JP3413536B2 - 液圧駆動型水中音源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソーナーや通信などの
応用分野において、海などの水中で音波なかでも特に低
周波音を送波する液圧駆動型水中音源装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術】音波は、水中において電波や光に比較して
伝搬中の吸収減衰が少なく、特に低周波音域ではこの傾
向が顕著であり、伝搬距離が数kmから数百kmと遠達性が
高い。そのため、ソーナーや通信などの分野で制御可能
な低周波音源のニーズが高まっている。

【０００３】水中音源装置には、動電型、圧電型、ピス
トン共振型または液圧駆動型などがあるが、波形制御が
可能であること、大出力が可能であること、１０〜３０
０Hzの広い周波数帯域を持っていること、特に１００Hz
以下の低周波音において有効利用できること、３０Hz以
下の超低周波音も送信可能であることなどの理由から液
圧駆動型の開発が望まれている。

【０００４】液圧駆動型水中音源装置とは、加圧された
液の圧力により振動板を往復動して発生した低周波音を
水中に送波する装置である。液圧制御により振動板を往
復動しているため、振動板のストロークを大きくするこ
とができ、大出力が可能となる。

【０００５】液圧駆動型水中音源装置には、特開昭５５
−９１９９や特開昭６３−９１０００がある。

【０００６】図６（ａ）は、特開昭５５−９１９９に示
される液圧駆動型水中音源装置の概略図である。

【０００７】ハウジング２１には、シール２６を介して
振動板２２が設けられ、また、駆動ピストン２４ａによ
り駆動領域２８ａ，２８ｂが構成されている。

【０００８】バルブ２５から給排される圧液により、駆
動ピストン２４ａが駆動領域２８ａ，２８ｂ内を往復動
すると、駆動ピストン２４ａに一体に形成されたピスト
ン２４と、ピストン２４に一体に形成された振動板２２
とが連動して振動し、水中に低周波音が送波される。

【０００９】ハウジング２１と振動板２２との間には空
洞２３が形成されており、空洞２３には気体が封入さ
れ、水圧と等しい圧力がかけられている。

【００１０】図６（ｂ）は、特開昭６３−９１０００に
示される液圧駆動型水中音源装置の概略図である。

【００１１】ハウジング３１は空洞３３を有し、空洞３
３には大径部３５ａを有する駆動ピストン３５および放
射板３２に連結されたピストン３４が摺動可能に設けら
れている。また、ハウジング３１は環状溝３７を有し、
大径部３５ａにより環状溝３７ａ，３７ｂに分けられて
いる。

【００１２】ハウジング３１、放射板３２、バルブ３６
により音響部３８が構成され、音響部３８は図示しない
ハウジング内に設置されている。ここで、放射板３２は
この図示しないハウジングに屈曲し得るように取り付け
られる。

【００１３】バルブ３６から給排される圧液により、大
径部３５ａを有する駆動ピストン３５が往復動し、その
往復動により発生した圧力は空洞３３を介してピストン
３４に伝えられて放射板３２が振動し、水中に低周波音
が送波される。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図６（ａ）に示す従来
例は、振動板２２が直接水に振動を与えることにより、
水中に低周波音を送波する液圧駆動型水中音源装置であ
り、図６（ｂ）に示す従来例は、水中に低周波音を送波
する放射板３２と放射板３２に振動振幅を伝えるピスト
ン３４が一体に連結されている液圧駆動型水中音源装置
である。

【００１５】これらの従来例は、振動板２２または放射
板３２の振動を直接水に伝えて音波を送波するものであ
る。

【００１６】図６（ａ）に示す従来例では、シール性の
問題がある。シール２６とハウジング２１内面との間に
海中の泥などが侵入したり、ハウジング２１内面の摺動
部が海水で腐食されると、振動板２２がスムーズに摺動
できなくなり、有効な低周波音を送波することができな
くなる。

【００１７】また、図６（ｂ）に示す従来例では、放射
板３２は、大きな水圧に耐えるため板厚を大きくする必
要があるが、放射板３２の周辺部はハウジング２１に固
定されているため、放射板３２の振幅を大きくしようと
すると、ピストン３４の駆動に大きな力が必要になると
ともに、放射板３２に大きな曲げ応力が発生し、疲労破
壊が発生しやすい。

【００１８】さらに、放射板３２の撓み分しか振幅でき
ないため、ピストン３４のストロークを大きく取ること
ができる液圧駆動型水中音源装置の利点を有効に使って
いないなどの欠点を有している。

【００１９】そこで、本発明の目的は、液圧駆動型水中
音源装置の利点を有効に使いつつ、装置の小型化やシー
ル性の向上を図り、安定した有効な低周波を送波するこ
とができる液圧駆動型水中音源装置を提供することにあ
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、水中に配置され内部に密閉空間を形成する
スピ−カボックスと、スピ−カボックスの少なくとも一
面に穿設された開口部を覆うように配設されその音響イ
ンピーダンスが水に近い弾性膜と、弾性膜と仕切部材に
より区画形成される液体室と、仕切部材と連設され内部
が液体室と連通するガイドチューブと、ガイドチューブ
内で摺動自在に設けられた放射板と、放射板に連結され
たピストンロッドと、ピストンロッドを往復動自在に支
承する液圧シリンダと、ピストンロッドを往復駆動させ
る圧液を液圧シリンダに給排するコントロールバルブと
からなるものである。

【００２１】また、本発明は、前記弾性膜をスピ−カボ
ックスの相対する面に設けるようにしてもよい。

【００２２】

【作用】本発明によれば、コントロールバルブにより制
御されて液圧シリンダに給排される圧液によりピストン
ロッドが往復駆動されると、ピストンロッドに連結され
た放射板がガイドチューブ内で摺動して、液体室に充填
された液体に音波を送信する。スピ−カボックスの開口
部に覆うように設けられた弾性膜の音響インピーダンス
は水に近いので、液体室中の音波は弾性膜を透過し水中
に送波される。

【００２３】また、スピ−カボックスの相対する面に一
対の前記弾性膜が設けられた場合も同様にして一対の前
記弾性膜を通して、同期して水中に音波が送波される。

【００２４】ここで、音響インピーダンスとは、無限に
広い媒質内を伝播する平面波における音圧と粒子速度と
の比で、密度ρと音速ｃとの積に等しい。

【００２５】したがって、音響インピーダンスの大きく
異なる媒質には、音波は反射または吸収されてしまい、
音波が伝わりにくいが、音響インピーダンスの近い媒質
には、反射または吸収が少なく、音波が伝わり易い。

【００２６】本発明は、この音波の性質を利用しようと
するものである。

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００２７】図１は、本発明の液圧駆動型水中音源装置
の一実施例の側面断面図である。

【００２８】まず、図１に基づいて本実施例の構成を述
べる。

【００２９】図１において、液圧駆動型水中音源装置１
６は、スピーカボックス１と、弾性膜２および液体室３
からなる音響伝達部１７と、放射板６、ピストンロッド
７、液圧シリンダ１０およびコントロールバルブ８から
なる液圧駆動部１８とから構成される。

【００３０】密閉空間を形成するスピーカボックス１の
一面には、シール部９を介して弾性膜２が張設されてい
る。

【００３１】スピーカボックス１には、チタン材やステ
ンレス材など海中で腐食しにくい材質が使用またはコー
ティングされている。

【００３２】弾性膜２には、ゴムやビニールなど音響イ
ンピーダンスが水（特に海水）に近い材質が使用されて
いる。

【００３３】液体室３は、弾性膜２と仕切部材４により
区画形成されている。

【００３４】また、液体室３と内部が連通するようにガ
イドチューブ５が仕切部材４に連設され、ガイドチュー
ブ５内に放射板６が摺動自在に設けられている。

【００３５】液体室３には、放射板６がガイドチューブ
５内で滑らかに摺動するように油やシリコン油などの潤
滑性を有する液体が充填されている。

【００３６】ピストンロッド７は、放射板６に連結され
ているとともに液圧シリンダ１０により支承されてい
る。

【００３７】ピストンロッド７は大径部７ｃを有し、大
径部７ｃは液圧シリンダ１０の内壁に摺接し、液圧シリ
ンダ１０は、この大径部７ｃにより前後のシリンダ室１
０ａ，１０ｂに分割されている。

【００３８】これら前後のシリンダ室１０ａ，１０ｂへ
の圧液の流入出をコントロールバルブ８により調節す
る。

【００３９】また、液圧駆動部１８は、支持台１８ａに
よりスピーカボックス１内に支持されている。

【００４０】また、本装置１６を実際に水中で使用する
場合、図には示していないが、放射板２の反力により本
装置１６が動かないようポール等に強固に固定される。

【００４１】図５はシール部９の側面断面図である。

【００４２】図５に示すように、スピーカボックス１は
ボルト１２ａにより仕切部材４に連結され、さらに弾性
膜２は仕切部材４とリング状の押え金物１１とにより挟
持され、リング状の押え金物１１はボルト１２ｂによ
り、弾性膜２の孔１４ａを通して仕切部材４に止着され
ている。

【００４３】また、リング状の押え金物１１と弾性膜２
との接触面に凸部を設けてもよい。

【００４４】スピーカボックス１と仕切部材４との接触
面および弾性膜２と仕切部材４との接触面にはＯリング
１３ａ，１３ｂが設けられてシールされる。

【００４５】弾性膜２に穿設された孔１４ｂには、弾性
膜２の振動による弾性膜２のズレを抑えるためのピン１
５が、その先端部が仕切部材４に嵌着するように挿入さ
れている。

【００４６】次に本実施例の作用について述べる。

【００４７】コントロールバルブ８により圧液の流入出
を制御して、液圧シリンダ１０のシリンダ室１０ａ，１
０ｂに給排することでピストンロッド７の往復駆動が制
御される。

【００４８】ピストンロッド７が往復駆動すると、ピス
トンロッド７に連結された放射板６が、ガイドチューブ
５内で摺動し、液体室３に充填された液体に音波を放射
する。

【００４９】液体室３に充填された液体は、その音響イ
ンピーダンスが水（特に海水）に近いため、放射板６の
振動により放射される音波を透過させる。

【００５０】弾性膜２は、その音響インピーダンスが液
体室３に充填された液体および水（特に海水）に近い
め、液体室３に充填された液体を透過した音波を水中に
透過させる。

【００５１】ここで、液体室３に充填された液体を例え
ばシリコン油とすると、その音響インピーダンスρ１ｃ
１は、０．９７×１０⁶ Ｎ・ｓ・ｍ^-3である。

【００５２】また、弾性膜２を例えば合成ゴムとすれ
ば、その音響インピーダンスρ２ｃ２は１．６０×１０
⁶ Ｎ・ｓ・ｍ^-3である。

【００５３】海水（ここでは塩分を３％含む海水）の音
響インピーダンスρｃは１．５４×１０⁶ Ｎ・ｓ・ｍ^-3
である。

【００５４】このように、音響インピーダンスρ１ｃ
１，ρ２ｃ２，ρｃが非常に近い値であれば、放射板６
により液体室３に充填された液体に放射される音波は、
あたかも直接水に放射されたかのように水中に送波され
る。

【００５５】ちなみに、乾燥空気の音響インピーダンス
は、４２８．６Ｎ・ｓ・ｍ^-3であり、塩分を３％含む海
水の音響インピーダンスρｃと略１０^-4倍も異なるた
め、空気と海水の間では、音波は反射される割合が高く
非常に伝わりにくい。

【００５６】また、ステンレスなどのように耐蝕性があ
り、かつその音響インピーダンスが音響インピーダンス
ρ１ｃ１，ρｃと一桁違う程度であれば、弾性膜２とし
て金属板を用いることも可能である。例えばステンレス
の音響インピーダンスは、４５．７×１０⁶ Ｎ・ｓ・ｍ
^-3である。

【００５７】ただし、弾性膜２の代りに金属板を用いる
場合には、その透過損失，剛性および共振点などを考慮
してその厚さを選定する必要がある。

【００５８】図２は本発明の他の実施例の側面断面図で
ある。

【００５９】なお、図１と同様の部材には共通の符号を
用いており、その説明は省略する。

【００６０】図２に示した実施例は、スピーカボックス
１の相対する面に一対の弾性膜２ａ，２ｂを設け、それ
ぞれの弾性膜２ａ，２ｂに液体室３ａ，３ｂおよび液圧
駆動部を設けたものである。

【００６１】この場合、ピストンロッド７ａ，７ｂはコ
ントロールバルブ８ａ，８ｂにより同期して往復駆動す
るように制御される。

【００６２】図３（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施例
の側面断面図である。

【００６３】なお、図１と同様の部材には共通の符号を
用いており、その説明は省略する。

【００６４】図３（ａ）に示した実施例は、スピーカボ
ックス１の相対する面に一対の弾性膜２ａ，２ｂを設
け、仕切部材４により区画形成される液体室３を共有す
るものである。

【００６５】液体室３の略中央部にガイドチューブ５が
液体室３と連通するよう仕切部材４に連設され、ガイド
チューブ５内に放射板６を摺動自在に設けることにより
液圧駆動部１８が形成される。

【００６６】液体室３には、その音響インピーダンスが
海水の音響インピーダンスρｃに近い液体が充填されて
いるため、放射板６の振動により放射される音波は、そ
の音響インピーダンスが海水の音響インピーダンスρｃ
に近い弾性膜２ａ，２ｂを透過して、同期して水中に送
波される。

【００６７】なお、液圧駆動部１８は、図示しない支持
台により支持されている。

【００６８】また、図３（ｂ）のように、二つの液圧駆
動部１８の間に仕切板１９を設けて、液体室３を二つの
液体室３ａ，３ｂに分けるようにしてもよい。

【００６９】図３（ａ）および図３（ｂ）では、液圧駆
動部１８が二つ設けられているが、液圧駆動部１８を一
つにしてもよい。

【００７０】図４は、本発明の他の実施例の外観を示し
た鳥瞰図である。

【００７１】なお、図１と同様の部材には共通の符号を
用いており、その説明は省略する。

【００７２】図４において、スピーカボックス１の三対
の相対する面のうち、いずれか二対の相対する面にそれ
ぞれ一対の弾性膜２ａ〜２ｄ（計四枚）が設けられてお
り、その側面断面図は、図２，図３（ａ）または図３
（ｂ）に示す実施例と同様なものとなる。

【００７３】液体室３には、その音響インピーダンスが
海水の音響インピーダンスρｃに近い液体が充填されて
いるため、放射板６の振動により放射される音波は、そ
の音響インピーダンスが海水の音響インピーダンスρｃ
に近い弾性膜２ａ〜２ｄを透過して、同期して水中に送
波される。

【００７４】液圧駆動部１８は、図２，図３（ａ）また
は図３（ｂ）に示されるように二つ設けてもよいし、一
つにしてもよい。また、弾性膜の枚数と同数設けるよう
にしてもよい。

【００７５】なお、本発明の液圧駆動型水中音源装置
は、上述の実施例のみに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加え得る
ことは勿論である。

【００７６】

【発明の効果】以上本発明によれば、液圧駆動型水中音
源装置１６は、スピーカボックス１と、弾性膜２および
液体室３からなる音響伝達部１７と、振動板６、ピスト
ンロッド７、液圧シリンダ１０、コントロールバルブ８
からなる液圧駆動部１８とからなり、液体室３には、そ
の音響インピーダンスが水の音響インピーダンスに近い
液体が充填され、弾性膜２には、その音響インピーダン
スが水の音響インピーダンスに近い材質が使用されてい
るため、次のような優れた効果を発揮する。

【００７７】請求項１記載の発明においては、 （１）放射板６により放射される音波をあたかも直接水
に放射したかのように、安定した音波として送波でき
る。 （２）弾性膜２の柔軟性が高いため、放射板６のストロ
ークを大きく取ることができ、大出力が可能となるなど
の液圧駆動型の利点を有効に利用できる。

【００７８】また、請求項２によれば、上記（１）およ
び（２）に加えて、 （３）スピーカボックス１の相対する面に音響伝達部１
７を設けたことにより、放射板６の反力を打消すことが
できる。 （４）したがって、ポール等に強固に固定する必要がな
くなり本装置の実施が容易になる。 （７）より球状音源に近付けることができ、安定した音
響的な出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液圧駆動型水中音源装置の一実施例を
示す側面断面図である。

【図２】本発明の液圧駆動型水中音源装置の他の実施例
を示す側面断面図である。

【図３】（ａ）は、本発明の液圧駆動型水中音源装置の
他の実施例を示す側面断面図である。（ｂ）は、図３
（ａ）に示す実施例の他の実施例を示す側面断面図であ
る。

【図４】本発明の液圧駆動型水中音源装置の他の実施例
の外観を示した鳥瞰図である。

【図５】本発明の液圧駆動型水中音源装置に用いるシー
ル部の側面断面図である。

【図６】（ａ）は、従来の液圧駆動型水中音源装置を示
す概略図である。（ｂ）は、従来の液圧駆動型水中音源
装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１ スピーカボックス ２ 弾性膜 ３ 液体室 ４ 仕切部材 ５ ガイドチューブ ６ 放射板 ７ ピストンロッド ８ コントロールバルブ １０ 液圧シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神戸 喜一郎 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川 島播磨重工業株式会社 東２テクニカル センタ−内 (56)参考文献 特開 平６−121391（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−24693（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04R 23/00 330 H04R 1/44 310 H04R 1/44 330

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に配置され内部に密閉空間を形成す
   るスピ−カボックスと、スピ−カボックスの少なくとも
   一面に穿設された開口部を覆うように配設されその音響
   インピーダンスが水に近い弾性膜と、弾性膜と仕切部材
   により区画形成される液体室と、仕切部材と連設され内
   部が液体室と連通するガイドチューブと、ガイドチュー
   ブ内で摺動自在に設けられた放射板と、放射板に連結さ
   れたピストンロッドと、ピストンロッドを往復動自在に
   支承する液圧シリンダと、ピストンロッドを往復駆動さ
   せる圧液を液圧シリンダに給排するコントロールバルブ
   とからなることを特徴とする液圧駆動型水中音源装置。
2. 【請求項２】 前記弾性膜がスピ−カボックスの相対す
   る面に配設されたことを特徴とする請求項１記載の液圧
   駆動型水中音源装置。