通信の数学的理論を応用した超音波制御技術1.0

超音波システム研究所は、
超音波の測定解析が容易にできる
「超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」と
超音波の発振制御が容易にできる
「超音波発振システム（２０ＭＨｚ）」
　をセットにしたシステムを製造販売しています。

利用目的（価格・性能：洗浄・加工・攪拌・検査・・）に合わせた
　システム構成（オーダーメードの超音波プローブ）を提案しています

オリジナル製品：
　　超音波システム（音圧測定解析、発振制御　10MHzタイプ）
　　型番：US-2022xxxx
　
　システム概要（標準システム）
　：：超音波テスターＮＡ　１０ＭＨｚタイプ
　：：発振システム２０ＭＨｚタイプ

超音波プローブ：概略仕様
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ
発振範囲 １ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
伝搬範囲 １ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上
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

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出
２）非線形現象の検出
３）応答特性の検出
４）相互作用の検出


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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、新しい部品検査技術を開発しました。

オリジナル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。

目的（対象物の表面を伝搬する振動モード）に合わせた
　超音波プローブの開発対応による、
　コンサルティング・超音波評価技術の説明対応を行っています。

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
　対象物の表面状態に関する新しい特徴を検出することが可能です。

特に、発振・受信の組み合わせによる
　応答特性を利用した
　基板部品の表面検査や、精密洗浄部品の事前評価・・・に関して、
　超音波振動の新しい評価パラメータとなる基本技術です。

表面弾性波の伝搬現象に関する、超音波のダイナミック特性を
　測定・解析・評価に基づいて
　論理モデルを構成・修正しながら検討することで
　目的（評価）に合わせた効果的な利用を可能にしました。
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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞に基づいて、抽象代数学を利用した
　効果的な「超音波発振制御システム」を開発しています。

＜統計的な考え方について＞
　統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、
　具体的なものとの接触を通じて
　抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、
　これが統計数理の特質である

超音波の研究について
「キャビテーションの効果を安定させるには統計的な見方が不可欠」

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

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（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

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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、
２台のファンクションジェネレータを利用する
全く新しい超音波のダイナミック制御技術を開発しました。

２種類の異なる波形による、異なるタイプの（スイープ）発振により、
超音波の非線形現象と共振現象をコントロールする技術を実現します。

この技術を応用して、
部品の表面残留応力を緩和する、実用的な方法、・・・
様々な応用技術を開発し、コンサルティング対応しています。

標準設定
１）３ＭＨｚ～２０ＭＨｚのスイープ発振制御１
２）６０ｋＨｚ～１３ＭＨｚのスイープ発振制御２
３）４２ｋＨｚ　３５Ｗ（超音波洗浄器）
　による、超音波のダイナミック制御
　（ダイナミック変動型の超音波伝搬制御を実現）

注：超音波洗浄器の水槽表面に関して、
　超音波発振制御プローブと
　脱気ファインバブル発生液循環装置により
　表面残留応力緩和・均一化処理を行っています。
　均一化の効果として、
　２００ＭＨｚ以上の高調波による超音波制御が実現しています。

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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、
超音波の＜解析・評価＞方法（システム）を開発しました。

この技術を利用した
脱気マイクロバブル発生液循環システムの
コンサルティングを行っています。

複雑に変化する超音波の利用状態を、
　安定した状態で利用（制御）するために
　現場にある、具体的な水槽に対して
　脱気マイクロバブル発生液循環システムを追加セットする
　コンサルティングを行います。

１：原理の説明
２：洗浄機（装置）に合わせた具体的な提案
３：ノウハウ説明
４：確認方法、調整方法、メンテナンス方法の説明

ファインバブルとメガヘルツ超音波による非線形振動制御技術開発

この技術について
「超音波を利用した振動測定技術」としてコンサルティング対応しています。

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）
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超音波システム研究所は、
２台のファンクションジェネレータを利用することで
　全く新しい超音波のダイナミック制御技術を開発しました。
　２種類の異なる波形による（スイープ）発振により、
　超音波の非線形現象（注）をコントロールする技術を実現しました。

注：
オリジナル発振制御により発生する（１０次以上の）高調波の発生を
低周波の振動現象と共振することで
高い振幅の高調波の発生を実現させた
超音波振動の非線形（共振）現象

各種部材の超音波伝搬特性を目的に合わせて最適化することで
効率の高い超音波発振制御が可能になります。

超音波テスターの音圧データの測定解析により
表面弾性波のダイナミックな変化を、
利用目的に合わせて、コントロールするシステム技術です。

実用的には、
複数（２種類）の超音波プローブによる
複数（２種類）の発振（スイープ発振、パルス発振）が
複雑な振動現象（オリジナル非線形共振現象）を発生させることで
高い音圧で高い周波数の伝搬状態、あるいは、
目的の固有振動数に合わせた
低い周波数の高い音圧レベルの伝搬状態を実現します。
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超音波伝搬状態の測定・解析・評価技術に基づいた、
　オリジナル非線形共振現象（注１）の制御技術です。

精密洗浄・加工・攪拌・検査・表面処理・・・への新しい応用技術です。

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

各種材料の音響特性（表面弾性波）を効率よく利用するため、
　表面の残留応力分布の緩和処理が簡単に実現できます。

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
　オリジナル発振制御方法（注２）を応用発展しました。

注２：オリジナル発振制御方法
　２種類の超音波発振を行います
　一つは、スイープ発振制御を行います
　もう一つは、パルス発振制御を行います
　詳細な設定は、目的・対象物・治工具・・
　システムとしての振動系から論理モデルに基づいて設定します
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超音波システム研究所は、
　超音波の発振制御による、表面弾性波の伝搬状態について
　低周波と高周波の組み合わせによる
　共振現象・非線形現象をコントロールする技術を開発しました。
　新しい超音波伝搬部材（ステンレス線、チタン製ストロー・・）
　の利用により、目的に合わせた効率の高い超音波利用が可能になります。

超音波テスターの音圧データの測定解析により
　表面弾性波の複雑な変化を、
　利用目的に合わせて、コントロールするシステム技術です。

実用的には、
　複数（２種類）の超音波プローブによる
　複数（２種類）の発振（スイープ発振、パルス発振）が
　複雑な振動現象（オリジナル非線形共振現象）を発生させることで
　高い音圧で高い周波数の伝搬状態、あるいは、
　目的の固有振動数に合わせた低い周波数の伝搬状態を実現します。

特に、水槽やポンプ・・振動特性とメガヘルツ超音波の最適化により、
　効率の高い超音波制御
　（３０Ｗ出力で、３０００リットルの洗浄液に伝搬）を実現します。
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超音波システム研究所は、
　超音波伝搬状態の測定データを
　バイスペクトル解析することで、
　超音波振動が伝搬する現象に関する分類方法を開発しました。


今回開発した分類に関する方法は、
　超音波の伝搬状態に関する
　主要となる周波数（パワースペクトル）の
　ダイナミック特性（非線形現象の変化）により
　線形・非線形の共振効果を推定します。

これまでのデータ解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つのタイプに分類することができました。

　１：線形型
　２：非線形型
　３：ミックス型
　４：変動型

　上記の各タイプに基づいた装置開発・制御設定・・・
　成功事例が多数あります。


この技術を
　コンサルティング対応として提供します

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（インパルス応答の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：解析には下記ツールを利用します
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
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＜＜超音波の音圧データ解析・評価＞＞

１）時系列データに関して、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により
測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について
解析評価します

２）超音波発振による、発振部が発振による影響を
インパルス応答特性・自己相関の解析により
対象物の表面状態・・に関して
超音波振動現象の応答特性として解析評価します

３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を
パワー寄与率の解析により評価します

４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して
超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬）
あるいは対象液に伝搬する超音波の
非線形（バイスペクトル解析結果）現象により
超音波のダイナミック特性を解析評価します

この解析方法は、
複雑な超音波振動のダイナミック特性を
時系列データの解析手法により、
超音波の測定データに適応させる
これまでの経験と実績に基づいて実現しています。

超音波の伝搬特性
１）振動モードの検出
２）非線形現象の検出
３）応答特性の検出
４）相互作用の検出
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超音波プローブのダイナミック特性を評価する技術

この技術を、コンサルティング提供します
　興味のある方はメールでお問い合わせください

各種部材（ガラス容器・・）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、５０００リッターの水槽でも、
　数トンの構造物、工作機械、各種製造ライン・・・・への
　超音波刺激による効果を確認しています。

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
　非線形現象のコントロール・応用方法として開発しました。

ポイントは
　超音波素子表面の表面弾性波利用技術です、
　対象物の条件（材質・形状・構造・サイズ・数量・・）・・により
　超音波の伝搬特性を確認（注１）することで、
　オリジナル非線形共振現象として
　対処することが重要です

注１：超音波の伝搬特性
超音波プローブの伝搬特性
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）

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超音波システム研究所は、
　音圧測定解析装置（超音波テスター）と
　メガヘルツの超音波発振制御プローブの製造技術により
　超音波システムの音響特性（超音波の相互作用を測定解析）を考慮した、
　「超音波の非線形伝搬制御技術」を開発しました。

今回開発した技術により
　「超音波の発振（発振機・振動子・・）」による
　対象物・超音波機器・治工具・・・を含めた、
　各種の相互作用を測定解析に基づいて、
　目的に合わせた、超音波のダイナミック制御が、可能になりました。

注：自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答

特に、
　高調波に関する超音波と対象物の相互作用を検出・確認することで
　複雑な形状や、精密部品の洗浄に対する効果的な
　制御（液循環、治工具、洗浄物の固定方法、・・・）が明確になります。

従って、適切な
　超音波周波数の選択や
　異なる超音波周波数の振動子の組み合わせ・・
　対象物に合わせた使用方法が決定できます。

これは、加工・洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
　目的に合わせた
　効果的な超音波利用技術です。
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超音波システム研究所は、
　超音波伝搬状態の測定・解析により、
　超音波振動が伝搬する現象に関する分類方法を開発しました。

この分類に基づいて、非線形共振型超音波発振プローブを利用した、
　超音波の非線形スイープ発振制御技術を開発しました。

この超音波のスイープ発振制御技術は、
　超音波の伝搬状態に関する
　主要となる周波数（パワースペクトル）の
　ダイナミック特性（非線形現象の変化）により
　線形・非線形の共振効果を目的に合わせてコントロールします。

これまでの実験・データ測定解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つの推奨制御に分類することができました。
　１：２種類のスイープ発振制御（線形型）
　２：３種類のスイープ発振制御（非線形型）
　３：４種類のスイープ発振制御（ミックス型）
　４：上記の組み合わせによるダイナミック制御（変動型）

さらに変動型は、スイープ発振条件により、以下のような
　３つの制御タイプに分類することができました。
　１：線形変動制御型
　２：非線形変動制御型
　３：ミックス変動制御型（ダイナミック変動型）
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超音波システム研究所は、
ファンクションジェネレータの一つの発振チャンネルから
　同時に２種類の超音波プローブを発振することで発生する
　相互作用を利用して
　超音波の非線形現象（注）をコントロールする技術を開発しました。

注：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

各種部材の超音波伝搬特性を目的に合わせて最適化することで
　効率の高い超音波発振制御が可能になります。

超音波テスターの音圧データの測定解析により
　表面弾性波のダイナミックな変化を、
　利用目的に合わせて、コントロールするシステム技術です。

実用的には、
　複数（２種類）の超音波プローブによる
　複数（２種類）の発振（スイープ発振、パルス発振）が
　複雑な振動現象（オリジナル非線形共振現象）を発生させることで
　高い音圧で高い周波数の伝搬状態、あるいは、
　目的の固有振動数に合わせた
　低い周波数の高い音圧レベルの伝搬状態を実現します。

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下装置を利用した、超音波システム開発をコンサルティング対応します

＜＜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。

５）上記の脱気ファインバブル（マイクロバブル）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（マイクロバブル）を超音波が分散・粉砕して
ファインバブル（マイクロバブル）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ります
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態です。
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