| 研究課題/領域番号 |
22K03884
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 岡山大学 |
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研究代表者 |
山口 大介 岡山大学, 自然科学学域, 助教 (00735657)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | アクチュエータ / ポリイミド / テクスチャ / フィルム / 熱駆動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱膨張係数が異なる2枚の板を貼り合わせたバイレイヤアクチュエータは，電化製品の温調機構や宇宙機のロック機構，廃熱を利用した発電などに利用されている．本研究ではこれまでに，板の貼り合わせ時に特殊な加工を施すだけで，100倍以上の変位拡大効果が生じる事を発見した．本研究ではこの少ないエネルギーで大きな運動を生み出す効果の原理を明らかにすることを目的とし，将来的に，高性能・省エネルギーな次世代駆動源の実現や，エナジーハーベスティング技術の画期的な性能向上に繋がる基盤技術を得ることを目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究ではこれまでに，熱膨張係数の異なるポリイミド（PI）フィルムを溶着する際に特定の加工を加えることで，通常の熱膨張の差を利用した変形と比較して約100倍の大変形が発生することを確認している．この変位拡大効果は実機試作を通して実現されているにとどまることから，本研究では，変位拡大効果のメカニズムを解明し，PIフィルム製大変形バイレイヤアクチュエータを実現することを最終目的とする．本変位拡大効果を利用したアクチュエータを，本研究ではテクスチャードアクチュエータと名付ける．
研究実施計画に従い，初年度はテクスチャードアクチュエータの製作方法および評価方法の改善を行い，2年目以降の実機試作・評価実験に必要な基盤技術の確立を行った．
本研究目的を達成するには，形状パラメータを変更したテクスチャードアクチュエータの試作・評価が必要となるが，従来の製作手法ではパラメータ変更のたびに，複雑な金型の再製作，溶着・テクスチャリング条件の選定が必要であった．そこで今年度は，放電加工機を利用した簡易かつ加工精度の高い金型製作法の導入，万力型溶着・テクスチャリング装置の製作を行い，テクスチャードアクチュエータのパラメータ変更と試作を短期間で実現する手法を確立した．本製作手法によって，短期間で様々な形状パラメータを持ったテクスチャードアクチュエータの試作が可能となった．
またテクスチャードアクチュエータは，極薄で大変形を生じるという特長を持つことから，出力特性の評価に必要な発生力および変形量の評価が困難という課題があった．そこで駆動特性として，発生力，変形量，駆動温度を同期して測定可能な評価装置を構築した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
現在までに，当初計画に従ってテクスチャードアクチュエータの製作方法・評価方法の両者を確立しており，次年度以降に行うパラメータを変更したアクチュエータの試作・評価を円滑に進めることが可能と考える．加えて，試作数を減らし，効果的な試作を行うために実験計画法の導入を進めた．
次年度以降，試作を通じた駆動メカニズムの解明と設計手法の確立を目指す．
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の製作方法，評価装置の確立によって，アクチュエータの試作および評価がより容易となった．今後，テクスチャ形状（ストライプ状）を変更したアクチュエータを試作・評価することで，変形拡大の要因と予想される見かけの剛性の低下が駆動特性におよぼす影響を確認する．加えて，熱膨張変形の異方性，成形加工時の残留応力の影響についても，製作時のパラメータを変更することで確認していく予定である．これらは，当初計画に従って進めていく．
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