JP2836272B2 - 電気音響変換器 - Google Patents

電気音響変換器

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JP2836272B2
JP2836272B2 JP3057542A JP5754291A JP2836272B2 JP 2836272 B2 JP2836272 B2 JP 2836272B2 JP 3057542 A JP3057542 A JP 3057542A JP 5754291 A JP5754291 A JP 5754291A JP 2836272 B2 JP2836272 B2 JP 2836272B2
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史典 赤間
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気音響変換器に関し、
特に広い周波数範囲にわたって平坦な電気音響変換特性
を有し、かつ耐水圧性の良好な水中音響用の電気音響変
換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、広い周波数範囲にわたって平坦な
電気音響変換特性を有する電気音響変換器は、図3に示
すような31モード縦振動で動作する圧電体10aと、
未分極のテーパ部10bおよびヘッド部10cから成る
圧電体の音響放射面に、1層の固有音響インピーダンス
が1.8×106 〜6.5×106 Kg/m2 ・sec
の音響整合層11を設けたものか、図4に示すようなト
ンピルツ型振動子のフロントマス14に、前述した特性
を有する音響整合層16を設けたものを複数個配列した
構造を有していた。ここで、固有音響インピーダンス
は、その物体の密度ρ〔Kg/m3 〕と音速C〔m/s
ec〕との積ρCで表現され、従ってその単位は〔Kg
/m2 ・sec〕となる。
【0003】図4において、複数の圧電素子12は、音
響整合層16を配設したフロントマス14と、リアマス
13間にボルト15で緊締される構造となっている。
【0004】図3の第一例の振動子は、圧電体10aに
信号電圧を印加すると圧電体10aが縦方向(テーパ
部、ヘッド部方向)に振動し、ヘッド部10cの端面か
ら音響整合層11を介して音波が海水等の音響伝搬媒質
に放射される。この時、音響整合層11は、音響伝搬媒
質としての海水の固有音響インピーダンス(音速×密度
で表わされる)との差を小さくし、音響インピーダンス
整合を確保して高い電気音響変換能率と広周波数範囲に
わたる平坦な電気音響変換特性の確保に利用される。
【0005】図4の第二例の振動子も、図3の場合と振
動のモードは異なるが、音響整合層16の動作特性は図
3の場合と同様な高くかつ広い周波数範囲の電気音響変
換能率が確保される。
【0006】これら電気音響変換器を高水圧下で使用す
る場合には、筺体内に振動子を配列した後、海水と略等
しい音響インピーダンスを呈する音響油を充填し、かつ
筺体内外の内外圧バランスが確保される構造を採ってい
た。
【0007】図5は、図3の第一例の振動子の配列例を
示す側面図(a)および側面図(a)のB矢視図、図6
は、図4の第二例の振動子の配列例を示す側面図であ
る。
【0008】図5の場合は、圧電体10a,テーパ部1
0bおよびヘッド部10cからなる3つの振動子が配列
用フレーム17と接着剤18でノード部を保持し、また
図6の場合はフロントマス14をスペーサ19を介して
配列用フレーム20とネジ21で保持した状態を示して
いる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の広帯域
性の電気音響変換器では、図3に示した構造の場合は圧
電体の形状が複雑となって加工が困難であり、また図4
に示したトンピルツ型振動子の場合は部品点数が多くな
り、組立に手間がかかると云う問題がある。
【0010】また、振動子を効率良く用いるためには、
振動子の振動ノード付近もしくはトンピルツ型振動子の
フロントマス部等を保持する必要がある。これらの保持
に関しては、図5および図6に示す如く配列用フレーム
等を設けなければならず、配列ピッチを小さくとる事が
困難であり、100KHz以上の高周波数化が難しいと
云う問題がある。
【0011】さらに、耐水圧性を向上させるために前述
した如く音響油を充填すると、振動子の音響放射面と外
面を覆う保護用のゴムカバー、いわゆるゴムブーツとの
間に介在する音響油が音響レンズとなり、このため指向
性が音響放射面とゴムブーツとの距離により変化して性
能再現性が劣化するという問題がある。
【0012】本発明の目的は上述した欠点を除去し、高
周波数化と性能再現性の向上を図った電気音響変換器を
提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の電気音響変換器
は、長手方向に分極し両端面に電極を配設した角柱もし
くは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬媒質との音響
インピーダンス整合をとる前記圧電体の電極に隣接し固
有音響インピーダンスが12×10 6 から5×10 6
g/m 2 ・secの範囲にあるホウケイ酸ガラスの材料
を使用した第1の整合層とこの第1の整合層に成層圧着
された固有音響インピーダンスが5×10 6 から2×1
6 kg/m 2 ・secの範囲にあるエポキシ樹脂およ
びウレタン樹脂の材料を使用した第2の整合層とこの第
2の整合層に成層圧着された固有音響インピーダンスが
2.3×10 6 から1.8×10 6 kg/m 2 ・sec
の範囲にある前記第2の整合層と同質の材料を使用した
第3の整合層とを有する音響整合層と、前記圧電体の他
方の電極に隣接して固有音響インピーダンスが2×10
6 から1.8×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にある
ウレタン樹脂の材料を使用した第1の不整合層とこの第
1の不整合層に成層圧着された固有音響インピーダンス
が40×10 6 から45×10 6 kg/m 2 ・secの
範囲にある制振合金の材料を使用した第2の不整合層と
を有する音響不整合層とを備えた圧電振動子を複数個配
列し、配列周囲にバッフル部材を配置して全体をモール
ド材でモールドして配列中心線方向を振動方向とした構
造を有する。
【0014】また、本発明の電気音響変換器は、長手方
向に分極し両端面に電極を配設した角柱もしくは丸棒の
圧電体の一方の電極に音響伝搬媒質とのインピーダンス
整合をとる前記圧電体の電極に隣接し固有音響インピー
ダンスが12×10 6 から5×10 6 kg/m 2 ・se
cの範囲にあるホウケイ酸ガラスの材料を使用した第1
の整合層とこの第1の整合層に成層圧着された固有音響
インピ ーダンスが5×10 6 から2×10 6 kg/m 2
・secの範囲にあるエポキシ樹脂およびウレタン樹脂
の材料を使用した第2の整合層とこの第2の整合層に成
層圧着された固有音響インピーダンスが2.3×10 6
から1.8×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にある前
記第2の整合層と同質の材料を使用した第3の整合層と
を有する音響整合層と、前記圧電体の他方の電極に隣接
して固有音響インピーダンスが2×10 6 から1.8×
10 6 kg/m 2 ・secの範囲にあるウレタン樹脂の
材料を使用した第1の不整合層とこの第1の不整合層に
成層圧着された固有音響インピーダンスが40×10 6
から45×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にある制振
合金の材料を使用した第2の不整合層とを有する音響不
整合層とを備えた前記音響整合層および前記音響不整合
層が一層の平板状に形成された圧電振動子であり前記圧
電振動子の周囲にバッフル部材を配置して全体をモール
ド材でモールドして配列中心線方向を振動方向とした構
造を有する。
【0015】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
【0016】図1は、本発明の第一の実施例の縦断面図
である。
【0017】図1の実施例は、2つの音響不整合層5,
6の上に圧電振動子1を配列し、3つの音響整合層2,
3および4を圧電振動子1の上に積層した全体をベース
8の上にバッフル板7とともに固定し、モールド材9で
モールドした構造である。
【0018】音響整合層2,3および4は、それぞれホ
ウケイ酸ガラス,エポキシ樹脂およびウレタン樹脂で構
成され、それぞれの固有音響インピーダンスは、12×
106 〜5×106 ,5×106 〜2×106 ,2.3
×106 〜1.8×106 〔Kg/m2 ・sec〕の範
囲の連続的なものを使用して整合状態を形成している。
【0019】また2つの音響不整合層5,6はそれぞ
れ、固有音響インピーダンスが2×106 〜1.8×1
6 〔Kg/m2・sec〕のウレタン樹脂と、音響イ
ンピーダンスが40×106 〜45×106 〔Kg/m
2 ・sec〕の制振合金(鉄系またはニッケル系)の大
きく異る値のものを積層して不整合状態を形成してい
る。
【0020】このように、音響整合層として圧電振動子
1と伝搬媒質たる水との間に介在して音響インピーダン
スの整合をとる少なくとも1層、本実施例では3層の音
響整合層2,3,4は、固有音響インピーダンスが1.
8×106〜12×106 の範囲をほぼ連続的に確保し
てインピーダンス整合をとるように多層とし、また音響
不整合層としては固有音響インピーダンスが1.8×1
6 〜2.3×106 の樹脂材料と、固有音響インピー
ダンスが40×106 〜45×106 の金属材料を交互
に積層した2層もしくは4層を利用している。音響不整
合層は、水の固有音響インピーダンスに近い樹脂材料と
遠い金属材料を積層して音響の伝搬を抑圧することを目
的とし、従って樹脂−金属−樹脂の組合せでは減衰はす
るものの伝搬を可能としてしまうので、樹脂−金属の組
合せを2層もしくは4層として利用する。
【0021】図2は、本実施例の第二の実施例の縦断面
図である。
【0022】この第二の実施例では、図1の如く音響整
合層2,3および4と音響不整合層5,6が個個の圧電
振動子1に固着されるのではなく、平板状の音響整合層
2a,3aおよび4aと不整合層5a,6aがすべての
圧電振動子にわたって固着された構造となっている。
【0023】このようにして、圧電振動子1の一方の電
極に多層の音響整合層を設けることによって使用周波数
範囲を広帯域とすることが可能となるとともに、他方の
電極には音響不整合を設けてベースに直接固着すること
ができて配列用フレームの使用を不要とし、100KH
z以上の高周波域での使用が可能となる。
【0024】また、内部に音響油を充填する必要がない
ので、音響油によるレンズ効果も発生せず再現性も著し
く向上させることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、長手方向
に分極し両端面に電極を配設した圧電振動子の一方の電
極に少なくとも1層の音響整合層を設けることにより使
用周波数範囲を高帯域にすることが可能になるととも
に、圧電振動子の他方の電極に音響不整合層を設けるこ
とにより圧電振動子をベースに直接固着することができ
て配列用フレームが不要となり、100KHz以上の高
周波数域での使用が可能となると云う効果を有する。
【0026】また、内部に音響油を充填する必要がない
ため指向性の再現性が良くなると云う効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例の縦断面図である。
【図2】本発明の第二の実施例の縦断面図である。
【図3】従来の振動子の第一例を示す縦断面図である。
【図4】従来の振動子の第二例を示す縦断面図である。
【図5】図3の振動子の配列例を示す側面図(a)およ
び図5(a)のA矢視図(b)である。
【図6】図4の振動子の配列例を示す側面図である。
【符号の説明】
1 圧電振動子 2,3,4,2a,3a,4a 音響整合層 5,6,5a,6a 音響不整合層 7 バッフル板 8 ベース 9 モールド材 10a 振動子部 10b テーパー部 10c ヘッド部 11 音響整合層 12 圧電振動子 13 リアマス 14 フロントマス 15 ボルト 16 音響整合層 17 配列用フレーム 18 接着剤 19 スペーサ 20 配列用フレーム 21 ネジ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長手方向に分極し両端面に電極を配設し
    た角柱もしくは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬媒
    質との音響インピーダンス整合をとる前記圧電体の電極
    に隣接し固有音響インピーダンスが12×10 6 から5
    ×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にあるホウケイ酸ガ
    ラスの材料を使用した第1の整合層とこの第1の整合層
    に成層圧着された固有音響インピーダンスが5×10 6
    から2×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にあるエポキ
    シ樹脂およびウレタン樹脂の材料を使用した第2の整合
    層とこの第2の整合層に成層圧着された固有音響インピ
    ーダンスが2.3×10 6 から1.8×10 6 kg/m
    2 ・secの範囲にある前記第2の整合層と同質の材料
    を使用した第3の整合層とを有する音響整合層と、前記
    圧電体の他方の電極に隣接して固有音響インピーダンス
    が2×10 6 から1.8×10 6 kg/m 2 ・secの
    範囲にあるウレタン樹脂の材料を使用した第1の不整合
    層とこの第1の不整合層に成層圧着された固有音響イン
    ピーダンスが40×10 6 から45×10 6 kg/m 2
    ・secの範囲にある制振合金の材料を使用した第2の
    不整合層とを有する音響不整合層とを備えた圧電振動子
    を複数個配列し、配列周囲にバッフル部材を配置して全
    体をモールド材でモールドして配列中心線方向を振動方
    向としたことを特徴とする電気音響変換器。
  2. 【請求項2】 長手方向に分極し両端面に電極を配設し
    た角柱もしくは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬媒
    質とのインピーダンス整合をとる前記圧電体の電極に隣
    接し固有音響インピーダンスが12×10 6 から5×1
    6 kg/m 2 ・secの範囲にあるホウケイ酸ガラス
    の材料を使用した第1の整合層とこの第1の整合層に成
    層圧着された固有音響インピーダンスが5×10 6 から
    2×10 6 kg/m 2 ・secの範囲にあるエポキシ樹
    脂およびウレタン樹脂の材料を使用した第2の整合層と
    この第2の整合層に成層圧着された固有音響インピーダ
    ンスが2.3×10 6 から1.8×10 6 kg/m 2
    secの範囲にある前記第2の整合層と同質の材料を使
    用した第3の整合層とを有する音響整合層と、前記圧電
    体の他方の電極に隣接して固有音響インピーダンスが2
    ×10 6 から1.8×10 6 kg/m 2 ・secの範囲
    にあるウレタン樹脂の材料を使用した第1の不整合層と
    この第1の不整合層に成層圧着された固有音響インピー
    ダンスが40×10 6 から45×10 6 kg/m 2 ・s
    ecの範囲にある制振合金の材料を使用した第2の不整
    合層とを有する音響不整合層とを備えた前記音響整合層
    および前記音響不整合層が一層の平板状に形成された圧
    電振動子であり前記圧電振動子の周囲にバッフル部材を
    配置して全体をモールド材でモールドして配列中心線方
    向を振動方向としたことを特徴とする電気音響変換器。
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