高分子-貴金属複合体を用いたアクチュエータの研究

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高分子膜を貴金属でサンドイッチ上にめっきした複合体を製作した。この複合体は、イオン導電性高分子ゲル膜(Ionic Conducting Polymer Gel Film [注]ICPEと略記),であるパーフルオロスルフォン酸(PFS)膜の両面に白金を生成させたものである。この複合体に水中で電圧を加えると、屈曲運動を生じるアクチュエータである。ステップ電圧および正弦波電圧を印加して非接触レーザ変位計によりその応答変位を計測した。長さと共振周波数との関係を詳細に解析した。その結果、共振周波数は長さの二乗に反比例していることが観察された。これは、片持ちはり(境界条件が一端固定、一端自由)における長さと共振周波数とも関係に類似した結果であり、機械的性質を含んでいることが推察される。次に、アクチュエータのモデル化について考察した。屈曲原理は現在までに明らかにされていないが、簡単なモデルで表現し、かつパラメータの意味付けを明確にするという方針をとった。質量、ばね定数、および減衰定数などの力学モデル、コンデンサや抵抗で構成される電気回路モデルとして双方の性質を併せ持っていると考える。そして、入出力をそれぞれの電圧、変位としたときの伝達関数表現によるモデル化を行った。これは、湿潤状態における高分子ゲル内の水分子に含まれるイオンが移動することにより、屈曲運動をするものとして推察される。実験データからパラメータを決定し比較を行った結果、良好な一致を見せた。また、このアクチュエータを液体などを運搬するために運動機構に着目し、アクチュエータの幅、長さ、最大変位および共振周波数などの諸関係を実験により解析した。取り扱ったアクチュエータの形状をもとにすると、幅を狭くし(2mm)、長さを大きく(35mm)することにより、有効な最大変位が得られることが明らかになった。