JP2002541697A - 音響変換器のための受動的圧力補償システムおよび方法 - Google Patents
音響変換器のための受動的圧力補償システムおよび方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明のシステムおよび方法は、一方の環境を伝播する音響エネルギーが他方の環境に音響振動を生起させないように、二つの環境間の音響的分離を提供しながら、内部空洞とこの内部空洞の外部の環境との間の圧力を等化することができる。一つの用途においては、これらの圧力補償システムは、可動コイル発音体の両側の圧力の等化に用いられ、これにより、可動コイル発音体の動作上で生じ得る可動コイル発音体における有害な圧力差を低減し、かつ可動コイル発音体の音響特性を低下させる位相打消しを生じ得る音響エネルギー伝播の可能性を軽減する。
Description
【発明の詳細な説明】発明の技術分野 本発明は、選択されたバイアス点に能動素子を維持するためのシステムおよび
方法に関し、特に、圧力変化を補償するために可動コイル変換器を受動的に補償
するシステムおよび方法に関するものである。発明の背景 水中で用いられる可動コイル変換器は、低い固有共振周波数を備えるべく極め
て柔らかい懸架システムを備えて構成されたラウドスピーカに類似している。こ
の柔らかい、構造的にコンプライアンスを有する懸架システムのために、圧力補
償システムは、可動の発音ピストンに作用する力を静的平衡状態に保つことが必
要となる。内部圧力を外部圧力に等化することによって、発音ピストン（radiat
ing piston）はその中立位置を維持する。磁気的駆動手段を備えた発音ピストン
の配置に伴う機械的制限により、発音ピストンが中立位置を維持することは必須
条件である。中立位置から大きく偏位すると、形成された磁場の境をピストンが
越えることになり、出力の低下と歪みの増大を伴う。かかる形式の変換器に関し
ては、発音ピストンに作用する圧力不平衡の最大許容値は僅か０．１５psi （１
ｋＰａ）である。圧力等化は外部静水圧の増減に応じて維持しなければならない
。 現在まで、かかる形式の変換器は、発音ピストンの背後に圧縮ガスを用いて、
変換器内部の圧力を発音ピストンの前面に作用する外部静水圧に等化してきた。
深度が浅い場合には、ガスを満たした嚢体を用いることにより容易に達成するこ
とができる。静水圧が増大すると、上記嚢体は静水圧負荷により収縮する。収縮
した嚢体は内部のガス体積を減少させる。ガス体積が減少すると圧力が増大する
。内外の圧力が等しくなるように嚢体が十分に圧縮されると、圧力均衡が得られ
る。この方法は、「受動的ガス補償システム」と呼ばれる。深度がより深い場合
には、嚢体のサイズが著しく大きくなるために実用的ではない。 従来、深度がより深い場合、この形式の変換器は、高圧ガスを変換器内部に噴
射するという別のガス補償方法を採用してきた。このガス補償方法は「能動的ガ
ス補償システム」と呼ばれる。この形式の補償システムは、内部および外部の圧
力を検出し、変換器内部に対する高圧ガスの添加と、変換器からのガスの排出と
を制御する必要があるために極めて複雑となる。このガス補償方法はまた、変換
器システムの一部として高圧ガスを収容する必要もある。高圧ガスの収容および
配管は安全性の障害となる。さらに、排出されたガスは回収が不能なため、この
形式のシステムの稼働寿命は著しく限定される。特に、変換器部品に対して僅か
のスペースしかない、Ｍｋ３０ Ｍｏｄ２標的潜水艇（ＴＵＶ）のようなシステ
ムに関しては厄介である。したがって、この形式のガス補償システムは、Ｍｋ３
０ Ｍｏｄ２ＴＵＶシステムの稼働寿命を著しく制限する。潜水艇を頻繁に水上
に浮上させて高圧ガスを補充しなければならない。この形式のシステムの別の欠
点は、ガスが発音ピストンのための圧力等化作用を提供するにも拘らず、ガスの
絶対圧力の二乗に反比例してガスのコンプライアンスが低下することである。そ
れ故に、システムの作動深度が変わると、懸架システムのコンプライアンスが変
化し、システムの共振周波数も変化する。変換器がより深い深度に沈下すると、
ピストンの背後のガスのコンプライアンスが減少するので、それに応じて共振周
波数は上昇する。高圧ガスを収容するシステムの取扱い上の障害、ガス補充の必
要性、および変換器の特性の変化は、能動ガス補償システムを極めて魅力のない
、信頼性に欠ける補償システムにしている。発明の概要 ここに記載されたシステムおよび方法は、一方の環境を通って伝播する音響エ
ネルギーが他方の環境に音響振動を生じさせないように二つの環境の間を音響的
に隔離しながら、内部空洞とこの内部空洞の外部の環境との間の圧力を等化する
ことができる。一つの用途においては、これらの圧力補償システムは、可動コイ
ル発音体の両側の圧力を等化するのに用いられ、これにより、可動コイル発音体
のの圧力差が可動コイル発音体の動作に与える有害な作用を低減し、かつ可動コ
イル発音体の音響特性を低下させる位相打消しに起因する音響エネルギーの伝播
の可能性を低減する。 一つの実施の形態においては、このシステムは、可動コイルとダイアフラムと
を備えた変換器アセンブリとともに用いられる圧力補償装置を含む。この圧力補
償装置は、液体を満たすことが可能な内部空洞を有し、上記変換器アセンブリの
可動コイルを収容しかつ取り囲む寸法に形成されたハウジングを含み得る。この
ハウジング内に可撓性嚢体が配置され、この可撓性嚢体は、作動環境に連通する
第１部分と、ハウジング内に保持された液溜めに連通する第２部分とを備えてい
る。音響フィルタが上記液溜めに結合され、選択された周波数で液溜め内を伝播
する音響エネルギーを減衰させ、液通路が液溜めと内部空洞との間に延び、それ
によって、上記可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通じて伝達される
作動環境の圧力変化が上記内部空洞内の圧力を調整する。 他の実施の形態においては、内部空洞内に配置された可圧縮体を含む。この可
圧縮体は、内部空洞内の発音体の動きに応じて収縮あるいは膨脹する。この可圧
縮体は、スロットを有するシリンダ、ベルビルスプリングアセンンブリまたなス
プリングとして動作し得る他の装置のようなスプリングアセンブリとすることが
できる。一つの実施の形態においては、上記可圧縮体は、内部空洞内の圧力変化
に応答して収縮することが可能な空気を充填されたコンプライアンスを有するデ
ィスクアセンブリである。このコンプライアンスを有するディスクアセンブリは
、内部空洞内の圧力変化に応答して収縮することが可能なガスを充填された複数
の嚢体を備えることもできる。 一つの実施の形態においては、上記液溜めと内部空洞との間に結合された導管
を備え、この導管が、液溜めと内部空洞との間に延びる液通路を形成するための
内部通路を有し、かつこの導管が、内部空洞と外部環境との間において選択され
た周波数で伝播する音響エネルギーを阻止するための寸法に形成されている。 上記液通路は、液溜めと内部空洞との間に結合された導管を含んでおり、この
導管が、作動環境の圧力変化度合の関数として選択された度合で液体が通過する
のを許容する寸法に形成されている。 上記ハウシングは、選択された周波数における振動を阻止する選択された質量
を有する本体を備えているとともに、変換器アセンブリを取り付けるための支持
縁部を備えている。また、ハウシングは、このハウシングを取外し可能に、かつ
交換可能に一つの表面に取り付けるための取付け縁部を含んでいる。 別の態様においては、ここに記載されているシステムが、作動環境における圧
力変化を調整するための圧力補償手段を備えたモジュール式の可動コイル変換器
を含んでいる。この変換器は、可動コイルおよびダイアフラムを備えた変換器ア
センブリと、この変換器アセンブリの可動コイルを取り囲む、液体で満たされた
内部空洞を有し、かつ作動環境とハウジング内に支持された液溜めとの間に配置
されて前記作動環境の圧力変化に応答して変形可能な可撓性嚢体を有するハウジ
ングと、液溜めに結合され、かつ液溜め内を所定の周波数で伝播する音響エネル
ギーを減衰させることが可能なフィルタと、液溜めと内部空洞との間に延びる液
通路とを備え、それによって、可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通
じて伝達される作動環境の圧力変化が内部空洞内の圧力を調整する。 上記変換器はまた、内部空洞内の圧力変化に応答して圧縮され得るコンプライ
アンスを有するディスクアセンブリのような可圧縮体を内部空洞内に含むことが
できる。上記フィルタは、液溜めと内部空洞との間に結合されかつ液通路を形成
する内部通路を備えた導管で形成することができ、この導管は、液溜めと内部空
洞との間で音響エネルギーが選択された周波数で伝播するのを阻止する寸法に形
成される。上記液通路は、液溜めと内部空洞との間に結合されかつ作動環境の圧
力変化度合の関数として選択された度合での液体の通過を許容するような寸法に
形成された導管を含む。 このシステムはまた、液体環境内の異なる深度を上下動することができる標的
潜水艇を含むことができ、この標的潜水艇は、変換器アセンブリを収容するため
のポートを備えた側壁を有する艇体と、可動コイルおよびダイアフラムを備えて
上記ポート内に収容されたモジュール式の変換器アセンブリと、上記可動コイル
を取り囲む、液体で満たされた内部空洞を有しかつ前記作動環境と内部に保持さ
れた液溜めとの間に配置された可撓性嚢体を有するハウジングと、上記液溜めに
結合され、液溜め内を選択された周波数で伝播する音響エネルギーを減衰させ得
るフィルタと、液溜めと内部空洞との間に延びる液通路とを備え、それによって
、上記可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通じて伝達される液体環境
の深度変化から生じる圧力変化が内部空洞内の圧力を調整する。 本発明のその他の目的の一部分は、ここに示されたシステムおよび方法につい
ての下記の記載から明らかであろう。実施の形態の説明 本発明の全容の理解のために、受動的圧力補償を伴う可動コイル変換器を含む
図示の実施の形態について説明する。しかしながら、ここに記載された受動的補
償システムは、このシステムによって、サイズの小型化と複雑さの低減という利
益が得られる他の装置および工程のための圧力補償にも適用できることは、当業
者であれば理解できるであろう。さらに、本発明の精神から離れることなしに、
種々の追加および変更が可能であることも当業者には明白なことであろう。 ここに記載されたシステムおよび方法は、内部空洞の圧力を、空洞の周囲の外
部圧力に等化することができる受動的補償システムを備えている。図示の実施の
形態においては、圧力補償システムは、音響信号のような信号を放射する可動コ
イル変換器とともに、圧力が変化する動作環境に用いられる。正しく動作させる
ために、可動コイル変換器は実質的に一定の圧力環境において動作させるべきで
あると理解されている。したがって、変換器が動く領域内に存在する圧力勾配ま
たは圧力差を低減または無くすことによって、優れた変換器性能が得られる。こ
の圧力等化は、変換器の一側に加えられる圧力によって発生する力をこの可動コ
イル変換器の一側が受けたときに変換器の性能に与える有害な作用を低減もしく
は皆無にする。これに加えて、ここに記載されたシステムは、この受動的補償シ
ステムに音響フィルタを組み込んで、内部空洞内の作動環境から周囲環境に音響
エネルギーが移るのを低減もしくは皆無にする。かくして、ここに記載された受
動的圧力補償システムは、音響エネルギーが動作環境から変換器が動く環境に移
るときに発生し得る位相打消し作用を誘発することなしに、可動コイル変換器の
可動コイルを収容する内部空洞内部の圧力を可動コイルが動作する動作環境の圧
力に等化する。 図１は、本発明による受動的補償システムを備えた変換器の第１の実施の形態
を示す。特に図１は、可動コイル発音体（projector）１２と、ハウジング１４
と、液溜め１６と、内部空洞１８と、液通路２０と、ガス２３が充填された一対
の可圧縮性ディスク２２と、一対の電気コネクタ２４と、可撓性嚢体２８と、孔
空きカバー３０とを備えた変換器アセンブリ１０を示す。 図示されたサアセンブリ１０は、ハウジング１４の内部空洞１８内に一部を収
容された可動コイル発音体１２を備え、可動コイル発音体１２の一側は内部空洞
１８の外部に配置されている。液溜め１６および内部空洞１８は、ポリアルキレ
ングリコールのような非圧縮性液体で満たすことができる。 図２は、図１に示されたシステム内に用いるのに適した可動コイル発音体１２
を詳細に示す。図示された可動コイル発音体１２は、フロリダ州フォートローダ
ーデール所在のArgotec 社で製造販売されている例えばArgotec MOD215 稀土類
発音体のような従来型の可動コイルドライバである。図２に示されているように
、この可動コイル発音体１２は、ハウジング１４の取付け縁部３４に当接して取
り付けられる取付けフランジ３２を備えている。取付け縁部３４は、取付けフラ
ンジ３２をシールするための環状ガスケット（図示せず）を備えることができ、
これによって、可動コイル発音体１２とハウジング１４との間に液密シールを形
成する。 図２の断面図は、可動コイル発音体１２が、可動ピストン３８と、ダイアフラ
ム４０と、機械的ストッパ４２と、コイル４４と、磁極５０と、永久磁石５２と
、液体ポート５４とを備えていることを示している。図示のように、可動コイル
発音体１２のハウジング３６は、一端がダイアフラム４０で閉塞されたピストン
空洞４６を備えている。ダイアフラム４０は、ピストン空洞４６の周囲をシール
し、可動ピストン３８の上面に固着されている。ダイアフラム４０は、ゴムのよ
うな可撓性材料で形成することができ、これにより、可動ピストン３８がピスト
ン空洞４６内で上下動するのを許容しながら、可動ピストン３８をピストン空洞
４６内に支持する懸架部材として動作する。 さらに図２に示されているように、可動ピストン３８は、銅線のような導電性
材料からなる複数の巻線で構成されたコイル４４を一方の端に備えている。図示
されたコイル４４は永久磁石５２の近傍に配置されている。永久磁石５２は、コ
イル４４に作用する直流磁場を発生させている。コイル４４は交流をコイル４４
に供給する交流発生器（図示せず）に接続される。交番電流よって発生される電
磁場と永久磁石５２との相互作用により、交番電流と直交する交番力が発生する
。コイル４４に加えられた力は、直流磁場の強さと、直流磁場にさらされる電線
の長さと、電線内を流れる電流値とに比例してピストン３８を動かす。可動ピス
トン３８の移動量は、可動ピストン３８の一方の表面の下方に配置された機械的
ストッパ４２と、可動ピストン３８をハウジング３６およびカバープレート３０
に連結する可撓性ダイアフラム４０とによって規制される。機械的ストッパ４２
は、ハウジング３６の表面に接触することによって可動ピストン３８が受ける虞
れのある損傷を軽減する可撓性材料で形成することができる。したがって、図示
された実施の形態においては、可動ピストン３８の動きは、ハウジング３６と可
動ピストン３８との間のエアギャップ４８によって制限される。 さらに図２は、ピストン空洞４６とハウジング３６の外部との間を連通する複
数の液体ポート５４を可動コイル発音体１２が備えていることを示している。特
に図２は、液体がハウジング３６の外部からピストン空洞４６内に流入するのを
許容するためにハウジング３６を貫通する液体ポート５４を示している。さらに
図２は、この可動ピストン３８の内部空間に液体が流入するのを許容するために
、可動ピストン３８が液体ポートとして機能する貫通孔５４を備えていることを
示している。 図１に戻ると、ピストン空洞４６を内部空洞１８に連通して、内部空洞１８か
ら液体が可動コイル発音体１２のピストン空洞４６内へ流入するのを許容するた
めの液体ポート５４を見ることができる。したがって、内部空洞１８内の液体は
、可動コイル発音体１２に流出入して、内部空洞１８とピストン空洞４６（図２
参照）との液圧が等化されるか、あるいは実質的に等化される。前述のように、
空洞１８およびピストン空洞４６内の液体は、オイルまたはポリアルキレングリ
コールのような非圧縮性液体が適している。 可動コイル発音体１２の下方には、２個のコンプライアンスを有するディスク
アセンブリ２２が設けられている。これらコンプライアンスを有するディスクア
センブリ２２は、内部空洞１８内の圧力変化に応答して収縮または膨脹する可圧
縮体を備えている。したがって、これらコンプライアンスを有するディスクアセ
ンブリ２２は、可動コイル発音体１２のためのコンプライアンスを有する支持体
となる。例えば、特定の音響出力の低周波信号が発生している間、可動コイル発
音体１２はピストン３８およびダイアフラム４０を駆動して、発音体１２の所定
の静止点の周りでダイアフラム４０を所定距離変位させる。このような大きな変
位を生じさせるため、変換器アセンブリ１０は、内部空洞１８内にコンプライア
ンスを有するディスクを備えて、可動ピストン３８のためのコンプライアンスを
有する支持体を提供する。これらコンプライアンスを有するディアセンブリ２２
は、可動コイル発音体１２によって加えられ、かつ内部空洞１８を満たしている
非圧縮性液体によってコンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２に伝え
られる圧力に応答する容積をもって膨脹または収縮することができる。コンプラ
イアンスを有するディアセンブリ２２の容積的応答は、内部空洞１８内の液圧が
予期された最大動作圧力に達した場合であっても、発音体１２の自由な動きを許
容する、発音体１２のためのコンプライアンスを有する支持体を提供する。 図示されたコンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２は、空洞１８内
の液体がディスクアセンブリ２２を取り囲むのを許容するのに十分な空間がハウ
ジング１４の側壁とディスクアセンブリとの間に形成されるようなサイズを空洞
１８内に有している。図示された実施の形態においては、コンプライアンスを有
するディスクアセンブリ２２が互いに離間されて、液体で満たされる空隙がこれ
ら二つのディスクアセンブリ２２の間に画成されている。 図３に示されている各コンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２は２
枚のプレート６４を備えており、これらプレート６４は、これらを離間させるカ
ラー６６に取り付けられている。プレート６４とカラー６６との周りには被覆６
８が施されて、２枚のプレート６４に加えられる力に応答して内方および外方へ
撓むコンプライアンスを有するディスクとして動作する一体ユニットを形成して
いる。一つの実施の形態においては、各プレート６４が、ファイバガラスで形成
され、カラー６６は筒状のアルミニウムリングで形成される。プレート６４はカ
ラー６６に取り付けられ、ブチルゴムの被覆６８で覆われている。被覆６８はコ
ンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２をシールして、プレート６４と
カラー６６とによって画成された内部チャンバ７０に液体が入り込むのを防止し
ている、内部チャンバ７０は、空気のような圧縮性ガスで満たすことができる。 各プレート６４の剛性は、用途に応じて選択することができ、十分に剛性を有
するか、あるいは可動コイル発音体１２の選択された動作範囲内で生じ得る全て
の力に応答して撓み得るかが選択される。したがって、プレート６４は、音響信
号が発生している間、発音体１２から発生すると予想されるいかなる力にも応答
して撓まなければならない。さらに、プレート６４は、内部空洞１８内の液圧の
増減から生じる力にも応答して撓むであろうことは注目すべきである。コンプラ
イアンスを有するディスクアセンブリ２２が、液圧の所定の範囲に亘って可動コ
イル発音体１２の忠実な支持体として動作するのを可能にするに、一つの実施の
形態では、予測される最大動作圧力よりも大きい圧力が加わった場合でも、内方
へ撓んだプレート６４が互いに接触しないような距離だけこれらプレート６４を
離間させる寸法をカラー６６が有する。一つの実施の形態においては、空洞１８
内の圧力が予測される最大動作圧力の１１０％に達してもプレート６４の接触が
生じないような十分な距離だけプレート６４が離間される。このアセンブリ１０
の優れた動作は、動作静水圧の全範囲に亘ってリニアな、または実質的にリニア
なコンプライアンス（音圧の単位変化に対する容積変化）を備えたプレート６４
を用いることによって達成されることに注目すべきである。ファイバーガラスで
形成されたプレート６４は、動作静水圧の全範囲に亘ってリニアなコンプライア
ンスを有することを試験が証明している。さらに、プレート６４の共振周波数が
このアセンブリの変換周波数帯の外にあれば、優れた動作が期待できる。 一つに実施の形態においては、プレート６４は、直径が約７．６５インチ（１
９ｃｍ）、厚さが約０．３２０インチ（８ｍｍ）である。プレートはＥガラス、
またはＳガラスで作成される。あるいはプレート６４は、高強度鋼、グラファイ
ト・エポキシ複合材、チタン、またはその他の適当な材料で作成することができ
る。 システム１０の内部空洞１８内に配置されるコンプライアンスを有するディス
クアセンブリの数は、このシステムに求められる所望の低周波特性に左右される
。ディスクアセンブリの位置および大きさは、変換器の特性に影響を与えること
が理解される。分析および試験によれば、図１に示された内部空洞１８内のコン
プライアンスを有するディスクアセンブリ２２の配置は満足できることが判明し
ている。 さらに、可動コイル発音体１２の動作におけるコンプライアンスを有するディ
スクアセンブリ２２の周囲の領域の液圧の影響を軽減するために、少量の損失を
システムに与えるための開放セルメッシュを内部空洞１８内に配置することがで
きる。 図１は、内部空洞１８が液通路２０を通じて液溜め１６に連通していることを
示している。図示の液溜め１６は、ハウジング１４内に形成された環状凹部によ
って画成されている。液溜め１６は内部空洞１８から隔離されている。したがっ
て、液が液溜め１６と部空洞１８との間で移動するためには、液通路２０を通ら
なければならない。図１に示された実施の形態においては、一つの液通路２０が
示されているが、図１には示されていない他の複数の液通路２０が設けられてい
る。 さらに図１は、上記環状凹部内に配置され、かつハウジング１４とカバー３０
との間にシールされた可撓性嚢体２８を示している。嚢体２８の表面２７は、カ
バー３０に開けられた孔を通じてシステム１０周囲の動作環境に露出されている
。嚢体の反対側の表面は液溜め１６内の液に接触している。したがって、嚢体２
８は、動作環境と液溜め１６との間に配置された可撓性バリアとして動作する。
図示された液溜め１６は、この液溜め１６と内部空洞１８の下部との間に延びる
液通路２０に連通している。図示された嚢体２８は、ブチルゴム、ネオプレン、
またはこの変換器が働く動作環境で生じる圧力変化に応答するように十分な可撓
性を有する他の材料から形成することができる。 液通路２０は、液溜め１６と内部空洞１８の下部との間に延びる導管として形
成されている。液通路２０は、液溜め１６を内部空洞１８に連通させる機能を有
する。図示の液通路２０は、この液通路２０を通過する音響エネルギーを減衰さ
せるためのフィルタとしても機能する。このため、液通路２０は、所定の周波数
帯において伝播する音響エネルギーに高い音響インピーダンスを与えるサイズと
方向とを有する導管で形成されている。したがって、液通路２０は、位相外れに
よる打消しが生じないように内外の音場を分離するフィルタとして動作する。こ
れは、変換器アセンブリ１０の特性を悪化させる位相打消しを軽減する見込みが
ある。 図１に示された実施の形態においては、ディスクアセンブリ２２間の環状空間
に音響ダンピング材料に一部が設けられている。この音響ダンピング材料は、内
部空洞１８内における液の流れによって生じる共振をダンプする。音響ダンピン
グ材料は、内部空洞に伝播する音響エネルギーを低減するのに適した材料とする
ことができ、例えば、連続気泡または不連続気泡フォームラバー、鋼綿、または
高エネルギー共振をダンプするためにエネルギーを消失させ得るメッシュ材料と
することができる。 上述の図１〜図３に関する記載で理解されるように、システム１０内に形成さ
れた圧力補償システムは、内部空洞１８と、ハウジング１４および孔空きカバー
３０の外部の動作環境との間の圧力を等化するように動作する。内部空洞１８と
動作環境との間の圧力の等化は、可動コイル発音体１２に対し最大のダイナミッ
クレンジを提供し、これにより、動作環境圧力と可動コイルを移動させる圧力と
の間にミスマッチが存在するときに生じる変換器特性への悪影響を低減する。こ
のため、可動コイル発音体１２の動作は、空洞１８内の液を押したり引いたりす
ることに注目されたい。空洞１８内の液は、内部空洞１８内に、本実施の形態で
は可動コイル発音体１２の下方に配置された可圧縮体２２上で動作する。図示さ
れた各ディスクアセンブリ２２は、空洞１８内に配置され、空洞１８内で液体に
囲まれる。可圧縮体２２は、可動ピストン３８の下方への移動により圧力が増大
するように、空洞１８内の圧力の増大に応答して内方へ変位することができるコ
ンプライアンスを有するディスクとして動作する。したがって、コンプライアン
スを有するディスクアセンブリは、コイルがシステム１０内で自由に動くことが
できるコンプライアンスを有する支持体を提供し、この支持体が無い場合には、
液圧が発音体の動きを阻止するであろう。 さらに、システム１０の液導管２０は、可動コイル発音体の動作周波数の近辺
の音響エネルギーを減衰させる音響フィルタを提供する。これは、可動コイル発
音体から発せられる音響エネルギーが嚢体２８を通じて内部空洞に戻された場合
に生じ得るフィードバックを低減または阻止する。このようなフィードバックは
、発音体１２を妨害してシステムの特性を悪化させる。 図１に示された実施の形態は、高さ約１０ 1/2インチ（２６．７ｃｍ）、直径
約１０1/2 インチ（２６．７ｃｍ）である。ハウジングはアルミニウム、鋼、ま
たは適当な材料でよい。 図４は、受動的な圧力補償を行なう変換器を備えた潜水艇８０を示す。特に図
４は、受動的な圧力補償を行なうモジュール式変換器アセンブリを内部に収容す
ることができるポートが配置された艇体８４を有する潜水艇８０を示す。図４に
示されているように、艇体８４は上記ポートが設けられた側壁を有する。変換器
アセンブリ８２は、この変換器８２で起生される音響エネルギーが変換器８２か
ら放射されかつ艇体から外部へ放出されるように、上記側壁に取り付けられる。
動作時に、潜水艇が水中を上下するにつれて、水から変換器８２に加わる圧力が
変化する。上述のように、圧力変化は嚢体２８に印加される力を生起させ、これ
により、液溜め１６内の液を加圧または減圧する。艇体８４が水圧の高い領域へ
移動すると、カバープレート３０を通り抜けて嚢体２８の一方の表面に作用する
水は、液溜め１６内の液の圧力を増大させて大きな圧力を生じさせる。この大き
な圧力は、液通路２０を通って内部空洞１８内の液に伝達される。内部空洞１８
内の液圧は、可動コイル発音体１２のピストン空洞４６に伝達される。したがっ
て、可動コイル発音体が内部で作動する内部空洞１８内の圧力は、この変換器ア
センブリの動作環境の圧力に等化される。 上述したシステムは、全体がこの変換器内部にある可動コイルピストンの頭部
を横切る静水圧平衡を維持するのに適したコンプライアンスを備えている。この
機械的受動補償システムは、能動的センサまたは部品を必要としない完全に受動
的なため、物質の補充を必要とせず、かつ保守の必要性を低減または皆無にする
。したがって、このシステムは変換器内部で完結されており、ガスを注入する必
要はない。動作中の共振周波数は深度に対して完全に安定している。能動的セン
サまたは部品がないために、信頼性は向上している。さらに、ここに記載された
システムは、可動コイルアセンブリ内部の熱放散の点でも優れている。これは出
力を増大させる。さらに、この変換器の特性は、変換器の帯域幅に実質的に影響
を与えることなしに、かつ高調波歪みを増大させることなしに向上している。 当業者であれば、僅かの日常的な経験を生かすことによって、ここに記載され
た実施の形態と等価の実施の形態を確かめることが可能であろう。例えば、ここ
に記載された圧力補償システムは、可動機械アセンブリに対する圧力補償のよう
な他の用途にも利用することができ、ここに記載された変換器アセンブリは、単
独の部品として、または変換器アレイとしてアレンジして、使用することができ
る。また、ここに記載されたシステムは、安全性の向上と価格の低下の点で、従
来品を上回る利点を有することが理解されよう。 したがって、本発明は、記載された実施の形態に限定されるものではなく、法
の下に広く解釈される請求の範囲から理解されるべきである。
方法に関し、特に、圧力変化を補償するために可動コイル変換器を受動的に補償
するシステムおよび方法に関するものである。発明の背景 水中で用いられる可動コイル変換器は、低い固有共振周波数を備えるべく極め
て柔らかい懸架システムを備えて構成されたラウドスピーカに類似している。こ
の柔らかい、構造的にコンプライアンスを有する懸架システムのために、圧力補
償システムは、可動の発音ピストンに作用する力を静的平衡状態に保つことが必
要となる。内部圧力を外部圧力に等化することによって、発音ピストン（radiat
ing piston）はその中立位置を維持する。磁気的駆動手段を備えた発音ピストン
の配置に伴う機械的制限により、発音ピストンが中立位置を維持することは必須
条件である。中立位置から大きく偏位すると、形成された磁場の境をピストンが
越えることになり、出力の低下と歪みの増大を伴う。かかる形式の変換器に関し
ては、発音ピストンに作用する圧力不平衡の最大許容値は僅か０．１５psi （１
ｋＰａ）である。圧力等化は外部静水圧の増減に応じて維持しなければならない
。 現在まで、かかる形式の変換器は、発音ピストンの背後に圧縮ガスを用いて、
変換器内部の圧力を発音ピストンの前面に作用する外部静水圧に等化してきた。
深度が浅い場合には、ガスを満たした嚢体を用いることにより容易に達成するこ
とができる。静水圧が増大すると、上記嚢体は静水圧負荷により収縮する。収縮
した嚢体は内部のガス体積を減少させる。ガス体積が減少すると圧力が増大する
。内外の圧力が等しくなるように嚢体が十分に圧縮されると、圧力均衡が得られ
る。この方法は、「受動的ガス補償システム」と呼ばれる。深度がより深い場合
には、嚢体のサイズが著しく大きくなるために実用的ではない。 従来、深度がより深い場合、この形式の変換器は、高圧ガスを変換器内部に噴
射するという別のガス補償方法を採用してきた。このガス補償方法は「能動的ガ
ス補償システム」と呼ばれる。この形式の補償システムは、内部および外部の圧
力を検出し、変換器内部に対する高圧ガスの添加と、変換器からのガスの排出と
を制御する必要があるために極めて複雑となる。このガス補償方法はまた、変換
器システムの一部として高圧ガスを収容する必要もある。高圧ガスの収容および
配管は安全性の障害となる。さらに、排出されたガスは回収が不能なため、この
形式のシステムの稼働寿命は著しく限定される。特に、変換器部品に対して僅か
のスペースしかない、Ｍｋ３０ Ｍｏｄ２標的潜水艇（ＴＵＶ）のようなシステ
ムに関しては厄介である。したがって、この形式のガス補償システムは、Ｍｋ３
０ Ｍｏｄ２ＴＵＶシステムの稼働寿命を著しく制限する。潜水艇を頻繁に水上
に浮上させて高圧ガスを補充しなければならない。この形式のシステムの別の欠
点は、ガスが発音ピストンのための圧力等化作用を提供するにも拘らず、ガスの
絶対圧力の二乗に反比例してガスのコンプライアンスが低下することである。そ
れ故に、システムの作動深度が変わると、懸架システムのコンプライアンスが変
化し、システムの共振周波数も変化する。変換器がより深い深度に沈下すると、
ピストンの背後のガスのコンプライアンスが減少するので、それに応じて共振周
波数は上昇する。高圧ガスを収容するシステムの取扱い上の障害、ガス補充の必
要性、および変換器の特性の変化は、能動ガス補償システムを極めて魅力のない
、信頼性に欠ける補償システムにしている。発明の概要 ここに記載されたシステムおよび方法は、一方の環境を通って伝播する音響エ
ネルギーが他方の環境に音響振動を生じさせないように二つの環境の間を音響的
に隔離しながら、内部空洞とこの内部空洞の外部の環境との間の圧力を等化する
ことができる。一つの用途においては、これらの圧力補償システムは、可動コイ
ル発音体の両側の圧力を等化するのに用いられ、これにより、可動コイル発音体
のの圧力差が可動コイル発音体の動作に与える有害な作用を低減し、かつ可動コ
イル発音体の音響特性を低下させる位相打消しに起因する音響エネルギーの伝播
の可能性を低減する。 一つの実施の形態においては、このシステムは、可動コイルとダイアフラムと
を備えた変換器アセンブリとともに用いられる圧力補償装置を含む。この圧力補
償装置は、液体を満たすことが可能な内部空洞を有し、上記変換器アセンブリの
可動コイルを収容しかつ取り囲む寸法に形成されたハウジングを含み得る。この
ハウジング内に可撓性嚢体が配置され、この可撓性嚢体は、作動環境に連通する
第１部分と、ハウジング内に保持された液溜めに連通する第２部分とを備えてい
る。音響フィルタが上記液溜めに結合され、選択された周波数で液溜め内を伝播
する音響エネルギーを減衰させ、液通路が液溜めと内部空洞との間に延び、それ
によって、上記可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通じて伝達される
作動環境の圧力変化が上記内部空洞内の圧力を調整する。 他の実施の形態においては、内部空洞内に配置された可圧縮体を含む。この可
圧縮体は、内部空洞内の発音体の動きに応じて収縮あるいは膨脹する。この可圧
縮体は、スロットを有するシリンダ、ベルビルスプリングアセンンブリまたなス
プリングとして動作し得る他の装置のようなスプリングアセンブリとすることが
できる。一つの実施の形態においては、上記可圧縮体は、内部空洞内の圧力変化
に応答して収縮することが可能な空気を充填されたコンプライアンスを有するデ
ィスクアセンブリである。このコンプライアンスを有するディスクアセンブリは
、内部空洞内の圧力変化に応答して収縮することが可能なガスを充填された複数
の嚢体を備えることもできる。 一つの実施の形態においては、上記液溜めと内部空洞との間に結合された導管
を備え、この導管が、液溜めと内部空洞との間に延びる液通路を形成するための
内部通路を有し、かつこの導管が、内部空洞と外部環境との間において選択され
た周波数で伝播する音響エネルギーを阻止するための寸法に形成されている。 上記液通路は、液溜めと内部空洞との間に結合された導管を含んでおり、この
導管が、作動環境の圧力変化度合の関数として選択された度合で液体が通過する
のを許容する寸法に形成されている。 上記ハウシングは、選択された周波数における振動を阻止する選択された質量
を有する本体を備えているとともに、変換器アセンブリを取り付けるための支持
縁部を備えている。また、ハウシングは、このハウシングを取外し可能に、かつ
交換可能に一つの表面に取り付けるための取付け縁部を含んでいる。 別の態様においては、ここに記載されているシステムが、作動環境における圧
力変化を調整するための圧力補償手段を備えたモジュール式の可動コイル変換器
を含んでいる。この変換器は、可動コイルおよびダイアフラムを備えた変換器ア
センブリと、この変換器アセンブリの可動コイルを取り囲む、液体で満たされた
内部空洞を有し、かつ作動環境とハウジング内に支持された液溜めとの間に配置
されて前記作動環境の圧力変化に応答して変形可能な可撓性嚢体を有するハウジ
ングと、液溜めに結合され、かつ液溜め内を所定の周波数で伝播する音響エネル
ギーを減衰させることが可能なフィルタと、液溜めと内部空洞との間に延びる液
通路とを備え、それによって、可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通
じて伝達される作動環境の圧力変化が内部空洞内の圧力を調整する。 上記変換器はまた、内部空洞内の圧力変化に応答して圧縮され得るコンプライ
アンスを有するディスクアセンブリのような可圧縮体を内部空洞内に含むことが
できる。上記フィルタは、液溜めと内部空洞との間に結合されかつ液通路を形成
する内部通路を備えた導管で形成することができ、この導管は、液溜めと内部空
洞との間で音響エネルギーが選択された周波数で伝播するのを阻止する寸法に形
成される。上記液通路は、液溜めと内部空洞との間に結合されかつ作動環境の圧
力変化度合の関数として選択された度合での液体の通過を許容するような寸法に
形成された導管を含む。 このシステムはまた、液体環境内の異なる深度を上下動することができる標的
潜水艇を含むことができ、この標的潜水艇は、変換器アセンブリを収容するため
のポートを備えた側壁を有する艇体と、可動コイルおよびダイアフラムを備えて
上記ポート内に収容されたモジュール式の変換器アセンブリと、上記可動コイル
を取り囲む、液体で満たされた内部空洞を有しかつ前記作動環境と内部に保持さ
れた液溜めとの間に配置された可撓性嚢体を有するハウジングと、上記液溜めに
結合され、液溜め内を選択された周波数で伝播する音響エネルギーを減衰させ得
るフィルタと、液溜めと内部空洞との間に延びる液通路とを備え、それによって
、上記可撓性嚢体に作用しかつ液溜めおよび液通路を通じて伝達される液体環境
の深度変化から生じる圧力変化が内部空洞内の圧力を調整する。 本発明のその他の目的の一部分は、ここに示されたシステムおよび方法につい
ての下記の記載から明らかであろう。実施の形態の説明 本発明の全容の理解のために、受動的圧力補償を伴う可動コイル変換器を含む
図示の実施の形態について説明する。しかしながら、ここに記載された受動的補
償システムは、このシステムによって、サイズの小型化と複雑さの低減という利
益が得られる他の装置および工程のための圧力補償にも適用できることは、当業
者であれば理解できるであろう。さらに、本発明の精神から離れることなしに、
種々の追加および変更が可能であることも当業者には明白なことであろう。 ここに記載されたシステムおよび方法は、内部空洞の圧力を、空洞の周囲の外
部圧力に等化することができる受動的補償システムを備えている。図示の実施の
形態においては、圧力補償システムは、音響信号のような信号を放射する可動コ
イル変換器とともに、圧力が変化する動作環境に用いられる。正しく動作させる
ために、可動コイル変換器は実質的に一定の圧力環境において動作させるべきで
あると理解されている。したがって、変換器が動く領域内に存在する圧力勾配ま
たは圧力差を低減または無くすことによって、優れた変換器性能が得られる。こ
の圧力等化は、変換器の一側に加えられる圧力によって発生する力をこの可動コ
イル変換器の一側が受けたときに変換器の性能に与える有害な作用を低減もしく
は皆無にする。これに加えて、ここに記載されたシステムは、この受動的補償シ
ステムに音響フィルタを組み込んで、内部空洞内の作動環境から周囲環境に音響
エネルギーが移るのを低減もしくは皆無にする。かくして、ここに記載された受
動的圧力補償システムは、音響エネルギーが動作環境から変換器が動く環境に移
るときに発生し得る位相打消し作用を誘発することなしに、可動コイル変換器の
可動コイルを収容する内部空洞内部の圧力を可動コイルが動作する動作環境の圧
力に等化する。 図１は、本発明による受動的補償システムを備えた変換器の第１の実施の形態
を示す。特に図１は、可動コイル発音体（projector）１２と、ハウジング１４
と、液溜め１６と、内部空洞１８と、液通路２０と、ガス２３が充填された一対
の可圧縮性ディスク２２と、一対の電気コネクタ２４と、可撓性嚢体２８と、孔
空きカバー３０とを備えた変換器アセンブリ１０を示す。 図示されたサアセンブリ１０は、ハウジング１４の内部空洞１８内に一部を収
容された可動コイル発音体１２を備え、可動コイル発音体１２の一側は内部空洞
１８の外部に配置されている。液溜め１６および内部空洞１８は、ポリアルキレ
ングリコールのような非圧縮性液体で満たすことができる。 図２は、図１に示されたシステム内に用いるのに適した可動コイル発音体１２
を詳細に示す。図示された可動コイル発音体１２は、フロリダ州フォートローダ
ーデール所在のArgotec 社で製造販売されている例えばArgotec MOD215 稀土類
発音体のような従来型の可動コイルドライバである。図２に示されているように
、この可動コイル発音体１２は、ハウジング１４の取付け縁部３４に当接して取
り付けられる取付けフランジ３２を備えている。取付け縁部３４は、取付けフラ
ンジ３２をシールするための環状ガスケット（図示せず）を備えることができ、
これによって、可動コイル発音体１２とハウジング１４との間に液密シールを形
成する。 図２の断面図は、可動コイル発音体１２が、可動ピストン３８と、ダイアフラ
ム４０と、機械的ストッパ４２と、コイル４４と、磁極５０と、永久磁石５２と
、液体ポート５４とを備えていることを示している。図示のように、可動コイル
発音体１２のハウジング３６は、一端がダイアフラム４０で閉塞されたピストン
空洞４６を備えている。ダイアフラム４０は、ピストン空洞４６の周囲をシール
し、可動ピストン３８の上面に固着されている。ダイアフラム４０は、ゴムのよ
うな可撓性材料で形成することができ、これにより、可動ピストン３８がピスト
ン空洞４６内で上下動するのを許容しながら、可動ピストン３８をピストン空洞
４６内に支持する懸架部材として動作する。 さらに図２に示されているように、可動ピストン３８は、銅線のような導電性
材料からなる複数の巻線で構成されたコイル４４を一方の端に備えている。図示
されたコイル４４は永久磁石５２の近傍に配置されている。永久磁石５２は、コ
イル４４に作用する直流磁場を発生させている。コイル４４は交流をコイル４４
に供給する交流発生器（図示せず）に接続される。交番電流よって発生される電
磁場と永久磁石５２との相互作用により、交番電流と直交する交番力が発生する
。コイル４４に加えられた力は、直流磁場の強さと、直流磁場にさらされる電線
の長さと、電線内を流れる電流値とに比例してピストン３８を動かす。可動ピス
トン３８の移動量は、可動ピストン３８の一方の表面の下方に配置された機械的
ストッパ４２と、可動ピストン３８をハウジング３６およびカバープレート３０
に連結する可撓性ダイアフラム４０とによって規制される。機械的ストッパ４２
は、ハウジング３６の表面に接触することによって可動ピストン３８が受ける虞
れのある損傷を軽減する可撓性材料で形成することができる。したがって、図示
された実施の形態においては、可動ピストン３８の動きは、ハウジング３６と可
動ピストン３８との間のエアギャップ４８によって制限される。 さらに図２は、ピストン空洞４６とハウジング３６の外部との間を連通する複
数の液体ポート５４を可動コイル発音体１２が備えていることを示している。特
に図２は、液体がハウジング３６の外部からピストン空洞４６内に流入するのを
許容するためにハウジング３６を貫通する液体ポート５４を示している。さらに
図２は、この可動ピストン３８の内部空間に液体が流入するのを許容するために
、可動ピストン３８が液体ポートとして機能する貫通孔５４を備えていることを
示している。 図１に戻ると、ピストン空洞４６を内部空洞１８に連通して、内部空洞１８か
ら液体が可動コイル発音体１２のピストン空洞４６内へ流入するのを許容するた
めの液体ポート５４を見ることができる。したがって、内部空洞１８内の液体は
、可動コイル発音体１２に流出入して、内部空洞１８とピストン空洞４６（図２
参照）との液圧が等化されるか、あるいは実質的に等化される。前述のように、
空洞１８およびピストン空洞４６内の液体は、オイルまたはポリアルキレングリ
コールのような非圧縮性液体が適している。 可動コイル発音体１２の下方には、２個のコンプライアンスを有するディスク
アセンブリ２２が設けられている。これらコンプライアンスを有するディスクア
センブリ２２は、内部空洞１８内の圧力変化に応答して収縮または膨脹する可圧
縮体を備えている。したがって、これらコンプライアンスを有するディスクアセ
ンブリ２２は、可動コイル発音体１２のためのコンプライアンスを有する支持体
となる。例えば、特定の音響出力の低周波信号が発生している間、可動コイル発
音体１２はピストン３８およびダイアフラム４０を駆動して、発音体１２の所定
の静止点の周りでダイアフラム４０を所定距離変位させる。このような大きな変
位を生じさせるため、変換器アセンブリ１０は、内部空洞１８内にコンプライア
ンスを有するディスクを備えて、可動ピストン３８のためのコンプライアンスを
有する支持体を提供する。これらコンプライアンスを有するディアセンブリ２２
は、可動コイル発音体１２によって加えられ、かつ内部空洞１８を満たしている
非圧縮性液体によってコンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２に伝え
られる圧力に応答する容積をもって膨脹または収縮することができる。コンプラ
イアンスを有するディアセンブリ２２の容積的応答は、内部空洞１８内の液圧が
予期された最大動作圧力に達した場合であっても、発音体１２の自由な動きを許
容する、発音体１２のためのコンプライアンスを有する支持体を提供する。 図示されたコンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２は、空洞１８内
の液体がディスクアセンブリ２２を取り囲むのを許容するのに十分な空間がハウ
ジング１４の側壁とディスクアセンブリとの間に形成されるようなサイズを空洞
１８内に有している。図示された実施の形態においては、コンプライアンスを有
するディスクアセンブリ２２が互いに離間されて、液体で満たされる空隙がこれ
ら二つのディスクアセンブリ２２の間に画成されている。 図３に示されている各コンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２は２
枚のプレート６４を備えており、これらプレート６４は、これらを離間させるカ
ラー６６に取り付けられている。プレート６４とカラー６６との周りには被覆６
８が施されて、２枚のプレート６４に加えられる力に応答して内方および外方へ
撓むコンプライアンスを有するディスクとして動作する一体ユニットを形成して
いる。一つの実施の形態においては、各プレート６４が、ファイバガラスで形成
され、カラー６６は筒状のアルミニウムリングで形成される。プレート６４はカ
ラー６６に取り付けられ、ブチルゴムの被覆６８で覆われている。被覆６８はコ
ンプライアンスを有するディスクアセンブリ２２をシールして、プレート６４と
カラー６６とによって画成された内部チャンバ７０に液体が入り込むのを防止し
ている、内部チャンバ７０は、空気のような圧縮性ガスで満たすことができる。 各プレート６４の剛性は、用途に応じて選択することができ、十分に剛性を有
するか、あるいは可動コイル発音体１２の選択された動作範囲内で生じ得る全て
の力に応答して撓み得るかが選択される。したがって、プレート６４は、音響信
号が発生している間、発音体１２から発生すると予想されるいかなる力にも応答
して撓まなければならない。さらに、プレート６４は、内部空洞１８内の液圧の
増減から生じる力にも応答して撓むであろうことは注目すべきである。コンプラ
イアンスを有するディスクアセンブリ２２が、液圧の所定の範囲に亘って可動コ
イル発音体１２の忠実な支持体として動作するのを可能にするに、一つの実施の
形態では、予測される最大動作圧力よりも大きい圧力が加わった場合でも、内方
へ撓んだプレート６４が互いに接触しないような距離だけこれらプレート６４を
離間させる寸法をカラー６６が有する。一つの実施の形態においては、空洞１８
内の圧力が予測される最大動作圧力の１１０％に達してもプレート６４の接触が
生じないような十分な距離だけプレート６４が離間される。このアセンブリ１０
の優れた動作は、動作静水圧の全範囲に亘ってリニアな、または実質的にリニア
なコンプライアンス（音圧の単位変化に対する容積変化）を備えたプレート６４
を用いることによって達成されることに注目すべきである。ファイバーガラスで
形成されたプレート６４は、動作静水圧の全範囲に亘ってリニアなコンプライア
ンスを有することを試験が証明している。さらに、プレート６４の共振周波数が
このアセンブリの変換周波数帯の外にあれば、優れた動作が期待できる。 一つに実施の形態においては、プレート６４は、直径が約７．６５インチ（１
９ｃｍ）、厚さが約０．３２０インチ（８ｍｍ）である。プレートはＥガラス、
またはＳガラスで作成される。あるいはプレート６４は、高強度鋼、グラファイ
ト・エポキシ複合材、チタン、またはその他の適当な材料で作成することができ
る。 システム１０の内部空洞１８内に配置されるコンプライアンスを有するディス
クアセンブリの数は、このシステムに求められる所望の低周波特性に左右される
。ディスクアセンブリの位置および大きさは、変換器の特性に影響を与えること
が理解される。分析および試験によれば、図１に示された内部空洞１８内のコン
プライアンスを有するディスクアセンブリ２２の配置は満足できることが判明し
ている。 さらに、可動コイル発音体１２の動作におけるコンプライアンスを有するディ
スクアセンブリ２２の周囲の領域の液圧の影響を軽減するために、少量の損失を
システムに与えるための開放セルメッシュを内部空洞１８内に配置することがで
きる。 図１は、内部空洞１８が液通路２０を通じて液溜め１６に連通していることを
示している。図示の液溜め１６は、ハウジング１４内に形成された環状凹部によ
って画成されている。液溜め１６は内部空洞１８から隔離されている。したがっ
て、液が液溜め１６と部空洞１８との間で移動するためには、液通路２０を通ら
なければならない。図１に示された実施の形態においては、一つの液通路２０が
示されているが、図１には示されていない他の複数の液通路２０が設けられてい
る。 さらに図１は、上記環状凹部内に配置され、かつハウジング１４とカバー３０
との間にシールされた可撓性嚢体２８を示している。嚢体２８の表面２７は、カ
バー３０に開けられた孔を通じてシステム１０周囲の動作環境に露出されている
。嚢体の反対側の表面は液溜め１６内の液に接触している。したがって、嚢体２
８は、動作環境と液溜め１６との間に配置された可撓性バリアとして動作する。
図示された液溜め１６は、この液溜め１６と内部空洞１８の下部との間に延びる
液通路２０に連通している。図示された嚢体２８は、ブチルゴム、ネオプレン、
またはこの変換器が働く動作環境で生じる圧力変化に応答するように十分な可撓
性を有する他の材料から形成することができる。 液通路２０は、液溜め１６と内部空洞１８の下部との間に延びる導管として形
成されている。液通路２０は、液溜め１６を内部空洞１８に連通させる機能を有
する。図示の液通路２０は、この液通路２０を通過する音響エネルギーを減衰さ
せるためのフィルタとしても機能する。このため、液通路２０は、所定の周波数
帯において伝播する音響エネルギーに高い音響インピーダンスを与えるサイズと
方向とを有する導管で形成されている。したがって、液通路２０は、位相外れに
よる打消しが生じないように内外の音場を分離するフィルタとして動作する。こ
れは、変換器アセンブリ１０の特性を悪化させる位相打消しを軽減する見込みが
ある。 図１に示された実施の形態においては、ディスクアセンブリ２２間の環状空間
に音響ダンピング材料に一部が設けられている。この音響ダンピング材料は、内
部空洞１８内における液の流れによって生じる共振をダンプする。音響ダンピン
グ材料は、内部空洞に伝播する音響エネルギーを低減するのに適した材料とする
ことができ、例えば、連続気泡または不連続気泡フォームラバー、鋼綿、または
高エネルギー共振をダンプするためにエネルギーを消失させ得るメッシュ材料と
することができる。 上述の図１〜図３に関する記載で理解されるように、システム１０内に形成さ
れた圧力補償システムは、内部空洞１８と、ハウジング１４および孔空きカバー
３０の外部の動作環境との間の圧力を等化するように動作する。内部空洞１８と
動作環境との間の圧力の等化は、可動コイル発音体１２に対し最大のダイナミッ
クレンジを提供し、これにより、動作環境圧力と可動コイルを移動させる圧力と
の間にミスマッチが存在するときに生じる変換器特性への悪影響を低減する。こ
のため、可動コイル発音体１２の動作は、空洞１８内の液を押したり引いたりす
ることに注目されたい。空洞１８内の液は、内部空洞１８内に、本実施の形態で
は可動コイル発音体１２の下方に配置された可圧縮体２２上で動作する。図示さ
れた各ディスクアセンブリ２２は、空洞１８内に配置され、空洞１８内で液体に
囲まれる。可圧縮体２２は、可動ピストン３８の下方への移動により圧力が増大
するように、空洞１８内の圧力の増大に応答して内方へ変位することができるコ
ンプライアンスを有するディスクとして動作する。したがって、コンプライアン
スを有するディスクアセンブリは、コイルがシステム１０内で自由に動くことが
できるコンプライアンスを有する支持体を提供し、この支持体が無い場合には、
液圧が発音体の動きを阻止するであろう。 さらに、システム１０の液導管２０は、可動コイル発音体の動作周波数の近辺
の音響エネルギーを減衰させる音響フィルタを提供する。これは、可動コイル発
音体から発せられる音響エネルギーが嚢体２８を通じて内部空洞に戻された場合
に生じ得るフィードバックを低減または阻止する。このようなフィードバックは
、発音体１２を妨害してシステムの特性を悪化させる。 図１に示された実施の形態は、高さ約１０ 1/2インチ（２６．７ｃｍ）、直径
約１０1/2 インチ（２６．７ｃｍ）である。ハウジングはアルミニウム、鋼、ま
たは適当な材料でよい。 図４は、受動的な圧力補償を行なう変換器を備えた潜水艇８０を示す。特に図
４は、受動的な圧力補償を行なうモジュール式変換器アセンブリを内部に収容す
ることができるポートが配置された艇体８４を有する潜水艇８０を示す。図４に
示されているように、艇体８４は上記ポートが設けられた側壁を有する。変換器
アセンブリ８２は、この変換器８２で起生される音響エネルギーが変換器８２か
ら放射されかつ艇体から外部へ放出されるように、上記側壁に取り付けられる。
動作時に、潜水艇が水中を上下するにつれて、水から変換器８２に加わる圧力が
変化する。上述のように、圧力変化は嚢体２８に印加される力を生起させ、これ
により、液溜め１６内の液を加圧または減圧する。艇体８４が水圧の高い領域へ
移動すると、カバープレート３０を通り抜けて嚢体２８の一方の表面に作用する
水は、液溜め１６内の液の圧力を増大させて大きな圧力を生じさせる。この大き
な圧力は、液通路２０を通って内部空洞１８内の液に伝達される。内部空洞１８
内の液圧は、可動コイル発音体１２のピストン空洞４６に伝達される。したがっ
て、可動コイル発音体が内部で作動する内部空洞１８内の圧力は、この変換器ア
センブリの動作環境の圧力に等化される。 上述したシステムは、全体がこの変換器内部にある可動コイルピストンの頭部
を横切る静水圧平衡を維持するのに適したコンプライアンスを備えている。この
機械的受動補償システムは、能動的センサまたは部品を必要としない完全に受動
的なため、物質の補充を必要とせず、かつ保守の必要性を低減または皆無にする
。したがって、このシステムは変換器内部で完結されており、ガスを注入する必
要はない。動作中の共振周波数は深度に対して完全に安定している。能動的セン
サまたは部品がないために、信頼性は向上している。さらに、ここに記載された
システムは、可動コイルアセンブリ内部の熱放散の点でも優れている。これは出
力を増大させる。さらに、この変換器の特性は、変換器の帯域幅に実質的に影響
を与えることなしに、かつ高調波歪みを増大させることなしに向上している。 当業者であれば、僅かの日常的な経験を生かすことによって、ここに記載され
た実施の形態と等価の実施の形態を確かめることが可能であろう。例えば、ここ
に記載された圧力補償システムは、可動機械アセンブリに対する圧力補償のよう
な他の用途にも利用することができ、ここに記載された変換器アセンブリは、単
独の部品として、または変換器アレイとしてアレンジして、使用することができ
る。また、ここに記載されたシステムは、安全性の向上と価格の低下の点で、従
来品を上回る利点を有することが理解されよう。 したがって、本発明は、記載された実施の形態に限定されるものではなく、法
の下に広く解釈される請求の範囲から理解されるべきである。
【図１】 受動的補償システムを備えた変換器アセンンブリの斜視図
【図２】 図１の可動コイル発音体の詳細を示す断面図
【図３】 図１のコンプライアンスを有するディスクアセンブリの一つの詳細図
【図４】 受動的に補償される可動コイル変換器を備えた潜水艇を示す概略図
１０ 変換器アセンブリ １２ 可動コイル発音体 １４ ハウジング １６ 液溜め １８ 内部空洞 ２０ 液通路 ２２ コンプライアンスを有するディスクアセンブリ ２８ 嚢体 ３０ 孔空きカバー ３８ 可動ピストン ４０ ダイアフラム ４４ コイル ４６ ピストン空洞 ５０ 磁極 ５２ 永久磁石 ５４ 液体ポート ８０ 潜水艇 ８２ 変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｒ 9/02 １０２ Ｈ０４Ｒ 9/02 １０２Ｄ 9/04 １０５ 9/04 １０５Ａ (72)発明者 コクラン，ジョン シー アメリカ合衆国 ロードアイランド州 02871 ポーツマス スウィート ファー ムズ 83 (72)発明者 ハンリー，ジョン ジー アメリカ合衆国 ロードアイランド州 ナ ラガンセット ウィルダーネス ドライヴ 10 (72)発明者 フロアー，ジェイムズ ダブリュ アメリカ合衆国 ロードアイランド州 02878 ティヴァートン ブラケット ア ヴェニュー 248 Ｆターム(参考） 3D023 BA02 BB30 5D012 BB08 CA02 GA01 5D016 AA01 5D018 AD29
Claims (18)
- 【請求項１】 可動コイルと、作動環境に接触するダイアフラムとを備えた
変換器アセンブリに対し圧力補償を提供する装置において、 液体を満たすことが可能な内部空洞を有し、前記変換器アセンブリの可動コイ
ルを収容しかつ取り囲む寸法に形成されたハウジングと、 前記作動環境に連通する第１部分と、前記ハウジング内に保持された液溜めに
連通する第２部分とを備えた可撓性嚢体と、 前記液溜めに結合され、選択された周波数で前記液溜め内を伝播する音響エネ
ルギーを減衰させ得るフィルタと、 前記液溜めと前記内部空洞との間に延びる液通路と、 を備え、それによって、前記可撓性嚢体に作用しかつ前記液溜めおよび前記液通
路を通じて伝達される前記作動環境の圧力変化が前記内部空洞内の圧力を調整す
ることを特徴とする前記装置。 - 【請求項２】 前記内部空洞内に配置された可圧縮体をさらに備えているこ
とを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項３】 前記内部空洞内に配置された、スロットを有するシリンダを
さらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項４】 前記内部空洞内に配置された可圧縮嚢体をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項５】 前記内部空洞内の圧力変化に応答して収縮することが可能な
ガスを充填された嚢体を備えたコンプライアンスを有するディスクアセンブリを
さらに備えていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項６】 前記コンプライアンスを有するディスクアセンブリが、前記
内部空洞内の圧力変化に応答して収縮することが可能なガスを充填された複数の
嚢体を備えていることを特徴とする請求項５記載の装置。 - 【請求項７】 前記フィルタが、前記液溜めと前記内部空洞との間に結合さ
れた導管を備え、該導管が、前記液溜めと前記内部空洞との間に延びる液通路を
形成するための内部通路を有し、かつ該導管が、前記液溜めと前記内部空洞との
間において選択された周波数で伝播する音響エネルギーを阻止するような寸法に
形成されていることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項８】 前記液通路が、前記液溜めと前記内部空洞との間に結合され
た導管を含んでおり、該導管が、前記作動環境の圧力変化度合の関数として選択
された度合で液体が通過するのを許容する寸法に形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の装置。 - 【請求項９】 前記ハウシングが、選択された周波数における振動を阻止す
る選択された質量を有する本体を備えていることを特徴とする請求項１記載の装
置。 - 【請求項１０】 前記ハウシングが、前記変換器アセンブリを取り付けるた
めの支持縁部を含んでいることを特徴とする請求項１記載の装置。 - 【請求項１１】 前記ハウシングが、該ハウシングを取外し可能に、かつ交
換可能に表面に取り付けるための取付け縁部を含んでいることを特徴とする請求
項１記載の装置。 - 【請求項１２】 作動環境における圧力変化を調整するための圧力補償手段
を備えたモジュール式の可動コイル変換器において、 可動コイルおよびダイアフラムを備えた変換器アセンブリと、 該変換器アセンブリの前記可動コイルを取り囲む、液体で満たされた内部空洞
を有し、かつ前記作動環境と前記ハウジング内に支持された液溜めとの間に配置
されて前記作動環境の圧力変化に応答して変形可能な可撓性嚢体を有するハウジ
ングと、 前記液溜めに結合され、かつ該液溜め内を所定の周波数で伝播する音響エネル
ギーを減衰させることが可能なフィルタと、 前記液溜めと前記内部空洞との間に延びる液通路と、 を備え、それによって、前記可撓性嚢体に作用しかつ前記液溜めおよび前記液通
路を通じて伝達される前記作動環境の圧力変化が前記内部空洞内の圧力を調整す
ることを特徴とする可動コイル変換器。 - 【請求項１３】 前記内部空洞内に配置された可圧縮体をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１２記載の可動コイル変換器。 - 【請求項１４】 前記内部空洞内の圧力変化に応答して圧縮されるコンプラ
イアンスを有するディスクアセンブリをさらに備えていることを特徴とする請求
項１２記載の可動コイル変換器。 - 【請求項１５】 前記フィルタが、前記液溜めと前記内部空洞との間に結合
された導管を備え、該導管が、前記液溜めと前記内部空洞との間に延びる液通路
を形成するための内部通路を有し、かつ前記液溜めと前記内部空洞との間に選択
された周波数で伝播する音響エネルギーを阻止するための寸法に形成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の可動コイル変換器。 - 【請求項１６】 前記液通路が、前記液溜めと前記内部空洞との間に結合さ
れた導管を含んでおり、該導管が、前記作動環境の圧力変化度合の関数として選
択された度合で液体が通過するのを許容する寸法に形成されていることを特徴と
する請求項１２記載の可動コイル変換器。 - 【請求項１７】 前記ハウシングが、該ハウシングを取外し可能に、かつ交
換可能に表面に取り付けるための取付け縁部を含んでいることを特徴とする請求
項１２記載の可動コイル変換器。 - 【請求項１８】 液体環境内の異なる深度を上下動することができる標的潜
水艇において、 変換器アセンブリを収容するためのポートを備えた側壁を有する艇体と、前記
ポート内に収容されたモジュール式の可動コイル変換器とを備え、該可動コイル
変換器が、 可動コイルおよびダイアフラムを含む可動コイル発音体と、 前記可動コイルを取り囲む、液体で満たされた内部空洞を有し、かつ前記作動
環境と内部に保持された液溜めとの間に配置された可撓性嚢体を有するハウジン
グと、 前記液溜めに結合され、前記液溜め内を選択された周波数で伝播する音響エネ
ルギーを減衰させ得るフィルタと、 前記液溜めと前記内部空洞との間に延びる液通路と、 を備え、それによって、前記可撓性嚢体に作用しかつ前記液溜めおよび前記液通
路を通じて伝達される前記液体環境の深度変化から生じる圧力変化が前記内部空
洞内の圧力を調整することを特徴とする標的潜水艇。
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