JPH0595600A - ボルト締めランジユバン型振動子 - Google Patents
ボルト締めランジユバン型振動子Info
- Publication number
- JPH0595600A JPH0595600A JP25499391A JP25499391A JPH0595600A JP H0595600 A JPH0595600 A JP H0595600A JP 25499391 A JP25499391 A JP 25499391A JP 25499391 A JP25499391 A JP 25499391A JP H0595600 A JPH0595600 A JP H0595600A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- front mass
- mechanical
- oscillator
- langevin type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】機械的Ｑを小さくし、同時に小型軽量のボルト
締めランジュバン型振動子を得るフロントマスの形状を
提供する。 【構成】リング状圧電振動子１と、その前後に配置され
る穴開フロントマス５とリアマス３と、これらを結合す
るボルト４からなり、ボルト４を締め込み圧縮応力をか
け、穴６の効果で機械的Ｑを小さくする。 【効果】フロントマスに開ける穴の深さ、個数、配置を
適当に選べば音響放射面積を変えることなく機械的Ｑを
小さくすることができ、音響放射効率の低下を抑え、必
要な音響ビ−ムを作り出せ、低周波化、軽量化を図るこ
とができる。
締めランジュバン型振動子を得るフロントマスの形状を
提供する。 【構成】リング状圧電振動子１と、その前後に配置され
る穴開フロントマス５とリアマス３と、これらを結合す
るボルト４からなり、ボルト４を締め込み圧縮応力をか
け、穴６の効果で機械的Ｑを小さくする。 【効果】フロントマスに開ける穴の深さ、個数、配置を
適当に選べば音響放射面積を変えることなく機械的Ｑを
小さくすることができ、音響放射効率の低下を抑え、必
要な音響ビ−ムを作り出せ、低周波化、軽量化を図るこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中音響送受波器に用
いられるボルト締めランジュバン型振動子に係り、特
に、その金属製のフロントマスの形状に関する。
いられるボルト締めランジュバン型振動子に係り、特
に、その金属製のフロントマスの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、ボルト締めランジュバン
型振動子は、図１に示すように中心軸方向に分極し、互
いに分極方向が反対になるようにして電気的に並列に接
続された複数個のリング状圧電素子１と、その前後に配
置される金属製のフロントマス２及びリアマス３と、こ
れらを接続するボルト４とから成り、リング状圧電素子
１にはセラミックス、フロントマス２には駆動しやすく
屈曲振動しにくい軽量高剛性のアルミ合金やチタン合
金、リアマス３には振動の漏れを抑える重量高剛性の鋼
材、ボルト４にはフロントマス２とリアマス３でリング
状圧電素子１に圧縮応力をかける高張力鋼が使用され
る。
型振動子は、図１に示すように中心軸方向に分極し、互
いに分極方向が反対になるようにして電気的に並列に接
続された複数個のリング状圧電素子１と、その前後に配
置される金属製のフロントマス２及びリアマス３と、こ
れらを接続するボルト４とから成り、リング状圧電素子
１にはセラミックス、フロントマス２には駆動しやすく
屈曲振動しにくい軽量高剛性のアルミ合金やチタン合
金、リアマス３には振動の漏れを抑える重量高剛性の鋼
材、ボルト４にはフロントマス２とリアマス３でリング
状圧電素子１に圧縮応力をかける高張力鋼が使用され
る。
【０００３】圧電素子は、電圧をかけるとその分極方向
に振動（伸縮）して音波を放射するが、その限界ぎりぎ
りのパワ−をかけると圧電素子が収縮時は問題無いが、
伸長時に圧電素子が割れてしまう恐れがある。しかし、
このボルト締めランジュバン型振動子の場合、圧電素子
１の前後にフロントマス２とフロントマス３を配置し、
ボルト４で接続、締め込むことによって大きな圧縮応力
が加えられて収縮状態にあり、伸長時に割れること無く
圧電素子１の固有の張力強度の数倍の強度が得られハイ
パワ−駆動が可能であり、充分な放射音響ビ−ムが得ら
れる。
に振動（伸縮）して音波を放射するが、その限界ぎりぎ
りのパワ−をかけると圧電素子が収縮時は問題無いが、
伸長時に圧電素子が割れてしまう恐れがある。しかし、
このボルト締めランジュバン型振動子の場合、圧電素子
１の前後にフロントマス２とフロントマス３を配置し、
ボルト４で接続、締め込むことによって大きな圧縮応力
が加えられて収縮状態にあり、伸長時に割れること無く
圧電素子１の固有の張力強度の数倍の強度が得られハイ
パワ−駆動が可能であり、充分な放射音響ビ−ムが得ら
れる。
【０００４】これに関連する公知例には、特公昭５８−
５０８９７号公報が挙げられる。
５０８９７号公報が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来技術では、
水中音響送受波器の低周波化、小型軽量化を図る場合
に、低周波化に対しては、フロントマスの音響放射面積
を大きくして振動速度を小さくすることで対処できる
が、大きく重くなってしまい、逆に小型軽量化に対して
は、全体の寸法を小さくすることで対処できるが、音響
放射面積が小さくなるため低周波化の妨げになる。ま
た、厚さａを極端に小さくすると、フロントマス２の音
響放射面の中心部と周辺部の変位差によって生じる屈曲
振動のため、音響放射効率が低下する。音響放射面積が
大きいと音響放射抵抗が大きくなって機械的Ｑが小さく
なり、音響放射面積が小さいとの音響放射抵抗が小さく
なって機械的Ｑが大きくなる。つまり、機械的Ｑが小さ
いと大きく重く、小さく軽いと機械的Ｑが大きいという
問題を生じる。
水中音響送受波器の低周波化、小型軽量化を図る場合
に、低周波化に対しては、フロントマスの音響放射面積
を大きくして振動速度を小さくすることで対処できる
が、大きく重くなってしまい、逆に小型軽量化に対して
は、全体の寸法を小さくすることで対処できるが、音響
放射面積が小さくなるため低周波化の妨げになる。ま
た、厚さａを極端に小さくすると、フロントマス２の音
響放射面の中心部と周辺部の変位差によって生じる屈曲
振動のため、音響放射効率が低下する。音響放射面積が
大きいと音響放射抵抗が大きくなって機械的Ｑが小さく
なり、音響放射面積が小さいとの音響放射抵抗が小さく
なって機械的Ｑが大きくなる。つまり、機械的Ｑが小さ
いと大きく重く、小さく軽いと機械的Ｑが大きいという
問題を生じる。
【０００６】本発明の目的は、機械的Ｑを小さくし、同
時に小型軽量のボルト締めランジュバン型振動子を得る
フロントマスの形状を提供することにある。
時に小型軽量のボルト締めランジュバン型振動子を得る
フロントマスの形状を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、ボルト締め
ランジュバン型振動子を構成するフロントマスにおい
て、中心軸方向に分極された圧電素子と接続する側の面
に多数の穴を設けることによって達成される。
ランジュバン型振動子を構成するフロントマスにおい
て、中心軸方向に分極された圧電素子と接続する側の面
に多数の穴を設けることによって達成される。
【０００８】また、フロントマスに設ける孔を貫通さ
せ、フロントマス前面に音響放射板を取付けることによ
っても達成される。
せ、フロントマス前面に音響放射板を取付けることによ
っても達成される。
【０００９】
【作用】ボルト締めランジュバン型振動子を構成するフ
ロントマスの圧電素子と接続する側の面に多数の穴を設
けることによって、フロントマスの放射面積が大きくて
も断面積は小さくなり、機械的Ｑが小さくなる。機械的
Ｑが小さいと従来の技術では重くなるが、多数穴を開け
てあるので軽くなり、水中音響送受波器の低周波化、軽
量化を同時に達成できる。
ロントマスの圧電素子と接続する側の面に多数の穴を設
けることによって、フロントマスの放射面積が大きくて
も断面積は小さくなり、機械的Ｑが小さくなる。機械的
Ｑが小さいと従来の技術では重くなるが、多数穴を開け
てあるので軽くなり、水中音響送受波器の低周波化、軽
量化を同時に達成できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明を図１、図２、図３、図４、図
５及び図６により説明する。
５及び図６により説明する。
【００１１】図１のａはフロントマス２の厚さ、ａ’は
リアマス３の厚さ、ｂは前半分の圧電素子の長さ、ｂ’
は後半分の圧電素子の長さ、ρ1、ρ2、ρ3、ρ4はそれ
ぞれリング状圧電素子１、フロントマス２、リアマス
３、ボルト４の材料の密度、ｃ1、ｃ2、ｃ3、ｃ4はそれ
ぞれの材料内伝搬速度、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4はそれぞれ
の断面積である。また、ｂとｂ’の境が振動の節の位置
である。この場合の共振条件は、
リアマス３の厚さ、ｂは前半分の圧電素子の長さ、ｂ’
は後半分の圧電素子の長さ、ρ1、ρ2、ρ3、ρ4はそれ
ぞれリング状圧電素子１、フロントマス２、リアマス
３、ボルト４の材料の密度、ｃ1、ｃ2、ｃ3、ｃ4はそれ
ぞれの材料内伝搬速度、Ｓ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4はそれぞれ
の断面積である。また、ｂとｂ’の境が振動の節の位置
である。この場合の共振条件は、
【００１２】
【数１】
【００１３】
【数２】
【００１４】のようになる。ただし、
【００１５】
【数３】
【００１６】
【数４】
【００１７】である。ここで、α及びα’はそれぞれマ
スの四分の一波長（λ／４）に対する厚さα＝４ａ／
λ、α’＝４ａ’／λ、β及びβ’はそれぞれ圧電素子
の四分の一波長（λ／４）に対する長さβ＝４ｂ／λ、
β’＝４ｂ’／λであり、Ｋ12はフロントマス２とリン
グ状圧電素子１のインピ−ダンス比、Ｋ13はリアマス３
とリング状圧電素子１のインピ−ダンス比である。ま
た、機械的Ｑは次式で表される。
スの四分の一波長（λ／４）に対する厚さα＝４ａ／
λ、α’＝４ａ’／λ、β及びβ’はそれぞれ圧電素子
の四分の一波長（λ／４）に対する長さβ＝４ｂ／λ、
β’＝４ｂ’／λであり、Ｋ12はフロントマス２とリン
グ状圧電素子１のインピ−ダンス比、Ｋ13はリアマス３
とリング状圧電素子１のインピ−ダンス比である。ま
た、機械的Ｑは次式で表される。
【００１８】
【数５】
【００１９】ただし、ｒａは音響放射抵抗、ｒｉは内部
損失抵抗である。
損失抵抗である。
【００２０】図２はフロントマス２の厚さａと機械的Ｑ
の関係、図３はインピ−ダンス比Ｋ（Ｋ12、Ｋ13）と機
械的Ｑの関係を示す。図２からフロントマス２の厚さａ
を厚くすると、αが大きくなり式（５）で機械的Ｑが大
きくなる。図３からインピ−ダンス比Ｋが大きくなる、
つまりフロントマス２の断面積Ｓ2が小さくなると、機
械的Ｑが小さくなる。また、式（５）より、音響放射抵
抗ｒａが大きいと、機械的Ｑが小さくなる。
の関係、図３はインピ−ダンス比Ｋ（Ｋ12、Ｋ13）と機
械的Ｑの関係を示す。図２からフロントマス２の厚さａ
を厚くすると、αが大きくなり式（５）で機械的Ｑが大
きくなる。図３からインピ−ダンス比Ｋが大きくなる、
つまりフロントマス２の断面積Ｓ2が小さくなると、機
械的Ｑが小さくなる。また、式（５）より、音響放射抵
抗ｒａが大きいと、機械的Ｑが小さくなる。
【００２１】図４は本発明によるボルト締めランジュバ
ン型振動子の断面図であり、図５は図４を圧電素子１の
側から見た断面図である。
ン型振動子の断面図であり、図５は図４を圧電素子１の
側から見た断面図である。
【００２２】図４において、５はリング状圧電素子１と
接続する側の面に穴６を設けた金属製の穴開フロントマ
スである。フロントマス２に穴６を開けて、穴開フロン
トマス５としたことにより、断面積Ｓ2がＳ2’まで小さ
くなったとすると、これを式（５）に代入するとわかる
ように機械的Ｑが小さくなる。フロントマス２の厚さａ
を極端に小さくすると、直径と厚さの比が大きくなり、
フロントマス２の音響放射面に振動の節ができ、同一音
響放射面に正相と逆相の振動モ−ドが表れ、逆相の成分
は正相の成分を打ち消す方向に働き、有効な音響放射エ
ネルギを減少させるが、本実施例ではフロントマス２に
穴６を開け、フロントマス５のようにすることにより、
厚さａを変えることなく機械的Ｑを小さくでき音響放射
効率が低下することなく低周波化がなり、穴６を開けた
ことにより軽量化ができる。
接続する側の面に穴６を設けた金属製の穴開フロントマ
スである。フロントマス２に穴６を開けて、穴開フロン
トマス５としたことにより、断面積Ｓ2がＳ2’まで小さ
くなったとすると、これを式（５）に代入するとわかる
ように機械的Ｑが小さくなる。フロントマス２の厚さａ
を極端に小さくすると、直径と厚さの比が大きくなり、
フロントマス２の音響放射面に振動の節ができ、同一音
響放射面に正相と逆相の振動モ−ドが表れ、逆相の成分
は正相の成分を打ち消す方向に働き、有効な音響放射エ
ネルギを減少させるが、本実施例ではフロントマス２に
穴６を開け、フロントマス５のようにすることにより、
厚さａを変えることなく機械的Ｑを小さくでき音響放射
効率が低下することなく低周波化がなり、穴６を開けた
ことにより軽量化ができる。
【００２３】このように、穴６の深さ、個数、配置を適
当に選べば音響放射面積を変えることなく音響放射抵抗
を小さくし、機械的Ｑを小さくすることができ、必要な
音響ビ−ムを作り出せ、低周波化、軽量化が図られる。
当に選べば音響放射面積を変えることなく音響放射抵抗
を小さくし、機械的Ｑを小さくすることができ、必要な
音響ビ−ムを作り出せ、低周波化、軽量化が図られる。
【００２４】また、本発明は、図６のように、穴開フロ
ントマス５の穴６を貫通させた、貫通孔７開フロントマ
ス８として、音響放射面側に音響放射板９を取付ける構
造としても、図２の構成と同様の結果が得られる。
ントマス５の穴６を貫通させた、貫通孔７開フロントマ
ス８として、音響放射面側に音響放射板９を取付ける構
造としても、図２の構成と同様の結果が得られる。
【００２５】
【発明の効果】本発明による場合は、フロントマスに開
ける穴の深さ、個数、配置を適当に選べば音響放射面積
を変えることなく機械的Ｑを小さくすることができ、こ
れに伴う音響放射効率の低下を抑え、必要な音響ビ−ム
を作り出せ、低周波化、軽量化を図ることができる。
ける穴の深さ、個数、配置を適当に選べば音響放射面積
を変えることなく機械的Ｑを小さくすることができ、こ
れに伴う音響放射効率の低下を抑え、必要な音響ビ−ム
を作り出せ、低周波化、軽量化を図ることができる。
【図１】従来の技術によるボルト締めランジュバン型振
動子の断面図、
動子の断面図、
【図２】フロントマスの厚さａと機械的Ｑの関係の説明
図、
図、
【図３】インピ−ダンス比Ｋと機械的Ｑの関係の説明
図、
図、
【図４】本発明によるボルト締めランジュバン型振動子
の実施例の断面図、
の実施例の断面図、
【図５】図２を圧電素子側から見た断面図、
【図６】本発明によるボルト締めランジュバン型振動子
の他の実施例の断面図、
の他の実施例の断面図、
１…リング状圧電振動子、３…リアマス、４…ボルト、
５…穴開フロントマス ６…穴。
５…穴開フロントマス ６…穴。
Claims (2)
- 【請求項１】中心軸方向に分極された複数個のリング状
圧電素子と、前記リング状圧電素子の前後に配置される
金属製のフロントマスとリアマスと、前記リング状圧電
素子と前記フロントマスと、前記リアマスを接続するボ
ルトとから成るボルト締めランジュバン型振動子におい
て、前記フロントマスの前記リング状圧電素子と接続す
る側の面に多数の穴を開けたことを特徴とするボルト締
めランジュバン型振動子。 - 【請求項２】請求項１において、前記フロントマスに開
ける穴を貫通させ、その前面に音響放射板を設けたボル
ト締めランジュバン型振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25499391A JPH0595600A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | ボルト締めランジユバン型振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25499391A JPH0595600A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | ボルト締めランジユバン型振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0595600A true JPH0595600A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=17272723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25499391A Pending JPH0595600A (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | ボルト締めランジユバン型振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0595600A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109682889A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 古野电气株式会社 | 收发器 |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP25499391A patent/JPH0595600A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109682889A (zh) * | 2017-10-19 | 2019-04-26 | 古野电气株式会社 | 收发器 |
| JP2019075761A (ja) * | 2017-10-19 | 2019-05-16 | 古野電気株式会社 | 送受波器 |
| CN109682889B (zh) * | 2017-10-19 | 2023-02-28 | 古野电气株式会社 | 收发器 |
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