2015 Fiscal Year Annual Research Report
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15J11845
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
濱 維志 東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 感温磁性体 / 永久磁石 / 電磁力 / ハイブリッド / アクチュエータ / 制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
機械装置には様々なものがあり，要求される性能は用途によって異なる．高速かつ高精度な性能が要求される用途が多い一方で，大きな力を連続的に発生するための性能が求められる用途も存在する．そこで本研究では，大きな力を連続的にかつ効率的に発生する運動メカニズムを実現するために，感温磁性体と永久磁石の組み合わせに着目し，その組み合わせにより期待される長所を享受できる構造を明らかにした上で，その有効性を検証することを目的としている．
まず，感温磁性体と永久磁石を用いた基礎的なアクチュエータの構造を磁場解析や熱解析を利用して検討した．提案・試作したアクチュエータは，既存の電磁アクチュエータに比べ，体積当たりの連続発生推力が大きく，その際の消費電力が小さい特徴を有することが確認された．さらに，他の熱駆動型アクチュエータと異なり，全ストロークに渡り一定の推力を発生でき，バックドライバビリティを有することも明らかとなった．一方，熱により駆動されるため，応答が遅く，単独では位置決め安定性が悪いという欠点も見られた．
次に，前述の基礎的なアクチュエータから得られた知見により，従来のアクチュエータでは実現が困難な機能を創成できる可能性が見出された．一般に，大推力を発生する特性と高速・高応答に動作する特性はトレードオフの関係にあり，両立は困難である．空気圧や油圧などの大きなシステムを用いずにこのトレードオフを解決できれば，様々な機器の小型化・ポータブル化に貢献できると考えられる．
そこで，本研究では，感温磁性体アクチュエータと電磁アクチュエータをハイブリッド化し，大推力性能と高速・高応答性能を両立できるアクチュエータの実現を目標とした．電磁コイルから発生する熱を感温磁性体に作用させ，1個の駆動回路で両機能を実現できる，コンパクトなアクチュエータの構造を提案した．これより，製作を進めてゆく予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で提案したハイブリッドアクチュエータは，新規性のある原理・構造であるため，完成形の試作機を1回で製作するのは困難と判断した．そこで，最初は，アクチュエータの機能を構成する要素のうち，熱的な部分だけの試作機を設計・製作し，評価することとした．
本アクチュエータでは，加熱・温度維持と冷却の切り替えをするために熱回路の切り替えを行う特殊構造を有しており，この部分の評価をするための試作機を製作することを第一手とした．しかしながら，本装置には精度が要求される部品が多く，製作に時間がかかり，2015年度中の試作，評価は実現できなかった．
一方で，提案アクチュエータの設計は概ね完了し，磁場解析によりその有効性を確認している．
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の設計案に基づき，提案アクチュエータの試作を行う．感温磁性体の選定，耐熱性と発生力を勘案した磁石の選定，消費電力低減のための工夫等を行う．また，試作アクチュエータの性能を評価する．評価に当たっては，消費電力，発生力の他に，運動性能などを検証し，既存のアクチュエータと性能を比較検討する．
さらに，次のステップとして，本アクチュエータを組み合わせたメカニズムを構築し，実用性や性能などの観点からメカニズムを評価する予定である．
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