超音波の非線形現象を最適化する技術

超音波の非線形現象を最適化する技術 2025/5/31 超音波システム研究所 １．はじめに 超音波に関して、 非線形現象（洗浄の場合：音響流）の効果を最適化する技術を紹介します 超音波洗浄について、 「最も重要（効果的）な要因は、音響流です」 ２．非線形現象：音響流とは 超音波洗浄機に入れた洗浄物の表面付近に流れが発生する この流れが音響流です。

３．課題と対策 超音波洗浄において、キャビテーションを主体とした説明・解説が行われていま す。ナノレベルの精密洗浄において、キャビテーションの制御では洗浄効果に結 び付かない現象・事例が多数あります。理由は、洗浄効果の主要因が音響流にあ るためです。半導体、レンズ、・・音響流のコントロールによる成功例が多数あ ります。音響流は、非線形現象であるため、理解しにくいのですが、利用方法は 簡単です。数値化もよる理解には、音圧データの測定・解析・評価が必要ですが、 普及が遅れています。（音圧測定に基づいた音響流制御による洗浄成果は、ナノ レベルの洗浄では、大きな成果となり、確実に増えています。さらに、洗浄対象 物の表面残留応力の緩和・均一化の効果も実現します。） 音響流の利用方法は簡単です。流れに超音波を伝搬させる方法です。

脱気ファインバブル発生液循環装置による、 均一な（溶存酸素濃度分布状態）洗浄液の状態に対してに超音波を照射すると 水槽内の液体全体に、効率よく超音波が伝搬します。 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ホースを絞ることで実現します 上記の状態に対して、水槽構造に合わせた洗浄液全体の流れを構成することで 流水に超音波が伝搬する状態が実現します。 流水に超音波が伝搬した状態の刺激は効果的で 音響流の制御により、洗浄・攪拌・加工・表面処理・・・を実現しています （加工の場合は、加工油の流れに伝搬する超音波を最適化します） 音響流の制御 １） 循環ポンプの、ＯＮ／ＯＦＦ制御 ２） 超音波プローブによる、メガヘルツのスイープ発振とパルス発振 ３） １００ｋＨｚ以下の超音波がある場合、超音波の、ＯＮ／ＯＦＦ制御 （100kHz 以下の超音波が無い場合は、水槽のエージング処理で対応できます） 追記 キャビテーションのみで超音波の効果を理解して、改善を進めることは、非効率 であるだけでなく、主要要因を無視している点で大きな問題だと考えます。

振動現象は、単調な制御を継続すると共振現象が発生します 安定した超音波利用には、共振現象と非線形現象の最適化が必要と なります そのためのポイントは、下記のとおりです １） ＯＮ・ＯＦＦ制御の時間設定 ２） メガヘルツ超音波の発振条件 ３） 水槽と液循環と洗浄対象物に対する１）２）の最適化

４．音響流の制御事例写真

５．結論 汚れを除去するという場合、除去した汚れを再付着させないことも重要です。 非線形現象による複雑な相互作用による音響流の洗浄効果は、再付着の防止を 含め、大変有効です。（洗浄物の表面を流れる、液の流れに関する理解・各種工 夫・ノウハウ・・・・が必要です）

現状の超音波洗浄機において、脱気ファインバブル発生液循環装置とメガヘル ツ超音波（あるいは、シャワーポンプ）の追加による洗浄レベルの改善を提案・ 推奨します。 水槽のエージング処理事例

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