2015 Fiscal Year Annual Research Report
圧電性らせん高分子における擬似レイリー波の創生とその機能化
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25288059
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
田實 佳郎 関西大学, システム理工学部, 教授 (00282236)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ポリ乳酸 / 圧電性 / 成型法 / 逆圧電性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度最大の成果は，従来Ｌ型ポリ乳酸(PLLA)を通常のプラスチック成型により形成したときに，圧電成型体を直接できないとされてきたが，これを覆したことである．我々は真空成形法を利用し，全く新しい圧電デバイスを実現する道を開いた．真空成形法では，加熱した高分子シートと成形体型との空間の空気を真空吸引し，シートを型に合わせ，薄肉成型体を得る．通常PLLAを通常の真空成形条件で成型しても圧電性は発現しない．そこで，成形条件(圧力，温度，成形助剤など)を最適化すべく，まずアクリル系助剤を高せん断装置を用い微量添加し，一軸配向性が高くなるペレットを作成した．そして，ガラス転移点に十分注意しながら，その直下で瞬間成型することで圧電性を発現させることを試みた．各実験結果を非接触測定であるり複雑形状の測定が可能な開発した光学リターデーション測定装置を用い，配向部位の解析をすすめ，それを制御することを追究した．圧電性発現部位を追究した．多くの試行錯誤を繰り返したが，最終的に円筒型成型体において，概ね配向特性を制御できるようになった．その結果，電圧信号に追随する圧電変位を発生させることが可能になり，所謂円筒圧電スピーカを実現した．具体的にはこの円筒成型体を音楽プレーヤにつなぐと，スピーカとして機能することを実証した．更に広い周波数域で音圧，各部位の定量的な変位測定解析を行った．その結果を基に，圧電性を付与した成形体に擬似レイリー波を効率よく発生させ，アクチュエータ化させる可能性を見出した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27度まで，多層積層体による高圧電性の実現と，通常の物理成型法を用い複雑な形状を持つ圧電体の実現を目標にして，研究をすすめてきた．研究期間の半ばを過ぎたが，概ねその目標は達成できた．その根拠となる成果は以下の通りである．
１）多層積層体によるポリ乳酸デバイスのみかけの圧電率は200pC/Nを超えるものも実現できた．
２）物理成型法では真空成型法において所定の部位に圧電性を発現させる技術を確立できた．その結果，複雑な形状の圧電成型体の具現化の道を開いた．
以上のように従来はポリ乳酸といえば一軸延伸フィルムにおいて圧電性を発現させるのみであったが，全く新たなタイプの高分子圧電体を出現させる可能になった．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度までに進めてきた円筒スピーカの解析結果をもとに，ハプティクス等につながる擬似レイリー波の発生する複雑形状(曲率が異なる)成形体を，有限要素法シミュレーションを併用し，設計，試作を繰り返し，実現を計る．
この実現が困難な場合は単純形状成形体に安定的な擬似レイリー波(圧電性)を発生させる条件の確立に注力する．
特に，システム化のための制御系の開発に今後は注力し，最適な駆動制御システムを確立を計る．具体的には，駆動力とする擬似レイリー波の安定的な発生を保証するために，縦波共振変位を一定にするように印加電圧の周波数と大きさを自動調整するシステムを確立する．
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| Causes of Carryover |
円筒成型体研究の進展に伴い，圧電性の発現が当初の予定以上の大きさとなり，微小圧電体の場合必要な機器を準備する必要がなくなったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
円筒スピーカが大きな圧電性を発現するようになったため，より複雑な形状の金型を用意すること，またそれに伴う制御システムの構築に使用する．また擬似レイリー波の発生を確認した高圧電PLLA素子を用い磁性材料(レアアース)を使わないモータを試作する．具体的には軽量リニアステージ，セラミックスではできないメートルサイズの複雑曲線ステージなど，直接擬似レイリー波により搬送をするシステムを試作する．
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