JPH04293398A - 電気音響変換器 - Google Patents
電気音響変換器Info
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- JPH04293398A JPH04293398A JP5754291A JP5754291A JPH04293398A JP H04293398 A JPH04293398 A JP H04293398A JP 5754291 A JP5754291 A JP 5754291A JP 5754291 A JP5754291 A JP 5754291A JP H04293398 A JPH04293398 A JP H04293398A
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電気音響変換器に関し、
特に広い周波数範囲にわたって平坦な電気音響変換特性
を有し、かつ耐水圧性の良好な水中音響用の電気音響変
換器に関する。
特に広い周波数範囲にわたって平坦な電気音響変換特性
を有し、かつ耐水圧性の良好な水中音響用の電気音響変
換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、広い周波数範囲にわたって平坦な
電気音響変換特性を有する電気音響変換器は、図３に示
すような３１モード縦振動で動作する圧電体１０ａと、
未分極のテーパ部１０ｂおよびヘッド部１０ｃから成る
圧電体の音響放射面に、１層の固有音響インピーダンス
が１．８×１０６ 〜６．５×１０６ Ｋｇ／ｍ２ ・
ｓｅｃの音響整合層１１を設けたものか、図４に示すよ
うなトンピルツ型振動子のフロントマス１４に、前述し
た特性を有する音響整合層１６を設けたものを複数個配
列した構造を有していた。ここで、固有音響インピーダ
ンスは、その物体の密度ρ〔Ｋｇ／ｍ３ 〕と音速Ｃ〔
ｍ／ｓｅｃ〕との積ρＣで表現され、従ってその単位は
〔Ｋｇ／ｍ２ ・ｓｅｃ〕となる。
電気音響変換特性を有する電気音響変換器は、図３に示
すような３１モード縦振動で動作する圧電体１０ａと、
未分極のテーパ部１０ｂおよびヘッド部１０ｃから成る
圧電体の音響放射面に、１層の固有音響インピーダンス
が１．８×１０６ 〜６．５×１０６ Ｋｇ／ｍ２ ・
ｓｅｃの音響整合層１１を設けたものか、図４に示すよ
うなトンピルツ型振動子のフロントマス１４に、前述し
た特性を有する音響整合層１６を設けたものを複数個配
列した構造を有していた。ここで、固有音響インピーダ
ンスは、その物体の密度ρ〔Ｋｇ／ｍ３ 〕と音速Ｃ〔
ｍ／ｓｅｃ〕との積ρＣで表現され、従ってその単位は
〔Ｋｇ／ｍ２ ・ｓｅｃ〕となる。
【０００３】図４において、複数の圧電素子１２は、音
響整合層１６を配設したフロントマス１４と、リアマス
１３間にボルト１５で緊締される構造となっている。
響整合層１６を配設したフロントマス１４と、リアマス
１３間にボルト１５で緊締される構造となっている。
【０００４】図３の第一例の振動子は、圧電体１０ａに
信号電圧を印加すると圧電体１０ａが縦方向（テーパ部
、ヘッド部方向）に振動し、ヘッド部１０ｃの端面から
音響整合層１１を介して音波が海水等の音響伝搬媒質に
放射される。この時、音響整合層１１は、音響伝搬媒質
としての海水の固有音響インピーダンス（音速×密度で
表わされる）との差を小さくし、音響インピーダンス整
合を確保して高い電気音響変換能率と広周波数範囲にわ
たる平坦な電気音響変換特性の確保に利用される。
信号電圧を印加すると圧電体１０ａが縦方向（テーパ部
、ヘッド部方向）に振動し、ヘッド部１０ｃの端面から
音響整合層１１を介して音波が海水等の音響伝搬媒質に
放射される。この時、音響整合層１１は、音響伝搬媒質
としての海水の固有音響インピーダンス（音速×密度で
表わされる）との差を小さくし、音響インピーダンス整
合を確保して高い電気音響変換能率と広周波数範囲にわ
たる平坦な電気音響変換特性の確保に利用される。
【０００５】図４の第二例の振動子も、図３の場合と振
動のモードは異なるが、音響整合層１６の動作特性は図
３の場合と同様な高くかつ広い周波数範囲の電気音響変
換能率が確保される。
動のモードは異なるが、音響整合層１６の動作特性は図
３の場合と同様な高くかつ広い周波数範囲の電気音響変
換能率が確保される。
【０００６】これら電気音響変換器を高水圧下で使用す
る場合には、筺体内に振動子を配列した後、海水と略等
しい音響インピーダンスを呈する音響油を充填し、かつ
筺体内外の内外圧バランスが確保される構造を採ってい
た。
る場合には、筺体内に振動子を配列した後、海水と略等
しい音響インピーダンスを呈する音響油を充填し、かつ
筺体内外の内外圧バランスが確保される構造を採ってい
た。
【０００７】図５は、図３の第一例の振動子の配列例を
示す側面図（ａ）および側面図（ａ）のＢ矢視図、図６
は、図４の第二例の振動子の配列例を示す側面図である
。
示す側面図（ａ）および側面図（ａ）のＢ矢視図、図６
は、図４の第二例の振動子の配列例を示す側面図である
。
【０００８】図５の場合は、圧電体１０ａ，テーパ部１
０ｂおよびヘッド部１０ｃからなる３つの振動子が配列
用フレーム１７と接着剤１８でノード部を保持し、また
図６の場合はフロントマス１４をスペーサ１９を介して
配列用フレーム２０とネジ２１で保持した状態を示して
いる。
０ｂおよびヘッド部１０ｃからなる３つの振動子が配列
用フレーム１７と接着剤１８でノード部を保持し、また
図６の場合はフロントマス１４をスペーサ１９を介して
配列用フレーム２０とネジ２１で保持した状態を示して
いる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の広帯域
性の電気音響変換器では、図３に示した構造の場合は圧
電体の形状が複雑となって加工が困難であり、また図４
に示したトンピルツ型振動子の場合は部品点数が多くな
り、組立に手間がかかると云う問題がある。
性の電気音響変換器では、図３に示した構造の場合は圧
電体の形状が複雑となって加工が困難であり、また図４
に示したトンピルツ型振動子の場合は部品点数が多くな
り、組立に手間がかかると云う問題がある。
【００１０】また、振動子を効率良く用いるためには、
振動子の振動ノード付近もしくはトンピルツ型振動子の
フロントマス部等を保持する必要がある。これらの保持
に関しては、図５および図６に示す如く配列用フレーム
等を設けなければならず、配列ピッチを小さくとる事が
困難であり、１００ＫＨｚ以上の高周波数化が難しいと
云う問題がある。
振動子の振動ノード付近もしくはトンピルツ型振動子の
フロントマス部等を保持する必要がある。これらの保持
に関しては、図５および図６に示す如く配列用フレーム
等を設けなければならず、配列ピッチを小さくとる事が
困難であり、１００ＫＨｚ以上の高周波数化が難しいと
云う問題がある。
【００１１】さらに、耐水圧性を向上させるために前述
した如く音響油を充填すると、振動子の音響放射面と外
面を覆う保護用のゴムカバー、いわゆるゴムブーツとの
間に介在する音響油が音響レンズとなり、このため指向
性が音響放射面とゴムブーツとの距離により変化して性
能再現性が劣化するという問題がある。
した如く音響油を充填すると、振動子の音響放射面と外
面を覆う保護用のゴムカバー、いわゆるゴムブーツとの
間に介在する音響油が音響レンズとなり、このため指向
性が音響放射面とゴムブーツとの距離により変化して性
能再現性が劣化するという問題がある。
【００１２】本発明の目的は上述した欠点を除去し、高
周波数化と性能再現性の向上を図った電気音響変換器を
提供することにある。
周波数化と性能再現性の向上を図った電気音響変換器を
提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の電気音響変換器
は、長手方向に分極し両端面に電極を配設した角柱もし
くは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬媒質との音響
インピーダンス整合をとる少なくとも１層の所定の固有
音響インピーダンスを有する音響成合層を成層固着し前
記圧電体の他方の電極には２層もしくは４層のそれぞれ
所定の固有音響インピーダンスを有する音響不整合層を
成層固着して成る圧電振動子を複数個配列し、配列周囲
にバッフル部材を配置して全体をモールド材でモールド
して配列中心線方向を振動方向とした構造を有する。
は、長手方向に分極し両端面に電極を配設した角柱もし
くは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬媒質との音響
インピーダンス整合をとる少なくとも１層の所定の固有
音響インピーダンスを有する音響成合層を成層固着し前
記圧電体の他方の電極には２層もしくは４層のそれぞれ
所定の固有音響インピーダンスを有する音響不整合層を
成層固着して成る圧電振動子を複数個配列し、配列周囲
にバッフル部材を配置して全体をモールド材でモールド
して配列中心線方向を振動方向とした構造を有する。
【００１４】また、本発明の電気音響変換器は、長手方
向に分極し両端面に電極を配設した角柱もしくは丸棒の
圧電体を複数個配列し、すべての圧電体の一方の電極に
わたって音響伝搬媒質との音響インピーダンス整合をと
る所定の固有音響インピーダンスを有する少なくとも１
層の平板状音響整合層を成層固着し、すべての圧電体の
他方の電極にわたって２層もしくは４層のそれぞれ所定
の固有音響インピーダンスを有する音響不整合層を成層
固着し、配列周囲にバッフル部材を配置して全体をモー
ルド材でモールドして配列中心線方向を振動方向とした
構造を有する。
向に分極し両端面に電極を配設した角柱もしくは丸棒の
圧電体を複数個配列し、すべての圧電体の一方の電極に
わたって音響伝搬媒質との音響インピーダンス整合をと
る所定の固有音響インピーダンスを有する少なくとも１
層の平板状音響整合層を成層固着し、すべての圧電体の
他方の電極にわたって２層もしくは４層のそれぞれ所定
の固有音響インピーダンスを有する音響不整合層を成層
固着し、配列周囲にバッフル部材を配置して全体をモー
ルド材でモールドして配列中心線方向を振動方向とした
構造を有する。
【００１５】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１６】図１は、本発明の第一の実施例の縦断面図
である。
である。
【００１７】図１の実施例は、２つの音響不整合層５，
６の上に圧電振動子１を配列し、３つの音響整合層２，
３および４を圧電振動子１の上に積層した全体をベース
８の上にバッフル板７とともに固定し、モールド材９で
モールドした構造である。
６の上に圧電振動子１を配列し、３つの音響整合層２，
３および４を圧電振動子１の上に積層した全体をベース
８の上にバッフル板７とともに固定し、モールド材９で
モールドした構造である。
【００１８】音響整合層２，３および４は、それぞれホ
ウケイ酸ガラス，エポキシ樹脂およびウレタン樹脂で構
成され、それぞれの固有音響インピーダンスは、１２×
１０６ 〜５×１０６ ，５×１０６ 〜２×１０６
，２．３×１０６ 〜１．８×１０６ 〔Ｋｇ／ｍ２
・ｓｅｃ〕の範囲の連続的なものを使用して整合状態を
形成している。
ウケイ酸ガラス，エポキシ樹脂およびウレタン樹脂で構
成され、それぞれの固有音響インピーダンスは、１２×
１０６ 〜５×１０６ ，５×１０６ 〜２×１０６
，２．３×１０６ 〜１．８×１０６ 〔Ｋｇ／ｍ２
・ｓｅｃ〕の範囲の連続的なものを使用して整合状態を
形成している。
【００１９】また２つの音響不整合層５，６はそれぞれ
、固有音響インピーダンスが２×１０６ 〜１．８×１
０６ 〔Ｋｇ／ｍ２・ｓｅｃ〕のウレタン樹脂と、音響
インピーダンスが４０×１０６ 〜４５×１０６ 〔Ｋ
ｇ／ｍ２ ・ｓｅｃ〕の制振合金（鉄系またはニッケル
系）の大きく異る値のものを積層して不整合状態を形成
している。
、固有音響インピーダンスが２×１０６ 〜１．８×１
０６ 〔Ｋｇ／ｍ２・ｓｅｃ〕のウレタン樹脂と、音響
インピーダンスが４０×１０６ 〜４５×１０６ 〔Ｋ
ｇ／ｍ２ ・ｓｅｃ〕の制振合金（鉄系またはニッケル
系）の大きく異る値のものを積層して不整合状態を形成
している。
【００２０】このように、音響整合層として圧電振動子
１と伝搬媒質たる水との間に介在して音響インピーダン
スの整合をとる少なくとも１層、本実施例では３層の音
響整合層２，３，４は、固有音響インピーダンスが１．
８×１０６〜１２×１０６ の範囲をほぼ連続的に確保
してインピーダンス整合をとるように多層とし、また音
響不整合層としては固有音響インピーダンスが１．８×
１０６ 〜２．３×１０６ の樹脂材料と、固有音響イ
ンピーダンスが４０×１０６ 〜４５×１０６ の金属
材料を交互に積層した２層もしくは４層を利用している
。音響不整合層は、水の固有音響インピーダンスに近い
樹脂材料と遠い金属材料を積層して音響の伝搬を抑圧す
ることを目的とし、従って樹脂−金属−樹脂の組合せで
は減衰はするものの伝搬を可能としてしまうので、樹脂
−金属の組合せを２層もしくは４層として利用する。
１と伝搬媒質たる水との間に介在して音響インピーダン
スの整合をとる少なくとも１層、本実施例では３層の音
響整合層２，３，４は、固有音響インピーダンスが１．
８×１０６〜１２×１０６ の範囲をほぼ連続的に確保
してインピーダンス整合をとるように多層とし、また音
響不整合層としては固有音響インピーダンスが１．８×
１０６ 〜２．３×１０６ の樹脂材料と、固有音響イ
ンピーダンスが４０×１０６ 〜４５×１０６ の金属
材料を交互に積層した２層もしくは４層を利用している
。音響不整合層は、水の固有音響インピーダンスに近い
樹脂材料と遠い金属材料を積層して音響の伝搬を抑圧す
ることを目的とし、従って樹脂−金属−樹脂の組合せで
は減衰はするものの伝搬を可能としてしまうので、樹脂
−金属の組合せを２層もしくは４層として利用する。
【００２１】図２は、本実施例の第二の実施例の縦断面
図である。
図である。
【００２２】この第二の実施例では、図１の如く音響整
合層２，３および４と音響不整合層５，６が個個の圧電
振動子１に固着されるのではなく、平板状の音響整合層
２ａ，３ａおよび４ａと不整合層５ａ，６ａがすべての
圧電振動子にわたって固着された構造となっている。
合層２，３および４と音響不整合層５，６が個個の圧電
振動子１に固着されるのではなく、平板状の音響整合層
２ａ，３ａおよび４ａと不整合層５ａ，６ａがすべての
圧電振動子にわたって固着された構造となっている。
【００２３】このようにして、圧電振動子１の一方の電
極に多層の音響整合層を設けることによって使用周波数
範囲を広帯域とすることが可能となるとともに、他方の
電極には音響不整合を設けてベースに直接固着すること
ができて配列用フレームの使用を不要とし、１００ＫＨ
ｚ以上の高周波域での使用が可能となる。
極に多層の音響整合層を設けることによって使用周波数
範囲を広帯域とすることが可能となるとともに、他方の
電極には音響不整合を設けてベースに直接固着すること
ができて配列用フレームの使用を不要とし、１００ＫＨ
ｚ以上の高周波域での使用が可能となる。
【００２４】また、内部に音響油を充填する必要がない
ので、音響油によるレンズ効果も発生せず再現性も著し
く向上させることができる。
ので、音響油によるレンズ効果も発生せず再現性も著し
く向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、長手方向
に分極し両端面に電極を配設した圧電振動子の一方の電
極に少なくとも１層の音響整合層を設けることにより使
用周波数範囲を高帯域にすることが可能になるとともに
、圧電振動子の他方の電極に音響不整合層を設けること
により圧電振動子をベースに直接固着することができて
配列用フレームが不要となり、１００ＫＨｚ以上の高周
波数域での使用が可能となると云う効果を有する。
に分極し両端面に電極を配設した圧電振動子の一方の電
極に少なくとも１層の音響整合層を設けることにより使
用周波数範囲を高帯域にすることが可能になるとともに
、圧電振動子の他方の電極に音響不整合層を設けること
により圧電振動子をベースに直接固着することができて
配列用フレームが不要となり、１００ＫＨｚ以上の高周
波数域での使用が可能となると云う効果を有する。
【００２６】また、内部に音響油を充填する必要がない
ため指向性の再現性が良くなると云う効果を有する。
ため指向性の再現性が良くなると云う効果を有する。
【図１】本発明の第一の実施例の縦断面図である。
【図２】本発明の第二の実施例の縦断面図である。
【図３】従来の振動子の第一例を示す縦断面図である。
【図４】従来の振動子の第二例を示す縦断面図である。
【図５】図３の振動子の配列例を示す側面図（ａ）およ
び図５（ａ）のＡ矢視図（ｂ）である。
び図５（ａ）のＡ矢視図（ｂ）である。
【図６】図４の振動子の配列例を示す側面図である。
１ 圧電振動子
２，３，４，２ａ，３ａ，４ａ 音響整合層５，
６，５ａ，６ａ 音響不整合層７ バッフ
ル板 ８ ベース ９ モールド材 １０ａ 振動子部 １０ｂ テーパー部 １０ｃ ヘッド部 １１ 音響整合層 １２ 圧電振動子 １３ リアマス １４ フロントマス １５ ボルト １６ 音響整合層 １７ 配列用フレーム １８ 接着剤 １９ スペーサ ２０ 配列用フレーム ２１ ネジ
６，５ａ，６ａ 音響不整合層７ バッフ
ル板 ８ ベース ９ モールド材 １０ａ 振動子部 １０ｂ テーパー部 １０ｃ ヘッド部 １１ 音響整合層 １２ 圧電振動子 １３ リアマス １４ フロントマス １５ ボルト １６ 音響整合層 １７ 配列用フレーム １８ 接着剤 １９ スペーサ ２０ 配列用フレーム ２１ ネジ
Claims (2)
- 【請求項１】 長手方向に分極し両端面に電極を配設
した角柱もしくは丸棒の圧電体の一方の電極に音響伝搬
媒質との音響インピーダンス整合をとる少なくとも１層
の所定の固有音響インピーダンスを有する音響成合層を
成層固着し前記圧電体の他方の電極には２層もしくは４
層のそれぞれ所定の固有音響インピーダンスを有する音
響不整合層を成層固着して成る圧電振動子を複数個配列
し、配列周囲にバッフル部材を配置して全体をモールド
材でモールドして配列中心線方向を振動方向としたこと
を特徴とする電気音響変換器。 - 【請求項２】 長手方向に分極し両端面に電極を配設
した角柱もしくは丸棒の圧電体を複数個配列し、すべて
の圧電体の一方の電極にわたって音響伝搬媒質との音響
インピーダンス整合をとる所定の固有音響インピーダン
スを有する少なくとも１層の平板状音響整合層を成層固
着し、すべての圧電体の他方の電極にわたって２層もし
くは４層のそれぞれ所定の固有音響インピーダンスを有
する音響不整合層を成層固着し、配列周囲にバッフル部
材を配置して全体をモールド材でモールドして配列中心
線方向を振動方向としたことを特徴とする電気音響変換
器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3057542A JP2836272B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 電気音響変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3057542A JP2836272B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 電気音響変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04293398A true JPH04293398A (ja) | 1992-10-16 |
| JP2836272B2 JP2836272B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=13058656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3057542A Expired - Lifetime JP2836272B2 (ja) | 1991-03-22 | 1991-03-22 | 電気音響変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836272B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110142265A1 (en) * | 2009-12-16 | 2011-06-16 | Hiroshi Akino | Capacitor microphone unit and capacitor microphone |
| JP2013066177A (ja) * | 2011-09-16 | 2013-04-11 | General Electric Co <Ge> | 超音波変換器のための熱移動および音響整合層 |
| CN108340520A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-07-31 | 中国船舶重工集团公司第七二六研究所 | 灌封模具及其灌封方法 |
Citations (4)
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| JPS5057454U (ja) * | 1973-09-13 | 1975-05-29 | ||
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2836272B2 (ja) | 1998-12-14 |
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