超音波システム（音圧測定解析、発振制御） ultrasonic-labo

超音波システム（音圧測定解析、発振制御）　ultrasonic-labo

＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞
1：線形型　　
2：非線形型　　
3：ミックス型　　
4：ダイナミック変動型
（　4－1：線形変動型　　4－2：非線形変動型　　4－3：ミックス変動型　）

この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。

環境・条件・・により
　複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
　相互作用に対する測定確認が不十分だと
　ダイナミックな非線形現象は発生しません。

　
分類の詳細
１：線形型（キャビテーション主体型）
　超音波の発振周波数に対して
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２）
　から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で
　若干の変化がある状態

注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合
　　低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
　　安定した状態が実現しない傾向になります

２：非線形型（音響流主体型）
　超音波の発振周波数に対して
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で
　若干の変化がある状態

注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
　　表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７　超音波制御）により
　　発振周波数の１００倍を実現することも可能です

３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型）
　超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
　発振周波数に対して
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２）
　から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で
　自然に発生する、大きな変化がある状態

コメント
上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の１，２，３は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です

４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ）

４－１：線形変動型
　複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　低調波から高調波を、
　目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で
　制御可能にした状態　

４－２：非線形変動型
　複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　低調波から高調波を、
　目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で
　制御可能にした状態

４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型）
　複数の超音波発振部材や発振制御・・の
　音響特性や相互作用の確認に基づいて
　伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が
　低調波から高調波を、
　目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で
　制御可能にした状態

超音波素子（圧電素子）の超音波伝搬特性を調整する技術（超音波システム研究所）

超音波素子（圧電素子）の超音波伝搬特性を調整する技術（超音波システム研究所）

超音波プローブの超音波伝搬特性を測定・解析・評価する技術（超音波システム研究所）

超音波プローブの超音波伝搬特性を測定・解析・評価する技術（超音波システム研究所）

超音波システム研究所は、
超音波伝搬現象の分類に基づいた、
５００Ｈｚから１００ＭＨｚ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が可能です。

ポイントは、超音波プローブの超音波伝搬特性の確認です。
超音波のダイナミックな変化に対する、応答特性が最も重要です。
この特性により、高調波の発生可能範囲が決定します。
現状では、以下の範囲に対して、製造対応可能となっています。

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～３００ＭＨｚ
　発振範囲　０．５ｋＨｚ～１００ＭＨｚ
　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

＜材質・形状・構造・・・による音響特性＞を
　把握（測定・解析・評価）することで、
　目的に合わせた超音波の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・・への応用実績により、
　この技術を公開することにしました。

この技術を、コンサルティング提供します
　興味のある方はメールでお問い合わせください

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、５０００リッターの水槽でも、
　数トンの構造物、工作機械、各種製造ライン・・・・への
　超音波刺激による効果を確認しています。

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
　非線形現象のコントロール・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（材質・形状・構造・サイズ・数量・・）・・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（注２、３）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（バイスペクトル解析）
　応答特性（インパルス応答解析）
　ゆらぎの特性（１／ｆ解析）
　相互作用による影響（パワー寄与率の解析）

注２：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

注３：過渡超音応力波
　変化する系における、ダイナミック加振と応答特性の確認
　時間経過による、減衰特性、相互作用の変化を確認
　上記に基づいた、過渡超音応力波の解析評価


＜＜特許申請＞＞
特開2021-125866　超音波制御（超音波発振制御プローブ）
特開2021-159990　超音波溶接
特開2021-161532　超音波めっき
特開2021-171909　超音波加工
特開2021-175568　流水式超音波洗浄

超音波発振制御プローブの製造技術の一部は
　特開2021-125866　に記載しています

この技術を、コンサルティング提供します
　興味のある方はメールでお問い合わせください

超音波の伝搬状態を測定・解析・評価することによる表面検査技術

超音波の伝搬状態を測定・解析・評価することによる表面検査技術

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、新しい部品検査技術を開発しました。

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。

目的（対象物の表面を伝搬する振動モード）に合わせた
　超音波プローブの開発対応による、
　コンサルティング・評価技術の説明対応を行っています。

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
　対象物の表面状態に関する新しい特徴を検出することが可能です。

特に、発振・受信の組み合わせによる
　応答特性を利用した
　基板部品の表面検査や、精密洗浄部品の事前評価・・・に関して、
　超音波振動の新しい評価パラメータとなる基本技術です。

表面弾性波の伝搬現象に関する、超音波のダイナミック特性を
　測定・解析・評価に基づいて
　論理モデルを構成・修正しながら検討することで
　目的（評価）に合わせた効果的な利用を可能にしました。

超音波の送受信について

対象物を伝搬する特性を検出するために
　対象物の振動特性に対応した、
　以下の組み合わせを標準として測定・解析・評価します

＜標準測定＞

送信　：超音波プローブ　発振型（共振・非線形タイプ）

受信１：超音波プローブ　測定型（共振タイプ）
受信２：超音波プローブ　測定型（非線形タイプ）

参考：超音波プローブのタイプ
１）超音波プローブ　発振型（共振タイプ）
２）超音波プローブ　発振型（非線形タイプ）
３）超音波プローブ　測定型（共振タイプ）
４）超音波プローブ　測定型（非線形タイプ）
５）超音波プローブ　発振型（共振・非線形タイプ）


超音波プローブの概略仕様
　発振・測定範囲　０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ
　コード長さ　１０ｃｍ～
　対象材質　ステンレス、樹脂、セラミック、ガラス・・・

検査装置・対象物・治具・・の音響特性を、
　評価パラメータに合せて発振制御することで、
　効果的な送受信データから表面状態を検出します。

この技術は、超音波洗浄に関して
　洗浄バラツキを発生する原因を明確にします。
　従って、超音波制御による
　表面処理・洗浄・攪拌・加工・・対応・対策を可能にします。
　

超音波プローブ、超音波システムの開発技術（圧電素子の超音波伝搬特性を調整する技術 ultrasonic-labo）

超音波プローブ、超音波システムの開発技術（圧電素子の超音波伝搬特性を調整する技術　ultrasonic-labo）

圧電素子の表面調整技術を利用した超音波プローブ実験（ultrasonic-labo）

圧電素子の表面調整技術を利用した超音波プローブ実験（ultrasonic-labo）

超音波システム研究所は、
超音波システム（音圧測定、発振制御）を利用した、
超音波の伝搬状態に関する、測定・解析・評価実績に基づいて
超音波素子（圧電素子）の超音波伝搬特性を調整する技術を開発しました。

超音波素子（圧電素子）の表面弾性波を目的に合わせて利用するために、
素子表面に対して、特殊な表面処理を行います。

伝搬する超音波の音圧レベル・周波数範囲について調整可能にしています。

超音波（発振制御）と表面弾性波の組み合わせによる
　ダイナミックな超音波伝搬制御を実現したことで、
　音圧データの解析による特性から調整技術に発展しました。

ポイントは
　表面弾性波による非線形現象を
　効率の高い状態で制御可能にする
　発振条件の最適化設定（波形・出力・周波数・変化・・・）です。

上記の具体的な技術として
　水槽・治工具・・・と超音波の相互作用による
　非線形現象（バイスペクトル）を
　目的（洗浄、攪拌、加工、溶接、表面処理、応力緩和処理、検査・・）
　に合わせて制御する、システム技術をコンサルティング対応しています。

１００ＭＨｚ以上の範囲で、
　超音波の伝搬状態の測定・解析技術を利用した結果、
　１）５０次以上の高調波は、伝搬状態に合せて大きく変化すること
　２）２０ｋＨｚ以下の共振現象と非線形現象が繰り返し発生すること
　３）素子形状・構造による共振現象が発生すること
　・・・を確認・解析・評価することで、
　超音波伝搬特性を調整可能になりました。

超音波システム全体の音響特性を
　（測定・解析・評価）確認して
　発振制御条件を調整設定することで、
　様々な応用に発展しています