Non-sinusoidal strong ultrasonic waves in MHz band by DPLUS

基本モードと高次モードの共振周波数比を1:2に制御する手法について研究を実施している。本年度は、動的共振周波数制御法が可能なランジュバン振動により、共振型スムーズインパクト駆動機構(RSIDM)アクチュエータに応用した。この結果、基本モード共振周波数は 25.715 kHzから 24.76 kHz まで連続的に調整でき、このとき共振周波数比は1.953 から 2.028 に制御可能であった。提案手法を導入することで、この二つの共振モードは両者ともに400 秒間共振を維持し、R-SIDMの安定駆動が実現された。さらに、二重放物面反射機構による強力超音波出力デバイスDPLUSにおいて、二つの厚み共振周波数に対応した超音波発生用のマルチモーダルDPLUSを設計した。2つのハードタイプの圧電リングを超音波出力限として採用し、周波数の異なる明瞭な超音波を発生させることとした。圧電リングは外側と内側に分割し、それぞれ 1.1 mm と 2.05 mm の厚さとすることで、独立した厚みモードで駆動することができる。それぞれの出力超音波は、DPLUSの駆動原理に基づき、二重放物面反射を経て導波管内に集束される。出力パワーを高めるには、超音波周波数を導波路の共振周波数に一致させる必要がある。導波管のサイズは、長さ 7 mm、直径 3 mm の FEM シミュレーションによって決定し、それぞれの共振周波数は、それぞれ 1.07 および 2.09 MHz となった。この二つの振動モードについて、外部インダクタを1つの 圧電リングに接続することで共振周波数を微調整することを試みた。予備実験結果では、16 μH のインダクタを直列接続して、低周波モードの周波数が 1.07 MHz から 1.00 MHz に低下することを示した。

基本モードと高次モードの共振周波数比を1:2に制御する手法について研究を実施している。本年度は、動的共振周波数制御法が可能なランジュバン振動により、共振型スムーズインパクト駆動機構(RSIDM)アクチュエータに応用した。この結果、基本モード共振周波数は 25.715 kHzから 24.76 kHz まで連続的に調整でき、このとき共振周波数比は1.953 から 2.028 に制御可能であった。提案手法を導入することで、この二つの共振モードは両者ともに400 秒間共振を維持し、R-SIDMの安定駆動が実現された。さらに、二重放物面反射機構による強力超音波出力デバイスDPLUSにおいて、二つの厚み共振周波数に対応した超音波発生用のマルチモーダルDPLUSを設計した。2つのハードタイプの圧電リングを超音波出力限として採用し、周波数の異なる明瞭な超音波を発生させることとした。圧電リングは外側と内側に分割し、それぞれ 1.1 mm と 2.05 mm の厚さとすることで、独立した厚みモードで駆動することができる。それぞれの出力超音波は、DPLUSの駆動原理に基づき、二重放物面反射を経て導波管内に集束される。出力パワーを高めるには、超音波周波数を導波路の共振周波数に一致させる必要がある。導波管のサイズは、長さ 7 mm、直径 3 mm の FEM シミュレーションによって決定し、それぞれの共振周波数は、それぞれ 1.07 および 2.09 MHz となった。この二つの振動モードについて、外部インダクタを1つの 圧電リングに接続することで共振周波数を微調整することを試みた。予備実験結果では、16 μH のインダクタを直列接続して、低周波モードの周波数が 1.07 MHz から 1.00 MHz に低下することを示した。