(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の筒型圧電子と、前記第１の筒型圧電子とは逆の極性を有する第２の筒型圧電子と、を備え、
前記第１の筒型圧電子は、
前記第１の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された第１の内側電極と、
前記第１の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された第１の外側電極と、を有しており、
前記第２の筒型圧電子は、
前記第２の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された第２の内側電極と、
前記第２の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された第２の外側電極と、を有しており、
前記第１の内側電極及び前記第２の内側電極の組から検出信号が取り出され、前記第１の外側電極及び前記第２の外側電極の組が接地される振動センサ。
【請求項２】
前記第１の筒型圧電子及び前記第２の筒型圧電子は、絶縁部材を挟んで軸方向に並列している請求項１に記載の振動センサ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の振動センサと、当該振動センサを水密に覆う水密部材と、を有する水中音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動センサ及びそれを備えた水中音響センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つの円筒状の電気音響変換素子を軸方向に並べて電気的に直列に接続するとともに、各電気音響変換素子の中央に金属製のシャフトを通して一体に固定した超音波受波器が記載されている。一方の電気音響変換素子の正極、及び他方の電気音響変換素子の負極は、信号取り出し用のケーブルに接続されている。また、一方の電気音響変換素子の負極、及び他方の電気音響変換素子の正極は、シールド線を介して接地されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３４６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図３は、特許文献１の記載等に基づいて想定した超音波受波器（水中音響センサ）の構成の例を示す模式図である。図３に示す水中音響センサは、軸方向に並列した２つの電気音響変換素子１１０、１２０（筒型圧電子）と、電気音響変換素子１１０、１２０の間に配置されたゴムスペーサー１３０と、を備えている。図示していないが、水中音響センサの周囲は水密部材によって水密に覆われている。
【０００５】
電気音響変換素子１１０、１２０としては、厚み方向（周方向）における分極方向が互いに反転したものが用いられている。電気音響変換素子１１０、１２０のそれぞれの内周面には内側電極１１１、１２１が形成されており、それぞれの外周面には外側電極１１２、１２２が形成されている。内側電極１１１、１２１は互いに逆極性になっており、外側電極１１２、１２２は互いに逆極性になっている。外側電極１１２の一部１１２ａは、電気音響変換素子１１０の軸方向の一端に形成されたフランジ部で折り返されることにより、内周面側に引き込まれている。内側電極１１１は、外側電極１１２の一部１１２ａから電気的に絶縁されるように、内周面の一部で除去された形状を有している。電気音響変換素子１２０の内側電極１２１及び外側電極１２２は、内側電極１１１及び外側電極１１２と同様の構成を有している。
【０００６】
内側電極１１１及び内側電極１２１は、電気音響変換素子１１０、１２０内部の筒状空間内での結線により互いに電気的に接続されているとともに、グランドＧに接続されている。外側電極１１２の一部１１２ａ及び外側電極１２２の一部１２２ａのそれぞれは、同様に筒状空間内で結線されており、一方がケーブルの＋出力に接続され、他方がケーブルの−出力に接続されている。
【０００７】
このような構成の水中音響センサでは、周囲の水密部材によって内部の水密性が確保されている。しかしながら、水中音響センサが水中で長期間使用されると、水に曝されている水密部材には透湿が生じるおそれがある。水密部材を介して浸入した水分は、主に電気音響変換素子１１０、１２０内部の筒状空間に溜まる。このため、水密部材に透湿が生じた場合、外側電極１１２、１２２の一部１１２ａ、１２２ａと内側電極１１１、１２１との間が水分を介して導通してしまい、絶縁不良が生じる可能性がある。また、必ずしも水中で使用されない振動センサにおいても、使用環境によっては水分や塵埃が筒状空間内に浸入し、同様の絶縁不良が生じる可能性がある。したがって、水中音響センサや振動センサにおいては、絶縁不良をより確実に回避することが望まれていた。
【０００８】
本発明は、絶縁不良をより確実に回避できる振動センサ及びそれを備えた水中音響センサ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】
【０００９】
本発明に係る振動センサは、第１の筒型圧電子と、前記第１の筒型圧電子とは逆の極性を有する第２の筒型圧電子と、を備え、前記第１の筒型圧電子は、前記第１の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された第１の内側電極と、前記第１の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された第１の外側電極と、を有しており、前記第２の筒型圧電子は、前記第２の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された第２の内側電極と、前記第２の筒型圧電子の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された第２の外側電極と、を有しており、前記第１の内側電極及び前記第２の内側電極の組から検出信号が取り出され、前記第１の外側電極及び前記第２の外側電極の組が接地されるものである。
【００１０】
また、本発明に係る水中音響センサは、上記の振動センサと、当該振動センサを水密に覆う水密部材と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内側電極は筒型圧電子の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成されており、外側電極は筒型圧電子の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成されているため、振動センサ及びそれを備えた水中音響センサの絶縁不良をより確実に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る振動センサ２及び水中音響センサ１の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る振動センサ２及び水中音響センサ１における電極の位置関係及び電気配線の経路の一例を示す模式図である。
【図３】特許文献１の記載等に基づいて想定した水中音響センサの構成の例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る振動センサ及び水中音響センサについて説明する。図１は、本実施の形態に係る振動センサ２及び水中音響センサ１の概略構成を示す部分断面図である。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態に係る水中音響センサ１は、振動センサ２と、振動センサ２の周囲を水密に覆う水密部材７０と、を有している。振動センサ２は、円筒状の形状を有する２つの電気音響変換素子１０、２０（筒型圧電子の一例）を有している。電気音響変換素子１０、２０は、周方向（厚み方向）における分極方向が互いに反転しており、周方向において互いに逆の極性を有している。電気音響変換素子１０、２０は、ほぼ同一の外観形状を有している。電気音響変換素子１０、２０は、軸方向に並列しており、互いに同軸に配置されている。電気音響変換素子１０、２０は、電気的には直列に接続されている。各電気音響変換素子１０、２０の内部には、筒状空間１３、２３がそれぞれ形成されている。
【００１５】
電気音響変換素子１０、２０の間には、ゴムスペーサー３０（絶縁部材の一例）が配置されている。ゴムスペーサー３０は、電気音響変換素子１０、２０の径とほぼ同一又はそれより大きい径の円板状の形状を有している。ゴムスペーサー３０は、筒状空間１３と筒状空間２３との間を水密に分離する機能を有している。これにより、筒状空間１３と筒状空間２３との間では、湿気又は水分が交換されないように十分な水密性が確保されている。
【００１６】
電気音響変換素子１０、２０を挟んだ軸方向両端には、一対の押さえ金具４０、４１が配置されている。押さえ金具４０と電気音響変換素子１０との間にはゴムスペーサー５０が配置されており、押さえ金具４１と電気音響変換素子２０との間にはゴムスペーサー５１が配置されている。ゴムスペーサー５０、５１はいずれも、電気音響変換素子１０、２０の径とほぼ同一又はそれより大きい径の円板状の形状を有している。ゴムスペーサー５０、５１は、ゴムスペーサー３０と共に、筒状空間１３と電気音響変換素子１０の外周側の空間との間、及び筒状空間２３と電気音響変換素子２０の外周側の空間との間をそれぞれ水密に分離する機能を有している。これにより、筒状空間１３と電気音響変換素子１０の外周側の空間との間、及び筒状空間２３と電気音響変換素子２０の外周側の空間との間は、いずれも湿気又は水分が交換されないように十分な水密性が確保されている。
【００１７】
また、振動センサ２は、電気音響変換素子１０、２０の筒状空間１３、２３と、ゴムスペーサー３０、５０、５１と、押さえ金具４０、４１と、のそれぞれの中心軸を貫通するシャフト６０を有している。押さえ金具４０、４１を挟んだシャフト６０の両端には、一対のナット６１、６２が設けられている。ナット６１、６２が締め付けられることにより、電気音響変換素子１０、２０、ゴムスペーサー３０、５０、５１、及び押さえ金具４０、４１が一体的に固定される。
【００１８】
水密部材７０は、電気音響変換素子１０、２０及びゴムスペーサー３０、５０、５１等を含む振動センサ２の周囲を水密に覆い、かつ振動センサ２を外部から電気的に絶縁している。水密部材７０の材料としては、ウレタン等が用いられる。水密部材７０からは、振動センサ２に接続された複数の電気配線（例えば、後述する電気配線７２、７３、７４等）が束ねられたケーブル７１が引き出されている。
【００１９】
図２は、本実施の形態に係る振動センサ２及び水中音響センサ１における電極の位置関係及び電気配線の経路の一例を示す模式図である。図２では、電気音響変換素子１０、２０及びゴムスペーサー３０をそれらの中心軸を含む平面で切断した断面を模式的に示している。また、図２では、正極と負極との区別を容易にするため、正極となる電極（例えば、外側電極１２、内側電極２１）と負極となる電極（例えば、内側電極１１、外側電極２２）との間で、図中左右方向の幅を異ならせている。
【００２０】
図２に示すように、電気音響変換素子１０は、内側電極１１と、内側電極１１から電気的に分離された外側電極１２と、を有している。例えば、内側電極１１は電気音響変換素子１０の負極となり、外側電極１２は電気音響変換素子１０の正極となる。内側電極１１は、電気音響変換素子１０の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成されている。内側電極１１は、電気音響変換素子１０の内周面の例えば全域に形成されている。外側電極１２は、電気音響変換素子１０の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成されている。外側電極１２は、電気音響変換素子１０の外周面の例えば全域に形成されている。すなわち、本例の構成では、外側電極１２は電気音響変換素子１０の内周面側に折り返されていない。また、内側電極１１は電気音響変換素子１０の外周面側に折り返されていない。本例の構成では、電気音響変換素子１０の内周面には、内側電極１１及び外側電極１２のうち内側電極１１のみが形成されており、電気音響変換素子１０の外周面には、内側電極１１及び外側電極１２のうち外側電極１２のみが形成されている。
【００２１】
電気音響変換素子１０の内周面（例えば、内側電極１１の表面上）には、内側電極１１と電気的に接続された電極端子１１ａが設けられている。また、電気音響変換素子１０の外周面（例えば、外側電極１２の表面上）には、外側電極１２と電気的に接続された電極端子１２ａが設けられている。
【００２２】
電気音響変換素子２０は、内側電極２１と、内側電極２１から電気的に分離された外側電極２２と、を有している。例えば、内側電極２１は電気音響変換素子２０の正極となり、外側電極２２は電気音響変換素子２０の負極となる。内側電極２１は、電気音響変換素子２０の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成されている。内側電極２１は、電気音響変換素子２０の内周面の例えば全域に形成されている。外側電極２２は、電気音響変換素子２０の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成されている。外側電極２２は、電気音響変換素子２０の外周面の例えば全域に形成されている。すなわち、本例の構成では、外側電極２２は電気音響変換素子２０の内周面側に折り返されていない。また、内側電極２１は電気音響変換素子２０の外周面側に折り返されていない。本例の構成では、電気音響変換素子２０の内周面には、内側電極２１及び外側電極２２のうち内側電極２１のみが形成されており、電気音響変換素子２０の外周面には、内側電極２１及び外側電極２２のうち外側電極２２のみが形成されている。
【００２３】
電気音響変換素子２０の内周面（例えば、内側電極２１の表面上）には、内側電極２１と電気的に接続された電極端子２１ａが設けられている。また、電気音響変換素子２０の外周面（例えば、外側電極２２の表面上）には、外側電極２２と電気的に接続された電極端子２２ａが設けられている。
【００２４】
外側電極１２の電極端子１２ａ及び外側電極２２の電極端子２２ａは、電気音響変換素子１０、２０の外周側での結線により互いに電気的に接続されているとともに、電気音響変換素子１０、２０の外周側を通る電気配線７２を介してグランドＧ（例えば、水中音響センサ１周囲の水）に接続されている。内側電極１１の電極端子１１ａは、電気音響変換素子１０、２０の内周側の筒状空間１３、２３を通る電気配線７３を介して、−出力に接続されている。内側電極２１の電極端子２１ａは、電気音響変換素子２０の内周側の筒状空間２３を通る電気配線７４を介して、＋出力に接続されている。すなわち、水中音響センサ１（振動センサ２）の検出信号は、内側電極１１、２１から取り出される。なお、電気配線７３はゴムスペーサー３０を貫通しているが、この貫通部分では、筒状空間１３、２３の間で湿気又は水分が交換されないように十分な水密性が確保されている。
【００２５】
上記の構成を有する水中音響センサ１は、例えば水中に設置され、ケーブル７１を介して不図示の受信機に接続される。電気音響変換素子１０、２０は、水中の音波を受波し、検出信号を受信機に出力する。これにより、水中音響センサ１を用いて水中音響を計測することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態に係る振動センサ２は、電気音響変換素子１０（第１の筒型圧電子の一例）と、電気音響変換素子１０とは逆の極性を有する電気音響変換素子２０（第２の筒型圧電子の一例）と、を備え、電気音響変換素子１０は、電気音響変換素子１０の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された内側電極１１と、電気音響変換素子１０の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された外側電極１２と、を有しており、電気音響変換素子２０は、電気音響変換素子２０の内周面及び外周面のうち内周面のみに形成された内側電極２１と、電気音響変換素子２０の内周面及び外周面のうち外周面のみに形成された外側電極２２と、を有しており、内側電極１１、２１の組からそれぞれ＋出力及び−出力の検出信号が取り出され、外側電極１２、２２の組が接地されるものである。
【００２７】
この構成によれば、電気音響変換素子１０、２０のそれぞれにおける内周面には、正極側又は負極側の一方の電極しか存在しない。このため、筒状空間１３又は筒状空間２３に湿気や水分が浸入したとしても、電気音響変換素子１０、２０のそれぞれ単独での絶縁不良が生じるのを防ぐことができる。また、電気音響変換素子１０、２０のそれぞれにおける外周面には、正極側又は負極側の他方の電極しか存在しない。このため、電気音響変換素子１０、２０の外周側に湿気や水分が浸入したとしても、電気音響変換素子１０、２０のそれぞれ単独での絶縁不良が生じるのを防ぐことができる。また、絶縁部材への透湿、透水が生じた場合、外側電極１２、２２間でショートしても、外側電極１２、２２はグランド線を介して結線され、かつ水中へ接地されているため、水中音響センサ１（水中受波器）の機能は失われない。
【００２８】
ここで、本実施の形態では、振動センサ２が水密部材７０によって水密に覆われた水中音響センサ１を例に挙げたが、必ずしも水中で使用しない振動センサ２では、水密部材７０を省略することもできる。水中で使用されない振動センサ２においても、使用環境によっては水分や塵埃が浸入する場合がある。しかしながら、本実施の形態によれば、電気音響変換素子１０、２０の内周面及び外周面のそれぞれには、正極側又は負極側のいずれか一方の電極しか存在しないため、水分や塵埃が浸入したとしても、上記と同様に電気音響変換素子１０、２０のそれぞれ単独での絶縁不良が生じるのを防ぐことができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、外側電極１２、２２の組が接地され、内側電極１１、２１の組から検出信号が取り出される。電気音響変換素子１０、２０は筒状の形状を有しているため、内側電極１１、２１の間の短絡よりも外側電極１２、２２の間の短絡の方が生じやすい。したがって、この構成によれば、短絡の生じやすい外側電極１２、２２同士を同電位にできるため、絶縁不良が生じるのをより確実に防ぐことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、筒状空間１３と筒状空間２３との間はゴムスペーサー３０によって水密に分離されている。このため、電気音響変換素子１０の内側電極１１と電気音響変換素子２０の内側電極２１との間で絶縁不良が生じるのを防ぐことができる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、筒状空間１３と電気音響変換素子１０の外周側の空間との間、及び筒状空間２３と電気音響変換素子２０の外周側の空間との間は、ゴムスペーサー３０、５０、５１によって水密に分離されている。また、電気音響変換素子１０、２０の外周面に設けられている外側電極１２、２２は、互いに電気的に接続されており、かつグランド（例えば、周囲の水）に接地されている。このため、電気音響変換素子１０、２０の外周側に湿気や水分が浸入したとしても、絶縁不良は生じない。
【００３２】
したがって、本実施の形態によれば、水中音響センサ１及び振動センサ２の絶縁不良をより確実に回避することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では、水中音響センサ１及び振動センサ２における外観形状や絶縁部材の構成を大幅に変更する必要がなく、主に、電気音響変換素子１０、２０の構成及び内部結線を変更するだけであるため、製造コストや振動雑音の増加を抑えつつ上記の効果を得ることができる。
【００３４】
その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、２つの電気音響変換素子１０、２０を備えた構成を例に挙げたが、４つ以上の偶数個の電気音響変換素子を備えていてもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態では、円筒状の形状を有する電気音響変換素子１０、２０を例に挙げたが、電気音響変換素子１０、２０は、円筒状以外の筒状（例えば、四角筒状）の形状を有していてもよい。電気音響変換素子１０、２０が円筒状以外の筒状の形状を有する場合には、ゴムスペーサー３０、５０、５１等は、電気音響変換素子１０、２０の形状に対応して円板状以外の形状を有していてもよい。
【００３６】
また、上記実施の形態において、偶数個の電気音響変換素子を電気的に直列に接続している電気配線の中間点とシャフト等の構成部品とを電気的に接続するとともに接地し、電気音響変換素子と構成部品との間の浮遊容量が中間点の正極側と負極側で等しくなるようにしてもよい。こうすることにより、電気音響変換素子と構成部品との間の浮遊容量に誘導される電気的な雑音を低減できるため、より正確な計測値を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１  水中音響センサ、２  振動センサ、１０、２０、１１０、１２０  電気音響変換素子、１１、２１、１１１、１２１  内側電極、１１ａ、１２ａ、２１ａ、２２ａ  電極端子、１２、２２、１１２、１２２  外側電極、１３、２３  筒状空間、３０、５０、５１、１３０  ゴムスペーサー、４０、４１  押さえ金具、６０  シャフト、６１、６２  ナット、７０  水密部材、７１  ケーブル、７２、７３、７４  電気配線、１１２ａ、１２２ａ  一部。
【図１】
0006287737.tif 000002
【図２】
0006287737.tif 000003
【図３】
0006287737.tif 000004