JP2006020018A - 送受波器 - Google Patents

Abstract

【課題】 送受波器の外形寸法を変更することなく、一定以上の音圧レベルを確保しつつ低周波数化を可能とし、ボルト締めランジュバン型送受波器の広帯域化を実現する。
【解決手段】 フロントマス６及びリアマス７，フロントマス６及びリアマス７の間に挟持される円筒型アクティブ振動体９を有するランジュバン型振動体３と、ランジュバン型振動体３のフロントマス６の音響放射面部側に配設される振動板５及び振動板５に固定される円板型アクティブ振動体４からなる屈曲振動体２と、を備えた送受波器１ａであって、ランジュバン型振動体３のフロントマス６に、リアマス側の下部側の円周上に、外周側面から軸中心側に連通するスリット５０を設けた構成としてある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気音響変換により水中に音波を放射する送受波器に関し、特に、送受波器の外形寸法を変更することなく、一定以上の音圧レベルを確保しつつ低周波数化が可能な、ランジュバン型の送受波器の広帯域化に好適な送受波器に関する。

一般に、電気音響変換により水中に音波を放射する送受波器として、ランジュバン型の送受波器が知られている。
ランジュバン型送受波器とは、振動発生手段としてボルト締めランジュバン型振動体を備えるもので、フロントマスとリアマスの間に挟持された圧電セラミック積層体にボルト締めにより圧縮応力が加えられて、所定周波数帯域の音波が放射されるものである。
そして、このようなランジュバン型の送受波器では、ランジュバン型振動体のフロントマスの音響放射面側に、さらに屈曲振動構造を設け、ランジュバン型振動体の縦振動モードに屈曲振動モードを重畳することで、ランジュバン型の振動体の大きさを変更することなく送受波器の広帯域化が図られるようになっている（特許文献１−２参照）。

以下、このような従来のランジュバン型送受波器について、図面を参照して説明する。図１１は、ランジュバン型の送受波器の外観を示す概略斜視図であり、図１２は、従来提案されている屈曲振動構造をランジュバン型送受波器の概略断面図である。
ランジュバン型の送受波器１００は、図１１に示すように、フロントマス６とリアマス７の間に、筒状に形成された圧電セラミック積層体等からなるアクティブ振動体９が挟持されてなるランジュバン型振動体３を備えており、図１２に示すように、フロントマス６とリアマス７を結合するボルト８が締め付けられることでアクティブ振動体９に圧縮応力が加わり、所定周波数の振動が発生するようになっている。

ランジュバン型振動体３のフロントマス６の前面部、すなわち音響放射面側に屈曲振動体２が取り付けられている。屈曲振動体２は、内部に空洞を形成した屈曲振動可能な振動板５と、振動板５の裏面側（フロントマス６）に固定された円板状のアクティブ振動体４を備えており、駆動電圧が印加されることによりアクティブ振動体４が振動して振動板５が屈曲振動するようになっている。
また、ランジュバン型振動体３の円筒型アクティブ振動体９及び屈曲振動体２の円盤形アクティブ振動体４には、リード３０を介して移相シフト器１０が接続されており、ランジュバン型振動体３の縦振動モードに対して、屈曲振動体２の屈曲振動モードが逆位相となるように位相制御される。

このような従来のランジュバン型の送受波器１００によれば、ランジュバン型振動体３のフロントマス６の前面に屈曲振動体２を備えることにより、ランジュバン型振動体３の縦振動モードのみでなく、屈曲振動体２の屈曲振動モードも使用することができ、ランジュバン型振動体３の縦振動共振周波数よりも低い屈曲振動共振周波数によって送受波器を低周波化できる。
また、ランジュバン型振動体３の縦振動モードに屈曲振動体２の屈曲振動モードを重畳することにより送受波器の帯域幅を広げて広帯域化することが可能となる。

さらに、このようなランジュバン型送受波器における更なる広帯域化を図るために、ランジュバン型振動体のフロントマスの前面部に備えられる屈曲振動体を、複数の扇形状に分割形成した送受波器も提案されている（特許文献３参照）。
このような送受波器によれば、扇形状に分割された複数の屈曲振動体は、それぞれが異なる共振周波数を持つように設定され、この複数の屈曲振動体により発生する屈曲振動モードの重畳によって、送受波器の更なる広帯域化が図れるようになっている。

特開２００１−１４８８９６号公報（第３−４頁、第１図） 特許第３００５６１１号公報（第３−４頁、第１図、第２図） 特開２００３−０３２７７１号公報（第３−４頁、第１図、第２図）

しかしながら、以上のような従来のランジュバン型の送受波器では、まず、図１２に示した従来の送受波器の場合、ランジュバン型振動体と屈曲振動体とが一体的に構成されていることにより、振動モードの結合が生じてしまい、一定以上の音圧レベルを確保しつつ周波数を広帯域化することができないという問題が発生した。
屈曲振動体を備えたランジュバン型送受波器においては、屈曲振動モードと縦振動モードによる二つの共振周波数間（中間域）における振動モードでは、屈曲振動体の屈曲振動モードとランジュバン型振動体の縦振動モードが同時に発生し、二つの振動モードが重畳した形となる。

図１３は、図１２に示した従来の送受波器の各振動モードにおける状態を模式的に示した説明図であり、同図（ａ）は屈曲振動モード，（ｂ）は重畳振動モード，（ｃ）は縦振動モードである。同図に示すように、図１２に示した従来の送受波器１００では、ランジュバン型振動体３のフロントマス６と屈曲振動体２の振動板５が結合部６０で一体に結合しているため、ランジュバン型振動体３の縦振動モードの振幅に結合する形で屈曲振動体２全体が縦方向に振幅する。
このため、屈曲振動体２は、重畳した振動モードでは、屈曲振動を行っているものの、図１３（ｂ）に示すように、屈曲振動モードの支点が基準位置▽から、マイナス方向の▼に移動する。従って、屈曲振動体２の振動面は、音響放射の中性面を境にして正方向に振幅している部分と負方向に振幅している部分とが存在し（同図の斜線部参照）、結果として、音響放射圧力が正負打消し合い、送波レベルが著しく低下することになった（後述する図３の“ｆ４”参照）。

このように、従来のランジュバン型の送受波器では、ランジュバン型振動体と屈曲振動体が一体構造のために振動モードの結合が生じてしまい、ランジュバン型振動体の縦振動モードによって屈曲振動体の屈曲振動モードの振幅方向と逆方向、つまり屈曲振動モードの支点が基準位置よりもマイナス方向へ大きくシフトし、音響放射できなくなるという問題が発生した。
このため、屈曲振動体の屈曲振動モードによる共振周波数と、送受波器の縦振動モードによる共振周波数間の周波数帯（中間域）における音圧レベルが著しく低下してしまい、一定以上の音圧レベルを得られるように周波数帯域を広帯域化することができなかった。

一方、特許文献３に開示されている屈曲振動体を複数の扇形状の分割形成した送受波器の場合、扇形状の屈曲振動体の屈曲振動モードは、ランジュバン型振動体の縦振動モードの共振周波数よりも高い周波数に発生するため、高周波側への広帯域化は可能であった。
しかしながら、この送受波器では、共振モードの発生する順番は縦モードから屈曲モードの順となっていたので、低周波側への広帯域化を図るには送受波器を大型化する必要が生じた。

本発明は、以上のような従来の技術が有する問題を解決するために提案されたものであり、ランジュバン型振動体のフロントマスにスリットを形成することにより、ランジュバン型振動体と屈曲振動体の振動モードを分離し、これによって、送受波器の外形寸法を変更することなく、一定以上の音圧レベルを確保しつつ、低周波数から高周波数まで送受波器の使用周波数帯域を広帯域化することができる送受波器の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の送受波器は、フロントマスと、リアマスと、フロントマス及びリアマスの間に挟持される筒状の振動体と、を有するランジュバン型振動体を備えた送受波器であって、ランジュバン型振動体のフロントマスに、外周側面から軸中心側に連通するスリットを設けた構成としてある。

具体的には、本発明の送受波器に備えられるスリットは、フロントマスの軸中心の円周上に形成された構成とすることが好ましい。
また、このスリットは、筒状の振動体が連接されるフロントマス下部側に形成された構成とすることが好ましい。

そして、本発明の送受波器は、特に、ランジュバン型振動体のフロントマスの音響放射面部側に配設される屈曲振動体を備えた構成としてある。
具体的には、本発明の送受波器に備えられる屈曲振動体は、フロントマスの音響放射面部に配設される振動板と、この振動板に固定される板状の振動体とからなる構成とすることができる。
また、この屈曲振動体は、フロントマスの音響放射面部に端点支持構造を介して固定される構成とすることができる。
そして、スリットは、屈曲振動体とフロントマスのスリットを境とした音響放射面部側の共振周波数がほぼ一致する位置に形成することが好ましい。

さらに、本発明の送受波器は、スリットのスリット幅を変動させることにより、フロントマスの音響放射面部を前方に付勢するフロントマス付勢手段を備える構成とすることができる。
具体的には、フロントマス付勢手段は、スリット内で環状に連接された複数の振動体及び楔形状体とを有する複合リングからなり、複合リングが振動体の収縮により円周方向に収縮，伸展して、楔形状体がスリット内を円周方向に摺動することにより、フロントマスの音響放射面部を前方に付勢する構成とすることができる。
特に、複合リングは、ランジュバン型振動体の収縮，伸展に同期して収縮，伸展する構成とすることが好ましい。

以上のような構成からなる本発明の送受波器によれば、まず、屈曲振動体及びランジュバン型振動体に同時に励振信号を入力すると、屈曲振動体に備えられた円板型アクティブ振動体の径拡がりモードにより、屈曲振動体の屈曲振動モードが励起される。この屈曲振動モードによる共振周波数は送受波器全長に依存せず、屈曲振動体の厚み寸法・重さ・剛性及び外径寸法で決定される。
徐々に励振信号の周波数を増加させていくと、ランジュバン型振動体と屈曲振動体で構成される送受波器全体の縦振動モードが励起される。縦振動モードによる共振周波数は送受波器全長により決定される。

これら屈曲振動モードと縦振動モードによる二つの共振周波数間（中間域）における振動モードは、屈曲振動体の屈曲振動モードと送受波器の縦振動モードが同時に発生し、二つの振動モードが重畳した形となる。
ここで、従来の送受波器（図１２参照）では、フロントマスと振動板が結合部で一体に結合しているため、ランジュバン型振動体の縦振動モードの振幅に結合する形で屈曲振動体全体が縦方向に振幅し、屈曲振動体は屈曲振動を行っているものの、屈曲振動体の振動面は音響放射の中性面を境に正方向と負方向に振幅することになり、音響放射圧力が正負打消し合い、送波レベルが著しく低下してしまう。

本発明では、フロントマスにスリットを設けることにより、ランジュバン型振動体が縦振動モードを励起している際に、スリットを境界としたフロントマスの上部は屈曲振動体の屈曲振動モードの支点を基準位置（図２の▽参照）に保つように、屈曲振動体全体を押し上げる方向に屈曲する。
従って、屈曲振動体の屈曲振動モードがランジュバン型振動体の縦振動モードと独立して振動した形となり、屈曲振動体の音響放射面は音響放射の中性面から全体的に正方向に振幅することができる。
このようにして、本発明の送受波器では、従来は音圧レベルが著しく低下していた中間域の振動モードを改善して、中間域の音圧レベルを上昇させることが可能となり、送受波器の外形寸法を変更することなく低周波数からの広帯域化が可能となる。

本発明の送受波器によれば、ランジュバン型振動体のフロントマスにスリットを設けることで、ランジュバン型振動体の縦振動モードと屈曲振動体の屈曲振動モードを分離し、屈曲振動体の屈曲振動モードの支点を駆動前における位置に維持できる。
これにより、送受波器の寸法を大型化することなく、屈曲振動体の屈曲振動モードと送受波器全体の縦振動モードを利用した低周波の音波放射ができるランジュバン型送受波器において、これら二つの振動モードによる共振周波数間の周波数帯域（中間域）における音圧レベルを上昇させ広帯域化でき、低周波数領域から高い音圧レベルを確保する広帯域化が可能となる。

以下、本発明に係る送受波器の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
［第一実施形態］
まず、図１〜図３を参照しつつ、本発明に係る送受波器の第一実施形態について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る送受波器の概略断面図である。
同図に示すように、本発明はランジュバン型の送受波器であって、送受波器１ａは、ランジュバン型振動体３を備え、さらに、ランジュバン型振動体３の前面部、すなわち、音響放射面部に屈曲振動体２を備える送受波器となっている。
この送受波器１ａの外観は、上述した図１１で示した送受波器と同様のものである。

ランジュバン型振動体３は、図１に示すように、フロントマス６とリアマス７を備え、このフロントマス６とリアマス７との間に、圧電セラミック積層体等からなる円筒型アクティブ振動体９が配設されている。
円筒型アクティブ振動体９は、フロントマス６とリアマス７の間に挟持され、図１に示すように、フロントマス６とリアマス７を結合するボルト８が締め付けられることでアクティブ振動体９に圧縮応力が加わり、所定周波数の振動が発生されるようになっている。

複数の圧電セラミック積層体等からなる円筒型アクティブ振動体９は、厚さ方向に分極されており、分極方向が互いに逆向きになるよう配列しており、電気的に並列に接続されている。
このように、ランジュバン型振動体３は、フロントマス６とリアマス７とボルト８によって円筒型アクティブ振動体９の部分に静的な応力バイアスを加えることができるようになっている。アクティブ振動体９を構成する圧電セラミックスは張力に対する強度が圧力に対する強度の数分の一しかないため、このような静的圧縮応力を印加する手段を有するボルト締めランジュバン振動子はハイパワーで強制的に励振する場合に特に優れたものである。
なお、ランジュバン型振動体３のフロントマスの音響放射面の外径Ｒ，送受波器の全長Ｌ（図１参照）は、所望の共振周波数が得られるように所定の長さに設定される。

そして、このランジュバン型振動体３のフロントマス６に、外周側面から軸中心側に連通するスリット５０が設けてある。
スリット５０は、図１に示すように、フロントマス６の外周側面から軸中心側に連通するように形成されており、本実施形態では、円筒型アクティブ振動体９が連接されるフロントマス６の下部側に、フロントマス６の軸中心の円周上に形成してある。
このスリット５０を備えることにより、ランジュバン型振動体３の縦振動モードと屈曲振動体２の屈曲振動モードが分離されるようになる。

ランジュバン型振動体３のフロントマス６の前面部、すなわち音響放射面側には、屈曲振動体２が取り付けられている。
屈曲振動体２は、屈曲振動可能な振動板５と、振動板５の前面側（フロントマス６の反対側）に固定された、径拡がり振動モードを励起する円板型アクティブ振動体４を備えている。
振動板５が固定されるフロントマス６の前面部は、中央部分が凹状に形成され、凹部外周に立設するフロントマス６の縁部に振動板５が接着剤等の手段により固着されるようになっている（結合部６０）。これによって、振動板５とフロントマス６の間には振動板５が屈曲可能となるように空隙６ａが形成される。
また、円板型アクティブ振動体４は、振動板５の前面側の凹部に嵌め込まれて固着されるようになっている。
そして、駆動電圧が印加されることにより、アクティブ振動体４が振動して振動板５が屈曲振動するようになる。

屈曲振動体２の屈曲振動モードによる共振周波数は、屈曲振動体２の寸法・剛性・重量によって決定されるが、あらかじめ送受波器全長から決まる縦振動モードによる共振周波数よりも低くなるように調整，設定してある。
また、本実施形態では、屈曲振動体２の共振周波数とスリット５０を境としたフロントマス６の音響放射面部側（屈曲振動体２側）部分の共振周波数がほぼ一致するように、屈曲振動体２の厚みとスリット５０を境としたフロントマス６の前面側の厚みＴ（図１参照）が所定の値となるようにスリット５０の形成位置を設定してある。
具体的には、本実施形態では、屈曲振動体２の重量と、スリット５０を境としたフロントマス６の前面側の重量が、ほぼ同じとなるようにスリット５０を形成するようにしてある。

ここで、円板型アクティブ振動体４は、屈曲振動を起こす振動板であり、Ａｌ合金あるいはＴｉ合金等の金属と、炭素繊維などの繊維強化プラスチックと、ＡｌやＭｇ等を母材とする繊維強化金属とからなるグループから選択された、軽量かつ高強度特性を有する一つの材料で構成されるのが好ましい。
このような円板型アクティブ振動体４は、振動板５の前面部に形成された凹部に嵌合して強力接着剤等で固着され、屈曲振動時には振動板５の屈曲振動モードが励振される。なお、円板型アクティブ振動体４の振動板５への嵌合構造や固着方法等については、本実施形態で示すものに限定されず、例えば、図１２で示した振動板５の裏面側に円板型アクティブ振動体４が配設される構造であってもよく、また、固着手段としても接着剤に換えて電子ビーム溶着法等によって完全に一体化してしまうこともできる。

ランジュバン型振動体３の円筒型アクティブ振動体９と、屈曲振動体２の円盤形アクティブ振動体４には、リード３０を介して移相シフト器１０が接続されており、ランジュバン型振動体３の縦振動モードに対して、屈曲振動体２の屈曲振動モードが逆位相となるように位相制御されるようになっている。
電気的には屈曲振動体２の円板型アクティブ振動体４に配線されたリードに、位相シフト器１０を介してランジュバン型振動体３の円筒型アクティブ振動体９のリードが接続されるようにしてある。

次に、以上のような構成からなる本実施形態の送受波器の動作について、図２及び図３を参照しつつ説明する。
図２は、本実施形態の送受波器の各振動モードにおける状態を模式的に示した説明図であり、同図（ａ）は屈曲振動モード，（ｂ）は重畳振動モード，（ｃ）は縦振動モードである。図３は、本実施形態と従来の送受波器における音圧レベルと周波数特性の関係を示すグラフである。
送受波器１ａは、リード３０に電気信号を与えて円板型アクティブ振動体４及び円筒型アクティブ振動体９を励振させ機械的振動を発生させる。
まず、与える電気信号を屈曲振動体２の屈曲振動モードで生じる機械的共振周波数と同じ周波数とすると、結合部６０を支点とした屈曲振動体２の屈曲振動モードが発生する（図２（ａ）及び図３“ｆ１”に示す状態）。このとき、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われる。

続いて、徐々に電気信号の周波数を上昇させ、中間域と同様の周波数に合わせる。屈曲振動体２は、引き続き屈曲振動モードを発生し、ランジュバン型振動体３は、複数積層した円筒型アクティブ振動体９全体が伸縮することで縦振動モードを発生し、これによって屈曲振動モードと縦振動モードの重畳モードが発生する。
位相シフト器１０により、予め円板型アクティブ振動体４とランジュバン型振動体３が逆相に駆動するように調整しておき、ランジュバン型アクティブ振動体３が縦振動モードにより縮む方向に振動を行うと、屈曲型振動体２は伸びる方向、すなわち、駆動前の中立な音響面の位置から正の方向へ音響面が飛び出す方向へ屈曲モードによる振幅を行う（図２（ｂ）及び図３“ｆ３”に示す状態）。
このとき、スリット５０を境とするフロントマス６の屈曲振動体２側の構造体は、屈曲振動体２の屈曲モードによる共振周波数に合うように寸法を調整してあるので、図２（ｂ）に示すように、屈曲振動体２の屈曲振動モードの振幅と対向するように、また、ランジュバン型振動体３の振動方向とは逆方向に屈曲振動した形となる。

これにより屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点となる結合部６０は、駆動前の位置とほぼ同じ位置関係を維持でき（図２（ｂ）に示す▽及び▼参照）、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われる。
さらに、電気信号の周波数を送受波器１ａの縦振動モードによる機械的共振周波数と同じ値に設定すると、屈曲振動体２及びランジュバン型振動体３を合わせた送受波器全体の伸縮による縦振動モードが発生する（図２（ｃ）及び図３“ｆ２”に示す状態）。
このとき、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われる。

これに対して上述した従来の送受波器１００（図１２参照）では、屈曲振動体２は、重畳した振動モードでは、図１３（ｂ）に示すように、屈曲振動モードの支点が基準位置▽から、マイナス方向の▼に移動してしまい、屈曲振動体２の振動面は、音響放射の中性面を境にして正方向に振幅している部分と負方向に振幅している部分とが存在することになる（同図の斜線部参照）。
このため、従来の送受波器１００では、音響放射圧力が正負打消し合ってしまい、送波レベルが著しく低下することになる（図３の“ｆ４”に示す状態）。

以上説明したように、本実施形態に係る送受波器によれば、ランジュバン型振動体３のフロントマス６にスリット５０を設けることにより、ランジュバン型振動体３が縦振動モードを励起している際に、スリット５０を境界としたフロントマス６の上部を、屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点を基準位置（図２の▽で示す位置）に保つように、屈曲振動体全体を押し上げる方向に屈曲させることができる。
これにより、屈曲振動体２の屈曲振動モードがランジュバン型振動体３の縦振動モードと独立して振動した形となり、屈曲振動体２の音響放射面は音響放射の中性面から全体的に正方向に振幅することができる。
このようにして、本実施形態の送受波器１ａでは、従来の送受波器において音圧レベルが著しく低下していた中間域の振動モードを改善して、中間域の音圧レベルを上昇させることが可能となり、送受波器の外形寸法を変更することなく低周波数からの広帯域化ができるようになる。

［第二実施形態］
次に、本発明に係る送受波器の第二実施形態について、図２を参照しつつ説明する。
図４は、本発明の第二実施形態に係る送受波器の概略断面図であり、図５は、図４に示す送受波器の振動モードの説明図である。また、図６は、図４に示す送受波器の振動時の端点支持部の状態を、一般的な送受波器の状態と比較して示した説明図である。
これらの図に示す本実施形態に係る送受波器１ｂは、上述した第一実施形態の変形実施形態であり、ランジュバン型振動体３のフロントマス６と屈曲振動体２の接続手段として、第一実施形態で示した結合部６０に換えて端点支持部２０を設けてものである。
従って、その他の構成部分は、第一実施形態と同様となっており、同様の構成部分については、図中で第一実施形態と同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように、ランジュバン型振動体３のフロントマス６と屈曲振動体２の接続部分は端点支持部２０となっている。
本実施形態では、屈曲振動体２の振動板５の下面側にフロントマス６の上面部に向かって突出する端点支持部２０が複数形成してあり、この端点支持部２０が平板状に形成されたフロントマス６の上面に当接して固定されるようになっている。端点支持部２０とフロントマス６は、振動板５の上面側から挿通されて端点支持部２０を貫通してフロントマス６に螺合する固定ネジ４０によって固定されるようになっている。
このような構成により、第一実施形態の場合と同様、フロントマス６と振動板５の間には、振動板５が屈曲可能となるように空隙６ａが形成される。

このようにフロントマス６と振動板５の固定部を端点支持部２０とした本実施形態の送受波器１ｂによっても、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第一実施形態の場合と同様、ランジュバン型振動体３が縦振動モードを励起している場合に、スリット５０を境界としたフロントマス６の上部を、屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点を基準位置（図５の▽で示す位置）に保つように、屈曲振動体全体を押し上げる方向に屈曲させることができる。
また、このように端点支持部２０を設けた本実施形態の送受波器１ｂでは、第一実施形態の結合部６０が面による支持，固定であるのに対し、屈曲振動体２の支持点がほぼ点の周辺固定となり、屈曲振動モードによる共振周波数（図３“ｆ１”参照）を第一実施形態の場合よりも下げることができ、低周波方向へ屈曲振動モードの共振周波数を広帯域化することが可能となり

さらに、端点支持部２０を設けることにより、屈曲振動体２はフロントマス６の前面部に対して一点で支持されるため、図６（ａ）に示すように、屈曲振動体２が屈曲振動モードに合わせてあたかもロール運動しているようになる。
これにより、屈曲振動体２とフロントマス６とが面接触で接合，支持される構造（図６（ｂ）参照）の場合と比較して、振動振幅を大きく取ることができ、より振動しやすくなって、屈曲振動モードによる振幅を阻害することなく変位量を大きくすることができ、送受波器の更なる広帯域化を図ることが可能となる。

［第三実施形態］
さらに、図７〜図１０を参照して、本発明に係る送受波器の第三実施形態について説明する。
図７は、本発明の第三実施形態に係る送受波器の概略断面図であり、図８は、図７に示す送受波器に備えられる複合リングの概略一部斜視図である。
また、図９は、図７に示す送受波器に備えられる複合リングの動作を模式的に示した説明図であり、図１０は、同じく図７に示す送受波器の動作を模式的に示した説明図である。

これらの図に示すように、本実施形態に係る送受波器１ｃは、上述した第一実施形態の変更形態であり、図１に示した送受波器１ａに、さらに複合リング７０を付加したものである。
複合リング７０は、フロントマス６に形成されたスリット５０のスリット幅を変動させることにより、フロントマス６の音響放射面部を前方（音響放射面方向）に付勢するフロントマス付勢手段を構成している。
具体的には、複合リング７０は、スリット内で環状に連接された複数の矩形型アクティブ振動体７１及び楔形状体７２とを有している。
図８及び図９に示すように、矩形型アクティブ振動体７１と楔形状体７２とは、一つずつ交互に配設され、フロントマス６のスリット５０に係合可能な環状に連接されている。

矩形型アクティブ振動体は、駆動電圧が印加されることにより伸縮する振動体からなる。
楔形状体７２は、スリット５０のスリット幅よりやや大きい幅を有する楔形状に形成された固体であり、楔形状体７２がスリット５０に対してフロントマス６の外周側から軸中心に向かって移動，嵌入されることにより、スリット５０のスリット幅が広げられることになる。この楔形状体７２は、例えば、Ａｌ，鉛等で形成することができる。
また、矩形型アクティブ振動体７１と楔形状体７２とは、例えば接着剤で連接され、図８及び図９に示すように、周囲をＦＲＰ繊維７３とエポキシ樹脂７４（フィラメントワインディング）によって固められて環状に形成，維持される。

そして、このような複合リング７０は、図９に示すように、矩形型アクティブ振動体７１の収縮によりリング全体が円周方向に収縮することになり、これによって、スリット５０に係合した楔形状体７２がスリット内を円周方向に摺動してスリット幅を変動させ、フロントマス６の音響放射面部を前方に付勢することになる。
具体的には、矩形型アクティブ振動体７１と楔形状体７２からなる複合リングの共振周波数を、第一実施形態で示した屈曲振動モードと縦振動モードの中間域の周波数（図３“ｆ３”参照）と合わせるように設定する。

矩形型アクティブ振動体７１に与える電気信号の位相は、円筒型アクティブ振動体へ与える電気信号の位相と同じにして、複合リング７０が、ランジュバン型振動体３の収縮，伸展に同期して収縮，伸展するようにし、ランジュバン型振動体３の複数の円筒型アクティブ振動体の全長が縮んだときに、矩形型アクティブ振動体７１も縮み、その結果、複合リング７０全体も小さくなる方向に振動するように調整しておく。
ここで、位相を同じにするとは、位相器を通さず、円筒型アクティブ振動体９と同じラインに配線することを意味する。
このようにすると、屈曲振動モードと縦振動モードの中間域の周波数（図３“ｆ３”参照）のときに、複合リング７０の径が小さくなり、図１０に示すように、楔形状部７２がスリット５０のスリット幅を上下方向に押し広げるようにスリットの内径方向へ食い込んでいく。

これにより、フロントマス６の音響放射面部は前面部方向に付勢され、第一実施形態の図２（ｂ）で示した“▼”の位置をより前方（音響放射面方向）に押し上げることができる。
このようにして、本実施形態の送受波器１ｃによれば、複合リング７０を備えることにより、第一実施形態及び第二実施形態で示した、屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点を基準位置（図２又は図５の▽で示す位置）に保つように、屈曲振動体全体を押し上げる方向に屈曲させる動作を、より確実かつ円滑に効率よく行うことができる。
なお、フロントマス６のスリット５０のスリット幅を変動させることにより、フロントマス６の音響放射面部を前方（音響放射面方向）に付勢することができるフロントマス付勢手段としては、本実施形態で示した複合リング７０以外の構成を採用することも可能である。

［実施例１］
本発明の送受波器の実施例１では、図１に示した第一実施形態の送受波器１ａとして、円板型アクティブ振動体４及び円筒型アクティブ振動体９にジルコン酸チタン酸鉛系圧電磁器を使用し、振動板５，フロントマス６及びリアマス７にはアルミニウム合金を使用し、ボルト８にはステンレス鋼を使用した。
各部の寸法配分は、設定規格化周波数ｆ，音速Ｃ，λ＝Ｃ/ｆとしたときに、音響放射面の外径Ｒ＝０．１５λ，送受波器の全長Ｌ＝０．４５λとし、屈曲振動体２の結合部６０を支点とする屈曲振動モードによる機械的共振周波数ｆ１が送受波器の縦振動モードによる機械的共振周波数ｆ２の１／２になるように各部の寸法を配分した。
また、屈曲振動体２の共振周波数とスリット５０を境としたフロントマス６の屈曲振動体２側の構造部分の共振周波数がほぼ合うように、スリット５０を境としたフロントマス６の屈曲振動体２側の構造部分の厚みＴを調整した。

ランジュバン型振動体３を構成している複数の円筒型アクティブ振動体９は、厚さ方向に分極し、分極方向が互いに逆向きになるよう配列し、電気的に並列に接続した。
図１に示すリード３０に電気信号を与えて、円板型アクティブ振動体４及び円筒型アクティブ振動体９を励振させ機械的振動を発生させた。
まず、与える電気信号を屈曲振動体２の屈曲振動モードで生じる機械的共振周波数ｆ１と同じ周波数とすると、結合部６０を支点とした屈曲振動体２の屈曲振動モードが発生した（図２（ａ）及び図３“ｆ１”）。
このとき、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われた。

続いて、徐々に電気信号の周波数を上昇させ、中間域と同様の周波数ｆ３に合わせると、屈曲振動体２は、引き続き屈曲振動モードを発生し、ランジュバン型振動体３は、複数積層した円筒型アクティブ振動体９全体が伸縮することで縦振動モードを発生し、重畳モードが発生した。
位相シフト器１０により、あらかじめ円板型アクティブ振動体４とランジュバン型振動体３が逆相に駆動するよう調整してあるので、ランジュバン型アクティブ振動体３が縦振動モードにより縮む方向に振動を行うと、屈曲型振動体２は伸びる方向、すなわち、駆動前の中立な音響面の位置から正の方向へ音響面が飛び出す方向へ屈曲モードによる振幅を行った（図２（ｂ）及び図３“ｆ３”）。

このとき、スリット５０を境とするフロントマス６の屈曲振動体２側の構造体は、屈曲振動体２の屈曲モードによる共振周波数に合うように寸法を調整してあるので、屈曲振動体２の屈曲振動モードの振幅と対向するように、また、ランジュバン型振動体３の振動方向とは逆方向に屈曲振動した形となった（図２（ｂ）及び図３“ｆ３”）。
これにより、屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点となる結合部６０は、駆動前の位置とほぼ同じ位置関係が維持され（図２に示す“▼”）、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われた。

さらに、電気信号の周波数を送受波器の縦振動モードによる機械的共振周波数ｆ2と同じ値に設定し、屈曲振動体２及びランジュバン型振動体３を合わせた送受波器全体の伸縮による縦振動モードが発生した（図２、ｆ２）。
このとき、屈曲振動体２の上方に音波放射が行われた。
以上のような本発明の送受波器の実施例１で得られた音圧レベルの周波数特性（図２の実線）を、従来の送受波器で得られる音圧レベルの周波数特性（図２の破線）と比較すると、その中間域における音圧レベルがｆ４からｆ３まで上昇しており、音圧レベルを維持しつつ送受波器の広帯域化が図られたことがわかる。

［実施例２］
本発明の送受波器の実施例２として、実施例１（図１参照）で示した送受波器１ａの結合部６０を、図４に示した端点支持部２０の構造とし、ステンレス鋼製の固定ネジ４０により屈曲振動体２とフロントマス６を固定した送受波器１ｂを使用した。
この送受波器１ｂに、実施例１と同様にリード３０に電気信号を与えていくと、実施例１での振動モード（図２）と同様の振動モードが励起される。

動作として実施例１と異なるのは、屈曲振動体２の屈曲振動モードの支点が端点支持部２０により、実施例１では面で固定していたのに対してほぼ一点の周辺固定支持になっているため、屈曲振動モードによる共振周波数をｆ１よりも下げることができた。
また、屈曲振動体２が屈曲振動モードによる振幅をした際に、端点支持部２０は屈曲振動モードに合わせてロール運動して、より振動しやすくなった。

以上、本発明の送受波器について、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明に係る送受波器は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

以上説明したように、本発明の送受波器は、例えば、遠距離ソーナー用，海洋資源調査用の送受波器として利用することができる。

本発明の第一実施形態に係る送受波器の概略断面図である。 図１に示す送受波器の振動モードの説明図である。 本発明に係る送受波器による音圧レベルと周波数特性の関係を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る送受波器の概略断面図である。 図４に示す送受波器の振動モードの説明図である。 図４に示す送受波器の振動時の端点支持部の状態を、一般的な送受波器の状態と比較して示した説明図である。 本発明の第三実施形態に係る送受波器の概略断面図である。 図７に示す送受波器に備えられる複合リングの概略一部斜視図である。 図７に示す送受波器に備えられる複合リングの動作を模式的に示した説明図である。 図７に示す送受波器の動作を模式的に示した説明図である。 一般的なランジュバン型振動体を備えた送受波器の外観を示す概略斜視図である。 従来の送受波器の概略断面図である。 図１２に示す従来の送受波器の振動モードの説明図である。

符号の説明

１ａ 本発明による送受波器
１ｂ 本発明の他の実施例による送受波器
２ 屈曲振動体
３ ランジュバン型振動体
４ 円板型アクティブ振動体
５ 振動板
６ フロントマス
７ リアマス
８ ボルト
９ 円筒型アクティブ振動体
１０ 位相シフト器
２０ 端点支持部
３０ リード
４０ 固定ネジ
５０ スリット
６０ 結合部
７０ 複合リング
７１ 矩形型アクティブ振動体
７２ 楔形状体

Claims (10)

1. フロントマスと、リアマスと、フロントマス及びリアマスの間に挟持される筒状の振動体と、を有するランジュバン型振動体を備えた送受波器であって、
   前記ランジュバン型振動体のフロントマスに、外周側面から軸中心側に連通するスリットを設けたことを特徴とする送受波器。
2. 前記スリットが、前記フロントマスの軸中心の円周上に形成された請求項１記載の送受波器。
3. 前記スリットが、前記筒状の振動体が連接されるフロントマス下部側に形成された請求項１又は２記載の送受波器。
4. 前記ランジュバン型振動体のフロントマスの音響放射面部側に配設される屈曲振動体を備えた請求項１乃至３のいずれか一項記載の送受波器。
5. 前記屈曲振動体が、前記フロントマスの音響放射面部に配設される振動板と、この振動板に固定される板状の振動体とからなる請求項４記載の送受波器。
6. 前記屈曲振動体が、前記フロントマスの音響放射面部に端点支持構造を介して固定される請求項４又は５記載の送受波器。
7. 前記スリットが、前記屈曲振動体と前記フロントマスのスリットを境とした音響放射面部側の共振周波数がほぼ一致する位置に形成された請求項４乃至６のいずれか一項記載の送受波器。
8. 前記スリットのスリット幅を変動させることにより、前記フロントマスの音響放射面部を前方に付勢するフロントマス付勢手段を備える請求項１乃至７のいずれか一項記載の送受波器。
9. 前記フロントマス付勢手段が、前記スリット内で環状に連接された複数の振動体及び楔形状体とを有する複合リングからなり、
   前記複合リングが前記振動体の収縮により円周方向に収縮，伸展して、前記楔形状体がスリット内を円周方向に摺動することにより、前記フロントマスの音響放射面部を前方に付勢する請求項８記載の送受波器。
10. 前記複合リングが、前記ランジュバン型振動体の収縮，伸展に同期して収縮，伸展する請求項９記載の送受波器。

Images