表面残留応力の緩和処理技術３-ver22.00

超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
－－音圧データのフィードバック解析：パワー寄与率の解析－－

超音波システム研究所は、
超音波の音圧測定による、時系列データを解析することで、
　各種相互作用を測定解析評価する技術を開発しました。
その結果、相互作用の評価に基づいた
　超音波利用状態を最適化する技術に発展しています。

具体的には、以下のような事例があります
１）超音波の発振周波数・出力レベルの選択基準の最適化
２）超音波の発振制御条件の最適化
３）水槽・超音波（振動子）の設置に関する最適化
４）液循環装置・制御条件の最適化
５）水槽・超音波の設計条件の最適化
６）洗浄液・洗剤・溶剤・・の最適化
７）隣接水槽、治具・・との最適化

目的に合わせた、オリジナル超音波システムの開発が可能です。

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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＞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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＜＜脱気ファインバブル発生液循環装置＞＞

１）ポンプの吸い込み側を絞ることで、キャビテーションを発生させる。
２）キャビテーションにより溶存気体の気泡が発生する。
上記が脱気液循環装置の状態。

３）溶存気体の濃度が低下すると
キャビテーションによる溶存気体の気泡サイズが小さくなる。
４）適切な液循環により、
20μ以下のファインバブルが発生する。
上記が脱気マイクロバブル発生液循環装置の状態。

５）上記の脱気ファインバブル発生液循環装置に対して
超音波を照射すると
ファインバブルを超音波が分散・粉砕して
ファインバブルの測定を行うと
ウルトラファインバブルの分布量がファインバブルの分布量より多くなる
上記の状態が、超音波を安定して制御可能にした状態。

６）超音波を安定して制御可能な状態に対して
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
メガヘルツの超音波を発振制御する。
音圧レベルの制御方法は、液循環とメガヘルツの超音波の
オリジナル非線形共振現象をコントロールすることで
効果的なダイナミック状態に設定・制御する。

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超音波システム研究所は、
表面弾性波による非線形振動現象を利用した
超音波の発振制御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
基本的な音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
目的の超音波伝搬状態を、発振制御により可能になります。

オリジナルの非線形共振型超音波発振プローブによる、
発振条件（波形、出力、制御、・・）の設定により
高い音圧の共振現象と、
高調波の発生現象（非線形現象）による、
３００ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を最適化します。

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

デジタル制御による、
離散値的なファンクションジェネレータの特性を利用した
各種パラメータの設定がポイントです

非線形共振型超音波発振プローブを利用することで
共振現象による音圧レベルの制御範囲が大きく広がるため
従来の共振現象による音圧レベルとは大きく異なり
ダメージや破壊といった現象にならない
音圧測定解析に基づいた、制御設定の最適化が必要です
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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・制御技術を応用して、
　超音波とマイクロバブル発生液循環システムによる、
　超音波振動子の表面残留応力を緩和する技術を公開しました。

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ことが可能になりました。
　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・治工具・制御・・・により、
　効果的な超音波照射条件・・・を実現させる方法を開発しました。

金属部品、樹脂部品、粉体部材、・・・の各種に対して
　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・発展できると考えています。



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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、
超音波の伝搬状態に関する、測定・解析・評価技術を応用して、
超音波とファインバブルによる、
超音波振動子の表面残留応力を緩和する技術を公開しています。

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ことが可能になりました。

その結果、超音波水槽をはじめ、様々な部品の効果が実証されています。

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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「音圧測定解析装置（超音波テスターＮＡ）」

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（標準タイプ）」を製造販売しています。

システム概要（推奨システム：：超音波テスターＮＡ）

１．価格
　　１０ＭＨｚタイプ　１９８，０００円（税込：消費税１０％）
　１００ＭＨｚタイプ　２６４，０００円（税込：消費税１０％）
　２００ＭＨｚタイプ　２９７，０００円（税込：消費税１０％）

２．内容
　　超音波洗浄機の音圧測定専用プローブ　１本
　　超音波測定汎用プローブ　　１本
　　オシロスコープセット　１式
　　解析ソフト・説明書・各種インストールセット　１式（ＵＳＢメモリー）

３．特徴
＊測定（解析）周波数の範囲
　　１０ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　から　　１０ＭＨｚ
　１００ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　から　１００ＭＨｚ
　２００ＭＨｚタイプ　　０．１Ｈｚ　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
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超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。

測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
　超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
　グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。

複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
　時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
　その変化・・・・を、評価・応用しています

目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています

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）

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、
オリジナル超音波プロ－ブの製造技術により
プローブの音響特性に基づいた、発振制御技術を開発しました。
表面弾性波の非線形振動現象をコントロールする技術に発展しています。

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、超音波発振制御に関する
最適化制御方法（スイープ発振とパルス発振の組み合わせ条件）です。

そのために、
オリジナルプローブの超音波伝搬特性の動作確認
（音圧レベル、周波数範囲、非線形性、・・ダイナミック特性）による、
超音波伝搬状態に関するダイナミックな特性評価が重要です。

特に、超音波プローブ（あるいは素子）の送受信特性と
発振器（ファンクションジェネレーター）についての、
ダイナミックに変化する発振特性の測定・解析・評価が必要です。

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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。

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超音波システム研究所は、
オリジナル製品：超音波発振プローブ製造に関する、
音響特性の解析・評価技術を応用した、
メガヘルツの超音波発振制御システムを開発しました。

超音波を利用した
　洗浄、改質、検査、・・・への新しい応用システムです。

低周波の振動・音との組み合わせ制御による応用も可能です。

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
　応用システム技術として開発しました。

ポイントは
　表面弾性波の利用方法です、
　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（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
　応答特性
　ゆらぎの特性
　相互作用による影響

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

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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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