洗浄で使われる超音波技術ノウハウーー音響流：非線形現象の測定解析評価技術ーー1.00

超音波システム研究所は、
複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術を開発しました。

この技術は
　定在波の制御技術に加え、
　各超音波振動子の出力を調整することで、
　キャビテーションと加速度の非線形効果を
　目的に合わせて変化させるという技術です。

周波数４０ｋＨｚ、出力５０Ｗの超音波振動子を利用して、
　１ミリの金属を1ミクロンの分散状態にすることも、
　ダメージを発生させずに洗浄することも可能です。

オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
　振動子の固有の特徴に合わせた、
　超音波利用技術として、各種を確認しています。

これは、新しい超音波技術であり、
　超音波のダイナミック特性による一般的な効果を含め
　新素材の開発、攪拌、分散、洗浄、化学反応実験・・・
　に大きな特徴的な固有の操作技術として、
　　利用・発展できると考えています。

超音波の伝搬特性
１）振動モード（自己相関の変化）
２）非線形現象（バイスペクトルの変化）
３）応答特性（インパルス応答の解析）
４）相互作用（パワー寄与率の解析）

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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、
　多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
　「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して
　超音波利用に関するコンサルティング対応を行っています。

超音波テスターを利用したこれまでの
　計測・解析・結果（注）を時系列に整理することで
　目的に適した超音波の状態を示す
　新しい評価基準（パラメータ）を設定・確認します。

注：
　非線形特性（音響流のダイナミック特性）
　応答特性
　ゆらぎの特性
　相互作用による影響

統計数理の考え方を参考に
　対象物の音響特性・表面弾性波を考慮した
　オリジナル測定・解析手法を開発することで
　振動現象に関する、詳細な各種効果の関係性について
　新しい理解を深めています。

その結果、
　超音波の伝搬状態と対象物の表面について
　新しい非線形パラメータが大変有効である事例による
　実績が増えています。

特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・
　良好な確認に基づいた、制御・改善・・・が実現します。

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超音波システム研究所は、
　超音波の発振制御による、表面弾性波の伝搬状態について
　低周波と高周波の組み合わせによる
　共振現象・非線形現象をコントロールする技術を開発しました。
　新しい超音波伝搬部材（ステンレス線、チタン製ストロー・・）
　の利用により、目的に合わせた効率の高い超音波利用が可能になります。

超音波テスターの音圧データの測定解析により
　表面弾性波の複雑な変化を、
　利用目的に合わせて、コントロールするシステム技術です。

実用的には、
　複数（２種類）の超音波プローブによる
　複数（２種類）の発振（スイープ発振、パルス発振）が
　複雑な振動現象（オリジナル非線形共振現象）を発生させることで
　高い音圧で高い周波数の伝搬状態、あるいは、
　目的の固有振動数に合わせた低い周波数の伝搬状態を実現します。

特に、水槽やポンプ・・振動特性とメガヘルツ超音波の最適化により、
　効率の高い超音波制御
　（３０Ｗ出力で、３０００リットルの洗浄液に伝搬）を実現します。
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超音波システム研究所は、
超音波の測定解析が容易にできる
「超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」を製造販売しています。
このシステムの（ノウハウを含めた）
　製造技術・データの解析評価技術を提供します。

システム概要（推奨システム：：超音波テスターＮＡ）

内容
　超音波洗浄機の音圧測定専用プローブ　１本
　超音波測定汎用プローブ　　１本
　オシロスコープセット　１式
　解析ソフト・説明書・各種インストールセット　１式

特徴
　＊測定（解析）周波数の範囲
　　仕様　０．１Ｈｚ　から　１０ＭＨｚ
　＊超音波発振
　　仕様　１Ｈｚ　から　１００ｋＨｚ
　＊表面の振動計測が可能
　＊24時間の連続測定が可能
　＊任意の２点を同時測定
　＊測定結果をグラフで表示
　＊時系列データの解析ソフトを添付

超音波プローブによる測定システムです。
　超音波プローブを対象物に取り付けて発振・測定を行います。
　測定したデータについて、
　位置や状態と、弾性波動を考慮した解析で、
　各種の音響性能として検出します。

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超音波システム研究所は、
超音波の制御を効率良く行うことができる
＜＜脱気ファインバブル（マイクロバブル）発生液循環装置＞＞による
超音波洗浄機の製造・開発方法・・をコンサルティング対応しています。

超音波洗浄機（脱気ファインバブル発生液循環システム）
－－超音波洗浄システム　KT0600K－－

１）洗浄槽
　材質　　　　：ＳＵＳ３０４（ｔ＝　３．０ｍｍ　）
　寸法（内寸）：Ｗ５３０×Ｄ５３０×Ｈ３７０ｍｍ

２）液循環
　脱気ファインバブル発生液循環システム
　公称流量 １２－３０Ｌ／ＭＩＮ

３）超音波（電源：ＡＣ　１００Ｖ）ＭＵ－３００
　振動子サイズ　２６０＊１５０＊９０ｍｍ
　発振機サイズ　３２０＊４２０＊１４５ｍｍ
　周波数　１）　２８ｋＨｚ　　出力　３００Ｗ（ＭＡＸ）
　周波数　２）　４０ｋＨｚ　　出力　３００Ｗ（ＭＡＸ）
　周波数　３）　７２ｋＨｚ　　出力　３００Ｗ（ＭＡＸ）


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（超音波洗浄機の測定・解析に基づいた制御システムを開発）

超音波システム研究所は、
　超音波洗浄機の液体に伝搬する
　超音波洗浄機の状態を測定・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洗浄機の状態に
　設定・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（注１）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２）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１：超音波システム研究所のオリジナル技術
　　　「音色」を考慮した「超音波発振制御」技術を利用しています

注２：洗浄機と洗浄液と空気の
　　各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洗浄水槽でも対応可能です。

　　ミクロ流の自己組織化について
　　脱気・曝気・超音波・水槽表面の弾性波動・・・により
　　音響流のコントロールが可能になりました。
　
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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
脱気ファインバブル発生液循環システム追加の出張対応を行っています。

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
　脱気ファインバブル発生液循環システムを
　追加セット・音圧測定確認する
　出張サービスを行います。

＜＜脱気ファインバブル発生液循環技術の説明＞＞

適切な液循環とファインバブルの拡散性により
均一な洗浄液の状態が実現します

均一な液中を超音波が伝搬することで
安定した超音波の状態が発生します

この状態から
目的の超音波の効果（伝搬状態）を実現するために
液循環制御を行います
（水槽内全体に均一な音圧分布を実現して、
　超音波、液循環ポンプ、ファインバブル、・・の最適化を実現する
　運転制御が、個別の水槽に対するノウハウとなります）

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超音波システム研究所は、
オリジナル製品：超音波発振プローブ製造に関する、
音響特性の解析・評価技術を応用した、
メガヘルツの超音波発振制御システムを開発しました。

超音波を利用した
　洗浄、改質、検査、・・・への新しい応用システムです。

低周波の振動・音との組み合わせ制御による応用も可能です。

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
　応用システム技術として開発しました。

ポイントは
　表面弾性波の利用方法です、
　対象物の条件・・・により
　超音波の伝搬特性を確認（注１）することで、
　オリジナル非線形共振現象（注２）として
　対処することが重要です

注１：超音波の伝搬特性
　非線形特性
　応答特性
　ゆらぎの特性
　相互作用による影響

注２：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、
　オリジナル超音波システム（音圧測定解析・発振制御）による、
　超音波伝搬状態の各種解析結果から、
　共振現象と非線形現象を制御可能にする超音波伝搬システムについて、
　目的に合わせて最適化する技術を開発しました。

これまでの制御技術に対して、
　各種伝搬用具を含めた、超音波振動の伝搬経路全体に関する
　新しい測定・評価パラメータ（注）により
　超音波利用の目的（洗浄、攪拌、加工・・）　に合わせた、
　超音波のダイナミックな伝搬状態を実現する技術です。

これは具体的な応用がすぐにできる方法・技術です
　コンサルティングとして提案・対応しています
（超音波加工、ナノレベルの精密洗浄、攪拌。・・実績が増えています）

注：オリジナル技術製品（超音波の音圧測定解析システム）により
　水槽、振動子、対象物、治工具・・・の
　伝搬状態に関するダイナミックな変化を測定・解析・評価します。
（パラメータ：
　パワースペクトル、自己相関、バイスペクトル、
　パワー寄与率、インパルス応答特性、ほか）

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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。

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（注１）として
　対処することが重要です

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


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、
　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

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超音波専用水槽（オリジナル製造方法）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
複数の超音波と
脱気ファインバブル発生液循環装置を
音圧測定解析に基づいて発振制御します

様々な、組み合わせと
　使用（制御）方法を提案しています

ポイントは
目的の対象に合わせた超音波伝搬状態を実現させる
専用水槽内の「溶存酸素濃度分布」と「液循環」です

＜＜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。

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超音波システム研究所は、
下記オリジナル製品を利用した超音波システムを製造販売しています。
1)　音圧測定解析システム（超音波テスター）
2)　メガヘルツの超音波発振制御プローブ
3)　超音波発振システム（２０ＭＨｚタイプ）
　
音圧測定解析システム：超音波テスターの特徴
２００ＭＨｚタイプ
　　＊測定（解析）周波数の範囲
　　　仕様　０．０１Ｈｚ　から　２００ＭＨｚ
　　＊表面の振動計測が可能
　　＊24時間の連続測定が可能
　　＊任意の２点を同時測定
　　＊測定結果をグラフで表示
　　＊時系列データの解析ソフトを添付

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
　発振範囲　０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
　伝搬範囲　０．５ｋＨｚ～７５０ＭＨｚ以上（解析により確認評価）
　材質　ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
　発振機器　例　ファンクションジェネレータ

超音波プローブの伝搬特性
１）振動モードの検出
２）非線形現象の検出
３）応答特性の検出
４）相互作用の検出

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超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。

測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
　超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
　グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。

複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
　時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
　その変化・・・・を、評価・応用しています

目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています

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）

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、
メガヘルツ超音波発振制御を利用して、
１－７００ＭＨｚ以上の音響流（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（注１）として
　対処することが重要です

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

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、
　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、
　キャビテーションと音響流の分類に基づいて
　チタン製ストローを利用した
　「超音波伝搬制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる
　流れと超音波とファインバブルの複雑な変化を、
　各種の相互作用を含めた音圧測定解析により
　利用目的に合わせて、
　音響流の変化をコントロールするシステム技術です。

実用的には、
　シャワー用の脱気ファインバブル発生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
　各種相互作用・振動モードに対して最適化する方法です。

特に、チタン製ストローの音響特性と
　メガヘルツ超音波の発振制御により、
　オリジナル非線形共振現象（注１）をコントロールすることで、
　新しいダイナミック超音波制御技術の効果を実現しています。

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

超音波の伝搬特性
１）振動モード
２）非線形現象
３）応答特性
４）相互作用
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超音波システム研究所は、
超音波プローブによる
スイープ発振による超音波の伝搬制御技術を開発しました。

超音波発振制御プローブの伝搬特性により、
利用目的と相互作用に合わせた、
各超音波プローブ毎に、スイープ発振の条件設定を行います。

対象物や装置・水槽、治工具・・の振動モードを考慮することで、
システムの振動系に合わせた、スイープ発振条件により、
低周波の共振現象を制御することが、可能になります。
３０Ｗ程度の出力でも
３０００－５０００リットルの水槽内に
高い音圧・周波数の超音波振動を伝搬制御することが可能になります。

＜＜具体例＞＞
ダイナミックな変化として、低周波の共振現象と同時に、
超音波プローブの１～１０ＭＭＨｚのスイープ発振条件により、
１０次、３０次、１００次・・・高調波の発生を実現が、
精密洗浄やナノレベルの分散・・に応用出来ます。

ポイントは、音圧データの測定・解析に基づいた
　システムのダイナミックな振動特性を解析・評価することです。

超音波の伝搬特性
１）振動モード
２）非線形現象
３）応答特性
４）相互作用
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