JP5846600B2 - Object selection mechanism and object selection method using phase transition between liquid and liquid crystal - Google Patents
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Description
本発明は、液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構および物体選別方法に関する。
4-pentyl-4’-cyanobiphenyl等，液晶性の物質は、分子が等方（無秩序）となった液体状態と、分子が一定の方向に配向した液晶状態を取ることができ、所定の温度（相転移温度）において液体状態と液晶状態との間で状態が可逆変化する。そして、かかる物質中に、相転移温度が含まれる温度勾配が存在した場合には、物質中に、液体相と液晶相とが界面を挟んで同時に存在する状態となる。
本発明は、かかる内部に液体相と液晶相とが界面が存在する物質における液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構および物体選別方法に関する。
The present invention relates to an object selection mechanism and an object selection method using a liquid-liquid crystal phase transition.
Liquid crystalline substances such as 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl can take a liquid state in which molecules are isotropic (disordered) and a liquid crystal state in which molecules are aligned in a certain direction. The state changes reversibly between the liquid state and the liquid crystal state at the phase transition temperature. When a temperature gradient including a phase transition temperature exists in such a substance, the liquid phase and the liquid crystal phase are simultaneously present in the substance with the interface interposed therebetween.
The present invention relates to an object selection mechanism and an object selection method using a liquid-liquid crystal phase transition in a substance having an interface between a liquid phase and a liquid crystal phase.
従来から液晶は、液晶分子が配向することによってその光学的性質が変化するため、この性質を利用して液晶ディスプレー等の情報表示装置に使用されている。
また、液晶は、電界や磁界を加えて液晶分子の配向方向を変化させるとその粘性が変化する。つまり、液晶は、電気粘性流体としての性質も有しているので、この性質を利用した軸受やダンパー等が開発されている。
Conventionally, liquid crystals have been used in information display devices such as liquid crystal displays because their optical properties change as liquid crystal molecules are aligned.
The viscosity of the liquid crystal changes when the orientation direction of the liquid crystal molecules is changed by applying an electric field or a magnetic field. That is, since the liquid crystal also has a property as an electrorheological fluid, bearings, dampers, and the like using this property have been developed.
一方、液晶分子が配向するときには、配向の際に回転するので、液晶中には液晶流動が発生する。この液晶分子の回転に起因した液晶流動を工業的に利用する技術、具体的には、液晶流動によって物体を移動させる技術が開発されている（特許文献１）。 On the other hand, when the liquid crystal molecules are aligned, they rotate during the alignment, so that liquid crystal flows in the liquid crystal. A technique for industrially utilizing the liquid crystal flow resulting from the rotation of the liquid crystal molecules, specifically, a technique for moving an object by liquid crystal flow has been developed (Patent Document 1).
ところで、上記特許文献１の技術は、液晶が仕事をするためのエネルギとして、電磁力を利用しているが、熱エネルギを液晶に供給して物体移動などの仕事をさせることができれば有用であると考える。 By the way, although the technique of the said patent document 1 uses the electromagnetic force as energy for a liquid crystal to work, if the heat energy can be supplied to a liquid crystal and work, such as object movement, can be performed, it will be useful. I think.
本発明は上記事情に鑑み、熱エネルギによって物体を選別することができる液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構および物体選別方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an object selection mechanism and an object selection method using a liquid-liquid crystal phase transition capable of selecting an object by thermal energy.
第１発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、液体状態と液晶状態とを取り得る物質に浸漬された物体を選別する機構であって、前記物質と、該物質中に、相転移温度の相転移領域を形成させる相転移領域形成手段と、を備えており、該相転移領域形成手段は、前記物質中において相転移領域を移動させる相転移領域調整機能と、前記相転移領域の移動速度を調整する移動速度調整機能とを有していることを特徴とする。
第２発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、第１発明において、前記相転移領域形成手段が、前記物質中に、相転移温度を含む温度勾配を形成させる温度勾配形成手段であることを特徴とする。
第３発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、第１または第２発明において、前記温度勾配形成手段は、前記物質を冷却する冷却手段と、該冷却手段に対して離間した位置に配設された、前記物質を加熱する加熱手段とを備えていることを特徴とする。
第４発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、第１または第２発明において、前記温度勾配形成手段は、前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させる機能を有することを特徴とする。
第５発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、第１、第２、第３または第４発明において、前記物質を収容する収容部材を備えており、該収容部材における前記物質と接触する面には、配向処理が施されていることを特徴とする。
第６発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法は、液体状態と液晶状態とを取り得る物質に浸漬された物体を選別する方法であって、液体状態と液晶状態とを取り得る物質に対して、該物質中に、相転移温度の相転移領域を形成させ、前記物質中における相転移領域を移動させ、かつ、該相転移領域の移動速度を変化させることを特徴とする。
第７発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法は、第６発明において、前記物質中に相転移温度を含む温度勾配を形成させて、該物質中に前記相転移領域を形成させることを特徴とする。
第８発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法は、第６または第７発明において、前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させることを特徴とする。
The object selection mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition of the first invention is a mechanism for selecting an object immersed in a substance capable of taking a liquid state and a liquid crystal state, wherein the substance , and the substance, A phase transition region forming means for forming a phase transition region at a phase transition temperature, the phase transition region forming means comprising: a phase transition region adjusting function for moving the phase transition region in the substance; and the phase transition region And a moving speed adjusting function for adjusting the moving speed of the region.
The object selection mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition according to the second invention is the temperature gradient forming means in the first invention, wherein the phase transition region forming means forms a temperature gradient including a phase transition temperature in the substance. It is characterized by being.
The object selection mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition of the third invention is the first or second invention, wherein the temperature gradient forming means is separated from the cooling means for cooling the substance and the cooling means. And a heating means for heating the substance disposed at a position.
The object selection mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition according to a fourth aspect of the present invention is the first or second aspect of the invention, wherein the temperature gradient forming means stops the liquid crystal region and the liquid region while the phase transition region is stationary. It has the function to reverse.
An object selection mechanism using a liquid-liquid crystal phase transition according to a fifth aspect of the present invention is the first, second, third, or fourth aspect of the present invention, and further comprises an accommodating member that accommodates the substance, and the substance in the accommodating member The surface in contact with the surface is subjected to orientation treatment.
The object selection method using the liquid-liquid crystal phase transition according to the sixth aspect of the invention is a method for selecting an object immersed in a substance that can take a liquid state and a liquid crystal state, and can take a liquid state and a liquid crystal state. The material is characterized in that a phase transition region having a phase transition temperature is formed in the material, the phase transition region in the material is moved, and the moving speed of the phase transition region is changed.
The object selection method using the liquid-liquid crystal phase transition according to a seventh aspect of the present invention is the method according to the sixth aspect, wherein a temperature gradient including a phase transition temperature is formed in the substance, and the phase transition region is formed in the substance. It is characterized by that.
The object selection method using the liquid-liquid crystal phase transition of the eighth invention is characterized in that, in the sixth or seventh invention, the liquid crystal region and the liquid region are reversed while the phase transition region is stationary. .
第１発明によれば、相転移温度の相転移領域を液晶相側から液体相側に向かって移動させれば、物質の液体相に位置する物体を、相転移領域が物体に対して液晶相側から液体相側に移動するときに、相転移領域とともに移動させることができる。しかも、相転移領域の移動速度を調整できるから、物質の液体相に位置する物体のうち、移動速度に追従できる物体のみを相転移領域とともに移動させることができ、移動速度に追従できない物体を液晶相側に残すことができる。よって、相転移領域の移動速度を調整すれば、液体層に存在する物体を選別することができる。
第２発明によれば、温度勾配形成手段によって物質に加える熱エネルギを調整すれば、物質中に相転移温度の相転移領域を形成することができるから、相転移領域を容易に形成することができる。
第３発明によれば、冷却手段が物質から奪う熱エネルギと、加熱手段から物質に供給する熱エネルギとを調整すれば、物質中に形成させる温度勾配を自由に調整することができる。よって、冷却手段と加熱手段との間に形成される相転移領域の位置及び移動速度の調整が容易である。
第４発明によれば、液晶相側と液体相側の位置を逆転させれば、相転移領域の移動方向を逆向きにすることができるから、選別した物体を互いに離間した位置に集めることができる。
第５発明によれば、物質が液晶になったときにおける液晶分子の配向を拘束する力が強くなるので、物体が相転移領域とともに移動しやすくなる。
第６発明によれば、相転移領域を液晶相側から液体相側に向かって移動させれば、物質の液体相に位置する物体を、相転移領域が物体に対して液晶相側から液体相側に移動するときに、相転移領域とともに移動させることができる。しかも、相転移領域の移動速度を調整できるから、物質の液体相に位置する物体のうち、移動速度に追従できる物体のみを相転移領域とともに移動させることができ、移動速度に追従できない物体を液晶相側に残すことができる。よって、相転移領域の移動速度を調整すれば、液体層に存在する物体を選別することができる。
第７発明によれば、物質に加える熱エネルギを調整すれば、物質中に相転移温度の相転移領域を形成することができるから、相転移領域を容易に形成することができる。
第８発明によれば、液晶相側と液体相側の位置を逆転させれば、相転移領域の移動方向を逆向きにすることができるから、選別した物体を互いに離間した位置に集めることができる。
According to the first aspect of the present invention, if the phase transition region having the phase transition temperature is moved from the liquid crystal phase side toward the liquid phase side, the object located in the liquid phase of the substance is changed to the liquid crystal phase. When moving from the side to the liquid phase side, it can be moved together with the phase transition region. Moreover, since the moving speed of the phase transition region can be adjusted, only the objects that can follow the moving speed among the objects located in the liquid phase of the substance can be moved together with the phase transition region, and the objects that cannot follow the moving speed are liquid crystal. Can be left on the phase side. Therefore, if the moving speed of the phase transition region is adjusted, an object existing in the liquid layer can be selected.
According to the second invention, if the thermal energy applied to the material is adjusted by the temperature gradient forming means, a phase transition region having a phase transition temperature can be formed in the material, so that the phase transition region can be easily formed. it can.
According to the third aspect of the present invention, the temperature gradient formed in the substance can be freely adjusted by adjusting the thermal energy taken from the substance by the cooling means and the thermal energy supplied from the heating means to the substance. Therefore, it is easy to adjust the position and moving speed of the phase transition region formed between the cooling means and the heating means.
According to the fourth invention, if the positions of the liquid crystal phase side and the liquid phase side are reversed, the moving direction of the phase transition region can be reversed, so that the selected objects can be collected at positions separated from each other. it can.
According to the fifth aspect, since the force that restricts the orientation of the liquid crystal molecules when the substance becomes liquid crystal becomes strong, the object can easily move together with the phase transition region.
According to the sixth aspect of the present invention, if the phase transition region is moved from the liquid crystal phase side toward the liquid phase side, the object located in the liquid phase of the substance is moved from the liquid crystal phase side to the liquid phase of the substance. When moving to the side, it can move with the phase transition region. Moreover, since the moving speed of the phase transition region can be adjusted, only the objects that can follow the moving speed among the objects located in the liquid phase of the substance can be moved together with the phase transition region, and the objects that cannot follow the moving speed are liquid crystal. Can be left on the phase side. Therefore, if the moving speed of the phase transition region is adjusted, an object existing in the liquid layer can be selected.
According to the seventh invention, if the thermal energy applied to the substance is adjusted, a phase transition region having a phase transition temperature can be formed in the substance, and therefore the phase transition region can be easily formed.
According to the eighth invention, if the positions of the liquid crystal phase side and the liquid phase side are reversed, the moving direction of the phase transition region can be reversed, so that the selected objects can be collected at positions separated from each other. it can.
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の物体選別機構は、物質に熱エネルギを加えることによって物質中の物体を移動させて選別するものであり、物体の移動に、物質の液晶−液体間の界面の移動を利用し、かつ、界面の移動速度を利用して物体を選別するようにしたことに特徴を有している。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The object sorting mechanism of the present invention moves and sorts an object in a substance by applying thermal energy to the substance, uses the movement of the liquid crystal-liquid interface of the substance for the movement of the object, and It is characterized in that the object is selected using the moving speed of the interface.
まず、物体選別機構の前提となる、物体の移動に、物質の液晶−液体間の界面の移動する物体移動機構および物体移動方法について、説明する。 First, an object moving mechanism and an object moving method in which an interface between a liquid crystal and a liquid of a substance moves, which is a premise of the object selecting mechanism, will be described.
図３において符号Ｍは、プレートＰ上に配置された物質Ｍを示している。この物質Ｍは、例えば、4-pentyl-4’-cyanobiphenylや4-methoxy-benzilidene-4-butyl-aniline等の温度を変えることによって液晶状態（図３中液晶層ＬＣで示す）を液体状態（図３中液体層Ｌで示す）との間で状態を変化させることができる物質を示している。
なお、図３では、物質ＭがプレートＰ上に配置されている場合を示しているが、本発明の物体選別機構を適用する装置では、物質Ｍを配置する部材は特に限定されない。例えば、物質Ｍは、一対の平板間に配置したり箱状の部材内に収容したりしてもよく、とくに限定されない。
In FIG. 3, a symbol M indicates the substance M arranged on the plate P. This substance M changes its liquid crystal state (shown by the liquid crystal layer LC in FIG. 3) by changing the temperature of 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl, 4-methoxy-benzilidene-4-butyl-aniline, etc. 3 shows a substance whose state can be changed between the liquid layer L and the liquid layer L in FIG.
FIG. 3 shows the case where the substance M is arranged on the plate P, but in the apparatus to which the object sorting mechanism of the present invention is applied, the member on which the substance M is arranged is not particularly limited. For example, the substance M may be disposed between a pair of flat plates or accommodated in a box-shaped member, and is not particularly limited.
図３において、符号ｍは物質Ｍに浸漬されている物体を示している。この物体ｍ（以下、移動体ｍという）が、本発明の物体移動機構によって移動されかつ選別される対象、つまり、物体選別機構によって移動されかつ選別される対象である。
この移動体ｍは物質Ｍの液晶中や液体中を移動できるものであれば特に限定されないが、液晶状態の物質Ｍ中に存在した状態では、物質Ｍ中のエネルギーが増加するような物質が好ましい。例えば、移動体ｍがその表面上に分子配向勾配を有するものであれば 移動体ｍが液晶状態の物質Ｍ中に存在した時に、物質Ｍ中に発生する分子配向場のエネルギー増加が大きくなる点で好ましい。
In FIG. 3, the symbol m indicates an object immersed in the substance M. The object m (hereinafter referred to as the moving body m) is a target to be moved and sorted by the object moving mechanism of the present invention, that is, a target to be moved and sorted by the object sorting mechanism.
The moving body m is not particularly limited as long as it can move in the liquid crystal or liquid of the substance M, but is preferably a substance that increases the energy in the substance M when it exists in the liquid crystal state substance M. . For example, if the moving body m has a molecular orientation gradient on its surface, when the moving body m exists in the substance M in the liquid crystal state, the energy increase in the molecular orientation field generated in the substance M becomes large. Is preferable.
そして、図３に示すように、プレートＰの下面には、ヒータなどの加熱手段Ｈと、チラー等の冷却手段Ｃが設けられている。
この加熱手段Ｈは、プレートＰを介して物質Ｍを加熱することができるものであり、少なくとも、物質Ｍを、その液晶−液体間の相転移温度Ｔｃよりも高い温度まで加熱できる機能を有するものである。
また、冷却手段Ｃは、プレートＰを介して物質Ｍを冷却することができるものであり、前記加熱手段Ｈからある程度離間した位置に配置されている。この冷却手段Ｃは、少なくとも、物質Ｍを、その液晶−液体間の相転移温度Ｔｃよりも低い温度まで冷却できる機能を有するものである。
そして、加熱手段Ｈおよび冷却手段Ｃは、両者の温度を調整して物質Ｍ中に形成される温度勾配を調整する制御手段に連結されている。
As shown in FIG. 3, heating means H such as a heater and cooling means C such as a chiller are provided on the lower surface of the plate P.
This heating means H is capable of heating the substance M through the plate P, and has at least a function of heating the substance M to a temperature higher than the liquid crystal-liquid phase transition temperature Tc. It is.
The cooling means C is capable of cooling the substance M via the plate P, and is disposed at a position separated from the heating means H to some extent. The cooling means C has a function of cooling at least the substance M to a temperature lower than the liquid crystal-liquid phase transition temperature Tc.
The heating unit H and the cooling unit C are connected to a control unit that adjusts the temperature gradient of the heating unit H and the cooling unit C formed in the substance M.
以上のごとき構成であるので、物体移動機構では、加熱手段Ｈによって物質Ｍの一部（図３では左側の領域）を相転移温度Ｔｃより高温に加熱し、冷却手段Ｃによって物質Ｍの一部（図３では右側の領域）を相転移温度Ｔｃより低温に冷却することができる。すると、物質Ｍ内には、左側の領域から右側の領域に向かって温度が低下する温度勾配Ｔｇが形成され、物質Ｍ内における左側の領域と右側の領域との間には、相転移温度Ｔｃとなる領域が形成される。
物質Ｍは、相転移温度Ｔｃより高温では液体、相転移温度Ｔｃより低温では液晶となるので、物質Ｍ内には、左側に液体相Ｌの領域、右側に液晶相ＬＣの領域が形成され、両領域の間に相転移領域ＩＦが形成されるのである。
（物体を移動させる手順）
Since the structure is as described above, in the object moving mechanism, a part of the substance M (the left region in FIG. 3) is heated to a temperature higher than the phase transition temperature Tc by the heating means H, and a part of the substance M is cooled by the cooling means C. (The region on the right side in FIG. 3) can be cooled to a temperature lower than the phase transition temperature Tc. Then, a temperature gradient Tg in which the temperature decreases from the left region toward the right region is formed in the substance M, and a phase transition temperature Tc is formed between the left region and the right region in the substance M. A region to be formed is formed.
Since the substance M becomes liquid at a temperature higher than the phase transition temperature Tc and becomes liquid crystal at a temperature lower than the phase transition temperature Tc, a region of the liquid phase L is formed on the left side and a region of the liquid crystal phase LC is formed on the right side. A phase transition region IF is formed between the two regions.
(Procedure for moving objects)
つぎに、上記のごとき物体移動機構において、物質Ｍ中の移動体ｍを移動させる方法を説明する。
まず、加熱手段Ｈによって物質Ｍの一部を相転移温度Ｔｃより高温に加熱し、冷却手段Ｃによって物質Ｍの一部を相転移温度Ｔｃより低温に冷却して、物質Ｍ中に相転移領域ＩＦが形成されるように調整する。そして、物質Ｍ中に移動させる移動体ｍを液体相Ｌに浸漬させる。
Next, a method for moving the moving body m in the substance M in the object moving mechanism as described above will be described.
First, a part of the substance M is heated to a temperature higher than the phase transition temperature Tc by the heating means H, and a part of the substance M is cooled to a temperature lower than the phase transition temperature Tc by the cooling means C. Adjust so that IF is formed. Then, the moving body m to be moved into the substance M is immersed in the liquid phase L.
ついで、加熱手段Ｈおよび冷却手段Ｃを制御して、物質Ｍ中の最高温度はそのままで、最低温度を低下させる。図４（Ａ）であれば、右側の領域の温度を下げる。すると、物質Ｍ中の温度勾配はその傾きが大きくなり（Ｔｇ１→Ｔｇ２）、相転移温度Ｔｃとなる位置が液体相Ｌ側に移動する。すると、液体相Ｌの領域では、相転移温度Ｔｃとなる位置の移動にともなって相転移領域ＩＦも液体相Ｌ側に移動する（ＩＦ１→ＩＦ２）。 Next, the heating means H and the cooling means C are controlled so that the minimum temperature is lowered while the maximum temperature in the substance M remains unchanged. In FIG. 4A, the temperature in the right region is lowered. Then, the temperature gradient in the substance M increases (Tg 1 → Tg 2 ), and the position where the phase transition temperature Tc is reached moves to the liquid phase L side. Then, in the region of the liquid phase L, the phase transition region IF moves to the liquid phase L side (IF 1 → IF 2 ) as the position where the phase transition temperature Tc is reached.
相転移領域ＩＦは、最初に物体ｍが浸漬されていた位置を通過して、その位置よりも左側に移動するが、相転移領域ＩＦが移動体ｍの位置まで到達すると、移動体ｍは相転移領域ＩＦとともに相転移領域ＩＦと接触したまま移動する（図４（Ａ））。
つまり、物質Ｍに加える熱エネルギを調整して、物質Ｍの温度勾配Ｔｇを変化させる、言い換えれば、相転移領域ＩＦを移動させれば、物質Ｍ中の移動体ｍを移動させることができるのである。
The phase transition region IF passes through the position where the object m is first immersed and moves to the left of the position. When the phase transition region IF reaches the position of the moving object m, the moving object m It moves while being in contact with the phase transition region IF together with the transition region IF (FIG. 4A).
That is, by adjusting the thermal energy applied to the substance M to change the temperature gradient Tg of the substance M, in other words, by moving the phase transition region IF, the moving body m in the substance M can be moved. is there.
逆に、図４（Ｂ）に示すように、物質Ｍ中の最低温度はそのままで最高温度が高くなるように温度勾配Ｔｇを変化させると（Ｔｇ１→Ｔｇ３）、相転移領域ＩＦは、液体相Ｌ側から液晶相ＬＣ側に向かって移動する（ＩＦ１→ＩＦ３）。このときは、相転移領域ＩＦは、最初に物体ｍが浸漬されている位置を通過して、その位置よりも右側に移動するが、この場合には、移動体ｍは移動せず、相転移領域ＩＦだけが右側に移動する（図４（Ｂ））。 On the contrary, as shown in FIG. 4B, when the temperature gradient Tg is changed so that the maximum temperature becomes high while keeping the minimum temperature in the substance M (Tg 1 → Tg 3 ), the phase transition region IF is It moves from the liquid phase L side toward the liquid crystal phase LC side (IF 1 → IF 3 ). At this time, the phase transition region IF first passes through the position where the object m is immersed and moves to the right side of the position. In this case, the moving body m does not move, and the phase transition Only the region IF moves to the right (FIG. 4B).
したがって、上記のごとき物体移動機構では、物質Ｍ中に液体相Ｌの領域と液晶相ＬＣの領域とを形成し、物質Ｍの温度勾配Ｔｇを変化させて相転移領域ＩＦを液体相Ｌに向かって移動させれば、液体相Ｌの領域に存在する移動体ｍを、相転移領域ＩＦの移動する方向に相転移領域ＩＦとともに移動させることができるのである。 Therefore, in the object moving mechanism as described above, the region of the liquid phase L and the region of the liquid crystal phase LC are formed in the substance M, and the temperature gradient Tg of the substance M is changed to move the phase transition region IF toward the liquid phase L. The moving body m existing in the region of the liquid phase L can be moved together with the phase transition region IF in the moving direction of the phase transition region IF.
上記現象が生じるのは、以下の理由と考えられる。
液晶相ＬＣ中では、全液晶分子がある方向に配向した状態で存在しているのに対し、液体中では分子が無秩序な状態（等方状態）で存在している。すると、物質Ｍ中に移動体ｍが存在している場合、物質Ｍと移動体ｍを含む系全体では、移動体ｍが液晶相ＬＣ中に存在するよりも移動体ｍが液体相Ｌ中に存在する方がエネルギ的に低い状態をとることになる。なぜなら、液晶相ＬＣ中に存在する移動体ｍは、液晶分子の配向を乱すからである。
すると、相転移領域ＩＦが液晶相ＬＣ側から液体相Ｌ側に移動する場合、液体相Ｌ中に存在する移動体ｍは、液晶ＬＣ中に存在したくない、言い換えれば、物質Ｍと移動体ｍを含む系がエネルギ的に低い状態を維持しようとするために、移動体ｍが液体相Ｌ中に存在し続けようとする。このため、相転移領域ＩＦが液晶相ＬＣ側から液体相Ｌ側に移動する場合には、移動体ｍは相転移領域ＩＦに押されているかのように、相転移領域ＩＦとともに移動するのである。
一方、相転移領域ＩＦが液体相Ｌ側から液晶相ＬＣ側に移動する場合、液晶相ＬＣ中に存在する移動体ｍは液体相Ｌ中に移動しようとする。このため、相転移領域ＩＦが液体相Ｌ側から液晶相ＬＣ側に移動するときには、移動体ｍはその位置に停止したまま、相転移領域ＩＦを通過させるのである。
The above-mentioned phenomenon occurs for the following reasons.
In the liquid crystal phase LC, all the liquid crystal molecules exist in a state aligned in a certain direction, whereas in the liquid, the molecules exist in a disordered state (isotropic state). Then, when the moving body m exists in the substance M, in the entire system including the substance M and the moving body m, the moving body m is in the liquid phase L rather than the moving body m is present in the liquid crystal phase LC. If it exists, the energy is lower. This is because the moving body m present in the liquid crystal phase LC disturbs the alignment of the liquid crystal molecules.
Then, when the phase transition region IF moves from the liquid crystal phase LC side to the liquid phase L side, the moving body m present in the liquid phase L does not want to exist in the liquid crystal LC. In other words, the substance M and the moving body In order for the system containing m to maintain an energetically low state, the moving body m tries to continue to exist in the liquid phase L. For this reason, when the phase transition region IF moves from the liquid crystal phase LC side to the liquid phase L side, the moving body m moves together with the phase transition region IF as if pushed by the phase transition region IF. .
On the other hand, when the phase transition region IF moves from the liquid phase L side to the liquid crystal phase LC side, the moving body m present in the liquid crystal phase LC tends to move into the liquid phase L. Therefore, when the phase transition region IF moves from the liquid phase L side to the liquid crystal phase LC side, the moving body m passes through the phase transition region IF while stopping at that position.
そして、上記のごとき原理によって相転移領域ＩＦの移動にともなう移動体ｍの移動が生じるので、物質Ｍが液晶相ＬＣになったときにおける液晶分子の配向を拘束する拘束手段を設けておけば、液晶分子の配向を拘束する力が強くなり、転移領域ＩＦの移動に伴う移動体ｍの移動が生じやすくなるので、好適である。 Then, the movement of the moving body m caused by the movement of the phase transition region IF the principles such as described above occurs, if provided with a restraining means for restraining the orientation of the liquid crystal molecules at the time when the material M becomes liquid phase LC, This is suitable because the force that restrains the alignment of the liquid crystal molecules becomes strong, and the movement of the moving body m easily occurs with the movement of the transition region IF.
また、上記の加熱手段Ｈおよび冷却手段Ｃが、後述する物体選別機構の温度勾配形成手段に相当し、加熱手段Ｈおよび冷却手段Ｃによって物質Ｍを加熱冷却して温度勾配Ｔｇを変化させる機能が後述する物体選別機構の相転移領域調整機能および移動速度調整機能に相当する。
なお、上記例では、加熱手段Ｈや冷却手段ＣはプレートＰの外面から物質Ｍを加熱冷却する場合を説明したが、物質Ｍを加熱冷却できるのであれば、加熱手段Ｈや冷却手段Ｃを設ける位置はとくに限定されない。例えば、加熱手段Ｈや冷却手段Ｃを物質Ｍに直接接触させて加熱冷却してもよい。
Further, the heating means H and the cooling means C described above correspond to a temperature gradient forming means of an object selection mechanism to be described later, and the function of heating and cooling the substance M by the heating means H and the cooling means C to change the temperature gradient Tg. This corresponds to a phase transition region adjustment function and a movement speed adjustment function of an object selection mechanism described later.
In the above example, the heating means H and the cooling means C are described as heating and cooling the substance M from the outer surface of the plate P. However, if the substance M can be heated and cooled, the heating means H and the cooling means C are provided. The position is not particularly limited. For example, the heating means H or the cooling means C may be brought into direct contact with the substance M for heating and cooling.
さらに、温度勾配形成手段は、上記のごとき加熱手段Ｈおよび冷却手段Ｃを備えたものに限られず、物質Ｍ中に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配Ｔｇを形成させることができるものであればとくに限定されない。
具体的には、物質Ｍを強制的に加熱冷却するなどして、物質Ｍ中に強制的に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配Ｔｇを形成させることができるものや、室温との相対的な温度差によて相転移温度Ｔｃを含む温度勾配Ｔｇを形成させることができるもの等を温度勾配形成手段として採用することができる。
Further, the temperature gradient forming means is not limited to the one provided with the heating means H and the cooling means C as described above, and any means can be used as long as it can form a temperature gradient Tg including the phase transition temperature Tc in the substance M. It is not limited.
Specifically, the material M can be forcibly heated and cooled to form a temperature gradient Tg including the phase transition temperature Tc in the material M, or a temperature relative to room temperature. What can form the temperature gradient Tg including the phase transition temperature Tc due to the difference can be adopted as the temperature gradient forming means.
例えば、図３における冷却手段Ｃに代えて加熱手段Ｈを設け、プレートＰの両側に加熱手段Ｈを設けてもよい。この場合、一方の加熱手段Ｈだけで物質Ｍを加熱しても、物質Ｍ中に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配を形成させることができるし、また、両加熱手段Ｈによる加熱状態を調整しても、物質Ｍ中に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配を形成させることができる。
逆に、図３における加熱手段Ｈに冷却手段Ｃを設け、プレートＰの両側に冷却手段Ｃを設けてもよい。この場合も、一方の冷却手段Ｃだけで物質Ｍを冷却しても、物質Ｍ中に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配を形成させることができるし、また、両冷却手段Ｃによる冷却状態を調整しても、物質Ｍ中に相転移温度Ｔｃを含む温度勾配を形成させることができる。
For example, instead of the cooling means C in FIG. 3, the heating means H may be provided, and the heating means H may be provided on both sides of the plate P. In this case, even if the substance M is heated only by one heating means H, a temperature gradient including the phase transition temperature Tc can be formed in the substance M, and the heating state by both the heating means H can be adjusted. However, a temperature gradient including the phase transition temperature Tc can be formed in the substance M.
Conversely, the cooling means C may be provided in the heating means H in FIG. 3, and the cooling means C may be provided on both sides of the plate P. Also in this case, even if the substance M is cooled by only one cooling means C, a temperature gradient including the phase transition temperature Tc can be formed in the substance M, and the cooling state by both the cooling means C is adjusted. Even in this case, a temperature gradient including the phase transition temperature Tc can be formed in the substance M.
また、温度勾配形成手段として、図３におけるプレートＰの下面全面に、物質Ｍを加熱冷却できる、例えば、ペルチェ素子等を複数設けてもよい。この場合、各ペルチェ素子等の温度を調整すれば、物質Ｍ中に所望の温度勾配を形成することができる。すると、物質Ｍ中に所望の形状を有する相転移領域ＩＦを形成できるし、この相転移領域ＩＦを所望の方向に所望の速度で移動させることも可能である。 Further, as the temperature gradient forming means, for example, a plurality of Peltier elements or the like that can heat and cool the substance M may be provided on the entire lower surface of the plate P in FIG. In this case, a desired temperature gradient can be formed in the substance M by adjusting the temperature of each Peltier element or the like. Then, a phase transition region IF having a desired shape can be formed in the substance M, and the phase transition region IF can be moved in a desired direction at a desired speed.
さらに、温度勾配形成手段として、所望の温度分布を表面に形成させることができる平板（例えば、銅板等）を、図３におけるプレートＰの下面に設けてもよい。この場合、平板の表面と同等の温度分布を物質Ｍ内に形成させることができる。すると、平板の温度分布を調整すれば、物質Ｍ中に所望の温度分布、つまり、所望の温度勾配Ｔｇを形成することができるから、物質Ｍ中に所望の形状を有する相転移領域ＩＦを形成できるし、この相転移領域ＩＦを所望の方向に所望の速度で移動させることも可能となる。 Furthermore, as the temperature gradient forming means, a flat plate (for example, a copper plate) capable of forming a desired temperature distribution on the surface may be provided on the lower surface of the plate P in FIG. In this case, a temperature distribution equivalent to the surface of the flat plate can be formed in the substance M. Then, if the temperature distribution of the flat plate is adjusted, a desired temperature distribution, that is, a desired temperature gradient Tg can be formed in the material M, so that a phase transition region IF having a desired shape is formed in the material M. In addition, the phase transition region IF can be moved in a desired direction at a desired speed.
さらに、物質Ｍ全体が同一相の状態から、物質Ｍ全体の温度を、急激に上昇させるまたは急激に低下させることによっても、相転移領域ＩＦを形成させて移動させることができる。具体的には、全面液晶相ＬＣの状態の物質Ｍを、温度勾配形成手段によって物質Ｍ全体を相転移温度Ｔｃ以上に急激に加熱した場合には、最初に液体相Ｌとなった場所から液体相Ｌが広がるにつれて相転移領域ＩＦを移動させることができる。逆に、全面液体相Ｌの状態の物質Ｍを、温度勾配形成手段によって物質Ｍ全体を相転移温度Ｔｃ以下に急激に冷却した場合には、最初に液晶相ＬＣとなった場所から液体相Ｌが広がるにつれて相転移領域ＩＦを移動させることができる。 Furthermore, the phase transition region IF can also be formed and moved by rapidly increasing or rapidly decreasing the temperature of the entire substance M from the state where the entire substance M is in the same phase. Specifically, when the entire material M is rapidly heated to a temperature higher than the phase transition temperature Tc by the temperature gradient forming means, the material M in the entire liquid crystal phase LC is liquid from the place where the liquid phase L is first formed. As the phase L expands, the phase transition region IF can be moved. On the other hand, when the substance M in the entire liquid phase L is rapidly cooled to the phase transition temperature Tc or less by the temperature gradient forming means, the liquid phase L from the place where it first becomes the liquid crystal phase LC. As phase increases, the phase transition region IF can be moved.
さらに、温度勾配形成手段として、物質Ｍの全体を同じ温度で加熱または冷却するものを設けてもよい。この場合でも、物質Ｍが液晶相ＬＣと液体層Ｌを有している場合、温度勾配形成手段によって物質Ｍの全体を相転移温度Ｔｃとなるようにしておけば、相転移領域ＩＦが移動しない状態かつ液晶相ＬＣと液体層Ｌとが共存する状態に維持できる。そして、上記状態から、温度勾配形成手段によって、物質Ｍの温度が、相転移温度Ｔｃより高くなるように、または、相転移温度Ｔｃより低くなるように、物質Ｍを加熱又は冷却すると、物質Ｍの温度変化に伴って、相転移領域ＩＦを移動させることができる。 Further, as the temperature gradient forming means, one that heats or cools the entire substance M at the same temperature may be provided. Even in this case, when the substance M has the liquid crystal phase LC and the liquid layer L, the phase transition region IF does not move if the entire substance M is set to the phase transition temperature Tc by the temperature gradient forming means. The liquid crystal phase LC and the liquid layer L can be maintained in a coexisting state. Then, when the substance M is heated or cooled so that the temperature of the substance M becomes higher than the phase transition temperature Tc or lower than the phase transition temperature Tc by the temperature gradient forming means from the above state, the substance M As the temperature changes, the phase transition region IF can be moved.
（物体選別機構の説明）
上述したように、相転移領域ＩＦを移動させれば、物質Ｍに浸漬されている移動体ｍを移動させることができるが、相転移領域ＩＦの移動速度が速くなれば、移動体ｍが相転移領域ＩＦの移動に追従できない場合がある。具体的には、移動体ｍの質量が重い場合や、移動体ｍの粒径が小さい場合などのように相転移領域ＩＦから移動体ｍに加わる力が小さい場合には、相転移領域ＩＦの移動速度が速くなると、移動体ｍが相転移領域ＩＦの移動に追従できなくなり、移動体ｍが液晶相ＬＣ側に残されることになる。
つまり、物質Ｍ中に複数の移動体ｍを浸漬しておけば、相転移領域ＩＦの移動速度を調整することによって、複数の移動体ｍを、その移動に追従できる移動体ｍと、その移動に追従できない移動体ｍと選別することができるのである。
(Description of the object selection mechanism)
As described above, if the phase transition region IF is moved, the moving body m immersed in the substance M can be moved. However, if the moving speed of the phase transition region IF is increased, the moving body m becomes a phase. In some cases, the movement of the transition region IF cannot be followed. Specifically, when the mass of the moving body m is heavy or when the force applied to the mobile m from the phase transition region IF as in the case the particle size of the moving body m is small is small, the phase transition region IF When the moving speed is increased, the moving body m cannot follow the movement of the phase transition region IF, and the moving body m is left on the liquid crystal phase LC side.
That is, if a plurality of moving bodies m are immersed in the substance M, by adjusting the moving speed of the phase transition region IF, the moving bodies m that can follow the movement and the movement Therefore, it can be selected from the moving body m that cannot follow the above.
例えば、図１に示すように、相転移領域ＩＦを図中左側から右側に移動させる場合、まず、相転移領域ＩＦの移動速度をＶ１とすれば、移動速度をＶ１に追従できない移動体ｍ１は液晶相ＬＣ側に残される。つまり、そのままの位置に残されるのである。一方、移動速度Ｖ１に追従できる移動体ｍ２〜ｍ５は相転移領域ＩＦとともに移動する。液晶相ＬＣ側に残される。
ついで、相転移領域ＩＦの移動速度をＶ２とすれば、移動速度をＶ１には追従できたが移動速度をＶ２には追従できない移動体ｍ２は液晶相ＬＣ側に残される。つまり、相転移領域ＩＦの移動速度をＶ１からＶ２に変化させた位置に移動体ｍ２は残される。一方、移動速度Ｖ２に追従できる移動体ｍ３〜ｍ５は相転移領域ＩＦとともに移動する。
そして、相転移領域ＩＦを右端まで移動させると、移動体ｍ３〜ｍ５を右端に集めることができるのである。
For example, as shown in FIG. 1, when moving the phase transition region IF from the left side to the right side in the figure, first, if the moving speed of the phase transition region IF is V1, the moving body m1 that cannot follow the moving speed V1 is It remains on the liquid crystal phase LC side. That is, it is left in the same position. On the other hand, the moving bodies m2 to m5 that can follow the moving speed V1 move together with the phase transition region IF. It remains on the liquid crystal phase LC side.
Next, if the moving speed of the phase transition region IF is V2, the moving body m2 that can follow the moving speed V1 but cannot follow the moving speed V2 remains on the liquid crystal phase LC side. That is, the moving body m2 remains at a position where the moving speed of the phase transition region IF is changed from V1 to V2. On the other hand, the moving bodies m3 to m5 that can follow the moving speed V2 move together with the phase transition region IF.
When the phase transition region IF is moved to the right end, the moving bodies m3 to m5 can be collected at the right end.
以上のごとくであるから、相転移領域ＩＦの移動速度を調整すれば、物質Ｍの液体相Ｌに位置する移動体ｍのうち、移動速度Ｖに追従できる移動体ｍのみを相転移領域ＩＦとともに移動させることができ、移動速度Ｖに追従できない物体を液晶相ＬＣ側に残すことができる。
よって、相転移領域ＩＦの移動速度Ｖを調整すれば、液体層Ｌに存在する複数の移動体ｍを、その性質によって選別することができる。
As described above, if the moving speed of the phase transition region IF is adjusted, only the moving body m that can follow the moving speed V among the moving bodies m positioned in the liquid phase L of the substance M together with the phase transition region IF. An object that can be moved and cannot follow the moving speed V can be left on the liquid crystal phase LC side.
Therefore, by adjusting the moving speed V of the phase transition region IF, a plurality of moving bodies m present in the liquid layer L can be selected according to their properties.
しかも、移動速度Ｖを変化させる位置を調整すれば、移動体ｍが液晶層ＬＣに残留する位置を調整することができるし、その位置で、相転移領域ＩＦに沿った状態で配置することができる。すると、物質Ｍ中において、相転移領域ＩＦの移動方向における所定の位置に、所定の移動体ｍを並べて配置することができるのである。 Moreover, by adjusting the position of changing the moving velocity V, to the mobile m can adjust the position remaining in the liquid crystal layer LC, at that position, be arranged in a state along the phase transition region IF it can. Then, in the substance M, the predetermined moving body m can be arranged side by side at a predetermined position in the moving direction of the phase transition region IF.
なお、相転移領域ＩＦの移動速度は、物質Ｍ中に形成させる温度勾配Ｔｇの変化割合を調整すれば、自由に調整することができる。つまり、温度勾配Ｔｇを短時間で変化させれば相転移領域ＩＦの移動速度を速くできるし、温度勾配Ｔｇをゆっくりと変化させれば相転移領域ＩＦの移動速度を遅くすることができる。
また、物質Ｍの温度を急激に変化させた場合（つまり、物質Ｍを急激に加熱または冷却した場合）でも、相転移領域ＩＦの移動速度を速くできるし、逆に、物質Ｍの温度を緩やかに変化させた場合（つまり、物質Ｍを緩やかに加熱または冷却した場合）でも、相転移領域ＩＦの移動速度を遅くできる。
The moving speed of the phase transition region IF can be freely adjusted by adjusting the rate of change of the temperature gradient Tg formed in the substance M. That is, if the temperature gradient Tg is changed in a short time, the moving speed of the phase transition region IF can be increased, and if the temperature gradient Tg is changed slowly, the moving speed of the phase transition region IF can be decreased.
Further, even when the temperature of the substance M is suddenly changed (that is, when the substance M is rapidly heated or cooled), the moving speed of the phase transition region IF can be increased, and conversely, the temperature of the substance M is gradually decreased. Even when changed to (that is, when the substance M is gently heated or cooled), the moving speed of the phase transition region IF can be reduced.
そして、温度勾配形成手段として、物質Ｍ中の温度勾配Ｔｇを迅速に逆転させることができる機能を有するものを採用すれば、相転移領域ＩＦを静止させた状態で、液晶相ＬＣの領域と液体相Ｌの領域を逆転させることが可能となる。すると、相転移領域ＩＦの移動に伴って移動体ｍの移動方向させることができる領域を逆向きにすることができるから、移動体ｍを一方向だけでなく、双方向に移動させることが可能となる。
すると、液晶相ＬＣ側と液体相Ｌ側の位置を逆転させれば、相転移領域ＩＦの移動方向を逆向きにすることができるから、選別した移動体ｍを互いに離間した位置に集めることができる。
If a device having a function capable of quickly reversing the temperature gradient Tg in the substance M is adopted as the temperature gradient forming means, the liquid crystal phase LC region and the liquid can be kept in a state where the phase transition region IF is stationary. It becomes possible to reverse the region of phase L. Then, since the region in which the moving body m can be moved can be reversed in accordance with the movement of the phase transition region IF, the moving body m can be moved not only in one direction but also in both directions. It becomes.
Then, if the positions of the liquid crystal phase LC side and the liquid phase L side are reversed, the moving direction of the phase transition region IF can be reversed, so that the selected moving bodies m can be collected at positions separated from each other. it can.
例えば、図２であれば、右側に液体相Ｌの領域、左側に液晶相ＬＣの領域が形成されているので、相転移領域ＩＦを移動速度Ｖ１で左側から右側に移動させれば、移動速度Ｖ１に追従できる移動体ｍを左側から右側に向かって移動させることができ、移動体ｍを物質Ｍの右端に集めることができる。このとき、移動速度Ｖ１に追従できない移動体ｍは、液晶相ＬＣ中に残される。
この状態から、液晶相ＬＣの領域と液体相Ｌの領域を逆転させて、左側に液体相Ｌの領域、右側に液晶相ＬＣの領域が存在するようにして、右端に集められた移動体ｍが移動できない速度Ｖ２で相転移領域ＩＦを右側に移動させたのち、移動速度Ｖ１に追従できなかった移動体ｍの位置において、これらの移動体ｍが追従できる速度Ｖ３に相転移領域ＩＦの移動速度を落とせば、移動速度Ｖ１に追従できなかった移動体ｍを、物質Ｍの左端に集めることができる。
For example, in FIG. 2, since the liquid phase L region is formed on the right side and the liquid crystal phase LC region is formed on the left side, if the phase transition region IF is moved from the left side to the right side at the moving speed V1, the moving speed is increased. The moving body m that can follow V1 can be moved from the left side to the right side , and the moving body m can be collected at the right end of the substance M. At this time, the moving body m that cannot follow the moving speed V1 is left in the liquid crystal phase LC.
From this state, by reversing the region and the region of the liquid phase L in the liquid crystal phase LC, regions of the liquid phase L to the left, as the area of the liquid crystal phase LC is present on the right side, the mobile m collected at the right end After moving the phase transition region IF to the right side at a speed V2 at which the mobile body m cannot move, the movement of the phase transition region IF to a speed V3 at which the mobile body m can follow at the position of the mobile body m that cannot follow the moving speed V1. If the speed is decreased, the moving body m that cannot follow the moving speed V1 can be collected at the left end of the substance M.
さらに、物質Ｍ中に、相転移領域ＩＦを挟んで液晶相ＬＣと液体相Ｌの両方が形成されている場合において、液体相Ｌ側を冷却し、液体相Ｌ側を物質Ｍの相転移温度Ｔｃ以下となるように冷却すれば、液体相Ｌを挟むように一対の相転移領域ＩＦを形成することができる。すると、一対の相転移領域ＩＦは互いに接近するように移動させることができるので、その移動速度を調整すれば、所定の物質ｍを物質Ｍの中央に集めることができる。
なお、液晶相ＬＣ側を物質Ｍの相転移温度Ｔｃ以上となるように加熱し、液体相Ｌ側を物質Ｍの相転移温度Ｔｃ以下となるように冷却すれば、物質Ｍ中に３つの相転移領域ＩＦを形成することができる。すると、各相転移領域ＩＦの移動速度を調整すれば、物質ｍを集める位置等の調整の自由度を高くすることができる。
Furthermore, when both the liquid crystal phase LC and the liquid phase L are formed in the substance M with the phase transition region IF interposed therebetween, the liquid phase L side is cooled, and the liquid phase L side is cooled to the phase transition temperature of the substance M. if the cooling such that the Tc or less so as to sandwich the liquid phase L can form a pair of phase transition region iF. Then, since the pair of phase transition regions IF can be moved so as to approach each other, the predetermined substance m can be collected at the center of the substance M by adjusting the moving speed.
If the liquid crystal phase LC side is heated so as to be equal to or higher than the phase transition temperature Tc of the substance M, and the liquid phase L side is cooled so as to be equal to or lower than the phase transition temperature Tc of the substance M, three phases in the substance M are obtained. it is possible to form the transition region IF. Then, if the moving speed of each phase transition region IF is adjusted, the degree of freedom in adjusting the position where the substance m is collected can be increased.
液体−液晶間相転移を利用した物体移動機構によって物体を移動させることを確認した。
実験は、図５（Ａ）に示すような試験セル１を用い、試験セル１中の物質Ｍの温度勾配を変化させたときにおける物質Ｍ中の微粒子ｍの移動を確認した。
It was confirmed that the object was moved by the object movement mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition.
In the experiment, the test cell 1 as shown in FIG. 5A was used, and the movement of the fine particles m in the substance M when the temperature gradient of the substance M in the test cell 1 was changed was confirmed.
試験セル１は、２枚のガラス平板２(18mm×18mm)と、このガラス平板２の対向する面に作成した配向膜３と、フィルム状のスペーサ４（厚さ50μm）とから構成されている。そして、２枚のガラス平板２間に、物質Ｍ(4-Cyano・41-n-penty)biphenll〔5CB〕）を配置し、この物質Ｍ中にSio2微粒子ｍ(直径2.5μm)を混入している。
なお、２枚のガラス平板２は、両者の間の空間に物質Ｍを流し込みやすくするために、その位置を少しズラして配置している。
また、配向膜３には、垂直配向膜を使用した。
The test cell 1 is composed of two glass flat plates 2 (18 mm × 18 mm), an alignment film 3 formed on the opposing surface of the glass flat plate 2, and a film-like spacer 4 (thickness 50 μm). . A substance M (4-Cyano 41-n-penty) biphenll [5CB]) is placed between two glass plates 2, and Sio2 fine particles m (diameter 2.5 μm) are mixed in the substance M. Yes.
In addition, in order to make it easy to pour the substance M into the space between the two glass flat plates 2, the positions thereof are slightly shifted.
The alignment film 3 was a vertical alignment film.
図５（Ｂ）に示すように、前記試験セル１を用いた実験装置１０は、試験セル１中の物質Ｍに温度勾配を与えるための２基のサーモモジュール１１(80mmX80mm)と、この２基のサーモモジュール１１に跨るように配設された銅板１２と、この銅１２上に配置されたスライドガラス１３とを備えており、このスライドガラス１３上に試験セル１を配置して実験を行った。
なお、外気温の影響を遮断するために、実験装置１０を断熱ケース１４内に配置した状態で実験を行った。
As shown in FIG. 5B, the experimental apparatus 10 using the test cell 1 includes two thermomodules 11 (80 mm × 80 mm) for applying a temperature gradient to the substance M in the test cell 1, and the two units. The copper plate 12 disposed so as to straddle the thermo module 11 and the slide glass 13 disposed on the copper 12 were provided, and the test cell 1 was disposed on the slide glass 13 for the experiment. .
In addition, in order to block the influence of the outside air temperature, the experiment was performed in a state where the experimental apparatus 10 was disposed in the heat insulating case 14.
また、試験セル１の温度勾配は、温度コントローラ(CELLシステムTDC-2000(分解能0.Ol℃))によって２基のサーモモジュール１１を異なった温度に設定することによって調整した。温度コントローラには、スライドガラス１３に取り付けられた２つの熱電対１５(1.6mmX3.2mm)が接続されており、この２つの熱電対が測定する温度に基づいて温度コントローラは２基のサーモモジュール１１の作動を制御している。 Moreover, the temperature gradient of the test cell 1 was adjusted by setting the two thermomodules 11 to different temperatures with a temperature controller (CELL system TDC-2000 (resolution: 0.l ° C.)). Two thermocouples 15 (1.6 mm × 3.2 mm) attached to the slide glass 13 are connected to the temperature controller. Based on the temperatures measured by the two thermocouples, the temperature controller is provided with two thermo modules 11. Is controlling the operation.
また、試験セル１中の物質Ｍの状況および微粒子ｍの挙動は、断熱ケース１４の上面に設けた観察穴から偏光顕微鏡映像をCCDカメラを用いて撮影した。
なお、CCDカメラによる撮影のための光を確保するために、銅板１２および断熱ケース１４の下面に孔を形成し、この孔から光を試験セル１に照射した。
そして、液晶相ＬＣ、液体相Ｌの両方を透過する光を受光するために、試験セル１に光を照射する光源と試験セル１との間には偏光子を配置しており、試験セル１とCCDカメラとの間には検光子を配置している。
Moreover, the state of the substance M in the test cell 1 and the behavior of the fine particles m were obtained by taking a polarization microscope image from an observation hole provided on the upper surface of the heat insulating case 14 using a CCD camera.
In addition, in order to ensure the light for imaging | photography with a CCD camera, the hole was formed in the lower surface of the copper plate 12 and the heat insulation case 14, and the test cell 1 was irradiated with light from this hole.
And in order to receive the light which permeate | transmits both the liquid crystal phase LC and the liquid phase L, the polarizer is arrange | positioned between the light source which irradiates light to the test cell 1, and the test cell 1, Test cell 1 An analyzer is placed between the camera and the CCD camera.
つぎに、実験結果を説明する。
図６において、黒い点は微粒子ｍであり、黒い帯状の部分が相界面（相転移領域）であり、図中相界面に対して、左側の領域が液体相Ｌであり右側の領域が液晶相ＬＣである。 なお、図６（ａ）、（ｃ）の状態では、２つの熱電対１５によって測定される温度が、右側が29℃、左側が39℃（温度勾配0.33℃／mm）となるように２つのサーモモジュール１１によって温度が調整されている。
Next, experimental results will be described.
In FIG. 6, the black dots are fine particles m, the black belt-shaped portion is a phase interface (phase transition region), the left region is the liquid phase L, and the right region is the liquid crystal phase with respect to the phase interface in the figure. LC. 6 (a) and 6 (c), two temperatures are measured by the two thermocouples 15 so that the right side is 29 ° C. and the left side is 39 ° C. (temperature gradient 0.33 ° C./mm). The temperature is adjusted by the thermo module 11.
まず、図６（ａ）の状態（温度勾配0.33℃／mm）において、相界面を挟んで両側に微粒子ｍが存在していることが確認できる。この状態から温度勾配を変化させると（右側のサーモモジュール１１をOFFにすると）、右側の温度が上昇するので、相界面が液体相側から液晶相側に向かって動くことが確認できる（図６（ａ），（ｂ））。しかし、この場合には、白い２つの円で囲まれた微粒子ｍは相界面が通過する前後でほとんど移動していない。つまり、相界面が移動しても、微粒子ｍは移動されないことが確認できる。 First, in the state of FIG. 6A (temperature gradient 0.33 ° C./mm), it can be confirmed that fine particles m exist on both sides of the phase interface. When the temperature gradient is changed from this state (when the right thermo module 11 is turned OFF), the right temperature rises, so that it can be confirmed that the phase interface moves from the liquid phase side toward the liquid crystal phase side (FIG. 6). (A), (b)). However, in this case, the fine particles m surrounded by two white circles hardly move before and after the phase interface passes. That is, it can be confirmed that the fine particles m are not moved even when the phase interface moves.
逆に、図６（ｃ）の状態から温度勾配を変化させると（左側のサーモモジュールをOFFにすると）、左側の温度が下降するので、相界面が液晶相側から液体相側に向かって動くことが確認できる（図６（ｃ），（ｄ））。そして、相界面の移動に伴って、微粒子ｍも元の位置から相界面の移動方向、つまり、左側に向かって移動していることが確認できる。しかも、２つの微粒子ｍは、移動前は左右方向の位置がずれていたのであるが（図６（ｃ））、移動後は相界面に沿って並んだ状態となっている（図６（ｄ））。
以上のことから、２つの微粒子ｍは、相界面の移動に伴って、相界面に押されるように移動したこと考えられる。
Conversely, when the temperature gradient is changed from the state shown in FIG. 6C (when the left thermo module is turned OFF), the temperature on the left side decreases, so the phase interface moves from the liquid crystal phase side toward the liquid phase side. This can be confirmed (FIGS. 6C and 6D). As the phase interface moves, it can be confirmed that the fine particles m are also moved from the original position toward the moving direction of the phase interface, that is, toward the left side. In addition, the two fine particles m are displaced in the left-right direction before the movement (FIG. 6C), but are aligned along the phase interface after the movement (FIG. 6D). )).
From the above, it is considered that the two fine particles m moved so as to be pushed by the phase interface with the movement of the phase interface.
以上の実験結果からも、液体相と液晶相とを取り得る物質では、本発明の物体選別機構によって、相界面を移動させることによって物質中の物体を相界面とともに移動させることが確認できる。 From the above experimental results, it can be confirmed that, in a substance that can take a liquid phase and a liquid crystal phase, the object in the substance is moved together with the phase interface by moving the phase interface by the object selection mechanism of the present invention.
本発明の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構は、少ない熱エネルギによって微小な物体を移動し選別する装置に適用できる。 The object sorting mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition of the present invention can be applied to an apparatus that moves and sorts a minute object with less heat energy.
Ｌ 液体相
ＬＣ 液晶相
Ｍ 物質
ｍ 移動体
ＩＦ 相転移領域
Ｔｃ 相転移温度
Ｔｇ 温度勾配
L liquid phase LC liquid crystal phase M substance m moving body IF phase transition region Tc phase transition temperature Tg temperature gradient
Claims (8)
前記物質と、
該物質中に、相転移温度の相転移領域を形成させる相転移領域形成手段と、を備えており、
該相転移領域形成手段は、
前記物質中において相転移領域を移動させる相転移領域調整機能と、
前記相転移領域の移動速度を調整する移動速度調整機能とを有している
ことを特徴とする液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構。 A mechanism for selecting an object immersed in a substance capable of taking a liquid state and a liquid crystal state,
Said substance ;
Phase transition region forming means for forming a phase transition region having a phase transition temperature in the substance, and
The phase transition region forming means includes
A phase transition region adjusting function for moving the phase transition region in the substance;
An object selection mechanism using liquid-liquid crystal phase transition, which has a movement speed adjustment function for adjusting the movement speed of the phase transition region.
前記物質中に、相転移温度を含む温度勾配を形成させる温度勾配形成手段である
ことを特徴とする請求項１記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構。 The phase transition region forming means includes
2. The object selection mechanism using liquid-liquid crystal phase transition according to claim 1, wherein the object is a temperature gradient forming means for forming a temperature gradient including a phase transition temperature in the substance.
前記物質を冷却する冷却手段と、
該冷却手段に対して離間した位置に配設された、前記物質を加熱する加熱手段とを備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構。 The temperature gradient forming means includes:
Cooling means for cooling the substance;
3. An object selection device using a liquid-liquid crystal phase transition according to claim 1, further comprising a heating unit that heats the substance disposed at a position separated from the cooling unit. mechanism.
前記相転移領域を静止させた状態で、液晶領域と液体領域を逆転させる機能を有する
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構。 The temperature gradient forming means includes:
4. The object selection mechanism using the liquid-liquid crystal phase transition according to claim 1, wherein the liquid crystal region and the liquid region are reversed while the phase transition region is stationary.
該収容部材における前記物質と接触する面には、配向処理が施されている
ことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別機構。 Comprising a housing member for housing the substance;
5. The object selecting mechanism using liquid-liquid crystal phase transition according to claim 1, wherein the surface of the housing member that contacts the substance is subjected to an alignment treatment.
液体状態と液晶状態とを取り得る物質に対して、該物質中に、相転移温度の相転移領域を形成させ、
前記物質中における相転移領域を移動させ、かつ、該相転移領域の移動速度を変化させる
ことを特徴とする液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法。 A method for selecting an object immersed in a substance capable of taking a liquid state and a liquid crystal state,
For a substance that can take a liquid state and a liquid crystal state, a phase transition region having a phase transition temperature is formed in the substance,
An object selection method using liquid-liquid crystal phase transition, wherein a phase transition region in the substance is moved and a moving speed of the phase transition region is changed.
ことを特徴とする請求項６記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法。 7. The object selection method using liquid-liquid crystal phase transition according to claim 6, wherein a temperature gradient including a phase transition temperature is formed in the substance to form the phase transition region in the substance.
ことを特徴とする請求項６または７記載の液体−液晶間相転移を利用した物体選別方法。 8. The object selection method using liquid-liquid crystal phase transition according to claim 6, wherein the liquid crystal region and the liquid region are reversed while the phase transition region is stationary.
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