超音波とマイクロバブルと表面弾性波 ーー表面処理技術ーー2.00

－－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、
　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、新しい表面検査技術を開発しました。

この技術を利用して、洗浄対象物の超音波伝搬特性評価を行い
　効果的な、超音波洗浄機の制御・周波数・出力レベル・・・について
　報告書にまとめ提案します。

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。

対象物の表面を伝搬する振動モードに合わせた
　オリジナル超音波プローブを使用することで、
　狭い溝やエッジ部に伝搬する超音波の伝搬状態を確認します。

さらに、オリジナルの発振制御により
　低周波の伝搬特性や非線形性による高調波の発生状態について
　ダイナミック特性として測定解析評価します。

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
　対象物に関する固有の音響特性を検出することが可能です。

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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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９００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする技術を開発
（オリジナル超音波プローブによる、スイープ発振制御技術）

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（低周波振動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・発振制御技術
　＊ファインバブルと超音波による表面改質処理技術
　・・・・
　上記の技術を応用して

９００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波の、非線形発振制御技術を開発しました。
　
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

詳細に興味のある方は
　超音波システム研究所にメールでお問い合わせください。

注：９００ＭＨｚ以上の伝搬状態は、音圧データの解析で行います
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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、
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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＜＜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、
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．　９　ポータブル超音波洗浄器を利用した音響流制御技術を開発
２０２４．１０　メガヘルツ超音波を利用した「振動技術」を開発
２０２４．１０　ステンレス製真空二重構造容器を利用した超音波発振制御プローブを開発

 （詳細を見る）

超音波システム研究所は、
下記オリジナル製品を利用した超音波システムを製造販売しています。
1)　音圧測定解析システム（超音波テスター）
2)　メガヘルツの超音波発振制御プローブ
3)　超音波発振システム（２０ＭＨｚタイプ）
　
音圧測定解析システム：超音波テスターの特徴
２００ＭＨｚタイプ
　　＊測定（解析）周波数の範囲
　　　仕様　０．０１Ｈｚ　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

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

超音波プローブの伝搬特性
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、
　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、
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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