超音波の音圧測定解析データ
超音波のダイナミック制御技術（超音波システム研究所 ultrasonic-labo）
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、
非線形振動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・・・・・発振条件の設定技術
２）相互作用による、超音波発振出力（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）１ＭＨｚの発振で、１００メガヘルツ以上の超音波伝搬現象を実現し、
振動変化を、計測可能にする
超音波測定プローブの、非線形共振現象（注）を制御可能にする発振面の調整技術
注：非線形共振現象
超音波の発振制御により発生する１０次以上の高調波の発生を
共振現象により高い振幅で実現させた超音波振動の共振現象
４）スイープ発振条件の最適化技術
音圧レベル、周波数範囲、変化レベルについて、超音波利用の目的に合わせた
ダイナミックは伝搬状態を実現する、スイープ発振条件（注）の設定技術
注：開始周波数、終了周波数、時間、出力、波形、・・・・
複数のスイープ発振の組み合わせを実現する設定・確認方法に関する技術
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）
この技術を、
精密洗浄・表面改質処理・化学反応実験・・・に用いた結果、
ナノレベル・金属組織レベルの効率の高い超音波システムとして
応用（洗浄・改質・反応制御・・）することが可能となりました。
これは、従来では干渉や共振により減衰すると考えられた状態について
大きな可能性を示した結果です。
２０２２年８月、現在、
超音波による非線形現象の応用技術は、可能性と実積が増えています。
例１：精密洗浄・超音波加工への利用
例２：表面改質処理・超音波攪拌への利用
例３：材料開発・超音波溶接への利用
例４：超音波熱処理への応用
例５：精密機器の組み立て作業への応用
例６：各種表面処理プロセス（工程）への応用
例７：各種製造装置の保守メンテナンスへの応用
例８：各種溶剤・・を利用する製造機器への応用
例９：その他
興味のある方は、メールでお問い合わせ下さい
技術（特許・ノウハウ）提供を含め、コンサルティング対応します
＜ノウハウ＞
超音波発振に関する、発振（音響）特性
超音波受信に関する、受信（音響）特性
超音波伝搬に関する、伝搬（音響）特性
上記の特性を測定解析（注）により評価して、
適切な組み合わせを利用することがノウハウです
注：音圧測定の時系列データに関して
１：非線形現象の解析（自己相関、バイスペクトル解析）
２：応答特性の解析（インパルス応答、パワー寄与率）
上記に基づいて、
超音波の伝搬現象を、以下のように分類します
＜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
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、
非線形振動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・・・・・発振条件の設定技術
２）相互作用による、超音波発振出力（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）１ＭＨｚの発振で、１００メガヘルツ以上の超音波伝搬現象を実現し、
振動変化を、計測可能にする
超音波測定プローブの、非線形共振現象（注）を制御可能にする発振面の調整技術
注：非線形共振現象
超音波の発振制御により発生する１０次以上の高調波の発生を
共振現象により高い振幅で実現させた超音波振動の共振現象
４）スイープ発振条件の最適化技術
音圧レベル、周波数範囲、変化レベルについて、超音波利用の目的に合わせた
ダイナミックは伝搬状態を実現する、スイープ発振条件（注）の設定技術
注：開始周波数、終了周波数、時間、出力、波形、・・・・
複数のスイープ発振の組み合わせを実現する設定・確認方法に関する技術
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）
この技術を、
精密洗浄・表面改質処理・化学反応実験・・・に用いた結果、
ナノレベル・金属組織レベルの効率の高い超音波システムとして
応用（洗浄・改質・反応制御・・）することが可能となりました。
これは、従来では干渉や共振により減衰すると考えられた状態について
大きな可能性を示した結果です。
２０２２年８月、現在、
超音波による非線形現象の応用技術は、可能性と実積が増えています。
例１：精密洗浄・超音波加工への利用
例２：表面改質処理・超音波攪拌への利用
例３：材料開発・超音波溶接への利用
例４：超音波熱処理への応用
例５：精密機器の組み立て作業への応用
例６：各種表面処理プロセス（工程）への応用
例７：各種製造装置の保守メンテナンスへの応用
例８：各種溶剤・・を利用する製造機器への応用
例９：その他
興味のある方は、メールでお問い合わせ下さい
技術（特許・ノウハウ）提供を含め、コンサルティング対応します
＜ノウハウ＞
超音波発振に関する、発振（音響）特性
超音波受信に関する、受信（音響）特性
超音波伝搬に関する、伝搬（音響）特性
上記の特性を測定解析（注）により評価して、
適切な組み合わせを利用することがノウハウです
注：音圧測定の時系列データに関して
１：非線形現象の解析（自己相関、バイスペクトル解析）
２：応答特性の解析（インパルス応答、パワー寄与率）
上記に基づいて、
超音波の伝搬現象を、以下のように分類します
＜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
物の動きを読む
http://ultrasonic-labo.com/?p=1074
超音波の洗浄・攪拌・加工に関する「論理モデル」
http://ultrasonic-labo.com/?p=3963
樹脂・金属・セラミック・ガラス・・の表面改質に関する書籍
http://ultrasonic-labo.com/?p=7530
＜＜＜ 音圧測定・解析 ＞＞＞
超音波測定解析の推奨システムを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972
超音波発振・計測・解析システム（超音波テスター）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7662
http://ultrasonic-labo.com/?p=7662
超音波の伝搬状態を利用した部品検査技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3842
超音波＜計測・解析＞事例
http://ultrasonic-labo.com/?p=1705
超音波洗浄機の＜計測・解析・評価＞（出張）サービス
http://ultrasonic-labo.com/?p=1934
超音波プローブの＜発振制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1590
超音波プローブによる
＜メガヘルツの超音波発振制御＞技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1811
超音波洗浄機を改良する方法
（超音波の測定・解析に基づいた超音波洗浄システムを開発）
超音波システム研究所は、
洗浄対象物の音響特性に合わせた
超音波洗浄技術を開発しました。
この技術は、
対象物の特性により、
表面に伝搬する複雑な超音波の伝搬状態を
洗浄効果に合わせて
コントロールする技術です。
特に、
対象物の音響特性により
ダメージの発生しやすい材質や構造に対する
キャビテーションのダイナミック特性を
各種の関係性について解析・評価することで、
循環ポンプの設定方法（注）や
専用の治工具・・・により、
超音波による音響流の効果を
目的に合わせて設定する技術です。
注：水槽と循環液と空気の
境界条件に関する、関係性の設定がノウハウです。
オーバーフロー構造になっていない水槽でも対応可能です。
具体的な対応事例として
現状の水槽による、超音波を減衰させる問題点を
液循環ポンプの設定により
騒音を発生させずに対策するということができます。
アルミ部材・・・に対する
ダメージを発生させない
効果的な音響流の設定が可能です。
脱気・・・により
超音波の効率が改善されたことで発生する
水槽や振動子の構造による問題を
液循環と治工具により改善が可能です。
超音波テスターを利用した計測・解析により
各種の関係性・応答特性（注）を検討することで
超音波の各種相互作用の解析・検出により実現しました。
注：パワースペクトル、自己相関、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
測定条件（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
なお、今回の技術は
超音波システムの改良技術として
コンサルティング対応しています。
超音波水槽の構造・大きさと
超音波（周波数、出力、台数・・）に合わせた
＜超音波＞と＜水槽＞と＜液循環＞のバランスによる
超音波の最適な出力状態を測定・解析データとともに
提案・改良・報告させていただきます
本来は、水槽の新規製作、新規設置、新規超音波の固定、・・・
が最もよいのですが、
現実的には、現状の改良として
液循環ポンプの追加改良で実現させることが
これまでの事例から
費用と効果の最適化になると判断して
提案しています。
必要性と要望により
新規設計・開発にも対応します。
参考動画
（参考となる動画です
具体的な方法はコンサルティングで説明します）
http://youtu.be/V-UflXl3gXg
http://youtu.be/gCwzdYApLuE
http://youtu.be/6kM6ErIGbwI
超音波伝搬制御による表面改質（応力緩和・均一化）ー基礎実験
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。
これは、新しい超音波による表面処理技術であり、
音響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、
利用・発展できると考え、提案・実施しています。
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
超音波を安定して制御可能な状態にするために
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します。
音圧レベルの制御方法は、メガヘルツ超音波の
オリジナル非線形共振現象（注１）をコントロールすることで
目的のダイナミックな超音波制御（音圧レベル・周波数範囲）が実現します。
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で実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象（例 ３ＭＨｚの発振で１００ＭＨｚ以上の伝搬を実現する）
＜＜コンサルティング対応＞＞
メガヘルツの超音波発振制御技術を利用した
表面処理技術のコンサルティング対応として
以下の事項を提供
１：原理の説明
２：具体的な装置の提供：製造販売
（必要であればオーダーメードの超音波発振制御プローブの開発製造）
３：操作方法・作業ノウハウの説明
４：新しい超音波利用技術（応用方法・・）の説明
実績・事例
１：超音波水槽の表面改質
２：超音波振動子の表面改質
３：超音波めっき処理（化学反応のコントロール）
４：超音波加工・溶接・・（超音波による熱伝導効率の改善）
５：各種部品の表面改質（２００ＭＨｚ以上の超音波刺激：金属組織への刺激）
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。
これは、新しい超音波による表面処理技術であり、
音響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、
利用・発展できると考え、提案・実施しています。
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
超音波を安定して制御可能な状態にするために
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します。
音圧レベルの制御方法は、メガヘルツ超音波の
オリジナル非線形共振現象（注１）をコントロールすることで
目的のダイナミックな超音波制御（音圧レベル・周波数範囲）が実現します。
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で実現させたことで起こる
超音波振動の共振現象（例 ３ＭＨｚの発振で１００ＭＨｚ以上の伝搬を実現する）
＜＜コンサルティング対応＞＞
メガヘルツの超音波発振制御技術を利用した
表面処理技術のコンサルティング対応として
以下の事項を提供
１：原理の説明
２：具体的な装置の提供：製造販売
（必要であればオーダーメードの超音波発振制御プローブの開発製造）
３：操作方法・作業ノウハウの説明
４：新しい超音波利用技術（応用方法・・）の説明
実績・事例
１：超音波水槽の表面改質
２：超音波振動子の表面改質
３：超音波めっき処理（化学反応のコントロール）
４：超音波加工・溶接・・（超音波による熱伝導効率の改善）
５：各種部品の表面改質（２００ＭＨｚ以上の超音波刺激：金属組織への刺激）
超音波発振システム（２０ＭＨｚ）を利用した超音波実験 Ultrasonic experiment using ultrasonic oscillation system (20MHz)
