超音波浮揚<超音波で物が浮く。傷を付けずに搬送できます。>
[超音波ハンドブック]

超音波浮揚とは?

超音波を利用した不思議な非接触浮揚
浮揚とは、物体が宙に浮くことを言います。リング状の磁石のN極(S極)同士を重ねて棒に通すと磁石が浮くといった理科実験に覚えがあると思いますが、それが浮揚です。この場合は、重力と釣り合う上向きの反発力によって浮揚するわけですが、超音波の音響放射圧を利用して同様の浮揚現象を起こすことができます。
現状では、研究段階の技術ですが、電磁式のように材質に制限されることがなく、気流式や静電気式等に比べて低コストであるなどの利点から、シリコンウエハやガラス基板の浮揚搬送技術として期待されています。

超音波浮揚の原理

定在波による気体の疎密
音源である振動子と反射板を平行に配置して定在波音場を形成すると、気圧が低くなる定在波の節の位置に物体が浮揚します。しかし、この気体の疎密差による揚力では、数mg程度の物体の浮揚が限界です。そこで、次のような音響放射圧による浮揚をした上で、水平位置の制御に定在波を用いることが提案されています。
音響放射圧による浮揚
たわみ振動モード(もしくは縦振動モード)の振動板の上に、底面が平面の形状を持つ物体を平行に乗せると、音波の伝搬を遮る物体底面に音響放射圧と呼ばれる力が生じ、物体の自重と釣り合った位置で浮揚します。浮揚距離は波長の10分の1程度ですが、底面全面に音響放射圧が掛かるので、比較的重い物体の浮揚が可能です。

超音波浮揚の可能性

様々な工業的応用の可能性を秘めています
超音波浮揚に関しては、上述した基板の浮揚搬送の他、浮揚させた物体の加工や、液滴の反応実験、スペースシャトル内など重力の小さい空間における定在波による浮揚位置制御など、工学的応用を目指して多くの研究がなされています。

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◎参考文献:
「定在波型近距離場音波浮揚非接触搬送装置の保持力改善に関する研究」 (小此木淳史/東京工業大学修士論文/指導教官 上羽貞行教授/2001)



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