JP2009194889A - 水中送波器とその駆動方法および複合水中送波器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、低周波かつ広帯域な音波を送信可能な水中送波器を提供する。
【解決手段】六角形状の上部蓋3と下部蓋4は六角形状の突起部3aまたは4aを有する。振動基板112に圧電素子111を貼り付けた第1の板状屈曲振動子11と、振動基板122に圧電素子121を貼り付けた第2の板状屈曲振動子12とを、スペーサ13を介して結合して複合屈曲型振動子1を形成する。上部蓋3と下部蓋4の間に緩衝材2a、2bを介して６個の複合屈曲型振動子1を配置し、上部蓋3-下部蓋4間を段付きボルト5とナット6a、6bを用いて締結し、複合屈曲型振動子1を上部蓋3-下部蓋4間に挟持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水中送波器とその駆動方法および複合水中送波器に関し、特に振動体の屈曲振動により水中に音波放射する水中送波器およびその駆動方法並びにその水中送波器を複数個直線的に接続した複合水中送波器に関するものである。

近年の海洋観測などの分野では、減衰が少なく伝搬特性が良好な低周波の音波が用いられるようになり、各種の低周波送波器が実用化されている。特許文献１では、金属製の円筒体の軸方向に複数のスリットを設け、スリットによって形成された振動板の内面あるいは外面に圧電振動子を貼り付けた構造となっており、薄板状の振動板を使用することによって低周波化が図られている。
また、特許文献２には、一対の円盤状リング間に円筒形状振動子を保持し、円盤状リングの円周囲および外面側を、複数の曲面状短冊振動板により構成された鼓状形状体の上端部と下端部とで覆うと共に、鼓状形状体の上端部と下端部とに円盤状端面振動板を結合した屈曲型水中送波器が開示されている。この屈曲型水中送波器では、短冊振動板の振動と円盤状振動板の振動の２つの振動を用いることによって、低周波化と広帯域化が図られている。
特開平３−１１８９８号公報 特開２００１−３３３４８７号公報

音波を水中に放射する送波器は、効率よく音波を送波するために構造体の機械的共振を利用した振動子が用いられている。一般に機械的構造体は、その寸法が大きいほどその機械的共振周波数が低下するもので、低周波の送波器を形成するには、機械的な寸法が必然的に大きなものとなる。したがって、低周波の送波器では、常に小型化と軽量化が求められ、小型の構造で機械的共振を低下させた振動子の実現が技術的課題となっている。
金属などの薄板は弾力性が低く共振周波数を低くできるために、薄板を振動板とした板状振動子は、構造が単純な小型軽量な振動子であり、従来から低周波用の送波器に用いられて来た。
特許文献１および特許文献２に記載されたものにおいても、振動板を用いて小型軽量で、かつ低周波化が図られている。しかしながら、特許文献１に記載されたものにおいては、小型化が図られたゆえに、音響放射面が小さく、放射面に対する音響負荷（機械的な付加抵抗）が小さく、周波数帯域特性が狭いという問題があった。また、特許文献２に記載されたものにおいては、低周波化をなすために曲面状短冊振動板の厚みを相当薄くする必要があり、水中送波器として利用するには、耐水圧の面で利用限界があった。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、小型軽量で、低周波かつ広帯域な水中送波器を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、矩形板状の第１の振動基板の一主面に矩形板状の第１の圧電素子が貼り付けられた第１の板状屈曲振動子と、矩形板状の第２の振動基板の一主面に矩形板状の第２の圧電素子が貼り付けられた、前記第１の板状屈曲振動子とは共振周波数が異なる第２の板状屈曲振動子と、が互いの振動が妨げられない態様にて短辺同士で結合されてなるｎ（ｎは３以上の整数）個の複合屈曲型振動子と、上部蓋と、下部蓋と、前記上部蓋と前記下部蓋とを結合する固着手段と、を備え、前記ｎ個の複合屈曲型振動子がｎ角筒を形成するように配置され、前記上部蓋と前記下部蓋との間に挟持されていることを特徴とする水中送波器、が提供される。

そして、好ましくは、前記上部蓋と前記下部蓋とは、主体となるｎ角形板と、該ｎ角形板から下方ないし上方へ突起したｎ角形の蓋突起部とを有し、前記複合屈曲型振動子は前記蓋突起部の側面に接するようにして前記上部蓋と前記下部蓋とのｎ角形板間に挟持される。また、一層好ましくは、前記上部蓋と各複合屈曲型振動子との間、および、前記下部蓋と各複合屈曲型振動子との間には緩衝部材が設置される。

〔作用〕
本発明の水中送波器では、矩形板状の圧電素子を振動基板の一面に貼り付けた第１の板状屈曲振動子と、同じく矩形板状の圧電素子を振動基板の一面に貼り付け、かつ第１の板状屈曲振動子とは共振周波数の異なる第２の板状屈曲振動子と、を短辺同士にて結合することにより構成された複合屈曲型振動子の屈曲振動により音波を放出する。本発明の水中送波器では、第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子とで共振周波数が異なっていることにより、図１６に示す音圧レベルの周波数特性のように、第１の板状屈曲振動子主体の共振周波数ｆ１と、第２の板状屈曲振動子主体の共振周波数ｆ２の２つのピーク特性を持った音圧レベル周波数特性が得られる。ただし、これらの２つのピーク特性のカップリングにおいては、多重モードフィルタ理論に基づいて、第１、第２の２つの板状屈曲振動子に対して、これらを駆動させる圧電素子には、それぞれ位相が逆相となるように駆動電界を印加することにより、図１６に示すような音圧レベル周波数特性が得られる。仮に、第１、第２の２つの板状屈曲振動子に対して、これらを駆動させる圧電素子に対して同相に駆動電界を印加した場合には、２つのピーク特性は、互いに結合せずに打ち消しあう関係となり、図１７に示すようにｆ１とｆ２の周波数の中間で、音圧レベルの落ち込みが見られる特性となってしまう。

本発明は、矩形板状の圧電素子を一面に貼り付けた第１の板状屈曲振動子と、同じく矩形板状の圧電素子を一面に貼り付けた、第１の板状屈曲振動子とは共振周波数が異なる第２の板状屈曲振動子と、これら第１、第２の板状屈曲振動子の短辺同士を結合するスペーサとにより構成された複合屈曲型振動子を上部蓋と下部蓋の間に緩衝材を介して挟持した長手方向に長い構造としたものであるので、低周波化が可能であると共に、第１の板状振動子の共振特性と第２の板状振動子の共振特性の２つの振動モードの複合モードにより広帯域化が可能である。

次に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明による水中送波器の第１の実施の形態の外観を示す斜視図であるが、内部の構造を分かりやすくするために外周の絶縁シース９を一部切り欠いて示してある。図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線での断面図である。また、図４は複合形状屈曲型振動子の詳細を示す斜視図であり、図５、図６は、それぞれ上部蓋と下部蓋を示す斜視図である。

図１から図６を用いて本実施の形態の水中送波器について詳細に説明する。図１に示す本実施の形態の水中送波器は、複合屈曲型振動子１を６個用いて、六角筒状の形態としたものである。なお、図１では、複合屈曲型振動子１を構成する２枚の板状屈曲振動子の内の表面側に配される板状屈曲振動子１１しか図示されていないが、背面の陰となる部分に第２の板状屈曲振動子１２が存在している。
図４に示すように、複合屈曲型振動子１は、圧電振動子１１１が矩形板状の振動基板１１２に接着等ではめ込み固定された構造の第１の板状屈曲振動子１１と、圧電振動子１２１が矩形板状の振動基板１２２に接着等ではめ込み固定された構造の第２の板状屈曲振動子１２と、これら２つの板状屈曲振動子の短辺において２つの板状屈曲振動子１１、１２を結合するスペーサ１３と、により構成されている。ここで、振動基板１１２、１２２は、短辺側に沿って圧電振動子１１１または圧電振動子１２１の厚さに等しい高さの基板突起部を有している。従って、第１の板状屈曲振動子１１と第２の板状屈曲振動子１２とは、それぞれ平板状の形状を有している。また、スペーサ１３は、剛性のある硬い材料で形成され、板状屈曲振動子１１および１２に対しては、ネジ止めあるいは接着等で結合される。従って、複合屈曲型振動子１は、縦断面が扁平なロ字状の形状を有する。
このように構成された複合屈曲型振動子６個は、図２に示すように、緩衝材２ａと２ｂを介して上部蓋３と下部蓋４間に挟持されている。そして、上部蓋３と下部蓋４間は、段付ボルト５とナット６ａ、６ｂにより締結されている。図示されているように、段付ボルト５の段差部が上部蓋３と下部蓋４の突起部に当接しているため、ナットの締め過ぎにより、板状屈曲振動子が破損されることはない。

図５は、上部蓋において天地を反転して示す斜視図である。上部蓋３は、図５に示すように、六角形状の上部蓋突起部３ａを有し、中央部に信号線取出し孔７が開けられ、その両脇にボルト孔３ｂが開けられた六角板状の構造となっている。また、下部蓋４は、図６に示すように、六角形状の上部蓋突起部４ａを有し、２個のボルト孔４ｂが開けられた六角板状の構造となっている。このように６角形状の突起部を有する上部蓋３と下部蓋４によって、図３に示すように、６個の複合屈曲型振動子１は六角筒状に並べられる。
図１および図２に示す信号線８は、図示を省略してあるが内部で各板状屈曲振動子の電極と接続されており、信号線に電気信号を加えることにより各板状屈曲振動子が駆動される。このとき、第１の板状屈曲振動子内の圧電素子１１１と、第２の板状屈曲振動子内の圧電素子１２１とでは、互いに位相が逆相となるように、信号線は結線されるのが好ましい。
以上のように構成された六角筒状の送波器は、図１に示すように、その側面全体がゴムブーツ等からなる絶縁シース９で覆われ、水密構造となっている。また、上部蓋３の信号線取出し孔７は、信号線８を通すゴムキャップにより塞がれる。

このように構成した本発明水中送波器は、信号線８に交流電界を印加すると、第１の板状屈曲振動子の共振周波数ｆ１と、第２の板状屈曲振動子の共振周波数ｆ２の２つの共振周波数をもつ複合振動の送波器となる（図１６参照）。これら２つの共振ピーク特性は、第１、第２の板状屈曲振動子の圧電素子を逆相駆動することで、互いにカップリングし、共振周波数が一つの振動子に比べて、音波を送波する周波数特性は二つのピークを持った双峰特性となって広帯域な特性となる。

また、図１６では第１の板状屈曲振動子と、第２の板状屈曲振動子の逆相駆動により広帯域化した際の音圧レベルの特性を示したが、第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子の寸法設計次第では、図１８に示すように逆相駆動時の音圧レベル特性に比べて、同相駆動時の場合において、ｆ１とｆ２の周波数の間で音圧レベルが落ち込んでしまう特性が見られるものの、ｆ３の周波数以上では、逆相駆動時よりも同相駆動時の方が、音圧レベルが高くなるような特性となる設計とすることも可能である。このような場合に、ｆ３よりも低い周波数においては、本発明送波器は逆相で駆動し、ｆ３よりも高い周波数においては同相で駆動させることで、図１８の実線で示すような広帯域な音圧レベル特性を得ることも可能である。

なお、上記説明では同相駆動時と逆相駆動時の場合においてのみの切換を、さらなる広帯域化を実現できる手法として説明しているが、同相や逆相の場合に限らず、第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子の２つの振動子に対して適当な位相差を与えて駆動することで、適当な広帯域特性を得ることも可能である。例えば、ｆ４という周波数において、逆相駆動時の音圧レベル特性よりも、第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子に２７０度の位相差を与えて駆動したときの音圧レベル特性の方が大きくなる場合には、ｆ４の周波数より低い周波数では、本発明送波器を逆相駆動（位相差１８０度）とし、ｆ４よりも高い周波数においては位相差２７０度にて駆動することで、より広帯域な音圧レベル特性を得ることができる。

（製造方法）
次に、図１〜図６を参照して本実施の形態の製造方法について説明する。始めに、図４に示される６個の複合屈曲型振動子１の上端部と下端部に図２に示すように断面がＬ字状の緩衝材２ａ、と２ｂを貼り付ける。次に、緩衝材を貼り付けた６個の複合屈曲型振動子を、図５に示す上部蓋および図６に示す下部蓋の外形よりも僅かに大きな六角筒状に配列し、板状屈曲振動子のそれぞれの電極と信号線８を半田付けにより電気的に接続する。
このように信号線と電気的に接続され六角筒状に配列された６個の複合屈曲型振動子の中心部に、予め段付ボルト５とナット６ａ、６ｂとによって緩く仮止めされた上部蓋３と下部蓋４の組み立て体を配置し、信号線８を上部蓋３の信号線取出し孔７から引き出した後、６個の複合屈曲型振動子を上部蓋３と下部蓋４との組み立て体に下部蓋４の側から順次差し込んで行く。
その後、６個の複合屈曲型振動子の位置調整を行なって上部蓋３と下部蓋４の間に適切に整列配置されるようにし、ナット６ａ、６ｂを段付ボルト５に締めこんで行く。このように組み立てられた水中送波器の側面をゴムブーツ等からなる絶縁シース９で覆い、水密構造とする。

〔第２の実施の形態〕
図７は、本発明の第２の実施の形態を示す断面図である。図７において、図２に示される第１の実施の形態の部材と同等の機能を有する部材には同一の参照符号が付せられている。本実施の形態においては、第１の実施の形態において、第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子とを結合するために用いられていたスペーサが削除されている。代わって、振動基板１２２の短辺側両端部に形成されていた基板突起部１２２ａの高さ寸法が、圧電素子１２１の厚さ寸法より大きくなされている。そのため、第２の板状屈曲振動子１２の表面からは、基板突起部１２２ａが圧電素子１２１の表面より高く突出している。本実施の形態においては、この圧電素子１２１の表面より高く突出している基板突起部１２２ａの突出部を利用して第１の板状屈曲振動子と第２の板状屈曲振動子とを結合している。すなわち、振動基板１２２の基板突起部１２２ａの表面に振動基板１１２の短辺端部を接着あるいはビス止め等の手段を用いて結合する。本実施の形態によれば、部品点数を削減することができる外、組み立て工程を簡素化することができる。

〔第３の実施の形態〕
図８は、本発明の第３の実施の形態を示す断面図である。図８において、図２に示される第１の実施の形態の部材と同等の機能を有する部材には同一の参照符号が付せられている。本実施の形態における第１の板状屈曲振動子１１と第２の板状屈曲振動子１２の構造は、第１の実施の形態のそれと同じである。しかし、第１の実施の形態においては、複合屈曲型振動子は、圧電素子１２１が振動基板１１２に対面するように構成されていたが、本実施の形態においては、圧電素子１１１が振動基板１２２に対面するように構成されている。そして、第１の実施の形態においては、送波器は、圧電素子１１１、１２１が外側に向くように構成されていたが、本実施の形態においては、振動基板１１２、１２２が外側に向くように構成されている。

〔第４の実施の形態〕
図９、図１０は、本発明の第４の実施の形態を示す複合屈曲型振動子の斜視図および水中送波器の断面図である。図９において、図４に示される第１の実施の形態を示す複合振動子の構造に対して、第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子のそれぞれの振動基板１１２、１２２の底部に短辺方向に沿ってスリット１４が設けられている。このスリット１４は、第１および第２の板状屈曲振動子の圧電素子１１１、１２１の長さ方向寸法より外側に設けられている。このようにスリット１４を配することで、第１および第２の板状屈曲振動子の変位量の増大を図ることができ、送波音圧レベルを向上させることができる。また、圧電素子１１１、１２１の長さ方向寸法より外側に切り込まれていることにより、圧電素子への応力集中も緩和され、セラミック等でできている圧電素子の耐久性も向上する。本実施の形態の水中送波器は、図９に示すスリット入りの第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子で構成された複合屈曲型振動子を６個、六角筒状に配置して構成したものである。本実施の形態によれば、第１の実施の形態よりも、送波音圧レベルを高くすることができる。

〔第５の実施の形態〕
図１１、図１２は、本発明の第５の実施の形態を示す複合屈曲型振動子の斜視図および水中送波器の断面図である。図１１において、図４に示される第１の実施の形態を示す複合振動子の構造に対して、第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子のそれぞれ圧電素子１１１、１２１の代わりに、角柱状の圧電素子（素圧電素子）を積層したスタック圧電素子１１１１および１２１１を用いる。これらのスタック圧電素子は、その個々の素子の分極方向が複合屈曲型振動子１の長手方向に互い違いとなるように（図１１中の矢印で示す方向）なされ、各スタック層の界面において電極層が設けられ、各電極層に対して互い違いに交流電界の端子を並列接続するように結線している。このような結線の２つの端子間に交流電界が印加されると、各スタック圧電素子において各素圧電素子間は、分極方向と同方向の電界印加となり、素圧電素子は圧電縦効果による伸び縮みが行われる。圧電素子の圧電縦効果の電気機械結合係数は約６０％程度であり、第１の実施の形態で示した圧電素子のような圧電横効果（電界印加方向と分極方向が垂直に交差）の電気機械結合係数の約３０％に比べて２倍ほど大きい。したがって、圧電素子の駆動力は大きくなり、さらには振動変位が大きくなり、その結果として、複合屈曲型振動子１の屈曲変位量の増大に繋がり、送波音圧レベルが向上することになる。なお、図１１において、スタック圧電素子１１１１、１２１１の各素圧電素子間、および、スタック圧電素子１１１１、１２１１と振動基板１１２、１２２の境界面には、電極層間で電気的に短絡しないように絶縁シート１５が配置されている。本実施の形態の水中送波器は、図１１に示す圧電縦効果を利用したスタック圧電素子型の第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子で構成された複合屈曲型振動を６個、六角筒状に配置して構成したものである。本実施の形態によれば、第１の実施の形態よりも、送波音圧レベルを高くすることが可能である。

〔第６の実施の形態〕
図１３、図１４は、本発明の第６の実施の形態を示す複合屈曲型振動子の斜視図および水中送波器の断面図である。図１３に示すように、図４に示される第１の実施の形態を示す複合振動子の第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子のそれぞれ振動基板１１２、１２２の対して、圧電素子１１１、１２１が貼り付けられた面とは反対側の面に凹状の窪みを設け、その窪み内に圧電素子１１１’、１２１’を貼り付けて、第１の板状屈曲振動子１１および第２の板状屈曲振動子１２をバイモルフ構造（振動基板を２枚の圧電素子で挟み込んだ形態）としたものである。このとき、圧電素子１１１、１１１’および１２１、１２１’の分極方向は、図１３中の矢印で示すように同方向を向くように形成し、振動基板１１２、１２２側に接している側の電極面を第１の電極端子とし、その反対側の電極面を第２の電極端子とした２端子の電極端子として結線を施している。このように結線された板状屈曲振動子において、圧電素子に電界を印加すると、振動基板を境とした対向する圧電素子で伸縮が反転した振動を成し、その結果として、板状屈曲振動子の変位量を増大することができる。本実施の形態の水中送波器は、図１３に示すバイモルフ構造の第１の板状屈曲振動子および第２の板状屈曲振動子で構成された複合屈曲型振動子を６個、六角筒状に配置して構成したものである。本実施の形態によれば、第１の実施の形態よりも、送波音圧レベルを高くすることが可能である。
なお、第４から第６の実施の形態を組み合わせて用いて、より送波音圧レベルを高くすることも可能である。すなわち、第５、第６の実施の形態の振動基板にスリットをいれることもでき、また、第６の実施の形態の圧電素子をスタック圧電素子によって構成することもできる。

〔第７の実施の形態（複合水中送波器の実施の形態）〕
次に、本発明の第７の実施の形態として本発明に係る水中送波器を配列した例を説明する。図１５は、本発明の第７の実施の形態を示す斜視図である。本実施の形態においては、上部蓋、下部蓋にはワイヤを固定するための、円筒形の突起部であるワイヤ固定部３ｃ、４ｃが形成されている。そして、上部蓋、下部蓋にはワイヤを通すための貫通孔が開けられており、ワイヤ１０は上部蓋、下部蓋の貫通孔を通って水中送波器の内部を貫通している。この貫通孔には信号線も通される。貫通したワイヤは、ワイヤ固定部３ｃ、４ｃにおいて、ピン止めやビス止めあるいはかしめを行うことにより、個々の水中送波器に対して固定される。このとき個々の水中送波器は、駆動中心周波数の波長の１／２あるいは１／４の間隔で並べられる。このようにして効率よく音圧レベル特性の向上を図ることができる。また、ワイヤは、信号線８とともに水密シールを施したチューブで覆われる。
本実施の形態の複合水中送波器によると、複数個の水中送波器を同時駆動することにより、あるいは間引き駆動することにより、トータルの音圧レベルの増大や、見かけ上の音響放射面の増大を図ることができる。この直線的に配列された水中送波器は、洋上の船舶から数百〜数キロメートルにわたって、吊下しながら利用するソナーとしても適用可能である。

〔実施の形態の変更〕
以上説明した実施の形態では、６個の複合屈曲型振動子を用いた六角筒状の水中送波器を説明したが、本発明においては、複合屈曲型振動子の数を６個に限定する必要はなく、水中送波器は、３個以上のｎ個の複合屈曲型振動子を用いたｎ角筒状の形状のものであってもよい。
本発明の水中送波器では、第１の共振ピークｆ１と第２の共振ピークｆ２を持つ特性となるが、これら２つの共振周波数を励振させるにあたり、第１、第２の板状屈曲振動子の共振周波数を変える方法として、板状屈曲振動子の厚み寸法を変えることが効率的であるが、これ以外にも、材料の変更による密度（比重）の差により共振周波数に差をつけることも可能である。
また、上述の実施の形態では、絶縁シース９はゴムブーツにより構成されていたが、モールド法によって形成してもよく、また熱収縮チューブを用いて被覆することも可能である。
また、第７の実施の形態では、ワイヤ固定部は、上部蓋、下部蓋と一体的に形成されたものとして説明したが、上部蓋、下部蓋とは別体の部材として形成し、上部蓋、下部蓋に溶接や接着あるいはボルト止め等の方法により、上部蓋、下部蓋に固定するようにしてもよい。

次に、第１の実施の形態に係る実施例１について説明する。実施例１では、第１、第２の板状屈曲振動子の共振周波数は、厚み寸法を変えることで差異を生じさせている。
図１、図２に示す第１の実施の形態の水中送波器において、圧電素子１１１、１２１はハード系のジルコンチタン酸鉛系圧電セラミックスからなる。その寸法は、圧電素子１１１が幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚み５ｍｍ、圧電素子１２１が幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、厚み１５ｍｍである。これらの圧電素子を、それぞれアルミ合金からなる振動基板１１２、１２２に接着した。振動基板１１２、１２２の寸法は、それぞれ、幅３０ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、厚み１０ｍｍ（うちセラミック厚５ｍｍ）、幅３０ｍｍ、長さ１７０ｍｍ、厚み２０ｍｍ（うちセラミック厚１５ｍｍ）である。これらの第１、第２の板状屈曲振動子１１、１２を、やはりアルミ合金からなるスペーサ１３に対して、ねじ止めと接着により強固に結合した。スペーサの寸法は、幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚み１０ｍｍである。このような寸法で構成された複合屈曲型振動子１を６個用いて、六角筒状に並べ、本発明水中送波器を構成した。ここで、上部蓋、下部蓋の突起部を含む厚みは１９ｍｍ、緩衝材の厚さは５ｍｍで構成した。このような構成で、第１、第２の板状屈曲振動子への結線は、駆動する交流電界の位相が逆相となるように結線し駆動したところ、図１６に示すようにｆ１とｆ２の２つの共振ピーク特性をもった音圧レベル周波数特性が得られ、広帯域化が実現できた。

本発明の活用例として、水中に投下して使用する小型音源ブイ、船舶から吊下して使用される曳航体低周波音源が挙げられる。

本発明の第１の実施の形態の水中送波器の一部を切り開いて示す斜視図。 図１のＡ−Ａ線での断面図。 図１のＢ−Ｂ線での断面図。 本発明の第１の実施の形態における複合屈曲型振動子の斜視図。 本発明の第１の実施の形態における上部蓋の斜視図。 本発明の第１の実施の形態における下部蓋の斜視図。 本発明の第２の実施の形態の水中送波器を示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態の水中送波器を示す斜視図。 本発明の第４の実施の形態における複合屈曲型振動子の斜視図。 本発明の第４の実施の形態の水中送波器を示す斜視図。 本発明の第５の実施の形態における複合屈曲型振動子の斜視図。 本発明の第５の実施の形態の水中送波器を示す斜視図。 本発明の第６の実施の形態における複合屈曲型振動子の斜視図。 本発明の第６の実施の形態の水中送波器を示す斜視図。 本発明に係る水中送波器を配列した実施の形態を示す斜視図。 本発明の実施例１における音圧レベル周波数特性を示すグラフ。 図１６と対比して示す、ペアの板状屈曲振動子を同相の信号にて駆動した場合の音圧レベル周波数特性を示すグラフ。 本発明の水中送波器において、第１および第２の板状屈曲振動子の駆動条件を位相の切換により広帯域化した際の音圧レベル周波数特性を示すグラフ。

符号の説明

１ 複合屈曲型振動子
２ａ、２ｂ 緩衝材
３ 上部蓋
３ａ 上部蓋突起部
３ｂ ボルト孔
３ｃ ワイヤ固定部
４ 下部蓋
４ａ 下部蓋突起部
４ｂ ボルト孔
４ｃ ワイヤ固定部
５ 段付ボルト
６ａ、６ｂ ナット
７ 信号線取出し孔
８ 信号線
９ 絶縁シース
１０ ワイヤ
１１ 第１の板状屈曲振動子
１２ 第２の板状屈曲振動子
１１１、１２１、１１１’、１２１’ 圧電素子
１１２、１２２ 振動基板
１１１１、１２１１ スタック圧電素子
１３ スペーサ
１４ スリット
１５ 絶縁シート

Claims (20)

1. 矩形板状の第１の振動基板の一主面に矩形板状の第１の圧電素子が貼り付けられた第１の板状屈曲振動子と、矩形板状の第２の振動基板の一主面に矩形板状の第２の圧電素子が貼り付けられた、前記第１の板状屈曲振動子とは共振周波数が異なる第２の板状屈曲振動子と、が互いの振動が妨げられない態様にて短辺同士で結合されてなるｎ（ｎは３以上の整数）個の複合屈曲型振動子と、上部蓋と、下部蓋と、前記上部蓋と前記下部蓋とを結合する固着手段と、を備え、前記ｎ個の複合屈曲型振動子がｎ角筒を形成するようにかつ各複合屈曲型振動子の長辺が前記ｎ角筒の軸方向となるように配置され、前記上部蓋と前記下部蓋との間に挟持されていることを特徴とする水中送波器。
2. 前記上部蓋と前記下部蓋とは、主体となるｎ角形板と、該ｎ角形板から下方ないし上方へ突起したｎ角形の蓋突起部とを有し、前記複合屈曲型振動子は前記蓋突起部の側面に接するようにして前記上部蓋と前記下部蓋とのｎ角形板間に挟持されていることを特徴とする請求項１に記載の水中送波器。
3. 前記上部蓋と各複合屈曲型振動子との間、および、前記下部蓋と各複合屈曲型振動子との間には緩衝部材が設置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の水中送波器。
4. 前記第１の振動基板と前記第２の振動基板とは、短辺に沿って基板突起部を有する凹字状の形状を有し、前記基板突起部間に前記第１または第２の圧電素子が貼り付けられて、前記第１および第２の板状屈曲振動子は、平板状の形状をなしていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水中送波器。
5. 前記第１の板状屈曲振動子と前記第２の板状屈曲振動子とは、その短辺に沿って配置されたスペーサを介して固着されていることを特徴とする請求項４に記載の水中送波器。
6. 前記第１の振動基板と前記第２の振動基板とは、短辺に沿って基板突起部を有する凹字状の形状を有し、前記基板突起部間に前記第１または第２の圧電素子が貼り付けられて、前記第１の板状屈曲振動子と前記第２の板状屈曲振動子との内のいずれか一方は平板状の形状を、いずれか他方は前記基板突起部の高さが貼り付けられる圧電素子の高さ（厚さ）より高いことにより凹字状の形状をなしており、凹字状の形状をなしている方の板状屈曲振動子の前記基板突起部が平板状の形状をなしている方の板状屈曲振動子に当接して前記複合屈曲型振動子が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水中送波器。
7. 前記第１の振動基板と前記第２の振動基板の第１または第２の圧電素子が貼り付けられた面と反対側の面の、貼り付けられた圧電素子の長手方向のサイズの外側の位置に、スリットが形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の水中送波器。
8. 前記第１の振動基板および前記第２の第１または第２の圧電素子が貼り付けられた面と反対側の面には凹字状の窪みが形成されており、各窪みにはそれぞれ第３または第４の圧電素子が貼り付けられて板状屈曲振動子がバイモルフ構造になされていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の水中送波器。
9. 前記第１の圧電素子および第２の圧電素子を、または、前記第１の圧電素子、第２の圧電素子、第３の圧電素子および第４の圧電素子を、複合屈曲型振動子の長手方向を分極方向とする角柱状の偶数個の素圧電素子を絶縁シートを介して複合屈曲型振動子の長手方向に分極方向が互い違いになるように積層した積層体によって構成し、前記積層体と振動基板との間には絶縁シートを配し、各素圧電素子の複合屈曲型振動子の長手方向と直交する面には電極層を設け、電極層間に電界を印加することにより、前記第１の板状屈曲振動子および前記第２の板状屈曲振動子を振動させることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の水中送波器。
10. 前記固着手段がボルトとナットであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の水中送波器。
11. 前記固着手段が段付きボルトとナットであって、前記段付きボルトの段差部が、前記上部蓋と前記下部蓋の前記蓋突起部の表面に当接していることを特徴とする請求項２から９のいずれかに記載の水中送波器。
12. 側面の全体が絶縁シースにより水密に被覆されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の水中送波器。
13. 前記上部蓋に形成された開口を通して、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とに駆動電圧を供給するための信号線が引き込まれていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の水中送波器。
14. 矩形板状の第１の振動基板の一主面に矩形板状の第１の圧電素子が貼り付けられた第１の板状屈曲振動子と、矩形板状の第２の振動基板の一主面に矩形板状の第２の圧電素子が貼り付けられた、前記第１の板状屈曲振動子とは共振周波数が異なる第２の板状屈曲振動子と、が互いの振動が妨げられない態様にて短辺同士で結合されてなるｎ（ｎは３以上の整数）個の複合屈曲型振動子と、上部蓋と、下部蓋と、前記上部蓋と前記下部蓋とを結合する固着手段と、を備え、前記ｎ個の複合屈曲型振動子がｎ角筒を形成するようにかつ各複合屈曲型振動子の長辺が前記ｎ角筒の軸方向となるように配置され、前記上部蓋と前記下部蓋との間に挟持されている水中送波器の駆動方法であって、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とには、互いに逆相の電圧を印加することを特徴とする水中送波器の駆動方法。
15. 矩形板状の第１の振動基板の一主面に矩形板状の第１の圧電素子が貼り付けられた第１の板状屈曲振動子と、矩形板状の第２の振動基板の一主面に矩形板状の第２の圧電素子が貼り付けられた、前記第１の板状屈曲振動子とは共振周波数が異なる第２の板状屈曲振動子と、が互いの振動が妨げられない態様にて短辺同士で結合されてなるｎ（ｎは３以上の整数）個の複合屈曲型振動子と、上部蓋と、下部蓋と、前記上部蓋と前記下部蓋とを結合する固着手段と、を備え、前記ｎ個の複合屈曲型振動子がｎ角筒を形成するようにかつ各複合屈曲型振動子の長辺が前記ｎ角筒の軸方向となるように配置され、前記上部蓋と前記下部蓋との間に挟持されている水中送波器の駆動方法であって、前記第１の圧電素子と前記第２の圧電素子とには、ある周波数以下の周波数では互いに逆相の電圧を印加しその周波数以上の周波数では逆相以外の電圧を印加することを特徴とする水中送波器の駆動方法。
16. 前記逆相以外の電圧が同相の電圧であることを特徴とする請求項１５に記載の水中送波器の駆動方法。
17. 請求項１から１３のいずれかに記載された水中送波器がワイヤを介して直列的に複数個接続されていることを特徴とする複合水中送波器。
18. 前記上部蓋と前記下部蓋には前記ワイヤを通す貫通孔が開設されており、前記ワイヤは前記水中送波器を貫通していることを特徴とする請求項１７に記載の複合水中送波器。
19. 前記水中送波器の間隔は、前記水中送波器の駆動信号の波長をλとしてλ/２またはλ/４であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の複合水中送波器。
20. 前記ワイヤは、水密なチューブにより覆われていることを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載の複合水中送波器。

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