成果報告書詳細
管理番号20160000000868
タイトル平成27年度ー平成28年度成果報告書 戦略的省エネルギー技術革新プログラム 省エネルギー技術開発事業の重要技術に係る周辺技術・関連課題の検討 積層型PVCゲルアクチュエータの実用化に資する調査研究
公開日2016/11/12
報告書年度2015 - 2016
委託先名国立大学法人信州大学
プロジェクト番号P12004
部署名省エネルギー部
和文要約本調査は、大気中において低消費電力で正確な伸縮駆動を実現している積層型PVCゲルソフトアクチュエータの実用化可能性を探索するものである。具体的には、いくつかの製品に的を絞り、ターゲットとなる製品の性能を調査すると共に、省エネルギー化を実現しながら対象となる製品の技術レベルに到達するか否かを調査した。本調査では、以下の3項目を実施した。

1) 積層型PVCゲルアクチュエータの基礎実験とエネルギー変換効率の算出
積層型PVCゲルアクチュエータの基本的性能の把握として、PVCゲルアクチュエータを試作し、変位量と収縮率、発生力・収縮率・印加電圧の関係、印加電圧と電流の関係、PVCゲルアクチュエータの応答性、エネルギー変換効率を求めた。
また、積層型PVCゲルアクチュエータの耐久性試験を実施し、駆動開始時から1000回までに変位量は約20%減少するが、その後は1000回から10000回の繰り返しで6%減少することを明らかにした。
さらに、積層型PVCゲルアクチュエータの耐候性試験を実施し、変位量は湿度の影響を受けないが温度に影響を受けることが明らかになると共に、電流値は湿度80%では高い温度ほど増加する傾向にあるのに対して、湿度50%にはその傾向は見られないことが明らかとなった。

2) 特許調査および市場調査
特許調査では、ソフトアクチュエータに関連する特許検索を行い、企業の特許動向などを把握すると共に、企業ごと製品分野ごとに分類を行い、各企業がソフトアクチュエータについて、どのような興味を持っているかを把握した。
特許動向としては2003年から出願数が大きく伸びており、2010年には約80件程度の間で推移していたが、2011年以降の出願件数は減少し、2012年ー2013年は50件程度の出願数となっていることを把握した。また、出願内容と出願者を製品ごとに区分すると、大きく分けて、電動アクチュエータ、自動車関連、カメラ、ライフサイエンス・医療関連などに分けられることが分かった。
そこで、市場調査では、産業用・ロボット用電動アクチュエータ、自動車関連のアクチュエータ、医療用ポンプについて、調査を行った。
さらに、これらの市場の情報を基に、複数の企業と接触を図り、連携フォーメーションの構築についての打診や、ゲルアクチュエータを実用化するための課題などについて意見を伺った。

3) 市場規模の算出および事業性の評価
市場規模としては、省エネルギー効果量の削減に期待が持てる産業用・ロボット用電動アクチュエータ、医療用ポンプについて、市場規模の把握を行った。また、これらの市場について、既存の製品が積層型PVCゲルアクチュエータに置き換わった際の省エネルギー効果量の算出を行った。
産業用・ロボット用電動アクチュエータにおける電動スライダとしては、2030年の原油削減量は、13,440kℓと見積もられる。ただし、エアシリンダや、ソレノイドについては、明確な市場規模が特定できなかったために、省エネルギー効果量は算出していないが、これらの製品まで比較対象範囲を広げるとより大きなエネルギーの削減に繋がる。また、医療用ポンプについては、ペリスタルティックフィンガー方式の輸液ポンプについては、2030年の原油削減量は、1,577kℓと見積もられた。
英文要約Title:Strategic Innovation Program for Energy Conservation Technologies/Research for the Important Technologies of Energy Efficiency Projects/Research for the practical application of multilayered PVC gel actuators

This research is to investigate the possibility of a practical use of a multilayered-PVC gel soft actuator which has high energy efficiency and accurate extension/contraction movement at the room condition. Especially, a focused performance of several applications as targets to investigate whether multilayered-PVC gel soft actuators can replace the exiting actuators, or not. We investigated the three studies as the goals;

1) The basic experience of the multilayered-PVC gel actuator and calculating the energy conversion efficiency
We have been investigated the relationship between displacement, current and generation force using the multilayered-PVC gel actuator. And response ability and energy conversion efficiency were calculated based on the parameters that are displacement, strain, generating force, voltage and current.
And we clarified in durability test for the multilayered-PVC gel actuator that displacement was decreased to 20% on 1,000 times, after that displacement was reduced by 6% at 10,000 iterations from 1000 times..
Furthermore, we also investigated weatherability test. As the result, the displacement of multilayered-PVC gel actuator is not influenced by the humidity, however, it is influenced by temperature. Additionally the current tends to increase under 80% humidity, by contrast, it does not change under 50% humidity.

2) Patent survey and market research
For the patent search, we researched on patents of soft actuator to grasp patent trends of enterprise and categorized the product of different enterprises to find out what kind of soft actuator are they interested in.
The number of patent is growing since 2003, and it has remained at about 80 items by 2010.However, the number of applications has decreased since 2011, and it was about 50 items in 2012 - 2013.And, we have classified the patent for the applicant and the product. As a result, it was classified electric actuator, an automobile, a camera.
Additionally, for the market research, we have mainly investigated the market size and companies of the electric actuators for automobiles and mechatronics, and medical pumps.
In addition, on the basis of these market researches, we contacted several enterprises for developing partnerships, and asking advices of developing PVC gel actuator for practical application.

3) Investigating market potential and feasibility evaluation
For the market size research, we have mainly investigated the market size of the electric actuators for industrial or robotic, and medical pumps.
Furthermore for these applications, we calculated energy-saving effect when using multilayered-PVC gel actuators.
As a result, if the actuator is replaced with electric slider, crude oil reduction is estimated to be 13,440kℓ by 2030.In addition, if the actuator is replaced with the infusion pump of the peristaltic finger method, crude oil reduction is estimated to be 1,577kℓ by 2030.
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