水中超音波により生じる気泡の音響信号を用いた気泡の発生量及び運動状態の計測制御

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K04525
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分21030:計測工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 内田 武吉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70455434)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 超音波 / 音響キャビテーション / 超音波洗浄 / 広帯域雑音 / 分調波

研究成果の概要

水中超音波に付随して生じる気泡の衝撃波は、産業や医療の超音波洗浄で使用されている。しかし、気泡の発生量や運動状態を定量且つ簡易に計測制御する技術が無いため、気泡の衝撃波が洗浄対象を破壊してしまうリスクがある。そこで我々は気泡から生じる音響信号を用いて気泡の発生量及び運動状態の計測制御を検討し、最終的に気泡の音響信号が超音波洗浄機の洗浄能力の新しい指標になることを目指した。
結果として、気泡の音響信号と超音波洗浄機の従来の評価法の間には正の相関が確認できた。これは、気泡の音響信号が新しい洗浄能力の評価指標となる可能性を示している。

自由記述の分野

超音波工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、気泡の音響信号である広帯域雑音が、超音波洗浄機の洗浄能力の新しい定量且つ簡易な評価方法として使用できることを示した。
超音波洗浄は、産業や医療の分野で普及しているが、洗浄能力の定量且つ簡易な評価方法が無く、今後の発展の妨げになっている。例えば、産業の半導体製造では、今後の性能向上のためには直径1 μm以下の微粒子を除去する必要があり、一方医療ではCOVID-19などの感染防止のためには、器具のこれまで以上の清浄度が必要である。私たちの気泡の音響信号による評価方法は、定量且つ簡易な評価が可能であるため、これらの分野の今後の発展に寄与できる。