01　音をつくる：空中超音波音源の設計と小型化

空気中へ効率よく超音波を放射するために、振動する構造そのものを設計します。

キーワード：振動子 ／ 振動板 ／ 小型化 ／ 指向性

空気中に強い超音波を伝えるには、振動子の動きと振動板の形状を適切に組み合わせる必要があります。当研究室では、たわみ振動板や反射板を利用した音源、振動子と放射部を一体化した小型音源などを開発してきました。有限要素法による解析と、振動変位・音圧・指向性の測定を照合し、用途に応じた放射特性を検討しています。近年は、複数の音源を並べて音の集まる位置を制御するフェーズドアレイへの利用を目指し、小さな振動面を持つ振動子の設計にも取り組んでいます。

主な検討項目
小型化と音圧の両立、不要な振動モードの抑制、側面から放射される音の影響を調べます。

研究の位置づけ
小型音源・高指向性音源は査読論文で報告。アレイ用の小型振動子は修士・卒業研究で検討。

02　長く使う：超音波音源の耐久性と疲労寿命

強く振動させる音源を長時間使うために、破損の仕組みと寿命を調べます。

キーワード：疲労 ／ 応力解析 ／ 長時間駆動 ／ 信頼性

超音波音源は、短い時間でも非常に多くの振動を繰り返します。振動が集中する部分では、金属疲労によってき裂が生じ、音源の性能が低下することがあります。当研究室では、構造内の振動応力を解析し、長時間の駆動試験と組み合わせて疲労寿命を評価しています。破損前後の電気特性・振動変位・音圧の変化を調べ、応力と破損までの振動回数の関係を示すS–N曲線に基づく評価を進めています。材料や形状を変えた検討を通じて、音源の信頼性を高める設計につなげます。

主な検討項目
応力が集中する部分の形状、加工精度、材料、駆動条件と特性変化の関係を調べます。

研究の位置づけ
アルミニウム製音源の疲労寿命評価を2026年の査読論文で報告。材料を変えた評価は卒業研究で検討。

03　波形をつくる：広帯域超音波音源と波形制御

使える周波数の幅を広げ、測定に適した超音波の波形をつくります。

キーワード：積層圧電アクチュエータ ／ 薄膜振動板 ／ チャープ信号 ／ パルス圧縮

共振を利用する超音波音源では、大きな音圧が得られる周波数の範囲が限られます。当研究室では、積層圧電アクチュエータと薄膜振動板を組み合わせ、振動面の寸法・材料・分割構造が周波数特性に与える影響を調べています。また、周波数を時間とともに変えるチャープ信号で駆動し、受信信号の処理によって短いパルスに相当する信号を得るパルス圧縮を検討しています。音圧と帯域の両立を課題として、空中超音波による計測や非破壊検査への応用を目指しています。

主な検討項目
振動板の材料・接着条件・分割構造と、音圧、周波数帯域、時間分解能の関係を調べます。

研究の位置づけ
修士・卒業研究で音源の試作と特性評価、チャープ駆動・パルス圧縮を検討。

04　乾燥を促す：空中超音波による非接触乾燥

濡れた試料に音波を照射し、温度上昇を抑えながら乾燥を促進する条件を調べます。

キーワード：非接触 ／ 定在波音場 ／ 含水率 ／ 温度測定

空気中に放射した超音波を用いて、濡れた布などを音源に接触させずに乾燥させる研究を行っています。向かい合う音源で強い定在波音場をつくり、含水率、試料温度、音圧分布を測定して乾燥の進み方を評価します。これまでに、実験条件下で試料の温度上昇を抑えながら乾燥が促進されることを確認しました。さらに、試料の位置・大きさ・含水率によって音場が変わることに着目し、音圧分布の変化と乾燥効果の関係を調べています。熱に敏感な材料への応用を目指した基礎研究です。

主な検討項目
試料を置く位置や含水率による音場の変化、乾燥速度と試料温度の関係を調べます。

研究の位置づけ
乾燥中の試料温度を2023年の査読論文、音圧分布と乾燥効果の関係を2025年の査読論文で報告。

05　液滴と粒子を動かす：液体の霧化と微粒子の凝集

超音波で液滴を細かくし、空気中の微粒子を集める仕組みを調べます。

キーワード：霧化 ／ 液滴 ／ エアロゾル ／ 凝集

液体の霧化
液体の霧化では、空中の強い音場を利用する非接触方式と、液滴を振動板に直接供給する方式を研究しています。液体の性質、供給量、入力電力が霧化量や粒径に与える影響を評価し、目的に応じた霧化方法を検討します。

微粒子の凝集
微粒子の凝集では、空気中に浮遊する粒子へ超音波を照射し、粒子同士の衝突によって粒径を大きくする現象を利用します。小型音源や配管に接続できる音源を用い、装置の大きさ・流れ・入力電力と凝集効果の関係を調べ、集じんの前処理への応用を目指しています。

主な検討項目
霧化は接触・非接触の方式ごとに評価し、凝集は粒径の変化と装置条件を調べます。

研究の位置づけ
非接触霧化・振動板への直接供給による霧化、小型装置・配管内での凝集を査読論文で報告。

06　振動で接合する：超音波複合振動と金属接合

異なる方向の振動を組み合わせ、金属接合に適した動きをつくります。

キーワード：縦振動 ／ ねじり振動 ／ ホーン ／ 異種金属接合

超音波による金属接合では、重ねた金属に圧力と振動を加えます。当研究室では、縦振動とねじり振動を組み合わせ、接合部を平面状・楕円状に動かす複合振動源を開発しています。ホーンの形状によって各振動の振幅を調整し、接合チップを備えた構造の設計と実測を行います。銅・アルミニウムなどの接合実験を通じて、接合時間や試料の向きと、引張せん断強度・十字引張強度の関係を評価しています。装置の扱いやすさと接合性能の両立を目指しています。

主な検討項目
複合振動の軌跡、ホーンによる振幅調整、接合条件と強度の関係を調べます。

研究の位置づけ
振動源の設計、振幅の個別調整、接合強度の評価を査読論文で報告。

音響材料と測定装置

超音波領域の吸音材を評価する簡易装置を製作し、音場の乱れや測定の再現性を検討しています。定量評価に向けた測定方法の改良も課題です。

オーディオ回路と聴取評価

イコライザやアンプ、周波数成分を可視化するスペクトラムアナライザを設計・製作しています。聴取評価では、可聴域の条件をそろえることを課題として、回路特性と評価方法を検討しています。

3Dプリンタによる試作

実験用の治具や部品の製作に向け、樹脂製ねじなどを用いて造形精度と強度を評価し、造形方向や充填率の影響を調べています。