物性及び力制御可能な伸縮シートの材料と構造及び制御

• Project/Area Number: 26630092
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 土屋 陽一郎 信州大学, 繊維学部, 研究員 (30719456)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 稔 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (60156297)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥260,000 (Direct Cost: ¥200,000、Indirect Cost: ¥60,000); Fiscal Year 2015: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2014: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 伸縮シート / PVCゲル / 導電性芯鞘ファイバー / アクチュエータ / 人工筋肉

Outline of Annual Research Achievements

26年度、電気的に制御可能な伸縮シートとしてテキスタイル構造とその伸縮メカニズムを提案した。そして、縦糸と横糸が交叉する1点を抽出、モデル化し、簡易評価装置によりその実現可能性を概ね検証することに成功した。27年度はこの成果を踏まえ，複数の縦糸、横糸で織ったテキスタイルシートを作製し、基本特性の評価をした。以下に具体的内容を記す。テキスタイルシートの作製には導電性芯鞘ファイバーの作製がキーとなるが、円形断面構造は難易度が高いため矩形断面のファイバーを作製した。縦糸（陰極）には矩形断面(厚み0.25mm、幅4.3mm)の中央部にカーボンブラックにより導電性(抵抗値50kΩ、測定端子間距離1cm)を付与したPVCゲルファイバー（厚み0.012mm、幅1mm）を設置した7本の導電性芯鞘PVCゲルファイバーを用いた。横糸（陽極）には6本のアルミニウム箔中空棒(直径φ3.2mm、0.027g)を用いて平織テキスタイルシートを作製した。これに電圧印加すると陰極の導電性芯鞘ファイバーの鞘であるPVCゲルが陽極のアルミニウム箔中空棒に吸着し曲げ歪みが発生するため，シート全体が収縮し、電圧印加を解除すると元の状態に戻った。収縮時の発生力及び負荷がかかったときの応答性を評価するためシート下端に板重り1gをPV貼り付けた．この様子をカメラで撮影し画像解析により変位挙動を解析した。具体的には基準値としたシート長さに対して印加電圧400V、負荷のないときでは約９％、負荷１ｇで約３％収縮することがわかった。また、電圧印加直後の時間経過に伴う変位量を確認したところ600V、無負荷では約5秒、負荷1gでは約10秒後に一定に達し、負荷が大きくなるほど定常状態に到達するまでの時間が長くなることがわかった。この結果、収縮率や応答性は負荷に依存するものの制御可能な伸縮テキスタイルシートの実現可能性を検証できた。

Research Products

• [Presentation] PVCゲルを用いた伸縮シートの創製 (2015)
  • Author(s): 土屋 陽一郎
  • Organizer: 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス部門
  • Place of Presentation: 京都市勧業館（京都府京都市）
  • Year and Date: 2015-05-17
• [Patent(Industrial Property Rights)] 伸縮ファイバーこの伸縮ファイバーを用いた伸縮シート及びこの伸縮シートを用いたアシスト装置 (2014)
  • Inventor(s): 橋本 稔
  • Industrial Property Rights Holder: 信州大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-166828
  • Filing Date: 2014-08-19