超音波（定在波）の制御技術 no.３０
超音波（キャビテーション）を
適正に設定することで、
目的に合わせた超音波（定在波）の状態が実現できます
水槽と液循環に対する
超音波振動子の設置位置と方法により、
キャビテーションの伝搬状態を制御しています
＜＜超音波システム研究所＞＞
超音波システム研究所のオーダーメイド製品
超音波に関する、オリジナル技術製品を、
以下のように販売対応します。
「お問い合わせ・申し込み」から
納品、その後の管理・運用について、流れを説明します。
不明な点は、メールでお問い合せ下さい。
１．お申込み
メールでご連絡下さい。
内容（目的・・）を確認させていただき、連絡を差し上げます。
２．詳細な仕様確認
メール・電話、もしくは直接お会いし、制作する装置について
仕様確認させて頂きます。
また、納品後の運用についても確認・提案させて頂きます。
３．発注・ご依頼
装置の仕様・価格・・等について、
納得いただければ正式に発注となります。
４．装置制作・納品
資料（仕様書・説明書・・）を添付して納品します。
必要に応じた、
説明（簡単なセミナー・デモンストレーション・・）を行います。
５．完了
オーダーメードのカスタム製品となります。
６．装置の運用サポート
ここからが使用開始となります。
個別の各種超音波装置における状況に応じた
アドバイス・確認・点検方法・・・について対応します。
対応は基本的にはメールですが、
出張対応（別途費用が発生します）も行います。
参考
＜＜超音波システム研究所のオリジナル製品 製造販売 ＞＞
１）脱気・マイクロバブル発生装置（液循環システム）
２）超音波測定・解析システム（超音波テスター）
３）超音波洗浄機
超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
超音波システム研究所は、
超音波の音圧を測定したデータを解析する技術により
超音波伝搬状態の特徴を検出・評価しています
解析技術
１）多変量自己解析モデルによるフィードバック解析により
超音波の安定性・変化について検討します
２）インパルス応答特性・自己相関の解析により
水槽・振動子・治工具・・に関する検討を行います
３）パワー寄与率の解析により
超音波（周波数・出力）、水槽、液循環・・
の最適化に関する検討を行います
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
対象物に合わせた、洗浄・攪拌・分散・改質・・・
の検討を行います
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。
具体的な超音波伝播周波数の状態により、
解析の有効性を考慮する必要があるため
すべてに適応する設定はありません。
（事前のシミュレーション検討を行っています）
メガヘルツの超音波発振制御プローブを製造する技術ーー超音波のダイナミック伝搬特性を確認するテストーー（超音波システム研究所）
メガヘルツの超音波発振制御プローブを製造する技術ーー超音波のダイナミック伝搬特性を確認するテストーー（超音波システム研究所）
超音波プローブの表面弾性波を制御する技術－－低周波の共振現象と、高周波の非線形現象を発振制御する超音波実験－－（超音波システム研究所）
超音波モデルに基づいた制御システムの開発技術 Ultrasonic-labo
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＞に基づいて、抽象代数学を利用した
効果的な「超音波発振制御システム」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 の利用等の評価方法により、
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
ポイントは
表面弾性波の利用です、
対象物の条件・・・により
超音波の伝搬特性を確認することで、
オリジナル非線形共振現象（注１）として
対処することが重要です
注１：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
様々な分野への利用が可能になると考え
各種コンサルティングにおいて提案・実施しています。
超音波利用に関して、
＜統計的な考え方＞に基づいて、抽象代数学を利用した
効果的な「超音波発振制御システム」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 の利用等の評価方法により、
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
ポイントは
表面弾性波の利用です、
対象物の条件・・・により
超音波の伝搬特性を確認することで、
オリジナル非線形共振現象（注１）として
対処することが重要です
注１：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
様々な分野への利用が可能になると考え
各種コンサルティングにおいて提案・実施しています。
超音波プローブを利用した超音波制御システム ultrasonic-labo
超音波システム研究所は、
線材の表面弾性波による非線形振動現象を利用した
超音波の発振制御技術を開発しました。
各種材質の線材（ステンレス、銅、樹脂・・・）について
基本的な音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで
ステンレスとテフロンチューブの組み合わせ・・・
複雑な音響特性を可能にします。
その結果、目的の超音波伝搬状態を、発振制御により可能になります。
２種類の超音波発振制御プローブにより、
利用目的と相互作用の測定・解析確認に基づいた
スイープ発振とパルス発振の条件設定を行います。
特に、低周波の共振現象を制御するために
高周波の非線形現象を利用します。
そのために、音圧測定は１００ＭＨｚ以上の測定範囲が必要となります。
ポイントは、音圧データの測定・解析に基づいた
システムのダイナミックな振動特性を評価することです。
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）を設定・確認（注）しました。
注：
非線形特性（高調波のダイナミック特性）
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
新しい技術として開発しました。
詳細な、発振制御の設定条件は
超音波プローブや発振機器の特性も影響するため
実験確認に基づいて決定します。
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が増えています。
複数の超音波発振・液循環・・・各種制御の組み合わせは、
以下の項目を目的に合わせて最適化します。
１）線形現象と非線形現象
２）相互作用と各種部材の音響特性
３）音と超音波と表面弾性波
４）低周波と高周波（高調波と低調波）
５）発振波形と出力バランス
６）発振制御と共振現象（オリジナル非線形共振現象（注１））
・・・
上記について
音圧測定データに基づいた
統計数理モデル（スペクトルシーケンス （注２））により
表面弾性波の新しい評価方法で最適化します。
（注１）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次の高調波を
ダイナミックな時間経過の変化で発生する共振現象により
高い振幅で高い周波数を実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象
（注２）超音波の変化を、抽象代数の圏論やコホモロジーの
スペクトルシーケンスに適応させるといった
オリジナル方法を利用した表現（統計数理モデル）
線材の表面弾性波による非線形振動現象を利用した
超音波の発振制御技術を開発しました。
各種材質の線材（ステンレス、銅、樹脂・・・）について
基本的な音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで
ステンレスとテフロンチューブの組み合わせ・・・
複雑な音響特性を可能にします。
その結果、目的の超音波伝搬状態を、発振制御により可能になります。
２種類の超音波発振制御プローブにより、
利用目的と相互作用の測定・解析確認に基づいた
スイープ発振とパルス発振の条件設定を行います。
特に、低周波の共振現象を制御するために
高周波の非線形現象を利用します。
そのために、音圧測定は１００ＭＨｚ以上の測定範囲が必要となります。
ポイントは、音圧データの測定・解析に基づいた
システムのダイナミックな振動特性を評価することです。
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）を設定・確認（注）しました。
注：
非線形特性（高調波のダイナミック特性）
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
新しい技術として開発しました。
詳細な、発振制御の設定条件は
超音波プローブや発振機器の特性も影響するため
実験確認に基づいて決定します。
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が増えています。
複数の超音波発振・液循環・・・各種制御の組み合わせは、
以下の項目を目的に合わせて最適化します。
１）線形現象と非線形現象
２）相互作用と各種部材の音響特性
３）音と超音波と表面弾性波
４）低周波と高周波（高調波と低調波）
５）発振波形と出力バランス
６）発振制御と共振現象（オリジナル非線形共振現象（注１））
・・・
上記について
音圧測定データに基づいた
統計数理モデル（スペクトルシーケンス （注２））により
表面弾性波の新しい評価方法で最適化します。
（注１）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次の高調波を
ダイナミックな時間経過の変化で発生する共振現象により
高い振幅で高い周波数を実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象
（注２）超音波の変化を、抽象代数の圏論やコホモロジーの
スペクトルシーケンスに適応させるといった
オリジナル方法を利用した表現（統計数理モデル）
超音波システム研究所は、
＊複数の異なる周波数の振動子の「同時照射」技術
＊間接容器の利用に関する「弾性波動」の応用技術
＊振動子の固定方法による「定在波の制御」技術
＊時系列データのフィードバック解析による「超音波測定・解析」技術
＊液循環に関する「ダイナミックシステム」の統計処理技術
＊超音波の「非線形現象に関する」制御技術
＊超音波とマイクロバブルによる「表面改質技術」
＊超音波の「音圧測定・解析技術」
＊磁性・磁気と超音波の組み合わせ技術
＊超音波による「金属部品のエッジ処理」技術
上記の技術を組み合わせることで
対象物に合わせた、超音波攪拌技術（注）を開発しました。
注：超音波とマイクロバブルにより
攪拌とともに
対象粉末・・の表面応力を緩和・均一化する処理が行われます
今回開発した技術の具体的な応用事例として、
カーボンナノチューブ、銀粉、鉄粉、銅粉、アルミニウム粉、
ガラス、樹脂、セラミック、ポリマー、・・・
に対して、超音波特有の効果を実現しました。
詳細な特性につきましてはメールでお問い合わせください。
特に、
超音波の発振周波数に対する、
対象物への伝搬状態（キャビテーションと音響流の効果）を
明確に制御することで、安定した粉末表面処理を実現しました。
非常に単純な事項が多いのですが
ノウハウとして詳細はコンサルティング対応させていただきます
複数の超音波振動子を利用する場合は
発振の順序、出力変化の方法、水槽内の液面の振動・・に関する
各種（時間の経過による特性の変化・・）の問題に、
＜相互作用の影響＞をグラフとして、把握することが重要です。
超音波・洗浄・改質・攪拌・・・様々な応用・研究・・につながっています。
■参考動画
https://youtu.be/CfQm7Ts_vfQ
https://youtu.be/QW4b0fmdpUs
https://youtu.be/G_iM0Mm6ycY
https://youtu.be/toIT_PQccx4
https://youtu.be/ubr1w7tVyts
https://youtu.be/OSWarWU9vNk
https://youtu.be/FFCcyuswQyc
https://youtu.be/lNaRZis193g
https://youtu.be/bvxEamfL2_o
https://youtu.be/lxXXbL_HJgk
https://youtu.be/n4BWbIGIHoI
https://youtu.be/V1CfvUhxW_A
https://youtu.be/iKdf4c6f4IQ
https://youtu.be/VhsCkGNHWho
https://youtu.be/h2hlbSsBIx0
http://youtu.be/VStQrJFBxrw
http://youtu.be/jowNkJJIRAY
http://youtu.be/lkiFPQL2jpI
http://youtu.be/b2lkl_DrptI
http://youtu.be/ZVpXLAnIXGo
http://youtu.be/25y4zHCrE2I
http://youtu.be/4H87dATnOVA
http://youtu.be/WxipcOkvrvo
http://youtu.be/2BjWJ4UZfrs
http://youtu.be/bCBi5Fc5V0M
http://youtu.be/f1ev0gDGuYQ
http://youtu.be/Z86YJLbPZD8
http://youtu.be/f1ev0gDGuYQ
http://youtu.be/J_i7RcsuUrI
http://youtu.be/L1h3HqNtP3Y
http://youtu.be/iyv8rr5cPhw
http://youtu.be/ZGK0Mrk8hEo
http://youtu.be/fwpRXMACIj8
http://youtu.be/uKOFBPDlO5w
https://youtu.be/nzP3E92J-08
https://youtu.be/n_6FNx0GZWo
https://youtu.be/LNd4Z7W0-co
https://youtu.be/Wa3VddPcscY
https://youtu.be/DYzhjG0dhE0
https://youtu.be/RZgPWg6XfrY
https://youtu.be/p1ZoLS3d52w
https://youtu.be/rxtJpB1BQ6M
https://youtu.be/ryazAOmKx2g
https://youtu.be/G79TzUOirR8
これは、超音波に対する新しい視点です、
今回の実施結果から
対象物と超音波振動子の周波数の関係よりも
システムの超音波振動による非線形現象・相互作用の影響が
大変大きいことを確認しています。
超音波の伝搬状態を有効に利用するためには
相互作用による伝搬周波数の状態変化・・を検出して
最適化（制御）することが重要だと考えています。
コンサルティング事業としては、
２種類の超音波振動子の同時照射を使用するシステムを
主体として展開しています。
■参考
超音波攪拌（乳化・分散・粉砕）技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3920
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
アルミ箔の超音波分散
http://ultrasonic-labo.com/?p=5550
磁性・磁気と超音波（Ultrasonic and magnetic）
http://ultrasonic-labo.com/?p=3896
新しい超音波（測定・解析・制御）技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1454
超音波による「金属部品のエッジ処理」技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2894
超音波システム研究所＜理念Ⅱ＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=3865
