疑似定在波モードでの音波の放射圧に関する理論検討とその応用

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08875017
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 小池 義和 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (30251672)
• Keywords: 音波凝集 / 放射圧 / 疑似定在波モード / 音波浮揚 / 高周波超音波 / 音波搬送 / 圧電素子 / 微粒子弁別

Research Abstract

本研究は、矩形たわみ振動板による疑似定在波モードの放射圧の特性測定を行い、理論の構築を行う。また、その応用として、浮揚、集塵への応用を試みることを目的としている。本年度得られた成果は、以下のとおりである。
音波凝集
1.3.2MHzの高周波で駆動される円形PZT素子から発生される音波を用いて、素子に対して斜めに置かれた平行な2枚のガラス板間で、水中に浮遊する数μmオーダの濁粒子が凝集、移送されることを確認した。
2.効率よく移送されるガラスの角度が波数整合を満たす角度あることを確認し、原理通りに微粒子の凝集、移送が行われていることを確認した。
3.微小ハイドロホン(直径0.5mm)を用いて、ガラス板間の測定を行い、原理通りの音場が形成されていることを確認した。
4.2枚のガラス板を、平行の状態から互いに傾けることにより、微粒子の凝集が効率よく行うことが可能となり、装置の製作が容易になることを見いだした。また、この配置でも微粒子の移送が可能であることを確認した。
5.凝集された微粒子の移送速度が、音波の放射圧の大きさに依存することを確認した。
音波浮揚
1.20kHzの低周波で駆動されるたわみ振動板と浮揚物体との間に疑似定在波を形成させ、空気中で板状物体の浮揚が可能となることを確認した。
2.浮揚物体が受ける浮揚力は音波の放射圧であるが、マイクロホンによる測定により、その絶対値は理論値よりも非常に小さい値であることを確認した。
3.浮揚力が理論値よりも小さくなる原因が、浮揚物体と放射面とが平行状態からずれることに大きく影響していることを見いだした。