JP2674966B2 - 電気音響交換器 - Google Patents
電気音響交換器Info
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- JP2674966B2 JP2674966B2 JP2030495A JP2030495A JP2674966B2 JP 2674966 B2 JP2674966 B2 JP 2674966B2 JP 2030495 A JP2030495 A JP 2030495A JP 2030495 A JP2030495 A JP 2030495A JP 2674966 B2 JP2674966 B2 JP 2674966B2
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- Japan
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- shell
- electroacoustic transducer
- inner diameter
- diameter surface
- piezoelectric vibrator
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中用の送受波器に使
用する電気音響変換器に関し、特に低周波で使用する電
気音響変換器に関するものである。
用する電気音響変換器に関し、特に低周波で使用する電
気音響変換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の水中低周波電気音響変換
器は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、その
機械エネルギーを水中に伝達することにより水中に低周
波の音波を送波している。従来の屈曲振動を利用した電
気音響変換器として、例えば、米国特許第３２７７４３
３号には、図５に示すように圧電振動子１０ａと断面楕
円形状のシェル１ｂから成り、圧電振動子１０ａをシェ
ル１ｂの中に収納し、シェル１ｂの長径部分の一か所に
接着またはボルト締めにより固定する構造であり圧電振
動子１０ａの振動によりシェル１ｂを屈曲振動させ、水
中に超音波を放射する電気音響変換器が開示されてい
る。圧電振動子１０ａの両端に位置するヘッドマス１０
ｃとシェル１ｂの短円弧側の内径面とは一か所で結合さ
れている。
器は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、その
機械エネルギーを水中に伝達することにより水中に低周
波の音波を送波している。従来の屈曲振動を利用した電
気音響変換器として、例えば、米国特許第３２７７４３
３号には、図５に示すように圧電振動子１０ａと断面楕
円形状のシェル１ｂから成り、圧電振動子１０ａをシェ
ル１ｂの中に収納し、シェル１ｂの長径部分の一か所に
接着またはボルト締めにより固定する構造であり圧電振
動子１０ａの振動によりシェル１ｂを屈曲振動させ、水
中に超音波を放射する電気音響変換器が開示されてい
る。圧電振動子１０ａの両端に位置するヘッドマス１０
ｃとシェル１ｂの短円弧側の内径面とは一か所で結合さ
れている。
【０００３】図６はシェルの動作状態を示す図である。
図６において、実線はシェルの平衡状態を示し、破線は
シェルの長径部分に太矢印方向に力が加えられた時のシ
ェルの変形の状態を示している。ξａは短径方向におけ
るシェルの変位であり、ξｂは長径方向における変位で
ある。図６からわかるように、この種の電気音響変換器
においては、楕円の長径部分を変位させることにより、
短径部分をさらに大きく変位させて水中に音波を放射す
ることができるのである。
図６において、実線はシェルの平衡状態を示し、破線は
シェルの長径部分に太矢印方向に力が加えられた時のシ
ェルの変形の状態を示している。ξａは短径方向におけ
るシェルの変位であり、ξｂは長径方向における変位で
ある。図６からわかるように、この種の電気音響変換器
においては、楕円の長径部分を変位させることにより、
短径部分をさらに大きく変位させて水中に音波を放射す
ることができるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の電気音響変換器
は、効率良く音波を放射するために、体積速度を大きく
する必要があり、図６からも明らかなようにシェルの短
径の変位ξａに対する長径の変位ξｂの比ξａ／ξｂを
大きくしなければならない。そのためには、シェルの短
径２ａに対する長径２ｂの比ａ／ｂを小さくする必要が
ある。ところが、シェルの短径対長径比ａ／ｂが１のと
き、すなわちシェルの断面が円形状のときが最も静水圧
に対して強いがａ／ｂが小さくなるにしたがって、静水
圧により変形し、押しつぶされてしまう。このため、こ
の変形により、接着またはボルト締めによって、シェル
の内径面と圧電振動子の両先端部とが結合される結合箇
所に引張力が働き、ある一定の変形を越えると前記結合
箇所の剥離または、圧電振動子の破壊を引起すため、音
波の放射効率を保ったまま、耐水圧性を向上させること
は困難であった。
は、効率良く音波を放射するために、体積速度を大きく
する必要があり、図６からも明らかなようにシェルの短
径の変位ξａに対する長径の変位ξｂの比ξａ／ξｂを
大きくしなければならない。そのためには、シェルの短
径２ａに対する長径２ｂの比ａ／ｂを小さくする必要が
ある。ところが、シェルの短径対長径比ａ／ｂが１のと
き、すなわちシェルの断面が円形状のときが最も静水圧
に対して強いがａ／ｂが小さくなるにしたがって、静水
圧により変形し、押しつぶされてしまう。このため、こ
の変形により、接着またはボルト締めによって、シェル
の内径面と圧電振動子の両先端部とが結合される結合箇
所に引張力が働き、ある一定の変形を越えると前記結合
箇所の剥離または、圧電振動子の破壊を引起すため、音
波の放射効率を保ったまま、耐水圧性を向上させること
は困難であった。
【０００５】尚、１つの解決策として、シェル内部に圧
縮空気を送り込み、静水圧に対する圧力保償を行う方法
があるが、ボンベ等を付加する必要があるため、大型化
してしまい、構造も複雑になるという問題点を有するた
め実用的ではなかった。
縮空気を送り込み、静水圧に対する圧力保償を行う方法
があるが、ボンベ等を付加する必要があるため、大型化
してしまい、構造も複雑になるという問題点を有するた
め実用的ではなかった。
【０００６】本発明の目的は、上記した問題点を解決
し、音波の放射効率を保ったまま、耐水圧性の向上が図
れる電気音響変換器を提供するものである。
し、音波の放射効率を保ったまま、耐水圧性の向上が図
れる電気音響変換器を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電振
動子とその両端に設けられたヘッドマスとから成る駆動
部により断面楕円形状の内径面を有するシェルを屈曲振
動させる電気音響変換器において、前記駆動部は、前記
各ヘッドマスがそれぞれ前記シェルの短円弧側の内径面
において互いに対称な位置関係にある２本の線上で接す
るように前記シェル内に配置されていることを特徴とす
る電気音響変換器が得られる。
動子とその両端に設けられたヘッドマスとから成る駆動
部により断面楕円形状の内径面を有するシェルを屈曲振
動させる電気音響変換器において、前記駆動部は、前記
各ヘッドマスがそれぞれ前記シェルの短円弧側の内径面
において互いに対称な位置関係にある２本の線上で接す
るように前記シェル内に配置されていることを特徴とす
る電気音響変換器が得られる。
【０００８】又、本発明によれば、圧電振動子とその両
端に設けられたヘッドマスとから成る駆動部により断面
楕円形状の内径面を有するシェルを屈曲振動させる電気
音響変換器において、前記シェルの短円弧側の内径面に
は金属プレートが取り付けられ、前記各ヘッドマスには
それぞれ２か所の切り欠き溝が設けられ、該切り欠き溝
にロッドが収納され、前記駆動部は、前記ロッドが前記
金属プレートの内径面において互いに対称な位置関係に
ある２本の線上で接するように前記シェル内に配置され
ていることを特徴とする電気音響変換器が得られる。
端に設けられたヘッドマスとから成る駆動部により断面
楕円形状の内径面を有するシェルを屈曲振動させる電気
音響変換器において、前記シェルの短円弧側の内径面に
は金属プレートが取り付けられ、前記各ヘッドマスには
それぞれ２か所の切り欠き溝が設けられ、該切り欠き溝
にロッドが収納され、前記駆動部は、前記ロッドが前記
金属プレートの内径面において互いに対称な位置関係に
ある２本の線上で接するように前記シェル内に配置され
ていることを特徴とする電気音響変換器が得られる。
【０００９】
【実施例】次に本発明の一実施例について図１〜図３を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す縦断
面斜視図である。図１において、圧電振動子１ａは板状
のセラミック素子を多数積層したもので電気的に並列に
接続されており、比較的小さな電圧で大きな変位が得ら
れるようになっている。圧電振動子１ａの両端には、シ
ェル１ｂとなめらかに結合させるためのヘッドマス１ｃ
を接着材等により取付けており、圧電振動子１ａとヘッ
ドマス１ｃにより駆動部を形成している。この駆動部
は、両端に位置する各ヘッドマス１ｃがそれぞれシェル
１ｂの短円弧側の内径面において互いに対称な位置関係
にある２本の線上で接するように前記シェル内に嵌め込
まれ、ヘッドマス１ｃとシェル１ｂとの結合箇所（以
下、結合点と呼ぶ）はシェル１ｂのノード付近に設けて
いる。シェル１ｂの材料は低周波、耐水圧性をはかるた
めに高張力鋼等が一般に用いられている。シェル１ｂに
駆動部を嵌め込む前にシェル１ｂをあらかじめ引き伸ば
し、駆動部を嵌め込んだ後、駆動部に圧縮力が加わるよ
うにする。また、シェル１ｂの両側は楕円形状の側板に
よりフタをされ、水密を保つようになっている。
参照して説明する。図１は本発明の一実施例を示す縦断
面斜視図である。図１において、圧電振動子１ａは板状
のセラミック素子を多数積層したもので電気的に並列に
接続されており、比較的小さな電圧で大きな変位が得ら
れるようになっている。圧電振動子１ａの両端には、シ
ェル１ｂとなめらかに結合させるためのヘッドマス１ｃ
を接着材等により取付けており、圧電振動子１ａとヘッ
ドマス１ｃにより駆動部を形成している。この駆動部
は、両端に位置する各ヘッドマス１ｃがそれぞれシェル
１ｂの短円弧側の内径面において互いに対称な位置関係
にある２本の線上で接するように前記シェル内に嵌め込
まれ、ヘッドマス１ｃとシェル１ｂとの結合箇所（以
下、結合点と呼ぶ）はシェル１ｂのノード付近に設けて
いる。シェル１ｂの材料は低周波、耐水圧性をはかるた
めに高張力鋼等が一般に用いられている。シェル１ｂに
駆動部を嵌め込む前にシェル１ｂをあらかじめ引き伸ば
し、駆動部を嵌め込んだ後、駆動部に圧縮力が加わるよ
うにする。また、シェル１ｂの両側は楕円形状の側板に
よりフタをされ、水密を保つようになっている。
【００１０】図２は駆動部とシェルの結合点を示す拡大
図である。ヘッドマス１ｃの一端は、シェル１ｂのノー
ド付近にのみ結合するよう、半楕円形状をしている。こ
の場合、結合点が２か所必要であるため、少なくともヘ
ッドマス１ｃの半楕円の曲率半径は、断面楕円形状のシ
ェル１ｂの内径面の内、長径方向における内径面を形成
している短円弧の曲率半径よりも大きくする必要があ
る。ヘッドマス１ｃとシェル１ｂは互いに圧縮力を受け
ることにより位置を保持しており、接着等による固定は
行わず、シェルの変形時には、すべりが発生するように
なっている。
図である。ヘッドマス１ｃの一端は、シェル１ｂのノー
ド付近にのみ結合するよう、半楕円形状をしている。こ
の場合、結合点が２か所必要であるため、少なくともヘ
ッドマス１ｃの半楕円の曲率半径は、断面楕円形状のシ
ェル１ｂの内径面の内、長径方向における内径面を形成
している短円弧の曲率半径よりも大きくする必要があ
る。ヘッドマス１ｃとシェル１ｂは互いに圧縮力を受け
ることにより位置を保持しており、接着等による固定は
行わず、シェルの変形時には、すべりが発生するように
なっている。
【００１１】図３は、静水圧印加前後の図２に示される
シェル及びヘッドマスの変形状態を示した図である。解
析は有限要素法（ＦＥＭ）により行った。解析条件はシ
ェル１ｂの長径の長さ５０ｃｍ、短径対長径の比を０．
４５、シェル１ｂの厚さ２ｃｍ、材質は鉄である。図３
の縦軸、横軸はｘｙ座標を示しており、座標の原点
（０，０）はシェル１ｂの長径軸上の内接点である。ま
た、図中の実線はシェル１ｂの平衡状態におけるシェル
１ｂ内側の外形線を示し、点線は静水圧印加時の外形線
を示し、一点鎖線はヘッドマス１ｃの形状を示してい
る。縦軸、横軸は、それぞれ１０ｍｍ区間で目盛りを入
れている。シェル１ｂの長径軸上の点Ｂは静水圧印加時
には点Ｂ′まで移動しており、３．２ｍｍ変形している
ことがわかる。
シェル及びヘッドマスの変形状態を示した図である。解
析は有限要素法（ＦＥＭ）により行った。解析条件はシ
ェル１ｂの長径の長さ５０ｃｍ、短径対長径の比を０．
４５、シェル１ｂの厚さ２ｃｍ、材質は鉄である。図３
の縦軸、横軸はｘｙ座標を示しており、座標の原点
（０，０）はシェル１ｂの長径軸上の内接点である。ま
た、図中の実線はシェル１ｂの平衡状態におけるシェル
１ｂ内側の外形線を示し、点線は静水圧印加時の外形線
を示し、一点鎖線はヘッドマス１ｃの形状を示してい
る。縦軸、横軸は、それぞれ１０ｍｍ区間で目盛りを入
れている。シェル１ｂの長径軸上の点Ｂは静水圧印加時
には点Ｂ′まで移動しており、３．２ｍｍ変形している
ことがわかる。
【００１２】従来方式のようにヘッドマスがシェル上の
点Ｂ一か所に結合していた場合、図からわかるように静
水圧印加時にはその結合点が離れてしまい非接触状態に
なり、駆動部からシェルへ力を伝達することができなく
なる。また、ヘッドマスとシェルが接着されている場合
には結合部にかなり強い引張力が働くことは明白であ
る。一方、本発明の場合には、ヘッドマス１ｃの点αと
結合しているシェル１ｂ上の点Ａは、静水圧印加後には
点Ａ′へ移動しているが、かわりにシェル１ｂ上の点Ｃ
が点Ａと同じ位置に移動しており、ヘッドマス１ｃ上の
点αは常にシェル１ｂと結合している。従って、静水圧
によるシェル１ｂの変形後もヘッドマス１ｃとシェル１
ｂの結合部に発生するすべりにより駆動部へ引張力が発
生せず常に圧縮力が働いており、耐水圧性が向上する。
また、駆動部とシェル１ｂが常に結合しているため駆動
部からシェル１ｂへ力を伝達でき、効率良く音波を放射
できる。
点Ｂ一か所に結合していた場合、図からわかるように静
水圧印加時にはその結合点が離れてしまい非接触状態に
なり、駆動部からシェルへ力を伝達することができなく
なる。また、ヘッドマスとシェルが接着されている場合
には結合部にかなり強い引張力が働くことは明白であ
る。一方、本発明の場合には、ヘッドマス１ｃの点αと
結合しているシェル１ｂ上の点Ａは、静水圧印加後には
点Ａ′へ移動しているが、かわりにシェル１ｂ上の点Ｃ
が点Ａと同じ位置に移動しており、ヘッドマス１ｃ上の
点αは常にシェル１ｂと結合している。従って、静水圧
によるシェル１ｂの変形後もヘッドマス１ｃとシェル１
ｂの結合部に発生するすべりにより駆動部へ引張力が発
生せず常に圧縮力が働いており、耐水圧性が向上する。
また、駆動部とシェル１ｂが常に結合しているため駆動
部からシェル１ｂへ力を伝達でき、効率良く音波を放射
できる。
【００１３】次に、本発明の他の実施例について図４を
参照して説明する。図４は本発明の他の実施例を示す縦
断面図である。図４において、ヘッドマス１ｃは円柱型
のロッド１ｅを収納できるように円型に切りかかれてい
る。この切り欠き溝はロッド１ｅの直径よりも少し大き
めになっており収納されたロッド１ｅは自由に回転でき
る。シェル１ｂは例えばＣＦＲＰ等の強化プラスチック
を用いることにより、小型、軽量化が可能なことが知ら
れている。しかし、強化プラスチック等は金属に比べて
表面が比較的粗いため、ロッド１ｅとの接触による摩擦
を軽減するように、シェル１ｂの短円弧側の内径面にヘ
ッドマスと同等の金属材料で製造したプレート１ｄを接
着等により取付ける必要がある。プレート１ｄの取付領
域は、静水圧によるシェルの変形を考慮して、常にロッ
ド１ｅとプレート１ｄが接触する領域とする。これによ
り、ロッド１ｅはプレート１ｄを介してシェル１ｃと結
合するため、なめらかに結合し、駆動部からの力の伝達
が向上し、摩擦に対する耐久性も向上する。くさび機構
１ｆは圧電素子１ａに挟まれており、ナット１ｇを締め
つけることにより駆動部の全長を微調整できるものであ
る。これにより駆動部をシェル１ｂに嵌め込む作業が簡
単になり、かつ、圧電素子への圧縮力を自由に微調整す
ることが可能となる。本構造においてもシェルのノード
付近を駆動することにより耐水圧性を向上できることは
明白である。尚、本実施例においては、駆動部の駆動素
子として圧電素子を用いているが、これは例えばＴｂ03
Ｄｙ07Ｆｅ2 等から成る磁歪素子であっても良い。
参照して説明する。図４は本発明の他の実施例を示す縦
断面図である。図４において、ヘッドマス１ｃは円柱型
のロッド１ｅを収納できるように円型に切りかかれてい
る。この切り欠き溝はロッド１ｅの直径よりも少し大き
めになっており収納されたロッド１ｅは自由に回転でき
る。シェル１ｂは例えばＣＦＲＰ等の強化プラスチック
を用いることにより、小型、軽量化が可能なことが知ら
れている。しかし、強化プラスチック等は金属に比べて
表面が比較的粗いため、ロッド１ｅとの接触による摩擦
を軽減するように、シェル１ｂの短円弧側の内径面にヘ
ッドマスと同等の金属材料で製造したプレート１ｄを接
着等により取付ける必要がある。プレート１ｄの取付領
域は、静水圧によるシェルの変形を考慮して、常にロッ
ド１ｅとプレート１ｄが接触する領域とする。これによ
り、ロッド１ｅはプレート１ｄを介してシェル１ｃと結
合するため、なめらかに結合し、駆動部からの力の伝達
が向上し、摩擦に対する耐久性も向上する。くさび機構
１ｆは圧電素子１ａに挟まれており、ナット１ｇを締め
つけることにより駆動部の全長を微調整できるものであ
る。これにより駆動部をシェル１ｂに嵌め込む作業が簡
単になり、かつ、圧電素子への圧縮力を自由に微調整す
ることが可能となる。本構造においてもシェルのノード
付近を駆動することにより耐水圧性を向上できることは
明白である。尚、本実施例においては、駆動部の駆動素
子として圧電素子を用いているが、これは例えばＴｂ03
Ｄｙ07Ｆｅ2 等から成る磁歪素子であっても良い。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シェルの駆動点をシェルのノード付近に２か所設けるこ
とにより、従来の電気音響変換器に比べ、音波の放射効
率を保ったまま耐水圧性を向上させることができる。
シェルの駆動点をシェルのノード付近に２か所設けるこ
とにより、従来の電気音響変換器に比べ、音波の放射効
率を保ったまま耐水圧性を向上させることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す縦断面斜視図である。
【図２】駆動部とシェルの結合点を示す部分拡大縦断面
図である。
図である。
【図３】静水圧印加前後の図２に示されるシェル及びヘ
ッドマスの変形状態を示した図である。
ッドマスの変形状態を示した図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す部分拡大縦断面図で
ある。
ある。
【図５】従来の電気音響変換器を示す縦断面斜視図であ
る。
る。
【図６】シェルの動作状態を示した図である。
１ａ 圧電振動子 １ｂ シェル １ｃ ヘッドマス １ｄ プレート １ｅ ロッド １ｆ クサビ機構 １ｇ ナット
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電振動子とその両端に設けられたヘッ
ドマスとから成る駆動部により断面楕円形状の内径面を
有するシェルを屈曲振動させる電気音響変換器におい
て、前記駆動部は、前記各ヘッドマスがそれぞれ前記シ
ェルの短円弧側の内径面において互いに対称な位置関係
にある２本の線上で接するように前記シェル内に配置さ
れていることを特徴とする電気音響変換器。 - 【請求項２】 圧電振動子とその両端に設けられたヘッ
ドマスとから成る駆動部により断面楕円形状の内径面を
有するシェルを屈曲振動させる電気音響変換器におい
て、前記シェルの短円弧側の内径面には金属プレートが
取り付けられ、前記各ヘッドマスにはそれぞれ２か所の
切り欠き溝が設けられ、該切り欠き溝にロッドが収納さ
れ、前記駆動部は、前記ロッドが前記金属プレートの内
径面において互いに対称な位置関係にある２本の線上で
接するように前記シェル内に配置されていることを特徴
とする電気音響変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2030495A JP2674966B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 電気音響交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2030495A JP2674966B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 電気音響交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08214394A JPH08214394A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2674966B2 true JP2674966B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=12023419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2030495A Expired - Lifetime JP2674966B2 (ja) | 1995-02-08 | 1995-02-08 | 電気音響交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2674966B2 (ja) |
-
1995
- 1995-02-08 JP JP2030495A patent/JP2674966B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08214394A (ja) | 1996-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19970610 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
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