JP5512107B2 - 音波発信器 - Google Patents

Description

本発明は、水中や土中で音波を発信する水中音波発信器に関するものであり、例えば海洋工事や土木工事などでの使用に好適なものである。

水中は、気中と違って、媒質の質量が大きく、粘性も高い。そのため、気中で使用するスピーカーを直接水中に沈めても、正常に作動しない。また、袋や箱の中に液密に入れて防水し、水中に沈めれば、スピーカー自体は作動するが、袋や箱内の空気と、その外側の水は音響インピーダンスが違うために大きく減衰し、水の中に伝播する振動はごく僅かになってしまう。

これに対し、水中スピーカーとしてプールなどで使用されているものがあるが、数ｍ程度の水深でしか使用できない。その理由は、スピーカーの振動板には水圧がかかっており、水深が深くなると振動板が水圧で変形し、駆動部のマグネットとコイルの力では振動板を振動できない状態となり、更に水深が深くなって水圧が高くなると破壊に至る。仮に、高い水圧でも変形しないような強固な振動板では、そもそもマグネットとコイルの力で振動板を振動させることができない。

また、潜水艦のソナーや海洋工事での位置決めに使用されるセラミック発信器は、超音波などの高い周波数には向いているものの、低周波の音波には不向きである。
これに対し、下記特許文献１に記載される水中音波発信器は、マグネチック型スピーカーの振動板と駆動部を液密な筐体内に収納し、筐体内部の圧力と外部の水圧を検出し、両者が同じになるように、筐体外部から筐体内部に加圧気体を供給することで、特に振動板の両面の圧力をバランスして音波発信機能を確保しようとするものである。
特開昭６１−８０９９６号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される水中音波発信器は、マグネチック型スピーカーを収納する筐体と別に、加圧気体を筐体内部に供給するためのシステムが必要であり、構造が複雑で大がかりである。また、この特許文献１に記載される水中音波発信器は、マグネチック型スピーカーの振動板の外側に油が充填されているが、油は非圧縮性の液体であるため、振動板が振動しにくく、音波を十分に発信できない。

海洋工事や土木工事では、大深度での工事が多くなってきている。そのような背景で、音波を位置計測や通信などに利用するためには、大深度の水圧に耐えられる性能が要求される。また、土中では、高い周波数ほど減衰が大きいため、低い周波数の音波が望まれるが、前述のようにセラミック型スピーカーは低周波数音波の発信に不向きである。また、建設工事では、ボーリング孔内に沈めて使用する場合もあるので、極力小型であることが望まれるが、そうした意味でも、前記特許文献１に記載の水中音波発信器では実用的でない。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、水中や土中で確実に音波を発信することができ、また可及的に小型化が可能な音波発信器を提供することを目的とするものである。

上記諸問題を解決するため、本発明の音波発信器は、水中や土中で音波を発信するための音波発信器であって、円柱状のマグネットの外周に可動コイルが配設され、前記可動コイルを鉄枠が覆っており、前記可動コイルが巻き付けられた内側筒が、塩化ビニールで構成される振動板に接続された構造のマグネチック型スピーカーと、前記マグネチック型スピーカーの振動板が外周面の一部として液密に取付けられ且つマグネチック型スピーカーの駆動部が液密に収納された筐体とを備え、前記可動コイルを前記マグネットから僅かに離間して配設し、前記鉄枠を前記可動コイルから僅かに離隔して配設し、前記鉄枠の外周面及び端面を前記筐体の内面に接触させることで、前記筐体内にできる空気室の容積を可及的に小さくし、前記筐体からは前記マグネチック型スピーカーに電気信号を印加する信号線のみが引き出されていることを特徴とするものである。
また、前記塩化ビニールで構成される振動板の厚さを変更可能としたことを特徴とするものである。

本発明の音波発信器によれば、マグネチック型スピーカーの振動板を塩化ビニールで構成し、このマグネチック型スピーカーの駆動部を筐体内に液密に収納すると共に、塩化ビニールからなる振動板を筐体の外周面の一部として液密に取付け、可動コイルをマグネットから僅かに離間して配設し、鉄枠を可動コイルから僅かに離隔して配設し、鉄枠の外周面及び端面を筐体の内面に接触させることで筐体内にできる空気室の容積を可及的に小さくしたことにより、水圧がかかっても振動板が変形せず、もって水中や土中で確実に音波を発信することができ、筐体の外部に特別な構成を必要としないことから可及的な小型化が可能となる。

次に、本発明の音波発信器の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１ａは、本発明の音波発信器の第１実施形態を示す断面図である。図中の符号１は、マグネチック型スピーカーの駆動部、符号２は、マグネチック型スピーカーの振動板である。本実施形態の振動板２は、通常のマグネチック型スピーカーの振動板と同じく、軽量且つ機械的な強度、ヤング率、適度な内部損失のある材料、例えばパルプ、絹やカーボンなどの繊維などで構成され、本実施形態の場合には緩やかな円錐状に形成されている。この振動板２は、一般のオーディオ装置のスピーカーシステムと同様に、筐体３の外周面の一部をなすように取付けられているが、本実施形態では、筐体３そのものが水中や土中で使用されるため、振動板２は筐体３に液密に取付けられている。また、筐体３にも振動板２にも、耐水性、防水性、撥水性などが付与されている。

駆動部１は、従来のマグネチック型スピーカーの駆動部と同様に、中心に配設された円柱状のマグネット１１、マグネット１１の外周に、当該マグネット１１から僅かに離間して配設された、一般にボイスコイルと呼ばれる可動コイル１２、可動コイル１２を覆う鉄枠１３を備え、可動コイル１２の内側筒１４が振動板２に接続されている。また、可動コイル１２に音波の電気信号を印加する信号線１５は、液密状態で筐体３の外部に配線されている。信号線１５から電気信号が可動コイル１２に印加されると、可動コイル１２が動く。この可動コイル１２の動きを振動板２に伝播して音波を発信する。なお、信号線１５と筐体３の隙間は、エポキシ剤などを充填して埋めておくのがよい。

振動板２の裏側に相当する筐体３の内部には空気室５が存在しており、この空気室５は、筐体３の外部に設けられたチャンバー４と、チューブ６を介して、気密に連通されている。このチャンバー４は、例えばゴム製の風船などで構成されており、外部の圧力で内部の容積が変化する。例えば、外部圧力が高いほど、内部の容積が小さくなる。従って、図１ｂに示すように、筐体３とチャンバー４を、同じ深度の水中に浸漬すると、水圧によってチャンバー４が潰れて内部容積が小さくなる。チャンバー４の内部容積が小さくなると、内部の圧力が高くなる。そして、チャンバー４は振動板２の筐体内部空間である空気室５に気密に連通しているので、チャンバー４から加圧気体が空気室５に供給され、この圧力と水圧がバランスして振動板２の変形が抑制防止され、もって水中や土中でも確実に音波を発信することができる。

図４は、マグネチック型スピーカーを筐体内に液密に収納しただけの音波発信器である。理解を容易にするために、図１と同等の構成には同等の符号を付す。この音波発信器を水中に浸漬すると、前述のように軽量な、換言すれば機械的強度がさほど大きくない振動板２は、水圧によって変形し、著しい場合には破壊に至る。振動板２が変形したり破壊したりしたのでは、音波を発信することはできない。

このように、本実施形態の音波発信器では、筐体３内にマグネチック型スピーカーの駆動部１を液密に収納すると共に当該筐体３の外周面の一部としてマグネチック型スピーカーの振動板２を液密に取付け、外部圧力によって内部容積が可変なチャンバー４を振動板２の筐体内部空間と気密に連通したことにより、水圧に応じた加圧気体がチャンバー４から振動板２の筐体内部空間に供給され、これにより筐体３の外周面の一部を構成するマグネチック型スピーカーの振動板２の両面の圧力がバランスし、もって水中や土中で確実に音波を発信することができ、チャンバー４以外に特別な構成を必要としないことからボーリング孔に沈めても使用可能なように可及的な小型化が可能となる。

次に、本発明の音波発信器の第２実施形態について、図２を用いて説明する。本実施形態のマグネチック型スピーカーの駆動部１は、前記第１実施形態のものと同様であり、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態では、水深５０ｍ以上に耐えられる強度を有し且つ１ｋＨｚ程度の低周波を発信できる構造とするためにマグネチック型スピーカーの振動板２を塩化ビニールで構成する。塩化ビニールは、化学名ポリ塩化ビニルの、軽量で、或る程度機械的強度の高い物質で、種々の形状に加工できる。本実施形態では、この塩化ビニールを所定厚さの円板状に形成して振動板２とし、これを筐体３の一側面に塩化ビニール系接着剤で液密に固着すると共に、可動コイル１２の内側筒１４も塩化ビニール系接着剤で振動板２に固着する。また、振動板２の内側、つまり筐体内部空間である空気室５の容積を可及的に小さくして、コンパクト化を図る。

このように、本実施形態の音波発信器では、マグネチック型スピーカーの振動板２を塩化ビニールで構成し、このマグネチック型スピーカーの駆動部１を筐体３内に液密に収納すると共に、塩化ビニールからなる振動板２を筐体３の外周面の一部として液密に取付けたことにより、水圧がかかっても振動板２が変形せず、もって水中や土中で確実に音波を発信することができ、筐体３の外部に特別な構成を必要としないことから可及的な小型化が可能となる。
また、筐体３内にできる空気室５の容積を可及的に小さくしたことにより、コンパクト化を図ることができると共に、水圧による振動板２の変形を可及的に抑制防止することができる。

次に、本発明の音波発信器の第３実施形態について、図３を用いて説明する。本実施形態の音波発信器は、前記第２実施形態のものに類似しており、同等の構成も多く含まれる
。そこで、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。本実施形態でも、振動板２が塩化ビニールで構成されているが、本実施形態の振動板２は、筐体３に接着剤で固着されるのではなく、ねじ部材７によって脱着可能に取付けられている。また、振動板２と筐体３の間には、液密のためのゴムパッキン８を介装している。そして、厚さの異なる振動板２を複数用意し、使用される深度に応じて振動板２の厚さを選択できるようにしている。振動板２の厚さを厚くすれば、機械的強度が向上して、水圧に対する許容限界が高くなるので、使用される深度に応じて振動板２の厚さを選択すれば、如何なる深度でも確実に音波を発信することができる。
このように、本実施形態の音波発信器によれば、塩化ビニールで構成される振動板２の厚さを変更可能としたことにより、如何なる深度でも確実に音波を発信することができる。

本発明の音波発信器の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の音波発信器の第２実施形態を示す断面図である。 本発明の音波発信器の第３実施形態を示す断面図である。 従来の音波発信器の断面図である。

符号の説明

１は駆動部、２は振動板、３は筐体、４はチャンバー、５は空気室、６はチューブ、７はねじ部材、１１はマグネット、１２は可動コイル、１３は鉄枠、１４は内側筒

Claims (2)

1. 水中や土中で音波を発信するための音波発信器であって、
   円柱状のマグネットの外周に可動コイルが配設され、前記可動コイルを鉄枠が覆っており、前記可動コイルが巻き付けられた内側筒が、塩化ビニールで構成される振動板に接続された構造のマグネチック型スピーカーと、
   前記マグネチック型スピーカーの振動板が外周面の一部として液密に取付けられ且つマグネチック型スピーカーの駆動部が液密に収納された筐体とを備え、
   前記可動コイルを前記マグネットから僅かに離間して配設し、前記鉄枠を前記可動コイルから僅かに離隔して配設し、前記鉄枠の外周面及び端面を前記筐体の内面に接触させることで、前記筐体内にできる空気室の容積を可及的に小さくし、
   前記筐体からは前記マグネチック型スピーカーに電気信号を印加する信号線のみが引き出されていることを特徴とする音波発信器。
2. 前記塩化ビニールで構成される振動板の厚さを変更可能としたことを特徴とする請求項１に記載の音波発信器。

Images