2020 Fiscal Year Research-status Report
災害時の自助・共助を支援するレスキューツール開発に向けた多分野連携研究
Project/Area Number |
19K12076
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Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
Principal Investigator |
細野 美奈子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (70647974)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井野 秀一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 副研究部門長 (70250511)
中村 優美子 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 副研究部門長 (50357670)
榊 浩司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 研究グループ長 (20392615)
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Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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Keywords | 水素吸蔵合金 / ジャッキアップツール / ソフトアクチュエータ / 銅めっき加工 |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、水素吸蔵合金(以下、MH合金)を圧力源としたアクチュエータ(以下、MHアクチュエータ)を用いた、電力供給や人力による反復動作がなくとも駆動可能な災害時レスキュー用のジャッキアップツールの開発である。研究の2年目では、MH合金のコンタミネーションによる吸蔵・放出速度の低下防止を目的としてMH合金粉末表面の銅めっき加工の検討に取り組んだ。本研究で昨年度まで開発に取り組んできたジャッキアップツールのエンドエフェクタには、プラスチックファイバークロス補強ゴムを使用した市販のエアジャッキのバッグパート(以下、エアバッグ)を使用している。このエアバッグには十分な水素ガスバリア性があることを昨年度までに確認した。一方で、このエアバッグは従来研究のMHアクチュエータで用いてきた金属製やアルミラミネートフィルム製のベローズと異なり、金属とは水素ガスバリア性において相対的に劣る。本研究の開発目標であるジャッキアップツールはその性質上長期保管という用途を見据えると、使用時の性能を担保するためにはMH合金自体のコンタミネーション耐性をさらに高める必要があると考えられる。そこで、純粋な水素雰囲気下に保たれていない可能性のあるエンドエフェクタを用いても従来のパフォーマンスを発揮できるよう、MH合金LaNi4.45Co0.5Mn0.05の粉末表面への銅めっき加工実施に向け、その条件や銅めっき加工手順について検討をした。銅めっきには薬剤による無電解めっき手法を用い、粉末表面に数um程度の厚みの銅めっき加工を実施することに成功した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では、MHアクチュエータを用いて、身体への負担が軽く扱える無電力駆動型の災害救助用ジャッキアップツールの開発を目指している。また、災害時の自助・共助を支援するため、高齢者などの要配慮者をはじめとする災害弱者となりやすい世帯や、集合住宅や学校など繰り返し使用が予想される環境下でも使えるように、ジャッキアップツールはノンプロフェッショナルでも取り扱いやすい大きさ、重さ、サイズの実現を目指す。昨年度までにジャッキアップツールのエンドエフェクタの設計に取り掛かり、試作したジャッキアップツールは50℃から80℃程度の加熱で100 kgの重りを50 mmジャッキアップできることを確認した。今年度は、実用場面では長期保管により純粋な水素雰囲気下に保たれていない可能性のあるエンドエフェクタを用いてもMHアクチュエータの従来通りのパフォーマンスを発揮できるよう、MH合金LaNi4.45Co0.5Mn0.05の粉末表面に銅めっき加工を施すための加工条件や銅めっき加工手順について検討をした。銅めっきには薬剤による無電解銅めっき手法を用い、粉末表面に数um程度の厚みの銅めっき加工を実施することに成功した。また、用いる薬剤の量を4倍程度変化させたところ、粉末表面に生じる銅めっきの厚みも2-4倍程度変化することが確認できた。一方で、粉末表面に生じる銅めっきの厚みにはばらつきが見られたため、今後も引き続き銅めっきの条件検討を実施していく必要がある。今年度は新型コロナ禍による実験遅延が生じ、MH合金LaNi4.45Co0.5Mn0.05の検討のみで当初予定していたTiZr系の他MH合金に対する実験まで到達できなかった。そのため、他MH合金に関する検討は次年度以降実施していくこととする。
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Strategy for Future Research Activity |
1年目でジャッキアップツールのプロトタイプを試作し、2年目ではMH合金の安定性向上に向けた粉末表面への銅めっき加工に取り組むことができた。しかし、当初予定していたLaNi4.45Co0.5Mn0.05以外のMH合金に関する検討が実施できなかったため、次年度以降はTiZr系の他MH合金を中心に、ジャッキアップツールの圧力源として使用するMH合金の種類について検討する。 これまでジャッキアップツール用MH合金の候補として検討してきたLaNi4.45Co0.5Mn0.05は吸蔵・放出平衡圧力のヒステリシスが小さい、吸蔵・放出平衡圧力が幅広いプラトーを持つ、活性化しやすい、といった特徴を持ち、MHアクチュエータの圧力源として非常に適した特性を持つ。しかし、使用しているLaはレアメタルであるため、実用化を見据えた場合に高価になる可能性が高く、ジャッキアップツールの圧力源として用いるには価格設定のボトルネックになりうる。そこで、LaNi4.45Co0.5Mn0.05と同じく小さい吸蔵・放出平衡圧力のヒステリシスと吸蔵・放出平衡圧力が幅広いプラトーを持つと見込まれる、TiZr系のMH合金の調整および性能の比較・検討を次年度以降実施していく。 コンタミネーション耐性向上にむけた銅めっき加工については、引き続きMH合金LaNi4.45Co0.5Mn0.05を用いて実施する。MH合金の粉末サイズや攪拌の有無が銅めっき厚に与える影響などを検討していくことで、最適な銅めっき手順の条件だしを実施する。明らかになった条件を用いて、LaNi5系とともにTiZr系の銅めっきも実施し、銅めっきの有無によるジャッキアップツールの応答特性の変化について比較・検討していく。
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Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由として、新型コロナ禍による国内外会議のキャンセルや実験の遅延による影響が挙げられる。また、銅めっき加工について、粉末表面にめっき加工をするための条件比較により、当初予想していたよりも少ない薬剤使用量の変化で粉末表面の銅めっき厚を変化させられることが実験から示唆された。加えて、めっき対象が粉末であるため、各粉末表面にできるだけ均一な厚みでめっきを施すための攪拌などの手順の必要性が実験から確認された。これらの実験結果により、次年度にジャッキアップツールに封入するMH合金の粉末サイズのum単位の調整や、銅めっき中に粉末上のめっき反応を阻害することなく攪拌を実施するためのめっき手順についてさらに検討する必要があることがわかった。そのため、次年度使用額を用いて、これらの実験に必要とされる各種設備や薬剤の調達経費に充てることとしたい。
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