接着剤や固定部材を用いないポリイミドフィルム積層体
岡山大学 学術研究院自然科学学域
産業創成工学専攻
助教 山口 大介
2022年9月29日

1自己紹介：
極限環境（宇宙や放射線下，極低温）において，生き物のような柔らかいロボット• 従来：金属・セラミックス主体で硬い＆重い• ポリイミドのみで空気室を作ろう！

人に似た特性を人が近づくことのできない環境へ
人のようにやわらかなアクチュエータとして世界最低駆動温度(‐195℃）
2自己紹介：
極限環境（宇宙や放射線下，極低温）において，生き物のような柔らかいロボット• 従来：金属・セラミックス主体で硬い＆重い• ポリイミドのみで空気室を作ろう！

月面着陸機用エアバッグ• 約70％の質量削減• 月面への衝突可能
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従来： 樹脂の応用における矛盾
ポリイミド（PI）フィルムの例• 融点が存在しない• 接着剤・ネジ等の利用
質量の増加，耐性の低下• 表面処理と溶着工程の増加，大型化が困難• 添加剤による可溶着化
写真： UBE株式会社 HPより引用

耐性の低下• 高強度・高耐性を有する樹脂ほど溶着が困難• 樹脂の特性向上 と 接着の多用 の両立は困難

多方面へ利用可能な優れた樹脂ほど応用方法・範囲が限定される
4これまでの研究成果

特許出願済み（未公開）• PIフィルム同士の前処理・添加剤・接着剤フリー接着に成功①金型を利用した加熱・加圧接着②印刷技術により製作した
加熱・成形ユニットと加熱・加圧接着
5前処理・添加剤・接着剤フリーなレーザ接着技術
特許出願済み（未公開）• PIフィルムが対象
接着部(2mm)

下敷きのテクスチャが見えるほどの透明度

ポリイミド（25m厚同士)

レーザ溶着として：• 従来： 透明樹脂のみ→ 有色，金属膜付き• 従来：高価な光源(500万円以上）→ 安価な光源（10万円程度）
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接着されたPIフィルムの引っ張り強度• T型剥離試験12張力[N]1086Peeling point

42001234

変位[mm]

平均溶着強度

600N/m以上
合成ゴム系接着剤：約300N/m7

これまでの成果と国際的な比較• ポリイミドフィルム同士の貼り合わせの場合接着剤の利用

可溶着化

表面処理

本研究

接着剤，添加剤，吸収剤

必要

必要

不要

不要

前処理必要 ※1不要

必要

不要

形状の自由度○△△◎プロセスタイム△◎×◎

耐極限環境性×

△

○

○

質量増加×

◎

◎

◎

コスト

◎

×△

◎

※1 PIの場合，接着性向上のためにプライマーが必要
8想定される用途

9本技術の特長• 簡易な装置構成で溶着困難であったポリイミドフィルムを接着剤・添加剤・前処理フリーで貼り合わせ• 軽く，強く，腐食せず，高い耐熱性と耐薬品性を持つ部品の実現• ポリイミド製部品の小ロットかつ安価な製造が可能

接着部(2mm)

下敷きのテクスチャが見えるほどの透明度

ポリイミド（25m厚同士)10バルク材の加工 と 積層体• ポリイミドのバルク材の課題• 国内製造が限定的，材料が高価• 削り出し→ 廃棄材の再生リサイクル不可• 成型品→ 用途の主流は多品種少量，個別生産• 接着剤層の無い積層体• 合板化，繊維強化，切削レス化，局所的強化• ポリイミドの機械部品への利用拡大（小ロット・安価）

合板

繊維強化

局所積層
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様々な業界における軽量化の波• CO2削減・脱炭素社会• 燃焼機関の燃費性能の頭打ち• 航続距離延長

車両の軽量化 接着の多用
 金属部品の樹脂化
 樹脂の性能向上

12様々な業界における軽量化の波 接着の多用
 金属部品の樹脂化
 樹脂の性能向上••

優れた樹脂ほど応用方法・範囲が限定

接着剤，ネジ・リベット等固定用材料レスへ適用材料を増やすことで本技術を活かせるのでは？
13想定される用途• 金属部品の高強度樹脂による代替や，接着の多用による軽量化• 液化水素用断熱材や，液晶・有機ELディスプレイ，半導体製造装置• 人工衛星，惑星探査機などの極限環境用デバイスの製造

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企業への期待・共同研究の方向性

なぜ？

何に？

どうやって？

「接着現象の解明」「何が着くのか」「プロトタイプ」

を進めたいです．

を広く試したいです．

製作を行いたいです．

• 接着について駆け出し• 利用可能な装置に限界• 様々な知見が不足• 産業界のニーズ情報不足• 用意可能な種類に限界• 未来の材料は？

• 装置開発のノウハウ不足• エンジニアリング視点不足• 装置化に限界「接着・溶着」「観察・計測・分析」
が得意！

「これ着く？」「試してみたい」
大歓迎！

ものづくり，加工機，製品開発，が得意！

矛盾の解決を目指す

応用可能な樹脂の拡大利用が限定された優れた樹脂の応用方法・範囲を拡大

多種 スーパーエンプラ
生分解性/バイオマスプラスチック
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どのような産学連携？
• 個別に相談，内容・条件にあわせて可変
（例）
溶着技術
打ち合せ

溶着導入

ライセンス利用等

トライアル

トライアル

個別相談

応用研究・アプリケーション
共同研究 など

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産学連携の経歴• 2021年NEDO 若手研究者産学連携プラットフォームに採択（共同研究，トライアルに向けてサポートあり）

https://wakasapo.nedo.go.jp/seeds/seeds-2031/

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フィルムから作り出す機械要素化の事例

18ソフトアクチュエータ• 生態に似た柔らかさを持ったアクチュエータ• ゴム等の袋にガスを入れ中退の圧縮性を活かした柔軟さを持つ（空圧ソフトアクチュエータの場合）

東京工業大学 鈴森研究室

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モチベーション
従来

本研究

人に似た特性を人に似た特性を人に身近な分野

人が近づくことが困難な環境

介護・福祉
リハビリ 等

ダイヤ工業，東京理科大学，埼玉大学

高温アルカリ性・酸性溶液中

極低温

宇宙

極限環境においてソフトメカニズムの有効性を生かす研究を提案
IPA「教育用画像素材集サイト」,ハッブル宇宙望遠鏡, JST, NASA20

極限環境向けロボットを作りたい• 使えるアクチュエータ・センサが存在しない→ アクチュエータ・センサを作るか！
• 柔らかい樹脂 ＝ 極限環境に弱い→ ポリイミドを使用することで解決！
• 製造技術が無い→ 加工技術から開発するか！

低温脆性を生じるゴム（その中で生まれた）
ポリイミドフィルムの貼り合わせ技術
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SAFEEの例• 極限環境用ソフトアクチュエータ
Soft Actuator for Extreme Environments (SAFEE)

駆動部全長： 40 mm
駆動部幅： 10 mm

室温環境での駆動の様子

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SAFEEが持つと期待する特徴
 高耐環境性-269～300℃，超高真空中，薬液中，汚染環境中等で駆動可能．

 極限環境において 人に似た柔軟さ
ゴム製アクチュエータと同程度の柔らかさ．

 極軽量
フィルムのみで駆動部を構成可能．

 コンパクト
収納時はフィルムの厚さ．丸めて梱包可能．

世界最低駆動温度‐195℃を実現（従来より約170℃低下）

 極低圧駆動
数kPaから駆動

 安価に大量生産・使い捨て可能
全体がフィルム製のため安価かつ焼却処分可能．
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PIフィルムの熱間圧空成形法

成型後のPIフィルムの例製作したアクチュエータ一例
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形状記憶要素
厚み1.55mm のシート

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OMOTENASHI用エアバッグ

気室の製作

約70%の質量削減

最大長 300mm
質量 33.3g26

OMOTENASHI用エアバッグ• 月面を模擬した衝突試験（1/4モデル）– 真空環境下において，30m/s 以上の速度で砂地へ衝突– 月面への衝突に耐えることを確認

擬似レゴリスへの衝突実験装置

20,000fps
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企業への期待・共同研究の方向性

なぜ？

何に？

どうやって？

「接着現象の解明」「何が着くのか」「プロトタイプ」

を進めたいです．

を広く試したいです．

製作を行いたいです．

• 接着について駆け出し• 利用可能な装置に限界• 様々な知見が不足• 産業界のニーズ情報不足• 用意可能な種類に限界• 未来の材料は？

• 装置開発のノウハウ不足• エンジニアリング視点不足• 装置化に限界「接着・溶着」「観察・計測・分析」
が得意！

「これ着く？」「試してみたい」
大歓迎！

ものづくり，加工機，製品開発，が得意！

矛盾の解決を目指す

応用可能な樹脂の拡大利用が限定された優れた樹脂の応用方法・範囲を拡大

多種 スーパーエンプラ
生分解性/バイオマスプラスチック
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称 ：ポリイミドフィルム同士の接着方法• 出願番号 ：特願2021-192505
• 出願人
：岡山大学
• 発明者
：山口大介、長崎あかり、森垣遼、上村峻太郎、高井和貴、加藤陽祐
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お問い合わせ先
岡山大学
研究推進機構 知的財産本部
TEL：086‐251‐8417
FAX：086‐251‐8961
e‐mail：cr‐ip@okayama‐u.ac.jp
URL：http://www.orsd.okayama‐u.ac.jp/
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