JP2010178017A

JP2010178017A - 発振器

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Publication number: JP2010178017A
Application number: JP2009017896A
Authority: JP
Inventors: Michio Matsumoto; 三千緒松本; Hiromichi Miyazaki; 裕道宮崎
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-01-29
Also published as: JP5275833B2

Abstract

【課題】工事現場等において音波などの圧力波を利用して位置確認等を行う場合、市販の圧力波発生器では圧力波の発振方向や範囲が固定されており、工事現場の状況等に応じて容易に変更することはできない。そこで、圧力波発生器から発振される圧力波の発振方向や発振範囲を任意に変えたり、圧力波発生器によって直接測定できない場所を測定する場合に圧力波を測定箇所まで導波して測定する発振器を提供する。
【解決手段】従来の圧力波発生器等から発振された圧力波を、非圧縮性液体を介して伝搬させ、伝搬してきた圧力波を外部に発する発振器を提案する。また、この発振器は、その筐体が球形状であってもよいし、多面体形状であってもよい。これにより、圧力波の発振方向を様々に変化させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、音波等の圧力波を発する発振器に関し、特に、圧力波の発振方向や発振範囲を変更するのに好適な発振器に関する。

従来、海洋工事や土木工事において、距離測定等のために音波等を計測に応用することはしばしば行われている。特に、水中での位置決めに音波を使用する例は多い（例えば、特許文献１）。また、水中での音波の発生器としては、セラミック発振器や水中スピーカー等が挙げられる。

特開２００４−１５１０３６号公報特開平６−２０１６６６号公報

しかしながら、上述した市販の音波発生器は設計仕様に即して製作されるため、音波を発振する方向や範囲は固定され、工事現場の状況に応じて容易に変更することはできない。例えば、対象物の位置決めの範囲が当初の予定より広い範囲になった場合等には音波の放射範囲を広げる必要が生じるが、現状では別途、新たな音波発振器を製作し、設置しなければならない。また、ボーリング孔などの細い孔に挿入して孔の側面（周方向）に音波を発振したい場合等、音波発振器が長いと横に入れることができない等の問題もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、圧力波発生器等から発振される圧力波の発振方向や発振範囲を任意に変えたり、圧力波発生器を設置して直接測定することのできない場所を測定したい場合に圧力波を測定箇所まで導波して測定する発振器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、圧力波を発振する圧力波発振手段と、発振された前記圧力波を、非圧縮性液体を介して伝搬させる伝搬手段と、伝搬してきた前記圧力波を外部に発する振動手段と、を有する発振器を提案する。

ここで、空気などの気体は圧縮性であり、密閉した容器にいれて圧力をかけると縮む性質を持つが、油などの液体は非圧縮性であり、圧力をかけてもほとんど縮まない性質を持つ。本発明の発振器はこのような非圧縮性物質の性質を利用するものであり、圧力波発振手段から発振された圧力波を、非圧縮性液体を介して伝搬させ、振動手段から外部に発振する。

この構成により、圧力波発生器等から発振された圧力波の発振方向や発振範囲を変えたり、圧力波発生器を設置して直接測定することのできない場所まで圧力波を導波して測定すること等が可能である。

また、前記圧力波発振手段と前記振動手段とにおける圧力波の発振方向は異なる方向であってもよい。例えば、両方向を互いに直交する方向とすることができる。

この構成により、工事現場の状況等に応じて、圧力波発生器等から発振された圧力波の発振方向を変えること等が可能である。

また、前記圧力波発振手段は、マグネチック型発振器により構成されるようになっていてもよい。

この構成により、従来のマグネチック型発振器から発振された圧力波の発振方向を変えたり、マグネチック型発振器を設置して直接測定することのできない場所を測定すること等が可能である。

また、前記発振器は、筐体を有し、前記筐体は、その内部に前記非圧縮性液体を収容し、さらに、前記圧力波発振手段及び前記振動手段が固定されていてもよい。

また、前記筐体は、球形状であってもよい。

この構成により、圧力波発生器等から発振された圧力波の発振方向を全方向（無指向性）に変えること等が可能である。

また、前記筐体は、多面体形状であってもよい。

この構成により、圧力波発生器から発振された圧力波の発振方向を、異なる方向に変えること等が容易になる。つまり、多面体の一面から圧力波を入力し、その入力された圧力波は筐体内部の非圧縮性液体を伝搬し、そして、他の面から外部に発振することにより、圧力波の発振方向を容易に変えることが可能である。

また、前記筐体は、金属で構成されていてもよい。

この構成により、圧力波発振手段にて発振された圧力波が減衰しにくく、振動手段まで伝搬しやすくなる。

以上説明したように、本発明によれば、圧力波発生器等から発振された圧力波の発振方向や発振範囲を変えたり、圧力波発生器を設置して直接測定することのできない場所を測定したい場合に、圧力波発生器から発生された圧力波を測定箇所まで導波して測定すること等が可能である。

第１の実施形態に係る発振器を示す図である。第２の実施形態に係る発振器を示す図である。第３の実施形態に係る発振器を示す図である。第４の実施形態に係る発振器の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発振器を示す図である。また、図１（ａ）は発振器の外観を示す図であり、図１（ｂ）は発振器の縦断面図である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発振器は、円筒形の筐体１１を備え、その筐体１１の周面の一部に形成された穴１１ａを塞ぐようにゴム板１３が固定されるとともに、筐体１１の上面には振動板１１３が固定されている。

そして、その振動板１１３を挟んで筐体１１とは逆側に、マグネチック型発振器１４が設けられている。

なお、筐体１１の内部は油１２で充たされており、ゴム板１３と振動板１１３は、筐体１１に液密に取り付けられている。

また、マグネチック型発振器１４は一般的なものであり、その内部にコイル１１１を互いに相対変位可能に隙間を空けて巻きつけた磁石１１２が収納されており、磁石１１２がマグネチック発信器１４の内底面に固定されるとともに、コイル１１１が振動板１１３に固定されている。

そして、電源１１４から供給された電流が駆動回路１１５を介してコイル１１１に流れると、フレミングの左手の法則に従って、振動板１１３に対して垂直方向の力が発生し、これにより振動板１１３が振動する。この振動は油１２を介してゴム板１３まで伝搬され、ゴム板１３が振動して外部に音波が発振される。

以上のような仕組みにより、マグネチック型発振器１４から垂直方向に発振された音波の発振方向を、ゴム板１３にて水平方向に変化させることができる。

また、振動板１１３は、一般的なスピーカー等の振動板と同様、軽量であり剛性が高く、適度な内部損失があり、圧力波の伝搬速度が高い素材であることが理想である。具体的には、木材パルプ、合成樹脂素材、チタンやアルミ等の金属素材、等が挙げられる。

また、ゴム板１３は、油１２を介して伝搬してくる音波により振動することで外部に音波を発する役目を果たす。よって、ゴム板１３に代えて、振動板１１３と同様に、軽量であり剛性が高く、適度な内部損失があり、圧力波の伝搬速度が高い素材のものにしてもよい。具体的には、木材パルプ、合成樹脂素材、チタンやアルミ等の金属素材のものが挙げられる。

また、筐体１１は剛性の高い材質であることが好ましく、例えば鉄などの金属から構成されていてもよい。これにより、マグネチック型発振器１４から発振された圧力波が減衰しにくく、ゴム板１３まで伝搬しやすくなる。

また、本実施形態に係る発振器は、水中や土中などで使用される場合を想定しているため、筐体１１、マグネチック型発振器１４の外面、及びゴム板１３は、防水加工や耐水加工が施されていることが望ましい。

また、発振器の内部は非圧縮性液体である油１２で充たされているため、原理的には、水深の制限なく使用可能である。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る発振器を示す図である。また、図２（ａ）は発振器の外観を示す図であり、図２（ｂ）は発振器の縦断面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発振器は、円板２１ａとその円板２１ａの周縁部に設けられた複数本の支柱２１ｂとからなる筐体２１を備え、その円板２１ａを底面として円筒形状をなすようにゴム板２３が支柱２１ｂの内側で周面を成すとともに、その円筒形状の上面には振動板１１３が固定されている。

そして、その振動板１１３を挟んで筐体２１とは逆側に、マグネチック型発振器１４が設けられている。また、筐体２１の支柱２１ｂの逆端部は、マグネチック型発信器１４に固定されている。

また、発振器の筐体２１の円板２１ａとゴム板２３とで囲まれた領域は油２２で充たされており、ゴム板２３と振動板１１３は、筐体２１に液密に取り付けられている。なお、マグネチック型発振器１４の構成と動作の仕組みは、図１に示したマグネチック型発振器と同様である。

本実施形態に係る発振器は、円柱形状の周面全体がゴム板２３で構成されているため、ゴム板２３に伝搬された振動により、音波が周方向に発振される。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る発振器を示す図である。また、図３（ａ）は発振器の外観を示す図であり、図３（ｂ）は発振器の横断面図である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発振器は、円筒形の筐体３１を備え、その筐体３１の周面の一部に設けられた開口部３１ａを塞ぐようにゴム板３３が固定されている。また、発振器の筐体３１の内部は油３２で充たされており、ゴム板３３は、筐体３１に液密に取り付けられている。

また、マグネチック型発振器１４は、発振器の筐体３１の内部に収納されており、マグネチック型発振器１４から発振された音波は、油３２を介して伝搬されてゴム板３３が振動する。なお、図３（ａ）においては、電源１１４及び駆動回路１１５は発振器の筐体３１の外部に設置されているが、筐体３１の内部に収納されていてもよい。また、マグネチック型発振器１４の構成と動作の仕組みは、図１に示したマグネチック型発振器と同様である。

本実施形態に係る発振器は、ゴム板３３が、円柱形状の筐体３１の周面の半周部分に限定されている。これにより、マグネチック型発振器１４から発振された振動は油３２を介して伝搬され、ゴム板３３が設けられている周方向の半周部分からのみ音波が外部に発振される。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る発振器の縦断面図である。図４（ａ）に示す発振器は振動板１１３とゴム板４３の振動方向が同じ方向であり、図４（ｂ）に示す発振器は振動板１１３とゴム板４３の振動方向が互いに直交する方向となっている。

図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係る発振器は、筐体４１を備え、その筐体４１の一部に設けられた穴４１ａを塞ぐようにゴム板４３が固定されている。また、筐体４１は、マグネチック型発振器１４と、一体となるように接続されており、振動板１１３はマグネチック型発振器１４の内部に固定されている。

そして、その振動板１１３を挟んで筐体４１とは逆側に、コイル１１１を互いに相対変位可能に隙間を空けて巻きつけた磁石１１２が収納されており、磁石１１２がマグネチック発信器１４の内底面に固定されるとともに、コイル１１１が振動板１１３に固定されている。

なお、発振器の筐体４１の内部は油４２で充たされており、ゴム板４３と振動板１１３は、筐体４１に液密に取り付けられている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す発振器は、振動板１１３とゴム板４３との間に相当の距離を持たせるように構成されている。このような構成により、例えばマグネチック型発振器等を直接設置するスペースがないような測定箇所であっても、ゴム板４３の部分を測定箇所に当たるように本実施形態に係る発振器を設置することで、音波による距離測定等が可能となる。

さらに、図４（ｂ）に示す発振器は、振動板１１３とゴム板４３の振動方向が異なるように構成されている。このため、例えば、ボーリング孔などの細い孔に挿入して孔の側面（周方向）に音波を発振したい場合等には、筐体４１をボーリング孔に挿入し、測定したい箇所にゴム板４３の部分が当たるように発振器を設置すればよい。

なお、上記の実施形態において、マグネチック型発振器１４は、本発明における「圧力波発振手段」に対応する。また、ゴム板１３、２３、３３、及び４３は、本発明における「振動手段」に対応する。

なお、上記の実施形態において、油１２、２２、３２、及び４２は、本発明における「非圧縮性液体」に対応する。

（他の実施の形態）
また、上記の実施形態においては、非圧縮性液体として油１２等を利用する場合を示したが、水銀などの他の非圧縮性液体であってもよい。

また、発振器の形状は、球形状、半球形状、多面体形状などであってもよい。例えば、発振器が球形状であって全円周面がゴム素材で構成されており、その内部に圧力波発生器が備えられているような場合には、圧力波発生器から発振された圧力波の発振方向を全方向（無指向性）に変えることが可能である。

（まとめ）
以上説明したように、本発明によれば、圧力波発生器等から発振された圧力波の発振方向や発振範囲を変えたり、圧力波発生器を設置して直接測定することのできない場所を測定したい場合に、圧力波発生器から発生された圧力波を測定箇所まで導波して測定すること等が可能である。また、本発明に係る発振器は、構造的にシンプルであり、特殊な材料を使用しなくとも構成可能であり、低コストで実現できる。

１１、２１、３１、４１筐体
１２、２２、３２、４２油
１３、２３、３３、４３ゴム板
１４マグネチック型発振器
１１ａ、４１ａ穴
１１１コイル
１１２磁石
１１３振動板
１１４電源
１１５駆動回路
２１ａ円板
２１ｂ支柱
３１ａ開口部

Claims

圧力波を発振する圧力波発振手段と、
発振された前記圧力波を、非圧縮性液体を介して伝搬させる伝搬手段と、
伝搬してきた前記圧力波を外部に発する振動手段と、
を有する発振器。
前記圧力波発振手段と前記振動手段とにおける圧力波の発振方向は異なる方向であることを特徴とする請求項１に記載の発振器。
前記圧力波発振手段は、マグネチック型発振器により構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発振器。
前記発振器は、筐体を有し、
前記筐体は、その内部に前記非圧縮性液体を収容し、さらに、前記筐体に、前記圧力波発振手段及び前記振動手段が固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載の発振器。
前記筐体は、球形状であることを特徴とする請求項４に記載の発振器。
前記筐体は、多面体形状であることを特徴とする請求項４に記載の発振器。
前記筐体は、金属で構成されていることを特徴とする請求項４から６のいずれか一に記載の発振器。