| 研究課題/領域番号 |
19K05129
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
河府 賢治 日本大学, 理工学部, 准教授 (10424748)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 超音波振動 / 摩擦低減 / 機械振動 / 音響流 / 粉体 |
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| 研究実績の概要 |
立方体を超音波振動板上に置き，装置全体を徐々に傾けて行き，動き出すときの角度より立方体-超音波振動板間の摩擦測定を行った。これを超音波振動の条件を変えて行い，超音波振動による摩擦低減効果を調べた結果，次の知見を得ることができた。
1)超音波振動板の振幅および振動周波数が同じでも，振動板サイズが異なると摩擦低減効果が異なる。故に，振動面に立方体が追随できなくなり浮遊することによる摩擦低減効果は小さい。これは摩擦低減効果へ及ぼす慣性による影響が小さいことを意味し，超音波振動は機械振動とは異なる効果により摩擦が低減されていることを示す。
2)超音波振動を生じさせるための発振器からの電力が大きくなると，立方体と振動板間の摩擦低減効果が大きくなる。この電力と低減効果との関係は，振動板サイズが異なってもほぼ同じとなる。しかし，同じ電力でも立方体サイズや材料ごとに摩擦低減効果差が生じる。つまり，立方体の変形等による影響があると推測される。
また，上記実験と並行して超音波振動板上の立方体変形測定実験も行った。しかし実験手法の確立ができず，本測定に至らなかった。この活動の結果，次のことが分かった。立方体を振動板上に固定するため，鉛直方向上部より押さえると，その荷重により変形量が変化するため不適切である。また，この手法では立方体頂面の測定が不可である。さらに，立方体側面を測定した結果，面により振幅に多少相違が生じた。そこで，双方をねじ固定し，測定する方法を試みた結果，これら問題が解決し，側面であれば振動板から伝達した振動エネルギーを発散するための立方体変形が測定できることが分かった。なお，発振器電圧，つまり超音波振動を生じさせる電力が大きくなるほど変形量が大きくなることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
超音波振動による粉粒体と振動板間のみかけの摩擦抵抗低減の要因を調べるために，当初2019と2020年度の2年間に渡り，粉粒体の代わりに立方体を用いた摩擦抵抗測定および超音波振動による立方体の変形量を測定する計画であった。しかし，立方体変形の測定において，振動板上での立方体に対する固定荷重による振動振幅の変化，立方体上面の測定が困難，立方体の振動板上の設置位置による変形量の変化，立方体側面それぞれの変形量相違などのため，実験手法の確立に時間を費やしてしまい，測定できていない。つまり，立方体変形による立方体と振動板間の摩擦低減効果への影響については明らかにできていない。その一方，立方体と振動板間の摩擦抵抗の変化については，予定していた全実験条件（振動板サイズ，立方体サイズ，立方体材料および振動周波数）を前倒しで実施し，2019年度に終了することができた。つまり，変形測定実験の遅れを摩擦測定実験で埋め合わせることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度は超音波振動による立方体-振動板間の摩擦，および立方体変形に関する実験を並行して進める予定であったが，前述のとおり前者は終了したため，後者の変形実験を進め，摩擦低減効果との関係を明らかにする。なお，必要に応じて立方体-壁面間の摩擦低減効果に関する再測定を行う。2020年度後半からは当初計画されていたとおり，浮遊板と振動板上の粒子挙動測定実験を行う。粒子径および粒子材料を変化させながら行い，超音波振動と機械的振動による粒子移動速度差を明らかする。この実験により，振動種類による摩擦低減効果差を示し，慣性の影響を明らかにすることができる。また，立方体を用いた実験において，摩擦低減効果と立方体変形とに相関関係があり，さらに立方体の摩擦低減実験と粒子挙動実験の結果が粒子材料や粒子径に対して定性的に同じ傾向を示す場合，粒子に対しても表面変形により摩擦が低減し，機械振動，つまり慣性の影響が小さいことを証明することになる。なお，この実験を行うためには浮遊板実験の手法確立をはじめにする必要がある。装置の準備ならびに，実験手法の妥当性確認のため，2020年度はじめより変形測定実験と並行して進め，立方体変形実験が終了次第，粒子挙動の本測定を開始する。この研究は2021年度初めまで継続し，その後音響流による摩擦低減効果への影響を明らかにする。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験を行うために必要なレーザードップラ振動計を2020年度予算から前倒しして購入した。この際，当初の見積もり額と異なったため支給額と差が生じた。2020年度は，立方体変形や粒子挙動実験を行う予定であり，この装置や供試粒子の費用として用いる。
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