超音波伝搬状態の最適化技術を開発

超音波システムの最適化技術

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
－－共振現象と非線形現象の最適化技術－－

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）

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）

解析には下記ツールを利用します

「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

＜特許出願済み＞

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

特願2023-195514　メガヘルツ超音波とファインバブルを利用した超音波めっき

基本的な考え方（現象とモデルの統合）
振動現象の継続により、共振現象が成長することで、
より大きな共振現象の発生とともに
振動波形の崩れ・変化による、非線形現象の発生が起きます。

非線形現象による振動の伝搬（流れ）が発展すると
伝搬状態のダイナミックな変化により、
共振現象と非線形現象の複雑な状態になります。

時間経過とともに、以上の経過を繰り返す中で、
振動系としてのシステムによる、固有の振動モードが発生します。

この振動モードのサイクルをコントロールすることが
共振現象と非線形現象の最適化技術となります。

この技術を応用して
共振現象と非線形現象の組み合わせを実現する
新しい超音波発振制御技術（注）を開発しました。

注：共振型伝搬システム、非線形型伝搬システム

超音波洗浄の場合
共振型伝搬状態：キャビテーションモード
非線形型伝搬状態：音響流モード
上記の振動モードに関する無限のプロセス

無限のプロセスの測定解析評価により
超音波（キャビテーションと音響流）のダイナミック制御が実現出来ます。

ノウハウ資料

例　超音波洗浄
脱気ファインバブル発生液循環装置 １台ＯＮＯＦ制御
ＯＮ：２１３秒ＯＦＦ：３１秒

ベースとなる超音波振動子 １台ＯＮＯＦＦ制御
４０ｋＨｚ６００Ｗ（出力１５０Ｗ）
ＯＮ：５７秒ＯＦＦ：１７秒
メガヘルツの超音波発振制御プローブ４本
メガヘルツの超音波発振制御プローブ１パルス発振
７．７ＭＨｚ（出力１０Ｗ）
メガヘルツの超音波発振制御プローブ２スイープ発振
１ＭＨｚ～２０ＭＨｚ（出力１２Ｗ）
メガヘルツの超音波発振制御プローブ３パルス発振
１１．３ＭＨｚ（出力１０Ｗ）
メガヘルツの超音波発振制御プローブ４スイープ発振
９～２０ＭＨｚ（出力１２Ｗ）