JPH0124476B2 - - Google Patents

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JPH0124476B2
JPH0124476B2 JP57065034A JP6503482A JPH0124476B2 JP H0124476 B2 JPH0124476 B2 JP H0124476B2 JP 57065034 A JP57065034 A JP 57065034A JP 6503482 A JP6503482 A JP 6503482A JP H0124476 B2 JPH0124476 B2 JP H0124476B2
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JP
Japan
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piezoelectric
piezoelectric sheet
electrodes
vibrators
sheet
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Expired
Application number
JP57065034A
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English (en)
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JPS58182396A (ja
Inventor
Katsumi Sugiuchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0688Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF
    • B06B1/0696Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction with foil-type piezoelectric elements, e.g. PVDF with a plurality of electrodes on both sides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水中超音波を送受波する送受波器に関
し、特に圧電振動子(電歪振動子を含む)を層状
に重ねて形成した水中用送受波器に関する。
第1図aは従来の水中用送受波器の平面図、同
図bはその縦断面図である。但し、圧電磁器振動
子2、振動子2に電圧を供給する導線及び水密ケ
ーブル3は外部からは見えないが、本図aでは実
線で描いてある〔以下、第2図a、第3図aにお
いても同じ〕。圧電磁器振動子2はジルコン酸チ
タン酸鉛系磁器材料等からなる。この圧電磁器振
動子2は、一つの面に正電極を他方の面に負電極
をそれぞれ備え、水密性保持のため音波透過性の
よい音響ゴム、合成樹脂等の絶縁性モールド材1
でモールドされている。この従来の水中用送受波
器において2ビーム以上の指向性ビームは、複数
の圧電磁気振動子2の選択、組合せにより得てい
た。この際特に指向性の副極大を抑制する必要が
ある場合及び或る圧電磁気振動子2を2以上のビ
ームに共用して指向性ビームを合成する場合には
各圧電磁器振動子2の出力をシエーデイングし、
加算する指向性合成回路を付加していた。第1図
の例においては本発明の実施例との比較を容易に
するため、従来技術による圧電磁器振動子2を音
圧傾度型(振動子の前面と後面との音圧差を利用
する方式)として使用した送受波器の場合につい
て示してある。
このような送受波器で用いる圧電磁器振動子2
は磁器であるから、固有音響インピーダンスが約
25×106Kg/m2・secであり、水の値約1.5×106
Kg/m2・secと比較して非常に大きく、音波が透
過しない。そこで、圧電磁器振動子2はビーム方
向に重ねて配列できない。したがつて、多数の振
動子を配列して複数の指向性ビームを形成するに
は振動子群4を複数個同一平面上に別々に配列し
なければならなかつた。第2図は2つの振動子群
4,5を備えるこの従来の送受波器を示し、本図
aは平面図、bは本図aのB―B′面断面図、c
は本図aのC―C′面断面図である。この従来方式
では各指向性ビームの音響中心位置がずれ、斜方
向の音波の放射又は入射の場合、位相差を生じこ
れを補正する電子回路が必要であつた。又寸法、
重量が大きくなるとともに製造価格が高くなつて
しまう欠点があつた。
本発明の目的は、高分子圧電材料等の振動子の
音波透過性が非常に良好である特性を利用して、
振動子を2層以上に重ね合せることにより、2つ
以上の指向性ビームを位相差なしに合成でき、小
形、軽量で製造費の低廉な水中用送受波器を提供
するにある。
本発明による水中用送受波器の構成は、固有音
響インピーダンスが水に近似する高分子圧電部材
からなる圧電シートと、この圧電シートの表およ
び裏にそれぞれ設けてある少なくとも2個の正お
よび負の電極と、この電極に電圧を加える導体と
からなる層状部材を絶縁薄層を介して少なくとも
2個積層して前記圧電シートと前記電極とからな
る少なくとも2個の振動子の前記層状部材で合成
される少なくとも2個の指向性ビームを相互にほ
ぼ同位相に形成することとを特徴とする。
次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第3図aは本発明の一実施例を示す平面図、同
図bはその断面図である。ポリフツ化ビニリデン
(PVDF)、ポリメチルグルタート(PMG)等の
高分子圧電材料からなる圧電シート6,7の表裏
両面に正と負で対をなす電極8,9をそれぞれ設
ける。これら対電極8,9の形状寸法、配列間隔
及び配列個数は形成する指向性ビームにより定ま
る。この圧電シートを正電極8及び負電極9にそ
れぞれ極性を合せて分極すると、圧電シート6,
7には所要の形状、寸法、配列間隔及び配列個数
の圧電振動子が形成される。本実施例では、圧電
シート6には6個、圧電シート7には5個の圧電
振動子が形成されている。各振動子の正電極8及
び負電極9からは電気端子が、圧電シート6,7
の表裏両面上をパターン又はリード線にて取り出
される。この場合パターンにて取り出すことが正
負の対電極と同じ厚みにできる点で望ましい。各
圧電振動子からの電気端子は各々独立して取り出
すことも、圧電シート上で並列接続して共通電気
端子として取り出すことも可能である。これらは
形成しようとする指向性ビームにより決定され
る。電気端子は圧電シート6,7の端部からまと
めて取り出される。本実施例では、圧電シート
6,7から共通電気端子10,11及び12,1
3としてそれぞれ取り出した場合について示して
ある。通常の方法で製造される圧電シート6,7
の厚みは10〜30μmであるが、感度を高くしたい
場合は、特殊な方法で圧電シート6,7の厚みを
数100μm程度まで厚くするか、10〜30μmの同一
圧電シートを所要の厚みとなる枚数積層し電気的
に直列接続すればよい。
圧電シート6と、これに設けた電極8,9と、
これら電極を相互に接続する導線と、端子10,
11とで第1の層状部材14を構成し、圧電シー
ト6とこれに設けた電極8,9等とから第2の層
状部材15を構成する。両層状部材は絶縁薄層1
6〜19で覆われて層状に重ねられる。絶縁薄層
16〜19はマイラシート、高分子圧電シート等
の絶縁シートを接着するか、又は絶縁コーテイン
グ材等を塗布して形成される。この場合絶縁薄層
17,18はいずれか一方を省略してもよい。電
気端子10,11及び12,13は水密ケーブル
3に接続される。さらに、電気端子10〜13と
水密ケーブル3との電気的接続部の絶縁処置及び
層状部材14,15の機械的強度,耐候性の向上
のため、音波の透過性の良好な音響ゴム,合成樹
脂等の絶縁モールド材1でモールドされる。
このような構造の送受波器は、圧電シートを構
成する高分子圧電材料の固有音響インピーダンス
が2.3×106Kg/m2・sec(PVDF)で水の値約1.5×
106Kg/m2・secに非常に近い値であるため、音波
はほとんど損失なく透過する。固有音響インピー
ダンスが水に近似する圧電シートは高分子材料と
圧電磁器材料の微粉末との複合圧電材でも構成で
き、この圧電材の固有音響インピーダンスが約4
×106Kg/m2・sec程度のものも得られており、高
分子圧電材料よりは透過損失が増加するが、実用
における圧電シートの厚みでは透過損失は実際上
問題なくすることができる。(従来圧電磁器振動
子の材料として一般に使用されているジルコン酸
チタン酸鉛系磁器では固有音響インピーダンスが
約25×106Kg/m2・secで高分子圧電材料の約10倍
の値である。)また、電極8,9は銀電極を焼付
けた場合数ミクロン程度の厚さに形成できるか
ら、音波透過上ほとんど障害とならない。このた
め音波は層状部材14,15をほとんど損失なく
透過し、層状部材14,15それぞれの表裏両面
に圧電シート6,7の厚み寸法と使用周波数にお
ける音波の波長により定まる音圧差が生じる。こ
の音圧差により圧電シート6,7に歪が発生し各
圧電振動子の正電極8と負電極9の間に電気出力
が発生する(昭和53年特許願第103524号には一層
詳しい記載がある)。
このようにして圧電シート6,7に平面配列し
た圧電振動子の形状、寸法、配列間隔及び配列数
により定まる指向性ビームが層状部材14,15
それぞれで合成される。本実施例では圧電シート
6に配列された圧電振動子の配列寸法が圧電シー
ト7の場合よりも大きいから、層状部材14の指
向性は層状部材15のそれよりもビーム幅におい
て鋭くなる。このように本発明による送受波器は
積層される層状部材の種類数またはそれ以上の指
向性ビームを形成することができ、しかも各層状
部材は極く近接しているから形成された指向性ビ
ーム間には実質上位相差はない。
本発明によれば、以上説明したところから明ら
かなように、高分子圧電部材の圧電シートの音波
透過性が非常に良好で、且つ、圧電シートを2層
以上に容易に重ね合せることができる特性を利用
することにより、相互に位相差がない複数の指向
性ビームを形成でき、小形で製造費の低廉な水中
用送受波器を得ることができる。さらに、圧電振
動子が重ならなければ合成できないような指向性
を容易に得ることができるという効果もある。ま
た、高分子圧電材料又は複合圧電材料からなる圧
電シートは、従来使用されていた圧電磁器振動子
に比較して比重が小さく所要の厚み寸法での成形
加工及び多積層することが容易であるから、軽量
で、かつ任意の送受波感度を得ることが容易であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来の水中用送受波器の平面図、同
図bはそのA―A′面断面図、第2図aは従来の
他の水中用送受波器を示す平面図、同図b及びc
はそのB―B′面及びC―C′面の断面図、第3図a
は本発明の一実施例を示す平面図、同図bはその
D―D′面断面図である。 1……絶縁性モールド材、2……圧電磁器振動
子、3……水密ケーブル、4,5……振動子群、
6,7……圧電シート、8……正電極、9……負
電極、10,11,12,13……電気出力端
子、14,15……層状部材、16,17,1
8,19……絶縁薄層。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 固有音響インピーダンスが水に近似する高分
    子圧電部材からなる圧電シートと、この圧電シー
    トの表および裏にそれぞれ設けてある少なくとも
    2個の正および負の電極と、この電極に電圧を加
    える導体とからなる層状部材を絶縁薄層を介して
    少なくとも2個積層して前記圧電シートと前記電
    極とからなる少なくとも2個の振動子の前記層状
    部材で合成される少なくとも2個の指向性ビーム
    を相互にほぼ同位相に形成することを特徴とする
    水中用送受波器。
JP6503482A 1982-04-19 1982-04-19 水中用送受波器 Granted JPS58182396A (ja)

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JPS6265596A (ja) * 1985-09-17 1987-03-24 Furuno Electric Co Ltd 超音波送受波器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5841348A (ja) * 1981-09-04 1983-03-10 Fujitsu Ltd 超音波探触子

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