ベルクランク機構を導入したミニチュア超音波モータの開発

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04252
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 長縄 明大 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (70271872)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 超音波モータ / ベルクランク機構

Outline of Annual Research Achievements

令和3年度は，ミニチュア化した超音波モータのステータ（形状は直角タイプ）に対する基礎特性，及びステータにロータを配置して回転させたときの速度特性などの測定を行った．また，ステータに導入しているベルクランク機構の角度を，直角から135 deg方向へ変更した場合のCADを用いた設計や，有限要素法に基づく解析を行った．
令和4年度は，令和3年度に引き続き，ベルクランク機構の角度を135 deg方向へ変更した場合のヒンジの大きさ等を見直し，有限要素解析に基づく変位拡大率を求めた結果，圧電素子の伸長変位1.3 umに対して，ベルクランク機構で拡大された変位は3.17 umであり，変位拡大率は2.44倍であった．また，実際に135 deg方向へ変更したベルクランク機構を製作し，実験により変位特性を測定した結果，圧電素子の伸長変位1.08 umに対して，ベルクランク機構で拡大された変位は2.75 umであり，変位拡大率は2.55倍であった．有限要素解析と実験では変位量に差があったものの，変位拡大率は概ね設計通りの結果を得ることができた．さらに，周波数特性を測定した結果，1次共振周波数が28.8 kHz，2次共振周波数が33.1 kHzであった．令和5年度においては，引き続き，基礎特性等の検証を行いながら，ロータを設置した場合の回転速度特性等についても検討する予定である．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和4年度は，ミニチュア化したベルクランク機構において，形状を直角タイプから135 deg方向へ変更した場合の設計を見直し，さらに，実験によりその変位特性や周波数特性等を測定した．その結果，変位拡大率は2.55倍であり，また1次共振周波数が28.8 kHzであった．今後は，引き続きステータの基礎特性を検証しながらモータの回転特性の測定方法等を検討し，ロータを設置した場合の速度特性等を検証する予定である．

Strategy for Future Research Activity

令和4年度までに，ベルクランク機構の角度を135 degへ変更した場合の有限要素解析による設計，及び実際に機構製作を行い，実験的に変位特性や周波数特性を測定することができたため，令和5年度は，引き続き，基礎特性の検証を行いながら，ロータを設置した場合の回転速度特性等を検証する予定である．

Causes of Carryover

令和5年度は，令和4年度に製作したステータを活用して基礎特性を測定し，ロータを回転させた場合の速度特性などの測定を行い，これらの結果を踏まえて，ステータの再設計を行う予定である．次年度の使用額については，新型コロナウイルス感染拡大の影響により旅費を活用することができなかったが，その経費を実験や設計に必要な物品を購入して研究を進める予定である．