超音波振動・放射圧を利用したマイクロマシン用アクチュエータの基礎的研究

利用超声波振动和辐射压力的微机械执行器的基础研究

• 批准号: 09750247
• 负责人: 青柳 学
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750247/
• 关键词: 超音波アクチュエータ; 音響放射圧; 超音波応用; マイクロロボット; 多自由度アクチュエータ; 振動損失; 高効率化; 衝撃波電力給電; 医療ロボット

本年度では、超音波振動・放射圧を利用したマイクロマシン用アクチュエータの基礎的研究のうち、移動用アクチュエータと駆動用回転型アクチュエータの性能の改善を試みた。音響放射圧を利用した移動用アクチュエータは、高出力の振動子が必要であるため、音響放射圧と振動子形状の解析を行い弾性エネルギー密度が大きい圧電振動子から大きな音響放射圧の取り出しが可能な振動形態・形状を検討したが、十分大きな放射圧を取り出すのは現存する振動材質では困難であることがわかった。引き続き小型振動子でも効率よく音響放射圧を発生できる形態や更に大きなエネルギー密度の材料を探すとともに、音響放射圧にかわる推進原理として振動ポンプ方式や振動べん毛(弾性ファン)方式が有力であると考えられるため、今後更に検討する必要がある。駆動用アクチュエータについては縦-捩り振動を利用した超音波アクチュエータの試作・解析を行った。小型化の実現には高効率化が不可欠なため、超音波アクチュエータの効率の向上について大きめの超音波モータにおいて効率向上の大きな要因である接触制御の振動系について検討した。その結果、ロータとステータが互いに反発し合う振動形態が非常に有効であることがわかった。また、ロータ上に新たに設けた振動節を与圧や出力取り出しに利用すると、ロータの振動が抑制されず振動損失が激減することから効率が著しく向上することがわかり、小型化・高効率モータの実現に有効な結果が得られた。更に、マイクロマシンに複雑な動作を要求した場合に必要な複数のアクチュエータを集積すると言う観点から円環振動子を使った多自由度超音波アクチュエータを試作し動作を確認した。多自由度の動作が実現でき今後の小型化の可能性も大きいことがわかった。

今年，作为利用超声波振动和辐射压力的微型机械执行器基础研究的一部分，我们尝试提高移动执行器和驱动旋转执行器的性能。使用声辐射压力的移动执行器需要高输出的振动器，因此通过分析声辐射压力和振动器的形状，可以从具有高弹性能量密度的压电振动器中提取大的声辐射压力。考虑了各种振动形式和形状，发现利用现有的振动材料很难提取足够大的辐射压力。我们将继续寻找即使使用小型振荡器和具有更高能量密度的材料也能有效产生声辐射压力的形式，而振动泵方法和振动鞭毛（弹性风扇）方法是有前途的替代声辐射压力的推进原理。 ，未来还需要进一步考虑。至于驱动执行器，我们对利用纵向扭转振动的超声波执行器进行了原型设计和分析。由于高效率对于实现小型化至关重要，因此我们研究了接触控制振动系统，这是提高大型超声波电机效率的主要因素，以提高超声波执行器的效率。结果发现，转子和定子相互排斥的振动模式极其有效。此外，还发现，当采用转子上新安装的振动节点进行增压和输出提取时，转子振动不会受到抑制，振动损失大幅减少，从而在效率上得到显着提高。的实现此外，我们从微机械需要复杂运动时集成多个执行器的角度出发，使用环形振动器制作了多自由度超声波执行器原型，并确认了其操作。发现可以实现多个自由度，未来小型化有很大潜力。

项目成果

Manabu Aoyagi: "New Designed Longitudinal and Torsional Vibrator Combination-type Ultrasonic Motor" Proceedings of the 2^<nd> Asian Meeting on Ferroelectrics. (印刷中). (1999)

Manabu Aoyagi：“新设计的纵向和扭转振动器组合型超声波电机”第二届亚洲铁电体会议论文集（1999 年）。

Manabu Aoyagi: "New Control Method of Contact Force between Rotor and Stator on Rod-Type Ultrasonic Motor" Proceedings of 1998 IEEE Ultrasonics Symposium. (印刷中). (1999)

Manabu Aoyagi：“杆式超声波电机转子和定子之间的接触力的新控制方法”1998 年 IEEE 超声波研讨会论文集（1999 年出版）。

青柳 学: "多重モード円環振動子を用いた多自由度超音波モータの構成" 日本音響学会1999年春季研究発表会講演論文集. 979-980 (1999)

Manabu Aoyagi：“使用多模圆形振荡器的多自由度超声波电机的配置”日本声学学会 1999 年春季会议记录 979-980 (1999)。