JP2010086864A - Thin-film actuator and touch panel using this - Google Patents

Thin-film actuator and touch panel using this Download PDF

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JP2010086864A
JP2010086864A JP2008256574A JP2008256574A JP2010086864A JP 2010086864 A JP2010086864 A JP 2010086864A JP 2008256574 A JP2008256574 A JP 2008256574A JP 2008256574 A JP2008256574 A JP 2008256574A JP 2010086864 A JP2010086864 A JP 2010086864A
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thin film
polyrotaxane
molecule
film actuator
actuator
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JP2008256574A
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Shinichiro Nakajima
伸一郎 中島
Kazuhiko Yamada
一彦 山田
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film actuator deformable so as to give a feeling of reactive force to an operator in a short period of time even in an actuator layer with its thickness below 1 mm, and to provide a touch panel using the same. <P>SOLUTION: The thin-film actuator actuated by applying voltage to it has the actuator layer formed of a gel containing a denatured crosslink polyrotaxane with an electrolytic solution impregnated thereinto, and an electrode provided at both sides of the actuator layer with the voltage applied thereto. A denatured crosslink polyrotaxane includes: a first polyrotaxane having a functional group with ion-exchange capability, with a first linear molecule included in a skewered manner at the opening of a first annular molecule; and a second polyrotaxane with a second linear molecule included in the skewered manner at the opening of the second annular molecule. Rings of the first and second annular molecules are substantive, and at least one of the first annular molecules is chemically connected to at least one of the second annular molecules. The touch panel is also provided by using the thin-film actuator. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電圧を印加することにより力学的に駆動し(湾曲又は変形し)、これにより反力を発生する薄膜アクチュエータ及びこれを用いるタッチパネルに関する。   The present invention relates to a thin film actuator that is mechanically driven (curved or deformed) by applying a voltage and thereby generates a reaction force, and a touch panel using the thin film actuator.

携帯電話機、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステムのディスプレイ等の小型電子機器にはユーザからの入力デバイスとして、タッチパネル式ディスプレイが用いられている。タッチパネル式ディスプレイは、指等によりディスプレイの所定の部分を押圧することにより、機器に信号を入力することのできる入力デバイスを備えたディスプレイである。しかしながら、このタッチパネル式ディスプレイでは、操作者は入力されたことの確認を入力と同時に発する音や表示画面中の色の変化により知る方法しかない。   A touch panel display is used as an input device from a user in a small electronic device such as a mobile phone, a digital camera, or a car navigation system display. A touch panel display is a display including an input device that can input a signal to a device by pressing a predetermined portion of the display with a finger or the like. However, in this touch panel type display, the operator has only a method of knowing the confirmation of the input from the sound generated at the same time as the input or the color change in the display screen.

近年、操作者(例えば、運転中タッチパネル式ディスプレイを視認することのできないドライバや視覚障害者、聴覚障害者を含む。)が、ディスプレイを視認、または音を確認することができなくても、アナログスイッチを押したときのように操作者が反力の感触を受けるように、あるいは入力に対する到達度(達成感)を操作者に与えるように、種々のデバイスが提案されている。
例えば、タッチパネル(スイッチ)を押したとき、圧電素子による振動がタッチパネルに発生するものや、力学的または弾性的にタッチパネルが変形するものや、磁力による反力をタッチパネルに発生させるもの等が提案されている。これらの方式は、いずれも無機材料を主材料として用いたものであるため、電子機器の小型化の際に必要とされる柔軟性に富んだデバイスに適用することは難しい。さらに、小型化に伴って軽量化して、スイッチを押した操作者に適切な感触を付与することはきわめて難しい。
In recent years, even if an operator (for example, a driver who cannot visually recognize a touch panel display during driving, a visually impaired person, or a hearing impaired person) cannot visually recognize the display or confirm the sound, Various devices have been proposed so that the operator feels a reaction force as when the switch is pressed, or the operator is given a degree of reach (achievement) with respect to input.
For example, when a touch panel (switch) is pressed, vibrations due to piezoelectric elements are generated on the touch panel, the touch panel is mechanically or elastically deformed, or a reaction force due to magnetic force is generated on the touch panel. ing. All of these methods use an inorganic material as a main material, and are difficult to apply to a highly flexible device required for downsizing electronic equipment. Furthermore, it is very difficult to reduce the weight as the size is reduced and to give an appropriate feel to the operator who has pressed the switch.

また、有機組成物は、柔軟性、加工性に富み、軽量でかつ人体になじむ材料であり、色素材料や磁性材料などの機能材料の分散、混合が容易であることから、入力デバイスの主材用として期待が寄せられていた。
例えば、高分子ゲルの相変化を利用した入力デバイスが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In addition, the organic composition is a material that is rich in flexibility and processability, is lightweight and adaptable to the human body, and it is easy to disperse and mix functional materials such as pigment materials and magnetic materials. Expectation was sent for use.
For example, an input device using a phase change of a polymer gel has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、近年、金属膜電極上に、イオン交換樹脂膜またはイオン高分子ゲル膜などのイオン伝導性高分子を積層した膜に電圧を印加することによってイオン伝導性高分子と電解質間でイオン交換に起因した体積変化を利用する電位応答型の高分子アクチュエータが提案されている。本願出願人は以前にアニオン捕獲能を有するカチオン交換樹脂を用いたアクチュエータについて特許文献2を提案している。   In recent years, a voltage is applied to a film in which an ion conductive polymer such as an ion exchange resin film or an ionic polymer gel film is laminated on a metal film electrode, thereby enabling ion exchange between the ion conductive polymer and the electrolyte. A potential-responsive polymer actuator that utilizes the resulting volume change has been proposed. The applicant of the present application has previously proposed Patent Document 2 regarding an actuator using a cation exchange resin having anion capturing ability.

最近、架橋点が自由に動くことに特徴を持つ環動ゲルと呼ばれる超分子(架橋ポリロタキサン)のゲルが提案されている。超分子は柔軟性に富むポリマーとして注目されており、人工血管、人工関節などのバイオマテリアル、繊維、化粧品、塗料などへの実用化が期待されている(例えば、特許文献3)。   Recently, a supramolecular (crosslinked polyrotaxane) gel called a cyclized gel characterized by free movement of the crosslinking point has been proposed. Supramolecules are attracting attention as polymers having high flexibility, and are expected to be put to practical use in biomaterials such as artificial blood vessels and artificial joints, fibers, cosmetics, and paints (for example, Patent Document 3).

特開平5−333171号公報JP-A-5-333171 特開2008−211938号公報JP 2008-211938 A 国際公開第2001/083566号パンフレットInternational Publication No. 2001/088356 Pamphlet

しかしながら、高分子ゲルを用いる入力デバイスの場合、アクチュエータ層の膜厚を1mm以下とすることができず(詳細には、膜厚を1mm以下とすると高分子ゲルが凹凸形成するために必要な膨潤液を保持することができない。)、膜厚を厚くすると高分子ゲルの体積変化に時間がかかり応答速度が遅く1秒以内に応答することができないという問題がある。
膨潤液を保持することができないという問題は、高分子ゲルが物理架橋や化学架橋による三次元構造を形成しているため、膨潤液を保持するための柔軟な構造をとれないことに起因していると本願発明者らは考えた。
また、イオン伝導性高分子を用いるアクチュエータは、これを押圧する際に、柔軟な感触を示さず反力感覚に劣るという実用性能上の問題がある。
また、超分子ゲルについては、従来の化学ゲルや物理ゲルは構造変化に対して不可逆であるため、引張り、収縮に対して架橋点の位置が不均一にあるのに対し、超分子ゲルは引張り、収縮に対して架橋点が自由に動けるため応力集中が起こりにくく、柔軟性に優れ、強靭である。また、超分子ゲルは化学ゲルや物理ゲルよりも高分子密度を低くすることができ、これによって、超分子ゲルは化学ゲルや物理ゲルよりもゲル中に溶媒分子を多く取り込むことができることに本願発明者らは想到した。すなわち、超分子ゲルを薄膜アクチュエータ化できれば、従来のゲルでは達成できなかった1mm以下の膜厚での駆動が可能となるものとの発想に至った。
しかしながら、超分子ゲルは電位応答しないので従来の超分子ゲルをアクチュエータに用いることができない。
However, in the case of an input device using a polymer gel, the thickness of the actuator layer cannot be reduced to 1 mm or less (more specifically, if the film thickness is set to 1 mm or less, the swelling required for the polymer gel to form irregularities is required. The liquid cannot be retained.) When the film thickness is increased, the volume change of the polymer gel takes time, and the response speed is so slow that it cannot respond within 1 second.
The problem that the swelling liquid cannot be retained is because the polymer gel forms a three-dimensional structure by physical crosslinking or chemical crosslinking, and therefore cannot have a flexible structure for retaining the swelling liquid. The inventors of the present application thought.
In addition, an actuator using an ion conductive polymer has a problem in practical performance that it does not show a flexible feel and is inferior in reaction force sense when pressed.
As for supramolecular gels, conventional chemical gels and physical gels are irreversible with respect to structural changes. Since the cross-linking point can move freely with respect to shrinkage, stress concentration hardly occurs, and it has excellent flexibility and toughness. In addition, the supramolecular gel can lower the polymer density than the chemical gel or the physical gel, and thus, the supramolecular gel can take in more solvent molecules in the gel than the chemical gel or the physical gel. The inventors have arrived. That is, the inventors have come up with the idea that if a supramolecular gel can be made into a thin film actuator, it can be driven with a film thickness of 1 mm or less, which could not be achieved with conventional gels.
However, since the supramolecular gel does not respond to potential, the conventional supramolecular gel cannot be used for the actuator.

そこで、本発明は、電圧を印加することにより駆動する薄膜アクチュエータであって、アクチュエータ層の膜厚が1mm以下であっても、例えば操作者が指でスイッチ等のボタンを押圧したときに、ボタンを押圧したことによって薄膜アクチュエータが短時間に変形し操作者に反力の感触(反力感覚、反力感触)を与えることができる薄膜アクチュエータを提供するとともに、この薄膜アクチェータを用いるタッチパネルを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention is a thin film actuator that is driven by applying a voltage, and even when the thickness of the actuator layer is 1 mm or less, for example, when the operator presses a button such as a switch with a finger, the button The thin film actuator is deformed in a short time by pressing and a reaction force feel (reaction force sense, reaction force feel) can be provided to the operator, and a touch panel using this thin film actuator is provided. For the purpose.

本願発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、
電圧を印加することによって駆動する薄膜アクチュエータであって、
電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層と、
前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極とを有し、
前記変性架橋ポリロタキサンが、イオン交換能を有する官能基を有し、ならびに第1の環状分子の開口部に第1の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第1のポリロタキサン、及び第2の環状分子の開口部に第2の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第2のポリロタキサンを有し、前記第1及び第2の環状分子の環は実質的な環であり、前記第1の環状分子の少なくとも1つと前記第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されている薄膜アクチュエータが、アクチュエータ層の膜厚が1mm以下であっても、薄膜アクチュエータが、押圧されたことによって短時間に変形し、変形によって操作者に反力の感触(反力感覚、反力感触)を与えることができることを見出した。
また、当該薄膜アクチェータを用いるタッチパネルが、ボタンが押圧されたことによって薄膜アクチュエータが短時間に変形し、変形によって操作者に反力の感触(反力感覚、反力感触)を与え、操作者がボタンを押したことを知覚することができることを見出し、本願を完成させた。
The inventors of the present application have conducted intensive studies to achieve the above object,
A thin film actuator that is driven by applying a voltage,
An actuator layer formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution;
An electrode provided along both surfaces of the actuator layer, to which a voltage is applied;
The modified crosslinked polyrotaxane has a functional group having an ion exchange capacity, and the first polyrotaxane formed by including a first linear molecule in a skewered manner in the opening of the first cyclic molecule, and A second polyrotaxane in which a second linear molecule is included in a skewered manner in the opening of the two cyclic molecules, and the rings of the first and second cyclic molecules are substantial rings In the thin film actuator in which at least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond, even if the thickness of the actuator layer is 1 mm or less, the thin film actuator However, it has been found that it can be deformed in a short time by being pressed, and the reaction force can be felt to the operator (reaction force sense, reaction force feel) by the deformation.
In addition, when the touch panel using the thin film actuator is pressed, the thin film actuator is deformed in a short time, and the deformation gives the operator a reaction force feeling (reaction force feeling, reaction force feeling). I found out that I could perceive that I pressed the button, and completed this application.

すなわち、本願発明は以下の1〜7を提供する。
1. 電圧を印加することによって駆動する薄膜アクチュエータであって、
電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層と、
前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極とを有し、
前記変性架橋ポリロタキサンが、イオン交換能を有する官能基を有し、ならびに第1の環状分子の開口部に第1の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第1のポリロタキサン、及び第2の環状分子の開口部に第2の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第2のポリロタキサンを有し、前記第1及び第2の環状分子の環は実質的な環であり、前記第1の環状分子の少なくとも1つと前記第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されている薄膜アクチュエータ。
2. 前記官能基が、カルボキシ基、スルホ基、アミノ基、炭化水素基を1〜3個有するアミノ基、およびこれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である上記1に記載の薄膜アクチュエータ。
3. 前記官能基が前記第1の直鎖状分子および/または前記第2の直鎖状分子の末端に結合している上記1または2に記載の薄膜アクチュエータ。
4. 前記電解質溶液がイオン性液体である上記1〜3のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。
5. 前記第1の環状分子および/または前記第2の環状分子がα−シクロデキストリンおよびβ−シクロデキストリンからなる群から選択される少なくとも1つである上記1〜4のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。
6. 前記第1の直鎖状分子および/または前記第2の直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれる少なくとも1種である上記1〜5のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。
7. 上記1〜6のいずれかに記載の薄膜アクチュエータを用いるタッチパネル。
That is, this invention provides the following 1-7.
1. A thin film actuator that is driven by applying a voltage,
An actuator layer formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution;
An electrode provided along both surfaces of the actuator layer, to which a voltage is applied;
The modified crosslinked polyrotaxane has a functional group having an ion exchange capacity, and the first polyrotaxane formed by including a first linear molecule in a skewered manner in the opening of the first cyclic molecule, and A second polyrotaxane in which a second linear molecule is included in a skewered manner in the opening of the two cyclic molecules, and the rings of the first and second cyclic molecules are substantial rings A thin film actuator in which at least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond.
2. 2. The thin film actuator according to 1 above, wherein the functional group is at least one selected from the group consisting of a carboxy group, a sulfo group, an amino group, an amino group having 1 to 3 hydrocarbon groups, and a salt thereof.
3. 3. The thin film actuator according to 1 or 2 above, wherein the functional group is bonded to an end of the first linear molecule and / or the second linear molecule.
4). 4. The thin film actuator according to any one of 1 to 3, wherein the electrolyte solution is an ionic liquid.
5). 5. The thin film actuator according to any one of 1 to 4, wherein the first cyclic molecule and / or the second cyclic molecule is at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin and β-cyclodextrin.
6). The first linear molecule and / or the second linear molecule is selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polypropylene glycol, polytetrahydrofuran, polydimethylsiloxane, polyethylene, and polypropylene. 6. The thin film actuator according to any one of 1 to 5, which is at least one selected.
7). The touch panel using the thin film actuator in any one of said 1-6.

本発明は、架橋点が自由に動く架橋ポリロタキサン(超分子ゲル)にイオン交換能(カチオンまたはアニオンに対する捕捉能)を付与することで、これらを電気対応性の薄膜アクチュエータとして捉えた点に特徴を持つものである。
その結果、当該薄膜アクチュエータを用いるタッチパネル式の感触提示型入力デバイスへの適用が可能となることを見出したものである。
すなわち、本発明の薄膜アクチュエータは、電気応答型であり、変性架橋ポリロタキサンを使用することによって1秒以内の高い応答速度と、膜厚1mm以下の柔軟なフィルム化を達成するのものである。
また、本発明のタッチパネル(操作者がタッチすることによって入力操作を行うタッチパネル装置)は、タッチパネルの表面形状をユーザーに和む感触である滑らかな形状へと可逆的に変化させることによって、アナログスイッチを入力した際と同様の反力感覚(操作感)を伝えることができる。
The present invention is characterized in that the cross-linked polyrotaxane (supramolecular gel) in which the cross-linking point moves freely is provided with ion exchange ability (capturing ability for cations or anions), and these are regarded as electrically compatible thin film actuators. It is what you have.
As a result, it has been found that application to a touch-sensitive touch-sensing input device using the thin film actuator is possible.
That is, the thin film actuator of the present invention is an electric response type, and achieves a high response speed within 1 second and a flexible film having a film thickness of 1 mm or less by using a modified crosslinked polyrotaxane.
In addition, the touch panel of the present invention (a touch panel device that performs an input operation by touching an operator) reversibly changes the surface shape of the touch panel to a smooth shape that feels soft to the user, thereby enabling the analog switch to The same reaction force sensation (operation feeling) as when inputting can be transmitted.

本発明の薄膜アクチュエータは、アクチュエータ層の膜厚が1mm以下であっても、当該薄膜アクチュエータが、押圧されることによって短時間に変形して操作者に反力の感触を与えることができる。
本発明のタッチパネルは、アクチュエータ層の膜厚が1mm以下であっても、例えば操作者が指でスイッチ等のボタンを押圧することによって薄膜アクチュエータが短時間に変形して操作者に反力の感触を与えることができる。
In the thin film actuator of the present invention, even if the film thickness of the actuator layer is 1 mm or less, the thin film actuator can be deformed in a short time by being pressed and can give a reaction force to the operator.
In the touch panel of the present invention, even if the thickness of the actuator layer is 1 mm or less, for example, when the operator presses a button such as a switch with a finger, the thin film actuator is deformed in a short time, and the operator feels the reaction force. Can be given.

以下本発明について詳細に説明する。
本発明の薄膜アクチュエータは、
電圧を印加することによって駆動する薄膜アクチュエータであって、
電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層と、
前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極とを有し、
前記変性架橋ポリロタキサンが、イオン交換能を有する官能基を有し、ならびに第1の環状分子の開口部に第1の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第1のポリロタキサン、及び第2の環状分子の開口部に第2の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第2のポリロタキサンを有し、前記第1及び第2の環状分子の環は実質的な環であり、前記第1の環状分子の少なくとも1つと前記第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されているものである。
The present invention will be described in detail below.
The thin film actuator of the present invention is
A thin film actuator that is driven by applying a voltage,
An actuator layer formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution;
An electrode provided along both surfaces of the actuator layer, to which a voltage is applied;
The modified crosslinked polyrotaxane has a functional group having an ion exchange capacity, and the first polyrotaxane formed by including a first linear molecule in a skewered manner in the opening of the first cyclic molecule, and A second polyrotaxane in which a second linear molecule is included in a skewered manner in the opening of the two cyclic molecules, and the rings of the first and second cyclic molecules are substantial rings , Wherein at least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond.

本発明の薄膜アクチュエータについて添付の図面を用いて以下に説明する。なお本発明は添付の図面に限定されない。
図3は、本発明の薄膜アクチュエータの一実施形態を示す模式断面図である。
図3において、薄膜アクチュエータ10は、電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層12と、アクチュエータ層12の両側の面に沿って設けられ、アクチュエータ層12の両側から電圧を印加する電極13と、電極13に電圧を印加する電源20と、電圧の印加を制御するコントローラ22と、を有して構成される。
電源20は、電極13に所定の電位差を与えるための電圧を印加するものである。電源としては例えばDC電源(直流電源)が挙げられる。電源20はコントローラ22を介して−2〜+2Vの電圧を電極13間に印加することができる。
コントローラ22は、図示されていない外部装置からの制御信号に応じて電圧の印加を調整する。
The thin film actuator of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the attached drawings.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the thin film actuator of the present invention.
In FIG. 3, a thin film actuator 10 is provided along an actuator layer 12 formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution, and along both surfaces of the actuator layer 12, and voltage is applied from both sides of the actuator layer 12. , A power source 20 that applies a voltage to the electrode 13, and a controller 22 that controls the application of the voltage.
The power source 20 applies a voltage for giving a predetermined potential difference to the electrode 13. Examples of the power source include a DC power source (direct current power source). The power supply 20 can apply a voltage of −2 to +2 V between the electrodes 13 via the controller 22.
The controller 22 adjusts voltage application according to a control signal from an external device (not shown).

アクチュエータ層について以下に説明する。
本発明の薄膜アクチュエータに使用されるアクチュエータ層は、電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成される。
本発明において、ゲルに含有される変性架橋ポリロタキサンは、第1の特徴として、イオン交換能を有する官能基を有する。
イオン交換能はアニオン交換能もしくはカチオン交換能のいずれか、またはアニオン交換能およびカチオン交換能の両方であってもよい。
The actuator layer will be described below.
The actuator layer used in the thin film actuator of the present invention is formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution.
In the present invention, the modified crosslinked polyrotaxane contained in the gel has a functional group having an ion exchange ability as a first feature.
The ion exchange capacity may be either anion exchange capacity or cation exchange capacity, or both anion exchange capacity and cation exchange capacity.

本発明において、アニオン交換能を有する官能基としては、例えば、アミノ基、炭化水素基を1〜3個有するアミノ基などのブレンステッド塩基、あるいはこれらの塩が挙げられる。具体的には例えば、−NH2、−NHR(R:炭化水素基、以下イオン交換能を有する官能基において同様。)、−NR2、−NR3 +、−NH3 +、−NH3 +-(X:ハロゲン)、−NH3 +OH-、−NR3 +-(X:ハロゲン)、−NR3 +OH-が挙げられる。
アミノ基が有する炭化水素基は特に制限されない。例えば、メチル基、エチル基のようなアルキル基;芳香族炭化水素基;アラルキル基が挙げられる。
アニオン交換能を有する官能基が塩を形成する場合、塩を形成するアニオン種としては、例えば、OH-、臭素イオン、塩素イオンのように原子化価数が低く価電子数の少ない(すなわちイオン半径の小さい)ものが挙げられる。
In the present invention, examples of the functional group having anion exchange ability include Bronsted bases such as amino groups and amino groups having 1 to 3 hydrocarbon groups, or salts thereof. Specifically, for example, —NH 2 , —NHR (R: hydrocarbon group, the same applies to functional groups having ion exchange capacity hereinafter), —NR 2 , —NR 3 + , —NH 3 + , —NH 3 + X - (X: halogen), - NH 3 + OH - , -NR 3 + X - (X: halogen), - NR 3 + OH - and the like.
The hydrocarbon group that the amino group has is not particularly limited. For example, an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group; an aromatic hydrocarbon group; an aralkyl group can be mentioned.
When a functional group having anion exchange ability forms a salt, examples of the anion species forming the salt include a low valence valence such as OH , bromine ion, and chlorine ion (ie, ion valence). (With a small radius).

本発明において、カチオン交換能を有する官能基としては、例えば、カルボキシ基、スルホ基などのブレンステッド酸、あるいはこれらの塩が挙げられる。
カチオン交換能を有する官能基が塩を形成する場合、塩を形成するカチオン種としては、例えば、ナトリウムイオン、カリウムイオンのようなアルカリ金属イオン、アンモニウム(NH4 +)、プロトンのように原子化価数が低く価電子数の少ない(すなわちイオン半径の小さい)ものが挙げられる。
In the present invention, examples of the functional group having a cation exchange ability include Bronsted acids such as a carboxy group and a sulfo group, and salts thereof.
When a functional group having a cation exchange ability forms a salt, examples of the cationic species that form the salt include alkali metal ions such as sodium ion and potassium ion, atomization such as ammonium (NH 4 + ), and proton. Those having a low valence and a small number of valence electrons (that is, a small ionic radius) can be mentioned.

官能基はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
官能基は、環状分子および/または直鎖状分子に結合することができる。また、官能基は直鎖状分子の側鎖および/または末端に結合することができる。
なかでも、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、透明性に優れるという観点から、官能基は直鎖状分子の末端に結合するのが好ましく、直鎖状分子の両末端に結合するのがより好ましい。
なお未変性の架橋ポリロタキサンを以下「架橋ポリロタキサン」ということがある。
The functional groups can be used alone or in combination of two or more.
Functional groups can be attached to cyclic molecules and / or linear molecules. The functional group can be bonded to the side chain and / or the terminal of the linear molecule.
Among them, the functional group is preferably bonded to the ends of the linear molecule from the viewpoint of excellent reaction force feeling, thin film actuators can be made thinner, and excellent transparency. More preferably, it binds to.
The unmodified crosslinked polyrotaxane may be referred to as “crosslinked polyrotaxane” hereinafter.

また、本発明において、変性架橋ポリロタキサンは、第2の特徴として、第1の環状分子の開口部に第1の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第1のポリロタキサン、及び第2の環状分子の開口部に第2の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第2のポリロタキサンを有し、前記第1及び第2の環状分子の環は実質的な環であり、前記第1の環状分子の少なくとも1つと前記第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されている。   In the present invention, the modified crosslinked polyrotaxane has, as a second feature, a first polyrotaxane in which a first linear molecule is skewered in an opening of the first cyclic molecule, and a second A second polyrotaxane in which a second linear molecule is included in a skewered manner in the opening of the cyclic molecule, and the rings of the first and second cyclic molecules are substantial rings, At least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond.

変性架橋ポリロタキサンは、第1の特徴(変性)の他に、上述のとおり、2以上のポリロタキサン分子を有してなり、該2以上のポリロタキサン分子の環状分子同士が化学結合を介して架橋するものである。
なお、本明細書において、「ポリロタキサン」又は「ポリロタキサン分子」とは、「回転子」としての環状分子、及び「軸」としての直鎖状分子を有し、該環状分子の開口部を串刺し状にして包接し非共有結合的に一体化された分子をいう。変性架橋ポリロタキサンは上記の構造を一部に有する化合物をその範囲に含む。
The modified cross-linked polyrotaxane has two or more polyrotaxane molecules, as described above, in addition to the first feature (modified), and the cyclic molecules of the two or more polyrotaxane molecules are cross-linked through chemical bonds. It is.
In this specification, “polyrotaxane” or “polyrotaxane molecule” includes a cyclic molecule as a “rotor” and a linear molecule as an “axis”, and the opening of the cyclic molecule is skewered. In this way, it is a molecule that is included and integrated non-covalently. The modified crosslinked polyrotaxane includes a compound having the above structure in part.

変性架橋ポリロタキサンにおいて、第1の環状分子の少なくとも1つと第2の環状分子の少なくとも1つとは化学結合を介して結合されている。第1の環状分子の少なくとも1つと第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されることによって架橋環状分子(ビシクロ分子)が形成される。変性架橋ポリロタキサンが複数の架橋環状分子を有する場合、複数の架橋環状分子は同じでも異なっていてもよい。
2以上のポリロタキサン分子は同じであっても異なっていてもよい。即ち、第1のポリロタキサン分子とそれとは異なる第2のポリロタキサン分子とを結合又は架橋することができる。第1のポリロタキサン分子は、第1の環状分子を有し、第2のポリロタキサン分子は第2の環状分子を有し、この際、第1の環状分子と第2の環状分子とは同じであっても異なっていてもよい。
In the modified crosslinked polyrotaxane, at least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond. At least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond to form a crosslinked cyclic molecule (bicyclo molecule). When the modified crosslinked polyrotaxane has a plurality of crosslinked cyclic molecules, the plurality of crosslinked cyclic molecules may be the same or different.
Two or more polyrotaxane molecules may be the same or different. That is, the first polyrotaxane molecule and the second polyrotaxane molecule different from the first polyrotaxane molecule can be bonded or crosslinked. The first polyrotaxane molecule has a first cyclic molecule, and the second polyrotaxane molecule has a second cyclic molecule, where the first cyclic molecule and the second cyclic molecule are the same. Or different.

変性架橋ポリロタキサンについて添付の図面を用いて以下に説明する。
図1は、変性架橋ポリロタキサンの一例を模式的に示す図である。
図1において、変性架橋ポリロタキサン100は、ポリロタキサン分子1とポリロタキサン分子2とを有する。ポリロタキサン分子1は、「回転子」としての環状分子3、環状分子3の開口部を串刺し状にして包接される「軸」としての直鎖状分子5を有する。ポリロタキサン分子2は、「回転子」としての環状分子4、環状分子4の開口部を串刺し状にして包接される「軸」としての直鎖状分子6を有する。環状分子3と環状分子4とは結合部7において結合または架橋され架橋環状分子8を形成する。架橋環状分子8により2個以上のポリロタキサン分子(図1においてはポリロタキサン分子1とポリロタキサン分子2)が架橋されて変性架橋ポリロタキサン100を形成する。なお図1において官能基は図示されていない。
架橋環状分子8は、反力感覚により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、応答性に優れるという観点から、少なくとも2個が直鎖状分子5上に存在するのが好ましく、5〜50個であるのがより好ましい。ポリロタキサン分子中における架橋環状分子の包接量は、NMR、光吸収、元素分析等によって確認することができる。
The modified crosslinked polyrotaxane will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a modified crosslinked polyrotaxane.
In FIG. 1, a modified cross-linked polyrotaxane 100 has a polyrotaxane molecule 1 and a polyrotaxane molecule 2. The polyrotaxane molecule 1 has a cyclic molecule 3 as a “rotor”, and a linear molecule 5 as an “axis” that is included by skewing the opening of the cyclic molecule 3. The polyrotaxane molecule 2 has a cyclic molecule 4 as a “rotor”, and a linear molecule 6 as an “axis” that is included by squeezing the opening of the cyclic molecule 4. The cyclic molecule 3 and the cyclic molecule 4 are bonded or cross-linked at the bonding portion 7 to form a cross-linked cyclic molecule 8. Two or more polyrotaxane molecules (polyrotaxane molecule 1 and polyrotaxane molecule 2 in FIG. 1) are crosslinked by the crosslinked cyclic molecule 8 to form a modified crosslinked polyrotaxane 100. In FIG. 1, functional groups are not shown.
It is preferable that at least two cross-linked cyclic molecules 8 are present on the linear molecule 5 from the viewpoint that the reaction force sensation is superior, the thin film actuator can be made thinner, and the responsiveness is excellent. More preferably. The inclusion amount of the crosslinked cyclic molecule in the polyrotaxane molecule can be confirmed by NMR, light absorption, elemental analysis or the like.

図2は、変性架橋ポリロタキサンの一例を模式的に示す図である。
図2(a)において、変性架橋ポリロタキサン200は、複数の架橋環状分子11、直鎖状分子5およびイオン交換能を有する官能基9を有する複数のポリロタキサン分子1によって形成されている。官能基9は直鎖状分子5の末端に結合している。
架橋環状分子11と直鎖状分子5とは非共有結合的に一体化した包接状態にあり、架橋環状分子11は直鎖状分子5上を容易に移動することができる。
変性架橋ポリロタキサンは、環状分子または架橋環状分子が密に詰まった包接化合物を用いるのではなく、図2(a)に示すポリロタキサン分子1のように架橋環状分子11が直鎖状分子5の上に疎な状態で存在するのが、反力感触により優れるという観点から好ましい。
なお、図2(a)において複数のポリロタキサン分子は異なっていてもよい。
FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a modified crosslinked polyrotaxane.
In FIG. 2A, a modified crosslinked polyrotaxane 200 is formed by a plurality of polyrotaxane molecules 1 having a plurality of crosslinked cyclic molecules 11, a linear molecule 5, and a functional group 9 having ion exchange ability. The functional group 9 is bonded to the end of the linear molecule 5.
The crosslinked cyclic molecule 11 and the linear molecule 5 are in an inclusion state in which they are integrated non-covalently, and the crosslinked cyclic molecule 11 can easily move on the linear molecule 5.
The modified cross-linked polyrotaxane does not use a cyclic molecule or an inclusion compound in which the cross-linked cyclic molecules are closely packed, but the cross-linked cyclic molecule 11 is above the linear molecule 5 like the polyrotaxane molecule 1 shown in FIG. It is preferable that it exists in a sparse state from the viewpoint of being superior in reaction force feeling.
In FIG. 2A, the plurality of polyrotaxane molecules may be different.

変性架橋ポリロタキサンは、直鎖状分子間の直接の架橋点が存在せず、幾何学的な拘束によりゲル化することができる。即ち、従来の物理ゲル又は化学ゲルのような直接の架橋点を有するものとは異なった構造である。
具体的には、変性架橋ポリロタキサンに応力を加えたとき、ポリマー間に直接の架橋が存在しないため、該化合物内の内部応力が分散されることにより破壊に対する強度が高い。また、膨潤の際においても、直鎖状分子が無駄なく網目構造を形成するため、より均一且つより高い膨潤特性をもたらすことができる。
The modified cross-linked polyrotaxane does not have a direct cross-linking point between linear molecules, and can be gelled by geometric constraints. That is, the structure is different from that of a conventional physical gel or chemical gel having a direct crosslinking point.
Specifically, when stress is applied to the modified cross-linked polyrotaxane, since there is no direct cross-linking between the polymers, the internal stress in the compound is dispersed, resulting in high strength against fracture. Further, even during swelling, since the linear molecules form a network structure without waste, more uniform and higher swelling characteristics can be provided.

変性架橋ポリロタキサンの特性を添付の図面を用いて以下に説明する。
図2(a)において、変性架橋ポリロタキサン200にB方向に応力が負荷された場合、図2(b)に示すように架橋環状分子11又は直鎖状分子5が容易に移動して内部応力を均一にすることができる。
したがって、変性架橋ポリロタキサンは、破壊に対する強度が高く、電解質溶液を例えば網目構造の部分に大量に含浸させることができる。また、変性架橋ポリロタキサンは、その構造に由来して、従来の物理ゲルよりもエントロピー弾性が非常に高い化合物を提供することができる。
変性架橋ポリロタキサンは、高い破壊強度を示し、優れた伸張性、柔軟性、透明性、復元性を有し、エントロピー弾性が非常に高い材料である。
The characteristics of the modified crosslinked polyrotaxane will be described below with reference to the accompanying drawings.
In FIG. 2A, when stress is applied to the modified cross-linked polyrotaxane 200 in the B direction, the cross-linked cyclic molecule 11 or the linear molecule 5 easily moves as shown in FIG. It can be made uniform.
Therefore, the modified cross-linked polyrotaxane has high strength against breakage, and the electrolyte solution can be impregnated in a large amount, for example, in the network structure. Further, the modified crosslinked polyrotaxane can provide a compound having a much higher entropy elasticity than a conventional physical gel due to its structure.
The modified crosslinked polyrotaxane is a material that exhibits high breaking strength, has excellent extensibility, flexibility, transparency, and resilience, and has very high entropy elasticity.

変性架橋ポリロタキサンを製造する際に使用される直鎖状分子は、環状分子に包接され非共有結合的に一体化することができる分子又は物質であって直鎖状のものであれば、特に限定されない。
なお、本発明において「直鎖状分子」とは、高分子を含めた分子、及びその他上記の要件を満たす全ての物質をいう。
また、「直鎖状分子」の「直鎖」は、実質的に「直鎖」であることを意味する。即ち、回転子である環状分子が回転可能、もしくは直鎖状分子上で環状分子が摺動又は移動可能であれば、直鎖状分子は分岐鎖を有していてもよい。また、「直鎖」の長さは、直鎖状分子上で環状分子が摺動又は移動可能であれば、その長さに特に制限はない。
The linear molecule used in the production of the modified crosslinked polyrotaxane is a molecule or substance that can be included in a cyclic molecule and can be integrated non-covalently and is linear, particularly if it is linear. It is not limited.
In the present invention, the “linear molecule” means a molecule including a polymer and all other substances satisfying the above requirements.
Further, “linear” of “linear molecule” means substantially “linear”. That is, the linear molecule may have a branched chain as long as the cyclic molecule that is a rotor is rotatable or the cyclic molecule is slidable or movable on the linear molecule. Further, the length of the “straight chain” is not particularly limited as long as the cyclic molecule can slide or move on the linear molecule.

変性架橋ポリロタキサンを製造する際に使用することができる直鎖状分子としては、親水性ポリマー、例えばポリビニルアルコールやポリビニルピロリドン、ポリ(メタ)アクリル酸、セルロース系樹脂(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等)、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリビニルメチルエーテル、ポリアミン、ポリエチレンイミン、カゼイン、ゼラチン、でんぷん等及び/またはこれらの共重合体など;疎水性ポリマー、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、およびその他オレフィン系単量体との共重合樹脂などのポリオレフィン系樹脂、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリエステル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレンやアクリロニトリル−スチレン共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートや(メタ)アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合樹脂などのアクリル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等;及びこれらの誘導体又は変性体を挙げることができる。   Examples of linear molecules that can be used in producing the modified crosslinked polyrotaxane include hydrophilic polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, poly (meth) acrylic acid, and cellulose resins (carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl). Cellulose, etc.), polyacrylamide, polyethylene oxide, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetrahydrofuran, polydimethylsiloxane, polyvinyl acetal resin, polyvinyl methyl ether, polyamine, polyethylene imine, casein, gelatin, starch, etc. and / or their co-polymerization Copolymers, etc .; Hydrophobic polymers such as polyethylene, polypropylene, and other copolymer resins with olefinic monomers Polyolefin resins, polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polyester resins, polyvinyl chloride resins, polystyrene resins such as polystyrene and acrylonitrile-styrene copolymer resins, polymethyl methacrylate, (meth) acrylic acid ester copolymers, acrylonitrile- Examples thereof include acrylic resins such as methyl acrylate copolymer resins, polycarbonate resins, polyurethane resins, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer resins, polyvinyl butyral resins and the like; and derivatives or modified products thereof.

なかでも、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、透明性に優れるという観点から、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフランのようなポリエーテルポリオール;ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィン:ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン;ポリジメチルシロキサンのようなオルガノポリシロキサンが好ましく、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールであるのがより好ましい。   Among these, polyether polyols such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polytetrahydrofuran; polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable from the viewpoint of excellent reaction force feeling, thin film actuators, and excellent transparency. Polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene; organopolysiloxanes such as polydimethylsiloxane are preferred, and polyethylene glycol and polypropylene glycol are more preferred.

直鎖状分子の重量平均分子量(Mw)は、通常100以上であり、粘弾性および応答性に優れるという観点から、重量平均分子量(Mw)は好ましくは1,000以上であり、より好ましくは5,000以上である。
なお、本発明において、重量平均分子量は、水/アセトニトリルを溶離液とするゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定される標準ポリスチレン換算により測定される。
直鎖状分子はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
The weight average molecular weight (Mw) of the linear molecule is usually 100 or more, and from the viewpoint of excellent viscoelasticity and responsiveness, the weight average molecular weight (Mw) is preferably 1,000 or more, more preferably 5 1,000 or more.
In the present invention, the weight average molecular weight is measured by standard polystyrene conversion measured by gel permeation chromatography (GPC) using water / acetonitrile as an eluent.
The linear molecules can be used alone or in combination of two or more.

変性架橋ポリロタキサンを製造する際に使用することができる環状分子は、上記直鎖状分子と包接可能な環状分子であれば、いずれの環状分子であっても用いることができる。
なお、本発明において、「環状分子」とは、環状分子を含めた種々の環状物質をいう。
また、「環状分子」とは、実質的に環状である分子又は物質をいう。即ち、「実質的に環状である」とは、英字の「C」のように、完全に閉環ではないものを含む意であり、英字の「C」の一端と他端とが結合しておらず重なった螺旋構造を有するものも含む意である。さらに、後述する「ビシクロ分子(架橋環状分子)」の環についても、「環状分子」の「実質的に環状である」と同様に定義することができる。即ち、「ビシクロ分子」の一方の環又は双方の環は、英字の「C」のように、完全に閉環ではないものであってもよく、英字の「C」の一端と他端とが結合しておらず重なった螺旋構造を有するものであってもよい。
The cyclic molecule that can be used for producing the modified crosslinked polyrotaxane can be any cyclic molecule as long as it is a cyclic molecule that can be included in the linear molecule.
In the present invention, “cyclic molecule” refers to various cyclic substances including cyclic molecules.
A “cyclic molecule” refers to a molecule or substance that is substantially cyclic. That is, “substantially annular” means that the letter “C” is not completely closed, such as the letter “C”, and one end and the other end of the letter “C” are not connected. It is also intended to include those having overlapping spiral structures. Furthermore, the ring of a “bicyclo molecule (bridged cyclic molecule)” described later can be defined in the same manner as “substantially cyclic” of “cyclic molecule”. That is, one or both rings of the “bicyclo molecule” may not be completely closed like the letter “C”, and one end and the other end of the letter “C” are connected to each other. It may have a spiral structure that is not overlapped.

変性架橋ポリロタキサンを製造する際に使用することができる環状分子としては、例えば、シクロデキストリン類(例えばα-シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン、ジメチルシクロデキストリン及びグルコシルシクロデキストリン、これらの誘導体又は変性体など)、クラウンエーテル類、ベンゾクラウン類、ジベンゾクラウン類、及びジシクロヘキサノクラウン類、並びにこれらの誘導体又は変性体を挙げることができる。
上述のシクロデキストリン類及びクラウンエーテル類などは、その種類により環状分子の開口部の大きさが異なる。したがって、用いる直鎖状分子の種類、具体的には用いる直鎖状分子を円柱状と見立てた場合、その円柱の断面の直径、直鎖状分子の疎水性又は親水性などにより、用いる環状分子を選択することができる。また、開口部が相対的に大きな環状分子と、相対的に直径が小さな円柱状の直鎖状分子を用いた場合、環状分子の開口部に2以上の直鎖状分子を包接することもできる。
Examples of the cyclic molecule that can be used in producing the modified crosslinked polyrotaxane include cyclodextrins (for example, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, dimethylcyclodextrin and glucosylcyclodextrin, these Derivatives, modified products, etc.), crown ethers, benzocrowns, dibenzocrowns, dicyclohexanocrowns, and derivatives or modified products thereof.
The above-mentioned cyclodextrins and crown ethers differ in the size of the opening of the cyclic molecule depending on the type. Therefore, the type of linear molecule to be used, specifically, when the linear molecule to be used is assumed to be cylindrical, the cyclic molecule to be used depends on the diameter of the cross section of the cylinder, the hydrophobicity or hydrophilicity of the linear molecule, etc. Can be selected. When a cyclic molecule having a relatively large opening and a cylindrical linear molecule having a relatively small diameter are used, two or more linear molecules can be included in the opening of the cyclic molecule. .

なかでも、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、粘弾性に優れるという観点から、環状分子は、α−シクロデキストリン(グルコース6量体)、β−シクロデキストリン(グルコース7量体)であるのが好ましい。   Among them, from the viewpoint of excellent reaction force feeling, thin film actuators can be made thinner, and viscoelasticity, the cyclic molecules are α-cyclodextrin (glucose hexamer), β-cyclodextrin (glucose 7 amount). Body).

また、環状分子と直鎖状分子の組合せとしては、例えば、α−シクロデキストリンとポリエチレングリコールとの組み合わせ、α−シクロデキストリンとポリプロピレングリコールとの組み合わせ、β−シクロデキストリンとポリエチレングリコールとの組み合わせ、β−シクロデキストリンとポリプロピレングリコールとの組み合わせが挙げられる。   Examples of the combination of a cyclic molecule and a linear molecule include a combination of α-cyclodextrin and polyethylene glycol, a combination of α-cyclodextrin and polypropylene glycol, a combination of β-cyclodextrin and polyethylene glycol, β -A combination of cyclodextrin and polypropylene glycol.

架橋環状分子について以下に説明する。
変性架橋ポリロタキサンにおいて、第1の環状分子と第2の環状分子とは、化学結合を介して架橋される。この際、化学結合は単なる結合であっても種々の原子又は分子を介する結合であってもよい。
環状分子は、その環の外側に反応基(例えば、ヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、アルデヒド基)を有することができる。環状分子が有する反応基と架橋剤とを反応させ環状分子同士を架橋し、架橋環状分子を製造することができる。架橋環状分子の製造方法としては、例えば、特開2006-002077号公報に記載されている方法が挙げられる。
本発明に用いることができる架橋剤は、従来より公知の架橋剤を用いることができる。例えば、3,5−ジメルカプトピリジン、塩化シアヌル、トリメソイルクロリド、テレフタロイルクロリド、エピクロロヒドリン、ジブロモベンゼン、グルタールアルデヒド、フェニレンジイソシアネート、ジイソシアン酸トリレイン(例えば2,4−ジイソシアン酸トリレイン)、1,1′−カルボニルジイミダゾール、及びジビニルスルホンなどを挙げることができる。また、シランカップリング剤(例えば種々のアルコキシシラン)及びチタンカップリング剤(例えば種々のアルコキシチタン)などの各種カップリング剤を挙げることができる。さらに、ソフトコンタクトレンズ用材料に用いられる各種の光架橋剤、例えばホルミルスチリルピリジウムなどのスチルバゾリウム塩系の光架橋剤(K.Ichimura et al.,Journal of polymer science.Polymer chemistry edition 20,1411−1432(1982)(本文献は、参考として本明細書に含まれる)を参照のこと)、並びにその他の光架橋剤、例えば光二量化による光架橋剤、具体的にはケイ皮酸、アントラセン、チミン類などを挙げることができる。
The crosslinked cyclic molecule will be described below.
In the modified crosslinked polyrotaxane, the first cyclic molecule and the second cyclic molecule are crosslinked via chemical bonds. In this case, the chemical bond may be a simple bond or a bond via various atoms or molecules.
The cyclic molecule can have a reactive group (for example, a hydroxy group, an amino group, a carboxyl group, a thiol group, or an aldehyde group) outside the ring. A reactive group possessed by a cyclic molecule reacts with a crosslinking agent to crosslink the cyclic molecules to produce a crosslinked cyclic molecule. Examples of the method for producing a crosslinked cyclic molecule include the method described in JP-A-2006-002077.
As the crosslinking agent that can be used in the present invention, conventionally known crosslinking agents can be used. For example, 3,5-dimercaptopyridine, cyanuric chloride, trimesoyl chloride, terephthaloyl chloride, epichlorohydrin, dibromobenzene, glutaraldehyde, phenylene diisocyanate, diisocyanate trilein (for example, 2,4-diisocyanate trilein) 1,1'-carbonyldiimidazole, divinylsulfone and the like. Moreover, various coupling agents, such as a silane coupling agent (for example, various alkoxysilanes) and a titanium coupling agent (for example, various alkoxytitanium), can be mentioned. Furthermore, various photocrosslinking agents used for soft contact lens materials, for example, stilbazolium salt-based photocrosslinking agents such as formylstyrylpyridin (K. Ichimura et al., Journal of polymer science. Polymer chemistry edition 20, 1411- 1432 (1982) (this document is incorporated herein by reference), as well as other photocrosslinkers, such as photodimers by photodimerization, specifically cinnamic acid, anthracene, thymine And the like.

架橋剤は、その分子量が2,000未満、好ましくは1,000未満、より好ましくは600未満、最も好ましくは400未満であるのが好ましい。
環状分子として反応基を有するα−シクロデキストリンを用い、且つ架橋剤を用いて架橋する場合、該架橋剤の例として、例えば、3,5−ジメルカプトピリジン、塩化シアヌル、2,4−ジイソシアン酸トリレイン、1,1′−カルボニルジイミダゾール、トリメソイルクロリド、テレフタロイルクロリド、並びにテトラメトキシシラン及びテトラエトキシシラン等のアルコキシシラン類などを挙げることができる。
The cross-linking agent preferably has a molecular weight of less than 2,000, preferably less than 1,000, more preferably less than 600, and most preferably less than 400.
When α-cyclodextrin having a reactive group is used as a cyclic molecule and crosslinking is performed using a crosslinking agent, examples of the crosslinking agent include 3,5-dimercaptopyridine, cyanuric chloride, and 2,4-diisocyanic acid. Examples include trilein, 1,1′-carbonyldiimidazole, trimesoyl chloride, terephthaloyl chloride, and alkoxysilanes such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane.

架橋環状分子としては、例えば、シクロデキストリンの2量体が挙げられる。具体的には、例えば、α−シクロデキストリン2量体、β−シクロデキストリン2量体が挙げられる。
架橋環状分子は、粘弾性に優れるという観点から、α−シクロデキストリン2量体、β−シクロデキストリン2量体が好ましい。
架橋環状分子はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
Examples of the crosslinked cyclic molecule include a cyclodextrin dimer. Specific examples include α-cyclodextrin dimer and β-cyclodextrin dimer.
The crosslinked cyclic molecule is preferably an α-cyclodextrin dimer or β-cyclodextrin dimer from the viewpoint of excellent viscoelasticity.
The crosslinked cyclic molecules can be used alone or in combination of two or more.

変性架橋ポリロタキサンの製造方法としては、例えば、架橋環状分子、即ち第1の実質的な環及び第2の実質的な環を有する「ビシクロ分子」を製造し(ビシクロ化工程)、ビシクロ分子と直鎖状分子とを混合して「ビシクロ分子」の第1の環及び第2の環に直鎖状分子を串刺し状に包接して架橋ポリロタキサンを製造し(混合工程)、得られた架橋ポリロタキサンにイオン交換能を有する官能基を導入することによって(変性工程)、変性架橋ポリロタキサンを得ることができる。   As a method for producing a modified crosslinked polyrotaxane, for example, a crosslinked cyclic molecule, that is, a “bicyclo molecule” having a first substantial ring and a second substantial ring (bicyclization step) is produced. A chain molecule is mixed to produce a crosslinked polyrotaxane by sandwiching linear molecules in the first and second rings of the “bicyclo molecule” in a skewered manner (mixing step). A modified crosslinked polyrotaxane can be obtained by introducing a functional group having ion exchange capacity (modification step).

ビシクロ化工程において、反応基を有する環状分子と架橋剤とを反応させて第1の実質的な環及び第2の実質的な環を有するビシクロ分子(架橋環状分子)を製造する。
反応基を有する環状分子と架橋剤は上記のとおりである。反応基を有する環状分子はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。架橋剤はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
架橋剤の使用量は、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、粘弾性に優れるという観点から、反応基を有する環状分子100モルに対して、1〜10モルであるのが好ましい。
In the bicyclization step, a cyclic molecule having a reactive group and a crosslinking agent are reacted to produce a bicyclo molecule (bridged cyclic molecule) having a first substantial ring and a second substantial ring.
The cyclic molecule having a reactive group and the crosslinking agent are as described above. The cyclic molecules having a reactive group can be used alone or in combination of two or more. The crosslinking agents can be used alone or in combination of two or more.
The amount of the cross-linking agent used is 1 to 10 mol with respect to 100 mol of the cyclic molecule having a reactive group from the viewpoint that the reaction force feel is excellent, the thin film actuator can be made thinner, and the viscoelasticity is excellent. Is preferred.

混合工程において、ビシクロ分子と直鎖状分子とを混合してビシクロ分子の第1の環及び第2の環に直鎖状分子を串刺し状に包接して架橋ポリロタキサンを製造する。
ビシクロ分子、直鎖状分子は上記のとおりである。ビシクロ分子はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。直鎖状分子はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
ビシクロ分子の量は、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、応答性に優れるという観点から、直鎖状分子100質量部に対して、1〜70質量部であるのが好ましく、2〜30質量部であるのがより好ましい。
混合工程における混合方法としては、例えば、ビシクロ分子と直鎖状分子とを含有する水溶液を室温下で撹拌する方法が挙げられる。
In the mixing step, the bicyclo molecule and the linear molecule are mixed, and the first and second rings of the bicyclo molecule are included in a skewered manner to produce a crosslinked polyrotaxane.
The bicyclo molecule and the linear molecule are as described above. Bicyclo molecules can be used alone or in combination of two or more. The linear molecules can be used alone or in combination of two or more.
The amount of the bicyclo molecule is 1 to 70 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the linear molecule from the viewpoint that the reaction force feeling is excellent, the thin film actuator can be made thinner, and the responsiveness is excellent. Preferably, it is 2-30 mass parts.
Examples of the mixing method in the mixing step include a method of stirring an aqueous solution containing a bicyclo molecule and a linear molecule at room temperature.

変性工程において、架橋ポリロタキサンの直鎖状分子および/または架橋環状分子にイオン交換能を有する官能基を導入して変性架橋ポリロタキサンを得る。   In the modification step, a functional group having ion exchange ability is introduced into the linear molecule and / or crosslinked cyclic molecule of the crosslinked polyrotaxane to obtain a modified crosslinked polyrotaxane.

未変性の架橋ポリロタキサンにアニオン交換能を有する官能基を導入する方法は特に制限されない。
例えば、アニオン交換能を有する官能基としてアミノ基を付与する場合、未変性の架橋ポリロタキサンを構成する直鎖状分子の末端部分である第一級アルコールを塩化オキザリルや塩化リンなどを用いてハロゲン化した後、アミンおよび/またはアンモニアと反応させることにより架橋ポリロタキサンにアミノ基を導入することができる。ハロゲン化の後に使用されるアミンは特に制限されない。
得られたアミノ基を有する架橋ポリロタキサンは、塩酸との反応により容易に塩を形成することができる。また、得られたアミノ基を有する架橋ポリロタキサンをハロゲン化アルキルと反応させることによってN−アルキル化が達成できる。N−アルキル化の際に使用されるハロゲン化アルキルは特に制限されない。
The method for introducing a functional group having anion exchange ability into the unmodified crosslinked polyrotaxane is not particularly limited.
For example, when an amino group is added as a functional group having an anion exchange ability, a primary alcohol that is a terminal portion of a linear molecule constituting an unmodified crosslinked polyrotaxane is halogenated using oxalyl chloride or phosphorus chloride. Then, an amino group can be introduced into the crosslinked polyrotaxane by reacting with an amine and / or ammonia. The amine used after the halogenation is not particularly limited.
The obtained crosslinked polyrotaxane having an amino group can easily form a salt by reaction with hydrochloric acid. Further, N-alkylation can be achieved by reacting the obtained crosslinked polyrotaxane having an amino group with an alkyl halide. The alkyl halide used in the N-alkylation is not particularly limited.

未変性の架橋ポリロタキサンにカチオン交換能を有する官能基を導入する方法は特に制限されない。例えば、カチオン交換能を有する官能基としてカルボキシ基を付与する場合、未変性の架橋ポリロタキサンを構成する直鎖状分子の末端部分である第一級アルコールを過酸化水素水や過マンガン酸塩などで酸化する方法が挙げられる。
また、得られたカルボキシ基を有する架橋ポリロタキサンを例えば、水酸化ナトリウムと反応させることによって、カルボキシ基を容易に塩(例えば、ナトリウム塩)に変換させることができる。
一方、スルホ基の付与では、未変性の架橋ポリロタキサンを構成する直鎖状分子の末端部分である第一級アルコールを塩化チオニルと反応させることで塩化スルホニルとし、その後、金属亜鉛、続いて塩酸と反応させることで得られるスルフィン酸を過マンガン酸塩などで酸化することによってスルホ基を導入する方法が挙げられる。
また、得られたスルホ基を有する架橋ポリロタキサンを例えば、水酸化ナトリウムと反応させることによって、スルホ基を容易に塩(例えば、ナトリウム塩)に変換させることができる。
The method for introducing a functional group having a cation exchange ability into an unmodified crosslinked polyrotaxane is not particularly limited. For example, when a carboxy group is imparted as a functional group having a cation exchange ability, a primary alcohol that is a terminal portion of a linear molecule constituting an unmodified crosslinked polyrotaxane is replaced with a hydrogen peroxide solution or a permanganate. The method of oxidizing is mentioned.
Moreover, a carboxy group can be easily converted into a salt (for example, sodium salt) by reacting the obtained crosslinked polyrotaxane having a carboxy group with, for example, sodium hydroxide.
On the other hand, in the provision of a sulfo group, a primary alcohol, which is a terminal portion of a linear molecule constituting an unmodified crosslinked polyrotaxane, is reacted with thionyl chloride to form sulfonyl chloride, and then metal zinc, followed by hydrochloric acid. Examples thereof include a method of introducing a sulfo group by oxidizing sulfinic acid obtained by the reaction with permanganate or the like.
Further, by reacting the obtained crosslinked polyrotaxane having a sulfo group with, for example, sodium hydroxide, the sulfo group can be easily converted into a salt (for example, a sodium salt).

架橋ポリロタキサンはそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。イオン交換能を有する官能基を導入するために使用される化合物はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
イオン交換能を有する官能基を導入するために使用される化合物の量は、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、粘弾性、応答性に優れるという観点から、架橋ポリロタキサン100質量部に対して、0.01〜100質量部であるのが好ましく、0.1〜10質量部であるのがより好ましい。
The crosslinked polyrotaxanes can be used alone or in combination of two or more. The compounds used for introducing the functional group having ion exchange ability may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the compound used for introducing the functional group having ion exchange capacity can make the thin film actuator thinner, and from the viewpoint of excellent viscoelasticity and responsiveness, with respect to 100 parts by mass of the crosslinked polyrotaxane, It is preferable that it is 0.01-100 mass parts, and it is more preferable that it is 0.1-10 mass parts.

架橋環状分子に官能基を導入する方法としては、例えば、架橋環状分子がシクロデキストリンである場合シクロデキストリンを構成するグルコース分子中の第1級ヒドロキシ基(R−CH2−OH)をナトリウムで−CH2−O-Na+とする方法、カルボン酸やその誘導体(R−COOH、R−COONa)、スルホン酸やその誘導体(R−SO3H、R−SO3Na)に変換する方法が挙げられる。 As a method for introducing a functional group into a crosslinked cyclic molecule, for example, when the crosslinked cyclic molecule is a cyclodextrin, a primary hydroxy group (R—CH 2 —OH) in a glucose molecule constituting the cyclodextrin is sodium- Examples include CH 2 —O Na + , conversion to carboxylic acid and derivatives thereof (R—COOH, R—COONa), and sulfonic acid and derivatives thereof (R—SO 3 H, R—SO 3 Na). It is done.

変性架橋ポリロタキサンが有する直鎖状分子としては、両末端に官能基を有する直鎖状高分子が挙げられる。具体的には例えば、下記式で表されるものが挙げられる。
Examples of the linear molecule possessed by the modified crosslinked polyrotaxane include a linear polymer having functional groups at both ends. Specific examples include those represented by the following formula.

変性架橋ポリロタキサンとしては、例えば、上記の式で表される直鎖状高分子からなる群から選ばれる少なくとも1種と、シクロデキストリンの2量体との組み合わせが挙げられる。
なかでも、変性架橋ポリロタキサンは、1分子の直鎖状分子中に多くの環状分子(架橋環状分子)を有することができ、反力感触により優れ、薄膜アクチュエータをより薄くすることができ、粘弾性に優れるという観点から、直鎖状分子と環状分子との組合せとしては、ポリエチレングリコールとα−シクロデキストリン2量体との組み合わせ、ポリプロピレングリコールとβ−シクロデキストリン2量体との組み合わせが好ましい。
変性架橋ポリロタキサンはそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
Examples of the modified cross-linked polyrotaxane include a combination of at least one selected from the group consisting of linear polymers represented by the above formula and a cyclodextrin dimer.
Among them, the modified cross-linked polyrotaxane can have many cyclic molecules (cross-linked cyclic molecules) in one linear molecule, is excellent in reaction force feeling, can make the thin film actuator thinner, and is viscoelastic. From the viewpoint of superiority, the combination of the linear molecule and the cyclic molecule is preferably a combination of polyethylene glycol and α-cyclodextrin dimer, or a combination of polypropylene glycol and β-cyclodextrin dimer.
The modified crosslinked polyrotaxanes can be used alone or in combination of two or more.

電解質溶液について説明する。
本発明の薄膜アクチュエータに使用される電解質溶液は、導電性(イオン導電性)を有するものであれば特に制限されない。例えば、電解質と水系溶媒とを含む溶液、電解質と非水系溶媒とを含む溶液、イオン性液体が挙げられる。
電解質は特に制限されない。例えば、ゲル電解質塩、固体電解質塩が挙げられる。具体的には例えば、カチオン種として、リチウムイオン、ナトリウムイオン、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から選択されるものと、アニオン種として、AlCl4 、BF4 、ClO4 、PF6 、SbF6 、OTf、スルホニウムイミドアニオン[例えば、(CF3SO22イミドアニオン:NTf2 ]からなる群から選択されるものとの組み合わせが挙げられる。
The electrolyte solution will be described.
The electrolyte solution used for the thin film actuator of the present invention is not particularly limited as long as it has conductivity (ionic conductivity). Examples thereof include a solution containing an electrolyte and an aqueous solvent, a solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent, and an ionic liquid.
The electrolyte is not particularly limited. Examples thereof include gel electrolyte salts and solid electrolyte salts. Specifically, for example, as the cation species, from the group consisting of lithium ion, sodium ion, dialkylimidazolium ion, tetraalkylammonium ion, trialkylimidazolium ion, piperidinium ion, pyrazolium ion, pyrrolium ion, pyrrolidinium ion As anion species, AlCl 4 , BF 4 , ClO 4 , PF 6 , SbF 6 , OTf , sulfonium imide anion [for example, (CF 3 SO 2 ) 2 imide anion: NTf 2 -] combination of those selected from the group consisting of and the like.

電解質を溶解させるための溶媒としては、水系溶媒、非水系溶媒を使用することができる。
水系溶媒としては水が挙げられる。
非水系溶媒としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、スルホラン、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートが挙げられる。
As a solvent for dissolving the electrolyte, an aqueous solvent or a non-aqueous solvent can be used.
Water is mentioned as an aqueous solvent.
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene glycol, diethylene glycol, glycerin, sulfolane, propylene carbonate, and butylene carbonate.

溶媒を使用する場合、電解質溶液の濃度は、反力感触により優れ、応答性に優れるという観点から、1〜50質量%であるのが好ましい。
溶媒は、反力感触により優れ、電解質塩の役割を併せ持つという観点から、イオン性液体(イオン液体)が好ましい。
In the case of using a solvent, the concentration of the electrolyte solution is preferably 1 to 50% by mass from the viewpoint that the reaction force feel is excellent and the responsiveness is excellent.
The solvent is preferably an ionic liquid (ionic liquid) from the viewpoint that it is excellent in reaction force feeling and also has the role of an electrolyte salt.

イオン性液体は特に制限されない。例えば、カチオンとして、リチウムイオン、ジアルキルイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、トリアルキルイミダゾリウムイオン、ピペリジニウムイオン、ピラゾリウムイオン、ピロリウムイオン、ピロリジニウムイオンからなる群から少なくとも1種と、アニオンとして、AlCl4 、BF4 、ClO4 、PF6 、SbF6 、OTf、スルホニウムイミドアニオン[例えば、(CF3SO22イミドアニオン:NTf2 ]からなる群から少なくとも1種とを有するものが挙げられる。 The ionic liquid is not particularly limited. For example, as a cation, at least one kind selected from the group consisting of lithium ion, dialkylimidazolium ion, tetraalkylammonium ion, trialkylimidazolium ion, piperidinium ion, pyrazolium ion, pyrrolium ion, pyrrolidinium ion, and anion, At least one selected from the group consisting of AlCl 4 , BF 4 , ClO 4 , PF 6 , SbF 6 , OTf , sulfonium imide anion [for example, (CF 3 SO 2 ) 2 imide anion: NTf 2 ]. The thing which has these.

電解質溶液は、反力感触により優れ、応答性に優れるという観点から、イオン性液体、水系溶媒を含むものが好ましく、過塩素酸リチウム水溶液、過塩素酸ナトリウム水溶液、
リチウムトリフルオロメタンスルホネート(LiOTf)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiNTf2)がより好ましい。
電解質溶液はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
From the viewpoint of excellent reaction force feeling and excellent responsiveness, the electrolyte solution preferably contains an ionic liquid and an aqueous solvent, such as a lithium perchlorate aqueous solution, a sodium perchlorate aqueous solution,
Lithium trifluoromethanesulfonate (LiOTf) and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiNTf 2 ) are more preferable.
The electrolyte solutions can be used alone or in combination of two or more.

ゲル(アクチュエータ層)を形成する際に使用される電解質溶液の量は、反力感触により優れ、応答性に優れるという観点から、変性架橋ポリロタキサン100質量部に対して、1〜100質量部であるのが好ましく、10〜20質量部であるのがより好ましい。   The amount of the electrolyte solution used when forming the gel (actuator layer) is 1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the modified crosslinked polyrotaxane from the viewpoint of being superior in reaction force feeling and excellent in responsiveness. Is preferable, and it is more preferable that it is 10-20 mass parts.

本発明の薄膜アクチュエータに使用されるアクチュエータ層を形成するゲルは、電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有する。
電解質溶液を変性架橋ポリロタキサンに含浸させ、変性架橋ポリロタキサンを膨潤させ(イオン交換させる)ことによって、アクチュエータ層を活性化させる。
変性架橋ポリロタキサンに電解質溶液を含浸させる方法は特に制限されない。例えば、変性架橋ポリロタキサンと電解質溶液とを均一に混合することによってゲルを形成することができる。
また、混合後必要に応じて変性架橋ポリロタキサンと電解質溶液とを含有する組成物を例えば50〜80℃の条件下において乾燥させることができる。
本発明においては上記のようにしてゲル、つまりアクチュエータ層を形成する。
The gel forming the actuator layer used in the thin film actuator of the present invention contains a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution.
The actuator layer is activated by impregnating the modified crosslinked polyrotaxane with the electrolyte solution and swelling (ion exchange) the modified crosslinked polyrotaxane.
The method for impregnating the modified crosslinked polyrotaxane with the electrolyte solution is not particularly limited. For example, the gel can be formed by uniformly mixing the modified crosslinked polyrotaxane and the electrolyte solution.
Moreover, the composition containing a modified crosslinked polyrotaxane and an electrolyte solution can be dried under conditions of, for example, 50 to 80 ° C., if necessary after mixing.
In the present invention, the gel, that is, the actuator layer is formed as described above.

本発明の薄膜アクチュエータにおいて使用されるアクチュエータ層は、軽量化、透明性、柔軟性、応答性に優れるという観点から、1mm以下であるのが好ましく、0.1〜0.5mmであるのがより好ましい。   The actuator layer used in the thin film actuator of the present invention is preferably 1 mm or less, more preferably 0.1 to 0.5 mm from the viewpoint of light weight, transparency, flexibility, and responsiveness. preferable.

電極について以下に説明する。
本発明の薄膜アクチュエータに使用される電極は、アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電極に電圧が印加される。
電極に材料は特に制限されない。例えば、金、白金、パラジウム、ニッケルのような金属;スズドープ酸化インジウム(ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、ニオブドープ酸化スズ、タンタルドープ酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズのような導電性無機材料;ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)のような導電性高分子材料が挙げられる。
なかでも、透明性、応答性に優れるという観点から、ITO、導電性高分子材料が好ましい。
電極の材料はそれぞれ単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
The electrode will be described below.
The electrodes used in the thin film actuator of the present invention are provided along the surfaces on both sides of the actuator layer, and a voltage is applied to the electrodes.
The material for the electrode is not particularly limited. For example, metals such as gold, platinum, palladium, nickel; tin doped indium oxide (ITO), aluminum doped zinc oxide, antimony doped tin oxide (ATO), niobium doped tin oxide, tantalum doped tin oxide, fluorine doped tin oxide Conductive inorganic material; conductive polymer material such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT).
Of these, ITO and conductive polymer materials are preferable from the viewpoint of excellent transparency and responsiveness.
The electrode materials can be used alone or in combination of two or more.

アクチュエータ層に電極を設ける方法は特に制限されない。例えば、メッキ処理、スパッタ、印刷手法(例えば、スクリーン印刷)によってアクチュエータ層に電極を形成することができる。各処理方法は特に制限されない。例えば、従来公知のものが挙げられる。   The method for providing an electrode on the actuator layer is not particularly limited. For example, the electrode can be formed on the actuator layer by plating, sputtering, or printing (for example, screen printing). Each processing method is not particularly limited. For example, a conventionally well-known thing is mentioned.

本発明の薄膜アクチュエータは、優れた柔軟性、透明性、耐環境性及び化学的安定性を有し、さらに、良好な接着性を有し、フレキシブルな膜形状に容易に加工することができる。
本発明の薄膜アクチュエータは、無機材料のものと比較して、柔軟性、加工性に優れ、軽量であり、指に近い繊細な弾力性、肌のような感触を有する。
また、有機組成物を材料とするものと比較して、アクチュエータ層の膜厚を1mm以下とすることができ、1秒以内の応答速度を達成することができ、軽量化に優れ、コストを下げることができる。
イオン交換樹脂を材料とするものと比較して、柔軟性、透明性に優れ、製造が容易でイオン交換能を効率的に付与することができる。
The thin film actuator of the present invention has excellent flexibility, transparency, environmental resistance and chemical stability, and has good adhesiveness, and can be easily processed into a flexible film shape.
The thin film actuator of the present invention is superior in flexibility and workability, is lightweight, has a delicate elasticity close to a finger, and feels like a skin as compared with an inorganic material.
In addition, the thickness of the actuator layer can be reduced to 1 mm or less, and a response speed of 1 second or less can be achieved, compared with a material using an organic composition as a material. be able to.
Compared with a material using an ion exchange resin, it is excellent in flexibility and transparency, is easy to manufacture, and can efficiently impart ion exchange capacity.

本発明の薄膜アクチュエータは、入力デバイスとして使用することができる。例えば、操作者がボタンに接触することで入力可能なタッチパネルに好適に用いることができる。本発明の薄膜アクチュエータは、タッチパネルの入力操作ボタンとして適用することで、操作者が指で押圧するとき、この押圧に対応してボタンが形状変化するので操作者の指先に和む反力感触を与えることができる。
本発明の薄膜アクチュエータは、柔軟性、透明性、耐環境性、化学的安定性、接着性、加工性に優れるので当該薄膜アクチュエータをタッチパネルに用いる利点は大きい。
The thin film actuator of the present invention can be used as an input device. For example, it can be suitably used for a touch panel that allows an operator to input by touching a button. The thin film actuator of the present invention is applied as an input operation button of a touch panel, and when the operator presses with a finger, the button changes its shape in response to the press, so that a reaction force feel that is soft to the fingertip of the operator is given. be able to.
Since the thin film actuator of the present invention is excellent in flexibility, transparency, environmental resistance, chemical stability, adhesiveness, and workability, the advantage of using the thin film actuator for a touch panel is great.

本発明の薄膜アクチュエータの変形のメカニズムについて以下簡単に説明する。
本発明において、反力は、アクチュエータが(指で押されたことによって)へこんだときに生じる物理的な反発力と、薄膜アクチュエータの電気的な変形とによって生じるものである。
本発明の薄膜アクチュエータにおいて、アクチュエータ層は、電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されている。
アクチュエータ層はゲルで形成されていることから、人が本発明の薄膜アクチュエータに指等で触れた場合、ゲルの弾力性によって本発明の薄膜アクチュエータを押したことを知覚することができる。
また、ゲルは変性架橋ポリロタキサンを含有していることから変性架橋ポリロタキサンが有する弾力性によって本発明の薄膜アクチュエータを押したことを知覚することができる。
さらに、本発明の薄膜アクチュエータにおいて変性架橋ポリロタキサンがイオン交換能を有する官能基を有し、変性架橋ポリロタキサンが電解質溶液を含浸していることから、電圧の印加によって、イオン交換能を有する官能基によって捕捉されていないイオンがクラスターを形成し、イオンおよび/またはクラスターが電極に移動することができる。イオンおよび/またはクラスターの移動と共に電解質溶液が移動することによって薄膜アクチュエータ内に体積変動が生じて薄膜アクチュエータが変形(例えば、ドーム状に変形する。)し、変形が指に反力を与え、人に薄膜アクチュエータ(スイッチ)を確実に押したことを確認させることができる。
なお、変性架橋ポリロタキサンにおいてイオン交換能を有する官能基がアニオン交換能を有する場合(つまり官能基がカチオンの場合)、ゲル中のアニオンを変性架橋ポリロタキサンが捕獲しつつ、電極の間に電圧を印加することによってカチオンが陰極側に移動し、これに伴って電解質溶液の溶媒分子も陰極側に移動する。これによってアクチュエータ層が大きく変形する構成となっている。
反対に変性架橋ポリロタキサンにおいてイオン交換能を有する官能基がカチオン交換能を有する場合(つまり官能基がアニオンの場合)、ゲル中のカチオンを変性架橋ポリロタキサンが捕獲しつつ、電極の間に電圧を印加することによってアニオンが陽極側に移動し、これに伴って電解質溶液の溶媒分子も陽極側に移動する。これによってアクチュエータ層が大きく変形する構成となっている。
The deformation mechanism of the thin film actuator of the present invention will be briefly described below.
In the present invention, the reaction force is generated by a physical repulsive force generated when the actuator is dented (by being pressed with a finger) and an electrical deformation of the thin film actuator.
In the thin film actuator of the present invention, the actuator layer is formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution.
Since the actuator layer is formed of a gel, when a person touches the thin film actuator of the present invention with a finger or the like, it can be perceived that the thin film actuator of the present invention has been pushed by the elasticity of the gel.
Further, since the gel contains the modified crosslinked polyrotaxane, it can be perceived that the thin film actuator of the present invention has been pushed by the elasticity of the modified crosslinked polyrotaxane.
Further, in the thin film actuator of the present invention, the modified cross-linked polyrotaxane has a functional group having ion exchange ability, and the modified cross-linked polyrotaxane is impregnated with the electrolyte solution. Untrapped ions can form clusters and ions and / or clusters can migrate to the electrode. As the electrolyte solution moves with the movement of ions and / or clusters, volume fluctuations occur in the thin film actuator, and the thin film actuator deforms (for example, deforms into a dome shape). It is possible to confirm that the thin film actuator (switch) has been pressed reliably.
In addition, when the functional group having ion exchange ability in the modified crosslinked polyrotaxane has anion exchange ability (that is, when the functional group is a cation), a voltage is applied between the electrodes while the modified crosslinked polyrotaxane captures the anion in the gel. As a result, the cation moves to the cathode side, and the solvent molecules of the electrolyte solution also move to the cathode side. As a result, the actuator layer is greatly deformed.
On the other hand, when the functional group having ion exchange ability in the modified crosslinked polyrotaxane has cation exchange ability (that is, when the functional group is an anion), a voltage is applied between the electrodes while the modified crosslinked polyrotaxane captures the cation in the gel. As a result, the anion moves to the anode side, and the solvent molecules of the electrolyte solution also move to the anode side. As a result, the actuator layer is greatly deformed.

次に本発明のタッチパネルについて以下に説明する。
本発明のタッチパネルは、本発明の薄膜アクチュエータを用いるものである。
本発明のタッチパネルに使用される薄膜アクチュエータは本発明の薄膜アクチュエータであれば特に制限されない。
Next, the touch panel of the present invention will be described below.
The touch panel of the present invention uses the thin film actuator of the present invention.
The thin film actuator used for the touch panel of the present invention is not particularly limited as long as it is the thin film actuator of the present invention.

本発明のタッチパネルは、操作者が押圧することによって入力可能なタッチパネルである。
本発明のタッチパネルの好ましい態様の1つとしては、例えば、
電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層と、前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極とを有するデバイス本体、
前記デバイス本体の両側に設けられ、前記デバイス本体を駆動するために前記電極に電圧を印加する第1の電極端子、および
前記デバイス本体の両側に設けられ、操作者の接触によって生じる前記デバイス本体の変形に応じて前記デバイス本体に生じる起電力を検知し、前記電極の電位差を取り出す第2の電極端子を有するものが挙げられる。
前記変性架橋ポリロタキサンは、上記と同様のものである。
The touch panel of the present invention is a touch panel that can be input by being pressed by an operator.
As one of the preferable embodiments of the touch panel of the present invention, for example,
A device body comprising an actuator layer formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution, and electrodes provided along both surfaces of the actuator layer to which a voltage is applied;
A first electrode terminal that is provided on both sides of the device body and applies a voltage to the electrode to drive the device body; and a device that is provided on both sides of the device body and is generated by contact of an operator. One having a second electrode terminal that detects an electromotive force generated in the device main body according to deformation and extracts a potential difference of the electrode can be used.
The modified crosslinked polyrotaxane is the same as described above.

本発明のタッチパネルについて添付の図面を使用して以下に説明する。なお、本発明は図面に制限されるものではない。   The touch panel of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the drawings.

図4(a)は、タッチパネル(以降、パネルという)40の装置構成を示す概略模式図である。
図4(a)において、パネル40には、操作面上に、操作者が指で押圧するボタン42が3段3列で9個設けられている。このボタン42のそれぞれは薄膜アクチュエータを用いて構成されている。
FIG. 4A is a schematic diagram showing a device configuration of a touch panel (hereinafter referred to as a panel) 40.
In FIG. 4A, the panel 40 is provided with nine buttons 42 in three rows and three rows on the operation surface that the operator presses with a finger. Each of the buttons 42 is configured using a thin film actuator.

図4(b)は、図4(a)中のA−A’線に沿って切断し、外側カバーを外したときのA−A’断面図である。図4(c)は、薄膜アクチュエータ10に第1の電極端子46,48及び第2の電極端子50,52を設けた構成を示す斜視図である。
図4(b)において、薄膜アクチュエータ10(ボタン42)はセパレータ44によりそれぞれのボタン42が分離されて構成され、それぞれの薄膜アクチュエータ10の両側の面にそれぞれ、第1の電極端子46,48及び第2の電極端子50,52が設けられている。
また、薄膜アクチュエータ10は、電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層12と、アクチュエータ層12の両側の面に沿って設けられ、アクチュエータ層12の両側から電圧を印加する電極13と、電極13に電圧を印加する電源20と、電圧の印加を制御するコントローラ22と、を有して構成される。
デバイス本体(図示せず。)は、アクチュエータ層12と電極13とをあわせたものをいう。
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 4A when the outer cover is removed. FIG. 4C is a perspective view showing a configuration in which the first electrode terminals 46 and 48 and the second electrode terminals 50 and 52 are provided in the thin film actuator 10.
4B, the thin film actuator 10 (button 42) is configured by separating each button 42 by a separator 44, and first electrode terminals 46, 48 and Second electrode terminals 50 and 52 are provided.
The thin film actuator 10 is provided along an actuator layer 12 formed of a gel containing a modified cross-linked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution, and on both sides of the actuator layer 12, and a voltage is applied from both sides of the actuator layer 12. And a power source 20 for applying a voltage to the electrode 13 and a controller 22 for controlling the application of the voltage.
The device body (not shown) refers to a combination of the actuator layer 12 and the electrode 13.

また、第1の電極端子46,48は、図4(b)中の電源20から、コントローラ22の制御に応じて、電極13に電圧を印加するものであり、電源20及びコントローラ22と接続されている。
一方、第2の電極端子50,52は、コントローラ22に接続されており、操作者の接触によるアクチュエータ層12の変形に応じてアクチュエータ層12に生じる起電力を検出するために、電極間の電位差を取り出すように構成されている。第2の電極端子50,52から取り出された電位差はコントローラ22に送られて、操作者がボタン42を押圧したことを検知する。すなわち、薄膜アクチュエータ10は、第2の電極端子50,52を設けることにより、操作者の押圧の有り無しを検知する圧力検知センサーとして機能することができる。
The first electrode terminals 46 and 48 apply voltage to the electrode 13 from the power source 20 in FIG. 4B according to the control of the controller 22, and are connected to the power source 20 and the controller 22. ing.
On the other hand, the second electrode terminals 50 and 52 are connected to the controller 22, and a potential difference between the electrodes is detected in order to detect an electromotive force generated in the actuator layer 12 according to the deformation of the actuator layer 12 due to the contact of the operator. Is configured to take out. The potential difference extracted from the second electrode terminals 50 and 52 is sent to the controller 22 to detect that the operator has pressed the button 42. That is, the thin film actuator 10 can function as a pressure detection sensor that detects the presence or absence of an operator's press by providing the second electrode terminals 50 and 52.

コントローラ22は、検知した操作者の押圧に応じて、薄膜アクチュエータ10に所定の電圧を印加するように構成されている。このため、操作者のボタン42への押圧に応じて、この押圧によるボタン42の接触時間内(1秒以内)に、薄膜アクチュエータ10を駆動させて変形させる。すなわち、操作者がボタン42を押したとき、ボタン42は瞬時に反応する。これにより、操作者はボタン42による入力が実行されたことを知覚することができる。   The controller 22 is configured to apply a predetermined voltage to the thin film actuator 10 in accordance with the detected operator press. For this reason, in response to the pressing of the button 42 by the operator, the thin film actuator 10 is driven and deformed within the contact time (within 1 second) of the button 42 by the pressing. That is, when the operator presses the button 42, the button 42 reacts instantly. Thereby, the operator can perceive that the input by the button 42 is executed.

本発明のタッチパネルは、本発明の薄膜アクチュエータを用いることによって、アクチュエータ層の厚さを1mm以下にしても、薄膜アクチュエータを大きく変形させることができ、ボタンの押圧に応じて操作者に知覚できる程度の大きな反力を与えることができる。
本発明のタッチパネルに使用されるアクチュエータ層は、透明性に優れ、柔軟性に富みかつ加工性も容易であるため、軽量で人体に馴染む材料であり、色素材料や磁性材料等の機能を有する材料を分散し配合することもできる。
By using the thin film actuator of the present invention, the touch panel of the present invention can greatly deform the thin film actuator even when the thickness of the actuator layer is 1 mm or less, and can be perceived by the operator in response to pressing of the button. Can give a great reaction force.
The actuator layer used in the touch panel of the present invention is a material that is lightweight, adaptable to the human body and has functions such as a pigment material and a magnetic material because it is excellent in transparency, flexible and easy to process. Can be dispersed and blended.

以上、本発明の薄膜アクチュエータ及びこれを用いるタッチパネルについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   As described above, the thin film actuator and the touch panel using the same according to the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. Of course it is good.

以下に実施例を示して本発明を具体的に説明する。ただし本発明はこれらに限定されない。
1.シクロデキストリン2量体の製造
(1)α−シクロデキストリン2量体
α−シクロデキストリン(東京化成社製)16gを200mLの無水ジメチルホルムアミド(DMF)に加え、水素化ナトリウム(60%in oil、500mg)を加え室温で10時間撹拌した。反応液に塩化トシル(2.9g)を加え3時間撹拌した。反応液をアセトンに加え析出した白色沈殿を濾取し、逆相シリカゲルカラム(40%メタノール水溶液を展開溶媒とした。)にて精製し、2−モノトシル−α−シクロデキストリンを得た。
次に、2−モノトシル−α−シクロデキストリン(6g)を0.2M水酸化ナトリウム水溶液に加え室温で撹拌し、40時間後0℃にて希塩酸で中和し、反応液をアセトンに加えることで2,3−エポキシ−α−シクロデキストリンを得た。
2,3−エポキシ−α−シクロデキストリン(2g)をDMF(80mL)に投入し水素化ナトリウム(1.2g)を加えた後、反応液を0℃に保ちながらヨウ化メチル(4mL)を滴下し、滴下後24時間室温で撹拌した。反応液にメタノール(3mL)を加え、チオ硫酸ナトリウムで脱ヨウ素した後、溶媒を留去し、2,3−エポキシ−パーメチル−α−シクロデキストリンを得た。
2,3−エポキシ−パーメチル−α−シクロデキストリン(1g)を0.1M:NaHCO3水溶液に加え、3,5−ジメルカプトメチルピリジン(50mg)を加え24時間加熱還流し、3,5−ジメルカプトメチルピリジンで架橋されたα−シクロデキストリン2量体を得た。同定はFAB−MASSで行った。
得られたα−シクロデキストリンの2量体をα−シクロデキストリン2量体とする。
The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.
1. Production of cyclodextrin dimer (1) α-cyclodextrin dimer 16 g of α-cyclodextrin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was added to 200 mL of anhydrous dimethylformamide (DMF), and sodium hydride (60% in oil, 500 mg). ) And stirred at room temperature for 10 hours. Tosyl chloride (2.9 g) was added to the reaction solution and stirred for 3 hours. The reaction solution was added to acetone, and the white precipitate thus deposited was collected by filtration and purified with a reverse phase silica gel column (40% methanol aqueous solution was used as a developing solvent) to obtain 2-monotosyl-α-cyclodextrin.
Next, 2-monotosyl-α-cyclodextrin (6 g) was added to a 0.2 M aqueous sodium hydroxide solution, stirred at room temperature, neutralized with dilute hydrochloric acid at 0 ° C. after 40 hours, and the reaction solution was added to acetone. 2,3-epoxy-α-cyclodextrin was obtained.
2,3-epoxy-α-cyclodextrin (2 g) was added to DMF (80 mL), sodium hydride (1.2 g) was added, and methyl iodide (4 mL) was added dropwise while maintaining the reaction solution at 0 ° C. And stirred at room temperature for 24 hours after dropping. Methanol (3 mL) was added to the reaction solution, and after deiodination with sodium thiosulfate, the solvent was distilled off to obtain 2,3-epoxy-permethyl-α-cyclodextrin.
2,3-epoxy-permethyl-α-cyclodextrin (1 g) was added to a 0.1M NaHCO 3 aqueous solution, 3,5-dimercaptomethylpyridine (50 mg) was added, and the mixture was heated to reflux for 24 hours. An α-cyclodextrin dimer crosslinked with mercaptomethylpyridine was obtained. Identification was performed by FAB-MASS.
The obtained α-cyclodextrin dimer is referred to as α-cyclodextrin dimer.

α−シクロデキストリン2量体の構造は下記式(1)で表される。
式(1)中、mはそれぞれ1であり、nはそれぞれ1である。
The structure of the α-cyclodextrin dimer is represented by the following formula (1).
In the formula (1), m is 1 and n is 1.

(2)β−シクロデキストリン2量体
上記の方法に従いβ−シクロデキストリン(東京化成社製)17gを用いて、3,5−ジメルカプトメチルピリジンで架橋されたβ−シクロデキストリン2量体を得た。
(2) β-cyclodextrin dimer Using 17 g of β-cyclodextrin (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) according to the above method, a β-cyclodextrin dimer crosslinked with 3,5-dimercaptomethylpyridine is obtained. It was.

β−シクロデキストリン2量体の構造は下記式(1)で表される。
式(1)中、mはそれぞれ1であり、nはそれぞれ2である。
The structure of the β-cyclodextrin dimer is represented by the following formula (1).
In formula (1), m is 1 and n is 2, respectively.

2.架橋ポリロタキサンの製造
(1)架橋ポリロタキサン1
3,5−ジメルカプトメチルピリジンで架橋されたα−シクロデキストリン2量体(1g)とポリエチレングリコール(重量平均分子量:1,500、シグマアルドリッチ社製)(5mg)とを水(10ml)に加え、超音波を照射しながら室温で混合した。2時間後沈殿物としてα−シクロデキストリン2量体による架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンを架橋ポリロタキサン1とする。
2. Production of cross-linked polyrotaxane (1) Cross-linked polyrotaxane 1
Α-Cyclodextrin dimer (1 g) crosslinked with 3,5-dimercaptomethylpyridine and polyethylene glycol (weight average molecular weight: 1,500, manufactured by Sigma-Aldrich) (5 mg) were added to water (10 ml). The mixture was mixed at room temperature while irradiating with ultrasonic waves. After 2 hours, a crosslinked polyrotaxane with α-cyclodextrin dimer was obtained as a precipitate. The obtained crosslinked polyrotaxane is designated as crosslinked polyrotaxane 1.

(2)架橋ポリロタキサン2
3,5−ジメルカプトメチルピリジンで架橋されたα−シクロデキストリン2量体を3,5−ジメルカプトメチルピリジンで架橋されたβ−シクロデキストリン2量体に代え、ポリエチレングリコールをポリプロピレングリコール(重量平均分子量:1,000、シグマアルドリッチ社製)に代えた他は架橋ポリロタキサン1と同様にしてβ−シクロデキストリン2量体による架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンを架橋ポリロタキサン2とする。
(2) Cross-linked polyrotaxane 2
The α-cyclodextrin dimer crosslinked with 3,5-dimercaptomethylpyridine is replaced with the β-cyclodextrin dimer crosslinked with 3,5-dimercaptomethylpyridine, and polyethylene glycol is replaced with polypropylene glycol (weight average). A crosslinked polyrotaxane by β-cyclodextrin dimer was obtained in the same manner as the crosslinked polyrotaxane 1 except that the molecular weight was 1,000 (manufactured by Sigma-Aldrich). The obtained crosslinked polyrotaxane is designated as crosslinked polyrotaxane 2.

(3)架橋ポリロタキサン3
重量平均分子量:1,000のポリエチレングリコール(シグマアルドリッチ社製)を使用する以外は架橋ポリロタキサン1と同様に実験を行いα−シクロデキストリン2量体による架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンを架橋ポリロタキサン3とする。
(3) Cross-linked polyrotaxane 3
An experiment was conducted in the same manner as the crosslinked polyrotaxane 1 except that polyethylene glycol having a weight average molecular weight of 1,000 (manufactured by Sigma-Aldrich) was used to obtain a crosslinked polyrotaxane by an α-cyclodextrin dimer. The obtained crosslinked polyrotaxane is designated as crosslinked polyrotaxane 3.

得られた架橋ポリロタキサンについて、包接された架橋環状分子の割合(収率)を以下のようにして求めた。結果を第1表に示す。
上記のようにして得られたシクロデキストリン2量体を上記の量で使用した。
架橋ポリロタキサンをガラスフィルターでろ過した際のろ液を乾燥させ、ろ液中に残ったシクロデキストリン2量体の量を測定し、得られた数値を下記の式にあてはめて包接された架橋環状分子の割合を求めた。
包接された架橋環状分子の割合(質量%)=(A−B)/A×100
A:架橋ポリロタキサンを製造する際に使用したシクロデキストリン2量体の量
B:ろ液中に残ったシクロデキストリン2量体の量
収率が30質量%未満の場合を「L」、30質量%以上60質量%未満の場合を「M」60〜100質量%の場合を「H」とした。
About the obtained bridge | crosslinking polyrotaxane, the ratio (yield) of the inclusion crosslinked cyclic molecule was calculated | required as follows. The results are shown in Table 1.
The cyclodextrin dimer obtained as described above was used in the above amounts.
The filtrate obtained by filtering the crosslinked polyrotaxane with a glass filter is dried, the amount of the cyclodextrin dimer remaining in the filtrate is measured, and the obtained number is applied to the following formula to include the crosslinked cyclic The percentage of molecules was determined.
Proportion of cross-linked cyclic molecules included (mass%) = (A−B) / A × 100
A: Amount of the cyclodextrin dimer used in producing the crosslinked polyrotaxane B: Amount of the cyclodextrin dimer remaining in the filtrate “L” when the yield is less than 30% by mass, 30% by mass The case of less than 60% by mass is “M” and the case of 60 to 100% by mass is “H”.

3.変性架橋ポリロタキサンの製造(架橋ポリロタキサンへの官能基の導入)
(1)変性架橋ポリロタキサン1
得られた架橋ポリロタキサン1:1gと過酸化水素水10mLとを混合し、0℃の条件下で反応させてポリエチレングリコールの末端のヒドロキシ基を酸化させてカルボキシ基とし、その後カルボキシ基と水酸化ナトリウムとを反応させることによって、カルボキシ基をナトリウム塩に変換させ、カルボン酸ナトリウム塩で変性された架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンを変性架橋ポリロタキサン1とする。
3. Production of modified crosslinked polyrotaxane (introduction of functional group to crosslinked polyrotaxane)
(1) Modified cross-linked polyrotaxane 1
The resulting crosslinked polyrotaxane (1: 1 g) and hydrogen peroxide solution (10 mL) are mixed and reacted under the conditions of 0 ° C. to oxidize the terminal hydroxy group of polyethylene glycol to a carboxy group, and then carboxy group and sodium hydroxide The carboxy group was converted to a sodium salt by reacting with carboxylic acid to obtain a crosslinked polyrotaxane modified with a carboxylic acid sodium salt. The obtained crosslinked polyrotaxane is referred to as a modified crosslinked polyrotaxane 1.

(2)変性架橋ポリロタキサン2
得られた架橋ポリロタキサン2:1gと過酸化水素水10mLとを混合し0℃の条件下で反応させてポリエチレングリコールの末端のヒドロキシ基を酸化させてカルボキシ基とし、カルボン酸で変性された架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンを変性架橋ポリロタキサン2とする。
(2) Modified crosslinked polyrotaxane 2
The obtained crosslinked polyrotaxane (2: 1 g) and hydrogen peroxide solution (10 mL) were mixed and reacted under the condition of 0 ° C. to oxidize the terminal hydroxy group of polyethylene glycol to a carboxy group, and modified with carboxylic acid. Got. The obtained crosslinked polyrotaxane is referred to as a modified crosslinked polyrotaxane 2.

(3)メトキシ化架橋ポリロタキサン
得られた架橋ポリロタキサン3:1gとヨウ化メチル0.1g(東京化成社製)とを混合し0℃の条件下で反応させてポリエチレングリコールの片方の末端をメトキシ基とし、メトキシ基を有する架橋ポリロタキサンを得た。得られた架橋ポリロタキサンをメトキシ化架橋ポリロタキサンとする。
(3) Methoxylated crosslinked polyrotaxane 3: 1 g of the obtained crosslinked polyrotaxane and 0.1 g of methyl iodide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) were mixed and reacted under the condition of 0 ° C., and one end of polyethylene glycol was methoxy grouped. As a result, a crosslinked polyrotaxane having a methoxy group was obtained. The obtained crosslinked polyrotaxane is referred to as a methoxylated crosslinked polyrotaxane.

なお、変性架橋ポリロタキサン1〜2、メトキシ化架橋ポリロタキサン、架橋ポリロタキサン2を構成する変性された直鎖状高分子の構造は以下のとおりである。
変性架橋ポリロタキサン1を構成する変性された直鎖状高分子は下記式(I)で表される。
変性架橋ポリロタキサン2を構成する変性された直鎖状高分子は下記式(II)で表される。
メトキシ化架橋ポリロタキサンを構成する直鎖状高分子は下記式(III)で表される。
架橋ポリロタキサン2を構成する直鎖状高分子は下記式(IV)で表される。
The structure of the modified linear polymer constituting the modified crosslinked polyrotaxane 1-2, the methoxylated crosslinked polyrotaxane, and the crosslinked polyrotaxane 2 is as follows.
The modified linear polymer constituting the modified crosslinked polyrotaxane 1 is represented by the following formula (I).
The modified linear polymer constituting the modified crosslinked polyrotaxane 2 is represented by the following formula (II).
The linear polymer constituting the methoxylated crosslinked polyrotaxane is represented by the following formula (III).
The linear polymer constituting the crosslinked polyrotaxane 2 is represented by the following formula (IV).

変性架橋ポリロタキサン1〜2、メトキシ化架橋ポリロタキサン、架橋ポリロタキサン2を構成する直鎖状高分子とシクロデキストリン2量体との組み合わせは下記第1表に示すとおりである。
なお、CDは「シクロデキストリン」を意味する。
The combinations of the linear polymer and the cyclodextrin dimer constituting the modified crosslinked polyrotaxane 1-2, the methoxylated crosslinked polyrotaxane, and the crosslinked polyrotaxane 2 are as shown in Table 1 below.
CD means “cyclodextrin”.

4.変性架橋ポリロタキサンのゲルの製造
第2表に示す成分を同表に示す量(質量部)で用いてシャーレに入れ撹拌し均一に混合し変性架橋ポリロタキサン組成物を得た。
この後、シャーレを50℃の条件下で2時間おいて変性架橋ポリロタキサン組成物を乾燥させ、膜厚1mm以下の変性架橋ポリロタキサンのゲルを製造した。なお、電解質溶液としてイオン性液体を使用する場合は上記の乾燥は行わない。得られたゲルをアクチュエータ層1〜10として次の薄膜アクチュエータの製造において使用した。
4). Production of Gel of Modified Crosslinked Polyrotaxane Using the components shown in Table 2 in the amounts (parts by mass) shown in the same table, the mixture was stirred and mixed uniformly to obtain a modified crosslinked polyrotaxane composition.
Thereafter, the modified crosslinked polyrotaxane composition was dried in a petri dish at 50 ° C. for 2 hours to produce a modified crosslinked polyrotaxane gel having a thickness of 1 mm or less. Note that the above drying is not performed when an ionic liquid is used as the electrolyte solution. The obtained gel was used as actuator layers 1 to 10 in the production of the next thin film actuator.

5.薄膜アクチュエータの製造
得られたアクチュエータ層1〜10(膜厚1mm以下)にスパッタリング装置を用いて金属ターゲットとしてITOを使用し、アルゴンガス、窒素ガス、および酸素ガスを使用して、室温で−100Vの条件でスパッタリングを行い各アクチュエータ層の両面にITO層(電極)を付与した。アクチュエータ層1から得られた薄膜アクチュエータを薄膜アクチュエータ1とする。同様にアクチュエータ層2〜10から得られた薄膜アクチュエータをそれぞれ薄膜アクチュエータ2〜10とする。
5). Manufacture of thin film actuators Using the sputtering layers for the obtained actuator layers 1 to 10 (thickness of 1 mm or less), ITO is used as a metal target, argon gas, nitrogen gas, and oxygen gas are used, and -100 V at room temperature. Sputtering was performed under the conditions described above to provide ITO layers (electrodes) on both surfaces of each actuator layer. The thin film actuator obtained from the actuator layer 1 is referred to as a thin film actuator 1. Similarly, the thin film actuators obtained from the actuator layers 2 to 10 are referred to as thin film actuators 2 to 10, respectively.

第2表に示す成分の詳細は以下のとおりである。
・変性架橋ポリロタキサン1〜2:上述のとおり製造した変性架橋ポリロタキサン1〜2
・メトキシ化架橋ポリロタキサン:上述のとおり製造したメトキシ化架橋ポリロタキサン
・架橋ポリロタキサン2:上述のとおり製造した架橋ポリロタキサン2
・電解質溶液1:1mol/L過塩素酸リチウム水溶液
・電解質溶液2:1mol/L過塩素酸ナトリウム水溶液
・電解質溶液3:リチウムトリフルオロメタンスルホネート(LiOTf)、シグマアルドリッチ社製
Details of the components shown in Table 2 are as follows.
Modified crosslinked polyrotaxane 1-2: Modified crosslinked polyrotaxane 1-2 produced as described above
Methoxylated cross-linked polyrotaxane: methoxylated cross-linked polyrotaxane produced as described above Cross-linked polyrotaxane 2: Cross-linked polyrotaxane 2 produced as described above
-Electrolyte solution 1: 1 mol / L lithium perchlorate aqueous solution-Electrolyte solution 2: 1 mol / L sodium perchlorate aqueous solution-Electrolyte solution 3: Lithium trifluoromethanesulfonate (LiOTf), manufactured by Sigma-Aldrich

7.タッチパネルの製造
(1)実施例7
薄膜アクチュエータ1を添付の図4に示すタッチパネル40のボタン42として用いてタッチパネルを製造した。
(2)実施例8
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ2に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(3)実施例9
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ3に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(4)比較例5
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ4に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(5)比較例6
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ5に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(6)実施例10
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ6に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(7)実施例11
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ7に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(8)実施例12
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ8に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(9)比較例7
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ9に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
(10)比較例8
薄膜アクチュエータ1を薄膜アクチュエータ10に代えた他は実施例1と同様にしてタッチパネルを製造した。
7). Manufacture of touch panel (1) Example 7
A touch panel was manufactured using the thin film actuator 1 as the button 42 of the touch panel 40 shown in FIG.
(2) Example 8
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 2.
(3) Example 9
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 3.
(4) Comparative Example 5
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 4.
(5) Comparative Example 6
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 5.
(6) Example 10
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 6.
(7) Example 11
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 7.
(8) Example 12
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 8.
(9) Comparative Example 7
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 9.
(10) Comparative Example 8
A touch panel was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the thin film actuator 1 was replaced with the thin film actuator 10.

8.タッチパネルの評価
得られたタッチパネルを用いて電源20としてDC電源を使用し、−2〜+2Vの電圧を電極に印加して、薄膜アクチュエータの応答性を評価した。
評価基準はボタンを指で押圧してから1秒以内に薄膜アクチュエータがドーム型に変形するかどうかを指触および目視で確認した。
8). Evaluation of Touch Panel Using the obtained touch panel, a DC power source was used as the power source 20 and a voltage of −2 to +2 V was applied to the electrodes to evaluate the responsiveness of the thin film actuator.
As an evaluation standard, whether or not the thin film actuator was deformed into a dome shape within 1 second after the button was pressed with a finger was confirmed by touch and visual observation.

その結果、実施例7〜12のタッチパネルは薄膜アクチュエータのアクチュエータ層の膜厚が1mm以下であるにもかかわらず、指での押圧してから1秒以内に薄膜アクチュエータが滑らかなドーム型に変形することが確認された。
これに対して、イオン交換能を有する官能基を有さない架橋ポリロタキサンを使用する比較例5〜8のタッチパネルは、実施例と同様に電圧を印加しても薄膜アクチュエータに顕著な動作を確認することができなかった。
As a result, in the touch panels of Examples 7 to 12, the thin film actuator is deformed into a smooth dome shape within one second after being pressed with a finger, even though the film thickness of the actuator layer of the thin film actuator is 1 mm or less. It was confirmed.
On the other hand, the touch panels of Comparative Examples 5 to 8 using the crosslinked polyrotaxane having no functional group having ion exchange ability confirm the remarkable operation on the thin film actuator even when a voltage is applied in the same manner as in the examples. I couldn't.

図1は、変性架橋ポリロタキサンの一例を模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a modified crosslinked polyrotaxane. 図2は、変性架橋ポリロタキサンの一例を模式的に示す図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a modified crosslinked polyrotaxane. 図3は、本発明の薄膜アクチュエータの一実施形態を示す模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the thin film actuator of the present invention. 図4(a)は、本発明のタッチパネルの一実施形態の装置構成を示す概略模式図であり、図4(b)は、(a)中のA−A’線に沿って切断したA−A’断面図であり、図4(c)は、薄膜アクチュエータに第1の電極端子及び第2の電極端子を設けた構成を示す斜視図である。FIG. 4A is a schematic diagram showing a device configuration of one embodiment of the touch panel of the present invention, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. FIG. 4 (c) is a perspective view showing a configuration in which a first electrode terminal and a second electrode terminal are provided in the thin film actuator.

符号の説明Explanation of symbols

100、200 変性架橋ポリロタキサン
1,2 ポリロタキサン分子
3,4 環状分子
5,6 直鎖状分子
7 結合部
8、11 架橋環状分子
9 官能基
10 薄膜アクチュエータ
12 アクチュエータ層
13 電極
20 電源
22 コントローラ
40 タッチパネル(パネル)
42 ボタン
44 セパレータ
46,48 第1の電極端子
50,52 第2の電極端子
100, 200 Modified cross-linked polyrotaxane 1, 2 Polyrotaxane molecule 3, 4 Cyclic molecule 5, 6 Linear molecule 7 Bonding portion 8, 11 Cross-linked cyclic molecule 9 Functional group 10 Thin film actuator 12 Actuator layer 13 Electrode 20 Power supply 22 Controller 40 Touch panel ( panel)
42 Button 44 Separator 46, 48 First electrode terminal 50, 52 Second electrode terminal

Claims (7)

電圧を印加することによって駆動する薄膜アクチュエータであって、
電解質溶液を含浸する変性架橋ポリロタキサンを含有するゲルで形成されるアクチュエータ層と、
前記アクチュエータ層の両側の面に沿って設けられ、電圧が印加される電極とを有し、
前記変性架橋ポリロタキサンが、イオン交換能を有する官能基を有し、ならびに第1の環状分子の開口部に第1の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第1のポリロタキサン、及び第2の環状分子の開口部に第2の直鎖状分子が串刺し状に包接されてなる第2のポリロタキサンを有し、前記第1及び第2の環状分子の環は実質的な環であり、前記第1の環状分子の少なくとも1つと前記第2の環状分子の少なくとも1つとが化学結合を介して結合されている薄膜アクチュエータ。
A thin film actuator that is driven by applying a voltage,
An actuator layer formed of a gel containing a modified crosslinked polyrotaxane impregnated with an electrolyte solution;
An electrode provided along both surfaces of the actuator layer, to which a voltage is applied;
The modified crosslinked polyrotaxane has a functional group having an ion exchange capacity, and the first polyrotaxane formed by including a first linear molecule in a skewered manner in the opening of the first cyclic molecule, and A second polyrotaxane in which a second linear molecule is included in a skewered manner in the opening of the two cyclic molecules, and the rings of the first and second cyclic molecules are substantial rings A thin film actuator in which at least one of the first cyclic molecules and at least one of the second cyclic molecules are bonded via a chemical bond.
前記官能基が、カルボキシ基、スルホ基、アミノ基、炭化水素基を1〜3個有するアミノ基、およびこれらの塩からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1に記載の薄膜アクチュエータ。   2. The thin film actuator according to claim 1, wherein the functional group is at least one selected from the group consisting of a carboxy group, a sulfo group, an amino group, an amino group having 1 to 3 hydrocarbon groups, and a salt thereof. 前記官能基が前記第1の直鎖状分子および/または前記第2の直鎖状分子の末端に結合している請求項1または2に記載の薄膜アクチュエータ。   The thin film actuator according to claim 1, wherein the functional group is bonded to an end of the first linear molecule and / or the second linear molecule. 前記電解質溶液がイオン性液体である請求項1〜3のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。   The thin film actuator according to claim 1, wherein the electrolyte solution is an ionic liquid. 前記第1の環状分子および/または前記第2の環状分子がα−シクロデキストリンおよびβ−シクロデキストリンからなる群から選択される少なくとも1つである請求項1〜4のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。   5. The thin film actuator according to claim 1, wherein the first cyclic molecule and / or the second cyclic molecule is at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin and β-cyclodextrin. . 前記第1の直鎖状分子および/または前記第2の直鎖状分子が、ポリエチレングリコール、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、ポリプロピレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリジメチルシロキサン、ポリエチレン、及びポリプロピレンからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。   The first linear molecule and / or the second linear molecule is selected from the group consisting of polyethylene glycol, polyisoprene, polyisobutylene, polybutadiene, polypropylene glycol, polytetrahydrofuran, polydimethylsiloxane, polyethylene, and polypropylene. The thin film actuator according to claim 1, which is at least one selected. 請求項1〜6のいずれかに記載の薄膜アクチュエータを用いるタッチパネル。   A touch panel using the thin film actuator according to claim 1.
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