JP2663844B2 - 電気音響変換器 - Google Patents
電気音響変換器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ソナー等の水中用の送
受波器に使用する電気音響変換器に関し、特に、円筒型
圧電振動子の径を大きくすることなく共振周波数を低減
させることができ、装置の小型化を図れる電気音響変換
器に関する。
受波器に使用する電気音響変換器に関し、特に、円筒型
圧電振動子の径を大きくすることなく共振周波数を低減
させることができ、装置の小型化を図れる電気音響変換
器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ソナー等の水中用の送受波器に用いられ
る従来の電気音響変換器は、図８に示すように、円筒型
圧電振動子１００を合成樹脂等の防水部材１０１でモー
ルドした構成となっていた。そして、このような電気音
響変換器は、水中において円筒型圧電振動子１００に交
流電圧を印加すると、この円筒型圧電振動子１００の直
径が一様に伸縮する、いわゆる呼吸振動と呼ばれる振動
モードで振動し（図３参照）、円筒型圧電振動子１００
外周面から水中に向けて無指向性の音波を放射する。ま
た、特開昭６３−１３４９８号及び特開昭６３−１３４
９９号の公報では、上記構成の電気音響変換器に改良を
加え、広域でかつハイパワー特性に優れた電気音響変換
器が提案されている。
る従来の電気音響変換器は、図８に示すように、円筒型
圧電振動子１００を合成樹脂等の防水部材１０１でモー
ルドした構成となっていた。そして、このような電気音
響変換器は、水中において円筒型圧電振動子１００に交
流電圧を印加すると、この円筒型圧電振動子１００の直
径が一様に伸縮する、いわゆる呼吸振動と呼ばれる振動
モードで振動し（図３参照）、円筒型圧電振動子１００
外周面から水中に向けて無指向性の音波を放射する。ま
た、特開昭６３−１３４９８号及び特開昭６３−１３４
９９号の公報では、上記構成の電気音響変換器に改良を
加え、広域でかつハイパワー特性に優れた電気音響変換
器が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、上記円筒型圧
電振動子の弾性率Ｅ，密度ρ，半径Ｒを用いると、円筒
型圧電振動子の固有の共振周波数ｆは、次式で表わされ
る。
電振動子の弾性率Ｅ，密度ρ，半径Ｒを用いると、円筒
型圧電振動子の固有の共振周波数ｆは、次式で表わされ
る。
【０００４】
【数１】
【０００５】一般に、電気音響変換器は、円筒型圧電振
動子をその固有の共振周波数ｆで発振させたときに、音
波を放射する効率が最も高くなる。また、水中に放射さ
れた音波はその振動数が小さいほど、つまり共振周波数
ｆが低いほど減衰率が小さい。したがって、円筒型圧電
振動子の固有の共振周波数ｆは低いほうが望ましい。
動子をその固有の共振周波数ｆで発振させたときに、音
波を放射する効率が最も高くなる。また、水中に放射さ
れた音波はその振動数が小さいほど、つまり共振周波数
ｆが低いほど減衰率が小さい。したがって、円筒型圧電
振動子の固有の共振周波数ｆは低いほうが望ましい。
【０００６】ところが、上述した従来の電気音響変換器
では、現在、円筒型圧電振動子の材料として使用可能な
圧電材料の弾性率Ｅと密度ρがほぼ一定であるため、共
振周波数ｆを低減させるには、円筒型圧電振動子の半径
Ｒを大きくするしかなく、装置が大型化してしまうとい
う問題があった。
では、現在、円筒型圧電振動子の材料として使用可能な
圧電材料の弾性率Ｅと密度ρがほぼ一定であるため、共
振周波数ｆを低減させるには、円筒型圧電振動子の半径
Ｒを大きくするしかなく、装置が大型化してしまうとい
う問題があった。
【０００７】なお、特開昭６３−４２２９８号の公報で
は、円筒型の筐体の外周に矩形のシェルを設け、このシ
ェルの材料と寸法を選択することにより、筐体の大きさ
と無関係に、固有の共振周波数を調整することができる
電気音響変換器が提案されている。しかし、このような
電気音響変換器は、構成が著しく複雑であるため構造上
及び保守上問題があった。
は、円筒型の筐体の外周に矩形のシェルを設け、このシ
ェルの材料と寸法を選択することにより、筐体の大きさ
と無関係に、固有の共振周波数を調整することができる
電気音響変換器が提案されている。しかし、このような
電気音響変換器は、構成が著しく複雑であるため構造上
及び保守上問題があった。
【０００８】本発明は、上記問題点にかんがみてなされ
たものであり、簡単な構成によって、円筒型圧電振動子
の径を大きくすることなく共振周波数を低減させること
ができ、装置の小型化を図れる電気音響変換器の提供を
目的とする。
たものであり、簡単な構成によって、円筒型圧電振動子
の径を大きくすることなく共振周波数を低減させること
ができ、装置の小型化を図れる電気音響変換器の提供を
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電気音響変換器は、円筒型の圧電振動子を
備えた電気音響変換器であって、前記円筒型圧電振動子
の外周面に、この円筒型圧電振動子の材料より密度の高
い材料で形成してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の
外径と同じ大きさの内径を有する円筒状の共振周波数低
減部材を取り付け、これら円筒型圧電振動子及び共振周
波数低減部材の全体を防水部材によってモールドした構
成とし、好ましくは、前記共振周波数低減部材の円筒外
周長手方向に複数本のスリットを入れて外周面を円周方
向に分割した構成とする。
に、本発明の電気音響変換器は、円筒型の圧電振動子を
備えた電気音響変換器であって、前記円筒型圧電振動子
の外周面に、この円筒型圧電振動子の材料より密度の高
い材料で形成してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の
外径と同じ大きさの内径を有する円筒状の共振周波数低
減部材を取り付け、これら円筒型圧電振動子及び共振周
波数低減部材の全体を防水部材によってモールドした構
成とし、好ましくは、前記共振周波数低減部材の円筒外
周長手方向に複数本のスリットを入れて外周面を円周方
向に分割した構成とする。
【００１０】 また、円筒型の圧電振動子を備えた電気音
響変換器であって、前記円筒型圧電振動子の内周面に、
この円筒型圧電振動子の材料より密度の高い材料で形成
してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の内径と同じ大
きさの外径を有する円筒状の共振周波数低減部材を取り
付け、これら円筒型圧電振動子及び共振周波数低減部材
の全体を防水部材によってモールドした構成とし、好ま
しくは、前記共振周波数低減部材の円筒内周長手方向に
複数本のスリットを入れて内周面を円周方向に分割した
構成としてもよい。
響変換器であって、前記円筒型圧電振動子の内周面に、
この円筒型圧電振動子の材料より密度の高い材料で形成
してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の内径と同じ大
きさの外径を有する円筒状の共振周波数低減部材を取り
付け、これら円筒型圧電振動子及び共振周波数低減部材
の全体を防水部材によってモールドした構成とし、好ま
しくは、前記共振周波数低減部材の円筒内周長手方向に
複数本のスリットを入れて内周面を円周方向に分割した
構成としてもよい。
【００１１】さらに、 円筒型の圧電振動子を備えた電気
音響変換器であって、前記円筒型圧電振動子の内周面
に、この円筒型圧電振動子の材料より密度の高い材料で
形成してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の内周面と
同じ曲率の外側面を有する複数個のブロック状の共振周
波数低減部材を取り付け、これら円筒型圧電振動子及び
共振周波数低減部材の全体を防水部材によってモールド
した構成としてもよい。
音響変換器であって、前記円筒型圧電振動子の内周面
に、この円筒型圧電振動子の材料より密度の高い材料で
形成してあり、かつ、この円筒型圧電振動子の内周面と
同じ曲率の外側面を有する複数個のブロック状の共振周
波数低減部材を取り付け、これら円筒型圧電振動子及び
共振周波数低減部材の全体を防水部材によってモールド
した構成としてもよい。
【００１２】
【作用】上記構成からなる本発明の電気音響変換器によ
れば、円筒型圧電振動子の外周面又は内周面に円筒状の
共振周波数低減部材を取り付けることによって、円筒型
圧電振動子の見かけ上の密度を増加させ、円筒型圧電振
動子の共振周波数を低減させる。
れば、円筒型圧電振動子の外周面又は内周面に円筒状の
共振周波数低減部材を取り付けることによって、円筒型
圧電振動子の見かけ上の密度を増加させ、円筒型圧電振
動子の共振周波数を低減させる。
【００１３】 また、上記共振周波数低減部材をスリット
で分割した場合、又は、円筒型圧電振動子の内周面に複
数個のブロック状部材を取り付けた場合、円筒型圧電振
動子の見かけ上の密度が増加するとともに、弾性率が減
少し、共振周波数をさらに低減させられる。
で分割した場合、又は、円筒型圧電振動子の内周面に複
数個のブロック状部材を取り付けた場合、円筒型圧電振
動子の見かけ上の密度が増加するとともに、弾性率が減
少し、共振周波数をさらに低減させられる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の電気音響変換器の実施例につ
いて説明する。図１は本発明の第一実施例に係る電気音
響変換器を示す部分断面斜視図である。この第一実施例
に係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子の外周面に
円筒状の共振周波数低減部材を取り付けた構成としてあ
る。
いて説明する。図１は本発明の第一実施例に係る電気音
響変換器を示す部分断面斜視図である。この第一実施例
に係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子の外周面に
円筒状の共振周波数低減部材を取り付けた構成としてあ
る。
【００１５】 同図において、１は円筒型圧電振動子であ
り、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（密度約８×１０3
［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性率約６．５×１０10［Ｐａ］）な
どの圧電材料によって形成してある。
り、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（密度約８×１０3
［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性率約６．５×１０10［Ｐａ］）な
どの圧電材料によって形成してある。
【００１６】 また、２は共振周波数低減部材であり、円
筒型圧電振動子の１の外径と同じ内径を有する円筒状と
なっている。この共振周波数低減部材２は、接着，溶接
あるいは機械的に接触させることによって円筒型圧電振
動子１の外周面に取り付けてある。
筒型圧電振動子の１の外径と同じ内径を有する円筒状と
なっている。この共振周波数低減部材２は、接着，溶接
あるいは機械的に接触させることによって円筒型圧電振
動子１の外周面に取り付けてある。
【００１７】 さらに、このような共振周波数低減部材２
は、鉛（密度約１１．４×１０3 ［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性
率約１．６×１０10［Ｐａ］）やタングステン（密度約
１９．１×１０3 ［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性率約３５．４×
１０10［Ｐａ］）等の円筒型振動子１より密度の高い材
料によって形成してある。３は防水部材であり、接合後
の円筒型圧電振動子１と共振周波数低減部材２の周面を
モールドしている。このような防水部材３としては、合
成樹脂やクロロプレンゴム等の防水性に優れた材料を使
用する。
は、鉛（密度約１１．４×１０3 ［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性
率約１．６×１０10［Ｐａ］）やタングステン（密度約
１９．１×１０3 ［ｋｇ／ｍ3 ］，弾性率約３５．４×
１０10［Ｐａ］）等の円筒型振動子１より密度の高い材
料によって形成してある。３は防水部材であり、接合後
の円筒型圧電振動子１と共振周波数低減部材２の周面を
モールドしている。このような防水部材３としては、合
成樹脂やクロロプレンゴム等の防水性に優れた材料を使
用する。
【００１８】 このような構成からなる本実施例の電気音
響変換器によれば、円筒型圧電振動子１の見かけ上の密
度が増加して、円筒型圧電振動子１の共振周波数を低減
することができる。
響変換器によれば、円筒型圧電振動子１の見かけ上の密
度が増加して、円筒型圧電振動子１の共振周波数を低減
することができる。
【００１９】 図２は本発明の第二実施例に係る電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。この第二実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内径に等
しい外径を有する円筒状の共振周波数低減部材２１を、
円筒型圧電振動子１の内周面に取り付けた構成としてあ
る。この実施例の場合、電気音響変換器の直径を大きく
することなく共振周波数を低減させることができる。
変換器を示す部分断面斜視図である。この第二実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内径に等
しい外径を有する円筒状の共振周波数低減部材２１を、
円筒型圧電振動子１の内周面に取り付けた構成としてあ
る。この実施例の場合、電気音響変換器の直径を大きく
することなく共振周波数を低減させることができる。
【００２０】 図３は本発明の第三実施例に係る電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。この第三実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の外周面に
円筒状の共振周波数低減部材２２を取り付け、この共振
周波数低減部材２２の外周面の軸方向に複数本のスリッ
ト２２ａを入れて外周面を軸方向に分割した構成として
ある。この実施例の場合、円筒型圧電振動子１の見かけ
上の密度が増加するとともに、共振周波数低減部材２２
の外周面をスリット２２ａで分割したことによって、円
筒型圧電振動子１の見かけ上の弾性率も減少し、共振周
波数をより低減させることができる。
変換器を示す部分断面斜視図である。この第三実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の外周面に
円筒状の共振周波数低減部材２２を取り付け、この共振
周波数低減部材２２の外周面の軸方向に複数本のスリッ
ト２２ａを入れて外周面を軸方向に分割した構成として
ある。この実施例の場合、円筒型圧電振動子１の見かけ
上の密度が増加するとともに、共振周波数低減部材２２
の外周面をスリット２２ａで分割したことによって、円
筒型圧電振動子１の見かけ上の弾性率も減少し、共振周
波数をより低減させることができる。
【００２１】 図４は本発明の第四実施例に係る電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。この第四実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内周面に
円筒状の共振周波数低減部材２３を取り付け、この共振
周波数低減部材２３の内周面の軸方向に複数本のスリッ
ト２３ａを入れて内周面を軸方向に分割した構成として
ある。この実施例の場合、電気音響変換器の直径を大き
くすることなく、円筒型圧電振動子１の密度増加と弾性
率の減少を図れ、小型で効率の良い電気音響変換器が得
られる。
変換器を示す部分断面斜視図である。この第四実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内周面に
円筒状の共振周波数低減部材２３を取り付け、この共振
周波数低減部材２３の内周面の軸方向に複数本のスリッ
ト２３ａを入れて内周面を軸方向に分割した構成として
ある。この実施例の場合、電気音響変換器の直径を大き
くすることなく、円筒型圧電振動子１の密度増加と弾性
率の減少を図れ、小型で効率の良い電気音響変換器が得
られる。
【００２２】 図５は本発明の第五実施例に係る 電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。この第五実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内周面
に、この円筒型圧電振動子１の内周面と同じ曲率の外周
面を有する複数個のブロック状の共振周波数低減部材２
５を取り付けた構成としてある。この実施例の場合、電
気音響変換器の直径を大きくすることなく、円筒型圧電
振動子１の弾性率をさらに減少させることができる。
変換器を示す部分断面斜視図である。この第五実施例に
係る電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の内周面
に、この円筒型圧電振動子１の内周面と同じ曲率の外周
面を有する複数個のブロック状の共振周波数低減部材２
５を取り付けた構成としてある。この実施例の場合、電
気音響変換器の直径を大きくすることなく、円筒型圧電
振動子１の弾性率をさらに減少させることができる。
【００２３】 図６は本発明の第一参考例に係る 電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。この参考例に係る
電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の外周面に、こ
の円筒型圧電振動子１の外周面と同じ曲率の内側面を有
する複数個のブロック状の共振周波数低減部材２４を取
り付けた構成としてある。この参考例の場合、共振周波
数低減部材２４をブロック状に分割してあるので、円筒
型圧電振動子１の弾性率をさらに減少させることができ
る。なお、参考例は、特に、共振周波数低減部材にタン
グステンのような弾性率の大きい材料を使用する場合に
効果的である。
変換器を示す部分断面斜視図である。この参考例に係る
電気音響変換器は、円筒型圧電振動子１の外周面に、こ
の円筒型圧電振動子１の外周面と同じ曲率の内側面を有
する複数個のブロック状の共振周波数低減部材２４を取
り付けた構成としてある。この参考例の場合、共振周波
数低減部材２４をブロック状に分割してあるので、円筒
型圧電振動子１の弾性率をさらに減少させることができ
る。なお、参考例は、特に、共振周波数低減部材にタン
グステンのような弾性率の大きい材料を使用する場合に
効果的である。
【００２４】 図７は本発明の第二参考例に係る 電気音響
変換器を示す部分断面斜視図である。ここで、上記第一
参考例のように、共振周波数低減部材２４をブロック状
に分割した場合、共振周波数低減部材２４を形成する材
料の材質などによっては、円筒型圧電振動子１への接
着，溶接の困難なもの（例えば鉛）がある。また、この
ような接合困難な材料によって形成したブロック状共振
周波数低減部材２４を紐又は帯状の保持部材で捲着する
ことも考えられるが、この保持部材の材料によっては、
共振周波数低減部材２４で小さくした円筒型圧電振動子
１の見かけ上の弾性率を大きくしてしまうという不都合
を生じる。そこで、本第二参考例の電気音響変換器は、
弾性率の小さい保持部材、例えば、ファイバ線あるいは
金属線によって共振周波数低減部材２４を円筒型圧電振
動子１に捲着した構成としてある。この実施例によれ
ば、どのような材料の共振周波数低減部材２４であって
も、弾性率を大きくすることなく、かつ、容易に円筒型
圧電振動子１に取り付けることができる。
変換器を示す部分断面斜視図である。ここで、上記第一
参考例のように、共振周波数低減部材２４をブロック状
に分割した場合、共振周波数低減部材２４を形成する材
料の材質などによっては、円筒型圧電振動子１への接
着，溶接の困難なもの（例えば鉛）がある。また、この
ような接合困難な材料によって形成したブロック状共振
周波数低減部材２４を紐又は帯状の保持部材で捲着する
ことも考えられるが、この保持部材の材料によっては、
共振周波数低減部材２４で小さくした円筒型圧電振動子
１の見かけ上の弾性率を大きくしてしまうという不都合
を生じる。そこで、本第二参考例の電気音響変換器は、
弾性率の小さい保持部材、例えば、ファイバ線あるいは
金属線によって共振周波数低減部材２４を円筒型圧電振
動子１に捲着した構成としてある。この実施例によれ
ば、どのような材料の共振周波数低減部材２４であって
も、弾性率を大きくすることなく、かつ、容易に円筒型
圧電振動子１に取り付けることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の電気音
響変換器によれば、簡単な構成により、円筒型圧電振動
子の径を大きくすることなく共振周波数を低減させるこ
とができ、装置の小型化を図れる。
響変換器によれば、簡単な構成により、円筒型圧電振動
子の径を大きくすることなく共振周波数を低減させるこ
とができ、装置の小型化を図れる。
【図１】本発明の第一実施例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の第二実施例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図３】本発明の第三実施例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図４】本発明の第四実施例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図５】本発明の第五実施例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図６】本発明の第一参考例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図７】本発明の第二参考例に係る電気音響変換器を示
す部分断面斜視図である。
す部分断面斜視図である。
【図８】従来例に係る電気音響変換器を示す部分断面斜
視図である。
視図である。
【図９】円筒型圧電振動子の振動状態を示す斜視図であ
る。
る。
１…円筒型圧電振動子 ２，２１，２２，２３，２４，２５…共振周波数低減部
材 ３…防水部材
材 ３…防水部材
Claims (6)
- 【請求項１】 円筒型の圧電振動子を備えた電気音響変
換器であって、 前記円筒型圧電振動子の外周面に、この円筒型圧電振動
子の材料より密度の高い材料で形成してあり、かつ、こ
の円筒型圧電振動子の外径と同じ大きさの内径を有する
円筒状の共振周波数低減部材を取り付け、 これら円筒型圧電振動子及び共振周波数低減部材の全体
を防水部材によってモールドしたことを特徴とする電気
音響変換器。 - 【請求項２】 前記共振周波数低減部材の円筒外周長手
方向に複数本のスリットを入れて外周面を円周方向に分
割した請求項１記載の電気音響変換器。 - 【請求項３】 円筒型の圧電振動子を備えた電気音響変
換器であって、 前記円筒型圧電振動子の内周面に、この円筒型圧電振動
子の材料より密度の高い材料で形成してあり、かつ、こ
の円筒型圧電振動子の内径と同じ大きさの外径を有する
円筒状の共振周波数低減部材を取り付け、 これら円筒型圧電振動子及び共振周波数低減部材の全体
を防水部材によってモールドしたことを特徴とする電気
音響変換器。 - 【請求項４】 前記共振周波数低減部材の円筒内周長手
方向に複数本のスリットを入れて内周面を円周方向に分
割した請求項３記載の電気音響変換器。 - 【請求項５】 円筒型の圧電振動子を備えた電気音響変
換器であって、 前記円筒型圧電振動子の内周面に、この円筒型圧電振動
子の材料より密度の高い材料で形成してあり、かつ、こ
の円筒型圧電振動子の内周面と同じ曲率の外側面を有す
る複数個のブロック状の共振周波数低減部材を取り付
け、 これら円筒型圧電振動子及び共振周波数低減部材の全体
を防水部材によってモールドしたことを特徴とする電気
音響変換器。 - 【請求項６】前記共振周波数低減部材を、鉛又はタング
ステンによって形成した請求項１〜５のいずれか１項記
載の電気音響変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5218126A JP2663844B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | 電気音響変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5218126A JP2663844B2 (ja) | 1993-08-10 | 1993-08-10 | 電気音響変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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