超音波振動によるリニア駆動システムの開発

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01850052
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 永井 正夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (10111634)
• 研究分担者: 遠山 茂樹 東京農工大学, 工学部, 助教授 (20143381) ; 堤 正臣 東京農工大学, 工学部, 教授 (90108217)
• キーワード: 超音波振動 / リニア駆動 / 超音波モ-タ / 振動利用

研究概要

本研究で得られた主要な結果は以下の通りである。
(1)進行波生成に関して;伝送棒両端に圧電振動子を取り付け、進行波を発生させる方式について検討した。一方の圧電振動子を発振側、他方を抵抗消費側とする方式に対して、両方のの圧電振動子を共に加振する方式について比較した。後者は超音波振動数に対応した位相差を適切に設定することで、理想的な進行波を生成することが可能となった。この原理はシミュレ-ションにより理論的に明らかにされた。
(2)駆動特性について;生成された片振副2〜3μm程度の進行波の上にスライダを圧着させることにより、速度特性、駆動力特性を調べた。その結果、圧着力に比例した駆動力が得られること、圧着力の上昇に対してスライダの進行速度が低下することが判明した。この駆動特性は、圧電メカニズムのモデリングによる計算機シミュレ-ションにより定量的に説明できた。なおこの特性はスライダ圧着面の材質に左右されやすい。
(3)効率に関して;伝送棒1次側,スライダ2次側とする本方式による効率は高々2%程度と見込まれる。スライダを1次側、伝送棒を2次側とする方式にすると、効率が1桁上がることがシミュレ-ションで示された。しかし、実験で確認することが今後の課題として残された。
(4)実用化に向けての課題;本研究では進行波の生成法と駆動特性の基本特性を実験ならびにシミュレ-ションで明らかにしたにとどまった。停止時の高保持力といった特徴をいかした高精度位置決め制御等の設計や材質面の設計が今後の課題と考えられる。

研究成果

• [文献書誌] 永井,日比,山田: "進行波形リニア超音波モ-タの基礎研究(第1報;進行波の生成と簡易シミュレ-ション)" 第1回電磁力関連のダイナミクス シンポジウム 日本機械学会 6,1989. (1989)
• [文献書誌] 永井,山田,遠藤,成毛: "進行波形リニア超音波モ-タの試作研究" 第2回ロボティクス・自動化システムシンポジウム 計測自動制御学会 4,1990. (1990)
• [文献書誌] 永井,山田,遠藤: "進行波形リニア超音波モ-タの基礎研究(第2報;超音波振動と駆動特性)" 第2回電磁力関連のダイナミクス シンポジウム 電気学会 6,1990. (1990)
• [文献書誌] M.Nagai,N.Endo and T.Yamada: "Fundamental Characteristics of Linear Ultrasonic Motor Driven by Travelling Wave." Proc.of IEEE Workshop on Intelligent Motion Control,Istanbuhl,Turkey 8,1990. (1990)