JP2008255284A

JP2008255284A - 光駆動型アクチュエータおよび光駆動型アクチュエータの製造方法

Info

Publication number: JP2008255284A
Application number: JP2007101325A
Authority: JP
Inventors: Takayasu Yasuda; 貴康保田; Naoyuki Nishikawa; 尚之西川
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で動作する光駆動型アクチュエータ、その光駆動型アクチュエータの簡便な製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータ１は、光の刺激を受けて変形するポリマーを備え、該ポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータにおいて、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有し、該光異性化基が所定のパターン化された複数の方向に配向しているポリマーを備えたことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、光の刺激を受けて変形するポリマーを備え、該ポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータおよびその光駆動型アクチュエータの製造方法に関する。

メカトロニクス分野において様々なアクチュエータの開発が進められ、特に高分子アクチュエータは、その柔軟性、軽量性、および駆動時に無音であることから多大な注目を集めている。その中で、光に応答して動作する光駆動型アクチュエータは、非接触でエネルギー供給が可能であり、駆動のための配線を必要とせず、電気配線から発生するようなノイズを回避できることなどから、特に、医療・介護分野や航空宇宙分野で用いられるマイクロマシンやロボットへの応用が期待されている。また、医療機器、産業用ロボット、パーソナルロボット、マイクロマシンなどの分野において、小型かつ軽量で柔軟性に富むアクチュエータの必要性が高まっている。

光により駆動する高分子材料としては、光応答性ゲルに関する研究が従来から活発に行われている。例えば、光イオン化するトリフェニルメタンのロイコ体を含むポリアクリルアミドゲルによる光変形（非特許文献１参照）や、ポリアクリルアミドゲルにＣＯ_２赤外レーザー光を照射することによる屈曲動作（非特許文献２参照）が報告されている。

前者の例は光によるイオン解離反応が起き、その結果としてゲル中の浸透圧が増大し膨潤したものであり、後者の例は赤外レーザー光照射によって発生する熱によるゲルの体積変化に基づく浸透圧変化によるものである。さらに、ポリアクリルアミドゲル以外にも光応答性基としてアゾベンゼン基をその主鎖に含むポリイミドゲル等も知られている（特許文献１参照）。しかしながら、このような光応答性ゲルは、その駆動原理が浸透圧変化に基づく水などの溶媒分子の取り込み・吐き出しによるため、溶媒が不可欠でドライな環境で使用できないという問題を有している。

ドライな環境下において光により駆動する高分子材料として、最も古くはアゾベンゼン基を含むポリイミドが紫外線により収縮する現象が報告されている（非特許文献３参照）。その他には、アゾベンゼンで架橋されたポリエチルアクリレート（非特許文献４参照）やアゾベンゼンを主鎖に含むポリイミドフイルム（非特許文献５参照）が知られている。

さらに、光応答性基としてスピロベンゾピランを橋かけ剤としたポリアクリル酸エチル（非特許文献６参照）やスチルベン基を主鎖に含むポリキノリン（非特許文献７参照）も知られている。しかしながら、いずれもその変位量は小さく、実用面での利用は難しいと考えられている（非特許文献８参照）。

近年において、ドライ環境で使用可能な光駆動型アクチュエータとしては、液晶エラストマ−が報告されている。例えば、光応答性基としてアゾベンゼン基を側鎖に有する高分子を液晶配向状態で架橋した液晶エラストマ−が紫外光照射により伸縮挙動あるいは屈曲挙動を示すことが報告されている（特許文献２、非特許文献９、非特許文献１０参照）。

また、アゾベンゼン誘導体からなる重合性液晶組成物を光、あるいは熱により架橋したポリドメイン液晶エラストマ−が紫外光の偏光照射により自由な方向に屈曲作動できることが知られている（非特許文献１１参照）。

しかしながら、前者の例では、光に対する応答速度が非常に遅い点で問題を有している。また、後者の例では、膜厚とともに応答性が減少し、薄膜としてしか機能を発揮できないという点や液晶温度域でのみの駆動で作動温度等が限定されるという点で問題を有している。したがって、これらの液晶エラストマーに関しても、実用化を鑑み、性能面において課題が残されている。

一方、液晶分子の配向を制御するパターニングの方法として、マイクロラビング（液晶分子の配向分子の配向方向を規定する処理）した配向膜を用いる方法（特許文献３参照）、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる層を形成させ、光配向処理した配向膜を用いる方法（非特許文献１２参照）、あるいは磁場印加と光照射による硬化を繰り返す方法（特許文献４参照）などが知られている。
Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ誌、第１９巻、２４７６頁（１９８６年）Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．誌、第１０２巻、５５１頁（１９９５年）Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ誌、第３巻、３４９頁（１９７０年）Ｐｏｌｙｍｅｒ誌、第２１巻、１１７５頁（１９８２年）Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ誌、第３巻、３４９頁（１９７０年）ＰｕｒｅＡｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．誌、第８巻、３５７頁（１９７３年）Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ誌、第１８巻、３２１頁（１９８５年）形状記憶ポリマーの開発と応用、シーエムシー社、東京（１９８８年）Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．誌、第８７巻、０１５５０１頁（２００１年）Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．誌、第１６巻、１６３７頁（２００４年）Ｎａｔｕｒｅ誌、第４２５巻、１４５頁（２００３年）ＯｐｔｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｆＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ誌、２０１〜２４４頁（２００３年）特開２００５−２３１５１号公報特開２００２−２５６０３１号公報特開昭６３−１０６６２４号公報特開２００５−１４１０７３号公報

本発明は、上記事情に鑑み、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で動作する光駆動型アクチュエータ、およびその光駆動型アクチュエータの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータは、
光の刺激を受けて変形するポリマーを備え、そのポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータにおいて、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有し、その光異性化基が所定のパターン化された複数の方向に配向しているポリマーとを備えたことを特徴とする。

ここで、「光異性化基」とは、光により立体異性化または構造異性化を起こす官能基であり、さらに別の波長の光または熱によってその逆異性化を起こすものである。

本発明の光駆動型アクチュエータは、光異性化基が所定の方向に配向しているので光に対する応答性が高まり、光の刺激によって光異性化基が所定の方向に素早く変形する。また、本発明の光駆動型アクチュエータは、柔軟性を有し、軽量性を具備し、かつ無音で動作する。

ここで、上記光異性化基が、アゾベンゼン基であることが好適である。

アゾベンゼン基は、通常、熱力学的に安定なトランス体として存在しているが、紫外光をアゾベンゼン基に照射することでシス体となり、可視光をアゾベンゼン基に照射することで再びトランス体に戻る光異性化基である。したがって、光異性化基としてアゾベンゼン基を用いることで、光異性化反応を起こすことが容易となり、極めて高い光応答性が得られる。

また、前記ポリマーおよび前記配向膜が、フイルム状に成形されたものであることが好ましい。

前記ポリマーおよび前記配向膜がフイルム状に成形されたものであると加工性が高められる。

上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第１の製造方法は、
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、その光異性化基を所定のパターン化された複数の方向に配向させる配向膜上に塗布する工程と、
その組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。

上記光駆動型アクチュエータの第１の製造方法によれば、配向膜上に塗布された組成物中の光異性化基に配向性を施すことで光に対する応答性を高めた光駆動型アクチュエータが得られる。

また、上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第２の製造方法は、
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、光異性化基を所定のパターン化された複数の方向に配向させる一対の配向膜の間に注入する工程と、
その組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。

上記光駆動型アクチュエータの第２の製造方法によっても、一対の配向膜の間に注入された組成物中の光異性化基に配向性を施すことで光に対する応答性を高めた光駆動型アクチュエータが得られる。

ここで、上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第３の製造方法は、
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する工程と、
上記光配向膜に光照射を施す工程と、
上記光配向膜上に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を塗布する工程と、
その組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。

上記光駆動型アクチュエータの第３の製造方法によれば、光配向膜上に塗布された組成物中の光異性化基に配向性を施すことで光に対する応答性を高めた光駆動型アクチュエータが得られる。

また、上記目的を達成する本発明の光駆動型アクチュエータの第４の製造方法は、
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する工程と、
前記光配向膜に光照射を施す工程と、
一対の光配向膜の間に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を注入する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする。

上記光駆動型アクチュエータの第４の製造方法によっても、一対の光配向膜の間に注入された組成物中の光異性化基に配向性を施すことで光に対する応答性を高めた光駆動型アクチュエータが得られる。

ここで、上記第１〜第４の製造方法のいずれにおいても、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物が液晶性を有することが好ましい。

本発明によれば、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で動作する光駆動型アクチュエータ、およびその光駆動型アクチュエータの製造方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

発明者らは、鋭意検討した結果、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有し、その光異性化基が所定のパターン化された複数の方向に配向していることを特徴とするポリマーが、所定の方向に対して高い光駆動性を示し、複雑な形状への変形も可能な光駆動型アクチュエータ材料となり得ることを見出した。

本発明の光駆動型アクチュエータは、配向がパターン化された光異性化基を有するポリマー（以下、「光異性化基含有ポリマー」と略記することがある）を含有する。

ここで、「パターン化された」とは、複数の光異性化基の配向が、所定の方向に揃えられたことをいう。また、「光異性化基」とは、前述の通り、光により立体異性化または構造異性化を起こす官能基であり、さらに別の波長の光または熱によってその逆異性化を起こすものである。これらの官能基を有する化合物として、一般的には、構造変化と共に可視域での色調変化を伴うものは、フォトクロミック化合物としてよく知られているものが多く、具体的には、アゾベンゼン類、ベンズアルドキシム類、アゾメチン類、スチルベン類、スピロピラン類、スピロオキサジン類、フルギド類、ジアリールエテン類、ケイ皮酸類、レチナール類、ヘミチオインジゴ類等が挙げられる。上記光異性化基としてはアゾベンゼン基が好ましい。

上記光異性化基含有ポリマーの種類としては、「改訂高分子合成の化学」（大津隆行著、発行：株式会社化学同人、１９６８）１〜４ページに記載があるポリマー種のいずれであってもよく、例えば、ポリオレフィン類、ポリエステル類、ポリアミド類、ポリイミド類、ポリウレタン類、ポリカーボネート類、ポリスルホン類、ポリカーボナート類、ポリエーテル類、ポリアセタール類、ポリケトン類、ポリフェニレンオキシド類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリアリレート類、ＰＴＦＥ類、ポリビニリデンフロライド類、セルロース誘導体などが挙げられる。前記ポリマーは、ポリオレフィン類であることが好ましい。また、上記光異性化基含有ポリマーは液晶性を示すことが好ましい。

以下に具体例を挙げる。但し、本発明の範囲はこれらのみに限定されるものではない。

また、上記光異性化基含有ポリマーは、光異性化基を有するモノマーからなる組成物（以下、光異性化基含有モノマー組成物と略記することがある）を基板上に塗布し、そのモノマー組成物を重合することにより形成することもできる。この場合、そのモノマー組成物は液晶性を示すことが好ましい。

ここで、上記光異性化基含有モノマー組成物としては、重合性を有するとともに光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光応答性基を含む多官能性モノマーの少なくとも一種と、重合性を有する単官能性モノマーの少なくとも一種を含有することが好ましく、前記多官能性モノマーとしては複数の光異性化基を含んでいることがより好ましい。

上記光異性化基含有多官能性モノマーの好適な例として、下記一般式（Ｉ）で表されるモノマーを挙げることができる。
一般式（Ｉ）

（上記一般式（Ｉ）において、Ｐ^１、Ｐ^２はそれぞれ独立して重合性基を示し、Ｌ^１、Ｌ^２ｍ、Ｌ^３はそれぞれ独立して二価の連結基を示し、Ｒ^１、Ｒ^２ｍはそれぞれ独立して光応答性単位を示す。ｍは１〜４の整数を示す。）
一般式（Ｉ）において、Ｐ^１、Ｐ^２はそれぞれ独立して重合性基を示す。重合性基としては、付加重合反応が可能な重合性基が好ましい。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、グリシジル基、ビニル基等が好ましい例として挙げられ、その中でアクリロイル基、メタアクリロイル基が特に好ましい。Ｌ^１、Ｌ^２ｍ、Ｌ^３はそれぞれ独立して二価の連結基を示し、炭素数１〜２０の二価のアルキレン基、炭素数１〜２０の二価のアルケニレン基、炭素数１〜２０の二価のアルキニレン基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＹ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−，−ＮＨＣＯ−、あるいはこれらの組合せからなる二価の連結基が好ましい。

ここで、Ｌ^１、Ｌ^３に関しては、炭素数１〜２０のアルキレンオキシ基、炭素数１〜２０のオキシアルキレンオキシ基、炭素数１〜２０のオキシアルキレンオキシカルボニル基、炭素数１〜２０のオキシアルキレンカルボニルオキシ基等を特に好ましい例として挙げることができる。

また、Ｌ^２ｍに関しては、炭素数１〜２０のアルキレン基、炭素数１〜２０のオキシアルキレンオキシ基、炭素数１〜２０のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、炭素数１〜２０のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基を特に好ましい例として挙げることができる。Ｒ^１、Ｒ^２ｍはそれぞれ独立して前述の光応答性単位を示す。ｍは１〜４の整数を示し、好ましくは１もしくは２である。

ここで、一般式（Ｉ）で示される多官能性モノマーは、下記、一般式（II）で示される多官能性モノマーが特に好ましい例である。
一般式（II）

上記、一般式（II）において、Ｐ^１、Ｐ^２、Ｌ^１、Ｌ^３、Ｒ^１、Ｒ^２ｍ、ｌ、ｎの説明は、上記一般式（I）と同様である。Ｌ^２に関しては、炭素数１〜２０のアルキレン基、炭素数１〜２０のオキシアルキレンオキシ基、炭素数１〜２０のカルボニルオキシアルキレンオキシカルボニル基、炭素数１〜２０のオキシカルボニルアルキレンカルボニルオキシ基を好ましい例として挙げることができ、−ＣＨ_２−、−ＣＨ_２ＣＨ_２−が特に好ましい例として挙げることができる。

以下に光異性化基を有するモノマーの具体例を挙げる。但し、本発明の範囲はこれらのみに限定されるものではない。

また、前記した単官能性モノマーとしては、一般式（III）で示される単官能性モノマーが好ましい。
一般式（III）

（上記一般式（III）において、Ｐ^３は重合性基を示し、Ｌ^４は、二価の連結基を示し、Ｍはメソゲン基を示す。ｏは０あるいは１を示す。）
また、上記一般式（III）において、Ｐ^３は重合性基を示し、付加重合反応が可能な重合性基が好ましい。具体的には、アクリロイル基、メタアクリロイル基、グリシジル基、ビニル基等が好ましい例として挙げられ、その中でアクリロイル基、メタアクリロイル基が特に好ましい。Ｌ^４は、二価の連結基を示し、炭素数１〜２０の二価のアルキレン基、炭素数１〜２０の二価のアルケニレン基、炭素数１〜２０の二価のアルキニレン基、−Ｏ−、−Ｓ−、−ＮＨ−、−ＮＹ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−ＣＯＮＨ−，−ＮＨＣＯ−、あるいはこれらの組合せからなる二価の連結基が好ましい。

ここで、Ｍはメソゲン基であり、剛直な液晶形成に寄与する液晶分子の主要骨格を示す。メソゲン基の例としては、例えば「ＦｌｕｓｓｉｇｅＫｒｉｓｔａｌｌｅｉｎＴａｂｅｌｌｅｎＩＩ」、ＶＥＢＤｅｕｔｓｃｈｅＶｅｒｌａｇｆｕｒＧｒｕｎｄｓｔｏｆｆＩｎｄｕｓｔｒｉｅ，Ｌｅｉｐｚｉｇ、（１９８４年）、７頁〜１８頁に記載されている。メソゲン基は、棒状液晶に用いられるメソゲン基と円盤状液晶に用いられるメソゲン基とに分類されるが、好ましくは、一般に棒状液晶に用いられるメソゲン基である。中でも、下記、一般式（ＩＶ）で示されるメソゲン基であることが特に好ましい。
一般式（ＩＶ）

式中、環Ａ、環Ｂ、環Ｃは、環員数５〜１０の環状基を示し、ベンゼン環、シクロヘキサン環、ピペリジン環、ピリジン環、ピリミジン環、ジオキサン環、チオフェン環あるいはナフタレン環を示し、ベンゼン環、シクロヘキサン環が特に好ましい。環Ａ、環Ｂ、環Ｃは、それぞれ環上に置換基を有していてもよく、置換基としては炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数１〜２０のアルコキシ基、炭素数１〜２０のアルコキシカルボニル基、炭素数１〜２０のアルキルオキシカルボニル基、シアノ基、ハロゲノ基等が好ましく、炭素数１〜６のアルキル基、炭素数１〜６のアルコキシ基、炭素数１〜６のアルコキシカルボニル基、炭素数１〜６のアアルキルオキシカルボニル基、シアノ基、フルオロ基、ブロモ基等が特に好ましい。環Ａ、Ｂ、Ｃが環上に置換基を有する場合、環上の置換基は互いに連結して環を形成してもよい。Ｘ、またはＹ_ｐは、それぞれ独立して、単結合、−ＣＨ_２ＣＨ_２−、−ＣＨ＝ＣＨ−、−Ｃ≡Ｃ−、−Ｃ≡Ｃ−Ｃ≡Ｃ−、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｏ−、−ＣＨ_２Ｏ−、−ＯＣＨ_２−、−Ｎ＝Ｎ−、−ＣＨ＝Ｎ−、−Ｎ−Ｃ＝Ｈ−、−Ｃ＝Ｃ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｃ＝Ｃ−を示し、単結合、−ＣＯＯ−、−ＯＣＯ−、−Ｃ＝Ｃ−ＣＯ−、−ＣＯ−Ｃ＝Ｃ−が特に好ましい。

ここで、ｏは０あるいは１を示すが、１であることが好ましい。

以下に本発明で用いられる単官能性モノマーの具体例を挙げる。但し、本発明の範囲はこれらのみに限定されるものではない。

上記多官能性モノマーの総量は、光駆動型アクチュエータの駆動応答性の観点から、共重合体構成成分の総量に対して５０重量％以下が好ましく、３０重量％以下がさらに好ましい。上記単官能性モノマーの総量は、駆動応答性の観点から、共重合体構成成分の総量に対して５０重量％以上が好ましく、７０重量％以上がさらに好ましい。共重合体の構成成分には、上記多官能性モノマーと上記単官能性モノマー以外にも、必要に応じて架橋剤などの添加剤を含んでいてもよい。架橋剤は、具体的には、重合性基を複数持つ化合物であり、用いるモノマーに応じて適宜選択できる。具体的には、アクリレートの例として、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどを挙げることができる。

上記光異性化基の配向を所定の方向に揃えてパターン化する方法としては、一般に液晶分野で検討されている光配向膜を用いることが好ましい例として挙げられる。ここで、光配向膜とは、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる層を形成させ、光配向処理した配向膜を指す。

本発明の光駆動型アクチュエータには、ガラス転移温度等の熱物性や弾性率等の力学物性を調整する目的で、上記光異性化基含有ポリマー以外のポリマーを種々含有させても良い。

さらに、各種添加剤、例えば、熱安定剤、老化防止剤、酸化防止剤、光安定化剤、可塑剤、軟化剤、難燃剤、顔料、発泡剤、発泡助剤などを必要に応じて加えて使用してもよい。

次に、本発明の光駆動型アクチュエータの製造方法について詳しく説明する。

まず初めに、本発明の光駆動型アクチュエータの第１の製造方法について説明する。

図１は、本発明の光駆動型アクチュエータの第１の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

第１の工程として、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、その光異性化基を所定のパターン化された複数の方向に配向させる配向膜上に塗布する（ステップＳ１００）。

この第１工程をさらに詳述すると、以下の通りである。

塗布液の溶剤には、モノマー成分を溶解、あるいは分散できる公知の溶剤を用いることができる。該溶剤の具体例としては、クロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン系溶剤、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド系溶剤が挙げられ、クロロホルム、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、ジメチルアセトアミドが好ましく、クロロホルム、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミドが特に好ましい。また、これらの溶剤を組み合わせて用いてもよい。

上記溶剤の添加量は、塗布性を損なわない範囲で最適値が決められるが、固形分濃度が塗布溶剤中で１〜７５％の範囲であることが好ましく、５〜５０％の範囲であることが特に好ましい。

塗布液には必要に応じて、重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤、塗布助剤などの添加剤を添加してもよい。重合開始剤に関しては、用いる光応答性基を有する重合性分子と重合方法に応じて公知の重合開始剤を適宜選択できる。具体的には、アゾ系重合開始剤、カチオン系光重合開始剤、ラジカル系光重合開始剤等を採用することができる。

アゾ系重合開始剤の例としては、Ｖ−３０、Ｖ−４０、Ｖ−５９、Ｖ−６５、Ｖ−７０、Ｖ−６０１、ＶＡｍ−１１０、ＶＡｍ−１１１（いずれも和光純薬製）などを採用できる。カチオン系光重合開始剤としては、ＷＰＩ−１１３（和光純薬製）、イルガキュア２５０（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製）などを採用できる。ラジカル系光重合開始剤としては、イルガキュア６５１、イルガキュア９０７、イルガキュア７８４、イルガキュアオキセ０１（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ製）などを採用できる。

重合禁止剤としては、例えば公知のハイドロキノン系重合禁止剤、ヒンダードフェノール系重合禁止剤等を用いることができる。ハイドロキノン系重合禁止剤としては、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ＤＯＨＱ（和光純薬製）、ＤＨＨＱ（和光純薬製）等が採用できる。ヒンダードフェノール系重合禁止剤としては、イルガノックス１０１０、イルガノックス１０３５、イルガノックス１０７６（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ製）等が採用できる。

光増感剤としては、光重合開始剤と併用するために用いられ、用いる光重合開始剤と用いる光の波長に応じて適宜選択できる。具体的な例としては、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、ダロキュアＥＨＡ（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製）、ダロキュアＥＤＢ（チバ・スペシャリティー・ケミカルズ製）などを挙げることができる。

塗布助剤に関しては、例えば、塗布性の向上のために公知の界面活性剤や高粘剤などを用いることができる。

塗布方式としては、公知の方法、例えばカーテンコーティング法、押し出しコーティング法、ロールコーティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、バーコーティング法、スプレーコーティング法、スライドコーティング法、印刷コーティング法等が用いることができる。

続いて、塗布物を乾燥させる。乾燥には公知の乾燥法を用いることができる。具体的には、室温乾燥、加温乾燥、送風乾燥、減圧乾燥が挙げられ、またこれらを組み合わせてもよい。

その後、必要に応じて加熱を施し、前記光異性化基を配向させる。

次に、第２の工程として、光異性化基含有モノマーからなる組成物を重合させて、その組成物を光異性化基を有するポリマーとすることで光駆動型アクチュエータを得る。（ステップＳ１０１）。

この第２工程をさらに詳述すると、以下の通りである。

重合には、熱あるいは電磁波による公知の種々の重合法が採用できるが、アゾ系重合開始剤、あるいは光重合開始剤を用いるラジカル重合が特に好ましい。

熱重合の場合、適切な加熱温度は、用いる重合開始剤に依存する。該組成物が液晶性を示す場合、液晶を呈する温度より高い温度で重合することが好ましく、そのために適切な加熱温度と重合開始剤が採用される。

光重合の場合、用いる光源としては、公知のものを制限なしで用いることができるが、用いられる光重合開始剤に適切な光源が好ましい。光源の波長としては、用いる光応答性基の種類と用いる光重合開始剤に依存するが、２２０ｎｍ〜７４０ｎｍである。光応答性基としてアゾベンゼン基を採用する場合、具体的には４５０ｎｍより長波の光源が好ましく、中でも、波長５２０ｎｍ〜６００ｎｍが好適に用いられる。組成物が液晶性を示す場合、液晶を呈する温度より高い温度で重合することが好ましい。また、重合反応は窒素雰囲気下で行うことが好ましい。

以上の工程を経て得られたポリマーを必要に応じて基板から剥ぎ取り、本発明の光異性化基含有ポリマーを得ることができる。なお、基板が天然ゴム、アクリル系エラストマー、およびシリコン系エラストマー等の柔軟性の高いポリマーである場合には、得られたポリマーを基板から剥ぎ取らずに一体の形態でアクチュエータとして用いることができる。

以上により得られた光異性化基含有ポリマーを駆動部に配置し、光駆動のための光照射部と光導波部を設け、光照射部から照射された光を駆動部に導いて本発明の光駆動型アクチュエータ１を製造することができる。光照射部の光源としては、通常使われる光源、例えばタングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、カーボンアークランプ等のランプ、各種のレーザー（例、半導体レーザー、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、ＹＡＧレーザー）、発光ダイオード、陰極線管などを挙げることができる。光照射は、可逆動作のために、必要に応じて２種類の異なる波長の光を駆動部に照射できる構成が好ましい。また、ヒーターや光による加熱を利用し、光照射と熱により駆動する構成も好ましい。

照射光は偏光であっても非偏光であっても良いが、偏光であることが好ましい。

以上で、光駆動型アクチュエータの第１の製造方法の説明を終り、次に、光駆動型アクチュエータの第２の製造方法の説明をする。

なお、光駆動型アクチュエータの第１の製造方法と同様の部分については、詳細な説明を省略し、相違点について主に説明するものとする。

図２は、本発明の光駆動型アクチュエータの第２の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

第１の工程として、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、光異性化基を所定の方向に配向させる一対の配向膜の間に注入する（ステップＳ２００）。

この第１工程をさらに詳述すると、以下の通りである。

注入する方法としては、ディスペンサー法、ベルジャー法などの一般的な方法が採用される。モノマー成分には、重合開始剤、重合禁止剤、光増感剤、塗布助剤などの添加剤を添加してもよい。これらの説明に関しては前述の通りである。注入の後、必要に応じて加熱を施し、前記光異性化基を配向させる。

次に、第２の工程として、光異性化基含有モノマーからなる組成物を重合させて、その組成物を光異性化基を有するポリマーとすることで光駆動型アクチュエータを得る。（ステップＳ２０１）。

これらの工程によっても、本発明の光駆動型アクチュエータが製造される。

以上で、光駆動型アクチュエータの第２の製造方法の説明を終り、次に、光駆動型アクチュエータの第３の製造方法の説明をする。

図３は、本発明の光駆動型アクチュエータの第３の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

第１の工程として、基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する（ステップＳ３００）。

この第１の工程をさらに詳述すると、以下の通りである。

基板には、ガラス基板、シリコン基板、金属基板、各種高分子フイルムやエラストマー等を用いることができる。

光により配向機能を発現させる有機化合物には、光配向機能を発現させる光配向性基を有する化合物、例えば、アゾ基等の光異性化する光配向基を有する化合物、シンナモイル基、クマリン基、カルコン基等の光二量化する光配向基を有する化合物が好適である。また、ベンゾフェノン基等の光架橋により配向機能を発現させる化合物やポリイミド樹脂等の光分解により配向機能を発現させる化合物も好ましい例としてあげることができる。

光配向膜は、適当な溶媒を用いた溶液または分散液の塗布により、基板上に形成することができる。塗布液は、公知の方法（例、スピンコート法、ワイヤーバーコーティング法、押し出しコーティング法、ダイレクトグラビアコーティング法、リバースグラビアコーティング法、ダイコーティング法）により基板上に塗布した後、乾燥する。この時、光配向膜の厚さは、０．０１〜２μｍが好ましく、０．０１〜０．１μｍがさらに好ましい。

次に、第２の工程として、光配向膜に光照射を施す（ステップＳ３０１）。

この第２の工程をさらに詳述すると、以下の通りである。

光配向膜の配向を揃えるパターン形成のための光照射には、マスクを用いる方法、あるいはレーザーによる直接描写を用いる方法を採用することができる。

光照射において、用いる光の波長は、用いる光配向膜により異なり特に限定されるものではない。好ましくは、光照射に用いる光のピーク波長が２００ｎｍ以上７００ｎｍ以下であり、より好ましくは光のピーク波長が３００ｎｍ以上７００ｎｍ以下である。

光照射に用いる光源は、通常使われる光源、例えば、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、キセノンフラッシュランプ、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、カーボンアークランプ等のランプ、各種のレーザー（例、半導体レーザー、ヘリウムネオンレーザー、アルゴンイオンレーザー、ヘリウムカドミウムレーザー、ＹＡＧレーザー）、発光ダイオード、陰極線管などを挙げることができる。光照射は非偏光でも偏光でもよく、偏光を用いる場合は直線偏光を用いることが好ましい。さらに、フィルターや波長変換素子等を用いて必要とする波長の光のみを選択的に照射してもよい。

マスクを用いる方法に関しては、光配向膜を塗布した基板上にパターンマスクを配し、光照射を必要な回数施す。光照射においては、光を基板に対して垂直、あるいは斜めから光を照射する方法が採用される。

また、光配向膜を塗布した基板上に一方向から全面に光照射を施した後に、パターンマスクを配し、光照射を必要な回数を施してもよい。この時、光配向膜には、例えば、アゾ基等の光異性化する光配向基を有する化合物を用いることが好ましい。

ここで、レーザーによる直接描写を用いる方法に関しては、例えば、図２に示す装置を用いて直接描写することができる。

図４は、本発明の光駆動アクチュエータの第３の製造方法における斜め光照射に用いる合波レーザー光源の平面図である。

図４（ａ）に示すように、銅からなるヒートブロック（放熱ブロック）２５上に配列された７つの半導体レーザーＬＤ１〜ＬＤ７からそれぞれ出射されたレーザービームは、それぞれの半導体レーザー毎に設けられたコリメーターレンズＬ１〜Ｌ７で平行光化され、一つの合波レンズ２６により合波されてマルチモード光ファイバ２３のコア２３ａの入射端面で収束される。そして、ステージ２１上に載置された基板上１１上に塗布された光配向膜１２に向けて光ファイバ２３の出射端部より斜め方向からレーザービームを照射することにより実施される（図４（ｂ））。

ここで、半導体レーザーとして、チップ状態のシングルキャビティ窒化物系化合物半導体レーザーが好適であり、特にＧａＮ系半導体レーザーが好ましい例として挙げられる。

上記半導体レーザーの射出光の波長としてはとしては、３５０ｎｍから８００ｎｍが好ましく、３５０ｎｍから４５０ｎｍが特に好ましい。

なお、上述の光学系の構成においては、複数の半導体レーザーが、各々の活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設され、合波光学系が、前記発光点の並び方向の開口径がその方向に直角な方向の開口径よりも小さく形成されて、各半導体レーザー毎に設けられた複数のコリメーターレンズ、およびこれらのコリメーターレンズで平行光化された複数のレーザービームをそれぞれ合波して前記マルチモード光ファイバの端面で収束させる合波レンズから構成されていることが望ましい。

また、上記複数のコリメーターレンズは互いに一体化されて、レンズアレイとして構成されることが望ましい。他方、上記複数の半導体レーザーを実装するブロックは、複数に分割され、互いに張り合わせて一体化されていることが望ましい。

また、複数の半導体レーザーは、一列に並べて配置する場合には３〜１０個、さらに好ましくは６または７個設けられることが望ましい。この半導体レーザーとしては、発光幅が、１．５〜５μｍ、さらに好ましくは２〜３μｍのものが用いられるのが望ましい。

上記マルチモード光ファイバとしては、コア径が５０μｍ以下で、ＮＡ（開口数）が０．３以下のものが用いられることが望ましい。

上述したマルチモード光ファイバを１本だけ用いて構成されてもよいが、好ましくは、該マルチモード光ファイバを複数用いて、それらのマルチモード光ファイバの各々に複数の半導体レーザーおよび合波光学系を組み合わせ、各マルチモード光ファイバから高出力のレーザービームを発するように構成することもできる。

光源の具体的な構成の例としては、特開２００４−４７６５０号公報、特開２００４−４７６５１号公報、特開２００４−９６０８８号公報等のレーザー装置を参照することができる。

レーザービームの斜め照射に関しては、マルチモード光ファイバの出射端部からの光を配向膜に照射する場合、配向膜塗布した支持体の水平面に対する垂線からある角度をなす方向から入射させる。ここで、垂線と入射方向のなす角度は５度から７５度、より好ましくは１０度から６０度である。単位面積当たりの照射エネルギー量は樹脂の特性、照射波長などに大きく依存するが、５ｍＪ／ｃｍ^２から３０Ｊ／ｃｍ^２程度、より好ましくは５０ｍＪ／ｃｍ^２から１０Ｊ／ｃｍ^２の範囲である。

レーザービームの照射に関しては、出射端部を走査すること等により任意の大きさの照射が可能となる。また、複数のマルチモード光ファイバを出射端部において１次元アレイ状に配設することもできる。さらに、マルチモード光ファイバの出射端部の先には必要に応じて円筒レンズ等を配置してもよい。

次に、第３の工程として、光配向膜１２上に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を塗布する（ステップＳ３０２）。

次に、第４の工程として、光異性化基含有モノマーからなる組成物を重合させて、その組成物を光異性化基を有するポリマー１３とすることで光駆動型アクチュエータ１を得る。（図４（ｃ）、ステップＳ３０３）。

以上で、光駆動型アクチュエータの第３の製造方法の説明を終り、次に、光駆動型アクチュエータの第４の製造方法の説明をする。

図５は、本発明の光駆動型アクチュエータの第４の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。

第１の工程として、基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する（ステップＳ４００）。

次に、第２の工程として、光配向膜に光照射を施す（ステップＳ４０１）。

次に、第３の工程として、一対の光配向膜間に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を注入する（ステップＳ４０２）。

次に、第４の工程として、光異性化基含有モノマーからなる組成物を重合させて、その組成物を光異性化基を有するポリマーとすることで光駆動型アクチュエータを得る。（ステップＳ４０３）。

次に、以下の実施例によって本発明の光駆動型アクチュエータおよびその製造方法をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１として、光異性化基含有多官能性モノマーＭＡ−８の合成について説明する。

２０３．６ｍＬの１Ｎ−塩酸に２５ｇの４，４’−エチレンジアニリン（アルドリッチ製）を氷冷下において加え、攪拌しながら１７．１ｇの亜硝酸ナトリウムを４０．８ｍＬの水に溶解した水溶液を滴下し、４０６．５ｍＬのメタノールを添加してジアゾニウム塩の反応液を調製した。続いて、８１．７ｍＬのメタノールに２３．３ｇのフェノールと２６．３ｇの水酸化カリウムを加えた反応液を、先に調製したジアゾニウム塩の反応液に滴下した。４時間反応させた後、少量の塩酸を加え、吸引ろ過を行った。得られた沈殿物を１Ｎ−塩酸、酢酸エチル、水で洗浄し、５８．８ｇの１，２−ビス（４−（４−ヒドロキシフェニルアゾフェニル）エタンを得た。

次に、１００ｍＬのジメチルアセトアミドに、上記で得られた１，２−ビス（４−（４−ヒドロキシフェニルアゾフェニル）エタン１０ｇ、４−アクリルオキシブチルメシレート１３．３ｇ、炭酸カリウム８．３ｇ、および触媒量のイルガキュア１０１０を加え、７０℃で２４時間反応させた。反応液に水を加え、ジクロロメタンで抽出し、有機層を１Ｎ−塩酸と飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。溶媒を減圧下で留去した後、シリカゲルクロマト（溶離液：ジクロロメタン／酢酸エチル＝２０／１）により精製し、７．０ｇの目的とするモノマーＭＡ−８を得た。
（実施例２）
次に、光駆動型アクチュエータＡ−１の製造について説明する。

光配向性化合物（特開２００４−８３８１０号公報に記載の方法により合成した）の１％ジメチルホルムアミド溶液を光配向膜塗布液として、ガラス基板上にスピンコート（２０００ｒｐｍにて２０秒間）により光配向膜を形成させた。

次に、光配向膜が塗布されたガラス基板を格子状に区画し、各格子ごとに所定の方向に光異性化基が揃うよう配向パターンを作製するべく、以下の光照射を行った。

図６は、光異性化基の配向パターンを説明するための図である。

図６（ａ）では、縦１００μｍ、横１００μｍからなる区画ｓ１が格子状に並んでおり、２種の偏光方向Ｄ１、Ｄ２の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

図６（ｂ）では、縦１００μｍ、横１００μｍからなる区画ｓ２が格子状に並んでおり、２種の偏光方向Ｄ３、Ｄ４の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

図６（ｃ）では、縦１００μｍ、横１００μｍからなる区画ｓ３が格子状に並んでおり、３種の偏光方向Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

図６（ｄ）では、縦１００μｍ、横１００μｍからなる区画ｓ４が格子状に並んでおり、４種の偏光方向Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

図６（ｅ）では、区画ｓ５（縦１００μｍ、横１００μｍ）と区画ｓ６（縦１００μｍ、横２００μｍ）とが図に示すような配列に並んでおり、２種の偏光方向Ｄ１２、Ｄ１３の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

図６（ｆ）では、区画ｓ７（縦２００μｍ、横１００μｍ）、区画ｓ８（縦２００μｍ、横２００μｍ）、区画ｓ９（縦１００μｍ、横２００μｍ）、区画ｓ１０（縦１００μｍ、横１００μｍ）とが図に示すような配列に並んでおり、４種の偏光方向Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６、Ｄ１７の組合せからなる光異性化基の配向パターンが作製される。

なお、光異性化基の配向のパターンについては、上記の配向パターンに限定されるものではなく、使用目的に応じて配向パターンを作製できる。

ここで、光駆動型アクチュエータＡ−１の製造においては、図６（ａ）に示す配向パターンを採用した。

まず第１に、光配向膜を形成させた基板に対し、紫外線照射装置により基板面に向けて法線方向から１５０ｍＷの直線偏光の紫外線を区画ｓ１に１００秒間照射した。なお、偏光方向をＤ２としたい区画ｓ１をマスクした状態で紫外線を区画ｓ１に１００秒間照射した。こうすることで、図６（ａ）に示す所定の区画ｓ１の偏光方向がＤ１になるようにした。

続いて第２に、紫外線を照射した基板に対し、紫外線照射装置により基板面に向けて法線方向から１５０ｍＷの直線偏光の紫外線を区画ｓ１に１００秒間照射した。なお、今度は、偏光方向をＤ１とした区画ｓ１をマスクした状態で紫外線を区画ｓ１に１００秒間照射した。こうすることで、図６（ａ）に示す所定の区画ｓ１の偏光方向がＤ２になるようにした。

上記の如く光照射を施した光配向膜を有する一対のガラス基板を、４０μｍの両面テープをスペーサーとして、光配向膜を有する面が内側になり、かつ、光異性化基の配向パターンが上下で同一になるようにセルを作成した。そのセルに下記組成物を注入し、９０℃で１時間加熱して分子配向させた後、窒素雰囲気下、１２５℃において紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光をＯ−５４カットフィルター（ＨＯＹＡ製）を通して５０ｍＷ／ｃｍ^２（５６０ｎｍ）の強度で照射し、厚さ２７μｍの光駆動型アクチュエータＡ−１を作成した。
セルに注入した組成物
モノマーＭＡ−８１０ｍｇ
モノマーＭＡ−３９０ｍｇ
ラジカル系重合開始剤Ｉｒｇ−７８４２ｍｇ
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）
カチオン系光重合開始剤Ｗ１１３２ｍｇ
（和光純薬製）
光配向性化合物

（実施例３）
次に、光駆動型アクチュエータＡ−２の製造について説明する。
セルは実施例２と同様に作成したものを用いた。該セルに下記組成物を注入し、実施例２と同様にして、配向処理、重合を行うことにより、厚さ３０μｍの光駆動型アクチュエータＡ−２を作成した。
セルに注入した組成物
モノマーＭＡ−８１０ｍｇ
モノマーＭＢ−８９０ｍｇ
ラジカル系重合開始剤Ｉｒｇ−７８４２ｍｇ
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）
カチオン系光重合開始剤Ｗ１１３２ｍｇ
(和光純薬製)
（実施例４）
次に、光駆動型アクチュエータＡ−３の製造について説明する。

セルは実施例２と同様に作成したものを用いた。そのセルに下記組成物を注入し、実施例２と同様にして、配向処理、重合を行うことにより、厚さ２４μｍの光駆動型アクチュエータＡ−３を作成した。
セルに注入した組成物
モノマーＭＡ−８１０ｍｇ
モノマーＭＢ−９９０ｍｇ
ラジカル系重合開始剤Ｉｒｇ−７８４２ｍｇ
（チバ・スペシャルティ・ケミカルズ製）
カチオン系光重合開始剤Ｗ１１３２ｍｇ
（和光純薬製）
（実施例５）
次に、光駆動型アクチュエータＡ−４の製造と配向パターン評価について説明する。

実施例２でセルに注入した組成物をクロロホルムに溶解させ固形分濃度２５重量％の塗布液を調製した。その塗布液を、実施例２で用いた光配向膜上にスピンコート（２０００ｒｐｍにて２０秒間）により塗布した。９０℃で一時間加熱して分子配向させた後、窒素雰囲気下、１２５℃において紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光をＯ−５４カットフィルター（ＨＯＹＡ製）を通して５０ｍＷ／ｃｍ^２（５６０ｎｍ）の強度で照射した。剃刀により剥離することによって厚さ３．３μｍの光駆動型アクチュエータＡ−４を作成した。

図７は、実施例５における光駆動型アクチュエータＡ−４の偏光顕微鏡写真である。

図７に示すように、この光駆動型アクチュエータＡ−４を偏光顕微鏡観察した結果、Ｐ１およびＰ２の２種類配向パターンが格子状に得られていることを確認した。
（比較例）
比較例として、光駆動型アクチュエータＡＲ−１の製造について説明する。

配向膜を有さない一対のガラス基板を、４０μの両面テープをスペーサーとしてセルを作成した。そのセルに下記組成物を注入し、９０℃で一時間加熱して分子配向させた後、窒素雰囲気下、１２５℃において紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光をＯ−５４カットフィルター（ＨＯＹＡ製）を通して５０ｍＷ／ｃｍ^２（５６０ｎｍ）の強度で照射し、厚さ２９μｍの光駆動型アクチュエータＡＲ−１を作成した。

次に、Ａ―１、Ａ−２、Ａ−３、ＡＲ−１の光応答性の評価について説明する。

得られた各々の光駆動型アクチュエータに、紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光を偏光板を介して直線偏光に変換し、１００ｍＷ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の強度で室温にて真上から照射した。その結果、いずれのポリマーフイルムにおいても、偏光方向がＤ１である場合はＤ１方向に沿って、偏光方向がＤ２である場合はＤ２方向に沿って、フイルムが屈曲することを確認した。

偏光方向がＤ１である場合に、それぞれのフイルムが偏光紫外線照射により９０度屈曲するまでに要する応答時間を下表にまとめる。本結果より、本発明にあたる、光異性化基の配向がパターン化されたポリマーより構成される光駆動型アクチュエータは、光異性化基の配向がパターニングされていないものに比して、高い光応答性を有していることが明らかとなった。

（実施例６）
次に、光駆動型アクチュエータＡ−５、ＡＲ−２の製造と光応答性評価について説明する。

実施例２で用いた光配向性化合物の１％ジメチルホルムアミド溶液を光配向膜塗布液として、ガラス基板上にスピンコート（２０００ｒｐｍにて２０秒間）により光配向膜を形成させた。

図８は、実施例６における光駆動型アクチュエータＡ−５の光異性化基の配向パターンを説明するための図である。

ここで、図８に示すような格子状（各区画は１ｃｍ角）に区画されたｓ１１、ｓ１２、ｓ１３、ｓ１４に光異性化基の配向パターンを作製すべく、以下の光照射を行った。

まず第１に、光配向膜を形成させた基板に対し、紫外線照射装置により基板に対する法線方向から１５０ｍＷの直線偏光の紫外線（偏光方向は図８におけるＤ１８）を１００秒間照射した。

続いて第２に、光配向膜を塗布した基板上に、Ｓ１２および１３の区画を黒色の紙で遮光し、基板に対する法線方向から１５０ｍＷの直線偏光の紫外線（偏光方向は図２におけるＤ１７）を１００秒間再び照射した。

上記の如く光照射を施した光配向膜を有する一対のガラス基板を、４０μの両面テープをスペーサーとして、光配向膜を有する面が内側になり、かつ、パターンが上下で同一になるようにセルを作成した。そのセルに実施例２で用いた組成物を注入し、９０℃で一時間加熱して分子配向させた後、窒素雰囲気下、１２５℃において紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光をＯ−５４カットフィルター（ＨＯＹＡ製）を通して５０ｍＷ／ｃｍ^２（５６０ｎｍ）の強度で照射し、厚さ３０μｍの光駆動型アクチュエータＡ−５を作成した。

ここで、配向膜を有さない一対のガラス基板を、４０μの両面テープをスペーサーとしてセルを作成し、該セルに実施例２で用いた組成物を注入し、上記と同様にして配向処理、紫外線照射を行うことにより、厚さ２７μｍの光駆動型アクチュエータＡＲ−２を作成した。

得られたＡ−５のＳ１５の部分をガラス基板上に両面テープにより固定した。紫外線照射器（ＥＸＥＣＵＲＥ３０００、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ社製）より出射される紫外光を偏光板を介して直線偏光に変換し、１００ｍＷ／ｃｍ^２（３６５ｎｍ）の強度で室温にて真上から照射した。その結果、偏光方向がＤ１８に平行な紫外線を１０秒照射後、偏光方向がＤ１９に平行な紫外線を１０秒照射した。

図９は、実施例６における光駆動型アクチュエータＡ−５に紫外線を照射した後の形状を示す立体図である。

図９に示すような箱状の形状に変形することが確認された。

一方、ＡＲ−２に対しても同様に基板に固定して偏光紫外線を照射したが、Ｄ１８に平行な紫外線を照射した際に、Ｄ１８の方向に沿って全体が屈曲するのみであり、図９に示すような形状の変形は観察されなかった。

実施例６の結果より、光異性化基の配向がパターン化されたポリマーより構成される光駆動型アクチュエータは、光異性化基の配向がパターニングされていないポリマーと比較して、実現困難な複雑な形状への変化も可能であることが明らかとなった。

以上より、本発明によれば、光の刺激によって構造が可逆的に変形し、かつ応答速度が実用的な光応答性、柔軟性、および軽量性を有するとともに無音で動作する光駆動型アクチュエータ、およびその光駆動型アクチュエータの簡便な製造方法を提供することができる。

なお、本発明の光駆動型アクチュエーターは、例えば、医療・介護分野における、能動鉗子、内視鏡、人工筋肉、ドラッグデリバリーシステム、バイオ素子、航空宇宙分野における、小型探査機、生体模倣ロボット、人工衛星などの駆動部に適用できる。さらに、一般機器において、デジタルカメラ、携帯電話、マイクロポンプ、触感ディスプレイ、非接触検査機器などの駆動部に利用できる
。

本発明の光駆動型アクチュエータの第１の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の光駆動型アクチュエータの第２の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の光駆動型アクチュエータの第３の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。本発明の光駆動アクチュエータの第３の製造方法における斜め光照射に用いる合波レーザー光源の平面図である。本発明の光駆動型アクチュエータの第４の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。光異性化基の配向パターンを説明するための図である。実施例５における光駆動型アクチュエータＡ−４の偏光顕微鏡写真である。実施例６における光駆動型アクチュエータＡ−５の光異性化基の配向パターンを説明するための図である。実施例６における光駆動型アクチュエータＡ−５に紫外線を照射した後の形状を示す立体図である。

符号の説明

１光駆動型アクチュエータ
１１基板
１２光配向膜
１３光異性化基を有するポリマー
２１ステージ
２２円筒レンズ
２３マルチモード光ファイバ
２３ａマルチモード光ファイバのコア
２４サブマウント
２５ヒートブロック
２６合波レンズ
ＬＤ１〜ＬＤ７ＧａＮ系半導体レーザー
Ｌ１〜Ｌ７コリメーターレンズ
Ｂ１からＢ７レーザービーム
Ａ支持体に対して法線方向からの角度（入射角）
Ｂ合波されたレーザービーム
Ｓ１〜Ｓ１５区画
Ｄ１〜Ｄ１７各区画における光異性化基の配向方向

Claims

光の刺激を受けて変形するポリマーを備え、該ポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータにおいて、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有し、該光異性化基が所定のパターン化された複数の方向に配向しているポリマーとを備えたことを特徴とする光駆動型アクチュエータ。
前記光異性化基が、アゾベンゼン基であることを特徴とする請求項１記載の光駆動型アクチュエータ。
前記ポリマーが、フイルム状に成形されたことを特徴とする請求項１又は２記載の光駆動型アクチュエータ。
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、該光異性化基を所定のパターン化された複数の方向に配向させる配向膜上に塗布する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型アクチュエータの製造方法。
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を、光異性化基を所定のパターン化された複数の方向に配向させる一対の配向膜の間に注入する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型アクチュエータの製造方法。
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する工程と、
前記光配向膜に光照射を施す工程と、
前記光配向膜上に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を塗布する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型アクチュエータの製造方法。
光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、
基板上に、光により配向機能を発現させる有機化合物からなる光配向膜を塗布する工程と、
前記光配向膜に光照射を施す工程と、
一対の光配向膜の間に、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物を注入する工程と、
該組成物を重合する工程とを備えたことを特徴とする光駆動型アクチュエータの製造方法。
請求項４から７記載のいずれか一つに記載している、光の刺激を受けて変形するポリマーの変形をアクチュエータとして利用する光駆動型アクチュエータの製造方法において、光の刺激を受けて構造変化を引き起こす光異性化基を有するモノマーからなる組成物が液晶性を有することを特徴とする光駆動型アクチュエータの製造方法。