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2021 年度 実績報告書

極低温環境に対応したマイクロ圧電振動子による非接触駆動アクチュエータの試作研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H02054
研究機関岡山大学

研究代表者

神田 岳文  岡山大学, 自然科学学域, 教授 (30346449)

研究分担者 山口 大介  岡山大学, 自然科学学域, 助教 (00735657)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワードアクチュエータ / トランスデューサ / 超音波振動子 / 圧電材料 / 低温環境
研究実績の概要

極低温環境に対応した圧電アクチュエータによる小型の非磁性・非接触駆動機構を実現するために、1.極低温環境用アクチュエータの小型化を実現する新たな予圧機構を用いた圧電振動子に関する改良、2.この振動子を利用した極低温環境下でヘリウム中での音響放射圧を利用した浮上機構の評価、3.極低温環境下でヘリウム中での音響粘性力を利用した小型の駆動機構の検討の3点について研究を行った。1.の項目ではこれまでに有効性を確認しているボルトを用いず材料の温度特性を利用した予圧機構について、アクチュエータ用トランスデューサとしての性能向上を目的とした改良を行った。これまでの成果に基づき、温度依存性を考慮して理論的に導出した関係式と、低温環境を想定した有限要素法シミュレーションを用いて、予圧印加機構の各パラメータの影響について評価を行った。この結果に基づいて振動子を試作し、低温環境評価装置(窓付きクライオスタット内)を使用し、レーザドップラ振動計とレーザ変位計により振動速度、およびその周波数特性について測定を行うことにより、同構造振動子の設計手法に関する提案の有効性を示した。2.の項目では、1.の項目の結果に基づいて製作した予圧機構を持つ圧電振動子を使用し、低温装置内のヘリウム気体環境下で小型対象物の浮上実験を行い、低温環境で対象物を非接触で駆動できることを示した。3.の項目では、昨年度の検討内容である非接触回転駆動を目的とした音響粘性流生成条件に関するシミュレーション結果に基づき試作した非接触回転駆動機構について低温環境評価装置内での評価を行った。評価にあたっては1.2.の項目での評価方法に加え、温度環境に対応した調整機構を製作して設置した。実験の結果、非接触状態での粘性力の作用については確認できたものの、測定の上では分解能の課題が残った。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2021

すべて 雑誌論文 (1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] A Transducer for Micro Cryogenic Actuator using Novel Preload Mechanism without Bolt-clamping2021

    • 著者名/発表者名
      Kanda Takefumi、Yagi Kairi、Nishida Takumi、Yamaguchi Daisuke、Wakimoto Shuichi
    • 雑誌名

      Proceedings of 2021 IEEE International Ultrasonics Symposium

      巻: 2021 ページ: 1-3

    • DOI

      10.1109/IUS52206.2021.9593366

  • [学会発表] 極低温環境用超音波振動子での熱応力を利用した予圧印加の検討2021

    • 著者名/発表者名
      八木海吏,西田匠,神田岳文,山口大介,脇元修一
    • 学会等名
      2021年度精密工学会春季大会学術講演会
  • [学会発表] 極低温環境用超音波振動子での予圧印加の評価に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      八木海吏,西田匠,神田岳文,山口大介,脇元修一
    • 学会等名
      2021年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • [学会発表] Evaluation of a Transducer for Micro Actuator Using Novel Preload Mechanism Under Cryogenic Condition2021

    • 著者名/発表者名
      Takefumi Kanda
    • 学会等名
      2021 International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2022-12-28  

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