電気粘性流体を用いたマイクロアクチュエータに関する研究

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本研究では,マイクロマシンの基本要素の一つであるマイクロアクチュエータの実現を目指すものであり,駆動方式として流体駆動型を採用する.特に,インテリジェント流体として注目されている電気粘性流体を用いて,メカニカルなバルブを排除し,小型化さらに高応答性を実現することを目的とした.電気粘性流体は,電界の強さに応じて見かけ上の粘性が変化する.電気粘性流体が,マイクロアクチュエータに適用された例はない.動作の基本原理は,電気粘性流体を用いたマイクロバルブを4つ組み合わせたホイ-ストンブリッジ回路を応用した.ER流体が送り込まれ,マイクロバルブの開閉によって流路を切換え,ピストンを左右に駆動する.試作したERアクチュエータ本体は,内部の流動現象およびピストンの動きがわかるように,透明なエンジニアリングプラスチックを使用した.プロトタイプでは,通常の機械加工を前提として設計したため,基本構成部を2×3cmにした.電極はステンレスを放電加工し,電極間距離を0.5mmに保持するために,テフロンコーティングを施した.また,各電極は本体側面から圧入した.マイクロマシンが活躍する世界では,体積に比例する慣性項より,摩擦の影響が大きく効いてくる.したがって,摩擦の影響を極力抑えなければならない.そこで,ピストンとシリンダ部のシールの問題に関しては,多少の漏れを許し,低摩擦を実現した.実験では,ピストンの絶対位置の計測として,レーザー測距センサを用いた.正確なデータを得るために,一定条件下での実験を行い,実験装置を含む周囲温度は,パルス幅変調型PID制御器によって制御した.また,ポンプを用いずシリンジを用いて流体を供給した.2台の高電圧電源を各組の電極に接続し,500Vの電圧を交互に印加した.印加の切換えのタイミングは,ピストンが一定のストロークを移動した時点で行った.実験の結果,3.6gのピストンを14Hzで駆動できた.このときストロークは0.5mmであった.今後,さらに小型化・高出力化を進める予定である.