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発表資料

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高分子アクチュエータの制御方法と
微少流体送出装置
福井大学 学術研究院工学系部門 知能システム工学分野
(工学部 機械・システム工学科 ロボティクスコース)
准教授
庄司 英一
高分子アクチュエータの制御方法と微少流体送出装置の二部構成で解説します
注意:資料コンテンツの保護のためこのプレゼン資料は文書のみで、図やデータを入れ
ていません。当日、発表会場でのプレゼンには図やデータ、動画を入れて解説します。
1
高分子アクチュエータの制御方法
従来技術とその問題点
一般的に行われている制御方法では、直流電
圧の連続的な印加があるが、
・変位量や発生力の制御上の不安定性
・高電圧による電極層の劣化
等の問題がある。学術的な作動確認には良い
が実用的な方法としては問題がある。
2
高分子アクチュエータの制御方法
新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった、電位制御に変わ
るパルス駆動による方法を提案する。
• アクチュエータの湾曲変位量および発生力を
電圧を一定に保ったままパルス幅を変化させ
ることで制御が可能となった。
• 本技術の適用により、小さな変位量や発生力
の制御を安定に行え、また、アクチュエータの
劣化も低減できることが期待される。
3
高分子アクチュエータの制御方法
想定される用途
• 本技術の特徴から、アクチュエータの変形量
や発生力を利用する実際的な動きの制御に
適用可能なのでメリットが大きいと考えられる。
• 上記以外に、素子の劣化を軽減する効果が
得られることも期待される。
• また、最大印加電圧が低電圧な特徴に着目
すると、有機溶媒や水が接する用途に展開す
ることが可能である。
4
高分子アクチュエータの制御方法
実用化に向けた課題
• 現在、制御波形について基本的な動きが可能
なところまで開発済み。しかし、ベース周波数
の効果が未解決である。
• 今後、小型PWM電源装置の開発から波形を
自在に制御して実験データを取得し、広範囲
な用途で制御する際の条件設定を行っていく。
• デューティ比を下げた制御によりどこまで劣化
を低減できるかの知見集積をする必要もあり。
5
高分子アクチュエータの制御方法
企業への期待
• 未解決のアクチュエータの劣化低減について
は、制御波形により克服できると考えている。
• 小型組込電源の設計や製造技術を持つ企業
との共同研究を希望。
• また、ソフトアクチュエータをメカトロ分野、ロ
ボティクス分野に展開を考えている企業には、
本技術の導入が有効と思われる。
6
高分子アクチュエータの制御方法
本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 :アクチュエータ駆動システ
ムおよびアクチュエータの制御方法
• 登録番号
• 出願人
• 発明者
:特許第5252616号
:福井大学
:庄司英一
7
微少流体送出装置
従来技術とその問題点
マイクロポンプ(微少流体送出装置)には、圧電
素子(ピエゾ素子)による送出方法等があるが、
・駆動には高電圧が必要
・安全・安心の点から使用溶媒に制約
・バイオや医療関係での安全・安心性
等の問題があり、広く利用されるまでには至って
いない。また、モーターとプランジャーを組合せた
ポンプは作動音や脈流、大きさの問題がある。
8
微少流体送出装置
新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった電圧を下げること
に成功した。安全・安心性が格段に向上する。
• 従来品に比べ、低電圧駆動なのでバイオや医
療機器、分析機器への使用が可能となった。
• 圧電素子(ピエゾ素子)などに比べ、ソフトアク
チュエータの特徴として大きな変形が発生でき
るので、流量も増加できる。制御波形により流
量を下げることも勿論できる。
9
微少流体送出装置
想定される用途
• 本技術の特徴を生かすためには、流体マイク
ロポンプを必要とする装置に組み込むことで
小型化が図れるメリットが大きいと考えられる。
• 上記以外に、低電圧駆動なので、安心・安全
性が得られることも期待できる。
• また、開発した試作品に着目すると、溶媒など
の液体以外にも気体を送出する用途に展開
することも可能と思われる。
10
微少流体送出装置
実用化に向けた課題
• 現在、マイクロポンプ装置について2V以下の
駆動電圧で毎分100μL程度までの流量制御
が可能。耐久性については未解決である。
• 今後、印加電圧と波形に関わる電源部の検
討による実験データを取得する。より作動電
圧を下げる電極構造は開発中である。
• 実用化に向けて、流量を毎分数μL以下まで
安定に制御できる技術を確立したい。
11
微少流体送出装置
企業への期待
• 流量のさらなる低減については、膜材や電極
技術により克服できると考えている。
• 小型の化学分析機器や医療機器の技術を持
つ、企業との共同研究を希望。
• また、マイクロポンプを開発中の企業、μTAS
や化学分析分野への展開を考えている企業、
マイクロ燃料電池を開発中の企業には、本技
術の導入が有効と思われる。
12
微少流体送出装置
本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 :高分子アクチュエーターの制御
方法、高分子アクチュエーター及びこの高分子
アクチュエーターを利用した微少流体送出装置
• 出願番号:特願2014-154925
• 出願人 :福井大学、若狭湾エネルギー研究
センター
• 発明者 :庄司英一、畑下昌範
13
高分子アクチュエータの制御方法 微少流体送出装置
お問い合わせ先
福井大学
産学官連携本部コーディネーター 佐治栄治
TEL 0776-27 - 8956
e-mail: [email protected]
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