JP2002174679A - 複数周波数発射可能な水中送受波装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】従来から海水中あるいは水中で深度の測定あ
るいは魚群の探知をするのに超音波が使用され、中でも
近年セラミック振動子を使用するものが殆んどである．
しかしその性能改善は遅々として進まず依然として効率
の悪い使い方をしているものが殆どである。本発明はこ
のセラミック振動子をより効率的に使用すべく１個のセ
ラミック振動子でありながら複数の超音波を効率良く発
射できるように改良を加えたものである。 【解決の手段】現在使用されている電歪型セラミック振
動子は１個の振動子から効率よく発射できる周波数は１
周波数のみであるその理由はセラミック振動子のもつ固
有振動数が機械的な自己のもつ固有振動を利用して最大
共振点を作り出しているからである。そこで出願者はこ
のセラミック振動子のもつ固有振動数とは別に機械的振
動＝セラミック振動子＋鉄塊などの如く重量物体を含め
た共振周波数がセラミック振動子のもつ共振周波数と共
存せしめ得る如く改良してその目的を達成せしめたもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は海水中あるいは水
中で使用する超音波測深機あるいは魚群探知機に装備す
るセラミック振動子を使用した送受波装置に関するもの
である。従来はこれ等に使用する振動子は１個の送受波
装置または１個の送波器からは１個の超音波周波数しか
発射していなかつたその理由は１個のセラミック振動子
の中でもっとも効率の良い周波数は１個のみしか存在せ
ず他はみなそれよりも低い性能であつた為であるしかし
出願者は此れを性能の高い超音波性能とすることに成功
し１個の振動子で有りながら複数の周波数を効率よく発
射させることに成功したものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く従来の此の種の送受波装置の
構造は

【図３】に示すごとくセラミック振動子（１）の前面に
はゴム又はナイロン等からなる振動板（２）を設け反対
の背面側には超音波の発射を吸収する発泡スチロール等
のシート（４）を直接セラミック振動子（１）の背面に
貼付け更にその背後には空気室（５）等を設て背面側に
超音波の発射されるのを防止する構造のものが一般的あ
った此のためセラミックを使用した送受波装置はセラミ
ック振動子の電気的機械的に最も有効な周波数の部分は
一か所しか利用できず１つの素子では１つの周波数のみ
しか発射できないのが一般的であつた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前回出願者は送受波装
置の性能改善型としてセラミック振動子の振動板側とは
反対の面に重量が重くかつ音響インピーダンスの大きい
物体を貼り合わせて音響発射の効率を上げ振動板側から
より強大な超音波を発射させるべく改良したものを出願
した。しかし此の場合セラミック振動子と背面物体との
間を接着する接着構造については具体的な説明は不説明
のままであつた。しかしその後数々の実験を繰り返し行
つた結果周波数の低い場合あるいは周波数が高くても一
個のセラミック振動子の中に複雑な定在波が存在しない
比較的小さなセラミック振動子の場合はセラミック振動
子と背面物体との間は全面接着で良いが周波数が高いか
或いは一個の振動子が非常に大きく複雑な定在波が存在
する場合はその定在波の節または腹の部分で固定しない
とかえつて性能が落ちてしまう結果となることが判明し
た。そこで今回の出願はその改良型を具現すべく種々実
験を積重ねて出願したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上にも説明した通り超音
波の周波数が非常に高いか或いはセラミック振動子の大
きさが非常に大きい場合は一個の振動子の表面に複雑な
定在波が出現する。そしてその定在波は必ず同一の部分
に同心円状の節の部分と腹の部分が発生するしかも節の
部分は殆ど振動せず腹の部分は大きく振動するしたがつ
て此の節の部分あるいは腹の部分を利用して固定すれば
セラミック振動子はその性能を殆ど妨げられずに本来の
振動を繰返してくれる此處に着目したのが本発明であ
る。次に背面に設ける鉄塊等の重量物体は前回の発明に
於いては重い程良いとしたが此の重量物体もその重量を
適当に選定すればその物体にも固有の振動が存在するの
でセラミック振動子と鉄塊を含めた適当な固有振動数を
選定する事ができる。そこで出願者はこの固有振動数を
セラミック振動子の有する固有振動数の定倍波周波数に
合わせるようにして一個のセラミック振動子を使用した
送受波装置でありながら複数の超音波を発射することの
できる送受波装置を完成したものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】上にも記した通り本発明は超音波
を強力に発射する装置として先に出願した特願平８−３
５７４６０の改良発明として発生したもので先の出願と
構造的には共通する発明である従って超音波を発射する
セラミック振動子の背面には音響インピーダンスの大き
い例えば鉄塊等を配置しその鉄塊とセラミック振動子の
間を支持接着するのに直接全面を接着するのではなくセ
ラミック振動子の表面に定在波が存在する場合はその定
在波の節の部分あるいは腹の部分を支持接着するように
し更に背面に設けた鉄塊等とセラミック振動子を含めた
重量はそれ等が有する機械的固有振動数がセラミック振
動子の有する第２第３の固有振動数に一致するように設
定し固定支持せしめるようにしたものである。

【０００６】

【実施例１】

【請求項１】に示す内容は本発明の基本的内容を示すも
のであつて実施の態様としては従来からある超音波発射
用の送受波装置やその後の改良になる送波装置等全ての
送受波装置に適用できるものである。具体的実施例を

【図１】により説明すれば（１）はセラミック振動子で
従来からあるものと同一のものである此の（１）で示す
セラミック振動子の前面には従来同様のゴムまたはナイ
ロン板からなる振動板（２）を設ける従来と異なる構造
は背面の構造でセラミック振動子（１）の背面には同心
円状または中央の１箇所を支持するリング状構造の磁器
またはセラミック等の音響的剛体（８）からなる物体を
固着しその背面に前回の出願で示したと同様の鉄塊
（３）等からなる音響インピーダンスの高い物体を貼合
わせるようにしたもので此れ等に示す構造以外はすべて
従来の構造と変わるところはない。此処でセラミック振
動子（１）と鉄塊（３）との間に磁器またはセラミック
等からなる音響的剛体（８）を設けた理由は

【発明が解決しようとする課題】の所でも説明した通り
セラミック振動子（１）の表面に定在波が存在する場合
は其の表面全体を直接音響的にも剛体である鉄塊（３）
など音響インピーダンスの高い物体で貼り付けるとセラ
ミック振動子（１）の効率的振動が妨げられその性能を
十分に発揮できなくなるためであるまた音響的剛体
（８）の材質を磁器またはセラミックとした理由は音響
的には同じ剛体である鉄塊でも良いはずであるが音響的
に周波数が高くなると電気的には鉄塊の周辺に存在する
浮遊容量が無視できなくなるためで電気的絶縁物である
磁器あるいはセラミックとしたものである。

【０００７】

【実施例２】は

【請求項２】に示す内容の具体的実施例であり本実施例
は１個の送受波装置の中に複数個のセラミック振動子を
装備する場合の実施例であり従来の此の種の送受波装置
の構造は単に一枚の振動板の上に複数のセラミック振動
子を貼り付けた構造であるため全体としてそこに存在す
る機械的振動が質量に比較して小さすぎるため効率が悪
く出力も思うように出し切れないのが現状でる。此れに
対して本実施例は効率も良く出力も大きく出すことの出
来る画期的送受波装置を提供できるものである

【図２】の（１）で示すものは複数個のセラミック振動
子で一枚の振動板（２）の上に複数個を装着するのが特
徴で此処までの構造は従来のものと何ら変わる所はない
従来の構造と変わる所は此れから説明する構造で複数個
のセラミック振動子（１）の背面に全体をカバーするこ
との出来る大きな一枚の鉄板等からなる音響インピーダ
ンスの大きい物体（３）を設ける此れによりセラミック
振動子（１）は従来よりはるかに効率よく超音波を全面
に発射することができる。この構造は平８−３５７４６
０に説明するところである更にまた背面物体（３）とセ
ラミック振動子（１）との間にはリング状をなす磁器ま
たはセラミック等からなる音響的剛体（８）を設けるこ
のリング状の音響的剛体（８）の効果は上の

【実施例１】で説明したものと同様で背面に設けた鉄板
等の剛体からなる音響インピーダンスの大きな物体
（３）を直接セラミック振動子（１）の背面に固着する
と周波数の低いときは良いが周波数が高くなるとセラミ
ック振動子（１）の振動が制限を受けて十分な性能を発
揮できないそこで本発明では此の不具合を避けるために
背面物体（３）とセラミック振動子（１）の間に音響的
剛体である磁器またはセラミックからなるリング状の物
体（８）を設けるものである。そして上記以外の他の構
造は従来のものと全く変わるところは無い。以上説明し
た通り本実施例は従来の構造に対して若干の変更を加え
るだけで大幅な性能改善が望める画期的送受波装置を提
供できるものである。更に本装置の構造は性能を大巾に
改善すると同時に複数の超音波周波数の発射をも可能と
しているものでもちろん単独の周波数の発射をその儘の
構造で実施することも出来る。また周波数が非常に低い
場合は中間に設けたリング状の音響的剛体（８）を総て
廃止し複数個のセラミック振動子（１）と背面の鉄板等
からなる音響インピーダンスの大きい物体（３）とを直
接固着してセラミック振動子（１）と背面物体（３）と
を含めた総合的な機械共振によりそこに存在する超低周
波共振周波数を利用することも出来る係る事例は従来の
送受波装置には存在しなかつた大きな特徴である。

【０００８】

【発明の効果】本出願になる超音波発射用送受波装置は
従来になく強力な超音波を発射することの出来る送受波
装置を提供するものである。そして更に此れに類似する
送受波装置の出願は平成８年に［平８−３５７４６０］
により出願したが此の出願はその後の実験により使用周
波数が数１０ＫＨＺの範囲である場合は［平８−３５７
４６０］で問題ないが周波数が数１００ＫＨＺ以上にな
ると振動子の表面に存在する定在波の影響が無視できな
くなる此のため振動子の背面に直接鉄塊等の物体を密着
させると鉄塊が振動子の振動を妨げる方向に作用するの
で出力は変えつて低下してしまうことが判明したそこで
此の対策として考え出したものが本発明である。かゝる
発明は前回のものを含めて超音波を発射する時と受波す
る時の両方に作用するのでその効果は無視できない程大
きく実験の結果では使用する振動子の大きさや周波数に
より個々に異なるが最低の場合でも数ｄｂの向上を条件
が良い場合は数１０ｄｂの向上を望むことが出来た従っ
てこの効果は無視できないものがあると考える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる超音波発射装置のうち

【請求項１】に示す内容を具体的に示す縦断面図であ
る。

【図２】本発明になる超音波発射装置のうち

【請求項２】に示す内容を具体的に示す縦断面図であ
る。

【図３】従来から使用されている超音波発射装置の代表
的実施例を示す具体的縦断面図である。

【符号の説明】

（１）セラミック振動子 （２）振 動 板 （３）背面に設けた重量物体 （４）発泡スチロー
ルのシート （５）空 気 室 （６）合成ゴム外枠 （７）電線ケーブル （８）リング状の音
響的剛体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】海水中あるいは水中で利用するセラミック
   使用の超音波発射用送受波装置において出力を増大させ
   るために背面に鉄塊を装着するがこの鉄塊とセラミック
   振動子の間に新に音響的剛体である磁器等からなるリン
   グ状の物体を装着しこの物体とセラミック振動子との支
   持方法はそのセラミック振動子に存在する定在波の腹ま
   たは節の部分あるいは中央部の何れか一か所で支持する
   ようにして鉄塊とセラミック振動子とを固定させ素子そ
   のものゝ固有振動と鉄塊を含めた総合的共振動とを１個
   の振動子の中に存在させたことを特徴とする複数周波発
   射用送受波装置。
2. 【請求項２】海水中あるいは水中で利用される超音波発
   射用送受波装置そのなかでも一個の送受波装置の中に複
   数個のセラミック振動子を有する送受波装置において複
   数のセラミック振動子の背面全体をカバーするような一
   個の鉄塊などの音響インピーダンスの高い物体を設けこ
   れに「請求項１」に示したと同様に音響的に絶縁性を有
   する磁器等からなる物体をそれぞれの素子の背面に設け
   この物体の装着方法をセラミック振動子の有する定在波
   の腹または節の部分あるいは中央の部分一か所で支持す
   るようして素子そのものに有する複数個の固有振動を利
   用して一個の送受波装置でありながらその中に有する複
   数の超音波振動を強力に発射させるようにしたことを特
   徴とする複数の超音波発射用送受波装置。