| 研究課題/領域番号 |
16K06184
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| 研究機関 | 広島大学 |
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研究代表者 |
藤本 由紀夫 広島大学, 工学研究科, 教授 (60136140)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 衝撃力 / フレキシブルセンサ / 圧電フィルム / 分布型センサ / 球面センサ / サンドバッグ叩き / 静電気影響 |
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| 研究実績の概要 |
自動車衝突、安全工学、福祉機器やロボット分野で、身体表面での衝撃力計測への要求が高まっている。しかし、身体のような柔軟表面での衝撃荷重を計測できるセンサは現在ない。柔軟表面では衝撃力によってセンサ設置面が凹凸変形する。フレキシブルセンサの実現には、この変形に追従可能で、かつ高速な衝撃力に耐えるセンサ構造の開発が課題である。
本研究は、柔軟表面での衝撃力計測には、「どのような構造のセンサが必要なのか」を数値解析および実験的に考察し、「フレキシブル衝撃力センサ」に必須の力学要件を解明することを目的とする。また、そのプロトタイプを試作して、その性能と問題点を明らかにすることを目的とする。センサ素子には高速応答性に優れる圧電フィルムを使用する。
筆者らの従来の研究で、面外変形する柔軟素子を用いると、素子の曲げ、擦り変形によって計測精度が低下することが明らかになった。そこで個々の検出要素に剛性板状の素子を用い、マトリクス状に分布配置した素子同志を導電布で柔軟に接続することでフレキシビリテイを確保するセンサを構想した。プロトタイプとして一辺20mm四角の素子を5x5に分布配置したセンサを試作した。そして、ハンマ叩き、サンドバッグでのボクシング打撃、剣道竹刀の打撃実験などでセンサの性能と問題点を明らかにした。
試作センサの工夫点は、素子に高速応答に優れる圧電フィルムを用いたこと、衝撃力による断線が生じにくい構造にしたこと、および、精度向上のために静電気影響の除去手段を明らかにしたことである。また本研究を通じて、硬い球面などの曲面に設置可能なセンサ構造を考案したので、球面センサの開発も合わせて研究を進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
剛性板状の小寸法の検出素子を分布配置して、各素子を相互に柔軟に接続することで構成するフレキシブルセンサの検出原理はほぼ解明できたと考えている。
現在の課題は次の３点である。
(1)フレキシブルセンサの強度、劣化の懸念、断線など実用化において生じる課題の克服。(2)センサが使用可能な条件（設置面の柔軟さ、耐荷力）を明らかにすること。(3)現在のセンサ厚さを、性能を落とすことなくできるだけ薄く製作する工夫。
また、本研究を通じて気が付いた球面センサの試作、実験も並行して進めており、自動車ダミー頭部などで設置可能な球面センサ(曲面センサ）実現を目指して開発を続けている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は次の２課題を推進する。
(1)身体表面に設置して衝撃力を計測できるフレキシブル衝撃力センサの完成を目指す。
(2)フレキシブルセンサの研究途上で浮かんだアイデアを基に、硬い球面(または曲面）に設置可能なセンサを開発する。
両方の課題はともに、実用に耐えるものとして完成させることを目標にしている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
消耗品で多少の残額が生じた。次年度に繰り越して、消耗品の費用として使用する予定である。
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