超音波の音圧測定解析事例　No.５1.00

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＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜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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超音波の音圧測定・解析・評価技術を応用

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（システム技術）を開発しました。

この技術を利用した
超音波装置の＜計測・解析・評価＞対応を行います。

具体的な対応・費用・・・については
メールでお問い合わせください

＊コメント＊

現状、超音波利用に関して

利用目的に対して最適な超音波の状態を

検出・確認することは大変難しいと思います

そこで、超音波に関する日常管理に「音圧データ」を取り入れることで

最終評価状態（不良率、歩留まり、・・・）との関係を

統計データの蓄積と解析を通して、解決したいと考えて実施してきました

時系列データの解析技術（注）を利用して分析することで

効果的な改善が実現するようになりました

このような改善を継続した結果

低出力の超音波発振制御にによる成功例が増えたことで

オリジナル製品：超音波システム（音圧測定解析、発振制御）を、

２０２１年３月より製造販売しています
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超音波システム研究所は、
ガラス容器の音響特性に基づいた、
超音波発振制御プローブを開発しました。

各容器の形状・材質・・・により、
基本的な音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
発振制御（出力、波形、発振周波数、変化、・・・）による
目的の超音波伝搬状態を可能にします。

ポイントは、音圧データの測定・解析に基づいた
システムのダイナミックな振動特性を評価することです。
目的に適した超音波の状態を示す
新しい評価基準（パラメータ）を設定・確認（注）しています。
注：
非線形特性（高調波のダイナミック特性）
応答特性
ゆらぎの特性
相互作用による影響

統計数理の考え方を参考に
対象物の音響特性・表面弾性波を考慮した
オリジナル測定・解析手法を開発することで
振動現象に関する、詳細な各種効果の関係性について
新しい技術として開発しました。

詳細な、発振制御の設定条件は
超音波プローブや発振機器の特性も影響するため
実験確認に基づいて決定します。

その結果、新しい非線形パラメータが大変有効である事例・実績が増えています。
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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、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した全く新しい、
　＜＜振動計測技術＞＞を開発しました。

これまでに開発した、超音波の音圧測定解析技術について、
　超音波の非線形現象に関する「測定・解析・制御」技術を応用します。

ものの表面を伝搬する超音波のダイナミック特性を
　測定・解析・評価したデータの蓄積から、
　低周波（０．１Ｈｚ）～高周波（２００ＭＨｚ）の振動状態を
　＜測定・解析・評価＞できる技術を開発しました。

建物や道路の振動・騒音、機器・装置・壁・配管・机・手すり・・・
溶接時の金属が溶解する瞬間の振動、機械加工時の瞬間的な振動、・・
　に関して、新しい振動現象に基づいた対策が可能になりました。

これは、新しい方法および技術です、
　これまでの解析結果から
　様々な応用事例が発展しています。

　特に、標準測定時間として連続７２時間のデータ採取が可能ですので
　　非常に低い周波数の振動や
　　不規則に変動する振動に対しても計測が可能です　


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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・制御技術を、
対象物の音響特性として解析・応用することで、
超音波の非線形伝搬状態を制御可能にしました。
その結果、効率良く、
部品の表面残留応力を緩和して、表面全体を均一化する技術を開発しました。

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とともに
各種表面処理の均一化が実現しています。
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・制御により、
対象物への効果的なダイナミックに変化する
非線形現象を含んだ一定の範囲の刺激として実現させる
制御方法・治工具・システム開発・・・具体的な方法・技術を開発しました。

金属部品、樹脂部品、粉体部材、・・・の各種の表面に対して
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ています

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超音波システム研究所は、
２０ＭＨｚ以下の発振で
１００ＭＨｚ以上の対象物に伝搬する表面弾性波について、
共振現象と非線形性を制御する
超音波プローブの製造・利用技術を開発しました。

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、最適化です。
そのために、オリジナルプローブの超音波伝搬特性を、音圧測定解析評価
（音圧レベル、周波数範囲、非線形性、・・ダイナミック特性）により、
利用目的に合わせた状態に、超音波プローブの素子表面を調整します。

超音波プローブ
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ
発振範囲 １ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
伝搬範囲 １ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上
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

＜対象物・設置状態・・・の音響特性＞を把握することで
表面弾性波（伝搬状態）のダイナミック制御を実現しました。
各種目的に合わせた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、
　ポータブル超音波洗浄器と
　超音波プローブによるメガヘルツの発振制御の組み合わせにより
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を開発しました。

この技術は
　変化する超音波の音圧データ（非線形）解析に基づいて
　超音波（キャビテーション・音響流）のダイナミック特性を制御します。

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、
　超音波・対象物・水槽・治具・洗浄液・・・の相互作用を測定確認して、
　目的に合わせた最適な超音波プローブの発振条件（注）を設定します。

注：発振波形、発振出力、制御条件、・・・・
（例　矩形波　duty47％　13V　スイープ発振　3－18MHｚ・・・）

特に、
　音響流制御により発生する、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応（乳化・分散、洗浄、加工・・）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
　材料開発、化学反応のコントロールシステム、・・・実用化しています。

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超音波システム研究所は、
５００Ｈｚから９００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブの製造技術を発展させ、
新しい超音波伝搬用具を開発しました。
この技術を、コンサルティング対応します。

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、３０００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、
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、
超音波伝搬状態のコントロールに関して、
ファンクションジェネレータと組み合わせることで、
１－9００ＭＨｚの超音波伝搬状態を利用可能にする
メガヘルツの超音波発振制御プローブを開発しました。

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・検査・・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、３０００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。

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
　超音波素子表面の表面弾性波利用技術です、
　対象物の条件・・・により
　超音波の伝搬特性を確認（注１）することで、
　オリジナル非線形共振現象として
　対処することが重要です

注１：超音波の伝搬特性
　非線形特性　応答特性　ゆらぎの特性　相互作用による影響

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超音波システム研究所は、
５００Ｈｚから５００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブを、利用目的に合わせて製造する技術を開発しました。

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（音圧データの解析確認）
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

＜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。

各種部材の音響特性の利用により
２０Ｗ以下の超音波出力で、３０００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。

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。
 （詳細を見る）

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）により、
　対象物に伝搬する表面弾性波（超音波振動）の、
　非線形現象をコントロールする技術を開発しました。

＜＜超音波の非線形振動現象をコントロールする技術＞＞

１）ファンクションジェネレータによる発振制御を
　対象物の音響特性に合わせて、
　発振出力、波形、変化・・・させる制御設定技術

２）超音波発振電圧の変化を、制御可能にする
　超音波発振制御プローブの、発振面の調整を含めた製造技術

３）１００メガヘルツの超音波振動変化を、計測可能にする
　超音波測定プローブの、発振面の調整を含めた製造技術

４）スイープ発振条件の最適化技術

上記の技術を利用して
　目的に合わせた
　超音波の伝搬状態をコントロール（最適化）します。

注：対象物の音響特性と超音波の発振制御による相互作用について
　非線形現象に関する音圧データの解析評価に基づいて
　超音波のダイナミック制御・・・・を行います
　（超音波テスターで、音圧の測定・解析・確認・評価を行っています）

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