2012 年度実施状況報告書

駆動電圧最小化を目的とした静電駆動型ＭＥＭＳのトポロジー最適化

研究課題

研究課題/領域番号	24760065
研究種目	若手研究(B)
研究機関	大阪大学
研究代表者	山崎慎太郎大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70581601)
研究期間 (年度)	2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード	静電駆動型MEMS / 構造最適化 / トポロジー最適化
研究概要	本研究の目的は，静電場・構造連成の設計問題を解くトポロジー最適化の方法論を構築する事により，新しい機能，あるいは高機能を持ち革新的な低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計を行う事である．この目的を達成するために，静電駆動型MEMSが静電場より静電引力を得る性能と，静電引力により所定の大変形を得る性能を，数値解析手法により同時に評価を行い，その解析結果に基づき，トポロジー最適化により構造の創成設計を行う方法の開発を目指す．研究計画においては，平成24年度の研究課題として，①静電駆動型MEMSの必要駆動電圧を評価可能な解析手法の開発と，②静電駆動型MEMSの形状変更が必要駆動電圧に与える影響の数学的検討を設定した．①については，申請者らが以前に提案した金属導波管を対象としたトポロジー最適化法を静電駆動型MEMS設計問題に応用し，また数値実験によりその妥当性を検証し，達成した．②については，①の成果に基づき，随伴変数法を用いた感度解析手法を静電駆動型MEMS設計問題に適用し，静電駆動型MEMS設計問題における感度導出を行った．得られた感度についての妥当性は数値実験により確認した．課題①，②について十分な成果が得られたため，さらにこれらの成果を発展させ，指定した変形量を得る静電駆動型MEMSの電極構造を設計するトポロジー最適化法を構築した．指定した変形量を得る静電駆動型MEMSのトポロジー最適化法が確立されれば，駆動電圧を低く設定し，指定変形量を大変形となるよう設定する事により，低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの創成設計へと繋がる．このため，平成24年度達成した，指定した変形量を得る静電駆動型MEMSのトポロジー最適化法の構築は，大きな研究成果と言える．これに関連して，査読付き学術雑誌論文に2本論文を投稿しており，国際会議において1件の発表を予定している．
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 1: 当初の計画以上に進展している理由「研究実績の概要」でも述べた様に，研究計画において設定した2つの課題，すなわち，①静電駆動型MEMSの必要駆動電圧を評価可能な解析手法の開発と，②静電駆動型MEMSの形状変更が必要駆動電圧に与える影響の数学的検討について，成功裏に達成する事が出来た．さらに，それらに加え，指定した変形量を得る静電駆動型MEMSの電極構造を設計するトポロジー最適化法の構築に成功した．このトポロジー最適化法の構築は，低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの創成設計へと繋がる大きな研究成果である．これらの研究成果を基に，査読付き学術雑誌論文に2本論文を投稿しており，国際会議において1件の発表を予定している．このため，平成24年度の研究目的は十分に達成されたと言える
今後の研究の推進方策	平成24年度の研究成果として，指定した変形量を得る静電駆動型MEMSの電極構造を設計するトポロジー最適化法の構築に成功した．この研究成果を基に，平成25年度は，駆動電圧を低く設定し，指定変形量を大変形となるよう設定する事により，低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの創成設計法の構築を目指す．また，平成24年度に構築したトポロジー最適化法は2次元問題を対象とした方法論であるため，これを3次元問題に拡張する事を目指す．これにより，コンピュータシミュレーションレベルにおいて，低電圧駆動を実現する静電駆動型MEMSの構造創成設計法の確立を目指す．
次年度の研究費の使用計画	平成24年度の研究費(直接経費)の支給額2,000,000円に対し，シミュレーション用ワークステーションの価格低減等により，研究費の使用額は1,914,201円となり，85,799円の差額が生じた．当初，平成25年度の研究費(直接経費)の請求額は600,000円の予定であったため，差額分を合わせると平成25年度の研究費は685,799円となる．平成25年度は，この研究費を活用して，トポロジー最適化に関する世界最大規模の国際学会である10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization (WCSMO10) にて，平成24年度の研究成果の一部を発表する．また，研究協力者との研究打ち合わせ旅費，及び投稿論文の校正料，論文掲載料等に研究費を使用する予定である．

研究成果

(1件)

すべて学会発表 (1件)

[学会発表] Level-set and ALE based topology optimization using nonlinear programming2013
- 著者名/発表者名
  Shintaro Yamasaki, Atsushi Kawamoto and Tsuyoshi Nomura
- 学会等名
  10th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization
- 発表場所
  Orlando, Florida, USA
- 年月日
  20130519-20130524