(57)【要約】【課題】低周波の音波を広帯域幅で高出力で発振する、小型の送波器を得る。【解決手段】第１の屈曲型送波器１０は、同一の形状である振動板１１と振動板１２とから構成される。振動部１１は、金属ディスク板１１１と、その一方の表面に嵌合した形態で埋め込まれたアクティブ板１１２からなる。アクティブ板１１２の形状も略円板形状である。振動板１２も同様に、金属ディスク板１２１とアクティブ板１２２からなる。第１の屈曲型送波器１０と第２の屈曲型送波器２０において発生する撓み（破線）は逆位相となる。すなわち、振動板１１の撓む方向と振動板２１の撓む方向は逆向きであり、かつ振動板１２の撓む方向と振動板２２の撓む方向も逆向きになる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電磁器からなり、電圧が印加されることによって変位を生ずるアクティブ板と、該アクティブ板が一方の表面に埋め込まれた金属ディスク板からなる２枚の振動板が、前記金属ディスク板における他方の表面側で金属リングを介して接合され、前記２枚の振動板が互いに逆向きに振動することにより音波を発振する屈曲型送波器が複数個組み合わされる送波器であって、
異なる共振周波数をもつ複数の前記屈曲型送波器が、前記共振周波数の高低の順に積層され、隣り合う前記屈曲型送波器における振動は逆位相となるべく駆動されることを特徴とする送波器。
【請求項２】
３個以上の前記屈曲型送波器が組み合わされ、各屈曲型送波器間の間隔は略一定であることを特徴とする請求項１に記載の送波器。
【請求項３】
前記各屈曲型送波器における２枚のアクティブ板の分極方向は、前記アクティブ板の面に垂直な方向であり、かつ互いに逆向きであることを特徴とする請求項１または２に記載の送波器。
【請求項４】
前記複数の屈曲型送波器において、一つの屈曲型送波器における一つのアクティブ板の分極方向は、前記一つのアクティブ板に隣接する他の屈曲型送波器における前記一つのアクティブ板の側に位置するアクティブ板の分極方向と同一方向であることを特徴とする請求項３に記載の送波器。
【請求項５】
前記複数の屈曲型送波器において、一つの屈曲型送波器における一つのアクティブ板の分極方向は、前記一つのアクティブ板に隣接する他の屈曲型送波器における前記一つのアクティブ板の側に位置するアクティブ板の分極方向と逆方向であることを特徴とする請求項３に記載の送波器。
【請求項６】
隣接する前記各屈曲型送波器の発振利得の周波数特性が、各屈曲型送波器の発振利得が最大利得から３ｄＢ〜８ｄＢ低い点で交差するべく設定されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送波器。
【請求項７】
圧電磁器からなり、電圧が印加されることによって変位を生ずるアクティブ板と、該アクティブ板が一方の表面に埋め込まれた金属ディスク板からなる２枚の振動板が、前記金属ディスク板における他方の表面側で金属リングを介して接合され、前記２枚の振動板が互いに逆向きに振動することにより音波を発振する屈曲型送波器が複数個組み合わされた送波器の駆動方法であって、
前記各屈曲型送波器の共振周波数をを異ならせ、かつ複数の前記屈曲型送波器を前記共振周波数の高低の順に略一定間隔で積層し、
隣り合う前記屈曲型送波器における振動を逆位相として駆動することを特徴とする送波器の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電磁器を用いて音波を発する送波器及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、遠距離ソーナーや海洋資源探査用には、超音波やこれよりも周波数の低い音波が用いられる。これらの用途には、水中での伝搬損失が小さく、到達距離の長い数ｋＨｚ程度の周波数の音波が適しており、特にこうした周波数の音波を送波することのできる送波器が用いられている。この送波器には、この周波数の音波を高出力で発振できることが要求され、かつその使用状況に応じて、小型であることも要求される。しかしながら、送波される音波のエネルギーは周波数が低いと小さくなる。また、一般に送波器を小型化すれば、共振周波数は高くなる。このため、低周波の音波を小型の送波器で高出力で発振させることは困難である。低周波で高出力とするためには、特に振動における変位量（振幅）を大きくすることが必要となる。
【０００３】
一方、こうした送波器が発する周波数は一定ではなく、可変であることが好ましい。このため、発振できる音波の周波数帯域が広いことも要求される。
【０００４】
これらの要求を満たす送波器として、例えば特許文献１、２に記載された、圧電磁器（セラミック）を用いた送波器がある。これらは、圧電磁器の圧電特性、すなわち、電圧印加による微小変形によって発生する微小変位を利用している。これらにおいては、特にこの圧電磁器の微小変位を増幅して、最終的に得られる変位量を大きくした構造がとられていた。
【０００５】
特許文献１には、図９に示される構造の屈曲円板型送波器が記載されている。この送波器６０は、１対の金属ディスク６１中に形成された窪み部分にそれぞれ圧電磁器でできたアクティブ円板体６２がはめ込まれた構造を有している。これらの金属ディスク６１がヤング率の低い金属リング６３を介して貼り合わされ、金属ディスク６１の外周部近くでボルト６４で固定されている。また、この構造においては、保護板６５、外径周りを保護するウレタン樹脂６６が用いられている。この構造によれば、圧電体であるアクティブ円板体６２本来の変位量がこれが組み込まれた金属ディスク６１の撓みとなって増幅され、大きな変位量を得ることができた。
【０００６】
特許文献２には、同様の構造において、金属ディスクの外周部に特に高強度のリング構造を介して金属ディスクを固定した構造が記載されている。この構造においても、やはり同様に大きな変位量を得ることができた。
【０００７】
これらの構造により、アクティブ円板体（圧電磁器）本来の変位量を増幅し、大きな変位量を得ることによって、低周波でも高出力の音波を発振する送波器を得ることができた。
【０００８】
一方、こうした圧電振動子（圧電磁器）はその共振特性のために、Ｑ値が一般に非常に高く、圧電振動子自身の発振周波数帯域幅は非常に狭い。従って、圧電磁器を用いて広い周波数帯域を得るために、特許文献３には、複数の円筒型圧電振動子を中心軸をそろえて積層した構造において、それぞれの振動子に印加する電圧の位相及び振幅を制御して広帯域化を図った超音波トランスジューサが記載されている。この超音波トランスデューサは、特に空中における超音波距離計あるいは障害物探査用のトランスジューサとして好適であった。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２１９５８８号公報
【特許文献２】特開平５−３４４５８２号公報
【特許文献３】特開平１０−２４３４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１及び２に記載の送波器は高出力ではあるものの、小型化した場合には、音波の放射面も小さくなるために音響負荷が小さくなり、その周波数帯域幅は小さくなった。従って、発振できる音波の周波数帯域は狭くなった。例えば、その比帯域幅（帯域幅／中心周波数）は高々１０〜２０％程度であった。
【００１１】
逆に、特許文献３に記載の送波器（超音波トランスデューサ）の帯域幅はこれに対して充分広く、大気中での超音波発振に対しては充分な性能であった。しかしながら、大気よりも音響特性インピーダンスが高い場合、特に水中での使用においては、充分な高出力を得ることは不可能であった。
【００１２】
従って、広周波数帯域の音波を高出力で発振する、小型の送波器を得ることは困難であった。
【００１３】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、上記課題を解決する送波器および送波器の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
請求項１記載の発明の要旨は、圧電磁器からなり、電圧が印加されることによって変位を生ずるアクティブ板と、該アクティブ板が一方の表面に埋め込まれた金属ディスク板からなる２枚の振動板が、前記金属ディスク板における他方の表面側で金属リングを介して接合され、前記２枚の振動板が互いに逆向きに振動することにより音波を発振する屈曲型送波器が複数個組み合わされる送波器であって、異なる共振周波数をもつ複数の前記屈曲型送波器が、前記共振周波数の高低の順に積層され、隣り合う前記屈曲型送波器における振動は逆位相となるべく駆動されることを特徴とする送波器に存する。
請求項２記載の発明の要旨は、３個以上の前記屈曲型送波器が組み合わされ、各屈曲型送波器間の間隔は略一定であることを特徴とする請求項１に記載の送波器に存する。
請求項３記載の発明の要旨は、前記各屈曲型送波器における２枚のアクティブ板の分極方向は、前記アクティブ板の面に垂直な方向であり、かつ互いに逆向きであることを特徴とする請求項１または２に記載の送波器に存する。
請求項４記載の発明の要旨は、前記複数の屈曲型送波器において、一つの屈曲型送波器における一つのアクティブ板の分極方向は、前記一つのアクティブ板に隣接する他の屈曲型送波器における前記一つのアクティブ板の側に位置するアクティブ板の分極方向と同一方向であることを特徴とする請求項３に記載の送波器に存する。
請求項５記載の発明の要旨は、前記複数の屈曲型送波器において、一つの屈曲型送波器における一つのアクティブ板の分極方向は、前記一つのアクティブ板に隣接する他の屈曲型送波器における前記一つのアクティブ板の側に位置するアクティブ板の分極方向と逆方向であることを特徴とする請求項３に記載の送波器に存する。
請求項６記載の発明の要旨は、隣接する前記各屈曲型送波器の発振利得の周波数特性が、各屈曲型送波器の発振利得が最大利得から３ｄＢ〜８ｄＢ低い点で交差するべく設定されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送波器に存する。
請求項７記載の発明の要旨は、圧電磁器からなり、電圧が印加されることによって変位を生ずるアクティブ板と、該アクティブ板が一方の表面に埋め込まれた金属ディスク板からなる２枚の振動板が、前記金属ディスク板における他方の表面側で金属リングを介して接合され、前記２枚の振動板が互いに逆向きに振動することにより音波を発振する屈曲型送波器が複数個組み合わされた送波器の駆動方法であって、前記各屈曲型送波器の共振周波数をを異ならせ、かつ複数の前記屈曲型送波器を前記共振周波数の高低の順に略一定間隔で積層し、隣り合う前記屈曲型送波器における振動を逆位相として駆動することを特徴とする送波器の駆動方法に存する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、広周波数帯域の音波を高出力で発振する、小型の送波器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態となる送波器の構成を示す図である。この送波器１は、第１の屈曲型送波器１０と第２の第１の屈曲型送波器２０から構成される。これらの屈曲型送波器は、同一の交流発振器で駆動されることにより、その周波数に応じた音波を発振する。第１の屈曲型送波器１０と第２の第１の屈曲型送波器２０は共に略円板状の形状をなしており、図１ではその積層構造の断面図が示されている。なお、ここでいう音波とは、人間にとって可聴である音波に加え、超音波も含むものとする。
【００１７】
第１の屈曲型送波器１０は、同一の形状である振動板１１と振動板１２とから構成される。振動部１１は、金属ディスク板１１１と、その一方の表面に嵌合した形態で埋め込まれたアクティブ板１１２からなる。アクティブ板１１２の形状も略円板形状である。振動板１２も同様に、金属ディスク板１２１とアクティブ板１２２からなる。  
【００１８】
金属ディスク板１１１、１２１はアルミ合金からなる。アクティブ板１１２、１２２は圧電体からなり、例えばハード系のジルコンチタン酸鉛系圧電セラミックスからなり、接着剤等で金属ディスク板１１１、１２１に固定されている。また、アクティブ板１１２、１２２が圧電特性をもつべく、自発分極が付与されている。この方向は、図１中の白矢印で示される方向であり、アクティブ板１１２では上側、アクティブ板１２２では下側、すなわち、逆方向となっている。図１中におけるアクティブ板１１２の上側、及びアクティブ板１２２の下面にはそれぞれ電極（図示せず）が形成されており、これらの電極は電気的に接続されており、入力１に接続されている。金属ディスク板１１１、１２１も電気的に接続されており、入力２に接続されている。
【００１９】
振動板１１におけるアクティブ板１１２が形成された側の面から見た他方の面の外周部にはリング状の形状である凸リング１３が設けられている。振動板１２のアクティブ板１２２が形成された側の面から見た他方の面の外周部には凹リング１４が設けられている。図１に示されるように、この凸リング（金属リング）１３と凹リング（金属リング）１４が外周部で嵌合した形状で振動板１１と１２は固定される。従って、第１の屈曲型送波器１０においては、上側にアクティブ板１１２、下側にアクティブ板１２２が露出した形態となっている。この固定には接着剤あるいはボルト（図示せず）等が用いられる。凸リング１３、凹リング１４はリング状であり、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等、耐摩耗性の高い金属材料からなる。なお、凸リング１３と凹リング１４の形状を調整することにより、組立後の振動板１１と振動板１２との間隔が調整できる。
【００２０】
以上の第１の屈曲型送波器１０については、特許文献１、２に記載のものと同様である。すなわち、入力１と入力２の間に交流信号が印加されると、圧電効果により、アクティブ板１１２にこれに応じた変位（振動）が発生する。アクティブ板１１２に発生した円板の径方向の変位が発生すると、これに応じて金属ディスク板１１１が変形するが、外周部で固定されているために、振動板１１には図１中の点線で示されるような撓みが発生する。すなわち、この振動板１１は周辺支持の屈曲振動が引き起こされる。この際の径広がり振動の電気機械結合係数は５０〜５５％程度である。同様に、振動板１２にも撓みが発生するが、前記の分極方向及び電極構成のために、この撓みは図１中の破線で示されるように、振動板１１とは逆方向となる。この撓みはアクティブ板に印加された周波数に応じて発生し、これに応じた音波が発振される。この音波の発振利得は、この振動板１１及び振動板１２の構成（材質、幾何学的構成）で決まる共振周波数（第１の共振周波数ｆ１）で最大となる。この振動の振幅はアクティブ板の径方向の振動の振幅よりも大きくなるため、高出力で音波が発振される。また、特許文献１、２に記載されたように、この屈曲型送波器１０は、小型としても低周波で高出力の音波を発振させることができる。
【００２１】
第２の屈曲型送波器２０の構成も第１の屈曲型送波器１０と同様である。すなわち、振動板２１、２２が凸リング（金属リング）２３と凹リング（金属リング）２４を介して接合されている。振動板２１は金属ディスク板２１１とアクティブ板２１２からなり、振動板２２は金属ディスク板２２１とアクティブ板２２２からなる。ただし、振動板２１、２２はその外径が振動板１１、１２よりも小さくなっている。このため、第２の屈曲型送波器２０が発振する音波の発振利得が最大となる周波数（第２の共振周波数ｆ２）は第１の共振周波数よりも高い。また、第１の屈曲型送波器１０と第２の屈曲型送波器２０との間隔は適宜設定できる。
【００２２】
ここで、図１に示されるように、図１中では、アクティブ板２１２における分極方向は下側、アクティブ板２２２における分極方向は上側となっている。あるいは、屈曲型送波器１０における下側のアクティブ板１２２の分極方向は、屈曲型送波器２０におけるアクティブ板１２２の側に位置するアクティブ板２１２の分極方向と同一方向となっている。すなわち、第１の屈曲型送波器１０と第２の屈曲型送波器２０においては、これらの分極方向は逆の構成となっている。
【００２３】
一方、アクティブ板２１２の上側の電極とアクティブ板２２２の下側の電極とは電気的に接続されており、入力１に接続されている。同様に、金属ディスク板２１１と金属ディスク板２２１とは電気的に接続されており、入力２に接続されている。従って、入力１と入力２の間に交流信号を印加すると、これに応じて第１の屈曲型送波器１０と第２の屈曲型送波器２０における各振動体は逆向きに振動し、交流の周波数に対応した音波が発振される。
【００２４】
この際、図１に示されるように、第１の屈曲型送波器１０と第２の屈曲型送波器２０において発生する撓み（破線）は逆位相となる。すなわち、振動板１１の撓む方向と振動板２１の撓む方向は逆向きであり、かつ振動板１２の撓む方向と振動板２２の撓む方向も逆向きになる。
【００２５】
この状態は、等価回路で表現すると、−１：１の変成比を有するトランスが屈曲型送波器２０に内蔵されていることを意味する。このトランスが有効に働くため図１の送波器は水を負荷とする多重モードフィルタを構成する形となり、個々の屈曲型送波器１０、２０の単一モード比帯域幅の３倍以上の比帯域幅を得ることができる。これらの屈曲型送波器１０、２０をこの状態で駆動したときの電気系から見た等価回路を図２に示す。図２において、Ｃｄ１、Ｌ１、Ｒ１、Ｃ１、ＺＬ１はそれぞれ屈曲型送波器１０の制動容量、等価質量、等価機械抵抗、等価コンプライアンス、負荷抵抗を表す。また、Ｃｄ２、Ｌ２、Ｒ２、Ｃ２、ＺＬ２はそれぞれ屈曲型送波器２０の制動容量、等価質量、等価機械抵抗、等価コンプライアンス、負荷抵抗を表す。−１：１のトランスは屈曲型送波器１０が屈曲型送波器２０とは圧電磁器アクティブ円板体の分極方向が互いに逆方向であるために出現する。このトランスにより、この送波器１は、等価回路において差動接続型多重モードフィルタとして機能する。
【００２６】
従って、この送波器１の発振利得の周波数依存性は図３中の実線の通りとなる。ここで、破線の特性は、上記の電気的接続を変更して、屈曲型送波器１０が屈曲型送波器２０とを同位相で振動させた場合の特性である。ｆ１は屈曲型送波器１０の共振周波数であり、ｆ２は屈曲型送波器２０の共振周波数である。逆位相、同位相に関わらず、周波数がｆ１とｆ２でその発信利得は極大値をとるが、前記の等価回路におけるトランスの効果により、逆位相（実線）の場合には、ｆ１とｆ２の間でもその出力は大きく低下することはない。一方、同位相（破線）の場合には、このトランスの効果がないために、ｆ１とｆ２の間で大きく低下する領域が存在する。従って、逆位相とすることにより、より広い周波数帯域の音波を発振させることができる。
【００２７】
ここで、屈曲型送波器１０と屈曲型送波器２０とが逆位相で駆動される場合であっても、ｆ１とｆ２との間ではこれらの極大値よりもその出力は減少する。この減少値を少なくして、ｆ１とｆ２の間での特性を平坦に近い特性とするためには、屈曲型送波器１０単体の発振利得特性と、屈曲型送波器２０単体の発振利得特性とが交差する点が、それぞれの最大利得（ｆ１及びｆ２での値）から３ｄＢ〜８ｄＢ低い領域にあることが好ましい。
【００２８】
前記の通り、屈曲型送波器１０、２０はそれぞれが小型で、音波を高出力で発振することができる。それぞれの共振周波数（ｆ１、ｆ２）は異なるが、これらを組み合わせて図１の構成の送波器１とすることにより、発振周波数の帯域、すなわち、ある一定の発振利得以上の値をとる周波数の帯域を広くすることができる。従って、この送波器は、広周波数帯域の音波を高出力で発振する、小型の送波器となる。
【００２９】
なお、この送波器においては、屈曲型送波器１０、２０を逆位相で駆動するが、この動作をさせるために、図１とは異なる構成とすることもできる。図４はその送波器２の構成を示す図である。この送波器２においては、各アクティブ板における分極方向が異なり、かつ電気的接続が異なる。すなわち、アクティブ板２１２、２２２の分極方向が前記の送波器１とは逆向きとなっており、屈曲型送波器１０における下側のアクティブ板１２２の分極方向は、屈曲型送波器２０におけるアクティブ板１２２の側に位置するアクティブ板２１２の分極方向と逆方向となっている。同一屈曲型送波器におけるアクティブ板における分極方向は互いに逆方向となっている点は図１における送波器１と同様である。また、アクティブ板２１２の上側の電極とアクティブ板２２２の下側の電極とは電気的に接続されており、金属ディスク板１１１と金属ディスク板１２１と共に入力１に接続されている。かつ、金属ディスク板２１１と金属ディスク板２２１とは電気的に接続されており、かつアクティブ板１１２の下側の電極とアクティブ板１２２の上側の電極と共に入力２に接続されている。
【００３０】
この送波器２においても、入力１と入力２間に交流信号を印加した場合に、屈曲型送波器１０、２０は逆位相で駆動される。従って、前記の送波器１と同様の効果がもたらされる。
【００３１】
なお、前記のどちらの例でも、各屈曲型送波器における両アクティブ板の分極方向は互いに逆方向であったが、これに限られるものではない。これらの分極方向を同一方向とした場合でも、前記の例と同様の動作を行える構成であれば、同様の効果が得られる。この他、同様の動作を実現できる形態であれば、同様の効果が得られる。
【００３２】
また、特許文献１、２に記載されるように、各金属ディスク板及び各アクティブ板を略円板形状とすることにより、特に高出力とすることができるが、これに限られるものではなく、これらの形状を適宜設定することも可能である。
【００３３】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態においては、異なる共振周波数をもつ２個の屈曲型送波器１０、２０を用いた例につき記載したが、その数を３個とすることもできる。図５はこの送波器５１の構成を示す図である。
【００３４】
この送波器５１においては、第１の屈曲型送波器１０、第２の屈曲型送波器２０の他に第３の屈曲型送波器３０も用いられており、図５に示す順で略等間隔で配置されている。第１、第２の屈曲型送波器１０、２０については送波器１の場合と同様である。第３の屈曲型送波器３０もこれらと同様に、振動板３１、３２が凸リング（金属リング）３３と凹リング（金属リング）３４を介して接合されている。振動板３１は金属ディスク板３１１とアクティブ板３１２からなり、振動板３２は金属ディスク板３２１とアクティブ板３２２からなる。ただし、振動板３１、３２はその外径が振動板２１、２２よりも小さくなっている。このため、第３の屈曲型送波器３０が発振する音波の発振利得が最大となる周波数（第３の共振周波数ｆ３）は第２の共振周波数ｆ２よりも高くなる。従って、この３つの屈曲型送波器は、その共振周波数の高低の順に積層されている。また、これらの間隔は略一定である。
【００３５】
また、アクティブ板１１２、２２２、３１２の分極方向は同一であり、図５中では下向きである。同様に、アクティブ板１２２、２１２、３２２の分極方向は同一であり、図５中では下向きである。すなわち、同一の屈曲型送波器における２枚のアクティブ板の分極方向は、その面に垂直な方向であり、この２枚において互いに逆向きとなっている。また、一つの屈曲型送波器における一つのアクティブ板の分極方向は、この一つのアクティブ板に隣接する他の屈曲型送波器におけるこのアクティブ板の側に位置するアクティブ板の分極方向とは同一方向となっている。すなわち、各アクティブ板の分極方向は、隣接する屈曲型送波器においては逆向きの構成となっている。
【００３６】
アクティブ板１１２、２１２、３１２の上側電極、アクティブ板１２２、２２２、３２２の下側電極はそれぞれ電気的に接続されており、入力１に接続されている。金属ディスク板１１１、１２１、２１１、２２１、３１１、３２１はそれぞれ電気的に接続されており、入力２に接続されている。
【００３７】
図６は、この送波器５１の構成を示す概略図である。図５に示されるように、屈曲型送波器１０、２０、３０が上から順に等間隔で積層されている。各屈曲型送波器は送波器支持具９０によって、支柱となるワイヤー９１に固定される。なお、図６中では図５中に示された各配線は省略されているが、その配線ははんだ付け等を用いて適宜行うことができる。
【００３８】
この構成における各振動板の撓みは図５中の破線で示されている。すなわち、各屈曲型送波器１０、２０、３０の振動の位相が上から順に１８０度ずつ異なった状態で動作する。また、共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は上から下にいくにつれて高くなっている。
【００３９】
この送波器５１の等価回路を図７に示す。図７において、Ｃｄ３、Ｌ３、Ｒ３、Ｃ３、ＺＬ３はそれぞれ屈曲型送波器３０の制動容量、等価質量、等価機械抵抗、等価コンプライアンス、負荷抵抗を表す。Ｃｄ１等、Ｃｄ２等については第１の実施の形態と同様である。この場合も、−１：１のトランスが等価回路中に現れ、このトランスにより、この送波器５１は前記の送波器１と同様に、差動接続型多重モードフィルタとして機能する。その発振利得の周波数依存性は図７の通りとなる。すなわち、各屈曲型送波器１０、２０、３０の共振周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３にピークを持つが、全体としては広い帯域幅の周波数を発振させることができる。特に異なる３種類の共振周波数を持つ屈曲型送波器を組み合わせることにより、第１の実施の形態の場合よりもより広い周波数帯域で高い発振利得を得ることができる。
【００４０】
特に有効にこの帯域幅を広げるためには、各屈曲型送波器自身のもつ発振利得特性が交差する部分が、第１の実施の形態と同様に、最大値より３ｄＢ〜８ｄＢ下がったところになるべく、ｆ１、ｆ２、ｆ３を設定することが好ましい。このためには、各屈曲型送波器の幾何学的寸法を適宜設定し、共振周波数を設定する。
【００４１】
また、各屈曲型送波器は第１の実施の形態における場合と同様に、特許文献１、２に記載のものと同様である。すなわち、小型であり、音波を高出力で発振することができる。従って、この送波器５１は、広周波数帯域の音波を高出力で発振する、小型の送波器となる。
【００４２】
なお、各振動板が上記と同様の動作をする場合には、各アクティブ板の分極方法、電気的接続方法が異なった場合でも、同様の効果が得られることは明らかである。また、特許文献１、２に記載されるように、高出力とするためには、各金属ディスク板、各アクティブ板は略円板形状とすることが好ましいが、これに限られるものではなく、その形状は適宜設定できる。同様に、高出力とするためには各屈曲型送波器間の間隔は略一定であることが好ましいが、適宜設定できる。
【００４３】
以下、本発明の実施例につき、詳細を説明する。
【００４４】
（実施例１）
実施例１として、屈曲型送波器を２個組み合わせた、図１に示した構造の送波器を製造した。ここで、第１の屈曲型送波器における各アクティブ板はハード系のジルコンチタン酸鉛系圧電セラミックスで、その厚さは１０ｍｍ、直径１５０ｍｍの円板とした。各金属ディスク板はアルミ合金とし、その最大厚みは２０ｍｍ、直径２００ｍｍの円板とし、前記のアクティブ板を接着剤を用いてその表面に嵌合して埋め込んだ形態とした。凸リング、凹リング（金属リング）は共にＣｒ−Ｍｏ鋼とし、その外径は２００ｍｍ、内径は１９０ｍｍとした。その凸部、凹部の間隔は、組立後の金属ディスク板の間隔が２ｍｍとなるべく設定した。この組立時の固定はボルトにより行った。この第１の屈曲型送波器における共振周波数ｆ１は３．５ｋＨｚであった。
【００４５】
第２の屈曲型送波器における各材質は第１の屈曲型送波器と同様とし、両アクティブ板は、厚さ９ｍｍ、直径１２０ｍｍの円板とした。金属ディスク板は厚さ１８ｍｍ、直径１５０ｍｍとした。凸リング、凹リングは共にＣｒ−Ｍｏ鋼とし、その外径は１５０ｍｍ、内径は１４２ｍｍとした。その凸部、凹部の間隔は、組立後の金属ディスク板の間隔が２ｍｍとなるべく設定した。この第２の屈曲型送波器における共振周波数ｆ２は４．６ｋＨｚであった。
【００４６】
以上の屈曲型送波器を間隔１８０ｍｍとして組み合わせて図１の構成の送波器を作成した。この場合、各屈曲型送波器自身のもつ発振利得特性が交差する部分が、最大値より７ｄＢ下がったところで交差する特性となった。その結果、図３に示すように−６ｄＢ比帯域幅４８％の特性を得た。一方、個々の屈曲型送波器の−６ｄＢ比帯域幅は高々１５％であった。従って、その２倍以上の広帯域特性が得られた。
【００４７】
（実施例２）
実施例２として、屈曲型送波器を３個組み合わせた、図４に示した構造の送波器を製造した。ここで、第１及び第２の屈曲型送波器は実施例１におけるものと同一である。第３の屈曲型送波器の各材質も同様で、両アクティブ板の厚さは８ｍｍ、直径９０ｍｍの円板とした。各金属ディスク板はアルミ合金とし、その最大厚みは１６ｍｍ、直径１２０ｍｍの円板とし、前記のアクティブ板を接着剤を用いてその表面に嵌合して埋め込んだ形態とした。凸リング、凹リングは共にＣｒ−Ｍｏ鋼とし、その外径は１２０ｍｍ、内径は１１４ｍｍとした。その凸部、凹部の間隔は、組立後の金属ディスク板の間隔が２ｍｍとなるべく設定した。この第３の屈曲型送波器における共振周波数ｆ３は６．１ｋＨｚであった。
【００４８】
以上の屈曲型送波器を間隔１５０ｍｍとして組み合わせて図５、６の構成の送波器を作成した。この構成により、第１〜第３の屈曲型送波器の各最大利得から３ｄＢ〜８ｄＢ下がったところで各特性が交差した特性となった。その結果、図７に示すように−６ｄＢ比帯域幅５４％の特性を得た。一方、個々の屈曲型送波器の−６ｄＢ比帯域幅は高々１５％であった。従って、その３倍以上の広帯域特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施の形態となる送波器の一例の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態となる送波器の動作の等価回路を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態となる送波器の発振利得の周波数特性を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態となる送波器の他の例の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態となる送波器の一例の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態となる送波器の一例の構成を示す外観図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態となる送波器の動作の等価回路を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態となる送波器の発振利得の周波数特性を示す図である。
【図９】従来の送波器の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１、２、５１、６０  送波器
１０、２０、３０  屈曲型送波器
１１、１２、２１、２２、３１、３２  振動板
１１１、１２１、２１１、２２１、３１１、３２１  金属ディスク板
１１２、１２２、２１２、２２２、３１２、３２２  アクティブ板
１３、２３、３３  凸リング（金属リング）
１４、２４、３４  凹リング（金属リング）
６１  金属ディスク
６２  アクティブ円板体
６３  金属リング
６４  ボルト
６５  保護板
６６  ウレタン樹脂
９０  送波器支持具
９１  ワイヤー
【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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