光―流体制御弁の性能改善

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電磁障害や放射線障害などの環境障害に強い光サーボシステムは魅力的な制御システムである。我々はこの光サーボシステムの実用化を目指し、光信号を流体の圧力信号に変換する光-流体変換素子や素子の微小着圧を増幅する流体増幅器を開発し、台車の位置決め制御を一例とした光-流体制卸システムの開発を行ってきた。本研究では、光サーボシステムを実用的なシステムへ発展させる上で必要不可欠な制御機器、つまり、光から流体アクチュエータ駆動圧力まで変換する光-流体制御弁の開発とその性能改善を目的とする。以前の研究(科学研究費課題番号11750195)で、光ファイバ付半導体レーザダイオードと光信号を流体圧力信号に変換する光-流体変換素子とを一体化し、振動等の外乱にロバストな装置に改良した。更に昨年度は差動型ノズルフラッパ機構を利用し積層して増幅可能な流体増幅器を試作し、増幅率が最大33倍と光-流体変換素子と組合せた場合の変換係数が1.3kpa/mWの光-流体制御弁を開発した。本年度は、光-流体制御弁の出力流体パワー(圧力×流量)の更なる改善について検討を行い、層流比例形素子の出力流を制御流にフィードバックすることで流体パワーを増幅し、入力光パワーに対してON/OFF動作を行う弁を試作した。また、層流比例形素子では層流域でしか増幅器として使用できないため、乱流域でも使用可能な増幅器である付着形流体素子をワイヤーカット加工により試作し、光-流体変換素子と組合せることで、流体素子だけで構成される摺動部のない光-流体制御弁を試作した。また、試作弁の性能試験を行った結果、最大出力差圧が±80kPaと通常の電気-空気圧制御弁と同程度の性能を有し、さらに、内径16mm程度の小径のシリンダを駆動するのに十分な流量を出力することを確認した。