(57)【要約】中心の貫通した開口部を有する、前面と後面とを有する電気絶縁基部部材を備えている感圧スイッチ。２つの電極は前面に据え付けられる。可撓性のひだを付けられたダイアフラムは、基部の後面に流体を防ぐ方法で固定される周縁を有しており、中心に位置決めされたポストを提供される。ポストは基部部材を通って伸び、導電性ワッシャが取り付けられている。流体を防ぐキャップは前面に固定されており、ワッシャの上の領域を覆い、流体がスイッチメカニズムの中に入ることを防ぐ。スイッチが大気圧にさらされたときには、スイッチは閉じられたままであるが、大気圧を超える圧力にさらされたときには、ダイアフラムの中心部分がワッシャを押して両方の電極との接続を外し、その結果、２つの電極の電気的接続を断つ。感圧スイッチは、地震ストリーマケーブルにおけるようなハイドロフォンに特に有用である。
2009508305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感圧スイッチであって、
第１の表面と第２の表面とを有し、かつ、その中心部分を貫通して形成された開口部を有する電気絶縁材料で作られる基部部材であって、第１の電極と第２の電極とが該基部部材の該第２の表面に据え付けられている、基部部材と、
該基部部材の該第１の表面に実質的に流体を防ぐ方法でしっかりと固定されている周辺部分と、該基部部材を貫通して形成される該開口部の上に重なっている中心部分とを有する、複数のひだを有して形成される可撓性ダイアフラムと、
該可撓性ダイアフラムの該中心部分に取り付けられる第１の端部を有するポストであって、該ポストは、該基部部材の該開口部を通って自由に移動し、該ポストは、その周囲にしっかりと据え付けられた導電性ワッシャを有しており、該ポストは、該基部部材の該第２の表面を越えて伸び、該導電性ワッシャは、通常の大気圧の下で作用する該可撓性ダイアフラムのバイアスの下で、該第１の電極と該第２の電極とを電気的に接触する、ポストと、
該基部部材の該第２の表面に実質的に流体を防ぐ方法でしっかりと固定されたキャップであって、該キャップは、該基部部材の該中心部分を貫通した該開口部上の領域を囲み、該キャップは充分な隙間を提供して、該キャップの下での該ポストおよび該ワッシャの動きを可能にする、キャップと
を備えており、
該スイッチが大気圧にさらされたときには、該ワッシャが該第１の電極と該第２の電極とに接触して電気的に接続するが、該スイッチが、実質的に大気圧を超える圧力にさらされたときには、該ダイアフラムの該中心部分が、該第１の電極と該第２の電極とから離れるように該ワッシャを押し、それによって該第１の電極と該第２の電極とを互いに接続を断つように、該スイッチの上記の要素は配置される、感圧スイッチ。
【請求項２】
前記ダイアフラムは、実質的に円形であり、前記ひだは、実質的に回転対称であり、該ダイアフラムの中心に対して同心状である、請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項３】
前記ポストの前記第１の端部は、ハンダによって前記可撓性ダイアフラムに取り付けられる、請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項４】
前記ポストと前記ダイアフラムとの間の接触の領域は、前記可撓性ダイアフラムの屈曲特性に実質的に影響しないように充分に小さい、請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項５】
前記基部部材は、プリント回路基板を備えており、該プリント回路基板上において、前記感圧スイッチが大気圧にさらされたときには、前記ワッシャは前記第１の電極と前記第２の電極と電気的に接続し、該感圧スイッチが実質的に大気圧を超える圧力にさらされたときには、該ワッシャは該第１の電極と該第２の電極とから離れて該感圧スイッチの接続を断つような該プリント回路基板上のパターンとして、該第１の電極と該第２の電極とが該基部部材の前記第２の表面上に形成される、請求項１に記載の感圧スイッチ。
【請求項６】
前記プリント回路基板の前記パターンは、
前記第１の電極の一部分を形成する外側部分であって、該外側部分は、少なくとも部分的には前記基部部材の前記開口部を囲む、外側部分と、
前記第２の電極の一部分を形成する内側部分であって、該内側部分は、概して、該外側部分よりも該基部部材の該開口部に近い、内側部分と
を含む、請求項５に記載の感圧スイッチ。
【請求項７】
前記第１の電極の一部分を形成する前記外側部分は、円形の形状であり、前記第２の電極の一部分を形成する前記内側部分は、円を形成し、接触が該外側部分から放射状に内側に伸び、かつ、該内側部分から放射状に外側に伸びており、該接触は、互いに隣接する織り交ぜられた部分的なスポークを形成する、請求項６に記載の感圧スイッチ。
【請求項８】
ハイドロフォンケーブルアセンブリであって、
防水の中空細長プリズムシースと、
該シースにしっかりと固定された少なくとも１つの引っ張り部材と、
該シースに沿って一定に間を空けられた間隔で該シースの中空の内側に配置された複数のハイドロフォンと、
該複数のハイドロフォンから該シースの一端部に信号を伝達する信号伝達チャンネルと、
該ハイドロフォンケーブルアセンブリが所定の値よりも大きい圧力を受けたときには、該ハイドロフォンを動作しないようにするように配置されている少なくとも１つの感圧スイッチであって、該感圧スイッチは、少なくとも１つの請求項１に記載のスイッチを備えている、少なくとも１つの感圧スイッチと
を備えている、ハイドロフォンケーブルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、感圧スイッチに関し、特に、複数のハイドロフォンを備えているストリーマのアレイにおいて使用され得るハイドロフォントともに該スイッチを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
感圧スイッチは、所定の圧力においてオンまたはオフに装置を切り換えることが望まれる様々な用途において使用されている。例えば、過度の圧力において動作されたときには、スイッチによって制御される装置は、設計上の限界を超えることがあり得、損傷され得、または不正確かつ誤った読み取りを提供するので、スイッチングが望ましくなり得る。特定の政府の規制はまた、商業と軍事との両方の使用が可能である商業的装置の特定の形式、所謂二元的使用技術が、感圧スイッチに使用され、感圧スイッチが軍事的な用途に転換されるのを防ぐことを必要としている。
【０００３】
感圧スイッチの１つの重要な用途は、水中調査において使用されるハイドロフォンストリーマケーブルのアレイにおけるものである。このような調査において、調査船は、船の移動方向に実質的に平行に伸びる複数の水中ケーブルを牽引する。複数（一般的には４〜１０）のハイドロフォンケーブルのそれぞれは、船尾に位置決めされた一連の横方向に間隔を空けられたドラムのうちの１つに固定され、ハイドロフォンケーブルを横方向に離されたまま保ち、その結果、ハイドロフォンケーブルが互いにかつ船の移動方向に平行に伸びる。さらなる横方向の制御は、必要に応じてケーブルの舵をとる、各ケーブルに結合されるパラベーンによって提供される。これらのハイドロフォンケーブルは、相当な長さであり、最大で５０００メートルである。各ケーブルは、防水の中空細長プリズムシースと、一般的には、中空の可撓性ポリマチューブと、シースにしっかりと結合されている少なくとも１つの引っ張り部材とを備えており、この引っ張り部材がケーブルに構造的な完全性を提供し、その結果、ケーブルが時速数キロメートルの速度で水中を通って牽引される場合、長いケーブルに対して及ぼされる実質的な引く力によっても、ケーブルが損傷されない。商業的ケーブルは、通常、１２０°の間隔でプラスチックチューブの中に固定された鋼線の形式で３つの引っ張り部材を有する。ハイドロフォンは、プラスチックチューブの中に固定され、ケーブルの内側では、チューブの軸に沿って規則的な間隔、一般的には約１ｍの間隔で配置されている。これらのハイドロフォンは、地震調査において使用される爆発によってもたらされる水中の音圧を検出することが可能である圧力検出器、通常は、圧電性検出器を組み込む。チューブの中空の内側はオイルで満たされており、その結果、ケーブルを囲む水における振動がハイドロフォンに効果的に伝達される。導電体はハイドロフォンケーブルの全長で伸び、検出器に電力を供給して、船に搭載された記録機器および／または解析機器に、検出器から信号を運ぶ。必要とされる場合には、信号調節モジュールが、通常、増幅とフィルタリングのような信号調節とのために、約３００ｍ毎に含まれる。
【０００４】
商業的ハイドロフォンケーブルは、地震調査の間、通常、約６メートルから約２５メートルの深度で牽引されるが、調査者たちが搭載しているハイドロフォンは、１００メートル以下で動作し得る。対潜水艦戦争に関して当業者にとっては明らかであるように、専用の予防措置が全く存在しないと、既に記述された種類の商業的ハイドロフォンケーブルは、優れた潜水艦捜索デバイスを構成し、このようなケーブルの国際的な販売は、軍需品管理規制の下で規制されなければならない。わずらわしい規制がなく、商業的ハイドロフォンケーブルと特定の他の二元的使用技術との国際的な販売を可能にするために、米国と他の３２カ国は、Ｗａｓｓｅｎａａｒ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔ  ｏｎ  Ｅｘｐｏｒｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ  Ａｒｍｓ  ａｎｄ  Ｄｕａｌ−Ｕｓｅ  Ｇｏｏｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓを締結した。このＷａｓｓｅｎａａｒ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔとその下で公布された米国政府の規制（Ｃｏｍｍｅｒｃｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｌｉｓｔ、Ｐａｒｔ  ７７４、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ  Ｎｏ．１、Ｃａｔｅｇｏｒｙ  ６−Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ｌａｓｅｒｓを参照）とは、ハイドロフォンが３５メートルを超える水深においては動作を停止するように、ハイドロフォンケーブルが感圧スイッチを装備された場合には、ハイドロフォンケーブルが自由に販売され得るということを規定する。この幾分恣意的な制限は、深い海水に存在する躍層の深度の平均値である。対潜水艦戦争において有用であるためには、ハイドロフォンは、躍層よりも下で動作することが可能でなければならない。さらに、一旦、チューブ内に設置されると、感圧スイッチは調節可能であるべきではないということを、通商管理リストは述べている。
【０００５】
Ｗａｓｓｅｎａａｒ  Ａｇｒｅｅｍｅｎｔのこの「カットアウト」要求に適合する感圧スイッチの適切な形式を提供することは、困難であることが分かっている。このようなスイッチは、安価でなければならない。実際、アレイにおける数千の個々のハイドロフォンのそれぞれが、自身のスイッチを必要としており（商業的ユーザは、ハイドロフォントとスイッチとを一体型のユニットとして購入することを好む。なぜならば、ケーブル内にハイドロフォンとスイッチとを別々に設置することは、複雑になりあまりにも費用がかかりすぎるからである）、一体型のユニットに対する価格は約３０＄を超え得ないので、スイッチの費用は非常に低くならなければならない。実際、各ケーブル内のハイドロフォンが（一般的に）９６のセクションに配置され、さらに（一般的に）８つのグループに配置され、いずれか１つのスイッチの時期尚早な閉鎖が、ハイドロフォンの全グループを停止し、その結果、アレイ内の数千のスイッチの中の数個のスイッチの時期尚早な閉鎖が、非常に多くのハイドロフォンを停止し得るので、調査の値が非常に減少され得るか、または影響を受けたハイドロフォンのグループを取り替える間、調査が一時停止されなければならない場合さえもあり得るので、スイッチが閉じる圧力は、実質的に、所望の３５メートルの設定から逸脱し得ない。調査船の費用は、毎時数千ドルに達するので、このような中断時間は非常に望ましくない。
【０００６】
さらに、ハイドロフォンと共に使用される任意のスイッチが、組み合わせの全体的な体積に感知できるほどに追加しないことが望ましい。なぜならば、限られた空間がアレイのアセンブリにおける各ハイドロフォンに割り当てられるからである。さらに、信号対ノイズ比を高めるために、ケーブルの外側表面におけるノイズを伴う境界層からハイドロフォンの高感度な検出領域をできる限り遠くに離したままにすることが重要である。従って、スイッチは、この特徴を達成する最適化されたハイドロフォンの設計を決して変えるべきではなく、スイッチがハイドロフォンから音響的に隔離され、ハイドロフォンの音響的応答特性を変えないことが望ましい。
【０００７】
最後に、ケーブルは、非腐食性のオイルでハイドロフォンを囲むように設計されているが、実際、広範な商業的使用の間に、海水が、多くの場合に、ケーブルの中に漏れるので、スイッチは海水による腐食に耐えることができるべきである。本発明のスイッチの好適な実施形態は、製造時における個々のスイッチの閉鎖圧の調節を可能にする。
【０００８】
本発明は感圧スイッチを提供することに努めており、該感圧スイッチは、（多数の他の用途において使用され得るが）ハイドロフォンケーブルにおける使用に非常に適しており、かつ、従来技術の感圧スイッチの上記の不利な点を削減または排除する。ハイドロフォンのアレイの用途において使用される感圧スイッチは、概して、常時閉または常時開の種類のいずれかであり、通常、アレイ内の関連するハイドロフォンに電気的に接続されている。上記の不利な点の多くを克服する常時開の種類の例は、関連の特許文献１に記述されている。特定のハイドロフォンのアレイのシステムにおいて、常時閉の感圧スイッチを組み込むことが便利であるかまたは望ましい。特定のシステムが、例えば、接続されたグループにおける大多数の他のハイドロフォンを使用不能にすることなく、感圧スイッチを使用不能にする効果を限定するように設計される。このような回路は、２００６年８月１４日出願の関連の米国特許出願第１１／５０３，６３７号に記述されている。
【０００９】
本発明のスイッチは、特許文献２と特許文献３とに記述されている種類のハイドロフォントに特に有用であり、該ハイドロフォンは実質的に円筒形であり、各端部に開口部を有しており、該開口部を通して外圧がハイドロフォンの内側に伝達される。
【特許文献１】米国特許第６，３１８，４９７号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６４６，４７０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６７５，５５６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
常時閉の感圧スイッチを提供することが本発明の主な目的である。
【００１１】
所定の水深を超えて下るハイドロフォンからの信号を途絶することに使用する感圧スイッチを提供することが、本発明の別の目的である。
【００１２】
禁止された動作条件を超える、選択された個々のハイドロフォンからの信号を選択的に途絶するために、ハイドロフォンのアレイと共に使用する感圧スイッチを提供することが、本発明のまた別の目的である。
【００１３】
本発明の他の目的は、図面と共に以下の詳細な記述を読んだときに、部分的には明白になり、部分的には以下で現れる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は常時閉の感圧スイッチを提供し、該感圧スイッチが所定の深度で作動されたときに、該常時閉の感圧スイッチは、水中の調査センサを使用不可にする。
【００１５】
本発明の一局面において、スイッチは、その中心部分を貫通する開口部を有する前面と後面とを有する電気絶縁材料で作られた基部部材を含む。２つの電極が基部部材の前面に据え付けられる。後面上に、実質的に流体を防ぐ方法でしっかりと固定されている周辺部分と、該基部部材を貫通して形成される該開口部の上に重なっている中心部分とを有する、複数のひだを有して形成される可撓性ダイアフラムがある。ポストは、可撓性ダイアフラムの中心部分に取り付けられ、基部部材の開口部を通って伸びており、その結果、ポストは、妨害なく開口部を通って前後に滑動し得る。導電性ワッシャはポストにしっかりと取り付けられており、ポストは基部部材の前方側を越えて伸びる。スイッチが常時閉の位置にあるときには、ワッシャは２つの電極を電気的に接続し、スイッチが大気圧を超える所定の圧力にさらされたときには、ダイアフラムの中心部分がポストを動かし、従ってワッシャを動かし、ワッシャを電極から離し、それにより電極の接続を断ち、スイッチおよび任意の付属の回路を開く。
【００１６】
また含まれるものは、基部部材の後面に実質的に流体を防ぐ方法でしっかりと固定されたキャップであり、基部部材の中心部分を貫通した開口部とキャップとワッシャとを覆った領域を囲んでおり、その結果、スイッチングメカニズムを作動することを可能にしながら、流体がメカニズムの中に漏れない。
【００１７】
本発明の別の局面においては、前面の電極はプリント回路基板の一部分である。一局面において、パターンは、第１の電極の一部分を形成する円形形状の外側部分と第２の電極の一部分を形成する円形形状の内側部分とを含み、部分的なスポークは、かみ合わされた指のように内側部分と外側部分との間で互い違いに放射状に伸びる。
【００１８】
最後に、本発明は、ハイドロフォンケーブルアセンブリであって、防水の中空細長プリズムシースと、該シースにしっかりと固定された少なくとも１つの引っ張り部材と、該シースに沿って一定に間を空けられた間隔で該シースの中空の内側に配置された複数のハイドロフォンと、該複数のハイドロフォンから該シースの一端部に信号を伝達する信号伝達手段と、該ハイドロフォンケーブルアセンブリが所定の値よりも大きい圧力を被ったときには、該ハイドロフォンを動作しないようにするように配置されている少なくとも１つの本発明の感圧スイッチとを備えている、ハイドロフォンケーブルアセンブリを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の構造、動作および方法、ならびに他の対象およびその利点が、図面と関連付けて以下の詳細な記述を読むことによって最良に理解され得、図面においては、各部分は、割り当てられた数字または標識を有しており、該割り当てられた数字または標識は、その部分が様々な図面に現れたときには必ず、その部分を特定する。
【００２０】
ここで図１を参照すると、図１は本発明のスイッチの実施形態の断面を示す。そこに見られるように、スイッチは、後面６０と前面７０とを有する基部部材２０を備えている。貫通した開口部７５が、基部部材２０の中心に形成され、表面間を伸びている。貫通した開口部７５の目的は、中心ポスト３０が妨害なく前後に自由に滑動するのを可能にすることである。中心ポスト３０の一端部は、ダイアフラム１０に取り付けられている。ダイアフラム１０は流体を防ぐ方法で基部部材２０に据え付けられている。例示的なダイアフラムと本発明での使用のためのアセンブリとの詳細は、米国特許第６，３１８，４９７号に記述されており、該特許の全体が本明細書において参考として援用される。
【００２１】
前面７０から突出するセクションにおいて中心ポスト３０の周囲に固定されるものは、導電性ワッシャ５０である。前面７０は、（図２〜図３に示されている）第１の電極１００と第２の電極１１０とを有する。大気圧にさらされたときには、ダイアフラム１０は、表面７０にワッシャ５０を保持し、該ワッシャ５０は、電極１００と電極１１０とを電気的に接続する。大気圧よりも大きい所定の圧力にさらされたときには、ダイアフラムの中心部分５０は、表面６０に向けて動き、中心ポスト５０をダイアフラムの中心部分５０ともに後面６０の方向に押す。この作用がワッシャ５０を表面７０から分離し、それにより電極１００と電極１１０との接続を断ち、スイッチを開かせる。キャップ４０は、流体を防ぐカバーを提供し、液体がダイアフラムとスイッチを開くシステムとを妨害することを防ぐ。
【００２２】
ここで図２を参照すると、電極１００と電極１１０とが、代替的に、基部部材２０上に据え付けられたプリント回路基板から構成され得る。（図１に示されている）基部部材２０は、代替的に、電極１００と電極１１０とのパターンがプリントされ、かつ、ダイアフラム１０が据え付けられる基板であり得る。ワッシャ５０は、電極１００と電極１１０とに対するパターンを部分的に覆って示されており、図３ａにさらに詳細に示されている。
【００２３】
図３ａを参照すると、電極１００は、貫通した開口部７５に対して部分円１２０を形成しており、部分的なスポーク１２５がパターンの中心に向けて放射状に内側に伸び、パターンの中心の付近に分配される。電極１１０は、開口部７５の付近に内側部分１３０を有しており、部分的なスポーク１３５が放射状に外側に伸びてスポーク１２５と互い違いになっている。図３ｂは、図３ａの裏面の斜視図を示す。
【００２４】
先に記述された感圧スイッチを組み込むハイドロフォンシステムの例が、概略的に図５および図６に示されており、システムは概して３００で示されている。システム３００は、細長く錫でコーティングされた真鍮の管状筐体３０２を備えているように見られ、該管状本体３０２の内側には、圧力変化の検出のための圧電性クリスタルを有する中空で長方形のトランスデューサ３０４がある。前端部に位置決めされた円形リブ３０６を介して、筐体３０２に円形リブ３０６を後方で直接的にハンダ付けすることによって、トランスデューサ３０４は筐体３０２内で支持される。トランスデューサ３０４の前に位置決めされるものは、リブ３０６を通って後に伸びる電気リード３１２と電気リード３１４とを有するスイッチ３１０である。リード３１２とリード３１４とは、ポッティング化合物の層を介して周囲の流体の環境から保護されており、信号レシーバと、並列または直列のいずれかで、スイッチ３１０とトランスデューサ３０４とを接続するために使用される。回路設計における変化形が、米国特許第６，３１８，４９７号と２００６年８月１４日出願の米国特許出願第１１／５０３，６３７号とにさらに完全に記述されている。
【００２５】
スイッチ３１０は、通常、閉じられているが、スイッチ３１０が特定の水深に対応する所定の圧力を受けるときには開き、該水深の地点において、トランスデューサ３０４からの信号が接続を断たれる。スイッチ３１０は、錫でメッキされた真鍮のフロントキャップ３１６の内側にあり、該フロントキャップ３１６は、後方の筐体３０２にハンダ付けされ、かつ、切り抜き３１８を提供されており、該切り抜き３１８は、流体がトランスデューサ３０４と音響的に伝えることを可能にする。前方のプラスチックの保護カバー３２４が提供され、フロントキャップ３１６を覆って熱でスエージングされ、変更防止（ｔｅｍｐｅｒ  ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）も提供する。前方面の穴３２４および切り抜き３２２が保護キャップ３２０の中に提供され、流体がスイッチ３１０と接触することを可能にする。
【００２６】
特定の実施形態を参照して本発明を記述してきたが、他の変化形が本教示に基づいて、当業者に見出され、全てのそのような変化形は、特許請求の範囲において定義されるような本発明の範囲内であるということが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に従った感圧スイッチの断面図である。
【図２】図２は、本発明のスイッチに従った基部部材の前面の上面図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の感圧スイッチの要素の概略的分解斜視図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａの分解図の裏面の斜視図である。
【図４ａ】図４ａは、基部部材の後面と付属のダイアフラムとの概略的斜視図である。
【図４ｂ】図４ｂは、基部部材の前面と付属の流体を防ぐキャップとの概略的斜視図である。
【図５】図５は、図１〜図４の感圧スイッチを組み込むハイドロフォンシステムの概略的斜視図である。
【図１】
2009508305.tif 000003
【図２】
2009508305.tif 000004
【図３Ａ】
2009508305.tif 000005
【図３Ｂ】
2009508305.tif 000006
【図４Ａ】
2009508305.tif 000007
【図４Ｂ】
2009508305.tif 000008
【図５】
2009508305.tif 000009
【図６】
2009508305.tif 000010