電界共役流体(ECF)を応用した極限環境用高機能マイクロヘリコプタの実現

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205028
• 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): 竹村 研治郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (90348821) ; 朴 重濠 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (30313373) ; 吉田 和弘 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (00220632)
• Keywords: 電界共役流体 / マイクロモータ / マイクロマニピュレータ / マイクロヘリコプタ / 機能性流体

Research Abstract

本研究は,直流高電圧の印加によって活発な流動を発生する電界共役流体(ECF)をマイクロモータおよびマイクロマニピュレータに応用し,これらを搭載した極限環境用マイクロヘリコプタに実現を目的としている.本年度は主としてECFマイクロモータの高性能化およびマイクロマニピュレータの開発を行った.
ECFマイクロモータは,ステータ内部が電界共役流体で満たされており,ロータ上に配置された電極対に高電圧を印加することにより発生するジェット流の反力をモータの回転に応用した新たな機能要素である.これまでに,円筒形ロータ上に電極を有するC-RE形モータ,円盤形ロータ上に電極を有するDP-RE形モータなどを実現したが,本年度はDP-RE形モータの高出力化を図った.すなわち,小形化により出力パワー密度が向上するECFモータの特徴を生かしたモータの小径化,円盤状ロータの集積を図った積層化,および高性能な電界共役流体を用いた性能の向上を検討した.この結果,従来のECFマイクロモータに比べて,出力パワー密度で6倍を達成した.
ECFマイクロマニピュレータは,電界共役流体に発生するジェット流をシリコーンチューブの内圧制御に応用したマニピュレータである.先端が閉じた湾曲したシリコーンチューブ内を電界共役流体で満たし,根元部に配置した電極対に高電圧を印加すると内圧が上昇して,ブルドン管と同様の原理でチューブが変形する.これまでに,直径1mmの湾曲チューブを製作し,針状-リング状電極対を用いることによって,1自由度マイクロマニピュレータを実現し,静特性および動特性を明らかにした.
なお,内径2mmのC-RE形ECFモータに関する研究により,台湾大学で開かれた国際会議7^<th> Int. Conf. Mechatronics TechnologyにおいてBest Paper Awardを受賞した.

Research Products

• [Publications] Shinichi Yokota: "Micro Actuators using Functional Fluids"Proc.4^<th> Int.Symp.Fluid Power Transmission and Control. 529-535 (2003)
• [Publications] Ryutaroh Abe, Shinichi Yokota: "A Microactuator using ECF-Jet with Needle-type Electrodes"Proc.7^<th> Int.Symp.Fluid Control, Measurement and Visualization. (CO-ROM). (2003)
• [Publications] Shinichi Yokota: "Micro Actuators using Functional Fluids"Proc.2^<nd> Japan-Taiwan Workshop on Mechanical and Aerospace Engineering. 70-78 (2003)
• [Publications] Shinichi Yokota: "A 2mm ECF-jet driven Micro-motor"Proc.7^<th> Int.Conf.Mechatronics Technology. 361-366 (2003)
• [Publications] 横田眞一: "電界共役流体を利用したマイクロモータ,実用段階に入ったニューアクチュエータ"MDTセミナー予稿集. 03-29. 9-12 (2003)
• [Publications] 横田眞一: "ECFジェットを利用した流体マイクロモータ"日本機械学会誌. 106・1014. 397 (2003)
• [Publications] 横田眞一: "次世代マイクロアクチュエータの展望"日本ロボット学会誌. 21・7. 6-7 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 阿部竜太郎, 枝村一弥: "針状電極ECFジェットを用いたマイクロアクチュエータ(製作と特性評価)"日本機械学会第三回機素潤滑設計部門講演会講演論文集. 85-86 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 桑島崇, 河村清美, 枝村一弥: "DP-RE形ECFマイクロモータの多層化と高出力化"日本機械学会第三回機素潤滑設計部門講演会講演論文集. 87-90 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 阿部竜太郎, 枝村一弥: "針状電極ECFジェットによる発生圧力を利用したマイクロアクチュエータ"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. (CO-ROM). 1A1-1F-F3 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 阿部竜太郎, 枝村一弥: "ECFジェットを用いたマイクロマニピュレータ"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. VII. 227-228 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 阿部竜太郎, 枝村一弥, 竹村研治郎: "ECFジェットマイクロアクチュエータの試作と特性評価"日本機械学会関東支部山梨講演会講演論文集. 207-208 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 阿部竜太郎, 竹村研治郎, 枝村一弥: "ECFジェットを用いたマイクロアクチュエータ"平成15年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集. 54-56 (2003)
• [Publications] 横田眞一, 河村清美, 枝村一弥: "集積形ECFマイクロモータの小形化"平成15年秋季フルードパワーシステム講演会講演論文集. 57-59 (2003)
• [Publications] 河村清美, 横田眞一, 西澤竜太, 枝村一弥, 竹村研治郎: "高集積形ECFマイクロモータの小径化"日本機械学会第四回機素潤滑設計部門講演会講演論文集. (発表予定). (2004)
• [Publications] 阿部竜太郎, 横田眞一, 竹村研治郎, 枝村一弥: "ECFジェット駆動マイクロマニピュレータの製作と特性評価"日本機械学会第四回機素潤滑設計部門講演会講演論文集. (発表予定). (2004)
• [Publications] 横田眞一, 河村清美, 竹村研治郎, 枝村一弥: "電界共役流体(ECF)を用いた高集積マイクロモータ"日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'04講演論文集. (発表予定). (2004)