| 研究課題/領域番号 |
19H02092
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分20010:機械力学およびメカトロニクス関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
黒澤 実 東京工業大学, 工学院, 准教授 (70170090)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
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| キーワード | アクチュエータ / 超音波 / 圧電 / ロボット / 流体力学 / 固体振動 / 液中アクチュエータ / 超音波アクチュエータ / 圧電アクチュエータ / 圧電振動子 / 音響放射圧 / 音響流 / MEMS / 強力超音波 / 圧電デバイス / Acoustfluidics / 圧電素子 / 非線形音響 / 音響放射力 / Acoust fluidics / 超音波放射力 / 液中 / 水中ロボット / 放射圧 / Acoustofluidics |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液体中を自在に動き回ることが可能な，音響放射圧を推進力源とする液中超音波アクチュエータに関する研究を行う。この液中アクチュエータは，我々が考案した新しいデバイスであり，動作メカニズムや物理特性の詳細などを明らかにする。
本研究課題では，推進力発生のメカニズムを音響放射圧の理論から定量的に明らかにするとともに，推進力源となる振動子の振動姿態や周波数に対する応答など，基本的な特性について検討する。推進力を増強するために，音響直進流も利用したアクチュエータ構成に関する検討も行う。マイクロ化に向け，圧電薄膜を用いた液中アクチュエータについての検討も行う。
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| 研究成果の概要 |
液中アクチュエータの推進力は，駆動電圧の二乗となる推進力特性となっており，音圧の二乗で推力が大きくなることを確認した。音響放射力による推力発生メカニズムであることが理論的に確認された。
弾性表面波デバイスを用いたアクチュエータでは，駆動周波数9.61 MHz，19.22 MHz，29.14 MHz，38.45 MHzおよび96.13 MHzのデバイスで推進力を比較し，駆動周波数が異なっていてもほぼ同一の推進力が得られることがわかった。高い周波数ではデバイスが小さくなることから，単位面積あたりの推力では大きくなり，高周波化による推力の低下は避けられることがわかった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体内での振動が流体中へ放射する際に，固体振動面に作用する音響放射圧の存在は，これまで注目されたことが無く，物理現象として深く研究された事や，アクチュエータへの利用を研究されたことは無かった。本研究課題では，固体である超音波振動源から流体中に超音波が放射する際に発生する音響放射圧について，物理現象を定量的に解析するとともに，アクチュエータとして利用することを研究する，初めての試みである。
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