2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a small flow control valve capable of micro-flow control
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20K04248
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
廣岡 大祐 関西大学, システム理工学部, 准教授 (10634016)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 流体制御機器 / 圧電素子 / アクチュエータ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，空気圧アクチュエータ制御用に連続的な微小流量の調整が可能な小型流量制御弁の開発を行っている．開発している制御弁では，空気管路内部に弁体として微粒子を封入した制御弁であり，圧電素子によりオリフィス上の微粒子の微小な運動を制御することで，高応答で微細流量の制御が可能となる．2020年度は，オリフィス板が振動した際の，微粒子の運動と流量特性の関係の解明を目指し，空気圧印加時の微粒子の挙動を確認するために制御弁内部が観察可能な観察システムを作成した．さらに，微粒子の運動や流体の挙動が，オリフィス板の振動に与える影響を明らかにし，駆動に最適なオリフィス板の振動条件を確認した．2021年度は2020年度に作成した，観察システムを用いて，流量特性評価を行った．このシステムを用いて，微粒子挙動観察と同時に印加電圧と流量特性を計測することで，本研究で提案している制御弁駆動原理の基礎的特性と応答性能を測定した．また，観察システムにハイスピードカメラを搭載することで，観察の精度を向上させることが可能となった．2022年度はこれらの結果をもとに実用的な小型制御弁の基本構造を決定し，有限要素法を用いたシミュレーションを行い，試作機を作製した．製作した試作機を用いた実験により小型の試作機において，流量制御が可能なことを示した．さらに2020年度の成果である，オリフィス板が振動した際の，流量特性の関係の解明から得られた知見をもとに，制御弁を効率的に駆動するための条件を提案し，その有効性を明らかにした．
研究期間全体を通して，提案している動作原理を用いた制御弁に関して，基本的な特性の評価，小型軽量化の実現，効率的な駆動原理を明らかにすることができ，制御弁の実用化の可能性を示した．
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