超音波攪拌（ナノレベルの乳化・分散・粉砕）技術ーー超音波の非線形制御ーー3.00

－－超音波の非線形現象を制御する技術による
　ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術－－

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
　効果的な攪拌（乳化・分散・粉砕）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。

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
　mulmar：インパルス応答の解析関数
　mulnos：パワー寄与率の解析関数


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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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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、
　超音波の伝搬状態に関する、計測・解析・制御技術を応用して、
　超音波とファインバブル発生液循環システムによる、
　超音波振動子の表面残留応力を緩和する技術を公開しました。

この表面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可能になりました。
　特に、超音波の伝搬状態を
　対象物のガイド波（表面弾性波・・）を考慮した
　設定・治工具・制御・・・により、
　効果的な超音波照射条件・・・を実現させる方法を開発しました。

金属部品、樹脂部品、粉体部材、・・・の各種に対して
　幅広い効果を確認しています。

この技術を
　コンサルティング対応として提供します

これは、新しい超音波による表面処理技術であり、
　音響特性による一般的な効果を含め
　新素材の開発、攪拌、分散、洗浄、化学反応実験・・・
　に大きな特徴的な固有の操作技術として、
　　利用・発展できると考えています。



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超音波システム研究所は、
超音波の伝搬状態に関する計測・解析技術を応用して、
超音波専用水槽の設計・製造技術を開発しました。

今回開発した技術により
　水槽の最大長さ：３ｃｍ（液量５ｃｃ）～
　　　　　　　６００ｃｍ（液量８０００リットル）の
　超音波専用水槽に対して、
　超音波洗浄や表面改質・・・に適した
　超音波の利用効率、キャビテーションと音響流のダイナミック制御、
　対象物への伝搬状態・・・を利用目的に合わせて実現出来ます。

従来の水槽（あるいは振動子）設計や製造においては
　音響特性に対する考慮が十分でないために、
　振動の干渉・減衰による不均一・不安定な事象により
　超音波の寿命・水槽のトラブル・・・が起きやすい傾向があります。

この技術は、
　現状の水槽・振動子・・に対しても
　問題点（洗浄液の各種分布、水槽・振動子の設置方法）を検出し
　改善・改良を行うことができます。

ーー提供ノウハウーー
0）装置の設計・製造方法
1）超音波のＯＮＯＦＦ制御
2）液循環のＯＮＯＦＦ制御
3）最適化ノウハウの提供
4）メガヘルツ超音波の利用方法
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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、
　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、
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）各種機器（注）へのコンサルティング対応
注：洗浄機、攪拌装置、加工装置、工作機械、めっき装置、溶接装置・・・


＜＜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

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

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）

超音波の伝搬特性
１）振動モード検出（自己相関）
２）非線形現象検出（バイスペクトル）
３）応答特性検出（インパルス応答の解析）
４）相互作用検出（パワー寄与率の解析）
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超音波システム研究所は、
　超音波の伝搬現象に関する測定・解析・評価技術に基づいて、
　超音波加工、攪拌、化学反応・・にも利用可能な、
　マイクロバブルを利用した超音波洗浄機を開発しました。

推奨システム概要

１：超音波とマイクロバブルによる表面改質処理を行った
　　２種類の超音波振動子（標準タイプ　３８ｋＨｚ，７２ｋＨｚ)

２：超音波とマイクロバブルによる表面改質処理を行った
　　超音波専用水槽(標準タイプ　内側寸法：500*310*340mm)

３：脱気・マイクロバブル発生液循環システム

４：制御装置による、超音波出力と液循環の最適化制御システム

５：超音波テスターによる、音圧管理システム

＊特徴

超音波専用水槽による効果的な装置です

効率の高い超音波利用により
通常の水槽では強度・耐久性が不十分です

洗浄・攪拌・表面改質・・・対象と目的により
２種類の超音波（振動子）を組み合わせて制御します

推奨タイプの組み合わせは
　３８ｋHz、７２ｋHzの状態です

20μｍ以下のファインバブルを安定して利用する技術
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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
　効果的な攪拌（乳化・分散・粉砕）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。

２０２３．１１　非線形現象を制御する超音波発振制御技術を開発
２０２４．　１　超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
２０２４．　２　メガヘルツ超音波による表面処理技術を開発
２０２４．　４　共振現象と非線形現象の最適化技術を開発　
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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

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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、
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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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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