| 研究課題/領域番号 |
20K04340
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
原田 宏幸 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (90301936)
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| 研究分担者 |
田島 悠介 北海道科学大学, 工学部, 助教 (00849375)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 形状記憶合金 / SMA / アクチュエータ / 音声 |
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| 研究実績の概要 |
ワイヤ状の形状記憶合金（以下，SMA）アクチュエータに数100Hzから数kHzの周波数で周期的に変化する電圧信号を入力し，その応答を計測する実験環境を構築した．印可される電圧により，SMAは加熱・収縮と，冷却・ばね要素による伸長を高速に繰り返す．当初は加速度計を用いた計測を予定していたが，高速応答可能なレーザー変位計を用いた計測に変更し，応答変位と応答周波数の同時計測が可能な構成とした．本装置を用い，線径の異なる数種類のSMAアクチュエータと，復元力を得るために用意した特性の異なる数種類のばねを様々な組み合わせで直列に接続し，入力信号の形（正弦波または矩形波）と，電圧振幅，電圧オフセット，および周波数を様々に変化させて応答を計測した．得られた結果の概要を以下に示す．
ばねにより復元力としてSMAに作用させる張力が小さいほど，応答振幅は大きくなった．一方で，張力が大きいほど高い周波数まで対応できる可能性が示唆された．太いSMAほど応答振幅は大きくなる傾向があるが，最も高い応答周波数を観測できたのは中間の太さのSMAであり，何らかの最適条件が存在することが示唆された．オフセット電圧の影響はSMA太さによって異なり，条件に応じた制御が必要となることがわかった．本実験条件の範囲においては，正弦波および矩形波入力に対して，応答波形には大きな差がなかった．
さらに，上記実験系の端部を紙製またはプラスチック製コーンに置き換えて，簡易なマイクによる音の計測を試みた．その結果，これまでに確認されていたよりも高い入力周波数に対しても応答を観測することができた．以上により，構築した実験環境により，音声に対応する周波数帯域においてSMAの応答を計測することが可能であることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当初予定していた実験環境の構築については，一部，温度計測機能について未実装であるが，応答計測が可能な状態まで完了した．また，2021年度に予定していた特性試験の一部を先行して実施することができた．これによって，今後の研究方針決定に資する有益な情報を早期に得ることができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度に実施された実験によって，音響計測の有効性が改めて確認された．そのため，計測装置をマイクに置き換えることを優先的に実施する．また，基礎的特性獲得のための駆動法の探求および最適化と，実システムへの実装を視野に入れたSMAの配置方法の検討を同時に進め，相互の必要条件を考慮して効率良く研究を進める．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナウィルス感染拡大の影響により，当初旅費を見込んでいた予算が不要となったため．旅費については状況に応じて2021年度以降に使用を検討する．加えて，2020年度の研究結果から，音響計測システムの導入が当初の想定以上に有効である可能性が高まったため，繰り越し分とあわせて，2021年度にその導入を計画している．
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