JP5257277B2

JP5257277B2 - 音響トランスデューサ

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Publication number: JP5257277B2
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Inventors: 芳典浜
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Description

本発明は、空中または水中に音波を放射する音響トランスデューサ（電気音響変換器）に関し、特に、低周波数において効率よく音波を放射できる音響トランスデューサに関する。

水などの媒質中に音波を放射する音響トランスデューサは、海洋観測などの分野に使用されている。使用する音波の周波数が低周波になるほど、減衰が少なく伝搬特性が良好で遠距離まで音響放射を行うことができるので、近年では、音響放射面の周囲にある水などの媒質を多く排除することによって低周波の音波を放射する音響トランスデューサが実用化されている。

水中で使用される従来の音響トランスデューサは、ボルト締めランジュバン型トランスデューサ、円筒型トランスデューサ、フレクステンショナル型トランスデューサ、屈曲円板型トランスデューサ、バレルステーブ型トランスデューサなど多くの方式が現用されている。

非特許文献１によれば、図１４（ａ）、（ｂ）に示すボルト締めランジュバントランスデューサ（その形状からトンピルツ型トランスデューサとも呼ばれる）１０１は、複数の円環状圧電振動子１０２を備える振動子モジュール１０３の一方の端面に音響放射板１０４が設けられている。そして、振動子モジュール１０３自体が1／２波長の縦振動する振動モードを用いて音響放射板１０４から音響放射している。
また、図１５（ａ）、（ｂ）に示す円筒型トランスデューサ１１１は、円筒型振動子１１２の外周面に音響放射板１１４が設けられている。そして、円筒型振動子１１２自体の径方向の呼吸振動モード、すなわち円筒の円周長上に１波長の縦振動が形成されるモードを用いて音響放射板１１４から音響放射している。

また、図１６（ａ）、（ｂ）に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１は、振動子そのものの共振を利用して直接水中に音波を放射するのではなく、振動子１２２の振動をその断面が楕円形状の楕円シェルを用いた屈曲音響放射板１２４の屈曲振動に変換して振幅を拡大し、屈曲音響放射板１２４のたわみ振動を利用して振動子１２２の発生する変位を音響放射している。
また、特許文献１によれば、図１７に示す屈曲円板型トランスデューサ１３１は、円板状の振動子１３２を屈曲音響放射板１３４に接着し、屈曲音響放射板１３４のたわみ共振を使用するなどして、振動子１３２の発生する変位を音響放射している。
これらの音響トランスデューサ１２１、１３１は、縦振動よりも低周波数での共振周波数が得やすい屈曲振動を利用した屈曲音響放射板１２４、１３４を用いることにより、多くの媒質を排除することができる。

また、特許文献２によれば、図１８に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、屈曲した音響放射板１４４が外周部に複数配設されており、隣り合う音響放射板１４４との間には隙間ｄ１が設けられている。

一方、空中で一般に使用されている動電型のスピーカ（音響トランスデューサ）は、電磁気力によって振動するコイルの振動をコーン紙に伝えて、コーン紙から音響放射を行っている。
空気への音響放射においては、音響放射インピーダンスが小さいので、紙など軽量の材質で大きな媒質排除体積を確保することが可能である。

特開平５−３４４５８２号公報米国特許第４９２２４７０号明細書

「海洋音響の基礎と応用（海洋音響学会編）」、成山堂書店、平成１６年４月２８日、ｐ．５８−６０

しかしながら、従来の音響トランスデューサでは以下のような問題があった。
図１４に示すボルト締めランジュバントランスデューサ１０１、図１５に示す円筒型トランスデューサ１１１において媒質排除体積を大きくするためには、振動子の長さや径を大きくして音響放射板の変位を大きくする必要があり、音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまうという問題があった。そこで、これらの音響トランスデューサは寸法などの制限から概ね１ｋＨｚ以上の周波数で使用されているのが現状である。

また、図１６に示すフレクステンショナル型トランスデューサ１２１、図１７に示す特許文献１による屈曲円板型トランスデューサ１３１において媒質排除体積を増大させるためには、音響放射板の面積を増加する必要があり、この場合も音響トランスデューサ自体の寸法が大きくなると共に重量が重くなってしまう。
特に、屈曲振動板に質量が大きな圧電セラミックが使用されている場合には、振幅の大きい場所に大きな質量を有する構造になることとなり、低い共振周波数が得られるが、重量が重くなると共に共振周波数の先鋭度が高くなり、広帯域での音響放射には適さないという問題があった。

また、図１８に示すバレルステーブ型トランスデューサ１４１は、隣り合う音響放射板間に隙間が必要なため、水密のために全体をモールドすると、水圧により隙間ｄ１の振動が阻害されて音響放射の効率が低下することがあった。
また、空中で使用されている動電型のスピーカも、媒質排除体積を増大させるためには、より大きなコーン紙を用いることが行われ、結果としてスピーカの寸法が大きくなってしまう。また、圧電スピーカのように圧電振動子を振動板に張り合わせて音響放射する方式の場合においても、媒質排除体積を増大させるためには、振動板の直径を大きくする必要があった。

また、水中航走体や曳航体に音響トランスデューサを装備する場合に、その比重は媒質（水）の比重に近いかむしろ小さいことが望まれる。比重が媒質より大きいと、水中航走体の場合は音響トランスデューサを浮かせるための浮力材を必要とし、浮力体を設けるスペースが無い曳航体の場合は音響トランスデューサが下垂してしまう。従来の低周波数の音響放射が可能な音響トランスデューサには、振動子に圧電セラミックが使用されている割合が多く、その比重は１以上となっている。
また、曳航体に使用される音響トランスデューサは収納時には円筒状に巻かれて収納され、運用時には略直線状で使用されることから、収納時において音響トランスデューサに大きな曲げ応力が加わり、損傷の原因となることがあった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、振動子や音響放射板の形状を大きくせずに音響放射板の周囲にある媒質を効率よく排除できる音響トランスデューサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る音響トランスデューサは、空中または水中などの媒質に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、前記音響トランスデューサの中心部に延在する軸部材と、前記軸部材を中心軸とし軸方向に交互に配列された円筒状の第一および第二の音響放射板と、隣り合う前記第一および第二の音響放射板を連結する複数のリング状の連結部材と、前記軸部材および前記複数の連結部材とそれぞれ連結し振動子が配設された複数の屈曲振動板とを備え、前記第一の音響放射板は軸を含む平面における断面形状が外側に湾曲し、前記第二の音響放射板は軸を含む平面における断面形状が内側に湾曲していることを特徴とする。

本発明によれば、音響放射板や振動子の大きさ大きくせずに第一および第二の音響放射板の周囲にある媒質を効率よく排除できるので、低周波数の音響放射ができると共に音響トランスデューサの小型化および軽量化を実現することができる。

（ａ）は本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す一部断面斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）、（ｂ）は図１に示す音響トランスデューサの動作を説明する図である。第一の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。第一の実施の形態による圧電振動子の他の配設方法を示す図である。第一の実施の形態による圧電振動子の更に他の配設方法を示す図である。第二の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。第二の実施の形態による圧電振動子の配設方法を示す図である。第二の実施の形態による圧電振動子の他の配設方法を示す図である。（ａ）は第三の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。（ａ）は第四の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す音響トランスデューサの動作を説明する図である。（ａ）は第五の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す音響トランスデューサの斜視図である。第五の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。第六の実施の形態による音響トランスデューサの一例を示す図である。（ａ）は従来のボルト締めランジュバン型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。従来の円筒型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。従来のフレクステンショナル型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。従来の屈曲円板型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。従来のバレルステーブ型音響トランスデューサを示す図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。

以下、本発明の第一の実施の形態による音響トランスデューサについて、図１乃至図５に基づいて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、中心部に延在するシャフト（軸部材）２の両端部にエンドプレート３がその法線方向とシャフト２の軸方向を合わせて配設されていて、このエンドプレート３間に円筒状で軸を含む平面における断面形状が外側に湾曲した円筒状の第一の音響放射板４と、円筒状で軸を含む平面における断面形状が内側に湾曲した第二の音響放射板５とが、軸方向をあわせて交互に配列されている。
配列された第一の音響放射板４と第二の音響放射板５との間には、第一の音響放射板４の端部と第二の音響放射板５の端部とを連結するリング状の連結部材６が配設されている。

各連結部材６の内側には、可撓性を有し、連結部材６に内接する円板状の屈曲振動板７が固定されている。各屈曲振動板７はその中心部にシャフト２が貫通し、シャフト２に固定されている。屈曲振動板７の片面には薄板で円環状の圧電振動子（振動子）８が接着されており、この屈曲振動板７と屈曲振動板７の片面に接着された圧電振動子８はユニモルフ構造の屈曲振動モジュール９を構成している。このように構成された音響トランスデューサ１ａの全体は、図示しない合成樹脂などによってモールドされており、周囲の水などの媒質Ｍから電気的に絶縁されている。

第一および第二の音響放射板４、５は、水などの媒質に音波を放射するもので、可撓性のある材料で形成されている。第一および第二の音響放射板４、５は連結部材６を介して屈曲振動板７と連結されている。屈曲振動板７は連結部材６に内接する円板状の部材であることにより、屈曲振動板７の屈曲振動を第一および第二の音響放射板４、５に伝達することができる。
第一および第二の音響放射板４、５は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料はハニカム構造であることが好ましい。
また、屈曲振動板７は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料はハニカム構造または積層構造であることが好ましい。

次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａの動作について説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、圧電振動子８は、所定の印加電圧を受けると印加電圧の方向によって上下方向に変位し、この変位によって圧電振動子８が接着された屈曲振動板７が撓み変位し上下方向に屈曲振動する。そして、屈曲振動板７が屈曲振動することによって、連結部材６によって連結された第一および第二の音響放射板４、５が変位し、周囲の媒質Ｍが排除される。

図２（ａ）に示すように、連結部材６の上側に第一の音響放射板４が配設され、下側に第二の音響放射板５が配設されている部分において、連結部材６に固定された屈曲振動板７の外縁部７ａが下側に変位する場合について説明する。本実施の形態では、シャフト２の軸方向を上下（鉛直）方向として以下説明する。
屈曲振動板７の外縁部７ａが下側に変位すると、連結部材６も下側に変位し、第一の音響放射板４は下端部４ｂが下方に引っ張られ、軸方向の断面形状における曲率（以下、曲率と示す）が浅くなり、外周面が内側に変位することになる。一方、第二の音響放射板５は、上端部５ａが上方から圧縮されて曲率が深くなり、外周面が内側に変位することになる。図中において、変位する前の各部材を点線で示す。

そして、第一および第二の音響放射板４、５は外周面が内側に変位することによって、周囲の媒質Ｍを排除することができる。このとき第一および第二の音響放射板４、５は内向きの媒質排除を行うことになる。

次に、図２（ｂ）に示すように、連結部材６の上側に第一の音響放射板４が配設され、下側に第二の音響放射板５が配設されている部分において、連結部材６に固定された屈曲振動板７の外縁部７ａが上側に変位する場合について説明する。
屈曲振動板７の外縁部７ａが上側に変位すると、連結部材６も上側に変位し、第一の音響放射板４は、下端部４ｂが上方に圧縮されて曲率が深くなり、外周面が外側に変位する。一方、第二の音響放射板５は、上端部５ａが上方に引っ張られ、曲率が浅くなり外周面が外側に変位する。
そして、第一および第二の音響放射板４、５は外周面が外側に変位し、外向きの媒質排除を行うことになる。

そして、圧電振動子８の振動によって屈曲振動板７が上下交互に変位することによって、第一および第二の音響放射板４、５が内側と外側へ交互に変位し媒質排除を行う。
このとき、第一および第二の音響放射板４、５の共振周波数と屈曲振動板７の共振周波数とを等しく設定する。このように設定することにより、第一および第二の音響放射板４、５の変位と屈曲振動板７の変位とを重畳させることができ、より大きな媒質排除を行うことができる。

ここで、隣り合う屈曲振動板７の各変位方向が同一であると、第一および第二の音響放射板４、５は、各上端部が下方へ圧縮されると各下端部が下方に引っ張られ、また、各上端部が上方に引っ張られると各下端部が上方に圧縮されるため、上下方向への変位をもたらすのみで、その外周面の曲率が変化せず、媒質排除がほとんど起こらないことになる。
そこで、屈曲振動板７の変位方向が、その上下に配設された屈曲振動板７の変位方向と互いに逆方向となるように圧電振動子８を配設することによって、第一および第二の音響放射板４、５の外周面の曲率を変化させて、媒質排除を効率的に行うことができる。

次に、屈曲振動板７の変位方向が、その上下に配設された屈曲振動板７の変位方向と互いに逆方向にするための屈曲振動板７と圧電振動子８の配設方法について説明する。
図３に示すように、上面に分極方向が上向きの圧電振動子８ａが接着された屈曲振動板７と、上面に分極方向が下向きの圧電振動子８ｂが接着された屈曲振動板７とを交互に配設する。
このように、屈曲振動板７および圧電振動子８ａ、８ｂを配設することによって、上下方向に隣り合う圧電振動子８の変位方向を逆にすることができる。なお、各屈曲振動板７の上面でなく下面に圧電振動子８ａ、８ｂを配設してもよい。

また、図４に示すように、上面に分極方向が上向きの圧電振動子８ａが接着された屈曲振動板７を配列し、上下の圧電振動子８ａ間の接続を上下反転させる。このように屈曲振動板７および圧電振動子８ａを配設することによって、上下方向に隣り合う圧電振動子８の変位方向を逆にすることができる。なお、各屈曲振動板７の上面に分極方向が下向きの圧電振動子８ｂを接着してもよいし、各屈曲振動板７の下面に分極方向が上向きまたは下向きに統一された圧電振動子８ｂを接着してもよい

また、図５に示すように、上面に分極方向が上向きの圧電振動子８ａが接着された屈曲振動板７と、下面に分極方向が下向きの圧電振動子８ｂが接着された屈曲振動板７とを交互に配設してもよい。
なお、上述した屈曲振動板７と圧電振動子８の配設方法に限定されず、屈曲振動板７に対する圧電振動子８の位置や、圧電振動子８の分極方向、各圧電振動子８間の接続のうち１つ以上を調整して隣り合う屈曲振動板７の変位方向を互いに逆方向となるようにすればよい。

次に、第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａの作用効果について、図面を用いて説明する。
第一の実施の形態による音響トランスデューサ１ａは、円筒状で軸を含む平面における断面形状が外側に湾曲した円筒状の第一の音響放射板４と、円筒状で軸を含む平面における断面形状が内側に湾曲した第二の音響放射板５とが交互に配列し、屈曲振動板７の変位により第一および第二の音響放射板４、５は変位してその曲率が変化するので、平面上や軸方向の断面形状が径方向に湾曲していない円筒状の音響放射板を備える従来の音響トランスデューサと比べて、媒質Ｍの排除体積を多くすることができ、低周波数の音響放射を実現できる作用効果を奏する。
また、隣り合う屈曲振動板７の変位方向が互いに逆方向となるように圧電振動子８が配設されているので、第一および第二の音響放射板４、５の曲率を変化させて媒質Ｍの排除体積を大きくすることができる。

また、屈曲振動板７に圧電振動子８を接着することにより、屈曲振動板７が屈曲振動するので、縦振動よりも共振周波数を低くすることができ、出力周波数を低くすることができる。
また、第一および第二の音響放射板４、５の軸方向の断面形状を径方向に湾曲させ、圧電振動子８の変位によってその曲率を変化させて媒質排除を行っているので、第一および第二の音響放射板４、５や圧電振動子８の形状を大きくする必要がなく、音響トランスデューサ１ａの小型化および軽量化を図ることができる。
また、第一および第二の音響放射板４、５は、合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されて、この材料はハニカム構造とすることにより、第一および第二の音響放射板４、５を軽量でかつ強度が確保された部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
また、屈曲振動板７は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料はハニカム構造または積層構造とすることにより、屈曲振動板７を軽量でかつ強度が確保された部材とすることができ、音響トランスデューサ１ａの軽量化を図ることができる。
また、シャフト２の両端部にはエンドプレート３が設けられていることにより、第一および第二の音響放射板４、５の内側に水などの媒質が流入することを防ぐことができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図６に示すように、第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂは、各屈曲振動板１７の上面と下面の両側に圧電振動子１８が接着されており、この屈曲振動板１７と屈曲振動板１７の両面に接着された圧電振動子１８はバイモルフ構造の屈曲振動モジュール１９を構成している。
このとき、第一の実施の形態と同様に圧電振動子１８は、屈曲振動板１７の変位方向がその上下に配設された屈曲振動板７の変位方向と互いに逆方向となるように配設される。

例えば、図７に示すように、分極方向が上向きの圧電振動子１８ａを上面および下面に接着した屈曲振動板１７と、分極方向が下向きの圧電振動子１８ｂを上面および下面に接着した屈曲振動板１７とを交互に配設する。
また、図８に示すように、屈曲振動板１７の上面と下面とで異なる向きの圧電振動子１８ａ、１８ｂを配設し、圧電振動子１８ａ、１８ｂ間の接続を変えて、隣り合う屈曲振動板１７の変位方向が互いに逆方向となるように調整する。
なお、上述した圧電振動子１８の配設方法に限らず、圧電振動子１８の分極方向、各圧電振動子１８間の接続のうち１つ以上を調整して隣り合う屈曲振動板１７の変位方向を互いに逆方向となるようにすればよい。

第二の実施の形態による音響トランスデューサ１ｂによれば、屈曲振動板１７の両面に圧電振動子１８が接着されているので、第一の実施の形態と比べて確実に屈曲振動板１７を屈曲振動させることができるので、第一及び第二の音響放射板１４、１５による媒質排除を効率的に行うことができる。

図９（ａ）、（ｂ）に示すように、第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃは、複数の短冊状の屈曲振動板２７がシャフト２２を中心に所定角度をおいて放射状に配設されている。屈曲振動板２７はシャフト２２および連結部材２６と連結されており、片面もしくは両面に短冊状の圧電振動子２８が接着されている。この屈曲振動板２７と圧電振動子２８とで短冊状の屈曲振動モジュール２９が構成される。
図１に示す第一の実施の形態による円板状の屈曲振動板７と円環状の圧電振動子８とからなる屈曲振動モジュール９では、円周方向に剛性が大きくなり、屈曲振動板７の変位を妨げることがある。
そこで、第三の実施の形態による音響トランスデューサ１ｃによれば、短冊状の屈曲振動モジュール２９とすることにより、第一の実施の形態による屈曲振動モジュール９と比べて径方向の剛性を小さくすることができ、屈曲振動板２７の変位を大きくすることができ、音響放射板２４、２５による媒質排除体積を大きくすることができる。
また、円板状の屈曲放射板と比べて、屈曲振動板２７および屈曲振動板２７に備える圧電振動子２８の設置量を少なくすることができるので、音響トランスデューサ１ｃの軽量化を図ることができる。

図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄは、隣り合う屈曲振動板３７間に円環状または矩形状の圧電振動子３８が積層されて形成された駆動モジュール３９が配設されている。駆動モジュール３９は隣り合う屈曲振動板３７を連結しており、屈曲振動板３７のシャフト３２近傍に設けられている。
駆動モジュール３９は圧電振動子３８が電圧を受けると伸縮する構造であり、隣り合う駆動モジュール３９の伸縮方向は互いに逆方向とし、隣り合う屈曲振動板３７の変位が互いに逆方向となるようにする。
隣り合う駆動モジュール３９の伸縮方向が互いに逆方向となるようにするには、例えば、駆動モジュール３９は分極方向が上方向と下方向の２種類の圧電振動子３８が交互に積層された構造とする。また、例えば、駆動モジュール３９は分極方向が上方向または下方向に統一された圧電振動子３８が積層されて、これらの圧電振動子３８の接続線を反転させる構造とする。このように、隣り合う駆動モジュール３９の伸縮方向が異なるように分極方向や接続方向を調整して圧電振動子３８を積層する。

そして、駆動モジュール３９の長さが縮小する場合には、図１０（ｂ）に示すように屈曲振動板３７どうしが近づく方向に変位し、二つの連結部材３６は接近してその間の第二の音響放射板３５は内側に撓み曲率が増加する変位をして内向きの媒質排除を行う。そして、それに隣り合う第一の音響放射板３４は内側に引き伸ばされ曲率が浅くなる変位をして内向きの媒質排除を行う。
また、駆動モジュール３９の長さが伸長するときには、屈曲振動板３７どうしが離れる方向に変位し、二つの連結部材３６は離隔してその間の第二の音響放射板３５は外側に引き伸ばされ曲率が浅くなる変位をして外向きの媒質排除を行う。そして、それに隣り合う第一の音響放射板３４は外側に屈曲し曲率が深くなる変位をして外向きの媒質排除を行う。

第四の実施の形態による音響トランスデューサ１ｄによれば、屈曲振動板３７のシャフト３２近傍に配設された駆動モジュール３９が隣り合う屈曲振動板３７を連結しているので、屈曲振動板３７は中心のシャフト３２近傍よりも、連結部材３６のある外縁部が大きく変位するので、駆動モジュール３９の変位を拡大させて第一および第二の音響放射板３４、３５に伝達することができる。

図１１（ａ）に示すように、第五の実施の形態による音響トランスデューサ１ｅでは、シャフト４２にはヒンジ５１が設けられている。
シャフト４２にヒンジ５１が設けられていることによって、シャフト４２は軸方向に一直線ではなく曲率を持つ構造に変形でき、音響トランスデューサ１ｅを軸方向に一直線ではなく図１１（ｂ）に示すような曲率を持つ構造に変形できる構成とすることができる。
曳航体のようにチューブ内に音響トランスデューサを収納する場合に、音響トランスデューサに曲げ応力が加わることが多く、従来の音響トランスデューサは可撓性が無いために、この曲げ力が音響トランスデューサの損傷の原因となることがあった。
そこで、第五の実施の形態による音響トランスデューサ１ｅでは、シャフト４２にヒンジ５１を備えることによって、音響トランスデューサ１ｅを軸方向に一直線ではなく曲率を持つ構造に変形でき、音響トランスデューサの収納時の曲げ応力を吸収し、音響トランスデューサ１ｅの損傷を防ぐことができる。

図１２に示すように、第六の実施の形態による音響トランスデューサ１ｆは、エンドプレート６３および連結部材６６の外縁部が第一および第二の音響放射板６４、６５の外縁部よりも大きい形状をしている。
曳航体のようにチューブ内に音響トランスデューサを収納する場合に、チューブに音響放射板が接すると音響放射特性が変化して好ましくない。
そこで、第六の実施の形態による音響トランスデューサ１ｆによれば、エンドプレート６３および連結部材６６の外縁部を第一および第二の音響放射板６４、６５の外縁部より大きくすることにより第一及び第二の音響放射板６４、６５がチューブなどと接触することを回避することができる。

図１３に示すように、第七の実施の形態による音響トランスデューサ１ｇは、シャフト７２の両端部にエンドプレートの代わりに内側に圧電振動子７８を備える屈曲振動板７７が設けられている。シャフト７２の両端部に設けられた屈曲振動板７７は第一の音響放射板７４または第二の音響放射板７５と連結されている。シャフト７２の両端部に設けられた屈曲振動板７７と第一または第二の音響放射板７４、７５とは、図示しないが連結部材を介して連結されてもよい。
なお、シャフト７２の両端部以外に設けられた屈曲振動板７７は片面だけでなく両面に圧電振動子を備えてもよい。
第七の実施の形態による音響トランスデューサ１ｇによれば、シャフト７２の両端部に配設された屈曲振動板７７の屈曲振動により媒質排除を行うことができ、第一の実施の形態と比べて媒質排除体積を大きくすることができる。

本発明の活用例として、水中に音響を放射する送波器として利用することが考えられる。

以上、本発明による音響トランスデューサの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、シャフトの両端部にエンドプレートまたは屈曲振動板を設けて第一および第二の音響放射板の内側には周囲の媒質Ｍが侵入しない構造としたが、シャフトの両端部にエンドプレートや屈曲振動板を設けずに内部に媒質Ｍを流入させて水柱共振型の音響トランスデューサに適用してもよい。
また、上記の実施の形態では、第一及び第二の音響放射板、また屈曲振動板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていて、この材料をハニカム構造または積層構造としているが、金属などその他の材料で形成されてもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ音響トランスデューサ
２、２２、３２、４２、７２シャフト（軸部材）
３、６３エンドプレート
４、１４、２４、３４、６４、７４第一の音響放射板
５、１５、２５、３５、６５、７５第二の音響放射板
６、２６、３６、６６連結部材
７、１７、２７、３７、７７屈曲振動板
８、１８、２８、３８、７８圧電振動子（振動子）
５１ヒンジ

Claims

空中または水中などの媒質に音波を放射する音響トランスデューサにおいて、
前記音響トランスデューサの中心部に延在する軸部材と、
前記軸部材を中心軸とし軸方向に交互に配列された円筒状の第一および第二の音響放射板と、
隣り合う前記第一および第二の音響放射板を連結する複数のリング状の連結部材と、
前記軸部材および前記複数の連結部材とそれぞれ連結し振動子が配設された複数の屈曲振動板とを備え、前記第一の音響放射板は軸を含む平面における断面形状が径方向外側に湾曲し、前記第二の音響放射板は軸を含む平面における断面形状が径方向内側に湾曲していることを特徴とする音響トランスデューサ。
前記振動子は隣り合う前記屈曲振動板を互いに逆方向に変位させることを特徴とする請求項１に記載の音響トランスデューサ。
前記軸部材の両端部にはエンドプレートが設けられていて、配列された前記第一および第二の音響放射板のうち端部に位置する前記第一の音響放射板または前記第二の音響放射板と連結していることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
前記エンドプレートおよび前記連結部材の外縁部は前記第一および第二の音響放射板の外縁部よりも外側に位置していることを特徴とする請求項３に記載の音響トランスデューサ。
前記軸部材の両端部には前記屈曲振動板および前記連結部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は前記連結部材に内接する円板状の部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は前記軸部材を中心に所定角度をおいて放射状に配列された短冊状の部材であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は片面に前記振動子を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は両面に前記振動子を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は隣り合う前記屈曲振動板を連結し軸方向に伸縮する振動子を前記軸部材近傍に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記第一および第二の音響放射板の共振周波数と前記屈曲振動板の共振周波数とが等しいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記第一および第二の音響放射板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記第一および第二の音響放射板はハニカム構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板は合成樹脂または合成樹脂を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記屈曲振動板はハニカム構造または積層構造の材料で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記軸部材は中間部にヒンジを有することを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の音響トランスデューサ。
前記媒質と接する面が合成樹脂でモールドされていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載の音響トランスデューサ。