| 研究課題/領域番号 |
26420133
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| 研究機関 | 山形大学 |
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研究代表者 |
赤松 正人 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (40315320)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 熱物性測定 / 熱伝導率 / 比熱容量 / 熱拡散率 / 透明形状記憶ゲル |
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| 研究実績の概要 |
本研究では世界で初めて開発された夢の透明形状記憶ゲルの熱伝導率，比熱容量そして熱拡散率の温度依存性を熱物性テスターを用いて明らかにし，その熱物性データベースを世界に先駆けて構築することを目的とする．また，熱物性データをゲル開発にフィードバックすることで透明形状記憶ゲルの熱機能性と自己復元性をさらに向上させた超サーマルメカニカルゲルを開発する．そして，測定した熱物性データを用いて定量的な温度制御による微小変位制御が可能な新方式の超サーマルメカニカルゲル製ロボットハンドアクチュエータを開発する．
当初は，初年度に入力補償型示差走査熱量計を用いて比熱容量を測定し，次年度に平板比較法に基づく実験装置を設計製作して熱伝導率を測定する計画であった．しかしながら，入力補償型示差走査熱量計の不具合により，上述したように新たに熱物性テスターを購入して熱伝導率と比熱容量，これらに加え熱拡散率を測定した．
初年度は，まずはじめに熱物性テスターで上記熱三物性を測定するための測定システムを設計製作した．具体的には，塩化ビニル製の密閉室を製作して，その室内に設置したX,Y,Z自動ステージ（中央精機社製）に熱物性テスターを固定し，自動測定を可能にした．また，密閉室内には銅管を配置し，そこに恒温槽（LAUDA社製RA24）で温度制御された水を循環させることで恒温室とした．
熱物性測定は，真空ポンプで恒温室内を減圧した後，室内の空気を窒素（99.5％）で置換した環境で行った．始め熱物性テスターの温度プローブを被測定物より高い温度に加熱し，一定温度に保持した．その後，温度プローブの先端感温部を被測定面に10秒間接触させて，その直後のプローブ温度変化を測定した．得られた温度応答データを熱物性テスターの測定理論に基づき解析し，透明形状記憶ゲルの熱伝導率，比熱容量そして熱拡散率を算出し，その熱物性特性を検討した．
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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
当初は，初年度に入力補償型示差走査熱量計を用いて透明形状記憶ゲルの比熱容量を測定し，次年度に平板比較法に基づく実験装置を設計製作して透明形状記憶ゲルの熱伝導率を測定する計画であった．
しかしながら，入力補償型示差走査熱量計の不具合により，新たに熱物性テスターを購入して透明形状記憶ゲルの比熱容量と熱伝導率に加え，熱拡散率を測定した．
熱物性テスターの測定原理は，熱物性が既知であるいくつかの物質の熱伝導率比と熱浸透率比を測定して，熱物性テスターのプローブ定数を求める．その後，未知の物質の熱伝導率比と熱浸透率比を測定して，先に求めたプローブ定数から未知の物質の比熱容量，熱伝導率そして熱拡散率を算出する方法である．初年度は測定システムを設計製作し，以下のようにして熱物性測定を行った．
一定環境に維持された恒温室内（室内平均温度20.0℃，室内平均湿度15.6％，室内平均酸素濃度4.2％，試料平均温度20.3℃）で，293 Kにおけて熱物性値が既知の塩化ビニル，アクリル樹脂，そしてフッ素樹脂の熱伝導率比と熱浸透率比を測定し，熱物性テスターのプローブ定数を求めた．その後，再び，一定環境恒温室内（室内平均温度20.1℃，室内平均湿度8.4％，室内平均酸素濃度4.2％，試料平均温度20.2℃）において塩化ビニル，アクリル樹脂，フッ素樹脂の熱伝導率比と熱浸透率比を測定して，その後，透明形状記憶ゲルのそれらを測定した．
これまでの熱物性測定で明らかとなった透明形状記憶ゲルの熱物性特性は，日本機械学会東北支部第50期総会・講演会において3件の口頭発表として示された．
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は，熱物性テスターを用いて透明形状記憶ゲルの比熱容量と熱伝導率に加え，熱拡散率を測定するための測定システムを設計製作し，293 Kにおけるそれらを測定した．
この結果，熱物性が既知である塩化ビニル，アクリル樹脂，フッ素樹脂の比熱容量，熱伝導率，そして熱拡散率の測定が誤差15 %以内で測定できることが明らかとなった．この結果，熱物性が未知の透明形状記憶ゲルのそれらも誤差15 %以内で測定できたことが推測された．
そこで今年度は，まずはじめに293 Kにおける熱物性測定を繰り返すことにより，熱物性テスターを用いた熱物性測定精度を±5 %以内に向上させるための方策を見出す．さらに，透明形状記憶ゲルの比熱容量，熱伝導率そして熱拡散率の温度依存性を明らかにする計画である．また，透明形状記憶ゲルの主成分が水であることから，水の熱物性値との比較検討を行う予定である．
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