しゃくとり虫型変形を利用した超音波モータとその応用に関する研究

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24560284
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 長縄 明大 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70271872)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 超音波モータ

Research Abstract

平成24年度は，しゃくとり虫型に変形する弾性材と積層型圧電素子を組み合わせたステータと，このステータにより回転させるロータ円盤からなる円盤回転装置を設計制作した．使用した圧電素子は断面が3×4mm，長さが20mm，設計した弾性材も同じサイズとした．
まず始めに，本モータの特徴である変位拡大について検証した．光ファイバ式変位計で測定した圧電素子の伸長量は約15μmであり，弾性材の変形は最大51μmであった．この結果，設計したステータでは，約3.4倍の変位拡大が得られたこととなった．有限要素解析では，約150μm変形していたため，約1/3程度の変形であったが，この差が生じた原因として，実験装置における圧電素子などの固定が不十分であったためと考えられ，これを改善することにより拡大率を向上できると考えている．
つぎに，直径30mmのアクリル製ロータ円盤を制作し，モータとしての駆動特製の測定を行った．回転速度の測定は，ロータ円盤とロータリーエンコーダをカップシングして行い，その結果，駆動周波数が2kHzのとき約1.2rpmの回転速度が得られた．また，重りを吊るすことにより，トルク特性の測定を行った結果，駆動周波数が2kHzのとき0.441mN・mのトルクが得られた．

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績に記載の通り，圧電素子などの固定が不十分である問題があったものの，24年度に計画していた内容をほぼ実行することができたと考えられる．

Strategy for Future Research Activity

平成25年度は，24年度の問題点として浮上した圧電素子の固定部の見直しを行い，さらに，センサを用いることなく位置決めを行う方法について検討する予定である．本モータは，圧電素子の伸びにより変形する弾性材を，駆動する物体に接触させる原理のモータであり，これを繰り返すことにより，物体を移動することできる．このため，1回の接触により物体がどれくらい移動するかがわかれば，目標位置に移動させるために必要な繰り返し回数を逆算して求めることができる．これにより，センサを用いることなく，物体を目標位置に移動させることができる．また，本モータの応用として，球体駆動装置の構成について検討を行う予定である．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

本研究遂行に必要な備品類は，平成24年度までに購入したため，今年度は実験に必要な部品の購入や資料収集旅費，成果発表の旅費として使用する計画である．