Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics,Tohoku University 1 流動キャビテーションを利用した洗浄技術 東北大学 大学院工学研究科ナノメカニクス専攻 教授 祖山 均 共同研究者 山本松男教授(昭和大学歯学部) 黄基旭講師(東北大学大学院薬学研究科) 阿美克典医師(豊島病院) 平成27年5月29日(金) JST 新技術説明会 山本松男,インプラント周囲炎に対する取り組み(解説), 昭和歯学会雑誌, 25巻3号, pp.173-176 (2005).
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27 5 29 JST 流動キャビテーションを利用した ... · Titanium Using a Cavitating Jet, Journal of Biomechanical Science and Engineering, 9 (3), 2014, ... Water Jet Peening
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Transcript
Intelligent Sensing of Materials Lab., Department of Nanomechanics,TohokuUniversity
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2
研究の背景(1)(キャビテーションとは)
固体表面 マイクロジェット
キャビテーション気泡再膨張再膨張
衝撃波
水中
減 圧減 圧
100 374
1
218
圧力
p tat
m温度 tw ℃
液相
気相
固相
融解曲線
融解曲線
昇華曲線
昇華曲線
気化曲線
気化曲線
沸 騰
キャビテーション
加 圧加 圧
水の状態図
キャビテーションの発達・崩壊の模式図
.constgzpv
2
2
速度 圧力 揚程
単一球状気泡L.A.Crum, J. Pys, C8-285 (1979).
キャビテーションとは,液体の速度が増大することにより,圧力が減少して気体になる現象
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塑性変形ピット(祖山)
Drittes Physikalisches Institut, University of Göttingen
固体表面
マイクロジェット
キャビテーション気泡再膨張再膨張
衝撃波
水中
研究の背景(2)(気泡崩壊時に衝撃力発生)
W.Lauterborn and H. Bolle, J. Fluid Mech.,72, pp. 391-399.
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4
1 10 103102 1040.1
102
103
104
105
106
107
10
1
0.1
キャビテーションを発生させるのに必要な電力 (無次元化)
キャビテーションの
衝撃
エネル
ギー
(無次
元化
)
超音波
キャビテーション
材料試験アモルファス微粒子生成
常温核融合?
(ソノケミストリ-)(衝撃
エネル
ギー
=比
例定
数×
衝撃
力2×
発生
数)
100倍
超音波洗浄
超音波キャビテーション
超音波キャビテーションの限界
エネルギーを時間的・空間的に集中させる技術
衝撃エネルギー 10,000倍以上
新たな化学反応場非平衡場,電気化学的特異場
高温・高圧スポット
流動キャビテーションの利点流動キャビテーションの利点
独自の理論・技術【微細気泡列モデル】
米国特許取得US patent No. 6,855,208 B1特許4240972号
Flow
Flow
ベンチュリ管(漸次拡大管)
流動キャビテーション
キャビテーション噴流(急拡大管)
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流動キャビテーション試験装置流動キャビテーション試験装置
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流動キャビテーションの発光現象流動キャビテーションの発光現象
流れ方向
泡が消える場所が発光
東北電子産業㈱協力
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流動キャビテーションの発光強度流動キャビテーションの発光強度
上流側圧力
下流側圧力
発光強度
(東北電子産業㈱協力).
流動キャビテーションの発光強度
上流側圧力増大により発光強度増大
下流側圧力増大により発光強度増大
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従来技術とその問題点(キャビテーションとは)
歯周病 インプラント インプラント周囲炎
超音波スケーラキャビテーションが発生しているのか?
歯ブラシ・歯間ブラシmオーダの凹み内部の洗浄不可能
ウォータージェット汚れを押し込んでしまう?
歯ブラシ・歯間ブラシの毛先
インプラント表面のmオーダの凹凸
インプラント表面の歯垢
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超音波キャビテーション電子機器を処置部に接近させる必要がある
流動キャビテーション電子機器を処置部を離して設置可能
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新技術の特徴・従来技術との比較(1)(流動キャビテーションと超音波キャビテーションの比較)
33 W
150 W
上面図
超音波キャビテーション流動キャビテーション(最小)
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新技術の特徴・従来技術との比較(2)(キャビテーションジェットとウォータージェットの比較)
感圧紙による衝撃圧力の分布模様
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新技術の特徴・従来技術との比較(3)(種々の噴流)
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想定される用途(1)
M.Kikuchi et al., 7th Europerio, 2012, P0953
洗浄例-口腔洗浄(バイオフィルムの除去)M.Kikuchi, T.Takiguchi, J.Yamada, M.Yamamoto and H.Soyama, Evaluation of the Efficiency of Cleaning Dental Plaque on Titanium Using a Cavitating Jet, Journal of Biomechanical Science and Engineering, 9 (3), 2014, paper No. 14-00297.
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