超音波洗浄の本質（非線形現象としての音響流）1.00

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」を利用して
「超音波による化学反応を制御する技術」を開発しました。

この技術は
　容器の相互作用を測定確認することで
　メガヘルツの超音波発振プローブによる超音波制御（注）により
　目的に合わせた、超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

注：超音波制御
２種類の非線形共振型超音波発振プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定により
高い音圧の共振現象と、
高調波の発生現象（非線形現象）による、
３０ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

注：超音波制御「精密洗浄事例」
　スイープ発振　７０ｋＨｚ～１５ＭＨｚ　１５Ｗ
　パルス発振　　１３ＭＨｚ　８Ｗ

注：超音波制御「ナノレベルの攪拌事例」
　スイープ発振　８８０ｋＨｚ～２２ＭＨｚ　１２Ｗ
　パルス発振　　１４ＭＨｚ　１０Ｗ

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
　ナノレベルの反応・対応が実現しています

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超音波システム研究所は、
　超音波伝搬状態の測定データを
　バイスペクトル解析することで、
　超音波振動が伝搬する現象に関する分類方法を開発しました。


今回開発した分類に関する方法は、
　超音波の伝搬状態に関する
　主要となる周波数（パワースペクトル）の
　ダイナミック特性（非線形現象の変化）により
　線形・非線形の共振効果を推定します。

これまでのデータ解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つのタイプに分類することができました。

　１：線形型
　２：非線形型
　３：ミックス型
　４：変動型

　上記の各タイプに基づいた装置開発・制御設定・・・
　成功事例が多数あります。


この技術を
　コンサルティング対応として提供します

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（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：解析には下記ツールを利用します
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
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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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超音波の音圧測定・解析・評価技術を応用

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（システム技術）を開発しました。

この技術を利用した
超音波装置の＜計測・解析・評価＞対応を行います。

具体的な対応・費用・・・については
メールでお問い合わせください

＊コメント＊

現状、超音波利用に関して

利用目的に対して最適な超音波の状態を

検出・確認することは大変難しいと思います

そこで、超音波に関する日常管理に「音圧データ」を取り入れることで

最終評価状態（不良率、歩留まり、・・・）との関係を

統計データの蓄積と解析を通して、解決したいと考えて実施してきました

時系列データの解析技術（注）を利用して分析することで

効果的な改善が実現するようになりました

このような改善を継続した結果

低出力の超音波発振制御にによる成功例が増えたことで

オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）を、

２０２１年３月より製造販売しています
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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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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、
超音波洗浄器に関して、
メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用することで、
１－１００ＭＨｚの音響流（超音波伝搬状態）制御を可能にする
超音波洗浄技術を開発しました。

超音波伝搬状態の測定・解析・評価・技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・・・への新しい応用技術です。

各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
　２０Ｗ以下の超音波出力で、１０００リッターの水槽でも、
　対象物への超音波刺激は制御可能です。

弾性波動に関する工学的（実験・技術）な視点と
　抽象代数学の超音波モデルにより
　非線形現象の応用方法として開発しました。

ポイントは
　治工具（弾性体：金属・ガラス・樹脂）の利用です、
　対象物の条件・・・により
　超音波の伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象として
　対処することが重要です

様々な分野への利用が可能になると考え
　各種コンサルティングにおいて提案実施しています。
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超音波システム研究所は、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した、全く新しい、
　＜＜表面弾性波の伝搬状態をコントロール技術＞＞を開発しました。

これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
　超音波の非線形現象に関する「測定・解析・評価」技術を応用します。

建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
　に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。

この技術について、コンサルティング対応しています。

注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境

　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数
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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜統計的な考え方について＞
　統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、
　具体的なものとの接触を通じて
　抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、
　これが統計数理の特質である
　　科学の中の統計学　赤池 弘次 (編集)より

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞
( 考察する場合の注意事項 )

１）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります

２）モデルの本質を考えるためには、
　圏論を利用することが有効だと考えています
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プログラム

1）．超音波・ファインバブル（マイクロバブル）に関する基礎知識と発生メカニズム
１．超音波の基礎
２．超音波振動の伝搬現象
３．ファインバブル（マイクロバブル）

2）．超音波・ファインバブル（マイクロバブル）による洗浄方法とそのメリット
１．洗浄の基礎
２．物理作用・化学作用・相互作用
３．ファインバブルのメリット
　
3）．超音波洗浄装置の考え方と導入・開発・改善ノウハウ
１．水槽・振動子の設置方法
２．マイクロバブル発生液循環システム

4）．洗浄の具体的適用例と、
　　洗浄効果実績のある超音波洗浄装置の具体例


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＜論理モデルの作成について＞（情報量基準を利用して）
１）各種の基礎技術に基づいて、対象に関する、
　D1=客観的知識（学術的論理に裏付けられた理論）
　D2=経験的知識（これまでの結果）
　D3=観測データ（現実の状態）
　からなる 「情報データ群 」、DS＝(D1,D2,D3) を明確に認識し
　その組織的利用から複数のモデル案を作成する

２）統計的思考法を、
　情報データ群（DS）の構成と、
　　それに基づくモデルの提案と検証の繰り返し
　　によって情報獲得を実現する思考法と捉える

３）AIC の利用等の評価方法により、
　様々なモデルの比較を行い、最適なモデルを決定する

４）作成したモデルに基づいて、超音波装置・システムを構築する

５）時間と効率を考え、
　以下のように対応することを提案しています
５－１）「論理モデル作成事項」を考慮して
　　　「直感によるモデル」を作成し複数の人が検討する
５－２）実状のデータや新たな情報によりモデルを修正・検討する
５－３）検討メンバーが合意できるモデルにより
　　　装置やシステムの具体的打ち合わせに入る
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超音波システム研究所は、
超音波制御により表面弾性波を利用した、
応用技術を開発しました。

超音波と表面弾性波の組み合わせにより
　ダイナミックな超音波伝搬制御を実現します。

ポイントは
　表面弾性波による非線形現象を
　効率の高い状態で制御可能にする
　設定です。

上記の具体的な技術として
　水槽・治工具・・・と超音波の相互作用による
　非線形現象（バイスペクトル）を
　目的（洗浄、攪拌、応力緩和、検査・・）に合わせて制御する
　システム技術を開発しました。

超音波の伝搬状態の測定・解析技術を利用した結果、
　高調波の制御を実現していること
　非線形現象を調整できることを確認しています。

システムの音響特性を
　（測定・解析・評価）確認して対応することがノウハウです

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超音波システム研究所は、
小型ポンプを利用した液循環により
超音波の伝搬状態に関して、非線形現象をダイナミックに制御する
「超音波制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる解析で、非線形現象を評価します。
超音波（超音波洗浄機、超音波プローブ、・・）の複雑な変化を、
超音波発振と超音波受信による音圧の時系列データ解析で、各種の相互作用を確認します。
相互作用の確認に基づいて、超音波プローブによる発振制御条件を最適化する事で、
目的に合わせた、ダイナミックな超音波コントロールシステムを実現します。

実用的には、超音波洗浄の場合、
現状の液循環装置について、ＯＮ／ＯＦＦ制御（あるいは流量・流速・・・の制御）を
装置の設置状態、対象物を含めた表面弾性波に関する、超音波の伝搬特性を考慮して
超音波の出力・発振周波数・制御条件・・・を最適化します。

特に、ポンプの振動特性を利用して、
液体と気体を交互に循環させる・・・により、
新しい超音波・マイクロバブルの非線形効果を実現しています。
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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
超音波洗浄機の改良（コンサルティング対応）を行っています。

現状の超音波洗浄機に対して
　音圧測定・解析に基づいた、改良方法を提案・実施します。

具体的には、
超音波の測定解析が容易にできる
　「オリジナル製品：超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」による
　超音波洗浄機の測定・確認により
　改善レベルについて打ち合わせ相談します。

改善レベルに合わせて
超音波の発振制御が容易にできる
「オリジナル製品：超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）」
　の利用を提案します。

水槽や洗浄液、洗浄物や洗浄レベルの状態・・・により
　脱気ファインバブル発生液循環装置を提案します。

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（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

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