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超音波振動により板と粒子間のみかけの摩擦抵抗が減少することが申請者の研究より示されていた。しかし、超音波振動により生じる音圧・表面振動が摩擦低減効果に及ぼす影響や粒子物性による効果差については定量的に示されていなかった。そこで超音波振動による粒子-壁面間の摩擦低減効果を定量的に示し、レアメタルリサイクルへの適用性を調べる目的で研究を実施した。
初年度は20.5kHzのピストンモードとなる超音波振動板を用いた実験を行い、粒子径が大きいほど音圧による摩擦低減効果が大きくなること、音響透過係数が近い場合は材料密度が大きいほど摩擦低減効果が大きくなることを定量的に示した。さらに、300～1000μm程度の異種サイズを混合したシリカ粒子の分級、鉄・チタンを混合した粒子群の材料ごとへの分離を試み、成功した。2年目は、この研究から周波数を28、39kHzに変更して同様に音圧ならびに表面振動による摩擦低減効果を調べた。その結果、20.5kHz同様に粒子径や材料密度により摩擦低減効果が異なること、振動振幅が同じ場合、周波数が高いほど低減効果が大きくなることが分かった。しかし単純な音圧レベルや板の振動速度により、この低減効果を整理することができず、振動エネルギ透過の影響を受けること、粒子物性だけでは低減効果を示すことができないことが分かった。そこで低減メカニズムを詳細に調べるため、3年目は立方体材料を用いて摩擦低減量と超音波振動による立方体材料表面の変形測定実験を行った。その結果、同じ周波数、振幅の超音波振動でも振動板サイズにより摩擦低減効果や変形量が異なることが明らかになった。さらに、立方体表面の変形量と摩擦低減効果との相関があることが分かり、超音波振動による低減効果には、粒子物性だけでなく装置サイズも影響することを示すことができた。
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