アクチュエータ研究開発の最前線

総論 〈樋口　俊郎〉

1 はじめに
2 特定領域研究「アクチュエータ」の紹介
3 新アクチュエータ開発の動向
4 新アクチュエータの研究開発の方法
5 おわりに

第1編　アクチュエータの原理と基本性能

第1章　静電アクチュエータ〈山本　晃生／佐々木　実〉

1 静電アクチュエータの基礎
2 MEMS アクチュエータ
3 高出力静電アクチュエータ

第2章　圧電アクチュエータ 〈大岡　昌博／古谷　克司〉

1 はじめに
2 圧電効果と逆圧電効果
3 圧電アクチュエータの形状
4 圧電アクチュエータの基本特性
5 圧電アクチュエータの駆動と変位制御
6 圧電アクチュエータを応用した機構
7 圧電アクチュエータの技術的課題
8 おわりに

第3章　超音波モータ 〈黒澤　実〉

1 はじめに
2 概念と種類
3 進行波型回転モータ
4 進行波型リニアモータ
5 定在波型回転モータ
6 定在波型リニアモータ
7 マイクロ超音波モータ
8 動作解析の手法
9 おわりに

第4章　空気圧アクチュエータ 〈則次　俊郎／鈴森　康一〉

1 はじめに
2 従来形空気圧アクチュエータ
3 空気圧ゴム人工筋
4 ニューテーションモータ
5 フレキシブルマイクロアクチュエータ
6 大腸内視鏡誘導柔軟アクチュエータ
7 まとめ

第5章　機能性流体を利用したアクチュエータ 〈横田　眞一／吉田　和弘〉

1 はじめに
2 機能性流体
3 ERF を利用したアクチュエータ
4 MRF を利用したアクチュエータ
5 ECF を利用したアクチュエータ
6 おわりに

第6章　高分子アクチュエータ 〈安積　欣志〉

1 高分子アクチュエータとは
2 イオン導電性高分子アクチュエータの基本構成・材料・製法
3 応答モデル
4 応用
5 まとめ

第7章　形状記憶合金アクチュエータ 〈本間　大〉

1 はじめに
2 形状記憶合金の性質
3 形状記憶合金アクチュエータと動作原理
4 形状記憶合金アクチュエータの形式と構造
5 形状記憶合金アクチュエータの加熱駆動
6 寸法効果と形状記憶合金アクチュエータ
7 機能異方性形状記憶合金とサーボアクチュエータ
8 おわりに

第8章　多自由度アクチュエータ 〈矢野　智昭／竹村　研治郎〉

1 はじめに
2 多自由度アクチュエータの特長
3 電磁型多自由度アクチュエータ
4 超音波型多自由度アクチュエータ
5 おわりに

第2編　新アクチュエータ研究の最前線と実用事例

第1章　超精密アクチュエータ開発の最前線

第1節 弾性表面波モータ 〈黒澤　実〉
1 はじめに
2 原理と試作例
3 弾性表面波素子の特性とパワー密度
4 摩擦駆動解析と損失・効率
5 電力還流駆動
6 ２次元構成と試作例
7 おわりに
第2節 アザラシ型位置決め機構を用いたメゾ／マイクロ／ナノマニピュレータの開発 〈古谷　克司〉
1 はじめに
2 アザラシ型機構の移動原理
3 移動特性
4 マイクロマニピュレータの構造
5 実験
6 おわりに
第3節 エバネッセント場による光マニピュレータの開発〈梅田　倫弘／岩見　健太郎〉
1 はじめに
2 光圧によるマニピュレーション
3 エバネッセント光圧による2 次元微粒子マニピュレーション
4 エバネッセント境界場による流体操作
5 おわりに
第4節 集積化マイクロステージ〈小野　崇人〉
1 はじめに
2 モノリシックPZT ステージの構造
3 モノリシックPZT マイクロステージの作製
4 マイクロステージのクローズループ制御
5 Si ─ PZT ハイブリッド型
6 おわりに
第5節 プローブ顕微鏡用高速アクチュエータの開発〈菅原　康弘／李　艶君／内藤　賀公〉
1 はじめに
2 Q 値制御法の原理
3 I/V 変換器を用いた圧電体の高速駆動法
4 高速スキャナーの性能評価
5 まとめ
第6節 ベローズとシリンダから成る粗微動空気圧アクチュエータによるサブナノポジショニング 〈川嶋　健嗣／藤田　壽憲〉
1 はじめに
2 微動ステージ
3 粗動ステージ
4 粗微動ステージ
5 おわりに
第7節 変位拡大機構〈矢野　健／徐　世傑〉
1 はじめに
2 固体アクチュエータおよび変位拡大機構の性能指標
3 変位拡大機構基本構造
4 変位拡大機構設計
5 実例

第2章　マイクロアクチュエータ開発の最前線

第1節 マイクロ・ナノ立体加工技術の開発と
次世代アクチュエータへの展開〈服部　正〉
1 はじめに
2 各種加工技術の特長
3 機械加工技術
4 MEMS プロセス
5 LIGA プロセス
6 電磁型マイクロアクチュエータの作製事例
7 おわりに
第2節 機能性流体を応用した新アクチュエータの研究〈横田　眞一／吉田　和弘〉
1 はじめに
2 ECF を応用したマイクロアクチュエータ
3 ERF を応用したマイクロアクチュエータ
4 MRF を応用したマイクロアクチュエータ
5 おわりに
第3節 マイクロアクチュエータ・アレイによる触覚呈示〈大岡　昌博〉
1 はじめに
2 触覚ディスプレイの例
3 圧覚・滑りの覚融合呈示用触覚ディスプレイ
4 MRF を応用したマイクロアクチュエータ
5 おわりに
第4節 極細径光ファイバー先端駆動形2 次元マイクロ光スキャナー〈戸津　健太郎〉
1 はじめに
2 光スキャナーの動作原理と構造
3 アクチュエータの検討
4 アクチュエータの試作
5 アクチュエータの動作確認
6 おわりに
第5節 張力を持つ薄膜を利用した静電駆動型マイクロミラーの高速化と低電圧化〈佐々木　実〉
1 はじめに
2 張力を持つ薄膜の効果
3 結果
4 実用化に向けた課題
5 おわりに
第6節 化学的マイクロフルーイディックデバイス〈鈴木　博章〉
1 はじめに
2 表面張力を利用したマイクロフルーイディックデバイス
3 ガスバブルを利用したマイクロフルーイディックデバイス
4 ゲルの体積変化を利用したマイクロフルーイディックデバイス
5 まとめ
第7節 マイクロアクチュエータ用高効率弾性表面波変換器の開発〈橋本　研也／大森　達也〉
1 はじめに
2 一方向性SAW変換器の設計
3 集束形SAW変換器の開発
4 自励発振用SAW変換器の開発
5 インジェクタ部形成の試み
6 おわりに
第8節 磁気駆動マイクロツールの非接触駆動と液中微小物体操作への応用〈新井　史人／萩原　将也〉
1 はじめに
2 MMT 駆動方式
3 オンチップ細胞操作への応用
4 おわりに
第9節 機能性流体を用いた高出力マイクロメカトロデバイス〈田中　豊〉
1 はじめに
2 電界共役流体（ECF）
3 ECF マイクロポンプモジュールと電極
4 電極がポンプ性能に及ぼす影響
5 円筒形ECF ポンプモジュール
6 おわりに
第10節 液晶駆動型マイクロアクチュエータの開発〈蝶野　成臣／辻　知宏〉
1 はじめに
2 背流の発生
3 アクチュエータの開発
4 おわりに
第11節 筋細胞ビルドアップ型バイオアクチュエータの開発〈森島　圭祐／秋山　佳丈〉
1 はじめに
2 マイクロアクチュエータの分類
3 筋細胞によるバイオアクチュエータの特性
4 骨格筋細胞のバイオアクチュエータへの応用
5 昆虫細胞のバイオアクチュエータへの応用
6 今後の展望─細胞を用いたソフト＆ウェットものづくりを目指して─
第12節 形状記憶圧電アクチュエータ〈森田　剛〉
1 はじめに
2 形状記憶圧電アクチュエータの概要
3 形状記憶圧電アクチュエータの駆動原理
4 駆動実験
5 結果・考察
6 非対称パルス電圧駆動による光メモリや磁気力メモリへの展開
7 実用化に向けて
8 おわりに
第13節 SIDM スムーズインパクト駆動機構と製品への応用〈吉田　龍一〉
1 はじめに
2 SIDM の考案
3 SIDM の構成と原理
4 SIDM の試作と性能
5 SIDM の駆動方法
6 SIDM の解析
7 SIDM の製品応用
8 SIDM の今後の発展課題
9 おわりに
第14節 磁歪材料を用いたマイクロアクチュエータ〈上野　敏幸〉
1 はじめに
2 鉄─ガリウム合金
3 マイクロ磁歪振動子
4 マイクロ球面モータ
5 実用化に向けた課題
6 おわりに

第3章　スマートアクチュエータ開発の最前線

第1節 多自由度メカトロニクス用インテリジェントアクチュエータの研究〈鈴森　康一〉
1 はじめに
2 インテリジェント電磁アクチュエータ
3 インテリジェント空圧シリンダ
4 粗密波重畳空圧アクチュエータ駆動
5 おわりに
第2節 能動索状体のアクチュエーションに関する研究〈田所　諭／昆陽　雅司〉
1 はじめに
2 繊毛振動駆動
3 設計と運動性能
4 繊毛振動駆動のモデリング
5 能動スコープカメラの性能
6 ケーブルの運動制御
7 災害現場への適用
8 おわりに
第3節 マイクロ繊毛アクチュエータ群の研究〈岩附　信行〉
1 圧電パイプモルフ繊毛アクチュエータを多数搭載したマイクロマシン
2 マイクロ圧電繊毛アクチュエータ群の製造法
3 Ni めっきを活用したマイクロ圧電繊毛アクチュエータ群の製造
4 マイクロ圧電繊毛アクチュエータ群の駆動実験
5 実用化のための課題
第4節 平板の縦－屈曲結合振動を利用する単相駆動薄型超音波モータ〈高野　剛浩／田村　英樹／青柳　学／富川　義朗〉
1 まえがき
2 斜対称圧電セラミック平板振動子を用いる構成
3 ニオブ酸リチウム（LiNbO3）平板振動子を用いる構成
4 まとめ
第5節 水の構造制御によるナノ・マイクロ粒子の駆動法〈鈴木　誠〉
1 はじめに
2 溶質による水構造の変化
3 アクチンフィラメント周りの水
4 ハイパーモバイル水の形成機構と生理的意義
5 おわりに
第6節 非線形特性を用いるエッジ接続型2 次元アクチュエータアレイ〈田村　安孝〉
1 まえがき
2 エッジ接続交差電極アレイの原理
3 駆動信号の生成
4 静電型アクチュエータと駆動システムの試作
5 おわりに
6 謝辞
第7節 生体用形状記憶チタン合金の結晶方位配向化による高性能化〈稲邑　朋也〉
1 はじめに
2 合金組成、加工熱処理条件などに関する記号の定義
3 結果と考察
4 おわりに
第8節 ゲルを用いたソフトマイクロバルブの開発に関する研究〈鈴木　淳史〉
1 はじめに
2 ゲル中の水の流れ
3 ガラス管内壁へのゲルの固着によるゲル中溶媒流れ
4 特異な流れ現象を生み出す微視的な網目構造
5 まとめ
第9節 無鉛圧電セラミックスを用いたスマートアクチュエータとその応用
1 はじめに
2 バイモルフ型圧電素子の原理と構造
3 TAMPA（Tailor-made Multilayer Piezoelectric Actuator）の構築
4 高速切替マイクロバルブを用いた二層流生成への応用
5 まとめと今後の課題
第10節 高分子電解質膜を用いた次世代医療用アクチュエータの開発〈伊原　正／中村　太郎〉
1 はじめに
2 高分子電解質膜アクチュエータの生成方法
3 発生張力
4 高分子電解質膜アクチュエータの電気化学特性とセンサ応用
5 人工筋肉を目標とした応用例
6 まとめ：高分子電解質膜アクチュエータの医療応用
第11節 振動片を用いた薄型高速回転超音波モータ〈青柳　学／田村　英樹／高野　剛浩／富川　義朗〉
1 はじめに
2 動作原理
3 縦振動と屈曲振動を応用した構成
4 円環振動子を用いた構成
5 磨耗低減と性能向上の検討
6 応用例
7 おわりに
第12節 生体エネルギーハーベスティング駆動による人工血糖制御システムに関する研究〈三林　浩二／工藤　寛之／荒川　貴博／齊藤　浩一〉
1 はじめに
2 グルコース駆動型有機エンジン（血糖成分によるケミカル・アクチュエータ）
3 グルコース駆動による薬物放出ユニット（ケモメカ開ループ回路）
4 自立駆動・自律制御による人工グルコース濃度制御システム（ケモメカ閉ループ回路）
5 おわりに
第13節 ナノドメインエンジニアリングによる環境調和型巨大圧電アクチュエータの開発〈和田　智志〉
1 はじめに
2 ドメインエンジニアリング
3 エンジニアード・ドメイン構造誘起巨大圧電特性
4 ドメイン壁領域からの巨大圧電特性の発現
5 ドメイン壁エンジニアリングによる到達点
6 BT 配向セラミックスにおけるドメインエンジニアリングへの挑戦
7 ドメインエンジニアリングからナノドメインエンジニアリングへ
8 おわりに
第14節 PVDF センサ・アクチュエータ〈田中　真美／奥山　武志〉
1 はじめに
2 前立腺硬さ計測用センサ
3 筋音計測用センサシステム
4 触覚・触感計測
5 おわりに

第4章　パワーアクチュエータ開発の最前線

第1節 空気圧ゴム人工筋の開発と身体動作支援装置への応用〈則次　俊郎〉
1 はじめに
2 空気圧ゴム人工筋の開発
3 立ち上がり動作支援装置への応用
4 パワーアシストウェアへの展開
5 おわりに
第2節 超音波モータの非線形動特性解析
〈前野　隆司〉
1 はじめに
2 棒状超音波モータの構造と原理
3 駆動特性の計測
4 モデル化
5 モデルの検証
6 おわりに
第3節 球面アクチュエータ〈矢野　智昭〉
1 はじめに
2 多極球面同期モータ
3 正六面体と正八面体に基づく球面ステッピングモータ
4 おわりに
第4節 磁性ゲルアクチュエータと可変粘弾性〈三俣　哲〉
1 はじめに
2 伸縮運動
3 回転運動
4 可変粘弾性
5 おわりに
第5節 高分子のゲル化挙動を利用したイオンゲルアクチュエータ材料〈小久保　尚〉
1 はじめに
2 イオンゲルアクチュエータ
3 ABA 型トリブロック共重合体のゲル化挙動を利用したイオンゲルの作製
4 今後の展望
第6節 低電圧高速電界駆動型液晶エラストマーゲルアクチュエータ〈甲斐　昌一〉
1 はじめに
2 液晶エラストマーの構造
3 液晶エラストマーの膨潤特性と電界効果
4 液晶エラストマーゲルの各種の応答効果
5 高速電界駆動型液晶エラストマーの応用
6 おわりに
第7節 水素吸蔵合金を利用したアクチュエータの開発〈香川　明男／水本　将之〉
1 はじめに
2 水素吸蔵合金の特性
3 水素吸蔵合金を用いた曲げモジュールの変形挙動
4 回転モジュールの作製と変形挙動
5 おわりに
第8節 セグメント構造ダイヤモンド状炭素膜を摩擦駆動面に用いた高出力超音波モータ〈髙﨑　正也〉
1 はじめに
2 評価用実験装置
3 セグメント構造ダイヤモンド状炭素膜の導入
4 セグメント構造クロム/ DLC 膜の導入
5 おわりに
第9節 分子シミュレーションによる高分子アクチュエータの動作機構の解析〈清原　健司〉
1 はじめに
2 「CNT アクチュエータ」と「バッキーゲル・アクチュエータ」
3 分子論的描像と分子シミュレーション
4 モンテカルロ法による高分子アクチュエータの電極層の解析
5 おわりに
第10節 人間共存型ロボットに適した安全性の高いMR・ER アクチュエータおよびブレーキに関する研究開発〈古荘　純次／原口　真〉
1 はじめに
2 安全性の高い人間- 機械共存型システムの構築について
3 機能性流体を用いたブレーキおよびアクチュエータ
4 MR 流体を用いたシステム
5 高速応答MR ブレーキを用いた力覚提示システムMR-PLEMO
6 40 Nm MR クラッチ
7 ナノFe 粒子を用いた新規MR 流体の開発
8 ER 流体を用いたシステム
9 EMUL，セラフィ，PLEMO-P3 を用いた上肢訓練評価
10 PLEMO で使用されているER ブレーキ
11 PLEMO-P3 ～ P5 の研究開発
12 おわりに

第5章　特殊環境アクチュエータ開発の最前線

第1節 熱による薄板の変形を利用したアクチュエータ〈樋口　俊郎〉
1 はじめに
2 バイメタル
3 自励振動現象の発見
4 バイメタルを用いた熱駆動振動子の基本特性
5 バイメタルを用いない熱駆動振動子
6 衝突を利用した移動機構
7 おわりに
第2節 特殊環境における静電アクチュエータの利用〈山本　晃生〉
1 はじめに
2 高出力静電フィルムアクチュエータ
3 液体窒素中での静電アクチュエーション
4 高真空中での静電アクチュエーション
5 強磁場環境（MRI 周辺環境）での静電アクチュエーション
6 おわりに
第3節 円筒型マイクロ超音波モータとその特殊環境応用〈神田　岳文〉
1 はじめに
2 原理と構造
3 バルク材を振動子としたマイクロモータ
4 特殊環境への応用例（強磁場環境への応用）
5 おわりに
第4節 超高真空対応超音波モータの高度化に関する研究〈新野　俊樹〉
1 はじめに
2 超高真空の必要性と実現するための条件
3 超高真空対応超音波モータの基本構造と動作原理
4 各種試験結果とその考察
5 まとめ
第5節 光駆動による次世代ナノ・マイクロアクチュエータの開発〈大谷　幸利〉
1 はじめに
2 光駆動の現状
3 光駆動アクチュエータの例
4 まとめ
第6節 高温形状記憶合金および高温磁場駆動用材料の開発〈細田　秀樹〉
1 はじめに
2 高温形状記憶合金に求められる性質と設計
3 TiAu 基高温形状記憶合金
4 高温磁場駆動材料の開発
5 おわりに
　 第7節 ソフトマテリアルを用いた自律応答型アクチュエータの開発〈竹岡　敬和〉
1 はじめに
2 従来のソフトアクチュエータ
3 非線形化学反応によって自律運動を示すソフトアクチュエータ
4 非線形化学反応によって蠕動運動を示すソフトアクチュエータ
5 おわりに
第8節 環境調和型非鉛圧電アクチュエータ材料の開発〈武田　博明／鶴見　敬章〉
1 はじめに
2 アルカリナイオベート系圧電材料の開発と超音波モータの作製
3 高キュリー点タングステン酸ビスマス単結晶の育成と高温電気特性
4 まとめ
第9節 コイルステータ型超音波マイクロモータの駆動原理・試作・性能評価および血管内治療デバイスへの応用〈古川　勇二〉
1 はじめに
2 コイル型超音波マイクロモータ駆動原理および第一プロトタイプの試作
3 第二プロトタイプ（薄膜コイル型超音波マイクロモータ）の原理と性能評価
4 第三プロトタイプ（振動源- コイル近接型超音波マイクロモータ）の原理と性能評価
5 第四プロトタイプ（圧電素子コイル型超音波マイクロモータ）の原理と性能評価
6 カテーテル血栓療法への応用
7 おわりに
第10節 超音波浮上式非接触型2 次元ステージの開発〈小山　大介／中村　健太郎〉
1 はじめに
2 近距離場音波浮上（NFAL）
3 自走式進行波型ステージ
4 自走式定在波型ステージ
5 自走式2 次元ステージ
6 おわりに