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ソフトアクチュエータを用いた可変焦点レンズの開発

研究課題

研究課題/領域番号 18560249
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 知能機械学・機械システム
研究機関和歌山大学

研究代表者

土谷 茂樹  和歌山大学, システム工学部, 教授 (30283956)

研究分担者 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)
研究協力者 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
研究期間 (年度) 2006 – 2008
研究課題ステータス 完了 (2008年度)
配分額 *注記
4,000千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 600千円)
2008年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2007年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2006年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワード可変焦点レンズ / 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
研究概要

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。

報告書

(4件)
  • 2008 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2007 実績報告書
  • 2006 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2009 2008 2007 2006 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (24件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Formation of Patterned Electrode in Ionic Polymer-Metal Composite using Dry Film Photoresist2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, S. Tsuchitani, M. Miwa, and K. Asaka
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Vol.3

      ページ: 452-454

    • NAID

      10025773259

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] フォトリソグラフィー技術を用いた固体高分子電解質膜へのパターン電極形成2008

    • 著者名/発表者名
      菊地邦友, 土谷茂樹, 三輪昌史, 安積欣志
    • 雑誌名

      精密工学会誌 74巻

      ページ: 719-723

    • NAID

      110006827292

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operation Characteristics of Ionic Polymer-Metal Composite using Ionic Liquids2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa, S. Tsuchitani
    • 雑誌名

      Mater. Res. Soc. Symp. Proc. Vol.1134

    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Formation of Patterned Electrode in Ionic Polymer-Metal Composite using Dry Film Photoresist2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, S. Tsuchitani, M. Miwa, K. Asaka
    • 雑誌名

      IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering Vol. 3

      ページ: 452-454

    • NAID

      10025773259

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] フォトリソグラフィー技術を用いた固体高分子電解質膜へのパターン電極形成2008

    • 著者名/発表者名
      菊地邦友, 土谷茂樹, 三輪昌史, 安積欣志
    • 雑誌名

      精密工学会誌 Vol. 74

      ページ: 719-723

    • NAID

      110006827292

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inner Structure/Elastic Modulus Control of Micro Cantilever2008

    • 著者名/発表者名
      M. Miwa, T. Michinomoto, K. Kikuchi, S. Tsuchitani, S. Yoneyama
    • 雑誌名

      Journal of JSEM VOl. 8

      ページ: 94-97

    • NAID

      10021156108

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] イオン導電性高分子ゲルアクチュエータを用可変焦点レンズの開発2007

    • 著者名/発表者名
      菊池邦友, 三輪昌史, 土谷茂樹
    • 雑誌名

      日本機械学会関西支部第82期定時総会講演会講演論文集 074-1

      ページ: 14-21

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] イオン導電性高分子金属接合体を用いたオートフォーカス機構の開発2007

    • 著者名/発表者名
      山口晃史, 三輪昌史, 土谷茂樹
    • 雑誌名

      日本機械学会関西学生会平成18年度学生員卒業研究発表講演会 講演前刷集

      ページ: 17-8

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子金属接合体を用いた可変焦点レンズの開発2009

    • 著者名/発表者名
      清水一平, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子アクチュエータのマイクロ化に関する研究2009

    • 著者名/発表者名
      平岡太吾, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第84期定時総会講演会
    • 発表場所
      東大阪市(大阪)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子アクチュエータを用いた可変焦点レンズの開発2009

    • 著者名/発表者名
      清水一平, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第84期関西学生会学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      東大阪市(大阪)
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Operation Characteristics of Ionic Polymer-Metal Composite using Ionic Liquids2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      MRS Fall Meeting 2008
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2008-12-03
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Operation Characteristics of Ionic Polymer-Metal Composite using Ionic Liquids2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa, S. Tsuchitani
    • 学会等名
      MRS (Material Research Society) Fall Meeting 2008
    • 発表場所
      ボストン(米国)
    • 年月日
      2008-12-03
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Environmental Humidity on Displacement Characteristics of Ionic Polymer Actuator using Ionic Liquid2008

    • 著者名/発表者名
      T. Yokota, K. Kikuchi and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2008
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2008-08-20
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Evaluation of Basic Operating Characteristics of Ion Conductive Polymer Actuator using Ionic Liquid2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa, and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2008
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2008-08-20
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Evaluation of Basic Operating Characteristics of Ion Conductive Polymer Actuator using Ionic Liquid2008

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa, S. Tsuchitani
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2008
    • 発表場所
      調布市(東京)
    • 年月日
      2008-08-20
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of Environmental Humidity on Displacement Characteristics of Ionic Polymer Actuator using Ionic Liquid2008

    • 著者名/発表者名
      T. Yokota, K. Kikuchi, S. Tsuchitani
    • 学会等名
      SICE Annual Conference 2008
    • 発表場所
      調布市(東京)
    • 年月日
      2008-08-20
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子金属接合体を用いた可変焦点レンズの開発2008

    • 著者名/発表者名
      芳村広幸, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] イオン液体を溶媒とする高分子アクチュエータの動作特性-湿度変化の動作への影響-2008

    • 著者名/発表者名
      横田武志, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] イオン液体を溶媒とするイオン導電性高分子アクチュエータの動作特性-基本特性-2008

    • 著者名/発表者名
      西本公大, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      大阪
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子金属接合体を用いた可変焦点レンズの開発2008

    • 著者名/発表者名
      芳村広幸, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
    • 発表場所
      豊中市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] イオン液体を溶媒とする高分子アクチュエータの動作特性-イオン液体の種類による動作特性への影響-2008

    • 著者名/発表者名
      菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
    • 発表場所
      豊中市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] イオン液体を溶媒とする高分子アクチュエータの動作特性-湿度変化の動作への影響-2008

    • 著者名/発表者名
      横田武志, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
    • 発表場所
      豊中市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] イオン導電性高分子アクチュエータのマイクロ化2008

    • 著者名/発表者名
      平岡太吾, 菊地邦友, 土谷茂樹
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会学生員2007年度卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      豊中市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Variable-Focal Length Lens using a Soft Actuator2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      Int. Conf. Advanced Technology in Experimental Mechanics 2007(ATEM'2007)
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2007-09-13
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Evaluation of Displacement Characteristics and Generation Force of IPMCs with Various Counter Ions2007

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshimura, K. Kikuchi, A. Yamaguchi, M. Miwa, and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      Int. Conf. Advanced Technology in Experimental Mechanics 2007(ATEM'2007)
    • 発表場所
      Fukuoka, Japan
    • 年月日
      2007-09-12
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Development of Formation Method of Patterned Electrodes in Ionic Polymer Metal Composite2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      Int. Conf. Machine Design and Tribology (ICMDT 2007)
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2007-07-02
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] ドライフィルムレジストを用いたイオン導電性高分子金属接合体のパターン電極接合2007

    • 著者名/発表者名
      菊地邦友, 三輪昌史, 土谷茂樹
    • 学会等名
      第8回計測自動制御学会(SICE)システムインテグレーション部門講演会(SI2007)
    • 発表場所
      広島
    • 関連する報告書
      2008 研究成果報告書
  • [学会発表] Development of Formation Method of Patterned Electrodes in Ionic Polymer Metal Composite2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      International Conference on Machine Design and Tribology(ICMDT 2007)
    • 発表場所
      札幌市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Variable-focal length lens using a soft actuator2007

    • 著者名/発表者名
      K. Kikuchi, M. Miwa and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2007(ATEM'2007)
    • 発表場所
      福岡市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of displacement characteristics and generation force of IPMCs with various counter ions2007

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshimura, K. Kikuchi, A. Yamaguchi, M. Miwa, and S. Tsuchitani
    • 学会等名
      International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2007(ATEM'2007)
    • 発表場所
      福岡市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] ドライフィルムレジストを用いたイオン導電性高分子金属接合体のパターン電極接合2007

    • 著者名/発表者名
      菊地邦友, 三輪昌史, 土谷茂樹
    • 学会等名
      第8回計測自動制御学会(SICE)システムインテグレーション部門講演会(SI 2007)
    • 発表場所
      広島市
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

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

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [産業財産権] 可変形状液体型の可変焦点レンズ2006

    • 発明者名
      土谷茂樹, 菊地邦友, 安積欣積
    • 権利者名
      和歌山大学
    • 産業財産権番号
      2006-238391
    • 出願年月日
      2006-09-02
    • 関連する報告書
      2006 実績報告書

URL: 

公開日: 2006-04-01   更新日: 2016-04-21  

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