JP2002541697A5 - - Google Patents

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【書類名】 明細書
【発明の名称】 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
【特許請求の範囲】
【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、
非圧縮性流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表面と、前記ハウジング内に保持された非圧縮性流体リザーバに連通する第２表面とを有し、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と、
前記非圧縮性流体リザーバと前記内部空洞との間に延び、選択された周波数で前記非圧縮性流体リザーバから前記内部空洞へ伝播する音響エネルギーを減衰させ得る流体通路と、を備え、
前記可撓性嚢体に作用しかつ前記非圧縮性流体リザーバおよび前記流体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装置。
【請求項２】 前記ダイアフラムと、前記内部空洞内に収容された、前記変換器アセンブリの可動ピストンとが直接に接触し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、該内部空洞内の圧力変化に応答して膨張または収縮可能な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４】 前記可圧縮体が、可圧縮嚢体であることを特徴とする請求項３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４記載の装置。
【請求項７】 前記流体通路が、前記非圧縮性流体リザーバ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、前記非圧縮性流体リザーバ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】 前記流体通路が、前記非圧縮性流体リザーバ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流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、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１０】 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１１】 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、非圧縮性流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非圧縮性流体リザーバ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、
前記非圧縮性流体リザーバと前記内部空洞との間に延び、選択された周波数で前記非圧縮性流体リザーバ内から前記内部空洞へ伝播する音響エネルギーを減衰させ得る流体通路と、を備え、
前記可撓性嚢体に作用しかつ前記非圧縮性流体リザーバおよび前記流体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１２】 前記内部空洞内に配置され、該内部空洞内の圧力変化に応答して膨張または収縮可能な可圧縮体をさらに備えていることを特徴とする請求項１１記載の可動コイル変換器。
【請求項１３】 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１１記載の可動コイル変換器。
【請求項１４】 前記流体通路が、前記非圧縮性流体リザーバ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、前記非圧縮性流体リザーバ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１１記載の可動コイル変換器。
【請求項１５】 前記流体通路が、前記非圧縮性流体リザーバ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非圧縮性流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１１記載の可動コイル変換器。
【請求項１６】 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１１記載の可動コイル変換器。
【請求項１７】 流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、非圧縮性流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非圧縮性流体リザーバとの間に配置された可撓性嚢体を有するハウジングと、
前記非圧縮性流体リザーバと前記内部空洞との間に延び、選択された周波数で前記非圧縮性流体から前記内部空洞へ伝播する音響エネルギーを減衰させ得る流体通路と、を備え、
前記可撓性嚢体に作用しかつ前記非圧縮性流体リザーバおよび前記流体通路を通じて伝達される前記流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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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。
【０００２】
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（radiating 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 （１ｋＰａ）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。
【０００３】
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。
【０００４】
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、Ｍｋ３０ 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。
【０００５】
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。
【０００６】
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、流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流体リザーバに連通する第２部分とを備えている。音響フィルタが上記流体リザーバに結合され、選択された周波数で流体リザーバ内を伝播する音響エネルギーを減衰させ、流体通路が流体リザーバ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流体リザーバおよび流体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。
【０００７】
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。
【０００８】
一つの実施の形態においては、上記流体リザーバと内部空洞との間に結合された導管を備え、この導管が、流体リザーバと内部空洞との間に延びる流体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。
【０００９】
上記流体通路は、流体リザーバ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流体が通過するのを許容する寸法に形成されている。
【００１０】
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。
【００１１】
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、流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流体リザーバ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、流体リザーバに結合され、かつ流体リザーバ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、流体リザーバと内部空洞との間に延びる流体通路とを備え、それによって、可撓性嚢体に作用しかつ流体リザーバおよび流体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。
【００１２】
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、流体リザーバと内部空洞との間に結合されかつ流体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、流体リザーバ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。上記流体通路は、流体リザーバ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流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。
【００１３】
このシステムはまた、流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、流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流体リザーバとの間に配置された可撓性嚢体を有するハウジングと、上記流体リザーバに結合され、流体リザーバ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、流体リザーバと内部空洞との間に延びる流体通路とを備え、それによって、上記可撓性嚢体に作用しかつ流体リザーバおよび流体通路を通じて伝達される流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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、流体リザーバ１６と、内部空洞１８と、流体通路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。
【００１８】
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。流体リザーバ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流体で満たすことができる。
【００１９】
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。
【００２０】
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、流体ポート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。
【００２１】
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。
【００２２】
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流体ポート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、流体がハウジング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を貫通する流体ポート５４を示している。さらに図２は、この可動ピストン３８の内部空間に流体が流入するのを許容するために、可動ピストン３８が流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。
【００２３】
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から流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流体ポート５４を見ることができる。したがって、内部空洞１８内の流体は、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内の流体は、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流体が適している。
【００２４】
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流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。
【００２５】
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内の流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、流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。
【００２６】
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６８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に流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。
【００２７】
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。
【００２８】
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（１９ｃｍ）、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
図１は、内部空洞１８が流体通路２０を通じて流体リザーバ１６に連通していることを示している。図示の流体リザーバ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。流体リザーバ１６は内部空洞１８から隔離されている。したがって、流体が流体リザーバ１６と部空洞１８との間で移動するためには、流体通路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、一つの流体通路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流体通路２０が設けられている。
【００３２】
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流体リザーバ１６内の流体に接触している。したがって、嚢体２８は、動作環境と流体リザーバ１６との間に配置された可撓性バリアとして動作する。図示された流体リザーバ１６は、この流体リザーバ１６と内部空洞１８の下部との間に延びる流体通路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。
【００３３】
流体通路２０は、流体リザーバ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。流体通路２０は、流体リザーバ１６を内部空洞１８に連通させる機能を有する。図示の流体通路２０は、この流体通路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、流体通路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、流体通路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。
【００３４】
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内における流体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。
【００３５】
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内の流体を押したり引いたりすることに注目されたい。空洞１８内の流体は、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内で流体に囲まれる。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。
【００３６】
さらに、システム１０の流体通路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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、流体リザーバ１６内の流体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、流体リザーバ１６内の流体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、流体通路２０を通って内部空洞１８内の流体に伝達される。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【図面の簡単な説明】
【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
【符号の説明】
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 流体リザーバ
１８ 内部空洞
２０ 流体通路
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 流体ポート
８０ 潜水艇
８２ 変換器