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Non-contact mixing, analysis and dispensing of droplet utilizing ultrasonic levitation

Research Project

Project/Area Number 26289054
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypePartial Multi-year Fund
Section一般
Research Field Dynamics/Control
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

Nakamura Kentaro  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (20242315)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥15,600,000 (Direct Cost: ¥12,000,000、Indirect Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2016: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2015: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2014: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords超音波 / 空中超音波 / 超音波浮揚 / 音響放射力 / 非接触 / 液滴 / 搬送 / 混合 / 滴下 / 薬液混合 / 非接触加工 / 非線形音響
Outline of Final Research Achievements

To avoid contamination and increase processing speed, a non-contact technology for manipulating droplets will be required in production process of chemical materials and development of new materials. In this study, we proposed and developed systems for various kinds of processing such as transport, mixing, dispensing, and analysis of liquid sample without contact.
For non-contact mixing of two drops of different liquid, we proposed to utilize two orthogonal ultrasonic standing wave fields. The method was proved with the experiments at several 10 kHz. To eject single droplet from a container, the conditions of the intensity and time duration of 1-MHz burst focused waves were examined. We demonstrated a coating process for a small object levitated at the nodal point of ultrasonic standing waves. A vibration system stabilized with a feedback oscillator was developed for the coating processing.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

空中の超音波定在波の音圧の節に微小物体が浮揚する現象は古くから知られており、理論的な定式化もなされている。また、容器を用いずに超音波浮揚下で材料を扱うことはスペースシャトル計画の一部などで検討されたことがある。しかし、工業的な応用をめざして、搬送、混合、滴下、分析などのさまざまな操作を行う具体的手法の検討はあまりみられなかった。本研究では、これらについて、それぞれ適した振動系を考案し、操作ができることを実験により具体的に示した。これは今後、さまざまな分野で非接触プロセシングを開発する際の参考になると期待する。また、本研究を通して、微小部品の非接触搬送という、本技術の新たな応用先を見出した。

Report

(6 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2018 2017 2016 2015 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Ejection of small droplet from microplate using focused ultrasound2017

    • Author(s)
      Tanaka Hiroki、Mizuno Yosuke、Nakamura Kentaro
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 56 Issue: 8 Pages: 087202-087202

    • DOI

      10.7567/jjap.56.087202

    • NAID

      210000148166

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of holed reflector on acoustic radiation force in noncontact ultrasonic dispensing of small droplets2016

    • Author(s)
      Hiroki Tanaka, Yuji Wada, Yosuke Mizuno and Kentaro Nakamura
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 55 Issue: 6 Pages: 067302-067302

    • DOI

      10.7567/jjap.55.067302

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 平行振動板の同時加振による小物体の非接触な捕捉と移動2018

    • Author(s)
      大澤康一, 水野洋輔, 中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2018年秋季研究発表会,
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 自励発振式浮揚装置を用いた超音波浮揚による微小物体の非接触コーティング2017

    • Author(s)
      酒井芳将, 長谷部和彦, 田中宏樹, 水野洋輔, 中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2017年春季研究発表会
    • Place of Presentation
      明治大学
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 超音波浮揚の液滴非 接触操作への応用2017

    • Author(s)
      中村健太郎
    • Organizer
      精密工学会2017年春季大会
    • Place of Presentation
      慶応義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Noncontact coating processing of small object levitated in ultrasonic standing wave field2017

    • Author(s)
      Kentaro Nakamura, Yoshimasa Sakai
    • Organizer
      2017 IEEE International Ultrasonics Symposium
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Non contact pick-up of drop of liquid from micro-well with megahertz ultrasound2016

    • Author(s)
      Hiroki Tanaka, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • Organizer
      5th Joint Meeting ASA/ASJ
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-11-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Injection of liquid into ultrasonic standing wave fields by exciting flexural vibrations on needle2016

    • Author(s)
      Haruna Tadakoshi, Hiroki Tanaka, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • Organizer
      5th Joint Meeting ASA/ASJ
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-11-28
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MHz集束超音波による液滴打ち上げにおける振動子・液面間距離と液滴打ち上げ高さの関係-空中超音波音場によるマイクロウェルからの液滴の非接触吸い上げ (5)-2016

    • Author(s)
      田中宏樹, 水野洋輔, 中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2016年秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 空中超音波による液滴の非接触操作2016

    • Author(s)
      中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2016年秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      富山大学
    • Year and Date
      2016-09-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] MHz集束超音波による液滴打ち上げに表面張力と粘性係数が及ぼす影響-空中超音波音場によるマイクロウェルからの液滴の非接触吸い上げ (4)-2016

    • Author(s)
      田中宏樹, 水野洋輔, 田原麻梨江, 中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2016年春季研究発表会講演論文集
    • Place of Presentation
      桐蔭横浜大学
    • Year and Date
      2016-03-09
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Non-contact mass measurement of droplet based on free oscillation under ultrasonic levitation2015

    • Author(s)
      Sae Ito, Ryohei Nakamura, Hiroki Tanaka, Yosuke Mizuno, Kentaro Nakamura
    • Organizer
      2015 IEEE International Ultrasonics Symposium
    • Place of Presentation
      Taipei, Taiwan
    • Year and Date
      2015-10-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] MHz集束超音波により打ち上げられた液滴の挙動観察-空中超音波音場によるマイクロウェルからの液滴の非接触吸い上げ (3)-2015

    • Author(s)
      田中 宏樹, 水野 洋輔, 田原 麻梨江, 中村 健太郎
    • Organizer
      日本音響学会 2015年秋季研究発表会講演論文集
    • Place of Presentation
      会津大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 定在波音場への液滴注入時の注射針の振動による液量制御性向上2015

    • Author(s)
      只腰春菜, 田中宏樹, 水野洋輔, 田原麻梨江, 中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会 2015年秋季研究発表会講演論文集
    • Place of Presentation
      会津大学
    • Year and Date
      2015-09-16
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] MHz帯集束超音波を用いたマイクロウエルからの液滴の打ち上げ2015

    • Author(s)
      田中宏樹, 水野洋輔, 田原麻梨江, 中村健太郎
    • Organizer
      電子情報通信学会技術研究報告(超音波研究会)
    • Place of Presentation
      熊本大学
    • Year and Date
      2015-06-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] MHz帯集束超音波による液滴の打ち上げ(空中超音波音場によるマイクロウェルからの液滴の非接触吸い上げ (2))2014

    • Author(s)
      田中宏樹,水野洋輔,田原麻梨江,中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2014年秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      北海学園大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数の反射板の位置操作による混合(超音波浮揚による微小液滴の非接触混合(Ⅳ))2014

    • Author(s)
      中村良平,水野洋輔,田原麻梨江,中村健太郎
    • Organizer
      日本音響学会2014年秋季研究発表会
    • Place of Presentation
      北海学園大学(北海道・札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-03 – 2014-09-05
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2020-03-30  

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