超音波振動子の表面改質効果を利用した「超音波制御」
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、
金属部品の表面残留応力を緩和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・・）を考慮した設定により、
効果的な非線形現象を実現させる具体的な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ています
超音波めっき処理：日本バレル工業株式会社 ultrasonic-labo
金属粉末に対する超音波照射技術 （ナノテクノロジー）
超音波システム研究所は、
＊複数の異なる周波数の振動子の「同時照射」技術
＊間接容器の利用に関する「弾性波動」の応用技術
＊振動子の固定方法による「定在波の制御」技術
＊時系列データのフィードバック解析による「超音波測定・解析」技術
＊液循環に関する「ダイナミックシステム」の統計処理技術
＊超音波の「非線形現象に関する」制御技術
＊超音波とファインバブルによる「表面改質技術」
＊超音波の「音圧測定・解析」技術に基づいた発振制御技術
＊オリジナル超音波発振プローブの製造技術
＊超音波水槽・振動子の設計技術
＊超音波システムの開発技術
＊音響特性を評価する技術
上記の技術を組み合わせることで
対象物に合わせた、超音波分散技術（注）を開発しました。
注：超音波とファインバブルにより
攪拌・分散・・とともに表面の応力緩和処理・・が行われます
脱気マイクロバブル発生液循環装置 ultrasonic-labo
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、
対象物の表面を伝搬する表面弾性波の
ダイナミック特性を解析・評価する技術により、
洗浄物・治工具・超音波振動子・水槽・液循環・・に関する、
相互作用を＜目的に合わせて最適化＞する技術を開発しました。
超音波発振制御プローブ、超音波テスターを利用したこれまでの
発振・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
超音波利用に関する出力の最適化技術として開発しました。
注：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
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、今回の技術を
超音波システムの出力制御の最適化技術として
コンサルティング対応しています。
超音波水槽に超音波振動子（振動板）を1台使用する場合には
＜超音波＞と＜水槽＞と＜液循環＞のバランスによる
最適な出力状態を測定解析し、提案します。
超音波水槽に複数の超音波振動子（振動板）を使用する場合には
各超音波出力の関係性を測定解析し、
最適化した出力方法・・・を提案します。
従来は、最大出力で使用する傾向が強いと思いますが
水槽の強度・構造・・・洗浄物・付着した汚れ・・・により
出力を適切に抑えることで
効果的な超音波の伝搬状態を実現させることができます
（具体例として、出力が水槽の振動と騒音になる傾向があります
振動子と水槽の側面からの反射・・・に関する相互作用は重要です
共振やうねりによる効率の低下を避けるために出力の最適化が必要です）
超音波出力の最適化技術による結果
１：精密洗浄、ナノレベルの攪拌・・・において
低出力のメガヘルツ超音波刺激が効果的である
２：周波数５０ｋＨｚ以下で、出力６００Ｗ以上の超音波使用の場合
対象物の音響特性により、対象の表面に対して
超音波刺激（振動）が、ほとんど発生しない事例が多数ある
３：洗浄物と超音波（出力・周波数）と洗浄液（液循環・・）に関する
最適化が行われていないため
洗浄効果につながる非線形現象が起きていない
（洗浄効果の小さい超音波洗浄機の事例
低周波の共振現象による騒音や液面の振動現象になっている）
４：周波数５０ｋＨｚ以下で、出力６００Ｗ程度の超音波使用の場合
メガヘルツ超音波との組み合わせによる
相互作用をコントロールすることが効果的である
５：現状の超音波振動子の多くが、発振面に対する取り組みが少ない
単純な発振面は、一定の出力レベルが必要となるため、
超音波伝搬効率が悪い
（振動面の形状が悪いと、さらに超音波の伝搬効率は低下する
発振周波数・出力に合わせた設計が必要）
６：対象ブルを伝搬する超音波の刺激は、
対象物の音響特性により大きく変わる
主要パラメータ
（構造と強度バランス）
６－１）音圧レベルと振動モードの関係
６－２）超音波の送受信による応答特性
６－３）振動モードの時間特性（時間経過に伴う振動モードの変化）
６－４）対象物の固有振動モード（あるいは固有振動数）
７：対象物の音響特性確認により
対象物の材質による、超音波伝搬特性の利用が可能になる
７－１）間接容器の材質との組み合わせ
７－２）音圧レベルと伝搬周波数の最適化
７－３）媒体（洗浄液・・）の流れによる相互作用の調整
空中を伝搬する超音波実験
脱気・マイクロバブル発生液循環システム
金属粉末の超音波加工
Ultrasonic machining of metallic powder
Supersonic wave stir technology
（超音波攪拌技術）
超音波プローブを利用して伝搬状態を観察
超音波データの統計処理
（時系列データ・自己回帰モデル）
超音波計測装置
超音波システム
（ナノテクノロジーの研究・開発装置：スライドショー）
参考（動画）
