(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子をｎ個備える屈曲型送受波器であって、
前記ｎ個の板状振動子は、中空ｎ角形状柱体を形成するように配置され、該中空ｎ角形状柱体の外面を形成する面の幅が内面を形成する面の幅よりも大きく、
前記ｎ個の板状振動子により形成される中空ｎ角形状柱体の外周を覆う絶縁シースと、
前記板状振動子の柱体外面側の間隙に配置された緩衝材と、を有することを特徴とする屈曲型送受波器。
【請求項２】
請求項１記載の屈曲型送受波器において、
前記板状振動子は、上端部及び下端部にそれぞれ設けられた凸部を有し、凹部が設けられた上部蓋及び下部蓋と嵌合されて一体化され、
板状振動子は、上端部及び下端部に設けられた凸部が、上部蓋及び下部蓋に設けられた凹部とギャップを有するように挟持されることを特徴とする屈曲型送受波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に音波を放射する電気音響変換器に係り、特に振動体の屈曲振動により水中に音波を放射する屈曲型送受波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋観測等の水中内を観測する分野においては、観測媒体として音波が用いられるが、音波の中でも、減衰が少なくて伝播特性が良好であるという特長を有する、低周波の音波を利用した各種の送受波器が実用化されている。これらの低周波の送受波器では、効率よく音波を送受波するために、構造体の機械的共振を利用した振動子が用いられている。
【０００３】
一般に機械的構造体は、その寸法が大きくなるほど機械的共振周波数が低下するので、上述のような低周波の送受波器を構成するには必然的にその寸法は大きくなる。したがって、低周波の送受波器では、常に小型化と軽量化が求められ、小型の構造で機械的共振周波数を低下させた振動子の実現が技術的課題となっている。ここで、金属等の薄板は弾力性が低く共振周波数を低くできるために、その薄板を振動板として用いる板状振動子は、構造が単純で小型軽量な振動子を実現できるので、従来から低周波の送受波器に広く用いられている。
【０００４】
このような送受波器の中でも振動子の屈曲振動を利用した屈曲型送受波器が普及している。この屈曲振動を利用する板状振動子は、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すように電気信号の印加による伸縮に伴って振動する圧電磁器から成る駆動用振動子（圧電磁器振動子）１０１と、この駆動用振動子１０１により励振されて屈曲振動を発生する金属薄板１０２で構成される。
【０００５】
金属薄板１０２に質量の重い駆動用振動子１０１（圧電磁器振動子）が付与され、かつその圧電磁器振動子自体が駆動体となっていることで、振動の変位が大きく、低周波化も成されるものである。これらの振動子の屈曲振動を利用した屈曲型送受波器は特許文献１、特許文献２に示される。その中でも、特許文献１に開示されている屈曲型送受波器は、ｎ角形状柱体を形成するように配置されたｎ個の板状振動子を、緩衝材を介して上下の蓋により挟持しており、形成されたｎ型柱状体は絶縁シースにより覆われている。緩衝材を介して上下の蓋で挟持することで、端部を固定する場合よりも自由振動部を長くすることができるため、それにより小型・軽量化を図るものである。
【０００６】
特許文献２に開示されている屈曲型送受波器は、軸方向に複数のスリットを設けた金属等の円筒状振動板（音波放射用振動子）の内面あるいは外面に圧電振動子（駆動用振動子）を貼り付けた構成にして、圧電振動子に電気信号を印加することで振動させ、さらにその圧電振動子により振動板に屈曲振動を発生させて音波を放射させるもので、高能率で小型軽量化を実現するものである。
【特許文献１】特開２００８−２４４８９５号公報
【特許文献２】特開平０３−０１１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および、特許文献２に開示されている従来の屈曲型送受波器には、次のような課題がある。
【０００８】
特許文献１に開示されている屈曲型送受波器では、板状振動子の断面は矩形状となっているため、ｎ角形状柱体を形成するようにｎ個の板状振動子を配置する際には、配置寸法の制約により小型・軽量化が困難となっていた。
【０００９】
また、ｎ角形状柱体を形成するように板状振動子を配置した場合には、板状振動子間の柱体外面側に大きな間隙ができてしまい、水圧下ではその部分の板状振動子の屈曲振動が、水圧負荷により阻害されるという難点があった。
【００１０】
また、特許文献１に開示されている屈曲型送受波器では、板状振動子を端部固定材によって固定することなく、緩衝材を介して上下の蓋で挟持することで、端部を固定する場合よりも自由振動部を長くすることで小型・軽量化を図っていたが、この構造では緩衝材の性質上、水圧による屈曲型送受波器の収縮変動があり、そのため共振周波数に大きな水圧依存性が見られた。
【００１１】
特許文献２に開示されている従来の屈曲型送受波器では、板状振動子上下の端部が一対の端部固定材に固定された構成になっているため、自由振動部が短くなってしまい共振周波数が高くなってしまう。より共振周波数を低めたい場合には、板状振動子を長くしなければならないため、低周波化を図るには板状振動子の軸方向の長さ寸法が大きくなるだけでなく、全体の重量も増大することになる。
【００１２】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、小型化及び軽量化を図り、また水圧による影響を受けにくい構造の屈曲型送受波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の屈曲型送受波器は、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子をｎ個備える屈曲型送受波器であって、
前記ｎ個の板状振動子は、中空ｎ角形状柱体を形成するように配置され、該中空ｎ角形状柱体の外面を形成する面の幅が内面を形成する面の幅よりも大きく、
前記ｎ個の板状振動子により形成される中空ｎ角形状柱体の外周を覆う絶縁シースと、
前記板状振動子の柱体外面側の間隙に配置された緩衝材と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の屈曲型送受波器によれば、ｎ角形状柱体を形成するように配置されたｎ個の板状振動子は、ｎ角形状に合わせた形状と構造であることを特徴とするため、屈曲型送受波器の寸法を小型化することができ、軽量化も図ることができる。また水圧特性に依存せずに安定した性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１中の板状振動子１の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態の構成部品の嵌合構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の構成部品の嵌合構造を示す斜視図である。
【図５】図１中のＢ−Ｂの矢視断面図である。
【図６】本発明の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図８】水圧負荷時の絶縁シースが変形する様子を示す断面図である。
【図９】（Ａ），（Ｂ）のそれぞれは、本実施形態による小型化の効果を比較して示す断面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれは、板状振動子１の形状を示す上面図である。
【図１１】（Ａ）は圧電磁器振動子の伸縮を表す図であり、（Ｂ）は圧電磁気振動子の収縮による屈曲振動を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態である屈曲型送受波器１４の概略構成を示す斜視図、図２は図１中の板状振動子１の構成を示す斜視図、図３および図４のそれぞれは、屈曲型送受波器１４の構成部品の嵌合構造を示す断面図および斜視図であり、図３は図１中のＡ−Ａの矢視断面図である。
【００１８】
本実施形態の屈曲型送受波器１４は、上部蓋５、下部蓋６、これらの間に設けられた円筒型支柱７および板状振動子１から構成されている。
【００１９】
板状振動子１は、図２に示すように圧電用振動子２と振動板３が貼り合わされたもので、８個用いられており、各板状振動子１の一端部及び他端部には凸部４ａ，４ｂが設けられている。図４に示すように、上部蓋５及び下部蓋６には凹部９が設けられ、該凹部９に凸部４ａ，４ｂを挿通する嵌め合い構造となっている。
【００２０】
図５は、図１中のＢ−Ｂの矢視断面図であり、板状振動子１の取り付け状態を示す図である。板状振動子１は上部蓋５及び下部蓋６により図３に示すギャップ１５を設けて挟持され、図５に示すように八角形状柱体を形成するように一体化されている。
【００２１】
上部蓋５と下部蓋６には固定用ねじ穴８（図４参照）が設けられており、上部蓋５と下部蓋６は、板状振動子１を挟持した状態で、板状振動子１により形成された八角形状柱体の内部を貫通するように挿入された円筒型支柱７の両端にねじ止めされている。図６および図７の断面図に示すように、八角形状柱体の外周面にできた間隙１６には緩衝材１０が配され、八角形状柱体の外周周囲は絶縁シース１１で覆われている。
【００２２】
図７において、八角形状柱体の周囲は絶縁シース１１に覆われて、屈曲型送受波器１４の全体が水密構造に保持されている。しかしながら、板状振動子１を並べて柱状体を形成する本構造の屈曲型送受波器１４は、図７のように板状振動子１を８個配置した場合に八角形状柱体の外周面には間隙１６が生じてしまう。
【００２３】
水中で使用される本構成の屈曲型送受波器１４は、水圧が加わることにより図８に示すように、間隙１６部の絶縁シース１１に変形が生じ、さらには板状振動子１個々の振動を阻害することになる。
【００２４】
そのため、本実施形態では、八角型柱状体の外周面に生じる間隙６に、図６に示すように緩衝材１０を入れることで水圧による絶縁シースの変形を防ぐことができる。また、水圧により屈曲型振動子個々の振動を阻害することもなく、安定した水圧性能を得ることが可能となる。なお、ここでは緩衝材１０として屈曲型振動子の振動を阻害することなく水圧にも耐えるコルクを使用している。
【００２５】
上述したように、図１に示す屈曲型送受波器１４には、８個の板状振動子１が用いられている。これらの板状振動子１は、中空八角形状柱体の外面を形成する面の幅が内面を形成する面の幅よりも大きなものとされ、柱体内面側に位置する振動板３の角は、八角形状に合わせた角度に面取りが施され、圧電磁器振動子である駆動用振動子２と一体化されて楔状の多角形を成している。
【００２６】
八角形状柱体を形成する８個の板状振動子１のすべての上端部及び下端部には、図２に示すように駆動用振動子２により励振されて屈曲振動を発生する振動板３と一体構造である凸４ａ，４ｂ部が設けられ、図４に示すように上部蓋５及び下部蓋６には凹部９が設けられ、これらを図３に示すように嵌め合い構造とすることで、板状振動体は固定保持される。
【００２７】
さらにすべての上端部及び下端部に設けた凸部４ａ，４ｂが、凹部９を設けた上部蓋５及び下部蓋６と嵌合の際に、図３に示すようにギャップ１５を設けて挟持される構造となっている。この構造は、上部蓋５及び下部蓋６の嵌め合い構造とすることで送受波器全体の構造をより強固にすることができ、水圧による影響を受けにくくなる。
【００２８】
さらに上部蓋５及び下部蓋６によりギャップ１５を設けて挟持することで特許文献１に示されるような緩衝材を介して板状振動子を挟持する方法を取ることなく両端が自由振動することができるため、強固な構造でありながら、小型化を図ることができる。
【００２９】
ここで板状振動子１の断面形状は、屈曲型送受波器の柱状体角数により寸法がかわり、３個以上であれば任意の数（ｎ個）を選ぶことができるｎ角形状の屈曲型送受波器の構造体となる。
【００３０】
また、板状振動子１の断面形状は、図１ないし図３、図５ないし図７に示した形状に限定されるものではない。図１０（Ａ）〜（Ｄ）のそれぞれは、板状振動子１の形状を示す上面図であるが、板状振動子１の断面形状は、圧電磁器振動子２、振動板３ともに加工された図１０（Ｂ）に示される台形でも良く、また柱体内面側に圧電磁器振動子２を固定した図１０（Ｃ）に示される形状のものでも良い。さらには、振動板３の両面に圧電磁器振動子を固定した図１０（Ｄ）に示される形状のものでも良い。重要なのはｎ角形状柱体の外面を形成する面の幅が内面を形成する面の幅よりも大きなものとすることであり、このような寸法とすることで、外面の幅と内面の幅が同じ場合よりも形成されるｎ角形状柱体を小型化することができる。
【００３１】
以下の表１は、板状振動子１の形状を、図１０（Ａ）に示される面取りを行わない形状のものと、図１０（Ｂ）に示される台形状のものとしたときの直径および容積の比を示す。
【００３２】
【表１】
0005454532.tif 000002
【００３３】
上記の構造において、図９（Ｂ）に示す八角形状柱体の外径及び容積を、板状振動子１の音響放射面積が同等の矩形状の板状振動子を使用した図９（Ａ）に示す八角形状柱体と比較すると、直径１１５ｍｍから９０ｍｍと約２２％、高さが２００ｍｍとした場合の屈曲型送受波器の容積比で約３６％の小型化となり、本発明による小型化の効果が大きなことが分かる。
【００３４】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、板状振動子の数は一例として８個を用いる例で説明したが、３個以上であれば任意の数（ｎ個）を選ぶことができる。また、絶縁シースの形成方法はモールド法や、予め成形されたゴム等の水密性を有する弾性材のケースを用いることもできる。また、この発明の屈曲型送受波器は、水中に投下して使用する小型音源ブイ、船舶から吊下して使用される低周波音源等の分野に広く活用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１  板状振動子
２  駆動用振動子
３  振動板
４ａ，４ｂ  凸部
５  上部蓋
６  下部蓋
７  円筒型支柱
８  固定用ねじ穴
９  凹部
１０  緩衝材
１１  絶縁シース
１４  屈曲型送受波器
１５  ギャップ
１６  間隙
【図１】
0005454532.tif 000003
【図２】
0005454532.tif 000004
【図３】
0005454532.tif 000005
【図４】
0005454532.tif 000006
【図５】
0005454532.tif 000007
【図６】
0005454532.tif 000008
【図７】
0005454532.tif 000009
【図８】
0005454532.tif 000010
【図９】
0005454532.tif 000011
【図１０】
0005454532.tif 000012
【図１１】
0005454532.tif 000013