水素貯蔵合金を利用したカプセル型マイクロアクチュエータの駆動特性評価

本年度は（１）水素貯蔵合金（HSA）円筒中の水素拡散挙動解析、（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査、及び（３）水素貯蔵合金を用いたカプセル型アクチュエータ（HSA-CMA）の変形挙動調査を行った。（１）HSA円筒中の水素拡散挙動解析：水素吸収能を有するPd-19at%Ni合金円筒中での水素拡散挙動を模擬するため、化学熱力学に基づく拡散モデルを提案し、有限要素解析でその妥当性を示した。濃度変化に伴う水素の活量変化を考慮し、前年度に作成した拡散－構造連成解析の拡散係数Dに濃度依存性を持たせることで、実験により得られた挙動をより良く表現することに成功した。（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査：水素吸収・放出に伴う水素貯蔵合金自体の変形機構を明らかにするため、水素中でのPd粒子の変形挙動を調査した。その結果、変形量の圧力依存性は水素吸収量の圧力依存性と一致し、変形量が水素吸収量に比例することが分かった。また、水素導入時には導入水素圧が高いほど変形速度も大きくなった。変形初期には表面状態や水素気体輸送に依存し、その後拡散律速へと遷移することが確かめられた。一方で、パラジウム粒子表面での平衡水素圧力と周囲の圧力との差が小さいために表面反応律速となることが示唆された。（３）HSA-CMAの変形挙動調査：水素の移動論を基にしたHSA-CMAの変形モデルを提案した。本モデルを元に拡散－構造連成解析を行った。その結果、水素拡散に伴うアクチュエータの変形を表現することに成功し、水素貯蔵合金に生じる圧縮応力により合金中の水素濃度が大きく低下することが明らかとなった。また、圧力が増加するほど変形時間が短くなることを表現できた。このように、応力の影響を考慮した拡散－構造連成解析を行うことにより、カプセル型水素貯蔵合金アクチュエータの運動モデルの構築に成功した。

本年度は（１）水素貯蔵合金（HSA）円筒中の水素拡散挙動解析、（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査、及び（３）水素貯蔵合金を用いたカプセル型アクチュエータ（HSA-CMA）の変形挙動調査を行った。（１）HSA円筒中の水素拡散挙動解析：水素吸収能を有するPd-19at%Ni合金円筒中での水素拡散挙動を模擬するため、化学熱力学に基づく拡散モデルを提案し、有限要素解析でその妥当性を示した。濃度変化に伴う水素の活量変化を考慮し、前年度に作成した拡散－構造連成解析の拡散係数Dに濃度依存性を持たせることで、実験により得られた挙動をより良く表現することに成功した。（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査：水素吸収・放出に伴う水素貯蔵合金自体の変形機構を明らかにするため、水素中でのPd粒子の変形挙動を調査した。その結果、変形量の圧力依存性は水素吸収量の圧力依存性と一致し、変形量が水素吸収量に比例することが分かった。また、水素導入時には導入水素圧が高いほど変形速度も大きくなった。変形初期には表面状態や水素気体輸送に依存し、その後拡散律速へと遷移することが確かめられた。一方で、パラジウム粒子表面での平衡水素圧力と周囲の圧力との差が小さいために表面反応律速となることが示唆された。（３）HSA-CMAの変形挙動調査：水素の移動論を基にしたHSA-CMAの変形モデルを提案した。本モデルを元に拡散－構造連成解析を行った。その結果、水素拡散に伴うアクチュエータの変形を表現することに成功し、水素貯蔵合金に生じる圧縮応力により合金中の水素濃度が大きく低下することが明らかとなった。また、圧力が増加するほど変形時間が短くなることを表現できた。このように、応力の影響を考慮した拡散－構造連成解析を行うことにより、カプセル型水素貯蔵合金アクチュエータの運動モデルの構築に成功した。