(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形弾性体を円周方向に複数に等分割し軸方向に互いに平行に分離して円筒形に配列された複数の振動板と、該複数の振動板を円筒形の軸方向に等分割する複数のスリットと、前記円筒形に配列された複数の振動板の軸方向両端部に設けられた一対の円筒形振動体と、該一対の円筒形振動体に電気的信号を与えるために該円筒形振動体に接続されたリード線と、前記円筒形全体を覆う絶縁シースとを備え、前記複数の振動板が前記円筒形の径方向に屈曲することにより生じる屈曲振動と、前記一対の円筒形振動体及び前記複数の振動板が前記円筒形の径方向に移動することにより生じる呼吸振動との共振により、水中に音波を放射する屈曲型送受波器であって、
前記一対の円筒形振動体と前記絶縁シースとの間に接着して設けられ、前記一対の円筒形振動体の外径と同じ外径を有する円形の板により形成され、所定の位置に前記リード線を貫通させる穴を有する一対のプレートと、前記一対のプレート間の間隔が一定となるように、前記一対のプレートを固定するボルト及びナットとを備え、前記一対の円筒形振動体及び前記複数の振動板の呼吸振動に合わせて前記一対のプレートを径方向へ伸縮させるために、前記一対のプレートを、厚み方向の剛性が比較的高く、径方向の剛性が比較的低い一方向強度材料より形成したことを特徴とする屈曲型送受波器。
【請求項２】
前記一対のプレートの前記一方向強度材料により、前記呼吸振動による音波の周波数を前記屈曲振動による音波の周波数に近接させ、前記呼吸振動による音波の周波数を前記屈曲振動による音波の周波数に重畳させ、広い周波数帯域で一定以上の送受波レベルが得られ、広い周波数帯域で低い機械的共振周波数の音波を放射できることを特徴とする請求項１記載の屈曲型送受波器。
【請求項３】
前記一対の円筒形振動体は、前記複数の振動板により形成された円筒形配列の中心軸と同軸で、かつ、前記複数の振動板の円筒形配列外周とほぼ同じ外周と、前記複数の振動板の円筒形配列内周よりも小径の内周とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の屈曲型送受波器。
【請求項４】
前記一対の円筒形振動体は、前記複数の振動板の円筒形配列の内径に等しい外径を有し、前記複数の振動板の円筒形状配列の軸方向の中央と両端部との間にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１又は２記載の屈曲型送受波器。
【請求項５】
前記一対のプレートのいずれか一方のプレートの中心部にボルトが貫通し、該ボルトを他方のプレートの中心部に配置されたナットによって締め付けることにより、前記一対のプレートを固定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の屈曲型送受波器。
【請求項６】
前記一対のプレートと、前記ボルト及びナットとの境界面には、弾性体が充填され、水密保護されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の屈曲型送受波器。
【請求項７】
前記弾性体が、合成樹脂であることを特徴とする請求項６記載の屈曲型送受波器。
【請求項８】
前記一対の円筒形振動体は、円周方向にリング状に並べられた複数のアクティブ振動体と、前記複数のアクティブ振動体の間に配置された複数の周波数調整材と、前記複数のアクティブ振動体及び前記複数の周波数調整材の外周囲を締め付けて固定する繊維材とを有する一対の複合円筒形振動体であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載の屈曲型送受波器。
【請求項９】
前記複数のアクティブ振動体の各々は、円柱又は角柱であることを特徴とする請求項８記載の屈曲型送受波器。
【請求項１０】
前記周波数調整材の密度を調整することにより、前記一対の複合円筒形振動体の径方向の呼吸振動による音波の周波数を調整することを特徴とする請求項８又は９記載の屈曲型送受波器。
【請求項１１】
前記周波数調整材の密度を増大することにより、前記呼吸振動による周波数を低くし、前記屈曲振動による音波の周波数に近接させることを特徴とする請求項１０記載の屈曲型送受波器。
【請求項１２】
前記呼吸振動による音波の周波数帯と前記屈曲振動による音波の周波数帯とを重畳させ、広い共振周波数帯域幅で一定以上の送波レベルが得られることを特徴とする請求項１１記載の屈曲型送受波器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水中に音波を放射する電気音響変換器に係り、特に、円筒形に並べられた複数の振動板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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の屈曲型送受波器は、電気／機械変換素子として円筒形振動子を積層し、円筒形振動子の外面又は内面に絶縁シースを設け、リード線を介して送受信する構造であり、送波音圧を高く得るためには、円筒形振動子の呼吸振動モードによる共振を利用して送信周波数を設定していた。しかし、この種の送受波器は、円筒形振動子の剛性が高いために呼吸振動モードによる共振周波数が高くなり、逆に、呼吸振動モードによる共振周波数を低くしようとすると、装置全体の外径が大きくなるという欠点があった。
【０００３】
このため、低周波数で小型・軽量の送受波器を得るために、円筒型振動子のたて振動と、この円筒型振動子に支点を提供する支持リングの支持力とにより、振動板にたわみ共振を起こさせると共に、振動板内面空間で音響管を構成して振動板の内面放射音波を遅相してほぼ同位相と外面放射音波に重畳する必要があった。すなわち、円筒形状の軸方向に設けられた複数の振動板の屈曲振動モードを利用し、この屈曲振動モードの共振周波数を低くすることにより、周波数の音波を小型・軽量の屈曲型送受波器で得るものである。
【０００４】
上述した従来例の一例として、例えば特開平２−３０９７９９号公報に示された送受波器（以下、第１の従来例という）がある。以下、この第１の従来例について説明する。
まず、この従来例の構成について説明する。図７は、上述した第１の従来例の屈曲型送受波器の構成を示す概略図である。この例は、円筒形振動体３ａ，３ｂの円周上に、例えば、８片の振動板２が並べられ、並べられた８片の振動板２を固定するように、上下端部に支持リング４ａ，４ｂが設けられ、これら全体の外周囲は、外部シート１により覆われ、水密保護されている構造を有している。しかしながら、振動板２の振動による発生音波は、振動板２の内外面で位相が反転し、内面放射音波がそのまま外面放射音波に重畳されるので、音波短絡現象を引き起こし、外面放射音波エネルギーを抑圧してしまう。このため、この短絡現象を回避するために、振動子２の内面放射音波の位相を外面放射音波の位相に合致させるように構成されている。
【０００５】
次に、この従来例の動作について説明する。図８は、上述した第１の従来例の屈曲型送受波器の縦断面の一部分を示す部分断面図である。まず、円筒形振動体３ａ，３ｂにリード線５を介して、振動板２の屈曲振動モードで生じる機械共振周波数（ｆｒ）と同じ周波数の電気信号を加えると、円筒形振動体３ａ，３ｂの径方向振動が発生し、この径方向振動により支持リング４ａ，４ｂを支点とした振動板２の屈曲振動モードが発生する。この屈曲振動モードによる機械的共振により、低周波の音響出力を得ることができる。機械的共振周波数ｆｒは、振動板２の長さをＬ（ｃｍ）、厚みをｔ（ｃｍ）とし、縦弾性係数をＥ（ｋｇ／ｃｍ２ ）、密度をρ（ｋｇ／ｃｍ３ ）、ポアソン比をα、振動系により定まる無次元係数をσとすると、簡単には、以下の式で表される。
ｆｒ＝απｔ／２Ｌ２ ｛Ｅ／３（１−σ２ ）ρ｝１／２     ・・・（１）
すなわち、機械的共振周波数ｆｒは、振動板２の材質及び寸法に依存して１つの値に決まってしまうものである。
【０００６】
従って、上記第１の従来装置にあっては、小型軽量の屈曲型送受波器で低周波数の音響放射を行うことができるものの、上述したように、構成する振動板の屈曲振動モードによる機械的共振周波数ｆｒが振動板の材質及び寸法に依存して１つの値に決まってしまい、一定以上の送受波レベルが得られる周波数帯域が狭くなっている。
【０００７】
そこで、上述したような低周波数を得るために、一定以上の送波レベルが得られる周波数帯域を広くするために、円筒形振動子が呼吸振動を行い、分割板に径方向の駆動力を加えるものとして、特開平０９−０３７３７９号公報記載の超音波振動子及びその製造方法（以下、第２の従来例という）がある。第２の従来例は、圧電セラミックスからなる円環状あるいは円筒状の圧電振動子内において、その円筒径方向であってその円筒軸方向に垂直な面内に、空孔群が分布された面が、圧電振動子の円筒径の面においてその厚さの１／３以下のピッチで複数箇所に形成された構成である。このような空孔群は、圧電振動子のヤング率を低下させて、厚さ方向以外の共振モードの結合を小さくする働きがあり、内面電極及び外面電極に高電圧を印加すると、圧電振動子が、厚さ方向に分極された円環形状で厚み振動を行い、円筒波を放射している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第２の従来装置にあっても、溝の代わりに圧電セラミックの空孔群を形成し、この空孔群により圧電振動子のヤング率を低下させ、円筒形振動子が呼吸運動を行い径方向の駆動力を発生するものであるので、圧電セラミックの製造方法に細心の注意を払う必要があり、また、圧電振動子形成工程，焼成工程，電極形成工程と製造方法が非常に複雑になり、さらに、目的の送受波器を製造するためには、かなりの大きさを必要とするという問題があった。
【０００９】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、小型かつ低周波数を達成する振動板の屈曲振動モードを利用し、かつ、広い周波数帯域で一定以上の送波レベルが得られる屈曲型送受波器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、円筒形弾性体を円周方向に複数に等分割し軸方向に互いに平行に分離して円筒形に配列された複数の振動板と、該複数の振動板を円筒形の軸方向に等分割する複数のスリットと、上記円筒形に配列された複数の振動板の軸方向両端部に設けられた一対の円筒形振動体と、該一対の円筒形振動体に電気的信号を与えるために該円筒形振動体に接続されたリード線と、上記円筒形全体を覆う絶縁シースとを備え、上記複数の振動板が上記円筒形の径方向に屈曲することにより生じる屈曲振動と、上記一対の円筒形振動体及び上記複数の振動板が上記円筒形の径方向に移動することにより生じる呼吸振動との共振により、水中に音波を放射する屈曲型送受波器であって、
上記一対の円筒形振動体と上記絶縁シースとの間に接着して設けられ、上記一対の円筒形振動体の外径と同じ外径を有する円形の板により形成され、所定の位置に上記リード線を貫通させる穴を有する１対のプレートと、上記一対のプレート間の間隔が一定となるように、上記一対のプレートを固定するボルト及びナットとを備え、上記一対の円筒形振動体及び上記複数の振動板の呼吸振動に合わせて上記一対のプレートを径方向へ伸縮させるために、上記一対のプレートを、厚み方向の剛性が比較的高く、径方向の剛性が比較的低い一方向強度材料より形成したことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対のプレートの上記一方向強度材料により、上記呼吸振動による音波の周波数を上記屈曲振動による音波の周波数に近接させ、上記呼吸振動による音波の周波数を上記屈曲振動による音波の周波数に重畳させ、一定以上の送受波レベルが得られ、広い周波数帯域で低い機械的共振周波数の音波を放射できることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対の円筒形振動体は、上記複数の振動板により形成された円筒形配列の中心軸と同軸で、かつ、上記複数の振動板の円筒形配列外周とほぼ同じ外周と、上記複数の振動板の円筒形配列内周よりも小径の内周とを有することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対の円筒形振動体は、上記複数の振動板の円筒形配列の内径に等しい外径を有し、上記複数の振動板の円筒形状配列の軸方向の中央と両端部との間にそれぞれ設けられたことを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対のプレートのいずれか一方のプレートの中心部にボルトが貫通し、該ボルトを他方のプレートの中心部に配置されたナットによって締め付けることにより、上記一対のプレートを固定したことを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対のプレートと、上記ボルト及びナットとの境界面には、弾性体が充填され、水密保護されていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の屈曲型送受波器に係り、上記弾性体が、合成樹脂であることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか１に記載の屈曲型送受波器に係り、上記一対の円筒形振動体は、円周方向にリング状に並べられた複数のアクティブ振動体と、上記複数のアクティブ振動体の間に配置された複数の周波数調整材と、上記複数のアクティブ振動体及び上記複数の周波数調整材の外周囲を締め付けて固定する繊維材とを有する一対の複合円筒形振動体であることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の屈曲型送受波器に係り、上記複数のアクティブ振動体の各々は、円柱又は角柱であることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載の屈曲型送受波器に係り、上記周波数調整材の密度を調整することにより、上記一対の複合円筒形振動体の径方向の呼吸振動による音波の周波数を調整することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の屈曲型送受波器に係り、上記周波数調整材の密度を増大することにより、上記呼吸振動による周波数を低くし、上記屈曲振動による音波の周波数に近接させることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の屈曲型送受波器に係り、上記呼吸振動による音波の周波数帯と上記屈曲振動による音波の周波数帯とを重畳させ、広い共振周波数帯域幅で一定以上の送波レベルが得られることを特徴としている。
【００２２】
以上説明したように、この発明の第１の手段では、屈曲型送受波器の上下端面に円筒形の長さ方向には剛性が強く、円筒形の径方向には剛性が低い一方向強化材により形成されたプレートを配置し、プレートをボルト及びナットによって締め付けて固定している。
【００２３】
また、この発明の第２の手段では、第１の手段を有する屈曲型送受波器において、円筒形振動体をアクティブ振動体と周波数調整材とを円形に並べてその外周囲を繊維材により巻き込んで円筒形に形成した複合円筒形振動体を用いている。
【００２４】
【作用】
第１の手段では、円筒形振動体が円周方向の拡がりによる呼吸振動モードを発生させたとき、プレートも円筒形振動体の呼吸振動モードに追従して径拡がりを行うため、円筒形振動体の呼吸振動モードの動作を妨げることなく、円筒形振動体と振動板とで形成する円筒形状全体の呼吸振動モードを得ることができる。従って、円筒形振動体の縦振動によって生じる振動板の屈曲振動モードによる共振周波数と合わせて、２つの共振周波数を実現することができる。
また、第２の手段では、周波数調整材により複合円筒形振動体の呼吸振動モードによる共振周波数を下げることができ、この呼吸振動モードによる共振周波数を振動板の屈曲振動モードによる共振周波数に近づけることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。説明は実施例を用いて具体的に行う。
◇第１実施例
まず、この発明の第１実施例の構成について説明する。
図１は、この発明の第１実施例である屈曲型送受波器の構成を示す概略図である。この例は、円筒形弾性体を円周方向に複数に等分割し軸方向に互いに平行に分離して円筒形に配列された複数の振動板２と、複数の振動板２を円筒形の軸方向に等分割する複数のスリット８と、円筒形に配列された複数の振動板２の軸方向両端部に設けられた一対の円筒形振動体３ａ，３ｂと、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂに電気的信号を与えるために円筒形振動体３ａ，３ｂに接続されたリード線５と、円筒形全体を覆う絶縁シース１とを備える。特に、この例は、特に、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂと絶縁シース１との間に接着して設けられ、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの外径と同じ外径を有する円形の板により形成され、所定の位置にリード線５を貫通させる穴を有する一対のプレート４０ａ，４０ｂと、一対のプレート４０ａ，４０ｂ間の間隔が一定となるように、一対のプレート４０ａ，４０ｂを固定するボルト６及びナット７とを備え、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂ及び複数の振動板２の呼吸振動に合わせて一対のプレート４０ａ，４０ｂを径方向へ伸縮させるために、一対のプレート４０ａ，４０ｂを、厚み方向の剛性が高く、径方向の剛性が低い一方向強度材料より形成したことを特徴としている。これにより、複数の振動板２が円筒形の径方向に屈曲することにより生じる屈曲振動と、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂ及び複数の振動板２が円筒形の径方向に移動することにより生じる呼吸振動とにより、音響管を構成し、水中に音波放射する屈曲型送受波器である。
【００２６】
次に、この例の各部の詳細構成について説明する。複数の振動板２は、金属又は合成樹脂等の弾性体により円筒形状に形成され、円筒形弾性体の内周の軸方向に平行に設けられた複数のスリット８により、複数にほぼ等分割され、かつ互いに分離されて配列されている。また、複数の振動板２の円筒形状配列の軸方向寸法は、音波のほぼ半波長から１波長間に設定され、複数の振動板２の屈曲振動により水中に音波放射することができる。また、複数の振動板２は、ここでは、円筒形状（横断面が円形）に配置されているが、その形状は、必要に応じて、フラット形状（横断面が多角形）、コンケープ形状（横断面が凹状の波線）、あるいはコンベックス形状（横断面が凸状の波線）にすることができる。さらに、複数の振動板２の各々は、少なくとも４個に等分割されるのが好ましい。また、複数のスリット８は、円筒形状に配列された複数の振動板２それぞれの間に設けられ、複数の振動板２を互いに分離させ、複数の振動板２が振動する際に振動板２同士が接触しないように、円筒形弾性体の内周の軸方向に沿って平行に設けられている。また、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂは、複数の振動板２の軸方向上下端部に接着され、複数の振動板２により形成された円筒形状配列の中心軸と同軸で、かつ、複数の振動板２の円筒形状配列外周とほぼ同じ外周と、複数の振動板２の円筒形状配列内周よりも小径の内周とを有するが、円筒形状配列の軸方向の中央と両端部との間に設けることもできる。この場合は、複数の振動板２の円筒形状配列の内周が円筒形振動体３ａ，３ｂの外周に等しくなる。円筒形振動体３ａ，３ｂは、入力される電気信号に応じて振動してこの振動を複数の振動板２に伝達する。
【００２７】
また、一対のプレート４０ａ，４０ｂは、複数の振動板２と円筒形振動体３ａ，３ｂとにより形成された円筒形状の軸方向両端部に接着して設けられ、厚み方向の剛性が高く径方向の剛性が低い一方向強度材料を用い、かつ、リード線５を貫通させるための穴を有する。また、リード線２は、外部から円筒形振動体３ａ，３ｂに振動を与えるために、一方のプレート４０ａの一部分から円筒形振動体３ａ，３ｂに電気信号を供給する。リード線５と一対のプレート４０ａ，４０ｂとの境界面には弾性体が充填され、水密保護されている。弾性体としては、合成樹脂を用いるのが好ましい。また、ボルト６及びナット７は、一対のプレート４０ａ，４０ｂのいずれか一方の中心部にボルト６が貫通し、他方の中心部にナット７を配置し、このナット７及びボルト６によって一対のプレート４０ａ，４０ｂを固定し、円筒形状全体を締め付け固定している。従って、一対のプレート４０ａ，４０ｂ間の間隔はほぼ一定である。なお、ボルト６，ナット７は、一対のプレート４０ａ，４０ｂを固定できるならば、単なるシャフトであっても良い。ボルト６及びナット７と、一対のプレート４０ａ，４０ｂとの境界面には、弾性体が充填され、水密保護されている。弾性体は、合成樹脂を用いるのが好ましい。また、絶縁シース１は、複数の振動板２と一対のプレート４０ａ，４０ｂとを被覆するために、一対のプレート４０ａ，４０ｂ及び複数の振動板２によって形成された円筒形状の円周囲に接着剤により密着されている。なお、各分割振動板２間の隙間は小さいので、絶縁シース１を適宜厚くすることにより高耐水圧性の送受波とすることができる。
【００２８】
次に、この例の動作について説明する。
まず、この例における屈曲振動モードの動作について説明する。図２は、この例における屈曲振動モードの動作を示す概略図である。屈曲振動モードは、円筒形振動体３ａ，３ｂが円筒形の軸方向に動き、複数の振動板２が屈曲するモードである。まず、外部からリード線５に電気信号を与え、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂを励振させ、機械的振動を発生させる。複数の振動板２と一対の円筒形振動体３ａ，３ｂとは接着固定されており、また、ボルト６とナット７とによって一対のプレート４０ａ，４０ｂの間隔が拘束されているので、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂが、上述の機械的振動によって軸方向に縦振動するとき、複数の振動板２と一対の円筒形振動体３ａ，３ｂとの接合面を支点として、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂに屈曲振動モードが発生する。このとき、屈曲型送受波器の径方向に屈曲振動モードによる音波放射が行われる。
【００２９】
次に、この例における呼吸振動モードの動作について説明する。図３は、この例における呼吸振動モードの動作を示す概略図である。呼吸振動モードは、円筒形振動体３ａ，３ｂが円筒形の径方向に動き、円筒形振動体３ａ，３ｂと複数の振動板２とが一緒に径方向に動くモードである。まず、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードを励起する周波数の電気信号を与えると、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂは呼吸振動モードを発生する。一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードに合わせ、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂと複数の振動板２とにより形成される円筒形状全体の呼吸振動モードが励起される。この呼吸振動モードによる共振周波数は、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの形状により、以下の式により決まる。
ｆｒ’＝（１／２πａ）×（Ｅ／ρ）１／２ ・・・（２）
ここで、ａ：円筒形振動体３ａ，３ｂの平均半径、Ｅ：円筒形振動体３ａ，３ｂの縦弾性係数、ρ：円筒形振動体３ａ，３ｂの密度である。このとき、一対のプレート４０ａ，４０ｂの径方向の剛性は、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モード発生力よりも十分弱くなるように設定してあるので、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードに合わせ、一対のプレート４０ａ，４０ｂも径方向へ伸縮する。従って、一対のプレート４０ａ，４０ｂが一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードによる振幅を妨げることはない。このように、この例では、振動板２の屈曲振動モードによる第１のモードに加え、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂと複数の振動板２とによる円筒形状全体の呼吸振動による第２のモードとを、近接する周波数で得ることができる。従って、複数の振動板２の屈曲振動モードと、円筒形振動体３ａ，３ｂ及び複数の振動板２の呼吸振動モードとを利用し、低い機械的共振周波数の音波を放射できる周波数帯域を広げることができる。
【００３０】
上述したように、この例では、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂが周方向の広がりによる呼吸振動モードを発生させたとき、一対のプレート４０ａ，４０ｂも一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードに追従し、径広がりを行うため、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの呼吸振動モードの動作を妨げることなく、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂと複数の振動板２とで形成する円筒形状全体の呼吸振動モードを得ることができる。従って、図３に示した呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’を、図２に示したような一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの縦振動による複数の振動板２の屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒと合わせると、２つの共振周波数が連続し、広い周波数帯域で一定以上の送受波レベルが得られる。
【００３１】
◇第２実施例
次に、この発明の第２実施例について説明する。
まず、この発明の第２実施例の構成について説明する。図４は、この例に係る複合円筒形振動板の構成を示す概略図である。上述した第１実施例では、振動励起の駆動源として一対の円筒形振動体３ａ，３ｂを用いたが、この例では、一対の円筒形振動体３ａ，３ｂの代わりに、一対の複合円筒形振動体５０を用いる。従って、この例は、円筒形弾性体を円周方向に複数に等分割し軸方向に互いに平行に分離して円筒形に配列された複数の振動板２と、複数の振動板２を円筒形の軸方向に等分割する複数のスリット８と、円筒形に配列された複数の振動板２の軸方向両端部に設けられた一対の複合円筒形振動体５０と、一対の複合円筒形振動体５０に電気的信号を与えるために複合円筒形振動体５０に接続されたリード線５と、円筒形全体を覆う絶縁シース１とを備え、一対の複合円筒形振動体５０と絶縁シース１との間に接着して設けられ、一対の複合円筒形振動体５０の外径と同じ外径を有する円形の板により形成され、所定の位置にリード線５を貫通させる穴を有する一対のプレート４０ａ，４０ｂと、一対のプレート４０ａ，４０ｂ間の間隔が一定となるように、一対のプレート４０ａ，４０ｂを固定するボルト６及びナット７とを備え、一対の複合円筒形振動体５０及び複数の振動板２の呼吸振動に合わせて一対のプレート４０ａ，４０ｂを径方向へ伸縮させるために、一対のプレート４０ａ，４０ｂを、厚み方向の剛性が高く、径方向の剛性が低い一方向強度材料より形成している。特に、この例で用いる複合円筒形振動体５０は、円周方向にリング状に並べられた複数のアクティブ振動体９と、複数のアクティブ振動体９の間に配置された周波数調整材２０とを円状に並べ、周囲全体を繊維材１０により締め付け固定した構造である。複数のアクティブ振動体９は、上面から見て矩形状であり、円周方向にリング状に並べると多角形状に配置される。周波数調整材２０は、複数のアクティブ振動体９間に配置され、その密度を変えることにより複合円筒形振動体５０全体の密度を変え、複合円筒形振動体５０による共振周波数を変えることができる。繊維材１０は、複数のアクティブ振動体９及び複数の周波数調整材２０の外周囲を締め付けて固定する。これにより、複数の振動板２が円筒形の径方向に屈曲することにより生じる屈曲振動と、一対の複合円筒形振動体５０及び複数の振動板２が円筒形の径方向に移動することにより生じる呼吸振動とにより、音響管を構成し、水中に音波放射する屈曲型送受波器である。
【００３２】
次に、この例の動作について説明する。
まず、この例における屈曲振動モードについて説明する。外部からリード線５に電気信号を与え、一対の複合円筒形振動体５０を励振させ、機械的振動を発生させる。複数の振動板２と一対の複合円筒形振動体５０とは接着固定されており、また、ボルト６とナット７とによって一対のプレート４０ａ，４０ｂの間隔が拘束されているので、一対の複合円筒形振動体５０が、上述の機械的振動によって縦振動するとき、複数の振動板２と一対の複合円筒形振動体５０との接合面を支点として、一対の複合円筒形振動体５０に屈曲振動モードが発生する。このとき、屈曲型送受波器の径方向に屈曲振動モードによる音波放射が行われる。
【００３３】
次に、この例における呼吸振動モードの動作について説明する。まず、一対の複合円筒形振動体５０の呼吸振動モードを励起する周波数の電気信号を与えると、一対の複合円筒形振動体５０は呼吸振動モードを発生する。一対の複合円筒形振動体５０の呼吸振動モードに合わせ、一対の複合円筒形振動体５０と複数の振動板２とにより形成される円筒形状全体の呼吸振動モードが励起される。この呼吸振動モードによる共振周波数は、上述した式（２）で得られる。ここで、複合円筒形振動体５０の周波数調整材２０の密度を大きくしていき、複合円筒形振動体５０全体としてのρ（密度）を増加させる。このようにして、ρ（密度）を調整し、式（２）で得られる円筒形状の呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’を、振動板２の屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒに近づける。２つの機械的共振モードによる共振周波数ｆｒ，ｆｒ’を近づけていくと、２つの周波数帯が重畳し、一定以上のレベルが得られる周波数帯域幅を広げることができる。周波数調整材２０の密度の調整は、材料を変えることにより調整することができる。
【００３４】
上述したように、この発明の第２実施例では、周波数調整材２０の密度を変えることにより複合円筒形振動体５０の呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’を下げることができ、振動板２の屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒに近づけることができる。
【００３５】
図５は、この発明の実施例である屈曲型送受波器に係る送波レベル−周波数特性を示すグラフである。実線は従来例に係る送波レベル−周波数特性を示し、点線はこの発明に係る送波レベル−周波数特性を示している。この送波レベル−周波数特性は、図５の実線で示した従来例では、一定以上の送波レベルが得られる周波数は、屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒのみであるが、この発明によると、図２に示す振動板２の屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒと、図３に示す円筒形状の呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’という２つの共振周波数により、図５の点線で示すような、一定以上の送波レベルを得られる周波数帯が２つ得られる。
【００３６】
図６は、図５と同様に、この発明の実施例である屈曲型送受波器に係る送波レベル−周波数特性を示すグラフであるが、図５と比較すると、２つの周波数がより近づいたときのグラフである。円筒形振動子２の円筒形状の径寸法を大きくしていくと、式（２）から呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’が低下していき、屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒに近づき、２つの共振周波数ｆｒとｆｒ’とが近づくことによって、２つの周波数帯が重畳し、図６に示すように、一定以上の送波レベルが得られる周波数帯域幅が広がる。図６では、この一定以上の送波レベルを「所要レベル」として示している。すなわち、図６では、屈曲振動モードによる共振周波数ｆｒと呼吸振動モードによる共振周波数ｆｒ’とは連続して所要レベル以上の値の送波レベルであることを示している。
【００３７】
以上、この発明の実施例について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、上述した実施例においては、複数の振動板２を円筒形状に配列するとしたが、これに限らず、必要に応じて多角形状に配列しても良い。
【００３８】
また、上述した実施例においては、円筒形の振動板２を必要に応じて、その断面がフラット形状，コンケーブ形状，コンベックス形状にしても構わないとしたが、これに限らず、これら以外の波状で構成しても良いし、ランダムな形状で構成にしても良い。
【００３９】
また、上述した実施例においては、複合円筒形振動体５０のアクティブ振動体９及び周波数調整材２０の周囲を繊維材１０により締め付け固定した構成であるが、これに限らず、複合円筒形振動体５０として、その他の構成要素を付加しても良い。
【００４０】
また、上述した実施例においては、複合円筒形振動体５０のアクティブ振動体９は、矩形としたが、これに限らず、その役目を果たすものなら、対向する辺を曲線で形成しても良いし、他の形状にしても良い。
【００４１】
また、上述した実施例においては、複合円筒形振動体５０の繊維材１０は、繊維だけでなく、他の材料、例えば、合成樹脂よりなる弾性体で構成しても良い。
【００４２】
また、上述した実施例においては、一対のプレート４０ａ，４０ｂとボルト６又はナット７との境界部は、合成樹脂が充填され、水密保護される構成にしたが、これに限らず、水密保護できれば合成樹脂以外の材料により構成しても良い。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、振動板の屈曲振動モードによる第１のモードに加え、一対の円筒形振動体（あるいは、複合円筒形振動体）と振動板とによる円筒形状全体の呼吸振動による第２のモードを、近接する周波数で得ることができるので、複数の振動板の屈曲振動モードと円筒の呼吸振動モードとを利用し、低い機械的共振周波数の音波放射できる屈曲型送受波器の周波数帯域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例である屈曲型送受波器の構成を示す概略図である。
【図２】この発明の第１実施例である屈曲型送受波器の動作（屈曲振動モード）を示す概略図である。
【図３】この発明の第１実施例である屈曲型送受波器の動作（呼吸振動モード）を示す概略図である。
【図４】この発明の第２実施例である屈曲型送受波器に係る複合円筒形振動体の構造を示す概略図である。
【図５】この発明の実施例である屈曲型送受波器に係る送波レベル周波数特性の一例を示すグラフである。
【図６】この発明の実施例である屈曲型送受波器に係る送波レベル周波数特性の一例を示すグラフである。
【図７】従来の屈曲型送受波器の構成を示す概略図である。
【図８】従来の屈曲型送受波器の動作を示す概略図である。
【符号の説明】
１  絶縁シース
２  振動板
２ａ  屈曲振動モード
２ｂ  呼吸振動モード
３ａ，３ｂ  円筒形振動体
４ａ，４ｂ  支持リング（従来例）
５  リード線
６  ボルト
７  ナット
８  スリット
９  アクティブ振動体
１０  繊維材
２０  周波数調整材
４０ａ，４０ｂ  プレート
５０  複合円筒形振動体
【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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