2017 Fiscal Year Annual Research Report
Hemi-sperical ultrasonic trasducer producing high power at low voltage
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16H03188
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
梅村 晋一郎 東北大学, 医工学研究科, 教授 (20402787)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高木 亮 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (20771885)
吉澤 晋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (30455802)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 集束強力超音波治療 / 圧電セラミック / 共振周波数 / 径方向振動 / 球殻型トランスデューサ / 円筒型トランスデューサ / アドミタンス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
集束強力超音波(HIFU)治療の効率と適用範囲を飛躍的に高める音響キャビテーションを，精度よく発生させるためには，著しく高い音圧の短い超音波パルスが有効である．これを，従来の厚み振動に基づく集束超音波トランスデューサにより生成しようとすると，必要な駆動電圧が汎用パワーMOSFETの限界である数百Vに達してしまう．
本研究では，この課題を解決することを目的に，球殻振動に基づく新規なトランスデューサ素子を提案し，開発する．必要な駆動電圧を従来の数分の１に抑制できるので，特に，これを多数ならべたアレイトランスデューサを構成するときに大きな利点を生む．また，中心角を調整することにより，第2高調波を高効率に発生できる．この性質を利用して，キャビテーション生成に有利な正負非対称な音圧を効率よく発生するよう設計することができる．
これまでに提案してきた球殻型トランスデューサは，同半径の圧電セラミック球殻と水玉の径振動共振周波数がほぼ一致する偶然を利用し，共振において機械的コンプライアンスが極大となるに伴って極大となる電気的アドミタンスを利用するものである．本年度は，この考え方をさらに発展させ，同半径の圧電セラミック円筒と水円柱の径振動共振周波数を解析した結果，両者も，ほぼ一致することを見出した．円筒型の圧電セラミック・トランスデューサは，水中音響分野において，投げ込み型検出器として従来から知られているが，この性質に着目した応用は提案されていない．おそらく，この偶然の特徴が知られていないためであると考えられる．次年度は，球殻型トランスデューサに加えて，円筒型トランスデューサについても，その特徴を生かした応用につながる研究を進めて行く予定である．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまでに提案してきた球殻型トランスデューサは，同半径の圧電セラミック球殻と水玉の径振動共振周波数がほぼ一致する偶然を利用し，共振において機械的コンプライアンスが極大となるに伴って極大となる電気的アドミタンスを利用するものであったが，本年度は，この考え方をさらに発展させ，同半径の圧電セラミック円筒と水円柱の径振動共振周波数を解析した結果，両者も，ほぼ一致することを見出すことができたため．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度，同半径の圧電セラミック円筒と水円柱の径振動共振周波数を解析した結果，両者も，ほぼ一致することを見出すことができたため，次年度は，球殻型トランスデューサに加えて，円筒型トランスデューサについても，その特徴を生かした応用につながる研究を進めて行く予定である．
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