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Development of Variable Focal Length Lens using Soft Actuator

Research Project

Project/Area Number 18560249
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Intelligent mechanics/Mechanical systems
Research InstitutionWakayama University

Principal Investigator

TSUCHITANI Shigeki  Wakayama University, システム工学部, 教授 (30283956)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三輪 昌史  徳島大学, 大学院ソシオテクノサイエンス研究部, 講師 (40283957)
Research Collaborator 安積 欣志  独立行政法人産業技術総合研究所関西センター, セルエンジニアリング研究部門, 人工細胞研究グループ長
菊地 邦友  和歌山大学, 大学院・システム工学研究科博士後期課程2年
Project Period (FY) 2006 – 2008
Project Status Completed (Fiscal Year 2008)
Budget Amount *help
¥4,000,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Keywords可変焦点レンズ / 液体レンズ / アクチュエータ / ソフトアクチュエータ / イオン導電性高分子金属接合体 / イオン導電性高分子 / IPMC
Research Abstract

ソフトアクチュエータの一種であるイオン導電性高分子アクチュエータ(IPMC)が柔軟性とアクチュエータ機能を兼ね備えることに着目し、IPMCを用い小型、柔軟で低電圧(数V以下)動作可能な可変焦点レンズを開発することを目的とした。透明で柔軟な容器に液体を封入し、IPMCの加圧力でその形状を変化させ、焦点距離の変化を得る「液体レンズ」式の可変焦点レンズを試作した。容器をイオン導電性高分子で形成し、その一部にアクチュエータ機能を付与することで小型化を図るため、同高分子膜の一部に駆動電極を形成してIPMC化するため「パターン電極形成技術」を開発した。電極のパターン精度は約10mであった。可変焦点レンズを始め様々な用途への応用が可能な空気中動作可能なIPMCの実現を目指し、イオン液体を溶媒とするIPMCを作製し、空気中での長時間(180分)の安定動作を確認した。イオン液体を溶媒とするIPMCでは屈曲は対イオンの移動に支配され、その動作をモデル化するにはIPMCの等価回路決定がポイントであることが分かった。IPMCの交流インピーダンス測定及びIPMCを流れる電流のステップ電圧応答から、約0.1Hz以上の周波数では、IPMCの等価回路は膜抵抗と電気二重層容量の直列回路と膜容量との並列回路で表されることが分かった。イオン液体を溶媒とするIPMCは空気中動作が可能であるが、その動作が周囲の湿度の影響を受けた。上記等価回路における膜抵抗Rは湿度増加に対し指数関数的に減少し、電気二重層容量Cは湿度と共に増加すること、またステップ電圧印加時の変位及び電流の応答の時定数=RCは湿度と共に減少することが分かった。PDMS(Polydimethylsiloxane)の成型により、上部に薄膜状(設計値50m厚)の瞳(直径6mm)を持つ円筒状の容器(φ20×18mm)を作製し、その内部に液体(水)を封入して外部からIPMCで加圧することで瞳部のPDMS膜を撓ませ焦点距離を変化させる構造の可変焦点レンズを試作した。IPMCの動作により瞳の中心で73mの変位を得た。片面に厚み100mのPDMS膜をスピンコートしたシリコン基板を裏面からエッチングにより円形貫通孔(直径4mm)を形成して瞳部を作製し、これと樹脂(アクリル)製の透明容器とを接着して密閉容器を作製し、内部に液体(水)を封入した。シリコン基板を上部からIPMCで加圧して瞳部のPDMS膜に水圧を印加してレンズ状に変形させるタイプの可変焦点レンズを作製し、IPMCの動作により瞳中心で20mの変位が得られた。

Report

(4 results)
  • 2008 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2009 2008 2007 2006 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (24 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Formation of Patterned Electrode in Ionic Polymer-Metal Composite using Dry Film Photoresist2008

    • Author(s)
      K. Kikuchi, S. Tsuchitani, M. Miwa, and K. Asaka
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Vol.3

      Pages: 452-454

    • NAID

      10025773259

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      菊地邦友, 土谷茂樹, 三輪昌史, 安積欣志
    • Journal Title

      精密工学会誌 74巻

      Pages: 719-723

    • NAID

      110006827292

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      Pages: 452-454

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      10025773259

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      菊地邦友, 土谷茂樹, 三輪昌史, 安積欣志
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      精密工学会誌 Vol. 74

      Pages: 719-723

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      110006827292

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      Pages: 94-97

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      10021156108

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      Fukuoka, Japan
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      Int. Conf. Advanced Technology in Experimental Mechanics 2007(ATEM'2007)
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      Fukuoka, Japan
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      広島市
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  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sys.wakayama-u.ac.jp/om/micro/

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 可変形状液体型の可変焦点レンズ2006

    • Inventor(s)
      土谷茂樹, 菊地邦友, 安積欣積
    • Industrial Property Rights Holder
      和歌山大学
    • Industrial Property Number
      2006-238391
    • Filing Date
      2006-09-02
    • Related Report
      2006 Annual Research Report

URL: 

Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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