超音波振動による軟化現象を応用した衝撃吸収装置の開発

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超音波振動を用いた物体軟化装置として主に樹脂に超音波を印加して溶融させる方式の実験装置を構成し、衝撃力の低減効果などについて検討した。直径 50 mmのボルト締めランジュバン型振動子（BLT）にホーンを取り付けた縦振動系の超音波振動子を用いた。共振周波数は約 19.5 kHzである。衝撃印加用錘にはダミーヘッドを用いた。衝撃力は試料台の下に設置した圧電型ロードセルで測定した。溶融試料として直径 11.5 mm の ホットメルト接着剤（HMA）を用いた。超音波振動子の先端部を HMAに接触させ，静圧力を印加させた状態で衝撃力を印加できるようにした。超音波振動子を把持した筐体部の天板に衝撃印加用錘を衝突させて衝撃力を印加した。レーザドップラ振動計を用いて超音波振動子の径方向振動分布を測定した。圧電素子部に振動ループがあり、BLT の両端近傍に振動ノードがあることから縦振動の定在波が励振されていると考えるが、ホーン先端部で径方向振動の振幅が大きくなっているため、曲げ振動など他の振動も励振されていると推測する。駆動電圧と溶融試料の高さをパラメータとして衝撃軽減特性を測定した。駆動電圧を 0 Vrms から 80 Vrmsまで変化させたときの衝撃軽減特性を測定した。溶融試料の高さは 10 mm 一定とした。駆動電圧の増加に伴い、衝撃力は徐々に低下した。超音波振動の印加により、衝撃力の最大値は 1032 Nから 810 N まで低下し、低減率は 21.5%になった。つづいて溶融試料の高さを10 mmから 20 mmまで変化させたときの衝撃軽減特性を測定した。駆動電圧は 80 Vrms一定とした。超音波振動を加えることにより、いずれの場合も衝撃力が低減した。溶融試料の高さが 20 mm のときに衝撃力の最大値は 802 N から 586 Nまで低下し、低減率は 26.9%になった。