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差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-流体制御システムの開発を行ってきた。本研究では、従来駆動システムとして使用されている既存のアクチュエータを変更することなく、光サーボシステムを構築するのに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13750204)で、光信号を流体圧力信号に変換する光-流休変換素子の微小出力圧力を増幅する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、乱流域でも使用可能な増幅器である付着形流体素子を試作し、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。本年度は、光信号から流体圧力までの変換器である光-流体変換素子の大幅な出力特性改善を目指し、昨年度提案した渦室つき付着形分岐素子を基にした新たな光-流体変換素子に改良を加え、有限要素解析ソフト(ANSYS)を用いた素子内の流れの解析を行うと供に、素子形状の変化に伴う出力差圧特性の変化と動的特性を解析的に検討した。その結果、提案素子は光信号により噴流が偏向し、光信号遮断後は平衡点に戻ろうとする性質を有することを解析的に確認した。また、改良素子としてカスプのついた光-流体変換素子を用いることで出力差圧特性を改善できることを解析的に確認した。