WO2006134697A1 - 液晶を用いた刺激変形体、及びそれからなる車両用部品 - Google Patents

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Hiroaki Miura
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Definitions

  • the present invention includes, for example, a component that can be transformed by converting electric or other input energy into mechanical energy, such as a motor, a hydraulic type, or a pneumatic type actuator.
  • a component that can be transformed by converting electric or other input energy into mechanical energy such as a motor, a hydraulic type, or a pneumatic type actuator.
  • BACKGROUND OF THE INVENTION 1 Field of the Invention The present invention relates to a stimulus deformable body that can quickly cause an apparent volume change without causing solvent outflow such as liquid, and a vehicle component using such a stimulus deformable body.
  • mechanical drive sources that are generally used include motors, hydraulic and pneumatic actuators, etc., but these are generally made of metal and have a large mass and space. And many of them require a lot of energy as a necessary power source
  • EP-A-1550689 discloses an actuator using a light-weight and space-saving organic material.
  • the conductive polymer used here is an attempt to apply the expansion and contraction of an organic material to the above problem by utilizing an electrochemical oxidation-reduction reaction.
  • the specific example of the obtained shape is a film and shows only one example of the stretching direction and the longitudinal direction, and is not accompanied by a volume change.
  • WO2004054082 gives a combination of a gel and a solvent as an example of the volume change. If force is applied, the deformation speed is very slow because the deformation of the skeletal material is derived by squeezing out the solvent by electrical stimulation from within the skeleton, which also has gel force. In the first place, the gelator that was driven in the solvent is driven in the air, so the solvent tank is held as a system, and there is a sufficient possibility that electrolyte leakage and performance degradation due to electrolysis may occur. And
  • a stimulus deformable body that can be quickly moved with a large displacement in the air is obtained by devising these materials as a cushion shape. It is a problem.
  • the present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems in the conventional organic actuator, and can be reduced in weight and space, and can be transformed by converting input energy into mechanical output.
  • the purpose is to provide new functions to interior parts such as automobiles.
  • the present invention relates to a stimulus deformable body characterized in that a polymer material having voids contains a liquid crystal serving as a driving source in a skeleton other than the voids.
  • a component that exhibits liquid crystallinity as a driving source is a straight chain and a Z or side chain.
  • the present invention relates to a stimulus deformation body characterized by being included.
  • FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view showing an example of the shape of a conventional porous material.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a shape example of a conventional porous material.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the shape of a conventional porous material.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a shape example of a conventional porous material.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a shape example of a conventional porous material.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the shape of a conventional porous material.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the state of liquid crystal and polymer chain in the skeleton of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of the state of liquid crystal and polymer chain in the skeleton of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the state of liquid crystal and polymer chain in the skeleton of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 10a is a schematic cross-sectional view showing the driving principle of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 10b is another schematic cross-sectional view showing the driving principle of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 10c is another schematic cross-sectional view showing the driving principle of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of a manufacturing apparatus for a stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view and a cross section showing an example of a stimulus deformable body provided with an electrode according to the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example in which liquid crystal molecules are aligned in advance by a stimulus deformable body provided with an electrode according to the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram showing an example of a state of liquid crystal molecules and polymer chains in the skeleton of the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic view showing an example of a vehicle component using the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 16 is a schematic view showing another example of a vehicle component using the stimulus deformable body according to the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing an example of an evaluation method according to the present invention.
  • the stimulating deformable body according to the present invention is characterized in that in a porous material made of a polymer and having voids, a liquid crystal serving as a deformation source is contained in a skeleton other than the voids of the porous material.
  • a general porous cushion material is made of closed cells (Fig. 1, a: perspective view, b: cross section cut along line I-I of a) Fig.), Bubbles connected continuously (Fig. 2), bubbles periodically arranged (Figs. 3 and 4), bubbles of uneven size (Fig. 5), There are non-spherical deformed cross-sectional shapes (Fig. 6). These are used as means for tuning the hardness of the cushion and the spring constant.
  • the bubbles are represented by circles or ellipses, but they are representative examples and are not limited thereto.
  • Examples of the polymer material constituting the porous cushion material include polyurethane and polybule. Alcohol, polychlorinated butyl, chlorinated polyethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene acetic acid butyl copolymer, polyethyl methacrylate, polystyrene, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, polybul formal, epoxy, phenol, urea, and silicon Etc. can be exemplified. These materials can be used alone or in combination of two or more.
  • the intent of the present invention is not only to change the static characteristics of such a cushion, but also to improve the dynamic characteristics such as activation, etc.
  • the above functions are realized by combining these ideas.
  • the porous material used in the present invention refers to a material in which the amount of the material used is smaller than the apparent volume obtained from the external dimensions. It has a smaller apparent density than that of the same size.
  • foam materials such as foamed polystyrene, foamed polypropylene, and foamed urethane can be used. Regardless of whether the voids are independent or continuous, these materials are less dense than those obtained from external dimensions.
  • a polymer gel, an elastomer, or the like that has power is also suitable.
  • the voids of these porous materials refer to a portion containing air in the case of open cells, a foamed gas component in the case of closed cells, or air in which it is replaced.
  • a skeleton is made of a polymer other than voids!
  • the size of these voids is not particularly limited, but it is preferable in that a force skeleton deformed easily within a range of several hundred nm to several mm can be easily obtained.
  • the size of the void means the size of each unit of foam in both continuous and single bubbles.
  • the skeleton tends to be relatively thick and the deformation amount is generally reduced.
  • the size or amount of the gap is increased, the skeleton is reduced, so that the shape of the cushion body tends to be difficult to maintain.
  • a force of several to 50 times can be easily obtained, and the force that tends to satisfy both the cushion body and the deformation amount is not particularly limited here.
  • the voids in the porous material are continuous voids.
  • This is a closed cell and the inclusions in that void (evaporated foam The material is compressed by deformation.
  • the amount of deformation tends to be small.
  • the air in that portion can flow out to the outside, and when it becomes large, it can be quickly inhaled. As a result, the amount of deformation is increased and the deformation speed is significantly increased.
  • the porous material used in the present invention preferably has a polymer gel force.
  • polymer gel examples include polyacrylic acid-based, polymethacrylic acid-based, polyacrylamide-based, polybulal alcohol-based, polyacrylonitrile-based, polymethylmethacrylate-based, polyurethane-based, polysulfone-based, and polyester-based materials. , Polyamide and polysiloxane.
  • polyacrylic acid gel polymethacrylic acid gel, polyacrylamide gel, poly (acrylamide-acrylic acid) copolymer gel, poly (acrylamide-methacrylic acid) copolymer gel, poly (acrylamide-trimethyl ( Quaternized gel of N- attalyloyl- 3-aminopropyl) ammodium iodide) copolymer gel, polyacrylamide 2-methylpropane sulfonic acid gel, polybulal alcohol polyacrylic acid composite gel, poly (2-acrylamide-) 2-Methylpropanesulfonic acid-methacrylic acid-2-hydroxylethyl) copolymer gel, poly (2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid-acrylonitrile) copolymer gel, alginate gel, collagen gel, etc.
  • Powerful gels are used alone or in combination of two or more.
  • materials that are based on natural products include corneas, lenses, egg whites, tofu, konnyaku and gelatin gels that are based on natural polymers such as proteins and polysaccharides.
  • the (liquid crystal) elastomer suitable for the present invention basically has a mesogenic group, which is the central skeleton of the liquid crystal molecule, in the polymer chain as a side chain (in this specification, a straight chain terminal is also included in the side chain). )) Which combine to produce an elastomeric liquid crystal phase state.
  • a suitable elastomer it is more preferable to use polysiloxanes in order to obtain a large deformation.
  • polymetatalylate, polychloroatarylate or polystyrene derivatives existing in a glass state at room temperature, and preferred elastomers existing in a liquid crystal state at room temperature are polyatalylate, polysiloxane or polyphosphazene. And copolymers of these forces.
  • preferred mesogenic groups are examples on the long axis of the mesogenic unit. For example, those containing alkyl, alkoxy and Z or oxaalkyl groups having up to 15 chain members.
  • the elastomer is synthesized by, for example, a simple random copolymerization or a random polymer-like addition reaction with a multifunctional crosslinking agent molecule in the same manner as a usual polymer synthesis.
  • a mesogenic monomer is copolymerized with a functional comonomer to form a liquid crystal copolymer, which is converted into a network structure by a crosslinking agent in a second reaction step.
  • the amount of side chain, straight chain and liquid crystal skeleton (mesogenic group) contained in the elastomer is a skeleton in terms of molar ratio.
  • (Elastomer): (Liquid crystal skeleton) about 1: 1, but shape This is preferable because the amount of maintenance and deformation can be increased.
  • the range that can actually be deformed is possible from about 10: 1 to about 1:10, but the amount that can be deformed tends to be small, and the shape tends to be difficult to maintain.
  • the polymer also has foam strength.
  • the stimulating deformable body of the present invention is characterized in that, in a material having a void and made of a polymer, a skeleton other than the void of the material having the void or a liquid crystal serving as a deformation source is contained in the skeleton.
  • the material having the voids is porous, more preferably, the skeleton is impregnated with liquid crystal, and more preferably, the porous material has a polymer gel force. It is characterized by that.
  • the stimulating deformable body of the present invention comprises a polymer, and in a porous material having voids, a liquid serving as a deformation source in a polymer chain of a material that forms a skeleton other than the void portion of the porous material.
  • Crystalline components are included as straight and Z or side chains.
  • the porous material is a polymer gel, and the polymer chain forming the gel contains liquid crystallinity components that are deformation sources as linear and Z or side chains. It is characterized by.
  • the skeleton or the skeleton may be impregnated with liquid crystals.
  • the stimulus deformable body deforms, for example, expands and contracts by applying a temperature stimulus or an electrical stimulus.
  • the liquid crystal used in the present invention is not particularly limited, but is nematic. It is preferable to select the isotropic transition temperature (NI point) to be in the normal temperature range. By setting this temperature range, it is possible to develop functions such as volume change by temperature change.
  • NI point isotropic transition temperature
  • liquid crystal is generally cyclic compounds such as a benzene ring, a cyclohexane ring, a cyclohexene ring, and a hetero ring such as a pyrimidine ring, a dioxane ring, and a pyridine ring.
  • the liquid crystal alone or the mixed liquid crystal is adjusted to have an isotropic phase at room temperature.
  • simple isotropic phases include 4 Pentyl 4'-Cyanobiphenyl (5CB), 4-Hexyl 4, 1-Cyanobiphenyl (6CB), 4-Hexyl —4 'Cyanophylpyridine, 4 mono-hexyl 4 'propyl phenyl cyclohexane, 4-methyl-4' propyl dicyclohexane, 4 mono-hexyl 4'-methoxydicyclohexane, and the like.
  • these simple substances or mixtures are called liquid crystals.
  • the stimulus deformable body of the present invention it is preferable that at least a pair of electrodes is provided on both surfaces thereof.
  • installing at least a pair of electrodes on both surfaces of the stimulus deformable body is particularly effective when deforming by electrical stimulation.
  • low-molecular liquid crystals When low-molecular liquid crystals are included, it is effective both when the skeleton is included in a linear or side chain.
  • liquid crystal in the skeleton of the polymer material As a method of including liquid crystal in the skeleton of the polymer material, a method in which liquid crystal is mixed and dispersed in a monomer before forming a foam in advance, and incorporated into the skeleton when foaming or polymerizing may be used. For example, a method of incorporating liquid crystal into the skeleton by impregnation after foaming. Since liquid crystals are generally non-volatile, they remain in these skeletons. Here, the amount of liquid crystal contained in the skeleton is preferable in terms of maintaining the skeleton strength at which deformation is actually caused by force of about several to 50% of the mass of the skeleton material. Absent.
  • the polymer constituting the stimulating deformable body of the present invention not only has voids, but is preferably formed from a foam in view of the production method.
  • Various materials described so far can be mixed with known bubble generating means, for example, bubble generating means using a pyrolytic foaming agent, bubble generating means using a volatile solvent, or inert under high pressure.
  • Foam molding can be performed by a method such as a bubble generating means that absorbs gas in a polymer and foams the polymer at normal pressure.
  • Closed cells can be produced by a method of using microcapsules containing a volatile component as a force inclusion, or a method of reducing the amount of foaming components using a material that forms open cells.
  • a pre-foamed porous material is immersed in a liquid crystal solvent and impregnated with liquid crystal molecules for about 1 to 10 days, and then the liquid crystal in the void is poured out to impregnate the liquid crystal. be able to.
  • the gap is not completely filled, preferably up to about 90% of the gap. This is because the necessary deformation is hindered when the gap is completely filled.
  • These forms also function as a stimulus deformable body.
  • the increase in mass due to the impregnation is preferably about several to 50% with respect to the mass of the original skeletal material, as in the previously described method of premixing.
  • the porous material used in the present invention preferably has a polymer gel force. Since the polymer gel has a functional group in the skeleton, hydrogen bonds with the liquid crystal functional group can be deformed by interaction such as electrostatic repulsion, and the liquid crystal molecules can be retained in the gel network structure.
  • the above high molecular gel includes a physical gel having no crosslinking point, but more preferably a chemical bond. A chemical gel having a cross-linking point is preferred from the viewpoint of maintaining the shape.
  • a porous material made of a polymer and having voids becomes a deformation source in a polymer chain of a material that forms a skeleton other than the voids of the porous material.
  • a method comprising a component showing liquid crystallinity as a straight chain and / or a side chain. This is a very suitable method in that the liquid crystal molecules are structurally incorporated into the porous material, so that the mixing and impregnation steps are not necessary and the liquid crystal molecules necessary for deformation can be incorporated without waste. is there.
  • a skeleton containing liquid crystal can be formed by adding liquid crystal to a material before foaming various materials by known bubble generating means and then foaming.
  • the addition amount of liquid crystal or the like is not particularly limited, and is, for example, in the range of several% to 50% with respect to the mass of the skeleton material.
  • the skeleton exhibiting liquid crystallinity includes a straight chain and Z or a side chain, for example, as described above
  • the skeleton material and a material exhibiting liquid crystallinity including a straight chain and Z or a side chain may include a known bubble. Foaming can be caused by the generating means.
  • the deformation of the skeleton itself can be induced by temperature stimulation or electrical stimulation, the amount of deformation can be very large.
  • a structure in which a skeleton exhibiting liquid crystallinity in a polymer chain is included in a straight chain (included as a component forming a backbone) and Z or a side chain is referred to as a liquid crystal elastomer.
  • Figs. 7-9 The gap is omitted
  • the porous material is preferably a polymer gel.
  • the above-described polymer gel in the straight chain and Z or side chain of the constituent polymer, it is more preferable because it can be easily deformed while having an appropriate cushioning property.
  • the stimulus deformable body of the present invention is deformed by applying a temperature stimulus or an electrical stimulus.
  • the liquid crystal molecules are in a random alignment state, so that the force to stretch the skeleton does not work, and the skeleton becomes relatively contracted. As a result, the skeleton becomes thick and short, and the voids are small. It becomes small, apparent volume force becomes small.
  • a stimulated deformed body that has been polymerized in a state where liquid crystals are aligned in an electric field in advance retains its initial shape below the isotropic phase transition temperature and decreases above that temperature. Of course, if the temperature is restored, the apparent volume will also be restored. The amount of deformation at this time depends on the alignment direction of the liquid crystal molecules, and there is a tendency to deform more greatly in the longitudinal direction of the liquid crystal molecules.
  • the apparatus shown in FIG. 11 provided with an apparatus for applying an electric field simultaneously to the foaming process is used.
  • the foam molding die 20 is sandwiched between a pair of electric field application electrodes 21, and the covered electric field application electrodes 21 are each connected to a voltage generator 22.
  • the apparent volume can be similarly changed.
  • the electrodes are placed face to face with the cushion, and by applying a voltage, the liquid crystal between the electrodes is aligned.
  • the cushion deformation force S occurs as in the case of the temperature stimulation described above.
  • the electrodes are placed on both sides perpendicular to the alignment axis (Fig. 13) to move the liquid crystal molecules more greatly. Therefore, a large displacement can be taken out.
  • the voltage to be applied at this time is usually about 1 to: LOOV.
  • LOOV When used in a thin shape as a force cushion body, it can be deformed by several mV force or several hundred mV. On the other hand, if it is thick, it can be deformed even at several kV, but there is no particular limitation here.
  • the stimulus deformable body can be moved more greatly by including the liquid crystal in the stimulus deformable body using the polymer gel as the material constituting the skeleton. (Fig. 14: Void is omitted)
  • driving of the skeleton itself and driving of the liquid crystal molecules can be combined to obtain a larger deformation. That is, the liquid crystal and liquid crystal molecules contained in the skeleton itself are added together, and a more excellent effect can be obtained.
  • the stimulus deformable body of the present invention is preferably used as a vehicle component. Replacing the obtained stimulus deformation with cushion materials used for vehicle interior materials improves seating comfort for passengers, improves riding comfort through cushion movement, and transmits signals from the vehicle to the passengers. It is possible to use.
  • the stimulating deformable body of the present invention is a technique that imparts a function that has not existed in the past, and thus is very suitable without adding new space or mass.
  • FIGS. 15 and 16 show the situation when used in a vehicle seat cushion.
  • Fig. 15 (a: Schematic diagram showing the case where the seat is low and b: Schematic diagram showing the case where the seat is high)
  • the seat seat 31 can be raised and lowered without a mechanical mechanism.
  • FIG. 16 (a: schematic diagram showing a case of two people
  • b schematic diagram showing a case of three people)
  • the passenger 33 Depending on the number of people, you can dent or inflate only the necessary part of the seating surface in order to obtain a moderate hold. Since both examples do not have a mechanical mechanism, even if a mechanism according to the present invention is added, a large increase in mass is not caused, and a deterioration in fuel consumption can be prevented.
  • Example 1 N, N, one methylene bisacrylamide as a cross-linking material, acrylamide as a monomer, an aqueous solution containing potassium persulfate as a starting material, and pyrolytic sodium bicarbonate as a foaming material, gently in an environment of 50 ° C Crosslinking was carried out while foaming to obtain a porous material (polymer gel).
  • the size of the gap was approximately 500 m, and the expansion ratio was about 20 times.
  • this porous material was dried, moisture was removed, and then cut into 1-cm square dice and immersed in 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl (5CB) for 10 days. After taking out, it was left for 5 days, 5CB in the void was removed, and a stimulus deformed body was obtained. The mass which was 0.06 Og before impregnation became 0.071 g.
  • This stimulated deformed body exhibited a state of being stretched on the low temperature side and a state of shrinking on the high temperature side, around 35 ° C, which is the isotropic phase transition temperature of the liquid crystal. At this time, when the low temperature side was used as a reference, it shrunk by about 0.2 mm.
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a lcm square stimulus deformed body was obtained, and a silver paste was applied as an electrode to a pair of facing surfaces, and a 0.05 mm diameter copper wire was combined and adhered as an electric wire.
  • a 30-fold foamed urethane cushion was cut into a lcm square dice and immersed in 4-pentyl-4, -shanobi-foil (5CB) for 10 days.
  • the mass that was 0.040 g before impregnation was 0.040 g before impregnation.
  • This stimulated deformed body exhibited a state of stretching on the low temperature side and a state of contracting on the high temperature side, around 35 ° C, which is the isotropic phase transition temperature of the liquid crystal. At this time, when the low temperature side was used as a reference, the shrinkage was about 0.1 mm.
  • Example 3 In the same manner as in Example 3, an lcm square stimulus deformed body was obtained, and a silver paste was applied as an electrode to a pair of facing surfaces, and a 0.05 mm diameter copper wire was combined and adhered as an electric wire.
  • Example 2 The material before foaming similar to Example 1 was mixed with 10% by mass of 5CB, and foamed and bridged at 50 ° C. Next, this porous material was dried to remove moisture, and then cut into a lcm square psycho-mouth shape.
  • This stimulated deformed body exhibited a stretched state on the low temperature side and a shrunk state on the high temperature side with the isotropic phase transition temperature around 35 ° C being the boundary. At this time, when the low temperature side was used as a reference, it shrunk by about 0.2 mm.
  • urethane resin Prior to foaming of urethane resin, 5CB was mixed at a mass ratio of 10% and foamed in the mold while applying an electric field of 10 kV.
  • the obtained urethane had an expansion ratio of about 25 times, and when cut into lcm squares, the mass was 0.048 g.
  • This stimulated deformed body exhibited a state of stretching on the low temperature side and a state of contracting on the high temperature side, around 35 ° C, which is the isotropic phase transition temperature of the liquid crystal. At this time, the shrinkage was about 0.1 mm when the low temperature side was used as a reference.
  • Microcapsule (Matsumoto Yushi Microsphere F-80ED) to obtain closed cells in an aqueous solution containing N, N, methylenebisacrylamide as a cross-linking material, acrylamide as a monomer, and potassium persulfate as an initiator.
  • N, N, methylenebisacrylamide as a cross-linking material
  • acrylamide as a monomer
  • potassium persulfate as an initiator.
  • a porous material polymer gel
  • the obtained porous material was 90% by mass of the skeletal material and 10% by mass of the liquid crystal.
  • This stimulated deformed body exhibited a stretched state on the low temperature side and a shrunk state on the high temperature side with a boundary around 35 ° C as the isotropic phase transition temperature of the liquid crystal. At this time, when the low temperature side was used as a reference, the shrinkage was about 0.1 mm.
  • a 30-fold foamed urethane was cut into lcm squares, and a silver paste was applied as an electrode to a pair of opposing faces, and a 0.05 mm diameter copper wire was aligned and adhered as an electric wire.
  • a force of 10V DC was applied to this stimulus deformed body in an environment of 25 ° C, and no change in the distance between the electrodes was observed.
  • the sample was changed from 5 ° C to 80 ° C and the displacement was measured.
  • a 1 cm square was cut out, and a silver paste was applied as an electrode to a pair of opposing faces, and a 0.05 mm diameter copper wire was bonded and adhered as the wire.
  • a force of 10V DC was applied to this stimulus deformed body in an environment of 25 ° C.
  • this sample was changed to an ambient temperature of 5 ° C to 80 ° C and the displacement was measured, it was observed that the volume contracted after about 1 hour on the high temperature side. But for a few hours, it was powerful.
  • the porous material 1 as a sample is installed between the pair of measuring heads 42 in the thermostatic chamber 40, and the expansion and contraction of the sample is measured with the measuring laser 43, and is provided outside the thermostatic chamber 40.
  • the displacement is determined by the laser displacement meter 41.
  • the stimulation deformable body of the present invention can be used as a vehicle part, for example, a cushion material.

Abstract

　空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできる刺激変形体を提供する。 　空隙を有する高分子材料に、該空隙以外の骨格中に変形源となる液晶が含まれることを特徴とする刺激変形体。

Description

明 細 書
液晶を用いた刺激変形体、及びそれからなる車両用部品
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、モーターや油圧式、空気圧式ァクチユエータのように、電気や その他の入力エネルギーを機械的エネルギーに変換して変形することのできる成分 を含み、その変形の結果、クッション体力 液体などの溶媒流出を伴わず、すばやく 見かけ上の体積変化をもたらすことができる刺激変形体、およびこのような刺激変形 体を用 、た車両用部品に関する。
背景技術
[0002] 従来、一般的に用いられている機械式の駆動源としては、モーター、油圧'空気圧 式ァクチユエータなどがあるが、これらは概ね金属からなるものが多ぐ質量、スぺー スを大きくとり、また必要な動力源としても多大なエネルギーを必要とするものが多い
[0003] また、 EP— A— 1550689は、軽量 '省スペースで得られる有機材料を用いたァク チユエータを開示している。ここで用いられている導電性高分子は、電気化学的な酸 化還元反応を利用し、有機材料の伸縮を上記課題に適用しょうとしてなされたもので ある。しかしながら、得られた形状の具体例は、フィルム状で伸縮方向も長手方向の 一例しか示されて 、なくて、体積変化を伴わな 、ものである。
[0004] さらに、 WO2004054082は、体積変化するものの例として、ゲルと溶媒との組合 せを挙げている。し力しなら力 ゲル力もなる骨格内から電気刺激により溶媒を絞り出 すことによって、骨格材料の変形を導き出すため、変形速度は非常に緩やかである。 そもそも溶媒中で駆動していたゲルァクチユエータを空気中で駆動させるため、溶媒 槽ごとシステムとして抱えることになり、電解液の漏れや、電気分解による性能低下が 起こる可能性を十分に秘めて 、る。
発明の開示
[0005] 本発明では、上記の問題点を鑑み、これらの材料をクッション形状として得る工夫を することにより、空気中で、迅速に大きな変位で動かすことのできる刺激変形体を得 ることを課題とする。
[0006] 本発明は、従来の有機ァクチユエータにおける上記課題に着目してなされたもので あって、軽量化、省スペース化が可能であると共に、入力エネルギーを機械的な出 力に変換して変形させる機能を、自動車などの内装材部品に新機能を付加して提供 することを目的とする。
[0007] 本発明は、空隙を有する高分子材料に、該空隙以外の骨格中に駆動源となる液晶 が含まれることを特徴とする刺激変形体、に関する。
[0008] また、本発明は、空隙を有する高分子材料に、該空隙以外の骨格を成す材料の高 分子鎖中に、駆動源となる液晶性をしめす成分が直鎖および Zまたは側鎖として含 まれることを特徴とする刺激変形体、に関する。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1]従来の多孔質材料の形状例を示す斜視図と断面図である。
[図 2]従来の多孔質材料の形状例を示す断面図である。
[図 3]従来の多孔質材料の形状例を示す断面図である。
[図 4]従来の多孔質材料の形状例を示す断面図である。
[図 5]従来の多孔質材料の形状例を示す断面図である。
[図 6]従来の多孔質材料の形状例を示す断面図である。
[図 7]本発明に係る刺激変形体の骨格内における液晶、高分子鎖の状態の一例を示 す模式図である。
[図 8]本発明に係る刺激変形体の骨格内における液晶、高分子鎖の状態の一例を示 す模式図である。
[図 9]本発明に係る刺激変形体の骨格内における液晶、高分子鎖の状態の一例を示 す模式図である。
[図 10a]本発明に係る刺激変形体の駆動原理を示す一断面模式図である。
[図 10b]本発明に係る刺激変形体の駆動原理を示す別の一断面模式図である。
[図 10c]本発明に係る刺激変形体の駆動原理を示すその他の一断面模式図である。
[図 11]本発明に係る刺激変形体の製造装置の一例を示す模式図である。
[図 12]本発明に係る電極を設置した刺激変形体の一例を示す斜視図及び断面であ る。
[図 13]本発明に係る電極を設置した刺激変形体であらかじめ液晶分子を配向させた 一例を示す断面模式図である。
[図 14]本発明に係る刺激変形体の骨格内における液晶分子、高分子鎖の状態の一 例を示す模式図である。
[図 15]本発明に係る刺激変形体を用いた車両用部品の一例を示す模式図である。
[図 16]本発明に係る刺激変形体を用いた車両用部品のその他の例を示す模式図で ある。
[図 17]本発明に係る評価方法の一例を示す模式図である。
符号の説明
[0010] 1 多孔質材料、 2 高分子材料からなる骨格、 3 気泡、 10 液晶分子、 11 電極、 12 高分子鎖、 13 側鎖の液晶、 14 直鎖の液晶、 20 発泡成形用型、 21 電界 印加用電極、 22 電圧発生装置、 30 乗員 1名用シート、 31 シート座面、 32 ベン チシート、 33 乗員、 40 恒温槽、 41 レーザー変位計、 42 測定ヘッド、 43 測定 用レーザー、 44 サンプルの変位測定方向。
発明を実施するための最良の形態
[0011] (刺激変形体）
本発明に係る刺激変形体は、高分子からなり、空隙を有する多孔質材料において 、その多孔質材料の空隙以外の骨格中に変形源となる液晶が含まれることを特徴と する。
[0012] 一般的な多孔質クッション材料としては、図面に示されるように、独立気泡でできて いるもの（図 1, a :斜視図、 b : aの I—I線に沿って切断した断面図）や、気泡が連続に 繋がったもの（図 2)、気泡が周期的に並んでいるもの（図 3、 4)、気泡の大きさが不均 一なもの（図 5)、気泡断面が球形ではない変形断面形状（図 6)などがある。これらは 、クッションの硬さや、ばね定数をチューニングする手段として用いられる。なお、本 発明における図面において、気泡を円または楕円で表すが、代表例であって、これ らに限定されるものではない。
[0013] この多孔質クッション材料を構成する高分子材料としては、ポリウレタン、ポリビュル アルコール、ポリ塩化ビュル、塩素化ポリエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ェ チレン 酢酸ビュル共重合体、ポリメタクリル酸ェチル、ポリスチレン、スチレンーブタ ジェン—アクリロニトリル共重合体、ポリビュルホルマール、エポキシ、フエノール、ュ リア、及びシリコンなどが例示できる。この材料は、単独でまたは 2以上を組み合わせ て用いられる。
[0014] 本発明の意図するところは、このようなクッションの静的特性の変化もさることながら 、ァクチユエーシヨンなどの動的な特性をも狙って、多孔質クッションに関する構造の 工夫と材料の工夫を組合せることによって、上記機能を実現したところにある。
[0015] 本発明で用いられる多孔質材料とは、外形寸法から得られる見かけ体積よりも、材 料の使用量が小さいものをいい、多孔質ィ匕したことによる空隙により、その材料単体 力もなる同寸法のものより見かけの密度が小さいものをいう。一般的には、発泡スチロ ール、発泡ポリプロピレン、及び発泡ウレタンなどの発泡材が挙げられる。これらの材 料は、空隙が独立しているもの、連続しているものに関わらず、外形寸法から得られ るものより密度が小さくなつている。本発明では、これらの他にも、高分子ゲルや、ェ ラストマーなど力もなるものも好適である。
[0016] これらの多孔質材料の空隙とは、連続気泡のものでは空気、独立気泡のものでは 発泡したガス成分、またはそれが置換された空気が含まれる部分をいう。骨格とは、 空隙以外の高分子からなるものを!、う。
[0017] これらの空隙の大きさは、特に制限されるものではないが、数百 nm程度から数 mm 程度の範囲で作ったもの力 骨格の変形を容易に得られる点で好適である。空隙の 大きさとは、連続、単独どちらの気泡においても、その発泡 1単位毎の大きさのことを いう。空隙の大きさや、その量が小さくなると、相対的に骨格が太ぐ大きくなる傾向が あり、変形量は、概ね小さくなる。空隙の大きさや、量が大きくなると、骨格が小さくな るため、クッション体としての形状が維持しにくくなる傾向にある。発泡倍率で言うと、 数倍から 50倍程度のものが容易に得られ、また、クッション体、変形量を共に満足す る傾向が見られる力 ここでは特に限定は行わない。
[0018] 次に、本発明の刺激変形体では、その多孔質材料中の空隙が連続した空隙である ことがより好ましい。これは、独立気泡であると、その空隙中の内包物 (蒸発した発泡 材ゃ空気）が変形により圧縮を受ける。つまり、圧縮のための力が余計に必要になる ため、変形量が小さくなる傾向にあるからである。連続気泡であれば、気泡部分が小 さくなつたとしても、その部分の空気は、外部に流出することができ、また、大きくなつ た場合にも、すばやく吸入することができる。これにより、変形量も大きくなり、且つ、 変形速度も大幅に速くなる。
[0019] 本発明に用いられる多孔質材料は、高分子ゲル力もなることが好ましい。
[0020] 高分子ゲルの例としては、ポリアクリル酸系、ポリメタクリル酸系、ポリアクリルアミド系 、ポリビュルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリメチルメタタリレート系、ポリウレ タン系、ポリスルホン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリシロキサン系などを挙げる ことができる。さらに具体的には、ポリアクリル酸ゲル、ポリメタクリル酸ゲル、ポリアタリ ルアミドゲル、ポリ（アクリルアミドーアクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミドーメ タクリル酸）共重合体ゲル、ポリ（アクリルアミド—トリメチル (N—アタリロイル— 3—アミ ノプロピル）アンモ-ゥムアイオダイド）共重合体ゲルの 4級化ゲル、ポリアクリルアミド 2—メチルプロパンスルホン酸ゲル、ポリビュルアルコール ポリアクリル酸の複合 体ゲル、ポリ（2—アクリルアミドー 2—メチルプロパンスルホン酸ーメタクリル酸ー2— ヒドロキシルェチル）共重合体ゲル、ポリ（2—アクリルアミドー 2—メチルプロパンスル ホン酸—アクリロニトリル）共重合体ゲル、アルギン酸塩ゲル、及びコラーゲンゲルな どが挙げられる。力かるゲルは、単独でまたは 2以上を組み合わせて用いられる。そ の他、天然物を素にするものでは、タンパク質や多糖類などの天然高分子を素にす る角膜、水晶体、卵白、豆腐、こんにやぐ及びゼラチンの様なゲルも挙げられる。
[0021] 本発明に適する (液晶）エラストマ一は、基本的に、高分子鎖に液晶分子の中心骨 格であるメソゲン基が側鎖 (本明細書では、直鎖の末端も側鎖に含む。）として結合し 、エラストマ一の液晶相状態を生じるものが挙げられる。適当なエラストマ一としては、 ポリシロキサン類を用いることが、大きな変形を得る上でより好適である。この他に、室 温にぉ 、てガラス状態で存在するポリメタタリレート、ポリクロロアタリレートまたはポリ スチレン誘導体や、室温において液晶状態で存在する好ましいエラストマ一は、ポリ アタリレート、ポリシロキサンまたはポリホスファゼンを含むもの、およびこれら力 なる コポリマーが挙げられる。また、好ましいメソゲン基は、メソゲンユニットの長軸に、例 えば、 15個までの鎖構成員を有するアルキル、アルコキシおよび Zまたはォキサァ ルキル基を含むものが挙げられる。
[0022] エラストマ一は、通常の高分子の合成と同様に、例えば、単純なランダム共重合、 あるいは多官能性架橋剤分子とのランダムポリマー類似付加反応により合成される。 また、別の方法では、メソゲンモノマーを官能性コモノマーと共重合して液晶コポリマ 一を形成し、それを第二反応工程で架橋剤によりネットワーク構造に変える方法もあ る。
[0023] エラストマ一に側鎖、直鎖で液晶骨格 (メソゲン基)を含ませる量は、モル比で、骨 格となる (エラストマ一）： (液晶骨格） =約 1： 1程度が、形状維持、変形量を大きくで きる点で好ましい。実際に変形ができる範囲としては、 10 : 1程度から 1 : 10程度でも 可能であるが、変形できる量が小さくなつたり、形状維持が難しくなつたりする傾向に 【 める。
[0024] 本発明の刺激変形体において、高分子が発泡体力もなることが好ましい。
[0025] 本発明の刺激変形体は、高分子からなり、空隙を有する材料において、その空隙 を有する材料の空隙以外の骨格または骨格中に変形源となる液晶が含まれることを 特徴とし、好ましくは、その空隙を有する材料が多孔質であること、より好適には、そ の骨格中に液晶が含浸されていることを特徴とし、さらに好適には、その多孔質材料 が高分子ゲル力 なることを特徴とする。
[0026] 本発明の刺激変形体は、高分子からなり、空隙を有する多孔質材料において、そ の多孔質材料の空隙部分以外の骨格を成す材料の高分子鎖中に、変形源となる液 晶性をしめす成分が直鎖および Zまたは側鎖として含まれることを特徴とする。より好 適には、その多孔質材料が高分子ゲルカゝらなり、そのゲルを形成する高分子鎖中に 、変形源となる液晶性をしめす成分が直鎖および Zまたは側鎖として含まれることを 特徴とする。さらに、空隙を有する多孔質材料において、その骨格または骨格中に液 晶が含浸されていてもよい。
[0027] この骨格中に液晶を含むことにより、温度刺激や電気刺激を与えることで、本刺激 変形体は変形、例えば、伸縮する。
[0028] 本発明で用いられる液晶としては、特に限定されるものではないが、ネマチックーァ イソトロピック転移温度 (NI点）が常温域に来るように選定されることが好ましい。この 温度域とすることで、温度変化によって、体積変化などの機能を発現することが可能 である。
[0029] また、液晶の具体例としては、一般にベンゼン環、シクロへキサン環、シクロへキセ ン環などの他、ピリミジン環、ジォキサン環、ピリジン環などのへテロ環などの環状ィ匕 合物を 2〜4つを結んだもの、また、その結合部には、メソゲン基と呼ばれるエステル 結合、アセチレン結合（ェチ二レン基）、ェタン結合（エチレン基）、エチレン結合（ェ テ-レン基)、ァゾ結合などを用いたもの、末端基、側方置換基としては、シァノ基、フ ルォロ基、アルキル基、ァルケ-ル基、アルコキシ基などを用いて結合したァゾキシ 系、ビフエ二ノレ系、フエニルシクロへキサン系、フエ二ノレエステノレ系、シクロへキサン力 ルボンサンフエ-ルエステル系、フエ-ルピリミジン系、メトキシフエ-ルエステル系、 及びフエニルジォキサン系などが挙げられる。これらの液晶は、単体でも用いられる 力 実用上、数種類を混合したものを用いることが好ましい。電気刺激での変形の場 合には、これらの液晶を用いることが好適である。
[0030] 温度変形を考えた場合には、これらの液晶単体、あるいは混合液晶は、常温で等 方相を持つように調整する。単体で等方相を持つ例としては、 4 ペンチルー 4'ーシ ァノビフエ-ル（5CB)、 4—へキシル 4，一シァノビフエ-ル（6CB)、 4—へキシル —4' シァノフエニルピリジン、 4一へキシルー 4' プロピルフエニルシクロへキサン 、 4ーメチルー 4' プロピルジシクロへキサン、及び 4一へキシルー 4'ーメトキシジシ クロへキサンなどが挙げられる。本発明では、これらの単体、又は混合物を液晶という
[0031] 本発明の刺激変形体において、その両面に少なくとも一対の電極が設置されること が好ましい。次に、刺激変形体の両面に少なくとも一対の電極を設置することは、電 気刺激で変形させる場合に特に有効である。低分子液晶が含まれる場合、骨格中に 直鎖、又は側鎖で含まれる場合のどちらにも有効である。
[0032] 本発明によれば、常温、空気中で即時の変形が可能な刺激変形体を得ることがで きる。
[0033] (製法） 高分子材料の骨格中に液晶を含ませる方法としては、あらかじめ発泡体を形成す る前のモノマー中に液晶を混合、分散させておき、発泡、ポリマー化させる際に骨格 中に取り込ませる方法や、発泡させた後、含浸により、液晶を骨格中に含ませる方法 などが挙げられる。液晶は、一般的に不揮発性なので、これらの骨格中に留まる。こ こで、骨格に含ませる液晶の量は、骨格材料の質量の数％から 50%程度力 実際に 変形が起きる骨格強度を維持するなどの点で好まし 、が、ここでは特に限定を行わ ない。
[0034] これらの刺激変形体の骨格への液晶の含ませ方は、含浸による方法も好適である
[0035] 本発明の刺激変形体を構成する高分子は、空隙を有することはもちろんであるが、 発泡体から形成することが、製法上力 好ましい。これまでに記述している各種の材 料を、公知の気泡発生手段、例えば、熱分解型発泡剤を用いた気泡発生手段、揮 発性溶剤を用いた気泡発生手段、あるいは高圧下で不活性ガスを高分子中に吸収 させ、常圧で発泡させる気泡発生手段などの方法で発泡成形することができる。
[0036] 独立気泡は、あら力じめ内包物として揮発成分を含ませたマイクロカプセルを用い る方法や、連続気泡を形成させる材料でもって発泡成分の量を少なくする方法など で作製できる。
[0037] あらかじめ発泡させた多孔質材料を、液晶溶媒中に浸漬し、概ね 1〜10日程度液 晶分子を含浸させたのち、空隙部に入った液晶を流し出すことで、液晶を含浸させる ことができる。このとき、空隙が完全に埋まらない程度、好ましくは空隙の最大 90%程 度までが許容できる。完全に空隙が充填されると、必要な変形が阻害されてしまうた めである。これらの形態でも、刺激変形体として機能する。このとき、含浸させたことに よる質量の増加は、先述のあら力じめ混合しておく方法と同様に、もとの骨格材料の 質量に対して数％から 50%程度であることが好ましいが、特に限定は行わない。
[0038] 本発明に用いられる多孔質材料は、高分子ゲル力もなることが好ましい。高分子ゲ ルは、骨格中に官能基を持っため、液晶の官能基との水素結合ゃ静電反発などの 相互作用で変形でき、且つ、液晶分子をゲルの網目構造中に保持できる。上記の高 分子ゲルには、架橋点を持たない物理ゲルも含まれるが、より好ましくは、化学結合 による架橋点を持つ化学ゲルが形状維持の観点力 好ましい。
[0039] 次に、別の実施の形態として、高分子からなり、空隙を有する多孔質材料でも、そ の多孔質材料の空隙以外の骨格を成す材料の高分子鎖中に、変形源となる液晶性 をしめす成分を直鎖および/または側鎖として含む方法も挙げられる。これは、多孔 質材料中に液晶分子を構造的に取り込むことになるので、混合や含浸の工程が不要 となるばかりか、変形に必要な液晶分子を無駄なく取り込める点で、大変好適な方法 である。上記のように、各種の材料を公知の気泡発生手段によって発泡する前の材 料に液晶を添加し、その後、発泡することによって、液晶を含む骨格を形成すること ができる。液晶などの添加量は、特に制限されることなぐ例えば、骨格材料の質量 に対し、数％から 50%程度の範囲にある。また、液晶性を示す骨格が直鎖および Z または側鎖を含む場合には、例えば、上記のように、骨格材料と直鎖および Zまたは 側鎖を含む液晶性を示す材料に、公知の気泡発生手段によって発泡を起こさせるこ とができる。また、温度刺激や電気刺激により、骨格自体の変形も誘起することができ るため、変形量を非常に大きく取ることができる。ここで、高分子鎖中に液晶性を示す 骨格が直鎖 (バックボーンを形成する成分として含まれる)及び Z又は側鎖に含まれ ているものを、液晶エラストマ一という。（図 7〜9：空隙は省略）
液晶エラストマ一を用いる場合でも、その多孔質材料が高分子ゲルであることが好 ましい。上述の高分子ゲルを、構成するポリマーの直鎖及び Z又は側鎖に含むこと で、適当なクッション性を有しながら、容易に変形させることができることからより好適 である。
[0040] 次に、先述の様に刺激変形体の両面に少なくとも一対の電極を設置することは、電 気刺激で変形させる場合には特に有効である。低分子の液晶が含まれる場合、骨格 中に直鎖又は側鎖に含まれる場合のどちらにも有効である。電極を設置する方法と しては、一般的に用いられる導電体を塗布する方法や、導電体を蒸着する方法など を適宜用いることができる。
[0041] (作用）
本発明は、これらの多孔質材料と液晶とを組み合わせることで、従来の材料では成 し得な力つた溶媒の放出を伴わない体積変化のくり返しを可逆的に行うことが可能と なる。以下、この原理を説明する。
[0042] 空隙を有する高分子材料の骨格中に液晶を含ませることにより、温度刺激または電 気刺激を与えることによって、本発明の刺激変形体は変形する。
[0043] 温度刺激の場合、液晶の等方相転移温度を境に、見かけ上の体積変化が起こる。
[0044] 骨格内にお!、て液晶分子が異方的配列して 、る状態では、刺激を受けた場合、そ れに伴って骨格も異方的な延伸を受けることになり、骨格自体の体積は変化しないも のの、見かけ体積は大きくなる（図 10、 a:断面模式図、 b :破線部の拡大図（液晶ラン ダム配向時)、 c：破線部の拡大図 (液晶規則配向時) )。
[0045] 等方相温度以上では、液晶分子はランダムな配向状態になるので、骨格を張る力 が働かず、相対的に縮んだ状態となり、結果として骨格が太ぐ短くなつて、空隙が小 さくなり、見かけ体積力 、さくなる。例えば、あらかじめ電界中で液晶を配列した状態 でポリマー化した刺激変形体では、等方相転移温度以下では、その初期の形状を留 め、その温度以上では小さくなる。もちろん温度を元に戻せば、見かけ体積も戻ること になる。この時の変形量は、液晶分子の配列方向に依存し、液晶分子の長手方向に 対してより大きく変形する傾向が見られる。
[0046] これらの製造には、例えば、発泡工程に同時に電界をかける装置を設けた図 11の 装置を用いる。図 11において、発泡成形用型 20を一対の電界印加用電極 21で挟 んで構成し、カゝかる電界印加用電極 21は、それぞれ、電圧発生装置 22と結線され ている。
[0047] あら力じめ配向していない液晶でももちろん同様の効果は得られる力 概ね変形量 力 、さくなる傾向にある。
[0048] 電気刺激の場合にも、同様に見かけ体積の変化を引き起こせる。
[0049] この場合には、刺激変形体の両面に少なくとも一対の電極を設置する（図 12、 a :斜 視図、 b : XII— XII線に沿って切断した断面図）ことが好適である。この様に、電極を クッションに対し、向かい合わせて設置し、電圧を印加することによって、その電極間 の液晶が配列する。これに伴い、先述の温度刺激の場合と同様に、クッションの変形 力 S起こる。あら力じめ、液晶を配向させた状態でクッションィ匕したものでは、配向軸に 対して垂直方向の両面に電極を設置すること（図 13)で、より液晶分子を大きく動か すことができるので、大きな変位を取り出すことができる。
[0050] このとき印加する電圧は、通常、 1〜： LOOV程度が好適ではある力 クッション体とし て薄い形状で用いる場合には、数 mV力も数百 mVでも変形できる。また、逆に厚い 場合には、数 kVでも変形させることは可能であるが、ここでは特に限定は行わない。
[0051] このように、高分子ゲルを、骨格を成す材料として用いた刺激変形体に液晶を含ま せることにより、刺激変形体をより大きく動かすことができる。（図 14 :空隙は省略)こ れによって、骨格自体の駆動と、液晶分子の駆動とが相まって、より大きな変形を得 ることができる。すなわち、骨格自体に含まれる液晶と液晶分子とを合算することとな り、より優れた効果を奏することができる。
[0052] (用途）
本発明の刺激変形体は、車両用部品として用いることが好ましい。得られた刺激変 形体を、車両の内装材に用いられるクッション材料と置換することで、乗員の座り心地 や、クッションの動きによる乗り心地の改善、車両から乗員へ信号を伝達する手段な どに用いることが可能である。先述の課題を解決する手段の中では、本発明の刺激 変形体は、従来にない機能を付与する技術であるため、新たなスペースや質量の増 加を伴わず、大変好適である。
[0053] 例えば、車両のシートクッションに使用した場合の様子を図 15、 16に示す。図 15 ( a：シート座面の低 、場合を示す模式図、 b：シート座面の高 、場合を示す模式図）で は、乗員 1名ごとのシート 30の場合、乗員の体格などに合わせて、シート座面 31の 上昇や下降を、メカ-カルな機構を持たずに行うことができる。同様に図 16 (a:二人 掛けの場合を示す模式図、 b :三人掛けの場合を示す模式図)では、多人数用のシ ート、例えば、ベンチシート 32の場合、乗員 33の人数に合わせて、適度なホールド 感を得るために、座面の必要な部分だけ凹ませたり、膨らませたりさせることができる 。両例ともにメカ-カルな機構を持たないため、本発明による機構を追加しても、大き な質量の増加を招かず、燃費の悪ィ匕を防ぐことができる。
実施例
[0054] 以下に、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明する。
[0055] (実施例 1) 架橋材としての N, N，一メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてアクリルアミド、 開始材として過硫酸カリウムを含む水溶液に、発泡材として、熱分解型の炭酸水素 ナトリウムを用い、 50°C環境下で緩やかに発泡させつつ架橋を行い、多孔質材料（ 高分子ゲル)を得た。空隙の大きさは概ね 500 m、発泡倍率は 20倍程度になった
[0056] 次に、この多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、 1cm角のサイコロ状に切り 出し、 4—ペンチル一 4'—シァノビフエニル（5CB)中に 10日間浸漬した。取り出した 後、 5日間放置し、空隙部中の 5CBを取り除き、刺激変形体を得た。含浸前に 0. 06 Ogであった質量は、 0. 071gとなった。
[0057] この刺激変形体は、液晶の等方相転移温度である 35°C付近を境に、低温側で伸 びた状態を、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、 0. 2m m程度縮んだ。
[0058] 環境を変化させることによるくり返しの伸縮が 1分以内に観察された。
[0059] (実施例 2)
実施例 1と同様に lcm角の刺激変形体を得て、これの 1対の向かい合う面に電極と して銀ペーストを塗布し、電線として 0. 05mm径の銅線を合わせて接着した。
[0060] この刺激変形体に 25°Cの環境下で 10Vの直流電圧を印加すると、電極間の距離 が 0. 2mm程度伸びる様子が観察された。
[0061] 電圧の印加、未印加の変化をさせることによるくり返しの伸縮力 10Hz程度でも観 察された。
[0062] (実施例 3)
30倍発泡のウレタンクッションを lcm角のサイコロ状に切り出し、 4—ペンチル— 4， ーシァノビフエ-ル（5CB)中に 10日間浸漬した。含浸前に 0. 040gであった質量は
、 0. 049gとなった。
[0063] この刺激変形体は、液晶の等方相転移温度である 35°C付近を境に、低温側で伸 びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、 0. lmm 程度縮んだ。
[0064] 環境を変化させることによるくり返しの伸縮が 1分以内に観察された。 [0065] (実施例 4)
実施例 3と同様に lcm角の刺激変形体を得て、これの 1対の向かい合う面に電極と して銀ペーストを塗布し、電線として 0. 05mm径の銅線を合わせて接着した。
[0066] この刺激変形体に 25°Cの環境下で 10Vの直流電圧を印加すると、電極間の距離 が 0. 1mm程度伸びる様子が観察された。
[0067] 電圧の印加、未印加の変化させることによるくり返しの伸縮が 10Hz程度でも観察さ れた。
[0068] (実施例 5)
実施例 1と同様の発泡前の材料に、 5CBを質量比で 10%混合し、 50°Cで発泡、架 橋を行った。次に、この多孔質材料を乾燥し、水分を取り除いた後、 lcm角のサイコ 口状に切り出した。
[0069] この刺激変形体は、液晶の等方相転移温度である 35°C付近を境に、低温側で伸 びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、 0. 2mm 程度縮んだ。
[0070] 環境を変化させることによるくり返しの伸縮が 1分以内に観察された。
[0071] (実施例 6)
ウレタン榭脂の発泡前に、 5CBを質量比で 10%混合し、 10kVの電界をかけながら 型内で発泡させた。得られたウレタンは 25倍程度の発泡倍率で、 lcm角に切り出す と質量は 0. 048gであった。
[0072] この刺激変形体は、液晶の等方相転移温度である 35°C付近を境に、低温側で伸 びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、 0. lmm 程度縮んだ。
[0073] 環境を変化させることによるくり返しの伸縮が 1分以内に観察された。
[0074] (実施例 7)
エラストマ一の骨格材料として、ポリ（メチルヒドロゲンシロキサン） [poly (methylhy drogensiloxane) ]、側鎖の液晶分子として、 4ーブテ 3— -ルォキシ安息香酸 4 —メト =Τシフエ二ノレエスァノレ [4— but— 3— enyloxybenzoic acid 4— methoxyp henvl ester]、直鎖成分として、 1 （4ーヒドロキシー4，ービフエ-ル）ー2— [4ー（ 10 ゥンデセ -ルォキシ）フエ-ル]ブタン [1— (4— hydroxy— 4 '—biphenyl)—2 [4一（10—undecenyloxy) phenyl]butane]を用い、発泡材として、熱分解型の 炭酸水素ナトリウムを用い、 50°Cの環境下で緩やかに発泡させつつ架橋を行い、多 孔質材料を得た。得られた多孔質材料の、骨格材料は 80質量％、側鎖は 10質量％ 、直鎖は 10質量％であった。
[0075] これを切り出し lcm角の刺激変形体を得て、これの 1対の向かい合う面に電極とし て銀ペーストを塗布し、電線として 0. 05mm径の銅線を合わせて接着した。
[0076] この刺激変形体に 25°Cの環境下で 10Vの直流電圧を印加すると、電極間の距離 が 0. 3mm程度伸びる様子が観察された。
[0077] 電圧の印加、未印加の変化をさせることによるくり返しの伸縮力 10Hz程度でも観 察された。
[0078] (実施例 8)
架橋材としての N, N，一メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてアクリルアミド、 開始材として過硫酸カリウムを含む水溶液に、独立気泡を得るためのマイクロカプセ ル (松本油脂製マイクロスフィァー F— 80ED)を体積比で 1900%、 5CBを質量比で 10%混合し、 50°Cの環境下で架橋を行い、多孔質材料 (高分子ゲル)を得た。得ら れた多孔質材料の骨格材料は 90質量％、液晶は 10質量％であった。
[0079] この刺激変形体は、液晶の等方相転移温度である 35°C付近を境に、低温側で伸 びた状態、高温側で縮んだ状態を示した。このとき低温側を基準にすると、 0. lmm 程度縮んだ。
[0080] 環境を変化させることによるくり返しの伸縮が 1分以内に観察された。
[0081] (比較例 1)
30倍発泡のウレタンを lcm角に切り出し、これの 1対の向かい合う面に電極として 銀ペーストを塗布し、電線として 0. 05mm径の銅線を合わせて接着した。
[0082] この刺激変形体に 25°Cの環境下で 10Vの直流電圧を印加した力 電極間の距離 の変化は見られな力つた。また、このサンプルを環境温度 5°C〜80°Cまで変化させ、 変位を測定したが変化は見られな力つた。
[0083] (比較例 2) 架橋材としての N, N，一メチレンビスアクリルアミドと、モノマーとしてアクリルアミド、 開始材として過硫酸カリウムを含む水溶液に、発泡材として、熱分解型の炭酸水素 ナトリウムを用い、 50°Cの環境下で緩やかに発泡させつつ架橋を行い、多孔質材料 を得た。
[0084] 1cm角に切り出し、これの 1対の向かい合う面に電極として銀ペーストを塗布し、電 線として 0. 05mm径の銅線を合わせて接着した。
[0085] この刺激変形体に 25°Cの環境下で 10Vの直流電圧を印加した力 電極間の距離 の変化は見られな力つた。また、このサンプルを環境温度 5°C〜80°Cまで変化させ、 変位を測定したところ、高温側で 1時間程度の経過後、体積が収縮している様子が 観察されたが、低温に戻しても数時間の間は変化が見られな力つた。
[0086] (評価試験)変位量試験
実施例 1〜8、および比較例 1〜3によって得られた刺激変形体、従来品に対して、 レーザー変位計 (キーエンス製 LB— 5000)を用い、恒温槽中で温度条件を適宜設 定して評価した。（図 17)
図 17において、恒温槽 40内に、一対の測定ヘッド 42の間にサンプルである多孔 質材料 1を設置して、該サンプルの伸縮を測定用レーザー 43で測定し、恒温槽 40 外に設けられたレーザー変位計 41でその変位を決定する。
[0087] 前記した内容は発明の好ま 、実施態様であり、種々の変更及び修正は本発明の 精神及び範囲から逸脱することなく本発明の範囲内においてなされると理解すべき である。
[0088] この出願は、日本国特許庁に 2005年 6月 16日付けで出願された出願番号 2005 — 176763号の利益を請求するものであり、ここにその開示の全てが参照により含ま れる。
産業上の利用可能性
[0089] 本発明の刺激変形体は車両用部品、例えば、クッション材として利用できる。

Claims

請求の範囲
[I] 空隙を有する高分子材料に、該空隙以外の骨格中に変形源となる液晶が含まれる ことを特徴とする刺激変形体。
[2] 前記空隙を有する高分子材料は、多孔質材料であることを特徴とする請求項 1記 載に刺激変形体。
[3] 前記骨格中に、液晶が含浸されてなることを特徴とする請求項 1に記載の刺激変形 体。
[4] 前記多孔質材料は、高分子ゲルであることを特徴とする請求項 2に記載の刺激変 形体。
[5] 前記空隙は、連続した空隙であることを特徴とする請求項 1に記載の刺激変形体。
[6] 前記刺激変形体の両面に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とす る請求項 1に記載の刺激変形体。
[7] 前記高分子材料は、発泡体であることを特徴とする請求項 1に記載の刺激変形体。
[8] 請求項 1に記載の刺激変形体を用いた車両用部品。
[9] 空隙を有する高分子材料に、該空隙以外の骨格を成す材料の高分子鎖中に、変 形源となる液晶性をしめす成分が直鎖および Zまたは側鎖として含まれることを特徴 とする刺激変形体。
[10] 前記空隙を有する高分子材料は、多孔質材料であることを特徴とする請求項 9に記 載の刺激変形体。
[II] 該空隙以外の骨格中に液晶を含むことを特徴とする請求項 9に記載の刺激変形体
[12] 前記空隙は、連続した空隙であることを特徴とする請求項 9に記載の刺激変形体。
[13] 前記刺激変形体の両面に、少なくとも一対の電極が設置されてなることを特徴とす る請求項 9に記載の刺激変形体。
[14] 前記高分子材料は、発泡体であることを特徴とする請求項 9に記載の刺激変形体。
[15] 請求項 9に記載の刺激変形体を用いた車両用部品。
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