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最終更新日:2024-04-14 16:28:00.0

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  • カタログ発行日:2023/11/15

超音波洗浄システムを最適化する方法ーー超音波の音圧測定解析にに基づいた、洗浄状態の評価技術ーー1.00

基本情報超音波洗浄システムを最適化する方法ーー超音波の音圧測定解析にに基づいた、洗浄状態の評価技術ーー

超音波の測定・解析に基づいた洗浄システムを開発

超音波システム研究所は、
超音波振動子の設置方法による、定在波の制御技術を発展させ、
キャビテーションと加速度(音響流)の効果を最適化するする
超音波振動子の設置技術を開発しました

上記の技術により、大きなエネルギーを必要とする
300-5000リットルの液体に対して
攪拌・霧化・洗浄・改質・・・が可能となります


-技術の応用事例-

溶剤やめっき液の均一化、
ナノレベルの攪拌・分散
新素材・材料の開発
金属表面の応力緩和処理
大型部品の精密洗浄
大量部品の均一な洗浄・・・

複数の汚れによる、付着力の異なる洗浄対象に対して
あるいは、形状の複雑な部品の表面改質に対して
適切な超音波照射を実現します。

最も効果的な事例
金属・樹脂部品・材料への表面改質(残留応力の緩和)


ファインバブルと超音波による、表面処理技術

ファインバブルと超音波による、表面処理技術 製品画像

<<脱気ファイン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る。
2)キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生する。
上記が脱気液循環装置の状態。

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る。
4)適切な液循環により、
20μ以下のファインバブルが発生する。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態。

5)上記の脱気ファインバブル発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
ファインバブルを超音波が分散・粉砕して
ファイン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る
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態。

6)超音波を安定して制御可能な状態に対して
オリジナル製品:メガヘルツの超音波発振制御プローブにより
メガヘルツの超音波を発振制御する。
音圧レベルの制御方法は、液循環とメガヘルツの超音波の
オリジナル非線形共振現象をコントロールすることで
効果的なダイナミック状態に設定・制御する。

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<樹脂>を利用した超音波技術のコンサルティング対応

<樹脂>を利用した超音波技術のコンサルティング対応 製品画像

超音波システム研究所は、
 <樹脂の音響特性>を利用した
 メガヘルツの超音波伝搬制御技術を開発しました。
 具体的な利用に関してコンサルティング対応しています。

樹脂(テフロン、塩ビ、LCP、・・)の特性は
 一般的に超音波を減衰すると考えられています。
 材質・形状・・の超音波伝搬特性に合わせた各種の設定により、
 メガヘルツの超音波を効率よく伝搬制御することが可能になります。
 詳細は、具体的な対象により異なる設定になるため
 単純に説明できませんが
 樹脂とメガヘルツの超音波による
 洗浄・加工・化学反応・攪拌・・・による
 新しい成果が増えています。

これは、新しい方法および技術です、
 これまでの実施結果から
 樹脂の様々な音響特性は、
 金属・ガラス・・では難しい超音波の非線形伝搬現象を実現しています。


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超音波洗浄機の「流れとかたち・コンストラクタル法則」

超音波洗浄機の「流れとかたち・コンストラクタル法則」 製品画像

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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<超音波のダイナミック制御システム>

<超音波のダイナミック制御システム> 製品画像

<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

超音波洗浄機の設計・製造・開発コンサルティング

超音波洗浄機の設計・製造・開発コンサルティング 製品画像

超音波システム研究所は、
超音波の伝搬状態に関する計測・解析技術を応用して、
超音波専用水槽の設計・製造技術を開発しました。

今回開発した技術により
 水槽の最大長さ:3cm(液量5cc)~
       600cm(液量8000リットル)の
 超音波専用水槽に対して、
 超音波洗浄や表面改質・・・に適した
 超音波の利用効率、キャビテーションと音響流のダイナミック制御、
 対象物への伝搬状態・・・を利用目的に合わせて実現出来ます。

従来の水槽(あるいは振動子)設計や製造においては
 音響特性に対する考慮が十分でないために、
 振動の干渉・減衰による不均一・不安定な事象により
 超音波の寿命・水槽のトラブル・・・が起きやすい傾向があります。

この技術は、
 現状の水槽・振動子・・に対しても
 問題点(洗浄液の各種分布、水槽・振動子の設置方法)を検出し
 改善・改良を行うことができます。

ーー提供ノウハウーー
0)装置の設計・製造方法
1)超音波のONOFF制御
2)液循環のONOFF制御
3)最適化ノウハウの提供
4)メガヘルツ超音波の利用方法
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音圧データ解析に基づいた超音波洗浄システムの開発コンサルティング

音圧データ解析に基づいた超音波洗浄システムの開発コンサルティング 製品画像

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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超音波による音響特性テスト(超音波洗浄の適性確認)

超音波による音響特性テスト(超音波洗浄の適性確認) 製品画像

超音波システム研究所は、
 対象物の表面を伝搬する超音波データの解析実績から
 メガヘルツの超音波発振による、新しい表面検査技術を開発しました。

この技術を利用して、洗浄対象物の超音波伝搬特性評価を行い
 効果的な、超音波洗浄機の制御・周波数・出力レベル・・・について
 報告書にまとめ提案します。

超音波プローブの発振制御による
 「音圧・振動」測定・解析技術を応用した方法です。

対象物の表面を伝搬する振動モードに合わせた
 オリジナル超音波プローブを使用することで、
 狭い溝やエッジ部に伝搬する超音波の伝搬状態を確認します。

さらに、オリジナルの発振制御により
 低周波の伝搬特性や非線形性による高調波の発生状態について
 ダイナミック特性として測定解析評価します。

新しい超音波発振制御技術の応用です。
 対象物の音響特性に合わせた、
 メガヘルツの超音波伝搬状態に関する非線形現象を利用することで
 対象物に関する固有の音響特性を検出することが可能です。

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超音波の各種相互作用を評価する技術ー音圧データのパワー寄与率解析

超音波の各種相互作用を評価する技術ー音圧データのパワー寄与率解析 製品画像

超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
--音圧データのフィードバック解析:パワー寄与率の解析--

超音波システム研究所は、
超音波の音圧測定による、時系列データを解析することで、
 各種相互作用を測定解析評価する技術を開発しました。
その結果、相互作用の評価に基づいた
 超音波利用状態を最適化する技術に発展しています。

具体的には、以下のような事例があります
1)超音波の発振周波数・出力レベルの選択基準の最適化
2)超音波の発振制御条件の最適化
3)水槽・超音波(振動子)の設置に関する最適化
4)液循環装置・制御条件の最適化
5)水槽・超音波の設計条件の最適化
6)洗浄液・洗剤・溶剤・・の最適化
7)隣接水槽、治具・・との最適化

目的に合わせた、オリジナル超音波システムの開発が可能です。

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超音波の最適化技術--共振現象と非線形現象の最適化技術--

超音波の最適化技術--共振現象と非線形現象の最適化技術-- 製品画像

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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複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術

複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術 製品画像

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50-600Wの超音波振動子を利用して、
 直径1ミリの金属管を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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超音波プローブの発振制御による表面検査技術

超音波プローブの発振制御による表面検査技術 製品画像

超音波システム研究所は、
 対象物の表面を伝搬する超音波データの解析実績から
 メガヘルツの超音波発振による、新しい表面検査技術を開発しました。

超音波プローブの発振制御による
 「音圧・振動」測定・解析技術を応用した方法です。

目的(対象物の表面を伝搬する振動モード)に合わせた
 超音波プローブの開発対応による、
 コンサルティング・評価技術の説明対応を行っています。

新しい超音波発振制御技術の応用です。
 対象物の音響特性に合わせた、
 メガヘルツの超音波伝搬状態に関する非線形現象を利用することで
 対象物の表面状態に関する新しい特徴を検出することが可能です。

特に、発振・受信の組み合わせによる
 応答特性を利用した
 基板部品の表面検査や、精密洗浄部品の事前評価・・・に関して、
 超音波振動の新しい評価パラメータとなる基本技術です。

表面弾性波の伝搬現象に関する、超音波のダイナミック特性を
 測定・解析・評価に基づいて
 論理モデルを構成・修正しながら検討することで
 目的(評価)に合わせた効果的な利用を可能にしました。

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取扱会社 超音波洗浄システムを最適化する方法ーー超音波の音圧測定解析にに基づいた、洗浄状態の評価技術ーー

超音波システム研究所

2008. 8 超音波システム研究所 設立 ・・・ 2012. 1 超音波計測・解析システム製造販売開始 ・・・ 2024. 1 超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発 2024. 2 メガヘルツ超音波による表面処理技術を開発 2024. 4 共振現象と非線形現象の最適化技術を開発 2024. 5 音と超音波の組み合わせに関する最適化技術を開発 2024. 6 水槽と超音波と液循環に関する最適化・評価技術を開発 2024. 7 ポリイミドフィルムに鉄めっきを行った部材を利用した超音波プローブを開発 2024. 8 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を開発 2024. 9 ポータブル超音波洗浄器を利用した音響流制御技術を開発 2024.10 メガヘルツ超音波を利用した「振動技術」を開発 2024.10 ステンレス製真空二重構造容器を利用した超音波発振制御プローブを開発 2024.11 メガヘルツの流水式超音波(水中シャワー)技術を開発 2024.11 相互作用・応答特性を考慮した、超音波の音圧データ解析・評価技術を開発

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