超音波の写真撮影（シャッタースピード １／２０００秒）
音響流 Ultrasonic Sound Flow water effect
流れの観察 （東京都 八王子市 あさかわ） ultrasonic-labo
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（constractal-law）」が支配している!
【著者】 エイドリアン・ベジャン Adrian Bejan J. ペダー・ゼイン J. Peder Zane
【訳者】 柴田裕之 【解説者】 木村繁男 出版社:紀伊國屋書店 (2013年)
流れと音と形の観察：コンストラクタル法則
http://ultrasonic-labo.com/?p=7302
http://ultrasonic-labo.com/?p=1779
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 出版社:みすず書房（1956年）
・・・・・・・
絶えず移動するさざ波の塊を研究して、
これを数学的に整理することはできないものだろうか。
・・・・・・・・
水面をすっかり記述するという
手におえない複雑さに陥らずに、
これらのはっきり目に見える事実を
描き出すことができるだろうか。
波の問題は
明らかに平均と統計の問題であり、
この意味でそれは
当時勉強していた、ルベーグ積分と密接に関連していた
・・・・
私は、自然そのものの中で
自己の数学研究の言葉と問題を
探さねばならないのだということを知るようになった。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
こうして、サイバネティクスの立場から見れば、
世界は一種の有機体であり、
そのある面を変化させるためには
あらゆる面の同一性を
すっかり破ってしまわなければならない
というほどぴっちり結合されたものでもなければ、
任意の一つのことが
他のどんなこととも同じくらいやすやすと
起こるというほどゆるく結ばれたものでもない。
・・・・・・
・・・・・・
理想的には、
単振動とは遠い過去から遠い未来まで時間的に
不変に続いている運動である。
ある意味でそれは永遠の姿の下に存在する。
音を発したり、止めたりすることは、
必然的にその振動数成分を変えることになる。
この変化は、小さいかもしれないが、
全く実在のものである。
有限時間の間だけ継続する音符は
ある帯域にわたる多くの
単振動に分解することができる。
それらの単振動のどれか一つだけが
存在するとみる事はできない。
時間的に精密であることは
音の高さがいくらかあいまいであることを意味し、
また音の高さを精密にすれば
必然的に時間的な区切りがつかなくなる。
・・・・・・・
・・・・・・・
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（constractal-law）」で
整理することで、超音波利用技術にまとめています。
超音波技術（アイデア）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7031
音響流の利用技術
＜＜超音波・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
４）ガラス容器の利用
５）キャビテーションと定在波の利用
６）その他（霧化、表面改質・・・）
この動画は、上記に関する実験の様子です
応用技術
＜音響流とキャビテーションのバランスを最適化する＞
１） 洗浄液が淀まない洗浄水槽を使用する
２）強度について、特別に弱い部分のない洗浄水槽を使用する
３）洗浄液の分布を均一にする（Ｄｏ濃度、液温、流速 等）
４）振動子の上面の洗浄液の流れを調節する
（流量・流速・バラツキをコントロールする）
５）超音波の周波数と出力にあわせた液循環を行う
６）機械設計としての洗浄水槽の強度は
超音波周波数に対して設定する
７）洗浄水槽の製造方法を明確にして、
超音波の水槽による減衰レベルを設定する
８）流体に対する洗浄水槽の特性を明確にする
（例 コーナー部の設計）
９）超音波の周波数・出力に対する洗浄水槽の特性を明確にする
（振動子・振動板の位置と水槽の関係を調整する
洗浄水槽の超音波伝播特性を明確にする）
１０）洗浄システムとしての制御構造などとの最適化を行う
以上のパラメータを念頭に超音波洗浄を検討する
（あるいは、現状の洗浄を見直す）
コメント
音響流とキャビテーションは相反する現象だと考えています
しかし、どちらかをなくすことは大変難しいため
バランスを調整し、最適化することが重要だと考えます
＜＜音響流＞＞
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
一般概念
有限振幅の波が
気体または液体内を伝播するときは、
音響流が発生する。
音響流は、
波のパルスの粘性損失の結果、
自由不均一場内で生じるか、
または音場内の障害物（洗浄物・治具・液循環）の近傍か
あるいは振動物体の近傍で
慣性損失によって生じる物質の一方性定常流である。
音響流は、
大多数の超音波加工工程、
浄化、乾燥、乳化、燃焼、抽出・・・過程での
重要な強化因子であり、
媒体内の熱交換と物質交換を著しく促進する。
加工工程での音響流の作用効果は、
それらの速度と寸法因子によって決まる。
＊＊＊コメント＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
ナノレベルの物質を対象とする
超音波操作では、
音響流に関する制御技術は
製造方法・表面状態・・・・を大きく変える場合があります。
特に、
洗浄を検討する場合には、
汚れの音響流による動きを理解し、
対応・対処することで効率の高い洗浄が可能になります。
そこで、
音響流に対する正しい認識を持つことは大切だと思い、
一般概念を提示しました。
音響流とキャビテーションや加速度による
超音波効果との関係は非線形音響学を
応用した測定解析により明確になります。
注： 非線形音響学
「線形理論に立脚した従来の音響理論と，
流体力学で取り扱うような
強い衝撃波理論を補完する橋渡し的存在である」
超音波利用（応用技術・ノウハウ）
超音波振動子の設置方法による、超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1487
推奨する「超音波（発振機、振動子）」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1798
超音波専用水槽の設計・製造技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1439
超音波のダイナミック制御技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=2015
超音波洗浄システムを最適化する方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=2710
「超音波の非線形現象」を利用する技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1328
超音波測定（音圧測定・解析・評価）
音圧測定装置（超音波テスター）の標準タイプ
http://ultrasonic-labo.com/?p=1722
音圧測定装置（超音波テスター）の特別タイプ
http://ultrasonic-labo.com/?p=1736
超音波計測の特別システムをオーダーメイド対応
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972
http://ultrasonic-labo.com/?p=1962
http://ultrasonic-labo.com/?p=1953
http://ultrasonic-labo.com/?p=1915
超音波システム研究所
ホームページ
http://ultrasonic-labo.com/
メガヘルツの超音波洗浄＜基礎実験＞ Ultrasonic cleaning （basic experiment）
超音波プローブの素子表面を調整して高調波の発生をコントロールする技術（超音波システム研究所）
超音波システム研究所は、
５００Ｈｚから１００ＭＨｚの対象物の表面弾性波について、
伝搬状態の線形性・非線形性を制御可能にする
超音波プローブの利用技術を開発しました。
目的に合わせた、
オリジナル超音波発振制御プローブを製造開発対応します。
ポイントは、超音波素子表面の表面弾性波について
伝搬特性と利用目的に合わせた、最適化です。
そのために、オリジナルプローブの超音波伝搬特性の動作確認
（音圧レベル、周波数範囲、非線形性、・・ダイナミック特性）です。
複数の超音波素子による、超音波の送受信について、
ダイナミックに変化する応答特性（の測定・解析・評価）が重要です。
応答特性から、音圧レベル・周波数・非線形性の利用範囲を決定します。
現状では、以下の範囲について対応可能となっています。
超音波プローブ：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ ２００ＭＨｚ）
発振範囲 ０．５ｋＨｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ ３００ＭＨｚ）
材質 ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
発振機器 例 ファンクションジェネレータ
＜金属・樹脂・ガラス・・・の音響特性＞を把握することで
発振制御により、音圧レベル、周波数、ダイナミック特性について
目的に合わせた伝搬状態を実現します
超音波伝搬状態の測定・解析・評価技術に基づいた、
精密洗浄・加工・攪拌・検査・・への新しい基礎技術です。
各種部材（ガラス容器・・）の音響特性（表面弾性波）の利用により
２０Ｗ以下の超音波出力で、３０００リッターの水槽でも、
数トンの構造物、工作機械、・・への超音波刺激は制御可能です。
弾性波動に関する工学的（実験・技術）な視点と
抽象代数学の超音波モデルにより
非線形現象の応用方法として開発しました。
ポイントは
超音波素子表面の表面弾性波利用技術です、
対象物の条件・・・により
超音波の伝搬特性を確認（注１）することで、
オリジナル非線形共振現象（注２、３）として
対処することが重要です
注１：超音波の伝搬特性
非線形特性
応答特性
ゆらぎの特性
相互作用による影響
注２：オリジナル非線形共振現象
オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象
注３：過渡超音応力波
変化する系における、ダイナミック加振と応答特性の確認
時間経過による、減衰特性、相互作用の変化を確認
上記に基づいた、過渡超音応力波の解析評価
＜＜特許申請＞＞
特開2021-125866 超音波制御（超音波発振制御プローブ）
特開2021-159990 超音波溶接
特開2021-161532 超音波めっき
特開2021-171909 超音波加工
特開2021-175568 流水式超音波洗浄
超音波発振制御プローブの製造技術の一部は
特開2021-125866 に記載しています
この技術を、コンサルティング提供します
興味のある方はメールでお問い合わせください
５００Ｈｚから１００ＭＨｚの対象物の表面弾性波について、
伝搬状態の線形性・非線形性を制御可能にする
超音波プローブの利用技術を開発しました。
目的に合わせた、
オリジナル超音波発振制御プローブを製造開発対応します。
ポイントは、超音波素子表面の表面弾性波について
伝搬特性と利用目的に合わせた、最適化です。
そのために、オリジナルプローブの超音波伝搬特性の動作確認
（音圧レベル、周波数範囲、非線形性、・・ダイナミック特性）です。
複数の超音波素子による、超音波の送受信について、
ダイナミックに変化する応答特性（の測定・解析・評価）が重要です。
応答特性から、音圧レベル・周波数・非線形性の利用範囲を決定します。
現状では、以下の範囲について対応可能となっています。
超音波プローブ：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ ２００ＭＨｚ）
発振範囲 ０．５ｋＨｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ ３００ＭＨｚ）
材質 ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
発振機器 例 ファンクションジェネレータ
＜金属・樹脂・ガラス・・・の音響特性＞を把握することで
発振制御により、音圧レベル、周波数、ダイナミック特性について
目的に合わせた伝搬状態を実現します
超音波伝搬状態の測定・解析・評価技術に基づいた、
精密洗浄・加工・攪拌・検査・・への新しい基礎技術です。
各種部材（ガラス容器・・）の音響特性（表面弾性波）の利用により
２０Ｗ以下の超音波出力で、３０００リッターの水槽でも、
数トンの構造物、工作機械、・・への超音波刺激は制御可能です。
弾性波動に関する工学的（実験・技術）な視点と
抽象代数学の超音波モデルにより
非線形現象の応用方法として開発しました。
ポイントは
超音波素子表面の表面弾性波利用技術です、
対象物の条件・・・により
超音波の伝搬特性を確認（注１）することで、
オリジナル非線形共振現象（注２、３）として
対処することが重要です
注１：超音波の伝搬特性
非線形特性
応答特性
ゆらぎの特性
相互作用による影響
注２：オリジナル非線形共振現象
オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象
注３：過渡超音応力波
変化する系における、ダイナミック加振と応答特性の確認
時間経過による、減衰特性、相互作用の変化を確認
上記に基づいた、過渡超音応力波の解析評価
＜＜特許申請＞＞
特開2021-125866 超音波制御（超音波発振制御プローブ）
特開2021-159990 超音波溶接
特開2021-161532 超音波めっき
特開2021-171909 超音波加工
特開2021-175568 流水式超音波洗浄
超音波発振制御プローブの製造技術の一部は
特開2021-125866 に記載しています
この技術を、コンサルティング提供します
興味のある方はメールでお問い合わせください
ポータブル超音波洗浄器を利用した、超音波伝搬制御実験（超音波システム研究所）
超音波システム研究所は、
超音波システム（音圧測定、発振制御）の
「オリジナル超音波プローブ」を利用した
各種装置・機器の振動計測・解析・評価に基づいた、
メガヘルツの超音波発振制御の追加により
装置の設置方法に関する最適化技術を開発しました。
この技術は
「低周波測定用プローブ」による、１Ｈｚ以下の振動測定と
「高周波測定用プローブ」による、１００ＭＨｚまでの振動測定により
装置の安定した効率の高い振動状態の最適化を実現しました。（注）
注：低周波の振動現象を正確に計測することは
大変難しく、今回の測定は、
低周波の共振・うねりを抑制する、特別な方法を採用しています。
その結果、超音波に関しては、高次の超音波伝搬状態を実現します。
これまでの事例から
超音波洗浄機、工作機械、溶接機械、攪拌装置・・・に対する、
設置テーブルの影響を考慮した
設置方法は大きな成果につながっています。
この技術は
超音波洗浄器を利用した化学反応実験・・・においても
考慮されにくい低周波の振動現象に対処できるので
今後、大きく発展できると考えます。
低周波の振動モードをコントロールする技術については
装置・機器の振動測定に関する、保守・メンテナンス技術・・
様々な利用・応用に関してコンサルティング対応しています。
超音波システム（音圧測定、発振制御）の
「オリジナル超音波プローブ」を利用した
各種装置・機器の振動計測・解析・評価に基づいた、
メガヘルツの超音波発振制御の追加により
装置の設置方法に関する最適化技術を開発しました。
この技術は
「低周波測定用プローブ」による、１Ｈｚ以下の振動測定と
「高周波測定用プローブ」による、１００ＭＨｚまでの振動測定により
装置の安定した効率の高い振動状態の最適化を実現しました。（注）
注：低周波の振動現象を正確に計測することは
大変難しく、今回の測定は、
低周波の共振・うねりを抑制する、特別な方法を採用しています。
その結果、超音波に関しては、高次の超音波伝搬状態を実現します。
これまでの事例から
超音波洗浄機、工作機械、溶接機械、攪拌装置・・・に対する、
設置テーブルの影響を考慮した
設置方法は大きな成果につながっています。
この技術は
超音波洗浄器を利用した化学反応実験・・・においても
考慮されにくい低周波の振動現象に対処できるので
今後、大きく発展できると考えます。
低周波の振動モードをコントロールする技術については
装置・機器の振動測定に関する、保守・メンテナンス技術・・
様々な利用・応用に関してコンサルティング対応しています。
超音波による、ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術（超音波システム研究所）
－－超音波の非線形現象を制御する技術による
ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術－－
超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
効果的な攪拌（乳化・分散・粉砕）技術を開発しました。
この技術は
表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。
さらに、
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、
ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
超音波の発振制御により実現します。
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。
超音波に対する
定在波やキャビテーションの制御技術をはじめ
間接容器に対する伝播制御技術・・・により
適切なキャビテーションと音響流による攪拌を行います。
これまでは、各種溶剤の効果と超音波の効果が
トレードオフの関係にあることが多かったのですが
この技術により
溶剤と超音波の効果を
適切な相互作用により相乗効果を含めて
大変効率的に利用（超音波制御）可能になりました。
オリジナルの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・・・を確認しています。
ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術－－
超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
効果的な攪拌（乳化・分散・粉砕）技術を開発しました。
この技術は
表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。
さらに、
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、
ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
超音波の発振制御により実現します。
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。
超音波に対する
定在波やキャビテーションの制御技術をはじめ
間接容器に対する伝播制御技術・・・により
適切なキャビテーションと音響流による攪拌を行います。
これまでは、各種溶剤の効果と超音波の効果が
トレードオフの関係にあることが多かったのですが
この技術により
溶剤と超音波の効果を
適切な相互作用により相乗効果を含めて
大変効率的に利用（超音波制御）可能になりました。
オリジナルの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・・・を確認しています。
超音波の測定解析が容易にできる「超音波テスターＮＡ（100MHzタイプ）」
