにより、容易に刺激応答性化合物が重合することができる。
また、ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)は、液晶性を有する基を有することが好ましい。これにより、ユニットCに電場や磁場の付与したとき、ユニットCは所定の方向に配列する。その結果、構成単位は、その駆動に所定の方向性を示す。ここで、液晶性とは、電場や磁場の付与により、分子の配向方向を変えることができるものをいう。
また、ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)は、液晶性を有する基を有することにより、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料全体の変位をより好適に増幅することができ、変形材料全体としての変位量を特に大きいものとすることができる。また、変形材料は、より低い電圧での変形が可能となる。
In addition, the polymerizable functional group of the unit C (the first unit C and the second unit C) is preferably a vinyl group or a (meth) acryl group. Thereby, the stimulus-responsive compound can be easily polymerized.
The unit C (the first unit C and the second unit C) preferably has a group having liquid crystallinity. Thereby, when an electric field or a magnetic field is applied to the unit C, the unit C is arranged in a predetermined direction. As a result, the structural unit shows a predetermined direction for its driving. Here, liquid crystallinity means that the orientation direction of molecules can be changed by applying an electric field or a magnetic field.
Further, the unit C (the first unit C and the second unit C) has a group having liquid crystallinity, so that the displacement of the entire deformable material accompanying the expansion and contraction of the stimulus responsive compound formed by polymerizing the structural units can be reduced. Amplification can be performed more suitably, and the amount of displacement of the entire deformable material can be made particularly large. In addition, the deformable material can be deformed at a lower voltage.

ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)としては、液晶性を示す基を含む場合、複数の環構造を有する基、例えば、複数の芳香環(例えば、フェニル基)をエステル基で連結したもの、芳香環(例えば、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。また、特に、複数の環構造を有する基は、2以上の芳香環を含むものが好ましい。   When the unit C (the first unit C and the second unit C) includes a group exhibiting liquid crystallinity, a group having a plurality of ring structures, for example, a plurality of aromatic rings (for example, phenyl groups) is converted into an ester group , An aromatic ring (for example, benzene ring) or a cyclohexane ring directly connected. In particular, the group having a plurality of ring structures preferably contains two or more aromatic rings.

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、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、運動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。   As the unit C, it is particularly preferable to use a group in which one or more halogen atoms are bonded to one ring structure among a plurality of ring structures. Thereby, the movement performance at the time of orientation of the unit C can be made higher, and the movement speed becomes faster. As a result, the deformable material can be deformed (displaced) faster and more smoothly, and can be driven at a lower voltage.

また、構成単位が液晶性を有する官能基を有するものである場合、液晶性を有する官能基と重合性官能基とが連結基を介して配置されていることが好ましい。これにより、液晶性を有する基が配向する際に、各液晶性を有する基同士が障害となり、配向しにくくなることを抑制することができる。また、液晶性を有する基を有するユニット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、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物の運動速度がより早くなる。また、変形材料は、より速くかつより円滑に変形(変位)がすることができる。   Moreover, when a structural unit has a functional group which has liquid crystallinity, it is preferable that the functional group and liquid crystalline functional group which have liquid crystallinity are arrange | positioned through the coupling group. Thereby, when the group which has liquid crystallinity aligns, it can suppress that each group which has liquid crystallinity becomes obstruction | occlusion, and becomes difficult to align. Moreover, the movement performance at the time of orientation of the unit C having a group having liquid crystallinity can be made higher, and the movement speed of the stimuli-responsive compound obtained by polymerizing the structural unit becomes faster. In addition, the deformable material can be deformed (displaced) faster and more smoothly.

また、液晶性を有する官能基と重合性官能基とを接合する連結基としては、C2nまたはC2nO(ただし、nは1以上の整数を表す)で表されるものが挙げられる。この場合、nは、1以上の整数であればよいが、特に、2〜10の整数であることが好ましい。これにより、液晶性を有する基を有するユニットCの配向時における運動性能を特に高いものとすることができ、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物の運動速度を特に早いものとすることができる。
前述したような、重合性官能基と、液晶基を有する基と、液晶性を有する官能基と重合性官能基とを接合する連結基とを有するユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)は、の具体例としては、以下のようなものが挙げることができる。
As the linking group joining the functional group and a polymerizable functional group having liquid crystallinity, C n H 2n or C n H 2n O (where, n is an integer of 1 or more) those represented by Can be mentioned. In this case, n may be an integer of 1 or more, but is particularly preferably an integer of 2 to 10. As a result, the movement performance of the unit C having a group having liquid crystallinity during alignment can be made particularly high, and the movement speed of the stimulus-responsive compound formed by polymerizing the structural units can be made particularly fast. it can.
As described above, the unit C (the first unit C and the second unit C) having a polymerizable functional group, a group having a liquid crystal group, and a linking group for joining the functional group having liquid crystallinity and the polymerizable functional group. Specific examples of the unit C) include the following.

Figure 0005924146
Figure 0005924146

ユニットCは、構成単位の分子内において、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、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、その結果、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。   The unit C may be bonded to any site in the molecule of the structural unit. For example, the unit C may be bonded to the unit B, but is preferably bonded to the unit A. In particular, when the unit includes two units C (a first unit C and a second unit C), the first unit C includes the third binding site (the first binding site, the first unit, and the second unit C). The second unit C is arranged in the fourth binding site of the unit A (first binding site, second binding site, third binding site). It is preferable that they are arranged at different sites. Thereby, it can deform | transform suitably at a still lower voltage. As a result, the flexibility of the deformable material and the operability in the low temperature region can be further improved.

以上説明したように、構成単位が、軸回転可能なユニットAと、ユニットAの両末端(第1の結合部位および第2の結合部位)に結合した2つのユニットであって、酸化還元反応によりユニット同士で結合を形成することが可能なユニットB(第1のユニットBと第2のユニットB)と、ユニットB(第1のユニットBと第2のユニットB)に結合した2つのユニットであって、液晶性を有するユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)とを有しているものである場合、より低い電力で変形(変位)させることができるとともに、変位の度合いを比較的大きくすることができる。これは、以下の理由によるものと考えられる。   As described above, the structural unit is the unit A that can rotate the axis and the two units that are bonded to both ends (the first binding site and the second binding site) of the unit A. A unit B (first unit B and second unit B) capable of forming a coupling between units, and two units coupled to unit B (first unit B and second unit B) In the case where the liquid crystallinity unit C (the first unit C and the second unit C) is included, it can be deformed (displaced) with lower power and the degree of displacement. Can be made relatively large. This is considered to be due to the following reasons.

すなわち、液晶性を有するユニットCによって複数の構成単位が配向した(並んだ)状態で存在することができ、その揃った状態で電圧等を印加して1分子内のユニットB同士が酸化還元反応により結合する(架橋する)。このように、ユニットCの配向性(液晶性)とユニットBの刺激による結合性とを利用することで、図3(a)に示す状態から、図3(b)に示す状態へと確実に変形(変位)することができる。特に、ユニットCの配向とユニットB同士の結合は、低い電圧で進行するので、低電圧で、大きな変形(変位)が可能となる。   That is, a plurality of structural units can be aligned (arranged) by the unit C having liquid crystallinity, and a voltage or the like is applied in the aligned state so that the units B in one molecule can undergo oxidation-reduction reactions. To bond (crosslink). Thus, by utilizing the orientation (liquid crystallinity) of the unit C and the binding property by the stimulation of the unit B, the state shown in FIG. 3 (a) is surely changed to the state shown in FIG. 3 (b). It can be deformed (displaced). In particular, since the orientation of the unit C and the coupling between the units B proceed at a low voltage, a large deformation (displacement) is possible at a low voltage.

また、構成単位は、前述したユニット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(図5、図6参照)。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、第1の変形材料層11(アクチュエーター100)の柔軟性をさらに優れたものとすることができる。また、低温でも、構成単位を含む刺激応答性化合物(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、構成単位がユニット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、酸化還元反応において電荷の移動がより速やかなものとなる。その結果、刺激応答性化合物を含むアクチュエーター100の応答速度はより速いものとなる。
また、構成単位がユニット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、溶媒を保持する能力(保液性)を特に優れたものとすることできる。このため、変形材料をより最適な硬さに調整できる。また、アクチュエーター100を、より柔軟に変形し、円滑に作動をするものとすることができる。
In addition to the unit A, unit B (first unit B, second unit B) and unit C (first unit C, second unit C) described above, the structural unit is further in the molecule. A unit D containing a polyalkylene oxide structure obtained by polymerizing alkylene oxides having 2 and / or 3 carbon atoms may be included (see FIGS. 5 and 6). Thereby, it can deform | transform suitably with a lower voltage. Further, the flexibility of the first deformable material layer 11 (actuator 100) can be further improved. In addition, crystallization of the stimulus-responsive compound (deformable material) containing the structural unit can be reliably prevented even at a low temperature, and the operability in a low temperature region (for example, −10 ° C. or lower) is particularly excellent. be able to. In addition, since the structural unit includes unit D, the stimulus-responsive compound as a whole can have excellent affinity and compatibility with the salt (electrolyte), and charge transfer can be more improved in the oxidation-reduction reaction. Promptly. As a result, the response speed of the actuator 100 including the stimulus-responsive compound becomes faster.
Moreover, when the structural unit includes the unit D, the ability to retain the solvent (liquid retention) can be made particularly excellent as the entire stimulus-responsive compound. For this reason, a deformable material can be adjusted to more optimal hardness. Further, the actuator 100 can be deformed more flexibly and operate smoothly.

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、図5に示す構成では、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、アクチュエーター100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。
ユニットDは、構成単位の分子内において、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、分子内に2つのユニットD(第1のユニットDおよび第2のユニットD)を含むものである場合、第1のユニットD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)に配置されたものであり、第2のユニットD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、アクチュエーター100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。
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、アクチュエーター100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。
The stimulus-responsive compound may include one unit D in the molecule, but in the configuration shown in FIG. 5, the unit D includes the first unit D and the second unit D. . Thereby, it can deform | transform suitably at a still lower voltage. Further, the flexibility of the actuator 100 and the operability in a low temperature region can be further improved.
The unit D may be bonded to any site in the molecule of the structural unit. For example, the unit D may be bonded to the unit B, but is preferably bonded to the unit A. In particular, when the unit includes two units D (a first unit D and a second unit D), the first unit D has a third binding site (a first binding site, a first unit, The second unit D is arranged in the fourth binding site of the unit A (first binding site, second binding site, third binding site). It is preferable that they are arranged at different sites. Thereby, it can deform | transform suitably at a still lower voltage. Further, the flexibility of the actuator 100 and the operability in a low temperature region can be further improved.
The first unit D is preferably coupled to the first unit C, and the second unit D is preferably coupled to the second unit C. Thereby, it can deform | transform suitably at a still lower voltage. Further, the flexibility of the actuator 100 and the operability in a low temperature region can be further improved.

前述したように、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。
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、アクチュエーター100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、アクチュエーター100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100の耐久性を特に優れたものとすることができる。
As described above, the unit D (the first unit D and the second unit D) includes a polyalkylene oxide structure obtained by polymerizing alkylene oxides having 2 and / or 3 carbon atoms.
When the unit D has a structure obtained by polymerizing alkylene oxide having 2 carbon atoms (ethylene oxide), the flexibility of the actuator 100, the operability in the low temperature region, etc. can be made particularly excellent. Further, the response speed of the actuator 100 can be made particularly fast.
Further, when the unit D has a structure formed by polymerization of alkylene oxide (propylene oxide) having 3 carbon atoms, the durability of the deformable material / actuator 100 can be made particularly excellent.

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100の耐久性をさらに優れたものとしつつ、アクチュエーター100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、アクチュエーター100の応答速度を特に速いものとすることができる。   The number of alkylene oxide polymerizations in the unit D (first unit D, second unit D) (number of molecules of alkylene oxide as a raw material) is preferably 4 or more and 20 or less, preferably 5 or more and 10 or less. Is more preferable. While the durability of the deformable material / actuator 100 is further improved, the flexibility of the actuator 100, the operability in the low temperature region, etc. can be made particularly excellent, and the response speed of the actuator 100 is particularly fast. can do.

[刺激応答性化合物]
刺激応答性化合物は、前述したような構成単位が重合してなる重合体である。
前述したような構成単位は、ユニットC(第1のユニットCと第2のユニットC)に重合性官能基を有しているものであるため、この重合性官能基を利用して重合することで、構成単位が重合してなる重合体である刺激応答性化合物を得ることができる。これにより、刺激応答性化合物の分子の変形(変位)の度合いを大きくすることができる。その結果、変形材料として、より大きな変位量を得ることができ、アクチュエーター100の作動性を優れたものとすることができる。
[Stimulus-responsive compound]
The stimulus-responsive compound is a polymer obtained by polymerizing the structural units as described above.
Since the structural unit as described above has a polymerizable functional group in the unit C (the first unit C and the second unit C), polymerization is performed using this polymerizable functional group. Thus, a stimuli-responsive compound that is a polymer obtained by polymerizing the structural units can be obtained. Thereby, the degree of deformation (displacement) of the molecule of the stimulus-responsive compound can be increased. As a result, a larger amount of displacement can be obtained as the deformable material, and the operability of the actuator 100 can be improved.

すなわち、ユニットCの重合性官能基を利用して、構成単位が重合してなる重合体である刺激応答性化合物は、図2に示される構造のように構成単位が順次連なった状態となる。そして、刺激応答性化合物が酸化された状態では、図4(a)に示すように、構成単位が長手方向に連なって伸びた状態で存在している。これにより、分子の立体構造は、伸長(膨張)した状態をなる。そして、刺激応答性化合物が還元された状態では、図4(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同士が酸化還元反応により結合し、さらに、液晶性のユニットCが配向することにより、ユニットBを基点として折りたたまれた状態となる。これにより、分子の立体構造は、収縮した状態となる。このように、刺激応答性化合物全体として、分子の立体構造が大きく変化する。ここで、ユニットBを有する構成単位を重合してなる刺激応答性材料は、折れ曲がりの基点となるユニットBを複数有する。このため、刺激応答性材料全体として、変位の度合いを大きなものとすることができる。その結果、刺激応答性化合物を含むアクチュエーター100の変位の度合いを大きなものとすることができる。   That is, the stimuli-responsive compound, which is a polymer obtained by polymerizing the structural units using the polymerizable functional group of the unit C, is in a state in which the structural units are successively connected like the structure shown in FIG. And in the state which the stimulus responsive compound was oxidized, as shown to Fig.4 (a), the structural unit exists in the state extended in a line in the longitudinal direction. Thereby, the three-dimensional structure of the molecule is in an expanded (expanded) state. In the state where the stimuli-responsive compound is reduced, as shown in FIG. 4B, the unit A rotates about the axis, the adjacent units B are bonded together by an oxidation-reduction reaction, and further, the liquid crystalline unit When C is oriented, it is folded with unit B as a base point. Thereby, the three-dimensional structure of the molecule is in a contracted state. Thus, as a whole stimulus-responsive compound, the three-dimensional structure of the molecule changes greatly. Here, the stimuli-responsive material formed by polymerizing the structural unit having the unit B has a plurality of units B serving as the base points of the bending. For this reason, the degree of displacement can be made large as a whole stimulus-responsive material. As a result, the degree of displacement of the actuator 100 including the stimulus responsive compound can be increased.

さらに、刺激応答性化合物に電圧を印加することで、液晶性を有する官能基を有するユニットCは所定の方向に配列する。このため、前述したような折れ曲がりの基点となるユニットBが複数あることと、各構成単位のユニットCが配向することとの相乗効果により、刺激応答性材料全体として、変位の度合いをより大きなものとすることができる。その結果、刺激応答性化合物を含むアクチュエーター100の変位の度合いを大きなものとすることができる。
また、前述した分子の立体構造の変化には、可逆性があり、前記のように収縮した状態から、伸長(膨張)した状態へと戻ることができる。また、この分子の立体構造の変化は、複数回実施でき、再現性にも優れている。
Further, by applying a voltage to the stimulus-responsive compound, the units C having functional groups having liquid crystallinity are arranged in a predetermined direction. For this reason, the stimulus-responsive material as a whole has a greater degree of displacement due to the synergistic effect of the plurality of units B serving as the base points of bending as described above and the orientation of the units C of each constituent unit. It can be. As a result, the degree of displacement of the actuator 100 including the stimulus responsive compound can be increased.
Further, the change in the three-dimensional structure of the molecule described above is reversible, and can return from the contracted state to the expanded (expanded) state as described above. Further, the change in the three-dimensional structure of the molecule can be performed a plurality of times, and the reproducibility is excellent.

以上のように刺激応答性化合物は、分子の立体構造の変化と、その可逆性や再現性を備えている。このため、刺激応答性化合物を含む変形材料も、同様の効果を備えている。その結果、変形材料は、変形の度合い(変形率)を大きなものとすることができるとともに、その変形に方向性を持たせることができる。そして、電圧の印加を止めることで、第1の変形材料層11の形状を保持することができ、アクチュエーター100の形状を保持することができる。   As described above, the stimulus-responsive compound has a change in the three-dimensional structure of the molecule and its reversibility and reproducibility. For this reason, the deformable material containing the stimulus-responsive compound has the same effect. As a result, the deformable material can increase the degree of deformation (deformation rate), and can impart directionality to the deformation. Then, by stopping the application of voltage, the shape of the first deformable material layer 11 can be maintained, and the shape of the actuator 100 can be maintained.

また、刺激応答性化合物を含む変形材料が、ゲル状をなす場合、構成単位を重合してなる刺激応答性化合物がそれ自体でゲル状をなすもの(刺激応答性化合物を単独でゲル状になすものに加え、刺激応答性化合物に溶媒を加えてゲル状をなすものを含む。以下同様。)であり、変形材料がゲル状をなすものと、ゲル化剤を別途付加して、変形材料をゲル化するものとがある。   In addition, when the deformable material containing the stimulus-responsive compound is in a gel form, the stimulus-responsive compound obtained by polymerizing the structural unit itself forms a gel (the stimulus-responsive compound is made into a gel alone. In addition to the above, a gel is formed by adding a solvent to the stimuli-responsive compound. The same shall apply hereinafter.) The deformable material is in the form of a gel, and a gelling agent is added separately to form the deformable material. Some gels.

構成単位を重合してなる刺激応答性化合物がそれ自体でゲル状をなすものは、刺激応答性高分子に溶媒を取り込むことで、変形材料をゲル化することができる。また、これにより、変形材料は、異方的な伸縮をより好適に行うことができる。また、変形材料はより好適な弾性を有するものとなる。さらに、刺激応答性化合物は、ポリアルキレンオキシド構造を含むユニットDを有する構成単位が重合してなる重合体である場合、刺激応答性化合物全体として、溶媒を保持する能力(保液性)を特に優れたものとすることできる。その結果、変形材料をゲル化することができ、変形材料としての形状の安定性、取り扱い性が特に優れたものとなる。結果として、アクチュエーター100の形状の安定性を優れたものとすることができる。   When the stimulus-responsive compound obtained by polymerizing the structural unit forms a gel by itself, the deformable material can be gelled by incorporating a solvent into the stimulus-responsive polymer. Thereby, the deformable material can more suitably perform anisotropic expansion and contraction. Further, the deformable material has more suitable elasticity. Furthermore, when the stimuli-responsive compound is a polymer obtained by polymerizing a structural unit having a unit D containing a polyalkylene oxide structure, the stimuli-responsive compound as a whole has an ability to retain a solvent (liquid retention), in particular. It can be excellent. As a result, the deformable material can be gelled, and the shape stability and handleability as the deformable material are particularly excellent. As a result, the shape stability of the actuator 100 can be made excellent.

また、刺激応答性化合物は、前述したような構成単位を重合してなる重合体のみからなるものであってもよいが、この重合体に、その他の構成を含んだものであってもよい。例えば、前述したような重合体に、さらに部分的に化学修飾し、置換基を導入してもよい。これにより、例えば、刺激応答性化合物全体としての応答速度をより向上させることができる。また、例えば、刺激応答性化合物全体として、溶媒を保持する能力(保液性)を特に優れたものとすることができる。   Further, the stimulus-responsive compound may be composed only of a polymer obtained by polymerizing the structural units as described above, but the polymer may include other components. For example, the polymer as described above may be further partially chemically modified to introduce a substituent. Thereby, for example, the response speed of the stimulus-responsive compound as a whole can be further improved. In addition, for example, as a whole stimulus-responsive compound, the ability to retain a solvent (liquid retention) can be made particularly excellent.

刺激応答性化合物の重量平均分子量(Mw)は、1,000以上500,000以下であるのが好ましく、10,000以上100,000以下であるのがより好ましい。これにより、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刺激応答性化合物の含有率は、10質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、20質量%以上60質量%以下であるのがより好ましい。これにより、本発明の効果が、より顕著に発揮される。
The weight average molecular weight (Mw) of the stimulus-responsive compound is preferably 1,000 or more and 500,000 or less, and more preferably 10,000 or more and 100,000 or less. Thereby, the effect of this invention is exhibited more notably.
The content of the stimulus-responsive compound in the deformable material is preferably 10% by mass to 80% by mass, and more preferably 20% by mass to 60% by mass. Thereby, the effect of this invention is exhibited more notably.

<電解質>
第1の変形材料層11を構成する変形材料は、電解質を含むものである。
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、六フッ化リン酸リチウム、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、1−ブチル−1−メチルピロリジニウム ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(BMPTFSI)、メチル−トリオクチルアンモニウム ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(MTOATFSI)、トリエチルスルフォニウム ビス(トリフルオロメチルスルフォニル)イミド(TESTFSI)、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリフルオロメタンスルフォネート(EMICFSO)等の有機塩等を用いることができる。BMPTFSI、MTOATFSI、TESTFSI、および、EMICFSOの構造式は、それぞれ、下記式(6)、下記式(7)、下記式(8)、および、下記式(9)で表される。
<Electrolyte>
The deformable material constituting the first deformable material layer 11 includes an electrolyte.
As the electrolyte, various acids, bases and salts can be used, but it is preferable to use a salt. Thereby, the durability of the deformable material can be made particularly excellent. Examples of the electrolyte salt include inorganic salts such as lithium perchlorate, lithium hexafluorophosphate, and lithium trifluoromethanesulfonate; tetrabutylammonium tetrafluoroboron, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (tri Fluoromethylsulfonyl) imide (BMPTFSI), methyl-trioctylammonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (MTOATFSI), triethylsulfonium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (TESTFSI), 1-ethyl-3-methylimidazo An organic salt such as lithium trifluoromethanesulfonate (EMICF 3 SO 3 ) can be used. The structural formulas of BMPTFSI, MTOATFSI, TESTFSI, and EMICF 3 SO 3 are represented by the following formula (6), the following formula (7), the following formula (8), and the following formula (9), respectively.

Figure 0005924146
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変形材料は、中でも、電解質として,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、六フッ化リン酸リチウム、および、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロホウ素よりなる群から選択される1種または2種以上を含むものであるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物(変形材料、アクチュエーター100)の応答速度をさらに効果的に向上させることができるとともに、刺激応答性化合物の伸縮にともなうアクチュエーター100全体の変位をさらに増幅することができる。   The deformable material includes, as an electrolyte, one or more selected from the group consisting of lithium perchlorate, lithium trifluoromethanesulfonate, lithium hexafluorophosphate, and tetrabutylammonium tetrafluoroboron. It is preferable that As a result, the response speed of the stimulus-responsive compound (deformable material, actuator 100) can be further effectively improved, and the displacement of the entire actuator 100 associated with the expansion and contraction of the stimulus-responsive compound can be further amplified.

前述したような電解質を含むことにより、電源10による安定的な通電が可能となる。また、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、第1の変形材料層11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、変形第1の変形材料層11全体(特に、第1の変形材料層11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、アクチュエーター100全体としての伸縮率を特に大きいものとすることができる。
変形材料中の電解質の含有率は、3質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、5質量%以上30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。
By including the electrolyte as described above, stable power supply by the power supply 10 is possible. Moreover, the charge delivery to the stimulus-responsive compound can be advanced more rapidly, and the high-speed response of the first deformable material layer 11 can be made particularly excellent. Further, the stimuli-responsive compound constituting the deformable material layer can be efficiently expanded and contracted over the entire deformed first deformable material layer 11 (particularly, the entire thickness direction of the first deformable material layer 11). As a result, the expansion / contraction rate of the actuator 100 as a whole can be made particularly large.
The content of the electrolyte in the deformable material is preferably 3% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less. Thereby, the effects as described above are more remarkably exhibited.

<電子導電性物質>
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料は、変形材料中において電子を輸送する機能を有する電子導電性物質を含んでいてもよい。
電子導電性物質としては、例えば、金属材料、炭素材料、それらの化合物、または有機材料などが挙げられる。具体例としては、例えば、グラファイト、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノ粒子、アセチレンブラック、活性炭等の各種炭素材料;ポリアニリン、ポリチオール、ポリピロール、Si系やGa系等の半導体材料、PEDOT:PSS(3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン−ポリスチレンスルフォン酸)等の導電性高分子;透明導電性酸化物材料(例えば、ITO(酸化インジウムスズ)等);各種金属ナノワイヤー;等が挙げられる。その中でも特に、炭素材料が好ましく、カーボンナノ粒子がより好ましい。これにより、変形材料全体に高い電子導電性を付与することができる。
<Electronic conductive material>
Further, the deformable material constituting the first deformable material layer 11 may include an electron conductive material having a function of transporting electrons in the deformable material.
Examples of the electronic conductive substance include a metal material, a carbon material, a compound thereof, or an organic material. Specific examples include, for example, various carbon materials such as graphite, carbon nanotubes, graphene, carbon nanoparticles, acetylene black and activated carbon; polyaniline, polythiol, polypyrrole, semiconductor materials such as Si-based and Ga-based materials, PEDOT: PSS (3, Examples thereof include conductive polymers such as 4-polyethylenedioxythiophene-polystyrene sulfonic acid), transparent conductive oxide materials (for example, ITO (indium tin oxide)), various metal nanowires, and the like. Among these, carbon materials are particularly preferable, and carbon nanoparticles are more preferable. Thereby, high electronic conductivity can be imparted to the entire deformable material.

また、炭素材料等の粒子の形態は特に限定されず、緻密質、多孔質、中空等いずれの形態であってもよい。また、例えば、電子導電性物質として、カーボンナノ粒子を用いる場合、中空シェル状構造を持つカーボンナノ粒子を用いるのが好ましい。電子は粒子の表面のみを輸送されるため、中空シェル状構造を持つカーボンナノ粒子を用いることにより、電子の輸送機能がさらに向上する。また、比較的低い電圧で変形材料全体を大きく変位させることができ、アクチュエーター100は、より速くかつより円滑に変形(変位)が可能となる。   Moreover, the form of particles, such as a carbon material, is not specifically limited, Any forms, such as dense, porous, and hollow, may be sufficient. Further, for example, when carbon nanoparticles are used as the electronic conductive material, it is preferable to use carbon nanoparticles having a hollow shell structure. Since electrons are transported only on the surface of the particles, the use of carbon nanoparticles having a hollow shell structure further improves the electron transport function. Further, the entire deformable material can be greatly displaced with a relatively low voltage, and the actuator 100 can be deformed (displaced) faster and more smoothly.

電子導電性物質として中空シェル状構造のカーボンナノ粒子を用いる場合、当該カーボンナノ粒子の空隙率(空孔率)は、90体積%以下であることが好ましく、30体積%以上90体積%以下であるのがより好ましく、60体積%以上90体積%以下であるのがさらに好ましい。これにより、カーボンナノ粒子(電子導電性物質)の形状の安定性を保持しつつ、上記のような効果をより顕著に発揮させることができる。その結果、長期間にわたって安定的に上記のような効果を発揮させることができるとともに、アクチュエーター100のロット間での特性の均一性を特に優れたものとすることができる。   When carbon nanoparticles having a hollow shell structure are used as the electron conductive substance, the porosity (porosity) of the carbon nanoparticles is preferably 90% by volume or less, and 30% by volume or more and 90% by volume or less. More preferably, it is 60 volume% or more and 90 volume% or less. Thereby, the above effects can be exhibited more significantly while maintaining the stability of the shape of the carbon nanoparticles (electronic conductive material). As a result, the above-described effects can be exhibited stably over a long period of time, and the uniformity of characteristics among the lots of the actuator 100 can be made particularly excellent.

電子導電性物質は、変形材料中において、他の成分に溶解するものであってもよいが、変形材料中に不溶成分として存在しているものであるのが好ましく、特に、固体状で存在しているものが好ましい。
電子導電性物質の形状は、例えば、粒子状、平板状、繊維状(例えば、チューブ状)等の様々な形状をなすものであるのが挙げられるが、特に、粒子状をなすものであることが好ましい。なお、粒子の形状は、球体、非球体(例えば、鱗片状、紡錘状、回転楕円体)のいずれのものでもよい。これにより、変形材料全体に均一に電子導電性物質を分散させることができ、比較的低い電圧で変形材料全体を均一に大きく変位させることができ、アクチュエーター100全体を均一に大きく変位させることができる。
The electron conductive substance may be dissolved in other components in the deformable material, but is preferably present as an insoluble component in the deformable material, particularly in a solid state. Are preferred.
Examples of the shape of the electron conductive material include various shapes such as a particle shape, a flat plate shape, and a fiber shape (for example, a tube shape). In particular, the electron conductive material has a particle shape. Is preferred. The shape of the particles may be spherical or non-spherical (for example, scaly, spindle, or spheroid). As a result, the electron conductive material can be uniformly dispersed throughout the deformable material, the entire deformable material can be uniformly and largely displaced at a relatively low voltage, and the entire actuator 100 can be uniformly and largely displaced. .

電子導電性物質が粒子状の場合、その平均粒径は、1nm以上10μm以下であるのが好ましく、2nm以上90nm以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料全体に、必要な濃度の電子導電性材料を付与することにより、確実に変形材料中での電子の供給ができる。また、刺激応答性化合物への電子供給効率を特に優れたものとすることができ、アクチュエーター100は、より速くかつより円滑に変形(変位)が可能となる。これに対して、平均粒径が前記下限値未満であると、電子導電性材料が凝集してしまし、凝集を防止するための処理が加えて必要となる。一方、平均粒径が前記上限値を超えると、電子導電性材料の含有率を高める必要が生じ、前述したような効果のさらなる向上がみられない。   When the electron conductive substance is in the form of particles, the average particle diameter is preferably 1 nm or more and 10 μm or less, and more preferably 2 nm or more and 90 nm or less. Thereby, the electron in a deformable material can be reliably supplied by providing an electron conductive material of a required density | concentration to the whole deformable material. In addition, the electron supply efficiency to the stimulus-responsive compound can be made particularly excellent, and the actuator 100 can be deformed (displaced) faster and more smoothly. On the other hand, when the average particle size is less than the lower limit, the electron conductive material aggregates, and a treatment for preventing aggregation is necessary. On the other hand, when the average particle diameter exceeds the upper limit, it is necessary to increase the content of the electronic conductive material, and further improvement of the effects as described above is not observed.

なお、本明細書では、「平均粒径」とは、体積基準の平均粒径(体積平均粒径(D50))のことを指すものとする。測定装置としては、例えば、レーザー回折・散乱式粒度分析計 マイクロトラックMT−3000(日機装社製)等が挙げられる。なお、後述の実施例における体積平均粒径(D50)は、前記のマイクロトラックMT−3000で測定した値である。 In the present specification, “average particle diameter” refers to a volume-based average particle diameter (volume average particle diameter (D 50 )). Examples of the measuring apparatus include a laser diffraction / scattering particle size analyzer Microtrac MT-3000 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). The volume average particle diameter (D 50) in Examples described later is a value measured with Microtrac MT-3000 of the.

前述したような電子導電性材料を含むことにより、比較的低い電圧で第1の変形材料層11全体を大きく変位させることができる。特に、第1の変形材料層11の厚さが比較的大きい場合であっても、第1の変形材料層11全体を効率よく変形させることができる。その結果、低電圧で、より大きな変位力、変位量を得ることができる。また、電源10から引き出した配線を、変形材料(第1の変形材料層11)の広い面積において接触させなくても、変形材料(第1の変形材料層11)をより大きく変位させることができる。その結果、アクチュエーター100は、より柔軟に変形し、円滑に作動をすることができる。また、変形材料の厚さが比較的大きいものであっても、その表面付近と、中心部付近とでの変形量の差が小さくなるため、変形量の制御が容易となる。   By including the electronic conductive material as described above, the entire first deformable material layer 11 can be greatly displaced at a relatively low voltage. In particular, even when the thickness of the first deformable material layer 11 is relatively large, the entire first deformable material layer 11 can be efficiently deformed. As a result, a larger displacement force and displacement amount can be obtained at a low voltage. In addition, the deformable material (first deformable material layer 11) can be displaced more greatly without contacting the wiring drawn from the power supply 10 over a large area of the deformable material (first deformable material layer 11). . As a result, the actuator 100 can deform more flexibly and operate smoothly. Further, even if the thickness of the deformable material is relatively large, the difference in deformation amount between the vicinity of the surface and the vicinity of the center portion becomes small, so that the deformation amount can be easily controlled.

変形材料中における電子導電性物質の含有率は、10質量%以上90質量%以下であるのが好ましく、30質量%以上70質量%以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料中における電子の輸送を好適に行うことができ、アクチュエーター100は、より速くかつより円滑に変形(変位)が可能となる。これに対して、電子導電性物質の含有率が前記下限値未満であると、変形材料中における電子の移動を補助する機能が減少する。一方、電子導電性物質の含有率が前記上限値を超えると、前述したような効果のさらなる向上がみられない。   The content of the electron conductive substance in the deformable material is preferably 10% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 70% by mass or less. Thereby, the transport of electrons in the deformable material can be suitably performed, and the actuator 100 can be deformed (displaced) faster and more smoothly. On the other hand, when the content of the electron conductive material is less than the lower limit value, the function of assisting the movement of electrons in the deformable material decreases. On the other hand, when the content of the electronic conductive material exceeds the upper limit, further improvement of the effects as described above is not observed.

また、変形材料中の電子導電性物質の分散状態は、均一なものがよいが、変形材料中での電子導電性材料の濃度が、連続的、断続的(間欠的)に、変化するような部分があってもよい。変形材料中の電子導電性物質の分散状態が均一な場合、比較的低い電圧で変形材料全体を均一により大きく変位させることができる。特に、変形材料の厚さが比較的大きい場合であっても、より効率よく変形させることができる。   Also, the dispersion state of the electronic conductive material in the deformable material is preferably uniform, but the concentration of the electronic conductive material in the deformable material changes continuously and intermittently (intermittently). There may be parts. When the dispersion state of the electronic conductive substance in the deformable material is uniform, the entire deformable material can be uniformly and largely displaced with a relatively low voltage. In particular, even when the thickness of the deformable material is relatively large, the deformable material can be more efficiently deformed.

<溶媒>
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料は、溶媒を含むものであってもよい。溶媒が刺激応答性高分子等に取り込まれると、変形材料を好適にゲル化することができるため、容易に固形化することができるとともに、変形材料の取り扱い性を向上させることがでる。さらには、第1の変形材料層11を最適な硬さに調整でき、アクチュエーター100の柔軟性を特に優れたものとすることができる。また、単体で固体状をなす電解質を含む場合において、当該電解質を変形材料中において溶解することができ、好適に電離した状態にすることができる。
<Solvent>
Moreover, the deformation material which comprises the 1st deformation material layer 11 may contain a solvent. When the solvent is taken into the stimulus-responsive polymer or the like, the deformable material can be suitably gelled, so that it can be easily solidified and the handleability of the deformable material can be improved. Furthermore, the first deformable material layer 11 can be adjusted to an optimum hardness, and the flexibility of the actuator 100 can be made particularly excellent. In addition, in the case of including an electrolyte that is solid as a single substance, the electrolyte can be dissolved in the deformable material, and can be suitably ionized.

溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、トルエン、ベンゼン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、アセトン、プロピレンカーボネイト、メチルペンタノン、エチルペンタノン、アセトニトリル等の有機溶媒を挙げることができる。
変形材料中における溶媒の含有率は、20質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、30質量%以上60量%以下であるのがより好ましい。これにより、変形材料の取り扱い性をより高いものとすることができる。
Examples of the solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), toluene, benzene, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA), chloroform, dichloromethane, dichloroethane, acetone, propylene carbonate, methylpentanone, ethylpentanone, and acetonitrile. Mention may be made of organic solvents.
The content of the solvent in the deformable material is preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 60% by mass or less. Thereby, the handleability of a deformable material can be made higher.

<ゲル化剤>
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料は、変形材料全体をゲル化することができる材料としてのゲル化剤を含んでいてもよい。これにより、変形材料全体をゲル化剤の種類や配合量等の選択によって、第1の変形材料層11を最適な硬さに調整できる。
特に、刺激応答性化合物がゲル化しにくいものである場合でも、ゲル化剤を含むことにより、変形材料全体を第1の変形材料層11を最適な硬さに調整できる。また、刺激応答性化合物がそれ自体でゲル状をなさない場合に限らず、刺激応答性化合物がそれ自体でゲル状をなす場合であっても、同様にゲル化剤を用いることができる。
<Gelling agent>
Further, the deformable material constituting the first deformable material layer 11 may include a gelling agent as a material capable of gelling the entire deformable material. Thereby, the 1st deformable material layer 11 can be adjusted to the optimal hardness by selection of the kind, compounding quantity, etc. of a gelatinizer for the whole deformable material.
In particular, even when the stimulus-responsive compound is difficult to gel, by including the gelling agent, the entire deformable material can be adjusted to the optimal hardness of the first deformable material layer 11. Further, not only when the stimulus-responsive compound does not form a gel by itself, but also when the stimulus-responsive compound forms a gel by itself, a gelling agent can be similarly used.

変形材料を構成するゲル化剤としては、例えば、各種樹脂材料、寒天、ゼラチン、アルギン酸塩、ジェランガム等の材料が挙げられるが、本発明の変形材料は、ゲル化剤として、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、(メタ)アクリル酸メチル、および、有機電解質オリゴマーよりなる群から選択される1種または2種以上を含むものであるのが好ましい。これにより、ゲル化剤の種類や配合量等の選択によって、第1の変形材料層11を最適な硬さに調整できる。また、変形材料(アクチュエーター100)を、より柔軟に変形し、円滑に作動をするものとすることができる。また、これにより、ゲル状の第1の変形材料層11に含まれている溶媒(液体成分)の保持力を優れたものとすることができる。その結果、中間層13は、経時的安定性を向上させることができる。さらに、不本意な経時的なアクチュエーター100の体積減少をより効果的に防止することができる。   Examples of the gelling agent constituting the deformable material include various resin materials, materials such as agar, gelatin, alginate, gellan gum and the like, but the deformable material of the present invention includes vinylidene fluoride-6 It is preferable to include one or more selected from the group consisting of a fluorinated propylene copolymer, methyl (meth) acrylate, and an organic electrolyte oligomer. Thereby, the 1st deformation | transformation material layer 11 can be adjusted to optimal hardness by selection, such as a kind and compounding quantity of a gelatinizer. Further, the deformable material (actuator 100) can be deformed more flexibly and operate smoothly. Thereby, the holding power of the solvent (liquid component) contained in the gel-like first deformable material layer 11 can be made excellent. As a result, the intermediate layer 13 can improve the temporal stability. Furthermore, the volume reduction of the actuator 100 over time can be prevented more effectively.

特に、第1の変形材料層11を構成する変形材料が、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体を含むものである場合変形材料をより柔軟なものとすることができる。また、水分濃度の変動の影響を受けにくくすることができる。その結果、変形材料の不本意な吸湿等をより効果的に防止することができ、アクチュエーター100の変形量をより確実に調整することができる。   In particular, when the deformable material constituting the first deformable material layer 11 includes a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, the deformable material can be made more flexible. In addition, it can be made less susceptible to fluctuations in moisture concentration. As a result, unintentional moisture absorption of the deformable material can be more effectively prevented, and the deformation amount of the actuator 100 can be adjusted more reliably.

フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体の重量平均分子量(Mw)は10,000以上1,000,000以下であるのが好ましく、100,000以上500,000以下であるのがより好ましい。前述したような効果がより顕著に発揮される。
なお、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体の化学構造は、下記式(10)で表すことができる。
The weight average molecular weight (Mw) of the vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer is preferably 10,000 or more and 1,000,000 or less, more preferably 100,000 or more and 500,000 or less. The effects as described above are more remarkably exhibited.
In addition, the chemical structure of a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer can be represented by the following formula (10).

Figure 0005924146
Figure 0005924146

式(10)中、aは、0.60以上0.98以下であるのが好ましく、0.75以上0.95以下であるのがより好ましい。これにより変形材料をより変形に適した柔軟性を有するものとすることができる。
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料が、ポリメタクリル酸メチルを含むものである場合、変形材料が変形する際に割れ等が生じることをより確実に防止することができる。
ポリメタクリル酸メチルの重量平均分子量(Mw)は、10,000以上100,000以下であるのが好ましく、10,000以上50,000以下であるのがより好ましい。前述したような効果がより顕著に発揮される。
なお、ポリメタクリル酸メチルの化学構造は、下記式(11)で表すことができる。
In formula (10), a is preferably from 0.60 to 0.98, and more preferably from 0.75 to 0.95. As a result, the deformable material can have flexibility more suitable for deformation.
Moreover, when the deformable material which comprises the 1st deformable material layer 11 contains polymethyl methacrylate, it can prevent more reliably that a crack etc. arise when a deformable material deform | transforms.
The weight average molecular weight (Mw) of polymethyl methacrylate is preferably 10,000 or more and 100,000 or less, and more preferably 10,000 or more and 50,000 or less. The effects as described above are more remarkably exhibited.
The chemical structure of polymethyl methacrylate can be represented by the following formula (11).

Figure 0005924146
Figure 0005924146

また、第1の変形材料層11を構成する変形材料が、有機電解質オリゴマーを含むものである場合、当該有機電解質オリゴマーが後に述べる電解質の機能も兼ねることができる。
なお、有機電解質オリゴマーとしては、例えば、下記式(12)で表されるものを用いることができる。
Moreover, when the deformation material which comprises the 1st deformation material layer 11 contains an organic electrolyte oligomer, the said organic electrolyte oligomer can also serve as the function of the electrolyte described later.
In addition, as an organic electrolyte oligomer, what is represented by following formula (12) can be used, for example.

Figure 0005924146
(式(12)中、Xは、ハロゲン、(CFSO)N、PF、BF、SCN、または、CFSO、nは、3以上30以下の数である。)
Figure 0005924146
(In the formula (12), X is halogen, (CF 3 SO 2 ) N, PF 6 , BF 4 , SCN, or CF 3 SO 3 , and n is a number of 3 or more and 30 or less.)

変形材料中におけるゲル化剤の含有率は5質量%以上50質量%以下であるのが好ましい。これにより、第1の変形材料層11は、適度な柔軟性を得ることができ、アクチュエーター100の信頼性、耐久性が向上する。   The content of the gelling agent in the deformable material is preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less. Thereby, the 1st deformation | transformation material layer 11 can acquire moderate softness | flexibility, and the reliability and durability of the actuator 100 improve.

<液晶ポリマー>
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料は、液晶ポリマーを含むものであってもよい。
液晶ポリマーは、前述したような刺激応答性化合物の立体構造による、分子の変形に有利なように、補助する機能を有するものが好ましい。特に、第1の変形材料層11を構成する変形材料が刺激応答性化合物として液晶性を有する官能基を備えたとものを含む場合において、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、前述したような刺激応答性化合物の立体構造による、分子の変形に有利なように変化する。このため、変形材料(アクチュエーター100)全体としての変形を、その度合いがより大きく、かつ、応答速度がより速いものとすることができる。すなわち、変形材料(アクチュエーター100)は、特に優れた高速応答性を有し、異方的な伸縮の程度がより大きいものとなる。
<Liquid crystal polymer>
Further, the deformable material constituting the first deformable material layer 11 may include a liquid crystal polymer.
The liquid crystal polymer preferably has an assisting function so as to be advantageous for deformation of the molecule due to the three-dimensional structure of the stimulus-responsive compound as described above. In particular, when the deformable material constituting the first deformable material layer 11 includes a liquid crystal polymer as a stimulus responsive compound, the redox reaction of the stimulus responsive compound is achieved by including a liquid crystal polymer. As the orientation of the functional group having liquid crystallinity (unit C) changes, the orientation of the liquid crystal polymer also changes favorably for the deformation of the molecule due to the three-dimensional structure of the stimuli-responsive compound as described above. For this reason, the deformation of the deformable material (actuator 100) as a whole can be made greater in degree and faster in response speed. That is, the deformable material (actuator 100) has a particularly excellent high-speed response and a greater degree of anisotropic expansion and contraction.

液晶ポリマーは、液晶性を有する官能基を備えたモノマーを重合させることにより得ることができる。
液晶性を有する官能基としては、複数の環構造を有する基、例えば、複数の芳香環(例えば、フェニル基)をエステル基で連結したもの、芳香環(例えば、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。
The liquid crystal polymer can be obtained by polymerizing a monomer having a functional group having liquid crystallinity.
As the functional group having liquid crystallinity, a group having a plurality of ring structures, for example, a group in which a plurality of aromatic rings (for example, a phenyl group) are linked by an ester group, an aromatic ring (for example, a benzene ring) or a cyclohexane ring is directly used. The connected thing is mentioned.

モノマーとしては、例えば、液晶性を有する官能基とアクリル基とを備えたモノマー、液晶性を有する官能基と(メタ)アクリル基とを備えたモノマー等を挙げることができる。
このようなモノマーとしては、例えば、下記式(13)または(14)で表される化合物を挙げることができる。
Examples of the monomer include a monomer having a liquid crystallinity functional group and an acrylic group, and a monomer having a liquid crystallinity functional group and a (meth) acryl group.
Examples of such a monomer include compounds represented by the following formula (13) or (14).

Figure 0005924146
(式(13)、(14)中、nは6以上の整数、Rは炭素数が1以上のアルキル基を示す。)
Figure 0005924146
(In formulas (13) and (14), n represents an integer of 6 or more, and R represents an alkyl group having 1 or more carbon atoms.)

このようなモノマーを用いることにより、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。
変形材料が液晶ポリマーを含むものである場合、当該液晶ポリマーは、架橋剤により架橋されたものであるのが好ましい。これにより、第1の変形材料層11を最適な硬さに調整できる。すなわち、架橋構造を備えた液晶ポリマーを含むことにより、その分子内に刺激応答性化合物を取り込み、第1の変形材料層11を最適な硬さに調整できる。その結果、変形材料全体としての形状の安定性、取り扱い性が特に優れたものとなる。また、これにより、変形材料(アクチュエーター100)は、異方的な伸縮をより好適に行うことができる。また、架橋構造を有することにより、変形材料はより好適な弾性を有するものとなる。
架橋剤としては、上記モノマーで形成されるポリマーを架橋し得るものであれば、特に限定されず、いかなるものを用いてもよいが、下記式(15)で示す架橋剤を用いることにより、液晶ポリマーの分子中に刺激応答性化合物をより容易に取り込むことができ、より確実に変形材料をゲル化することができる。
By using such a monomer, the deformable material can be deformed (displaced) faster and more smoothly, and is driven at a lower voltage.
When the deformable material includes a liquid crystal polymer, the liquid crystal polymer is preferably cross-linked by a cross-linking agent. Thereby, the first deformable material layer 11 can be adjusted to an optimum hardness. That is, by including a liquid crystal polymer having a crosslinked structure, a stimulus-responsive compound can be incorporated into the molecule, and the first deformable material layer 11 can be adjusted to an optimum hardness. As a result, the shape stability and handleability of the deformable material as a whole are particularly excellent. Thereby, the deformable material (actuator 100) can perform anisotropic expansion and contraction more suitably. Moreover, the deformable material has more suitable elasticity by having a crosslinked structure.
The cross-linking agent is not particularly limited as long as it can cross-link the polymer formed of the above monomer, and any cross-linking agent may be used. By using a cross-linking agent represented by the following formula (15), liquid crystal The stimulus-responsive compound can be easily incorporated into the polymer molecule, and the deformable material can be gelled more reliably.

Figure 0005924146
(式(15)中、mは4以上の整数を示す。)
Figure 0005924146
(In formula (15), m represents an integer of 4 or more.)

架橋剤としては、具体的には、例えば、ビスアクリロイルオキシヘキサン、N,N−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレート等を挙げることができる。
液晶ポリマーは、液晶性官能基を有するモノマー100molに対して、架橋剤を1mol以上10mol以下添加して架橋したものであるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料(アクチュエーター100)全体の変位を効率よく増幅することができる。
Specific examples of the crosslinking agent include bisacryloyloxyhexane, N, N-methylenebisacrylamide, and ethylene glycol dimethacrylate.
It is preferable that the liquid crystal polymer is cross-linked by adding 1 mol or more and 10 mol or less of a crosslinking agent to 100 mol of the monomer having a liquid crystalline functional group. Thereby, the displacement of the whole deformable material (actuator 100) accompanying the expansion and contraction of the stimulus responsive compound can be efficiently amplified.

また、変形材料が刺激応答性化合物として、液晶性を有する官能基を備えるものである場合、前記液晶ポリマーは、その分子内に、刺激応答性化合物の液晶性を有する官能基と同じ官能基を有しているものであるのが好ましい。これにより、刺激応答性化合物(変形材料)の応答速度をより効果的に向上させることができる。また、刺激応答性化合物の伸縮にともなうアクチュエーター100全体の変位をさらに好適に増幅することができ、アクチュエーター100全体としての変位量をさらに大きいものとすることができる。また、アクチュエーター100は、より低い電圧での変形が可能となる。   Further, when the deformable material is provided with a functional group having liquid crystallinity as the stimulus responsive compound, the liquid crystal polymer has the same functional group as the functional group having liquid crystallinity of the stimulus responsive compound in its molecule. It is preferable that it has. Thereby, the response speed of the stimulus-responsive compound (deformable material) can be improved more effectively. Further, the displacement of the entire actuator 100 due to the expansion and contraction of the stimulus-responsive compound can be further suitably amplified, and the displacement amount of the entire actuator 100 can be further increased. Further, the actuator 100 can be deformed at a lower voltage.

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。前述したような効果がより顕著に発揮される。
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料が、ゲル化剤とともに、液晶ポリマーを含むものである場合、前述したような効果が得られるとともに、これらが相乗的に作用し合い、変形材料の強度をさらに優れたものとすることができるとともに、変位量をより大きいものとすることができる。
The weight average molecular weight (Mw) of the liquid crystal polymer is preferably 10,000 or more and 100,000 or less, and more preferably 10,000 or more and 50,000 or less. The effects as described above are more remarkably exhibited.
Further, when the deformable material constituting the first deformable material layer 11 includes a liquid crystal polymer together with a gelling agent, the above-described effects can be obtained, and these can act synergistically to form the deformable material. The strength can be further improved, and the amount of displacement can be increased.

前述したような液晶ポリマーを含むことにより、刺激応答性化合物(変形材料)の応答速度を効果的に向上させることができる。また、刺激応答性化合物の伸縮にともなう変形材料全体の変位をより好適に増幅することができ、アクチュエーター100全体としての変位量を特に大きいものとすることができる。
変形材料中における液晶ポリマーの含有率は、3質量%以上50質量%以下であるのが好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。
また、第1の変形材料層11を構成する変形材料は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。
By including the liquid crystal polymer as described above, the response speed of the stimulus-responsive compound (deformable material) can be effectively improved. In addition, the displacement of the entire deformable material accompanying the expansion and contraction of the stimulus responsive compound can be more suitably amplified, and the displacement amount of the actuator 100 as a whole can be made particularly large.
The content of the liquid crystal polymer in the deformable material is preferably 3% by mass or more and 50% by mass or less. Thereby, the effects as described above are more remarkably exhibited.
Further, the deformable material constituting the first deformable material layer 11 may include components other than those described above.

第1の変形材料層11の導電率は、0.1S/cm以上であるのが好ましく、1S/cm以上であるのがより好ましい。これにより、アクチュエーター100の応答速度を特に優れたものとし、また、アクチュエーター100の小型化を図ることができる。
第1の変形材料層11の厚さは、特に限定されないが、5mm以下であるのが好ましい。これにより、駆動電圧を比較的低いものとしつつ、より大きな変位力を得ることができる。
また、第1の変形材料層11に電子導電性物質を含む場合0.01mm以上10mm以下であるのが好ましく、0.03mm以上1mm以下であるのがより好ましい。これにより、第1の変形材料層11の厚さが比較的大きい場合であっても、アクチュエーターをより好適に駆動させることができる。
The conductivity of the first deformable material layer 11 is preferably 0.1 S / cm or more, and more preferably 1 S / cm or more. Thereby, the response speed of the actuator 100 can be made particularly excellent, and the actuator 100 can be downsized.
The thickness of the first deformable material layer 11 is not particularly limited, but is preferably 5 mm or less. Thereby, a larger displacement force can be obtained while the drive voltage is relatively low.
Further, when the first deformable material layer 11 contains an electronic conductive substance, the thickness is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 0.03 mm or more and 1 mm or less. Thereby, even if the thickness of the first deformable material layer 11 is relatively large, the actuator can be driven more suitably.

≪第2の変形材料層≫
次に、第2の変形材料層について説明する。
第2の変形材料層12は、前述した第1の変形材料層11と同様に、刺激応答性化合物と、電解質とを含む材料で構成されており、さらに、電子導電性物質、溶媒、ゲル化剤、液晶ポリマー等が含まれていてもよい。
第2の変形材料層12の構成材料としては、第1の変形材料層11で述べた材料を用いることができる。なお、第2の変形材料層12は、第1の変形材料層11と、異なる材料で構成されたものであってもよいし、同一または同種の材料で構成されたものであてもよい。
≪Second deformation material layer≫
Next, the second deformable material layer will be described.
Similar to the first deformable material layer 11 described above, the second deformable material layer 12 is made of a material including a stimulus-responsive compound and an electrolyte, and further includes an electron conductive substance, a solvent, and gelation. An agent, a liquid crystal polymer, and the like may be included.
As the constituent material of the second deformable material layer 12, the materials described for the first deformable material layer 11 can be used. The second deformable material layer 12 may be composed of a material different from that of the first deformable material layer 11, or may be composed of the same or the same kind of material.

第2の変形材料層12は、導電率や厚さ等の条件についても、前記第1の変形材料層11で述べたのと同様の条件を満足するのが好ましい。これにより、第1の変形材料層11で述べたのと同様の効果が得られる。なお、アクチュエーター100において、第2の変形材料層12は、第1の変形材料層11と、異なる条件であってもよいし、同一の条件であってもよい。   The second deformable material layer 12 preferably satisfies the same conditions as described in the first deformable material layer 11 with respect to conditions such as conductivity and thickness. Thereby, the same effect as described in the first deformable material layer 11 is obtained. In the actuator 100, the second deformable material layer 12 may have different conditions or the same conditions as the first deformable material layer 11.

≪中間層≫
次に、中間層について説明する。
中間層13は、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12との間に位置し、セパレーターとして機能するものである。中間層13は、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12中に含まれる電解質によるイオン(前記電解質が電離したもの)を透過する機能を有する。また、中間層13は電子を移動させない機能を有し、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12の間の中間層13を通じての電子の移動を妨げる。このため第1の変形材料層11及び第2の変形材料層12への電子の出入りに関して、外部の電極や配線を通じて可能となるため、アクチュエーターを変形させたり変形の向きを制御したりすることができる。
≪Middle layer≫
Next, the intermediate layer will be described.
The intermediate layer 13 is located between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and functions as a separator. The intermediate layer 13 has a function of transmitting ions by the electrolyte contained in the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 (the electrolyte is ionized). In addition, the intermediate layer 13 has a function of not moving electrons, and prevents movement of electrons through the intermediate layer 13 between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12. For this reason, since electrons can enter and leave the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 through external electrodes and wiring, the actuator can be deformed and the direction of deformation can be controlled. it can.

中間層13は、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12に追従して変形するような柔軟性を有するものが好ましい。これにより、アクチュエーター100全体が、柔軟に変形し、円滑に作動をするものとすることができる。
また、中間層13は、例えば、固体状、液体状等、その形態はいかなるものであってもよいが、ゲル状をなすものであるのが好ましい。これにより、アクチュエーター100全体は、より柔軟に変形し、円滑に作動をすることができる。
また、中間層13は、ゲル化剤を含むものが好ましい。これにより、ゲル化剤の種類や配合量等の選択によって、中間層13を最適な硬さに調整できる。
The intermediate layer 13 preferably has flexibility so as to be deformed following the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12. As a result, the entire actuator 100 can be flexibly deformed and operate smoothly.
The intermediate layer 13 may have any form, for example, a solid form or a liquid form, but preferably has a gel form. Thereby, the actuator 100 whole can deform | transform more flexibly and can operate | move smoothly.
The intermediate layer 13 preferably contains a gelling agent. Thereby, the intermediate | middle layer 13 can be adjusted to optimal hardness by selection of the kind, compounding quantity, etc. of a gelatinizer.

ゲル化剤としては、例えば、各種樹脂材料、寒天、ゼラチン、アルギン酸塩、ジェランガム等の材料が挙げられるが、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリメタクリル酸メチル、および、有機電解質オリゴマーよりなる群から選択される1種または2種以上を含むものであるのが好ましい。これにより、ゲル状の中間層13に含まれている溶媒(液体成分)の保持力を優れたものとすることができる。その結果、中間層13は、経時的安定性を向上させることができる。さらに、不本意な経時的なアクチュエーター100の体積減少をより効果的に防止することができる。   Examples of the gelling agent include various resin materials, materials such as agar, gelatin, alginate, gellan gum, etc., but vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, polymethyl methacrylate, and organic electrolyte oligomer It is preferable that 1 type or 2 types or more selected from the group which consists of consists of. Thereby, the retention power of the solvent (liquid component) contained in the gel-like intermediate layer 13 can be made excellent. As a result, the intermediate layer 13 can improve the temporal stability. Furthermore, the volume reduction of the actuator 100 over time can be prevented more effectively.

第1の変形材料層11および第2の変形材料層12の構成成分としてのゲル化剤と、中間層13の構成成分としてのゲル化剤とは、異なるものであってもよいが、同一または同種の成分を含むものであるのが好ましい。これにより、中間層13と、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12との密着性を特に優れたものとすることができる。また、中間層13を介して、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12との間でイオンの移動をより円滑に行うことができる。その結果、アクチュエーター100の信頼性、耐久性を特に優れたものとすることができる。
中間層13中におけるゲル化剤の含有率は、3質量%以上40質量%以下であるのが好ましく、5質量%以上30質量%以下であるのがより好ましい。これにより、中間層13は、適度な柔軟性を得ることができ、アクチュエーター100の信頼性、耐久性が向上する。
The gelling agent as a constituent component of the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and the gelling agent as a constituent component of the intermediate layer 13 may be different, but are the same or It is preferable that the same kind of component is included. Thereby, the adhesiveness between the intermediate layer 13 and the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 can be made particularly excellent. Further, ions can be moved more smoothly between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 via the intermediate layer 13. As a result, the reliability and durability of the actuator 100 can be made particularly excellent.
The content of the gelling agent in the mid layer 13 is preferably 3% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less. Thereby, the intermediate | middle layer 13 can acquire moderate softness | flexibility, and the reliability and durability of the actuator 100 improve.

また、中間層13は、電解質を含むものが好ましい。これにより、電子の移動が円滑となり、その結果、中間層13を介して第1の変形材料層11および第2の変形材料層12の間での電解質によるイオンの移動をより円滑に移動させることができる。さらに、アクチュエーター100の高速応答性を特に優れたものとすることができる。
電解質としては、前述した第1の変形材料層11の構成成分として例示したものを用いることができる。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。
The intermediate layer 13 preferably contains an electrolyte. Thereby, the movement of electrons becomes smooth, and as a result, the movement of ions by the electrolyte between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 via the intermediate layer 13 is more smoothly moved. Can do. Furthermore, the high-speed response of the actuator 100 can be made particularly excellent.
As the electrolyte, those exemplified as the constituent components of the first deformable material layer 11 described above can be used. Thereby, the durability of the deformable material can be made particularly excellent.

また、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12の構成成分としての電解質と、中間層13の構成成分としての電解質とは異なるものであってもよいが、同一または同種の成分を含むものであるのが好ましい。これにより、中間層13と、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12との密着性を特に優れたものとすることができる。また、中間層13を介して、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12との間でイオンの移動をより円滑に行うことができる。その結果、アクチュエーター100の信頼性、耐久性が向上する。
中間層13中における電解質の含有率は、3質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、5質量%以上30質量%以下であるのがより好ましい。これにより、中間層13は、適度な柔軟性と、導電性との均衡を保つことができる。
In addition, the electrolyte as the constituent component of the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and the electrolyte as the constituent component of the intermediate layer 13 may be different, but the same or similar components It is preferable that it contains. Thereby, the adhesiveness between the intermediate layer 13 and the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 can be made particularly excellent. Further, ions can be moved more smoothly between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 via the intermediate layer 13. As a result, the reliability and durability of the actuator 100 are improved.
The content of the electrolyte in the intermediate layer 13 is preferably 3% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 5% by mass or more and 30% by mass or less. Thereby, the intermediate | middle layer 13 can maintain moderate softness | flexibility and the balance of electroconductivity.

また、中間層13は、溶媒を含むものが好ましい。これにより、中間層13を最適な硬さに調整とすることができ、アクチュエーター100全体としての柔軟性を特に優れたものとすることができる。また、単体で固体状をなす電解質を含む場合において、当該電解質を中間層13中において好適に溶解・電離した状態とすることができる。
溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)、トルエン、ベンゼン、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、アセトン、プロピレンカーボネイト、メチルペンタノン、エチルペンタノン、アセトニトリル等の有機溶媒を挙げることができる。これにより、単体で固体状をなす電解質を含む場合において、当該電解質を中間層13中において好適に溶解・電離した状態とすることができる。
The intermediate layer 13 preferably contains a solvent. Thereby, the intermediate layer 13 can be adjusted to an optimum hardness, and the flexibility of the actuator 100 as a whole can be made particularly excellent. In addition, in the case of including an electrolyte that is solid as a single substance, the electrolyte can be suitably dissolved and ionized in the intermediate layer 13.
Examples of the solvent include dimethyl sulfoxide (DMSO), toluene, benzene, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMA), chloroform, dichloromethane, dichloroethane, acetone, propylene carbonate, methylpentanone, ethylpentanone, and acetonitrile. Mention may be made of organic solvents. Thereby, in the case of including an electrolyte that is solid as a single substance, the electrolyte can be suitably dissolved and ionized in the intermediate layer 13.

また、中間層13が溶媒を含むものである場合、中当該溶媒は、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12の構成成分としての溶媒とは異なるものであってもよいし、同一または同種のものであってもよい。これにより、中間層13と、隣接する第1の変形材料層11および第2の変形材料層12との間の界面の相溶性がよくなる。結果として、これらの層の密着性が向上すし、アクチュエーター100の耐久性が向上する。
中間層13中における溶媒の含有率は、20質量%以上80質量%以下であるのが好ましく、30質量%以上60質量%以下であるのがより好ましい。これにより、アクチュエーター100は、必要かつ十分な柔軟性や強度が得られる。
When the intermediate layer 13 contains a solvent, the solvent may be different from the solvent as a constituent component of the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 or the same. Or the same kind may be sufficient. Thereby, the compatibility of the interface between the intermediate layer 13 and the adjacent first deformable material layer 11 and second deformable material layer 12 is improved. As a result, the adhesion of these layers is improved, and the durability of the actuator 100 is improved.
The content of the solvent in the intermediate layer 13 is preferably 20% by mass or more and 80% by mass or less, and more preferably 30% by mass or more and 60% by mass or less. Thereby, the actuator 100 can obtain necessary and sufficient flexibility and strength.

また、中間層13は、前述した以外の成分を含むものであってもよい。
中間層13の厚さは、特に限定されないが、前述したような条件の中間層13の場合、0.01mm以上10mm以下であるのが好ましく、0.01mm以上1mm以下であるのがより好ましい。これにより、前述したような効果がより顕著に発揮される。また、中間層13としての機能を確実に発揮させつつ、アクチュエーター100をより薄型のものとすることができる。
また、中間層13は、第1の変形材料層11と第2の変形材料層12との間に設けられ、これらと接触または密着している。
Further, the intermediate layer 13 may include components other than those described above.
The thickness of the intermediate layer 13 is not particularly limited, but in the case of the intermediate layer 13 under the conditions described above, it is preferably 0.01 mm or more and 10 mm or less, and more preferably 0.01 mm or more and 1 mm or less. Thereby, the effects as described above are more remarkably exhibited. Further, the actuator 100 can be made thinner while the function as the intermediate layer 13 is reliably exhibited.
The intermediate layer 13 is provided between the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and is in contact with or in close contact with them.

図1、図2では、中間層13と、第1の変形材料層11との界面は明確に示されているが、これらの明確な界面が存在していなくてもよく、界面付近においては、第1の変形材料層11と中間層13との材料(成分)が混在した状態で存在していてもよい。すなわち、第1の変形材料層11と中間層13との界面付近で、これらの一部の含有成分が、厚さ方向に順次変化するもの(いわゆる、傾斜材料)であってもよい。また、これらの界面には、一方の層の材料が他方の層の材料に入り込むような凹凸が設けられていてもよい。これにより、第1の変形材料層と中間層13との間の密着性を特に優れたものとすることができる。また、第1の変形材料層11、中間層13との間でのイオンの移動が円滑となる。なお、これらは、第2の変形材料層12と中間層13との界面についても同様である。
アクチュエーター100の形状は、特に限定されず、繊維状、シート状、板状、棒状等の様々なものが挙げられ、変形材料の厚さが比較的大きいものであってもよい。
また、第1の変形材料層11、第2の変形材料層12、中間層13は、各々、均一な厚さであってもよいし、部分的に厚さが異なっていてもよい。
In FIGS. 1 and 2, the interface between the intermediate layer 13 and the first deformable material layer 11 is clearly shown. However, these clear interfaces may not exist, and in the vicinity of the interface, The material (component) of the first deformable material layer 11 and the intermediate layer 13 may exist in a mixed state. That is, a component (so-called gradient material) in which some of these components are sequentially changed in the thickness direction near the interface between the first deformable material layer 11 and the intermediate layer 13 may be used. Moreover, the unevenness | corrugation which the material of one layer penetrates into the material of the other layer may be provided in these interfaces. Thereby, the adhesiveness between the first deformable material layer and the intermediate layer 13 can be made particularly excellent. Moreover, the movement of ions between the first deformable material layer 11 and the intermediate layer 13 becomes smooth. The same applies to the interface between the second deformable material layer 12 and the intermediate layer 13.
The shape of the actuator 100 is not particularly limited, and includes various shapes such as a fiber shape, a sheet shape, a plate shape, and a rod shape, and the thickness of the deformable material may be relatively large.
Further, the first deformable material layer 11, the second deformable material layer 12, and the intermediate layer 13 may each have a uniform thickness or may partially differ in thickness.

本実施形態のように、中間層13を備えた構造では、中間層13を介しての、第1の変形材料層と第2の変形材料層との間でイオンの移動が可能となり、よって、円滑かつ安定的な通電が可能となる。また、中間層13と、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12との密着性が向上する。
特に、前述したような中間層13が存在することにより、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12の厚さ、アクチュエーター100の厚さが比較的大きい場合であっても、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12を構成する変形材料全体を効率よく変形させることができる。また、低電圧で、十分に大きな変位量を得ることができ、また、変形材料の応答速度を優れたものとすることができる。
また、3層構造としたこと、すなわち、中間層13を介して第1の変形材料層11および第2の変形材料層12を設けたことで、単なる変形材料層の一方向の伸長・収縮ではなく、湾曲・屈曲の反転を行うことができる。
In the structure including the intermediate layer 13 as in the present embodiment, ions can move between the first deformable material layer and the second deformable material layer via the intermediate layer 13, and thus, Smooth and stable energization is possible. In addition, the adhesion between the intermediate layer 13 and the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 is improved.
In particular, since the intermediate layer 13 as described above is present, even if the thickness of the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and the thickness of the actuator 100 are relatively large, The entire deformable material constituting the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 can be efficiently deformed. In addition, a sufficiently large amount of displacement can be obtained at a low voltage, and the response speed of the deformable material can be made excellent.
In addition, since the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 are provided via the intermediate layer 13 in the three-layer structure, the unidirectional expansion / contraction of the deformable material layer is not achieved. Without reversing the bending / bending.

次に、図1、図2に基づいて、アクチュエーター100(駆動装置200)の作動について説明する。
第1の変形材料層11および第2の変形材料層12を構成する刺激応答性化合物が酸化されることにより伸長(膨張)し、還元されることにより収縮するものである場合(例えば、前述したような、図3〜図6に示すような構造を有するものである場合)、アクチュエーター100(駆動装置200)全体としては、以下のような挙動を示す。
Next, based on FIG. 1, FIG. 2, the action | operation of the actuator 100 (drive device 200) is demonstrated.
When the stimulus-responsive compound constituting the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 is expanded (expanded) by being oxidized and contracted by being reduced (for example, as described above) The actuator 100 (drive device 200) as a whole exhibits the following behavior.

すなわち、図1に示す構成では、スイッチ14をオンすると、第1の変形材料層11が、電源10の正極に接続されており、第1の変形材料層11と中間層13と第2の変形材料層12との間に通電がなされる。第1の変形材料層11を構成する刺激応答性化合物は、酸化反応により、分子鎖が伸長(膨張)し、その結果、第1の変形材料層11全体は、伸長(膨張)する。一方、第2の変形材料層12を構成する刺激応答性化合物は、還元反応により、分子鎖が収縮し、その結果、第2の変形材料層12全体は、収縮する。このようなことから、アクチュエーター100全体は、第1の変形材料層11側(図中の上側)に、凸となるように湾曲する。   That is, in the configuration shown in FIG. 1, when the switch 14 is turned on, the first deformable material layer 11 is connected to the positive electrode of the power source 10, and the first deformable material layer 11, the intermediate layer 13, and the second deformable material layer are connected. Electricity is supplied between the material layer 12. In the stimulus-responsive compound constituting the first deformable material layer 11, the molecular chain expands (expands) due to the oxidation reaction, and as a result, the entire first deformable material layer 11 expands (expands). On the other hand, the stimuli-responsive compound constituting the second deformable material layer 12 contracts the molecular chain due to the reduction reaction, and as a result, the entire second deformable material layer 12 contracts. For this reason, the entire actuator 100 is curved to be convex toward the first deformable material layer 11 side (the upper side in the drawing).

図2に示す構成では、スイッチ14をオンにすると、図1とは極性が反転しており、第1の変形材料層11が、電源10の負極に接続されており、第1の変形材料層11と中間層13と第2の変形材料層12との間に通電がなされる。第1の変形材料層11を構成する刺激応答性化合物は、還元反応により、分子鎖が収縮し、その結果、第1の変形材料層11全体は、収縮する。一方、第2の変形材料層12を構成する刺激応答性化合物は、酸化反応により、分子鎖が伸長(膨張)し、その結果、第2の変形材料層12全体は、伸長(膨張)する。このようなことから、アクチュエーター100全体は、第2の変形材料層12側(図中の左側)に、凸となるように湾曲する。   In the configuration shown in FIG. 2, when the switch 14 is turned on, the polarity is reversed from that in FIG. 1, the first deformable material layer 11 is connected to the negative electrode of the power supply 10, and the first deformable material layer 11, the intermediate layer 13, and the second deformable material layer 12 are energized. In the stimulus-responsive compound constituting the first deformable material layer 11, the molecular chain contracts due to the reduction reaction, and as a result, the entire first deformable material layer 11 contracts. On the other hand, in the stimulus-responsive compound constituting the second deformable material layer 12, the molecular chain expands (expands) due to the oxidation reaction, and as a result, the entire second deformable material layer 12 expands (expands). For this reason, the entire actuator 100 is curved to be convex toward the second deformable material layer 12 side (left side in the drawing).

このように、アクチュエーター100は、正極と負極との接続を変えることで、湾曲する方向を変えることができる。このような動作は可逆性がある。また、アクチュエーター100に印加する電流の特性を、連続的または断続的に反転させることにより、湾曲方向を交互に繰り返し変えることができ、反復継続させることができる。また、その再現性にも優れている。   In this way, the actuator 100 can change the direction of bending by changing the connection between the positive electrode and the negative electrode. Such an operation is reversible. Further, by reversing the characteristics of the current applied to the actuator 100 continuously or intermittently, the bending direction can be alternately changed repeatedly and can be continuously repeated. Moreover, the reproducibility is also excellent.

このように、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12と中間層13とを備えているアクチュエーター100は、一方の変形材料層では分子鎖が伸長(膨張)する状態となるとともに、他方の変形材料層では収縮する状態となる。このように、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12がそれぞれ反対の状態をとることで、アクチュエーター100の変形率を大きなものとすることができる。しかも、第1の変形材料層11および第2の変形材料層12は、前述したような材料を用いているため、それぞれの変形材料の伸縮率を大きなものとすることができる。したがって、これらの相乗効果により、アクチュエーター100の変形率をさらに大きなものとすることができる。   As described above, the actuator 100 including the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 and the intermediate layer 13 is in a state in which the molecular chain extends (expands) in one deformable material layer. The other deformable material layer contracts. In this way, the first deformation material layer 11 and the second deformation material layer 12 take opposite states, whereby the deformation rate of the actuator 100 can be increased. In addition, since the first deformable material layer 11 and the second deformable material layer 12 are made of the materials described above, the expansion rate of each deformable material can be increased. Therefore, the deformation rate of the actuator 100 can be further increased by these synergistic effects.

アクチュエーター100に印加する電圧値は、例えば、0.1V以上10V以下であることが好ましく、1V以上5V以下であるのがより好ましい。これにより、必要かつ十分なアクチュエーター100の変形量が得られる。
また、アクチュエーター100への通電は、前述したような直流電流を用いたものだけに限らず、交番電流等を用いたものも可能である。ここで、交番電流とは、例えば、正弦波交流や、パルス状の矩形電流等の、時間とともに周期的に大きさや向きが変化する電流を言う。
交番電流の周波数は、特に限定されず、アクチュエーター100の応答性を考慮して決定すればよく、例えば、0.01Hz以上100Hz以下とすることができる。これにより、アクチュエーター100の応答性に適合した通電が可能となり、円滑な連続的な反転運動が可能となる。
The voltage value applied to the actuator 100 is, for example, preferably from 0.1 V to 10 V, and more preferably from 1 V to 5 V. Thereby, a necessary and sufficient amount of deformation of the actuator 100 can be obtained.
Further, the energization of the actuator 100 is not limited to that using the direct current as described above, but can also use an alternating current or the like. Here, the alternating current refers to a current whose magnitude and direction change periodically with time, such as a sinusoidal alternating current or a pulsed rectangular current.
The frequency of the alternating current is not particularly limited, and may be determined in consideration of the response of the actuator 100. For example, the frequency of the alternating current may be 0.01 Hz or more and 100 Hz or less. As a result, energization suitable for the responsiveness of the actuator 100 is possible, and smooth continuous reversal motion is possible.

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、上記のものに限定されるものではない。
例えば、前述した実施形態では、刺激応答性化合物の構成単位が、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とを含み、第1のユニットCおよび前記第2のユニットCが重合性官能基を有する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、重合性官能基を有し、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、構成単位は、上記の各ユニットを全て備えたものに限定されない。
また、前述した実施形態では、電源10から引き出された配線が、第1の変形材料層、第2の変形材料層に接触するものとして説明したが、例えば、変形材料層の中間層に対向する面とは反対側の面に導電膜(例えば、金属膜等)を設けてもよい。これにより、アクチュエーターの応答速度の更なる向上を図ることができる。
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above.
For example, in the above-described embodiment, the structural unit of the stimulus-responsive compound includes the unit A, the first unit B, the second unit B, the first unit C, and the second unit C, In the present invention, the stimuli-responsive compound has a polymerizable functional group, and has a redox reaction by means of the case where the unit C and the second unit C have a polymerizable functional group. As long as the molecular structure is changed, the structural unit is not limited to one having all the above units.
In the above-described embodiment, the wiring drawn from the power source 10 has been described as being in contact with the first deformable material layer and the second deformable material layer. For example, the wiring faces the intermediate layer of the deformable material layer. A conductive film (eg, a metal film) may be provided on the surface opposite to the surface. Thereby, the response speed of the actuator can be further improved.

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]構成単位の製造
[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NaBF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(ユニットAに対応)を得た。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
Example 1
[1] Production of constitutional unit [1.1] Synthesis of unit A Dimerization and bromination using bromothiophene as a raw material using zinc and nickel catalysts, and introduction of aldehyde groups with DMF (formylation) .
Next, acetal protection of the aldehyde group with ethylene glycol was performed, and bromine was further converted into a formyl group. Subsequently, a diol (corresponding to unit A) having two hydroxyl groups in the bithiophene skeleton was obtained by a reduction reaction with NaBF 4 .

[1.2]ユニットCおよびユニットDの合成
まず、1,2−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−ジフルオロフェニルボロン酸を得た。
次に、得られた2,3−ジフルオロフェニルボロン酸に、1−ブロモ−4−(3−ブテニシオキシ)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、下記式(16)で表される化合物を得た。
[1.2] Synthesis of Unit C and Unit D First, 2,3-difluorophenylboronic acid was obtained by treating n-butyllithium with 1,2-difluorobenzene and treating with trimethylborate. .
Next, the compound represented by the following formula (16) is obtained by reacting the obtained 2,3-difluorophenylboronic acid with 1-bromo-4- (3-butenyloxy) benzene in the presence of a palladium catalyst. It was.

次に、得られた下記式(16)で表される化合物に、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、下記式(17)で表される化合物を得た。
次に得られた下記式(17)で表される化合物を、1−ブロモ−4−ヨードベンゼンとカップリング反応させ、得られた化合物をn−ブチルリチウムとホウ酸トリメチルで処理することにより下記式(18)で表されるユニットCを得た。
Next, n-butyllithium was allowed to act on the obtained compound represented by the following formula (16) and treated with trimethyl borate to obtain a compound represented by the following formula (17).
Next, the compound represented by the following formula (17) obtained was subjected to a coupling reaction with 1-bromo-4-iodobenzene, and the resulting compound was treated with n-butyllithium and trimethylborate to give the following: A unit C represented by the formula (18) was obtained.

Figure 0005924146
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Figure 0005924146
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Figure 0005924146
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次に、得られた式(18)で表されるユニットCと、末端が臭素のオリゴエチレングリコールとを反応させ、末端にオリゴエチレンオキシド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(ユニットCおよびユニットDに対応)を得た。
Next, the obtained unit C represented by the formula (18) was reacted with oligoethylene glycol having bromine at the end to obtain a liquid crystalline compound having an oligoethylene oxide chain at the end.
Further, by reacting with p-toluenesulfonyl chloride, a liquid crystalline compound having a p-toluenesulfonyl group at the terminal (corresponding to unit C and unit D) was obtained.

[1.3]構成単位の製造
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)、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(19)で表される構成単位(ビチオフェン誘導体)を得た。
なお、式(19)中、nは4である。
[1.3] Production of Structural Unit The diol synthesized in the above [1.1] and the liquid crystalline compound synthesized in the above [1.2] are reacted in dimethylformamide (DMF) in the presence of sodium hydride, Bithiophene derivatives into which liquid crystalline molecules were introduced were obtained.
Thereafter, the above bithiophene derivative is reacted with benzenedithiol in the presence of an acid catalyst, treated with 2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone (DDQ), boron tetrafluoride is added, unit A, unit B (First unit B, second unit B), unit C (first unit C, second unit C), unit D (first unit D, second unit D) The structural unit (bithiophene derivative) represented by 19) was obtained.
In the formula (19), n is 4.

Figure 0005924146
Figure 0005924146

[2]刺激応答性化合物の製造
上記[1]で製造した構成単位を、重合することにより、刺激応答性高分子を得た。
[3]液晶ポリマーの調製
[3.1]モノマーの合成
1−(8−ヒドロキシオクチル−1−オキシ)−4−[2,3−ジフルオロ−4−(4−ブトキシフェニル)フェニル]ベンゼン(下記式(20))とトリエチルアミンをTHFに溶解し、0℃に冷却し、メタクリロイルクロリドを滴下した。4時間撹拌後、水を加え、ジクロロメタンで3回抽出し、有機層を水と飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで脱水し、ろ過して濃縮した。カラムクロマトグラフィーで精製し、目的化合物を得た。
なお、式(20)中、RはCである。
[2] Production of stimulus-responsive compound The stimulus-responsive polymer was obtained by polymerizing the structural unit produced in [1] above.
[3] Preparation of liquid crystal polymer [3.1] Synthesis of monomer 1- (8-hydroxyoctyl-1-oxy) -4- [2,3-difluoro-4- (4-butoxyphenyl) phenyl] benzene (described below) Formula (20)) and triethylamine were dissolved in THF, cooled to 0 ° C., and methacryloyl chloride was added dropwise. After stirring for 4 hours, water was added and the mixture was extracted three times with dichloromethane. The organic layer was washed with water and saturated brine, dried over sodium sulfate, filtered and concentrated. Purification by column chromatography gave the target compound.
In the formula (20), R is C 4 H 9 .

Figure 0005924146
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以上のようにして、上記式(14)(n=8、R=C)で表されるモノマーを得た。 As described above, a monomer represented by the above formula (14) (n = 8, R = C 4 H 9 ) was obtained.

[3.2]液晶ポリマーの製造
上記モノマー:100質量部と、架橋剤としてのビスアクリロイルオキシヘキサン:10質量部と、開始剤としてのアゾビスイソブチロニトリル:1質量部とをシュレンク管に入れ、トルエンに溶解させ、凍結脱気を3回行い、溶媒中の溶存酸素を除去する。窒素雰囲気下で95℃で26時間撹拌した。溶液を冷却後、溶媒を留去したあと、最少量のテトラヒドロフランに溶解させ、アセトン中に滴下し、析出した沈殿をろ過して真空乾燥させることにより、液晶ポリマー(重量平均分子量:30,000)を得た。
[3.2] Production of liquid crystal polymer The monomer: 100 parts by mass, bisacryloyloxyhexane as a crosslinking agent: 10 parts by mass, and azobisisobutyronitrile as an initiator: 1 part by mass in a Schlenk tube The solution is dissolved in toluene and freeze-deaerated three times to remove dissolved oxygen in the solvent. The mixture was stirred at 95 ° C. for 26 hours under a nitrogen atmosphere. After the solution is cooled, the solvent is distilled off, and then dissolved in a minimum amount of tetrahydrofuran. The solution is dropped into acetone, and the deposited precipitate is filtered and dried under vacuum to obtain a liquid crystal polymer (weight average molecular weight: 30,000). Got.

[4]液晶ポリマーとフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体との混合
その後、上記のようにして得られた液晶ポリマー:1重量部と、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(重量平均分子量:150,000):2重量部とを混合した。
[5]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、液晶性ポリマーおよびフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体と、平均粒径:39.5nm、連続孔を有する多孔質体としての空隙率:60vol%のカーボンナノ粒子(ライオン社製、ケッチェンブラックEC300J)と、溶媒としてのプロピレンカーボネイトと、電解質としての六フッ化リン酸リチウムとを混合した。その後、この混合物を、所定の形状の型を用いて成形し、ゲル状の変形材料を得た。
[4] Mixing of liquid crystal polymer and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer Thereafter, the liquid crystal polymer obtained as described above: 1 part by weight, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer ( Weight average molecular weight: 150,000): 2 parts by weight were mixed.
[5] Production of deformable material The stimuli-responsive compound obtained as described above, a liquid crystalline polymer and a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, an average particle size: 39.5 nm, and having continuous pores Porosity as a porous body: 60 vol% carbon nanoparticles (manufactured by Lion, Ketjen Black EC300J), propylene carbonate as a solvent, and lithium hexafluorophosphate as an electrolyte were mixed. Then, this mixture was shape | molded using the type | mold of a predetermined shape, and the gel-shaped deformation material was obtained.

[6]中間層形成用材料の製造
他方、変形材料の調製に用いたのと同じフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(重量平均分子量:150,000)を用意し、これを溶媒としてのプロピレンカーボネイト、および、電解質としての六フッ化リン酸リチウムと混合した。その後、この混合物を、所定の形状の型を用いて成形し、ゲル状の材料(中間層形成用材料)を得た。
[6] Production of intermediate layer forming material On the other hand, the same vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (weight average molecular weight: 150,000) used for the preparation of the deformable material was prepared, and this was used as a solvent. Of propylene carbonate and lithium hexafluorophosphate as an electrolyte. Then, this mixture was shape | molded using the mold | die of a predetermined shape, and the gel-like material (intermediate layer forming material) was obtained.

[7]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、中間層形成用材料を用いて、図1、図2に示すようなアクチュエーター、駆動装置を製造した。
上記のようにして得られた中間層形成用材料を、長さ:2.2cm×幅:0.4cm×厚さ:0.01 mmの大きさに切り取り、この両面に、それぞれ、上記のようにして得られた変形材料を、長さ:2.2cm×幅:0.2cm×厚さ:0.05mmの大きさに切り取ったものを接合することにより、図1、図2に示すようなアクチュエーターを製造した。
[7] Manufacture of Actuator Using the deformable material and the intermediate layer forming material obtained as described above, an actuator and a driving device as shown in FIGS. 1 and 2 were manufactured.
The intermediate layer forming material obtained as described above was cut into a size of length: 2.2 cm × width: 0.4 cm × thickness: 0.01 mm, As shown in FIGS. 1 and 2, the deformed material obtained in this manner was cut into a size of length: 2.2 cm × width: 0.2 cm × thickness: 0.05 mm. An actuator was manufactured.

(実施例2〜8)
第1の変形材料層、第2の変形材料層、中間層の構成を表1〜表3に示すようにした以外は、前記実施例1と同様にしてアクチュエーターを製造した。
(比較例1)
中間層を介することなく、第1の変形材料層と、第2の変形材料層とを接合した以外は前記実施例1と同様にして、アクチュエーターを製造した。
(Examples 2 to 8)
An actuator was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the configurations of the first deformable material layer, the second deformable material layer, and the intermediate layer were as shown in Tables 1 to 3.
(Comparative Example 1)
An actuator was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the first deformable material layer and the second deformable material layer were joined without using an intermediate layer.

表1に、前記各実施例および比較例1のアクチュエーターを構成する第1の変形材料層、第2の変形材料層の組成、導電率を示し、表2に、前記各実施例および比較例1のアクチュエーターを構成する中間層の組成を示し、表3に、前記各実施例および比較例1のアクチュエーターを構成する各部の厚さを示した。表中、上記式(19)で表される化合物(構成単位)を「A1」、下記式(21)で表される化合物(構成単位)を「A2」、下記式(22)で表される化合物(構成単位)を「A3」、上記式(13)で表されるモノマーを「M1」、上記式(14)で表されるモノマーを「M2」、架橋剤としてのビスアクリロイルオキシヘキサンを「B1」、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体(重量平均分子量:150,000)を「PVdF」、電子導電性物質としての平均粒径:39.5nm、空隙率:60vol%のカーボンナノ粒子(ライオン社製、ケッチェンブラックEC300J)を「C1」、電子導電性物質としての平均粒径:34.0nm、空隙率:80vol%のカーボンナノ粒子(ライオン社製、ケッチェンブラックEC300J)を「C2」、溶媒としてのプロピレンカーボネイトを「S1」、電解質としての六フッ化リン酸リチウムを「E1」、で示した。また、前記各実施例および比較例1のアクチュエーターを構成する変形材料層は、いずれもゲル状をなすものであり、前記各実施例および比較例1のアクチュエーターを構成する中間層は、いずれもゲル状をなすものであった。   Table 1 shows the composition and electrical conductivity of the first deformable material layer and the second deformable material layer constituting the actuators of the respective Examples and Comparative Examples 1, and Table 2 shows the above Examples and Comparative Examples 1. The composition of the intermediate layer constituting the actuator of No. 1 was shown, and Table 3 shows the thickness of each part constituting the actuators of the Examples and Comparative Example 1. In the table, the compound (structural unit) represented by the above formula (19) is represented by “A1”, the compound represented by the following formula (21) (structural unit) is represented by “A2”, and the following formula (22). The compound (structural unit) is “A3”, the monomer represented by the above formula (13) is “M1”, the monomer represented by the above formula (14) is “M2”, and bisacryloyloxyhexane as a crosslinking agent is “ B1 ”, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (weight average molecular weight: 150,000)“ PVdF ”, carbon nanoparticle having an average particle diameter of 39.5 nm and a porosity of 60 vol% as an electronic conductive material. Particles (manufactured by Lion Corporation, Ketjen Black EC300J) are “C1”, carbon nanoparticles having an average particle diameter of 34.0 nm and a porosity of 80 vol% as an electronic conductive material (manufactured by Lion Corporation, Ketjen Black) EC300J) the "C2", the propylene carbonate as solvent "S1", "E1" lithium hexafluorophosphate as an electrolyte, in shown. Further, the deformable material layers constituting the actuators of the respective examples and comparative examples 1 are both in a gel form, and the intermediate layers constituting the actuators of the respective examples and comparative examples 1 are both gels. It was a shape.

Figure 0005924146
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Figure 0005924146
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また、各実施例で得られた第1の変形材料層の導電率は、0.1S/cm以上80S/cm以下の範囲であった。また。第2の変形材料層の導電率は、0.1S/cm以上80S/cm以下の範囲であった。   The conductivity of the first deformable material layer obtained in each example was in the range of 0.1 S / cm to 80 S / cm. Also. The conductivity of the second deformable material layer was in the range of 0.1 S / cm to 80 S / cm.

Figure 0005924146
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[8]アクチュエーターの評価
[8.1]変形量
電解液の温度を25℃とした状態で、図1に示す状態から図2に示すように通電方向を逆転し、レーザー変位計を用いて、アクチュエーターと外部電極との接点から10mmの箇所(図1、図2中のXで示す箇所)の湾曲方向(図1、図2中の上下方向)の変位を観測し、以下の基準に従い評価した。なお、印加電圧は3Vとした。
[8] Actuator evaluation [8.1] Deformation amount With the temperature of the electrolyte at 25 ° C., the energization direction was reversed from the state shown in FIG. 1 as shown in FIG. Displacement in the bending direction (vertical direction in FIGS. 1 and 2) at a location 10 mm from the contact point between the actuator and the external electrode (location indicated by X in FIGS. 1 and 2) was evaluated and evaluated according to the following criteria. . The applied voltage was 3V.

A:変位量が10mm以上。
B:変位量が5mm以上10mm未満。
C:変位量が3mm以上5mm未満。
D:変位量が1mm以上3mm未満。
E:変位量が1mm未満。
A: The displacement is 10 mm or more.
B: Displacement amount is 5 mm or more and less than 10 mm.
C: The displacement is 3 mm or more and less than 5 mm.
D: The displacement is 1 mm or more and less than 3 mm.
E: The displacement is less than 1 mm.

Figure 0005924146
Figure 0005924146

表4から明らかなように、本発明では、比較的低い電圧でアクチュエーターを大きく変位させることができるとともに、変形材料層の厚さが比較的大きい場合であっても、変形材料層全体を効率よく変形させることができ、低電圧で、十分に大きな変位力、変位量を得ることができた。また、本発明では、アクチュエーターの応答速度にも優れていた。また、本発明では、低温領域での作動性、耐久性にも優れていた。これに対して、比較例では、満足な結果が得られなかった。すなわち、比較例では、変形を生じなかった。これは、第1の変形材料層と第2の変形材料層との間に中間層がないため、第1の変形材料層と第2の変形材料層との間に大きな電流が流れ、酸化還元反応を制御することができないためであると考えられる。   As apparent from Table 4, in the present invention, the actuator can be greatly displaced at a relatively low voltage, and the entire deformable material layer can be efficiently removed even when the thickness of the deformable material layer is relatively large. It could be deformed, and a sufficiently large displacement force and displacement amount could be obtained at a low voltage. In the present invention, the response speed of the actuator was also excellent. Moreover, in this invention, it was excellent also in the operativity and durability in a low temperature area | region. On the other hand, in the comparative example, a satisfactory result was not obtained. That is, no deformation occurred in the comparative example. This is because there is no intermediate layer between the first deformable material layer and the second deformable material layer, so that a large current flows between the first deformable material layer and the second deformable material layer, and the redox This is probably because the reaction cannot be controlled.

A…ユニットA B…ユニットB C…ユニットC D…ユニットD 200…駆動装置 100…アクチュエーター 10…電源 11…第1の変形材料層 12…第2の変形材料層 13…中間層 14…スイッチ   A ... Unit A B ... Unit B C ... Unit C D ... Unit D 200 ... Driving device 100 ... Actuator 10 ... Power supply 11 ... First deformable material layer 12 ... Second deformable material layer 13 ... Intermediate layer 14 ... Switch

Claims (15)

第1の変形材料層と、
第2の変形材料層と、
前記第1の変形材料層と前記第2の変形材料層との間に設けられた中間層とを備え、
前記第1の変形材料層は、酸化還元反応により分子の構造が変わる第1の刺激応答性化合物と、第1の電解質と、を含む第1の変形材料を含み、
前記第2の変形材料層は、酸化還元反応により分子の構造が変わる第2の刺激応答性化合物と、第2の電解質と、を含む第2の変形材料を含み、
前記第1の刺激応答性化合物および前記第2の刺激応答性化合物は、それぞれ、重合性官能基を有する構成単位が重合した重合体であり、
前記中間層は、前記第1の変形材料層と前記第2の変形材料層の間の電子の移動を妨げることを特徴とするアクチュエーター。
A first deformable material layer;
A second deformable material layer;
An intermediate layer provided between the first deformable material layer and the second deformable material layer;
The first deformable material layer includes a first deformable material including a first stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction, and a first electrolyte,
The second deformable material layer includes a second deformable material including a second stimulus-responsive compound whose molecular structure is changed by an oxidation-reduction reaction, and a second electrolyte,
Each of the first stimulus responsive compound and the second stimulus responsive compound is a polymer in which constituent units having a polymerizable functional group are polymerized,
The actuator, wherein the intermediate layer prevents movement of electrons between the first deformable material layer and the second deformable material layer.
前記変形材料は、ゲルである請求項1に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 1, wherein the deformable material is a gel. 前記第1の変形材料層および/または前記第2の変形材料層は、電子導電性物質を含むものである請求項1または2に記載のアクチュエーター。   3. The actuator according to claim 1, wherein the first deformable material layer and / or the second deformable material layer includes an electron conductive substance. 前記電子導電性物質は、炭素を含むものである請求項3に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 3, wherein the electronically conductive substance contains carbon. 前記電子導電性物質は、粒子である請求項3または4に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 3 or 4, wherein the electron conductive substance is a particle. 前記電子導電性物質の平均粒径は、1nm以上10μm以下である請求項5に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 5, wherein an average particle diameter of the electronic conductive material is 1 nm or more and 10 μm or less. 前記重合性官能基が、ビニル基または(メタ)アクリル基である請求項1ないし6のいずれか1項に記載のアクチュエーター。   The actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein the polymerizable functional group is a vinyl group or a (meth) acryl group. 前記構成単位は、液晶性を有する官能基を備えるものである請求項1ないし7のいずれか1項に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 1, wherein the structural unit includes a functional group having liquid crystallinity. 前記構成単位は、前記液晶性を有する官能基と前記重合性官能基とが連結基を介して配置されたものである請求項8に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 8, wherein the structural unit is one in which the functional group having liquid crystallinity and the polymerizable functional group are arranged via a linking group. 前記構成単位は、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たポリアルキレンオキシド構造を含むものである請求項1ないし9のいずれか1項に記載のアクチュエーター。   The actuator according to any one of claims 1 to 9, wherein the structural unit includes a polyalkylene oxide structure obtained by polymerizing an alkylene oxide having 2 and / or 3 carbon atoms. 前記構成単位は、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が前記重合性官能基を有するものである請求項1ないし10のいずれか1項に記載のアクチュエーター。
The structural unit includes a unit A having a coupling functioning as a rotation axis;
A first unit B disposed at a first binding site of the unit A;
A second unit B disposed at a second binding site of the unit A;
A first unit C;
A second unit C,
The first unit B and the second unit B are combined by a reduction reaction,
The actuator according to any one of claims 1 to 10, wherein the first unit C and the second unit C have the polymerizable functional group.
前記ユニットCは、液晶性を有する官能基を有するものである請求項11に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 11, wherein the unit C has a functional group having liquid crystallinity. 前記変形材料は、さらに、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体、ポリ(メタ)アクリル酸メチル、および、有機電解質オリゴマーよりなる群から選択される1種または2種以上を含むものである請求項1ないし12のいずれか1項に記載のアクチュエーター。   The deformable material further includes one or more selected from the group consisting of a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, poly (meth) methyl acrylate, and an organic electrolyte oligomer. The actuator according to any one of 1 to 12. 前記中間層は、ゲルである請求項1ないし13のいずれか1項に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 1, wherein the intermediate layer is a gel. 前記中間層は、ゲル化剤を含み、前記ゲル化剤は前記第1の変形材料および/または前記第2の変形材料を構成する成分と同一の成分を含むものである請求項14に記載のアクチュエーター。   The actuator according to claim 14, wherein the intermediate layer includes a gelling agent, and the gelling agent includes the same component as the component constituting the first deformable material and / or the second deformable material.
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