低電圧駆動型高出力静電アクチュエータの開発

本研究で研究対象としている高出力静電リニアアクチュエータは,1平方cmあたり約20gfといった高い推力性能を有しているが,駆動に際しては高電圧の印加による大気の絶縁破壊を防ぐため絶縁液中で駆動せざるを得ないという問題点があり,駆動電圧の低減が求められてきた.静電アクチュエータを,その性能を維持したまま,より低電圧で駆動するためには,同一電圧における発生推力を従来よりも向上させる必要がある.前年度の数値解析による計算結果では,高誘電率材料を利用してアクチュエータを構成することにより,同一電圧での発生推力を向上させうるとの知見を得た.本年度はこの知見を確認すべくアルミナのセラミックス基板を用いてリニアアクチュエータを製作することを試みたが,十分な電極配置精度が得られなかったことや,十分な基板の耐電圧が得られなかったことから,性能を評価するには至らなかった.今後は材料や製法に関する検討が不可欠であると考えられる.一方,推力的には従来のものより劣るが,低電圧でも利用可能な静電アクチュエータとして,ガラスやプラスチック製のディスク基板を直接回転駆動する静電アクチュエータについても研究を行った.ハードディスク用ガラス基板や,音楽用ミニディスクのプラスチック基板などを回転子として用い,回転駆動することに成功した.回転駆動の場合には,リニア駆動の場合と異なりストロークの制約がないため,低電圧すなわち低トルクで駆動した場合でも,十分な回転速度を得ることができる.大気の絶縁破壊が発生しない電圧(実験で用いた装置においては,約600V以下)で駆動を行い,ガラスディスクの場合において,約1200rpmでの回転駆動を実現した.

本研究で研究対象としている高出力静電リニアアクチュエータは,1平方cmあたり約20gfといった高い推力性能を有しているが,駆動に際しては高電圧の印加による大気の絶縁破壊を防ぐため絶縁液中で駆動せざるを得ないという問題点があり,駆動電圧の低減が求められてきた.静電アクチュエータを,その性能を維持したまま,より低電圧で駆動するためには,同一電圧における発生推力を従来よりも向上させる必要がある.前年度の数値解析による計算結果では,高誘電率材料を利用してアクチュエータを構成することにより,同一電圧での発生推力を向上させうるとの知見を得た.本年度はこの知見を確認すべくアルミナのセラミックス基板を用いてリニアアクチュエータを製作することを試みたが,十分な電極配置精度が得られなかったことや,十分な基板の耐電圧が得られなかったことから,性能を評価するには至らなかった.今後は材料や製法に関する検討が不可欠であると考えられる.一方,推力的には従来のものより劣るが,低電圧でも利用可能な静電アクチュエータとして,ガラスやプラスチック製のディスク基板を直接回転駆動する静電アクチュエータについても研究を行った.ハードディスク用ガラス基板や,音楽用ミニディスクのプラスチック基板などを回転子として用い,回転駆動することに成功した.回転駆動の場合には,リニア駆動の場合と異なりストロークの制約がないため,低電圧すなわち低トルクで駆動した場合でも,十分な回転速度を得ることができる.大気の絶縁破壊が発生しない電圧(実験で用いた装置においては,約600V以下)で駆動を行い,ガラスディスクの場合において,約1200rpmでの回転駆動を実現した.