JPH0511477B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気機械的変換器に関し、さらに詳
しくは、円筒形ベンダー（bender）型振動変換
器に関する。本発明は、一緒に結合された２つの
層を有する中空の円筒、すなわち、円筒内に円筒
を含んでいる。円筒の少なくとも一方は厚さ方向
に分極化された圧電材料から作られている。円筒
内に円筒を使用することによつて、円筒の軸線に
沿つて長手方向の振動は本質的に存在せず、そし
て対称な振動が円筒の軸線に関して半径方向に受
取られあるいは伝送される。この型の相対的配置
はより大きい感度を許容する。また、機械的な共
振周波数は、同様な長さおよび直径の従来の円筒
形圧電装置よりも低くすることができる。２つの
円筒形構成要素の使用により、ベンダーの設計の
同じ機械的共振周波数を種々の円筒の大きさにつ
いて特定することができる。

樽板（berrel stave）型の配置を利用する別の
実施例において、変換器の操作は変換器内の圧電
素子への電気的接続の方法あるいはその励起の方
法によつてシフトおよび／または制御されること
ができる。

また、端キヤツプを付加することによつて、振
動の節が変化されて、共振周波数を減少せしめる
ことができる。

従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 圧電原理で作動する電気機械的変換器は、多年
にわたつて多くの形態で使用されてきている。バ
イモルフの変換器は圧電材料の２つの別々の板ま
たは層から成つている。２つの層は物理的に配置
されており、かつ電気的に励起されるので、一方
の層は膨張し、一方他方の層は収縮する。その結
果、材料中に反作用する応力が生成し、これが複
合構造体を曲げさせる。圧電材料の単一の層が非
圧電性の板または層へ結合されると、同一の作用
をより少ない程度に得ることができる。この型の
複合変換器は普通に平板ベンダー変換器（flat
plate bender transducer）と呼ばれる。ベンダ
ー変換器のより普通の相対的配置のいくつかは、
次の構成成分を含む：(1)長さのモードで曲がる長
い長方形の板；(2)中央が４つの隅に関して動く正
方形の板；および(3)中央が周辺のへりに対して動
く円形の板。これらの相対的配置のすべては平ら
な構造を有する。

コンパネク（Kompanek）への米国特許第
4220887号は、略円筒形の層状変換器を提供する
が、長手方向のスリツトは対称的振動を防止す
る。さらにバンド２０が変換器の半径方向の振
動、を制限し、これが本発明の主要な操作のモー
ドである。コンパネクの変換器は、円周の動きを
制限するように設計されており、これは本発明の
目的と反対である。

ステツク（Stec）への米国特許第3215078号は、
流体が圧電結晶１１と１３との間に送られること
を開示している。本発明においてクレームされて
いるような中空円筒の第１層と第２層との間に剛
性な結合は存在しない。ステツクは本発明におい
てクレームされているような対称な振動（半径方
向）をもたず、そしてステツク各結晶は全長に沿
つてさえ独立に膨張および収縮することができ
る。本発明においては、層間の長さの変化はそれ
らが剛性に結合されているために妨げられる。こ
の結果、ここで説明する振動の節が生ずる。

本出願人によつて見出された特許、より関連の
あるものは上に引用されている、はいずれも、ベ
ンダーのモード（mode）で作動する堅固に結合
された層を有する円筒形の二重壁の変換器の考え
を扱つていず、また開示していない。さらに、見
出された参考文献のいずれも円筒の軸線のまわり
の対称振動を示していない。

問題を解決するための手段 本発明は、円筒形ベンダー型振動変換器を提供
する。

本発明は、また、２つの層状円筒から形成さ
れ、それらの層の少なくとも一方が圧電材料から
作られ、厚さ方向に分極化（polarize）されてお
りかつ圧電材料の内側および外側の面へ結合され
た電極を有しており、電気信号を受取りあるいは
伝送する圧電電気機械的変換器（piezoelectric
elctromechnical transducer）を提供する。

さらに、本発明は、一緒に堅固に結合された内
側および外側の層を有する円筒の形状の円筒形ベ
ンダー型振動変換器を提供する。層の少なくとも
一方は厚さ方向に分極化された圧電セラミツク材
料である。圧電材料は内側および外側の面に結合
された電極を有して、信号を圧電材料から伝送す
るか、あるいはそれへ送る。変換器は、剛性の結
合および長手方向の膨張または収縮における差の
結果として、円筒の軸線のまわりに半径方向にお
いてのみ振動して対称型の振動を提供する。

他の別の実施例において、外側の円筒は金属ま
たは他の非圧電性固体材料であることができる。
外側の円筒は、分極化された内部の圧電材料をそ
の長手方向軸線に沿つて振動から防止する。なぜ
なら、２つの円筒間の剛性の結合は長手方向の運
動を屈曲運動に変換するからである。内側および
外側の円筒は、長手方向の軸線に沿つた振動を消
去する。

この構成方法が円筒型の音響変換器を構成する
他の方法よりすぐれた利点は、ベンダーのモード
の操作方法が比較的小さい物理的大きさの装置で
より高い感度およびより低い共振周波数をもつ変
換機を製造することにある。

源変換器（source transducer）として使用す
るとき、適切な大きさおよび周波数の電気信号が
活性（aktive）の圧電セラミツク層（または２つ
を使用するとき、２つの圧電セラミツク層）の電
極へ接続され、このようにして２つの層は励起さ
れ、複合の円筒は半径方向に膨張および収縮せし
められる。受信機として使用するとき、検出され
る音響信号は圧力波または他の形態の振動励起を
円筒の外部へ適用し、適用された励起に応答して
円筒を機械的に膨張させかつ収縮させる。円筒の
膨張および収縮は対応する電気信号を生成し、こ
の信号は１または２以上の圧電セラミツク層の電
極において得られる。剛性の端キヤツプを円筒の
端へ適用して、その端における運動を制限し、こ
れによつて円筒の中央の運動を増加させることが
できる。

他の別の実施態様において、圧電セラミツク材
料層の一方または双方を樽板に類似する方法でセ
グメント化することができ、セグメントの各々は
それ自体の電極を有する。

セグメント化された相対的配置を使用すること
によつて、、多区域の円筒形ベンダー型振動変換
器を構成して長い円筒形変換器を形成することが
できる。これにより、約15.24cm（６インチ）を
超える長さを有する長く薄い圧電セラミツク要素
を構成しかつ分極化するときの従来の困難が克服
される。長い円筒形構造体の各活性区画は、円筒
軸線のまわりに配列されたセグメントによつて形
成されることができる。これらの区画は、順序を
もつた列で、あるいは食い違わせて配列して軸線
方向の振動のモードを排除することができる。完
全な長かの活性セラミツクセグメント要素を使用
することを必要としないで、任意の長さの円筒形
ベンダーを区画で構成することができる。

他の別の実施態様において、１連の別々の円筒
形ベンダー変換器に非圧縮性流体を送り込むよう
な方法で共通軸線に沿つて配置することができ
る。

好ましい実施態様の説明 第１図を参照すると、参照数字１０で全体的に
表わされている円筒形ベンダー型振動変換機が絵
画的に示されている。円筒１０は２つの層１２お
よび１４から成り、内側層１２は外側層１４へ結
合されて１つの一体的円筒１０を形成している。
第１図に示されたような実施態様において、両者
の層１２および１４は圧電セラミツク材料から作
られており、そしてそれぞれ矢印ＡおよびＢで表
わされたように厚さの方向に反対方向に分極化さ
れている。

第１図の断面図が第２図に示されている。第１
図に斜視図で示されかつ第２図に断面図で示され
た如く円筒形ベンダー型振動変換機１０の構造
は、第３図に示された如く円筒形壁の一部の拡大
断面図を再吟味することにより、さらに理解でき
るであろう。内側の圧電セラミツク層１２は外側
の圧電セラミツク層１４へ適切な接着剤１６によ
つて堅固に結合されている。結合剤１６はエポキ
シ接着剤または他の適切な要素であることができ
る。銀充填エポキシは、層１２および１４の隣接
表面間のすぐれた電気的接続を保証することが示
唆されている。電極１８および２０は、第３図に
示すように円筒形変換器１０の円筒壁の内表面お
よび外表面上に電着されている。電極１８および
２０は適切な伝導材料から作られていて、電気信
号を圧電セラミツク層１２および１４へ伝え、あ
るいはそれらから受取る。結合剤１６あるいは電
極１８または２０のいずれも、円筒形変換器１０
の振動を妨害する有意の（significant）厚さをも
たない。結合剤１６並びに電極１８および２０の
の層の厚さは非常に小さいので、それらは第１図
および第２図に示されておらず、そして厚さは図
解の目的で誇張されている。

第２図を第３図と組み合わせて参照すると、適
切な大きさおよび振動数の電気信号が電極１８お
よび２０へ供給されると、円筒形壁は節２２およ
び２４付近の収縮および膨張によつて振動する。
収縮および膨張は破線２６により示されている。
節２２および２４の位置は円筒形変換器１０のそ
れぞれの端２８および３０からの距離のほぼ４分
の１のところに置かれている。実際の実施におい
て、節２２および２４の位置は、それぞれ、それ
ぞれの端２８および３０からの距離の４分の１よ
り１％または２％だけ短いであろう。

第１図〜第３図に関連してちようど説明した円
筒形ベンダー型振動変換器１０は、流体媒質中で
音響波の発生器または検出器としていずれかに使
用することのできる音響変換器である。２つの層
１２および１４は、層１２が層１４と密接な嵌合
で近接して（close fitting proximity）組立てら
れかつ等しいかあるいはわずかに短い長さである
ように構成されている。円筒形変換器１０の長
さ、壁厚さおよび直径は円筒形変換器１０の作動
振動数範囲および感度に影響を及ぼす。

セラミツク円筒の分極化は、第１図および第２
図に示すように反対方向であるか、あるいは同一
方向であることができる。分極化が反対方向であ
るとき、電気的接続は層１２の内側電極１８およ
び層１４の外側電極２０へ作られる。（第３図参
照。）分極化が同一方向であるとき、一方の電気
的接続を電極１８および２０へ作り、そして他方
の電気的接続が結合剤１６中に含まれる電極（図
示せず）へ作られる。第１の場合の反対方向の分
極化において、円筒形変換器１０への接続は直列
の電気的接続で表わすことができる。第２の場合
の同一方向の分極化において、電気的接続は並列
の電気的接続で表わすことができる。

別の実施例において、層１２および１４は不活
性材料、例えば、金属、非分極化セラミツクまた
はガラスで置換されることができる。より望まし
い実施例の１つは、外側層１４が金属円筒によつ
て置換されたときであり、この金属円筒は外部の
漂遊電界からの遮蔽を提供することができ、かつ
また頑丈な機械的アセンブリーを提供することが
できる。これはとくに、第４図に示されているよ
うに、端キヤツプ３２および３４が円筒形ベンダ
ー型振動変換器１０のそれぞれ各端２８および３
０に配置されている場合特に言えることである。
第１図〜第３図に関連して前に説明した層１４が
金属材料の層３６によつて置換されていることに
とくに注意されたい。第４図は、また、端キヤツ
プ３２および３４が円筒形ベンダー型振動変換器
１０へ取り付けられている場合、破線３８によつ
て絵画的に表わされたように、円筒形壁の膨張お
よび収縮を示している。破線３８（およびまた第
２図の破線２６）は、図解の目的のために円筒形
壁の運動を誇張して示している。

円筒形ベンダー型振動変換器１０の、それぞ
れ、各端２８および３０上の端キヤツプ３２およ
び３４の位置は、第２図に示された如く振動の節
２２および２４を端キヤツプ３２および３４にす
ぐに隣接するように移動し、新しい節はそれぞれ
数字４０および４２で表わされる。第２図を第４
図と比較することによつて理解されるように、円
筒形変換器１０の軸に関して半径方向の膨張およ
び収縮の大きさは端キヤツプ３２および３４の使
用により増加する。第１図〜第３図または第４図
に示されたような実施例のいずれにおいても、円
筒形変換器１０の軸線に沿つた長さ方向の振動は
本質的に存在しない。それぞれの層１２および１
４（または層第４図における層１２および３６）
内の圧電力によつて生ずる屈曲曲げは円筒の主と
して対称の半径方向の膨張および収縮を生ずる傾
向がある。第１および第２の層は一縮に堅固に結
合されているので、一方の層による長さの変化は
他方の層の長さの変化によつて妨げられる。これ
は節点間のより大きい振動を生じさせる。

圧電セラミツク層１４を第４図に示されたよう
な金属層３６に変更することによつて、円筒形変
換器１０の共振周波数は金属の剛性が低いために
減少する。これは層１４および３６が等しい厚さ
を有することを仮定している。本出願人によつて
使用されている典型的な実施例においては、層３
６はほぼ0.163cm（64／1000インチ）の厚さを有
し、そして層１２はほぼ0.127cm（50／1000イン
チ）の厚さを有する。結合剤１６の厚さおよび電
極１８および２０の厚さは無視することができ
る。本出願人によつて使用されている実施例にお
いては、円筒形ベンダー型振動変換器の直径はほ
ぼ5.08cm（２インチ）であり、そして長さはほぼ
10.16cm（４インチ）であつた。これらの寸法を
使用すると、共振周波数は18キロヘルツであつ
た。

第１図におけるような典型的な配置において
は、同一厚さの２つの圧電円筒（例えば、層１２
および１４）の使用は、第４図に示された同一厚
さの圧電円筒および金属円筒（例えば、層１２お
よび３６）の使用よりも高い共振周波数を有す
る。端キヤツプ３２および３４を付加すると、共
振周波数は低くなる。

すぐれた電気的に遮蔽された円筒形ベンダー型
振動変換器１０を有するためには、第４図に示さ
れた如き端キヤツプ３２および３４は金属層３６
と電気的に接触していなければならない。また、
圧電セラミツク層１２は、電気的接触が端キヤツ
プ３２および３４と行なわれないように、わずか
に短くされなければならない。さらに、第４図の
層１２と３６との間に置かれている結合剤１６は
非伝導性材料でなければならない。結合剤１６
は、また、層１２の端と端キヤツプ３２および３
４との間に延びていて、電気的絶縁を保証するこ
とができる。電極１８および２０は層１２の両側
上に電着されるが、電極１８または２０はいずれ
も層３６または端キヤツプ３２および３４の金属
のいずれとも電気的接触していない。明らかなよ
うに、適切な接続が電極１８および２０への電気
的接続のために端キヤツプ３２または３４の一方
に設けなくてはならない。

第５図を参照すると、第４図に示されたような
遮蔽された円筒形ベンダー型振動変換器を使用す
る音響測定システムの典型的なブロツク線図が示
されている。可変周波数ゲーテツドサイン波発生
器（variable frequency gated sine wave
generator）４４は信号を電力増幅器４６へ提供
する。電力増幅器は４６はほぼ１キロオームの典
型的な出力インピーダンスを有する。電力増幅器
４６において、可変周波数ゲーテツドサイン波発
生器４４からのサイン波は増幅され、そして遮蔽
された源（または投射器）変換器４８へ供給され
る。破線５０で表わされたような遮蔽は実際には
第４図に関連して前述したような金属の端キヤツ
プ３２および３４並びに金属層３６によつて提供
される円筒壁の振動（第４図に関連して前述した
ような）は、振動波を音響媒体５４を横切つて伝
えさせる。典型的なこのような音響媒体５４は水
である。

振動波５２は遮蔽された受信機変換器５６によ
つて受取られ、遮蔽は破線５８により表わされて
いる。再び、遮蔽５８は第４図に関連して前述し
たような金属型端キヤツプ３２および３４並びに
層３６により提供されることができる。また、遮
蔽５８内に前置増幅器６０が含有されており、こ
れはほぼ10メグオームの典型的な入力インピーダ
ンスを有する。前置増幅器６０はこれ等の信号を
端キヤツプ３２または３４内の１方の適切な接続
を通つて適切な表示装置６２へ伝送する前に増幅
する。

第４図および第５図に示された如き実施例を出
願人が利用した１つの典型的な配置は、例えば、
油井のための掘削におけるような、ボアホール内
に撹乱（disturbance）をつくることにより地下
層における振動を測定することであつた。適切な
ゲーテイング（gating）によつて、反射した波を
測定して地下層の特性に関するいくつかの見当を
得ることができる。システムが第５図に示されて
いるものである他の典型的な実施例は、大洋また
は他の水域において生じうるような音響信号の水
面下の検出および伝送において使用されることが
できる。

第４図に示されたような円筒形ベンダー型振動
変換器の他の実施例において、円筒形ベンダー型
振動変換器の内部区域は非圧縮性流体６４で充填
されている。励起信号が印加されると、破線３８
で示されたような半径方向の収縮および振動は非
圧縮性流体６４を円筒から部分的に推進させ、あ
るいは円筒内に引き込み放射される音響波を生成
せしめる。流体６４の非圧縮性のため、端キヤツ
プ３２および３４の中央部は円筒壁の収縮および
膨張に応答して内部および外部に曲がる。（端キ
ヤツプ３２および３４の曲がりは第４図中に示さ
れていない。）この特定の形状を使用することに
よつて、振動が円筒の軸線方向に沿つて受取られ
ると、それは端キヤツプ３２または３４をその中
央で振動させ、次いでこの振動は流体６４の非圧
縮性によつて円筒壁へ伝えられる。これにより、
音響信号は半径方向にあるいは円筒の軸線に沿つ
て受取られる。円筒の壁は長さ方向に膨張または
収縮しないが、音響振動は端キヤツプ３２または
３４あるいは円筒壁のいずれかを通して受取られ
て、振動は破線３８により表わされている。

また、電気信号を変換器へ送ることによつて、
第４図に示された振動３８によつて半径方向に、
および端キヤツプ３２および３４の振動（第４図
に示されていない）によつて円筒形変換器１０の
軸線に沿つて、放射する振動は音響媒体中でつく
ることができる。

第６図、第７図および第８図を組み合わせて参
照すると、セラミツク円筒形ベンダー型振動変換
器１０の変更された態様が図解されている。金属
材料３６の外側層３６および端キヤツプ３２およ
び３４は、第４図に関連して前述したのと同一の
ままである。端キヤツプ３２は適切な遮蔽された
開口６６を有し、それを通つて電気的接続がケー
ブル３８から構成されている。しかしながら、第
１図〜第４図に関連して前述したようなセラミツ
ク材料の内側層１２はここで圧電セラミツクスト
リツプ７０で置換されており、これらのストリツ
プ７０は樽板型の配置で配置されている。第８図
を第６図および第７図と組み合わせて参照する
と、樽板barrel stave）の１枚および円筒形壁の
拡大断面図が示されている。圧電セラミツクスト
リツプ７０は第８図において矢印によつて表わさ
れた方向に分極化されている。電極７２および７
４は圧電セラミツクストリツプ７０の両側に付着
されている。電極７２および７４と一緒に圧電セ
ラミツクストリツプ７０は金属層３６へ非導電性
結合剤７６によつて結合されている。電極７２お
よび７４並びに結合剤７６が図解のために誇張さ
れている。

第６図および第７図を組み合わせてまた参照す
ると、それぞれの圧電セラミツクストリツプ７０
の電極７２および７４の接続方法が図解されてい
る。前置増幅器６０（第５図に関連して前に説明
した）は電極７２および７４の２つへリード線７
８によつて接続されている。別々の圧電セラミツ
クストリツプ７０の別々の電極７２または７４の
間の接続は絵画的に第６図および第７図に示され
ており、従つて圧電セラミツクストリツプ７０の
各々およびそれらのそれぞれ電極７２および７４
はリード線８４によつて直列接続に接続されてい
る。前置増幅器６０はケーブル３８へリード線８
０によつて接続する。

第６図および第７図に示された形状は、音響信
号を受取る変換器として理想的に適合される。直
列接続によつて、高い入力インピーダンスは受取
られる信号、例えば、第５図に図解する振動波５
２、のためのより高い電圧感度と一緒に確立され
る。より高い電圧感度は受信機変換器のために一
層望ましい。

第９図を参照すると、第６図〜第８図に関連し
て前述したものと同一の型の樽板（barrel
stave）円筒形ベンダー型振動変換器が示されて
いるが、ただし圧電セラミツクストリツプの接続
はここではリード線８６および８８によつて並列
配置に変更されており、そして前置増幅器が除去
されている。並列の配置は再びリード線８２によ
り外側のケーブルへ接続されていることに注目さ
れたい。第９図に示された如くこの実施例は参照
数字４８によつて絵画的に表わされているような
遮蔽された投射器変換器であり、遮蔽は参照数字
５０によつて第５図に示されている。第９図に示
された如くこの接続は、並列の配置であり、その
電気的インピーダンスが低いので、源変換器のた
めに一層望ましい。

多くの電気機械的変換器を応用するとき、変換
器の機械的インピーダンスを音響信号が伝送され
る音響媒体の機械的インピーダンスと適合させる
ことが望ましい。また、変換器の電気的インピー
ダンスをそれらのそれぞれ励起回路および受信回
路のインピーダンスと適合させることが望まし
い。前述の相対的配置、およびとくに第６図〜第
９図に示された如く樽板（barrel stave）の配置
を使用することによつて、円筒形ベンダー型振動
変換器の機械的インピーダンスおよび電気的イン
ピーダンスの両者はの種々音響媒体に適合するよ
うに設計することができ、一方また所定の機械的
共振周波数を特定することができる。並列または
直列の接続のいかなる組み合わせも電気回路の電
気的インピーダンスを適合するのに使用されるこ
とができる。機械的インピーダンスを適合する方
法は、例えば、円筒形ベンダー型振動変換器のた
めにより厚い、より長い、あるいは異る材料を使
用する方法、を利用することができる。源変換器
の機械的インピーダンスが媒体のそれに適合され
るとき、最高の効率およびエネルギーの転送が達
成される。

第６図〜第９図に関連して説明した樽板型の配
置の他の別の実施例は、非常に長い外部の円筒の
利用を含む。圧電セラミツクストリツプは第６図
に図解された如く均一に配列させて、いくつかの
列がより長い外部の円筒の全長を延びるようにさ
せることができ、あるいはより長い円筒のまわり
に食い違いにさせて、円筒の内部部分が樽板型の
配置で完全に覆われるまで、圧電セラミツクスト
リツプを端対端で当接することができる。

本発明の最後の実施態様においては、１連の円
筒（端キヤツプ３２および３４を含まない）をカ
スケードの配置で、すなわち、それらが各個々の
装置の効果を多数倍するように直列に接続された
別々の装置の配置で配置されることができ、ある
いは樽板型の配置が長さ方向に縦続接続
（cascade）されている単一の円筒であることが
できる。１端に制限オリフイスを使用することに
よるこのような配置では、振動はカスケード配置
の１端において開始し、そして細長い円筒形ベン
ダー型振動変換器に沿つて引き続く振動の適切な
タイミングよつて、流体の波の動きを作りかつ流
体を細い円筒に沿つて送り込むことができる。こ
れは生物学的流体、例えば、血液を送り込むとき
とくに有用であり、この場合ポンプ作用を得るた
めに羽根車またはピストンと生物学的流体と衝突
させないことが好ましい。適切なタイミングよつ
て、カスケード配置の１端によりつくられる波の
順序は細長い円筒の全長を下方に動き、引き続く
波はポンピング型式の作用において同様に伝搬さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、円筒形ベンダー型振動変換器の射視
図である。第２図は、円筒形壁の振動を破線で示
す第１図の線２−２に沿つて取つた断面図であ
る。第３図は、第２図に示す円筒形壁の一部の拡
大断面図である。第４図は、円筒形ベンダー型振
動変換器の別の実施態様の断面図であり、破線は
円筒形壁の振動を表わす。第５図は、源および受
信器の両者として円筒形ベンダー型振動変換器を
利用するシステムのブロツク線図を示す。第６図
は、変換器が操作の受信機のモードであるとき、
圧電材料のための樽板型の配置を使用する、円筒
形ベンダー型振動変換器の別の実施例の分解斜視
図である。第７図は、第６図の線７−７に沿つて
取つた断面図である。第８図は、第７図の線８−
８に沿つて取つた断面図である。第９図は、第７
図に示す断面図に類似する第６図の断面図である
が、操作の投射器モードのための電気的接続を示
す。 １０……円筒形ベンダー型振動変換器、１２…
…内側の圧電セラミツク層、１４……外側の圧電
セラミツク層、１６……結合剤、１８，２０……
電極、２２，２４……節、２６……収縮または膨
張、３２，３４……端キヤツプ、３６……金属材
料の層、３８……円筒形壁の膨張および収縮、ケ
ーブル、４２……節、４４……可変振動ゲーテツ
ドサイン波発生機、４６……電力増幅器、４８…
…遮蔽された源（または投射器）変換器、５２…
…振動波、５４……音響媒体、５６……遮蔽され
た受信機変換機、６０……プリアンプ、６２……
表示装置、６４……非圧縮性流体、７０……圧電
セラミツクストリツプ、７４，７２……電極、８
２……リード線、８４……リード線、８６……リ
ード線、８８……リード線、Ａ……矢印、分極化
の方向、Ｂ……矢印、分極化の方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１層および第２層から形成された壁を有す
   る中空円筒であつて、前記第１層および前記第２
   層の少なくとも一方が圧電材料であり、厚さ方向
   に分極化されていて、電気信号がそれに印加され
   ると、前記圧電材料が長手方向に膨張または収縮
   する中空円筒と、 前記圧電材料の外側および内側の面へ結合され
   た金属電極であつて、前記第１層が前記第２の層
   へ結合剤で堅固に結合されている金属電極と、 前記金属電極へ接続されており、前記電気信号
   を受取りあるいは伝送するリード線であつて、前
   記金属電極が前記電気信号を受取つたとき、前記
   圧電材料が長手方向に膨張または収縮して、前記
   中空円筒の長手方向軸線に関して半径方向にのみ
   前記中空円筒を対称的に振動させ、そして音響信
   号が受取られると、前記音響信号が前記中空円筒
   を半径方向に対称的に振動させて、前記圧電材料
   を長手方向に膨張または収縮させ、これにより前
   記圧電材料が前記金属電極によつて伝送するよう
   な前記電気信号を発生するリード線とを具備し、 前記第１層および前記第２層がほぼ最大の電気
   信号または音響信号を与えるような寸法であり、
   節および波腹が前記対称振動によつて形成され、 前記対称振動が前記第１層と前記第２層との間
   の前記剛性の結合およびそれらの前記長手方向の
   膨張または収縮における差により生ずる ことを特徴とする電気機械的変換器。 ２ 前記中空円筒の各端に結合された端キヤツプ
   をさらに具備しており、前記端キヤツプが前記振
   動の節を前記端キヤツプの各々へ向けて動かす特
   許請求の範囲第１項記載の電気機械的変換器。 ３ 前記第１層および前記第２層の少なくとも一
   方が金属材料であり、前記金属材料が前記圧電材
   料の外側にあり、前記第１層と前記第２層との間
   の前記結合が電気的に非伝導性の結合剤から構成
   されていて、それらの間の電気の流れを防止する
   特許請求の範囲第１項記載の電気機械的変換器。 ４ 前記変換器が比較的非圧縮の流体で充填され
   ており、従つて前記端キヤツプで受取られた音響
   信号が前記キヤツプを前記軸線に沿つて振動さ
   せ、更に前記端キヤツプは前記円筒の前記壁を前
   記軸線に対して半径方向に対称的に振動させる
   か、あるいはその逆である特許請求の範囲第２項
   記載の電気機械的変換器。 ５ 機械的インピーダンスが厚さまたは長さを調
   整することによつて調整可能であつて、伝搬媒体
   の音響放射のインピーダンスを適合させて、エネ
   ルギー結合効率および操作帯域を最大とすること
   ができる特許請求の範囲第４項記載の電気機械的
   変換器。 ６ １連の変換器の要素が内部に置かれている流
   体と中央軸に沿つて当接関係で存在し、前記一連
   の変換器がカスケードの配置で存在し、そして前
   記一連の変換器に収縮および膨張によつて律動的
   な波状運動で前記流体を送るための波の運動を内
   部につくるようにタイミングされている特許請求
   の範囲第１項記載の電気機械的変換器。 ７ 前記圧電材料が樽板型の配置でセグメント化
   されており、各前記セグメントが前記中空円筒の
   前記第１層および前記第２層の外側へ結合されて
   おり、各前記セグメントが前記圧電材料の前記内
   側面および外側面に結合された別々の前記金属電
   極を有する特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の電気機械的変換器。 ８ 前記圧電材料の各セグメントが源変換器とし
   て最高の効率を得るように前記接続手段によつて
   並列に配線されている特許請求の範囲第７項記載
   の電気機械的変換器。 ９ 前記圧電材料の各セグメントが受信機として
   最高の効率を得るように前記接続手段によつて直
   列に配線されている特許請求の範囲第７項記載の
   電気機械的変換器。 １０ 前記節接続手段が任意のいくつかの方法で
   その電気的インピーダンスを前記源または受信機
   回路のインピーダンスに適合するように配線され
   ることができる特許請求の範囲第７項記載の電気
   機械的変換器。 １１ 前記第１層および前記第２層が、厚さ、長
   さ、直径、および材料にいおいて、その機械的イ
   ンピーダンスを音響媒体の機械的インピーダンス
   に適合するように設計されることができる特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の電気機械的変
   換器。 １２ 前記第１層および前記第２層の前記外側が
   導電性金属であり、そして前記中空円筒の各端上
   に結合された端キヤツプが導電性金属であり、前
   記端キヤツプが前記外側層へ電気的に接続されて
   いて前記中空円筒の内部を遮蔽している特許請求
   の範囲第７項記載の電気機械的変換器。 １３ 前記中空円筒の前記第１層および前記第２
   層の前記外側が個々の前記セグメントよりも長
   く、前記セグメントが端対端で当接されていて、
   前記中空円筒の全長に本質的に沿つて延びている
   特許請求の範囲第７項記載の電気機械的変換器。 １４ 第１層および第２層から形成された壁を有
   する中空円筒であつて、前記第１層および前記第
   ２層が圧電材料であり、厚さ方向に分極化されて
   いて、電気信号がそれに印加されると、前記圧電
   材料を長手方向に膨張または収縮する中空円筒
   と、前記圧電材料の外側面および内側面へ結合さ
   れた金属電極であつて、前記第１層が前記第２の
   層へ結合剤によつて堅固に結合されている金属電
   極と、 前記金属電極へ接続されて前記電気信号を受取
   りあるいは伝送するリード線であつて、前記金属
   電極が前記電気信号を受け取つたとき、前記圧電
   材料が前記中空円筒の長手方向の軸線に対して半
   径方向にのみ前記中空円筒を対称的に振動させ、
   そして音響信号が受け取られると、前記音響信号
   が前記中空円筒を半径方向に対称的に振動させ、
   これにより前記圧電材料が前記金属電極によつて
   伝送されたとき前記電気信号を発生するリード線
   とを具備し、 前記金属電極が前記中空円筒の前記内側面およ
   び前記中空円筒の外側面に存在し、前記第１層お
   よび前記第２層の前記分極化が対向する半径方向
   であり、前記金属電極への電気的接続が受信変換
   器としての操作に適する直列の電気的配列を形成
   しており、 前記対称振動が前記第１層と前記第２層との間
   の前記剛性の結合およびそれらの前記長手方向の
   膨張または収縮における差によつて生ずる ことを特徴とする電気機械的変換器。 １５ 第１層および第２層から形成された壁を有
   する中空円筒であつて、前記第１層および前記第
   ２層が圧電材料であり、厚さ方向に分極化されて
   いて、電気信号がそれに印加されると、前記圧電
   材料が長手方向に膨張または収縮する中空円筒
   と、前記圧電材料の外側面および内側面へ結合さ
   れた金属電極であつて、前記第１層が前記第２の
   層へ結合剤によつて堅固に結合されている金属電
   極と、 前記金属電極へ接続されており、前記電気信号
   を受取りあるいは伝送するリード線であつて、前
   記金属電極が前記電気信号を受取つたとき、前記
   圧電材料が前記中空円筒の長手方向の軸線に対し
   て半径方向にのみ前記中空円筒を対称的に振動さ
   せ、そして音響信号が受取られると、前記音響信
   号が前記中空円筒を半径方向に対称的に振動さ
   せ、これにより前記圧電材料が前記金属電極によ
   つて伝送されたとき前記電気信号を発生するリー
   ド線とを具備し、 前記金属電極が前記中空円筒の前記内側面上お
   よび前記中空円筒の外側面上および前記層の間に
   存在し、前記第１層および前記第２層の前記分極
   化が対向する半径方向にあり、前記層の間に置か
   れた前記金属電極への１つの電気的接続および前
   記層の内側および外側の前記金属電極への他の電
   気的接続が源変換器としての動作に適する並列の
   電気的配列を形成しており、 前記対称振動が前記第１層と前記第２層との間
   の前記剛性の結合およびそれらの前記長手方向の
   膨張または収縮における差によつて生ずる ことを特徴とする電気機械的変換器。