JP2023071213A - 積層型コンポジット振動子 - Google Patents

Abstract

【課題】限られたスペースへの搭載に好適で、使用周波数帯域の広帯域化を実現する積層型コンポジット振動子を提供する。【解決手段】積層型コンポジット振動子４００は、音響放射面４０に対して積層された第１のコンポジット振動子４１及び第２のコンポジット振動子４２を含む。第２のコンポジット振動子４２は、第１のコンポジット振動子４１の使用周波数において音響整合層として機能する。【選択図】図１

Description

本発明は、積層型コンポジット振動子に関し、特にコンポジット振動子による広帯域化に関する。

これまで、水中アクティブソーナーには、同一放射面に複数種類の帯域の異なる振動子が配列され、水中アクティブソーナーは広帯域に対応されたり、多機能に対応されたりしていた。この水中アクティブソーナーでは、水中を伝搬する複数種類の帯域の異なる音波を用いることにより、水中や水底の物体に関する情報を取得している。しかし、複数種類の帯域の異なる振動子を配列するには、搭載スペースによる制限がある。また、昨今ＵＵＶ（Unmanned Underwater Vehicle）を含む無人機へ、水中アクティブソーナーを搭載するために、当該水中アクティブソーナーの小型化が必須である。そのため、複数の帯域をもつ振動子を配列し、かつこれまで性能を確保しつつ小型化することは難しいという課題があった。

特許文献１は、ボルト締めランジュバン型振動子を用いた水中用送受波器に関するもので、ボルト締めランジュバン型振動子のフロントマスの音響放射面に、音響整合層を接合することが提案されている。

特許文献２は、生体などの被検体に超音波を送受信して、超音波画像を取得する超音波探触子に関するものである。特許文献２では、コンポジット圧電材料とモノリシック圧電材料とを交互に積層して積層型超音波振動子を構成すること、これによって生体などの被検体の高解像度の超音波画像を得ることが提案されている。

特開平１０－１７８７００号公報 特開２０１２－１４２８８０号公報

使用周波数の広帯域化には、特許文献１に示されるように、音響整合層を用いる等、様々な方法が検討されている。しかしながら、単に音響整合層を用いるだけでは使用周波数帯域の広帯域化は十分とは言えず、さらなる広帯域化が望まれる。また近年、搭載装置の小型化が進み、搭載スペースに制限がある中で、これまでの性能を確保しつつ小型化を実現することが望まれる。

特許文献２では、上述のように、コンポジット圧電材料とモノリシック圧電材料とを交互に積層して積層型超音波振動子を構成することが提案されているが、使用周波数の広帯域化を目指するためのものではなく、また水中アクティブソーナーに用いて好適なコンポジット振動子を記載するものでもない。このため特許文献２の音波探触子によれば、生体などの被検体の画像を得ることはできても、これまでの性能を確保しつつ小型化を実現することは困難である。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、限られたスペースへの搭載に好適で、使用周波数帯域の広帯域化を実現することができる、積層型コンポジット振動子を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る積層型コンポジット振動子は、
音響放射面に対して、積層された第１のコンポジット振動子および第２のコンポジット振動子を含み、
上記第２のコンポジット振動子は、上記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能する。

本発明に係る水中アクティブソーナーは、上記特徴の積層型コンポジット振動子と、上記音響放射面とを含む。

本発明の積層型コンポジット振動子によれば、限られたスペースへの搭載に好適で、使用周波数帯域の広帯域化を実現することができる。

本発明の上位概念の実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。 本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。 本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。 本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。 本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。 本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。 水中アクティブソーナーを搭載した船舶の概念図である。

本発明の具体的な実施形態について説明する前に、本発明の上位概念の実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。図１は、本発明の上位概念の実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。

図１の積層型コンポジット振動子４００は、音響放射面４０に対して、積層された第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２を含む。そして第２のコンポジット振動子４２は、第１のコンポジット振動子４１の使用周波数において音響整合層として機能するといった特徴を有する。音響整合層は、一般的に、超音波送信装置から気体中へ効率よく超音波を送信するために用いられる部材である。音響整合層は、超音波周波数で振動する圧電振動子の振動を気体中へ効率よく伝達するため、圧電振動子と気体との間に設けられる。例えば、音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。なお、ここで、第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２の仕様では、使用周波数帯域が互いに異なっている。

本発明の実施形態では、使用周波数帯域が互いに異なる仕様である第１のコンポジット振動子４１および第２のコンポジット振動子４２を、音響放射面４０に対して積層する。これによって、第２のコンポジット振動子４２を単独で駆動させた際の使用周波数帯域と、第１のコンポジット振動子４１を広帯域で駆動した際の使用周波数帯域との２つの帯域を確保することができる。なお、第１のコンポジット振動子４１を広帯域で駆動した際の使用周波数帯域は、第２のコンポジット振動子４２を第１のコンポジット振動子４１の音響整合層として作動させることによって、得られる。その結果、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子４００では、使用周波数帯域の拡大を可能とし、搭載スペースが限られている中でも、これまでの使用周波数帯域を確保しつつ、小型化することが可能となる。

また、積層する振動子を調整することで、積層型コンポジット振動子４００の性能を変更することができる。また積層する振動子をコンポジット振動子にしていることで、調整するパラメータ数が少なくなる。このように積層する振動子としてコンポジット振動子を採用することによって、ボルト締めランジュバン型振動子（特許文献１に記載）など他の振動子よりも性能変更が容易となり、設計コストを下げるメリットがある。以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
次に、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。図２は、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。

図２の積層型コンポジット振動子１００は主に、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを含む。コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とは、積層されている。図２のコンポジット振動子１は、その一方の端面がコンポジット振動子２に固着されている。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定されている。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子１を広帯域特性としている。上述のとおり、音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。

図３はそれぞれのコンポジット振動子の実施例を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度を示したものである。図３において、縦軸には送波電圧感度、横軸には周波数が設定されている。また、コンポジット振動子１単独での周波数特性が実線で示され、コンポジット振動子２の周波数特性が破線で示され、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性が点線で示されている。図３の実線に示されるように、コンポジット振動子１は帯域１２を有する。また、図３の破線に示されるように、コンポジット振動子２は帯域１４を有する。すなわち、積層型コンポジット振動子１００は、帯域１２を持つコンポジット振動子１と、帯域１４を持ち、かつコンポジット振動子１の音響整合層ともなるコンポジット振動子２を備えている。この明細書において、帯域は送波電圧感度のピークから１０ｄＢダウンの部分と定義する。

図２を参照して、コンポジット振動子１は、振動方向の両面に電極３、電極４を備えている。また、コンポジット振動子１は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極３にフレキシブル基板６、および電極４にフレキシブル基板７を備えている。コンポジット振動子１の振動方向は、図２の矢印１１に示す方向であり、その方向にコンポジット振動子１は分極されている。フレキシブル基板６およびフレキシブル基板７に交流電気信号を入力することにより、コンポジット振動子１で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）を行う。またコンポジット振動子１の一方の端面は、フレキシブル基板７を介しコンポジット振動子２と固着されている。

コンポジット振動子２は、振動方向の両面に電極４、電極５を備えている。また、コンポジット振動子２は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極４にフレキシブル基板７、および電極５にフレキシブル基板８を備えている。コンポジット振動子２の振動方向は図２の矢印１１に示す方向であり、コンポジット振動子２はその方向に分極されている。フレキシブル基板７およびフレキシブル基板８に交流電気信号を入力することにより、コンポジット振動子２で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）を行う。コンポジット振動子２は、コンポジット振動子１と固着している面の逆側をゴム等で作られた音響放射面９に接着されている。音響放射面９は、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子が搭載される搭載装置の一要素である。音響放射面９は、コンポジット振動子２と接着された面と逆側の面が水中１０の水面に接している。なおここで、水中１０は、情報を取得しようとする対象物体が存在している音波伝達媒体の一例である。

なお本発明の実施形態の積層型コンポジット振動子においては、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のためにフレキシブル基板を用いたが、配線はリード線等でも実施可能である。また本発明の実施形態の積層型コンポジット振動子は、上述した音響放射面９の表面に複数配列されてもよいし、複数アレイ状に配列されてもよい。

（実施形態の動作）
図２、図３および図４を参照し、本実施形態の積層型コンポジット振動子１００の動作について説明する。

図３および図４は、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。図３および図４は、図２に示した実施形態による積層型コンポジット振動子を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度の比較結果を示す。これは横軸に周波数、縦軸に送波電圧感度を表している。横軸の目盛りは１０ｋＨｚであり、縦軸の目盛りは１０ｄＢである。

図２の積層型コンポジット振動子１００は、図３の帯域１２を持つコンポジット振動子１と、図３の帯域１４を持ち、かつコンポジット振動子１の音響整合層ともなるコンポジット振動子２を備えている。この明細書において、帯域は送波電圧感度のピークから１０ｄＢダウンの部分と定義する。

図３の実線は、コンポジット振動子１を単独で動作させたときの周波数特性を示しており、図３の破線は、コンポジット振動子２の周波数特性を示しており、図３の点線は、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性を示している。

図４の実線は、コンポジット振動子１を単独で動作させたときの周波数特性を示しており、図４の破線は、コンポジット振動子２の周波数特性を示している。さらに、図４の点線は、コンポジット振動子２を音響整合層とした際のコンポジット振動子１の周波数特性を示しており、図４の一点鎖線は、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを同時駆動したときの周波数特性を示している。

図２のフレキシブル基板６とフレキシブル基板７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１で上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２および音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。

上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２はコンポジット振動子１と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子１の音響整合層として機能する。このとき、図２の積層型コンポジット振動子は、図３のように帯域１３を持っている。これにより、図２の積層型コンポジット振動子は、コンポジット振動子１単独で駆動した際の帯域１２よりも広帯域特性を得ることができる。

図２のフレキシブル基板７と、フレキシブル基板８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２において上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子２は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。

上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。図３に記載したようにコンポジット振動子２によって帯域１４を得ることができ、帯域１３と合わせて帯域１５となり、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子は更なる広帯域特性を実現する。

また、フレキシブル基板６とフレキシブル基板７との間、およびフレキシブル基板７とフレキシブル基板８との間のそれぞれに交流電気信号を入力し、コンポジット振動子１およびコンポジット振動子２を同時に駆動させると、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面９を伝達して水中１０に音響信号として放射される。図４に記載したように帯域１７を得ることができ、帯域１６と合わせ、帯域１８として、本発明の第１実施形態による積層型コンポジット振動子はさらなる広帯域特性を実現する。

（実施形態の効果）
本実施形態の積層型コンポジット振動子では、音響放射面９に対して、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層しており、その際にコンポジット振動子２は、コンポジット振動子１の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。

コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層したことにより、別々に音響放射面に搭載した場合と比べて、積層型コンポジット振動子の占有面積を小さくすることができる。またコンポジット振動子１とコンポジット振動子２を積層したことにより、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２を音響整合層として使用した効果により使用周波数を広帯域化することができる。また、コンポジット振動子２の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子では使用周波数がさらに広帯域となることが理解される。

さらにこのような構成の積層型コンポジット振動子において、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを同時に駆動することによって、図４の帯域１７のように帯域が拡大して、帯域１６と合わせて使用周波数を広帯域化することができる。

コンポジット振動子１とコンポジット振動子２を積層したことにより、コンポジット振動子を積層せずに、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２を音響整合層として使用した効果により広帯域になる。またコンポジット振動子２の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子によればさらに広帯域となることがわかる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子について、説明する。上述した第１実施形態では、音響放射面９に対して、コンポジット振動子１とコンポジット振動子２とを積層することを骨子とした積層型コンポジット振動子を説明したが、本発明の積層型コンポジット振動子はこれに限られない。

図５は、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子を説明するための側面図である。なお第１実施形態と同様な要素については、その詳細な説明を一部省略する。

図５の積層型コンポジット振動子２００は主に、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を含む。コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、積層されている。図５のコンポジット振動子１９は、その一方の端面がコンポジット振動子２０に固着されている。

コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定する。コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子１９を広帯域特性としている。音響整合層は、振動子の音響インピーダンスと音波伝達媒体の音響インピーダンスとの差が大きい場合に、振動子と音波伝達媒体との間に挿入される。音響整合層を挿入することによって、音波の反射を最小限にすることができる。

また、コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように選定されている。コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の音響整合層として機能する厚みで形成され、これによってコンポジット振動子２０を広帯域特性としている。

図５において、積層型コンポジット振動子２００は３つの使用周波数帯域にそれぞれ対応する、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１を備えている。

コンポジット振動子１９は、振動方向の両面に電極２２、電極２３を備えている。また、コンポジット振動子１９は、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２２にフレキシブル基板２６、および電極２３にフレキシブル基板２７を備えている。コンポジット振動子１９の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子１９はその方向に分極されている。

コンポジット振動子１９の一方の端面はフレキシブル基板２７を介しコンポジット振動子２０に固着されている。コンポジット振動子２０は、コンポジット振動子１９と固着されている一方の端面と逆の端面をコンポジット振動子２１と固着されている。

フレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１９で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子１９は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１、および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。

コンポジット振動子２０は振動方向の両面に電極２３、電極２４を備えており、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２３にフレキシブル基板２７、および電極２４にフレキシブル基板２８を備えている。コンポジット振動子２０の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子２０その方向に分極されている。

フレキシブル基板２７とフレキシブル基板２８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２０で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子２０は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２１および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。

コンポジット振動子２１は振動方向の両面に電極２４、電極２５を備えており、それぞれの電極に電気信号を入力するための手段として、電極２４にフレキシブル基板２８、電極２５にフレキシブル基板２９を備えている。コンポジット振動子２１の振動方向は、図５の矢印３２に示す方向であり、コンポジット振動子２１はその方向に分極されている。コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０とフレキシブル基板２８を介して固着されている一方の端面と逆の端面を、フレキシブル基板２９を介して、ゴム等の音響放射面３０に接着されている。

フレキシブル基板２８とフレキシブル基板２９との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２１で電気機械変換（電気信号を機械的振動に変換）が行われ、コンポジット振動子２１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。

音響放射面３０は、本発明の実施形態による積層型コンポジット振動子が搭載される搭載装置の一要素である。音響放射面３０は、コンポジット振動子２１と接着している面と逆の面を水中３１の水面に接している。なおここで、水中３１は、情報を取得しようとする対象物体が存在している音波伝達媒体の一例である。

（実施形態の動作）
図５および図６を参照し、本実施形態のコンポジット振動子の動作について説明する。図６は、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子の周波数特性を説明するためのグラフである。図６は、図５に示した実施形態による積層型コンポジット振動子を簡易的に模擬した３次元解析モデルを用いた有限要素法解析により得られた送波電圧感度の比較結果を示す。図６は、横軸に周波数、縦軸に送波電圧感度を表している。

図６の実線は、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を音響整合層とした際の、コンポジット振動子１９の周波数特性を示している。図６の一点鎖線は、コンポジット振動子２１を音響整合層とした際の、コンポジット振動子２０の周波数特性を示している。図６の点線は、コンポジット振動子２１を使用した際の周波数特性を示している。

図５のフレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子１９で上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子１９は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、コンポジット振動子２０、コンポジット振動子２１および音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。

上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１はコンポジット振動子１９と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子１９の音響整合層として機能する。このとき、図５の積層型コンポジット振動子２００は、図６のように帯域３３を持っている。これにより、図５の積層型コンポジット振動子２００は、コンポジット振動子１９単独で駆動した際の帯域よりも広帯域特性を得ることができる。

図５のフレキシブル基板２７と、フレキシブル基板２８との間に交流電気信号を入力すると、コンポジット振動子２０において上記電気機械変換が行われ、コンポジット振動子２０は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。

上記交流電気信号の周波数、および電圧を変化させることで、所要の音響信号を得ることができる。ここでコンポジット振動子２１はコンポジット振動子２０と水との中間の音響インピーダンスを持ち、コンポジット振動子２０の音響整合層として機能する。図６に記載したようにコンポジット振動子２０によって帯域３４を得ることができ、帯域３３と合わせて帯域３５となり、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子は更なる広帯域特性を実現する。

また、コンポジット振動子２１は単体で駆動可能であり、駆動すると、伸縮動作によるエネルギーは音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射され、図６に記載したように帯域３６を得ることができ、本帯域を使用可能とする。

また、フレキシブル基板２６とフレキシブル基板２７との間、フレキシブル基板２７とフレキシブル基板２８との間、およびフレキシブル基板２８とフレキシブル基板２９との間のそれぞれに交流電気信号を入力し、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を同時に駆動させると、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０、およびコンポジット振動子２１は伸縮動作を行う。この伸縮動作によるエネルギーは、音響放射面３０を伝達して水中３１に音響信号として放射される。このように同時駆動した場合、本発明の第２実施形態による積層型コンポジット振動子はさらなる広帯域特性を実現する。

（実施形態の効果）
本実施形態の積層型コンポジット振動子では、音響放射面３０に対して、コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を積層している。これによりコンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を別々に音響放射面に搭載した場合と比べて、積層型コンポジット振動子の占有面積を小さくすることができる。またその際に、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１は、コンポジット振動子１９の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。またその際に、コンポジット振動子２１は、コンポジット振動子２０の使用周波数帯域においての音響整合層としても作動するように積層している。

コンポジット振動子１９、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を積層したことにより、コンポジット振動子単体で作動した周波数帯域よりも、コンポジット振動子２０およびコンポジット振動子２１を音響整合層として使用した効果、およびコンポジット振動子２１を音響整合層として使用した効果により使用周波数を広帯域化することができる。また、コンポジット振動子２１の使用周波数帯域も含めると、本実施形態の積層型コンポジット振動子では使用周波数がさらに広帯域となることが理解される。

（積層型コンポジット振動子の適用）
上述した実施形態の積層型コンポジット振動子は、図７に示すような水中アクティブソーナー５１に搭載され、水中アクティブソーナー５１は例えば海に浮かぶ船舶５０に搭載される。水中アクティブソーナー５１の上述した積層型コンポジット振動子から水中に音波を放射し、放射した音波が何かにぶつかり反射して戻ってきた音波を受信することにより、水中や水底の物体に関する情報を取得することができる。水中アクティブソーナーそれ自体はよく知られており、上述した実施形態の積層型コンポジット振動子を水中アクティブソーナーに適用することができる。

上述した実施形態の積層型コンポジット振動子は、水中アクティブソーナー、パッシブソーナーの他、例えば、超音波プローブや超音波洗浄層とそれに類する洗浄用装置、超音波モーターや超音波手術装置など、コンポジット振動子を駆動元に用いる装置等への利用が考えられる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のためにフレキシブル基板を用いているが、フレキシブル基板には限られない。例えば、コンポジット振動子の電極への電気信号の入力のための構成として、配線はリード線等でも実施可能である。また実施形態の積層型コンポジット振動子において、コンポジット振動子の積層数は第１実施形態のような２、第２実施形態のような３に限られず、さらに積層数を４以上とすることも可能であり、積層数を増やすことによって更なる広帯域特性を実現することも考えられる。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

１、２、１９、２０、２１、４１、４２ コンポジット振動子
３、４、５、２２、２３、２４、２５ 電極
６、７、８、２６、２７、２８、２９ フレキシブル基板
９、３０、４０ 音響放射面
１０、３１ 水中
１００、２００、４００ 積層型コンポジット振動子

Claims (10)

1. 音響放射面に対して、積層された第１のコンポジット振動子および第２のコンポジット振動子を含み、
   前記第２のコンポジット振動子は、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能する、
   積層型コンポジット振動子。
2. 前記第２のコンポジット振動子は、音波伝達媒体と前記第１のコンポジット振動子との中間の音響インピーダンスを持つ、
   請求項１に記載の積層型コンポジット振動子。
3. 前記第２のコンポジット振動子の厚みは、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能するように設定されている、
   請求項１または請求項２に記載の積層型コンポジット振動子。
4. 前記音響放射面に対して、前記第１のコンポジット振動子および前記第２のコンポジット振動子と共に積層された第３のコンポジット振動子をさらに含み、
   前記第２のコンポジット振動子および前記第３のコンポジット振動子は、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。
5. 前記第２のコンポジット振動子および前記第３のコンポジット振動子は、前記音波伝達媒体と前記第１のコンポジット振動子との中間の音響インピーダンスを持つ、
   請求項４に記載の積層型コンポジット振動子。
6. 前記第２のコンポジット振動子および前記第３のコンポジット振動子の厚みは、前記第１のコンポジット振動子の使用周波数において音響整合層として機能するように設定されている、
   請求項４または請求項５に記載の積層型コンポジット振動子。
7. 前記第３のコンポジット振動子は、前記音波伝達媒体と前記第２のコンポジット振動子との中間の音響インピーダンスを持つ、
   請求項４乃至６のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。
8. 前記第１のコンポジット振動子を駆動する交流電気信号が入力される一対の電極を、前記第１のコンポジット振動子の両端面に含む、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。
9. 前記第２のコンポジット振動子を駆動する交流電気信号が入力される一対の電極を、前記第２のコンポジット振動子の両端面に含む、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の積層型コンポジット振動子と、前記音響放射面とを含む、
    水中アクティブソーナー。

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