シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法3.00

超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
超音波の測定解析が容易にできる
超音波テスターＮＡ（オシロスコープ100MHzタイプ）を開発しました

特徴（標準的な仕様）

　　＊測定（解析）周波数の範囲
　　　仕様　０．１Ｈｚ　から　１０ＭＨｚ
　　＊超音波発振
　　　仕様　１Ｈｚ　から　１ＭＨｚ
　　＊表面の振動計測が可能
　　＊24時間の連続測定が可能
　　＊任意の２点を同時測定
　　＊測定結果をグラフで表示
　　＊時系列データの解析ソフトを添付

超音波プローブによる測定システムです。
　超音波プローブを対象物に取り付けて発振・測定を行います。
　測定したデータについて、
　位置・状態・弾性波動を考慮した解析で、
　各種の音響性能として検出します。

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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、新しい超音波特性評価技術を開発しました。

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・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、
オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）による
以下の対応を行っています

1）超音波システム（音圧測定解析、発振制御）の製造販売
2）超音波利用技術に関するコンサルティング対応

＜＜製造販売＞＞
１）オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）
　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
　価格　２８１，０５０円（税込：消費税１０％）

２）脱気ファインバブル発生液循環装置
　装置概要
　：：マグネットポンプ
　　（イワキ　マグネットポンプMDシリーズ　MD-70RZ）
　：：タイマー
　：：ホース他
　価格　９９，０００円（税込：消費税１０％）

３）その他（出張対応：納品・設置・操作説明・・・）
　コンサルティング費用
　（出張条件・・・に合わせた見積もりを提案します）

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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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超音波システム研究所は、
１）超音波プローブの製造技術
２）超音波伝搬状態の評価技術
３）超音波を利用した表面検査技術
以上を応用して、表面残留応力の測定・解析・評価方法を開発してきました。
多数の実績から、超音波の利用技術として様々な応用が可能であると考え、
関連技術を含め公開しています。

具体例
表面処理ノウハウ：標準的な設定
出力 １３－１５Ｖ
矩形波 Ｄｕｔｙ４７．１％
スイープ範囲 ５００ｋＨｚ～１３ＭＨｚ ２秒

強度が低い対象（あるいは長時間の処理）に対する設定
出力 １－３Ｖ
矩形波 Ｄｕｔｙ４７．１％
スイープ範囲 ３００ｋＨｚ～３ＭＨｚ １秒
（あるいは １００ｋＨｚ～５ＭＨｚ １秒）

注：対象物の超音波伝搬特性と、
　ファンクションジェネレーターの発振特性により
　発振条件は大きく変わります

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）
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超音波システム研究所は、
　オリジナル超音波システム（音圧測定解析・発振制御）による、
　超音波伝搬状態の各種解析結果から、
　共振現象と非線形現象を制御可能にする超音波伝搬システムについて、
　目的に合わせて最適化する技術を開発しました。

これまでの制御技術に対して、
　各種伝搬用具を含めた、超音波振動の伝搬経路全体に関する
　新しい測定・評価パラメータ（注）により
　超音波利用の目的（洗浄、攪拌、加工・・）　に合わせた、
　超音波のダイナミックな伝搬状態を実現する技術です。

これは具体的な応用がすぐにできる方法・技術です
　コンサルティングとして提案・対応しています
（超音波加工、ナノレベルの精密洗浄、攪拌。・・実績が増えています）

注：オリジナル技術製品（超音波の音圧測定解析システム）により
　水槽、振動子、対象物、治工具・・・の
　伝搬状態に関するダイナミックな変化を測定・解析・評価します。
（パラメータ：
　パワースペクトル、自己相関、バイスペクトル、
　パワー寄与率、インパルス応答特性、ほか）

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（超音波洗浄機の測定・解析に基づいた制御システムを開発）

超音波システム研究所は、
　超音波洗浄機の液体に伝搬する
　超音波洗浄機の状態を測定・解析する技術を応用して、
　水槽の構造・強度・製造条件・・・による影響と
　液循環の状態を
　目的に合わせた超音波洗浄機の状態に
　設定・制御する技術を開発しました。

この技術は、
　複雑な超音波振動のダイナミック特性（注１）を
　各種の関係性について解析・評価することで、
　循環ポンプの設定方法（注２）により、
　キャビテーションと加速度の効果を
　目的に合わせて設定する技術です。

注１：超音波システム研究所のオリジナル技術
　　　「音色」を考慮した「超音波発振制御」技術を利用しています

注２：洗浄機と洗浄液と空気の
　　各境界の関係性に関する設定がノウハウです。
　　オーバーフロー構造になっていない洗浄水槽でも対応可能です。

　　ミクロ流の自己組織化について
　　脱気・曝気・超音波・水槽表面の弾性波動・・・により
　　音響流のコントロールが可能になりました。
　
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超音波システム研究所は、
超音波制御により表面弾性波を利用した、
応用技術を開発しました。

超音波と表面弾性波の組み合わせにより
　ダイナミックな超音波伝搬制御を実現します。

ポイントは
　表面弾性波による非線形現象を
　効率の高い状態で制御可能にする
　設定です。

上記の具体的な技術として
　水槽・治工具・・・と超音波の相互作用による
　非線形現象（バイスペクトル）を
　目的（洗浄、攪拌、応力緩和、検査・・）に合わせて制御する
　システム技術を開発しました。

超音波の伝搬状態の測定・解析技術を利用した結果、
　高調波の制御を実現していること
　非線形現象を調整できることを確認しています。

システムの音響特性を
　（測定・解析・評価）確認して対応することがノウハウです

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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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超音波処理1：：「粉末のナノ化」
超音波処理2：：「液体の均一化・流動性改善」

超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
「超音波による液体の均一化・流動性改善技術」を開発しました。

この技術は
　表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
　超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
　超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

さらに、
　具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
　効果的な超音波（キャビテーション・音響流）伝搬状態を、
　ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
　超音波の発振制御により実現します。

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。

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超音波「音圧測定解析装置（超音波テスターＮＡ）」

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（標準タイプ）」を製造販売しています。

システム概要（推奨システム：：超音波テスターＮＡ）

１．価格
　　１０ＭＨｚタイプ　１９８，０００円（税込：消費税１０％）
　１００ＭＨｚタイプ　２６４，０００円（税込：消費税１０％）
　２００ＭＨｚタイプ　２９７，０００円（税込：消費税１０％）

２．内容
　　超音波洗浄機の音圧測定専用プローブ　１本
　　超音波測定汎用プローブ　　１本
　　オシロスコープセット　１式
　　解析ソフト・説明書・各種インストールセット　１式（ＵＳＢメモリー）

３．特徴
＊測定（解析）周波数の範囲
　　１０ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　から　　１０ＭＨｚ
　１００ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　から　１００ＭＨｚ
　２００ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　から　２００ＭＨｚ
＊表面の振動計測が可能
＊24時間の連続測定が可能
＊任意の２点を同時測定
＊測定結果をグラフで表示
＊時系列データの解析ソフトを添付
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超音波システム研究所は、
超音波洗浄器に関して、
ファンクションジェネレータと超音波プローブを応用することで、
１００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波発振制御技術を開発しました。

超音波伝搬状態の測定・解析・評価・技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・・・への新しい応用技術です。

各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
　２０Ｗ以下の超音波出力で、１０００リッターの水槽でも、
　対象物へ１００ＭＨｚ以上の超音波刺激は制御可能です。

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開発しました。

ポイントは
　対象物の超音波伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象の制御方法として
　スイープ発振・パルス発振に関する、
　システムの振動モードへの最適化として、
　超音波発振制御プローブの発振条件を設定することが重要です。
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超音波システム研究所は、
　小型ポンプを利用した液循環により
　超音波（音響流）の伝搬状態をダイナミックに制御する
　「流水式超音波（音響流）制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる
　流れと超音波の複雑な変化を、
　水槽・液体（マイクロバブル）・超音波振動子・・・
　の相互作用を含めた音圧解析により
　利用目的に合わせて、
　音響流の変化をコントロールするシステム技術です。

実用的には、
　現状の液循環装置について
　ＯＮ／ＯＦＦ制御（あるいは流量・流速・・・の制御）を
　装置の設置状態、対象物を含めた表面弾性波を考慮して
　各種相互作用・振動モードを最適化する方法です。

特に、ポンプの特性を利用して、
　液体と気体を交互に循環させる・・・により
　新しい超音波・マイクロバブルの効果を実現しています。

ナノレベルの応用では、
　「流水式超音波システム」として
　３００メガヘルツ以上の周波数変化を含めた
　「超音波シャワー」による
　効率の高い超音波利用が実現しています。

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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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超音波システム研究所は、
表面弾性波の非線形振動現象を利用した
新しい超音波の非線形スイープ発振制御技術を開発しました。

複雑な振動状態について、
　１）線形現象と非線形現象
　２）相互作用と各種部材の音響特性
　３）音と超音波と表面弾性波
　４）低周波と高周波（高調波と低調波）
　５）発振波形と出力バランス
　６）発振制御と共振現象
　・・・
　上記について
　音圧測定データに基づいた
　統計数理モデルにより
　表面弾性波の新しい評価方法で最適化します。

超音波洗浄、加工、攪拌、・・・表面検査、・・ナノテクノロジー、・・
応用研究・・・　様々な対応が可能です。

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（インパルス応答特性の解析）
４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）

注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
　mulmar：インパルス応答の解析関数
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超音波システム研究所は、
超音波の発振制御技術による
表面弾性波の非線形振動現象をコントロールする技術を開発しました。

各種対象（水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について
基本的な超音波の音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
利用目的に合わせた、超音波伝搬状態を、発振制御により実現します。

２種類以上の非線形共振型超音波発振制御プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定（注）により
高い音圧レベルの共振現象と、
高調波の発生現象（１０次以上の非線形現象）による、
９００ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

注：精密洗浄事例
スイープ発振　７００ｋＨｚ～２０ＭＨｚ　１５Ｗ
パルス発振　　１３ＭＨｚ　８Ｗ

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：「R」統計処理言語
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
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超音波システム研究所は、
超音波機器に関して、
メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用することで、
１－７００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態制御を可能にする
超音波システム技術を開発しました。

超音波伝搬状態の測定・解析・評価・技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・溶接・めっき・・への新しい応用技術です。

各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
　２０Ｗ以下の超音波出力で、１０００リッターの水槽でも、
　数トンの対象物への超音波刺激は制御可能です。

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開発しました。

ポイントは
　治工具（弾性体：金属・ガラス・樹脂）の利用です、
　対象物の条件・・・により
　超音波の伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象（注１）として
　対処することが重要です

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

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超音波システム研究所は、
メガヘルツの超音波の発振制御が容易にできる
「発振システム（２０ＭＨｚ）」を製造販売しています。

システム概要（超音波発振システム（２０ＭＨｚ））

　内容（２０ＭＨｚタイプ）
　　超音波発振プローブ　２本
　　ファンクションジェネレータ　１式
　　操作説明書　１式（ＵＳＢメモリー）

　特徴（２０ＭＨｚタイプ）
　　＊超音波発振周波数
　　　仕様　２０ｋＨｚ　から　２５ＭＨｚ（あるいは２４ＭＨｚ）
　　＊出力範囲 ５ｍＶｐ－ｐ～２０Ｖｐ－ｐ
　　＊サンプリングレート：200ＭＳａ／ｓ（あるいは250ＭＳａ／ｓ）

　市販のファンクションジェネレータを利用したシステムです
　　目的に応じたファンクションジェネレータをセットにして
　　見積価格を提案します

標準参考例
　発振システム２０ＭＨｚ　８万円～

２０２４．１１　メガヘルツの流水式超音波（水中シャワー）技術を開発
２０２４．１１　相互作用・応答特性を考慮した、超音波の音圧データ解析・評価技術を開発
２０２４．１２　超音波プローブの非線形発振制御技術を開発

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超音波システム研究所は、
オリジナル超音波プロ－ブの製造技術により
プローブの音響特性に基づいた、発振制御技術を開発しました。
表面弾性波の非線形振動現象をコントロールする技術に発展しています。

ポイントは、超音波素子表面の表面弾性波について
伝搬特性と利用目的に合わせた、超音波発振制御に関する
最適化制御方法（スイープ発振とパルス発振の組み合わせ条件）です。

そのために、
オリジナルプローブの超音波伝搬特性の動作確認
（音圧レベル、周波数範囲、非線形性、・・ダイナミック特性）による、
超音波伝搬状態に関するダイナミックな特性評価が重要です。

特に、超音波プローブ（あるいは素子）の送受信特性と
発振器（ファンクションジェネレーター）についての、
ダイナミックに変化する発振特性の測定・解析・評価が必要です。

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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超音波システム研究所は、
９００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブのオーダーメード対応します。

目的に合わせた、
　オリジナル超音波発振制御プローブを製造開発対応します。

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
　発振範囲　０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
　伝搬範囲　０．５ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上（解析により確認評価）
　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

＜金属・樹脂・ガラス・・・の音響特性＞を把握することで
　発振制御により、音圧レベル、周波数、ダイナミック特性について
　目的に合わせた伝搬状態を実現します

超音波伝搬状態の測定・解析・評価技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・検査・・への新しい基礎技術です。

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、・・への超音波刺激は制御可能です。

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超音波システム研究所は、
超音波とマイクロバブルによる表面付近の残留応力を緩和する技術を
超音波振動子に適応させる方法を開発（公開）しました。

超音波とマイクロバブルによる、残留応力を緩和する技術により
　金属疲労・・に対する疲れ強さの改善を行うことが
　超音波振動子の表面の均一化と超音波発振の効率化につながることで
　超音波の使用状況が大きく変わることを経験してきました。

特に、洗剤や溶剤を利用した超音波洗浄においては
　超音波が対象物の音響特性に合わせて
　条件設定により、効果的な反射・屈折・透過を起こすことで
　目的に合わせた超音波制御が実現しました。

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：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
　autcor：自己相関の解析関数
　bispec：バイスペクトルの解析関数
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超音波システム研究所は、
５００Ｈｚから９００ＭＨｚの超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブの製造技術を発展させ、
日本バレル工業株式会社様の、鉄めっき技術を利用した、
新しい超音波伝搬用具（超音波プローブ・・・）を開発しました。
この超音波技術を、コンサルティング対応しています。

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
　発振範囲　１．０ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
　伝搬範囲　０．５ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上（解析確認）
　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

利用に関しては、デジタル制御による、
離散値的なファンクションジェネレータの特性を利用した
各種パラメータの設定がポイントです

非線形共振型超音波発振プローブを利用することで
共振現象による音圧レベルの制御範囲が大きく広がるため
従来の共振現象による音圧レベルとは大きく異なり
ダメージや破壊といった現象にならない
音圧測定解析に基づいた、制御設定の最適化が可能です。

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超音波システム研究所は、
超音波の音圧データ解析結果、バイスペクトルの変化による、
超音波伝搬現象に関する分類方法を開発しました。
この分類を、シャノンのジャグリング定理に応用して
「メガヘルツ超音波のダイナミック制御方法」を開発しました

この技術を、コンサルティング提案・実施対応しています。

超音波伝搬現象を、安定して効率よく利用するためには
超音波の伝搬特性として、発振機や振動子以外の条件に関する
応答特性・相互作用の検討や
専用治工具の開発も必要です

発振波形や制御条件を検討することで
新しい超音波の効果（注１：オリジナル非線形共振現象）を発見できます
非線形現象を主要因とした、超音波現象を目的に合わせて利用することで
効率の高い超音波利用が実現します

特に、ナノレベルの超音波技術での実績が増えています

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

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