NEDO・東北大 円形断面型クローラー開発、全方向に連続移動

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2019年9月3日

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)と東北大学は27日、全方向(360度方向)への連続移動を実現した円形断面型履帯(クローラー)の開発に世界で初めて成功したと発表した。

円形断面型クローラー
円形断面型クローラー

 オムニクローラーが備える高い耐荷重性・走破性に加え、放射状に最密配置したクローラーが駆動することにより、任意方向への連続的な移動を可能にした。柔らかい絨毯をはじめ、点字ブロックの段差や踏切内の線路の溝など、一般の車輪では走りにくい環境でも、クローラーの向きを変えることなく縦・横・斜めの方向にスムーズに移動できる。

 両者は、2015年から「全方向駆動機構を核とした革新的アクチュエーション技術の研究開発」に取り組んできた。今回開発したクローラーは、全方向移動を行うために必要な2つのモーターのほか、平歯車やねじ歯車などの最小限の動力伝達装置からなる単純構成のため、保守性に優れ、小型化が可能な全方向移動機構のベース技術になり得る応用範囲の広い機構となっている。

 3つの機能として、①履帯機構の姿勢や路面の状態によらず、モーターの回転方向を切替える必要がなく継続的に全方向に移動可能②歯車とチェーン、ベルトを用いることで、摩擦伝動によらず高い駆動力の伝達が可能③高い不整地走破性を実現(軸方向の段差乗り越え高さ10mm、その直交方向の段差乗り越え高さ30mm、溝踏破長さ140mm)を併せ持つ。

円形断面型クローラーを搭載した車両
円形断面型クローラーを搭載した車両

 新たに考案した全方向移動用のスクリュー式差動回転機構は、回転軸の動力をねじ歯車によって垂直方向に変換する構造を線対称に配置。これにより、左右2つの入力回転を、全方向駆動機構として必要な前後・左右の移動につながる公転と自転の出力に、極少の伝達部品数で変換させる仕組みを実現した。

 電動車いすをはじめ、移動型ナビゲーションロボットや屋内外の巡回警備ロボットなど、総重量の大きなモビリティー(移動体)用の駆動機構としての用途が期待される。

NEDOなど 流水熱エネルギーに特化した熱交換ユニットを開発

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2019年9月2日

 NEDO・ジオシステム・角藤は、農研機構・東北大学・金沢大学と共同で、農業用水や温泉水などの流水がもつ再生可能エネルギー熱の利用に特化した、樹脂製投げ込み式熱交換ユニットを開発した。

 投げ込み式熱交換器とは、流水や水槽類の中に設置し、液体の温度を加熱または冷却させる装置。今回対象とした流水は、さまざまな異物やスケールを生じる化学成分が含まれる可能性が高いため、腐食に強く、メンテナンスが容易な樹脂製投げ込み式熱交換器の使用が適している。

 しかし、従来の樹脂製投げ込み式熱交換器は、熱交換性能が低いことなどから投資対効果が合わないことが多く、利用可能な流水の条件が限られ、熱利用が進んでいない状況だった。

 今回開発した熱交換ユニットは、水を強制攪拌するためのエアレーション機構を搭載し、既存の樹脂製投げ込み式熱交換器と比べ、熱交換性能を約6倍に高めた。また、多数細管構造の熱交換器を採用し、既存の樹脂製熱交換器と比較して、循環水の圧力損失を約10分の1に抑え、流水からの安価な熱回収を実現した。

 開発では、ジオシステムが樹脂製投げ込み式熱交換ユニットの設計・試作・性能評価、角藤が性能・機能要件整理、農研機構が平板型樹脂製投げ込み式熱交換器の基本性能計測と設置方法の開発、東北大学がエアレーション機構の熱・流動解析など、金沢大学が平板型樹脂製投げ込み式熱交換器の数値シミュレーションなどの技術開発の役割を担った。

 この熱交換ユニットは、今後、ジオシステムが「G‐HEX」の製品名で販売を開始する予定。これにより、今まで十分に活用できていなかった流水熱源からの高効率な熱利用が可能となり、再生可能エネルギー熱利用の普及拡大が期待できる。

東洋紡 骨再生誘導材を販売へ、東北大と共同で製品化

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2019年6月10日

 東洋紡は7日、東北大学と共同で製品化を進めてきた骨再生誘導材「ボナーク」について、5月29日に厚生労働省から製造販売承認を取得したと発表した。

骨再生誘導材「ボナーク」
骨再生誘導材「ボナーク」

 今年度中に販売代理店を選定し、歯科・口腔外科向けの販売を開始するとともに、整形外科や脳外科分野へも展開するなど、適用範囲の拡大を図っていく。

 「ボナーク」は、東北大学が日本ハムと骨再生誘導を目的に共同開発した、リン酸オクタカルシウム(OCP)と医療用コラーゲンから成る複合体を原材料として、スポンジ状のディスクに加工した医療機器。病気やけが、加齢などにより骨が欠損した部位に同製品を埋め込むと、周囲の細胞の再生能力を活性化させ、それが足場となって新生骨の形成を誘導する。

 東洋紡は、2015年に東北大学および日本ハムと「ボナーク」の特許実施許諾契約を締結した後、東北大学病院歯科顎口腔外科を主幹施設とした全国9カ所の医療機関で、多施設共同治験を実施してきた。

 骨再生が必要なインプラント症例や嚢胞腔(のうほうくう)を対象にした治験に加え、唇顎口蓋裂患者の顎裂(がくれつ)部を対象とした初めての治験で、骨再生の有効性と安全性を確認したことにより、このほど製造販売承認を取得した。

 欠損した骨を再生治療する際、歯科・口腔外科の疾患では、患者自身の健常な骨を採取して移植する「自家骨移植」が一般的だが、入院治療が必要で自家骨を採取した部位に痛みが残ることもあるため、患者の負担軽減が求められていた。

 「ボナーク」は、簡便な使用方法により、骨の欠損部に埋入することで、新生骨の形成を誘導する。自家骨移植に必要とされる入院期間を短縮できるほか、術後の運動制限も必要としないため、患者の負担軽減とQOL(生活の質)改善への貢献が期待されている。

東北大学 全固体電池の高性能化を加速する新物質を開発

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2019年3月19日

 東北大学はこのほど、水素クラスター(錯イオン)の分子構造のデザインにより、リチウムイオンが高速で伝導する新たなリチウム超イオン伝導材料を開発したと発表した。

 錯イオンとは、中心原子に複数の原子が結合した分子構造をもつイオン。開発品は、高エネルギー密度化が実現できるリチウム負極に対し、高い安定性を示すとともに、リチウム負極を使用した全固体電池の固体電解質として用いた場合に、電池の使用時間が大幅に向上することも実証した。

 同大学金属材料研究所のキム・サンユン助教と同大学材料科学高等研究所の折茂慎一副所長らの研究グループは、水素とホウ素から形成された水素クラスターを含む錯体水素化物を中心に、リチウムイオン伝導の研究を進めてきた。今回の成果は、同大学多元物質科学研究所と高エネルギー加速器研究機構との共同研究によるもの。

 同開発は、全固体電池の高エネルギー密度化が一気に加速していく可能性を秘めている。電気自動車やスマートグリッド(次世代送電網)など、大型エネルギーデバイスを社会普及させるには、蓄電池の安全性・エネルギー密度・充放電速度などの高性能化がカギになる。特に、固体電解質を用いる全固体電池は次世代電池としての期待度が高い。現在のリチウムイオン電池と比較して安全性が大幅に向上するほか、液体電解質では使用が困難だったリチウムや硫黄などの高エネルギー密度電極への適用可能性が広がるため、蓄電池の高エネルギー密度化も期待される。

 固体電解質の最も重要な特性はリチウムイオン伝導率。室温(25℃)で1mS/cm以上の、現行の液体電解質に匹敵するイオン伝導率が求められる。同研究の錯体水素化物の特徴は、錯イオンの不規則性を高めることでリチウム超イオン伝導が誘起されること。しかし、不規則性を高めるには、材料を100℃以上の高温にする必要があった。開発品は、高い不規則性を付与した2種類の錯イオンを、さらに適切に混ぜ合わせることで、不規則性をいっそう高めた。結果的に室温付近でも錯イオンの不規則性が維持され、25℃で6.7mS/cmものリチウムイオン伝導率を示した。

 報告されている錯体水素化物の中では最も高い値で、液体電解質の伝導率にも十分匹敵する。水素クラスターのデザインにより、リチウムイオン伝導率をさらに高めることも可能で、同大学らは、今後もリチウム超イオン伝導材料の開発を進めていく考え。