JPH07328539A - 電磁音響変換器 - Google Patents

電磁音響変換器

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JPH07328539A
JPH07328539A JP13189894A JP13189894A JPH07328539A JP H07328539 A JPH07328539 A JP H07328539A JP 13189894 A JP13189894 A JP 13189894A JP 13189894 A JP13189894 A JP 13189894A JP H07328539 A JPH07328539 A JP H07328539A
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radiator
vibration
coil
acoustic transducer
electromagnetic
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Yukio Kagawa
幸雄 加川
Takao Tsuchiya
隆生 土屋
Hidekazu Ando
英一 安藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 変換効率の向上が図れる構成の電磁音響変換
器を提供する。 【構成】 パルス電力生成装置12から渦巻状コイル1
1に瞬間的に大電流を流すと振動放射体11に渦電流が
生じ、同時にコイル電流と渦電流の間に強力な電磁反発
力が作用して振動放射体11が振動する。このとき、振
動放射体11が半球殻状の導体薄板から成るので、ポア
ソン結合による有害な振動が抑制される。まあた、構造
的な剛性が高いのでピストン運動のみが励起され、矢示
の方向に大勢力パルス音波が規則正しく放射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、湿式洗浄器の超音波発
生源や、地層探査機器、海底探査機器、胆石破壊を行う
医療機器等の音源として用いられる電磁音響変換器に関
する。
【0002】
【従来の技術】図5は、超音波発生源や各種探査機器類
の音源として使用される従前の電磁音響変換器の要部構
成図であり、50は導線を同一平面上で渦巻状に巻回し
て成る渦巻状コイル、51は渦巻状コイル50に所定周
期のパルス電力を給電するためのパルス生成装置、52
は円板状の導電性振動放射体である。パルス生成装置5
1は、直流電源511、コンデンサ512、及び、切替
スイッチ513より構成される。なお、切替スイッチ5
13は、図示しない制御装置によって切替周期の制御が
行われる。
【0003】このような構成の電磁音響変換器では、ま
ず、切替スイッチ513を直流電源511側にセット
し、直流電源511より供給される電気的エネルギーを
コンデンサ512に蓄積させておく。所定時間経過後、
切替スイッチ513を渦巻状コイル50側に切り替えて
渦巻状コイル50に瞬間的に大電流を流すと、振動放射
体52に渦電流が誘導される。このとき、渦電流とコイ
ル電流との間に強力な電磁反発力が作用し、振動放射体
52が励振される。この動作を所定周期で繰り返すこと
により、振動放射体52の主面、即ち音響媒体を指向す
る面から矢示の方向に大勢力のパルス音波が放射され
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、強力な音場
を形成するには、振動放射体52を図5の矢示方向及び
その反対方向に規則正しくピストン運動させ、放射され
る音波の位相を合わせることが好ましい。しかしなが
ら、前述のように円板状の振動放射体52を励振させる
従前の電磁音響変換器では、図6(a)に示すような伸
び振動と、図6(b)に示すような曲げ振動とが同時に
励起され、両者が結合した曲げ伸び振動、即ちポアソン
結合による振動となる。そのため、放射される音波の位
相が不規則となって音場が乱れ、電磁音響変換効率が低
下するという問題があった。
【0005】また、放射された音波を伝達する音響媒体
は、液体である場合が多い。しかるに、振動放射体52
の音響インピーダンスと液体の音響インピーダンスとは
著しく異なることから、両者のインピーダンスに不整合
が生じ、電磁音響変換効率の向上が図れないという問題
もあった。本発明の課題は、かかる問題に鑑み、変換効
率の向上が図れる構成の電磁音響変換器を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明が提供する電磁音
響変換器は、パルス電力の給電によりコイル電流が流れ
る構造の渦巻状コイルと、前記コイル電流によって誘導
される渦電流と該コイル電流との相互作用によりその主
面から音波を放射せしめる振動放射体と、を有する電磁
音響変換器において、振動放射体を、半球殻状に形成さ
れた導体薄板、あるいは、導電性溶液が充填された絶縁
性容器で構成したことを特徴とする。なお、絶縁性容器
も均等厚みで半球殻状に形成されていることが好まし
い。
【0007】また、渦巻状コイルのコイル面を半球殻状
に形成し、該コイル面と前記振動放射体の背面、即ち主
面の裏面との間隔を略均等にする構成、あるいは振動放
射体の周縁部を支持部材によって支持固定する構成も上
記問題の解決に有効となる。
【0008】
【作用】振動放射体を薄板構造とすることで励振時にお
ける厚み方向の振動の発生が抑制され、一方、導電性溶
液を充填した絶縁性容器を振動放射体とすることで横波
が発生せず、いずれの場合もポアソン結合による振動が
励起されない。特に、後者の場合は、振動放射体の音響
インピーダンスが、液体の音響インピーダンスに近づく
ので、音響媒体が水の場合にインピーダンス整合が図ら
れ、電磁音響変換効率が格段に高まる。
【0009】また、振動放射体を半球殻状に形成するこ
とでその剛性が増し、曲げ振動の発生も抑制されてピス
トン運動がし易くなる。渦巻状コイルのコイル面をも半
球殻状に形成し、該コイル面と振動放射体の背面との間
隔を略均等にする構成では、振動放射体に誘導される渦
電流の大きさが均一となり、それにより発生する電磁反
発力も均一となるので、上記ピストン運動がよりスムー
スとなる。更に、振動放射体の周縁部を支持固定する
と、振動放射体の運動形態はピストン運動とはならない
が、伸び振動が励起され、体積変位することによりピス
トン運動に近似した運動形態が実現される。
【0010】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。 (第1実施例)図1は、本発明の第1実施例に係る電磁
音響変換器の要部断面構成図である。図1において、1
0は渦巻状コイル、11は半球殻状薄板から成る振動放
射体で、その材質はチタン、ジュラルミン、ステンレス
など剛性が高く、電気伝導度の良いものを選定する。1
2はパルス生成装置であり、直流電源121、コンデン
サ122、切替スイッチ123より構成される。なお、
振動放射体10は、その周縁部が図示しない半固定支持
体によって変位自在に支持されているものとする。
【0011】動作時には、コンデンサ122に直流電源
121より供給される電気的エネルギを蓄積させてお
き、所定時間経過後に切替スイッチ123を切り替えて
渦巻状コイル10に瞬間的に大電流を流す。これにより
振動放射体11に渦電流が生じ、コイル電流と渦電流の
間に強力な電磁反発力が作用して、振動放射体11の主
面から矢示の方向に大勢力パルス音波が放射される。
【0012】ここまでの動作は従前の電磁音響変換器と
同様であるが、本実施例では、振動放射体11の形状が
異なるので、励振される振動姿態が異なってくる。即
ち、振動放射体11が薄板構造なので、厚み方向の振動
が抑制され、ポアソン結合による有害な振動が抑制され
る。また、半球殻状なので、構造的な剛性が増し、曲げ
振動が抑制されて、ピストン運動のみが励起される。こ
れにより従前の問題点が解消され、高い電磁音響変換効
率を有する電磁音響変換器を実現することができる。
【0013】(第2実施例)図2は、本発明の第2実施
例に係る電磁音響変換器の要部断面構成図である。この
実施例は、第1実施例の変形なので、図1に示した構成
部品と同一機能のものについては同一符号を付してその
説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0014】この実施例では、半球殻状の導電性振動放
射体10にその形状を倣わせた渦巻状コイル21を用
い、且つ、渦巻状コイル21と振動放射体10との間隔
を均一に構成したものである。このような構成の電磁音
響変換器では、パルス生成装置12から渦巻状コイル2
1にパルス電力が給電されたときに振動放射体10に作
用する電磁反発力の分布が均一になり、振動放射体10
の運動が、より規則正しくなり、第1実施例よりも更に
高い電磁音響変換効率の電磁音響変換器を実現すること
ができる。
【0015】(第3実施例)次に本発明の第3実施例に
係る電磁音響変換器について説明する。この実施例は、
第1又は第2実施例の構成において、半球殻状の振動放
射体の周縁部を支持部材で支持固定したものである。図
3は、この構成の電磁音響変換器の振動姿態を示す部分
拡大図であり、30は半球殻状の導電性振動放射体、3
1は振動放射体30に倣った形状の渦巻状コイル、34
は振動放射体30の周縁部を固定するための支持部材3
4である。また、33は振動放射体30の変位態様を示
すものである。なお、図3は、凸状の半球殻状の振動放
射体30及び渦巻状コイル31の例を示しているが、基
本的な動作原理は、第1及び第2実施例で説明した凹状
の半球殻状のものと同様である。
【0016】このような構成の電磁音響変換器では、渦
巻状コイル31にパルス電力が給電されたときに、振動
放射体30が電磁反発力を受けて変位しようとするが、
その周縁部が支持部材で固定されているので、図示の変
位態様34のように、曲げ振動が抑制される一方、伸び
振動が生じてその体積が変位する。このような運動によ
り、第1又は第2実施例で説明したピストン運動は生じ
ないが、振動放射体30に接している音響媒質を規則正
しく駆動することができる。つまり、ピストン運動の場
合と同様に、音波を効率良く放射することができる。
【0017】(第4実施例)図4は、本発明の第4実施
例に係る電磁音響変換器の部分拡大図であり、振動放射
体を、導電性溶液にて構成した場合の例を示すものであ
る。図中、40は半球殻状に形成された樹脂などの絶縁
性容器、41は導電性溶液、42はゴムなどの薄膜、4
3は音響媒体となる水である。導電性溶液41には、食
塩水、水銀、その他の電気伝導度の良い金属塩溶液を用
いる。なお、12はパルス生成装置、31は絶縁性容器
40に倣った形状の渦巻状コイルである。
【0018】このような構成の電磁音響変換器は、パル
ス生成装置12から渦巻状コイル31にパルス電力を給
電したときに、導電性溶液41に渦電流が誘導される。
同時に導電性溶液41に前述の電磁反発力が作用して容
器40ごと励振されるが、その際、横振動が存在しない
ので、電気的エネルギーをロスすることなく縦波成分だ
けが薄膜42を介して水43に伝えられる。即ち、強力
な音場を形成する上で有害なポアソン結合による振動が
抑制されるので、効率的な音波放射が行われる。また、
導電性溶液41の音響インピーダンスと水43の音響イ
ンピーダンスとは近い値を持つことから、インピーダン
ス整合も図られ、高効率の電磁音響変換器を実現するこ
とができる。
【0019】なお、この実施例では、絶縁性容器40
(導電性溶液41)及び渦巻状コイル31の形状を半球
殻状にした例について説明したが、これは好適な例であ
り、渦巻状コイル31によって導電性溶液41に渦電流
を誘導できれば足りるので、必ずしも図4に示す形状の
もので無くとも良い。
【0020】以上、本発明を複数の実施例を示して説明
したが、本発明は、振動放射体と渦巻状コイルとの形状
を工夫して、音波放射時のポアソン結合による振動を防
止する点に主眼があるので、必ずしも図1〜図4の構成
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲での設計変更が可能である。
【0021】
【発明の効果】以上説明から明らかなように、本発明の
電磁音響変換器は、音波を放射せしめる振動放射体を半
球殻状に形成された導体薄板で構成したので、その剛性
が高まるとともに、励振時における厚み方向の振動及び
曲げ振動の発生が抑制され、ポアソン結合による影響が
緩和される効果がある。また、ピストン運動がし易くな
るので、効率の良い電磁音響変換が可能になる。
【0022】本発明の電磁音響変換器は、また、振動放
射体を、導電性溶液を充填して成る均等厚みの絶縁性容
器で構成したので、横波が発生せず、ポアソン結合によ
る振動も励起されない効果があり、更に、振動放射体の
音響インピーダンスが、液体である音響媒体の音響イン
ピーダンスに近づくので、インピーダンス整合が図ら
れ、電磁音響変換効率が高まる効果もある。
【0023】また、渦巻状コイルのコイル面を半球殻状
に形成し、該コイル面と振動放射体の背面との間隔を略
均等に構成したので、振動放射体に誘導される渦電流の
大きさが均一となり、それにより発生する電磁反発力も
均一となることから、振動放射体のピストン運動がより
スムースとなる効果がある。
【0024】更に、振動放射体の周縁部が支持固定され
る構成としたので、伸び振動が励起され、振動放射体の
体積が変位するので、ピストン運動に近似した運動形態
を簡易に形成することができる。
【0025】このように、本発明によれば、洗浄器にお
ける超音波発生源、地層探査器や海底探査器の音源、あ
るいは、医療機器では胆石破壊の音源に適した、変換効
率のよい電磁音響変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る電磁音響変換器の要
部構成図である。
【図2】本発明の第2実施例に係る電磁音響変換器の要
部構成図である。
【図3】本発明の第3実施例に係る電磁音響変換器の部
分拡大図である。
【図4】本発明の第4実施例に係る電磁音響変換器の部
分拡大図である。
【図5】従前の電磁音響変換器の要部構成図である。
【図6】従前の電磁音響変換器における振動放射体の変
位態様説明図であり、(a)は伸び振動、(b)は曲げ
振動を示す。
【符号の説明】
10,30,52 振動放射体 11,21,31,50 渦巻状コイル 12 パルス電力生成装置 34 支持部材 40 絶縁性容器 41 導電性溶液 42 薄膜 43 音響媒体となる水
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土屋 隆生 岡山県岡山市津島福居2−10−4 (72)発明者 安藤 英一 東京都調布市柴崎2丁目1番地3 島田理 化工業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス電力の給電によりコイル電流が流
    れる構造の渦巻状コイルと、前記コイル電流によって誘
    導される渦電流と該コイル電流との相互作用によりその
    主面から音波を放射せしめる振動放射体と、を有する電
    磁音響変換器において、前記振動放射体を、半球殻状に
    形成された導体薄板で構成したことを特徴とする電磁音
    響変換器。
  2. 【請求項2】 パルス電力の給電によりコイル電流が流
    れる構造の渦巻状コイルと、前記コイル電流によって誘
    導される渦電流と該コイル電流との相互作用によりその
    主面から音波を放射せしめる振動放射体と、を有する電
    磁音響変換器において、前記振動放射体を、導電性溶液
    が充填された絶縁性容器で構成したことを特徴とする電
    磁音響変換器。
  3. 【請求項3】 前記絶縁性容器が均等の厚みで半球殻状
    に形成されていることを特徴とする請求項2記載の電磁
    音響変換器。
  4. 【請求項4】 前記渦巻状コイルのコイル面を半球殻状
    に形成し、該コイル面と前記振動放射体との間隔を略均
    等に構成したことを特徴とする請求項1又は3記載の電
    磁音響変換器。
  5. 【請求項5】 前記振動放射体の周縁部が支持部材によ
    って支持固定されて成ることを特徴とする請求項1乃至
    3のいずれかの項記載の電磁音響変換器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023053590A1 (ja) * 2021-09-28 2023-04-06 株式会社村田製作所 超音波発生装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023053590A1 (ja) * 2021-09-28 2023-04-06 株式会社村田製作所 超音波発生装置

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