超音波の話をしよう(11)「静電気分布計測」

超音波の話をしよう(11)「静電気分布計測」

星貴之
星貴之 (ID1529) 公認maker 2015/11/18
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こんにちは。超音波研究者をやっている、名古屋工業大学の星です。

超音波を集束させる装置を使ってあれこれ新しいことをしようとしています。前回は京都大・清水教授との共同研究「人工授粉」を紹介しました。

今回も引き続き共同研究のお話です。

静電気には触りたくない

産業技術総合研究所・菊永和也 主任研究員との共同研究です。NEDO若手研究グラントの支援を受けていました。また僕にとって、初めて触覚以外に集束超音波を応用した思い出深い研究でもあります。

https://youtu.be/pR-gASNaSbI

局所励振による静電気分布計測 2012

ざっくり言うと「揺らすと静電気が測れる!※」「でも触りたくない」「それなら集束超音波を使おう!」という発想です。

この方法には、集束超音波で局所的に揺れている箇所の静電気量が分かる、集束超音波をスキャンすることでどの機材も移動することなく二次元分布を測れる、という利点があります。つまり集束超音波の特長

(1)相手に触らない
(2)狭い範囲を狙える
(3)力の発生場所を自在に変えられる

をフルに活かした応用と言えます。

※ この計測原理は電磁気学の「双極子放射」で説明されます。電荷が行ったり来たりを繰り返すと、それに伴って周囲の電場・磁場が変動します。その変動をアンテナでとらえることで、電荷量や極性を知ることが出来ます。

可聴音から超音波へ

本研究が始まる以前、菊永氏の提案する静電気計測法を僕は以下の記事で知りました。

【応物学会プレビュー】音で静電気を可視化へ、電子部品をリアルタイムに検査可能に
http://www.nikkeibp.co.jp/article/news/20110824/281618/

これを読んで「へぇー、こんな計測ができるんだ。面白そう。僕の集束超音波を使ったら局所的に振動させたりスキャンしたりできるんじゃないかな」などと思っていたところ、なんとその本人から連絡が!もともと僕の集束超音波に目を付けていたらしく、こちらも研究の概要をあらかじめ知っていたため、共同研究の話はトントン拍子で進みました。2011年10月のことでした。ちなみにそれ以前は、通常のスピーカに先のすぼまったホーンを取り付け、至近距離で鳴らして原理確認の実験をしていたとのこと。

なぜ静電気を測りたいのか

工場の生産ラインでは製品と機械が絶えず接触・剥離を繰り返し、あちこちで予期せぬ静電気が発生します。これは特に電子部品などにとって致命的です。静電気の発生は偶然性が高く予測しにくいため、怪しいところはとにかく対策しておくという方法がとられています。静電気の発生個所を計測し特定することができれば、効率よく対策することでコストを抑えることができます。

また普通の静電気計測法では、空間分解能を上げようとすると表面電位計を数mmまで近付ける必要がありました。それだと位置制御に細心の注意を払う必要がありますし、二次元的にスキャンするのも大変です。一方、集束超音波で振動させる方法では、超音波装置も受信用アンテナも対象から10 cmほど離して計測することができます。可動部なしでスキャンができ、また設定した周波数の信号が出てくるので周囲からの電気的影響を除外しやすいという特長もあります。

学会発表でもこの研究は評価され、静電気学会春季講演会 優秀賞、International Conference on Electrostatics Young Scientist Award、計測自動制御学会計測部門大会 研究・技術奨励賞、電気学会 優秀論文発表賞、を受賞しています。

ということで、今回は産総研・菊永氏と行っている共同研究について紹介しました。ご意見・ご要望などあれば、コメントやメール、ツイッターなどでお知らせいただけると反映するかもです。それではまた☆彡

これまでの連載:星貴之

超音波の話をしよう(10)「人工授粉」
https://media.dmm-make.com/item/3623/

超音波の話をしよう(9)「ショッカソン」
https://media.dmm-make.com/item/3613/

超音波の話をしよう(8)「Pixie Dust」
https://media.dmm-make.com/item/3579/

超音波の話をしよう(7)「ナイスステップ」
https://media.dmm-make.com/item/3577/

超音波の話をしよう(6)「集束超音波を広めたい」
https://media.dmm-make.com/item/2531/

超音波の話をしよう(5)「Graffiti Fur」
https://media.dmm-make.com/item/2529/

超音波の話をしよう(4)「lapillus bug」
https://media.dmm-make.com/item/2477/

超音波の話をしよう(3)「コロイドディスプレイ」
https://media.dmm-make.com/item/2413/

超音波の話をしよう(2)「集束超音波で遊んでみた」
https://media.dmm-make.com/item/2209/

超音波の話をしよう(1)「不触(さわらず)の誓い」
https://media.dmm-make.com/item/1577/

参考にしてくれた記事

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