京都工芸繊維大学 産学公連携推進センター

■研究の概要

動力伝達機構として用いられる機械要素の一つである歯車は、通常、ギヤボックス内で高速回転しているため、その状態を直接観測することは困難です。そのため、歯車対がかみ合う際の振動を計測・解析することで間接的に状態を観測することが行われてきました。しかしながら、機械の故障回避、適切なメンテナンス時期を判断するためには、歯車の"損傷の予兆を検知"することが重要であり、それを実現するためには歯車に直接状態量を監視するシステムを組み込む必要がありますが、市販されているひずみゲージ等のセンサを複雑な形状を有する歯車に貼付することは困難であり、また、高速回転する歯車からセンシングした値を取り出すことは簡単ではありません。
そこで本研究では、複雑な形状を有する歯車等の機械要素の表面に、銀ナノ粒子を含有するインクを吹き付け、それを多軸のレーザー加工機によって焼結することで導電特性を持つ電気回路を印刷する技術を開発しました。この技術を利用して、歯車の状態、例えば、歯車歯元の応力を監視するセンサ、そしてセンサからの情報を無線で発信するためのアンテナを歯車の表面上に直接印刷することで、自らの状態を監視することが可能なスマートギヤの開発を行っています。

■研究の概要

機械や構造物の振動制御に用いられる動吸振器は、制振対象に質量をばねとダンパによって接続し、制振の対象となる機械・構造物の応答にこの付加的な振動系の固有振動数を合わせることで応答振幅が低減できるパッシブ（受動）型の制振装置です。このように動吸振器は非常に単純な構造ながら、エネルギの吸収能率が高く、後付けが可能である等のメリットがあることから、現在、様々な機械・構造物において利用されています。この制振性能をさらに向上させるため、モーターや油圧アクチュエータ等のアクチュエータを備えて外部からエネルギが供給できるアクティブ（能動）型の動吸振器も実用化されていますが、設置スペースの制約を起因とする質量の稼働範囲制限の問題や、制振対象の経年劣化等の影響によってパラメータが変化した時のロバスト性能に関する問題などが解決すべき課題として挙げられています。
そこで、歩幅に制限がありながら、様々な路面状況においても異なる速度で柔軟に歩行することができる生物の歩容システムに着目し、制約条件下で安定した歩行を具現化しているシステムを規範とした新しいアクティブ動吸振器の制御システムを提案しました。