JP2560177B2 - 希土類合金を用いた水中用低周波送波器 - Google Patents

希土類合金を用いた水中用低周波送波器

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JP2560177B2
JP2560177B2 JP4195271A JP19527192A JP2560177B2 JP 2560177 B2 JP2560177 B2 JP 2560177B2 JP 4195271 A JP4195271 A JP 4195271A JP 19527192 A JP19527192 A JP 19527192A JP 2560177 B2 JP2560177 B2 JP 2560177B2
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章好 河守
弘志 鎌田
岩男 中埜
利雄 土屋
泰孝 網谷
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    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/08Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction
    • B06B1/085Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with magnetostriction using multiple elements, e.g. arrays

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水中における低周波送
波器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
本願の発明者の提案にかかる例えば、「TbDyFe材
を用いたトンピルツ音源」、吉川 隆 他3名、日本音
響学会講演論文集、1991年10月、1071頁や、
特願平2−214687号に記載されるものがあった。
【0003】従来、この種の低周波送波器(音源)は、
希土類合金のロッドを中心に配置して、その両端面に振
動板を取り付けたランジュバン方式が一般的であった。
図6はかかる従来の低周波送波器の断面図である。この
図に示すように、中心に希土類合金のロッド1を配置
し、その両端にヘッドマス2及びテールマス3を接着し
てバネ5を介してプリストレスボルト4により、ロッド
1の軸方向にプリストレスを加えていた。更にロッド1
の上下に永久磁石7を対向させ磁気バイアスを与え、送
信時はソレノイドコイル8に交流電流を与えて駆動して
いた。また、水圧バランス構造として、放熱効果を上げ
るためゴムブーツ9の中にオイル6を充填していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の低周波送波器では、共振周波数を下げるには、
ロッド1を細くするか、ヘッドマス及びテールマスの重
量を増やす等するしかなかった。そのため低周波送波器
(音源)が機械的に弱い構造となり、衝撃及び振動に耐
えられず実用に供されなかった。更に、大出力を送波す
るには、送波面積を大きくしなければならないが、従来
の方式では放射面積の大型化に制限があった。
【0005】本発明は、上記した問題点を改善し、低周
波大出力化を可能にする希土類合金を用いた水中用低周
波送波器を提供することを目的とする。具体的には、
(1)音源の駆動部分を1ユニットとしてユニットを周
状に連結して、連結部に振動板を付けることで低周波化
を図る。(2)振動板を振動体として円筒状に配列して
大出力化を図る。(3)ユニットの組合せにより様々な
周波数で駆動がすることができる。(4)耐水圧構造、
かつ軽量化を図ることにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、希土類合金を用いた水中用低周波送波器
において、磁気バイアスを与え、プリストレスを希土類
合金の磁歪方向に垂直に与え、その上下端にフランジ付
きマスを設け、ソレノイドコイルによって交流磁場を与
えて駆動する駆動ユニットと、その駆動ユニットを複数
個周状に多角形に連結金具により連結して形成される駆
動部と、前記連結金具に取り付けられ共振周波数を調節
する振動板と、前記駆動部の外側に配置される円筒状の
外部ゴムブーツと、前記駆動部の内側に配置される円筒
状の内部ゴムブーツと、その外部ゴムブーツの中に満た
される音響透過性の良いオイルとを設けるようにしたも
のである。
【0007】更に、付加的構成を列挙すると、 (A)前記連結金具に緩衝材を巻いた支柱を通して、該
支柱を上板及び下板に固定する。 (B)前記振動板と前記上板及び下板の接触面には絶縁
性の滑り板を挟む。 (C)前記振動板の間から漏れる逆相の音波を遮断する
ために、隣り合う振動板が、僅かな隙間を持って重なり
合う。
【0008】(D)前記内部ゴムブーツの更に内側に剛
性の隔壁を設け、内側へ回り込む音波の放射を遮る空気
室を形成してなる。 (E)前記空気室の圧力を外水圧とバランスさせるため
に圧力コンペンセータを接続する。 (F)前記各駆動ユニットの端子に互いに位相が異なる
交流電流を入力するように構成する。
【0009】
【作用】本発明によれば、超磁歪特性を有する希土類合
金のロッドの両端にフランジ付きマスを付けて、プリス
トレスを与えて、同時に永久磁石によって磁気回路を形
成したものを1つの駆動ユニットとして、それ自体でも
単一共振を有する振動子として利用できるものを製作す
る。それを周状に多角形に組み合わせ駆動部を形成す
る。また、振動板を含めた駆動部の内外をゴムブーツで
囲み、その中を音響透過性が良好なオイルで充填して耐
水圧構造とし、かつ共振周波数を自由に設定することが
でき、音源全体としての共振周波数を200Hz程度の
低周波に下げることができ、円筒型の低周波音源を得る
ことができる。
【0010】更に、空気室を設けたりして逆相音波の回
り込みをなくしたり、振動板を略円筒状に配列すること
により、音波を放射する面積を大きくすることができ、
大出力化が可能となり、190dB〔0dB/μPa−
m、つまり、1m離れた個所の音圧(1マイクロパスカ
ル)が0デシベルの場合〕の大出力音圧を得ることがで
きる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の実施例を示す希
土類合金を用いた水中用低周波送波器の平面断面図、図
2は図1のA−A線断面図、図3は図1のB−B線断面
図、図4はその水中用低周波送波器の駆動ユニットの断
面図、図5は他の水中用低周波送波器の駆動ユニットの
断面図である。
【0012】図4に示すように、水中用低周波送波器の
駆動ユニット10は、超磁歪特性を有する希土類合金の
ロッド11の両端にフランジ部12aが形成されるフラ
ンジ付きマス12を接着する。また、このマス12間に
バネ15を介してプリストレスボルト14により、プリ
ストレスを与えて、同時に永久磁石16によって磁気回
路を形成して、磁気バイアスを与え、ソレノイドコイル
17によって交流磁場を与えて駆動するようにしてい
る。ここで、駆動ユニットとして、それ自体でも単一共
振を有する振動子として利用できるものを製作する。
【0013】また、このマス12のフランジ部12aに
は、後述するが、この駆動ユニット10を連結金具に取
り付けられるためのボルト18の取り付け穴13が形成
されている。また、図5に示すように、超磁歪特性を有
する希土類合金のロッド11の両端に磁気カプラー(軟
鉄)16aを介して、永久磁石16bを配置して、永久
磁石16bにより、磁気バイアスを与えるようにしても
よい。なお、磁気カプラー16aは磁束の集中を図ると
ともに、磁極を遠ざけるために配置される。
【0014】そこで、図に示すように、駆動ユニット1
0を4〜20個を周状に多角形にフランジ付きマス12
を介して連結金具21に連結して駆動部を形成する。そ
れぞれの連結金具21には振動板24を取り付けて共振
周波数を調節する。連結金具21には緩衝材23を巻い
た支柱22を通して、その支柱22の上下を上板26及
び下板25に固定して振動体の位置がずれないようにす
る。
【0015】また、振動板24と上板26及び下板25
の接触面は絶縁性の滑り板32を挟むことにより金属同
士の接触を無くし、滑り易くしている。更に、駆動ユニ
ット10から出ている各端子(図示なし)にそれぞれ接
続されるリード線29を導出し、水密コネクタ33に接
続する。駆動ユニット10、振動板24、連結金具21
からなる駆動部の内外面には、円筒状のゴムブーツ、つ
まり内部ゴムブーツ27、外部ゴムブーツ28を取り付
け、そのゴムブーツ中に水圧バランスを保つために音響
透過性の良好なオイル30を充填する。
【0016】また、振動板24の間から漏れる逆相の音
波を遮断するため、隣り合う振動板24が、図1に示す
ように、僅かな隙間31を持って重なり合っている構造
とする。そこで、送波時には水密コネクタ33から出て
いるケーブル34を交流電源に接続して、駆動部に交流
電流を流して駆動部を振動させる。オイル30及びゴム
ブーツ27,28は音響インピーダンスが水に近いもの
を選ぶようにしたので、振動板からの振動が水中に効率
良く伝達していき、放射音場ができる。
【0017】このように、本発明によれば、耐水圧構造
とし、かつ共振周波数を自由に設定することができ、音
源全体としての共振周波数を200Hz程度の低周波に
下げることができ、円筒型の低周波音源を得ることがで
きる。ここで、振動板から内側に放射される音は外向き
に放射される音と逆相となるため、低周波では内側の音
と外側の音が干渉しあって大きな出力音圧が得られなく
なるのを解消するために、更に、以下のような構成を付
加することができる。
【0018】上記した逆相の音波を遮断するために、内
部ゴムブーツ27の更に内側に剛性の隔壁35を設け
て、空気室36を形成する。空気室36は圧力バランス
穴37を介して、外部の圧力コンペンセータとつながっ
ており、圧力調整弁により外水圧と圧力パランスがとれ
るように空気が流入流出するように構成する。また、前
記各駆動ユニットの端子に互いに位相が異なる交流電流
を入力することにより、特定方向に対する音源の指向性
を高めるようにすることができる。例えばX軸方向には
圧縮力による音波が生じ、Y軸方向には引っ張り力によ
る音波が生じ、それらの境界はヌル状態となるようにし
て、X軸方向とY軸方向に指向性を持たせるように構成
することができる。
【0019】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0020】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、駆動ユニットを多角形状に連結し、振動板をそ
れに付加することにより、共振周波数を自由に設定する
ことができ、音源全体としての共振周波数を200Hz
程度の低周波に下げることができる。
【0021】また、オイルによる圧力補償機構となって
いるため、200kgf/cm2 以上の高耐水圧化を実
現することができる。更に、空気室を設ける等して逆相
音波の回り込みをなくしたり、振動板を略円筒状に配列
することにより、音波を放射する面積を大きくすること
ができるために、大出力化が可能となり、190dB
(0dB/μPa−m)の大出力音圧を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す希土類合金を用いた水中
用低周波送波器の平面断面図である。
【図2】図1のA−A線断面図である。
【図3】図1のB−B線断面図である。
【図4】本発明の実施例を示す希土類合金を用いた水中
用低周波送波器の駆動ユニットの断面図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す希土類合金を用いた
水中用低周波送波器の駆動ユニットの断面図である。
【図6】従来の低周波送波器の断面図である。
【符号の説明】
10 駆動ユニット 11 希土類合金のロッド 12 フランジ付きマス 12a フランジ部 13 ボルト取り付け穴 14 プリストレスボルト 15 バネ 16 永久磁石 17 ソレノイドコイル 18 ボルト 21 連結金具 22 支柱 23 緩衝材 24 振動板 25 下板 26 上板 27 内部ゴムブーツ 28 外部ゴムブーツ 29 リード線 30 オイル 31 隙間 32 滑り板 33 水密コネクタ 34 ケーブル 35 剛性の隔壁 36 空気室 37 圧力バランス穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鎌田 弘志 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 中埜 岩男 神奈川県横須賀市夏島町2番地15 海洋 科学技術センター内 (72)発明者 土屋 利雄 神奈川県横須賀市夏島町2番地15 海洋 科学技術センター内 (72)発明者 網谷 泰孝 神奈川県横須賀市夏島町2番地15 海洋 科学技術センター内 (56)参考文献 特開 昭60−219892(JP,A) 特開 昭60−7296(JP,A)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)磁気バイアスを与え、プリストレス
    を希土類合金の磁歪方向に垂直に与え、その上下端にフ
    ランジ付きマスを設け、ソレノイドコイルによって交流
    磁場を与えて駆動する駆動ユニットと、 (b)該駆動ユニットを複数個周状に多角形に連結金具
    により連結して形成される駆動部と、 (c)前記連結金具に取り付けられ共振周波数を調節す
    る振動板と、 (d)前記駆動部の外側に配置される円筒状の外部ゴム
    ブーツと、 (e)前記駆動部の内側に配置される円筒状の内部ゴム
    ブーツと、 (f)前記外部ゴムブーツの中に満たされる音響透過性
    の良いオイルとを具備する希土類合金を用いた水中用低
    周波送波器。
  2. 【請求項2】 前記連結金具に緩衝材を巻いた支柱を通
    して、該支柱を上板及び下板に固定してなる請求項1記
    載の希土類合金を用いた水中用低周波送波器。
  3. 【請求項3】 前記振動板と前記上板及び下板の接触面
    には絶縁性の滑り板を挟むことを特徴とする請求項2記
    載の希土類合金を用いた水中用低周波送波器。
  4. 【請求項4】 前記振動板の間から漏れる逆相の音波を
    遮断するために、隣り合う振動板が、僅かな隙間を持っ
    て重なり合うことを特徴とする請求項1記載の希土類合
    金を用いた水中用低周波送波器。
  5. 【請求項5】 前記内部ゴムブーツの更に内側に剛性の
    隔壁を設け、内側へ回り込む音波の放射を遮る空気室を
    形成してなる請求項1記載の希土類合金を用いた水中用
    低周波送波器。
  6. 【請求項6】 前記空気室の圧力を外水圧とバランスさ
    せるために圧力コンペンセータを接続することを特徴と
    する請求項5記載の希土類合金を用いた水中用低周波送
    波器。
  7. 【請求項7】 前記各駆動ユニットの端子に互いに位相
    が異なる交流電流を入力することを特徴とする請求項1
    記載の希土類合金を用いた水中用低周波送波器。
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