超音波のダイナミック制御技術Ver2ーーキャビテーションと音響流の最適化ーー2.00

超音波システム研究所は、
オリジナル技術による、
新しい超音波プローブの制御技術を開発しました。

新しい超音波プローブによる測定システムの応用技術です。
目的に合わせた、専用の超音波プローブを
開発・製作・制御方法をコンサルティング対応します。

圧電素子の特性に関して、弾性波動を考慮した解析で、
各種の振動状態（モード）に基づいた
オリジナル超音波プローブを開発製造対応します。

測定の場合は、
オシロスコープに接続して利用することができます。
発振の場合は、
ファンクションジェネレーターに接続して利用することができます。　

音圧測定データをフィードバック解析することにより
超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
数値化により確認・評価できるようになります。

超音波プローブは
利用目的を確認した「オーダーメード対応」しています

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超音波システム研究所は、
　２０１５年から、
　日本バレル工業株式会社様と共同で、
　ファインバブルとメガヘルツの超音波を利用した、
　超音波めっき処理技術を開発しています。

注：2024年8月現在、良好な結果に基づいて
　様々な応用技術として継続発展中です

１）洗浄・加工・溶接・めっき・・表面処理・・・
２）化学反応・液体の均一化・攪拌・・・
３）検査・評価・・・
４）目的に合わせた、超音波とファインバアブルの最適化制御
　

現在、日本バレル工業株式会社様と共同で、
鉄めっき処理（鉄粉・アモルファス・メガヘルツ超音波・・）に関して、
超音波とファインバブルを利用した応用技術を開発しています。

興味のある方は、メールでお問い合わせください

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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超音波専用水槽（オリジナル製造方法）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
複数の超音波と
脱気ファインバブル発生液循環装置を
音圧測定解析に基づいて発振制御します

様々な、組み合わせと
　使用（制御）方法を提案しています

ポイントは
目的の対象に合わせた超音波伝搬状態を実現させる
専用水槽内の「溶存酸素濃度分布」と「液循環」です

＜＜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。

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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

超音波の伝搬特性
１）振動モード（自己相関）
２）非線形現象（バイスペクトル）
３）応答特性（インパルス応答）
４）相互作用（パワー寄与率）
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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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＜論理モデルの作成について＞（情報量基準を利用して）
１）各種の基礎技術に基づいて、対象に関する、
　D1=客観的知識（学術的論理に裏付けられた理論）
　D2=経験的知識（これまでの結果）
　D3=観測データ（現実の状態）
　からなる 「情報データ群 」、DS＝(D1,D2,D3) を明確に認識し
　その組織的利用から複数のモデル案を作成する

２）統計的思考法を、
　情報データ群（DS）の構成と、
　　それに基づくモデルの提案と検証の繰り返し
　　によって情報獲得を実現する思考法と捉える

３）AIC の利用等の評価方法により、
　様々なモデルの比較を行い、最適なモデルを決定する

４）作成したモデルに基づいて、超音波装置・システムを構築する

５）時間と効率を考え、
　以下のように対応することを提案しています
５－１）「論理モデル作成事項」を考慮して
　　　「直感によるモデル」を作成し複数の人が検討する
５－２）実状のデータや新たな情報によりモデルを修正・検討する
５－３）検討メンバーが合意できるモデルにより
　　　装置やシステムの具体的打ち合わせに入る
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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
超音波加工技術のコンサルティング対応を行っています。

現状の超音波加工に対して
音圧測定・解析に基づいた、超音波追加・改良方法を提案・実施します。

具体的には、
超音波の測定解析が容易にできる
　「オリジナル製品：超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」による
　加工機械・・の測定・確認により
　超音波追加について打ち合わせ相談します。

超音波追加に合わせて
超音波の発振制御が容易にできる
「オリジナル製品：超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）」
　の利用を提案します。
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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、
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、
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、
複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術を応用・発展させ
ました。

今回開発した応用技術は
　定在波の制御により、キャビテーションと加速度の効果を
　具体的な伝搬周波数のパワースペクトルとして変化させるという技術です。

　周波数２８+７２ｋＨｚ、出力２００Ｗの超音波照射で、
　1ミクロンの分散効果を実現させることも
　周波数２８+４０ｋＨｚ、出力２８０Ｗの超音波照射で、
　ダメージを発生させずに洗浄することも可能です。

　オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
　振動子の組み合わせによる制御状態が実現することを確認しています。

これは、新しい超音波技術であり、
　超音波のダイナミック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、
　　コンサルティングにおいて利用・発展対応しています。

　原理の論理的な説明と
　　具体的な方法（技術）について
　　コンサルティング対応させていただきます。 （詳細を見る）

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
脱気ファインバブル発生液循環システム追加の出張対応を行っています。

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
　脱気ファインバブル発生液循環システムを
　追加セット・音圧測定確認する
　出張サービスを行います。

＜＜脱気ファインバブル発生液循環技術の説明＞＞

適切な液循環とファインバブルの拡散性により
均一な洗浄液の状態が実現します

均一な液中を超音波が伝搬することで
安定した超音波の状態が発生します

この状態から
目的の超音波の効果（伝搬状態）を実現するために
液循環制御を行います
（水槽内全体に均一な音圧分布を実現して、
　超音波、液循環ポンプ、ファインバブル、・・の最適化を実現する
　運転制御が、個別の水槽に対するノウハウとなります）

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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：非線形（共振）現象
　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。

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、
　充電式超音波洗浄器（５０ｋＨｚ　１０Ｗ）と
　治工具（樹脂容器、ガラス容器、ステンレス容器・・）を利用した
　超音波利用（音響流の制御）技術に関する実験動画を公開しています。

超音波伝搬状態の変化を
　超音波テスターで測定・解析します。

音圧測定装置：超音波テスターの特徴（１００ＭＨｚタイプの場合）

　　＊測定（解析）周波数の範囲
　　　仕様　０．１Ｈｚ　から　１００ＭＨｚ
　　＊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発振・測定・解析システムです。
　測定したデータについて、
　位置や状態と、弾性波動を考慮した解析で、
　各種の音響特性として検出し
　目的に合わせて、応用（制御）します。

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＜＜脱気ファイン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る。
２）キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生する。
上記が脱気液循環装置の状態。

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る。
４）適切な液循環により、
20μ以下のファインバブルが発生する。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態。

５）上記の脱気ファインバブル発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
ファインバブルを超音波が分散・粉砕して
ファイン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る
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態。

６）超音波を安定して制御可能な状態に対して
オリジナル製品：メガヘルツの超音波発振制御プローブにより
メガヘルツ（１－２０ＭＨｚ）の超音波を発振制御する。
音圧レベルの制御方法は、液循環とメガヘルツの超音波の
オリジナル非線形共振現象をコントロールすることで
効果的なダイナミック状態に設定・制御する。
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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技術（オリジナル製品：超音波テスター）
　＊超音波伝搬状態の解析技術（時系列データの非線形解析システム）
　＊超音波伝搬状態の最適化技術（音と超音波の最適化処理）
　＊メガヘルツの超音波発振プローブの製造技術
　＊表面弾性波の制御技術
　・・・・
　上記の技術を応用して

　＜音と超音波の組み合わせ＞を利用した
　　超音波（非線形共振現象）の制御技術を開発・応用しています。

注：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（高調波１０次以上）の共振現象

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
　bispec：バイスペクトル
　mulmar：インパルス応答
　mulnos：パワー寄与率
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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、
１－９００ＭＨｚ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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