JPH035720A - Liquid crystal actuator device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は液晶アクチュエータ・デバイスに係り、特に医
療福祉機器やロボット等の小型機械用のアクチュエータ
・デバイスとして好適な小型で高出力かつ高速応答性の
液晶アクチュエータ・デバイスに関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a liquid crystal actuator/device, and is particularly suitable for use as an actuator/device for small machines such as medical welfare equipment and robots. This invention relates to a liquid crystal actuator device.
[従来の技術]
従来より、各fffi液晶材料のうち、低分子液晶は工
業的にはデジタルクロック、電卓、テレビ、ワードプロ
セッサ等の表示部素子として用いられている。また、高
分子液晶は記憶素子、非線形光学素子などとして活用し
ようとする試みもあるが、工業的には高弾性率、高強度
材料として実用化されている。そして、低分子液晶又は
高分子液晶或はそれらの混合系若しくはそれらと他の物
質との混合系においても、液晶材料をアクチュエータ・
デバイスとして応用する例は現在全く提案されていない
。[Prior Art] Among various fffi liquid crystal materials, low-molecular liquid crystals have been used industrially as display elements for digital clocks, calculators, televisions, word processors, and the like. There have also been attempts to utilize polymer liquid crystals as memory elements, nonlinear optical elements, etc., but they have been put into practical use industrially as materials with high elastic modulus and high strength. In the case of low-molecular liquid crystals, high-molecular liquid crystals, mixed systems thereof, or mixed systems of these and other substances, the liquid crystal material can be used as an actuator.
Currently, no example of application as a device has been proposed.
最近になって、茨城大学の長田義仁らは疎水性側鎖を持
つ高分子油性ゲル(サーモトロピック液晶性を示す。)
が転移点を境に急激に硬化−柔軟化することを利用して
、ジメチルスルホキシド(DMSO)中でゲルを加熱し
て柔軟化したところで張力を加えて約3倍に伸張し、冷
却硬化させた後これを再び加熱すると、転穆点で急激に
元の長さまで収縮することを報告している(安永秀計、
長田義仁、「第2口高分子ゲル研究討論会」講演要旨集
第73頁(1989))。しかし、これは温度変化によ
って駆動するもので、その制御を考えた場合、実用的な
アクチュエータ・デバイスを構成できるものではない。Recently, Yoshihito Nagata and colleagues at Ibaraki University have developed a polymer oil-based gel with hydrophobic side chains (exhibiting thermotropic liquid crystallinity).
Taking advantage of the fact that gel rapidly hardens and softens at the transition point, the gel was heated in dimethyl sulfoxide (DMSO) to make it soft, then tension was applied to stretch it approximately three times, and it was cooled and hardened. It has been reported that when it is heated again, it rapidly shrinks to its original length at the inversion point (Hideke Yasunaga,
Yoshihito Nagata, "Second Polymer Gel Research Discussion Group" Lecture Abstracts, p. 73 (1989)). However, this is driven by temperature changes, and when considering its control, it is not possible to construct a practical actuator device.
[発明が解決しようとする課題]
このように、従来においては液晶材料をアクチュエータ
・デバイス構成材料として用いる報告は皆無であり、ま
た、液晶材料が実用的なアクチュエータ・デバイスとな
ることを示唆する報告もなされていないのが現状である
。[Problem to be solved by the invention] As described above, there have been no reports on the use of liquid crystal materials as actuator/device constituent materials, and there have been no reports suggesting that liquid crystal materials can be used as practical actuator/device components. The current situation is that nothing has been done.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、簡易
なシステム構成で、かつ極めて優れた高速応答性を示す
小型高(大)出力アクチュエータ・デバイスであって、
可逆伸縮性、可逆変形性ないし可逆硬軟化性高分子液晶
、即ち、液晶アクチュエータ・デバイスで構成される液
晶アクチュエータ・デバイスを提供することを目的とす
る。The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a compact high (large) output actuator device that has a simple system configuration and exhibits extremely excellent high-speed response.
An object of the present invention is to provide a liquid crystal actuator device composed of a reversibly stretchable, reversibly deformable or reversibly hardening/softening polymer liquid crystal, that is, a liquid crystal actuator device.
[課題を解決するための手段及び作用コ本発明の液晶ア
クチュエータ・デバイスは、出力媒体として電場により
可逆的に機械的エネルギーを取り出す高分子液晶及び/
又は液晶エラストマーを主構成材料とする液晶アクチュ
エータを用いたデバイスである。[Means and effects for solving the problem] The liquid crystal actuator device of the present invention uses a polymer liquid crystal and/or a polymer liquid crystal that reversibly extracts mechanical energy by an electric field as an output medium.
Alternatively, it is a device using a liquid crystal actuator whose main constituent material is liquid crystal elastomer.
本発明の液晶アクチュエータ・デバイスは、さらに、少
なくとも一対の電極間に、直接又は絶縁膜等のスペーサ
を介して間接的に液晶アクチュエータを保持してなる構
成単位(以下rLCセル」と称す。)と、該一対の電極
間に電圧を印加する手段とを備えるものである。The liquid crystal actuator device of the present invention further includes a structural unit (hereinafter referred to as "rLC cell") formed by holding a liquid crystal actuator directly or indirectly through a spacer such as an insulating film between at least one pair of electrodes. , means for applying a voltage between the pair of electrodes.
本発明において、このようなLCセルは、その2又は3
以上を並列又は直列(積層型)に、或いは並列及び直列
の複合型に配列使用することもできる。このように複数
のLCセルを配列させることにより、液晶アクチュエー
タから取り出される機械的エネルギーの出力を拡大させ
ることができる。即ち、例えば、電圧の印加、除去によ
り可逆的に弾性率が変化する液晶アクチュエータを備え
るLCセルを、その液晶アクチュエータの弾性率変位の
方向と垂直な方向に積層することにより、弾性率変化に
よる出力変化の増幅を図ることができる。また、電圧の
印加、除去により可逆的に伸縮する液晶アクチュエータ
を備えるLCセルを、その液晶アクチュエータの伸縮方
向に積層することにより、伸縮変位の拡大を図ることが
できる。In the present invention, such LC cells include two or three
The above may be arranged in parallel or in series (stacked type), or in a composite type of parallel and series. By arranging a plurality of LC cells in this manner, the output of mechanical energy extracted from the liquid crystal actuator can be expanded. That is, for example, by stacking LC cells equipped with liquid crystal actuators whose elastic modulus changes reversibly by applying or removing a voltage in a direction perpendicular to the direction of elastic modulus displacement of the liquid crystal actuators, the output due to the change in elastic modulus can be obtained. Changes can be amplified. Further, by stacking LC cells including liquid crystal actuators that reversibly expand and contract by applying and removing voltage in the direction of expansion and contraction of the liquid crystal actuators, it is possible to increase the expansion and contraction displacement.
このようなLCセル又はLCセルの配列群は、その一部
又は全体をゴム組成物等の伸縮性ないし柔軟性の絶縁性
材料よりなるカバーで被覆しても良い。Such an LC cell or an array group of LC cells may be partially or entirely covered with a cover made of a stretchable or flexible insulating material such as a rubber composition.
なお、電極材料としては特に制限はなく、通常用いられ
るものをいずれも使用することができる。Note that there are no particular limitations on the electrode material, and any commonly used materials can be used.
液晶アクチュエータの材質等には特に制限ははく、従来
より高分子液晶として合成されているもの、好ましくは
側鎖型高分子液晶で側鎖に強話電性のメソゲン基を含む
構造のもので主鎖にポリシロキサン、ポリブタジェン、
ポリエチレン構造等を有する高分子液晶及び/又はそれ
らを架橋反応によりエラストマー化した液晶エラストマ
ーなどを用いることができる。There are no particular restrictions on the material of the liquid crystal actuator, but it should be one that has been conventionally synthesized as a polymer liquid crystal, preferably a side chain type polymer liquid crystal with a structure containing a mesogen group with strong electroconductivity in the side chain. Polysiloxane, polybutadiene in the main chain,
Polymer liquid crystals having a polyethylene structure or the like and/or liquid crystal elastomers obtained by crosslinking them into elastomers can be used.
以下に本発明の液晶アクチュエータ・デバイスに好適な
高分子液晶又は液晶エラストマーを主構成材料とする液
晶アクチュエータについて説明する。A liquid crystal actuator whose main constituent material is a polymeric liquid crystal or a liquid crystal elastomer suitable for the liquid crystal actuator device of the present invention will be described below.
なお、本明細書中では特に断わらない限り「液晶」とは
電界に対して応答するネマチック液晶、スメクチック液
晶、強お電性液晶等の低分子及び高分子液晶のことを示
す。In this specification, unless otherwise specified, "liquid crystal" refers to low-molecular and high-molecular liquid crystals such as nematic liquid crystal, smectic liquid crystal, and ferroelectric liquid crystal that respond to an electric field.
高分子液晶はメソゲン基、即ち液晶性の低分子成分、の
付加の仕方によって主鎖型、側鎖型、主鎖側混合型に大
別できる。そして、側鎖型の場合、メソゲン基と主鎖を
つなぐ屈曲鎖部分をスペーサと呼ぶ。本発明に用いる高
分子液晶は側鎖型高分子液晶が好ましい。Polymer liquid crystals can be roughly classified into main chain type, side chain type, and main chain side mixed type depending on the method of addition of mesogenic groups, that is, liquid crystal low molecular components. In the case of a side chain type, the bent chain portion that connects the mesogenic group and the main chain is called a spacer. The polymer liquid crystal used in the present invention is preferably a side chain type polymer liquid crystal.
一般に、高分子液晶のうち、結晶性高分子液晶は低温側
から結晶状態、液晶状態、等方性液体状態の3状態をと
り、これに対し、非品性高分子液晶は低温側からガラス
状液晶構造領域、液晶状態、等方性液体状態の3状態も
しくはガラス状液晶構造領域、等方性液体状態の2状態
をとることが知られている。In general, among polymer liquid crystals, crystalline polymer liquid crystals take three states from the low temperature side: crystalline state, liquid crystal state, and isotropic liquid state, whereas non-quality polymer liquid crystals take a glassy state from the low temperature side. It is known that it takes three states: a liquid crystal structure region, a liquid crystal state, and an isotropic liquid state, or two states: a glassy liquid crystal structure region and an isotropic liquid state.
本発明に係る液晶アクチュエータは、電圧印加・除去の
刺激により機械的エネルギーを取り出すための液晶アク
チュエータであって、高分子液晶好ましくは側鎖型高分
子液晶又はそれをエラストマー化した液晶エラストマー
を構成材料として用いる。The liquid crystal actuator according to the present invention is a liquid crystal actuator for extracting mechanical energy by stimulation of voltage application/removal, and the liquid crystal actuator is made of a polymer liquid crystal, preferably a side chain type polymer liquid crystal, or a liquid crystal elastomer obtained by elastomizing it. used as
なお、高分子液晶をエラストマー化するためには、 ■ 高分子量にすること。In addition, in order to make polymer liquid crystal into an elastomer, ■ High molecular weight.
■ 架橋構造を取り入れること。■ Incorporating a cross-linked structure.
■ ガラス転移温度が室温以下、好ましくは一20℃以
下であること。(2) The glass transition temperature is below room temperature, preferably below -20°C.
■ 結晶構造を持たない、或いは殆ど持たないこと。■Having no or almost no crystal structure.
等が必要条件である。しかし、この場合、特に■、■の
場合には粘度の増大を伴い、結果的に電場応答性の低下
を招く恐れがある。etc. are necessary conditions. However, in this case, especially in the cases of (1) and (2), the viscosity increases, which may result in a decrease in electric field responsiveness.
また、液晶アクチュエータの電場応答性を良好にするた
めには、高分子中のネマチック性好ましくは弾語電性の
メソゲン基の数を増加すればよい。しかし、この場合に
はガラス転移温度の上昇を免れず、結果的に液晶領域(
即ち、液晶アクチュエータの可動温度範囲)が狭くなる
。Furthermore, in order to improve the electric field responsiveness of the liquid crystal actuator, the number of nematic, preferably elastic, mesogenic groups in the polymer may be increased. However, in this case, an increase in the glass transition temperature is inevitable, and as a result, the liquid crystal region (
In other words, the movable temperature range of the liquid crystal actuator becomes narrower.
一方、液晶アクチュエータの実用性の面からは、前記の
液晶状態を室温も含んだ広い温度範囲において実現させ
ることが不可欠である。On the other hand, from the viewpoint of practicality of the liquid crystal actuator, it is essential to realize the above-mentioned liquid crystal state in a wide temperature range including room temperature.
以上の事を踏まえて、高速電場応答性を保ちつつ、かつ
広い液晶領域を持った高強度の高分子液晶を実現するた
めに、本発明に係る液晶アクチュエータの構成材料には
、次のようなことが有効である。Based on the above, in order to realize a high-strength polymer liquid crystal with a wide liquid crystal area while maintaining high-speed electric field response, the following constituent materials are used for the liquid crystal actuator according to the present invention. This is effective.
■ ガラス転移温度(Tg)の低い主鎖を採用する。■ Adopt a main chain with a low glass transition temperature (Tg).
高分子液晶において、広い液晶領域の確保のためには、
室温よりもできるだけ低いガラス転移温度を持つことが
望ましい。このためには、主鎖がガラス転移温度の低い
ものであること、具体的には主鎖にポリシロキサン(T
g=−123℃)、ポリエチレン(Tg=−102℃)
、ポリブタジェン(Tg=−t 20℃)等の構造を含
むことが最も好ましい。In polymer liquid crystal, in order to secure a wide liquid crystal area,
It is desirable to have a glass transition temperature as low as possible below room temperature. For this purpose, the main chain must have a low glass transition temperature, specifically, the main chain must have polysiloxane (T
g=-123℃), polyethylene (Tg=-102℃)
, polybutadiene (Tg=-t 20°C), and the like.
■ 電場応答性が高く、好ましくはガラス転移温度、粘
性に影響の少ないメソゲン基を導入する。(2) Introducing a mesogenic group that has high electric field responsiveness and preferably has little effect on glass transition temperature and viscosity.
前記したように一般に、メソゲン基を多く導入するとガ
ラス転移温度は高くなる傾向にある。従って、電場応答
性が高いメソゲン基であって、ガラス転移温度、粘性に
影響の少ないメソゲン基を、ガラス転移温度を大幅に上
昇することがないような割合で導入するのが好ましい。As described above, in general, the glass transition temperature tends to increase as more mesogenic groups are introduced. Therefore, it is preferable to introduce a mesogenic group having high electric field responsiveness and having little influence on the glass transition temperature and viscosity in a proportion that does not significantly increase the glass transition temperature.
なお、メソゲン基の導入方法としては化学的方法、例え
ばメソゲン部を構成する液晶性モノマーと主鎖部を構成
する千ツマ−との共重合や、ポリシロキサンの5i−H
にヒドロシリル化反応によって末端ビニルのメソゲン基
を付加させる高分子反応(化学修飾、変性)やパーオキ
サイドによるラジカル重合反応等を利用した動的加硫法
等がいずれも利用できる。また、物理的方法、例えば後
述の低分子液晶の混合等もメソゲン基の導入に値する。The mesogenic group can be introduced by chemical methods, such as copolymerization of a liquid crystalline monomer constituting the mesogenic part and 100% monomer constituting the main chain, or 5i-H of polysiloxane.
A dynamic vulcanization method using a polymer reaction (chemical modification, modification) in which a terminal vinyl mesogenic group is added by a hydrosilylation reaction or a radical polymerization reaction using a peroxide can be used. In addition, physical methods such as mixing low-molecular liquid crystals described below are also suitable for introducing mesogenic groups.
■ 低分子液晶と混合使用する。■ Mixed use with low molecular liquid crystal.
低分子の液晶の場合、実用上必要とされる温度範囲にわ
たって液晶相を呈する液晶材料を得るには、他種類の単
体(中温液晶、高温液晶、減粘剤)を混合することが必
要である。同様にメソゲン基を側鎖又は主鎖に持つ高分
子液晶の場合も、他種の低分子の液晶をこの高分子液晶
に混合した場合、電場による配向性が良好になることが
あることが知られている。従って、適当量の低分子液晶
の併用は、電場応答性の向上に極めて有効である。In the case of low-molecular liquid crystals, it is necessary to mix other types of single substances (medium-temperature liquid crystals, high-temperature liquid crystals, thinners) to obtain a liquid crystal material that exhibits a liquid crystal phase over the temperature range required for practical use. . Similarly, in the case of polymer liquid crystals that have mesogenic groups in their side chains or main chains, it is known that when other types of low-molecular liquid crystals are mixed with the polymer liquid crystals, the orientation by electric field may be improved. It is being Therefore, the combined use of an appropriate amount of low-molecular-weight liquid crystal is extremely effective in improving electric field responsiveness.
■ 高分子液晶をエラストマー化する。■ Turn polymer liquid crystal into an elastomer.
エラストマー化は通常の架橋反応等によって行なうこと
ができるが、エラストマー化することにより、高温にな
っても流動性がなく、高強度の液晶アクチュエータを得
ることが可能とされる。従フて、電場応答性を損なわな
い範囲において、エラストマー化するのが好ましい。Formation into an elastomer can be carried out by a normal crosslinking reaction, etc., but by forming it into an elastomer, it is possible to obtain a liquid crystal actuator that has no fluidity even at high temperatures and has high strength. Therefore, it is preferable to use an elastomer as long as the electric field response is not impaired.
以上のことから、本発明に係る液晶アクチュエータ構成
材料としては、次のようなものが好適である。In view of the above, the following materials are suitable for forming the liquid crystal actuator according to the present invention.
高分子液晶又は液晶エラストマーとしては、主鎖にシロ
キサン、エチレン、ブタジェン構造を含み、メソゲン基
として一般式
等(mは0又は1以上の整数)
−A −: −(:H−N−
1
C−0−
↑
−N−N−,N−N−(トランス)
で示される基等を側鎖に有し、このようなメソゲン基の
導入割合が20〜50重量%、分子量が103〜106
程度の高分子液晶又はこれを架橋して得られる液晶エラ
ストマーが好ましい。The polymeric liquid crystal or liquid crystal elastomer contains a siloxane, ethylene, or butadiene structure in its main chain, and has a general formula such as a mesogenic group (m is an integer of 0 or 1 or more) -A -: -(:H-N- 1 C -0- ↑ -N-N-, N-N- (trans) etc. in the side chain, the introduction ratio of such mesogenic groups is 20 to 50% by weight, and the molecular weight is 103 to 106
A liquid crystal elastomer obtained by crosslinking a liquid crystal polymer of about 100 ml or more is preferable.
なお、上記一般式中、−R−等は下記のものを示す。In addition, in the above general formula, -R-, etc. indicate the following.
−R−:→CH2→ 、→CH2刊−〇−(トランス)
等
1 :0又は1
n :0,1.2又は3
具体的には、ポリメチルハイドロシロキサン、ポリメチ
ルハイドロ−ジメチルシロキサンコポリマー等の分子量
4X102〜10’程度の主鎖構成分子に対して、メソ
ゲン基として下記液晶モノマー
を20〜95重量%白金系触媒5〜75ppmを用いて
導入したもの、或いは、更に下記■〜■等の架橋剤を5
〜30重量%用いて触媒の存在下、エラストマー化した
もの等が挙げられる。-R-: →CH2→ , →CH2 publication -〇- (trans)
etc. 1:0 or 1 n:0, 1.2 or 3 Specifically, mesogen The following liquid crystal monomer is introduced as a base using 20 to 95% by weight of a platinum catalyst at 5 to 75 ppm, or the following crosslinking agent such as
Examples include those made into an elastomer using up to 30% by weight in the presence of a catalyst.
(テトラメチルジビニルジシロキサン)(n≧0)
(ビス(ビニルジメチルシリル)ベンゼン)これらの高
分子液晶又は液晶エラストマーは、1種を単独で用いて
も、2種以上を併用しても良い。(Tetramethyldivinyldisiloxane) (n≧0) (Bis(vinyldimethylsilyl)benzene) These polymeric liquid crystals or liquid crystal elastomers may be used alone or in combination of two or more.
また、このような高分子液晶又は液晶エラストマーと併
用するに好適な低分子液晶としては、上記メソゲン基の
導入に用いられる低分子液晶等を用いることができる。Further, as a low molecular liquid crystal suitable for use in combination with such a polymeric liquid crystal or a liquid crystal elastomer, the low molecular liquid crystal used for introducing the mesogenic group described above can be used.
これらの低分子液晶は1種を単独で用いても、2種以上
を併用しても良い。These low molecular liquid crystals may be used alone or in combination of two or more.
高分子液晶又は液晶エラストマーに対する低分子液晶と
の混合割合は少なすぎると、低分子液晶を併用すること
による電場応答性の改善効果が低く、多過ぎると流動性
が増し強度が低下する。If the mixing ratio of the low-molecular liquid crystal to the polymeric liquid crystal or liquid crystal elastomer is too small, the effect of improving electric field response by using the low-molecular liquid crystal in combination will be low, and if it is too large, the fluidity will increase and the strength will decrease.
従って、上記高分子液晶又は液晶エラストマーと低分子
液晶との混合割合は、重量比でに0.1〜1となるよう
にするのが好ましい。Therefore, it is preferable that the mixing ratio of the polymeric liquid crystal or liquid crystal elastomer and the low-molecular liquid crystal is 0.1 to 1 by weight.
本発明に係る液晶アクチュエータは上述の高分子液晶及
び/又は液晶エラストマー、或いは必要に応じて更に低
分子液晶で構成することもできるが、更に強度を向上さ
せるために、各種の補強剤や充填剤を、或いは使用温度
範囲を広げる目的で低分子液晶等の添加剤を混合使用す
ることもできる。The liquid crystal actuator according to the present invention can be composed of the above-mentioned polymeric liquid crystal and/or liquid crystal elastomer, or if necessary, further composed of low molecular liquid crystal, but in order to further improve the strength, various reinforcing agents and fillers may be added. Alternatively, additives such as low-molecular liquid crystals may be mixed and used for the purpose of widening the operating temperature range.
このような本発明に係る液晶アクチュエータに用いてい
る液晶アクチュエータの可逆伸縮性の原動力は、電圧の
印加、除去である。従って、可逆伸縮性を効率的に発揮
するためには、使用する液晶アクチュエータの形状ない
し使用形態は薄膜の積層型とするのが好ましい。The driving force behind the reversible stretchability of the liquid crystal actuator used in the liquid crystal actuator according to the present invention is the application and removal of voltage. Therefore, in order to efficiently exhibit reversible stretchability, it is preferable that the shape or mode of use of the liquid crystal actuator used be a laminated thin film type.
本発明に係る液晶アクチュエータは、各種主鎖構成物質
、メソゲン基導入物質、架橋剤、必要に応じて各種添加
剤等を添加して、常法に従って反応、成形することによ
り、或いは反応物に更に低分子液晶を混合して成形する
ことにより容易に製造することができる。The liquid crystal actuator according to the present invention can be produced by adding various main chain constituent substances, mesogenic group-introducing substances, cross-linking agents, and various additives as necessary, and reacting and molding them according to conventional methods, or by further adding to the reactants. It can be easily manufactured by mixing and molding low-molecular liquid crystals.
このような液晶アクチュエータを備える本発明の液晶ア
クチュエータ・デバイスは、電極間に印加・除去される
電圧に応じて可逆的に機械的エネルギーを出力する、高
速応答性に優れ、高出力なデバイスである。The liquid crystal actuator device of the present invention, which includes such a liquid crystal actuator, is a high-output device with excellent high-speed response that reversibly outputs mechanical energy according to the voltage applied and removed between the electrodes. .
[実施例コ
以下に図面を参照して本発明の液晶アクチュエータ・デ
バイスをより具体的に説明するが、本発明はその要旨を
超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない
。[Examples] The liquid crystal actuator device of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.
実施例1
除振器(積層型)の例
第1図(縦断面図)及び第2図(斜視図)を参照して、
本発明の第1の実施例に係る液晶アクチュエータ・デバ
イスを説明する。Example 1 Example of vibration isolator (laminated type) Referring to FIG. 1 (longitudinal sectional view) and FIG. 2 (perspective view),
A liquid crystal actuator device according to a first embodiment of the present invention will be described.
本実施例の液晶アクチュエータ・デバイス10は、5枚
の電極板IA、IB、IC,ID、IEの間に液晶アク
チュエータ2A、2B、2C。The liquid crystal actuator device 10 of this embodiment has liquid crystal actuators 2A, 2B, and 2C between five electrode plates IA, IB, IC, ID, and IE.
2Dがそれぞれ挟み込まれて設けられたものであり、こ
れらの積層構造体は全体が伸縮性絶縁カバー3で被覆さ
れている。2D are sandwiched between each other, and the entire laminated structure is covered with a stretchable insulating cover 3.
そして、カバー3内には電池4からの導線5a、5bが
埋設されており、電極板IA〜IEのうち、IA、IC
及びIEには電池4のプラス極からの導線5aが、また
、IB及びIDには電池4のマイナス極からの導線5b
がそれぞれ接続されている。Conductive wires 5a and 5b from the battery 4 are buried inside the cover 3, and among the electrode plates IA to IE, IA and IC
A conductor 5a from the positive pole of the battery 4 is connected to IB and ID, and a conductor 5b from the negative pole of the battery 4 is connected to IB and ID.
are connected to each other.
これにより、電極板IA、IB間の液晶アクチュエータ
2A、電極板IB、IC間の液晶アクチュエータ2B、
電極板IC,10間の液晶アクチュエータ2C,並びに
電極板ID、IE間の液晶アクチュエータ2Dのそれぞ
れに電圧が印加されるように構成されている。図中、6
はスイッチである。As a result, the liquid crystal actuator 2A between electrode plates IA and IB, the liquid crystal actuator 2B between electrode plate IB and IC,
A voltage is applied to each of the liquid crystal actuator 2C between the electrode plates IC and 10, and the liquid crystal actuator 2D between the electrode plates ID and IE. In the figure, 6
is a switch.
液晶アクチュエータ2A〜2Dは、電圧の印加・除去に
よってその弾性率が主として積層方向(図において上下
方向)に可逆的に変化するものである。このため、本実
施例の液晶アクチュエータデバイス10によれば、スイ
ッチ6のオン・オフにより、可逆的に弾性率が変化して
外部の振動を吸収する除振器が提供される。The elastic modulus of the liquid crystal actuators 2A to 2D reversibly changes mainly in the stacking direction (in the vertical direction in the figure) by applying or removing a voltage. Therefore, the liquid crystal actuator device 10 of this embodiment provides a vibration isolator whose elastic modulus changes reversibly by turning the switch 6 on and off, thereby absorbing external vibrations.
なお、このような除振器としての液晶アクチュエータ・
デバイスに用いられる7夜晶アクチユエータの構成材料
としては、次のような高分子液晶又は液晶エラストマー
が好適例として挙げられる。In addition, liquid crystal actuators can be used as such vibration isolators.
Preferred examples of the constituent material of the 7-night crystal actuator used in the device include the following polymeric liquid crystals and liquid crystal elastomers.
実施例2
振器(積層型)の例
液晶アクチュエータとして、電圧の印加・除去に応じて
その積層方向に可逆的に伸縮する液晶アクチュエータを
用いて、第1図及び第2図に示す液晶アクチュエータ・
デバイスを構成した。Example 2 Example of a vibrator (stacked type) A liquid crystal actuator that reversibly expands and contracts in the stacking direction in response to voltage application and removal is used as the liquid crystal actuator shown in FIGS. 1 and 2.
Configured the device.
このような液晶アクチュエータ・デバイス10によれば
、スイッチ6のオン・オフにより、可逆的に伸縮して外
部に振動を与える加振器が提供される。According to such a liquid crystal actuator device 10, a vibrator that reversibly expands and contracts to apply vibrations to the outside is provided by turning on and off the switch 6.
なお、このような加振器としての液晶アクチュエータ・
デバイスに用いられるン夜晶アクチュエ−タの構成材料
としては、次のような高分子液晶又は液晶エラストマー
が好適例として挙げられる。In addition, a liquid crystal actuator as such an exciter
Preferred examples of the constituent material of the night crystal actuator used in the device include the following polymeric liquid crystals and liquid crystal elastomers.
実施例3
似指 ユニモルフ型)の例
第3図(断面図)、第4図(斜視図)及び第5図(斜視
図)を参照して、本発明の第3の実施例に係る液晶アク
チエータ・デバイスを説明する。Example 3 (unimorph type) Example Referring to FIG. 3 (cross-sectional view), FIG. 4 (perspective view), and FIG. 5 (perspective view), a liquid crystal actuator according to a third example of the present invention・Explain the device.
本実施例の液晶アクチュエータ・デバイス20は、一対
の伸縮性電極11A、118間に液晶アクチュエータ1
2が保持され、一方の電極11aには電池4のプラス極
からの導線5aが、また他方の電極11bには電池4の
マイナス極からの導線5bが接続され、スイッチ6を閉
じることにより、電Jfuta、ttb間に電圧が印加
されるように構成されている。また、伸縮性電8i11
bの外表面には弾性板7が接着されている。The liquid crystal actuator device 20 of this embodiment has a liquid crystal actuator 1 between a pair of stretchable electrodes 11A and 118.
2 is held, one electrode 11a is connected to a conductor 5a from the positive pole of the battery 4, and the other electrode 11b is connected to a conductor 5b from the negative pole of the battery 4. By closing the switch 6, the power is turned off. A voltage is applied between Jfuta and ttb. In addition, elastic electric 8i11
An elastic plate 7 is adhered to the outer surface of b.
本実施例に用いられている液晶アクチュエータ12は、
電圧の印加により収縮し、電圧の除去によりもとの状態
に復帰するものである。従って、スイッチ6を閉じて、
伸縮性電極11a、11b間に電圧を印加することによ
り、液晶アクチュエータ12は収縮するが、伸縮性′2
ii極11a側は弾性板7により収縮が妨げられるため
、結果として第3図に示す如く、電極11a側とfib
側との液晶アクチュエータ12の収縮の差により液晶ア
クチュエータ・デバイス20は湾曲した状態となる。The liquid crystal actuator 12 used in this example is
It contracts when a voltage is applied and returns to its original state when the voltage is removed. Therefore, by closing switch 6,
By applying a voltage between the stretchable electrodes 11a and 11b, the liquid crystal actuator 12 contracts, but the stretchability '2
Since the contraction of the ii pole 11a side is prevented by the elastic plate 7, as shown in FIG. 3, the electrode 11a side and fib
The differential contraction of the liquid crystal actuator 12 with respect to the sides causes the liquid crystal actuator device 20 to be in a curved state.
このような液晶アクチュエータ・デバイス20は、第4
図及び第5図に示す如く、その複数本(図においては3
本)を並設して疑似指とすることができる。第4図及び
第5図に示す疑似指は、3木の液晶アクチュエータ・デ
バイス20(20A、20B、20C)を基板8に取り
付けたものであって、電圧の印加による上述した液晶ア
クチュエータ・デバイスの湾曲を利用して作業を行なわ
せるものである。即ち、電池4及び導線5a、5bより
なる液晶アクチュエータ・デバイス20への通電用回路
のスイッチ6を閉とすることにより各液晶アクチュエー
タ・デバイス20A、20B、20Cに電圧を印加し、
これを湾曲させ、第4図に示す如く、被処理物9を把持
させる。スイッチ6を開とすることにより、各液晶アク
チュエータ・デバイス20A、20B。Such a liquid crystal actuator device 20 has a fourth
As shown in the figure and Figure 5, there are multiple
(book) can be placed side by side to serve as a pseudo finger. The pseudo finger shown in FIGS. 4 and 5 has three liquid crystal actuator devices 20 (20A, 20B, 20C) attached to a substrate 8, and the above-mentioned liquid crystal actuator devices can be activated by applying voltage. It uses curvature to perform work. That is, a voltage is applied to each of the liquid crystal actuator devices 20A, 20B, and 20C by closing the switch 6 of the circuit for energizing the liquid crystal actuator device 20 consisting of the battery 4 and the conductive wires 5a and 5b.
This is bent to grip the object 9 as shown in FIG. By opening switch 6, each liquid crystal actuator device 20A, 20B.
20Cは伸張してもとの状態に復帰し、第5図に示す如
く、被処理物9を放す。20C is expanded and returned to its original state, and releases the object 9 to be processed, as shown in FIG.
なお、このような疑似指としての液晶アクチュエータ・
デバイスに用いられるン夜晶アクチュエータの構成材料
としては、次のような高分子液晶又は液晶エラストマー
が好適例として挙げられる。In addition, the liquid crystal actuator as a pseudo finger like this
Preferred examples of the constituent material of the night crystal actuator used in the device include the following polymeric liquid crystals or liquid crystal elastomers.
CH3
[発明の効果コ
以上詳述した通り、本発明の液晶アクチュエータ・デバ
イスによれば、小型かつ簡単な構成で高(犬)出力かつ
高速応答性の液晶アクチュエータ・デバイスが提供され
る。CH3 [Effects of the Invention] As detailed above, according to the liquid crystal actuator device of the present invention, a liquid crystal actuator device having a small size and simple configuration, high output and high speed response is provided.
従って、本発明の液晶アクチュエータ・デバイスは、医
療福祉機器やロボット等の小型機成用高特性アクチュエ
ータ・デバイスとして、極めて有用である。Therefore, the liquid crystal actuator device of the present invention is extremely useful as a high-performance actuator device for small-sized mechanisms such as medical welfare equipment and robots.
第1図は本発明の実施例に係る液晶アクチュエータ・デ
バイスの縦断面図、第2図は同斜視図、第3図は本発明
の別の実施例に係る液晶アクチュエータ・デバイスの断
面図、第4図及び第5図は第3図に示す液晶アクチュエ
ータ・デバイスを用いた疑似指の斜視図である。
10 。
IA。
2A。
20・・・液晶アクチュエータ・デバイス、IB、IC
,ID、IE・・・電極板、2B、2C,2D、12
・・・液晶アクチュエータ、
11b・・・伸縮性IE極。FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a liquid crystal actuator device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view thereof, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a liquid crystal actuator device according to another embodiment of the present invention. 4 and 5 are perspective views of a pseudo finger using the liquid crystal actuator device shown in FIG. 3. 10. I.A. 2A. 20...Liquid crystal actuator device, IB, IC
, ID, IE...electrode plate, 2B, 2C, 2D, 12...liquid crystal actuator, 11b...stretchable IE pole.
Claims (1)
ーを取り出す高分子液晶及び/又は液晶エラストマーを
主構成材料とする液晶アクチュエータを用いたデバイス
であって、少なくとも一対の電極間に直接又はスペーサ
を介して間接的に液晶アクチュエータを保持してなる構
成単位と、該一対の電極間に電圧を印加する手段とを備
え、該一対の電極間にされた電圧に応じて前記液晶アク
チュエータが可逆的に伸縮、変形ないし硬軟化等の機械
的エネルギーを発することを特徴とする液晶アクチュエ
ータ・デバイス。(1) A device using a liquid crystal actuator whose main constituent material is a polymeric liquid crystal and/or a liquid crystal elastomer that extracts mechanical energy reversibly from an electric field as the main medium, and which has at least a pair of electrodes directly or with a spacer between them. a structural unit that indirectly holds a liquid crystal actuator through a liquid crystal actuator, and a means for applying a voltage between the pair of electrodes, and the liquid crystal actuator is reversibly moved in accordance with the voltage applied between the pair of electrodes. A liquid crystal actuator device characterized by emitting mechanical energy such as expansion/contraction, deformation, hardening/softening, etc.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1139759A JPH035720A (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | Liquid crystal actuator device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1139759A JPH035720A (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | Liquid crystal actuator device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH035720A true JPH035720A (en) | 1991-01-11 |
Family
ID=15252728
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1139759A Pending JPH035720A (en) | 1989-06-01 | 1989-06-01 | Liquid crystal actuator device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH035720A (en) |
Cited By (8)
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-
1989
- 1989-06-01 JP JP1139759A patent/JPH035720A/en active Pending
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