• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2021 Fiscal Year Research-status Report

Non-sinusoidal strong ultrasonic waves in MHz band by DPLUS

Research Project

Project/Area Number 21KK0065
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

森田 剛  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (60344735)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 三宅 奏  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (40910956)
畑中 信一  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (40334578)
Project Period (FY) 2021-10-07 – 2024-03-31
Keywords強力超音波 / DPLUS / 非正弦波形
Outline of Annual Research Achievements

本研究において独自に開発してDPLUSと命名した強力超音波振動子を利用して非正弦波形を生成することを目的としている。DPLUSは“放物線形状を有する集束機構による強力な超音波の生成”と“導波路を使用することによる装置の小型化”の技術を融合した構造で、MHz帯域でMPaの高出力超音波を実現することができる。この特異な出力特性により、従来常識であった数10kHzの周波数帯域では得られない新規現象を見出しつつある。
本研究では、二つの共振波動を重畳した台形波やノコギリ波等の非正弦波形を出力可能な「DPLUS型多重モード超音波振動子」を創成する。強力超音波技術で重要なキャビテーション生成における周波数や波形依存性に関する基本的理解を本質的な「問い」とし、提案する新型振動子により答えを導き出して次世代の強力超音波研究の礎とすることを研究目的とする。
本年度は、共振周波数比制御を可能とする非正弦波形強力超音波出力を可能とするランジュバン型振動子の改良と制御手法の確立を行った。具体的には、振動子を構成する金属材料を黄銅からリン青銅に、ジュラルミンを超ジュラルミンとすることで、圧電素子への予圧安定性を図った。この振動子により駆動による温度上昇に対しても安定して非正弦波形出力を可能とすることができた。また、DPLUSにおいて共振周波数比が1:2になる構造を考案した。この構造において、有限要素法シミュレーションを行い、2MHzと4MHzにおける共振モードを出力することを確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

安定して非正弦波形を出力するランジュバン振動子を試作して制御することができるようになった。またDPLUSによる非正弦波形出力においてもシミュレーションを実施している。

Strategy for Future Research Activity

シミュレーションにおいて現在計算している構造について試作を行い、非正弦波形強力超音波出力についての実験を行う。キャビテーション観察技術は既に保有しているので、試作超音波振動子による特性評価を実施する。

Causes of Carryover

COVID-19によって共同研究先のドイツハノーファー大学への訪問ができなかったため。

  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ハノーファー大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      ハノーファー大学
  • [Journal Article] Hard-Type Piezoelectric Materials Based Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer (DPLUS) for High-Power Ultrasound2022

    • Author(s)
      Chen Kang、Irie Takasuke、Iijima Takashi、Kasashima Takashi、Yokoyama Kota、Miyake Susumu、Morita Takeshi
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 26117~26126

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2022.3156609

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dynamic resonant frequency control system of ultrasonic transducer for non-sinusoidal waveform excitation2021

    • Author(s)
      Hachisuka Satori、Yokozawa Hiroki、Wang Fangyi、Miyake Susumu、Twiefel Jens、Morita Takeshi
    • Journal Title

      Sensors and Actuators A: Physical

      Volume: 332 Pages: 113124~113124

    • DOI

      10.1016/j.sna.2021.113124

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature Compensation for Multimodal Ultrasonic Transducer’s Frequency Ratio2021

    • Author(s)
      Fangyi Wang and Takeshi Morita
    • Organizer
      International Workshop on Piezoelectric Materials and Applications in Actuators (IWPMA 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Non-Sinusoidal Waveform Generation of High-Power Ultrasonics using Resonant Frequency Control System2021

    • Author(s)
      Takeshi Morita
    • Organizer
      IUMRS-ICA2021
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dynamic Resonant Frequency Control Of Ultrasonic Transducer Using Dual Vibration Modes2021

    • Author(s)
      Fangyi Wang, Satori Hachisuka, Hiroki Yokozawa, Susumu Miyake and Takeshi Morita
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fundamental Characteristics of Tube-Type Double-parabolic-reflectors ultrasonic transducer (Tube-Type DPLUS)2021

    • Author(s)
      Kyohei Yamada, Kang Chen, Takasuke Irie, Takashi Iijima, Susumu Miyake and Takeshi Morita
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multimode Excitation by a Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer (DPLUS) with hard type piezoelectric materials2021

    • Author(s)
      Kang Chen, Takasuke Irie, Takashi Iijima, Takashi Kasashima, Kota Yokoyama, Susumu Miyake and Takeshi Morita
    • Organizer
      IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS 2021)
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 新駆動原理アクチュエータ(R-SIDM)/共振周波数制御

    • URL

      http://usdev.t.u-tokyo.ac.jp/contents/research.html

URL: 

Published: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi