ER(電気粘性)流体を用いた高機能管内作業マイクロマシンの試作

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555058
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉田 和弘 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (00220632)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 近藤 豊 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (80293059) ; 横田 眞一 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (10092579)
• Keywords: マイクロマシン / ER流体 / 管内走行機械 / マイクロバルブ / マイクロポンプ / 機能性流体 / 流体制御システム / アクチュエータ

Research Abstract

直径10mm以下の高機能管内作業マイクロマシンを実現するため,印加電界によりみかけの粘度を制御可能なER(電気粘性)流体を作動流体とした,シンプルでマイクロ化が容易な流体制御システムの試作をおこなった.本年度はその高機能要素の開発および統合を試みた.
(1)粒子分散系ER流体を作動流体とした直動形アクチュエータの試作:可動電極間に粒子分散系ER流体を流し,電界印加で生じた差圧により駆動する単純構造の直動形アクチュエータを提案,100×50×350mmのサイズのアクチュエータを試作し,特性実験をおこなった.その結果,供給圧力0.2MPa,印加電界強度4kV/mmにおいて,最大速度14mm/s,最大出力12Nを得た.
(2)均一系ER流体を作動流体としたマイクロバルブの試作:半導体プロセスを用いたマイクロERバルブを提案,試作し,特性実験をおこなった.まず幅1.2mm,長さ5mmの溝をシリコン基板上に異方性エッチングにより形成し,スパッタにより薄膜電極を堆積したパイレックスガラスと陽極接合することで2ポートバルブを試作し,特性実験をおこなった.電極間隔(溝の深さ)を80〜150μmと変え微小化特性について検討した結果,静特性は不変であるが動特性は低下し,動特性によりマイクロ化の限界が定まることを示した.つぎに3ポートバルブを試作し,特性実験およびベローズ形マイクロアクチュエータの位置制御への応用を試み,その妥当性を示した.
(3)均一系ER流体を作動流体としたマイクロ流体制御システムの試作:昨年度試作した直径9mm,高さ10mmの圧電共振形高出力圧電マイクロポンプおよび電極部直径9mm,厚さ3mmのマイクロERバルブを用い,外径4.8mm,長さ7.5mmのべローズ形マイクロアクチュエータの開ループ位置制御システムを構成し,特性実験によりその妥当性を示した.また管内作業マイクロマシンの屈曲推進機構の試作,静特性の実験的検討も試みた.

Research Products

• [Publications] Y.Kondoh: "Movable Electrode-Type ER Actuators (Proposal of Linear-type and Rotary-type METERA)"Proc.IEEE/RSJIROS. 3. 1757-1761 (1999)
• [Publications] J.H.Park: "Resonantly Driven Piezoelectric Micropump - Fabrication of a Micropump Having High Power Density-"Mechatronics. 9. 687-702 (1999)
• [Publications] J.H.Park: "Micro Fluid Control System Using Homogeneous ER Fluids (Proposition of Micro ER Valve and Basic Experiments)"Proc.IEEE/RSJIROS. 2. 1063-1068 (1999)
• [Publications] 近藤 豊: "回転可動電極形ERアクチュエータ:R-METERA (試作および静特性実験)"機械学会年次大会講演集. V. 225-226 (1999)
• [Publications] 吉田 和弘: "均一系ER流体を作動流体としたマイクロバルブの提案"精密工学会春季大会学術講演会講論集. 302 (1999)
• [Publications] 吉田 和弘: "均一系ER流体を作動流体としたマイクロバルブ(半導体プロセスを用いたマイクロバルブの試作)"計自学会流体計測流体制御合同シンポジウム講論集. 139-142 (1999)
• [Publications] 吉田 和弘: "半導体プロセスによる試作マイクロERバルブの基本特性"機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会講論集. (発表予定). (1999)
• [Publications] 朴 重濠: "共振駆動を用いた圧電マイクロポンプ(均一系ER流体のポンピング)"機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会講論集. 2p-148-072(1)-2p1-48-072(2) (1999)
• [Publications] 朴 重濠: "均一系ER流体を用いたマイクロ流体制御システム(開ループ1軸位置制御システムの試作)"機械学会年次大会講論集. V. 221-222 (1999)
• [Publications] 吉田 和弘: "流体パワーを用いた管内走行マイクロマシン(3自由度走行メカニズム)"機械学会年次大会講論集. V. 223-224 (1999)