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マイクロディスペンサのための中空磁歪振動子の特性評価

A39. マイクロディスペンサのための中空磁歪振動子の特性評価. 知能電気機器研究室 B4 　中村栄志. 研究背景. マイクロディスペンサ ( 微小 液体定量吐出装置 ) ⇒接着剤や半田の塗布、薬品の調合に利用. マイクロディスペンサ. マイクロディスペンサによる液滴噴射の様子. 現在の方式 ○空気圧 ( 主流 ) →応答性が悪く安定吐出が困難 (10 ⁻ ³ ～ 10 ⁻⁹ ℓ) ○圧電 ( 開発中 ) →素子が壊れやすい・高電圧電源が必要・ (10 ⁻ ¹²ℓ). 研究目的. 駆動体に磁歪材料 ( 鉄ガリウム合金 ) を用いて　 ○シンプル ○小型

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マイクロディスペンサのための中空磁歪振動子の特性評価

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Presentation Transcript

  1. A39 マイクロディスペンサのための中空磁歪振動子の特性評価 知能電気機器研究室 B4　中村栄志

  2. 研究背景 マイクロディスペンサ(微小液体定量吐出装置) ⇒接着剤や半田の塗布、薬品の調合に利用 マイクロディスペンサ マイクロディスペンサによる液滴噴射の様子 現在の方式 ○空気圧(主流)→応答性が悪く安定吐出が困難(10⁻³～10⁻⁹ℓ) ○圧電(開発中)→素子が壊れやすい・高電圧電源が必要・(10⁻¹²ℓ)

  3. 研究目的 駆動体に磁歪材料(鉄ガリウム合金)を用いて　 ○シンプル ○小型 ○堅牢 ○低電圧駆動 マイクロディスペンサの開発を目指す 　～特徴～ 　○発生磁歪が200～300ppm(鉄は6ppm程度) 　○延性材料　　　　　　○機械加工可能 　○高い引張強度　　　○高透磁率　 A：加工していない磁歪素子とB：ディスペンサの中空磁歪素子　 変位・周波数応答を測定し液滴噴射の可能性を検証

  4. ディスペンサの構成 作製したマイクロディスペンサ

  5. 磁歪材料の横磁歪効果 (縦磁歪) 磁界 Δl 伸び S S N N S N N S S N N S S N S N Δd (横磁歪) 縮み ●鉄ガリウム合金：縦磁歪200～300ppm 　　　　　　●鉄：縦磁歪6ppm 変位：ひずみ() 単位：ppm(1ppm=1×10⁻⁶)

  6. 液滴噴射の原理 磁界 縦磁歪効果 液滴 横磁歪効果 A-A’の断面図 治具 　磁界方向（赤色矢印）に磁歪素子が伸びる（縦磁歪） 　垂直方向（緑色矢印）に磁歪素子が縮む（横磁歪） 　→横磁歪によりガラス管が圧縮され液滴が噴射される

  7. システムの利点 ○高粘度の微小液滴を噴射(大発生力) ○小型(構造が簡単) ○低損失(磁歪収縮が直接伝わり伝達性がよい) ○低電圧駆動(高透磁率)

  8. 測定装置(変位の静特性) 変位量(磁歪量)の測定 縦磁歪は1方向、横磁歪は左右2方向から測定 縦磁歪→端部の4点 横磁歪→根元の3点 (横磁歪の変位は左右の測定結果を平均したグラフ）

  9. 縦磁歪の変位特性の比較 A 240ppm A：加工なし 4点の平均 140ppm B：ディスペンサ B 各点を平均化した変位測定結果 縦磁歪の各点の変位測定結果 A：加工していない磁歪素子の測定結果 B：ディスペンサの中空磁歪素子の測定結果 バラつきがあった A：240ppmB：140ppm

  10. 横磁歪の変位特性の比較 B：ディスペンサ B -40ppm 3点の平均 A：加工なし -80ppm A 横磁歪の各点の変位測定結果 各点を平均化した変位測定結果 A：加工していない磁歪素子の測定結果 B：ディスペンサの中空磁歪素子の測定結果 バラつきがあった A：-80ppmB：-40ppm ディスペンサ→加工していない場合の半分の縮み(横磁歪)!!

  11. 測定装置(周波数応答(X/I)) 共振点を調べる 縦磁歪は1方向、横磁歪は左右2方向から測定 縦磁歪→端部の4点 横磁歪→根元の1・3の2点

  12. A(加工なし)の場合の周波数応答 共振点(縦振動) ＋共振点(曲げ振動) 共振点(曲げ振動) 縦磁歪の共振周波数測定結果 横磁歪の共振周波数測定結果 横磁歪は微小変位→縦磁歪の結果から推測 縦磁歪：20kHzで変位増幅と180゜位相反転→共振点(縦振動)は20kHz 横磁歪：3kHzと20kHzで20dB～30dBの変位増幅→曲げ振動の影響 曲げ振動の様子

  13. B(ディスペンサ)の場合の周波数応答 共振点(曲げ振動) 共振点(縦振動) 共振点(曲げ振動) 縦磁歪の共振周波数測定結果 横磁歪の共振周波数測定結果 横磁歪は微小変位→縦磁歪の結果から測定 縦磁歪：30kHzで変位増幅と180゜位相反転→共振点(縦振動)は30kHz 横磁歪：20kHzで20dB～30dBの変位増幅→曲げ振動の影響 曲げ振動の様子

  14. 考察とまとめ 　まとめ ガラス管を入れた場合の中空磁歪素子の特性 ○-40ppmの横磁歪が得られる ○30kHzの高い共振周波数が得られる 　液滴噴射の可能性 ●のこぎり波やパルス波の電流を印加 ●高い共振周波数で駆動 →素子に急速な変化を生じさせ液滴噴射が可能

  15. ご静聴ありがとうございました

  16. 横振動の様子 測定場所によって測定結果に違い 縦磁歪：②での縦磁歪＞①での縦磁歪のように測定される 横磁歪：③での横磁歪＞④での横磁歪のように測定される

  17. 横磁歪の左右の足し合わせ 磁歪＋曲げの振動 が変位として測定される 左右からの変位の測定結果

  18. 変位の測定系

  19. 周波数応答の測定系

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