低電圧駆動型高出力静電アクチュエータの開発

低压驱动高输出静电执行器的开发

基本信息

批准号：
12750205
负责人：
山本晃生
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究で研究対象としている高出力静電リニアアクチュエータは,1平方cmあたり約20gfといった高い推力性能を有しているが,駆動に際しては高電圧の印加による大気の絶縁破壊を防ぐため絶縁液中で駆動せざるを得ないという問題点があり,駆動電圧の低減が求められてきた.静電アクチュエータを,その性能を維持したまま,より低電圧で駆動するためには,同一電圧における発生推力を従来よりも向上させる必要がある.前年度の数値解析による計算結果では,高誘電率材料を利用してアクチュエータを構成することにより,同一電圧での発生推力を向上させうるとの知見を得た.本年度はこの知見を確認すべくアルミナのセラミックス基板を用いてリニアアクチュエータを製作することを試みたが,十分な電極配置精度が得られなかったことや,十分な基板の耐電圧が得られなかったことから,性能を評価するには至らなかった.今後は材料や製法に関する検討が不可欠であると考えられる.一方,推力的には従来のものより劣るが,低電圧でも利用可能な静電アクチュエータとして,ガラスやプラスチック製のディスク基板を直接回転駆動する静電アクチュエータについても研究を行った.ハードディスク用ガラス基板や,音楽用ミニディスクのプラスチック基板などを回転子として用い,回転駆動することに成功した.回転駆動の場合には,リニア駆動の場合と異なりストロークの制約がないため,低電圧すなわち低トルクで駆動した場合でも,十分な回転速度を得ることができる.大気の絶縁破壊が発生しない電圧(実験で用いた装置においては,約600V以下)で駆動を行い,ガラスディスクの場合において,約1200rpmでの回転駆動を実現した.

本研究对象的高功率静电线性致动器具有每平方厘米约20 gf的高推力性能，但在驱动它时，将其浸入绝缘液体中，以防止由于应用而在大气中发生介电击穿然而，为了在保持其性能的同时以较低的电压驱动静电致动器，有必要减小相同电压下产生的推力。与传统的相比，有必要提高推力。前一年的数值分析的计算结果表明，通过使用高介电常数材料构建致动器，可以提高在相同电压下产生的推力。试图通过使用氧化铝陶瓷基板制造线性致动器来证实这一知识，但我们无法获得足够的电极放置精度，并且基板不具有足够的耐受电压。因此，无法对其性能进行评估。今后，有必要研究材料和制造方法。另一方面，虽然推力不如传统推力，但即使在高温下也可以使用静电。我们还研究了直接旋转由玻璃或塑料制成的磁盘基板的静电致动器，例如用于硬盘的玻璃基板和用于音乐迷你光盘的塑料基板。与线性驱动不同，我们成功地驱动了转子，因为旋转驱动没有行程限制，因此即使在低电压或低扭矩下驱动，也可以实现足够的转速。在大气中不会引起介电击穿（实验中使用的设备大约为 600 V 或更低），我们在玻璃盘的情况下实现了大约 1200 rpm 的旋转驱动。