Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

アクチュエータ / 超音波 / 圧電デバイス / 音響放射圧 / Acoustfluidics / 圧電素子 / 非線形音響 / 音響放射力 / 音響流 / Acoust fluidics / 超音波放射力 / 液中 / 水中ロボット / 液中アクチュエータ / 放射圧 / Acoustofluidics

弾性表面波基板を用いた液中アクチュエータの応用として，駆動IDTに加えて反射器IDTを設置することで，一方向に効率よく伝搬する電極構造とした駆動周波数約10 MHzの素子を用いて，音響流駆動によるアクチュエータを検討した。2枚の弾性表面波素子を対向して設置して，素子の配置と素子間隔を変えて実験したところ，素子を端部に設置し，素子間隔を狭くすることで，より大きな推力の得られることを明らかにした。しかし問題点として，駆動IDTから放射された表面波が，反射器に到達する前に，水中に放射されてしまい，一方向に表面波が効率よく伝搬させることが難しいことがわかった。
この実験結果から，アクチュエータとしての動作は確認されたが，より効率よく動作させるためには，電極構造を再検討する必要があることがわかった。解決策としては，駆動電極内部に反射用浮き電極を設置するなど，駆動電極と反射器が一体構造となった一方向性電極の採用が必要であることがわかった。
円板形状の素子の，厚み振動を利用したバルク波デバイスによるアクチュエタについては，デバイス表面に発生する音響放射圧の利用に加え，新たに音響流を推力に変換する構造の検討を行った。約2 MHzで厚み共振する圧電素子を用いた。
音響流を推進力として利用するため，圧電振動子の前方に流路が形成されるように樹脂による囲いを設置した。囲いには，振動子放射面前方に噴出口を設置し，振動子の脇には吸入口を作製した。噴出口の直径を2 mmから9 mmの間で5種類作製し，それぞれ推力の測定を行った。推力としては，1.1 mNから1.5 mNが得られた。直径3 mm以上ではほぼ同じ推力となり，噴出口の直径が大きい方がやや大きな推力となる傾向となった。囲いの無い音響放射力による場合は2 mNの推力が得られており，音響流による推力はやや小さな値であるが，推力を得ることができ。

アクチュエータ / 圧電アクチュエータ / 超音波モータ / リニアモータ / マイクロモータ / 弾性表面波素子 / 摩擦駆動 / MEMS / 圧電デバイス / 弾性表面波 / 進行波 / 超音波 / 圧電材料 / マイクロマシン / トライボロジー / レイリー波

固体表面付近に振動エネルギーが集中して伝わっていく弾性表面波（レイリー波）を用いた超音波モータの研究を行っている。弾性表面波基板には，ニオブ酸リチウム（128°回転Y板）をステータとして用いている。しかし，摩擦力で駆動をおこなう弾性表面波モータにおいては，ニオブ酸リチウムの耐摩耗性が問題となり，実用化する上での障害となっている。そこで，振動の励振にはニオブ酸リチウム素子をもちい，励振された振動をサファイア基板に接触伝搬させることで，耐摩耗性の高いサファイアを摩擦駆動面として用いる新しい振動子の構成について実験的に研究を行い，サファイア基板面にレイリー波を励振できることを示した。

サファイアと同じ組成であるアルミナ・セラミクスを摩擦材として実用化された超音波モータでは，動作距離10,000km（推定10,000時間）の寿命を実現している。アルミナ・セラミクスの単結晶材料であるサファイアを摩擦駆動部に用いることで高い耐久性が期待できる。振動発生部には，単結晶ニオブ酸リチウムを用いることで高いパワー密度を実現し，摩擦駆動部には，耐摩耗性と機械強度に優れた単結晶サファイアを用いることで高い耐久性を目指しているのが，本弾性表面波モータである。

メカトロニクス / アクチュエータ / 圧電デバイス / リニアモータ / 機械要素 / 電気機器工学 / マイクロマシン / マイクロアクチュエータ / 超音波 / レイリー波 / 機械力学・制御

駆動周波数は9.61MHzで,ステータ基板としては,長さ 80 mm,幅 13 mm,厚さ 1 mm のニオブ酸リチウム128°回転Y板,X伝搬を用いた弾性表面波モータを試作した。スライダについては,ステータの波動伝搬幅より僅かに狭い 9 mm とし,長さは 4 mm の素子を用いた。モータ全体の高さを低く抑えるために,薄いステンレス板による平行板ばねとした。無負荷速度としては 1.3 m/s が得られ,コンパクトなモータとして最大速度の記録となった。大型の評価装置と同じ無負荷速度が,各駆動電圧値で得られており,予圧機構の安定化により,高い速度を実現した。推力については,デバイス質量約 5.4g,装置全体でも 205g であるのに対し,推力11 N を実現し,大推力アクチュエータであることを実証した。高い速度と高推力により,高出力なマイクロリニアモータの実現に成功した。