スムーズインパクト駆動を利用した高汎用性超音波モータの開発

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1. 超音波モータは, 圧電素子で発生する超音波領域の機械振動を駆動源とし, 圧電素子に印加した電気エネルギを機械エネルギに変換して物体を摩擦駆動するアクチュエータである. このモータは, 他のモータに比べて体積比に対するトルクが高い, 位置決め精度に優れている, 磁気の影響を受けないなどの特徴により, 精密位置決めステージ, カメラのオートフォーカス機構, MRI下で使用する機器のアクチュエータとして利用されている. これまで, 様々な超音波モータが開発されてきたが, 複数の圧電素子を使用しなければ, 物体を正転・逆転の双方向へ駆動することが出来ず小型化が困難であった. そこで本研究では1つの圧電素子と板状部材を直列に配置した構造の双方向駆動が可能なスムーズインパクト駆動型の超音波モータを開発し, その性能を検証することを目的とする.2. 本モータの特徴を引き出し, 性能を向上させるため, 変形加工をしない板状部材を用いたスムーズインパクト駆動型の超音波モータを設計し, その性能を検証した. 本実験を実施するにあたり, 実験の駆動装置及びステータの製作を行った. 本駆動装置は位置決めを行うステージ部, ステージに取付けられた移動体を駆動するステータ部, 移動体となるロータ部から構成される. ロータにはφ5mmのアクリルロータを使用した.3. 実験条件は, 入力信号をノコギリ波形, 印加電圧±4Vとし, 駆動周波数は19.9kHzである. これより, 時計回転駆動信号を入力した場合は時計回転で約9rpm, 反時計回転駆動信号を入力した場合は反時計回転で約8rpmの結果であった. 以上より, 同原理の先行研究と比較し, 開発した超音波モータは, 双方向駆動を可能とし, ステータのサイズの小型化および駆動電圧を低く抑えることができた.