JP4480510B2 - Object moving device using liquid crystal flow phenomenon - Google Patents

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Description

本発明は、液晶層内に配置されている物体を、液晶流動現象を利用することによって移動させる物体移動装置に関する。特に、直線運動のみならず、物体の移動方向を変えることができる物体移動装置に関する。   The present invention relates to an object moving device that moves an object arranged in a liquid crystal layer by utilizing a liquid crystal flow phenomenon. In particular, the present invention relates to an object moving apparatus that can change the moving direction of an object as well as linear motion.

液晶層内に配置されている物体を液晶流動現象を利用することによって移動させる装置が特許文献1や特許文献2で提案されている。これら物体移動装置は、第1電極と第1ラビング層と液晶層と第2ラビング層と第2電極が順に配置された構造を備えている。特許文献1では、第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向は、逆向きに調整されている。特許文献2では、第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向は、同じ向きに調整されている。この場合、液晶分子は、一対の電極間において180°ねじれた状態で存在している。
一対の電極間に電圧を印加すると、液晶分子は電界方向と一致するまで回転する。電圧をオフすると、液晶分子は元の状態になるまで回転する。液晶分子の回転によって、液晶層内には液晶流動が発生する(背流とも呼ばれる)。一般的に、液晶はラビング方向と反対方向に流動するといわれている。第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向が逆向きに調整されていれば、第1ラビング層の近傍での液晶流動と第2ラビング層近傍での液晶流動は逆向きとなる。
特許文献1の技術では、一対の電極間に矩形波交番電圧を印加する。そのときに、正極パルス電圧が負極パルスの電圧(絶対値)よりも高い状態と低い状態を切換える。この切換えに伴って、液晶層内に配置されている物体は、第1ラビング層の近傍に位置する状態と第2ラビング層の近傍に位置する状態の間で切換えられる。
特許文献1の技術では、液晶層内に配置されている物体をラビング方向に移動させることができる。正極パルス電圧と負極パルスの電圧(絶対値)の大小関係を切換えることによって、物体を往復運動させることもできる。
特開2001−13895(その公報の図7参照) 特開2003−113814(その公報の図1及び図2参照)
Patent Documents 1 and 2 propose an apparatus for moving an object disposed in a liquid crystal layer by utilizing a liquid crystal flow phenomenon. These object moving devices have a structure in which a first electrode, a first rubbing layer, a liquid crystal layer, a second rubbing layer, and a second electrode are sequentially arranged. In Patent Document 1, the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer are adjusted in opposite directions. In Patent Document 2, the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer are adjusted to the same direction. In this case, the liquid crystal molecules exist in a state twisted by 180 ° between the pair of electrodes.
When a voltage is applied between the pair of electrodes, the liquid crystal molecules rotate until they coincide with the electric field direction. When the voltage is turned off, the liquid crystal molecules rotate until they return to their original state. As the liquid crystal molecules rotate, liquid crystal flows in the liquid crystal layer (also called backflow). In general, it is said that the liquid crystal flows in a direction opposite to the rubbing direction. If the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer are adjusted in the opposite directions, the liquid crystal flow in the vicinity of the first rubbing layer and the liquid crystal flow in the vicinity of the second rubbing layer are reversed.
In the technique of Patent Document 1, a rectangular wave alternating voltage is applied between a pair of electrodes. At that time, the state in which the positive pulse voltage is higher and lower than the voltage (absolute value) of the negative pulse is switched. Along with this switching, the object arranged in the liquid crystal layer is switched between a state located in the vicinity of the first rubbing layer and a state located in the vicinity of the second rubbing layer.
In the technique of Patent Document 1, an object arranged in the liquid crystal layer can be moved in the rubbing direction. The object can be reciprocated by switching the magnitude relationship between the positive pulse voltage and the negative pulse voltage (absolute value).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-13895 (see FIG. 7 of that publication) Japanese Patent Laid-Open No. 2003-113814 (see FIGS. 1 and 2 of the publication)

上記の物体移動装置では、物体の移動方向が1次元に限られている。一方向には限られず、物体を往復運動させることができるけれども、それでも1次元に限られている。物体の移動可能な方向をX方向とすると、それに交差するY方向に物体を移動させることはできない。
そこで本発明では、物体を2次元に移動可能な物体移動装置を実現する。相互に交差する(典型的には直交する)X,Y方向に物体を移動させることが可能な物体移動装置を実現する。
In the object moving apparatus, the moving direction of the object is limited to one dimension. Although it is not limited to one direction, an object can be reciprocated, but it is still limited to one dimension. If the direction in which the object can be moved is the X direction, the object cannot be moved in the Y direction that intersects the X direction.
Therefore, in the present invention, an object moving apparatus capable of moving an object in two dimensions is realized. An object moving device capable of moving an object in the X and Y directions that intersect (typically orthogonal) with each other is realized.

本発明の物体移動装置は、第1電極と第1ラビング層と液晶層と第2ラビング層と第2電極が順に配置された構造を備えている。本発明の物体移動装置は、第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向が交差する関係に調整されており、さらに液晶層内に移動可能に配置されている物体を、第1ラビング層に接近する位置と第2ラビング層に接近する位置の間で移動させる面直方向移動手段を備えていることを特徴とする。
面直方向移動手段は、物体を第1ラビング層に接近する位置と第2ラビング層に接近する位置の間で移動させることができる任意の手段を採用することができ、典型的には物体に、静電気力、磁気力、レーザトラップ力、音波による力などを加えて物体を面直方向に移動させる任意の手段を採用することができる。後記するように、前記物体と一体に移動して液晶層の側面から液晶層外に伸びる連結部材を備えている場合には、連結部材に力を加えることによって物体を面直方向に移動させる手段を構成することもできる。
The object moving device of the present invention has a structure in which a first electrode, a first rubbing layer, a liquid crystal layer, a second rubbing layer, and a second electrode are sequentially arranged. The object moving device of the present invention is adjusted so that the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer intersect each other, and an object that is movably arranged in the liquid crystal layer is used as the first rubbing layer. It is characterized by comprising a plane direction moving means for moving between a position approaching and a position approaching the second rubbing layer.
The perpendicular movement means can employ any means that can move the object between a position approaching the first rubbing layer and a position approaching the second rubbing layer. Any means for moving the object in the direction perpendicular to the surface by applying an electrostatic force, a magnetic force, a laser trapping force, a force by sound waves, or the like can be employed. As will be described later, when a connecting member that moves integrally with the object and extends from the side surface of the liquid crystal layer to the outside of the liquid crystal layer is provided, means for moving the object in a direction perpendicular to the surface by applying a force to the connecting member Can also be configured.

上記の物体移動装置によると、第1ラビング層に近接する位置では第1ラビング層のラビング方向(以下では第1方向という)を向く液晶流動現象が得られ、第2ラビング層に近接する位置では第2ラビング層のラビング方向(以下では第2方向という)を向く液晶流動現象が得られる。第1方向と第2方向は並行でなく、交差している。また、物体を第1ラビング層に接近する位置と第2ラビング層に接近する位置の間で移動させることができる面直方向移動手段を備えている。両者を組合わせて用いると、物体を第1方向と第2方向に移動させることができ、物体を2次元に移動させることが可能となる。即ち、面直方向移動手段によって物体が第1ラビング層に接近する位置におき、この状態で第1電極と第2電極の間に電界を加えると、物体は第1方向に移動する。面直方向移動手段によって物体が第2ラビング層に接近する位置におき、この状態で第1電極と第2電極の間に電界を加えると、物体は第2方向に移動する。両者を組合わせて用いると、物体を2次元に移動させることが可能となる。
物体の移動を正確に記述すると、第1方向の移動と、第2方向の移動と、面直方向の移動を組合わせた3次元の移動をしているが、面直方向の移動は微小であり、移動方向を第1方向と第2方向の間で切換えるためのものであるから、実質的には2次元の移動ということができる。
According to the object moving device described above, a liquid crystal flow phenomenon facing the rubbing direction of the first rubbing layer (hereinafter referred to as the first direction) is obtained at a position close to the first rubbing layer, and at a position close to the second rubbing layer. A liquid crystal flow phenomenon that faces the rubbing direction of the second rubbing layer (hereinafter referred to as the second direction) is obtained. The first direction and the second direction are not parallel but intersect. In addition, a perpendicular direction moving means that can move the object between a position approaching the first rubbing layer and a position approaching the second rubbing layer is provided. When both are used in combination, the object can be moved in the first direction and the second direction, and the object can be moved two-dimensionally. That is, when the object is placed near the first rubbing layer by the plane direction moving means and an electric field is applied between the first electrode and the second electrode in this state, the object moves in the first direction. If the object is placed at a position approaching the second rubbing layer by the plane direction moving means and an electric field is applied between the first electrode and the second electrode in this state, the object moves in the second direction. When both are used in combination, the object can be moved two-dimensionally.
If the movement of the object is described accurately, the movement in the first direction, the movement in the second direction, and the movement in the perpendicular direction are combined, but the movement in the perpendicular direction is very small. Yes, since the movement direction is switched between the first direction and the second direction, it can be said that the movement is substantially two-dimensional.

第1ラビング層の第1ラビング方向と第2ラビング層の第2ラビング方向は、平行でなく、交差さえしていれば2次元の移動を実現できるが、第1ラビング方向と第2ラビング層が直交していることが好ましい。
直交座標系を内蔵する物体移動装置を実現することができる。
The first rubbing layer and the second rubbing layer are not parallel to each other and the second rubbing direction is not parallel, and two-dimensional movement can be realized as long as they intersect, but the first rubbing direction and the second rubbing layer are It is preferable that they are orthogonal.
An object moving device incorporating a rectangular coordinate system can be realized.

面直方向移動手段には、前記したように、磁気やレーザや音波等を利用することができるが、第1電極と第2電極の間に加える電圧の極性を切換える手段で構成することもできる。
通常の物体は自然に帯電しており、第1電極と第2電極の間に加える電圧の極性を切換えることによって、第1ラビング層に向けて移動したり第2ラビング層に向けて移動したりする。この現象を活用すると、面直方向移動手段を実現することができる。
物体を2次元に移動させるのに必要な電極と電圧を利用して、面直方向移動手段を実現することができ、装置構成を簡単化することができる。
As described above, magnetism, laser, sound wave, or the like can be used as the perpendicular direction moving means, but it can also be constituted by means for switching the polarity of the voltage applied between the first electrode and the second electrode. .
A normal object is naturally charged, and can move toward the first rubbing layer or move toward the second rubbing layer by switching the polarity of the voltage applied between the first electrode and the second electrode. To do. Utilizing this phenomenon, a plane direction moving means can be realized.
By using the electrodes and voltage necessary to move the object two-dimensionally, a plane direction moving means can be realized, and the apparatus configuration can be simplified.

液晶中に配置する微小物体は、例えば点状の微小物体であってもよい。たとえば透過型プロジェクタに組込めば、物体の影の位置が2次元に制御できる投射像を実現することができる。
物体に加える移動力を大きくするためには、メッシュが形成された板状の物体を利用することが好ましい。
この場合には物体と液晶の接触面積が増大し、液晶流動が物体に加える力が増大する。物体を強い力で移動させることができる。
The minute object placed in the liquid crystal may be a point-like minute object, for example. For example, if it is incorporated into a transmissive projector, a projection image in which the shadow position of the object can be controlled two-dimensionally can be realized.
In order to increase the moving force applied to the object, it is preferable to use a plate-like object on which a mesh is formed.
In this case, the contact area between the object and the liquid crystal increases, and the force applied to the object by the liquid crystal flow increases. An object can be moved with a strong force.

第1ラビング層と第2ラビング層の間隔が微小な場合、即ち、液晶層が薄い場合、液晶層は表面張力によって第1ラビング層と第2ラビング層の間隔に閉じ込められ、側壁がなくてもその間隔外に流出しない。この性質を利用すると、間隔内にある物体の移動を間隔外に伝達することが可能となる。
このためには、第1ラビング層と第2ラビング層によって流出が防止されている液晶層の側面から液晶層外に伸びている連結部材を利用する。この連結部材は、物体と一体に移動するものであればよく、部材の一部が間隔外に伸びていてもよいし、間隔外に伸びる連結部材と物体が固着されていてもよい。
上記態様の物体移動装置は、物体の移動力を装置外部に取出し、他の物体を駆動するアクチュエータとして利用することができる。極めて扁平な、2次元アクチュエータを実現することができる。
When the distance between the first rubbing layer and the second rubbing layer is very small, that is, when the liquid crystal layer is thin, the liquid crystal layer is confined to the distance between the first rubbing layer and the second rubbing layer by surface tension, and there is no side wall. It does not flow outside that interval. By utilizing this property, it is possible to transmit the movement of an object within the interval outside the interval.
For this purpose, a connecting member that extends outside the liquid crystal layer from the side surface of the liquid crystal layer that is prevented from flowing out by the first rubbing layer and the second rubbing layer is used. The connecting member only needs to move integrally with the object, and a part of the member may extend outside the interval, or the connecting member extending outside the interval and the object may be fixed.
The object moving apparatus of the above aspect can be used as an actuator that takes out the moving force of an object to the outside of the apparatus and drives other objects. An extremely flat two-dimensional actuator can be realized.

液晶層の側面から液晶層外に伸びている連結部材を利用して装置外部に駆動力を取出す構造は、積層するのに適しており、積層すれば液晶層外に伸びる連結部材が積層されている構造が得られる。この場合、液晶層外に伸びて積層されている連結部材を、液晶外で一体化することが好ましい。
上記によると、積層枚数を増加することによって、駆動力を大きくすることができる。
The structure in which the driving force is taken out from the device using the connecting member extending from the side surface of the liquid crystal layer to the outside of the device is suitable for stacking, and the connecting member extending outside the liquid crystal layer is stacked by stacking. Structure is obtained. In this case, it is preferable to integrate the connecting member that is extended and laminated outside the liquid crystal layer outside the liquid crystal.
According to the above, the driving force can be increased by increasing the number of stacked layers.

物体を極座標によって2次元に移動させることも可能である。この場合には、第1ラビング層のラビング方向を放射状とし、第2ラビング層のラビング方向を同心円状とする。
上記の移動装置では、物体を第1ラビング層に接近させることによって物体を半径方向に移動させることができ、第2ラビング層に接近させることによって物体を周方向に移動させることができる。極座標によって物体を2次元に移動させることができる。
It is also possible to move the object in two dimensions by polar coordinates. In this case, the rubbing direction of the first rubbing layer is radial, and the rubbing direction of the second rubbing layer is concentric.
In the above moving device, the object can be moved in the radial direction by moving the object closer to the first rubbing layer, and the object can be moved in the circumferential direction by moving closer to the second rubbing layer. The object can be moved in two dimensions by polar coordinates.

物体を2次元に移動させるという場合、その面は平面に限られず、円筒面であることがある。円筒面内において、物体を周方向と軸方向の2次元に移動する必要があることがある。上記必要は、下記の条件を満たす物体移動装置で、実現することができる。
第1電極は、その内面が円筒状であり、周方向に分割されている。
第1ラビング層は、第1電極の内面に沿って配置されている。
第2電極は、その外面が円柱状であり、周方向に分割されており、第1電極と同心に配置されている。
第2ラビング層は、第2電極の外面に沿って配置されている。
第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向は、一方が周方向であり、他方が軸方向である。
物体は、長径が第1ラビング層の直径にほぼ等しく、短径が第2ラビング層の直径にほぼ等しい楕円状であることが好ましい。あるいは、第1電極と第2電極のそれぞれの分割電極に選択的に電圧が加わったときに、前記楕円状に変形可能な柔らかい材料で形成されていてもよい。上記の移動装置では、物体は長径部において第1ラビング層に接近し、短径部において第2ラビング層に接近する。
最初に、第1ラビング方向が周方向であり、第2ラビング方向が軸方向であるとする。この場合、物体の長径部に対応する分割電極に電圧を加えると、物体は周方向に移動して回転する。物体の回転に追従して電圧を加える分割電極を切換えれば、物体を回転させ続けることができる。物体の短径部に対応する分割電極に電圧を加えると、物体は軸方向に移動する。組合わせて用いれば、周方向の回転と軸方向の移動が複合した螺旋状の移動を実現することができる。
第1ラビング方向が軸方向であり、第2ラビング方向が周方向である場合には、物体の長径部に対応する分割電極に電圧を加えると、物体は軸方向に移動する。物体の短径部に対応する分割電極に電圧を加えると、物体は周方向に移動して回転する。物体の回転に追従して電圧を加える分割電極を切換えれば、物体を回転させ続けることができる。組合わせて用いれば、周方向の回転と軸方向の移動が複合した螺旋状の移動を実現することができる。
When moving an object two-dimensionally, the surface is not limited to a flat surface, and may be a cylindrical surface. It may be necessary to move the object in two dimensions in the circumferential direction and the axial direction within the cylindrical surface. The above requirement can be realized by an object moving apparatus that satisfies the following conditions.
The first electrode has a cylindrical inner surface and is divided in the circumferential direction.
The first rubbing layer is disposed along the inner surface of the first electrode.
The second electrode has a cylindrical outer surface, is divided in the circumferential direction, and is arranged concentrically with the first electrode.
The second rubbing layer is disposed along the outer surface of the second electrode.
One of the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer is the circumferential direction, and the other is the axial direction.
The object preferably has an elliptical shape having a major axis substantially equal to the diameter of the first rubbing layer and a minor axis substantially equal to the diameter of the second rubbing layer. Alternatively, it may be formed of a soft material that can be deformed into the elliptical shape when a voltage is selectively applied to each of the divided electrodes of the first electrode and the second electrode. In the above moving device, the object approaches the first rubbing layer at the long diameter portion and approaches the second rubbing layer at the short diameter portion.
First, it is assumed that the first rubbing direction is the circumferential direction and the second rubbing direction is the axial direction. In this case, when a voltage is applied to the divided electrode corresponding to the long diameter portion of the object, the object moves and rotates in the circumferential direction. The object can be kept rotating by switching the divided electrodes to which the voltage is applied following the rotation of the object. When a voltage is applied to the divided electrodes corresponding to the short axis portion of the object, the object moves in the axial direction. When used in combination, it is possible to realize spiral movement in which circumferential rotation and axial movement are combined.
When the first rubbing direction is the axial direction and the second rubbing direction is the circumferential direction, the object moves in the axial direction when a voltage is applied to the divided electrode corresponding to the long diameter portion of the object. When a voltage is applied to the divided electrodes corresponding to the minor axis portion of the object, the object moves and rotates in the circumferential direction. The object can be kept rotating by switching the divided electrodes to which the voltage is applied following the rotation of the object. When used in combination, it is possible to realize spiral movement in which circumferential rotation and axial movement are combined.

第1電極と第2電極の間に矩形波電圧を印加する電圧印加手段を備えており、その矩形波電圧のデューティ比を制御する制御手段を備えていることが好ましい。
ディーティ比を調整することによって、液晶流動速度を増減し、流動方向の正負を反転することができる。前者によって、物体の移動速度が可変な物体移動装置を実現することができる。後者によって、放射状に広がる任意の方向に物体を移動させることができる物体移動装置を実現することができる。第1移動方向について正負両方向に移動させることができ、それに交差する第2移動方向について正負両方向に移動させることができることから、放射状に広がるうちの任意の方向に物体を移動させることが可能となる。
Preferably, voltage applying means for applying a rectangular wave voltage is provided between the first electrode and the second electrode, and control means for controlling the duty ratio of the rectangular wave voltage is provided.
By adjusting the duty ratio, the liquid crystal flow speed can be increased or decreased, and the positive / negative of the flow direction can be reversed. With the former, it is possible to realize an object moving apparatus in which the moving speed of the object is variable. By the latter, it is possible to realize an object moving device that can move an object in an arbitrary direction spreading radially. Since the first moving direction can be moved in both positive and negative directions, and the second moving direction intersecting with the first moving direction can be moved in both positive and negative directions, it is possible to move the object in any direction out of the radial spread. .

本発明によると、物体を2次元に移動させることができる極めて扁平な物体移動装置をを実現することができる。   According to the present invention, an extremely flat object moving device capable of moving an object in two dimensions can be realized.

最初に実施例の主要な特徴を列記する。
(第1形態) 物体移動装置は、矩形波電圧の極性、デューティ比、電圧強度、周波数を変動したときの、液晶流動の方向と速度に関するデータを記憶する手段をさらに備えているのが好ましい。
(第2形態) 物体移動装置の使用者が、所望する移動方向と移動速度を入力すると、それを実現する矩形波電圧の極性、デューティ比、電圧強度、周波数を選択する手段を備えている。
(第3形態) 物体移動装置の使用者が、物体の移動後の位置を指定すると、現在位置を参照して移動経路を決定し、その経路に沿って物体を移動させるのに必要な、矩形波電圧の極性、デューティ比、電圧強度、周波数の経時的変化を計算する手段を備えている。
(第4形態) 少なくとも第1電極と第1ラビング層は透明であり、移動する物体を外部から観測できる。
(第5形態) 第1電極と第1ラビング層と第2ラビング層と第2電極は透明であり、移動する物体の影を外部に投射できる。
(第6形態) 第1電極と第1ラビング層と第2ラビング層と第2電極には開口が形成されていない。それにもかかわらず、液晶層中に配置されている物体の移動が外部に取出される。
(第7形態) 液晶層中に配置されている物体はフィルムであり、そのフィルムは第1ラビング層と第2ラビング層の間に閉じ込められている液晶層の側面から間隔外に飛び出している。そのフィルムは、面内で2次元に移動する。
First, the main features of the embodiment are listed.
(First Form) The object moving device preferably further includes means for storing data relating to the direction and speed of liquid crystal flow when the polarity, duty ratio, voltage intensity, and frequency of the rectangular wave voltage are changed.
(2nd form) When the user of an object moving apparatus inputs the desired moving direction and moving speed, it has the means to select the polarity of the rectangular wave voltage, duty ratio, voltage intensity, and frequency which implement | achieve it.
(Third embodiment) When a user of an object moving device designates a position after the object has been moved, a rectangle that is necessary for determining the moving path with reference to the current position and moving the object along the path. Means are provided for calculating changes over time in the polarity, duty ratio, voltage intensity, and frequency of the wave voltage.
(Fourth Mode) At least the first electrode and the first rubbing layer are transparent, and a moving object can be observed from the outside.
(5th form) The 1st electrode, the 1st rubbing layer, the 2nd rubbing layer, and the 2nd electrode are transparent, and can project the shadow of the moving object outside.
(Sixth Mode) No opening is formed in the first electrode, the first rubbing layer, the second rubbing layer, and the second electrode. Nevertheless, the movement of the object arranged in the liquid crystal layer is taken out to the outside.
(7th form) The object arrange | positioned in a liquid-crystal layer is a film, and the film protrudes out of the space | interval from the side surface of the liquid-crystal layer confined between the 1st rubbing layer and the 2nd rubbing layer. The film moves in two dimensions in the plane.

図面を参照して以下に各実施例を詳細に説明する。
(第1実施例) 図1に、物体移動装置10の要部断面図を模式的に示す。
この物体移動装置10は、透明な下側ガラス基板12と、下側電極22(第1電極の一例)と、下側ラビング層32(第1ラビング層の一例)と、ネマティック液晶層42(液晶層の一例)と、上側ラビング層34(第2ラビング層の一例)と、上側電極24(第2電極の一例)と、透明な上側ガラス基板14が順に積層されている。下側電極22と上側電極24は、一対の透明なガラス基板(12、14)の内面に、ITO(Indium Tin Oxide)を塗布して形成されている。一対のガラス基板(12、14)間の距離は20μmで形成されており、両者は平行に伸びている。この一対のガラス基板(12、14)及び一対の電極(22、24)を平面視すると、その形状は面状に広がった矩形で形成されている。なお、この一対のガラス基板(12、14)間の距離を一定に維持するために、所定間隔を置いて図示しないスペーサーが介在していてもよい。
ネマティック液晶42の材料は、5CB(4-ciano-4'-n-pentylbiphenil)が用いられている。ラビング層(32、34)の材料は、ポリビニルアルコールが用いられている。下側ラビング層32のネマティック液晶層42と接する面32aと、上側ラビング層34のネマティック液晶層42と接する面34aには、ラビングが施されている。このラビング方向は、図2に示すように、下側ラビング層32の面32aのラビング方向32bと、上側ラビング層34の面34aのラビング方向34bが直交する関係で処理されている。
図1に示すように、本物体移動装置10はさらに、ネマティック液晶層42内を移動可能に配置されている球状のポリマービーズ52(移動させる物体一例)を備えている。このポリマービーズ52は、自然な状態で負に帯電しており、その粒径は10μmである。
一対の電極(22、24)に、ファンクションジェネレータ92(電圧印加手段の一例)が接続されている。ファンクションジェネレータ92は、一対の電極(22、24)間に矩形波電圧を印加する。ファンクションジェネレータ92は、CPU94(制御手段の一例)から電気信号を入力する。なお、このCPU94は、ファンクションジェネレータ92の一部として組み込まれていてもよい。このCPU94は、一対のラビング層(32、34)のラビング方向を記憶している第1メモリー96と、ポリマービーズ52の移動先を記憶している第2メモリー98を備えている。
Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings.
First Embodiment FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a main part of an object moving device 10.
The object moving device 10 includes a transparent lower glass substrate 12, a lower electrode 22 (an example of a first electrode), a lower rubbing layer 32 (an example of a first rubbing layer), and a nematic liquid crystal layer 42 (a liquid crystal). An example of the layer), an upper rubbing layer 34 (an example of the second rubbing layer), an upper electrode 24 (an example of the second electrode), and the transparent upper glass substrate 14 are sequentially laminated. The lower electrode 22 and the upper electrode 24 are formed by applying ITO (Indium Tin Oxide) to the inner surfaces of a pair of transparent glass substrates (12, 14). The distance between the pair of glass substrates (12, 14) is 20 μm, and both extend in parallel. When the pair of glass substrates (12, 14) and the pair of electrodes (22, 24) are viewed in plan, the shape thereof is formed in a rectangular shape spreading in a plane. In order to maintain a constant distance between the pair of glass substrates (12, 14), a spacer (not shown) may be interposed at a predetermined interval.
As a material of the nematic liquid crystal 42, 5CB (4-ciano-4'-n-pentylbiphenil) is used. Polyvinyl alcohol is used as the material for the rubbing layers (32, 34). The surface 32a of the lower rubbing layer 32 in contact with the nematic liquid crystal layer 42 and the surface 34a of the upper rubbing layer 34 in contact with the nematic liquid crystal layer 42 are rubbed. As shown in FIG. 2, the rubbing direction is processed so that the rubbing direction 32b of the surface 32a of the lower rubbing layer 32 and the rubbing direction 34b of the surface 34a of the upper rubbing layer 34 are orthogonal to each other.
As shown in FIG. 1, the object moving apparatus 10 further includes spherical polymer beads 52 (an example of an object to be moved) that are movably disposed in the nematic liquid crystal layer 42. The polymer beads 52 are negatively charged in a natural state and have a particle size of 10 μm.
A function generator 92 (an example of voltage application means) is connected to the pair of electrodes (22, 24). The function generator 92 applies a rectangular wave voltage between the pair of electrodes (22, 24). The function generator 92 receives an electrical signal from the CPU 94 (an example of a control unit). The CPU 94 may be incorporated as a part of the function generator 92. The CPU 94 includes a first memory 96 that stores the rubbing direction of the pair of rubbing layers (32, 34) and a second memory 98 that stores the movement destination of the polymer beads 52.

ネマティック液晶層42を構成する液晶分子(本実施例では5CBである)は、上下のラビング層面(32a、34a)のラビング方向(32b、34b)に沿って配向する。したがって、ネマティック液晶層42を構成する液晶分子は、一対のラビング層(32、34)間において90°ねじれた状態で存在している(一般的に、TN型液晶と呼ばれる状態である)。
ネマティック液晶層42を構成する液晶分子は、液体としての流動性と、結晶の誘電率異方性の両者の特性を有している。したがって、一対の電極(22、24)間にファンクションジェネレータ92を用いて矩形波電圧を印加すると、矩形波電圧の立ち上がり時に、ネマティック液晶層42の液晶分子は、誘電率異方性に基づいてその分子の長軸方向が電界方向と一致するまで回転する(一般的に、フレデリクス転移と呼ばれる)。一方、矩形波電圧の立ち下がり時に、ネマティック液晶層42の液晶分子は、元の配向状態まで回転する。これら回転に基づいて、ネマティック液晶層42内に液晶流動が発生する。
The liquid crystal molecules (5CB in this embodiment) constituting the nematic liquid crystal layer 42 are aligned along the rubbing direction (32b, 34b) of the upper and lower rubbing layer surfaces (32a, 34a). Therefore, the liquid crystal molecules constituting the nematic liquid crystal layer 42 are present in a state twisted by 90 ° between the pair of rubbing layers (32, 34) (generally, it is a state called TN type liquid crystal).
The liquid crystal molecules constituting the nematic liquid crystal layer 42 have both characteristics of fluidity as a liquid and dielectric anisotropy of crystals. Therefore, when a rectangular wave voltage is applied between the pair of electrodes (22, 24) using the function generator 92, the liquid crystal molecules of the nematic liquid crystal layer 42 are affected by the dielectric anisotropy when the rectangular wave voltage rises. It rotates until the long axis direction of the molecule coincides with the electric field direction (generally called Frederix transition). On the other hand, when the rectangular wave voltage falls, the liquid crystal molecules of the nematic liquid crystal layer 42 rotate to the original alignment state. Based on these rotations, a liquid crystal flow is generated in the nematic liquid crystal layer 42.

図3に、ネマティック液晶層42内の液晶流動方向と流速分布を示す。なお、Z軸の原点は、下側ラビング層32とネマティック液晶層42との接触界面の位置と一致しており、X軸、Y軸、Z軸の各方向は図1のそれと一致している。
図3(A)は、矩形波電圧の立ち上がり時に発生する液晶流動方向と流速分布を示す。図に示すように、矩形波電圧の立ち上がり時に発生する液晶流動方向は、下側ラビング層32側において、下側ラビング層32のラビング方向32bと反対向き(−Y方向)に発生している。一方、上側ラビング層34側において、上側ラビング層34のラビング方向34bと反対向き(−X方向)に発生している。即ち、液晶流動方向は、一対の電極(22、24)間の上下側において、直交している。
また、図3(B)は、矩形波電圧の立ち下がり時に発生する流動方向と流速分布を示す。図に示すように、矩形波電圧の立ち下がり時に発生する液晶流動方向は、下側ラビング層32側において、下側ラビング層32のラビング方向32bと一致する向き(Y方向)である。一方、上側ラビング層34側において、上側ラビング層34のラビング方向34bと一致する向き(X方向)である。即ち、液晶流動方向は、一対の電極(22、24)間の上下側において、直交している。
なお、Z軸方向において、流速分布が生じているのは、上下のラビング層面(32a、34a)のラビング処理によって液晶分子が拘束されるからである。これにより、矩形波電圧の立ち上がり時、あるいは立ち下がり時の液晶分子の回転が規制されるからである。したがって、このラビング層面(32a、34a)近傍では、流速が小さくなっている。
FIG. 3 shows the liquid crystal flow direction and flow velocity distribution in the nematic liquid crystal layer 42. Note that the origin of the Z axis coincides with the position of the contact interface between the lower rubbing layer 32 and the nematic liquid crystal layer 42, and the X axis, Y axis, and Z axis directions coincide with those in FIG. .
FIG. 3A shows the liquid crystal flow direction and the flow velocity distribution that occur when the rectangular wave voltage rises. As shown in the figure, the liquid crystal flow direction generated when the rectangular wave voltage rises occurs in the direction opposite to the rubbing direction 32 b of the lower rubbing layer 32 (−Y direction) on the lower rubbing layer 32 side. On the other hand, on the upper rubbing layer 34 side, it occurs in a direction opposite to the rubbing direction 34b of the upper rubbing layer 34 (−X direction). That is, the liquid crystal flow direction is orthogonal on the upper and lower sides between the pair of electrodes (22, 24).
FIG. 3B shows the flow direction and flow velocity distribution that occur when the rectangular wave voltage falls. As shown in the figure, the liquid crystal flow direction generated when the rectangular wave voltage falls is the direction (Y direction) that coincides with the rubbing direction 32b of the lower rubbing layer 32 on the lower rubbing layer 32 side. On the other hand, on the upper rubbing layer 34 side, the direction (X direction) coincides with the rubbing direction 34b of the upper rubbing layer 34. That is, the liquid crystal flow direction is orthogonal on the upper and lower sides between the pair of electrodes (22, 24).
The flow velocity distribution is generated in the Z-axis direction because liquid crystal molecules are constrained by rubbing treatment of the upper and lower rubbing layer surfaces (32a, 34a). This is because the rotation of the liquid crystal molecules at the time of rising or falling of the rectangular wave voltage is restricted. Therefore, the flow velocity is small in the vicinity of the rubbing layer surfaces (32a, 34a).

ポリマービーズ52の移動は、図3(A)と図3(B)に示す、矩形波電圧の立ち上がり時と立ち下がり時に発生する液晶流動が合計された現象として得られる。矩形波電圧の立ち上がり時に発生する液晶流動が優勢であれば、その液晶流動方向に液晶流動が発生する。矩形波電圧の立ち下がり時に発生する液晶流動が優勢であれば、その液晶流動方向に液晶流動が発生する。
本実施例では、矩形波電圧のデューティ比(1周期あたりの矩形波電圧のオン時間の割合)を制御することで、立ち下がり時あるいは立ち下がり時に発生する液晶流動のいずれかを優勢にすることができる。これにより、一対の電極(22、24)の上下側において、所望する方向に液晶流動を発生させることができる。
The movement of the polymer beads 52 is obtained as a phenomenon in which the liquid crystal flows generated when the rectangular wave voltage rises and falls as shown in FIGS. 3A and 3B are summed. If the liquid crystal flow generated at the rise of the rectangular wave voltage is dominant, the liquid crystal flow occurs in the liquid crystal flow direction. If the liquid crystal flow generated when the rectangular wave voltage falls is dominant, the liquid crystal flow occurs in the liquid crystal flow direction.
In this embodiment, by controlling the duty ratio of the rectangular wave voltage (ratio of the on-time of the rectangular wave voltage per cycle), either liquid crystal flow generated at the time of falling or falling is made dominant. Can do. Thereby, liquid crystal flow can be generated in a desired direction on the upper and lower sides of the pair of electrodes (22, 24).

本実施例のポリマービーズ52は負に帯電している。したがって、印加する矩形波電圧の極性に基づいて、このポリマービーズ52に静電気力が作用する。例えば、正極性の矩形波電圧を上側電極24に印加すると、ポリマービーズ52に静電引力が作用し、ポリマービーズ52は上側電極24側(上側ラビング層34側でもある)に引き寄せられる。一方、負極性の矩形波電圧を上側電極24に印加すると、ポリマービーズ52に斥力が作用し、ポリマービーズ52は下側電極22側(下側ラビング層32側でもある)に引き寄せられる。即ち、ポリマービーズ52は、印加する矩形波電圧の極性によって、上側ラビング層34に接近する位置と下側ラビング層32に接近する位置の間で移動することができる(Z軸方向に移動することができる)。Z軸方向に移動したポリマービーズ52は、上述したように、矩形波電圧のデューティ比に基づいて発生する流動方向に沿って±X方向(あるいは±Y方向)に移動する。この現象を利用して、ポリマービーズ52を、一対の電極(22、24)に直交する面内において、2次元で移動させることができる。   The polymer bead 52 of this embodiment is negatively charged. Accordingly, an electrostatic force acts on the polymer beads 52 based on the polarity of the applied rectangular wave voltage. For example, when a positive rectangular wave voltage is applied to the upper electrode 24, electrostatic attraction acts on the polymer beads 52, and the polymer beads 52 are attracted to the upper electrode 24 side (also the upper rubbing layer 34 side). On the other hand, when a negative rectangular wave voltage is applied to the upper electrode 24, a repulsive force acts on the polymer beads 52, and the polymer beads 52 are attracted to the lower electrode 22 side (also the lower rubbing layer 32 side). That is, the polymer beads 52 can move between a position approaching the upper rubbing layer 34 and a position approaching the lower rubbing layer 32 depending on the polarity of the applied rectangular wave voltage (moving in the Z-axis direction). Can do). As described above, the polymer beads 52 moved in the Z-axis direction move in the ± X direction (or ± Y direction) along the flow direction generated based on the duty ratio of the rectangular wave voltage. Using this phenomenon, the polymer beads 52 can be moved two-dimensionally in a plane orthogonal to the pair of electrodes (22, 24).

より詳細には、物体移動装置10の使用者は、次の手順に沿ってポリマービーズ52を移動させることができる。
まず、使用者は、ポリマービーズ52の移動先を図示しないインタフェースを介して第2メモリー98に入力する。CPU94は、第1メモリー96に記憶されているラビング処理方向(本実施例では、上側がX方向であり、下側がY方向である)と、入力された移動先を照らし合わせて、印加する矩形波電圧の、デューティ比、電圧、周波数、極性などを決定する。決定された値に基づいて、ファンクションジェネレータ92を作動させ、ポリマービーズ52を所望する移動先に移動させる。具体的には、まずポリマービーズ52を上側ラビング層34側に引き寄せ、所望するX方向の位置まで移動する。次に、ポリマービーズ52を下側ラビング層32側に引き寄せ、所望するY方向の位置まで移動する。次に、ポリマービーズ52を電極(22、24)間の中心付近に移動させる。なお、ポリマービーズ52は、一対のガラス基板(12、14)間距離の半分の大きさを使用しているので、Z軸方向の移動は微小である。Z軸方向の移動は、X方向とY方向への移動を切り替えるためのものであり、Z軸方向の移動は実質的に移動していないとしてもよい。これにより、ポリマービーズ52を、一対の電極(22、24)間に直交する面内で、2次元で移動させることができる。
More specifically, the user of the object moving device 10 can move the polymer beads 52 according to the following procedure.
First, the user inputs the movement destination of the polymer beads 52 to the second memory 98 via an interface (not shown). The CPU 94 compares the rubbing processing direction stored in the first memory 96 (in this embodiment, the upper side is the X direction and the lower side is the Y direction) with the input destination and the rectangle to be applied. Determine the duty ratio, voltage, frequency, polarity, etc. of the wave voltage. Based on the determined value, the function generator 92 is operated to move the polymer beads 52 to a desired destination. Specifically, the polymer beads 52 are first drawn toward the upper rubbing layer 34 and moved to a desired position in the X direction. Next, the polymer beads 52 are drawn toward the lower rubbing layer 32 and moved to a desired position in the Y direction. Next, the polymer beads 52 are moved near the center between the electrodes (22, 24). In addition, since the polymer bead 52 uses a half size of the distance between the pair of glass substrates (12, 14), the movement in the Z-axis direction is very small. The movement in the Z-axis direction is for switching the movement in the X direction and the Y direction, and the movement in the Z-axis direction may not be substantially moved. Thereby, the polymer bead 52 can be moved two-dimensionally in a plane orthogonal to the pair of electrodes (22, 24).

次に、図4〜図6を参照し、本実施例の物体移動装置10におけるポリマービーズ52の粒子速度と矩形波電圧との関係を説明する。なお、各データの粒子速度は、5個のポリマービーズ52が10秒間に移動する距離を測定し、その平均を算出している。また、本実施例では、正極矩形波電圧を上側電極24に印加し、X軸方向のポリマービーズ52の移動の観測結果のみを示しているが、矩形波電圧の極性を変えて、Y軸方向のポリマービーズ52の移動を観測しても、同様の結果が得られることに留意されたい。
図4は、ポリマービーズ52の粒子速度と矩形波電圧のデューティ比との関係を示す。矩形波電圧の周波数は100Hz、電圧は40Vである。
粒子速度は、デューティ比が略20%のときに+X方向に最大となる。デューティ比を20%よりも大きくすると、粒子速度は序々に減少する。これは、デューティ比を大きくすると、立ち上がり時に発生する液晶流動の効果(図3(A)で示すように、液晶流動方向が−X方向である)が大きくなり、逆に立ち下がり時に発生する液晶流動の効果(図3(B)で示すように、液晶流動が+X方向)が小さくなるためだと考えられる。デューティ比が略55%のときに、粒子速度は0となる。この粒子速度が0となるデューティ比が50%と一致しないのは、立ち下がり時の液晶流動の緩和時間が、立ち上がり時の液晶流動の緩和時間よりも長いためだと考えられる。デューティ比が55%を超えると、液晶流動方向は−X方向となる。デューティ比が70%を超えると、流れが強くなり過ぎて、粒子の運動が不安定となった。
この結果から、矩形波電圧のデューティ比を調整するだけで、液晶流動方向を容易に逆転させ得ることが分かる。
Next, the relationship between the particle velocity of the polymer beads 52 and the rectangular wave voltage in the object moving device 10 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, the particle velocity of each data measures the distance which the five polymer beads 52 move in 10 seconds, and calculates the average. Further, in this embodiment, a positive rectangular wave voltage is applied to the upper electrode 24 and only the observation result of the movement of the polymer beads 52 in the X-axis direction is shown, but the polarity of the rectangular wave voltage is changed to change the Y-axis direction. Note that similar results are obtained when the movement of the polymer beads 52 is observed.
FIG. 4 shows the relationship between the particle velocity of the polymer beads 52 and the duty ratio of the rectangular wave voltage. The frequency of the rectangular wave voltage is 100 Hz, and the voltage is 40V.
The particle velocity is maximum in the + X direction when the duty ratio is approximately 20%. When the duty ratio is greater than 20%, the particle velocity decreases gradually. This is because when the duty ratio is increased, the effect of liquid crystal flow generated at the time of rise (the liquid crystal flow direction is the −X direction as shown in FIG. 3A) increases, and conversely, the liquid crystal generated at the time of fall. This is thought to be because the flow effect (liquid crystal flow in the + X direction as shown in FIG. 3B) is reduced. When the duty ratio is approximately 55%, the particle velocity is zero. The reason why the duty ratio at which the particle velocity becomes 0 does not coincide with 50% is considered to be because the relaxation time of liquid crystal flow at the fall is longer than the relaxation time of liquid crystal flow at the rise. When the duty ratio exceeds 55%, the liquid crystal flow direction becomes the −X direction. When the duty ratio exceeded 70%, the flow became too strong and the motion of the particles became unstable.
From this result, it is understood that the liquid crystal flow direction can be easily reversed only by adjusting the duty ratio of the rectangular wave voltage.

図5は、ポリマービーズ52の粒子速度と矩形波電圧の電圧強度との関係を示す。矩形波電圧の周波数は100Hz、デューティ比は20%である。
電圧強度が10Vまでは、粒子の移動は発生しない。これは液晶分子がラビング処理によって拘束されているので、ある程度の大きさの電圧を印加しないと液晶分子の回転が発生しないためである(閾値を持つということである)。電圧強度をさらに大きくすると、略40V以上において、粒子速度は略一定となる。電圧強度が60Vを超えると乱流現象が発生し、粒子が一方向のみに移動しなくなる。このため見かけ上の粒子速度は減少する。
この結果から、矩形波電圧の電圧強度を調整するだけで、液晶流動の速度を容易に調整し得ることが分かる。
FIG. 5 shows the relationship between the particle velocity of the polymer beads 52 and the voltage intensity of the rectangular wave voltage. The frequency of the rectangular wave voltage is 100 Hz, and the duty ratio is 20%.
Particle movement does not occur until the voltage intensity is 10V. This is because the liquid crystal molecules are constrained by the rubbing process, and therefore, the rotation of the liquid crystal molecules does not occur unless a voltage of a certain level is applied (that is, it has a threshold value). When the voltage intensity is further increased, the particle velocity becomes substantially constant at about 40 V or more. When the voltage intensity exceeds 60V, a turbulent phenomenon occurs and the particles do not move in only one direction. This reduces the apparent particle velocity.
From this result, it can be seen that the liquid crystal flow speed can be easily adjusted only by adjusting the voltage intensity of the rectangular wave voltage.

図6は、ポリマービーズ52の粒子速度と矩形波電圧の周波数との関係を示す。矩形波電圧の電圧強度は40Vであり、デューティ比は20%である。
周波数が略800Hzにおいて粒子速度は最大となる。周波数が50Hz以下では、粒子の運動が不安定である。周波数が2kHzを超えると、粒子の移動は観測されなかった。これは、矩形波電圧の変動に、液晶分子の回転が追随できないためだと考えられる。
この結果から、矩形波電圧の周波数を調整するだけで、液晶流動の速度を容易に調整し得ることが分かる。
図4〜図6に示す結果は、例えば、別個に設けられたメモリー(第1メモリー96や第2メモリー98にこの機能を兼用させてもよい)に記憶するのが好ましい。これら結果に基づいて、印加する矩形波電圧のデューティ比、電圧強度、周波数が決定されるのが好ましい。ポリマービーズ52のより正確な移動を可能にする。
なお、図4〜図6に示す結果は、本実施例における結果であり、物体移動装置の形状や材料等が異なれば、異なる結果が得られるのは当然である。
FIG. 6 shows the relationship between the particle velocity of the polymer beads 52 and the frequency of the rectangular wave voltage. The voltage intensity of the rectangular wave voltage is 40V, and the duty ratio is 20%.
The particle velocity is maximized at a frequency of approximately 800 Hz. When the frequency is 50 Hz or less, the motion of the particles is unstable. When the frequency exceeded 2 kHz, no particle migration was observed. This is considered to be because the rotation of the liquid crystal molecules cannot follow the fluctuation of the rectangular wave voltage.
From this result, it can be seen that the liquid crystal flow speed can be easily adjusted only by adjusting the frequency of the rectangular wave voltage.
The results shown in FIGS. 4 to 6 are preferably stored in, for example, a separately provided memory (the first memory 96 or the second memory 98 may be used for this function). Based on these results, the duty ratio, voltage intensity, and frequency of the applied rectangular wave voltage are preferably determined. Allows more precise movement of the polymer beads 52.
The results shown in FIGS. 4 to 6 are the results in this example, and it is natural that different results can be obtained if the shape, material, and the like of the object moving device are different.

上記実施例は、次の変形例であってもよい。
上記実施例のポリマービーズ52は、一対のガラス基板(12、14)間距離の半分の大きさを使用している。したがって、移動先に関しては、Z軸方向を実質的に考慮しなくてもよい。xy平面の移動先を設定し、その移動を実現する。ポリマービーズ52が一対のガラス基板(12、14)間の距離に比して十分に小さい場合、移動先に関しては、必要に応じてZ軸方向を考慮してもよい。この場合、ポリマービーズの3次元の移動を得ることができる。また、この場合、必要に応じて、Z軸方向の流速分布を考慮するのが好ましい。電極(22、24)方向において流速分布が存在することを考慮して、印加する矩形波電圧のデューティ比、電圧、周波数などを設定するのが好ましい。このZ軸方向の流速分布は、別個に設けられたメモリー(第1メモリー96や第2メモリー98にこの機能を兼用させてもよい)に記憶するのが好ましい。この流速分布も考慮することで、ポリマービーズ52のより正確な移動を可能にする。
また、一対のラビング層(32、34)に施されている一対のラビング方向(32b、34b)は、直交する場合に限定されず、要は交差(非平行)であれば、ポリマービーズ52の2次元の移動、あるいは3次元の移動を実現できる。必要に応じて、一対のラビング方向(32b、34b)が交差した関係であってもよい。
The above embodiment may be the following modification.
The polymer beads 52 of the above embodiment use a size that is half the distance between the pair of glass substrates (12, 14). Therefore, with respect to the movement destination, the Z-axis direction may not be substantially taken into consideration. The movement destination of the xy plane is set and the movement is realized. When the polymer beads 52 are sufficiently smaller than the distance between the pair of glass substrates (12, 14), the Z axis direction may be taken into consideration as necessary for the movement destination. In this case, three-dimensional movement of the polymer beads can be obtained. In this case, it is preferable to consider the flow velocity distribution in the Z-axis direction as necessary. In consideration of the existence of a flow velocity distribution in the direction of the electrodes (22, 24), it is preferable to set the duty ratio, voltage, frequency, etc. of the applied rectangular wave voltage. The flow velocity distribution in the Z-axis direction is preferably stored in a separately provided memory (the first memory 96 or the second memory 98 may also have this function). Considering this flow velocity distribution, the polymer beads 52 can be moved more accurately.
Further, the pair of rubbing directions (32b, 34b) applied to the pair of rubbing layers (32, 34) is not limited to the case of being orthogonal to each other. Two-dimensional movement or three-dimensional movement can be realized. If necessary, a pair of rubbing directions (32b, 34b) may be crossed.

(第2実施例) 図7に、物体移動装置100の概略的な斜視図を示す。図8に、図7のVIII−VIII線に対応する断面図を示す。なお、本実施例では、物体の移動力を外部に取出し、他の物体を駆動するアクチュエータとしての利用を説明する。したがって、物体の移動力を外部に取り出す機構を中心に説明するので、液晶層やラビング層など第1実施例と略同一の構成要素は省略されていることに留意されたい。
この物体移動装置100は、面状に広がる下側電極122、図示しない下側ラビング層と、図示しないネマティック液晶層と、図示しない上側ラビング層と、上側電極124が順に配置されている。下側ラビング層のラビング方向と上側ラビング層のラビング方向は、直交している。
図示しないネマティック液晶層内に、可動フィルム152(移動部材の一例)が移動可能に配置されている。この可動フィルム152の材料は、ポリスチレンなどが好適に用いられる。この実施例の電極(122、124)間の距離は極めて微小に構成されている。したがって、この間に介在するネマティック液晶層の側面に側壁が存在しないが、表面張力によって外部に流出することは防止されている。これにより、可動フィルム152は、ネマティック液晶層の側面からネマティック液晶層外に伸びることが実現されている。なお、この装置外部に伸びている部分は、連結部材と評価してもよい。
可動フィルム152には、それぞれの伸縮する方向が直交する位置関係となる第1弾性部材162と第2弾性部材164が連結している。それぞれの弾性部材(162、164)の他端は、可動フィルム152の周囲に直交して設けられている第1外壁172と第2外壁174に連結している。この弾性部材(162、164)は、例えば、ポリスチレンなどの高分子材料やタングステン細線などが好適に利用される。これら第1弾性部材162と第2弾性部材164の伸縮するそれぞれの方向は、ラビング層に施されているラビング方向のそれぞれと平行である。弾性部材(162、164)は、可動フィルム152を初期位置に付勢している。
なお、弾性部材(162、164)は、場合によって省略してもよい。この弾性部材(162、164)の主な機能は、可動フィルム252をたるませないためのものである。したがって、この弾性部材(162、164)を省略しても、原理上は双方向に移動させることが可能である。
Second Embodiment FIG. 7 is a schematic perspective view of the object moving device 100. FIG. 8 is a cross-sectional view corresponding to the line VIII-VIII in FIG. In this embodiment, the use as an actuator for taking out the moving force of an object to the outside and driving another object will be described. Accordingly, since the description will focus on a mechanism for extracting the moving force of the object to the outside, it should be noted that substantially the same components as the first embodiment such as the liquid crystal layer and the rubbing layer are omitted.
In this object moving device 100, a lower electrode 122 spreading in a planar shape, a lower rubbing layer (not shown), a nematic liquid crystal layer (not shown), an upper rubbing layer (not shown), and an upper electrode 124 are arranged in this order. The rubbing direction of the lower rubbing layer and the rubbing direction of the upper rubbing layer are orthogonal to each other.
A movable film 152 (an example of a moving member) is movably arranged in a nematic liquid crystal layer (not shown). As the material of the movable film 152, polystyrene or the like is preferably used. The distance between the electrodes (122, 124) in this embodiment is very small. Therefore, there is no side wall on the side surface of the nematic liquid crystal layer interposed therebetween, but it is prevented from flowing out due to surface tension. Thereby, it is realized that the movable film 152 extends from the side surface of the nematic liquid crystal layer to the outside of the nematic liquid crystal layer. In addition, you may evaluate the part extended outside this apparatus as a connection member.
A first elastic member 162 and a second elastic member 164 are connected to the movable film 152 so as to have a positional relationship in which the extending and contracting directions are orthogonal to each other. The other end of each elastic member (162, 164) is connected to a first outer wall 172 and a second outer wall 174 provided orthogonal to the periphery of the movable film 152. As the elastic members (162, 164), for example, a polymer material such as polystyrene or a tungsten fine wire is preferably used. The directions in which the first elastic member 162 and the second elastic member 164 expand and contract are parallel to the rubbing directions applied to the rubbing layer. The elastic members (162, 164) bias the movable film 152 to the initial position.
The elastic members (162, 164) may be omitted depending on the case. The main function of the elastic members (162, 164) is to prevent the movable film 252 from sagging. Therefore, even if this elastic member (162, 164) is omitted, in principle it can be moved in both directions.

この可動フィルム152が、液晶流動に沿って移動する現象のメカニズムは、基本的には第1実施例のそれと同一である。即ち、一対の電極(122、124)間に印加する矩形波電圧の極性によって、可動フィルム152を上下のラビング層に近接する位置に移動させるとともに、一対の電極(122、124)間に印加する矩形波電圧のデューティ比、電圧、周波数などを制御することで、下側ラビング層側に近接する位置と、上側ラビング層側に近接する位置で直交して発生している液晶流動の方向と速度を制御して、可動フィルム152を所望の位置へと移動させる。
この実施例では、可動フィルム152がネマティック液晶層の側面からネマティック液晶層外に突出している。この突出している部分の上側面154に、ある種の物体を載置、あるいは連結すると、その物体は可動フィルム152の移動に追随して駆動することになる。即ち、可動フィルム152の移動力を利用して、載置あるいは連結された物体を駆動させることができる。この物体移動装置100は、アクチュエータとして機能することができる。可動フィルム152の移動は、極めて微小距離で制御可能であるので、ひいては、その物体も微小距離で移動させることができる。本実施例では、可動フィルム152が一対の電極(122、124)間方向に直交する面内で移動可能であるので、載置あるいは連結されている物体もその面内で移動させることができる。即ち、載置あるいは連結されている物体を、2次元で微小距離移動させることができる。なお、第1弾性部材162と第2弾性部材164は、印加する矩形波電圧をオフしたときに、可動フィルム152を初期位置に移動させ、物体移動装置100を初期状態に戻す。
The mechanism of the phenomenon that the movable film 152 moves along the liquid crystal flow is basically the same as that of the first embodiment. That is, according to the polarity of the rectangular wave voltage applied between the pair of electrodes (122, 124), the movable film 152 is moved to a position close to the upper and lower rubbing layers and applied between the pair of electrodes (122, 124). By controlling the duty ratio, voltage, frequency, etc. of the rectangular wave voltage, the direction and speed of the liquid crystal flow generated orthogonally at the position close to the lower rubbing layer side and the position close to the upper rubbing layer side To move the movable film 152 to a desired position.
In this embodiment, the movable film 152 protrudes out of the nematic liquid crystal layer from the side surface of the nematic liquid crystal layer. When a certain kind of object is placed on or connected to the upper side surface 154 of the protruding portion, the object is driven following the movement of the movable film 152. That is, the mounted or connected object can be driven using the moving force of the movable film 152. The object moving device 100 can function as an actuator. Since the movement of the movable film 152 can be controlled at an extremely small distance, the object can also be moved at a very small distance. In this embodiment, since the movable film 152 can move in a plane orthogonal to the direction between the pair of electrodes (122, 124), an object placed or connected can also be moved in the plane. That is, it is possible to move a mounted or connected object by a minute distance in two dimensions. The first elastic member 162 and the second elastic member 164 move the movable film 152 to the initial position and return the object moving device 100 to the initial state when the applied rectangular wave voltage is turned off.

第2実施例は、次の特徴を有している。
可動フィルム152を、ネマティック液晶層の側面から外部に突出させているので、一対の電極(122、124)間方向の物体移動装置100の大きさは、ほとんど大きくならない。扁平構造が望まれる場面で、好適に利用することができる。
また、可動フィルム152を、ネマティック液晶層の側面から外部に突出させることで、外部において載置あるいは連結されている物体の移動範囲を大きくすることができる。
なお、第2実施例は、次の変形例であってもよい。
可動フィルム152の厚みが、一対の電極(122、124)間の距離に比して十分に薄い場合は、3次元での移動を実現することができる。ひいては、載置あるいは連結されている物体を、3次元で移動させることができる。
一対のラビング層のラビング方向は、逆向きに形成してもよい。この場合、可動フィルムは、そのラビング方向と平行方向の直線往復運動となる。この場合でも、物体移動装置の扁平化というメリットを得ることができる。
また、図9に示すように、メッシュ252aが多数形成された可動フィルム252を利用してもよい。この場合、ネマティック液晶と可動フィルム252が接する面積が増大するので、液晶流動が可動フィルム252に加える力が増大し、可動フィルム252を強い力で移動させることができる。したがって、載置あるいは連結される物体の重量が重い場合でも、その物体を駆動させることができる。
The second embodiment has the following characteristics.
Since the movable film 152 is projected outside from the side surface of the nematic liquid crystal layer, the size of the object moving device 100 in the direction between the pair of electrodes (122, 124) is hardly increased. It can be suitably used in situations where a flat structure is desired.
Further, by causing the movable film 152 to protrude outward from the side surface of the nematic liquid crystal layer, it is possible to increase the range of movement of an object placed or connected outside.
The second embodiment may be the following modification.
When the thickness of the movable film 152 is sufficiently thin compared to the distance between the pair of electrodes (122, 124), movement in three dimensions can be realized. As a result, the mounted or connected object can be moved in three dimensions.
The rubbing directions of the pair of rubbing layers may be formed in opposite directions. In this case, the movable film has a linear reciprocating motion parallel to the rubbing direction. Even in this case, the merit of flattening the object moving device can be obtained.
Moreover, as shown in FIG. 9, you may utilize the movable film 252 in which many meshes 252a were formed. In this case, since the area where the nematic liquid crystal and the movable film 252 are in contact with each other increases, the force applied to the movable film 252 by the liquid crystal flow increases, and the movable film 252 can be moved with a strong force. Therefore, even when an object to be placed or connected is heavy, the object can be driven.

次に、強い駆動力を得るための工夫の一例を図10に示す。
図10に示す物体移動装置300は、図7に示す物体移動装置100を単位として、その物体移動装置100が複数積層されていると評価することができる。実際には、本実施例の物体移動装置300は、積層方向に隣接する下側電極と上側電極は兼用して用いられている。この場合も、単位となる物体移動装置が複数積層されていると評価する。
この物体移動装置300は、複数積層された電極(322、323、324、325、326、327)を備えている。それぞれの電極(322、323、324、325、326、327)間にネマティック液晶が介在している。それぞれの電極(322、323、324、325、326、327)とそれぞれのネマティック液晶との間に、ラビング層が介在している。ラビング層面(322a、324b、324a、326b、326a)のラビング方向は一致している。一方、ラビング層面(323b、323a、325b、325a、327b)のラビング方向は一致している。そして、両者のグループのラビング方向が直交している。各ネマティック液晶層内に、可動フィルム(352a、352b、352c、352d、352e)が移動可能に配置されている。その可動フィルム352a、352b、352c、352d、352e)はネマティック液晶層の側面からネマティック液晶層外に伸びるとともに、その外部において一体化されている。これにより、一体の可動フィルム群352を構成している。可動フィルム群352の突出部分の上側面354には、ある種の物体を載置、あるいは連結可能になっている。この可動フィルム群352に弾性部材362が連結しており、この弾性部材362の他端は外壁372と連結している。なお、図示しない図面奥行き方向に、もう一つの弾性部材が備えられており、この弾性部材は可動フィルム群352と図示しない外壁とを連結している。この弾性部材362は、可動フィルム群352を所定の初期位置に付勢している。
電極(322、323、324、325、326、327)のうち、電極(322、324、326)はファンクションジェネレータ392の一方の端子に接続しており、電極(323、325、327)は、ファンクションジェネレータ392の他方の端子に接続している。ファンクションジェネレータ392は、CPU394(制御手段の一例)から電気信号を入力する。なお、このCPU394は、ファンクションジェネレータ392の一部として組み込まれていてもよい。このCPU394は、それぞれのラビング層のラビング方向を記憶している第1メモリー396と、可動フィルム群352の移動先を記憶している第2メモリー398を備えている。
Next, an example of the device for obtaining a strong driving force is shown in FIG.
The object moving device 300 shown in FIG. 10 can be evaluated as a plurality of object moving devices 100 stacked with the object moving device 100 shown in FIG. 7 as a unit. Actually, in the object moving device 300 of this embodiment, the lower electrode and the upper electrode adjacent in the stacking direction are used in common. Also in this case, it is evaluated that a plurality of object moving devices as a unit are stacked.
The object moving device 300 includes a plurality of stacked electrodes (322, 323, 324, 325, 326, 327). Nematic liquid crystal is interposed between the electrodes (322, 323, 324, 325, 326, 327). A rubbing layer is interposed between each electrode (322, 323, 324, 325, 326, 327) and each nematic liquid crystal. The rubbing directions of the rubbing layer surfaces (322a, 324b, 324a, 326b, 326a) are the same. On the other hand, the rubbing directions of the rubbing layer surfaces (323b, 323a, 325b, 325a, 327b) are the same. And the rubbing directions of both groups are orthogonal. In each nematic liquid crystal layer, movable films (352a, 352b, 352c, 352d, 352e) are movably disposed. The movable films 352a, 352b, 352c, 352d, 352e) extend from the side surface of the nematic liquid crystal layer to the outside of the nematic liquid crystal layer and are integrated outside thereof. Thereby, the integral movable film group 352 is comprised. On the upper side 354 of the protruding portion of the movable film group 352, a certain kind of object can be placed or connected. An elastic member 362 is connected to the movable film group 352, and the other end of the elastic member 362 is connected to the outer wall 372. Note that another elastic member is provided in the depth direction of the drawing (not shown), and this elastic member connects the movable film group 352 and an outer wall (not shown). The elastic member 362 biases the movable film group 352 to a predetermined initial position.
Of the electrodes (322, 323, 324, 325, 326, 327), the electrode (322, 324, 326) is connected to one terminal of the function generator 392, and the electrodes (323, 325, 327) are connected to the function generator 392. The other terminal of the generator 392 is connected. The function generator 392 receives an electrical signal from the CPU 394 (an example of a control unit). The CPU 394 may be incorporated as a part of the function generator 392. The CPU 394 includes a first memory 396 that stores the rubbing direction of each rubbing layer, and a second memory 398 that stores a moving destination of the movable film group 352.

ファンクションジェネレータ392から、電極(323、325、327)に正極矩形波電圧を印加すると、可動フィルム(352a、352b、352c、352d、352e)に静電引力が作用し、可動フィルム(352a、352b、352c、352d、352e)は前記電極(323、325、327)に引き寄せられる(可動フィルムの材料によっては、斥力が働く場合もある)。可動フィルム群352は、柔らかい素材が用いられているので、変形するとともに、前記電極(323、325、327)に引き寄せられる。この電極(323、325、327)のラビング層面(323b、323a、325b、325a、327b)には、同一方向のラビングが施されている。したがって、可動フィルム352a、352b、352c、352d、352e)は、そのラビング方向に沿って移動する。それぞれの可動フィルム352a、352b、352c、352d、352e)は一体で構成されているので、可動フィルム郡352全体としての駆動力は、それぞれの可動フィルム352a、352b、352c、352d、352e)の合計として得ることができる。強い駆動力を得ることができ、ひいては、載置あるいは連結されている物体の重量が重い場合でも、その物体を移動させることができる。
また、印加する矩形波電圧の極性、デューティ比、電圧強度、周波数などを制御することで、この可動フィルム352を2次元、あるいは3次元で自在に移動させることができる。したがって、載置あるいは連結されている物体の重量が重い場合であっても、その物体を2次元、あるいは3次元で自在に移動させることができる。
When a positive rectangular wave voltage is applied from the function generator 392 to the electrodes (323, 325, 327), electrostatic attraction acts on the movable films (352a, 352b, 352c, 352d, 352e), and the movable films (352a, 352b, 352c, 352d, 352e) are attracted to the electrodes (323, 325, 327) (depending on the material of the movable film, repulsive force may be applied). Since the movable film group 352 is made of a soft material, the movable film group 352 is deformed and attracted to the electrodes (323, 325, 327). The rubbing layer surfaces (323b, 323a, 325b, 325a, 327b) of the electrodes (323, 325, 327) are rubbed in the same direction. Therefore, the movable films 352a, 352b, 352c, 352d, 352e) move along the rubbing direction. Since the movable films 352a, 352b, 352c, 352d, 352e) are integrally formed, the driving force of the movable film group 352 as a whole is the sum of the movable films 352a, 352b, 352c, 352d, 352e). Can be obtained as A strong driving force can be obtained. As a result, even when an object placed or connected is heavy, the object can be moved.
Further, the movable film 352 can be freely moved in two dimensions or three dimensions by controlling the polarity, duty ratio, voltage intensity, frequency, and the like of the applied rectangular wave voltage. Therefore, even when the weight of a mounted or connected object is heavy, the object can be freely moved in two dimensions or three dimensions.

(第3実施例) 図11に第3実施例の物体移動装置400の概略的な平面図を示す。この物体移動装置400は、電極間方向から可動フィルム452の移動力を利用して駆動力を得るタイプである。一対の電極間方向の厚みがそれほど問題とならない場面などは、この種のタイプを採用してもよい。
図示424は上側電極であり、その略中心に開口425が形成されている。なお、図示しない下側電極は、上側電極424と対向する位置に設けられており、それぞれが面状に広がる下側電極と、下側ラビング層と、ネマティック液晶と、上側ラビング層と、上側電極424がこの順で配置されている。一対のラビング層のそれぞれのラビング方向は直交している。可動フィルム452は、略矩形の面状で形成されており、各々の角に弾性部材(462、463、464、465)が連結している。この弾性部材(462、463、464、465)の他端は、外壁(472、473、474、475)に連結している。弾性部材(462、463、464、465)は、可動フィルム452を所定の初期位置に付勢している。なお、弾性部材(462、463、464、465)の数は、必要に応じて増減させてもよい。上側電極452の開口425を介して、可動フィルム452と連結する図示しない連結部材がネマティック液晶層外に伸びている。
この可動フィルム452が、液晶流動に沿って移動する現象のメカニズムは、基本的には第1実施例のそれと同一である。即ち、一対の電極間に印加する矩形波電圧の極性によって、可動フィルム452を上下のラビング層に近接する位置に移動させるとともに、一対の電極間に印加する矩形波電圧のデューティ比、電圧、周波数などを制御することで、下側ラビング層側に近接する位置と、上側ラビング層側に近接する位置で直交して発生している液晶流動の方向と速度を制御して、可動フィルム452を所望の位置へと移動させる。
これにより、可動フィルム452は、2次元で移動することができる。この可動フィルム452の2次元の移動は、開口部425を介して図示しない連結部材を2次元で駆動させることができる。
なお、必要に応じて、可動フィルム452のネマティック液晶層外に伸びている部分を利用して、連結部材を構成してもよい。この場合、開口425は不要となる。
Third Embodiment FIG. 11 is a schematic plan view of an object moving device 400 according to a third embodiment. The object moving device 400 is a type that obtains a driving force by using the moving force of the movable film 452 from the direction between the electrodes. This type of type may be employed in situations where the thickness between the pair of electrodes does not matter so much.
424 shown is an upper electrode, and an opening 425 is formed at substantially the center thereof. The lower electrode (not shown) is provided at a position facing the upper electrode 424. Each of the lower electrode spreads in a planar shape, the lower rubbing layer, the nematic liquid crystal, the upper rubbing layer, and the upper electrode. 424 are arranged in this order. The rubbing directions of the pair of rubbing layers are orthogonal to each other. The movable film 452 is formed in a substantially rectangular plane shape, and an elastic member (462, 463, 464, 465) is connected to each corner. The other end of this elastic member (462, 463, 464, 465) is connected to the outer wall (472, 473, 474, 475). The elastic members (462, 463, 464, 465) bias the movable film 452 to a predetermined initial position. The number of elastic members (462, 463, 464, 465) may be increased or decreased as necessary. A connection member (not shown) connected to the movable film 452 extends out of the nematic liquid crystal layer through the opening 425 of the upper electrode 452.
The mechanism of the phenomenon that the movable film 452 moves along the liquid crystal flow is basically the same as that of the first embodiment. That is, according to the polarity of the rectangular wave voltage applied between the pair of electrodes, the movable film 452 is moved to a position close to the upper and lower rubbing layers, and the duty ratio, voltage, and frequency of the rectangular wave voltage applied between the pair of electrodes. By controlling the direction and speed of the liquid crystal flow generated orthogonally at a position close to the lower rubbing layer side and a position close to the upper rubbing layer side, thereby controlling the movable film 452 as desired. Move to the position of.
Thereby, the movable film 452 can move in two dimensions. The two-dimensional movement of the movable film 452 can drive a connecting member (not shown) through the opening 425 in two dimensions.
In addition, you may comprise a connection member using the part extended out of the nematic liquid crystal layer of the movable film 452 as needed. In this case, the opening 425 is unnecessary.

(第4実施例) 第4実施例は、可動フィルム552を極座標によって2次元で移動させる例である。図12に、物体移動装置500の一対のラビング層面(522a、524a)に施されているラビング方向(522b、524b)を示す。図13に、物体移動装置500の概略的な平面図を示す。なお、本実施例の一対の電極は円形状である。
図12に示すように、上側ラビング層面524aのラビング方向524bは、放射状に伸びて処理されている。下側ラビング層面522aのラビング方向522bは、同心円状に伸びて処理されている。放射状の中心と同心円状の中心は、一対のラビング層面(522a、524a)間方向に一致している(以下、座標中心という)。したがって、放射状のラビング方向524bと、同心円状のラビング方向522bは、直交する位置関係である。即ち、この一対のラビング層面(522a、524a)間の図示しないネマティック液晶の液晶分子は、90°ねじれた状態で存在している。
なお、図示されないが、上側電極552は下側電極と対向しており、それぞれが面状に広がる下側電極と、下側ラビング層と、ネマティック液晶層と、上側ラビング層と、上側電極424がこの順で配置されている。
(Fourth Example) The fourth example is an example in which the movable film 552 is moved in two dimensions by polar coordinates. FIG. 12 shows rubbing directions (522b and 524b) applied to a pair of rubbing layer surfaces (522a and 524a) of the object moving device 500. FIG. 13 shows a schematic plan view of the object moving device 500. In addition, a pair of electrode of a present Example is circular shape.
As shown in FIG. 12, the rubbing direction 524b of the upper rubbing layer surface 524a is processed by extending radially. The rubbing direction 522b of the lower rubbing layer surface 522a is processed to extend concentrically. The radial center and the concentric center coincide with the direction between the pair of rubbing layer surfaces (522a, 524a) (hereinafter referred to as coordinate center). Therefore, the radial rubbing direction 524b and the concentric rubbing direction 522b are in a positional relationship orthogonal to each other. That is, liquid crystal molecules of a nematic liquid crystal (not shown) between the pair of rubbing layer surfaces (522a, 524a) are present in a state twisted by 90 °.
Although not shown, the upper electrode 552 is opposed to the lower electrode, and the lower electrode, the lower rubbing layer, the nematic liquid crystal layer, the upper rubbing layer, and the upper electrode 424 each spread in a planar shape. They are arranged in this order.

この可動フィルム552が、液晶流動に沿って移動する現象のメカニズムは、基本的には第1実施例のそれと同一である。本実施例の液晶流動は、一対のラビング層面(522a、524a)のそれぞれのラビング方向(522b、524b)に沿って、上側ラビング層に近接する位置では座標中心から放射状に発生し、下側ラビング層に近接する位置では座標中心周りに回転する方向に発生する。印加する矩形波電圧の極性を利用して、可動フィルム524を上側ラビング層に近接する位置に移動させると、図13に示すように、可動フィルム552を、座標中心を通る直線上で移動させることができる。座標中心から伸びる直線往復運動を得ることができる。また、印加する矩形波電圧の極性を利用して可動フィルム524を下側ラビング層側に移動させると、図13に示すように、可動フィルム552を上側電極524の周縁方向に沿って移動させることができる。座標中心周りの回転運動を得ることができる。両者の移動を組合わせることで、可動フィルム552を極座標によって2次元で移動させることができる。   The mechanism of the phenomenon that the movable film 552 moves along the liquid crystal flow is basically the same as that of the first embodiment. The liquid crystal flow in this example is generated radially from the coordinate center along the respective rubbing directions (522b, 524b) of the pair of rubbing layer surfaces (522a, 524a) at positions close to the upper rubbing layer, and lower rubbing. It occurs in a direction rotating around the coordinate center at a position close to the layer. When the movable film 524 is moved to a position close to the upper rubbing layer using the polarity of the applied rectangular wave voltage, the movable film 552 is moved on a straight line passing through the coordinate center as shown in FIG. Can do. A linear reciprocating motion extending from the coordinate center can be obtained. Further, when the movable film 524 is moved to the lower rubbing layer side using the polarity of the applied rectangular wave voltage, the movable film 552 is moved along the peripheral direction of the upper electrode 524 as shown in FIG. Can do. A rotational movement around the coordinate center can be obtained. By combining both movements, the movable film 552 can be moved in two dimensions by polar coordinates.

(第5実施例) 図14に、第5実施例の物体移動装置600の概略的な斜視図を示す。なお、この図14の紙面右側に円筒状の可動フィルム652が示されているが、実際は、この可動フィルム652は、紙面左側の一対の電極(1620、1640)間に配置されていることに留意されたい。図の明瞭化のために、敢えて別に図示している。図15と図16は、図14のXV−XV線と、XVI−XVI線に対応する断面図である。
図14に示すように、この物体移動装置600は、その内面が円筒状であり、周方向に4つの電極(622、623、624、625)に分割された外側円筒電極1620(第1電極の一例)を備えている。図示しない外側ラビング層(第1ラビング層の一例)は、外側円筒電極1620の内面に沿って配置されている。さらに、その外面が円柱状であり、周方向に沿って4つの電極(626、627、628、629)に分割された内側円柱電極1640(第2電極の一例)を備えている。図示しない内側ラビング層(第2ラビング層の一例)は、内側円柱電極1640の外面に沿って配置されている。
それぞれの分割電極(622〜629)間は、絶縁材(682、684、686)によって電気的に隔てられている。外側円筒電極1620と内側円筒電極1640に設けられて分割電極は、それぞれ対を成して対向している。外側円筒電極1620と内側円筒電極1640の間には図示しないネマティック液晶層が介在している。
外側ラビング層は、その周方向を一巡してラビングが施されている。一方、内側ラビング層は、その円柱の軸方向に沿ってラビングが施されている。したがって、一対のラビング層間の図示しないネマティック液晶層の液晶分子は、90°ねじれた状態で存在している。
Fifth Example FIG. 14 is a schematic perspective view of an object moving device 600 according to a fifth example. Note that a cylindrical movable film 652 is shown on the right side of the paper surface of FIG. 14, but in actuality, this movable film 652 is disposed between a pair of electrodes (1620, 1640) on the left side of the paper surface. I want to be. In order to clarify the figure, it is shown separately. 15 and 16 are cross-sectional views corresponding to the XV-XV line and the XVI-XVI line of FIG.
As shown in FIG. 14, the object moving apparatus 600 has an inner surface that is cylindrical, and an outer cylindrical electrode 1620 (first electrode) divided into four electrodes (622, 623, 624, 625) in the circumferential direction. Example). An unillustrated outer rubbing layer (an example of the first rubbing layer) is disposed along the inner surface of the outer cylindrical electrode 1620. Furthermore, the outer surface is cylindrical, and is provided with an inner cylindrical electrode 1640 (an example of a second electrode) divided into four electrodes (626, 627, 628, 629) along the circumferential direction. An unillustrated inner rubbing layer (an example of the second rubbing layer) is disposed along the outer surface of the inner cylindrical electrode 1640.
Each divided electrode (622 to 629) is electrically separated by an insulating material (682, 684, 686). The split electrodes provided on the outer cylindrical electrode 1620 and the inner cylindrical electrode 1640 are opposed to each other in pairs. A nematic liquid crystal layer (not shown) is interposed between the outer cylindrical electrode 1620 and the inner cylindrical electrode 1640.
The outer rubbing layer is rubbed around the circumferential direction. On the other hand, the inner rubbing layer is rubbed along the axial direction of the cylinder. Therefore, the liquid crystal molecules of the nematic liquid crystal layer (not shown) between the pair of rubbing layers are present in a state twisted by 90 °.

この可動フィルム652が、液晶流動に沿って移動する現象のメカニズムは、基本的には第1実施例のそれと同一である。本実施例の液晶流動は、外側円筒電極1620の外側ラビング層側に近接する位置において、その周方向を一巡する方向に沿って発生している。一方、内側円柱電極1640の内側ラビング層に近接する位置において、液晶流動は、その円柱の軸方向に沿って発生している。
分割電極(623、625、626、628)に正極矩形波電圧を印加すると、図15と図16に示すように、可動フィルム652に静電引力が作用し、可動フィルム652は分割電極(623、625、626、628)側に引き寄せられる。なお、この可動フィルム652は柔らかい材料(例えば、ポリスチレンなどが材料として好適に用いられる)で形成されているので、変形した状態で引き寄せられる。この状態の可動フィルム652の断面形状は楕円形状であり、その長径は外側ラビング層の直径に略等しく、その短径は内側ラビング層の直径に略等しくなる。
図15に示すように、外側円筒電極1620側の分割電極(623、625)に引き寄せられた可動フィルム652は、周方向を一巡する方向に沿って発生する液晶流動から力を受けて、その周方向を一巡する方向に移動し回転する。図15では、紙面垂直方向に移動する。一方、図16に示すように、内側円柱電極1640側の分割電極(626、628)に引き寄せられた可動フィルム652は、円柱の軸方向に沿って発生する液晶流動から力を受けて、その円柱の軸方向に沿って移動する。図16では、紙面上下方向に沿って移動する。可動フィルム652のこれら移動方向が複合すると、図14に示すように、螺旋状の移動を得ることができる。
なお、可動フィルム652にもともと楕円形状に加工された可動フィルムを用いてもよい。同様の作用効果を得ることができる。
The mechanism of the phenomenon that the movable film 652 moves along the liquid crystal flow is basically the same as that of the first embodiment. The liquid crystal flow of this example occurs along a direction that goes around the circumferential direction at a position close to the outer rubbing layer side of the outer cylindrical electrode 1620. On the other hand, at a position close to the inner rubbing layer of the inner cylindrical electrode 1640, the liquid crystal flow occurs along the axial direction of the cylinder.
When a positive rectangular wave voltage is applied to the divided electrodes (623, 625, 626, 628), as shown in FIGS. 15 and 16, an electrostatic attractive force acts on the movable film 652, and the movable film 652 is divided into the divided electrodes (623, 625, 626, 628). Note that the movable film 652 is formed of a soft material (for example, polystyrene or the like is preferably used as a material), and thus is drawn in a deformed state. In this state, the movable film 652 has an oval cross-sectional shape whose major axis is approximately equal to the diameter of the outer rubbing layer and whose minor axis is approximately equal to the diameter of the inner rubbing layer.
As shown in FIG. 15, the movable film 652 attracted to the divided electrodes (623, 625) on the outer cylindrical electrode 1620 side receives a force from the liquid crystal flow generated along the direction of making a round of the circumferential direction, Move and rotate around the direction. In FIG. 15, it moves in the direction perpendicular to the page. On the other hand, as shown in FIG. 16, the movable film 652 attracted to the divided electrodes (626, 628) on the inner cylindrical electrode 1640 side receives force from the liquid crystal flow generated along the axial direction of the cylinder, and the cylinder It moves along the axial direction. In FIG. 16, it moves along the vertical direction of the paper. When these moving directions of the movable film 652 are combined, a spiral movement can be obtained as shown in FIG.
Note that a movable film originally processed into an elliptical shape may be used for the movable film 652. Similar effects can be obtained.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、印加する電圧は交番電圧であってもよい。典型的には、矩形波の交番電圧や、サイン波の交番電圧や、三角波の交番電圧や、鋸波の交番電圧を挙げることができる。
また、本明細書で記載される技術は、例えば、バイオチップ、μ−TAS(マイクロ化学分析システム)、クロマトグラフィー、顕微鏡用の微小物体位置決め装置、内部粒子を動かすことによって表示するディスプレイなどに利用され得る。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the applied voltage may be an alternating voltage. Typical examples include a rectangular wave alternating voltage, a sine wave alternating voltage, a triangular wave alternating voltage, and a sawtooth alternating voltage.
In addition, the technology described in this specification is used for, for example, a biochip, μ-TAS (micro chemical analysis system), chromatography, a micro object positioning device for a microscope, a display that displays by moving internal particles, and the like. Can be done.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

第1実施例の物体移動装置の要部断面図を示す。The principal part sectional drawing of the object moving apparatus of 1st Example is shown. 第1実施例のラビング方向を示す。The rubbing direction of 1st Example is shown. 第1実施例の液晶における、矩形波電圧の立ち上がり時(A)と立ち下がり時(B)の液晶流動方向と流速分布を示す。The liquid crystal flow direction and flow velocity distribution when the rectangular wave voltage rises (A) and falls (B) in the liquid crystal of the first embodiment are shown. 第1実施例の粒子速度と矩形波電圧のデューティ比との関係を示す。The relationship between the particle velocity of 1st Example and the duty ratio of a rectangular wave voltage is shown. 第1実施例の粒子速度と矩形波電圧の電圧強度との関係を示す。The relationship between the particle velocity of 1st Example and the voltage intensity of a rectangular wave voltage is shown. 第1実施例の粒子速度と矩形波電圧の周波数との関係を示す。The relationship between the particle velocity of 1st Example and the frequency of a rectangular wave voltage is shown. 第2実施例の物体移動装置の斜視図を示す。The perspective view of the object moving apparatus of 2nd Example is shown. 第2実施例の要部断面図を示す。Sectional drawing of the principal part of 2nd Example is shown. 可動フィルムの変形例を示す。The modification of a movable film is shown. 積層構造の物体移動装置を示す。1 shows an object moving device having a laminated structure. 第3実施例の物体移動装置の平面図を示す。The top view of the object moving apparatus of 3rd Example is shown. 第4実施例のラビング方向を示す。The rubbing direction of 4th Example is shown. 第4実施例の物体移動装置の平面図を示す。The top view of the object moving apparatus of 4th Example is shown. 第5実施例の物体移動装置の斜視図を示す。The perspective view of the object moving apparatus of 5th Example is shown. 第5実施例の物体移動装置の要部断面図を示す(1)。Sectional drawing of the principal part of the object moving apparatus of 5th Example is shown (1). 第5実施例の物体移動装置の要部断面図を示す(2)。Sectional drawing of the principal part of the object moving apparatus of 5th Example is shown (2).

符号の説明Explanation of symbols

12、14:ガラス基板
22:下側電極
24:上側電極
32:下側ラビング層
32a:下側ラビング面
32b:下側ラビング方向
34:上側ラビング層
34a:上側ラビング面
34b:上側ラビング方向
42:ネマティック液晶層
52:ポリマービーズ
92:ファンクションジェネレータ
94:CPU
96:第1メモリー
98:第2メモリー
152:可動フィルム
12, 14: Glass substrate 22: Lower electrode 24: Upper electrode 32: Lower rubbing layer 32a: Lower rubbing surface 32b: Lower rubbing direction 34: Upper rubbing layer 34a: Upper rubbing surface 34b: Upper rubbing direction 42: Nematic liquid crystal layer 52: polymer bead 92: function generator 94: CPU
96: First memory 98: Second memory 152: Movable film

Claims (9)

第1電極と第1ラビング層と液晶層と第2ラビング層と第2電極が順に配置されおり、
第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向が交差する関係に調整されており、
液晶層内に移動可能に配置されている物体を、第1ラビング層に接近する位置と第2ラビング層に接近する位置の間で移動させる面直方向移動手段を備えている物体移動装置。
The first electrode and the first rubbing layer and the liquid crystal layer and the second rubbing layer and the second electrode are arranged in this order,
The rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer are adjusted to cross each other,
An object moving device comprising a plane direction moving means for moving an object arranged in a liquid crystal layer so as to be movable between a position approaching the first rubbing layer and a position approaching the second rubbing layer.
第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向が直交することを特徴とする請求項1の物体移動装置。   2. The object moving device according to claim 1, wherein the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer are orthogonal to each other. 面直方向移動手段は、第1電極と第2電極の間に加える電圧の極性を切換えることによって、第1ラビング層に接近する位置と第2ラビング層に接近する位置の間で物体を移動させることを特徴とする請求項1又は2の物体移動装置。   The perpendicular direction moving means moves the object between a position approaching the first rubbing layer and a position approaching the second rubbing layer by switching the polarity of the voltage applied between the first electrode and the second electrode. The object moving device according to claim 1 or 2, wherein 前記物体は、メッシュが形成された板状であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの物体移動装置。   The object moving apparatus according to claim 1, wherein the object has a plate shape in which a mesh is formed. 前記物体と一体に移動し、第1ラビング層と第2ラビング層によって流出が防止されている液晶層の側面から液晶層外に伸びる連結部材をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかの物体移動装置。   The apparatus further comprises a connecting member that moves integrally with the object and extends out of the liquid crystal layer from a side surface of the liquid crystal layer that is prevented from flowing out by the first rubbing layer and the second rubbing layer. The object moving device according to any one of 4. 請求項5の物体移動装置の複数が積層されており、単位となる物体移動装置のそれぞれの液晶層から外に伸びる連結部材が、液晶層外で一体化されていることを特徴とする物体移動装置。   6. A plurality of object moving devices according to claim 5, wherein the connecting members extending from the respective liquid crystal layers of the object moving device as a unit are integrated outside the liquid crystal layer. apparatus. 第1ラビング層のラビング方向は放射状であり、第2ラビング層のラビング方向は同心円状であることを特徴とする請求項1の物体移動装置。   The object moving device according to claim 1, wherein the rubbing direction of the first rubbing layer is radial, and the rubbing direction of the second rubbing layer is concentric. 第1電極は、その内面が円筒状であり、周方向に分割されており、
第1ラビング層は、第1電極の内面に沿って配置されており、
第2電極は、その外面が円柱状であり、周方向に分割されており、第1電極と同心に配置されており、
第2ラビング層は、第2電極の外面に沿って配置されており、
第1ラビング層と第2ラビング層のラビング方向は、一方が周方向であり、他方が軸方向であることを特徴とする請求項1の物体移動装置。
The first electrode has a cylindrical inner surface and is divided in the circumferential direction.
The first rubbing layer is disposed along the inner surface of the first electrode,
The second electrode has a cylindrical outer surface, is divided in the circumferential direction, and is arranged concentrically with the first electrode.
The second rubbing layer is disposed along the outer surface of the second electrode,
2. The object moving device according to claim 1, wherein one of the rubbing directions of the first rubbing layer and the second rubbing layer is a circumferential direction and the other is an axial direction.
第1電極と第2電極の間に矩形波電圧を印加する電圧印加手段をさらに備え、
その電圧印加手段は、矩形波電圧のデューティ比を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかの物体移動装置。
A voltage applying means for applying a rectangular wave voltage between the first electrode and the second electrode;
9. The object moving device according to claim 1, wherein the voltage applying means includes control means for controlling a duty ratio of the rectangular wave voltage.
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