2015 Fiscal Year Research-status Report
潤滑剤導入による超音波モータの高効率化・寿命改善とそのメカニズム解明
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15K13896
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中村 健太郎 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (20242315)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 超音波モータ / 摩擦駆動 / 潤滑 / 効率 / トルク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、従来乾燥摩擦が用いられていた超音波モータの駆動面に潤滑剤を導入することで、モータ効率や寿命を飛躍的に改善しようという研究である。
本年度は、まず、試験用の超音波モータとして複合振動子型を選択し、以前製作した直径25 mmの回転型を本研究用に改造した。具体的には、摩擦駆動面をセラミックス材料とし、現実的なロータ加圧力で有意な実験結果が得られるような接触面積を考慮して形状を設計し、その製作を行った。片側を平面、片側を面積の小さい台形とした。
導入する潤滑剤として、自動車の自動変速機などに利用されるトラクションオイルを利用することとし、その粘性や添加物が異なる試験用オイルを多種類準備した。これらによりモータ負荷試験を行ったところ、潤滑をすることで、モータとしての効率が安定的に向上することを確認した。しかし、オイルの粘性を変化させても特性は大きくは変わらなかった。このことについてはメカニズムの検討を今後行う必要があるが、高トラクション型のオイルとそうでないものとでは予圧と特性との関係において差異があることが実験的に見出された。接触面の粗さについては1/10,000 mm程度の仕上げとしているが、使用したセラミックスはポーラス構造のため、仕上げの程度との差異はこの範囲ではあまり顕著ではなかった。接触部分の詳細観察については、静電容量による方法や光学的な方法の可能性を検討したが、定量的な測定には至っていない。また、進行波型超音波モータにおいても同様な実験を行うため、その設計と試作を行った。
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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
概ね計画通りに研究を進められたが、摩擦駆動部のセラミックス材料の加工や表面評価、その超音波モータへの適合性の確認などに大きな時間を費やさねばならなかった。潤滑によるモータ特性の改善は、かつて確認したときよりも詳細な条件管理の下で繰り返し検証することができ、潤滑による効率改善効果がより確かなものとなった。等価回路へのモデル化、潤滑剤挙動のダイナミックな定量観察は実現できていないが、これまで全く手掛けられなかった、進行波型での実験準備を進めることができた。進行波型での実験は平成28年度に行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
複合振動子型超音波モータを用いた実験では、平成27年度の成果を踏まえ、潤滑剤の特性とモータ効率との関係をより多角的に検討する。潤滑剤の粘性のみならず、添加剤の差異などの影響も実験的に明らかにしてゆきたい。また、効率のみならず、最大トルクの向上にもつながるかを検討したい。一方、これまでに実績のない進行波型超音波モータについても同様な潤滑の手法が有効であるかを検討する。これまでの予備実験では、潤滑剤を活用するために必要な予圧を加えると、円板のたわみ振動を用いた典型的な進行波型では振動そのものが抑圧される傾向にあり、モータ動作に支障が生じるという結果が出ている。進行波型には応用不可能なのか、適切な動作条件があるのかを検討する必要がある。
また、潤滑面のダイナミックな測定方法について引き続き検討を行いたい。一方、電界を印加すると性質が変化する電気粘性流体などの活用方法についても考慮をしてゆく予定である。
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| Causes of Carryover |
行った加工の費用が研究者の当初見積もりとわずかにずれたため。セラミックス部品の精密加工のため、正確な見積もりは難しい。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
部品加工費や消耗品購入費に加える。
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