ピエゾアクチュエータを用いた超音波粉末試料充填装置の開発

使用压电执行器的超声波粉末样品填充装置的开发

• 批准号: 19917013
• 负责人: 熊澤 克芳
• 金额: $ 0.49万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19917013/
• 关键词: ピエゾアクチュエータ; 粉末X線回折実験; 試料充填

《研究目的》ピエゾアクチュエーターを用いた超音波振動により、X線回折実験用粉末試料を短時間でガラスキャピラリーに充填することができる装置を開発する。《研究方法》粉末試料充填実験装置は、ピエゾアクチュエーター(積層型圧電素子)の上下振動をガラスキャピラリーに印可する構造を基本として設計し、CADを用いて作成した製図に基づき旋盤・フライス盤等の工作機械を用いて精密製作した。次に、製作した装置を用いて、電子化学天秤で一定量秤量したX線回折実験用粉末試料(SRM674a,アルミナ)をいれたガラスキャピラリーを、ファンクションジェネレータにより振幅0.5V、500Hzの正弦波を発生させ、高圧電源で100倍に増幅し,ピエゾアクチュエーターを上下振動駆動させて充填実験を行った。装置に用いたピエゾアクチュエーターは、電源との関係から超音波域で駆動することが出来なかったため、周波数は500Hz固定で行った。充填されたガラスキャピラリーを実際にX線回折装置で調べ、粉末試料充填装置を評価した。《研究成果》製作したピエゾアクチュエータ(積層型圧電素子)を用いた粉末試料充填装置では、一度途中詰まりが発生するとそれ以上充填が進まないことが判明した。上下のストローク(振幅)が小さいことが原因と考え、振幅を増幅する部品を考案し充填実験を行った。その結果、振幅を約3倍に増幅でき、約1/2の確率で充填を完了することができるまでに改良できた。充填を完了したキャピラリーを実際にX線回折装置で調べたところ、X線回折実験用粉末試料として充分使用できることを確認した。以上の結果から、ピエゾアクチュエータ(積層型圧電素子)は、周波数および振幅や衝撃力が不足しており、充填用振動子として不向きであると考えられる。

[研究目的] 开发一种能够使用压电促动器利用超声波振动快速将粉末样品填充到玻璃毛细管中进行 X 射线衍射实验的装置。 [研究方法] 粉末样品填充实验装置是基于将压电致动器（层状压电元件）的垂直振动施加于玻璃毛细管的结构而设计的，并根据所创建的图纸对车床、铣床等进行机械加工使用 CAD 精密制造。接下来，使用所制作的装置，使用含有使用电子化学天平称量的用于X射线衍射实验的粉末样品（SRM674a，氧化铝）的玻璃毛细管来产生振幅为0.5V和500的正弦波。使用函数发生器进行填充实验，使用高压电源将温度放大100倍并驱动压电执行器进行垂直振动。该装置中使用的压电执行器由于其电源的原因无法在超声波范围内驱动，因此频率固定为500Hz。使用X射线衍射装置实际检查填充的玻璃毛细管以评估粉末样品填充装置。 《研究结果》发现，使用所制造的压电致动器（层状压电元件）的粉末样品填充装置一旦发生堵塞就无法继续进行。我们认为原因是垂直行程（振幅）较小，因此设计了放大振幅的组件并进行了填充实验。结果，我们能够将振幅放大约3倍，并将填充过程改进到可以以约1/2的概率完成填充的程度。当使用X射线衍射装置实际检查填充的毛细管时，证实其可以令人满意地用作X射线衍射实验的粉末样品。根据以上结果，认为压电致动器(层状压电元件)的频率、振幅和冲击力不足，因此不适合作为填充振动器。