超音波振動・放射圧を利用したマイクロマシン用アクチュエータの基礎的研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750247
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 青柳 学 山形大学, 工学部, 助手 (80231786)
• Keywords: 超音波アクチュエータ / 音響放射圧 / 超音波応用 / マイクロロボット / 衝撃波電力給電 / 医療ロボット

Research Abstract

本年度では、超音波振動・放射圧を利用したマイクロマシン用アクチュエータの基礎的研究のうち、体内移動用アクチュエータの開発と駆動用アクチュエータの開発の一部を試みた。振動子が自らの発生する音響放射圧によって移動するためには、小型かつ高出力である必要があり、弾性エネルギー密度が大きい圧電振動子から大きな音響放射圧を取り出すことができる振動形態・形状を探すために近似的な解析を行った。その結果、水中での粘性抵抗に打ち勝ち振動子自身が推進するには大きな振動エネルギーを必要とし、圧電体を使用した小型振動子では入力電力が大きくできず、多積層構造かつ薄型振動子などに限られることがわかった。つまり、音響放射圧による水中での推進力の発生は大きな振動子では可能であるが小型振動子では現在のところ困難であるという結果になった。試作した結果、小型振動子では移動が見られなかった。微小マイクロフォンによる音響放射圧の測定からも十分な値が得られてなかった。今後、小型振動子でも効率よく音響放射圧を発生できる形態や更に大きなエネルギー密度の材料を探すとともに、音響放射圧にかわる推進原理として振動ポンプ方式や振動べん毛(弾性ファン)方式を検討する。また、中程度の大きさであれば移動が可能なためその応用も考える。
駆動用アクチュエータの検討も一部行った。縦-捩り振動を利用した超音波アクチュエータ用の振動子の試作・解析を行った。振動子の製作には金属と圧電セラミックスを半田箔で溶着する方法を取った。直径3mm程度の縦-捩り振動子が実現できた。しかし、アクチュエータとしての動作は確認できていない。また、製作に大きなばらつきが生じるため、電極材料から吟味する必要性がある。更に小型の振動子を製作するには複合材料振動子ではなく、圧電セラミックス単体で製作する方法がよいと考えられる。