超音波振動によるリニア駆動システムの開発

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01850052
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 永井 正夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (10111634)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 敏夫 (株)小金井製作所, 開発第2部, 主事 ; 遠山 茂樹 東京農工大学, 工学部, 助教授 (20143381) ; 堤 正臣 東京農工大学, 工学部, 教授 (90108217)
• Keywords: 超音波振動 / リニア駆動システム / 超音波モ-タ / 進行波 / 駆動力特性 / 速度特性

Research Abstract

まずアルミ合金による長さ540mm、縦横6mmの正方形断面の伝送棒の両端から一波長分内側の点に、それぞれ圧電素子からなるランジュバン振動子を取り付けて、一方で超音波振動を励振して他方で吸振させるリニア超音波モ-タを試作した。これは吸収側の振動子に取り付けた負荷抵抗により反射波を抑えて、進行波のみを生成するものである。非接触センサによる測定結果によると、共振周波数近傍の25.1kHz程度でほぼ完全な進行波を生成することができた。次に伝送棒上を移動するスライダの駆動力特性を調べるために、スライダと伝送棒間の圧着力を空気圧で変化させる機構を開発して、圧着力に対する速度特性と駆動力特性を調べた。この結果によると圧着力を1〜3kgf/cm^2の範囲で増加させると、駆動力は比例係数0.25〜0.35程度でほぼ比例的に増加し、速度は圧着力により大きくは変化しないが0.1〜0.2m/sの範囲で減少する特性が得られた。これらの数値は応用面からまだ充分ではないが、再現性があり安定した特性が得られている。
上記の実験と並行して理論的解析を行うために、伝送棒はベルヌ-イ/オイラのはりの方程式、振動子は集中質量系のバネマスダンパ系でモデル化し解析を行った。まず所定の超音波振動数と波長でこの伝送棒が共振することをモ-ド分解法で確認し、進行波についても理論的に解析できる事が判明し、今後種々の用途に応じた設計が可能であるとの見通しを得た。

Research Products

• [Publications] 永井正夫,日比浩一,山田敏夫: "進行波形リニア超音波モ-タの基礎特性(第1報:進行波の生成と簡易シミュレ-ション)" 日本機械学会講演論文集. NO.890-26. 162-165 (1989)
• [Publications] 永井正夫,日比浩一,山田敏夫: "進行波形リニア超音波モ-タの基礎特性(進行波の励振とシミュレ-ション)" 電気学会,リニアドライブ研究会資料. LD. (1989)
• [Publications] 永井正夫,山田敏夫,遠藤延秀,成毛健一: "進行波形リニア超音波モ-タの試作研究" 計測自動制御学会第2回ロボティクス・自動化システムシンポジウム論文集. 4月. (1990)