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超音波とファインバブル(マイクロバブル)による洗浄技術

製品カタログ

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

具体例
*水槽の問題
 オーバーフロー構造の修正・追加
 設置方法の変更
 設置場所(床面)の修正
 水槽の表面処理(超音波とマイクロバブルによる応力緩和処理)
*洗浄液
 マイクロバブル発生液循環システムの追加
 液循環の設定条件により
  キャビテーションと音響流を最適化する
*超音波
 複数の異なる周波数の超音波を制御して使用する
 振動子の設置方法を変更
 液循環と超音波振動子のONOFF制御により
  キャビテーションと音響流を最適化する
*洗浄
 洗浄条件(洗浄物、汚れ、・・・)における変動範囲の確認
 洗浄目的(洗浄レベル、不良率、・・)の確認
 洗浄評価方法の確認
 

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このカタログについて

ドキュメント名 超音波とファインバブル(マイクロバブル)による洗浄技術
ドキュメント種別 製品カタログ
ファイルサイズ 1Mb
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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超音波とファインバブルによる洗浄技術 1.はじめに ファインバブルの現象には沢山の条件があり、それぞれの影響が複雑に関連し ています。 その中に、影響の大きさに比べ研究が少ない事項が、水槽と液循環です。 この条件をファインバブルについて検討し、超音波との組み合わせによる新し いファインバブル・超音波洗浄システムを開発しました。このシステムを使用し て、超音波とファインバブルによる「超音波洗浄」を行っています。 ここでは、球形サイズで 20μ以下の、ファインバブルを安定して利用する技術 を紹介します。 2.脱気ファインバブル発生液循環装置 「揚程の高い、マグネットポンプの吸い込み側のバルブ(配管)を絞る。」 と言う、ポンプメーカーの禁止事項を行います。 (通常のマグネットポンプで 10年以上機能します 揚程の高さとバルブの絞り状態の設定で マイクロバブルの発生量とサイズを調整できます) 特許の問題はありません(公知とされています) 揚程の高いマグネットポンプ マグネットポンプ MDシリーズ ホース接続 MD-70RZ ポリプロピレン製 (株式会社イワキ IWAKI CO, LTD.)
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3.ものづくり課題 3.1:洗浄装置・洗浄液・・の管理は難しい 説明 物理作用として、振動現象を利用する装置の場合 装置の設置による低周波の振動現象と、装置固有の振動現象に加え 洗浄対象物・治工具・・・の振動現象が、相互作用により 振動状態は複雑に変化します。 洗浄効果のある、多くの事例では、非線形性の振動現象が発生しています。 非線形性の確認を行い、 管理することは、論理的な学習と振動計測に関する理解が必要です。 洗浄液の化学作用として、洗浄効果を利用する装置の場合 洗剤の濃度管理が重要ですが、 水槽内の濃度分布を測定することは難しい状況です。 液温、湿度、気温、気圧・・・による環境との相互作用により 各種の分布は変化します。 特に、溶存気体濃度の分布は化学反応において大きな影響がありますが、 溶存気体濃度を均一にする方法は知られていません。 (ファインバブルの拡散性が一つの方法です) 洗剤を投入しても、濃度分布のバラツキを大きくしているだけの場合 洗浄結果のバラツキをより大きくする結果になります。 3.2:気候・環境・・各種変化・・が洗浄効果に影響する 説明 台風の季節に多いトラブルの原因に、気圧の変化があります。 気温や湿度と異なり、 人が感じにくいため原因として考慮しない傾向があります。 (台風が来る 1週間前あたりから低気圧になり 影響が出始める傾向があります) さらに、気圧の変化が大きな影響になります。 (ゆっくりと低気圧になる傾向が、洗浄効果を下げます 台風直後、気圧が上昇する傾向は、洗浄効果も上昇します)
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3.3:洗浄物の表面は、保管・処理技術の発展とともに変化する 洗浄レベルの要求も変化する 説明 20年前の脱脂洗浄は、様々な洗浄方法が効果を出していました。 現在、多くの脱脂洗浄は、超音波洗浄あるいは洗剤・溶剤洗浄が主体となって います。次工程の、めっき・溶接・コーティング・・・での要求(不良率や洗浄 レベル)が高く、洗浄後の保管状態にも注意が必要な状況です。 クリーンルームでのめっき処理、コーティングは増えています。 3.4:洗浄管理、洗浄評価に関する技術・研究・機器は不十分 (洗浄は解明されない:洗浄物に対する固有の方法を開発する必要がある) 説明 超音波洗浄機の場合、音圧測定に関して 音圧レベルが高いと洗浄効果が大きいという単純な傾向はありません。 (超音波洗浄機の出力レベルを下げることで 洗浄効果を改善した事例は多数あります) 伝搬周波数や非線形現象をとらえないと 洗浄効果につながる改善ができません。 そもそも、安定した超音波照射が実現できる装置は非常に少ない状態です。 不安定な変化は、共振現象を起こし、洗浄効果の低下につながります。 洗浄装置以上に、 洗浄物の表面に伝搬する超音波振動をとらえることが必要です。 (このような実験を行っているメーカー・研究者はほとんどいません 超音波システム研究所は、10年間のコンサルティングで 測定解析を行い、洗浄物の特性に合わせた制御技術を開発してきました) 洗浄物の形状・材質・数量・・・に合わせた、 各種(超音波・液循環)制御・専用治工具の工夫が必要です。 これは、個別の研究・開発となるためほとんど研究されていません。
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4.超音波洗浄機の事例写真
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5.結論 球形サイズで 20μ以下のファインバブルの効果を実験確認しました 1)洗浄液の均一化効果 2)ファインバブルの洗浄効果 上記により、洗浄実績とともに、めっき処理、加工処理、溶接処理・・ 様々な応用実績が増えています 脱気ファインバブル発生液循環装置を目的に合わせ利用してください 注意:水槽サイズ、形状、構造により、多数の注意事項があります 洗剤、電解水、炭化水素・・・対応可能です 具体的なお問い合わせはメールでお願いします
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6.参考文献 マイクロバブル(ファインバブル)のメカニズム・特性制御と実際応用のポイント 発刊 2015年 3月 27日 定価 63,000 円+税 体裁 B5判 ソフトカバー 469ページ 株式会社 情報機構 超音波洗浄について http://ultrasonic-labo.com/?p=15233 ファインバブルと超音波による、表面処理技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18109 超音波とファインバブル(マイクロバブル)による洗浄技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18101 超音波とファインバブルを利用した「めっき処理」技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18093 新しい音響流(超音波)制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18089 オンライン個別セミナー:超音波技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=17520 超音波の音圧測定解析システム(オシロスコープ 100MHzタイプ) http://ultrasonic-labo.com/?p=17972 超音波の音圧測定解析システムの製造技術を提供します http://ultrasonic-labo.com/?p=18021