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2018 年度 実績報告書

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
キーワードPolymer / High-power ultrasonics / Ultrasonic motor
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。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 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
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 雑誌名

      Ultrasonics

      巻: 91 ページ: 51-62

    • DOI

      10.1016/j.ultras.2018.07.003

    • 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
      Jiang Wu, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • 雑誌名

      Sens. Actuators A

      巻: 284 ページ: 158-167

    • DOI

      10.1016/j.sna.2018.09.069

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Vibration characteristics of polymer-based Langevin transducers2018

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

      Smart Mater. Struct.

      巻: 27 ページ: 095013

    • DOI

      10.1088/1361-665X/aad530

    • 査読あり
  • [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
  • [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
  • [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
    • 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
    • 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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