2011 Fiscal Year Research-status Report
セル構造形状記憶合金によるリハビリ装具用の高伸縮性人工筋肉の開発
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23500668
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| Research Institution | Gunma Prefectural Industrial Technology Center |
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Principal Investigator |
宋 東烈 群馬県立産業技術センター, その他部局等, 研究員 (80393479)
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| Project Period (FY) |
2011-04-28 – 2014-03-31
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| Keywords | )形状記憶合金 / 人工筋肉 / うねり形状 / セル構造 / リハビリ用装具 / 有限要素解析 |
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| Research Abstract |
障害者のリハビリ用装具に適した小型、軽量、柔軟といった特性を有する人工筋肉を形状記憶合金（ＳＭＡ）によって実現しようとする目的で、本年度ではＳＭＡワイヤを用い、そのうねり状の形状記憶ＳＭＡ単体及び単体同士を接合したＳＭＡセル構造体を作製し、その人工筋肉アクチュエータとしての力学的性能を、室温での負荷・除荷、高温下での負荷・除荷及び室温で負荷後、昇温し高温下除荷の３パターンで恒温槽付引張試験機中で計測し、ＳＭＡ形状による荷重-ひずみ特性の相違、変形量と発生力の関係を調べた。その結果、作製したうねり状ＳＭＡ人工筋肉の伸縮率が２５～３０％を示しており、人間の筋肉の伸縮率（３０％程度）とほぼ同等であることがわかった。発生力についても、伸縮率の増加に従って大きくなっていることを示し、極めて高い伸縮性と適度な収縮力を有した人工筋肉を設計することが可能であることがわかった。 次に、ＳＭＡ単体やセル構造の変形挙動を明確にするため、有限要素解析でのモデル化を行った。本解析では、室温では弾塑性モデルで近似し、高温では超弾性モデルで近似することで、ＳＭＡの加熱に伴って発生する回復力を簡易的に求めることにした。解析はビーム要素でモデル化した3種類のＳＭＡワイヤ形状に対して行った。その結果、ワイヤ単体と比べてうねり形状ワイヤの発生する回復応力は小さくなるが、極めて大きなひずみを加えても形状を回復できることがわかった。また、2本のうねり形状ワイヤを完全結合してセル構造にしても、発生する回復応力は1本の場合とあまり変わっていなかったので、うねり形状ワイヤ同士を溶接などで完全に結合しなくても適切な性能が得られる可能性が示された。このように、解析結果は実験結果を良く説明しており、今後のＳＭＡ人工筋肉の最適構造パラメータの検討のために、構築した有限要素モデルが適用できることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
形状記憶合金ワイヤ（ＳＭＡ）を用い、うねり状単体やその単体同士を接合したセル構造を作製し、ＳＭＡ人工筋肉としての力学的性能を確認することができたこと、また、ＳＭＡ人工筋肉構の有限要素解析モデルを作成し、その性能を数値計算によって評価することで、様々なパラメータの最適評価を簡便に行えることが確認できたことで、現在まで研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度では、昨年度に構築した有限要素解析モデルに基づき、指関節のリハビリ装具に適したＳＭＡセル構造人工筋肉の最適なパラメータを検討する。次に、最適なＳＭＡ人工筋肉を実際に作製し、その性能を評価する。そして、指関節のリハビリ用装具を試作する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
平成24年度の研究費使用計画としては、最適ＳＭＡセル構造の作製のために、ＳＭＡワイヤ、形状記憶処理のための金型ジグ製作、及びＳＭＡワイヤ同士を接合するために必要な結合用ジグ及び結合加工費、またリハビリ用装具の試作費を予定している。さらに、研究調査や成果発表のための旅費に使用する。 平成23年で予定していた研究費の中、ＳＭＡワイヤやセル構造の基本性能評価のため計上したＳＭＡワイヤ、形状記憶用金型治具や同士をスポット溶接で接合するために計上した結合加工費に主に未使用分があったが、これについては、次年度計画している研究費と合わせて、形状記憶用金型治具製作、ＳＭＡ結合加工費及び装具試作費での使用を予定している。
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Research Products
(1 results)
