超音波とファインバブルによる表面改質処理を行った、超音波洗浄器（42kHz 26W）実験
超音波研究に関する実験写真（超音波システム研究所）
超音波システム研究所は、
超音波に関する実験写真を公開しています。
超音波実験 Ultrasonic experiment
１：キャビテーションと音響流（非線形現象）の制御技術
２：超音波専用水槽の表面改質処理（表面残留応力の緩和処理）技術
３：超音波の伝搬特性に基づいた、間接容器・治工具の開発・応用技術
４：脱気ファインバブル発生液循環システムの開発技術
５：超音波のダイナミック制御技術
６：超音波システム（音圧測定・解析、発振制御）の開発技術
７：超音波素子表面の表面弾性波を調整する技術
上記に関する「超音波実験」写真を公開しています。
＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞
1：線形型
2：非線形型
3：ミックス型
4：ダイナミック変動型
（ 4－1：線形変動型 4－2：非線形変動型 4－3：ミックス変動型 ）
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
１：線形型（キャビテーション主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で
若干の変化がある状態
注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
２：非線形型（音響流主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で
若干の変化がある状態
注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７ 超音波制御）により
発振周波数の１００倍を実現することも可能です
３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型）
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の１，２，３は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ）
４－１：線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で
制御可能にした状態
４－２：非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で
制御可能にした状態
４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型）
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で
制御可能にした状態
超音波に関する実験写真を公開しています。
超音波実験 Ultrasonic experiment
１：キャビテーションと音響流（非線形現象）の制御技術
２：超音波専用水槽の表面改質処理（表面残留応力の緩和処理）技術
３：超音波の伝搬特性に基づいた、間接容器・治工具の開発・応用技術
４：脱気ファインバブル発生液循環システムの開発技術
５：超音波のダイナミック制御技術
６：超音波システム（音圧測定・解析、発振制御）の開発技術
７：超音波素子表面の表面弾性波を調整する技術
上記に関する「超音波実験」写真を公開しています。
＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞
1：線形型
2：非線形型
3：ミックス型
4：ダイナミック変動型
（ 4－1：線形変動型 4－2：非線形変動型 4－3：ミックス変動型 ）
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
１：線形型（キャビテーション主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で
若干の変化がある状態
注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
２：非線形型（音響流主体型）
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で
若干の変化がある状態
注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７ 超音波制御）により
発振周波数の１００倍を実現することも可能です
３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型）
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２）
から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の１，２，３は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ）
４－１：線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で
制御可能にした状態
４－２：非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で
制御可能にした状態
４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型）
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で
制御可能にした状態
超音波プローブによるスイープ発振制御技術ーーーオリジナル超音波システムの開発技術ーーー（超音波システム研究所）
超音波実験システムーーポリイミドフィルムに鉄めっきを行った部材を利用した超音波プローブの発振制御技術ーー（超音波システム研究所）
基礎実験（ポリイミドフィルムに鉄めっきを行った部材を利用した超音波プローブ）
超音波システム研究所は、
超音波の制御を効率行うことができる
＜＜脱気マイクロバブル発生液循環装置＞＞の製造・開発方法・・を
コンサルティング対応しています。
＜＜脱気マイクロバブル（ファインバブル）発生液循環装置＞＞
１）ポンプの吸い込み側を絞ることで、キャビテーションを発生させます。
２）キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生します。
上記が脱気液循環装置の状態です
３）溶存気体の濃度が低下すると
キャビテーションによる溶存気体の気泡サイズが小さくなります。
４）適切な液循環により、20μ以下のマイクロバブルが発生します。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態です。
５）上記の脱気マイクロバブル発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
マイクロバブルを超音波が分散・粉砕して
マイクロバブルの測定を行うと
ナノバブルの分布量がマイクロバブルの分布量より多くなります
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態です。
超音波液循環技術の説明
１）超音波専用水槽（オリジナル製造方法）を使用しています。
（材質は、樹脂・ステンレス・ガラス・・対応可能です）
２）水槽の設置は
１：専用部材を使用
２：固有振動と超音波周波数・出力の最適化を行っています。
（水槽の音響特性に合わせた対応を実施します）
３）超音波振動子は専用部材を利用して設置しています
（専用部材により、定在波、キャビテーション、音響流の
利用状態を制限できます）
４）脱気・マイクロバブル発生装置を使用します。
（標準的な、溶存酸素濃度は５－６ｍｇ／ｌ）
５）水槽と超音波振動子は表面改質を行っています。
上記の設定とマイクロバブルの拡散性により
均一な洗浄液の状態が実現します。
均一な液中を超音波が伝搬することで
安定した超音波の状態が発生します。
この状態から
目的の超音波の効果（伝搬状態）を実現するために
液循環制御を行います
（水槽内全体に均一な音圧分布を実現して、
超音波、脱気装置、液循環ポンプ、・・の運転制御がノウハウです）
目的の超音波状態確認は音圧測定解析（超音波テスター）で行います。
ポイントは
適切な超音波（周波数・出力）と液循環のバランスです
液循環の適切な流量・流速と超音波キャビテーションの設定により
超音波による音響流・加速度効果の状態をコントロールします。
マイクロバブルの効果で
均一に広がる超音波の伝搬状態を利用します。
液循環により、以下の自動対応が実現しています。
溶存気体は、水槽内に分布を発生させ
レンズ効果・・・の組み合わせにより、超音波が減衰します。
適切な液循環による効率の良い超音波照射時は、
大量の空気・・が水槽内に取り入れられても
大きな気泡となって、水槽の液面から出ていきます。
しかし、超音波照射を行っていない状態で
オーバーフロー・・により
液面から空気を取り込み続けると、超音波は大きく減衰します。
この空気を取り入れる操作は必要です
多数の研究報告・・がありますが
液循環の無い水槽で、長時間超音波照射を行い続け
溶存気体の濃度が低下すると
音圧も低下して、キャビテーションの効果も小さくなります。
（説明としては、キャビテーション核の必要性が空気を入れる理由です
液面が脱脂油や洗剤の泡・・・で覆われた場合も空気が遮断され
同様な現象になります）
さらに、
超音波照射により、脱気は行われ
溶存気体の濃度は低下して、分布が発生します
単純な液循環では、この濃度分布は解消できません。
この濃度分布の解決がマイクロバブルの効果です。
脱気・マイクロバブル発生液循環が有効な理由です。
注：
オリジナル装置（超音波測定解析システム：超音波テスター）による
音圧測定解析を行い
効果の確認を行っています。
上記の液循環状態に対して
超音波プローブによるメガヘルツの超音波発振制御を行うことで
超音波の非線形現象が幅広い周波数帯で発生するとともに
ダイナミックな超音波の変化を実現します。
気体の流量・流速分布・・・を適切に設定することで
目的に合わせた、非線形現象を発生させることができます。
＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞による非線形制御技術
＜＜キャビテーションのコントロール＞＞
超音波システム研究所は、
目的に合わせた効果的な超音波のダイナミック制御を実現する、
＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞に関して
メガヘルツの超音波発振制御とのくみあわせにより
超音波の非線形現象をコントロールする技術を開発しました。
＜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ています
以下基礎実験の様子です
https://youtu.be/KhKXK7Vb1aE
https://youtu.be/x2TdvfNQyC0
https://youtu.be/APeBPGrTfyo
https://youtu.be/jr7Et9a4UGk
マイクロバブルによる
超音波（キャビテーションと音響流）の
ダイナミック制御・非線形制御
＜＜超音波のコントロール＞＞
https://youtu.be/6gybSXPve6Q
https://youtu.be/C_OlyJaNalA
https://youtu.be/qGroVi0e-v0
https://youtu.be/DAe-y5gBg5g
https://youtu.be/whBptXgKXw4
https://youtu.be/ldQEUnsNuqs
＊＊＊
https://youtu.be/TTuBQfIfCXc
https://youtu.be/YYfNRD5d-cM
https://youtu.be/5of576CFU98
https://youtu.be/urn_O9wFfwc
https://youtu.be/WSSW_YfkP4o
＊＊＊
https://youtu.be/tfgjVX-59Pc
https://youtu.be/O_gENQbGQF4
https://youtu.be/OLc6B0pZOVM
https://youtu.be/HrQX4A8SI68
https://youtu.be/Es7aEoreklk
https://youtu.be/YsA9lQz3z68
脱気マイクロバブル発生液循環装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=14443
「脱気・マイクロバブル発生装置」を利用した超音波システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1996
脱気マイクロバブル発生液循環システム追加の出張サービス
http://ultrasonic-labo.com/?p=2906
オリジナル技術（液循環）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7658
＜＜超音波洗浄器・超音波美顔器＞＞
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://ultrasonic-labo.com/?p=1060
超音波美顔器を利用した、組み合わせ「超音波伝搬制御技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1205
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
超音波発振制御プローブに、非線形現象のコントロール実験ーー超音波プローブの伝搬特性を利用した、ファンクションジェネレーターのスイープ発振条件設定技術ーー（超音波システム研究所）
超音波の発振制御技術 ultrasonic-labo
超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した全く新しい、
＜＜振動計測技術＞＞を開発しました。
これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
超音波の非線形現象に関する「測定・解析・制御」技術を応用します。
ものの表面を伝搬する超音波のダイナミック特性を
測定・解析・評価したデータの蓄積から、
低周波（０．１Ｈｚ）～高周波（１００ＭＨｚ）の振動状態を
＜測定・解析・評価＞できる技術を開発しました。
建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。
これは、新しい方法および技術です、
これまでの解析結果から
様々な応用事例が発展しています。
特に、標準測定時間として連続７２時間のデータ採取が可能ですので
非常に低い周波数の振動や
不規則に変動する振動に対しても計測が可能です
超音波装置での実績として
１）装置の振動モード、瞬間的な振動現象の測定
２）工場の振動モードの測定
３）機械加工時の瞬間的な振動の測定
４）自動車、電車・・乗り物の振動を測定
５）対象物の音響特性による振動モードの測定
６）その他・・・・
具体的には
２種類の超音波プローブを利用して
２つの音圧データの関係性を解析することで
非線形な振動と固有の振動モードについて分析します。
超音波プローブの概略仕様
発振範囲 ０．１Ｈｚ～１０ＭＨｚ
測定範囲 ０．００１Ｈｚ～３００ＭＨｚ
コード長さ １０ｃｍ～
対象材質 ステンレス、樹脂、セラミック、ガラス・・・
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した全く新しい、
＜＜振動計測技術＞＞を開発しました。
これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
超音波の非線形現象に関する「測定・解析・制御」技術を応用します。
ものの表面を伝搬する超音波のダイナミック特性を
測定・解析・評価したデータの蓄積から、
低周波（０．１Ｈｚ）～高周波（１００ＭＨｚ）の振動状態を
＜測定・解析・評価＞できる技術を開発しました。
建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。
これは、新しい方法および技術です、
これまでの解析結果から
様々な応用事例が発展しています。
特に、標準測定時間として連続７２時間のデータ採取が可能ですので
非常に低い周波数の振動や
不規則に変動する振動に対しても計測が可能です
超音波装置での実績として
１）装置の振動モード、瞬間的な振動現象の測定
２）工場の振動モードの測定
３）機械加工時の瞬間的な振動の測定
４）自動車、電車・・乗り物の振動を測定
５）対象物の音響特性による振動モードの測定
６）その他・・・・
具体的には
２種類の超音波プローブを利用して
２つの音圧データの関係性を解析することで
非線形な振動と固有の振動モードについて分析します。
超音波プローブの概略仕様
発振範囲 ０．１Ｈｚ～１０ＭＨｚ
測定範囲 ０．００１Ｈｚ～３００ＭＨｚ
コード長さ １０ｃｍ～
対象材質 ステンレス、樹脂、セラミック、ガラス・・・
オリジナル超音波システムを利用した、メガヘルツ超音波実験（超音波システム研究所）
超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
超音波洗浄器に関して、
ファンクションジェネレータと
オリジナル超音波発振プローブを利用することで、
２０ＭＨｚ以下の発振で、
２００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波発振制御技術を開発しました。
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・・・への新しい応用技術です。
各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
２０Ｗ以下の超音波出力で、５０００リッターの水槽でも、
対象物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
水槽・対象物・治工具・・・の適切な利用です。
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
メガヘルツ超音波の発振条件を最適化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：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
発振範囲 ０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
伝搬範囲 １ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上（音圧データの解析確認）
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
測定機器 例 オシロスコープ
超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）
超音波洗浄器に関して、
ファンクションジェネレータと
オリジナル超音波発振プローブを利用することで、
２０ＭＨｚ以下の発振で、
２００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波発振制御技術を開発しました。
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・・・への新しい応用技術です。
各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
２０Ｗ以下の超音波出力で、５０００リッターの水槽でも、
対象物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
水槽・対象物・治工具・・・の適切な利用です。
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
メガヘルツ超音波の発振条件を最適化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：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
発振範囲 ０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
伝搬範囲 １ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上（音圧データの解析確認）
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
測定機器 例 オシロスコープ
超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出（自己相関の変化）
２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）
３）応答特性の検出（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）
