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ＴＥＬ０７７６－２７－８９５６ e-mail： [email protected] 14