制御できると超音波システムは
大変便利な道具（装置）になります
超音波照射による現象を
安定して効率よく利用するためには
超音波発振機や振動子以外の条件に関する
検討や開発も必要です
水槽や液循環・・・の影響も大きいのですが
現在使用中の超音波を効率用利用するための
単純ですが大きな改善が可能な
アイデアと方法を紹介します
（ 具体例や実績は多数あります
２０ｃｃ－１８００リットルまで対応実績があります ）
＊＊ 新しい超音波システムの制御を紹介します ＊＊
この制御は簡単で、非常に効率が高いので是非利用してください
省エネルギーにもなります、広く普及させたいと考えています
特許申請は行いません
（インターネットで公開し類似の特許が登録されないようにしています）
詳細については「 超音波システム研究所 」にお問い合わせください
単純ですが、個別の要因（水槽、伝搬対象物、・・）により適切な設定が必要です
ご協力させていただきます
新しい超音波システムの制御
＜＜ シャノンのジャグリング定理の応用 ＞＞
注：JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon
of the Massachusetts Institute of Technology
is schematically represented for the three-ball cascade.
（ http://www2.bc.edu/~lewbel/jugweb/science-1.html より）
シャノンのジャグリング定理
( F + D ) ＊ H = ( V + D ) ＊ N
F ： ボールの滞空時間（Flight time）
D ： 手中にある時間（Dwelling time）
H ： 手の数（Hands）
V ： 手が空っぽの時間（Vacant time）
N ： ボールの数（Number of balls）
応用
Ｆ ： 超音波の発振・出力時間
Ｄ ： 循環ポンプの運転時間
H ： 基本サイクル（キャビテーション・加速度のピークの発生する） ＜注＞
V ： 脱気装置の運転時間
N ： 超音波出力の異なる周波数の数
説明
各種データの時系列変化の様子を解析（注１）して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当するサイクルと
影響範囲を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
自然なシステムの状態に適した制御となり、
効率の高い超音波システムとなります
Ｆ・Ｄ・Ｖの関係は時間の経過とともにトレードオフの関係になります、
そのために各種の運転として他の条件を停止させた状態で
運転する方法が必要になります
これまでにも、結果としては適切と思える状態が発生することがありましたが
数時間、数日、数ヶ月後には適切でなくなり、再調整することがありました
このような経験の中から適切なモデルを検討していましたが、
ジャグリングモデルは大変良く適合するとともに、
高い効率と安定性を示しました
超音波の目的（キャビテーションの効果、加速度の効果、 等）に対して、
装置の運転時間の調整で対応（最適化）することが可能です
但し、一般的な時間を提示できないのはシステムの系として
水槽やポンプの構造による影響が大きいため、
そこに合わせる（音響特性を考慮した最適化の）必要があるためです
参考として、単純な応用例
３００リットルの水槽で３０リットル毎分の循環ポンプと脱気装置の場合
超音波１ ------
超音波２ ------ ------
脱気装置 --- --- ---
循環ポンプ --- --- --- ．．．．
超音波出力：２分 １００-２００ワット、 脱気装置 １分、 循環ポンプ １分
ポイント
システムを「時間で移動するボールのジャグリング状態」として
捉えることが重要です
トレードオフの関係にあるパラメータを
適切にバランス運転することを可能にします
通信の理論を考えたシャノンが
ジャグリングの理論を考えた理由もそこにあるように思います
注１）情報量基準を用いた時系列データの
多変量自己回帰モデルによる解析
注２）新しい発想ですので、
特許による制約等はありません、自由に応用発展させてください
上記の脱気装置（ヒータによる液温管理）と
循環ポンプ（オーバーフロー水槽）は
水槽構造により不要になる場合もあります
その場合にもモデル化による設定と制御により
非常に高い効率が実現できます
１７００リットル以上の水槽でも、
１種類の周波数（振動子）による
３００ワット１台の超音波出力で
安定した高い音圧レベルで均一な超音波伝搬状態を実現しました
（２０１１年２月）
簡単な実験で確認してください、
溶存酸素濃度の絶対値は問題でありません、
バランスをとればどの様な状態（天候や水槽等の環境）でも
水槽全体に超音波が広がります
超音波の状態を理解して検討するためには
流体力学（三次元非定常圧縮性粘性流れ・ソリトン・液体の状態）を
正しくイメージすることが重要だと思います
しかし、不思議なくらい再現性と安定性がありますので
実験で確認することを提案します
注３）強い振動が水槽全体に広がるので、
水槽の構造に弱い部分があると水漏れ等の問題が発生します
特に、角部での溶接は注意が必要です
注4）十分な解明は難しいとおもいますが、
効率は実際に製作することで上昇しつづけています
（ 水槽に黄金比を採用することは強度以外に
流体に対する影響が大きいように思います ）
超音波システムに関する、コンサルティングを行っています
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超音波システム研究所 E-mail： uss1@island.dti.ne.jp
この資料で、超音波洗浄の基礎事項・応用方法・問題点を説明しています
