2025/01/22 更新

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イヅハラ シュンスケ
出原 俊介
IZUHARA Shunsuke
所属
環境生命自然科学学域 助教
職名
助教

学位

  • 博士(工学) ( 2022年3月   豊橋技術科学大学 )

研究キーワード

  • マイクロモータ

  • 超音波モータ

研究分野

  • 情報通信 / 機械力学、メカトロニクス

学歴

  • 豊橋技術科学大学   Graduate School of Engineering  

    2019年4月 - 2022年3月

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  • 豊橋技術科学大学   Graduate School of Engineering  

    2017年4月 - 2019年3月

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  • 豊橋技術科学大学   Faculty of Engineering  

    2015年4月 - 2017年3月

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  • 津山工業高等専門学校    

    2010年4月 - 2015年3月

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経歴

  • 岡山大学   学術研究院環境生命自然科学学域(工)工

    2024年10月 - 現在

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  • 京都先端科学大学   ナガモリアクチュエータ研究所

    2022年4月 - 2024年9月

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  • 日本学術振興会特別研究員 (DC1)

    2019年4月 - 2022年3月

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所属学協会

委員歴

  • 日本機械学会 ロボティクス・メカトロニクス部門   副委員長  

    2024年4月 - 現在   

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  • 日本ロボット学会   第42回 日本ロボット学会学術講演会 プログラム委員  

    2024年4月 - 2024年10月   

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  • 日本ロボット学会   事業計画委員会  

    2023年4月 - 現在   

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論文

  • Micro Linear Ultrasonic Motor with a Hall Sensor-Based Feedback Control System 査読

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    IEEE Access   1 - 1   2024年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)  

    DOI: 10.1109/access.2024.3454295

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  • Miniature camera module with a hollow linear ultrasonic motor-based focus feature 査読

    Masuda, N., Izuhara, S., Mashimo, T.

    Sensors and Actuators A: Physical   354   2023年

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    担当区分:責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.sna.2023.114248

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  • Tilting ultrasonic motor using extension and shear vibration modes 査読

    Izuhara, S., Mashimo, T.

    Sensors and Actuators A: Physical   357   2023年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.sna.2023.114390

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  • 予圧機構を備えたマイクロリニア超音波モータの設計 査読

    出原 俊介, 真下 智昭

    精密工学会誌   88 ( 1 )   51 - 56   2022年1月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.2493/jjspe.88.51

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  • Design and characterization of a thin linear ultrasonic motor for miniature focus systems 査読

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo Toyohashi

    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL   329   2021年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA  

    We present a miniature linear piezoelectric ultrasonic motor with a thin and hollow design, which can serve as an essential component of autofocusing features in next-generation camera modules. It consists of a thin square stator with a hole and an elastic cylindrical slider with a slit. The motor design, in which the slider inserted into the stator hole expands outward, enables a hollow structure for centering a lens and an optimal preload for enhancing the motor thrust force. In this study, we model the relationship between the dimensions and the preload statically to quantify the preload value and clarify the design methodology of the motor. After optimizing the preload empirically, we evaluate the fundamental char-acteristics experimentally. The stator with a side length of 4.5 mm and a thickness of less than 1 mm provides a thrust force of 12.9 mN that leads to a quick response, which is a requirement of autofocusing. Finally, the motor drive system with visual feedback control is used to demonstrate the positioning of an actual lens group in front of an image sensor to obtain clearer images.(c) 2021 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.sna.2021.112797

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  • Characterization of bulk piezoelectric element-based ultrasonic motors 査読

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    ROBOMECH Journal   7 ( 1 )   2020年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media {LLC}  

    We propose miniature ultrasonic motors using stators made of a single bulk piezoelectric element. The bulk piezoelectric stator has the potential to increase output by reducing the dissipation that occurs in the adhesion layer between the PZTs and a metallic component in the stator. In this paper, we build two kinds of bulk piezoelectric stators: a cubic bulk stator with a side length of 4.2 mm and a hole of 3 mm in diameter, and a cylindrical bulk stator with an outer diameter of 4.2 mm and the same hole diameter. We evaluate their electrical and mechanical characteristics, such as impedance and vibration velocity. The experiments clarify the advantages of the bulk piezoelectric stators, such as low dissipation. The cubic bulk stator, which shows higher performance than the cylindrical one, is compared with a similar-shaped stator using a bronze cube and thin piezoelectric plates. The performance measures of the cubic bulk ultrasonic motor are optimized by the preload between the stator and rotor.

    DOI: 10.1186/s40648-020-00179-w

    Web of Science

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  • Review: Recent Advances in Micromotors 査読

    Tomoaki Mashimo, Shunsuke Izuhara

    IEEE Access   8   213489 - 213501   2020年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Electrical and Electronics Engineers ({IEEE})  

    Micromotors are of great interest not only for the miniaturization of current products but also for the realization of future micromachines that can explore challenging environments. The speed of downsizing actuators is slower than that of semiconductor components, but developments over the last two decades have overcome several difficulties and enabled engineers to start designing applications. In this article, we review the existing micromotors ranging from famous articles to state-of-the-art, in particular recent developments and their applications. We deal with three representative principles for rotary and linear micromotors: electromagnetics, electrostatics, and piezoelectricity. Another purpose of this article is to suggest design criteria and physical limitations on these principles for engineers who design millimeter-scale automation devices. Incorporating micromotors can permit space saving and improve design flexibility in application designs, such as smartphones and medical devices.

    DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3041457

    Web of Science

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  • High-Speed Visual Feedback Control of Miniature Rotating Mirror System Using a Micro Ultrasonic Motor 査読

    Tomoaki Mashimo, Shunsuke Izuhara, Shiro Arai, Zhong Zhang, Hiromasa Oku

    IEEE Access   8   38546 - 38553   2020年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Electrical and Electronics Engineers ({IEEE})  

    We propose a miniature rotating mirror system using a micro-ultrasonic motor that employs a 45& x00B0; angle mirror as its rotor for enlarging the angle of view of cameras. The motor assy, measuring 2 mm in diameter and 4 mm in length, is one of the smallest motors and is expected for medical applications such as endoscopes. In this paper, we build a micromirror assembly, install it into a visual feedback system with an optical system, and demonstrate a motor control with a quick and wide angle-of-view observation. The high-speed camera vision embedded in the system measures the quick motion of the motor in real-time and enables accurate positioning of the mirror angle by p-control using burst waves. The proposed system demonstrates the visual feedback control of the miniature rotating mirror to the angle information obtained by the high-speed camera. The feasibility of the mirror system driven by the micro-ultrasonic motor is shown via demonstration.

    DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2957298

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  • Design and evaluation of a micro linear ultrasonic motor 査読

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    SENSORS AND ACTUATORS A-PHYSICAL   278   60 - 66   2018年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ELSEVIER SCIENCE SA  

    We propose a micro linear ultrasonic motor, which is one of the smallest linear actuators that can generate practical force. Such a small actuation mechanism can be used for a wide range of applications, such as auto-focus systems used in thinner cell phones and smaller endoscopes. In this paper, we design the micro linear ultrasonic motor and evaluate the performance of the prototype motor. The size of the prototype stator with piezoelectric elements measures 2.6 mm in height, 2.6 mm in width, and 2.2 mm in depth (the length in slider travel direction). There is a hole of 1.4 mm in diameter at the stator center, and the slider inserted into the hole moves back and forth when voltages are applied to the piezoelectric elements. By optimizing the preload between the stator and slider experimentally, the motor thrust force has been improved to over 10 mN, which is a practical force for moving small objects. Experiments clarify the output characteristics in response to the input voltages. Finally, a maximum thrust force of 20 mN has been obtained at applied voltages with an amplitude of 150 Vp-p. (C) 2018 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.sna.2018.05.022

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MISC

  • 小型なのに高出力な「薄型リニア超音波モータ」

    出原俊介

    超音波TECHNO   36 ( 6 )   76 - 80   2024年12月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者  

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  • アクチュエーション技術の研究・開発動向と製品トレンド PART2 最新 アクチュエータの特徴と活用法 事例2 マイクロ超音波モータの開発~回転型および直動型の原理と特徴~ 招待

    真下智昭, 出原俊介

    機械設計   66 ( 3 )   2022年3月

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    掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

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  • 注目されるデバイス・装置の開発 超小型化が可能な中空で薄いリニア超音波モータ

    出原俊介

    化学工業   73 ( 8 )   2022年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

    J-GLOBAL

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  • Miniature Robot Finger Using a Micro Linear Ultrasonic Motor and a Closed-Loop Linkage.

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    2018 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS)   1 - 9   2018年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(国際会議プロシーディングズ)   出版者・発行元:IEEE  

    To prioritize miniaturization, the actuators of micro robot hands are placed far from the end effectors, but such mechanisms restrict controllability and dexterity. We propose a miniature robot finger driven by a new micro linear ultrasonic motor as a key component for micro robot hands. It enables dexterous and multiple motions for micro hands used in limited spaces. In this paper, we build a new micro linear ultrasonic motor involving a cuboid stator with a side length of approximately 2 mm, making it one of the smallest linear motors. The micro linear ultrasonic motor prototype shows an output torque of approximately 7.75 mN at low voltage operation, which is sufficient force to handle tiny objects. The miniature finger, a closed-loop six-bar-linkage mechanism, is built by micro fabrication and connected to the motor prototype. The first demonstration of the miniature finger is shown under a high-speed camera with a high power lens.

    DOI: 10.1109/IROS.2018.8594098

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    その他リンク: https://dblp.uni-trier.de/db/conf/iros/iros2018.html#IzuharaM18

講演・口頭発表等

  • Design and evaluation of planar two-degree-of-freedom ultrasonic motor using link mechanism

    Shunsuke Izuhara, Hiroaki Fukushima, Tomoaki Mashimo

    the 7th International Conference on Advanced Electromaterials (ICAE 2023)  2023年10月 

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    開催年月日: 2023年10月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Design and Evaluation of Miniature Ultrasonic Motor Driven by Low-order Vibration Mode

    Tsukiho Fujitani, Shunsuke Izuhara, Hiroaki Fukushima

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2024)  2024年9月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Design, Evaluation, and Application of Miniature Ultrasonic Motors 招待

    Shunsuke Izuhara

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2024)  2024年9月 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  • 複数の振動モードによって駆動する超音波モータの特性評価

    出原俊介, 福島宏明

    2024年度精密工学会春季大会学術講演会  2024年3月 

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  • 平低次のたわみ振動で駆動する小型超音波モータ”

    藤谷月帆, 出原俊介, 福島宏明

    2024年度精密工学会春季大会学術講演会  2024年3月 

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  • 平板二次曲げ振動で駆動する小型超音波モータ

    藤谷月帆, 出原俊介, 福島宏明

    第41回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2023)  2023年9月 

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  • 低次振動モードで駆動する薄型超音波モータの試作

    出原俊介, 藤谷月帆, 福島宏明

    ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2023  2023年6月 

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  • リンク機構を用いた平面二自由度超音波モータの設計と試作

    出原俊介, 福島宏明, 真下智昭

    2023年度精密工学会春季大会  2023年3月 

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  • Design and evaluation of swing motion ultrasonic motor

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2022)  2022年10月 

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    会議種別:口頭発表(一般)  

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  • 薄型超音波モータの試作と評価

    出原俊介

    LIFE2022  2022年8月 

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  • Micro Linear Ultrasonic Motor Using a Thin Stator

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2021)  2021年10月 

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  • 1mm ⾓ステータを⽤いた厚さ0.3mm の⼩型中空リニア超⾳波モータの試作

    出原俊介, 真下智昭

    2021年度精密工学会春季大会  2021年3月 

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  • Miniature Hollow Linear Ultrasonic Motor

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2020)  2020年10月 

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  • 小型中空リニア超音波モータの開発

    出原俊介, 章忠, 真下智昭

    ロボティクス・メカトロニクス 講演会 2020  2020年5月 

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  • マイクロ超音波モータの視覚フィードバック制御に関する研究

    出原俊介,章忠,真下智昭

    2019年度精密工学会秋季大会  2019年9月 

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  • Visual Feedback Control of Micro Ultrasonic Motor

    Shunsuke Izuhara, Zhong ZHANG, Tomoaki Mashimo

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA2019)  2018年10月 

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  • Miniature Robot Finger using a Micro Linear Ultrasonic Motor and a Closed-loop Linkage

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)  2018年10月 

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  • Micro Linear Ultrasonic Motor

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA 2018)  2018年9月 

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  • マイクロリニア超音波モータの開発 設計と試作

    出原俊介, 真下智昭

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2018  2018年6月 

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  • Micro Linear Motor with a Cuboid Stator with Length 2.2 mm

    Shunsuke Izuhara, Tomoaki Mashimo

    nternational Conference and Exhibition on New Actuators and Drive System (ACTUATOR 2018)  2018年6月 

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  • マイクロリニア超音波モータの試作と特性調査

    出原俊介, 真下智昭

    超音波研究会US  2018年5月 

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  • マイクロリニア超音波モータの開発―モデリングと評価―

    出原俊介, 真下智昭

    2018年度精密工学会春季大会  2018年3月 

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  • マイクロリニア超音波モータを用いた小型ロボットハンドの試作

    出原俊介, 真下智昭

    ロボティクス・メカトロニクス講演会2017  2017年5月 

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  • 小児用動力義手に対応した冷却機構を備えたSMAアクチュエータの開発

    出原俊介, 橋本篤徳, 谷口浩成

    一般社団法人形状記憶合金協会主催 SMAシンポジウム2014  2014年11月 

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産業財産権

  • リニア型超音波モータ

    真下 智昭, 出原 俊介

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    出願人:国立大学法人豊橋技術科学大学

    出願番号:特願2021-030616  出願日:2021年2月26日

    公開番号:特開2021-136864  公開日:2021年9月13日

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  • 超音波アクチュエータ

    真下 智昭, 大場 佳成, 出原 俊介

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    出願人:国立大学法人豊橋技術科学大学

    出願番号:特願2020-149759  出願日:2020年9月7日

    公開番号:特開2022-044230  公開日:2022年3月17日

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受賞

  • 第4回 優秀研究・技術賞

    2023年9月   日本ロボット学会  

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  • 2019年IEEE名古屋支部国際会議研究発表賞

    2019年3月  

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  • 豊橋技術科学大学学生表彰

    2019年3月  

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  • IEEE Excellent Student Award, IEEE Nagoya Section

    2019年3月  

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  • 精密工学会 2018年春季大会ベストプレゼンテーション賞

    2018年6月   精密工学会  

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  • 畠山賞

    2015年3月   日本機械学会  

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  • SMAシンポジウムポスターセッション最優秀賞

    2014年11月   一般社団法人形状記憶合金協会  

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 超小型超音波モータを用いた小型非容量式ポンプの開発

    2024年10月 - 2025年09月

    公益財団法人 永守財団  研究助成2024 

    出原俊介

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    担当区分:研究代表者 

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  • 小型超音波モータを用いた小型カメラの視野拡大機構開発

    2023年10月 - 2024年09月

    公益財団法人 永守財団  研究助成2023 

    出原俊介

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    担当区分:研究代表者 

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  • 小型デバイスのための多自由度超音波モータの開発

    研究課題/領域番号:23K13247  2023年04月 - 2026年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    出原 俊介

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

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  • 小型UAVのための超小型超音波モータの開発

    2022年10月 - 2023年09月

    公益財団法人 永守財団  研究助成2022 

    出原俊介

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    担当区分:研究代表者 

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  • 脳外科手術のためのマイクロ多指ハンドの開発

    研究課題/領域番号:19J21092  2019年04月 - 2022年03月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    出原 俊介

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    配分額:3100000円 ( 直接経費:3100000円 )

    本年度は,立方体型小型リニア超音波モータの高出力化検討および薄型リニア超音波モータの開発,そして予圧方法について検討を行った.
    大きさ約2mm立方のマイクロリニア超音波モータの推力を高めるために,ステータの再設計を行った.まず,一次伸縮モードと二次伸縮モードの固有振動数を一致させるために奥行を選択し,穴径を変えてもそれらの共振周波数の一致が保たれることを確認した.次に,モータの性能の指標となるパラメータとして,ステータの振動速度と等価関係である電流値に着目し,より高い電流が流れる穴径を検討した.その結果,穴径が大きいほどエネルギ密度の高いステータを設計できることが明らかとなった.実際にモータを作製し評価を行ったところ,最大で約40mNの推力と約1 μmの分解能を実現した.
    薄型リニア超音波モータの開発では,スマートフォンのような薄型カメラデバイスのオートフォーカス機構に応用できるリニア超音波モータを開発した.ステータは中空の矩形金属と8枚の圧電素子で構成され,ステータの厚さがレンズ(スライダ)の厚さ以下でも,直線運動を生成することができる.作製したモータの大きさは縦4.5mm×横4.5mm×厚さ0.9mmで,12.9 mNの推力と92.8 mm/sの速度を発揮した.また,このモータに小型レンズを挿入し,イメージセンサの前で実際のレンズの位置決めを実証した.
    マイクロリニア超音波モータのもう一つの重要な課題として,ステータとリニアスライダの間に押し付け力を与える予圧機構が挙げられる.一般的には,バネやベアリングを用いてステータ・スライダ間に予圧を与えるが,このような方法は小型モータへの適用は難しい.そこで,スリット入りの薄肉円筒をスライダとして採用し,適切な予圧を発生させ推力を向上させた.この予圧方法は,モータの大きさを小型に保ちつつ,適切な予圧を与えることがでる.

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担当授業科目

  • システムCAD (2024年度) 第3学期  - 月5~6

  • システムCAD (2024年度) 第3学期  - 木5~6