JPH0614385A - 電気音響変換素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高耐水圧で、かつ低周波で、高感度の電気音
響変換素子を提供する。 【構成】 外部から音圧が加わると、それが圧電磁器４
１によって電気信号に変換され、端子４５，４６から出
力される。この際、圧電磁器４１の電極４３，４４面方
向に加わる応力は、金属の円筒殻４２によって減少す
る。そのため、静水圧モードでの圧電ｇ定数が増加す
る。また、円板形のブロック構造であるため、単純な構
造で、高耐水圧の電気音響変換器を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋の音響計測機器等
の水中受波器に用いられ、音波を電気信号に変換するた
めの、高耐水圧で、かつ低周波で高感度な電気音響変換
素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水中受波器の電気音響変換素子の
材料としては、チタン酸バリウム、ジルコン酸・チタン
酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電磁器が用いられている。最近で
は、例えば次のような文献に記載されているように、圧
電磁器の圧電ｇ定数を増大させた多孔質の圧電磁器の研
究も行われている。以下、従来の電気音響変換素子を図
を用いて説明する。 文献；Ferroelectrics、４９（１９８３）Gordon and B
reach,Science Publishers（米）Ｐ．２６５−２７２ 図２は、圧電磁器を用いた従来の円筒形電気音響変換素
子の斜視図である。この円筒形電気音響変換素子は、音
圧に対して、主に呼吸振動の周囲長の変化による感度を
利用したものであり、円筒形の圧電磁器１１を有し、そ
の内周及び外周に電極１２，１３がそれぞれ形成され、
該電極１２，１３が端子１４，１５に接続されている。
この円筒形電気音響変換素子の受波感度Ｍは、圧電磁器
１１の内径をａ、外径をｂとし、ａ／ｂ≒１のとき、周
囲方向の圧電ｇ定数をｇ₃₁とすると、 Ｍ＝２０×ｌｏｇ（｜ｇ₃₁｜・ｂ） （ｄＢ ｒｅ．
Ｖ／Ｐａ） で表される。ここでｇ₃₁は、周囲方向の圧電ｄ定数をｄ
₃₁、誘電率をεとすると、 ｇ₃₁＝ｄ₃₁／ε （Ｖｍ／Ｎ） である。ｂが１５（ｍｍ）、ｄ₃₁が−１９８×１０^-12
（Ｃ／Ｎ）、εが１．５９×１０^-8（Ｆ／ｍ）の円筒形
電気音響変換素子の場合、受波感度Ｍは Ｍ＝−７５ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐａ） となる。

【０００３】図３は、厚み共振を利用した従来の円板形
電気音響変換素子の断面図である。この円板形電気音響
変換素子は、円板形の圧電磁器２１を有し、その両面に
は正電極２２及び負電極２３が形成され、それらの正電
極２２及び負電極２３が端子２４，２５にそれぞれ接続
されている。この円板形電気音響変換素子を共振周波数
以下の低周波で使用した場合、該変換素子は静水圧的な
音圧を受けるため、受波感度Ｍは静水圧モードの圧電ｇ
定数をｇ_h 、厚さをｔとすると、 Ｍ＝２０×ｌｏｇ（｜ｇ_h ｜・ｔ） （ｄＢ ｒ
ｅ．Ｖ／Ｐａ） で表される。ここで、分極方向の圧電ｇ定数をｇ₃₃、分
極と直角方向の圧電ｇ定数をｇ₃₁、ｇ₃₂とし、そのそれ
ぞれに対応する圧電ｄ定数をｄ₃₃、ｄ₃₁、ｄ₃₂とする
と、 ｇ_h ＝ｇ₃₃＋ｇ₃₂＋ｇ₃₁＝ｄ₃₃／ε＋ｄ₃₂／ε＋ｄ₃₁／ε＝ｄ_h ／ε （Ｖｍ／Ｎ） である。圧電磁器２１にはＰＺＴが用いられている。ｔ
が６（ｍｍ）、ｄ₃₃が４１７×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｄ
₃₁、ｄ₃₂が−１９８×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、誘電率εが
１．５９×１０^-8（Ｆ／ｍ）とすると、圧電ｇ定数
ｇ_h 、受波感度Ｍは、 ｇ_h ＝１．３２×１０^-3 （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝−１０２ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐａ） となる。

【０００４】図４は、図３と同様に厚み共振を利用した
円板形電気音響変換素子の断面図である。この円板形電
気音響変換素子は、図３とほぼ同様に、多孔質圧電磁器
３１を有し、その両面には正電極３２及び負電極３３が
形成され、その正電極３２及び負電極３３に端子３４，
３５がそれぞれ接続されている。多孔質圧電磁器３１
は、前記文献に記載されているような多孔質ＰＺＴで構
成されている。多孔質ＰＺＴの圧電ｄ定数は、電極面と
平行な断面を考えた場合、ＰＺＴの占める面積は従来の
図３に比べ減少するが、その分ＰＺＴに応力の集中が起
こり、発生する電荷の量が従来の図３と同等であるた
め、ＰＺＴと同等の値を採用する。

【０００５】ｔが６（ｍｍ）、ｄ₃₃が４１７×１０^-12
（Ｃ／Ｎ）、ｄ₃₁、ｄ₃₂が−１９８×１０^-12 （Ｃ／
Ｎ）、誘電率εが４．４３×１０^-9（Ｆ／ｍ）とする
と、圧電ｇ定数ｇ_h 、受波感度Ｍは、 ｇ_h ＝４．７４×１０^-3 （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝−９１ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐ
ａ） となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電気音響変換素子では、次のような問題（ｉ）〜(iii）
があり、それを解決することが困難であった。 （ｉ） 図２の円筒形電気音響変換素子では、受波感度
が高い反面、内部に空気層を持つことから、耐水圧が低
く、深深度までは使用できないという問題がある。ま
た、耐水圧を持たせるために内部に油等を入れるバラン
ス方式もあるが、感度が低下したり、構造が複雑になる
等の問題がある。 （ii） 図３のブロック状の円板形圧電磁器２１を用い
た電気音響変換素子は、高耐水圧であるが、共振周波数
以下の低周波で感度が低い。即ち、圧電磁器の圧電ｇ定
数ｇ_h （＝ｇ₃₃＋ｇ₃₂＋ｇ₃₁）は、ｇ₃₃に対してｇ₃₁、
ｇ₃₂が異符号で、かつ絶対値が約１／２（１／２ｇ₃₃≒
｜ｇ₃₁｜≒｜ｇ₃₂｜）であることから、非常に小さな値
になるという問題がある。 (iii） 図４のブロック状の円板形多孔質圧電磁器３１
を用いた電気音響変換素子は、高耐水圧で、従来の図３
の電気音響変換素子よりも感度がよいが、圧電ｇ定数を
増大させるために誘電率を低下させているので、静電容
量が低下し、ケーブル容量による受波感度の低下、電気
インピーダンスの増大による電気回路での不都合等を生
じる問題がある。 本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、高耐
水圧で、かつ低周波で高感度な電気音響変換素子を得る
ことが困難な点について解決した水中受波器の電気音響
変換素子を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、前記課題
を解決するために、音圧を電気信号に変換する水中受波
器の電気音響変換素子において、厚み方向に分極された
円板形の圧電磁器と、前記圧電磁器の両面に形成された
正電極及び負電極と、前記圧電磁器の周囲に設けられた
硬質の殻とを、備えている。第２の発明では、音圧を電
気信号に変換する水中受波器の電気音響変換素子におい
て、厚み方向に分極された円板形の多孔質圧電磁器と、
前記多孔質圧電磁器の両面に形成された正電極及び負電
極と、前記多孔質圧電磁器の周囲に設けられた硬質の殻
とを、備えている。

【０００８】第３の発明では、第１または第２の発明の
硬質の殻を、金属製または硬質樹脂製の円筒殻で構成し
ている。第４の発明では、音圧を電気信号に変換する水
中受波器の電気音響変換素子において、厚み方向に分極
された円板形の多孔質圧電磁器と、前記多孔質圧電磁器
の両面に形成された正電極及び負電極と、前記多孔質圧
電磁器の周囲に一体成型された磁器材料の殻とを、備え
ている。第５の発明では、第４の発明の磁器材料の殻
を、円筒殻で構成している。

【０００９】

【作用】第１の発明によれば、以上のように電気音響変
換素子を構成したので、円板形圧電磁器の周囲に設けら
れた硬質の殻は、該圧電磁器の電極面方向に加わる応力
を低減させ、静水圧モードでの圧電ｇ定数を増大させる
働きがある。第２の発明によれば、円板形の多孔質圧電
磁器の周囲に設けられた硬質の殻は、該多孔質圧電磁器
の電極面方向に加わる応力を低減させ、静水圧モードで
の圧電ｇ定数を増加させる働きがある。この圧電ｇ定数
を増加させる働きにより、厚さを薄くすることが可能と
なって静電容量の増加も図れる。第３の発明によれば、
金属製または硬質樹脂製の円筒殻は、第１及び第２の発
明と同様に、圧電磁器の電極面方向に加わる応力を低減
させる働きがある。

【００１０】第４の発明によれば、円板形の多孔質圧電
磁器の周囲に一体成型された磁器材料の殻は、第２の発
明とほぼ同様に、多孔質圧電磁器の電極面方向に加わる
応力を低減させ、静水圧モードでの圧電ｇ定数を増加さ
せ、さらに静電容量を増加させる働きがある。また、一
体成型された殻は、その中の多孔質圧電磁器との間の剥
離や、音圧の漏れ込みによる圧電ｇ定数の低下を抑制す
る働きがある。第５の発明によれば、円筒殻は、第４の
発明とほぼ同様に、多孔質圧電磁器の電極面方向に加わ
る応力を低減させ、静水圧モードでの圧電ｇ定数を増加
させて静電容量を増加させる働きがあると共に、多孔質
圧電磁器との間の剥離や音波の漏れ込み等を抑制する働
きがある。従って、前記課題を解決できるのである。

【００１１】

【実施例】第１の実施例 図１は、本発明の第１の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。この円板形電気音響変換素子
は、厚さｔ、及び半径ｒ_a の円板形の圧電磁器４１を有
している。この圧電磁器４１は、その厚み方向に分極さ
れ、その両面に正電極４３及び負電極４４が形成され、
その正電極４３及び負電極４４が端子４５，４６にそれ
ぞれ接続されている。円板形の圧電磁器４１の周囲に
は、厚さｔ、内半径ｒ_a 、及び外半径ｒ_b からなる金属
の円筒殻４２が設けられている。

【００１２】次に、動作を説明する。図１の円板形電気
音響変換素子は、該変換素子の寸法より十分長い波長で
ある低周波に対しては静水圧的な音圧を受ける。この音
圧（静水圧）をＰ_a とすると、電気音響変換素子の全表
面に音圧Ｐ_a が加わる。圧電磁器４１の厚み方向には音
圧Ｐ_a により応力Ｐ_a が加わるが、該圧電磁器４１の電
極面方向には、円周に設けた金属の円筒殻４２によって
音圧Ｐ_a が制動を受け、応力Ｐ_b （＜Ｐ_a ）が加わるこ
ととなる。圧電磁器４１のヤング率、ポアソン比を
Ｅ_a 、ν_a 、金属のヤング率、ポアソン比をＥ_b 、ν_b
とすると、Ｐ_b は

【数１】 となる。よって、電気音響変換素子の圧電ｄ定数ｄ_h 、
圧電ｇ定数ｇ_h 、受波感度Ｍは、圧電磁器４１の分極方
向の圧電ｄ定数をｄ₃₃、分極と直角方向の圧電ｄ定数を
ｄ₃₁、ｄ₃₂、誘電率をεとすると、 ｄ_h ＝（Ｐ_a ・ｄ₃₃＋Ｐ_b ・ｄ₃₂＋Ｐ_b ・ｄ₃₁）／｜Ｐ_a ｜ （Ｃ／Ｎ） ｇ_h ＝ｄ_h ／ε （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝２０×ｌｏｇ（｜ｇ_h ｜・ｔ） （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐａ） ＝２０×ｌｏｇ（ｇ_h ・ｔ）−１２０ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／μＰａ） となる。ここで、電圧磁器４１にＰＺＴ、金属の円筒殻
４２に軟鉄を用いたとし、Ｅ_a ＝６．１０×１０¹⁰（Ｎ
／ｍ² ）、Ｅ_b ＝２１．１４×１０¹⁰（Ｎ／ｍ²）、ν
_a ＝ν_b ＝０．３、ｒ_a ＝１２（ｍｍ）、ｒ_b ＝１５
（ｍｍ）、Ｐ_a ＝１．０（Ｎ／ｍ² ）、ε＝１．５９×
１０^-8（Ｆ／ｍ）、ｄ₃₃＝４１７×１０^-12 （Ｃ／
Ｎ）、ｄ₃₁＝ｄ₃₂＝−１９８×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｔ
＝６（ｍｍ）とすると、 Ｐ_b ＝８．６４×１０^-1 （Ｎ／ｍ² ） ｄ_h ＝７．４６×１０^-11 （Ｃ／Ｎ） ｇ_h ＝４．６８×１０^-3 （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝−９１ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐ
ａ） ＝−２１１ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／μＰ
ａ） となる。

【００１３】この第１の実施例では、次のような利点を
有している。 （ｉ） 同一外径及び同一厚さの従来の図３の円板形電
気音響変換素子と比較すると、圧電ｇ定数ｇ_h からわか
るように、本実施例の円板形電気音響変換素子が従来の
図３のものよりも圧電ｇ定数で３．５倍程度優れたもの
となる。 （ii） 本実施例の電気音響変換素子は、従来の図３の
ものに比べ、同一外径ならば、電極面積が小さくなるこ
とから、静電容量が低下する懸念がある。しかし、従来
の図３のものと同一感度になるように、本実施例の電気
音響変換素子の厚さｔを薄くすると、受波感度が厚さｔ
に比例することから、ｔ＝１．７（ｍｍ）となり、半径
１２（ｍｍ）、ε＝１．５９×１０^-8（Ｆ／ｍ）である
ことから、静電容量は４２３０（ｐＦ）となる。従来の
図３の円板形電気音響変換素子は半径１５（ｍｍ）、厚
さ６（ｍｍ）、ε＝１．５９×１０^-8（Ｆ／ｍ）である
から、静電容量が１８８０（ｐＦ）となる。従って、本
実施例による電気音響変換素子が、同一感度及び同一外
径であるならば、２．３倍だけ静電容量が増大している
ことがわかる。

【００１４】以上のように、本実施例の円板形電気音響
変換素子では、従来の図３のものに比べ、圧電磁器４１
の電極面方向に加わる応力を低減させることができるた
め、従来の図３のものよりも、静水圧モードでの圧電ｇ
定数ｇ_h を増加させることができる。さらに、図２の円
筒形電気音響変換素子と比較した場合、内部に空気層や
バランス構造を必要としないことから、単純な構造で、
高耐水圧の変換器が実現できる。なお、図１に示す金属
の円筒殻４２に代えて、硬質樹脂の円筒殻を設けたり、
あるいは円筒殻以外の殻を設けても、前記とほぼ同様の
効果が得られる。

【００１５】第２の実施例 図５は、本発明の第２の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。この円板形電気音響変換素子
は、厚さｔ、及び半径ｒ_a の円板形の多孔質圧電磁器５
１を有している。この多孔質圧電磁器５１は、その厚み
方向に分極されており、その両面に正電極５３及び負電
極５４が形成され、それらの正電極５３及び負電極５４
に端子５５，５６がそれぞれ接続されている。多孔質圧
電磁器５１の周囲には、厚さｔ、内半径ｒ_a 、及び外半
径ｒ_b の金属の円筒殻５２が設けられている。

【００１６】この円板形電気音響変換素子の動作は、第
１の実施例とほぼ同様である。即ち、多孔質圧電磁器５
１に多孔質ＰＺＴ、金属の円筒殻５２に軟鉄を用いたと
し、多孔質ＰＺＴの分極方向の圧電ｄ定数をｄ₃₃、分極
と直角方向の圧電ｄ定数をｄ₃₁、ｄ₃₂、誘電率をεとす
ると、電気音響変換素子の多孔質ＰＺＴ一金属間の応力
Ｐ_b 、圧電ｄ定数ｄ_h 、圧電ｇ定数ｇ_h 、受波感度Ｍ
は、Ｅ_a ＝１．７５×１０¹⁰（Ｎ／ｍ² ）、Ｅ_b ＝２
１．１４×１０¹⁰（Ｎ／ｍ² ）、ν_a ＝ν_b ＝０．３、
ｒ_a ＝１３（ｍｍ）、ｒ_b ＝１５（ｍｍ）、Ｐ_a ＝１．
０（Ｎ／ｍ² ）、ε＝４．４３×１０^-9（Ｆ／ｍ）、ｄ
₃₃＝４１７×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｄ₃₁＝ｄ₃₂＝−１９
８×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｔ＝６（ｍｍ）であるから、 Ｐ_b ＝７．２０×１０^-1 （Ｎ／ｍ² ） ｄ_h ＝１．３２×１０^-10 （Ｃ／Ｎ） ｇ_h ＝２．９８×１０^-2 （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝−７５ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐ
ａ） となる。

【００１７】この第２の実施例では、次のような利点を
有している。 （ａ） 従来の図３と同一の外径・厚さの本実施例によ
る円板形電気音響変換素子と、従来の図３のものとを比
較すると、圧電ｇ定数ｇ_h で、本実施例の電気音響変換
素子が２２．６倍だけ優れたものとなるが、本実施例の
電気音響変換素子は使用する多孔質ＰＺＴの誘電率がＰ
ＺＴに比べて小さいため、静電容量が低下する。しか
し、本実施例の電気音響変換素子の厚さｔを従来の図３
の電気音響変換素子と同一外径で、同一容量となるよう
薄くした場合、厚さｔは１．３（ｍｍ）となり、受波感
度が−８８（ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐａ）となる。そのた
め、従来の図３の電気音響変換素子に比べ、受波感度が
５倍増大している。 （ｂ） 従来の図４と同一の外径・厚さの本実施例によ
る電気音響変換素子と、従来の図４のものとを比較する
と、圧電ｇ定数ｇ_h で、本実施例の電気音響変換素子が
６．３倍だけ優れたものとなるが、本実施例の電気音響
変換素子は同一外径ならば、円周に設けた金属の円筒殻
５２により、電極面積が小さくなることから、静電容量
が低下する。しかし、本実施例の電気音響変換素子の厚
さｔを、従来の図４の電気音響変換素子と同一外径で、
同一感度となるよう薄くした場合、厚さｔは０．９（ｍ
ｍ）となり、静電容量は２６１２（ｐＦ）となる。従来
の図４の静電容量は、ｔ＝６（ｍｍ）、半径１５（ｍ
ｍ）、ε＝４．４３×１０^-9（Ｆ／ｍ）だから、５２２
（ｐＦ）となり、本実施例の静電容量が５倍増大してい
る。

【００１８】以上のように、本実施例の円板形電気音響
変換素子では、金属の円筒殻５２により、多孔質の圧電
磁器（例えば、多孔質ＰＺＴ）５１の電極面方向に加わ
る応力を低減させることができ、従来の図３や図４の電
気音響変換素子よりも静水圧モードでの圧電ｇ定数ｇ_h
を増加させることができる。また、圧電ｇ定数ｇ_h が増
加するため、厚さを薄くすることが可能となり、静電容
量の増加も達成できる。さらに、従来の図２の円筒形電
気音響変換素子と比較して、内部に空気層やバランス構
造を必要としないことから、単純な構造で、高耐水圧の
電気音響変換素子が達成できる。なお、図５に示す金属
の円筒殻５２に代えて、硬質樹脂の円筒殻を設けたり、
あるいは円筒殻以外の殻を設けても、前記とほぼ同様の
効果が得られる。

【００１９】第３の実施例 図６は、本発明の第３の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。この円板形電気音響変換素子
は、厚さｔ、及び半径ｒ_a の円板形の多孔質圧電磁器６
１を有している。この多孔質圧電磁器６１は、例えば多
孔質ＰＺＴで構成され、その厚み方向に分極されてお
り、さらにその両面に正電極６３及び負電極６４が形成
され、それらの正電極６３及び負電極６４に端子６５，
６６が接続されている。多孔質圧電磁器６１の周囲に
は、磁器材料（例えば、ＰＺＴ）からなる円筒殻６２が
一体成型されている。この円筒殻６２は、厚さｔ、内半
径ｒ_a 、及び外半径ｒ_b の大きさを成し、例えば、多孔
質ＰＺＴよりもヤング率の大きなＰＺＴで形成されてい
る。

【００２０】この実施例の動作は、第１の実施例を示す
図１とほぼ同様である。即ち、Ｅ_a＝１．７５×１０¹⁰
（Ｎ／ｍ² ）、Ｅ_b ＝６．１０×１０¹⁰（Ｎ／ｍ² ）、
ν_a ＝ν_b ＝０．３、ｒ_a ＝１２（ｍｍ）、ｒ_b ＝１５
（ｍｍ）、Ｐ_a ＝１．０（Ｎ／ｍ² ）、多孔質ＰＺＴの
誘電率ε＝４．４３×１０^-9（Ｆ／ｍ）、多孔質ＰＺＴ
の圧電ｄ定数ｄ₃₃＝４１７×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｄ₃₁
＝ｄ₃₂＝−１９８×１０^-12 （Ｃ／Ｎ）、ｔ＝６（ｍ
ｍ）とすると、 Ｐ_b ＝８．６４×１０^-1 （Ｎ／ｍ² ） ｄ_h ＝７．５０×１０^-11 （Ｃ／Ｎ） ｇ_h ＝１．６９×１０^-2 （Ｖｍ／Ｎ） Ｍ＝−８０ （ｄＢ ｒｅ．Ｖ／Ｐ
ａ） となる。

【００２１】この第３の実施例では、次のような利点
（１）〜（５）を有している。 （１） 従来の図２の円筒形電気音響変換素子と比較し
て、内部に空気層やバランス構造を必要としないことか
ら、単純な構造で、高耐水圧の電気音響変換素子が実現
できる。 （２） 従来の図３と同一外径・同一厚さの本実施例に
よる電気音響変換素子と、従来の図３の電気音響変換素
子とを比較すると、圧電ｇ定数ｇ_h で本実施例の電気音
響変換素子が１２．８倍優れたものとなる。しかし、多
孔質ＰＺＴの誘電率がＰＺＴに比べ小さいため、本実施
例の静電容量が低下するが、本実施例の電気音響変換素
子の厚さｔを、従来の図３の電気音響変換素子と同一外
径で、同一容量となるよう薄くした場合、厚さｔは１．
１（ｍｍ）となり、この場合の受波感度が−９５（ｄＢ
ｒｅ．Ｖ／Ｐａ）となる。よって、同一外径・同一容
量ならば、従来の図３の電気音響変換素子に比べ、受波
感度が２．４倍増大する。 （３） 従来の図４と同一外径・同一厚さの本実施例に
よる電気音響変換素子と、従来の図４の電気音響変換素
子とを比較すると、圧電ｇ定数ｇ_h で、本実施例の電気
音響変換素子が３．６倍優れたものとなる。しかし、本
実施例の電気音響変換素子は、同一外径ならば円周の円
筒殻６２によって電極面積が小さくなることから、静電
容量が低下するが、本実施例の電気音響変換素子の厚さ
ｔを、従来の図４の電気音響変換素子と同一外径で、同
一感度となるよう薄くした場合、厚さｔは１．７（ｍ
ｍ）となり、静電容量が１１７８（ｐＦ）となる。従来
の図４の静電容量は、ｔ＝６（ｍｍ）、半径１５（ｍ
ｍ）、ε＝４．４３×１０^-9（Ｆ／ｍ）だから、５２２
（ｐＦ）となり、本実施例の静電容量が２．３倍増大す
る。

【００２２】（４） 第１の実施例を示す図１と同一外
径・同一厚さの本実施例による電気音響変換素子と、図
１の電気音響変換素子とを比較すると、圧電ｇ定数ｇ_h
で、本実施例の電気音響変換素子が３．６倍優れたもの
となる。また、図１では、圧電磁器４１と金属の円筒殻
４２との間を接着剤で接着した場合、例えばその接着剤
が軟化して剥離したり、あるいは該接着剤が軟らかいた
め音圧が漏れ込んで圧電ｇ定数ｇ_h が低下する等のおそ
れがある。これに対して本実施例の電気音響変換素子は
一体成型していることから、図１のような圧電磁器４１
と金属の円筒殻４２との間の剥離や、音波の漏れ込みに
よる圧電ｇ定数ｇ_h の低下のおそれを的確に防止でき
る。 （５） 第２の実施例を示す図５と同一外径・同一厚さ
の本実施例による電気音響変換素子と、図５の電気音響
変換素子とを比較すると、本実施例の電気音響変換素子
の圧電ｇ定数ｇ_h は図５の圧電ｇ定数ｇ_h の３／５程度
のものとなる。しかし、本実施例の電気音響変換素子は
一体成型していることから、図５の多孔質圧電磁器５１
と金属の円筒殻５２との間の剥離や、音波の漏れ込みに
よる圧電ｇ定数ｇ_h の低下を的確に防止できる。なお、
図６において、円筒殻６２は、該円筒殻以外の磁器材料
の殻で構成しても、前記と同様の効果が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、円板形の圧電磁器の周囲に硬質の殻を設けた
ので、圧電磁器の電極面方向に加わる応力を該硬質の殻
で低減させることができる。そのため、従来の円板形圧
電磁器のみの電気音響変換素子よりも、静水圧モードで
の圧電ｇ定数を増加させることができる。さらに、従来
の円筒形電気音響変換素子と比較して、内部に空気層や
バランス構造を必要としないことから、単純な構造で、
高耐水圧の電気音響変換素子が実現できる。第２の発明
によれば、円板形の多孔質圧電磁器の周囲に硬質の殻を
設けたので、該硬質の殻により、第１の発明とほぼ同様
に、多孔質圧電磁器の電極面方向に加わる応力を低減さ
せることができ、従来の円板形圧電磁器からなる電気音
響変換素子よりも静水圧モードでの圧電ｇ定数を増加さ
せることができる。しかも、圧電ｇ定数が増加するた
め、厚さを薄くすることが可能となり、静電容量の増加
も達成できる。また、第１の発明と同様に、従来の円筒
形電気音響変換素子と比較して、内部に空気層やバラン
ス構造を必要としないことから、単純な構造で、高耐水
圧の電気音響変換素子が達成できる。

【００２４】第３の発明によれば、硬質の殻を、金属製
または硬質樹脂製の円筒殻で構成したので、第１及び第
２の発明とほぼ同様の効果が得られる。第４の発明によ
れば、円板形の多孔質圧電磁器の周囲に、磁器材料の殻
を一体成型したので、第１及び第２の発明とほぼ同様
に、高耐水圧で、感度がよく、さらに圧電ｇ定数が大幅
に増大することから、厚さを薄くすることが可能とな
り、静電容量の増加も達成できる。さらに、第１の発明
と比較すると、圧電ｇ定数で本発明の方が数倍優れてい
る。しかも、本発明の電気音響変換素子は一体成型のた
め、多孔質圧電磁器とその周囲の殻との間の剥離や、音
圧の漏れ込みによる圧電ｇ定数の低下等といった不都合
を的確に防止できる。また、第２の発明と比較すると、
本発明による圧電ｇ定数は第２の発明の圧電ｇ定数より
も小さくなるが、本発明の電気音響変換素子は一体成型
していることから、多孔質圧電磁器とその周囲の殻との
間の剥離や、音圧の漏れ込みによる圧電ｇ定数の低下等
といった不都合を的確に防止できる。第５の発明によれ
ば、磁器材料の殻を円筒殻で構成したので、第４の発明
とほぼ同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。

【図２】従来の円筒形電気音響変換素子の斜視図であ
る。

【図３】従来の円板形電気音響変換素子の断面図であ
る。

【図４】従来の円板形電気音響変換素子の断面図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。

【図６】本発明の第３の実施例を示す円板形電気音響変
換素子の断面図である。

【符号の説明】

４１ 圧電磁器 ４２，５２，６２ 円筒殻 ４３，５３，６３ 正電極 ４４，５４，６４ 負電極 ５１，６１ 多孔質圧電磁器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音圧を電気信号に変換する水中受波器の
   電気音響変換素子において、 厚み方向に分極された円板形の圧電磁器と、 前記圧電磁器の両面に形成された正電極及び負電極と、 前記圧電磁器の周囲に設けられた硬質の殻とを、 備えたことを特徴とする電気音響変換素子。
2. 【請求項２】 音圧を電気信号に変換する水中受波器の
   電気音響変換素子において、 厚み方向に分極された円板形の多孔質圧電磁器と、 前記多孔質圧電磁器の両面に形成された正電極及び負電
   極と、 前記多孔質圧電磁器の周囲に設けられた硬質の殻とを、 備えたことを特徴とする電気音響変換素子。
3. 【請求項３】 前記硬質の殻は、金属製または硬質樹脂
   製の円筒殻であることを特徴とする請求項１または２記
   載の電気音響変換素子。
4. 【請求項４】 音圧を電気信号に変換する水中受波器の
   電気音響変換素子において、 厚み方向に分極された円板形の多孔質圧電磁器と、 前記多孔質圧電磁器の両面に形成された正電極及び負電
   極と、 前記多孔質圧電磁器の周囲に一体成型された磁器材料の
   殻とを、 備えたことを特徴とする電気音響変換素子。
5. 【請求項５】 前記磁器材料の殻は、円筒殻であること
   を特徴とする請求項４記載の電気音響変換素子。