超音波洗浄システムを最適化する方法ーー超音波の音圧測定解析にに基づいた、洗浄状態の評価技術ーー1.00

超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
表面弾性波の非線形振動現象を利用した
新しい超音波の非線形スイープ発振制御技術を開発しました。

複雑な振動状態について、
　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
　・・・
　上記について
　音圧測定データに基づいた
　統計数理モデルにより
　表面弾性波の新しい評価方法で最適化します。

超音波洗浄、加工、攪拌、・・・表面検査、・・ナノテクノロジー、・・
応用研究・・・　様々な対応が可能です。

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（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
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＜＜脱気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る。
２）キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生する。
上記が脱気液循環装置の状態。

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る。
４）適切な液循環により、
20μ以下のファインバブルが発生する。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態。

５）上記の脱気ファインバブル発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
ファインバブルを超音波が分散・粉砕して
ファインバブルの測定を行うと
ウルトラファインバブルの分布量がファインバブルの分布量より多くなる
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態。

６）超音波を安定して制御可能な状態に対して
オリジナル製品：メガヘルツの超音波発振制御プローブにより
メガヘルツの超音波を発振制御する。
音圧レベルの制御方法は、液循環とメガヘルツの超音波の
オリジナル非線形共振現象をコントロールすることで
効果的なダイナミック状態に設定・制御する。

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超音波システム研究所は、
　＜樹脂の音響特性＞を利用した
　メガヘルツの超音波伝搬制御技術を開発しました。
　具体的な利用に関してコンサルティング対応しています。

樹脂（テフロン、塩ビ、ＬＣＰ、・・）の特性は
　一般的に超音波を減衰すると考えられています。
　材質・形状・・の超音波伝搬特性に合わせた各種の設定により、
　メガヘルツの超音波を効率よく伝搬制御することが可能になります。
　詳細は、具体的な対象により異なる設定になるため
　単純に説明できませんが
　樹脂とメガヘルツの超音波による
　洗浄・加工・化学反応・攪拌・・・による
　新しい成果が増えています。

これは、新しい方法および技術です、
　これまでの実施結果から
　樹脂の様々な音響特性は、
　金属・ガラス・・では難しい超音波の非線形伝搬現象を実現しています。


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超音波システム研究所は、
　流れとかたちに関する「コンストラクタル法則」を利用した、
　超音波洗浄技術を開発しました。

＜参考＞
１）振動について
ロイヤル・インスティテューション １３３回「振動」より
機械工学の重要な一分野のほとんどすべてを、
ここに記述してみようと思っている
【著者】リチャード・ビジョップ　
【訳者】中山秀太郎　　講談社（1981年　Ｂ－４７１）

２）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」が支配している!
【著者】　 Adrian Bejan　　 J. Peder Zane
【訳者】　柴田裕之　【解説者】　木村繁男　　紀伊國屋書店 (2013年)

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　　みすず書房（1956年）

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」で
　整理することで、超音波洗浄技術にまとめています。
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＜超音波のダイナミック制御システム＞

超音波の伝搬状態をシステムとしてとらえ、解析と制御を行う

多くの超音波利用の目的は、
　対象物・対象液に伝搬する超音波の
　非線形現象の予測あるいは制御にあります。

しかし、多くの実施例で
　キャビテーションによる理論と
　実際の違いによる問題が多数指摘されています。

この様な事例に対して
　１）障害を除去するものは
　　　時系列で変化する超音波について、
　　　音圧データの統計的データ処理である
　　　＜超音波伝搬状態の計測・解析技術＞

　２）対象に関するデータの解析の結果に基づいて
　　　対象の音響特性を確認する
　　　＜対象物の表面弾性波や
　　　　対象液の音響流に関する音響特性を検出する技術＞

　３）特性の確認により
　　　超音波のダイナミック制御の実現に進む
　　　＜非線形現象をコントロールする技術
　　　　複数の超音波に対するスイープ発振制御＞

以上の方法により
　超音波を効率的な利用状態に改善し
　目的とする超音波の利用を実現した
　オリジナル超音波制御システムの実施例が多数あります （詳細を見る）

超音波システム研究所は、
下記の通り超音波セミナーを行います。

動画で実際の事例を確認しつつ，
超音波洗浄の基礎的事項から，
新素材・新加工への洗浄（表面処理）理解を深めよう！

講師： 斉木 和幸
超音波システム研究所 代表
機械工学 システム技術
日時：２０２４年＊月＊日 １３：００－１６：００
対象：１社のみ（最大参加人数　１０名）
受講料：３３，０００円（消費税込）テキスト代を含みます。
会場： オンライン講座
職場・自宅 全国どこからでも参加できます。
「ZOOM」を使用します。



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超音波システム研究所は、
メガヘルツの超音波の発振制御が容易にできる
「発振システム（２０ＭＨｚ）」を製造販売しています。

システム概要（超音波発振システム（２０ＭＨｚ））

　内容（２０ＭＨｚタイプ）
　　超音波発振プローブ　２本
　　ファンクションジェネレータ　１式
　　操作説明書　１式（ＵＳＢメモリー）

　特徴（２０ＭＨｚタイプ）
　　＊超音波発振周波数
　　　仕様　２０ｋＨｚ　から　２５ＭＨｚ（あるいは２４ＭＨｚ）
　　＊出力範囲 ５ｍＶｐ－ｐ～２０Ｖｐ－ｐ
　　＊サンプリングレート：200ＭＳａ／ｓ（あるいは250ＭＳａ／ｓ）

　市販のファンクションジェネレータを利用したシステムです
　　目的に応じたファンクションジェネレータをセットにして
　　見積価格を提案します

標準参考例
　発振システム２０ＭＨｚ　８万円～

２０２４．　１　超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
２０２４．　２　メガヘルツ超音波による表面処理技術を開発
２０２４．　４　共振現象と非線形現象の最適化技術を開発
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超音波システム研究所は、
超音波の伝搬状態に関する計測・解析技術を応用して、
超音波専用水槽の設計・製造技術を開発しました。

今回開発した技術により
　水槽の最大長さ：３ｃｍ（液量５ｃｃ）～
　　　　　　　６００ｃｍ（液量８０００リットル）の
　超音波専用水槽に対して、
　超音波洗浄や表面改質・・・に適した
　超音波の利用効率、キャビテーションと音響流のダイナミック制御、
　対象物への伝搬状態・・・を利用目的に合わせて実現出来ます。

従来の水槽（あるいは振動子）設計や製造においては
　音響特性に対する考慮が十分でないために、
　振動の干渉・減衰による不均一・不安定な事象により
　超音波の寿命・水槽のトラブル・・・が起きやすい傾向があります。

この技術は、
　現状の水槽・振動子・・に対しても
　問題点（洗浄液の各種分布、水槽・振動子の設置方法）を検出し
　改善・改良を行うことができます。

ーー提供ノウハウーー
0）装置の設計・製造方法
1）超音波のＯＮＯＦＦ制御
2）液循環のＯＮＯＦＦ制御
3）最適化ノウハウの提供
4）メガヘルツ超音波の利用方法
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超音波専用水槽（オリジナル製造方法）による効果的な装置です

効率の高い超音波利用により
通常の水槽では強度・耐久性が不十分です

洗浄・攪拌・表面改質・・・対象と目的により
複数の超音波と
脱気ファインバブル発生液循環装置を
音圧測定解析に基づいて発振制御します

様々な、組み合わせと
　使用（制御）方法を提案しています

ポイントは
目的の対象に合わせた超音波伝搬状態を実現させる
専用水槽内の「溶存酸素濃度分布」と「液循環」です

＜＜脱気ファインバブル（マイクロバブル）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以下のファインバブル（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。

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超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
　小型ポンプを利用した液循環により
　超音波（音響流）の伝搬状態をダイナミックに制御する
　「流水式超音波（音響流）制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる
　流れと超音波の複雑な変化を、
　水槽・液体（マイクロバブル）・超音波振動子・・・
　の相互作用を含めた音圧解析により
　利用目的に合わせて、
　音響流の変化をコントロールするシステム技術です。

実用的には、
　現状の液循環装置について
　ＯＮ／ＯＦＦ制御（あるいは流量・流速・・・の制御）を
　装置の設置状態、対象物を含めた表面弾性波を考慮して
　各種相互作用・振動モードを最適化する方法です。

特に、ポンプの特性を利用して、
　液体と気体を交互に循環させる・・・により
　新しい超音波・マイクロバブルの効果を実現しています。

ナノレベルの応用では、
　「流水式超音波システム」として
　３００メガヘルツまでの周波数変化を含めた
　「超音波シャワー」による
　効率の高い超音波利用が実現しています。

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超音波システム研究所は、
　対象物の表面を伝搬する超音波データの解析実績から
　メガヘルツの超音波発振による、新しい表面検査技術を開発しました。

この技術を利用して、洗浄対象物の超音波伝搬特性評価を行い
　効果的な、超音波洗浄機の制御・周波数・出力レベル・・・について
　報告書にまとめ提案します。

超音波プローブの発振制御による
　「音圧・振動」測定・解析技術を応用した方法です。

対象物の表面を伝搬する振動モードに合わせた
　オリジナル超音波プローブを使用することで、
　狭い溝やエッジ部に伝搬する超音波の伝搬状態を確認します。

さらに、オリジナルの発振制御により
　低周波の伝搬特性や非線形性による高調波の発生状態について
　ダイナミック特性として測定解析評価します。

新しい超音波発振制御技術の応用です。
　対象物の音響特性に合わせた、
　メガヘルツの超音波伝搬状態に関する非線形現象を利用することで
　対象物に関する固有の音響特性を検出することが可能です。

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超音波システム研究所は、
　超音波の伝搬現象に関する測定・解析・評価技術に基づいて、
　超音波加工、攪拌、化学反応・・にも利用可能な、
　ファインバブルを利用した超音波洗浄機を開発しました。


推奨システム概要

１：超音波とファインバブルによる表面改質処理を行った
　　超音波振動子

２：超音波とファインバブルによる表面改質処理を行った
　　超音波専用水槽

３：脱気・ファインバブル（マイクロバブル）発生液循環システム

４：制御装置による、超音波と液循環の最適化制御システム

５：超音波テスターによる、音圧管理システム


注意：水槽・振動子・治工具については、エージング処理により
　　　音響特性の調整対応が可能です

＊特徴

超音波専用水槽による効果的な洗浄装置です

効率の高い超音波利用により
通常の水槽では強度・耐久性が不十分となります
（通常の水槽を、超音波とファインバブルで表面改質対応します）

洗浄・攪拌・表面改質・・・対象と目的により
超音波（キャビテーション・音響流）を制御します


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超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
－－音圧データのフィードバック解析：パワー寄与率の解析－－

超音波システム研究所は、
超音波の音圧測定による、時系列データを解析することで、
　各種相互作用を測定解析評価する技術を開発しました。
その結果、相互作用の評価に基づいた
　超音波利用状態を最適化する技術に発展しています。

具体的には、以下のような事例があります
１）超音波の発振周波数・出力レベルの選択基準の最適化
２）超音波の発振制御条件の最適化
３）水槽・超音波（振動子）の設置に関する最適化
４）液循環装置・制御条件の最適化
５）水槽・超音波の設計条件の最適化
６）洗浄液・洗剤・溶剤・・の最適化
７）隣接水槽、治具・・との最適化

目的に合わせた、オリジナル超音波システムの開発が可能です。

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超音波システム研究所は、
　オリジナル超音波システム（音圧測定解析・発振制御）による、
　超音波伝搬状態の各種解析結果から、
　共振現象と非線形現象を制御可能にする超音波伝搬システムについて、
　目的に合わせて最適化する技術を開発しました。

これまでの制御技術に対して、
　各種伝搬用具を含めた、超音波振動の伝搬経路全体に関する
　新しい測定・評価パラメータ（注）により
　超音波利用の目的（洗浄、攪拌、加工・・）　に合わせた、
　超音波のダイナミックな伝搬状態を実現する技術です。

これは具体的な応用がすぐにできる方法・技術です
　コンサルティングとして提案・対応しています
（超音波加工、ナノレベルの精密洗浄、攪拌。・・実績が増えています）

注：オリジナル技術製品（超音波の音圧測定解析システム）により
　水槽、振動子、対象物、治工具・・・の
　伝搬状態に関するダイナミックな変化を測定・解析・評価します。
（パラメータ：
　パワースペクトル、自己相関、バイスペクトル、
　パワー寄与率、インパルス応答特性、ほか）

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超音波システム研究所は、
メガヘルツ超音波発振制御を利用して、
１－７００ＭＨｚ以上の音響流（超音波伝搬状態）制御を可能にする
超音波洗浄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、１０００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
　治工具（弾性体：金属・ガラス・樹脂）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

各種コンサルティングにおいて提案実施しています。
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超音波システム研究所は、
下記オリジナル製品を利用した超音波システムを製造販売しています。
1)　音圧測定解析システム（超音波テスター）
2)　メガヘルツの超音波発振制御プローブ
3)　超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）
　
音圧測定解析システム：超音波テスターの特徴
１００ＭＨｚタイプ
　　＊測定（解析）周波数の範囲
　　　仕様　０．０１Ｈｚ　から　１００ＭＨｚ
　　＊超音波発振
　　　仕様　１Ｈｚ　から　１０００ｋＨｚ
　　＊表面の振動計測が可能
　　＊24時間の連続測定が可能
　　＊任意の２点を同時測定
　　＊測定結果をグラフで表示
　　＊時系列データの解析ソフトを添付

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　０．５ｋＨｚ～７５０ＭＨｚ以上（解析により確認評価）
　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


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