2007 Fiscal Year Annual Research Report
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19560248
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
小塚 晃透 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (60357001)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安井 久一 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (30277842)
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| Keywords | 超音波 / 音響放射圧 / 定在波 / 非接触 / マニピュレーション |
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| Research Abstract |
平成19年度は、強力な超音波音場を発生させ、音場を評価し、音場中で物体を捕捉することを試みた。
基本周波数28kHz、直径25mmの平板円形、振動振幅15ミクロンの音源(ランジェバン型振動子、ホーン、電気回路)を試作した。反射板には、直径50mmの円形の平面ガラス板および光学用凹面レンズを用意し、音源と反射板の間に定在波音場を生成した。音場中の音圧分布をマイクロホンで測定したところ、凹面反射板を用いた際に最大音圧約3000Paの定在波音揚が測定された。これは平面反射板時の最大値の約2倍の音圧であり、凹面反射板を用いることで強力な音場が生成できることが分かった。次に、既知の進行波音圧の計算式を変形して反射波の計算を行う手法を提案し、複数回の反射波の音圧を重畳することで、定在波音場中の音圧計算を試みた。計算結果は、マイクロホンによる測定結果と定性的に一致し、本手法の有用性を確認した。
生成した定在波音揚中で、発泡スチロール球、鉄球、水滴、液状ゴム等の捕捉実験を行ったところ、いずれも捕捉可能であった。また、液状ゴムを捕捉した状態で、乾燥させて固体化することも可能であり、非接触の成形の可能性を見い出した。しかし、捕捉した液滴の大きさ、形状等を制御することは難しく、成形に利用するには更なる研究が必要である。物体に作用する力を評価するために、鉄球を捕捉する実験において、位置による鉄球の荷重の変化を測定したところ、直径2mmの鉄球には、最大で0.0005Nの力が作用していることが実験により測定された。なお、音圧分布から物体に作用する力を計算したところ、実験値に相当する値を得た。
定在波音場中の音圧、および音場中で物体に作用する力を計算する手法を得たことで、実験を行うことが困難な微小物体に作用するカについても、計算で推定することが可能となった。
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