超音波モータの長寿命化に関する研究

• Project/Area Number: 11750228
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 電力工学・電気機器工学
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 石井 孝明 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (40262323)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2000: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 1999: ¥1,800,000 (Direct Cost: ¥1,800,000)
• Keywords: 超音波モータ / 摩擦材料 / 摩擦 / 摩耗 / 寿命 / 波形制御 / 振動モード / セラミックス / 振動速度 / 有限要素法

Research Abstract

研究の目的
本研究の目的は「10000時間寿命保証の超音波モータを実現する」ことである。
本年度に得られた成果
1.超音波モータの形状
(1)波形制御を行うために、3次の高次共振周波数を1次の基本共振周波数の3倍にしなければならないので、フランジを3次モードの節部分に設けた。これにより、フランジに共振周波数調整機能を持たせることができた。フランジは、基本モードには付加モーメントとして働き、共振周波数が下がり、3次モードにとっては節が固くなる作用があり、共振周波数が上がった。フランジの厚さや直径を変えることで共振周波数を整数倍に調整することが可能となった。フランジの位置・厚さ・直径はFEMを用いて決定した。1次と3次の振動が同時に起こせるようになった。
2.実機摩耗試験
(1)波形制御した超音波モータ 実機摩耗試験を行い、約3倍耐久性が向上することが明らかになった。
(2)摺動面へのセラミックス使用による長寿命化モータ 実機摩耗試験を行い、約2倍耐久性が向上することが明らかになった。本手法を用いて10000時間を超える駆動可能性を示すことができた。
3.表面粗さの検討
(1)摺動面の表面粗さを測定し、寿命との関連を検討・考察した。
4.摺動材料の検討
(1)摺動材料として適したセラミックスを検討する為、数種類の材料を用いて実験・考察した。
(2)表面粗さによって寿命が大きく変化することが明らかになった。