(57)【要約】【課題】  船底の船内側面などに取り付けた超音波振動子を含む水中超音波利用装置を備える船舶において、水中に放射される超音波の放射強度、受波感度、及び指向特性を良好とした水中超音波利用装置付き船舶を提供することを目的とする。【解決手段】  魚群探知機付きボート１０は、ボート１の金属船底部３に超音波振動子６が固着されている。この超音波振動子６は、駆動により厚さ方向に振動する圧電素子６１と、圧電素子６１にバッファ体６３を介して積み重ねられ、船内側面３Ｂに接する円板状のアルミ整合体６２と、を含み、金属船底部を伝わる超音波振動の波長をλｂ、この金属船底部の厚さをｔｂ、アルミ整合体６２を伝わる超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０を満たす。【選択図】  図２
2007315788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部であり、
上記金属船底部の船内側面に取り付けられた超音波振動子を含む水中超音波利用装置を備える
水中超音波利用装置付き船舶であって、
上記超音波振動子は、
所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、
上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、
上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、
この金属船底部の厚さをｔｂ、
上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、
この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、
下記式（１）を満たすように構成されてなる
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
水中超音波利用装置付き船舶。
【請求項２】
請求項１に記載の水中超音波利用装置付き船舶であって、
前記金属船底部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、
前記波長整合体も、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる
水中超音波利用装置付き船舶。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水中超音波利用装置付き船舶であって、
前記超音波振動子は、前記振動素子と波長整合体との間にゴムからなるバッファ体を備える
水中超音波利用装置付き船舶。
【請求項４】
船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部である船舶に用いる水中超音波利用装置であって、
上記金属船底部の船内側面に取り付けられることが予定されている超音波振動子を含み、
上記超音波振動子は、
所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、
上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、
上記波長整合体は、
上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、
この金属船底部の厚さをｔｂ、
上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、
この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、
下記式（１）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
水中超音波利用装置。
【請求項５】
超音波振動子と、
少なくとも上記超音波振動子を包囲するケースと、を備える
水中超音波利用装置であって、
上記ケースのうち、使用時に水に接する接水部の少なくとも一部は、金属からなる金属接水部であり、
上記超音波振動子は、
上記金属接水部の内側面に取り付けられてなり、
所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、
上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、
上記波長整合体は、
上記金属接水部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｃ、
この金属接水部のうち上記超音波振動が伝わる部分の厚さをｔｃ、
上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、
この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、
下記式（２）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（２）
水中超音波利用装置。
【請求項６】
船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部である船舶において、上記金属船底部の船内側面に取り付けられることが予定されている超音波振動子であって、
所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、
上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、
上記波長整合体は、
上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、
この金属船底部の厚さをｔｂ、
上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、
この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、
下記式（１）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
超音波振動子。
【請求項７】
使用時に水に接する接水部の少なくとも一部が、金属からなる金属接水部であるケースのうちの、上記金属接水部の内側面に取り付けられることが予定されており、上記ケースで包囲される超音波振動子であって、
所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、
上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、
上記波長整合体は、
上記金属接水部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｃ、
この金属接水部のうち上記超音波振動が伝わる部分の厚さをｔｃ、
上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、
この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、
下記式（２）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（２）
超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、魚群探知機、水中超音波探査装置などの水中超音波利用装置を備える、水中超音波利用装置付き船舶、水中超音波利用装置、及びこれに用いる超音波振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中超音波は、魚群探知機、水中超音波探査装置など水中超音波利用装置で用いられている。このような水中超音波利用装置では、超音波を放射する超音波振動子を船やケースに装着するに当たり、部材を用いてあるいは船底に貫通孔を穿孔して、船外やケースに固定、水没させる方式が知られている。そのほか、インナーハル方式や、船底の船内側面あるいはケースの内側面に超音波振動子を接着するなどの手法も採用される。
【０００３】
このうち、船底の船内側面やケースの内側面に超音波振動子を接着する手法は、超音波振動子を船外（外部）に出さないため、船の走行時にも気泡の影響を受けにくい、岩その他の障害物との衝突による故障が生じにくいなどの利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、船底の船内側面やケースの内側面に超音波振動子を接着する手法は、船底やケースを通じて、水中に超音波を放射するため、ロスが多く、同じ超音波振動子を直接水中に没して使用した場合に比して、水中に放射される超音波の強度が低くなり、また、超音波の受波感度も低下する。さらに、サイドローブの強度が大きくなる傾向にあり、メインビームの指向角も大きくなる傾向にある。
【０００５】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、船底の船内側面などに取り付けた超音波振動子を含む水中超音波利用装置を備える船舶において、水中に放射される超音波の放射強度、受波感度、及び指向特性を良好とした水中超音波利用装置付き船舶を提供することを目的とする。また、船舶あるいはケースに超音波振動子を取り付ける水中超音波利用装置において、水中に放射される超音波の放射強度、受波感度、及び指向特性を良好とした水中超音波利用装置を提供することを目的とする。またさらにこの水中超音波利用装置に用いる超音波振動子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】
【０００６】
その解決手段は、船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部であり、上記金属船底部の船内側面に取り付けられた超音波振動子を含む水中超音波利用装置を備える水中超音波利用装置付き船舶であって、上記超音波振動子は、所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、この金属船底部の厚さをｔｂ、上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、下記式（１）を満たすように構成されてなる
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
水中超音波利用装置付き船舶である。
【０００７】
本発明の水中超音波利用装置付き船舶では、振動素子の所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体を備え、しかも金属船底部と波長整合体とを式（１）を満たす関係としている。具体的には、金属船底部の厚さｔｂと波長整合体の厚さｔｓとを、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ＝１／２またはこれに十分近い範囲（±１／１０以内）に調整している。つまり、金属船底部と波長整合体とをそれらの厚み方向に見たとき、これらに生じる超音波振動が、両者合わせて、超音波振動のほぼ１／２波長となるようにしてある。このため、超音波振動子を船内に配置しながらも、損失や不要反射を抑制し、効率よく超音波を金属船底部から船外（水中）に放射することができる。また、水中から入射する超音波を効率よく振動素子に伝えることができる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する水中超音波利用装置付きの船舶とすることができる。
【０００８】
なお、水中超音波利用装置としては、水中の魚群の有無を探知する魚群探知機や、海底や湖底など水底の形状、深さ等を探査する水中超音波探査装置など、超音波を水中に放射して、水中からの超音波を受波して、あるいは水中への超音波の放射及び水中からの超音波の受波を行って、水中のあるいは水底の情報を取得する装置のほか、超音波を用いた水中通信など、水中において超音波を利用する装置を含む。
また、水中超音波利用装置付き船舶に用いる船舶本体としては、船底の少なくとも一部が金属船底部となって、この金属船底部に超音波振動子を取り付けられる船舶であれば良いが、船底の全部が金属からなる船舶、さらには、アルミ船など全体が金属で構成されている船舶を用いることもできる。
【０００９】
さらに、船底金属部をなす金属の材質としては、船の用途に応じて適宜選択すればよく、また、超音波を低損失で伝えられる金属を選択するのが好ましい。例えば、アルミニウム、ジュラルミンなどのアルミニウム合金が挙げられる。また、炭素鋼、ステンレスなどの鉄鋼や、チタン合金などが挙げられる。
また、振動素子としては、水中に放射する超音波を適切に励起しうる振動素子であればいずれのものも使用しうる。例えば、圧電素子、電歪素子、磁歪素子など電気的駆動により、所定周波数の超音波振動を生じうる振動素子が挙げられる。さらに圧電素子を用いる場合には、厚さ方向に分極した円板状、あるいは角板状の圧電セラミックからなる圧電素子や、リング状の圧電素子を用いたボルト締めランジュバン型の振動素子を用いることもできる。
【００１０】
また、波長整合体は、前述の式（１）あるいは後述の式（２）を満たす厚みを有するものである。この波長整合体としては、例えば、振動素子と船底の金属船底部、あるいはケースの金属接水部との間に介在する板状の金属板を用いることができる。
さらに、波長整合体と金属船底部あるいは金属接水部との間は、接着剤によって隙間なく互いに接合されているのが好ましい。なお、波長整合体の金属船底部側の面（接着面）を、ラップ仕上げなどにより平坦に整面しておくのが好ましい。同様に、金属船底部の船内側面や金属接水部の内側面のうち、少なくとも波長整合体と接合する部分についても、ラップ仕上げやサンドペーパでの整面など適宜の整面を行ってあると良い。
【００１１】
さらに、上述の水中超音波利用装置付き船舶であって、前記金属船底部は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記波長整合体も、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる水中超音波利用装置付き船舶と良い。
【００１２】
プレジャーボートなどの船舶では、アルミダイキャストなどアルミニウム（またはその合金）で船底や船体を構成したものがある。これらのように、金属船底部がアルミニウム（あるいはその合金）で構成されている場合、波長整合体も同様のアルミニウム（あるいはその合金）とすることで、音響インピーダンスなどが似通った値となり、両者の界面での超音波の反射をより抑えることができる。
【００１３】
さらに、上述のいずれかに記載の水中超音波利用装置付き船舶であって、前記超音波振動子は、前記振動素子と波長整合体との間にゴムからなるバッファ体を備える水中超音波利用装置付き船舶とすると良い。
【００１４】
振動素子が波長整合体に直接接着した構造の超音波振動子では、両者の界面で接着剥がれが生じる場合がある。
これに対し、本発明の水中超音波利用装置付き船舶では、バッファ体の介在により、振動素子と波長整合体の機械的結合が緩和された超音波振動子を用いている。これによって、バッファ体に接着した振動素子が振動素子の振動により剥がれる不具合が防止され、より信頼性の高い水中超音波利用装置付き船舶とすることができる。
【００１５】
なお、バッファ体としては、振動素子と波長整合体の機械的結合を適度に緩和できる材質を選択するのが良く、具体的には、適切な硬度を有するゴム状弾性体が挙げられる。さらに具体的には、ＣＲゴム、ＮＢＲゴムなどのゴム材や、ゴム状弾性を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。
また、振動素子と波長整合体との電気的絶縁を図るため、バッファ体としては、絶縁性材料、例えば絶縁性ゴムを用いるのが好ましい。
【００１６】
他の解決手段は、船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部である船舶に用いる水中超音波利用装置であって、上記金属船底部の船内側面に取り付けられることが予定されている超音波振動子を含み、上記超音波振動子は、所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、上記波長整合体は、上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、この金属船底部の厚さをｔｂ、上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、下記式（１）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
水中超音波利用装置である。
【００１７】
本発明の水中超音波利用装置では、超音波振動子に、振動素子の所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体を備え、しかもこの波長整合体の厚さｔｓと、この超音波振動子を取り付ける船底の金属船底部の厚さｔｂとを、式（１）を満たす関係としている。具体的には、金属船底部の厚さｔｂと波長整合体の厚さｔｓとを、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ＝１／２またはこれに十分近い範囲（±１／１０以内）に調整している。つまり、金属船底部と波長整合体とをそれらの厚み方向に見たとき、これらに生じる超音波振動が、両者合わせて、超音波振動のほぼ１／２波長に厚さとなるようにしてある。このため、超音波振動子を金属船底部に取り付けることで、この超音波振動子を船内に配置しながらも、損失や不要反射を抑制し、効率よく超音波を金属船底部から船外（水中）に放射することができるようになる。また、水中から入射する超音波を効率よく振動素子に伝えることができるようになる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、本発明の水中超音波利用装置を用いれば、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する水中超音波利用装置付きの船舶を構成することができる。
【００１８】
さらに他の解決手段は、超音波振動子と、少なくとも上記超音波振動子を包囲するケースと、を備える水中超音波利用装置であって、上記ケースのうち、使用時に水に接する接水部の少なくとも一部は、金属からなる金属接水部であり、上記超音波振動子は、上記金属接水部の内側面に取り付けられてなり、所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、上記波長整合体は、上記金属接水部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｃ、この金属接水部のうち上記超音波振動が伝わる部分の厚さをｔｃ、上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、下記式（２）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（２）
水中超音波利用装置である。
【００１９】
本発明の水中超音波利用装置では、超音波振動子がケースに包囲されている。この超音波振動子は、振動素子の所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体を備え、しかもこの波長整合体の厚さｔｓと、この超音波振動子を取り付けるケースの金属接水部のうち超音波振動が伝わる部分の厚さｔｃとを式（２）を満たす上述の関係としている。具体的には、金属接水部の厚さｔｃと波長整合体の厚さｔｓとを、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ＝１／２またはこれに十分近い範囲（±１／１０以内）に調整している。つまり、金属接水部と波長整合体とをそれらの厚み方向に見たとき、これらに生じる超音波振動が、両者合わせて、超音波振動のほぼ１／２波長分となるようにしてある。このため、超音波振動子を金属接水部に取り付けることで、この超音波振動子をケース内に配置しながらも、損失や不要反射を抑制し、効率よく超音波を金属接水部から水中に放射することができるようになる。また、水中から入射する超音波を効率よく振動素子に伝えることができるようになる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する水中超音波利用装置とすることができる。
【００２０】
なお、この水中超音波利用装置のケースとしては、超音波振動子等を密閉包囲して防水構造としたケースのほか、船型あるいは桶型など上部など一部が開放され防水とはなっていないケースを採用することもできる。
また、金属接水部をなす金属の材質としては、水中超音波利用装置の用途に応じて適宜選択すればよく、また、超音波を低損失で伝えられる金属を選択するのが好ましい。例えば、アルミニウム、ジュラルミンなどのアルミニウム合金が挙げられる。また、炭素鋼、ステンレスなどの鉄鋼や、チタン合金などが挙げられる。
【００２１】
さらに、上記いずれかに記載の水中超音波利用装置であって、前記超音波振動子は、前記振動素子と波長整合体との間にゴムからなるバッファ体を備える水中超音波利用装置とするのが好ましい。
【００２２】
振動素子が波長整合体に直接接着した構造の超音波振動子では、両者の界面で接着剥がれが生じる場合がある。
これに対し、本発明の水中超音波利用装置では、バッファ体の介在により、振動素子と波長整合体の機械的結合が緩和された超音波振動子を用いている。これによって、バッファ体に接着した振動素子が振動素子の振動により剥がれる不具合が防止され、より信頼性の高い水中超音波利用装置とすることができる。
【００２３】
さらに他の解決手段は、船底の少なくとも一部が金属からなる金属船底部である船舶において、上記金属船底部の船内側面に取り付けられることが予定されている超音波振動子であって、所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記船内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、上記波長整合体は、上記金属船底部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｂ、この金属船底部の厚さをｔｂ、上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、下記式（１）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
超音波振動子である。
【００２４】
本発明の超音波振動子では、波長整合体を、超音波振動子を取り付けることが予定されている船底の金属船底部に対し、式（１）を満たす関係としている。具体的には、金属船底部の厚さｔｂと波長整合体の厚さｔｓとが、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ＝１／２またはこれに十分近い範囲（±１／１０以内）に調整している。つまり、金属船底部と波長整合体とをそれらの厚み方向に見たとき、これらに生じる超音波振動が、両者合わせて、超音波振動のほぼ１／２波長分となるようにしてある。このため、この超音波振動子を金属船底部に取り付けることで、この超音波振動子を船内に配置しながらも、損失や不要反射を抑制し、効率よく超音波を金属船底部から船外（水中）に放射することができるようになる。また、水中から入射する超音波を効率よく振動素子に伝えることができるようになる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する超音波振動子を取り付けた船舶を構成することができる。
【００２５】
さらに他の解決手段は、使用時に水に接する接水部の少なくとも一部が、金属からなる金属接水部であるケースのうちの、上記金属接水部の内側面に取り付けられることが予定されており、上記ケースで包囲される超音波振動子であって、所定周波数で所定振動方向に超音波振動する振動素子と、上記所定振動方向を厚さ方向とする波長整合体であって、上記振動素子とは上記所定振動方向に直接または間接に積み重ねられ、上記内側面に接し、波長整合を行う波長整合体と、を含み、上記波長整合体は、上記金属接水部を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｃ、この金属接水部のうち上記超音波振動が伝わる部分の厚さをｔｃ、上記波長整合体を伝わる上記所定周波数の超音波振動の波長をλｓ、この波長整合体の厚さをｔｓとしたとき、下記式（２）を満たす厚さｔｓを有する
１／２−１／１０≦ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（２）
超音波振動子である。
【００２６】
本発明の超音波振動子では、波長整合体を、超音波振動子を取り付けることが予定されているケースの金属接水部に対し、式（２）を満たす関係としている。具体的には、金属接水部のうち超音波振動が伝わる部分の厚さｔｃと波長整合体の厚さｔｓとが、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ＝１／２またはこれに十分近い範囲（±１／１０以内）に調整している。つまり、金属接水部と波長整合体とをそれらの厚み方向に見たとき、これらに生じる超音波振動が、両者合わせて、超音波振動のほぼ１／２波長分となるようにしてある。このため、この超音波振動子を金属接水部に取り付けることで、この超音波振動子をケース内に配置しながらも、損失や不要反射を抑制し、効率よく超音波を金属接水部から水中に放射することができるようになる。また、水中から入射する超音波を効率よく振動素子に伝えることができるようになる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する超音波振動子を備えた水中超音波利用装置を構成することができる。
【００２７】
さらに上記いずれかに記載の超音波振動子であって、前記振動素子と波長整合体との間にゴムからなるバッファ体を備える超音波振動子とするのが好ましい。
【００２８】
振動素子が波長整合体に直接接着した構造の超音波振動子では、両者の界面で接着剥がれが生じる場合がある。
これに対し、本発明の超音波振動子では、バッファ体の介在により、振動素子と波長整合体の機械的結合が緩和されている。これによって、バッファ体に接着した振動素子が振動素子の振動により剥がれる不具合が防止され、より信頼性の高い水中超音波利用装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態を、実施例１，２として、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３０】
本発明の第１の実施例を、図１〜図５を参照して説明する。本実施例１の魚群探知機付きボート１０は、ボート１とこれに搭載された魚群探知機４とからなる。このうち、ボート１は、いわゆるアルミ船であり、その船底２の一部である金属船底部３も含め、船体全体がアルミニウム合金からなっている。船底２（金属船底部３）は、ボート１を水上に浮かべた場合に、水面ＷＳよりも下方に位置する。
【００３１】
このボート１内には、魚群探知機４が搭載されている。この魚群探知機４は、超音波振動子６と、これを駆動し、その出力（超音波受波出力）を解析して、水中の様子、魚群の有無等を表示する本体装置５とを含んでいる。本体装置５には、超音波振動子６を駆動するための駆動電源５１及び、超音波振動子６からの出力等を処理したものを画像やデータとして表示する表示ディスプレイ５２を含む。
【００３２】
一方、超音波振動子６は、図２に示すように、船底２の一部である金属船底部３の船内側面３Ｂに固着されている。なお、超音波振動子６が固着されている部分における金属船底部３の厚さｔｂはｔｂ＝６．０ｍｍ、厚さ方向の音速ｖｂはｖｂ＝６４００ｍ／ｓである。超音波振動子６は、円板状（φ４０×ｔ１０ｍｍ）の圧電素子６１と、この圧電素子６１の前面６１Ｆ側に配置され、圧電素子６１よりも径大で略円板状（φ８０×２０ｍｍ）のアルミ整合体６２と、圧電素子６１とアルミ整合体６２との間に介在し、圧電素子６１と略同径で円板状（φ４０×ｔ５．０ｍｍ）のバッファ体６３とを有する。
【００３３】
このうち、圧電素子６１は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とし、厚さ方向（図２において上下方向、軸線ＡＸに沿う方向）に分極され、前面６１Ｆ及び裏面６１Ｂには、Ａｇからなる電極６１Ｅ１，６１Ｅ２がそれぞれ形成されている。これらの電極６１Ｅ１，６１Ｅ２は、ケーブル６６内の図示しないリード線を経由して本体装置５に接続されており、圧電素子６１は、駆動回路５１によって所定の駆動周波数ｆ（＝１２０ｋＨｚ）で駆動され、厚さ方向（軸線ＡＸ方向）に伸縮（超音波振動）する。
【００３４】
アルミ整合体６２は、金属船底部３と同様のアルミニウム合金からなり、前述のように、その厚さ（軸線ＡＸ方向の寸法）ｔｓはｔｓ＝２０ｍｍである。またこのアルミ整合体６２の厚さ方向の音速ｖｓはｖｓ＝６４００ｍ／ｓである。このアルミ整合体６２は、その前面６２Ｆで、ボート１の金属船底部３の船内側面３Ｂに接着剤層ＡＤを介して密着している。このアルミ整合体６２は、圧電素子６１の超音波振動により、その厚さ方向（軸線ＡＸ方向）に超音波振動し、これを金属船底部３に伝える。
このアルミ整合体６２の働きについては、後述する。
なお、アルミ整合体６２と金属船底部３とを同材質としたため、両者の音響インピーダンスがほぼ同等となり、両者の界面での反射が生じにくくなっている。また、このアルミ整合体６２の前面６２Ｆは、金属船底部３の船内側面３Ｂと密着するように、ラップ仕上げなどによって整面しておくのが好ましい。同様に、金属船底部３の船内側面３Ｂも、サンドペーパでの整面、ラップ仕上げなどによる整面をしておくのが好ましい。
【００３５】
また、バッファ体６３は、絶縁性のＣＲゴムからなり、圧電素子６１の前面６１Ｆとアルミ整合体６２の裏面６２Ｂとの間に挟持されている。具体的には、圧電素子６１とバッファ体６３とアルミ整合体６２とは、互いに図示しない接着剤によって接合されている。このバッファ体６３は、圧電素子６１とアルミ整合体６２との間に介在して、両者の機械的結合を緩和している。というのも、圧電素子６１とアルミ整合体６２とを、バッファ体６３無しに直接接合した場合には、圧電素子６１の厚み方向振動（厚さ方向の伸縮）及びそれに伴う径方向振動（径方向の伸縮）に対し、アルミ整合体６２に励起される超音波振動のモードが完全に同じではないため、両者間の接合部分（接着剤）に亀裂が生じる「接着剥がれ」を生じる虞がある。そこで、ゴムからなるバッファ体６３を介在させて、圧電素子６１で発生させた超音波振動をアルミ整合体６２に伝えるとともに、両者間の振動の様子の違いを吸収するのである。
【００３６】
かくして、駆動回路５１で圧電素子６１を駆動すると、この圧電素子６１は、振動周波数ｆで、厚さ方向（軸線ＡＸ方向）に伸縮（超音波振動）し、バッファ体６３及びアルミ整合体６２を通じて、金属船底部３に超音波振動させ、その放射面３Ｆから水ＷＴの中に超音波ＵＳＲを放射することができる。
【００３７】
圧電素子６１及びバッファ体６３の後方（図２において上方）及び周囲には、これらを包囲するバック材６４を備えている。このバック材６４は、ゴムからなり、圧電素子６１の防湿、絶縁、及び不要振動、残響振動の吸収を行っている。
さらに、この超音波振動子６は、ゴムからなるゴムフロート６５を含む。このゴムフロート６５は、バック材６４及びアルミ整合体６２を包囲する有底円筒状の形態を有する包囲部６５Ｈと、この包囲部６５Ｈから径方向外側に延び、ケーブル６６を液密に把持するブッシュ部６５Ｂとを有している。また、包囲部６５Ｈの内周面６５Ｉとアルミ整合体６２の外周面６２Ｇ及び裏面６２Ｂの周縁部分とは液密に密着（接着）してなる。
なお、アルミ整合体６２の外周面６２Ｇには、係合鍔部６２Ｔが設けられて、包囲部６５Ｈから抜けにくくなっている。また、包囲部６５Ｈの内周面６５Ｉとバック材６４との間には内部空間ＳＰが形成されており、バック材６４を通じてゴムフロート６５の包囲部６５Ｈにまで超音波振動が伝わらないように、いわゆる縁切りがされている。
【００３８】
さて、本実施例１の超音波振動子６では、ボート１の金属船底部３との関係で、アルミ整合体６２を圧電素子６１と金属船底部３との間に介在させ、さらにその厚みｔｓを、以下のように設定している。即ち、アルミ整合体６２の厚み（軸線ＡＸ方向寸法）をｔｓ、これを伝わる超音波振動の波長をλｓ、ボート１の金属船底部３の厚み（軸線ＡＸ方向寸法）をｔｂ、これを伝わる超音波振動の波長をλｂとしたとき、下記式（１）を満たすように、アルミ整合体６２の厚みｔｓを調整してある。
１／２−１／１０≦ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（１）
なお、波長λｓは、伝わる超音波振動の振動周波数ｆと、アルミ整合体６２の厚み方向の音速ｖｓから、λｓ＝ｖｓ／ｆにより得られる。同様に、波長λｂは、伝わる超音波振動の振動周波数ｆと、金属船底部３の厚み方向の音速ｖｂから、λｂ＝ｖｂ／ｆにより得られる。
【００３９】
具体的には、本実施例１の魚群探知機付きボート１０では、ｆ＝１２０ｋＨｚ、ｖｓ＝６３４５ｍ／ｓ、ｖｂ＝６４４５ｍ／ｓであるので、λｓ＝５２．８８ｍｍ、λｂ＝５３．７９ｍｍとなる。また、ｔｓ＝２０ｍｍ，ｔｂ＝６．０ｍｍである。このため、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ＝０．４８となり、式（１）の範囲に含まれることが判る。
なお、金属船底部３あるいはアルミ整合体６２の厚さ方向の音速ｖｂ，ｖｓは、周波数が既知の超音波厚み計を用いて、金属船底部３あるいはアルミ整合体６２の厚さを測定し、別途測定した厚さｔｂ，ｔｓとの比較から、実際の音速ｖｂ，ｖｓを得た。詳細には、金属船底部３（実際には、これと同材質、同厚のアルミニウム合金の平板、□２００×ｔ６）及びアルミ整合体６２の厚みを、マイクロメータを用いて測定する。一方、超音波厚み計（東京計器製、ＵＴＭ１００、パルス反射方式、図示しない）を用いて、金属船底部３（実際には上述の平板）及びアルミ整合体６２の厚みを測定し、超音波厚み計の音速測定スイッチにより音速を変更して、この超音波厚み計で表示される厚みが、マイクロメータで実測した厚みに一致する音速を、金属船底部３及びアルミ整合体６２の音速ｖｂ，ｖｓとした。なお、超音波厚み計の厚さの測定精度（表示精度）が０．１ｍｍであるので、得られる音速には、幅が生じることがある。この場合には、音速の幅の中央値を真の音速とした。
【００４０】
この式（１）について説明する。式（１）は、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓの値を、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓ＝１／２を中心として、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓの許容幅を、±１／１０に設定したものである。
一般に、物体の厚さをｔ、これを伝わる超音波振動の波長をλとしたとき、ｔ／λは、この物体の厚さ方向に、超音波振動の波が幾つ（何波長分）存在しているかを示す。従って、この式（１）は、アルミ整合体６２と金属船底部３とを伝わる超音波振動の波が、これらに実効的に、１／２ヶ分（１／２波長分）含まれている寸法関係、あるいはこれに近似した寸法関係とするのが好ましいことを示している。
【００４１】
これは、金属船底部３の放射面３Ｆから、これよりも音響インピーダンスの高い（音速の低い）水ＷＴの中に超音波ＵＳＲを放射するに当たり、金属船底部３の船内側面３Ｂに適切な厚さｔｂのアルミ整合体６２を付加して、アルミ整合体６２と金属船底部３とを併せて、実効的にλ／２共振体を構成する。これにより、放射面３Ｆからその正面（軸線ＡＸ方向）の水中に超音波ＵＳＲを効率よく放射可能となるからと考えられる。また、これに伴い、サイドローブを発生をも抑制することができる。上述のようにアルミ整合体６２と金属船底部３とを併せて、実効的なλ／２共振体を構成することで、厚み方向（軸線ＡＸ方向）の振動が選択的に励起され、これ以外の方向の振動（径方向振動）の発生が抑制されるためと考えられる。
なお、ｔｂ／λｂ＋ｔｓ／λｓの許容幅を、±１／１０に設定したのは、この範囲内であれば、アルミ整合体６２と金属船底部３とを併せて、実効的なλ／２共振体に近い状態とすることができ、放射面３Ｆからその正面（軸線ＡＸ方向）の水中に超音波ＵＳＲを効率よく放射できる一方、サイドローブの発生も十分抑制できるからである。
【００４２】
ついで、実施例１及び比較例１，２にかかる魚群探知機付きボートについて、その指向特性、正面（軸線ＡＸ方向）への送波音圧、正面（軸線ＡＸ方向）からの超音波の受波感度を測定した。但し、実際のボート１を用いて、指向特性を計測するのは大がかりな装置が必要となり困難であるため、金属船底３に代えて、同材質のアルミニウム合金からなり、同じ厚さｔｂ＝６．０ｍｍを有する、平面寸法２００×２００ｍｍの平板の中心に、超音波振動子６を接着した実施試料１を用意し、その指向特性を測定した。比較例２に係る超音波振動子にも同様の平板を用いて、比較試料２としている。
また前述の通り、本実施例１（実施試料１）の超音波振動子６において、圧電素子６１は、直径φ４０ｍｍ、厚み１０ｍｍである。また、アルミ整合体６２は、直径φ８０ｍｍ、厚み２０ｍｍである。
一方、比較例１として、圧電素子６１及びバッファ体６３を備え、アルミ整合体６２を備えない超音波振動子を作成し、これを金属船底部３に固着することなく、直接水中に投げ入れて、その指向特性を測定した。
また、比較例２（比較試料２）として、比較例１で用いた超音波振動子（具体的にはバッファ体６３）を、前述の平板（ｔｂ＝６．０ｍｍ、２００×２００ｍｍ）に接着したものを作製し、その指向特性を測定した。
【００４３】
指向特性についての結果を、実施例１（実施試料１）について図３に、比較例１について図４に、比較例２（比較試料２）について図５に示す。また、送波音圧の周波数特性を図６に、受波感度の周波数特性を図７に示す。
【００４４】
なお、送波音圧は、上述の平板に超音波振動子６を接着した実施試料１等を水中に投入し、水深１ｍで超音波振動子６の軸線ＡＸを水平に保ち、本体装置５を用いて駆動し、この軸線上で１ｍ離れた位置に配置した受波器（沖電気工業製、ＳＴ−１００４、図示しない）により、水中を伝わった超音波を検知する。この受波器の出力を出力電圧をオシロスコープ（図示しない）で観察する。送波音圧Ｐを、Ｐ（ｄＢ）＝Ｖｒ−ｋｍにより、算出する。ここで、Ｐは送波音圧の音圧レベル（０ｄＢ＝１μＰａ）、Ｖｒは受波器の出力レベル（０ｄＢ＝１Ｖrms）、ｋｍは受波器の受波感度（０ｄB＝１Ｖrms／μＰａ）である。図６に示す送波音圧の周波数特性は、本体装置５による駆動周波数を変化させて、各周波数における送波音圧を測定したものである。
【００４５】
また、指向特性は、上述の送波音圧の測定と同様にして、受波器の出力電圧を測定する。その際、超音波振動子６の軸線ＡＸ上に受波器が位置する状態（受波器が平板に正対する状態）を角度θ＝０°として、超音波振動子６をその軸線ＡＸを水平に保ったまま水平方向面内を回動させ、各角度における受波器の出力電圧を測定する。さらに、各角度θにおける相対強度Ｇを、Ｇ（ｄＢ）＝２０Log(Ｖθ／Ｖ０）により算出する。ここで、Ｖ０は、角度θ＝０°における受波器の出力電圧であり、Ｖθは、角度θにおける受波器の出力電圧である。さらに、相対強度Ｇが−６ｄＢ以内となる角度範囲の大きさを、指向角αとして算出する。
【００４６】
さらに、受波感度は、上述の送波音圧及び指向特性の測定とは異なり、平板に超音波振動子６を接着した実施試料１等を水中に投入し、水深１ｍで超音波振動子６の軸線ＡＸを水平に保つ。また、この軸線上で１ｍ離れた位置に配置した送波器（沖電気工業製、ＳＴ−１００４，図示しない）を駆動して超音波を発生させ、水中を伝わった超音波を超音波振動子６で受波し、その出力をオシロスコープ（図示しない）で観察する。オシロスコープで得た超音波振動子６の出力電圧から、受波感度Ｓを、Ｓ（ｄＢ）＝ＶＴＤ−（Ｖｓ＋Ｋｓ）により算出する。ここで、Ｓは超音波振動子の受波感度（０ｄＢ＝１Vrms／μＰａ）、ＶＴＤは超音波振動子６の出力電圧のレベル（０ｄＢ＝１Vrms）、Ｋｓは送波器の送波強度（０ｄＢ＝１μＰａ／Vrms・ｍ）である。図７に示す受波感度の周波数特性は、送波器による超音波の周波数を変化させて、各周波数における受信感度を測定したものである。
【００４７】
図３のグラフによれば、本実施例１に係る超音波振動子６を用いた実施試料１においては、角度０deg付近に現れるメインビームの指向角（−６ｄＢ以上となる角度範囲）αが、α＝１４degであり、サイドローブのピークがメインビームに比して−１７ｄＢ以下に抑制されていることが判る。
一方、比較例１に係る超音波振動子では、メインビームの指向角αは、α＝２０degであり、サイドローブのピークは、メインビームに比して−１３ｄＢ以下に抑制されていることが判る（図４参照）。
また、比較例２に係る超音波振動子を用いた比較試料２では、メインビームの指向角αは、α＝２２degであり、サイドローブのピークはメインビームに比して−４ｄＢしか抑制されていないことが判る（図５参照）。
【００４８】
また、図６に示す、各試料の送波音圧Ｐの周波数特性によれば、アルミ整合体６２を有する実施試料１（▲印）では、ボート１の船内に超音波振動子６を配置していながらも、比較例１（◆印：水中投げ入れ型）とほぼ同程度の送波音圧Ｐを得ていることが判る。一方、アルミ整合体６２を有さない比較試料２（■印）では、実施試料１に比して送波音圧Ｐが概略１０ｄＢ程度低下していることが判る。
【００４９】
また、図７に示す受波感度Ｓの周波数特性においても、アルミ整合体６２を有する実施試料１（▲印）では、比較例１（◆印：水中投げ入れ型）とほぼ同程度、一部ではこれを上回る受波感度Ｓを得ていることが判る。一方、アルミ整合体６２を有さない比較試料２（■印）では、実施試料１に比して受波感度Ｓも概略１０ｄＢ程度低下していることが判る。
【００５０】
上述の比較例１（図４）と比較例２（比較試料２：図５）との比較から、通常の（アルミ整合体を有さない比較例１の）水中投げ込み型超音波振動子（比較例１）を、金属船底部に接着すると（比較例２）、指向角αが大きくなり、サイドローブ大きくなることが判る。また、送波音圧（放射強度）Ｐ及び受波感度Ｓも大幅に低下することが判る。
比較例２（比較試料２）の場合には、圧電素子を発生させた超音波振動を金属船底部（比較試料２の場合には平板）から水中に放射する際に、アルミ整合体が無いために、圧電素子から金属船底部への超音波振動の伝送、及び金属船底部から水中への超音波振動の伝送のいずれにおいても不整合が生じる。このため、それぞれの界面で反射や損失が生じ、結局、水中へ十分な強度で超音波を放射できなかったものと解される。また、圧電素子の厚み方向の振動のみならず、径方向振動なども励起され、メインビームの強度が低下して指向角αが大きくなるのに加えて、サイドローブとして大きなピークが現れたものと考えられる。
【００５１】
これに対し、本実施例１に係る超音波振動子６を用いた場合（実施試料１：図３）には、比較例２（比較試料２：図５）のみならず比較例１（図４）に比しても指向角αが小さく、鋭い超音波ビームを水中に放射できる上、サイドローブも比較例１，２に比して十分に抑制できることが判る。また、超音波ＵＳＲの送波音圧（放射強度）Ｐは、水中投げ込み型の超音波振動子（比較例１）と同程度であり、ロス無く超音波ＵＳＲを放射することができる。
このように、アルミ整合体６２を備えた超音波振動子６とすることにより、アルミ整合体のない比較例２（比較試料２）に比して、この超音波振動子６（これを備えるボート１０）における超音波ＵＳＲの放射特性、指向特性を大幅に向上させることができる。また、水中投げ込み型の超音波振動子（比較例１）に比しても同等あるいはそれ以上の特性を得られることが判る。さらに、水中から超音波ＵＳＰを受波する受波感度についても、アルミ整合体のない比較例２（比較試料２）に比して、大幅に向上させることができ、水中投げ込み型の超音波振動子（比較例１）と同等の特性を得られることが判る。
【００５２】
かくして、本実施例１の魚群探知機付きボート１０、魚群探知機４、及び超音波振動子６は、超音波振動子６を船内に配置しながらも、良好な超音波の放射特性や指向特性、受波特性を有する魚群探知機付きボート、魚群探知機、及び超音波振動子となる。
【実施例２】
【００５３】
ついで、本発明の第２の実施例を、図８を参照して説明する。前述した実施例１では、魚群探知機４の超音波振動子６をボート１の金属船底部３に固着した魚群探知機付きボート１０について説明した。
これに対し、本実施例２は、船舶ＳＨで用いる水中超音波探査装置１４０にかかり、実施例６と同様の構成を有する超音波振動子６を用いる。従って、異なる部分について説明し、同様の部分については、記載を省略あるいは簡略化する。
【００５４】
本実施例２の水中超音波探査装置１４０は、本体装置１５０と、超音波振動子６含むプローブ１６０とからなる。このうち、この本体装置１５０は、超音波振動子６を駆動し、その出力（超音波受波出力）を解析して、水中の様子、水底（海底、湖底）の様子等をデータを得る。この本体装置１５０には、超音波振動子６を駆動するための駆動電源１５１を含む。
【００５５】
一方、プローブ１６０は、超音波振動子６とこれを包囲し液密に密閉するケース１６１を有している。このうち、超音波振動子６は、実施例１と同様である（図２参照）。ケース１６１は、直方体形状を有し、そのうち、水面ＷＳ下に没する接水部１６２の底部は、アルミニウム合金からなる金属接水部１６３（厚みｔｃ＝６．０ｍｍ）とされている。超音波振動子６（具体的には、アルミ整合体６２）は、この金属接水部１６３の内側面１６３Ｂに密に接着されている。
なお、超音波振動子６のケーブル６６は、ケース１６１から液密に取り出され、本体装置１５０に接続されている。
【００５６】
かくして、この水中超音波探査装置１４０においても、本体装置１５０の駆動電源１５１を所定周波数（本例では、ｆ＝１２０ｋＨｚ）で超音波振動子６を駆動することで、金属接水部６１３の放射面１６３Ｆから、超音波ＵＳＲを放射することができる。また、この超音波振動子６によって、放射面３に入射する超音波ＵＳＰを受波することができる。
【００５７】
しかも実施例１と同様に、超音波振動子６には、アルミ整合体６２を備えており、アルミ整合体６２の厚み（軸線ＡＸ方向寸法）をｔｓ、これを伝わる超音波振動の波長をλｓ、ケース１６１の金属接水部１６３の厚み（軸線ＡＸ方向寸法）をｔｃ、これを伝わる超音波振動の波長をλｃとしたとき、下記式（２）を満たすように、アルミ整合体６２の厚みｔｓを調整してある。
１／２−１／１０≦ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ≦１／２＋１／１０      …式（２）
【００５８】
具体的には、本実施例２の水中超音波探査装置１４０では、ｆ＝１２０ｋＨｚ、ｖｓ＝６３４５／ｓ、ｖｃ＝６４４５ｍ／ｓであるので、λｓ＝５２．８８ｍｍ、λｃ＝５３．７９ｍｍとなる。また、ｔｓ＝２０ｍｍ，ｔｃ＝６．０ｍｍである。このため、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ＝０．４８となり、式（２）の範囲に含まれることが判る。
なお、金属接水部１６３の厚さ方向の音速ｖｃもは、周波数が既知の超音波厚み計を用いて、金属接水部１６３の厚さを測定し、別途測定した厚さｔｃとの比較から、実際の音速ｖｃを算出した。
【００５９】
この式（２）について説明する。式（２）も前述の式（１）と同じく、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓの値を、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓ＝１／２を中心として、その許容幅を、±１／１０に設定したものである。この式（２）は、アルミ整合体６２と金属接水部１６３とを伝わる超音波振動の波が、これらに実効的に、１／２ヶ分（１／２波長分）含まれている寸法関係、あるいはこれに近似した寸法関係とするのが好ましいことを示している。
【００６０】
金属接水部１６３の放射面１６３Ｆから、水ＷＴの中に超音波ＵＳＲを放射するに当たり、金属接水部１６３の内側面１６３Ｂにアルミ整合体６２を付加して、アルミ整合体６２と金属船底部３とを併せて、実効的なλ／２共振体を構成する。これにより、放射面１６３Ｆからその正面（水中）に超音波ＵＳＲを効率よく放射可能となるからと考えられる。また、これに伴い、サイドローブを発生をも抑制できる。アルミ整合体６２と金属接水部１６３とを併せて、実効的なλ／２共振体を構成することで、厚み方向（軸線ＡＸ方向）の振動が選択的に励起され、これ以外の方向の振動（径方向振動）の発生が抑制されるためと考えられる。
なお、ｔｃ／λｃ＋ｔｓ／λｓの許容幅を、±１／１０に設定したのは、この範囲内であれば、アルミ整合体６２と金属接水部１６３とを併せて、実効的にλ／２共振体に近い状態とすることができ、放射面３Ｆからその正面（軸線ＡＸ方向）に超音波ＵＳＲを効率よく水中に放射できる一方、サイドローブの発生も十分抑制できるからである。
【００６１】
かくして、本実施例２の水中超音波探査装置１４０についても、効率よく超音波ＵＳＲを金属接水部１６３から水中に放射することができる。また、水中から入射する超音波ＵＳＰを効率よく圧電素子６１に伝えることができる。また、指向特性が良好となり、サイドローブの発生をも抑制できる。かくして、良好な超音波の放射特性や受波特性を有する水中超音波探査装置１４０となる。
【００６２】
以上において、本発明を実施例１，２に即して説明したが、本発明は上記実施例１，２に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例１においては、船体全体がアルミニウムからなるボート１に適用した例を示したが、船体全体は例えばＦＲＰ、木材などで構成されていても良く、船底の一部に超音波振動子６が取り付け可能な金属船底部が設られているボートなどの船舶に適用してもよい。
また、実施例１では、アルミニウム合金からなる金属船底部３あるいは金属接水部１６３に、同じくアルミニウム合金からなるアルミ整合体６２を接合した例を示したが、金属船底部３（金属接水部１６３）の材質に応じて、アルミ整合体６２を他の材質の波長整合体に代えても良い。この際、波長整合体を、金属船底部（金属接水部）と同じ材質、あるいは同系の合金で構成するのが好ましい。
【００６３】
また、実施例２の水中超音波探査装置１４０では、プローブ１６０内に超音波振動子６を備えたものを示したが、この超音波振動子６のほか、水温計やマニピュレータその他の機器を含むものとしても良い。また、実施例２では、プローブ１６０を水面付近で使用するものとして例示したが、プローブ１６０全体が水中に没する形態のものに適用することもできる。また、ケース１６１も直方体形状に限らず、超音波振動子６を固着する金属接水部１６３を確保できれば、適宜の形状とすることができる。また、プローブ内に人間が乗り込む有人探査装置に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１に係る魚群探知機付きアルミニウム船の構成を示す説明図である。
【図２】実施例１，２にかかり、超音波振動子の構造、及び金属船底部または金属接水部との関係を示す断面図である。
【図３】本実施例にかかる超音波振動子をアルミニウム船を模したアルミニウム板に接着した実施試料１における、超音波の放射指向特性を示すグラフである。
【図４】比較例１にかかる超音波振動子における、超音波の放射指向特性を示すグラフである。
【図５】比較例２にかかる超音波振動子をアルミニウム船を模したアルミニウム板に接着した比較試料２における、超音波の放射指向特性を示すグラフである。
【図６】実施試料１、比較例１、比較試料２について、送波音圧の周波数特性を示すグラフである。
【図７】実施試料１、比較例１、比較試料２について、受波感度の周波数特性を示すグラフである。
【図８】実施例２に係る水中超音波探査装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  魚群探知機付きボート（水中超音波利用装置付き船舶）
１  ボート
２  （ボートの）船底
３  金属船底部
ｔｂ  金属船底部の厚さ
ｖｂ  金属船底部を伝わる超音波振動の音速
λｂ  金属船底部を伝わる所定周波数の超音波振動の波長
３Ｂ  （金属船底部の）船内側面
３Ｆ  （金属船底部の）放射面
４  魚群探知機（水中超音波利用装置）
５  本体装置
５１  （超音波振動子の）駆動電源
５２  表示ディスプレイ
６  超音波振動子
６１  圧電素子（振動素子）
６１Ｆ  前面
６１Ｂ  裏面
ＡＸ  （圧電素子の）軸線
ｆ  振動素子の振動周波数（駆動電源の駆動周波数）
６２  アルミ整合体（波長整合体）
６２Ｆ  前面
６２Ｂ  裏面
ｔｓ  アルミ整合体の厚さ
ｖｓ  アルミ整合体を伝わる超音波振動の音速
λｓ  波長整合体を伝わる所定周波数の超音波振動の波長
６３  バッファ体
１４０  水中超音波探査装置
１６１  （水中超音波探査装置の）ケース
１６２  接水部
１６３  金属接水部
ｔｃ  金属接水部の厚さ（金属接水部のうち超音波振動が伝わる部分の厚さ）
ｖｃ  金属接水部を伝わる超音波振動の音速
λｃ  金属接水部を伝わる所定周波数の超音波振動の波長
１６３Ｂ  （金属接水部の）内側面
１６３Ｆ  （金属接水部の）放射面
【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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