2023 Fiscal Year Annual Research Report
Non-sinusoidal strong ultrasonic waves in MHz band by DPLUS
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21KK0065
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
森田 剛 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60344735)
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| 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三宅 奏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (40910956) [Withdrawn]
今城 哉裕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (10866635)
畑中 信一 宇都宮大学, 大学教育推進機構, 特任准教授 (40334578)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2024-03-31
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| Keywords | 強力超音波 / 非正弦波形 / モード重畳 / 集束超音波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二重放物面を利用して細棒導波路から強力超音波を出力するDPLUSにおいて、二つの共振モードを重ね合わせることによって非正弦波形を出力する技術を開発した。このような強力超音波技術の応用では、キャビテーションや超音波浮揚などのように、媒体の非線形特性を利用することが重要となる。また、従来の数10kHz帯ではなく、MHz帯の非正弦波形とすることにより、新しい物理化学現象が見いだされることが期待できる。
本研究においては、DPLUSの超音波出力源となるリング型圧電素子を内側と外側の二つの圧電リングによって構成することを提案した。これらの二つの圧電リングの厚さによって振動子への入力となる縦波超音波の共振周波数が決定されることから、目的とする共振周波数になるような厚さにした。ただし、このような圧電リングの厚さだけでは、製作誤差や物性値のばらつきなどにより、正確に共振周波数比を1:2とすることは困難となる。そこで、本研究では圧電リングと直列にインダクタを接続することで、共振周波数を制御することを提案した。この手法により、インダクタの値を変更することで共振周波数の微調整を個別に行うことができるようになった。
本研究による提案手法により、DPLUSにおいて基本周波数を1.042 MHz, 次のモード周波数を2.084 MHzとすることに成功し、この二つの共振モードを位相を変えながら重畳することができた。この結果、位相を変化させながら各共振モードを励振することによって、DPLUSの先端振動波形をノコギリ波や台形波とすることを確認した。
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