2009 Fiscal Year Annual Research Report
超音波によるマイクロ流路中の微小物体の非接触操作技術の開発
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21560254
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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)
畑中 信一 電気通信大学, 電気通信学部, 助教 (40334578)
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| Keywords | 機械力学・制御 / 超音波 / 音響放射圧 / マイクロ流路 / マニピュレーション / マイクロマシン / 粒子 |
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| Research Abstract |
平成21年度は、基本的なマイクロ流路を試作して流路中に定在波を生成すること、および定在波の音圧の節に固体粒子を捕捉する等の基礎実験に注力した。
まず、横50mm×縦50mm×厚さ5mmのガラス板の中央に、幅1mm×長さ50mm×深さ1mmの流路(溝)を作成した。水槽中で2.4MHzの水中超音波が底面から斜め上方に放射されている水面にこのガラス板を配置して、流路中に粒子を懸濁した水を投入したところ、粒子が層状に整列する様子が観察された。すなわち、水槽中の超音波がガラス板を介して流路中の水に伝搬し、流路中に定在波音場が生成されることが分かった。また、ガラス板の端面に5mm×30mmのPZT振動子(1MHz、2MHz、4MHz、6MHz)を直接貼り付けた場合にも、同様に定在波が生成されることを確認した。両手法にはそれぞれ特徴があるが、以降の実験ではPZT振動子を貼り付けたガラス板を用いて実験を行うこととした。
次に、2つに分岐する流路をガラス板上に作成して同様の実験を行ったところ、それぞれの流路について粒子が層状に凝集した。この状態で周波数をスイープさせると、わずかではあるが片側に粒子の層が引き寄せられる現象が見られた。すなわち、流路中を流れる固体粒子を分岐点で操作して出口を選択できる可能性があることが分かった。なお、これらの実験では高倍率のレンズを用いた観察装置で粒子の挙動をビデオで撮影し、実験後にコンピュータによる解析を行っている。また、有限要素法による音場の数値シミュレーションを試みたところ、流路中の二次元の音圧分布については計算が可能であり、実験結果との一致を確認した。なお、より詳細な解析のためには三次元の音場計算が必要であるが、膨大なメモリ容量が必要であるために計算に至らなかった。音場のモデルを小さくするなどの簡略化が、必要であると考えられる。
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Research Products
(5 results)
