世界最小かつ最強のマイクロモーターを発表

圧電超音波モーターには、エネルギー密度が高いことと構造がシンプルであることの 2 つの大きな利点があり、いずれも小型化に貢献しています。体積約1立方ミリメートルのステータを用いたマイクロ超音波モータの試作を行いました。私たちの実験では、プロトタイプ モーターが 1 立方ミリメートルの固定子で 10 μNm を超えるトルクを生成することが示されました。この新しいモーターは、実用的なトルクで開発された最小のマイクロ超音波モーターです。

マイクロ アクチュエータは、モバイル デバイスやウェアラブル デバイスから低侵襲医療デバイスに至るまで、さまざまなアプリケーションで必要とされています。ただし、製造に関連する制限により、1 ミリ スケールでの展開が制限されています。最も一般的な電磁モーターは、コイル、磁石、ベアリングなどの多くの複雑なコンポーネントの小型化を必要とし、スケーリングによる深刻なトルク損失を示します。静電モーターは、微小電気機械システム (MEMS) 技術を使用することで優れたスケーラビリティを実現しますが、駆動力が弱いため、それ以上の開発は制限されています。
圧電超音波モーターは、トルク密度が高く、部品がシンプルなため、高性能のマイクロモーターになることが期待されています。現在報告されている最小の既存の超音波モーターは、直径 0.25 mm、長さ 1 mm の金属部品を備えています。ただし、プリロード メカニズムを含む全体のサイズは 2 ～ 3 mm になり、そのトルク値は小さすぎて (47 nNm)、多くのアプリケーションでアクチュエータとして使用できません。
豊橋技術科学大学の研究者であるマシモ・トモアキは、図1に示すように、1立方ミリメートルの固定子を備えたマイクロ超音波モーターを開発しており、これもこれまでに製造された最小の超音波モーターの1つです。貫通孔のある金属立方体とその側面に板状の圧電素子が接着されたステーターは、特別な機械加工や組み立て方法を必要とせずに小型化することができます。試作したマイクロ超音波モーターは、実用トルク10μNm（プーリーの半径1mmの場合、モーターは1gの重りを持ち上げることができる）、角速度3000rpm、約70Vp-pを達成した。このトルク値は既存のマイクロモーターの200倍であり、小型センサーや機械部品などの小さな物体を回転させるのに非常に実用的です。