＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞ ultrasonic-labo

＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞　ultrasonic-labo

超音波システム研究所

超音波について

＜＜＜　超音波洗浄とキャビテーション　　＞＞＞

超音波洗浄セミナー終了後の質問で、
以下のような経験を多数しています。

これまでに、超音波洗浄の原理として、
キャビテーションに関する説明を受けてきましたが、
洗浄経験から、ほとんど納得できませんでした。

セミナーの説明にある「非線形現象による音響流の効果」は
詳しいことは理解できないのですが、
洗浄現場の状況に対して非常に納得できます。

単純な洗浄成功事例を、キャビテーションで説明することは
簡単に理解できるため、幅広い応用ができると思いがちです。

洗浄対象物（形状、材質、数量、・・）が異なる場合
キャビテーションで単純化した洗浄方法を応用すると
全く異なる超音波伝搬状態を目標にしているような危険にさらられます。

洗浄状態を改良しようとしても
単純化した洗浄原理に基づいた対策が行われるため
洗浄効果が表れないで、逆効果になっている事例を多数見ています。

単純な洗浄モデルで考えた場合
洗浄対策も単純になる傾向があります。

洗浄の難しさは、簡単に洗浄できた経験者や
超音波の複雑な音圧変化を測定確認していない人には理解できないでしょう。

30年ぐらい前の脱脂洗浄レベルに関しては
「超音波洗浄はキャビテーションの効果である」という表現も
間違えだといえない状況だったと思います。

ナノレベルを問題にする、洗浄に関しては
「超音波の重要（効果的）な要因は、音響流である」という考え方が必要です。

実際に、キャビテーションで洗浄していることは確信が持てないものです。

洗浄モデルで考えても分かりませんから
超音波洗浄器の実験で確認しましょう。

 

簡単な汚れ（例えばスプーンに油を塗る）で洗浄実験しましょう。

液循環のＯＮ／ＯＦＦ制御や、スプーンの揺動操作・・により
洗浄液の流れによる
洗浄効果・再付着に対する効果・・確認することができます。

これだけの実験でも、
音響流の利用が重要だということが解ります。
（汚れの動きを詳しく観察することを繰り返すと
複雑な音響流を見ることができるようになります）

洗浄関係者（特に、精密洗浄関係者）にとっては、
「キャビテーションで洗浄する」と言うような表現は
大変危険だということが分かります。

超音波洗浄の現実は
洗浄物の特性を含め非常に難しい事象（非線形現象）なのです。

 

 

 

超音波実験 Ultrasonic experiment

超音波実験　Ultrasonic experiment

超音波システム研究所

 

デジタルカメラによるキャビテーションの写真を利用した超音波制御技術 　http://ultrasonic-labo.com/?p=1461

超音波実験写真　Ultrasonic experiment photo 　

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=2005

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1507

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1511

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1516

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1648

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1595

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1675

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1690

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1745

超音波実験写真　http://ultrasonic-labo.com/?p=1697

参考

超音波のダイナミック「洗浄」技術を開発

http://ultrasonic-labo.com/?p=4008

超音波「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

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

http://ultrasonic-labo.com/?p=1753

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

 

＜超音波システム研究所 ultrasonic-labo＞

充電式超音波洗浄器（５０ｋHz・１０Ｗ）を利用した実験動画





超音波システム研究所は、
　充電式超音波洗浄器（５０ｋHz・１０Ｗ）と
　ガラス容器を利用した
　超音波撹拌（乳化・分散）に関する実験動画を公開しました。

超音波伝搬状態の変化を
　超音波テスターで測定・解析しています。






公開動画

http://youtu.be/_aJRXOWvlzY

http://youtu.be/9L9snzCQdcs

http://youtu.be/qiwTBxGLXNE

http://youtu.be/zJyuK45ef_Q

http://youtu.be/qaxhRHjq7KQ

http://youtu.be/dsMrhf0tn7Q

http://youtu.be/TepWcdPCjko

http://youtu.be/_nMfF2Xi0aw

http://youtu.be/AH05QpAjAVs

http://youtu.be/IoyxB0PikOc

http://youtu.be/eidq9x1Y-uY

http://youtu.be/SRjiipv-kKM






http://youtu.be/MYAHOz5WjZ8

http://youtu.be/M6ba8awHCYA

http://youtu.be/ZcsNXSZmlRE

http://youtu.be/Wl7ZBBdwNys

http://youtu.be/m2qZUo8W2p0

http://youtu.be/YPdLBQdj07E

http://youtu.be/HS3i49s_oG0



アルミ箔の超音波分散
http://ultrasonic-labo.com/?p=5550

超音波攪拌（乳化・分散・粉砕）技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3920

磁性・磁気と超音波（Ultrasonic and magnetic）
http://ultrasonic-labo.com/?p=3896

表面改質技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1004

超音波撹拌技術（ナノテクノロジー）
http://ultrasonic-labo.com/?p=1066

脱気・マイクロバブル発生装置
http://ultrasonic-labo.com/?p=1996

超音波（振動）計測・解析技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972

超音波「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「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

 

超音波システム研究所

超音波について

＜＜　超音波の非線形現象　＞＞

超音波洗浄効果の高い装置は、キャビテーションを考慮した洗浄水槽を使用して
音響流の効果を最適化した振動子・振動板を設置します。

普通の超音波洗浄機は、洗浄物により
様々な、キャビテーション・音響流が発生します。

どうしても、目に見える、あるいは聞こえる範囲での状態評価に集中します。

ところが、ソ連の超音波に関する書籍
「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、
「超音波洗浄について、最も重要（効果的）な要因は、音響流である」
と言うことが記載されています。

音響流に関して以下のような説明がありますが、
測定・解析・評価については、はっきりしません。

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。
こうなると、キャビテーションと音響流の議論になり、対応が難しくなります。

そこで、キャビテーション・音響流の影響として
複雑な超音波の音圧変化を統計解析することを考えます。

簡単な実験として、
超音波洗浄器で、液循環がある場合と無い場合の違いを調べます。

ここで、液循環量の変化に合わせて、超音波による音圧変化の様子を観察・測定します。

測定した、音圧データを検討・解析（自己相関・バイスペクトル）することで
超音波における非線形現象をはっきり確認できます。

「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、
「流体が振動する現象は非線型理論の集積です」と指摘しています。

従って、超音波の音圧測定・解析・評価により、非線形現象を確認することは
　超音波の効果的な利用に発展できることになります。

２０１９．４．２６

超音波システム研究所

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制御を実現するために、
　＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞を利用しています。




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
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
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）

目的の超音波状態は音圧測定解析で行います


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

脱気・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




もうひとつは
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




以下の動画は
複数の超音波と
複数のマイクロバブル発生液循環装置による
超音波のダイナミック制御を実現させています


https://youtu.be/_4RszRCpU88

https://youtu.be/_zvMqCa8wTI

https://youtu.be/r5gCyEtp1QE

https://youtu.be/y8ccTXJhAvw

https://youtu.be/hl1XGaP_jjE

https://youtu.be/bLS4ncbOgWM

https://youtu.be/-SiwslgL2g4




https://youtu.be/jQAc6j1vGOk

https://youtu.be/UvMlb6wxzas

https://youtu.be/W6lcI2T6mek

https://youtu.be/HeyqGSfvoBA

https://youtu.be/KsD3hYr-m68

https://youtu.be/LZY2gXPIiRE

https://youtu.be/uZiuum71pPk

https://youtu.be/kKXl9jt3SXc

https://youtu.be/x9xmRPYopC0






https://youtu.be/6ScLneXAlXY

https://youtu.be/Fe85NzP42AE

https://youtu.be/JQiSDqFHuCk

https://youtu.be/F6vMusrIhYc

https://youtu.be/S85RjXRcesI

https://youtu.be/mMolyo_9DH0

https://youtu.be/MZ08ZShQBgM


上記の技術により
目的の超音波利用に合わせた
水槽の構造設計や液循環位置（ポンプへの吸い込み口、吐出口）は
非常に重要ですが
目的・サイズ・洗浄液・・によりトレードオフの関係が発生する場合があり、
一般的な設定はありません
（具体的な数値は、コンサルティング対応しています）




適切な設定が実現すると
マイクロバブルは超音波作用によりナノバブルに分散します
ナノバブルによる超音波の安定性は、マイクロバブルに比べて大きく
制御がより簡単になります
（具体的な制御は、音圧測定・・・コンサルティング対応しています
　洗剤の使用や撹拌・・では、
　通常の洗浄とは反対の対応事例が多い傾向にあります）




超音波水槽の新しい液循環システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1271

現状の超音波装置を改善する方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=1323

超音波制御装置（制御ＢＯＸ）
http://ultrasonic-labo.com/?p=4906

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
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753




超音波専用水槽の設計・製造技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1439

超音波による金属・樹脂の表面改質技術
http://aeropres.net/release/html/3242

超音波の「音響流」制御による「表面改質技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=2047

「超音波の非線形現象」を目的に合わせてコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2843

 

超音波による＜アルミ箔の分散＞no.2

超音波による＜アルミ箔の分散＞no.2

超音波システムの発振制御技術 （超音波システム研究所 ultrasonic-labo）

超音波システムの発振制御技術　（超音波システム研究所　ultrasonic-labo）

超音波システム研究所

「流水式超音波システム」は
中性洗剤、アルコール・・・に対しても利用可能です。

現在利用している超音波洗浄液・・・に対しても
場合によっては利用することができます。

「流水式超音波システム」による効果は
効率的な超音波照射を実現するとともに
マイクロバブル・ナノバブルの発生を促進します。

さらに、一定時間の超音波照射により
ナノバブルの量がマイクロバブルの量より多くなます。

その結果、
非常に安定した超音波（音響流）制御を行うことができます。
（超音波伝搬状態の計測・解析により確認しています）

「流水式超音波システム」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1258

小型ポンプによる「音響流の制御技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=7500

超音波の組み合わせ制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=7277

小型超音波振動子による「超音波伝播制御」技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1602

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

３種類の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3815

ジャグリング定理を応用した「超音波制御」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753

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

超音波の洗浄・攪拌・加工に関する「論理モデル」
http://ultrasonic-labo.com/?p=3963

洗浄システム（推奨）
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/52cc97c1a13fd294f53af526edd69990.pdf

超音波洗浄資料（抜粋）
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/4b10b044100130815368b1dc57220eda.pdf

＜＜超音波の非線形現象＞＞

「超音波の非線形現象」を利用する技術１
http://ultrasonic-labo.com/?p=1328

「超音波の非線形現象」を利用する技術２
http://ultrasonic-labo.com/?p=3807

「超音波の非線形現象」を目的に合わせてコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2843

「超音波の非線形特性」を利用した、検査技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1841

＜＜音圧測定・解析＞＞

超音波測定解析の推奨システムを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972

超音波発振・計測・解析システム（超音波テスター）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7662