JP5142142B2 - ハイブリッド液晶流動形成機構、ハイブリッド液晶流動形成方法および液晶流動を用いたハイブリッド物体移動機構 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド液晶流動形成機構、ハイブリッド液晶流動形成方法および液晶流動を用いたハイブリッド物体移動機構に関する。液晶とは、流動性はあるが、光学的には異方性で、複屈折を示し、結晶のような性質をもつ状態又はそのような状態を示す物質をいう。この液晶に対して電界や磁界を加えると、全ての液晶分子は、その重心周りに回転し、その軸方向が電界や磁界の方向に対して液晶固有の角度に配向する。
本発明は、かかる液晶の性質を利用した液晶流動を用いたハイブリッド物体移動機構、ハイブリッド液晶流動形成機構およびハイブリッド液晶流動形成方法に関する。

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。

一方、液晶分子が配向するときに、液晶流動が発生することが知られており、かかる液晶流動を工業的に利用する技術も開発されている（特許文献１）。
特許文献１には、対向する一対の壁面を有する流路と、この流路の壁面と交わる面内で液晶分子を回転させる液晶分子回転手段と、一対の壁面に設けられた一対の配向膜とを備えた液晶流動機構が開示されている。この液晶流動機構では、一対の壁面に設けられた一対の配向膜に同じ向きにラビング処理が施されており、一対の壁面間で液晶分子がツイストしている。
このため、液晶分子回転手段によって液晶分子を回転させれば、流路内に流量が０とならない液晶流動を発生させることができるから、この液晶流動を、物体を移動させる装置やセンサ、アクチュエータなどに利用することができる。

ところで、上記特許文献１の技術は、工業的に利用可能な液晶流動を発生させることができる点で有効な技術であるが、液晶流動の工業的な利用価値を高める上では、液晶流動の流量が大きい方が好ましく、液晶流動の流量を増加させる技術の開発が望まれている。

特許第３５８６７３４号

本発明はかかる事情に鑑み、工業的に利用可能な液晶流動を形成することができ、しかも、その流量や運動量を増加させることができるハイブリッド液晶流動形成機構およびハイブリッド液晶流動形成方法、および液晶流動を利用したハイブリッド物体移動機構を提供することを目的とする。

第１発明のハイブリッド液晶流動形成機構は、流路と、該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路における一の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記流路の一の壁面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、前記流路における一の壁面に設けられた拘束手段と、前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、該拘束手段は、前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束するものであることを特徴とする。
第２発明のハイブリッド物体移動機構は、移動が固定された固定部材と、該固定部材と対向するように配置され、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、該移動部材における前記固定部材と対向する移動側対向面と、前記固定部材における前記移動部材と対向する固定側対向面との間に配置された液晶と、前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面に設けられた拘束手段と、前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、該拘束手段は、前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記移動部材の移動側対向面近傍または前記固定部材の固定側対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束するものであることを特徴とする。
第３発明のハイブリッド物体移動機構は、第２発明において、前記固定部材が中空な空間を有する外側部材であり、前記移動部材が、前記固定部材の中空な空間内に該中空な空間の軸方向に沿って、該固定部材に対して相対的に移動可能に配設された内側部材であり、前記外側部材の内面と前記内側部材の外面との間に前記液晶が配設されており、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えたときにおいて該液晶の液晶分子が回転する面が、前記内側部材の中空な空間の軸を含む面であることを特徴とする。
第４発明のハイブリッド物体移動機構は、第２発明において、前記移動部材が中空な空間を有する外側部材であり、前記固定部材が、前記移動部材の中空な空間内に配設された内側部材であり、前記外側部材が、その中空な空間の軸方向に沿って、前記内側部材に対して相対的に移動可能に配設されており、前記外側部材の内面と前記内側部材の外面との間に前記液晶が配設されており、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えたときにおいて該液晶の液晶分子が回転する面が、前記内側部材の中空な空間の軸を含む面であることを特徴とする。
第５発明のハイブリッド物体移動機構は、中空な空間を有する外側部材と、該外側部材の中空な空間の内部に、前記外側部材に対して回転自在に配設された内側軸と、前記外側部材の内面と前記内側軸の外周面との間に入れられた液晶と、該液晶の液晶分子に対して、前記内側軸の中心軸から前記外側部材の内面に向う方向に沿って電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記内側軸の軸方向と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、前記液晶分子回転手段が、前記内側軸の外周面または前記外側部材の内面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、前記内側軸の外周面または前記外側部材の内面に設けられた拘束手段と、前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、該拘束手段は、前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記内側軸の外周面近傍または前記外側部材の内面近傍に位置する液晶分子を拘束するものであることを特徴とする。
第６発明のハイブリッド液晶流動形成方法は、液晶を流路内に配置し、該流路内において、電界または磁界を加えられたときにおいて各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように、拘束手段によって前記流路の一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束し、前記液晶の液晶分子に対して前記流路の一の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加える回転手段と、該回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段とによって、前記液晶に対して交互に電界または磁界を加えることを特徴とする。

第１発明によれば、回転手段から液晶に電界または磁界を加えれば、各液晶分子が、その重心周りに回転するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。しかも、液晶の液晶分子は、流路の一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動が拘束されているだけであるから、液晶分子が回転したときに液晶中に発生する液晶流動の流量を大きくすることができる。また、回転手段からの電界または磁界が除去された後、復帰手段から液晶に加える電界または磁界を調整することによって、液晶分子が元の状態に戻る速度を制御することができる。すると、発生する液晶流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、液晶流動をより工業的に利用しやすくすることができる。
第２発明によれば、回転手段から液晶に電界または磁界を加えれば、各液晶分子が、その重心周りに回転するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができ、移動部材を、固定部材に対して液晶流動の方向に移動させることができる。よって、液晶の流動を部材の移動に利用することができるので、液晶を利用した搬送装置等に応用することができる。しかも、液晶の液晶分子は、固定部材の固定側対向面近傍または移動部材の移動側対向面近傍に位置する液晶分子の運動が拘束されているだけであるから、液晶分子が回転したときに液晶中に発生する液晶流動の流量を大きくすることができ、移動部材の移動量を大きくすることができる。また、回転手段からの電界または磁界が除去された後、復帰手段から液晶に加える電界または磁界を調整することによって、液晶分子が元の状態に戻る速度を制御することができる。すると、発生する液晶流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、移動部材の移動量や移動方向を制御することができる。
第３発明によれば、液晶の液晶分子に対して回転手段から電界または磁界を加えると、外側部材の中空な空間の軸方向に沿って液晶流動が発生するので、液晶流動の方向に沿って内側部材を移動させることができる。すると、内側部材をロッドとし、外側部材をシリンダボディとするピストンを形成することもできる。
第４発明によれば、液晶の液晶分子に対して回転手段から電界または磁界を加えると、外側部材の中空な空間の軸方向に沿って液晶流動が発生するので、液晶流動の方向に沿って外側部材を移動させることができる。
第５発明によれば、回転手段から液晶に電界または磁界を加えれば、各液晶分子が、その重心周りに回転するから、外側部材の中空な空間の軸周りに液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。すると、外側部材の中空な空間内において、内側軸が、その軸周りに回転自在に設けられているので、内側軸を固定すれば、外側部材を内側軸の中心軸周りに回転させることができる。逆に、外側部材を固定すれば、内側軸をその中心軸周りに回転させることができる。よって、液晶の流動を部材の回転に利用することができるので、液晶を利用したモータやドリル等に応用することができる。しかも、液晶の液晶分子は、内側軸の外周面近傍または外側部材の内面近傍に位置する液晶分子の運動が拘束されているだけであるから、液晶分子が回転したときに液晶中に発生する液晶流動の流量を大きくすることができ、内側軸または外側部材の回転速度を速くすることができる。また、回転手段からの電界または磁界が除去された後、復帰手段から液晶に加える電界または磁界を調整することによって、液晶分子が元の状態に戻る速度を制御することができる。すると、発生する液晶
流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、内側軸または外側部材の回転速度や回転方向を制御することができる。
第６発明によれば、回転手段から液晶に電界または磁界を加えれば、各液晶分子が、その重心周りに回転するから、液晶分子の回転に起因する液晶流動を発生させることができる。しかも、液晶の液晶分子は、流路の一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動が拘束さているだけであるから、液晶分子が回転したときに液晶中に発生する液晶流動の流量を大きくすることができる。また、回転手段からの電界または磁界が除去された後、復帰手段から液晶に加える電界または磁界を調整することによって、液晶分子が元の状態に戻る速度を制御することができる。すると、発生する液晶流動の流量や流動方向をコントロールすることができるから、液晶流動をより工業的に利用しやすくすることができる。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず、本発明のハイブリッド液晶流動形成機構を説明する前に、液晶に電界や磁界を加えたときに、液晶流動が発生する原理を説明する。
なお、液晶は、電界や磁界を加えたときに、電界や磁界の方向に対して液晶分子の軸方向が液晶固有の角度に配向するが、以下には、電界や磁界を加えたときに、液晶分子の軸方向が電界や磁界の方向と平行になるような液晶について説明する。
また、液晶分子は、電界、磁界いずれを加えた場合でも配向するので、以下には電界を加える場合のみを説明する。

図３は電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。図４は平行板Ｐ上に載せられた液晶ＬＣに電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。
なお、図４において、液晶分子ｍが回転したときに、液晶分子ｍは平行板Ｐの表面に沿って移動（並進移動）するのであるが、説明を分かりやすくするために並進移動をさせない状態で記載している。

図３に示すように、液晶ＬＣに、その液晶分子ｍの軸方向と交差するように電界ｅｆを加えると、液晶分子ｍは、その回転角度が小さくなる方向（図３（Ａ）
では矢印の方向）に、その軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転する（図３（Ｂ） ）。すると、各液晶分子ｍの周囲には速度勾配が発生するので、液晶流動が発生する（図３（Ｃ）
）。

図４（Ａ） において、符号Ｆは平行板Ｐ上に設けられた配向膜を示している。この配向膜Ｆの素材は、例えばポリイミド等の高分子物質である。この平行板Ｐの配向膜Ｆに液晶ＬＣの一部を接触させると、配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍはその移動が拘束（以下、アンカリングという）され、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍも、配向膜Ｆから離れている液晶分子ｍに比べて、その移動が制限される。
すると、電界ｅｆを加えても、平行板Ｐの近傍に位置する液晶分子ｍは、その軸方向が電界ｅｆと一致するまで回転することができず、回転量が小さくなる（図４（Ｂ）
）。しかも、液晶分子ｍの回転量は、平行板Ｐに近づくほど小さくなり、平行板Ｐ上（配向膜Ｆと接触した液晶分子ｍ）では０となるので、液晶分子ｍの回転によって、その周囲に形成される速度勾配も、平行板Ｐに近づくほど小さくなる（図４（Ｃ）
）。
したがって、液晶ＬＣにおいて、その一部の液晶分子ｍの動きを平行板Ｐの配向膜Ｆによってアンカリングすれば、液晶ＬＣ内に、図４(D) に示すような速度分布を有する液晶分子ｍの流れが発生するのである。

さて、本発明のハイブリッド液晶流動形成機構を説明する。
図１は本発明のハイブリッド液晶流動形成機構の概略説明図であり、（Ａ） はＹＺ断面図であり、（Ｂ）
はＹＺ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、（Ｃ） はＹＺ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。
なお、図１において、Ｘ軸方向は図１の左右方向である。

図１において、符号Ｌは、後述する液晶ＬＣが流動する流路を示している。この流路Ｌは、対向する一対の壁面Ｂ，Ｂを備えている。この一対の壁面Ｂ，Ｂは、互いに平行かつ、いずれの壁面Ｂも平坦面に形成されている。
なお、対向する一対の壁面Ｂ，Ｂは平行でなくてもよく、一方の壁面Ｂに対して他方の壁面Ｂが傾斜していてもよい。
また、各壁面Ｂは平坦面でなくてもよい。例えば一方の壁面Ｂが平坦面であって他方の壁面Ｂが凹凸を有する面でもよいし、両壁面Ｂが凹凸を有する面であってもよい。

前記流路Ｌの一対の壁面Ｂ，Ｂ間には、液晶ＬＣが入れられている。この液晶ＬＣは、例えばネマティック液晶やスメクティック液晶、コレステリック液晶、ディスコティック液晶等であるが、電界または磁界を加えたときに、液晶分子が回転する液晶であれば、特に限定はない。

図１に示すように、前記一対の壁面Ｂ，Ｂのうち、一方の壁面Ｂ（図１では下方の壁面Ｂ）には、例えば、ポリイミド等の高分子物質等からなる配向膜Ｆが設けられている。この配向膜Ｆの表面は、図１の右から左にラビングされている。
このため、液晶ＬＣのうち、配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍは、この配向膜Ｆにアンカリングされて、その軸方向を左右方向、つまりラビングした方向に向けた状態で配列する。しかも、液晶分子ｍは、その一端部(図１では左端部)が配向膜Ｆから上傾するように配列する、つまり、液晶分子ｍの一方の端部が配向膜Ｆから離れるように配列（以下、単にチルトという）される。
なお、前記下方の壁面Ｂには配向膜Ｆを設けなくてもよく、下方の壁面Ｂにラビングレス処理をしてやれば、壁面Ｂに接触する液晶分子ｍを、チルトした状態となるように壁面Ｂにアンカリングすることができる。

一方、他方の壁面Ｂ（図１では上方の壁面Ｂ）には配向膜Ｆが設けられていないので、他方の壁面Ｂ近傍に位置する液晶分子ｍは、他方の壁面Ｂと液晶分子ｍとの間に生じる分子間相互作用が許容する範囲で、自由に重心周りの回転や並進移動を行うことができる状態で存在する。
すると、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に位置する液晶分子ｍは、隣接する液晶分子ｍ間の配向の変化がもっとも小さくなるように配列するのであるが、実質的に、下方の壁面Ｂに設けられている配向膜Ｆの拘束力のみで拘束されて配列する。
したがって、図１（Ａ）に示すように、流路Ｌの一対の壁面Ｂ，Ｂ間に入れられた液晶ＬＣの全ての液晶分子ｍは、その軸方向をラビングした方向に向けた状態で、かつ、左端部がチルトした状態で配列するのである。

なお、他方の壁面Ｂには、ウィークアンカリング処理を行ってもよく、この場合でも、通常の配向膜を設けたりラビングレス処理を行う場合に比べて他方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍを拘束する力が弱くなるので、ある程度自由に重心周りの回転や壁面Ｂに沿った移動（並進移動）を行うことができる状態とすることができる。
また、他方の壁面Ｂは、その近傍の液晶分子ｍがある程度自由に重心周りの回転や壁面Ｂに沿った移動（並進移動）を行うことができる状態であって、他方の壁面Ｂの影響によって液晶分子ｍの配向方向が拘束されない状態であればよく、この場合には、他方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍも、一方の壁面Ｂに設けられた配向膜Ｆの影響により、一方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍと同じ配向とすることができる。
とくに、他方の壁面Ｂに対して、他方の壁面Ｂが液晶分子ｍの配向方向に与える影響を除去する処理を行っておけば、より確実に他方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍを一方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍと同じ配向とすることができ、しかも、他方の壁面Ｂ近傍の液晶分子ｍが自由に回転や壁面Ｂに沿った移動（並進移動）ができるので、好適である。

また、図１に示すように、流路Ｌの内部において、前記一対の壁面Ｂ ,Ｂの内面には、それぞれ一対の電極Ｅ，Ｅが設けられている。この一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ ,Ｂと垂直になるように配設されている。また、この一対の電極Ｅ，Ｅは、電源を有する制御装置Ｄに接続されている。
このため、制御装置Ｄによって一対の電極Ｅ，Ｅに電圧を加えれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に、一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直な電界ｅｆを形成することができる(図１（Ｂ）)。
この一対の電極Ｅ，Ｅ、配向膜Ｆおよび制御装置Ｄが液晶分子回転手段ＣＢを構成しており、一対の電極Ｅ，Ｅが特許請求の範囲にいう回転手段に相当し、配向膜Ｆが特許請求の範囲にいう拘束手段に相当する。

なお、一対の電極Ｅ，Ｅは、両者を結ぶ線が一対の壁面Ｂ ,Ｂと垂直になるように配設しなくてもよく、一対の電極Ｅ，Ｅに形成される電界ｅｆによって液晶ＬＣの液晶分子ｍをいずれか一方の壁面Ｂと交わる面内で回転するように配設すればよい。
また、一対の電極Ｅ，Ｅを前記流路Ｌの外面に取り付けてもよい。この場合、流路Ｌの素材を導電体や電界が透過できる素材とすれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に電界ｅｆを形成することができる。
さらに、流路Ｌの素材を導電体とした場合、制御装置Ｄを直接流路Ｌに接続し、制御装置Ｄによって流路Ｌに電圧を加えれば、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に電界ｅｆを発生させることができる。
そして、一対の電極Ｅ，Ｅに代えて、一対の壁面Ｂ，Ｂ間に磁界ｂｆを形成できるものを一対の壁面Ｂ，Ｂに磁界発生部材を設けてもよいのは、いうまでもない。

つぎに、本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の作用と効果を説明する。
まず、制御装置Ｄによって一対の電極Ｅ，Ｅ間に電圧を加えると、流路Ｌ内の一対の壁面Ｂ，Ｂ間に、一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直な方向の電界ｅｆが発生する。すると、液晶ＬＣの液晶分子ｍは、その軸方向が電界ｅｆと平行になるように回転し、液晶分子ｍの回転によって、その周囲に速度勾配が発生する。

ここで、下方の壁面Ｂに設けられている配向膜Ｆの拘束力の影響により、全ての液晶分子ｍが左端部がチルトした状態で配列しているから、全ての液晶分子ｍは、全てその重心周りに時計回りに回転する。すると、液晶分子ｍの周囲に形成される速度勾配の影響により、液晶分子ｍは回転しながら右方向に移動する。しかも、下方の壁面Ｂに設けられている配向膜Ｆと接触する液晶分子ｍは、この配向膜Ｆにアンカリングされており、配向膜Ｆ近傍の液晶分子ｍもその移動が制限される（図１（Ｂ）
）。
このため、流路Ｌ内には、図１（Ｃ） に示すような速度分布が形成される。つまり、流路Ｌ内には、右向きの液晶流動が発生する。

ついで、一対の電極Ｅ，Ｅ間への電圧の印加をやめると、液晶分子ｍは、電圧を加える前の状態に戻るが、このとき全ての液晶分子ｍは反時計回りに回転する。つまり、いずれの液晶分子ｍも、その重心周りに一対の電極Ｅ，Ｅ間に電圧の印加したときと逆方向に回転する。したがって、流路Ｌ内には、図１（Ｃ）
に示した速度分布とｙ軸に対して逆向きの速度分布が形成され、左向きの液晶流動が発生する。
したがって、流路Ｌ内において、一対の電極Ｅ，Ｅ間に瞬間的に電圧を印加すると、右方向への液晶流動と、左方向への液晶流動が連続して発生する。

しかも、電圧の印加をやめたときに生じる液晶分子ｍの回転は、その回転速度が電圧を印加したときに生じる液晶分子ｍの回転速度よりも遅いから、電圧の印加をやめたときに生じる左方向への液晶流動の流量は、電圧を印加したときに生じる液晶分子ｍの右方向への液晶流動の流量よりも少なくなる。

したがって、流路Ｌ内において、一対の電極Ｅ，Ｅ間に瞬間的に電圧を印加すると、右方向への液晶流動と、左方向への液晶流動が連続して発生する。
よって、電圧を印加してから液晶分子ｍが電圧を加える前の状態に戻るまでの間（以下、単位流動期間という）に、右方向への液晶流動の流量（以下、印加時流量という）と左方向への液晶流動の流量（以下、復帰時流量という）の差の分だけ右向きの流量（以下、正方向流量という）が流路Ｌ内に発生するのである。

また、電圧を印加したときにおける液晶分子ｍの回転に対する抵抗、および、電圧の印加をやめたときに液晶分子ｍが電圧を加える前の状態に戻る力は、いずれも配向膜Ｆの拘束力に起因する。本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の場合、配向膜Ｆが一方の壁面Ｂにのみ設けられているので、一対の壁面Ｂ，Ｂの両方に配向膜Ｆを設けている場合に比べて、電圧を印加したときにおける液晶分子ｍの時計回りの回転速度が速くなる。一方、電圧の印加をやめたときにおける液晶分子ｍの反時計回りの回転速度が遅くなる。すると、印加時流量と復帰時流量の差が大きくなる。
よって、本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の場合、一対の壁面Ｂ，Ｂの両方に配向膜Ｆを設けている場合に比べて、単位流動期間に発生する正方向流量を増加することができるのである。

なお、制御装置Ｄによって、一対の電極Ｅ，Ｅ間にパルス状の電圧を断続して加えれば、正方向流量を断続して発生させることができる。しかも、一対の電極Ｅ，Ｅ間に加えるパルス状の電圧の時間間隔、つまり電界ｅｆを加える時間間隔を変化させれば、正方向流量を変化させることができる。
また、液晶ＬＣに印加する電界ｅｆの強さや方向、印加時間、印加波形等を調整しても正方向流量を調整することができるし、電界ｅｆを加える時間間隔を短くすれば、正方向流量をより連続的に発生させることができる。

また、上記例では、電界を加えたときに液晶分子ｍの軸方向が電界の方向と平行になるような液晶の場合を説明したが、電界を加えたときに液晶分子ｍの軸方向が電界の方向と垂直になるような液晶の場合には、流路Ｌ内において、液晶分子ｍの軸方向が一対の壁面Ｂ，Ｂと垂直な方向に対してわずかに傾くように配設すればよい。すると、電界を加えたときに液晶分子ｍの軸方向が電界の方向と垂直になるような液晶であっても、電界を加えたときに液晶分子ｍを一定の方向に回転させることができ、電界の印加を停止すれば液晶分子ｍを逆方向に回転させることができるのである。

さらに、本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構において、前記一対の電極Ｅ，Ｅから液晶分子ｍに印加される電界ｅｆの方向と交差する方向から、流路Ｌ内の液晶分子ｍに対して電界または磁界を加える復帰手段を設けてもよい。
かかる復帰手段を設けた場合、一対の電極Ｅ，Ｅ間への電圧の印加をやめた後、復帰手段から液晶分子ｍに電界または磁界を印加すれば、液晶分子ｍは、復帰手段から印加された電界または磁界の方向と一致するように反時計回りに回転する。つまり、配向膜Ｆの拘束力だけで液晶分子ｍを電圧または磁界を印加する前の状態に戻す場合に比べて、液晶分子ｍを反時計回りに回転させる力を強くすることができる。すると、液晶分子ｍが反時計回りに回転する速度を速くできるので、単位流動期間に発生する復帰時流量を増加することができる。
よって、復帰手段の作動をコントロールすれば、復帰時流量を変動させることができるから、単位流動期間に発生する正方向流量を調整することができる。
とくに、液晶分子ｍに対して復帰手段から加える電界または磁界の強さや方向、印加時間、印加波形等を調整すれば、液晶分子ｍが反時計回りに回転する速度を制御することができる。すると、復帰時流量を調整して正方向流量を調整することができるし、復帰時流量が印加時流量よりも大きくなるように調整すれば、単位流動期間に正方向流量と逆方向の流量を発生させることもできる。

かかる復帰手段を設けた本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の一例を、図２に示す。図２（Ａ）において、符号ＣＬは、復帰手段に相当するコイルを示している。このコイルＣＬは、一対の壁面Ｂ，Ｂの外方に設けられており、その軸方向が電界ｅｆの方向とほぼ直交するように配設されている。そして、このコイルＣＬは、制御装置Ｄに接続されており、この制御装置Ｄによって電流が供給されるタイミングやその電流値が制御されている。
このため、一対の電極Ｅ，Ｅ間への電圧の印加をやめた後コイルＣＬに対して電流を流せば、コイルＣＬの周囲には、コイルＣＬの軸方向に沿った磁界ｂｆが形成されるから、電界ｅｆの方向と交差する方向から、流路Ｌ内の液晶分子ｍに対して磁界ｂｆを加えることができる。すると、液晶分子ｍを、その軸方向が磁界ｂｆの方向と一致するように反時計回りに回転させることができる。よって、配向膜Ｆの拘束力だけで液晶分子ｍを反時計回りに回転させる場合に比べて、液晶分子ｍが反時計回りに回転する速度を速くでき、単位流動期間に発生する復帰時流量を増加することができる。

なお、図２（Ｂ）に示すように、本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の流路Ｌが、筒状の流路である場合には、コイルＣＬ内に流路Ｌが位置するようにすれば、コイルＣＬ内を通る磁界ｂｆを液晶分子ｍに対して加えることができる。すると、液晶分子ｍに対して加える磁界ｂｆの調整が容易になるし、磁束密度が高くなるので好ましい。
また、流路Ｌ内に配置される液晶ＬＣが光配向性液晶の場合には、レーザ光を液晶に照射し得るレーザ光源も復帰手段として採用することができる。

つぎに、本発明のハイブリッド物体移動機構について説明する。
本発明のハイブリッド物体移動機構は、上述したハイブリッド液晶流動形成機構を物体の移動に適用したものである。よって、上記ハイブリッド液晶流動形成機構で説明した事項と重複する内容については、簡単に説明している。

まず、第一実施形態のハイブリッド物体移動機構を説明する。
図５は第一実施形態のハイブリッド物体移動機構の説明図である。同図において、符号Ｐは一対の部材を示している。この一対の部材Ｐ ,Ｐは、互いに平行かつ、いずれの部材Ｐの対向する壁面も平坦面に形成されている。この一対の部材Ｐ ,Ｐのうち、一方の部材Ｐ（図５では下方の部材Ｐ）は固定されているが、他方の部材Ｐ（図５では上方の部材Ｐ）は一方の部材Ｐに対して相対的に移動可能に設けられている。

この一対の部材Ｐ ,Ｐにおいて、上方の部材Ｐの下面（移動側対向面）と下方の部材Ｐの上面（固定側対向面）との間には、液晶ＬＣが入れられており、固定側対向面にのみ配向膜Ｆ（例えば、ポリイミド等の高分子物質等から形成された膜）が設けられている。
そして、この配向膜Ｆの上面には右から左にラビングが施されている。
このため、上下一対の部材Ｐ ,Ｐ間において、全ての液晶分子ｍは、その軸方向を左右方向に向けて配列し、しかも、左端部が上傾するように配列する。

また、前記上下一対の部材Ｐ ,Ｐの固定側対向面および移動側対向面には、それぞれ一対の電極Ｅ，Ｅが設けられており、図示しない制御装置によって一対の電極Ｅ，Ｅに電圧を加えたときに、一対の部材Ｐ ,Ｐの固定側対向面および移動側対向面と垂直な電界ｅｆを形成することができるように配置されている。

このため、一対の電極Ｅ ,Ｅに電圧を加えて上下一対の部材Ｐ ,Ｐ間に垂直な電界ｅｆに形成すれば、液晶ＬＣには、右向きかつ一対の部材Ｐ ,Ｐと平行な流れが発生する。すると、下方の部材Ｐは固定されているのに対し、上方の部材Ｐは下方の部材Ｐに対して相対的に移動可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に下方の部材Ｐを移動させることができる（図５（Ｂ）
）。

また、図示しない制御装置によって、一対の電極Ｅ，Ｅ間にパルス状の電圧を断続して加えれば、下方の部材Ｐに対して上方の部材Ｐを、断続して移動させることができる。しかも、一対の電極Ｅ，Ｅ間に加えるパルス状の電圧の時間間隔、つまり電界を加える時間間隔を変化させれば、上方の部材Ｐの移動量を変化させることができる。さらに、電界ｅｆの強さや方向、印加時間、印加波形等を調整しても上方の部材Ｐの移動量を調整することができるし、電界ｅｆを加える時間間隔を短くすれば、上方の部材Ｐをより連続的に移動させることができる。

なお、対向する一対の部材Ｐ，Ｐは平行でなくてもよく、例えば下方の部材Ｐの固定側対向面に対して上方の部材Ｐの移動側対向面が傾斜していてもよい。この場合、移動側対向面に沿って、上方の部材Ｐを移動させることができる。つまり、下方の部材Ｐに対して上方の部材Ｐを３次元的に移動させることができる。

そして、第一実施形態のハイブリッド物体移動機構においても、前記一対の電極Ｅ，Ｅから液晶分子ｍに印加される電界ｅｆの方向と交差する方向から流路Ｌ内の液晶分子ｍに対して電界または磁界を加える復帰手段を設けてもよい（図２（Ａ）参照）。すると、復帰手段の作動をコントロールすれば、上方の部材Ｐの移動速度や移動方向をコントロールすることができる。

そして、第一実施形態のハイブリッド物体移動機構を応用すれば、液晶を利用した搬送装置を作ることができる。このような搬送装置等は、非常にコンパクトに作ることができ、しかも微弱な電力などによって駆動させることができるので、例えばマイクロマシーンに付随する作業機械等に適用可能である。

また、図６に示すように、一対の部材Ｐ
,Ｐを、中空な筒状の外側部材Ａと、この外側部材Ａの中空な空間内に配設された内側軸Ｃとから構成し、両者を相対的に移動可能な状態としておく。そして、この外側部材Ａと内側軸Ｃとの間に液晶ＬＣを充填し、外側部材Ａの内面または内側軸Ｃの外面のいずれか一方に配向膜Ｆを設け、かつ、電圧を加えたときに外側部材Ａおよび内側軸Ｃの半径方向に電界が形成されるように一対の電極を外側部材Ａと内側軸Ｃに設ける。しかも、配向膜Ｆには、一対の電極から電界が加えられたときに、外側部材Ａの中空な空間の軸方向を含む面内で液晶分子ｍが回転するようにラビング処理等を施しておく。
すると、液晶ＬＣに対して一対の電極から電界を加えると、外側部材Ａの中空な空間の軸方向に沿って液晶流動が発生するので、外側部材Ａの移動を固定しておけば、液晶流動の方向に沿って内側軸Ｃを移動させることができる。逆に、内側軸Ｃの移動を固定しておけば、液晶流動の方向に沿って外側部材Ａを移動させることができる。
かかる機構を採用すれば、内側軸Ｃをロッドとし、外側部材Ａをシリンダボディとするピストン等も形成することもできる。

つぎに、第二実施形態のハイブリッド物体移動機構を説明する。
図７は第二実施形態のハイブリッド物体移動機構の説明図である。図７に示すように、内側軸Ｃは、外側部材Ａ内に収容されており、その中心軸ＣＣが外側部材Ａの中心軸ＣＡと同軸になるように配設されている。また、この内側軸Ｃは、外側部材Ａ内において、その中心軸ＣＣ周りに回転自在に取り付けられている。

前記内側軸Ｃと外側部材Ａとの間には、液晶ＬＣが入れられており、内側軸Ｃの外面にのみ配向膜Ｆ
が設けられている。そして、内側軸Ｃの外面に設けられた配向膜Ｆは、内側軸Ｃの中心軸ＣＣ周り(図７では反時計回り)にラビングが施されている。
このため、内側軸Ｃと外側部材Ａとの間において、全ての液晶分子ｍは、その軸方向を内側軸Ｃの外面の接線方向に配列し、しかも、その一端が上傾するように配列する。
なお、図示しないが、外側部材Ａおよび内側軸Ｃには、電圧を加えると、外側部材Ａおよび内側軸Ｃの半径方向に電界が形成されるようにそれぞれ一対の電極が設けられている。

このため、内側軸Ｃを固定した状態で、外側部材Ａと内側軸Ｃの間にその半径方向の電界ｅｆを形成すれば、液晶ＬＣには、内側軸Ｃの接線方向に沿って時計回りの流れが発生する。すると、外側部材Ａと内側軸Ｃはその軸周りに相対的に回転可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に沿って、外側部材Ａを反時計回りに回転させることができる（図７（Ｃ））。
逆に、外側部材Ａを固定した状態で、外側部材Ａと内側軸Ｃの間にその半径方向の電界ｅｆを形成すれば、液晶ＬＣには、外側部材Ａの内面の接線方向に沿って流れが発生する。すると、外側部材Ａと内側軸Ｃはその軸周りに相対的に回転可能であるから、液晶ＬＣの流れの方向に沿って、内側軸Ｃを反時計回りに回転させることができる。
なお、内側軸Ｃと外側部材Ａとの間において、全ての液晶分子ｍの軸方向が中心軸ＣＣと直交する面内に配設するようにしておけば、内側軸Ｃと外側部材Ａとを相対的に回転だけさせることができるが、全ての液晶分子ｍの軸方向が中心軸ＣＣと交差するが非直交な面内に配設するようにしておけば、内側軸Ｃと外側部材Ａとを相対的に回転させながら中心軸ＣＣの軸方向に沿って相対的に移動させることもできる。

また、図示しない制御装置によって、外側部材Ａと内側軸Ｃの間に断続して電界ｅｆを加えれば、内側軸Ｃや外側部材Ａに断続して回転力を与えることができる。しかも、電界ｅｆを加える時間間隔を変化させれば、内側軸Ｃや外側部材Ａの回転数を変化させることができる。さらに、電界ｅｆの強さや方向、印加時間、印加波形等を調整しても内側軸Ｃや外側部材Ａの回転数の移動量を調整することができるし、電界ｅｆを加える時間間隔を短くすれば、内側軸Ｃおよび外側部材Ａの任意の時間における回転角速度を一定に近づけることができる。

そして、第二実施形態のハイブリッド物体移動機構を応用すれば、液晶を利用したモータを作ることができるし、刃のみが軸周りに回転するカッタなども作ることも可能である。そして、このようなモータ等は、非常にコンパクトに作ることができ、しかも微弱な電力などによって駆動させることができるので、例えばマイクロマシーンの駆動装置等に適用可能である。
とくに、第二実施形態のハイブリッド物体移動機構では、内側軸Ｃの外面だけに配向膜Ｆを設けたり内側軸Ｃの外面だけにラビングレス処理を行っても、内側軸Ｃまたは外側部材Ａを回転させることができる。つまり、外側部材Ａの内面に配向膜Ｆを設けたりラビングレス処理を行ったりする必要がないので、第二実施形態のハイブリッド物体移動機構を採用すれば非常に小さなモータ等を形成することができる。
なお、外側部材Ａの内面に配向膜Ｆを設けたりラビングレス処理を行ったりすることができるのであれば、外側部材Ａの内面だけに配向膜Ｆを設けたりラビングレス処理を行ってもよいのは、いうまでもない。

また、上記いずれの実施形態のハイブリッド物体移動機構でも、微弱な電力によって液晶流動を発生させることができるので、微弱な電流が流れたときに発生する磁界や電界を感知して、作動するセンサなどにも応用可能である。

本発明のハイブリッド液晶流動形成機構の概略説明図であり、（Ａ）はＹＺ断面図であり、（Ｂ） はＹＺ断面図において電界を加えたときにおける液晶分子の配列を示した図であり、（Ｃ） はＹＺ断面図において電界を加えたときに一対の壁面Ｂ間に発生する液晶の速度分布を示した図である。 復帰手段を設けた本実施形態のハイブリッド液晶流動形成機構の一例を示した図である。 電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。 平行板Ｐ上に載せられた液晶ＬＣに電界が加えられたときにおける液晶分子ｍの動きの説明図である。 第一実施形態のハイブリッド物体移動機構の説明図である。 第一実施形態のハイブリッド物体移動機構を採用したピストンの説明図である。 第二実施形態のハイブリッド物体移動機構の説明図である。

Ｌ 流路
Ｂ 壁面
Ｆ 配向膜
ＬＣ 液晶
ｍ 液晶分子
ｅｆ 電界

Claims (6)

1. 流路と、
   該流路の壁面に沿って移動可能に設けられた液晶と、
   該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記流路における一の壁面と交わる面内で回転させる液晶分子回転手段とからなり、
   前記液晶分子回転手段が、
   前記流路の一の壁面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、
   前記流路における一の壁面に設けられた拘束手段と、
   前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、
   該拘束手段は、
   前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束するものである
   ことを特徴とするハイブリッド液晶流動形成機構。
2. 移動が固定された固定部材と、
   該固定部材と対向するように配置され、該固定部材に対して相対的に移動可能に設けられた移動部材と、
   該移動部材における前記固定部材と対向する移動側対向面と、前記固定部材における前記移動部材と対向する固定側対向面との間に配置された液晶と、
   前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を、前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、
   前記液晶分子回転手段が、
   前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、
   前記移動部材の移動側対向面または前記固定部材の固定側対向面に設けられた拘束手段と、
   前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、
   該拘束手段は、
   前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記移動部材の移動側対向面近傍または前記固定部材の固定側対向面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束するものである
   ことを特徴とするハイブリッド物体移動機構。
3. 前記固定部材が中空な空間を有する外側部材であり、
   前記移動部材が、前記固定部材の中空な空間内に該中空な空間の軸方向に沿って、該固定部材に対して相対的に移動可能に配設された内側部材であり、
   前記外側部材の内面と前記内側部材の外面との間に前記液晶が配設されており、
   該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えたときにおいて該液晶の液晶分子が回転する面が、前記内側部材の中空な空間の軸を含む面である
   ことを特徴とする請求項２記載のハイブリッド物体移動機構。
4. 前記移動部材が中空な空間を有する外側部材であり、
   前記固定部材が、前記移動部材の中空な空間内に配設された内側部材であり、
   前記外側部材が、その中空な空間の軸方向に沿って、前記内側部材に対して相対的に移動可能に配設されており、
   前記外側部材の内面と前記内側部材の外面との間に前記液晶が配設されており、
   該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加えたときにおいて該液晶の液晶分子が回転する面が、前記内側部材の中空な空間の軸を含む面である
   ことを特徴とする請求項２記載のハイブリッド物体移動機構。
5. 中空な空間を有する外側部材と、
   該外側部材の中空な空間の内部に、前記外側部材に対して回転自在に配設された内側軸と、
   前記外側部材の内面と前記内側軸の外周面との間に入れられた液晶と、
   該液晶の液晶分子に対して、前記内側軸の中心軸から前記外側部材の内面に向う方向に沿って電界または磁界を加えて、該液晶の液晶分子を前記内側軸の軸方向と交わる面内において回転させる液晶分子回転手段とからなり、
   前記液晶分子回転手段が、
   前記内側軸の外周面または前記外側部材の内面と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える回転手段と、
   前記内側軸の外周面または前記外側部材の内面に設けられた拘束手段と、
   前記回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から、該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段と、を備えており、
   該拘束手段は、
   前記液晶の液晶分子に対して前記回転手段から電界または磁界を加えられたときにおいて、各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように前記内側軸の外周面近傍または前記外側部材の内面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束するものである
   ことを特徴とするハイブリッド物体移動機構。
6. 液晶を流路内に配置し、
   該流路内において、電界または磁界を加えられたときにおいて各液晶分子がそれぞれ一方向にのみ回転するように、拘束手段によって前記流路の一の壁面近傍に位置する液晶分子の運動を拘束し、
   前記液晶の液晶分子に対して前記流路の一の壁面と交わる方向に沿って電界または磁界を加える回転手段と、該回転手段が前記液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える方向と交差する方向から該液晶の液晶分子に対して電界または磁界を加える復帰手段とによって、前記液晶に対して交互に電界または磁界を加える
   ことを特徴とするハイブリッド液晶流動形成方法。