超音波振動による音響放射圧を利用したクランプ機構を持つインチワーム型微動装置

• Project/Area Number: 16760195
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Intelligent mechanics/Mechanical systems
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 磯部 浩己 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60272861)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 超音波モータ / スクイーズ効果 / 音響放射圧 / 圧電素子 / 音響粘性流

Research Abstract

圧電素子は,超音波帯域の高周波振動を励起する一般的なアクチュエータである.本研究では,案内面からの静圧力によって,テーブルを非接触案内させると同時に,圧電素子によって励起するステータ接線方向に伝播するたわみ進行波によって,移動方向に流れる音響粘性流を発生させ,音響流とテーブルの速度差に応じた粘性力としてスラスト力をテーブルに伝達するものである.本年度は、性能試験を行うための小型の非接触移動機構を製作した.テーブル寸法は、150×150mmである。ステータ外経φ80、厚さ3mm,ステータ間隔は100mmである.したがって,テーブル上面に作用するステータ枚数は,テーブル移動にともなって,2枚,4枚もしくは6枚となる.実際にシーケンス制御を行った結果,3列のステータ間でテーブルを往復させることができた.すなわち,位置決め機構の最低限の能力として,静止状態から加速し,定常速度に達した後,減速し停止することが可能であった.圧電素子への印加交番電圧120Vp-p(実測振動振幅3μm程度)において,静圧案内面とステータのすき間は1.3mmとした.テーブルは,このすき間内において静圧案内による浮上力とステータ振動により発生する音響放射圧との釣り合う位置で浮揚する.実測の結果,テーブルは静圧案内から0.7mm浮上することが確認された。静止状態から加速し,定常速度に達するまでの速度変化を測定した結果、移動速度は移動量が75mmまでに達したのちに定常速度になった.これは,移動開始から,それぞれ約2秒(P=100mm)および3秒(P=110mm)経過後であった.