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ポリマー振動子を用いた超音波モータのトルク性能向上

研究課題

研究課題/領域番号 17J05057
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 機械力学・制御
研究機関東京工業大学

研究代表者

WU JIANG  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードPolymer / High-power ultrasonics / Ultrasonic motor / Functional materials / Acoustics
研究実績の概要

To improve the performance of polymer-based ultrasonic motors, we developed a triple-layered vibrator, consisting of polymer, fine ceramic, and PZT layers, since the fine ceramics are capable of greatly enhancing the stiffness of the entire vibrator. As predicted, the maximal torque and maximal output power with the triple-layered motor are 5 and 13 times the values of the previous motor with polymer and PZT layers. In addition, since fine ceramics exhibit good vibration characteristics as well as the frictional properties, we employed alumina to fabricate a new type of ultrasonic motors. This 35-mm-diameter ultrasonic motor provides a maximal torque and maximal output power of 1.56 Nm and 26.0 W, respectively, both of which greatly exceed the values achievable with the ultrasonic motors working in the same vibration modes. This study provides a new approach to improve the performance of ultrasonic motors.
In addition to the study regarding ultrasonic motors, we conducted a fundamental investigation on the mechanical attenuation about polymers. Since mechanical attenuation greatly affects the crystallinity degrees of polymers, we carried out thermal annealing on polymers to change their crystallinity degrees. The experimental results show that, in the case of poly phenylene sulfide, its mechanical quality factor increased from 400 to 800 after a 72-hour annealing process at 150 degrees; this validates the effectiveness of our proposal.

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Enhancement in mechanical quality factors of poly phenylene sulfide under high-amplitude ultrasonic vibration through thermal annealing2019

    • 著者名/発表者名
      J. Wu, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      Ultrasonics

      巻: 91 ページ: 52-61

    • DOI

      10.1016/j.ultras.2018.07.003

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrasonic motors with poly phenylene sulfide/alumina/PZT triple-layered vibrators2018

    • 著者名/発表者名
      J. Wu, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      Sens. Actuat. A: Phys.

      巻: 284 ページ: 158-167

    • DOI

      10.1016/j.sna.2018.09.069

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibration characteristics of polymer-based Langevin transducers2018

    • 著者名/発表者名
      J. Wu, Y. Mizuno, and K. Nakamura
    • 雑誌名

      Smart Mater. Struct.

      巻: 27 号: 9 ページ: 095013-095013

    • DOI

      10.1088/1361-665x/aad530

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymer-Based Ultrasonic Motors Utilizing High-Order Vibration Modes2018

    • 著者名/発表者名
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 雑誌名

      IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

      巻: 23 号: 2 ページ: 788-799

    • DOI

      10.1109/tmech.2018.2794379

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Structural parameter study on polymer-based ultrasonic motor2017

    • 著者名/発表者名
      Wu Jiang、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • 雑誌名

      Smart Materials and Structures

      巻: 26 号: 11 ページ: 115022-115022

    • DOI

      10.1088/1361-665x/aa8f71

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] リング型アルミナ製振動子を用いた進行波超音波モータの試作2018

    • 著者名/発表者名
      ウー ジャン、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      USE2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Non-metal high-power ultrasonic motors utilizing Langevin-type alumina/PZT transducers operated in orthogonal bending modes2018

    • 著者名/発表者名
      ウー ジャン、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      超音波研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A non-metal traveling-wave ultrasonic motor with alumina/PZT vibrator for acid/alkaline applications2018

    • 著者名/発表者名
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 学会等名
      IWPMA2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] High-power non-metal ultrasonic motor with an alumina/PZT vibrator2018

    • 著者名/発表者名
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 学会等名
      IUS2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Effect of thermal annealing on mechanical quality factors of poly phenylene sulfide under high-amplitude ultrasonic vibration2017

    • 著者名/発表者名
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 学会等名
      2017 International Congress on Ultrasonics (ICU2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Measurement of mechanical quality factor of poly phenylene sulfide in high-amplitude longitudinal vibration and improvement of vibration characteristics2017

    • 著者名/発表者名
      ウー ジャン、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      超音波研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Performance improvement of ultrasonic motor using polymer-based vibrator: Employment of triple-layered vibrator and higher-order vibration modes2017

    • 著者名/発表者名
      ウー ジャン、水野洋輔、中村健太郎
    • 学会等名
      超音波研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Increase in mechanical quality factor of poly phenylene sulfide at high-amplitude ultrasonic vibration by thermal annealing2017

    • 著者名/発表者名
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 学会等名
      38th Symposium on Ultrasonic Electronics (USE2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] http://www.nakamura.pi.titech.ac.jp/jiangwu/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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