JP2946605B2 - 電気音響変換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電気音響交換器に関し、特に水中におい
て、音響信号である音波から電気信号への変換比である
受波感度が高く、出力インピーンスの低い受波器として
最適な電気音響変換器に関する。

［従来の技術］ 従来この種の受波器は、第２図または第３図に示すよ
うに構成されている。

第２図において、円筒状圧電体1bの内外の各円周面に
は、電極2cおよび2dが設けられている。圧電体1bの径方
向に分極した圧電振動子3bの両端は、シール5bを介して
エンドキャップ4cおよび4dで封止されている。これによ
り、内部に空気室6bを形成し、圧電振動子3bの呼吸振動
モードにより、音波を電気信号に変換している。

第３図においては、圧電体1cの上下の各端面に電極2e
および2fが設けられている。圧電振動子3cは、円筒状圧
電体1cの軸方向に分極され、その両端にエンドキャップ
4eおよび4fを固着して封止されている。これにより、内
部に空気室6cを形成し、圧電振動子3cの縦振動モードに
より、音波を電気信号に変換している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第２図に示す呼吸振動モードを用いた
受波器は、電極が内外円周面にあるために電極面積が大
きく、よって静電容量が大きい。即ち、インピーダンス
が低いという利点を持つが、出力電圧の方向が分極方向
と同じであり、かつ内部応力の方向と直交するという、
いわゆる機械−電気変換方式が横効果であるため、この
間の変換定数である圧電出力定数、即ち出力電圧の対内
部応力比（以下g31と表現する。）が低く、受波感度が
高くならないという欠点を持っている。

また、第３図に示す縦振動モードを用いた受波器は、
出力電圧、分極および内部応力と全ての方向が同じであ
るために、縦効果の圧電出力定数（以下g33と表現す
る。）となり、g33はg31の約２倍程度高いので、受波感
度は高くなるが電極が上下端面にあるために電極面積が
小さく、インピーダンスが高くなるという欠点がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、受
波感度が高く、出力インピーダンスの低い電気音響変換
器を得ることを目的とし、この目的を達成するために、
軸方向に分極した円環状の圧電体と、前記円環状の圧電
体の内周面に設けられた電極と、前記円環状の圧電体の
外周面に設けられた電極と、円板部と円筒部を有し、円
筒部の外周面が前記圧電体の内周面に設けられた電極に
固着され、かつ、円板部が前記円環状の圧電体の一方の
端面を封止する第１のエンドギャップと、円板部と円筒
部を有し、円筒部の内周面が前記圧電体の外周面に設け
られた電極に固着され、かつ、円板部が前記円環状の圧
電体の他方の端面を封止する第２のエンドキャップから
なる構成としてある。

また、好ましくは、第１のエンドキャップと第２のエ
ンドキャップとの間が封止されるように構成される。

［作用］ 上記構成の電気音響変換器においては、円環状の圧電
体の内周面と外周面との間における軸方向のすべり振動
モードを利用することによって、呼吸振動モードを用い
た受波器と同程度の低インピーダンスで、かつ縦振動モ
ードを用いた受波器より高い受波感度を有する受波器を
実現するようにしている。

［実施例］ 次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図（ａ）は、本発明の一実施例の縦断面図であ
り、第１図（ｂ）は、本発明の一実施例の平面図であ
る。

第１図（ａ）において、軸方向に分極した円環状圧電
体1aの内外の内周面に電極2aおよび2bが設けられてい
る。内周面電極2bには、円板部とこの円板部の中央に形
成された円筒部からなるエンドキャップ4aの円筒部外周
面が固着されている。また、外周面電極2aには、円板部
とこの円板部の周縁に沿って形成された円筒部からなる
エンドキャップ4bの円筒部内周面が固着されている。２
つのエンドキャップ4aおよび4b間の隙間は、外周面をシ
ール5aで封止して、内部に空気室6aを形成している。

この受波器が音波を受けると、２つのエンドキャップ
4aおよび4bは、軸方向に沿った互に逆方向の駆動力を受
け、圧電振動子3aに伝えられた力は圧電振動子の内周面
と外周面との間で、軸方向に沿ったすべり応力として働
く。

圧電体1aは軸方向に分極されており、電極2aおよび2b
は内外円周面にあるため、内周面と外周面の軸方向に沿
ったすべり応力は、すべり振動モードの圧電出力定数
（g15）により電気信号に変換される。変換され電気信
号は、リード線7aおよび7bを介して外部に出力される。

このように、軸方向に分極し、内外円周面に電極を設
けた圧電振動子3aを設け、受波した音波を、圧電振動子
3aの両端面のエンドキャップ4aおよび4bで圧電振動子3a
の内周面と外周面との間に軸方向のすべり応力として働
かせるようにしたこにより、高感度でかつ低インピーダ
ンスの受波器とすることができる。

即ち、内周面と外周面との間における軸方向のすべり
振動モードを利用することによって、呼吸振動モードを
用いた受波器と同程度の低インピーダンスで、かつ縦振
動モードを用いた受波器より高い受波感度を有する受波
器を実現するものである。

ちなみに、すべり振動モードの電圧出力定数（g15）
は、電圧出力定数g33の約1.5倍から２倍程度高いので、
概ねこの比率分程度は受波感度を高くすることができ
る。

［発明の効果］ 以上で説明したように、本発明は、軸方向に分極した
円環状の圧電体と、円環状の圧電体の内周面に設けられ
た第１の電極と、円環状の圧電体の外周面に設けられた
第２の電極と、第１の電極に固着され、かつ円環状の圧
電体の一方の端面を封止する第１のエンドキャップと、
第２の電極に固着され、かつ円環状の圧電体の他方の端
面を封止する第２のエンドキャップとを設けるように構
成されている。

この構成により、円環状の圧電体の内周面と外周面と
の間における軸方向のすべり振動モードを利用すること
で、呼吸振動モードを用いた受波器と同程度の低インピ
ーダンスで、かつ縦振動モードを用いた受波器より高い
受波感度を有する電気音響変換器を得ることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）は、本発明による電気音響変換器の一実施
例を示す縦断面図、 第１図（ｂ）は、本発明による電気音響変換器の一実施
例を示す平面図、 第２図（ａ）は、従来の呼吸振動モードの電気音響変換
器の例を示す縦断面図、 第２図（ｂ）は、従来の呼吸振動モードの電気音響変換
器の例を示す平面図、 第３図（ａ）は、従来の縦振動モードの電気音響変換器
の例を示す縦断面図、 第３図（ｂ）は、従来の縦振動モードの電気音響変換器
の例を示す平面図である。 1a……圧電体 2a、2b……電極 3a……圧電振動子 4a、4b……エンドキャップ 5a、5b……シール 6a……空気室 7a、7b……リード線

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸方向に分極した円環状の圧電体と、 前記円環状の圧電体の内周面に設けられた電極と、 前記円環状の圧電体の外周面に設けられた電極と、 円板部と円筒部を有し、円筒部の外周面が前記圧電体の
   内周面に設けられた電極に固着され、かつ、円板部が前
   記円環状の圧電体の一方の端面を封止する第１のエンド
   キャップと、 円板部と円筒部を有し、円筒部の内周面が前記圧電体の
   外周面に設けられた電極に固着され、かつ、円板部が前
   記円環状の圧電体の他方の端面を封止する第２のエンド
   キャップとからなることを特徴とする電気音響変換器。
2. 【請求項２】前記第１のエンドキャップと前記第２のエ
   ンドキャップとの間が封止されていることを特徴とする
   請求項第１記載の電気音響変換器。