Title 超音波の研究に就て

Author(s) 平林, 興郎

Citation 物理化學の進歩 (1936), 10(1): 36-46

Issue Date 1936-02-29

URL http://hdl.handle.net/2433/46035

Right

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Kyoto University

5

物理化学の進 歩Vol. 10.No.1(1936)

36 .李樗・ 超音波の研究に就.τ{紹 介) 第lo要

超 音 波 の 研 究 に 就 て

T林 興 郎

電磁氣學,光 駆,熱 學等ば夙に所謂化學に取入れ:られ互に闘聯發逑して今日の物理化學の大

綱を爲してゐるが・こ栃 と共tF物 環 の顱 肪 一部門蠣 焙 髀 はltl的 關係少99の

L如 ぐ見受けられて來た.こ れは昔響のエネルギーの大なるものL得 られざ りし爲と恩はれる

が,近 年に到 りその強力1:る もの示容易に得 らる.stC及び,1927年 のW(庫1及 びLoomisii

の研究を端緒としてこ.の方面の研究 も急激に進歩し,新 しき化學の分野が開拓せ ら晒つ 丶ある.

筆者等 る堀搨教授御指導の下に京大化學研究所に於てその研究並びに應用の途を求めん.とする

に當 り,:現在までに行はれた研究を一括する意味に於て物理化學 に闘聯あるものを集め以下御

紹介する次第である..

超 昔 波の権 念 及び その 自然 界 に於 け る存 在

超晋波邸ち超可堰晋波とは高周波d)弸 性振動の謂ぴである.が,晋 通は40,`)0011ertz以 上の

振動を指して言ふ.因 みに可鯰昔波は16よ り20POOHertz糞 で,又 は38,00C)Hertzま でと言

はれその範圉を確然と決定することは出來ぬ,男 聲女聲は耶均して音階のC匸 及びC帥 ち周

波数にして各tlI30.260内 外であ り,ビ ア ノの最低.最 高音はそれぞれC3及 び.An周 波數

にして約36及 び3300Hertz,ハ ーモニックスの範圍で も最高Cfiで 約8200Hz.で ある事 より

超晋波晋の高 さを御想像ありたい.

超音波は人工によつて始rpて 得られたものでは無 く,自 然界には到る處1ヒ存在するものと考

へられ為・例へば峰鳥が鳴 き始め亢ときは聞へるが,そ の普が次第に高 くな り途には聞へな く

なつてしまふが,爾 ほ蜂鳥は歌ふが如 く嘴を動か.して居るのを見れば,超 音波によつて鳴いて

ゐるのであらう.と想像される・又家内の コホ・ギは 舗00Hz.で な くが,家 外に住む小形の コ

ホ ロギ,iYeme6i'u8刃 幽 如 は8000Hz..を 主音として16000.24000,36000Hz.の 晋で鳴

くと言はれる.從 つて自然界に1‡超晋波によつて感情の表示1意 志の傭逹を計つてゐる動物が

あるとも考へられる.又 雷の鳴る時,嵐 が吹 く時,氣 姐がletよ り吹出す曦 匚】9,.その他衣服や

手を摩擦するときの如きにも大なり小な りの彊さの超昔波が發生するものと考へられて屠る.

超昔 波の發生法

超昔減を發生せ しめ.るには昔叉,f」ガル トン笛1'IJ高周波サイレンを用ひたり,火 花放電の高

周波電流熱により室電中に胝動的振動を超 させるlj等の方法があるが,こ れ らは周波敗100キ

・ヘルシ程度までに醍定せられ,又 周波藪の塘加と共にエネルギーの收率が減ナる缺巌がある.ロ

現 在 で は 物 體 の 磁 歪 作 用`Magnetos面 αion}か,・ 結 晶 の ピ エ ゾ邀 效果 を利 用.して 數 百 乃 至 千 キ

ロヘ ル ツ.の超 音 波 を容SJIC且 つ彊 力 に得 られ る.こ の 爾 者 に つ い て 簡 躍 に述 べ て 見 よ う.

【1】 、搬 歪 發 振 器.t駈hgnetostrictionosclllstor)

物 軆 が磁 揚 の 作 用 に.よつ て 現 は す 歪 並 び に逆 に物 鐙 の 磁 氣 的 性 質 が 夫 に 加 へ られ る歪 に よ・つ

て 變 化 す る現 象 を磁 氣 歪 又 は 磁 氣變 形 と言 ひ,彈 碑性 軸 こ於 て 著 し く認 め られ る.印 ち,強 磁

性 物 質 ρ 棒 を之 に 滑 ふ 一様 な磁 揚 の 申 に 置 く時,そ の 方 向 に生 す る 伸 張 又 は壓 縮 歪(縱 の.Joute

效 果),そ め 方 向tC垂 直方 向 の歪(横 めJoule效 果)磽 み に關 ナ る歪(Guillemin效 果},捩 れ に闘

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

し

篤1輯 雫林・.超音波φ研究.k就て(紹 介) at

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.齟r・'}弾}(.、

する歪(Wl。dm・n・ 效果},容 積に關する(Barren效 果)節 を生するが1.磁 歪發振器として

は主ξして縦のJoule效 果が利用:されるめである.磁 歪發振器は多 くの人apLよ つて研究使flJ

されて居るが鋤 畑 川 圃 ・")期 幽 最 も.適當とするのは可聽周波よ 卿 キ・ヘルツ程魔 で

あ り,300キ ロヘルツまでが大饐限度り様セ毒う・.第r圖 に於て・0は 磁歪振動子で・強磁性

第9_圏 饐め捧を以つて作り,Pは その一端に取附けられた振』oLyM.動 放射用の小片である..L,は 振動子0に 磁歪を起.さ

しuべ き高周波電流を逋す線輪でその兩端HFは 適P.當

な る發 振 器iL接 績 され る.振 動 子 と して は軟 織,鋼,

・ ・'ll鱒 筆際 蠏 緲、鷲 農

しい.一 般 に囎 磁氣の多いものが良いが ニッケル,昌 クロム の如 き揚合には第一鬮に示す

如 く、振動子の一端にそれと殆んど同一の太さの軟鐵又はパーマ ロイの捧を鑞附し,Lれ に線

輪Uを 卷いて魅池Bisて 勵磁する方法が深られてゐる.81振 動「『Lは普通圓塘歌の ものである

が,廻 轉需圓履又は中空園筒は能率よく動作し,ブ リキはその細片を互Kよ く絶縁 して密着 し

使用すればよい.KS鋼 の如 くヒステ リシス操失め大なるもめ,・{一 マロイの如 く磁歪作用の

小なるものは磁歪發振に不適當と思はれるに.も拘.ht良 好なる動作肌態を示すのは定常磁揚と ・

振動磁場とに於けるMJが 必すし.も同一では.無いこ.とを示唆 してゐる.磁 歪發振作用の訣點は

1>周 波数と共に渦流が増加する.2)ヒ ステ.リシス損失の増加g3)振 勸子め内部摩擦にょっ

てエネ.ルギーが失はれるのみならt.こ れが熱となつて現はれ振動子 自身の磁氣的性質を變化

せ しめる.4)凋 波數を垉加するには振動子の大 きさ.を小さ くせねばならぬ.5)周 波數を増加

するには線輪のインダクタンスを小さくしなければ摩らナ,必fir的 にそれに依つて得られ る磁

掲の張さが減少する.等 であるが又得られ る周濠數り點に於て後述の ピエゾ電氣振動に及ばな

戦 しかし擦動子を容器の形に作る准らば試料に直接音波を當てることがNi31Fる轟である.

【11】 ビヱゾ電氣發振器(Piezo・electricO8ci11ator}

或種の結晶帥ち岩鹽,灘 糖,ソ ニエツ ト鹽,.珪 酸亜鉛,電 氣;面,水 晶等 に外力を作肘せ しめ

歪を與へるとその方向又は直角の方向に電氣偏極.を生 じ,夫 々縦のビエゾ電氣效果,横 のピヱ

ゾ電氣效果と言はれる現象はisso年 亅..及び.P.Curieの 衰見にか ゆ,其 の逆效果即ち結晶盟

に電壓を與へると機械的の歪を生することは後年に到つてLippmannに 依つて發見せられた所

第;一 圏

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である.ピ エ.ゾ電棗發振器は この ビヱ.ゾ電氣現saの逆效果を利溺した

もので,前 逑め夘 き詰鵡、より逋當{L一 片を觀取 し,そ の爾面に交番電

壓を加へて之 を強制せ振動 しめ媒盟中にその榎械的振動を億播せしめ

るのである.振 動子.として.は機械的強度並びに入手の容易なる郵よ.り

して一般 に水晶ぷ瑚登られて.ゐる.扨 で第二囲 自の如 く裁取せ られた

るものをX水 晶塚又縁 キ≦り一截水晶ξ君ひ,bの 如きをV水 晶板又

は30。 裁水鹸と稱ぺる・.悔して前者に屬するものが多 く用ひられて居

る檬である..(水 晶の撮幅はioovに つき約500萬 分のlmmと 言はれ.る).

水晶振動一7一の問有攝重瞰 は次式にて表はされ る。

…+・ ・δの 一,、。 、+,。 誌.,醐 、 〕 ノr:,P(1+・ ・δの ・(1+r.…(1+Ep・ δθ・

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

38 甼赫・.超音波 の研究1;.就て(紹 介) 第10巷

8

一但 しa;.零Y.李 面内任意の方r]tL於 ける線膨脹係數.r;Z軸 方向に於ける線膨脹係数・

ε弱 振動方肉に於ける弾性奉の濃度係数.0甫 振動方向に於げる線膨脹係敏;醒(煽2ψ 十r

SIR'w.w;X水 晶板のY波 動の振動方向と.YZ李 面内に於て,Y軸 となす角..a澗 波浬

.度係懸.二 次駄 の微'亅礙 省酎 佩 一atS一(QCO・=N+rsiu=w)+糸 ・・黼E・ ・

L振動方肉め彈聾奪 脇 撮動雕 敗1,;振 動方向の厚さ・

温度係数を無靦すれば簡單に

ら・士 ノ亨

となる」常Bizて は賓驗式として次式が邁用.される.C ..

f≒2870d-1,a≡=iosd

[但 し・dは 本凾板の厚さ(mm)を ・rは 振動敬(キ ロヘルツ)を」 は電波長(m)を 表はす もの とする.]

第.弓 圏 第 三 圖 ぱ水WISllt動 子の 襲振 作 用 を詮 明す る もの で.V 、は 發 振 用

v

0R

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1監111中

C

三極眞室管,B,,Yoは 夫 々Vの 格子電池,saex池 でその動作

.懃 を決定する冩の もめ.Qは 水品撮動「r一.L及びCは 振動囘路を

形球する誘導並びに容量である.今Qが 自己振動数を以つて振動

せるものとするとその兩面に生tる ビニゾ電氣壓がVQ)格 子に供

給され,そ れに相當する陽極電流が流れる,そ の際LC振 動囘路

.のイムピーダ'Jスに依つて生する電歴降下の一部がvの 陽甑 格子間の容=量c・を經てQに 興

へ られ,從 つでQは 振動を繼練する・しか しLcn路 の匿1有振動數があまりにQの 固有振動

數と相異するときには發振を停止 してしまうから,雨 者は同一なる事が必要であ9:又 吐時水

晶は最 も張 く振動する.以 上は發振装置として容量反作用囘路(Capaciticerea【ionrircuii)1こ

づいてそめ大樣を述べたのであうヵ㍉ 勿論誘導反作用囘路(lnductirereactioncircuit】 並びK

誘導容最反作用囘路(Combined:inductiveandcapaci[icereactioncircuit)も 利用し得 られ・特

に後者はハー トレー囘路(Hartleycircuit)と して廣 くniひられてゐる・第四斷 第五圓にそ

の擘球及び二球式(PushPull)發 振器の代表的なるものを示す.第 六圖は當研究室に於て使用

中の裝置の結隷を表はす もので,多 くの人々にx.つてfl1ひられた ものと殆ん ど同噛の ものであ

る.ofto_ta7圖 の麺 く,獅i管V".の 陽極竃流供給の爲に四個の整流管による全波整涼と二個宛

の低周波塞流線輪 と固定紙蓄電器によるChokeui-putの 濾波囘路とを組Gnは して使用せるは,

電源の電壓變動卒を よくする爲 と;交 流が發撮管◎陽箇損失に及ぼす悪影響,又 その尖頭電壓

が結晶に及霹す彰響 を避け,而 して童振の安定 を得る霧の 目的に外 底らぬ.發 振囘路の調整に

嵐LriReの 調節と同時に 工8工2の 旛数並びにその粡互結含度を微細に調節して水晶の振動

數 と合致せ しめる辷とが必要で,最.も.注意すべ 耄處である・使用せる水晶振動子は約6mmで

嬋 キ.ロ:ヘルツい630mと 隴算される。.振動子め胴面はまつ銀鍍 し,こ の上にや.L厚 く銅鍍 し

て電極 と.し,第 七圖の如 く装置する・反射板Rは 電極を衾ねる・振動子の兩面に加!3る高電壓

絶縁の爵,音 波の億逹 を容易なら.しむる爲,並 びに振動 子のダム不一としての用を爲す目的で一般 に憂壓器油の中に裝置するカ;,涼 動パ ラフィン・キシ・一ル薄 パワーの弱いと.きには水

ベンゼン15}も使用 し得 られ.勿 論空氣 中にそのま薗で も使ふL.と が出來る,

水品撮動子は上記の如.く二薗に鍍金して電極 とする外,二 板の厚い金驕板の間に水晶を挾み,IA一?1)又は下面ば鉛板,上 面Ft鉛 鐶としてその聞iL水晶板を挾みζれ全諠として振動 させ る方

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

第1輯 ヱF休・超音波 の研 究に就τ(紹 介》 39

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第 四 巴ChN(㌔

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昌翔腰

vo3蛍 振 球

CB3プ ロ ツ キ ン グ蓄 電 器

Rg:グ9ッ ド抵抗

L3=」 吹 登 援 線 輪

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T】3プ レー ト霊壓 用遞 昇變 驤器

T3 .;發振球7イ ラメン ト加熱用變壓 罸V1;整 流 球7イ ラ.メン ト電壓 計V〆 發擬球7イ ラ0ン ト電壓 計Vp=壁 撮珪 プ レー ト電壓翫 鵠A=發 振球 プ レー ト電流計(直 流 ミリアム メー ター〕

船 二戎 側援動電流計(高 周波電流計)E;交 慌100V電 涯

V郎 整流球CR=平 滑 用固定蓄 電器

CAグ リツ.ド薯電 器Cり 畧壁振用可變蓄電器

ti:電 壓 調整 可塑抵抗ChR;高 澗波塞流線輪

L:二 吹線輪Q=水 晶援動 子

,:整 流 球7イ ラ メン ト加熱 用變壓 器

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L8:徑22㎝,40T1噌=徑IInn,200TR言30宀30.oooQ

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10..一No.1(1936)

40二 雫 休・.超音波 の研究1二就 τ(紹 介) 第1晦

法16,1り もある.又 膏波發生の能率をよくする覓に,水 晶め下面と反射板との間に室隙をおき,

水晶を振動の節に支へる浩,黝 仔波の集申を計るbiz水 晶を凹面に載る法黝等も考へられて居

る,

水晶 板 に.よる ビエ ゾ 電 氣 褒振 器 は 數 百 キ ロヘ ル ツ の 値 に最 も適 して ゐ.るが,水 晶 の 厚 さを

0.2mm以 下 に稜 る事 は];作 上 普 通 に.は幽楽 ぬ事 で あ る か ら_1500キ ・入 ル ツ以 上 を要 求 す る

揚 合 には 竃 氣 石.〔]mm.に っ き約80m>を 用ふ るか,特 別 の 工 作 に よつ で 薄 い 水 晶 取 を作.るかr

又 は厚 い水 咼 板 の 高 調 波 を利 用 す る發振 方 法 に よるか す る.現 在 までK得 られ た 周波 數 の記 録.

と して,氣 體 中1こ於 て はSPetrizilkaの32,80pKC,石 井 予尋 氏 の2832tiC,流 髄 中 にて はLucas.

の20」00KC,%}.Bergminnの2520(1KC,a7GUI=F五 郎 氏 の42,550KC.等 で あ ら う.水 晶 自身.

の振 動 敗 で はSoknloflの 得 た 耳35.000KCが 最 高 か と思 ふ.

超昔波の鉱體中に於ける性質

杢 氣 中 の超9の 速 度 は 可 聴 昔 波 と變 らな い.甑 鋤 一 例 を あげ れ ば鋤 常湿 をこて331.76m.sec-1

で あ るが,水 蒸 氣 や 淡 酸 韋 斯 の 存 在ILK!`て は 著.し ぐ影 響 され る.ゴ ム 製 の 凸 レ ンズ形 の 袋 を作

り,淡 酸 ガ ス を入れ,こ れ に 超 音 波 を あ て る とき は恰 も光 に於 け る硝 予 レ ンズ の 如 く,晋 波が

焦alt集Nす る現 娘 が あ るの は 感 習 焔 に よつ て 明 か に 知 る ご.と.が出 來 る.尚 ほ 氣艦 中 の曾 波の.

吸 牧,分 散 に つ いて は 田 村氏 の 招 介F).を 參 照 せ られ た い.

'固 軆 に 對 す る 性 質

固盟 に つ い て の 研 究 は あ ま り多 くは 無 い 。塒:叫 油 に 對 して の 反 射 の 割 合 は.「 働 を 群 げ る

と`250KCに 於 て 次 の 如 くで あ る・1鋤

空 熱.鋼 眞 鍮 硝 于 大理石7二 二.ル}ペ ークラ・イ ト

厚 さ(mrtロ)208.7.5as40t(w

反射 κ1Wgoo99・59{・F71・ti8$・7an

文物 碵 の 通 過 の 割AOはen..

永 謂 于 鋼.・ 青 銅 懈 錬 繊 ア..ルミ昌ウa銅 .

2521161410118●6

エボ ナ イ ト中の 昔 波 勢 力損 失 はascm『1の 如 く他の もの に比 して極 く少 く,透 明度 が 著 し

いの で,レ シズ,プ リ.ズム等 が 作 られ る・鋤 固膿 中の 傳 播 速 度 は.ベ ー ク7イ ト身460m、sβc,一}

ア ル ミ 昌ウ ム5120m.se◎ 一1等 で あ る.町 闘}105冫

硝 子 管 は その 寸法 に應 じて 鐘 欺振 動 を爲 しashash捧 の振 動 の 婁 含 に1‡嫌 波 の 生 ず る こ とが 知

られ て ゐ る.塑:隅 鋤 樹 摩 牽鉛 俸 に張 力歴 力 を週 期的iz加 へ て破 壌 せ しめ る揚 合,棒 中K1?40KC

の 超 晋 波の 發 生 を認 めた との 報 告 もあ る."跏106,

Ma】ov弔9,はSuspemionVansを 用 ひ て573翼Cで 油 中lt於 け る 各種 間曜 の吸 牧 係數 を測 定 し

た 、49,.Paolini鋤 に 依れ二ば,流 髄 中 に 於 け る固體 の吸 收 度 は そのroughnessに 比 例 し,面 が 完 全

に軍 滑 な る揚 合 には 規 則 正 し く反射 す る事 を認 めた. .

湾嘘 中に於 け る性 質.

.液體中にては超膏波は比較的良 く.傳播する.水 晶振勸子を變壓器油その他の中に装置するρ

もその理由の一つである・逑度の測定 も可成躊されて居るが画 凋 そめ内二三例をあげると,

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

第.=1.輯.李林

・超 音涙 の.研究.に就τ 〔籾介) 4且

變 壓 器 油 …1一 畑0・m.sec-1(.16。C73刈 蝋C)1865皿 ・sc・→1410・7血 ・see-1(!O。C..4fi4KC)

.蒸 溜.永 ・・.1481.2.(2Dec437・6ドC冫.1430

.貧 鹽 水 ・・,・・L… 耳492(0・99%:b)IS20(7%)

ヱ..一テ.ル ・… 鱒…1121(200Cタ.)

の 如 き もの で あ るが,大 饐 に於 て 周 波數 の彰 響 は 絵.り認 め られ す,.ili)潭 度の 上 昇 と共 に壇 加

の傾 向が あ る.79}NVilson等 は,ss⊃390南500KCに 於 てP圭erce.干 渉 言iSt)によ り音 の 速 度 を煽 定

し,二 種 の非 反 應 性 有機 混 合液 中に て は 源 度並 び に重 量 混 合 比 に 比 例 す る事 を知 つた.周 波數

が 可 成大 音な 範 園 に な る と前 記 干 渉 計Cま使 用 し難.くな るφ で,超 言 波 に依 つ て得 られ る廻折 ス

.ぺ.クF'1レよ り速 度め 測 定 を す る.

超音 波 め波 長 が 短.くな る と液 中 の 定 常 波 が 廻折 格 予 の如 く作 用 す る.tTlslJsc-SS)IS)tLll皀卩ち液

庫 に 超音 波 の定 常 波 を 生 ぜ し め,振 動 子 の 面 に 卒 行 に光 を當 て る と きは 光 の 廻折 が 寫眞 乾 板 に

認 め られ る ・今 光 束線 のdeviationを.aと すれ ば.maximumi]lurntnationは 次 の如 くな るss),

α=唾n-1P2ilae

匚茲 にλ1:室 無 中 に 於 け る光 め 速 度,A,:rk中 に於.け.る昔 の逹 嵐p:干 渉 の 次 數 コ

この光 の 廻折 を利 用 して 音 の 強 度,昔 揚 の.篌様,.水 晶 の 振 動 等 を知 る事 が 出來 る.叉 既 廻 折

スペ ク.トル め 光 の 蝿 さ を測 定 して 液 體 め書 渡 に.對す る眼 牧 度 塗 知 る事 が 出來 る」 この 方法 に韓

つ て 得 た 詰 果 は理 論 値 の10倍 大 で あつ た..鋤.E.Paolihise)は 液 瞬 の 吸 牧 係 數Kに 就 い て,次 の

式.を.確めて ゐ る..帥 ち,

P=病e-Kと.

隈註譱 繼 響近の壓加 二描音醐 ㎜ の髀 ある邸 憶 で]Biquardsuは 次 の 如 く表 は し て 居 る.齟

K言2オ げ13ρ"十 猷2cTω2'2ρVJcg.

隲 蕪 肝愚 講:罷:.畿 磁:音嚇T;鱸 α=瀦 職]即ち,吸 牧係滋は周波數 ωの二乗に從つで變化する.超 昔波の研究にはその 馬確數のみ准

らす眷壓を知 る.事も大切であるが,晋 波勢力が強い.とき.には適當な測定方法が無い.液 表面に

直徑の大きな硝子圓板を置き,そ の支へる重量に依つて知る法 珊 毛糊管の一端を漏斗とし,'

乏の内面に於ける輻射歴を 水壓としで.大氣歴 との葦.を毛細管中の液の 高さで知るt`Funuel

GaU$e"な る比較的の測定法 町 音壓に.よる璽油の高 さを計る法 又は一定の物質に一定時間

晋波を吸牧せ しめその測度上昇による法,そ のゆ 鋤 他色々り.ものが考へられて居る.昔 壓の

測定と向時に,.晋揚についても研究力嶋 さ.れて居る⇒酔 鯛'備 申'齣 助 詳細は省略する 液

體中にで.超音波の示す各種の性質中.実なるもめについで.以下御紹介する.

熱作用 超普波の性質として熱作用はその著しいものL一 つである.2KWのfa置ie)で は水

の温度上昇は ↓。ノcgl3sec・であるが,遖 當に冷却ずる事に依つで實驗中2。C.の 上昇に止めるの

綜函難なことで も無い.66跏又音波のみでな く電氣的にら温度上昇の作用のある事 も注意せねば

なら.ね.界 颪に於ては温度上昇が特に著 し.く,.試験管に入れた試料 もその中に硝子玉等を人れ

ておげば一居速 く熱せられ陵邏の 起 ⑩nu睡orに 手を觸れば火傷を受げる.こ の温度上昇1乍

虜に俵つて他の作用め設明出來る事もあるが,:ス テア リン酸エチル(融 黙30～31gq)⇒{299Cエ

の水中にて溶解せす,O「)單極電位差にも影響無ぎζとaSIを見ると温 度上昇の作用は少いとも嘗

1

物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

42 挙林・超音波 の研窺に就 て(紹 介) 第蓴o巻

ひ得 る.

神 曜 生 儲 波はそ鱒 播する離 欄1ζ 溶解 して居る羅 鎚 出す㈱ がある 攣.

壓器油中にで超音波を發隼せ しめるときにも大小無致の 泡の 發生が 認あちれ る.こ の現象を"Cavitation"oaiios>ioi7と.稱して居る・Ricl-ards,Loomis'1に よれば,發 隼覃斯0容 積に對する

瓦斯の溶解容稜の比が酸素3.7^>2.3,窒 素2.8～2.6.「なる贋を得てゐる...室氣の代 りに炭酸.ガ

ス,硫iL水 素等西ζ溶けてわるときには氣泡が發隼せ轟が,15,こ れ らのガ不が音波をよく吸牧す

る爲では.なWか と思はれ弓」.睾細管現象の著しい液では氣泡は發生しなψ.1爾 ほ空氣が溶解耳

斯なるとき,發 生せる黛體は完全に筌氣であるが,有 機溶液の時の氣泡は室氣89%,有 機物

11%と の報告 も見受けられる.的 氣泡の發生は,.外 壓が非常に減壓又は高壓な.るときには停止

してしま.う."Ca、喧ta馳n"は 超音波の化醸的作用り原因として最 も重要な特性の一つである.

沸點降下 股氣せる水,rル エン,四 鹽化蝶素等は超昔波放射の下には董れ らの沸鮎の1～2'6C下 で沸騰始めることが知 られて居るが

,1,これるcavitationが 理由の一を爲すのであらう..乳化作用 ベンゼンと永を試驗管に入1.Nて超耆波を當てると直ちizGi濁 .して.エマルジヨンカζ

生域するウ晋波が弱いとき.に乳化は界面より起 り:これカ{次第fLjj}合して行 くのが見受けられ る.

液の胆氣 を完全にするか}外 壓を甚 しく高壓又は低歴にしてCdVlt211011が起 らぬ檬にすると乳

化 も生 じない事から見ると水と.油の如 きもの 」乳化はcavitationに 依る.ものであらうと想像さ..

れ る.恥 鋤 就中'`cavitationの 砿壌"が 起るときに發生する烈しい機械的画撃作Klが 最も右效

な原肉であると考へられ七喬る.がｮ,cavitationのetc有 效であると思はれる外歴の檜加は,

專實駐氣せざる液に於て外摩1500mm【.19に て乳化作耳」が雀んなる.iii=て雨立證されるであ

ら う.

水 或 ひ は 油 と水銀 を約iq:1の 割 合 で 試 験 管 に 入れ,ζ れ に超 膏 波 を 當 て る と水銀 の エ マル

ジ ョ ンが 出 來 る この 際i3,cavitationの 破 壊 が雌.り難 い眞 杢 中 戴 ま.ca噸d・ ・ の 起 りN高

外 壓 の.ときに も分 散 媒 に 石鹸,.ゼ ラ チ ン,リ サ ル ビン酸 等 の 保 護剤 が 存 在 す る限 りは エマ ル ジ

ヨ ンが 生 成 され る.水 銀 中に 水泡 を逡 る と き,こ れが 薄 い 水銀 膜 に 包 まれ て 浮 上 り水 中 で破 壊

して 水 銀 がR.'uVL.分 散 す る.のが 見 受 け られ るが,こ れ が超 督 波 の 烈 しい 攪 拝 作 用 に よ.つて.も起・

り得 る と.は想 像 に難 くな い.故 に 水 銀 の エ マル.ジ ヨンの 生 成 に は 必 閧ダし もcavitationを 必 要 と

は しな い ら しい.IGith=一 テ ル,ベ ンゼ ン,ト ル 止.シ,s-7ル,メ ヂ ル アri=一 ル は エ マ ル'ジ.ヨン とな らt ,ニ トロベ ンゼ ン,高 級 ア ル コ ー ル,グ リセ リン等 に は 濃厚 な乳 濁 化が 認 め ら

郵,前 者 の 如 き エ マ ル ジ.3-.を 作 り難 い物 質 に も保 護 削 を入 れ る と き には 乳 濁 化 が 生 ナ るの を

見 る と,分 散 媒 自身 の 保護 性 が 機 本 的 な もの と考 へ られ るia9719か くし'L得 られ た 水 銀絃 子 ぱ

大約1-0.511の 大 きさ.を持 ち匝 水,bRl酸 水 銀 並び に硝 酸 トリウ ム溶 液1でに 走 に,漫 厚 な る 拘 櫞

酸,枸 撫 酸 ア ム モ 昌 ウ ム,ア み モ ニア に於 ては 負 に,等 電 點 め 附 近 で は 正 負 同 数1ζ帶 竃 して 居.

る6鋤 尚 ほ 水銀 エマ ル3ン リ 保uSet-'1として は,硝 臨 過 マ ンガ シ酸 カ リの 如 き酸ie,フ0

シ ァ シ、 フニqrア レイ:r.,ア ム モ 昌 ヤ・・}等が あ る.溶 解 せ る空氣ILも 保 護 作 用画監あ.る:Olap_"]

ウ ラ ド.メタル,ガ リ.ウム,言η～{ラ フ ィン,ス テア.リシ酸,50,カ リ.ウム,ナ トリウム,硫 欝,そ

φ 他:11,%n,Fe,Sn.Cu,.Sb;Bi;Au,Pt,硫 酸 バ 助 ム74'も コ 財 ドとす る事 が 幽來 る

'!1レ・ゲ ル へ の 作用Thixotropicgei及 び或 種 φ親 永 ゲ ル は 超 昔 渡 に ま.つて液 化せ られ る.

16助 研 手 で 振 つて:もゾ2・に な る様 なThin・ …picgelな らば 殆 ん ど瞬 間 的 に..ゾ.♪・へ轉 移 す る・

7x酸 化 第 識.轍 化 アi・ ミ._n・ の 水 鯲 略 塑.マ.ロ ・・醸 バ ウ.弘 の.メチ ル ア/La一/L

又はグリxリ.シ へのゲルについてこれらの現象が認められ る.試 驗管中にて水酸化アJLミ ニウ

・

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

第1.輯 平林・超 音波 の研究 に就で(紹 介.) 4多.

ム等 のゲルは超書波をあてると液化は先づゲルと盛氣との界面 より起 り,も.しゲ～レの中に氣泡

が澤山含ま.れてゐ.る揚合にはそれ らの界面に於でタルが液化し始める.〕 度液化したゲルも一

定時筒經過すれば再びもとのゲルに戻る もφセあ.る・

珪酸ゲルに超昔波を當rLも 外觀は變化輩認あられなNが,著.し くゲルの彈力が無くなり,

所謂網歌粗織が破壌されたも.のと思はれるが.これ も時闇と共に囘復する..

ゼラチンのあまり固 く無いゲルは粘度の高いゾルに變化ずるが.,こ の囘復球thixo竃roわicgel

の揚合.よ.りも遲い.ruち 超朞波はゲルをゾルに攣化せ レめる以上の作用は有 して.ゐ.ないらしい・

爾ゼラチン,GumAcacia,ス テアリン醪ソーダの ゾnid超 音波に當てると鮎度犂減少.し..時

間と共にその作用は著 しくなるが」粉 ス.テ.アリン酸.ソーダを除 く他の二つ43時閤の経過と共IL

粘度を恢{す るh

水酸化アルミ呂ウムを稀鹽酸に入れ,又 はスルフ.オサ リチル酸水銀を水の中に入れて超音波

を常て.ると容易に分散する.又 ゼラ.チンは水中にてそのま Σ故趨せるとき.よりも.遙に遽 く膨潤

するが,こ れは熱作用によるものでは無悟か.と.思はれる.

4rせ ぬ金コロイ ドに微量の電解質を加へて紫色にまで凝集せ しめた ものに超昔波を興へる

とCassiasbean位Nzで には解膠するが.,金 コ..Rド そのまLに 超音波をあて顯微鏡で見.る

と緑.色の粒子EPち 比較的に大.きな粒子の婚加して.わるL..≒が認められる.又 即蛋白を蒸溜永で

適常に構澤し,大 部分のグFビ 鼻 リンを除いてアルブ ミンのみとなし海 ものに解音波を與へる.

と數分で混濁を生 じ.細片の沈澱することが知られてゐる・τηWu,Liほ 切 は液が室氣を含んで居.

る時に生ナる沈澱は顯微鏡的には微小な氣泡を.含んで居ると逑べてゐる.COQ又 はH.Sで 飽

和された液の揚含には沈澱が生 ヒないが;或 はzの 凝集作用はcavitationに 依るものではな.い

かと思はれるが,未 だ明かでは無い..

樺かの攪拌によつて凝集する楳な不安定なゾw,.例 へば.g亘m.inasdc.As:Sの ゾルの如cV十

超習波に依つて溷濁を來すのみで,.定幇波ホ出來た楊合には凝集は起らぬ.]R)以上の如 く,ゾル

又は.ゲルに對しての作用はやL不 明確でφ.るが,實 験に當つては熱作用等の こ.とも考へねばな

ち粗でしあらう・

反簸蓮度の促進.不 均一系の反應について森 口氏の研7cが ある.--164)iil超晋踟 ま(1)有 敷

薦 灘 積(ガ 嘩 生の際)・② 不灘 峰(3膿 散贋の厚さ(4)過 奪 の鞭 子1亡影響級

ぼ し,其 結 果 反 應 速 度 に 變 化 を 來 す もの と考 へ られ る.例 へ ば亜 鉛 に稀 硫 酸 を作 痢せ しめ る と

.き,超 晋 波 め 放 射 め 下 に て は液 は滴 登となb水 素 は大 きな 泡.とな つ て液 を去 るのみ な らナ,皮

継 度 磁 催 とな る ・.又嶽 力・・シウ ム}姉 継 作 用 せ し肺 と 鰭 通 なれ 繝 も.鰍 購 は

停 止 して し ま.うが,超 昔 波 の下{Lは 反 應 の 速度 も速 く且 つ 繼 績 す る.前 者 は(1),(3)。(4)b後 .'

者は(1),(n),(3);Viaeを 友 ぼ せ る もめ..と潸 ぺ られ る.

醵 化 作 用 超 音 謙 は 又 各種 の 酸 化 作 用 を 呈 す る ・Liu,Wuは 指 示藥 を入れ 綾 画 せ る液 又 は綾

衝 せ ざ る液 に超 晋 波 を あ て ると,も し も液 が筌 氣 又 は酸 素 に て 飽 和 され て ゐ る場 合 には褪 色 し,

脱 氣 せ る かヌしは 水素 に て 飽 和 せ る液 で ほ 褪 色せ ぬ 事 を認 め た.Schmidt等 はBrom(athymol

Ibロe馴 の 脱 氣 せ る稀 薄 水溶 液 に苛 性 曹 準 を 加 へ て藍 祿 色 を呈 せ しめ 之 に 超膏 波 を.與へ る.と黄

色 に變 じた る事 よn,.色 素分 子 に 影 響 あ る もの とtl_c一べ て 居 る ・9り@p'S色 素 分 干は 分 解 して 水素

イ オ を ン發 生 す.る。爾 ほ,Righar4s.工 ρoulis】}の報.じたIodinecrackingreaction並Zl'IZDiroethyl

sulphateの 加 永分 解 の 反 應 促進 は 買驗 に 用 ひたBromo・thymol =Ulueの 變 化に 依 る.もの で あ る

.とSchtnidtは 反針 して 居 る・Beuthe10jは 液 中.に醵 素 の 存 在 に 於 て.溶 解 して 居 る窒 素 が硝 酸,

σ

・

物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

{4, 挙林6超 音波 め研究{一kRT(轄 介) 第10看

アbモ 昌ヤにまでなり,又 沃度加里 より沃度の分離i勢 過 マンガン酸加里よJ二 酸化マンガン

ゾルの生成を認めた.爾 ほScahlnidし91,は 硫化水素水 より確茸ゾルの生成及び水溶海に於で過

酸化水素の發生を硫酸チタ昌ウムを以つて檢畠しfL.-iu,WU鳴 は四魎化蚩素,クpロ フ嫁ル

ムより鹽素の分離を認め・超S波 の示す酸{ヒ作用はCdVlf3h。nの 踟 こ生tる 微,亅酸 素泡の表面

!が 活性{ヒされ水と化合 して生 じ卑過酸化水素に由.るもり.と諱明 して居る・

蒸溜水に一定時間以上超晋波 を與へ ると.水のPFI:が 減少する事實がある.働實驗に於て使珊

する蒸溜水は豫め充分に脱氣 し,試 驗管 も硬質3Ll3ナ 硝子の もの を用ひてアルカリの溶出に

よる影響を遜けなければならぬ. .筌氣中に於で蒸瘤水r超 音波 を與へると約20～30分 間にて

PH4.3附 近にまで減少レー定となり、炭酸ガ.ス中にでは10一一20分闘で同 じくζの値に逑し,眞

空巾にてはこのPHの 減少が認められない.永 のPHの 減少は過酸化水素の生成に依るもの

ではないか共言はれるが,9り 上記の實驗に徴 して寧ろ麦酸 ガスが溶け込んだ爲と見るのが至當

と考へ られるが普通の楊合に炭酸 ガスを飽和せしむればPHは5,探 取直後の天然炭酸水で も

4.SKし か逹 して居らね事 より,郵昔波放射の際には表酸ガスがそのエネルギーを吸牧 して特殊

の勵起された歌態にあるものと考へてゐる.

その他.Richrds,"Loomisは フラスコの首 を.細めてa波 を集中せ しめると(Accumulator)

三沃化窒素の爆壷,黄 色沃化水銀の120。C以 下で¢～赤色への轉移.過 熱せる四鹽化炭素の愈激

なる蒸發・水 中よ.り過飽和の炭酸瓦斯の脱出等孕認め・..Szalav's,ixa,1ま澱柧 アラビヤ3y,ゼ

ラチン等の分解を研究 し7c.

Marinescoｰja'.ば 寫眞乾板又は印登紙への作用を研究 して潜像に針す.る補力作用を又未露出

の乾}6[YLついては僅かにカブ リを生ぜ しめる事 を認φた・

その他生物學的には溶血作用,溶 穀作 用`StromatolysisJ小 動物又は微生物の致死作月」等につ

いて數多 くの研究が爲 されてゐるが省略すること 、する.

超 書 波 の 應.用

歐洲大戰賞時,i.angevinは 海中K超 晋渡を發射し,そ の反射 を受悟する事1ヒよつて満水艦

の位置を知 る方法を考へた.超 晋波を一名1311aVIOwaveと .言ふ所以である.同 檬な方法が海

深測量,鋤99,海 底の瓶況観測,06Jgf)水 中通信等tw〕.に利用せ られ,我 國で も松李正壽氏始めそ

の他の方A.の 功綴 も亦顳著である・魚群馴 氷山iouの 揉知,有 線遖信9;に も利朋 し得,又 水晶

片のビエゾ電氣振動は高燭波電氣工學に於て,波 長計ua,或}‡ 發振器の周波数め數abili㏄rとし

て廣 く使用されて居る119'は言を俟たす,將 來は醤學的に も何.らか應用の途が講ぜ られるもの

と信 じて居る,, .

以上超晋波に就いて断片的な御紹介をしたが,多 數ρ亥1猷の内少數の ものを取出したに過ぎ

ない.尚 ほ讚者の御研究の一助 にると.本 文に引用せざる文獣をも記 しておいた.

(12.27.1935)文

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

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物 理 化 学 の進 歩Vol.10.No.1(1936)

6

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4 2F林 ・ 超 音 波 の研 究1"fbCT.(紹 介) 第m麿

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