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超音波レビテーションとその産業応用

超音波/音響レビテーションは、軽量で敏感な材料の非接触ベアリングや非接触サンプルハンドリングのための工業的に証明されたオプションです。超音波浮遊とその産業および科学における応用について、さらに詳しくご覧ください!

超音波レビテーションの応用

音響レビテーションは、非接触でのマテリアルハンドリングやサンプルの位置決めのために、科学的に証明され、工業的に採用されている方法です。超音波浮上は非接触のハンドリング方法として、表面に敏感で壊れやすいワーク、例えばウェハー、マイクロチップ、薄いガラス板などを機械的な衝撃を与えることなく操作するために使用されます。材料やサンプルを非接触で取り扱うことができるため、超音波浮上は産業、科学、分析のアプリケーションに導入されています。
産業界では、マイクロチップやその他の小さくデリケートな物体は、軽い物理的接触でさえダメージを受けやすいため、超音波浮上は非接触で容器を使わない信頼性の高い方法として使用されている。もう一つの応用分野は、容器の影響を受けるような非常に高純度の材料や化学反応物の取り扱いである。

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超音波/音響浮遊は、繊細な材料(マイクロチップ、分析サンプル、高純度物質など)の非接触ハンドリングに使用されます。

一軸音響レビテーターにおけるポリプロピレン球体の浮上位置。(b)H1=7.45mm、(d)H3=21.55mm。
(研究・写真:© Andrade et al.)

このビデオでは、音響浮遊を使って固体や液体の粒子を空中に浮遊させます。Hielscher UP400St(標準的な400ワットの超音波ホモジナイザー)を100%の振幅で使用しています。浮遊には、低振幅よりも高振幅の方が効果的です。この実験で使用したソノトロードは、100%の設定で118マイクロメートルの振動を発生させた。Hielscher社は、マイクロチップの非接触リフティング、シリコンウエハーや携帯電話ディスプレイの非接触搬送用の商用グレードのレビテーターを供給している。レビテーターのセットアップを使用すると、ホバリング結晶を成長させて研究したり、宙に浮いた状態で微小液滴を反応させたりすることができる。

超音波レビテーション - 超音波定在波デモ - UP400St

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超音波レビテーションによる非接触ハンドリング

  • 物理的な力に敏感な物体(マイクロチップなど)
  • 不導体材料
  • 高純度材料
  • 化学反応体
  • 生体試料、分析試料
  • 結晶学用タンパク質

超音波レビテーションの動作原理

音響浮遊とは、流体、通常は気体(空気など)に超音波を印加することである。超音波が気体中を伝わると、音波が重力の力を打ち消す。 – その結果、物体は空中で支持されずにホバリングすることができる。音波の中で物体が自由に浮遊するというこの効果には、定在波という現象が必要である。定在波は、反対方向から来る2つの同じ波が互いに重なり合うときに形成されます。そのため、音響浮遊のセットアップでは、超音波トランスデューサを使用して縦方向の圧力波を発生させ、反対側の反射板でその波を反射させることで、両側から来る同じ波が重なって定在波を形成します。

超音波レビテーターの概略図とノード内の小さな剛体球の位置。

トランスデューサ/エレベータと反射鏡の間に生じる平面定在波の圧力節点における、小さな剛体球の音響浮遊。
(研究・写真:© Andrade et al.)

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ノードとアンチノード 強い超音波の縦波圧力波によって、空中で非接触でホバリングすることができる。このような定在超音波にはノードが定義されている。ノードは圧力が最小の領域であり、反ノードは圧力が最大の領域と定義される。定在波の節は音響浮揚の中心にある。
超音波レビテータは、超音波プローブ(ソノトロード)の上に定在波フィールドを配置し、反射板を使用することで機能する。

超音波浮上装置

Hielscher Ultrasonics 社は、高品質・高性能の超音波機器の設計・製造・販売において、長年にわたる豊富な経験を有しています。音響浮上のために、Hielscherは2つの標準タイプの浮遊装置を提供しています:
 

音響浮遊アプリケーション用超音波プロセッサUIP500hdT。超音波プロセッサUP400Stはコンパクトなシステムで、トランスデューサとジェネレータが頑丈なハウジングに組み込まれています。500Wの強力な浮遊子UIP500hdTは、トランスデューサとジェネレータが分離されています。IP64グレードのトランスデューサを搭載したUIP500hdTは、過酷な環境での設置に最適です。
超音波レビテータは、単体または並列で設置することができ、高速、高スループットの処理ラインで動作することが可能です。
特殊な要求に対しては、Hielscher Ultrasonicsはカスタマイズされた独自の浮上機も設計・製造しています。

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このビデオでは、水滴の音響浮遊が実演されている。立っている超音波が小さな水滴を空気中に浮遊させている。超音波浮遊装置は、非接触で材料やサンプルを取り扱う方法として使用されます。

液滴の超音波レビテーション

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文献・参考文献


高性能超音波!ヒールシャーの製品範囲は、コンパクトなラボ用超音波装置からベンチトップユニットまでの全スペクトルをカバーしています 卓上型超音波システム フルインダストリアル超音波システムまで。

Hielscher Ultrasonics社は、高性能の超音波ホモジナイザーを製造しています。 ラブ への 工業用サイズ。

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