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2009 年度 実績報告書

超音波によるマイクロ流路中の微小物体の非接触操作技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21560254
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

小塚 晃透  独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (60357001)

研究分担者 安井 久一  独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (30277842)
畑中 信一  電気通信大学, 電気通信学部, 助教 (40334578)
キーワード機械力学・制御 / 超音波 / 音響放射圧 / マイクロ流路 / マニピュレーション / マイクロマシン / 粒子
研究概要

平成21年度は、基本的なマイクロ流路を試作して流路中に定在波を生成すること、および定在波の音圧の節に固体粒子を捕捉する等の基礎実験に注力した。
まず、横50mm×縦50mm×厚さ5mmのガラス板の中央に、幅1mm×長さ50mm×深さ1mmの流路(溝)を作成した。水槽中で2.4MHzの水中超音波が底面から斜め上方に放射されている水面にこのガラス板を配置して、流路中に粒子を懸濁した水を投入したところ、粒子が層状に整列する様子が観察された。すなわち、水槽中の超音波がガラス板を介して流路中の水に伝搬し、流路中に定在波音場が生成されることが分かった。また、ガラス板の端面に5mm×30mmのPZT振動子(1MHz、2MHz、4MHz、6MHz)を直接貼り付けた場合にも、同様に定在波が生成されることを確認した。両手法にはそれぞれ特徴があるが、以降の実験ではPZT振動子を貼り付けたガラス板を用いて実験を行うこととした。
次に、2つに分岐する流路をガラス板上に作成して同様の実験を行ったところ、それぞれの流路について粒子が層状に凝集した。この状態で周波数をスイープさせると、わずかではあるが片側に粒子の層が引き寄せられる現象が見られた。すなわち、流路中を流れる固体粒子を分岐点で操作して出口を選択できる可能性があることが分かった。なお、これらの実験では高倍率のレンズを用いた観察装置で粒子の挙動をビデオで撮影し、実験後にコンピュータによる解析を行っている。また、有限要素法による音場の数値シミュレーションを試みたところ、流路中の二次元の音圧分布については計算が可能であり、実験結果との一致を確認した。なお、より詳細な解析のためには三次元の音場計算が必要であるが、膨大なメモリ容量が必要であるために計算に至らなかった。音場のモデルを小さくするなどの簡略化が、必要であると考えられる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2010 2009

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Study of an acoustic field in a microchannel2010

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透, 安井久一, 畑中信一, 他3名
    • 雑誌名

      Japanese Journal of applied physics 49(印刷中(2010年7月発行))

    • 査読あり
  • [学会発表] 超音波を用いたマイクロ流路中での微粒子操作2010

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透、安井久一、畑中信一、辻内亨、砥綿篤哉
    • 学会等名
      日本音響学会2010年春季研究発表会
    • 発表場所
      電気通信大学(東京都)
    • 年月日
      2010-03-09
  • [学会発表] Study of an acoustic field in a microchannel2009

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透、安井久一、畑中信一、辻内亨、Judy Lee、砥綿篤哉
    • 学会等名
      The 30th Symposium on Ultrasonic Electronics
    • 発表場所
      同志社大学(京都府)
    • 年月日
      2009-11-18
  • [学会発表] マイクロ流路中での超音波マニピュレーション2009

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透, 安井久一
    • 学会等名
      2009年度非線形音響研究会
    • 発表場所
      (財)加藤科学振興会(長野)
    • 年月日
      2009-08-29
  • [学会発表] 超音波の定在波を用いた微小物体の非接触操作技術2009

    • 著者名/発表者名
      小塚晃透
    • 学会等名
      スマート・アクチュエータ/センサ委員会第79回公開定例会
    • 発表場所
      キャンパス・イノベーションセンター(東京都)
    • 年月日
      2009-07-17

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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