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超音波セミナーテキスト

製品カタログ

超音波とファインバブルによる洗浄

超音波システム研究所は、
超音波の非線形性に関する「測定・解析・制御」技術を応用した、
対象(弾性体、液体、気体)を伝搬する超音波振動の
ダイナミック特性を解析・評価する技術により、
洗浄物・治工具・超音波振動子・水槽・液循環・・に関する、
相互作用を<目的に合わせて最適化>する技術を開発しました。

超音波発振制御プローブ、超音波テスターを利用したこれまでの
発振・計測・解析により
各種の関係性・応答特性(注)を検討することで
 超音波利用に関する出力の最適化技術として開発しました。

注:パワー寄与率、インパルス応答・・・

超音波の測定・解析に関して
 サンプリング時間・・・の設定は
 オリジナルのシミュレーション技術を利用しています

この技術を
 超音波システム(洗浄、攪拌、加工・・・)の最適化技術として
 コンサルティング対応しています。


超音波水槽に超音波振動子(振動板)を1台使用する場合には
 <超音波>と<水槽>と<液循環>のバランスによる
 最適な出力状態を測定解析し、提案します。

超音波水槽に複数の超音波振動子(振動板)を使用する場合には
 各超音波出力の関係性を測定解析し、
 最適化した出力方法・・・を提案します。

従来は、最大出力で使用する傾向が強いと思いますが
 水槽の強度・構造・・・洗浄物・付着した汚れ・・・により
 出力を適切に抑えることで
 効果的な超音波の伝搬状態を実現させることができます
(具体例として、出力が水槽の振動と騒音になる傾向があります
 振動子と水槽の側面からの反射・・・により低周波の発生があります
 各種の相互作用により、
 共振やうねりによる超音波伝搬効率の低下があります)

対処方法(超音波洗浄を例として)
1)超音波装置をシステムとして捉える
2)超音波装置の音圧測定(振動計測)を行う
3)音圧データの解析により
  振動の伝搬特性から問題点を検出する
  3-0)安定性
      洗浄システムの安定性の確認
      (時間経過とともに、どの程度
       超音波の音圧変化・周波数変化・洗浄液の変化・・・・
       があるのかということを確認して、許容範囲を推定する)
  3-1)水槽の問題
      構造、強度、設置方法、固定方法、・・・
  3-2)洗浄液
      各種(溶存酸素濃度、液温、pH、・・)の分布
  3-3)液循環
      ポンプ、マイクロバブル、液面振動、オーバーフロー、・・
  3-4)超音波
      出力、周波数、制御、キャビテーション、音響流、・・
4)洗浄実験確認
  洗浄効果のある超音波状態(音圧レベル、主要周波数、変化)を確認する
5)3)4)の結果を整理して
  改善方法をまとめる

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このカタログについて

ドキュメント名 超音波セミナーテキスト
ドキュメント種別 製品カタログ
ファイルサイズ 35.5Mb
登録カテゴリ
取り扱い企業 超音波システム研究所 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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洗浄の本質理解と超音波洗浄の実用知識 超音波システム研究所
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はじめに 洗浄の現実と対策 適切な、学習・論理モデル・実験・検討により 経験の積み重ねがレベルアップに結び付けられる 「超音波洗浄機・キャビテーション・・により洗浄できる」 と言った単純な考え方では洗浄の改善はできない
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脱気・ファインバブル(マイクロバブル)発生液循環装置 目的 洗浄液の均一化 超音波の減衰を押さえる (溶存気体濃度を 1:一定にする 2:低下させる ) プラントの プロセス制御のような、 全体への視点が重要 ポンプ設定ノウハウ: 容器内、上部の液を バルブ・・で絞った状態で吸い込み、 容器の底面付近に吐出する *溶剤・薬液・・・・の応用 注意:ポンプ・ホースの耐薬品性の確認*
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1)超音波洗浄の主要因は、音響流(非線形現象) 2)応急対策 現状の洗浄機に、非線形振動現象を追加するには、 低価格のファンクションジェネレータと 低出力の超音波発振制御プローブで 現状の超音波振動に 変化するメガヘルツの超音波を追加することで 非線形振動の伝搬状態を発生させる 3)恒久対策 洗浄物・洗浄水槽・洗浄液・・・洗浄目的に合わせた 各種制御条件の最適化を追求する (統計数理に基づいた検討が必要)
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非線形振動の 伝搬現象を発生させる 低価格のファンクションジェネレータ 低出力の超音波発振制御プローブ
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1)超音波の複雑な現象は誰も正確に理解していない 2)どのような 超音波現象も、調べるときりがない 3)超音波利用に対する 独自の対象物・加工方法・・・を考慮した オリジナルの利用技術開発を行う 4)実験・検討・経験・学習・・・ (メーカや識者・各種情報・・に迷わされなければ) 必ず、未知の部分への挑戦になります 従って 自分で考え追及する ことが必要 例 超音波を減衰させる効果を組み合わせることで、 減衰対策が実現できる場合もあります
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1.洗浄の基礎知識 (1).洗浄の目的と原理 (2).洗浄のエネルギー a.汚れと付着力 b.洗浄と表面エネルギー (3).洗浄の方法 a.物理作用 b.化学作用 c.マイクロバブル(ファインバブル) (4).一般的な洗浄プロセス (5).洗浄液(洗剤、溶剤、・・・) (6).洗浄効果の確認・評価方法 (7).洗浄システムの具体例
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1.洗浄の基礎知識 (1).洗浄の目的と原理 どのような製品・部品・材料・・・の どのような汚れ・コンタミ・パーティクル・・を どのような洗浄レベル・表面状態・・・に どのような時間・費用・操作・・・で どのような装置・システム・作業・・を通して 実現するのかということを 検討・確認して「表現する」ことが重要です この「表現(言葉による説明)」に基づいて 洗浄原理(論理モデル)、装置設計、 システム開発・・・・各種作業内容が決まります
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洗浄目的を具体的に掘り下げることが 洗浄の改善につながります 研究レベルと大量生産ラインでの洗浄で考えると 必要な洗浄目的に関する 詳細な優先順位が決まります 具体例 洗浄レベル (全体、部分、バラツキ、・・) 次工程の歩留まり (安定性、作業者、季節、時間・・) 評価・確認方法 数値化できない場合は 標準見本・・・ ポイント 目的と評価方法の検討
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洗浄とは、 洗浄物から汚れを除去すること 写真上:洗浄でドリル先端が欠けた事例 定義1(一般的な洗浄) 洗浄とは、洗浄対象に対する作用により、 発生する現象で、洗浄物から汚れを除去すること 洗浄現象は大変複雑です 洗浄に関連した部分は、 ほとんど解明されていません 簡易的に、 実験・確認を行うことが 重要です 写真上:洗浄で角が丸くなった事例
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洗浄とは、洗浄物から汚れを除去すること 定義2(理想的な洗浄) 洗浄とは、汚れが除去された被着体の 表面性が満足される状態になるようにすること *写真:超音波洗浄 φ0.3mmのドリル洗浄(脱脂)
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洗浄とは、洗浄物から汚れを除去すること 定義3(洗浄の原理) 洗浄には、物理作用と化学作用による 2種類の要素がある 、 物理作用は各種の物理力(キャビテーション、水の流速、・・) 特に、洗浄液の振動により洗浄を行うこと、 化学作用は水や洗浄液の化学反応により洗浄を行うこと 注:現実は複合作用 *写真:瓶のラベルを乳化して洗浄*
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1.洗浄の基礎知識 (2).洗浄のエネルギー a.汚れと付着力 b.洗浄と表面エネルギー 現実的には、不明な状況での取り組みが多い状況です しかし、確実に 洗浄レベルの向上、継続的な改善・・・ を実現していくためには 「不明」という設定から始めて 「**成分の汚れ」「金属粉末の汚れ」・・・ の記録をもとに 推測・想定することが重要です (その結果、オリジナルの洗浄システムにつながっている事例が多数あります)
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付着力 < 洗浄エネルギー 洗浄エネルギー < 表面 汚れを破壊する必要はなく、付着状態をなくすことが必要 汚れや付着状態は不明であることが多いが、想定・検討・・することが必要 振動・振幅・エネルギー(複雑さの原因) 超音波 >> レーザー > 光
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効果のある洗浄の条件 効果のある洗浄とは (洗浄物に付着した)汚れの界面擬集エネルギーに 打ち勝つエネルギーを界面に与えることで 汚れが除去されること 汚れのない洗浄物の表面擬集エネルギーよりも 小さいエネルギーを界面に与えることで 洗浄物にダメージを与えないこと 各種の変化により、洗浄効果のある 振動・流れ(エネルギー) を供給すること
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1.洗浄の基礎知識 (3).洗浄の方法 a.物理作用 洗浄は、 物理作用だけではありませんが 写真上:超音波と流水 物理作用を明確に理解(把握)したうえで 相互作用による 時間経過に基づいたダイナミックな変化を 目視確認することが最も効果的です (対象物の表面状態を詳しく理解・把握していることが 目視確認による高い評価技術につながります)
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物理的な洗浄は、 洗浄対象物の表面に関する振動現象です 対象物の特性である固有振動で強く振動しても (あるいは単調な超音波振動を強く照射しても) 表面全体は振動しません (振動モードにより不動部分が発生します) 汚れの移動や目的を明確にした 表面の振動現象をコントロールすることが必要です
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洗浄効果 流速、水圧、キャビテーション、 加速度、波、渦、水分子、 流れ・流水・・振動・・ 変化、変動、揺らぎ・・ 水槽、液温、材質、 形状、構造、加工方法・・ 相互作用、時間経過・・ 各種の効果を 洗浄効果 として 単純化しないこと <参考> 洗濯機 洗浄液の流れ イメージ:洗浄液が表面で(非線形)振動を起こす
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流水の、流量・流速の変化により、ダイナミックな振動現象を洗浄効果につなげます