川の流れとかたち・コンストラクタル法則 ultrasonic-labo
超音波実験 Ultrasonic experiment （超音波システム研究所 ultrasonic-labo）
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、
超音波伝搬状態の「測定・解析・制御・評価技術」を開発しました。
超音波テスターと超音波発振制御プローブを利用したこれまでの
計測・解析結果（注）を、洗浄・攪拌・検査・・加工・・の効果として
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）を開発しました。
注：
非線形特性
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を確認しています。
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
＜参考＞
以下のプログラムを参考にして開発・作成した
オリジナルソフト（解析システム）を
オープンソースの統計解析システム 「 Ｒ 」 で
実行・解析を行っています
生体のゆらぎとリズム コンピュータ解析入門：和田孝雄/著：講談社
赤池モデルを臨床にいかす画期的な解説書。
１／ｆゆらぎ解析に必須かつ難解な赤池モデルと、
臨床への応用を懇切丁寧に解説。
生体のダイナミクスに関心をもち臨床デ－タ解析に携わる
医学者・工学者待望の書
内容（「MARC」データベースより）
〈CD-ROM付き〉生体のゆらぎとリズムの時系列解析への入門。
第一線の研究者である著者が、
経験した者だけが知る様々な困難点について、
他に類例のないユニークな視点から細部の議論を展開する。
生体のゆらぎとリズム 和田孝雄著
添付されたプログラムの使用方法
*.exe 解析実行ファイル
*.for 解析プログラムファイル（フォートランのソースファイル）
*.dat 解析データファイル
インパルス応答（時間領域での伝達特性
ラプラス変換するとＳ領域での伝達特性）
周波数伝達関数（周波数領域での伝達特性）
AIRCV2.EXE ARV2.DAT ２変数のインパルス応答
AIRCV3.EXE ARV3.DAT ３変数のインパルス応答
多変量自己解析モデルによるフィードバック解析
ARPCV2.EXE ARV2.DAT ２変数のパワー寄与率
ARPCV3.EXE ARV3.DAT ３変数のパワー寄与率
＜＜超音波の音圧測定・解析＞＞
１）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
超音波伝搬状態の安定性・変化について解析評価します
２）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・・に関する解析評価を行います
３）パワー寄与率の解析により
超音波（周波数・出力）、形状、材質、測定条件・・
データの最適化に関する解析評価を行います
４）その他（表面弾性波の伝搬）の
非線形（バイスペクトル）解析により
対象物の振動モードに関する
ダイナミック特性の解析評価を行います
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とで実現しています。
実験動画
https://youtu.be/5E9ODA4NY90
https://youtu.be/sRA6MLLY2ew
https://youtu.be/PBc0AykOs0Q
https://youtu.be/DwcZf1izSWY
https://youtu.be/yQz8AsA2Dd8
https://youtu.be/DXwkm-v_9bw
https://youtu.be/zbPyCf9l27s
https://youtu.be/ZhLyEtbMyNY
https://youtu.be/255kfldoNiI
https://youtu.be/C_Gq0wMSc50
https://youtu.be/9nUACKmPp68
https://youtu.be/GcrOX91DVI4
https://youtu.be/f14WEH4ZXA4
https://youtu.be/ZqNtHGoIk7c
https://youtu.be/YAwdh_o7ceQ
https://youtu.be/bBC2d_vpMrM
https://youtu.be/nuWDfCqoiFY
https://youtu.be/HH4BKVReUMU
https://youtu.be/njBO8Xd-opk
https://youtu.be/9epNDm6EVGY
https://youtu.be/iXILJC1B6mk
https://youtu.be/BzPgNiPzRnw
https://youtu.be/2VLcMYMmkis
https://youtu.be/fAJXppa7Ni0
https://youtu.be/MyXGykba_k8
https://youtu.be/Mrz7yKfjtyY
https://youtu.be/GpaKdWo7dtg
https://youtu.be/JvbxsnBtMOc
https://youtu.be/VQffL9Pcg48
https://youtu.be/1KycyDQ10sI
＜＜＜ 超音波の論理モデル ＞＞＞
物の動きを読む
http://ultrasonic-labo.com/?p=1074
超音波の洗浄・攪拌・加工に関する「論理モデル」
http://ultrasonic-labo.com/?p=3963
樹脂・金属・セラミック・ガラス・・の表面改質に関する書籍
http://ultrasonic-labo.com/?p=7530
＜＜＜ 音圧測定・解析 ＞＞＞
メガヘルツの超音波発振制御プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=14570
メガヘルツの超音波を利用する超音波システム技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14350
超音波プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=11267
超音波プローブによる
＜メガヘルツの超音波発振制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1811
超音波＜計測・解析＞事例
http://ultrasonic-labo.com/?p=1705
超音波プローブの＜発振制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1590
精密測定プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=11267
＜＜＜超音波の非線形現象＞＞＞
超音波の非線形現象をコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14878
メガヘルツの超音波発振制御プローブを開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=14808
通信の数学的理論を応用した超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1350
超音波の非線形現象（音響流）をコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1996
超音波の非線形振動
http://ultrasonic-labo.com/?p=13908
超音波プローブによる非線形伝搬制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=9798
液循環による超音波の非線形制御技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1428
音圧測定・解析に基づいた、超音波のコントロール技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=15028
参考書籍
１：統計数理
１）叩いて超音波で見る―非線形効果を利用した計測
佐藤 拓宋 (著) 出版社: コロナ社 (1995/06)
２）電気系の確率と統計
佐藤 拓宋 (著) 出版社: 森北出版 (1971/01)
３）不規則信号論と動特性推定
宮川 洋 (著), 佐藤拓宋 (著), 茅 陽一 (著)
出版社: コロナ社 (1969)
４）赤池情報量規準AIC―モデリング・予測・知識発見
赤池 弘次 (著), 室田 一雄 (編さん), 土谷 隆 (編さん)
出版社: 共立出版 (2007/07)
５）ダイナミックシステムの統計的解析と制御
赤池 弘次 (著), 中川 東一郎 (著)
出版社: サイエンス社(1972)
２：シミュレーション
「波動解析と境界要素法」
福井 卓雄 小林 昭一 京都大学学術出版会 (2000/03)
３：弾性波動
「弾性波動論の基本 」 田治米 鏡二 (著) 槇書店 (1994/10)
「弾性波動論 」佐藤 泰夫 (著) 岩波書店 (1978/03)
４：流体力学
「内部流れ学と流体機械」 妹尾 泰利 (著) 養賢堂 (1973)
「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1974/03)
「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1992/12)
「噴流工学 」社河内敏彦(著) 森北出版（2004/03)
５：超音波
「やさしい超音波工学―拡がる新応用の開拓」
川端 昭 (編著), 高橋 貞行 (著) 一ノ瀬 昇 (著)
工業調査会 増補版 (1998/01)
６：振動
「振動について」リチャード・ビジョップ（著）講談社（1981）
７：コンストラクタル法則
「流れとかたち」エイドリアン・ベジャン（著）紀伊國屋書店 (2013)
超音波（キャビテーション）と
音響流を
適正に設定することで、
目的に合わせた超音波の状態が実現できます
http://youtu.be/01yyH5SRpso
超音波洗浄器の利用技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1318
超音波洗浄器の利用技術 Ｎｏ．２
http://.com/?p=1060
超音波洗浄器(42kHz)による＜メガヘルツの超音波洗浄＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1879
超音波実験写真
http://ultrasonic-labo.com/?p=2005
参考資料を紹介します
１：解析
１）叩いて超音波で見る―非線形効果を利用した計測佐藤 拓宋 (著)
出版社: コロナ社 (1995/06)
２）電気系の確率と統計 佐藤 拓宋 (著)
出版社: 森北出版 (1971/01) 尤度の基本的な説明がある
３）不規則信号論と動特性推定 宮川 洋 (著), 佐藤拓宋 (著), 茅 陽一 (著)
出版社: コロナ社 (1969) 非線形解析手法が具体的に書かれている
４）赤池情報量規準AIC―モデリング・予測・知識発見
赤池 弘次 (著), 室田 一雄 (編さん), 土谷 隆 (編さん)
出版社: 共立出版 (2007/07) 最新の統計解析手法の説明がある
５）ダイナミックシステムの統計的解析と制御 赤池 弘次 (著), 中川 東一郎 (著)
出版社: サイエンス社(1972) ＡＩＣ（情報量基準）の事例説明がある
２：シミュレーション
「波動解析と境界要素法」 福井 卓雄 小林 昭一
京都大学学術出版会 (2000/03)
３：弾性波動
「弾性波動論の基本 」 田治米 鏡二 (著) 槇書店 (1994/10)
「弾性波動論 」佐藤 泰夫 (著) 岩波書店 (1978/03)
４：流体力学
「内部流れ学と流体機械」 妹尾 泰利 (著) 養賢堂 (1973)
「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1974/03)
「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1992/12)
「噴流工学 」社河内敏彦(著) 森北出版（2004/03)
５：超音波
「非線形音響学の基礎」 鎌倉 友男 (著) 愛智出版 (1996/09)
６：その他
Web Decomp－季節調整・時系列データの統計解析
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超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
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音圧測定装置（超音波テスター）の特別タイプを製造販売
超音波＜計測・解析＞事例
超音波計測装置（超音波テスター）を利用した測定事例
超音波テスターによる部品検査技術を開発
表面検査対応超音波プローブを開発
超音波プローブの＜発振制御＞技術
（超音波の測定・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
（ 音色と超音波
参考 http://ultrasonic-labo.com/?p=1082 ）
注２：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。
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。
（ 超音波キャビテーションの観察・制御技術
参照 http://ultrasonic-labo.com/?p=10013 ）
具体的な対応として
現状の水槽による、超音波の伝搬状態を
目的とするキャビテーション・加速度の効果を最適にする
パワースペクトルとして設定・制御することができます。
超音波テスターを利用した計測・解析により
各種の関係性・応答特性（注３）を検討することで
超音波の各種相互作用の検出により実現しました。
注３：パワー寄与率、インパルス応答・・・
（ 超音波の＜ダイナミック特性を考慮した制御＞技術を開発
参照 http://ultrasonic-labo.com/?p=1142 ）
超音波の測定・解析に関して
サンプリング時間・・・の設定は
オリジナルのシミュレーション技術を利用しています
なお、この技術を
超音波システムの液循環方法の改良技術として
コンサルティング提案・実施対応しています。
超音波水槽の構造・大きさと
超音波（周波数、出力、台数・・）に合わせた
＜超音波＞と＜水槽＞と＜液循環＞のバランスによる
超音波の最適な出力状態を測定・解析データとともに
提案・改良・報告します。
本来は、水槽の新規製作、新規設置、新規超音波の固定、・・・
が最もよいのですが、
現実的には、現状の改良として
液循環ポンプの追加改良で実現させることが
これまでの事例から
費用と効果の最適化になると判断して
提案・実施しています。
必要性と要望により
新規設計・開発にも対応します。
参考（基礎実験動画）
https://youtu.be/cyQUGOmi6kU
https://youtu.be/qp7c-4xTV1s
https://youtu.be/Ao2ILQ7r0vM
https://youtu.be/0UBkRwNpLq0
https://youtu.be/h67xX2HojfU
https://youtu.be/NOk6HxDIPrI
https://youtu.be/5Z9UpHOmyE4
https://youtu.be/wlXLPep2aYg
https://youtu.be/2eyTUpio4g0
https://youtu.be/nI0JmgoteMY
https://youtu.be/FB8mVST4ecc
https://youtu.be/m1qd58W5A9w
https://youtu.be/JDp39fmfB40
https://youtu.be/6EVQgQaVvJA
https://youtu.be/7tV1P4qoXK8
https://youtu.be/E__5LXBqL6c
洗浄液が均一で溶存酸素濃度の低い状態を可能にする洗浄水槽の設計方法について、
注意事項を提示します
１）水量と超音波の力に対する水槽角部の設計が最重要です。
適切な大きさの曲面形状が理想的です（アール加工）
設計バランスは、経験的な事項が多く単純には説明できません。
絞り加工やプレス加工・・の場合、
表面組織や応力分布を悪くすると
超音波の伝搬状態が悪くなります。
２）現実的な水槽製作方法としては
超音波の減衰を最小限にする対策として
コーナーでは溶接を行わないで
突合せ溶接により製造できる構造とする設計を推奨します。
３）水槽構造として強度バランスから板厚を設計します。
（低周波：２０－５０ｋHzの超音波では
４ｍｍ以上の板厚を必要とする場合があります
板厚と強度により、超音波出力・キャビテーションの
標準値としての上限が、決まります）
４）強度補強としてのリブや絞り部の設計について
取り返し（後からの対策・・）がつかないので採用を薦めません。
（強度の補強はリブ以外にも多数の方法があります）
５）水槽の固定方法（ガイド部材の取り付け 等）
せっかくの水槽も固定方法により
超音波を大きく減衰する可能性があります。
特に、水槽底面の状態について、注意が必要です。
この部分は特に、経験的な事項が多く単純には説明できません。
６）低振動モードを発生させない設置に対する設計
水槽の低周波の振動モードに対する設計方法として
ノウハウを紹介します。
すべての断面２次モーメントのバラツキの大きさが
パラメータになりますので
出来るだけ、ばらつきを小さくすることがノウハウとなります。
（このことから
円形・円筒形、正方形の
底面形状の水槽が良くない理由が解ります。
このことは、全く同様に、振動子についてもあてはまります）
７）最適液循環を行うための配管（吸い込み・吐き出し）位置設計
目的・サイズ・・・により様々な要因を最適化する
機械設計の総合バランスによる部分だと考えています。
経験と論理モデルによる追及を続けている部分です。
８）全体のバランス（強度）
材料力学、流体力学、振動工学・・・・
総合的に設計・判断する必要があります
加工方法、材料・材質・・・についても十分な判断が必要です。
９）サイズ効果に対する経験からの考慮した設計
３ｍｍ＊１・８ｍ＊２ｍの水槽と
７０ｃｍ＊４５ｃｍ＊４０ｃｍの水槽は
製造方法、バラツキ、・・・全く異なる設計方法になります
大きな水槽は、最悪の状態に対する対処可能性を最優先します。
１０）洗浄目的に対する合理的な設計思想
水槽の目的に対して、常に設計思想の確認検討が必要です
新しい洗浄方法につながる場合が非常に多いので
設計思想は重要です。
１１）製造方法と価格の想定
＜設計の妥協点：溶接部について＞
板厚１．５ｍｍの板金に対して
水槽の角部を Ｒ５ｍｍで９０度に折り曲げるようにします
曲げた面に続く部分を、平面の突き合わせ溶接とすることで、
溶接部による超音波の減衰を小さくできます
水槽の製作方法も洗浄力を向上させるための重要な要因です
溶接部・溶接レベルの変更・・により強い超音波洗浄を可能にします
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超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
超音波資料を公開
http://ultrasonic-labo.com/?p=1765
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
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753
超音波専用水槽の設計・製造技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1439
超音波実験写真 no.8
http://ultrasonic-labo.com/?p=1745
音圧測定装置（超音波テスター）の特別タイプを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1736
超音波＜計測・解析＞事例
http://ultrasonic-labo.com/?p=1703
ノウハウ＜超音波振動子の設置、脱気・マイクロバブル発生液循環＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=1538
音圧測定装置（超音波テスター）の標準タイプを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1722
超音波の＜ダイナミック特性を利用した制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1142
注意事項を提示します
１）水量と超音波の力に対する水槽角部の設計が最重要です。
適切な大きさの曲面形状が理想的です（アール加工）
設計バランスは、経験的な事項が多く単純には説明できません。
絞り加工やプレス加工・・の場合、
表面組織や応力分布を悪くすると
超音波の伝搬状態が悪くなります。
２）現実的な水槽製作方法としては
超音波の減衰を最小限にする対策として
コーナーでは溶接を行わないで
突合せ溶接により製造できる構造とする設計を推奨します。
３）水槽構造として強度バランスから板厚を設計します。
（低周波：２０－５０ｋHzの超音波では
４ｍｍ以上の板厚を必要とする場合があります
板厚と強度により、超音波出力・キャビテーションの
標準値としての上限が、決まります）
４）強度補強としてのリブや絞り部の設計について
取り返し（後からの対策・・）がつかないので採用を薦めません。
（強度の補強はリブ以外にも多数の方法があります）
５）水槽の固定方法（ガイド部材の取り付け 等）
せっかくの水槽も固定方法により
超音波を大きく減衰する可能性があります。
特に、水槽底面の状態について、注意が必要です。
この部分は特に、経験的な事項が多く単純には説明できません。
６）低振動モードを発生させない設置に対する設計
水槽の低周波の振動モードに対する設計方法として
ノウハウを紹介します。
すべての断面２次モーメントのバラツキの大きさが
パラメータになりますので
出来るだけ、ばらつきを小さくすることがノウハウとなります。
（このことから
円形・円筒形、正方形の
底面形状の水槽が良くない理由が解ります。
このことは、全く同様に、振動子についてもあてはまります）
７）最適液循環を行うための配管（吸い込み・吐き出し）位置設計
目的・サイズ・・・により様々な要因を最適化する
機械設計の総合バランスによる部分だと考えています。
経験と論理モデルによる追及を続けている部分です。
８）全体のバランス（強度）
材料力学、流体力学、振動工学・・・・
総合的に設計・判断する必要があります
加工方法、材料・材質・・・についても十分な判断が必要です。
９）サイズ効果に対する経験からの考慮した設計
３ｍｍ＊１・８ｍ＊２ｍの水槽と
７０ｃｍ＊４５ｃｍ＊４０ｃｍの水槽は
製造方法、バラツキ、・・・全く異なる設計方法になります
大きな水槽は、最悪の状態に対する対処可能性を最優先します。
１０）洗浄目的に対する合理的な設計思想
水槽の目的に対して、常に設計思想の確認検討が必要です
新しい洗浄方法につながる場合が非常に多いので
設計思想は重要です。
１１）製造方法と価格の想定
＜設計の妥協点：溶接部について＞
板厚１．５ｍｍの板金に対して
水槽の角部を Ｒ５ｍｍで９０度に折り曲げるようにします
曲げた面に続く部分を、平面の突き合わせ溶接とすることで、
溶接部による超音波の減衰を小さくできます
水槽の製作方法も洗浄力を向上させるための重要な要因です
溶接部・溶接レベルの変更・・により強い超音波洗浄を可能にします
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超音波専用水槽の設計・製造技術を開発
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超音波実験写真 no.8
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音圧測定装置（超音波テスター）の特別タイプを製造販売
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超音波＜計測・解析＞事例
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ノウハウ＜超音波振動子の設置、脱気・マイクロバブル発生液循環＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=1538
音圧測定装置（超音波テスター）の標準タイプを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1722
超音波の＜ダイナミック特性を利用した制御＞技術
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超音波実験「ＵＳＷ－２８・７２Ｓ」 Ultrasonic experiment
