イオン導電性高分子膜アクチュエータの非線形モデリングと制御

ICPFアクチュエータ(Ionic Conducting Polymer Film)はPFS膜表面に白金メッキを施した高分子ゲルアクチュエータであり、1991年に発見された。本研究は、このアクチュエータのモデリングを行い、制御に結びつけることを目的としている。本研究では,変位の発生機構は次の3つの部分から成ると考えた。アクチュエータに電圧を印加すると,その内部に分布的な電流が流れる(電気的特性)。それぞれの微小部分では,電流によりゲル膜内部に内部応力が発生する(エネルギー変換特性)。ここには化学変化を含む未知の動作機構が関与している。発生した応力は膜の機械的性質により歪みに変換される(機械的特性)。ここには高分子膜特有の粘弾性やヒステリシス特性が関係している。微小歪みが平面的に分布してアクチュエータ全体の機械的な変位を生じる。電圧が低いときの電気的特性は線形近似できた。白金メッキ層の表面抵抗と膜と浸透水の抵抗に加えてエネルギー変換に関わる特性をRC回路に近似し、これが分布定数系を構成しているというモデルにより実験結果と良好な対応を得ることができた。機械的特性には高分子膜特有の粘弾性が大きく関与していることがシミュレーションにより確認された。エネルギー変換特性に関しては。電流に比例した応力が生じると現段階では考えているが、確証を得るまでには至っていない。ICPFアクチュエータをU字形に接合することで先端が楕円運動するエレメントを試作した。エレメントを並べることにより送り機構に応用できた。

ICPFアクチュエータ(Ionic Conducting Polymer Film)はPFS膜表面に白金メッキを施した高分子ゲルアクチュエータであり、1991年に発見された。本研究は、このアクチュエータのモデリングを行い、制御に結びつけることを目的としている。本研究では,変位の発生機構は次の3つの部分から成ると考えた。アクチュエータに電圧を印加すると,その内部に分布的な電流が流れる(電気的特性)。それぞれの微小部分では,電流によりゲル膜内部に内部応力が発生する(エネルギー変換特性)。ここには化学変化を含む未知の動作機構が関与している。発生した応力は膜の機械的性質により歪みに変換される(機械的特性)。ここには高分子膜特有の粘弾性やヒステリシス特性が関係している。微小歪みが平面的に分布してアクチュエータ全体の機械的な変位を生じる。電圧が低いときの電気的特性は線形近似できた。白金メッキ層の表面抵抗と膜と浸透水の抵抗に加えてエネルギー変換に関わる特性をRC回路に近似し、これが分布定数系を構成しているというモデルにより実験結果と良好な対応を得ることができた。機械的特性には高分子膜特有の粘弾性が大きく関与していることがシミュレーションにより確認された。エネルギー変換特性に関しては。電流に比例した応力が生じると現段階では考えているが、確証を得るまでには至っていない。ICPFアクチュエータをU字形に接合することで先端が楕円運動するエレメントを試作した。エレメントを並べることにより送り機構に応用できた。