機能性流体を用いたマイクロ制御弁

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07650191
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 横田 眞一 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10092579)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 和弘 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (00220632)
• Keywords: 機能性流体 / マイクロ制御弁 / マイクロマシン / ER流体 / 磁性流体 / 流体パワー / 圧力制御弁 / 切換弁

Research Abstract

高出力密度の流体パワーを用いたマイクロマシンの制御要素として,印加電界で粘度を制御可能なER流体(電気粘性流体)および磁界に吸引される磁性流体を用いた二つのマイクロ制御弁を提案し,試作および実験により各特性を検討するとともに,応用について検討した.
(1)ER流体を作動流体としたマイクロ制御弁の試作:前年度の研究で得られた粒子分散系ER流体のレオロジー方程式(研究発表1))に基づき,一辺12mmの立方体形状の3ポートマイクロERバルブを設計・試作し,5kV/mmで0.4MPa程度の負荷圧力変化が得られることを実験的に確認した(研究発表4)).またこのマイクロERバルブでサーボ系を構成し、長さ40mmのゴム人工筋を用いた1軸マニピュレータの制御を実現した(研究発表5)).
(2)磁性流体を用いたマイクロ制御弁の試作:前年度試作したラージモデルの動作確認に基づき,一辺20mmの立方体形状のマイクロ切換弁を試作した.まず付加鉄心で漏洩磁束を低減し許容圧力の向上を図った(研究発表2)).つぎに流路切換え実験により,印加圧力8kPa,周波数7Hzの切換えが可能なことを確認した(研究発表2),3)).さらに最適設計のための第一段階として,流れ場中に磁界により保持された磁性流体の分布形状の数値解析法について検討した(研究発表3)).
(3)管内走行マイクロマシンへの応用:良好な性能が得られたマイクロERバルブを外径9.8mmの円筒形として設計・試作し,負荷圧力変化0.2MPa(研究発表5)),ステップ応答の立上り時間6.4s,立下り時間8.4s(研究発表6))を確認するとともに,内径14mmの管内走行用マイクロマシンに搭載し,速度0.9mm/sで直進走行可能なことを実験的に確認した。

Research Products

• [Publications] 1)横田,近藤: "電気粘性流体を用いた液圧制御弁(圧力制御弁への応用)" 日本機械学会論文集(C編). 62・601. 3471-3478 (1996)
• [Publications] 2)吉田,山中,横田,和田: "磁性流体を用いたマイクロ制御弁(マイクロ切換弁の試作)" 日本機械学会第73期通常総会講演会講演論文集. IV. 39-40 (1996)
• [Publications] 3)吉田,山中,横田: "磁性流体を用いたマイクロ切換弁の試作" 第8回「電磁力関連のダイナミクス」シンポジウム講演論文集. 393-396 (1996)
• [Publications] 4)近藤,横田,吉田: "電気粘性流体を応用した液体マイクロ制御弁(管内走行マイクロマシンへの応用)" 日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'96講演論文集. B. 1231-1232 (1996)
• [Publications] 5)横田,近藤,吉田,和田: "電気粘性流体を応用したマイクロ制御弁(小形ゴム人工筋の駆動)" 日本機械学会流体工学部門講演会講演論文集. 279-280 (1996)
• [Publications] 6)近藤,横田,吉田: "電気粘性流体を応用したマイクロ制御弁(管内走行マイクロマシン用マイクロ制御弁)" 日本機械学会第74期全国大会講演論文集. 205-206 (1996)