2017 Fiscal Year Research-status Report
油と空気の混合作動流体を動力伝達媒介とするアクチュエータの研究開発
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17K18076
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
坂間 清子 青山学院大学, 理工学部, 助教 (70773539)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 混合作動流体 / 気泡 / 作動油 / 油圧 / アクチュエータ / 衝撃吸収 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
小形ながら大きな発生力を有し，さらに耐衝撃性と柔軟性を併せ持つアクチュエータを開発することを目的とし，平成29年度は，気泡の混入した作動油（混合作動流体）を動力伝達媒体とする実験用シリンダを試作した．本油圧シリンダは，二つのピストンを有し，両ピストンに挟まれる空間（混合作動流体室）に混合作動流体を充填する．両ピストンの外側のシリンダ室にはサーボ弁を介して純粋な作動油を流入出させるため，一般的な油圧シリンダと同じように使用することができる．試作したアクチュエータを用いた基礎実験として，混合作動流体室に純粋な作動油を充填した条件と純粋な空気を充填した条件でアクチュエータを動作させ，そのときの出力側のシリンダ室内の圧力変化を比較した．その結果，混合作動流体室に作動油を充填させた場合には大きなサージ圧が発生したのに対し，空気を充填した条件ではサージ圧の発生が抑制されることが確認された．また，Matlab/Simulinkによりシリンダの解析モデルを作成してシリンダの動作解析を実施し，混合作動流体室の気泡の混入条件を変更してシリンダ室内の圧力変化を比較した．数値解析においても，混合作動流体室内に空気を混入させることでサージ圧が抑制されることが確認され，本研究で提案したアクチュエータの有用性が示された．
本アクチュエータで所望の特性を得るには，混合作動流体室内の気泡混入量を精密に制御することが必要であり，気泡混入量の測定方法についても検討する必要がある．当初，平成30年度に気泡混入量測定装置を製作する予定であったが，本装置の製作を平成29年度に行った．今後，本装置を用いて気泡の混入量の精密な測定方法について検討していく．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
混合作動流体を動力伝達媒体とする実験用油圧シリンダの製作し，基礎実験および数値解析を通して本研究で提案するアクチュエータの有用性が確認されている．また，平成30年度に気泡混入量測定装置の製作が完了しており，本研究課題は順調に進展していると判断できる．
ただし，気泡混入量測定装置に関しては，当初，気泡の圧縮・膨張，溶解・析出の様子を可視化するために透明なアクリル窓を有する測定装置を製作する予定であったが，十分な耐圧を有する装置の製作が困難であり，アクリル窓を有する測定装置の製作は行えなかった．しかし，本装置を用いて気泡の混入した作動油の体積と圧力の変化を測定することで，気泡の状態を推定できる可能性があることを実験的に確認することができている．今後，様々な条件で実験を実施することで気泡の混入量だけでなく，気泡の状態を推定する方法を検討していく必要がある．
また，気泡を作動油中に均一に混入させることが課題として挙げられており，作動油中に気泡を混入させる方法についても引き続き検討する必要がある．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度に製作した気泡混入量測定装置を用いて，気泡の混入状態を種々変更して気泡の混入量を測定する実験を実施し，作動油中に混入する気泡の混入量を精密に測定する技術の開発を行う．前述の通り，透明アクリル窓を有する気泡量測定装置の製作を行うことができなかったため，本年度は気泡の混入条件を種々変更して実験を実施し，気泡の混入した作動油の圧力と体積変化の測定結果から気泡の圧縮・膨張，溶解・析出の様子を定量的に評価する方法を検討する．
また，混合作動流体室内に混入させる気泡の混入量を精密に制御する方法についても検討していく．気泡の量だけでなく，気泡の大きさの違いがアクチュエータの特性に影響をおよぼす可能性もあるため，微細な気泡を作動油中に均一に混入させる方法についても検討する．なお，微細な気泡の混入には旋回流の利用が有用であると考えられ，本研究でも利用している気泡除去装置の技術を応用することで本課題を解決できる可能性がある．また，気泡の混入した作動油を試作したアクチュエータに効率よく充填するために，装置の改良も行う．
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| Causes of Carryover |
作動油中の気泡量を測定する気泡量測定装置製作の際に購入予定であった消耗品の購入が不要となったため，当該助成金が生じた．当該助成金は，平成30年度分の助成金と併せて，今後の実験で使用するホースや継手等の配管部材，作動油中への気泡混入量の制御実験で使用する装置の製作，アクチュエータの特性評価を行うための実験設備製作に必要となる材料費，平成29年度に製作した実験用油圧シリンダの改良に充てる．
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