超音波発振システム（１ＭＨｚ）操作手順書ーー超音波プローブによる矩形波のスイープ発振制御ーー2.00

超音波の測定解析と発振制御が容易にできる、超音波システム

超音波システム研究所は、
超音波の測定解析が容易にできる
「超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」と
超音波の発振制御が容易にできる
「超音波発振システム（２０ＭＨｚ）」
　をセットにしたシステムによる実験を公開しています。

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
　発振範囲　０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
　伝搬範囲　０．５ｋＨｚ～７００ＭＨｚ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

注：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）

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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超音波システム研究所は、
　超音波伝搬状態の測定・解析により、
　超音波振動が伝搬する現象に関する分類方法を開発しました。

この分類に基づいて、非線形共振型超音波発振プローブを利用した、
　超音波の非線形スイープ発振制御技術を開発しました。

この超音波のスイープ発振制御技術は、
　超音波の伝搬状態に関する
　主要となる周波数（パワースペクトル）の
　ダイナミック特性（非線形現象の変化）により
　線形・非線形の共振効果を目的に合わせてコントロールします。

これまでの実験・データ測定解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つの推奨制御に分類することができました。
　１：２種類のスイープ発振制御（線形型）
　２：３種類のスイープ発振制御（非線形型）
　３：４種類のスイープ発振制御（ミックス型）
　４：上記の組み合わせによるダイナミック制御（変動型）

さらに変動型は、スイープ発振条件により、以下のような
　３つの制御タイプに分類することができました。
　１：線形変動制御型
　２：非線形変動制御型
　３：ミックス変動制御型（ダイナミック変動型）
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超音波システム研究所は、
オリジナル製品（超音波テスター）を利用した、全く新しい、
　＜＜表面弾性波の伝搬状態をコントロール技術＞＞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・評価」技術を応用します。

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。

この技術について、コンサルティング対応しています。

注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
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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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、
超音波プローブによる
スイープ発振による超音波の伝搬制御技術を開発しました。

超音波発振制御プローブの伝搬特性により、
利用目的と相互作用に合わせた、
各超音波プローブ毎に、スイープ発振の条件設定を行います。

対象物や装置・水槽、治工具・・の振動モードを考慮することで、
システムの振動系に合わせた、スイープ発振条件により、
低周波の共振現象を制御することが、可能になります。
３０Ｗ程度の出力でも
３０００－５０００リットルの水槽内に
高い音圧・周波数の超音波振動を伝搬制御することが可能になります。

＜＜具体例＞＞
ダイナミックな変化として、低周波の共振現象と同時に、
超音波プローブの１～１０ＭＭＨｚのスイープ発振条件により、
１０次、３０次、１００次・・・高調波の発生を実現が、
精密洗浄やナノレベルの分散・・に応用出来ます。

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解析・評価することです。

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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による
表面弾性波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。

各種対象（水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について
基本的な超音波の音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
利用目的に合わせた、超音波伝搬状態を、発振制御により実現します。

２種類以上の非線形共振型超音波発振制御プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定（注）により
高い音圧レベルの共振現象と、
高調波の発生現象（１０次以上の非線形現象）による、
１００ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

注：精密洗浄事例
スイープ発振　７０ｋＨｚ～１５ＭＨｚ　１５Ｗ
パルス発振　　１３ＭＨｚ　８Ｗ

この技術は、低出力の超音波発振を効率よく利用する方法です


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超音波システム研究所は、
　音圧測定解析装置（超音波テスター）と
　メガヘルツの超音波発振制御プローブの製造技術により
　超音波システムの音響特性（超音波の相互作用を測定解析）を考慮した、
　「超音波の非線形伝搬制御技術」を開発しました。

今回開発した技術により
　「超音波の発振（発振機・振動子・・）」による
　対象物・超音波機器・治工具・・・を含めた、
　各種の相互作用を測定解析に基づいて、
　目的に合わせた、超音波のダイナミック制御が、可能になりました。

注：自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答

特に、
　高調波に関する超音波と対象物の相互作用を検出・確認することで
　複雑な形状や、精密部品の洗浄に対する効果的な
　制御（液循環、治工具、洗浄物の固定方法、・・・）が明確になります。

従って、適切な
　超音波周波数の選択や
　異なる超音波周波数の振動子の組み合わせ・・
　対象物に合わせた使用方法が決定できます。

これは、加工・洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
　目的に合わせた
　効果的な超音波利用技術です。
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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、
１－１００ＭＨｚ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、
　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、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞に基づいて、抽象代数学を利用した
　効果的な「超音波発振制御システム」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。

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超音波システム研究所は、
オリジナル超音波プロ－ブの音響特性に基づいた、
表面弾性波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。

ポイントは、２本の超音波プローブによる、スイープ発振条件の設定です
（基本的に、１本のプローブによる超音波発振制御では制御できません
　２本のプローブの発振設定の組み合わせにより、
　共振現象・非線形現象の発生状態を制御することができます）

利用目的に合わせた、周波数範囲で、
共振現象と非線形現象が制御可能になります

特に、強い刺激が必要な場合は、
低周波の共振現象を利用することで実現（例　ガラスの破壊）します
高い周波数の刺激が必要な場合には、
高周波の非線形現象を利用することで実現（例　700MHzの刺激）します

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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２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
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超音波システム研究所は、
超音波の発振制御が容易にできる
「超音波発振システム（１ＭＨｚ）」について、
　タイマー制御により応用する方法を公開しました。

具体例
１）機械加工油へ、夜間に超音波照射で加工油の劣化防止
２）ＮＣマシンへの超音波照射による、品質の改善
３）金属、樹脂・・部品を保管している棚への超音波照射（表面改質）
４）めっき液、洗浄液、溶剤、・・への超音波照射で、
　　流動性、濃度の均一化・・の改善
５）溶接機械への超音波照射で、溶接品質の改善
６）ろう付け装置、曲げ加工装置への超音波照射で、表面残留応力の緩和
７）超音波洗浄機への超音波照射で洗浄レベルの改善
・・・・
・・・

１９）その他
　　　１：各種振動（例　モータ・・）との組み合わせ利用
　　　２：休日（２-３時間）の超音波照射による、保守メンテナンス
　　　３：超音波照射による、エージング処理
　　　・・・・・
　　　・・・・・
　　　ファインバブルとの組み合わせ利用
　　　複数の超音波の組み合わせ発振制御
　　　超音波伝搬用具の利用


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超音波システム研究所は、
超音波洗浄器に関して、
ファンクションジェネレータと超音波プローブを応用することで、
１００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波発振制御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・・・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、
　対象物へ１００ＭＨｚ以上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
　対象物の超音波伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象の制御方法として
　スイープ発振・パルス発振に関する、
　システムの振動モードへの最適化として、
　超音波発振制御プローブの発振条件を設定することが重要です。
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超音波システム研究所は、
テフロン（ＰＴＦＥ）利用による、
各種溶剤（フッ酸、塩酸、・・）への
超音波発振制御システムを開発しました。

テフロン棒（鉄心入り）について
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。

具体的には、２種類の超音波発振制御プローブにより、
利用目的と相互作用の測定・解析確認に基づいた
スイープ発振とパルス発振の組み合わせによる、発振条件設定を行います。

特に、低周波の共振現象を制御するために
高周波の非線形現象を利用します。
そのために、音圧測定は１００ＭＨｚ以上の測定範囲が必要となります。

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

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超音波システム研究所は、
超音波洗浄器に関して、
ファンクションジェネレータと超音波プローブを応用することで、
１００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態を利用可能にする
超音波発振制御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・・・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、
　対象物へ１００ＭＨｚ以上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
　対象物の超音波伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象の制御方法として
　スイープ発振・パルス発振に関する、
　システムの振動モードへの最適化として、
　超音波発振制御プローブの発振条件を設定することが重要です。

様々な分野への利用が可能になると考え
　各種コンサルティングにおいて提案しています。


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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～７５０ＭＨｚ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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