超音波の非線形現象を解析・評価する技術 ーー超音波利用に関する最適化ーー2.00

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、
　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、
「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、
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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超音波システム研究所は、
　＊超音波の発振制御技術（オリジナル製品：超音波発振制御プローブ）
　＊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）
　＊超音波発振プローブ・伝搬用具の開発製造技術
　＊システムの表面弾性波をコントロールする技術
　・・・・
　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


この技術の応用事例として、
　各種部品・材料の状態（空中、水中、弾性体との接触・・）に合わせた、
　超音波の効果的な利用（洗浄・表面改質・攪拌・化学反応促進・・・
　各種システムの振動制御）を実現させています。
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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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超音波システム研究所は、
　オリジナル超音波システムによる、
　超音波伝搬状態の各種解析結果を、
　抽象代数モデルに基づいて、超音波振動の相互作用を最適化（注）する、
　超音波＜ダイナミック制御＞技術を開発しました。

注：共振現象（低調波）と非線形現象（高調波）を
　　論理モデルに基づいて発振制御条件の設定によりコントロールする

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、
　最適な制御状態を設定・実施する技術です。

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
　（ナノレベルの精密洗浄や攪拌実績が増えています）

注：オリジナル技術（超音波テスター）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。

注：解析には下記ツールを利用します
注：OML
注：TIMSAC
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
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超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）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。

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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。
 （詳細を見る）

－－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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