研究内容

【用語説明】 　 「現在の研究テーマ」の説明中に出てくる用語について簡単に補足説明致します。 　 下記の用語の中から不明なものをクリック下さい。必要に応じ，順次増やしていきます。 　・空気輸送・プラグ輸送とは 　・超音波とは 　 　【研究キーワード】 　　粉体，混相流，空気輸送，超音波，集塵，希少金属，リサイクル，分離・分級， 　　付着，分散，ウィルス，音圧，定在波，進行波，非接触搬送，可視化，画像再構成，関節運動 　【現在の研究テーマ】 　 現在取り組んでいる研究について下記に記します。 　 なお共同研究等により機密となっている研究については記載しておりませんのでご了承下さい。 　・超音波による粒体プラグ空気輸送の動力低減に及ぼす管内径の影響 　・超音波による摩擦低減効果へ及ぼすたわみ振動および音圧の影響 　・超音波集塵装置の開発 　・液中粉粒体の超音波による分散効果 　・アブレシブウォータジェット加工における研磨剤の定量搬送化 　・屈伸運動における関節液膜の形成計算 　・振動管内音圧分布の測定と予測 　・粒子群と立方体材料における超音波摩擦低減効果の相違 　・空気流による円筒物体の管内非接触搬送 　・壁面付着粉体の超音波による剥離効果 　・粒体プラグ輸送の圧力波形シミュレーション 超音波による粒体プラグ輸送の動力低減に及ぼす管内径の影響 　プラグ輸送は，低速輸送のため被輸送物の破損や管路の摩耗を低減できる。しかし，管壁と粒子群との接触のため，輸送動力が大きくなる問題がある。そこで超音波を粒体プラグ輸送に適用し，被輸送物を変化させながら実験を行い超音波による動力低減効果について研究を行ってきた。その結果，被輸送物や輸送条件が変化した場合でも超音波により動力低減できることを示した。さらに，粉粒体群であるプラグによる壁面への圧力からこの低減効果が予測できることを理論的および実験的に示すことに成功した。しかし，この結果は管内径50ｍｍにおける結果であり，これが変わった場合については未確認である。そこで本年度は管内径を変更し，予測される低減効果との比較を行う。 　 　　　　　　　プラグ輸送　　　　　　　　　　　　　　超音波振動管の振動モード 　　　　　　　振動管の水平ラインへの挿入　　　　　　　　　　　　　　　壁面圧分布 　上へ戻る 超音波による摩擦低減効果へ及ぼすたわみ振動および音圧の影響 　超音波により振動する管をプラグ輸送ラインへの適用することで摩擦抵抗を低減できることが分かった。この低減効果の要因として，管壁面のたわみ振動による影響とこれにより空間内に発生する音圧分布による影響をあげることができる。しかしそれぞれの低減効果への影響度についてはよく分かっていない。そこで本研究ではそれぞれの摩擦低減効果への寄与量を明らかにするため，その評価ができる実験手法を確立し，一種の周波数・粒子径にて実験を行った。本年度は，この周波数や粒子径を複数変更し，それぞれの影響度の変化を調べる。 　将来的にはこの研究成果を用い，上記のプラグ輸送における摩擦および動力低減効果の高精度予測だけでなく，携帯電話や液晶モニタなどからのレアメタル回収の一手法確立を目指している。つまり，個々の粉粒体の摩擦抵抗を変化させ挙動を制御することで，粉砕された多品種・多形状の粒子群から特定の粉粒体を抽出することを行う。また，粒子径ごとの分級の一手法としての活用も目指している。 　　 　　平板間の水平面方向の音圧分布 　　　 実 験 装 置 　上へ戻る 超音波集塵装置の開発 　空気中に懸濁する粒子の回収方法として，フィルタが良く用いられてきた。また工業的には電気集塵なども良く用いられている。しかし，フィルタは小さい粒子径の捕集が不可であり，また時間経過とともに粒子がフィルタ内に詰り，圧力損失が大きくなる。一方電気集塵は，使用するエネルギーが大きい問題がある。一般的に体に害のある粒子ほど小さいと言える。そこで，超音波を用いた微粒子の捕集について検討を行う。この方法により，音圧の低い箇所に粒子を集め，凝集させフィルターあるいは自重により捕集・回収することを目指している。しかし，この方法を用いるためには適切な装置形状の検討や各条件における捕集効率の算出が必要であるが，その検討はあまり研究されていない。そこで本研究ではまず計算により，これらを明らかにすることを目的として行う。 平板間の音圧分布（計算） 粒子挙動計算の一例 （粒子が特定の位置に集まる様子） 　上へ戻る 液中粉粒体の超音波による分散効果 　新材料を作る際など，液中に粉粒体を投入し，均一に分散させることが要求されている。この液中に投入された粉粒体を均一に分散させるため，超音波を用い液中に音圧分布や流れを作ることが行われている。しかし，この分散状態および適切な装置形状，粒子サイズの影響については分かっておらず不明な点が多い。そこで，計算および実験により超音波液中の粉粒体の分散について調べる。まず初めに液中の音圧分布を光学的手法により測定し（右図参照），計算値との比較を行う。その後，粒子を実際に投入した計算ならびに実験を行い，分散状態を明らかにする。 　　　　　　 　　　　　　実験装置　　　　　　　音圧分布　　　　　　　　可視化実験　　　　　 　上へ戻る アブレシブウォータジェット加工における研磨剤の定量搬送化 　アブレシブウォータジェット加工では研磨剤が空気流により管内を通り，水と混合し噴射されている。しかし搬送中に研磨剤が不均一となり脈動現象を生じるため，加工能力が低下している。この防止策として，超音波振動または流れを利用することが考えられる。そこで本研究においてこれら効果をシミュレーションにより調べる。 Coming soon! 　上へ戻る 屈伸運動における関節液膜の形成計算 　膝には大腿骨と脛骨との接触防止のため，この間に関節液がある。運動負荷等に対するこの液膜形成状態の変化を知ることは怪我防止や関節疾患の原因究明等の観点から重要である。そこで流体潤滑理論を用いて計算し，膝の屈伸運動における膜形成状態を調べる。 Coming soon! 　上へ戻る 振動管内音圧分布の測定と予測 　超音波により振動する管内には音圧分布が発生する。その音圧分布によりプラグ輸送の摩擦低減効果へ影響すると考えることができる。つまり管内の音圧分布を予め知っておく必要がある。そこで本研究ではφ1のプローブチューブをつけたマイクロホンを用い管内の音圧分布の測定を行った。しかし，この手法では音場侵入型の測定のため音圧分布を乱し，妥当な結果が得られなかった。そこで，光学的な手法によりこの音圧分布測定を試みる。さらにシミュレーションを行い，測定値との比較検討も行う。 　　　　　　超音波振動管　　　　　　　　プローブチューブ　　　　　　　測定結果一例 　上へ戻る 粒子群と立方体材料における超音波摩擦低減効果の相違 　これまでの研究により粒子群ならびに立方体材料どちらも超音波により壁面摩擦を低減できることを示してきた。ところが，この低減効果の相違については調べられていない。そこで本研究では，材料密度，周波数などの条件を変化させた実験を行い，その相違について調べる。 　上へ戻る 空気流による円筒物体の管内非接触搬送 　エアーシューターなど管内を空気流により円筒型または円錐型物体を輸送することが行われている。しかしこの方式では壁面と接触しながら搬送されるため，途中で搬送できなくなったり，あるいは被輸送物が破損したりする問題がある。そこで，非接触で搬送する方法を考案し，その実現性を調べる。 計算結果一例 　上へ戻る 壁面付着粉体の超音波による剥離効果 　粉体は付着性を持っており，これにより壁面にくっつくため，タンクから粉体を排出できなかったり，空気輸送ライン内壁に残存したり問題が起こっている。このため空気輸送ラインでは一度配管を洗浄する必要があり，これが産業界で非常に大きな問題のため，その対策の確立が望まれている。そこで，本研究では超音波により壁面に付着した粉粒体を剥離効果を調べ，超音波による付着物除去の可能性を調べる。 　上へ戻る 粒体プラグ輸送の圧力波形シミュレーション 　粒体プラグ輸送における圧力損失予測式の導出に関して，これまで研究を行ってきた。その結果，水平管および鉛直管における精度の高い予測式の導出に成功した（特許・論文で公開されてます）。しかし，これは管内圧力の平均値に対する予測値である。実際はプラグの個数や長さにより管内の圧力は時間的に変動している。この変動により管に振動が発生し，管固定部の破損などの問題も起きている。そこで本研究では，管内径を変更して実験を行い，プラグ長さに関する式の導出を試みる。そしてこの式と圧力損失の式から，管内の圧力値の時間変動を計算し，実験結果と比較を行う。 　　　 　　　　　　シミュレーション　　　　　　　　　　　　　　実験結果　 　　　　 　　　　　　　実際に測定された波形 　上へ戻る