超音波洗浄器の利用技術 ultrasonic-labo
＜統計的な考え方＞を利用した「超音波技術」
参考動画
超音波システム研究所は、
超音波利用に関して、
＜統計的な考え方＞を利用した
効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。
＜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
超音波の研究について
「キャビテーションの効果を安定させるには統計的な見方が不可欠」
＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。
正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に”丸めた”形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。
＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞
( 考察する場合の注意事項 )
１）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります
２）モデルの本質を考えるためには、
圏論（注）を利用することが有効だと考えています
（実際に応用化学や量子論などで積極的に利用されています）
注：圏論は、数学的構造とその間の関係を抽象的に扱う数学理論
＜論理モデルの作成について＞
（情報量基準を利用して）
１）各種の基礎技術（注）に基づいて、対象に関する、
D1=客観的知識（学術的論理に裏付けられた理論）
D2=経験的知識（これまでの結果）
D3=観測データ（現実の状態）
からなる 「情報データ群 」、DS＝(D1,D2,D3) を明確に認識し
その組織的利用から複数のモデル案を作成する
２）統計的思考法を、
情報データ群（DS）の構成と、
それに基づくモデルの提案と検証の繰り返し
によって情報獲得を実現する思考法と捉える
３） AIC の利用により、
様々なモデルの比較を行い、最適なモデルを決定する
４） 作成したモデルに基づいて
超音波装置・システムを構築する
５） 時間と効率を考え、
以下のように対応することを提案しています
５－１）「論理モデル作成事項」を考慮して
「直感によるモデル」を作成し複数の人が検討する
５－２）実状のデータや新たな情報によりモデルを修正・検討する
５－３）検討メンバーが合意できるモデルにより
装置やシステムの具体的打ち合わせに入る
上記の参考資料
１）ダイナミックシステムの統計的解析と制御
：赤池弘次/共著 中川東一郎/共著：サイエンス社
２）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
超音波システム研究所（脱気マイクロバブル）no.２６０
超音波システムの設計技術を開発
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超音波システム研究所は、
「太鼓の形と音に関する数学」と
「小型超音波振動子に関する基礎実験・解析」にもとづいて、
量子力学モデルを利用した
投げ込み式超音波振動子の設計技術を開発しました。
この技術の基本的な応用として
目的に合わせた、超音波システムの合理的な設計技術を実現しました。
今回開発した技術は、
超音波の発振・伝搬状態を、量子力学の縮重関数に
適応させるというモデルを採用しています。
これまでの設計方法とは異なり、
水槽内での超音波伝搬状態に対する、
エネルギー順位（高調波の次数に対応）を
音響流や音（低周波の振動）・・
の摂動（バイスペクトル解析結果）としてとらえることで
振動子の設計条件を決めていきます。
なお、超音波システム研究所の「超音波機器の評価技術」により、
この方法による、具体的な効果を確認しています。
応用例として
「超音波伝搬状態について、
洗浄とリンスの区別、
攪拌状態の変化、・・に適応した
水槽・容器・治工具・・・の設計技術」
としても利用可能です。
参考資料
http://youtu.be/-lByssYU3z8
http://youtu.be/uqr3P8nwaLI
http://youtu.be/qdDdC12anGU
http://youtu.be/cMwXC8Ac6TQ
http://youtu.be/1m_GqPcYwMI
http://youtu.be/S-LYwIxOcxM
http://youtu.be/Yw_QUIYU2dI
http://youtu.be/baBeYZ_tBCk
http://youtu.be/OVWDgWuawXI
http://youtu.be/JnUbziRdMnc
http://youtu.be/4ZNzjLdtJyw
これは、最近のナノレベルの攪拌・分散を効率的に行うための
適切な超音波状態の検討から開発した技術です。
出力１０Ｗから出力１８００Ｗまでの超音波システムによる実施例で、
有効な結果が得られています。
なお、今回の技術は、表面改質技術と組み合わせることで
安定した再現性を確認しています。
超音波＜照射＞技術no.７９
Ultrasonic Cavitation Control.
超音波の非線形性現象を利用しています。
Ultrasonic Sound Flow water effect.
＜＜超音波システム研究所＞＞
流水式超音波洗浄（超音波シャワー）
＜＜音響流の利用技術＞＞
１）２周波の超音波洗浄
２）流水式超音波洗浄（超音波シャワー）
３）高周波（１ＭＨz以上）の利用
この動画は、上記に関する基礎実験の様子です
「超音波の非線形現象」を利用する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1328
間接容器と定在波による音響流とキャビテーションのコントロール
http://ultrasonic-labo.com/?p=1471
液循環ポンプによる 「音響流の制御システム」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1212
超音波の伝播現象における「音響流」を測定する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1197
超音波を利用した「表面弾性波（surface elastic wave）の計測技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1184
超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
超音波＜攪拌＞技術
各種容器の音響特性により、
キャビテーションと弾性波動が効果的に作用して
大きな波（複雑な振動・・・現象）が発生しています
攪拌・分散効果も大変大きい状態です
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
各種データの時系列変化の様子を解析・評価して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
超音波伝搬現象の「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
＜＜ 超音波のジャグリング制御 ＞＞
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（注）に関する 検討や開発も必要です
注：水槽、洗浄液、装置の固定方法、治工具、液循環・・・
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 ）
＊＊ 超音波システムの制御 ＊＊
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
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）
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（応答特性・・・）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
参考動画
http://youtu.be/z9U_zAqYbME http://youtu.be/4qllXYFuqBM
http://youtu.be/OVWyXfQY2Uk http://youtu.be/83dDoHXLu5Y
＜＜ナノテクノロジー＞＞
間接容器と定在波による
音響流とキャビテーションのコントロール
http://ultrasonic-labo.com/?p=1471
超音波を利用した、「ナノテクノロジー」の研究・開発装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=2195
ナノレベルの超音波＜乳化・分散＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1620
間接容器と定在波による
音響流とキャビテーションのコントロール
http://ultrasonic-labo.com/?p=1471
超音波を利用した、「ナノテクノロジー」の研究・開発装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=2195
ナノレベルの超音波＜乳化・分散＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1620
