超音波浮揚を用いた液滴の空中非接触混合と非接触分析・分注
【研究分野】機械力学・制御
【研究キーワード】
超音波 / 空中超音波 / 超音波浮揚 / 音響放射力 / 非接触 / 液滴 / 搬送 / 混合 / 滴下 / 薬液混合 / 非接触加工 / 非線形音響
【研究成果の概要】
将来の薬品製造プロセスや新規材料開発では、汚染防止や処理速度向上のために非接触で液滴を操作する技術が要求されるようになる。本研究では、超音波の音響放射力により液滴を浮揚させ、移動、混合、滴下、分析などの想定されるあらゆる操作を非接触で行う手法を開発、提示することを目的とした。
２つの液滴を浮揚したまま非接触で混合させる方法として、直交する２つの定在波音場を利用することを提案し、その動作を検証した。また、MHz帯集束超音波をバースト送信して液滴１つを定在波音場に打ち出すための条件を検討した。一方、定在波音場の節に浮揚した物体の表面に液体を塗布する方法と、それに適した振動系を検討した。
【研究の社会的意義】
空中の超音波定在波の音圧の節に微小物体が浮揚する現象は古くから知られており、理論的な定式化もなされている。また、容器を用いずに超音波浮揚下で材料を扱うことはスペースシャトル計画の一部などで検討されたことがある。しかし、工業的な応用をめざして、搬送、混合、滴下、分析などのさまざまな操作を行う具体的手法の検討はあまりみられなかった。本研究では、これらについて、それぞれ適した振動系を考案し、操作ができることを実験により具体的に示した。これは今後、さまざまな分野で非接触プロセシングを開発する際の参考になると期待する。また、本研究を通して、微小部品の非接触搬送という、本技術の新たな応用先を見出した。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2014-04-01 - 2019-03-31
【配分額】15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)