(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの板状圧電振動子と振動板からなる少なくとも１つの屈曲振動体で構成された屈曲振動モジュールと、前記屈曲振動モジュールを支持する支持部材と、音響トランスデューサの両端部を塞ぐエンドプレートとを有する音響トランスデューサであり、
複数の前記屈曲振動モジュールが筒形状に配列されており、
前記支持部材は、筒形状に配列された前記屈曲振動モジュールの中心から放射状に延び、隣接する前記屈曲振動モジュールのそれぞれの前記振動板の端部と接合しており、かつ、一部の前記支持部材の端部には切欠き部が設けられており、
前記エンドプレートには、前記エンドプレートを貫通する開放穴が設けられており、
前記開放穴は、隣接する２つの前記支持部材と前記屈曲振動モジュールとで構成される音響発生部と切欠き部とを介して他の前記開放穴とつながっている、音響トランスデューサ。
【請求項２】
前記音響発生部の数が偶数の場合、それぞれの前記エンドプレートには偶数個の前記開放穴が設けられており、一方の前記エンドプレートに設けられた前記開放穴は、一方の前記エンドプレートに設けられた他の前記開放穴につながっており、他方の前記エンドプレートに設けられた前記開放穴は、他方のエンドプレートに設けられた他の前記開放穴につながっている、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項３】
前記音響発生部の数が奇数の場合、１つの前記音響発生部の一方の側の前記エンドプレートに前記開放穴が設けられ、一方の側の前記エンドプレートに前記開放穴が設けられた前記音響発生部に隣接する前記音響発生部のどちらか一方の前記音響発生部の他方の側の前記エンドプレートに前記開放穴が設けられている、請求項１に記載の音響トランスデューサ。
【請求項４】
隣接する前記屈曲振動モジュールの、一方の前記屈曲振動モジュールの前記振動板と、他方の屈曲振動モジュールの振動板の厚さが異なっている、請求項１から３のいずれか１項に記載の音響トランスデューサ。
【請求項５】
前記屈曲振動モジュールの、前記エンドプレートに隣接する前記振動板の前記エンドプレート側に、前記振動板の他の位置に比べて厚さが薄い振動板薄肉部が設けられている、請求項１から４のいずれか１項に記載の音響トランスデューサ。
【請求項６】
少なくとも１つの板状圧電振動子と振動板からなる少なくとも１つの屈曲振動体で構成された屈曲振動モジュールと、前記屈曲振動モジュールを支持する支持部材と、音響トランスデューサの両端部を塞ぐエンドプレートとを有する音響トランスデューサの音響の放射方法であり、
複数の前記屈曲振動モジュールが筒形状に配列されており、
前記支持部材は、筒形状に配列された前記屈曲振動モジュールの中心に設けられたシャフトから放射状に延び、隣接する前記屈曲振動モジュールのそれぞれの前記振動板の端部と接合しており、
隣接する２つの支持部材と屈曲振動モジュールとで構成される音響発生部同士を区切っている前記支持部材の端部に切欠き部を設けて、隣接する前記音響発生部同士を連通させ、
前記エンドプレートに設けた開放穴から、複数の前記音響発生部を介して前記エンドプレートに設けた他の前記開放穴まで連通させることで、水柱共振長が前記音響トランスデューサの長さよりも長い水柱共振を生じさせ、低周波数の音響を放射する、音響の放射方法。
【請求項７】
隣接する前記屈曲振動モジュールの、一方の前記屈曲振動モジュールの屈曲振動の反共振周波数を、他方の屈曲振動モジュールの屈曲振動の共振周波数に一致させる、請求項６に記載の音響の放射方法。
【請求項８】
前記屈曲振動モジュールの、前記エンドプレートに隣接する前記振動板の前記エンドプレート側の厚さを薄くして、前記エンドプレートに隣接する前記振動板に、前記エンドプレートによる前記振動板の屈曲振動を拘束する力を伝わりにくくする、請求項６または７に記載の音響の放射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は音響トランスデューサに関し、特に水中に音響放射が可能な音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
海底地殻観察などの海洋調査のように、水中を観測する場合には、光や電波ではなく音波が利用される。光や電波は水中では減衰しやすく、音波は水中でも非常に減衰しにくいからである。そこで、水中で音波を発生させる装置として、振動子を利用した音響トランスデューサが利用される。
【０００３】
音響トランスデューサには様々な種類がある。関連技術の一例として、中空の円筒形圧電振動子を用いる音響トランスデューサがある（例えば非特許文献１）。円筒形圧電振動子の内外面に電極を施し、厚さ方向、すなわち内外面電極間で分極し、内外面電極間に電圧を印加することで円筒形圧電振動子が半径方向で内側または外側に一様に変位する呼吸振動が励起される。この呼吸振動を利用し、円筒形圧電振動子の側面から液体へ音響を放射する。フリーフラッド構造の場合は、側面から音響を放射するほかに、中空部の内面から中空部内の液体に音響を放射し、液体の水柱共振を利用してさらに音響を外部に放射している。
【０００４】
関連技術の他の一例を説明する。図１４は、屈曲振動モジュールを筒形状に配置したフリーフラッド型音響トランスデューサの概略図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）はＡＡ’断面の概略図である。板状圧電振動子１０２の内外面に電極１０４が配置され、電極１０４の一方の面と振動板１０３が接合されて屈曲振動モジュール１０１が構成されている。この関連技術の音響トランスデューサは、屈曲振動モジュール１０１が筒形状に配置され、隣り合う屈曲振動モジュール１０１同士が接合されている（例えば特許文献１）。なお、屈曲振動モジュール１０１には、防水構造１１０が施されている。各屈曲振動モジュール１０１が屈曲振動モジュール１０１の厚さ方向に前後に屈曲を繰り返すことで、周囲の液体に音響を放射したり、屈曲振動モジュール１０１で囲まれた筒形状の内部の液体の水柱共振を利用して音響を放射したりする。
【０００５】
関連技術のさらに他の一例を説明する。図１５は、バレルステーブ型音響トランスデューサの概略図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）は屈曲振動モジュール１０１の断面の概略図、（ｃ）は内部の概略図である。なお、図示していないが、実際は外面すべて防水構造が施されている。
【０００６】
バレルステーブ型音響トランスデューサは、図１５（ａ）に示すように、複数の屈曲振動モジュール１０１が筒形状に配列され、隣り合う屈曲振動モジュール１０１同士は接合されず隙間１０５が設けられ、屈曲振動モジュール１０１の両端部がエンドプレート１０６に固定されている。
【０００７】
屈曲振動モジュール１０１は、図１５（ｂ）に示すように、板状圧電振動子１０２の両面に電極１０４が設けられ、一方の面が振動板１０３に接合されて構成されている。また、図１５（ｃ）に示すように、エンドプレート１０６間の間隔が変化しないように、エンドプレート１０６は支持柱１０７により支持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２３８７９９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】海洋音響の基礎と応用，海洋音響学会編，成山堂書店発行，２００４年，ｐｐ．５８−６０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
フリーフラッド型ではない（端部が開口していない）中空の円筒形圧電振動子の振動を直接利用する音響トランスデューサでは、円筒形圧電振動子からの音響の放射効率が一番良いのは、円筒形圧電振動子の円周方向の縦振動の一波長が円周の長さと一致する共振振動が発生するときである。一般に圧電振動子を構成する材料を伝わる音速が早いため、例えば、直径１０ｃｍ程度の円筒形状では、５〜１０ｋＨｚと高い共振周波数となる。周波数を低下させると、一波長が長くなるため、低周波数においても、効率の良い音響放射を行うためには、より大きな直径の円筒形圧電振動子とすることが好ましく、音響トランスデューサが大型化してしまう。
【００１１】
上述した関連技術の一例のバレルステーブ型音響トランスデューサでは、屈曲振動を利用して共振周波数の低周波数化が図れるが、屈曲振動モジュール１０１同士の間の隙間が防水構造で拘束される、あるいは、水圧により屈曲振動が抑圧される、などの問題があり、実際は困難であった。
【００１２】
また、上述した関連技術の一例のフリーフラッド型の音響トランスデューサでは、呼吸振動による共振周波数と、共振周波数が低い水柱共振の共振周波数の２種類の共振を利用して、音響放射の広帯域化を図っている。しかしながら、水柱共振周波数は音響トランスデューサの全長により決定され、概ね２０ｃｍ程度の軸方向長さの場合、約１〜２ｋＨｚ程度の水柱共振周波数になる。これ以上の低周波数化を図るためには、音響トランスデューサをより長い寸法にするか、共鳴管（または音響管）を設けるしかなかった。従って低周波数の音響放射を行うためには、周波数の低減に伴い、音響トランスデューサをより大きな直径あるいは長さとする必要がある。
【００１３】
本発明の目的は、上記課題である、大型化せずに低周波数の音響放射を行なうことが困難である、という問題を解決する、音響トランスデューサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の音響トランスデューサには、少なくとも１つの板状圧電振動子と振動板からなる少なくとも１つの屈曲振動体で構成された屈曲振動モジュールと、屈曲振動モジュールを支持する支持部材と、音響トランスデューサの両端部を塞ぐエンドプレートとが設けられている。複数の屈曲振動モジュールは筒形状に配列されている。支持部材は、筒形状に配列された屈曲振動モジュールの中心から放射状に延び、隣接する屈曲振動モジュールのそれぞれの振動板の端部と接合しており、かつ、一部の支持部材の端部には切欠き部が設けられている。エンドプレートには、エンドプレートを貫通する開放穴が設けられている。開放穴は、隣接する２つの支持部材と屈曲振動モジュールとで構成される音響発生部と切欠き部とを介して他の開放穴とつながっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、音響トランスデューサを大型化しなくても、低周波数の音響放射を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る音響トランスデューサの一実施形態の概略構成図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）は（ａ）のＹ部の断面の概略図、（ｃ）は（ａ）の軸方向に対して垂直方向の断面の概略図である。
【図２】図１の音響トランスデューサの透視図である。
【図３】図１の音響トランスデューサの屈曲振動モジュールの変位の様子を示す図であり、（ａ）は外向きに変位する電圧を印加したとき、（ｂ）は内向きに変位する電圧を印加したときである。
【図４】図１の音響トランスデューサに生じる水柱共振と関連技術の両端が完全に開放しているフリーフラッド型音響トランスデューサで生じる水柱共振における、周波数と送波電圧感度の関係を示す図である。
【図５】ユニモルフ構造の屈曲振動体の概略図である。
【図６】バイモルフ構造の屈曲振動体の概略図である。
【図７】板状圧電振動子積層体を用いたユニモルフ構造の屈曲振動体の概略図である。
【図８】板状圧電振動子積層体を用いたバイモルフ構造の屈曲振動体の概略図である。
【図９】板状圧電振動子に厚さの異なる２枚の振動板を貼り付けた屈曲振動モジュールを用いた音響トランスデューサの屈曲振動の周波数と送波電圧感度の関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る音響トランスデューサの他の実施形態における屈曲振動モジュールの概略構成図であり、（ａ）は振動板が厚い屈曲振動モジュール、（ｂ）は振動板が薄い屈曲振動モジュールである。
【図１１】音響トランスデューサに、共振周波数の異なる複数の屈曲振動モジュールを隣接して用いたときの屈曲振動による周波数と送波電圧感度の関係を示す図である。
【図１２】本実施形態の音響トランスデューサの周波数と送波電圧感度の関係を示す図である。
【図１３】本発明に係る音響トランスデューサのさらに他の実施形態における屈曲振動モジュールの概略構成図である。
【図１４】関連技術の屈曲振動モジュールを筒形状に配置したフリーフラッド型音響トランスデューサの一例の概略図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）はＡＡ’断面の概略図である。
【図１５】関連技術のバレルステーブ型音響トランスデューサの一例の概略図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）は屈曲振動モジュールの断面の概略図、（ｃ）は内部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００１８】
図１は、本発明に係る音響トランスデューサの一実施形態の概略構成図であり、（ａ）は外観の概略図、（ｂ）は（ａ）のＹ部の断面の概略図、（ｃ）は（ａ）の軸方向に対して垂直方向の断面の概略図である。なお、本発明の音響トランスデューサは、屈曲振動モジュール７全体に防水構造５が施されている。しかし、図１（ａ）および（ｃ）においては、音響トランスデューサの構造がわかりやすいように防水構造５の一部分または全てを省略している。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態の音響トランスデューサは、複数の屈曲振動体１が軸方向に積層され、１つの屈曲振動モジュール７が構成されており、複数の屈曲振動モジュール７が筒形状となるように配置されている。なお、屈曲振動モジュール７は、１つの屈曲振動体１のみで構成してもよい。また、図１（ａ）には示していないが、積層した屈曲振動体１同士の間には、緩衝材６が設けられている（図１（ｂ）参照）。屈曲振動モジュール７で形成された筒の中心にはシャフト８が設けられており、シャフト８から屈曲振動モジュール７同士が隣接する部分まで支持部材９が設けられている（図１（ｃ）参照）。支持部材９は屈曲振動モジュール７の軸方向全体、つまり、屈曲振動モジュール７の側部同士が隣接している部分の上端から下端まで一体で設ける必要はなく、その上端および下端の範囲で複数に分けても良い。また、一部の支持部材９の端部には、切欠き部２０が設けられている。
【００２０】
また、音響トランスデューサの両端部には、開放穴４を有するエンドプレート１４が設けられている。この開放穴４は、エンドプレート１４を貫通しているため、開放穴４を介して、音響トランスデューサの内部に液体の出入りが可能、つまり音響放射が可能になっている。
【００２１】
屈曲振動体１は、図１（ｂ）に示すように、金属や樹脂などからなる振動板３の片側に板状圧電振動子２を貼付して構成されている（ユニモルフ構造、図５参照）。図１には示していないが、金属や樹脂などからなる振動板３の両側に板状圧電振動子２を貼付した構成であっても良い（バイモルフ構造、図６参照）。この屈曲振動体１同士を、緩衝材６を介しあるいは直接接合し、２つ以上配列することにより屈曲振動モジュール７が形成されている。
【００２２】
ここで、本発明の開放穴４と切欠き部２０について説明する。図２に、図１の音響トランスデューサの透視図を示す。
【００２３】
図２に示すように、屈曲振動モジュール７と、支持部材９とで形成される三角柱を音響発生部２１とすると、８つの音響発生部２１を有している。そして、８つの音響発生部２１を、連続する４つの音響発生部２１が１組となるようにして、２組に分ける。まず、一方の組について説明する。一方の組の音響発生部２１のうち、その組の両端に位置しており、その組の中で音響発生部２１同士に挟まれていない２つの音響発生部２１の一方の側のエンドプレート１４に開放穴４を設ける。そして、開放穴４が位置する音響発生部２１とそれに隣接する音響発生部２１とを仕切っている支持部材９の、開放穴４が位置する側とは反対側の端部に、支持部材９が長手方向に短くなるように切欠き部２０を設ける。また、開放穴４が位置していない音響発生部２１同士を仕切っている支持部材９の、開放穴４が位置する側の端部に、支持部材９が長手方向に短くなるように切欠き部２０を設ける。このようにすることで、複数の音響発生部２１が両端部で交互に連通するジグザグ状の折り返し構造ができるので、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで一続きとなる長い管ができる。他方の組も同様に開放穴４や切欠き部２０を設けるが、一方の組とは反対側となる他方の側のエンドプレート１４に開放穴４を設けるようにする。このようにすることで、上記した一方の組と同様にジグザグ状の折り返し構造ができ、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで一続きの長い管ができる。これらによってできる一続きの長い管によって、音響トランスデューサの長さ以上の水柱共振長を得ることができる。
【００２４】
上記の実施形態の一例は、音響発生部２１が８つ（音響トランスデューサの角数が８）、つまり偶数の場合である。この場合は、開放穴４はそれぞれのエンドプレートに偶数個設けることが好ましい。
【００２５】
音響発生部２１が奇数（音響トランスデューサの角数が奇数）の場合は、１つの音響発生部２１の一方の側のエンドプレート１４に開放穴４を１つ設ける。そして、一方の側のエンドプレート１４に開放穴４が設けられた音響発生部２１に隣接する音響発生部２１のどちらか一方の音響発生部２１の他方の側のエンドプレート１４に開放穴４を１つ設ける。そして、開放穴４が位置する音響発生部２１同士を仕切っている支持部材９には切欠き部２０を設けないようにして、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで一続きの連通した管ができるように、上述の実施形態の一例と同様に、複数の支持部材９の両端部に交互に切欠き部２０を設けるようにする。このようにすることで、複数の音響発生部２１が両端部で交互に連通するジグザグ状の折り返し構造ができ、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで一続きの長い管ができるため、音響トランスデューサの長さ以上の水柱共振長を得ることができる。
【００２６】
このように、音響発生部２１が奇数の場合は、音響トランスデューサの両端部のエンドプレート１４に、それぞれ１つずつ開放穴４を設けることが好ましい。
【００２７】
次に、本実施形態の音響トランスデューサの動作の詳細な説明をする。シャフト８から、隣り合う屈曲振動モジュール７の接合部に向けて設けられた支持部材９は、屈曲振動モジュール７の接合部を振動の支点とする機能を有する。屈曲振動モジュール７は、板状圧電振動子２に印加された電圧により屈曲する。電圧の方向と屈曲する向きをすべての屈曲振動モジュール７で同様になるように後述する電極１０（図５参照）同士を接続することにより、筒形状に配列した屈曲振動モジュール７全体が外側に変位し、液体を屈曲振動モジュール７の表面から外部へ押し出す（図３（ａ）参照）。一方、印加電圧の方向が逆になるときには、屈曲振動モジュール７が一様に内側に変位し、屈曲振動モジュール７の外部から液体が屈曲振動モジュール７に向かって流れ込む（図３（ｂ）参照）。板状圧電振動子２に交流電圧を印加することで、屈曲振動モジュール７の変位の連続、すなわち振動が生じ、屈曲振動モジュール７の外表面からの音響放射が行なわれる。
【００２８】
また、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで複数の音響発生部２１がつながった管内にも液体が流入しており、屈曲振動モジュール７の振動により、音響発生部２１同士がつながった管内の液体自身の共振である水柱共振が発生する。
【００２９】
本発明の音響トランスデューサでは、一方の開放穴４から他方の開放穴４まで音響発生部２１がつながっているため、音響トランスデューサを大型化することや、共鳴管などを増設することなく、音響トランスデューサの大きさよりもはるかに長い水柱共振長を得ることができる。そのため、図４に示すように、音響トランスデューサの両端を全て開放しているフリーフラッドタイプに比べて低い共振周波数の水柱共振を得ることができる。
【００３０】
さらに、屈曲振動モジュール７の屈曲振動の共振周波数と、水柱共振周波数とをずらして設定することで、効率よく放射される音響放射周波数帯を広くすることができる。
【００３１】
また、音響トランスデューサの音響発生部２１の数を多くする（音響トランスデューサの角数を増やす）ことで、水柱共振の長さをより長くすることができる。
【００３２】
なお、屈曲振動体１には、さまざまな構造が可能である。以下に屈曲振動体１の構造について詳細に説明する。
【００３３】
屈曲振動体１の第１の実施例として、図５に振動板３の片面に板状圧電振動子２を貼付して、板状圧電振動子２の両面に電極１０を設けたユニモルフ構造の例を示す。なお、図５から、後述する図８においては、図中手前側が音響トランスデューサの軸方向上側であり、図中奥行き側が音響トランスデューサの軸方向下側である。
【００３４】
板状圧電振動子２は電極１０間、即ち厚さ方向に分極されており、この電極１０間に接続線１１により電圧を印加することで板状圧電振動子２が幅方向に伸縮する横方向振動モード（３１モード）で振動する。
【００３５】
屈曲振動体１の第２の実施例として、図６に振動板３の両面に板状圧電振動子２を貼付して、板状圧電振動子２のそれぞれ両面に電極１０を設けたバイモルフ構造の例を示す。
ここで板状圧電振動子２は電極１０間方向に分極され、かつその方向は振動板３を中心として対称方向となっている。この場合、一方の外側電極と他方の内側電極とを接続し、一方の内側電極と他方の外側電極とを接続し、それぞれの接続線１１間に電圧を印加する。また、ここでは図示していないが、板状圧電振動子２の分極方向を振動板３に対して非対称の方向にすることにより、２つの板状圧電振動子２の外側電極同士を接続し、また内側電極同士を接続しその間に接続線により電圧を印加することにより同様の効果を得ることができる。
【００３６】
屈曲振動体１の第３の実施例として、図７に、板状圧電振動子２として、小さな圧電振動子を積層した板状圧電振動子積層体２’を利用した構造を示す。
【００３７】
この板状圧電振動子積層体２’は、小さな圧電振動子同士の接合面に電極１０を設けて並列に並べた構造である。この場合、振動板３が絶縁体である場合には必要ないが、導体の場合には図示していないが絶縁層を設ける必要がある。ここで分極方向は電極１０間の方向であり、隣り合う圧電振動子の分極方向は交互に反対方向になるようにする。各電極１０の接続は分極の方向にあわせて１つおきに交互に接続した２本の接続線１１を介して電圧を加える。本実施例の圧電振動子は分極方向と電極１０間に発生する電界方向が同一でかつ伸縮方向も同じ方向となる縦方向振動モード（３３モード）で振動する。
【００３８】
ここで説明した構造は振動板３の片側に板状圧電振動子２として板状圧電振動子積層体２’を利用したユニモルフ構造である。しかしながら、図８に示すように３３モードを使用する場合でも３１モードを使用する場合と同様にバイモルフ構造とすることができる。圧電振動子の分極方向が、振動板３を挟んだ位置にある圧電振動子とは逆方向になるようにすることにより一方の側の板状圧電振動子積層体２’が縮小方向に変位し、他方の側の板状圧電振動子積層体２’が伸長方向に変位しようとすることになる。その結果として屈曲振動体１がたわみ変形することになる。また図示していないが、分極方向を同一として電極１０の接続方向が逆になるようにすることによって同じ効果を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明に係る音響トランスデューサの他の実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、隣接する屈曲振動モジュール７の屈曲振動の共振周波数を変えることで、効率よく放射できる音響放射周波数帯をさらに広くすることができる。
【００４０】
仮に、上述の関連技術の一例のフリーフラッド型音響トランスデューサ（図１４参照）において、板状圧電振動子１０２を挟むように、厚さの異なる２枚の振動板１０３を板状圧電振動子１０２に貼り付ける構造とし、それぞれの振動板１０３の屈曲振動の共振周波数をずらしたとする。この場合、節の位置が見かけ上、屈曲振動モジュール１０１の重心位置に移動し、結合共振が生起され、別々の共振周波数の音響放射を行なうことができない（図９参照）。
【００４１】
図１０は、本発明に係る音響トランスデューサの他の実施形態における屈曲振動モジュールの概略構成図であり、（ａ）は振動板が厚い屈曲振動モジュール、（ｂ）は振動板が薄い屈曲振動モジュールである。なお、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００４２】
本実施形態では、隣接する屈曲振動モジュール７において、屈曲振動による異なる共振周波数を有するようにする。具体的には、隣接する屈曲振動モジュール７のうち、一方の屈曲振動モジュール７に、厚さの厚い振動板３ａを用いるようにする（図１０（ａ）参照）。そして、他方の屈曲振動モジュールに、厚さの薄い振動板３ｂを用いるようにする（図１０（ｂ）参照）。このようにすることで、厚い振動板３ａを有する屈曲振動モジュール７では共振周波数が高くなり、薄い振動板３を有する屈曲振動モジュール７では、共振周波数が低くなる。
【００４３】
本実施形態の音響トランスデューサにおいては、屈曲振動モジュール７同士が接合されるのではなく、屈曲振動モジュール７が支持部材９に固定されている。そのため、支持部材９で固定されている部分が振動の節となるため、隣接する屈曲振動モジュール７で結合共振が生起されることはない。したがって、それぞれの屈曲振動モジュール７の屈曲振動の共振周波数を独立して設定することができる。また、３つ以上の屈曲振動モジュール７の振動板３の厚さを３種類以上に変えることで、３種類以上の共振周波数を利用することも可能である。
【００４４】
図１１に示すように、一方の厚さの薄い振動板３ｂを有する屈曲振動モジュール７の屈曲振動における共振周波数をｆｒ１、反共振周波数をｆａ１、他方の厚さの厚い振動板３ａを有する屈曲振動モジュール７の屈曲振動における共振周波数をｆｒ２、反共振周波数をｆａ２とすると、一方の屈曲振動モジュール７の反共振周波数ｆａ１に、他方の屈曲振動モジュール７の振動モードにおける共振周波数ｆｒ２を一致させることで、屈曲振動モジュール７の反共振による音響トランスデューサの送波電圧感度の大きな落ち込みを大幅に低減することができる（図１１参照）。
【００４５】
以上のことより、水柱共振と、共振周波数をずらした屈曲振動モジュール７の屈曲振動による屈曲共振とを利用することによって、図１２に示すように、広帯域にわたって高い送波電圧感度を有する音響トランスデューサを得ることができる。
【００４６】
このように、本実施形態の音響トランスデューサでは、屈曲振動モジュール７の屈曲振動の共振周波数は、屈曲振動モジュール７の厚さを変えることにより変更することが可能である。そのため、実際は限られた寸法で音響トランスデューサを設計しなければならない場合がほとんどであるが、本発明の音響トランスデューサは、サイズを大きくすることなく低周波数の水柱共振が得られ、かつ、屈曲振動の共振周波数を広く設定できるので、設計自由度を大きくすることができる。
【００４７】
次に、本発明に係る音響トランスデューサのさらに他の実施形態について説明する。
図１３に、本発明に係る音響トランスデューサのさらに他の実施形態における屈曲振動モジュールの概略構成図を示す。なお、上述の実施形態と同様な構成については説明を省略する。
【００４８】
屈曲振動モジュール７は、支持部材９との接合部を節とした屈曲振動をする。しかしながら、屈曲振動モジュール７の両端部はエンドプレート１４に接合されているため、エンドプレート１４付近の屈曲振動モジュール７の屈曲振動の振幅が抑制されてしまう。そこで、エンドプレート１４付近の屈曲振動モジュール７の振動板３の厚さを薄くした振動板薄肉部３’を設けるか、エンドプレート１４と振動板３との間に、振動板３の厚さよりも薄い緩衝材（不図示）を設けるようにする。このようにすることで、エンドプレート１４に起因する屈曲振動モジュール７の屈曲振動を拘束する力を振動板３に伝わりにくくすることができ、その結果として、屈曲振動モジュール７の屈曲振動の振幅を大きく保つことができる。また、この構造にすることにより、エンドプレート１４と屈曲振動モジュール７との接合点を支持点として屈曲振動モジュール７に発生する屈曲振動を低減させることができる。
【００４９】
なお、本発明の音響トランスデューサの支持部材９として、シャフト８から屈曲振動モジュール７に向かって圧電振動子を積層させた圧電振動子積層体を用いることができる。屈曲振動子積層体に電圧を印加することで、圧電振動子積層体は半径方向に同時に伸縮する。この伸縮による変位を屈曲振動モジュール７に伝えることで屈曲振動モジュール７を振動させ外部に音響放射を行うことができる。 この場合、屈曲振動モジュール７自身の振動とともに、圧電振動子積層体の伸縮によって励起される屈曲振動モジュール７の振動を利用することにより、屈曲振動モジュール７の屈曲振動による共振周波数、水柱共振の共振周波数、および圧電振動子積層体が屈曲振動モジュール７全体を半径方向に一様に振動させる共振の共振周波数の３つの共振周波数を使用することができる。この３つの共振周波数を少しずつずらし、また、その位相関係を適切に設定することにより、より広帯域の音響放射が可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１  屈曲振動体
２  板状圧電振動子
２’板状圧電振動子積層体
３  振動板
３ａ厚い振動板
３ｂ薄い振動板
３’振動板薄肉部
４  開放穴
５  防水構造
６  緩衝材
７  屈曲振動モジュール
８  シャフト
９  支持部材
１０電極
１１接続線
１４エンドプレート
２０切欠き部
２１音響発生部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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