超音波素子表面の表面弾性波利用技術

超音波素子表面の表面弾性波利用技術 超音波プローブの伝搬特性を測定・解析・評価する技術の応用 超音波システム研究所は、 ５００Ｈｚから１００ＭＨｚの対象物の表面弾性波について、 伝搬状態の線形性・非線形性を制御可能にする 超音波プローブの利用技術を開発しました。 目的に合わせた、 オリジナル超音波発振制御プローブを製造開発対応します。 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、最適化です。 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）です。 複数の超音波素子による、超音波の送受信について、 ダイナミックに変化する応答特性（の測定・解析・評価）が重要です。 応答特性から、 音圧レベル・周波数・非線形性の利用範囲を決定します。 現状では、以下の範囲について対応可能となっています。

超音波プローブ：概略仕様 2022.8 測定範囲 ０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ 発振範囲 ５００Ｈｚ～３００ＭＨｚ 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 ＜金属・樹脂・ガラス・・・の音響特性＞を把握することで 発振制御により、音圧レベル、周波数、ダイナミック特性について 目的に合わせた伝搬状態を実現します 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・・への新しい基礎技術です。 各種部材（ガラス容器・・）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（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 変化する系における、ダイナミック加振と応答特性の確認 時間経過による、減衰特性、相互作用の変化を確認 上記に基づいた、過渡超音応力波の解析評価 ＜＜特許申請＞＞ 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 超音波発振制御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 この技術を、コンサルティング提供します 興味のある方はメールでお問い合わせください メールアドレス info@ultrasonic-labo.com

特開 2021-125866 超音波制御（超音波発振制御プローブ） 超音波発振制御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 この技術ノウハウを、コンサルティング提供します 興味のある方はメールでお問い合わせください

【書類名】 特許請求の範囲 【請求項１】 超音波素子（１）の振動面について、フラクタル構造・コンストラクタル構 造のような模様の加工、あるいは部品の接着（２）による同様な複雑な表面 を形成することで、表面弾性波の伝搬現象の変化（反射・透過・屈折）を利 用して高い周波数の超音波伝搬を、効率よく行うことを実現させる、 あるいは、低周波の振動伝搬状態を効率よく実現する、 超音波発振制御プローブ 【請求項２】 超音波素子（１）の振動面について、音響特性を確認している対象物（金属、 ガラス、樹脂、・・）を、接着（２）することで、 高い周波数の超音波伝搬を、効率よく行うことを実現させる あるいは、低周波の振動伝搬状態を効率よく実現する、 超音波発振制御プローブ 【請求項３】 請求項１】請求項２】の超音波発振制御プローブの利用に関して、 目的の超音波伝搬状態（音圧、周波数、変化）を、 音圧データ（周波数範囲 ０．０１Ｈｚ～１ＧＨｚ）の測定解析 （自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答）により 実現する制御設定方法 【請求項４】 請求項１】請求項２】の超音波発振制御プローブの利用に関して、 数百ヘルツ～数メガヘルツのスイープ発振により 非線形現象と相互作用について 音圧データ（周波数範囲 ０．０１Ｈｚ～１ＧＨｚ）の伝搬状態を実現し、 解析（自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答）により 最適化する方法 【請求項５】 請求項１】請求項２】の超音波発振制御プローブの利用により、 超音波の音圧データ測定・解析・評価・制御に関して、 自己相関、バイスペクトル解析により、非線形現象を評価し、 パワー寄与率、インパルス応答により、相互作用を評価することで 超音波刺激（伝搬状態）に関する 超音波の、音圧・周波数の変化を目的に合わせて制御設定する方法

【書類名】 明細書 【発明の名称】超音波発振制御 【技術分野】 【０００１】 本発明は、超音波利用に関して、超音波振動現象を目的 （洗浄、加工、攪拌、検査・・）に合わせて利用するための 超音波発振制御プローブと制御方法に関する。 【背景技術】 【０００２】 超音波利用に関して、従来は１０ｋＨｚ～１０ＭＨｚの範囲の測定により 評価・利用している。 【０００３】 実際に、対象物（気体、液体、弾性体）に伝搬する超音波は、複雑な、 非線形現象等により、従来の測定範囲以外の振動現象が起きている。 その結果、音圧測定の結果が超音波利用に関して、有効に機能しない状況 （超音波機器の故障検出程度の利用）となっている。 【０００４】 本発明の、超音波発振制御プローブは、超音波素子（１）の振動面を 調整することで、０．０１Ｈｚ～１ＧＨｚの範囲の測定・解析・制御を 可能にする。 【０００５】 特に、従来の測定では検出できない、１Ｈｚ～１００ＭＨｚ範囲の 測定データの特徴を解析により検出することで、 超音波の非線形現象に基づいた 効率の良い超音波伝搬状態をコントロール（実現）できる。 【０００６】 超音波伝搬状態のコントロールに関して 従来では、測定解析評価が行われていなかった、非線形現象の解析（バイ スペクトル）により超音波伝搬状態の変化に関する制御が可能になる。 超音波発振制御プローブを複数利用する、あるいは従来の超音波装置に 超音波発振制御プローブを追加することで、相互作用の解析（パワー寄与 率）に対応する超音波の伝搬状態に対する制御が可能になる。 【０００７】 本発明では、１Ｈｚ～１００ＭＨｚ範囲の音圧データを解析管理 （自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答） することで、各種の超音波発振状態に関する設定事項を最適化する。 【０００８】 結果として、超音波利用に関して目的（洗浄、加工、攪拌、検査・・） 似合わせた効果的な超音波伝搬状態の変化に関する利用が実現する。

【先行技術文献】 【特許文献】 【０００９】 【特許文献１】【特許番号】特許第 6307684 号(P6307684) 【発明の概要】 【発明が解決しようとする課題】 【００１０】 超音波伝搬現象について、測定解析の周波数範囲を広げることで 測定結果と超音波現象による各種の効果の関係を明確にして 超音波を効率よく効果的に利用できるようにすること。 【課題を解決するための手段】 【００１１】 超音波素子（１）の振動面について、 微細な加工・微細な部品の接着、あるいは 音響特性を確認している対象物（金属、ガラス、樹脂、・・）を、 接着することで、超音波のスイープ発振により 表面弾性波が各種形状のエッジ部の複雑な伝搬状態の変化により １／１００、１／１０のサブハーモニック、あるいは、１０倍、１００倍 の高調波が簡単に発生・制御することが可能になり 目的とする超音波伝搬現象を、効率よく実現できる 超音波発振制御プローブと超音波発振制御方法を利用する。 【００１２】 【００１１】の超音波発振制御プローブの利用に関して、 超音波素子（１）の振動面について、異なる材質（音響インピーダンス） の部材を接着することで、ナノレベルの洗浄、加工、攪拌・・において １Ｈｚ～１００ＭＨｚ範囲の超音波伝搬を実現し、音圧データを解析 （自己相関、バイスペクトル、パワー寄与率、インパルス応答）・管理 することで、各種の超音波発振に関する各種設定事項を ダイナミックな変化（非線形現象）に関して最適化する。 【発明の効果】 【００１３】 【図１】音圧測定データ（縦軸：パワー ｄＢｕ 横軸：周波数 ＭＨｚ） 超音波発振制御プローブ：800kHz～1.2MHz のスイープ発振 （矩形波 デュティー43%）による１００ＭＨｚまでの超音波データ 【図２】音圧測定データ（縦軸：パワー ｄＢｕ 横軸：周波数 ＭＨｚ） 超音波発振制御プローブ： 100kHz－800kHz スイープ発振（矩形波 デュティー47%）による

１００ＭＨｚ付近の周波数のピークを抑えた超音波データ 【図３】音圧測定データ（縦軸：パワー ｄＢｕ 横軸：周波数 ＭＨｚ） ２本の超音波発振制御プローブ： １）３００Ｈｚ－３．８ｋＨｚスイープ発振（矩形波 デュティー43%） ２）２００ｋＨｚ－１ＭＨｚスイープ発振（矩形波 デュティー31%） 上記１）２）による精密洗浄目的に合わせた超音波データ 【図４】音圧測定データ（縦軸：パワー ｄＢｕ 横軸：周波数 ＭＨｚ） 従来の発振面がフラットな超音波プローブ： ３．５ＭＨｚ～４．４ＭＨｚの スイープ発振による１００ＭＨｚまでの超音波データ 【図５】音圧測定データの解析結果：自己相関 ダイナミックな変化（非線形現象） 矢印は 500μｓ経過 【図６】音圧測定データの解析結果：バイスペクトル ダイナミックな変化（非線形現象） 矢印は 500μｓ経過 【図７】超音波発振制御プローブ １）超音波素子 ２）音響特性を確認している対象物 【図８】超音波発振制御プローブ 【図９】超音波発振制御振動子 【書類名】 要約書 【要約】 【課題】超音波利用について、超音波の伝搬周波数の範囲と、測定解析の周波数 範囲を広げることで、目的に合わせた超音波伝搬現象を効率よく効果的に実現で きるようにすること。 【解決手段】超音波振動面に対して、微細な加工あるいは部材の接着により、０． ０１Ｈｚ～１ＧＨｚの振動伝搬状態が出来る超音波発振制御プローブを製作し て利用すること。 上記のプローブを複数使用して、低周波（数百ヘルツ～数十キロヘルツ）のスイ ープ発振と高周波（数百キロヘルツ～数メガヘルツ）のスイープ発振を組み合わ せることで、利用目的の周波数伝搬状態を、音圧データの解析（自己相関、バイ スペクトル、パワー寄与率、インパルス応答）に基づいて実現すること。 【選択図】図７

【書類名】 図面 【図１】 【図２】

【図３】 【図４】

【図５】 【図６】 【図７】

【図８】

【図９】

その他（参考）

超音波発振システム（２０ＭＨｚ）の製造販売 http://ultrasonic-labo.com/?p=1648 超音波プローブ（発振型、測定型、共振型、非線形型）の製造技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1566 超音波制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=16309 メガヘルツの超音波発振制御プローブ http://ultrasonic-labo.com/?p=14570 メガヘルツの超音波を利用する超音波システム技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14350 超音波プローブ http://ultrasonic-labo.com/?p=11267 超音波プローブ(音圧測定・非線形振動解析） http://ultrasonic-labo.com/?p=1263 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 液晶樹脂による＜メガヘルツの超音波制御＞技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14210 超音波と表面弾性波 http://ultrasonic-labo.com/?p=14264 超音波＜発振制御＞技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=5267 表面弾性波の利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=7665 超音波の非線形現象をコントロールする技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14878 超音波洗浄器による＜メガヘルツの超音波＞技術を開発 http://ultrasonic-labo.com/?p=1879 オリジナル超音波実験 http://ultrasonic-labo.com/?p=17535

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