ナノ超微細加工技術による熱弾性膨張型レーザー誘起水中マイクロ衝撃波発生装置の開発

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24650273
• Research Institution: Saitama University
• Principal Investigator: 中村 匡徳 埼玉大学, 理工学研究科, 准教授 (20448046)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平原 裕行 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (20201733) ; 澁谷 秀雄 久留米工業大学, 工学部, 准教授 (80303709) ; 氏原 嘉洋 川崎医科大学, 医学部, 助教 (80610021) ; 池野 順一 埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (10184441)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 衝撃波 / ナノ微細加工 / 圧力計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究においては，光ファイバーの先端部に金属薄膜を蒸着したものを作成し，光ファイバーにレーザーを導光することにより熱弾性効果を用いて，水中に衝撃波を発生する装置を作成した．本研究では，特に，極小なターゲットに対して衝撃波を照射することを目的として，衝撃波を発射する光ファイバーを極小化することを主目的とした．
H24年度は，光ファイバーの基礎的加工技術の確立を試みた．そのために，ジグの作成を行うとともに，研磨時間や研磨剤について検討した．最終的には，研磨テープまたは粘着シリカ塗粒を用い，端面の真円度，直径，表面粗さなどを調べた．次に，.光ファイバー先端部への金属皮膜蒸着技術の確立を行った．皮膜の材料としては，チタンを用い，想定した厚さになるように金属薄膜を安定して蒸着させるための条件だしを行った．さらに，水中圧力センサーを用いて，発射した衝撃波の圧力を水中にて計測するための装置を構築した．
H25年度では，光ファイバーから生成される衝撃波の特性評価を行った．YAGレーザーによって導光し，衝撃波を発生させた．シャドウグラフ法により，流れを可視化し，高速度ビデオカメラによって撮影して，マッハ数を調べることにより波が衝撃波であることを示した．光ファイバーに対峙するように設置した圧力センサーにより衝撃波の圧力を調べた．結果として，本実験系では，およそ0.5MPaの圧力を創出することできることを確認した．これ以上の圧力を出すと，金属薄膜が破損し，繰り返し実験をすることは困難であった．また，衝撃波圧力は，発射位置より10 mmほどで20%程度の強さになってしまうこと，入光するレーザー強度に対して指数関数的に増加すること，表面に亀裂があることで衝撃波圧力が有為に低下することを示した．