超音波の非線形現象（音響流）をコントロールする、超音波洗浄器実験（超音波システム研究所）
超音波洗浄器による、メガヘルツの超音波発振制御技術
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・制御技術を、
対象物の音響特性として解析・応用することで、
超音波洗浄機・超音波攪拌装置・超音波反応装置・・・の
水槽表面を改質（応力緩和・均一化）する技術を公開しています。
＜＜コンサルティング対応＞＞
メガヘルツの超音波発振制御技術を利用した
表面処理技術のコンサルティング対応として
以下の事項を提供
１：原理の説明
２：具体的な装置の提供：製造販売
（必要であればオーダーメードの超音波発振制御プローブの開発製造）
３：操作方法・作業ノウハウの説明
４：新しい超音波利用技術（応用方法・・）の説明
実績・事例
１：超音波水槽の表面改質
２：超音波振動子の表面改質
３：超音波めっき処理（化学反応のコントロール）
４：超音波加工・溶接・・（超音波による熱伝導効率の改善）
５：各種部品の表面改質（２００ＭＨｚ以上の超音波刺激：金属組織への刺激）
超音波の伝搬状態に関する、計測・解析・制御技術を、
対象物の音響特性として解析・応用することで、
超音波洗浄機・超音波攪拌装置・超音波反応装置・・・の
水槽表面を改質（応力緩和・均一化）する技術を公開しています。
＜＜コンサルティング対応＞＞
メガヘルツの超音波発振制御技術を利用した
表面処理技術のコンサルティング対応として
以下の事項を提供
１：原理の説明
２：具体的な装置の提供：製造販売
（必要であればオーダーメードの超音波発振制御プローブの開発製造）
３：操作方法・作業ノウハウの説明
４：新しい超音波利用技術（応用方法・・）の説明
実績・事例
１：超音波水槽の表面改質
２：超音波振動子の表面改質
３：超音波めっき処理（化学反応のコントロール）
４：超音波加工・溶接・・（超音波による熱伝導効率の改善）
５：各種部品の表面改質（２００ＭＨｚ以上の超音波刺激：金属組織への刺激）
脱気ファインバブル発生液循環装置を利用した超音波洗浄機（超音波システム研究所）
＜＜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。
上記が脱気ファインバブル（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。
超音波液循環技術の説明
１）超音波専用水槽（オリジナル製造方法）を使用しています。
（材質は、樹脂・ステンレス・ガラス・・対応可能です）
２）水槽の設置は
１：専用部材を使用
２：固有振動と超音波周波数・出力の最適化を行っています。
（水槽の音響特性に合わせた対応を実施します）
３）超音波振動子は専用部材を利用して設置しています
（専用部材により、定在波、キャビテーション、音響流の
利用状態を制限できます）
４）脱気・ファインバブル（マイクロバブル）発生装置を使用します。
（標準的な、溶存酸素濃度は５－６ｍｇ／ｌ）
５）水槽と超音波振動子は表面改質を行っています。
上記の設定とファインバブル（マイクロバブル）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、脱気装置、液循環ポンプ、・・の制御設定がノウハウです）
目的の超音波状態確認は音圧測定解析（超音波テスター）で行います。
ポイントは
適切な超音波（周波数・出力）と液循環のバランスです
液循環の適切な流量・流速と超音波キャビテーションの設定により
超音波による音響流（非線形現象）の状態をコントロールします。
ファインバブル（マイクロバブル）の効果で
均一に広がる超音波の伝搬状態を利用します。
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。
上記が脱気ファインバブル（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。
超音波液循環技術の説明
１）超音波専用水槽（オリジナル製造方法）を使用しています。
（材質は、樹脂・ステンレス・ガラス・・対応可能です）
２）水槽の設置は
１：専用部材を使用
２：固有振動と超音波周波数・出力の最適化を行っています。
（水槽の音響特性に合わせた対応を実施します）
３）超音波振動子は専用部材を利用して設置しています
（専用部材により、定在波、キャビテーション、音響流の
利用状態を制限できます）
４）脱気・ファインバブル（マイクロバブル）発生装置を使用します。
（標準的な、溶存酸素濃度は５－６ｍｇ／ｌ）
５）水槽と超音波振動子は表面改質を行っています。
上記の設定とファインバブル（マイクロバブル）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、脱気装置、液循環ポンプ、・・の制御設定がノウハウです）
目的の超音波状態確認は音圧測定解析（超音波テスター）で行います。
ポイントは
適切な超音波（周波数・出力）と液循環のバランスです
液循環の適切な流量・流速と超音波キャビテーションの設定により
超音波による音響流（非線形現象）の状態をコントロールします。
ファインバブル（マイクロバブル）の効果で
均一に広がる超音波の伝搬状態を利用します。
超音波研究に関する実験写真（超音波システム研究所）
超音波システム研究所は、
超音波に関する実験写真を公開しています。
超音波実験 Ultrasonic experiment
１：キャビテーションと音響流（非線形現象）の制御技術
２：超音波専用水槽の表面改質処理（表面残留応力の緩和処理）技術
３：超音波の伝搬特性に基づいた、間接容器・治工具の開発・応用技術
４：脱気ファインバブル発生液循環システムの開発技術
５：超音波のダイナミック制御技術
６：超音波システム（音圧測定・解析、発振制御）の開発技術
７：超音波素子表面の表面弾性波を調整する技術
上記に関する「超音波実験」写真を公開しています。
＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞
1：線形型
2：非線形型
3：ミックス型
4：ダイナミック変動型
（ 4－1：線形変動型 4－2：非線形変動型 4－3：ミックス変動型 ）
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
１：線形型（キャビテーション主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で
若干の変化がある状態
注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
２：非線形型（音響流主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で
若干の変化がある状態
注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７ 超音波制御）により
発振周波数の１００倍を実現することも可能です
３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型）
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の１，２，３は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ）
４－１：線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で
制御可能にした状態
４－２：非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で
制御可能にした状態
４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型）
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で
制御可能にした状態
超音波に関する実験写真を公開しています。
超音波実験 Ultrasonic experiment
１：キャビテーションと音響流（非線形現象）の制御技術
２：超音波専用水槽の表面改質処理（表面残留応力の緩和処理）技術
３：超音波の伝搬特性に基づいた、間接容器・治工具の開発・応用技術
４：脱気ファインバブル発生液循環システムの開発技術
５：超音波のダイナミック制御技術
６：超音波システム（音圧測定・解析、発振制御）の開発技術
７：超音波素子表面の表面弾性波を調整する技術
上記に関する「超音波実験」写真を公開しています。
＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞
1：線形型
2：非線形型
3：ミックス型
4：ダイナミック変動型
（ 4－1：線形変動型 4－2：非線形変動型 4－3：ミックス変動型 ）
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
１：線形型（キャビテーション主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で
若干の変化がある状態
注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
２：非線形型（音響流主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で
若干の変化がある状態
注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７ 超音波制御）により
発振周波数の１００倍を実現することも可能です
３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型）
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の１，２，３は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ）
４－１：線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で
制御可能にした状態
４－２：非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で
制御可能にした状態
４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型）
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で
制御可能にした状態
超音波とファインバブルの相互作用を利用した超音波のダイナミック制御実験（超音波システム研究所）
小型ポンプの流水と超音波プローブによる非線形発振制御技術（超音波システム研究所）
超音波プローブを小型ポンプのホースに取り付けた超音波実験（ultrasonic-labo）
－－小型ポンプの流水と超音波プローブによる非線形発振制御技術－－
超音波システム研究所は、
脱気ファインバブル発生液循環装置と
超音波プローブによるメガヘルツの発振制御により
「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
変化する超音波の音圧データの非線形解析に基づいて
超音波（キャビテーション・音響流）のダイナミック特性を制御します。
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、
超音波・対象物・水槽・治具・洗浄液・・・の相互作用を測定確認して、
目的に合わせた最適な超音波制御条件を実現します。
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（乳化・分散、洗浄、加工・・）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。
超音波装置固有の
定在波やキャビテーションのダイナミック特性に基づいた
適切なキャビテーションと音響流のバランスを最適化する技術として
複数の超音波プローブによるメガヘルツの超音波発振条件により、
様々な具体的な事例で実現しています。
これまでは、各種溶剤の効果と超音波の効果・・・・
様々な、トレードオフの関係にある場合が多かったのですが
この技術により、適切な相互作用による相乗効果として、
１０次以上の高調波を含んだ、
音響流のダイナミック制御が可能になりました。
オリジナル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
コンサルティング対応しています。
＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞
１）時系列データに関して、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により
測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について
解析評価します
２）超音波発振による、発振部が発振による影響を
インパルス応答特性・自己相関の解析により
対象物の表面状態・・に関して
超音波振動現象の応答特性として解析評価します
３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を
パワー寄与率の解析により評価します
４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して
超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬）
あるいは対象液に伝搬する超音波の
非線形（バイスペクトル解析結果）現象により
超音波のダイナミック特性を解析評価します
この解析方法は、
複雑な超音波振動のダイナミック特性を
時系列データの解析手法により、
超音波の測定データに適応させる
これまでの経験と実績に基づいて実現しています。
注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
https://www.ism.ac.jp/ismlib/jpn/ismlib/license.html
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
https://jasp.ism.ac.jp/ism/timsac/
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
https://cran.ism.ac.jp/
超音波システム研究所は、
脱気ファインバブル発生液循環装置と
超音波プローブによるメガヘルツの発振制御により
「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
変化する超音波の音圧データの非線形解析に基づいて
超音波（キャビテーション・音響流）のダイナミック特性を制御します。
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、
超音波・対象物・水槽・治具・洗浄液・・・の相互作用を測定確認して、
目的に合わせた最適な超音波制御条件を実現します。
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（乳化・分散、洗浄、加工・・）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。
超音波装置固有の
定在波やキャビテーションのダイナミック特性に基づいた
適切なキャビテーションと音響流のバランスを最適化する技術として
複数の超音波プローブによるメガヘルツの超音波発振条件により、
様々な具体的な事例で実現しています。
これまでは、各種溶剤の効果と超音波の効果・・・・
様々な、トレードオフの関係にある場合が多かったのですが
この技術により、適切な相互作用による相乗効果として、
１０次以上の高調波を含んだ、
音響流のダイナミック制御が可能になりました。
オリジナル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
コンサルティング対応しています。
＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞
１）時系列データに関して、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により
測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について
解析評価します
２）超音波発振による、発振部が発振による影響を
インパルス応答特性・自己相関の解析により
対象物の表面状態・・に関して
超音波振動現象の応答特性として解析評価します
３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を
パワー寄与率の解析により評価します
４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して
超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬）
あるいは対象液に伝搬する超音波の
非線形（バイスペクトル解析結果）現象により
超音波のダイナミック特性を解析評価します
この解析方法は、
複雑な超音波振動のダイナミック特性を
時系列データの解析手法により、
超音波の測定データに適応させる
これまでの経験と実績に基づいて実現しています。
注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
https://www.ism.ac.jp/ismlib/jpn/ismlib/license.html
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
https://jasp.ism.ac.jp/ism/timsac/
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
https://cran.ism.ac.jp/
超音波プローブの発振制御による部品検査技術（超音波システム研究所）
