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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Development of non-contactless container process control technology using electrostatic field / ultrasonic hybrid floating method

Research Project

Project/Area Number 15H03925
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

阿部 豊  筑波大学, システム情報系, 教授 (10241720)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 北畑 裕之  千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20378532)
西成 活裕  東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40272083)
金子 暁子  筑波大学, システム情報系, 准教授 (40396940)
渡辺 正  福井大学, 附属国際原子力工学研究所, 教授 (50391355)
松本 聡  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90360718)
長谷川 浩司  工学院大学, 工学部, 准教授 (90647918)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords音場浮遊 / 静電浮遊 / 無容器プロセッシング / 非接触マニピュレーション / 液滴 / 宇宙環境 / 非線形
Outline of Annual Research Achievements

異なる流体を混合・撹拌し、濃縮・反応・相分離させた後に、混合流体を蒸発・乾燥させるなどのプロセスは、創薬などの医学バイオ分野ならびに化学分析分野などにおいて不可欠なものである。しかしながら、超高純度の微量成分を取り扱おうとする場合、溶媒の容器壁への付着や不純物の残留の問題の顕在化が指摘されており、非接触での熱流体プロセス制御技術の実現が切望されている。本研究では、超音波浮遊法と静電浮遊法をハイブリッドに用いることで、非接触無容器でのプロセス制御技術の実現を目指している。最終年度は、静電場・超音波ハイブリッド液滴浮遊システムを実現するために必要となる装置用件ならびに最適条件の同定を行い、多成分液滴の合体・混合・分離などのプロセス制御の実現を目指した。
液滴の非接触マニピュレーションの実現を目指し、新たに対向型超音波フェーズドアレイを用いた音響浮遊システムを開発した。さらに液滴自動注入装置を開発した。これにより、液滴の自動注入および液滴の制御を可能とした。既存の超音波フェーズドアレイ装置では、液滴の混合挙動に対し、レーザー粒子蛍光法 (LIF)を用いた多成分液滴の計測、粒子イメージ流速計測法 (PIV)による内部流動場の計測を適用することで、混合の詳細な評価よりモード振動による混合効率化の有用性を示した。また、非線形音響効果による複雑現象を最小化可能である微小重力環境を用いて、流体マニピュレーションのキーとなる要素技術の開発や液滴に生じる物理現象を解明することを目的とし、航空機を用いた短時間微小重力実験を行った。その結果、微小重力環境において、2つの液滴を同時に浮遊させることに成功し、さらには、液滴を非接触で合体させることに成功した。これにより、液滴の非接触制御技術の更なる開発に有効となる技術が構築された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (26 results)

All 2018 2017

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 9 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Relaxation dynamics of closed diffusive systems with infinitesimal Langmuir kinetics2018

    • Author(s)
      J. Sato and K. Nishinari
    • Journal Title

      Phys. Rev. E

      Volume: vol.97 Pages: 032135/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.97.032135

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Interaction of non-radially symmetric camphor particles2018

    • Author(s)
      Shin-Ichiro Ei, Hiroyuki Kitahata, Yuki Koyano, Masaharu Nagayama
    • Journal Title

      Physica D

      Volume: 366 Pages: 10-26

    • DOI

      10.1016/j.physd.2017.11.004

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effective diffusion coefficient including the Marangoni effect2018

    • Author(s)
      Hiroyuki Kitahata, Natsuhiko Yoshinaga
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 148 Pages: 134906/1-8

    • DOI

      10.1063/1.5021502

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 静電浮遊液滴の回転分裂を用いた新たな粘性測定法2017

    • Author(s)
      綿引 壮真、松本 聡、阿部 豊
    • Journal Title

      機械学会

      Volume: 83 Pages: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1299/transjsme.16-00476

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 音場浮遊された揮発性液滴の内部流動ステレオ計測2017

    • Author(s)
      丹羽基能, 渡邉歩, 長谷川浩司, 金子暁子, 阿部豊
    • Journal Title

      混相流

      Volume: 30-5 Pages: 537-546

    • DOI

      https://doi.org/10.3811/jjmf.30.537

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Exclusive queueing model including the choice of service windows2017

    • Author(s)
      M. Tanaka, D. Yanagisawa, K. Nishinari
    • Journal Title

      Physica A

      Volume: 490 Pages: 1481-1492

    • DOI

      10.1016/j.physa.2017.08.096

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dependence of driving characteristics upon follower-leader combination2017

    • Author(s)
      A. Nagahama, D. Yanagisawa, K. Nishinari
    • Journal Title

      Physica A

      Volume: 483 Pages: 503-516

    • DOI

      10.1016/j.physa.2017.04.136

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Velocity control for improving flow through a bottleneck2017

    • Author(s)
      Hiroki Yamamoto, Daichi Yanagisawa, and Katsuhiro Nishinari
    • Journal Title

      J. Stat. Mech.

      Volume: 0 Pages: 043204/1-20

    • DOI

      10.1088/1742-5468/aa5a73

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Relationship between the size of camphor driven rotor and its angular2017

    • Author(s)
      Yuki Koyano, Marian Gryciuk, Paulina Skrobanska, Maciej Malecki, Yutaka Sumino, Hiroyuki Kitahata, and Jerzy Gorecki
    • Journal Title

      Physical Review E.

      Volume: 96 Pages: 012609/1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.96.012609

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 浮遊液滴非線形ダイナミクス2018

    • Author(s)
      阿部 豊、松本聡、西成活裕、渡辺正、北畑裕之、長谷川浩司、金子暁子、東顕二郎、丹羽基能、渡邉歩、小林研仁、伊藤拓海、佐々木裕哉
    • Organizer
      第32回宇宙環境利用シンポジウム
  • [Presentation] 音場浮遊液滴における流動構造と蒸発挙動2018

    • Author(s)
      小林研仁,渡邉歩,伊藤拓海,佐々木裕哉 ,金子暁子,長谷川浩司,阿部豊
    • Organizer
      日本機械学会関東支部第24期総会・講演会
  • [Presentation] 非接触流体制御のための対向型フェーズドアレイシステム2018

    • Author(s)
      伊藤拓海,渡邉歩,小林研仁,佐々木裕哉,金子暁子,長谷川浩司,阿部豊
    • Organizer
      日本機械学会関東支部第24期総会・講演会
  • [Presentation] 音場浮遊された多成分液滴の蒸発挙動の遷移過程2018

    • Author(s)
      新村 勇気,長谷川 浩司,阿部 豊
    • Organizer
      日本機械学会関東支部第24期総会・講演会
  • [Presentation] ステレオ PIV による超音波浮遊液滴の内外部流動同時計測2018

    • Author(s)
      佐々木裕哉,渡邉 歩,小林研仁,伊藤拓海,長谷川浩司,金子暁子,阿部 豊
    • Organizer
      関東学生会第57回学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] 音場浮遊液滴に生じる微粒化挙動の実験的検討2018

    • Author(s)
      青木皓平,◎長谷川浩司,新村勇気
    • Organizer
      関東学生会第57回学生員卒業研究発表講演会
  • [Presentation] Contactless Coalescence of Acoustically Levitated Droplets under Reduced Gravity Conditions2017

    • Author(s)
      Ayumu Watanabe, Motonori Niwa, Kenji Kobayashi, Tomohisa Yuasa, Koji Hsegawa, Satoshi Matsumoto, Akiko Kaneko, Yutaka Abe
    • Organizer
      31st International Symposium on Space Technology and Science (ISTS-31)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Flow structure and phase change behavior of acoustically levitated droplets2017

    • Author(s)
      Kenji Kobayashi,Ayumu Watanabe,Akiko Kaneko, Koji Hasegawa, Yutaka Abe
    • Organizer
      7th International Symposium on Physical Sciences in Space & 25th European Low Gravity Research Association (ISPS-7&ELGRA-25)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrodynamic coupling between active matters and pattern formation2017

    • Author(s)
      Hiroyuki Kitahata
    • Organizer
      International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Evaporation of Droplet in Single-Axis Acoustic Levitator2017

    • Author(s)
      Koji Hasegawa, Kengo Kono, Yuki Niimura, Yutaka Abe
    • Organizer
      The Ninth JSME-KSME Thermal and Fluids Engineering Conference (TFEC9)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Combustion Analysis of Suspended Sodium Droplet2017

    • Author(s)
      Tadashi Watanabe
    • Organizer
      19th International Conf. on Fluid Mech. And Thermal Eng.
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 集束超音波を用いた非接触流体マニピュレーション2017

    • Author(s)
      渡邉歩,小林研仁,長谷川浩司,金子暁子,阿部豊
    • Organizer
      日本混相流シンポジウム2017
  • [Presentation] 音場浮遊液滴界面近傍の流動構造と蒸発挙動の相関2017

    • Author(s)
      小林研仁,渡邉歩,金子暁子,長谷川浩司,阿部豊
    • Organizer
      日本混相流シンポジウム2017
  • [Presentation] 音場浮遊液滴における微粒化挙動の発生機構の実験的検討2017

    • Author(s)
      新村勇気、長谷川浩司、阿部 豊
    • Organizer
      日本混相流シンポジウム2017
  • [Presentation] 静電浮遊法を用いたコア・シェル液滴の界面張力測定2017

    • Author(s)
      松本一輔,松本聡,金子暁子,阿部豊
    • Organizer
      日本マイクログラビティ応用学会第29回学術講演会
  • [Presentation] 音場浮遊法による多成分液滴の物質輸送現象2017

    • Author(s)
      新村勇気,長谷川浩司,阿部豊
    • Organizer
      日本マイクログラビティ応用学会第29回学術講演会
  • [Presentation] 音場浮遊液滴に生じる微粒化挙動および凝集挙動の実験的検討2017

    • Author(s)
      新村勇気,長谷川浩司,阿部豊
    • Organizer
      第9回大学コンソーシアム八王子学生発表会

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Published: 2018-12-17  

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