シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法ーーキャビテーションと音響流の最適化ーー1.0

超音波システム研究所は、
　超音波の伝搬現象に関する測定・解析・評価技術に基づいて、
　超音波加工、攪拌、化学反応・・にも利用可能な、
　マイクロバブルを利用した超音波洗浄機を開発しました。

推奨システム概要

１：超音波とマイクロバブルによる表面改質処理を行った
　　２種類の超音波振動子（標準タイプ　３８ｋＨｚ，７２ｋＨｚ)

２：超音波とマイクロバブルによる表面改質処理を行った
　　超音波専用水槽(標準タイプ　内側寸法：500*310*340mm)

３：脱気・マイクロバブル発生液循環システム

４：制御装置による、超音波出力と液循環の最適化制御システム

５：超音波テスターによる、音圧管理システム

＊特徴

超音波専用水槽による効果的な装置です

効率の高い超音波利用により
通常の水槽では強度・耐久性が不十分です

洗浄・攪拌・表面改質・・・対象と目的により
２種類の超音波（振動子）を組み合わせて制御します

推奨タイプの組み合わせは
　３８ｋHz、７２ｋHzの状態です

20μｍ以下のファインバブルを安定して利用する技術
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現状の超音波洗浄機を改良する方法
（超音波水槽と液循環の最適化技術を開発）

超音波システム研究所は、
　超音波水槽の構造・強度・製造条件・・・による影響と
　水槽内の液体の循環方法を設定することで
　超音波の伝搬状態を制御する技術を開発しました。

この技術は、
　複雑な超音波振動のダイナミック特性を
　各種の関係性について解析・評価することで、
　循環ポンプの設定方法（注）により、
　キャビテーションと加速度の効果を
　目的に合わせて設定する技術です。

注：水槽と循環液と空気の
　　境界の関係性に関する設定がノウハウです。
　　オーバーフロー構造になっていない水槽でも対応可能です。

具体的な対応として
　現状の水槽による、超音波を減衰させる問題点を
　液循環ポンプの設定により
　対策するということができます。

特に精密な、ナノレベルの洗浄に対しては
　メガヘルツの超音波発振プローブによる発振制御の追加対応を
　提案実施対応します　

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－－超音波の非線形現象を制御する技術による
　ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術－－

超音波処理1：：「粉末のナノ化」
超音波処理2：：「液体の均一化・流動性改善」

超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
「超音波による液体の均一化・流動性改善技術」を開発しました。

この技術は
　表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
　超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
　超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

さらに、
　具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
　効果的な超音波（キャビテーション・音響流）伝搬状態を、
　ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
　超音波の発振制御により実現します。

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応が実現しています

超音波の伝搬特性
１）振動モード（自己相関）
２）非線形現象（バイスペクトル）
３）応答特性（インパルス応答）
４）相互作用（パワー寄与率）
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超音波システム研究所は、
間接容器を利用した
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を開発しました。

この技術は
　表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
　超音波伝搬特性（解析結果）を利用（評価）して
　超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

さらに、
　具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
　効果的な超音波（キャビテーション・音響流）伝搬状態を、
　ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
　超音波の発振制御により実現します。

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。

超音波に対する
　定在波やキャビテーションの制御技術をはじめ
　間接容器に対する伝播制御技術・・・により
　適切なキャビテーションと音響流をコントロールします。

オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
　音響流の評価・・・・多数のノウハウ・・・を確認しています。

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超音波処理1：：「粉末のナノ化」
超音波処理2：：「液体の均一化・流動性改善」

超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
「超音波による液体の均一化・流動性改善技術」を開発しました。

この技術は
　表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
　超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
　超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

さらに、
　具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
　効果的な超音波（キャビテーション・音響流）伝搬状態を、
　ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
　超音波の発振制御により実現します。

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。

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下装置を利用した、超音波システム開発をコンサルティング対応します

＜＜脱気ファインバブル（マイクロバブル）発生液循環装置＞＞

１）ポンプの吸い込み側を絞ることで、キャビテーションを発生させます。
２）キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生します。
上記が脱気液循環装置の状態です

３）溶存気体の濃度が低下すると
キャビテーションによる溶存気体の気泡サイズが小さくなります。
４）適切な液循環により、
20μ以下のファインバブル（マイクロバブル）が発生します。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態です。

５）上記の脱気ファインバブル（マイクロバブル）発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
ファインバブル（マイクロバブル）を超音波が分散・粉砕して
ファインバブル（マイクロバブル）の測定を行うと
ウルトラファインバブルの分布量がファインバブルの分布量より多くなります
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態です。
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超音波システム研究所は、
超音波の非線形性に関する「測定・解析・制御」技術を応用した、
超音波の＜解析・評価＞方法（システム）を開発しました。

この技術を利用した
脱気マイクロバブル発生液循環システムの
コンサルティングを行っています。

複雑に変化する超音波の利用状態を、
　安定した状態で利用（制御）するために
　現場にある、具体的な水槽に対して
　脱気マイクロバブル発生液循環システムを追加セットする
　コンサルティングを行います。

１：原理の説明
２：洗浄機（装置）に合わせた具体的な提案
３：ノウハウ説明
４：確認方法、調整方法、メンテナンス方法の説明

ファインバブルとメガヘルツ超音波による非線形振動制御技術開発

この技術について
「超音波を利用した振動測定技術」としてコンサルティング対応しています。

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）
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超音波システム研究所は、
オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）による
以下の対応を行っています

1）超音波システム（音圧測定解析、発振制御）の製造販売
2）超音波利用技術に関するコンサルティング対応

＜＜製造販売＞＞
１）オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）
　システム概要（標準システム）
　：：超音波テスターＮＡ　１０ＭＨｚタイプ
　：：発振システム２０ＭＨｚタイプ
　価格　２８１，０５０円（税込：消費税１０％）

２）脱気ファインバブル発生液循環装置
　装置概要
　：：マグネットポンプ
　　（イワキ　マグネットポンプMDシリーズ　MD-70RZ）
　：：タイマー
　：：ホース他
　価格　９９，０００円（税込：消費税１０％）

３）その他（出張対応：納品・設置・操作説明・・・）
　コンサルティング費用
　（出張条件・・・に合わせた見積もりを提案します）

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超音波システム研究所は、
超音波の音圧データ解析結果、バイスペクトルの変化による、
超音波伝搬現象に関する分類方法を開発しました。
この分類を、シャノンのジャグリング定理に応用して
「メガヘルツ超音波のダイナミック制御方法」を開発しました

この技術を、コンサルティング提案・実施対応しています。

超音波伝搬現象を、安定して効率よく利用するためには
超音波の伝搬特性として、発振機や振動子以外の条件に関する
応答特性・相互作用の検討や
専用治工具の開発も必要です

発振波形や制御条件を検討することで
新しい超音波の効果（注１：オリジナル非線形共振現象）を発見できます
非線形現象を主要因とした、超音波現象を目的に合わせて利用することで
効率の高い超音波利用が実現します

特に、ナノレベルの超音波技術での実績が増えています

注１：オリジナル非線形共振現象
　オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
　共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
　超音波振動の共振現象

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＜超音波のダイナミック制御システム＞

超音波の伝搬状態をシステムとしてとらえ、解析と制御を行う

多くの超音波利用の目的は、
　対象物・対象液に伝搬する超音波の
　非線形現象の予測あるいは制御にあります。

しかし、多くの実施例で
　キャビテーションによる理論と
　実際の違いによる問題が多数指摘されています。

この様な事例に対して
　１）障害を除去するものは
　　　時系列で変化する超音波について、
　　　音圧データの統計的データ処理である
　　　＜超音波伝搬状態の計測・解析技術＞

　２）対象に関するデータの解析の結果に基づいて
　　　対象の音響特性を確認する
　　　＜対象物の表面弾性波や
　　　　対象液の音響流に関する音響特性を検出する技術＞

　３）特性の確認により
　　　超音波のダイナミック制御の実現に進む
　　　＜非線形現象をコントロールする技術
　　　　複数の超音波に対するスイープ発振制御＞

以上の方法により
　超音波を効率的な利用状態に改善し
　目的とする超音波の利用を実現した
　オリジナル超音波制御システムの実施例が多数あります （詳細を見る）

超音波システム研究所は、
　流れとかたちに関する「コンストラクタル法則」を利用した、
　超音波洗浄技術を開発しました。

＜参考＞
１）振動について
ロイヤル・インスティテューション １３３回「振動」より
機械工学の重要な一分野のほとんどすべてを、
ここに記述してみようと思っている
【著者】リチャード・ビジョップ　
【訳者】中山秀太郎　　講談社（1981年　Ｂ－４７１）

２）流れとかたち
　すべてのかたちの進化は
　流れをよくするという「コンストラクタル法則」が支配している!
【著者】　 Adrian Bejan　　 J. Peder Zane
【訳者】　柴田裕之　【解説者】　木村繁男　　紀伊國屋書店 (2013年)

３）サイバネティクスはいかにしてうまれたか
【著者】　ノーバート・ウィナー　
【訳者】　鎮目恭夫　　みすず書房（1956年）

上記を参考・ヒントにして
　超音波伝播現象における
　「非線形効果」を測定・利用する技術を
　流れをよくするという「コンストラクタル法則」で
　整理することで、超音波洗浄技術にまとめています。
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超音波システム研究所は、
超音波水槽内の液体に伝搬する
超音波の状態を測定・解析する技術を応用して、
水槽の構造・強度・製造条件・・・による影響と液循環の状態を
目的に合わせた超音波の伝搬状態に設定・制御するシステムを開発しました。

超音波水槽内の液循環をシステムとしてとらえ、解析と制御を行う
多くの超音波（水槽）利用の目的は、水槽内の液体の音圧変化の予測あるいは制御にあります。
しかし、多くの実施例で、 理論と実際の違いによる問題が多数指摘されています。

この様な事例に対して
１）障害を除去するものは
統計的データの解析方法の利用である
＜超音波伝搬状態の計測・解析技術＞

２）対象に関するデータの解析の結果に基づいて
対象の特性を確認する
＜対象物の表面弾性波に関する音響特性を検出する技術＞

３）特性の確認により制御の実現に進む
＜非線形現象をコントロールする技術＞

上記の方法により
超音波を効率的な利用状態に改善し
目的とする超音波の利用を実現した
オリジナルシステムの実施例が多数あります
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