JPH06501596A - 音響送信器 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 音響送信器 技術分野 本発明は音響送信器用の駆動パッケージに関する。最新の音響装置は送信器およ び受信器の両方として、すなわち、音響信号のための測定トランスデユーサとし て動作することかできる。本発明を極めて有利に使用することができる音響装置 は、いわゆる、ソナー、すなわち、反射後に種々の種類の水中聴音器により看視 することができるような音波を水中に送出する送信器である。

背景技術および課題 低周波の音波か高周波の音波よりも水中を長距離進行することかできることはよ く知られている事実である。

また、軍事的な観点およびオフショアオイルおよびガス産業の観点の両方から水 中で動作することができる強力な低周波音響送信器か長年にわたってかなり必要 とされてきた。これらの目的および使用分野のための種々の設計の送信器か極め て長年にわたって市販されている。このような音響送信器の要約か１９８４年１ １月に発行された「防衛システムレビュー」と題する刊行物の５０−５５頁に掲 載された「ソナートランスデユーサの設計に希土類合金か組み込まれる」と題す る論文に記載させている。

現在使用されている大部分の音響送信器は圧電効果または磁気ひずみ効果のいず れかに基づいている。よく知られているように、圧電効果は結晶性物質の端面に 電圧が印加されたときに結晶性物質の長さが変化し、かつ結晶性物質が物理的に 変形するときに電圧が得られることを意味している。磁気ひずみは、磁気材料の 磁束が変化するときに磁気材料の長さが変化し、かつ磁気材料の長さが外的な要 因により変化するときに磁束が変化することを意味している。これはこれらの効 果を利用する送信器が原則として受信器として使用できることを意味している。

音響送信器の種々の異なる実施例が考案されている。

低周波用送信器においては、送信器が円形または楕円形の横断面を有する円筒形 の形状に形成されるのが一般的である。

この型式の送信器に関する最大の課題は振動の十分に大きい振幅を得ることにあ る。この目的のために、振動の大きい振幅を発生する大きい送信器領域または小 さい送信器領域のいずれかか必要になろう。

いわゆる巨大な磁気ひずみ材料の導入により、良好な音響送信器を得るための条 件が改善された。このような材料を駆動素子として使用することにより、圧電性 材料を使用しまたは通常の磁気材料を使用する場合の相応した振幅の変化の１０ ０倍にも達する振幅の変化が得られる。これらの巨大な磁気ひずみ材料を利用す る送信器は数年前から市販されている。

実際の駆動のためにしばしば使用される実施例として、楕円形の横断面を有する 円筒形の送信器について以下にさらに詳細に説明する。円筒形の包囲面は弾性ダ イアフラム、すなわち、胴体からなっている。円筒形本体の内部には、胴体に圧 力を加える２個の桿が円筒形本体の軸線に平行に延びかつ胴体と接触している。

これらの桿の横断面領域は楕円形の胴体の短軸に関して鏡像対称をなしており、 そして各々の桿は長軸の端に面する胴体の部分と、短軸に平行な弦とにより規制 されている。これらの桿の間には、駆動環の形態の電気的に制御される駆動素子 が配置され、モして該桿の平坦な平行な側面と接触している。駆動環の長手方向 の軸線は楕円形に形成された横断面の長軸と合致しかつ送信器の端面の間の中間 に配置されている。磁気ひずみ効果が利用される場合には、駆動環は送信器の所 望の周波数と同調するために周囲の巻線により磁化される磁気材料、好適には、 巨大な磁気ひずみ材料からなっている。もしも圧電効果が利用されるとすれば、 駆動環は圧電性材料で構成される。勿論、駆動環の全部またはある部分を長さを 変化させることかできる材料で構成することもできる。

上記の音響送信器の基本的な実施例は、実際の細部については異なっていてもよ い。楕円形の横断面領域を育しかつ巨大な磁気ひずみ材料の駆動環を備えた円筒 形の音響送信器は、なかんずく、「希土類たわみ緊張性トランスデユーサ」と題 する米国特許第４．９０１，２９３号明細書に開示されている。

また、［音響送信器におけるデバイス」と題するスエーデン特許出願第８９０１ ９０５−３号明細書には、楕円形の横断面を有する円筒形の送信器か記載されて し）る。

この場合の駆動素子は加圧桿か挿入される対向して配置された凹部を有する本体 からなっている。また、駆動環はダイアフラムに対して上記の態様と同じ態様で 作用する加圧環内に固定されている。

発明の要約 本発明は上記の説明で「駆動素子」と呼んだか、以下の説明において「駆動パッ ケージ」と呼ぶ要素に対する基本的な概念を含む。送信器のその他の部分につい ては、楕円形の横断面を有する円筒形の形状と記載した前記の設計か出発点にな る。この送信器は弾性のダイアフラム、すなわち、胴体と、長軸の両端に設けら れた２個の内側の加圧桿とを有している。これらの加圧桿の間には、本発明によ る駆動パッケージか配置されている。

この駆動パッケージは直線で囲まれた平行六面体のような外形を存する磁気材料 のプレートを備えている。このプレートには、複数個の凹部、すなわち、窓が設 けられており、従ってこの理由から、プレートを以下の説明において「フレーム 」と呼ぶことにする。これらの窓は、二種類の異なる穴の形状を育しているか、 両方の憲兵、隅部か丸く形成された平行六面体の形状を有している。

以下に「駆動窓」と呼ぶ一方の窓の形状は、同一軸線上に長さが変化するように 装着された１個またはそれ以上の駆動セルからなる駆動部材を窓内に収納するこ とができるように形成されている。

以下に「プレストレス窓」と呼ぶ他方の窓の形状は、以下に説明するプレストレ ス装置を該窓内に収納することができるように形成されている。このプレストレ ス装置は、ねじにより移動可能てありかつ２個の外側の可動プレストレスラグ（ ｐｒｅｓｔｒｅｓｓ　ｌｕｇ）の間に配置されたくさびからなっている。プレス トレスラグは、くさびに面する側において、該ラグがくさびの角度と等しい角度 を一緒に形成するような形状を育している。プレストレスラグの反対側の外側面 は、平行な平面を形成し、そして（さびをねじを介してプレストレスラグの間の 角を形成した開口部の中に移動させるときにくさびの移動方向に対して垂直な方 向に相互から離れて移動せしめられる。

フレームの高さに関する寸法は、加圧桿の平坦な平行な内側面の間の距離、すな わち、加圧桿の間の長軸の長さと合致するようになっている。フレームの幅は円 筒形の胴体の軸線方向の長さと合致している。フレームの厚さは広い限度以内で 変更可能であり、そして駆動セルおよびプレストレス装置を窓の中に収納するた めに必要な寸法により実質的に決定される。送信器の楕円形の端板は、後程説明 するように、フレームの高さ／厚さの側面に固定されている。別の表現で述へる と、フレームは、その中間の平面、すなわち、二つの輻／高さの側面の間の中間 の平面が長軸および楕円形の横断面の中点を通しての円筒形の送信器の長手方向 の軸線を通る仮想平面と合致するように心出しされる。上記の説明から、フレー ムの二つの輻／厚さの側面か加圧環の平坦な平行な側面に面しかつ該側面に平行 であることか明らかであろう。

２個の駆動窓およびこれらの駆動窓の間の中間に配置された窓か中心線が合致し かつ楕円形の横断面の長軸に対して平行になるようにフレーム内に設けられ、そ して１列を形成している。フレームは最適の数のこのような平行な列を備えるこ とかできる。

上記の構造によれば、１個またはそれ以上の駆動セルを備えた駆動部材が２個の 駆動窓内に配置される。各々の駆動部材は長さが変化する方向において加圧スタ ッドに終端している。これらの加圧スタッドのだめのすきま穴かフレームに設け られている。加圧環には、駆動窓から延びる加圧スタッドを案内しかつ対向支持 するための凹部か設けられている。中間のプレストレス窓内には、上記のプレス トレス装置か配置されている。駆動部材の内側の加圧スタッドは、プレストレス ラグの平坦な平行な外側面と連結されている。

なかんずく、「防衛システムレビュー」の上記の論文によれば、巨大な磁気ひず み材料、例えば、ターフエノール（ｔｅｒｆｅｎｏｌ）を備えた地震送信器用駆 動源を使用することか知られており、かつ好適である。また、このような駆動源 が最適の機能をはだすために機械的なプレストレスおよびバイアス磁化を必要と することが知られている。

本発明による駆動パッケージに使用される好適な駆動源は米国特許第４，９１４ ，４１２号明細書により設計された駆動セル、すなわち、「磁気回路」である。

この磁気回路は、円筒形の磁気材料、例えば、巨大な磁気ひずみ材料を軸線方向 に磁化するようになっている。この磁気回路は、バイアス磁化のための磁化コイ ルおよび永久磁石と、強磁性材料の磁気復帰導体とを備えている。

所望の機械的なプレストレスはプレストレス窓内に配置されたプレストレス装置 の助けにより行うことかできる。くさびをねじによりプレストレスラグの間に挿 入することにより、これらのプレストレスラグが駆動部材の加圧スタッドを介し て加圧環をダイアフラムに対して締め付け、それにより駆動セルの所望の機械的 なプレストレスか得られる。また、これはフレームかダイアフラム内で自由に浮 動し、そして送信器の端板がダイアフラムの振動運動になんら言及する価値のあ る程度まで影響をおよぼすことなく、端板をフレームに固定することかできるこ とを意味している。

音響送信器の実施例の上記の概念は、各々の駆動部材の駆動セルの数および列の 数の両方を自由に選択することかできるので、設計、寸法および音響効果につい て大きい自由度を包含している。また、フレームの概念は、ダイアフラムが製造 され、そして巻かれるときに、駆動部材を固定しかつ加圧環を固定する可能性を 包含している。また、フレームは磁気回路用の磁気ヨークとしての役目もする。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による駆動パッケージを備えた楕円形の横断面を育する円筒形の 音響送信器を示す。

第２図は駆動パッケージに含まれたプレストレス装置を備えた駆動部材を示す。

好ましい実施例の説明 好ましくは、本発明による駆動パッケージを使用することができる音響送信器を 第１図に示しである。この送信器は、図示したように、楕円形の横断面を育する 円筒形の形状に構成されている。この送信器は、外見からは、弾性のダイアフラ ムｌと端板２および３とを有する形態の包囲面からなっている。ダイアフラム１ の内部には、楕円形の横断面の長軸の両端において、２個の加圧環４および５か 円筒形の軸線に平方に延びている。この構造はすべて前述した従来技術によるも のである。

駆動パッケージは、複数個の窓を有するフレームと、１個またはそれ以上の駆動 セルを含む駆動部材と、くさびおよびプレストレスラグからなるプレストレス装 置とを備えている。

フレーム６は、前述したように、直線で囲まれた平行六面体の形状を存している 。以下の説明を容易にするために、以下に、フレームの高さｈ１輻Ｗおよび厚さ ｔについて説明する。フレーム６は、二つの高さ／輻の側面の間の中間にありか つこれらの側面に平行な一つの平面がすべての長軸の平面と合致するように、ダ イアフラムｌ内の中央に配置されている。そりにより、フレーム６の高さｈは、 加圧環の間の自由距離と十分に合致するようになっており、これはフレーム６の 輻／厚さの側面が事実上加圧環４，５と接触することを意味している。フレーム ６の輻Ｗは円筒形ダイアフラムの軸線方向の長さと合致している。それ故に、送 信器の端板２，３は、フレーム６の高さ／厚さの側面にねじ７，８．９およびｌ Ｏにより固定することができる。フレームの厚さｔ、すなわち、二つの高さ／輻 の側面の間に距離は、駆動部材およびプレストレス装置の実際の取付けに関する 要求ならびに加圧スタッドのためのすきま穴の必要な寸法に関する要求により主 として決定される。フレーム６は、プレストレス装置の助けにより機械的に初期 応力が与えられた状態にあるときに送信器内に「浮動」するのて、このようなフ レームはなんら言及するただけの価値のある機械的な応力をうけない。それ故に 、フレーム６の高さおよび幅は所望の音響効果を得るために必要な駆動セル／駆 動部材の数により実質的に決定されよう。

上記の駆動窓のうちの２個を符号Ｉ■および１２て示しである。これらの駆動、 ｔｌｌ、１２は、図示したように、隅部が丸く形成された平行六面体の形状を存 している。駆動窓１１および１２の閏の中間には、同様に隅部が丸く形成された 平行六面体のプレストレス窓１３が形成されている。窓１１．１２および１３は 楕円形横断面の長軸と合致した共通の中心線を有している。以下の説明のために 、前述したように、２個の駆動窓および中間のプレストレス窓が１列を形成して いると述べることが好適である。第１図による地震送信器は、理解できるように 、５列を形成している。駆動窓内に配置されるようになった駆動部材は、前述し たように、軸線方向に延びる加圧スタッドを有している。これらの加圧スタッド のためのすきま穴１４．１５．１６および１７がフレームに設けられ、各々の列 の中心線と合致する共通の中心軸線を存している。

加圧スタッドを心出ししかつ案内すると共に、加圧スタッドを対向支持するため に、前述したように、加圧環４および５に凹部１８および１９が設けられている 。これらの凹部１８および１９は列の中心線と同一の軸線を有している。

第２図は各々の列内に挿入するための中間プレストレス装置２２を備えた２個の 駆動部材２０および２１の設計の一例を示す。駆動部材２０．２１は、１個また はそれ以上の駆動セル２３からなっている。数個の駆動セルか使用される場合に は、これらの駆動セルは共通の軸線延長方向を有するように取り付けられる。駆 動部材２３の加圧スタッドは符号２４および２５て示しである。プレストレス装 置２２は、２個のプレストレスラグ２６および２７と、中間のくさび２８とを備 えている。くさび２８がねじ装置２９の助けによりプレストレスラグ２６および ２７０間に挿入されるときに、駆動部材２０．２１が加圧環４，５に対して締め 付けられる。このねじ装置の配置ならびにプレストレスラグ２６．２７の案内は 複数の異なる自明な方法で行うことができるので、この明細書ではさらに詳細に 説明しないことにする。

上記の基本的な概念は、その細部に関する限り、本発明によりすべてが包含され る複数の異なる方法で設計することができる。前述したような列の数、各々の駆 動部材における駆動セルの数およびフレームの寸法を選択する以外に、例えば、 窓やフレームの高さ／厚さの側面に対する端板の取付けについて異なる実施例も 考案できよう。また、プレストレス装置のくさびを円錐形に形成することもでき る。その場合には、くさびに面するプレストレス装置の表面もまたくさびと同じ 円錐形に形成される。また、この駆動パッケージは、勿論、楕円形の横断面以外 の形状、例えば、円形の横断面を育する円筒形に形成された送信器にも使用する ことができる。

国際調査報告 １−−軸−＾−一勉汽７／Ｓε９１１００６１２国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．円筒形の形状を有しかつ胴体が弾性ダイアフラム（１）として構成され、そ してダイアフラム内に直径方向に配置された加圧桿（４，５）を備えた音響送信 器内に設けられた駆動パッケージにおいて、駆動パッケージが加圧桿の間に配置 され、そしてフレーム（６）と、駆動部材（２０，２１）と、プレストレス装置 （２２）とを備え、しかもフレーム（６）が駆動窓（１１，１２）およびプレス トレス窓（１３）の形態の隅部が丸く形成された平行六面体の凹部を有する磁気 材料の直線で囲まれた平行六面体のプレートとして構成され、しかも２個の駆動 窓が１個の中間のプレストレス窓と共に加圧桿の間に直径方向の共通の中心線を 有する１列を形成し、しかも該フレームが少なくとも１つの列を含み、さらに、 駆動部材がプレストレス窓内に配置され、そして電気的にまたは磁気的に制御可 能でありかつ延長可能な１個またはそれ以上の駆動セル（２３）を備え、しかも 延長方向における駆動部材の端部が加圧スタッド（２４，２５）として構成され 、該加圧スタッドのためのすきま穴（１４，１５，１６，１７）がその列の窓と 同一の中心線を有しかつプレストレス窓から加圧桿に向かいかつ中間プレストレ ス窓に向かうようにフレーム（６）内に設けられ、しかもプレストレス装置がプ レストレス窓（１３）内に配置され、そして２個のプレストレスラグ（２６，２ ７）を備え、該プレストレスラグの外側面は駆動部材の内方に向いた加圧スタッ ドと接触し、そして該プレストレスラグの対向した面は中間のくさびの表面（２ ８）と嵌合するように形成されており、しかもくさびがねじ装置（２９）を備え 、該ねじ装置によりくさびをプレストレスラグの間に移動することができ、それ により加圧桿に面した駆動部材の加圧スタッドが加圧桿の凹部（１８，１９）と 接触することを特徴とする駆動パッケージ。 ２．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、駆動パッケージが楕円形の横断面形状を有する音響送信器内に設けられてい ることを特徴とする駆動パッケージ。 ３．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、駆動パッケージが円形の横断面形状を有する音響送信器内に設けられている ことを特徴とする駆動パッケージ。 ４．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、駆動セルが永久磁石によりバイアス磁化されかつ巨大な磁気ひずみ材料の磁 心を有する磁気回路を備えていることを特徴とする駆動パッケージ。 ５．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、駆動セルが圧電性素子を備えていることを特徴とする駆動パッケージ。 ６．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、プレストレスラグが中間の平坦なくさびの角度と合致した角度を相互に形成 する対向した平坦な面を有するように構成されていることを特徴とする駆動パッ ケージ。 ７．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、くさびが円錐形の形状を有し、かつくさびに面したプレストレスラグの表面 がくさびと嵌合するように円錐形に構成されていることを特徴とする駆動パッケ ージ。 ８．請求の範囲第１項に記載の音響送信器内に設けられた駆動パッケージにおい て、送信器の端板（２，３）が駆動パッケージに固定されていることを特徴とす る駆動パッケージ。