デジタル印刷によるPVCゲルアクチュエータの高速・高精度自動製造プロセス開発

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本研究では, 高性能・高柔軟積層型可塑化ポリ塩化ビニル(PVC)ゲルアクチュエータの作製自動化を目指し, デジタル3D印刷技術に着目し, ゲル液を充填した塗布ヘッドを搭載した塗布システムで, 薄膜積層型PVCゲルアクチュエータの全自動作製を検討した。本年度は, 自動化プロセスの提案と, 塗布ヘッドの選定および塗布システムの構築を行った。さらに, 構築したシステムの最適塗布条件の検討を行った。塗布ヘッドにはピエゾ駆動式の1ノズルヘッドを用い, 溶液への耐性が高く, 広い粘度範囲の液体が塗布できるものを選定した。これを3軸ロボットに組み込み, 作図プログラムで任意の形状を決め, 位置情報と吐出信号の出力を同期させて塗布を行った。本システムで塗布した際に気泡の巻き込みや穴等の塗布ムラなくゲル膜が作製できる塗布ヘッドへの出力条件の抽出には, 15mmx15mmのパッチの作図パターンを用いて, 塗布後のゲル膜の状態から検討した。塗布ヘッドに出力するパルス電圧の出力パターンを調整して塗布条件を検討すると, 立上げ, 立下げ時間を700μs, 吐出周波数を20Hzとした際に比較的ムラなく塗布できることを確認した。さらに出力する電圧出力パルス振幅を調節すると, 約200μmまでのゲル厚の調整が可能で, パルス振幅30V印加時に30μm程度の薄いゲル膜を得られることを実証した。この結果から, 自動で任意形状のゲル膜を作製可能な塗布システムの構築を達成した。さらに本システムを用いて作製したゲルと柔軟電極を組合わせてアクチュエータを作製すると, 作製したアクチュエータは電圧を印加すると収縮し, 本手法で作製したゲル膜がアクチュエータとしての性能を有することを確認した。