JPH08331693A - 磁歪水中振動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号の減衰、効率の低下、ケーブルからの外
乱ノイズの進入による音質低下を改善した磁歪水中振動
装置を提供するものである。 【解決手段】 水密容器と、前記水密容器内に挿入さ
れ、閉磁気回路を構成する磁気回路構成部材と、閉磁気
回路内に配置された磁歪合金の振動子と、閉磁気回路内
に配置された磁気バイアス用永久磁石と、閉磁気回路内
の振動子の周囲に配置された磁界発生用コイル及び磁界
検出用コイルから選ばれる少なくとも１つのコイルと、
閉磁気回路内に配置され、振動子に対して圧縮力を付与
するための応力付与手段と、水密容器と反対側の磁気回
路構成部材の端部内に水密に挿入され、前記振動子の振
動方向に移動可能な可動部材と、水密容器内に配置さ
れ、かつ前記コイルと接続された振動発生信号及び振動
検知信号から選ばれる少なくとも１つの信号を処理する
信号処理回路基板とを具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪水中振動装置
に関し、特に水中音波発生器、受波器および加振器等の
電気−機械変換装置に適用される磁歪水中振動装置に係
わる。

【０００２】

【従来の技術】磁性体に外部磁場を印加した際に、磁性
体が変形する磁歪を応用した装置としては、変位制御ア
クチュエータ、磁歪振動子、磁歪センサ、超音波遅延線
などが知られている。これらに用いられる磁歪合金とし
ては、従来、Ｎｉ基合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、フェライト
系材料などが用いられてきた。しかし、これら従来の磁
歪合金では、変位の絶対量が十分でなく、効率の観点か
らも満足し得るものではなかった。

【０００３】一方、希土類−鉄系ラーベス型金属間化合
物で、飽和磁歪（λｓ）が１０００×１０^-6を超えるも
のが知られている。また、これら磁歪合金は、磁歪の異
方性が大きく、より大きな磁歪値を有する結晶方位へ制
御する必要がある。このため、浮遊帯域溶解法や改良型
ブリッジマン法を用いてロッドを作製し、これらのロッ
ドを前記磁気−機械変位変換装置を始めとして、磁歪を
利用した各種装置に利用することが検討されている。

【０００４】また、特開昭６２−２９２０９９号公報に
は前記磁歪合金を水中音響の振動子に適用することが開
示されている。前記磁歪合金を水中で使用される振動子
に応用する場合には、デバイスの小型化を図るために前
記磁歪振動子を振動（変位）させる磁界発生用コイル等
の磁気回路を備えた振動装置と前記磁界発生手段を制御
するための信号処理回路基板とを分離して配置されてい
る。しかしながら、このような構成にすると磁界発生用
コイルと信号処理回路基板との距離が離れてしまうた
め、その間のケーブルの直流抵抗により信号が減衰し、
効率が低下するという問題を生じる。また、ケーブルか
らの外乱ノイズの進入による音質低下などの問題も生じ
る。

【０００５】一方、前記振動装置は水中での音波発生に
限らず、水中音を検知する水中マイクロフォンへの応用
もあるが、水中マイクロフォンは微弱信号を扱うため、
外乱ノイズの処理が特に重要となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、信号の減
衰、効率の低下、ケーブルからの外乱ノイズの進入によ
る音質低下を改善した磁歪水中振動装置を提供するもの
である。本発明は、信号の減衰、効率の低下、ケーブル
からの外乱ノイズの進入による音質低下を改善し、さら
に耐水圧性を向上することが可能な磁歪水中振動装置を
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる磁歪水中
振動装置は、水密容器と、前記水密容器内に一端が水密
に挿入され、閉磁気回路を構成する磁気回路構成部材
と、前記閉磁気回路内に配置された磁歪合金からなる振
動子と、前記閉磁気回路内に配置され、前記振動子に磁
気バイアスを印加するための永久磁石と、前記閉磁気回
路内の前記振動子の周囲に配置された磁界発生用コイル
及び磁界検出用コイルから選ばれる少なくとも１つのコ
イルと、前記閉磁気回路内に配置され、前記振動子に対
してその振動方向に予め圧縮力を付与するための応力付
与手段と、前記水密容器と反対側の前記磁気回路構成部
材の端部内に水密に挿入され、前記振動子の振動方向に
移動可能な可動部材と、前記水密容器内に配置され、か
つ前記コイルと接続された振動発生信号及び振動検知信
号から選ばれる少なくとも１つの信号を処理する信号処
理回路基板とを具備したことを特徴とするものである。

【０００８】本発明に別の係わる磁歪水中振動装置は、
筒状の非水密カバーと、前記非水密カバー内に固定され
た水密容器と、前記非水密カバー内に配置され、一端が
前記水密容器内に水密に挿入された閉磁気回路を構成す
る磁気回路構成部材と、前記閉磁気回路内に配置された
磁歪合金からなる振動子と、前記閉磁気回路内に配置さ
れ、前記振動子に磁気バイアスを印加するための永久磁
石と、前記閉磁気回路内の前記振動子の周囲に配置され
た磁界発生用コイル及び磁界検出用コイルから選ばれる
少なくとも１つのコイルと、前記閉磁気回路内に配置さ
れ、前記振動子に対してその振動方向に予め圧縮力を付
与するための応力付与手段と、前記水密容器内に配置さ
れ、かつ前記コイルと接続された振動発生信号及び振動
検知信号から選ばれる少なくとも１つの信号を処理する
信号処理回路基板と、前記水密容器と反対側の前記磁気
回路構成部材の端部に水密に固定されると共に周縁部が
前記非水密カバーに固定された中央部に貫通穴を有する
支持プレートと、前記水密容器と反対側の前記磁気回路
構成部材の端部内に前記支持プレートの前記貫通穴を通
して水密に挿入され、前記振動子の振動方向に移動可能
な可動部材と、前記非水密カバー内に前記支持プレート
と所望の空間をあけて配置されると共に前記可動部材に
連結された振動板と、前記非水密カバー内に前記水密容
器から突出した前記磁気回路構成部材を囲むように前記
水密容器および前記支持プレートに両端がそれぞれ水密
に取り付けられた水圧調整用バルーンとを具備し、前記
水圧調整用バルーン内と前記振動板および前記支持プレ
ートの間の空間とは連通していることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる磁歪水中振
動装置を詳細に説明する。この発明の磁歪水中振動装置
は、水密容器を備えている。閉磁気回路を構成する磁気
回路構成部材は、一端が前記水密容器内に例えばＯリン
グを介在して水密に挿入されている。磁歪合金からなる
振動子は、前記閉磁気回路内に配置されている。前記振
動子に磁気バイアスを印加するための永久磁石は、前記
閉磁気回路内に配置されている。磁界発生用コイル及び
磁界検出用コイルから選ばれる少なくとも１つのコイル
は、前記閉磁気回路内の前記振動子の周囲に配置されて
いる。前記振動子に対してその振動方向に予め圧縮力を
付与するための応力付与手段は、前記閉磁気回路内に配
置されている。前記振動子の振動方向に移動可能な可動
部材（出力軸）は、前記水密容器と反対側の前記磁気回
路構成部材の端部内に例えばＯリングを介在して水密に
挿入されている。振動発生信号及び振動検知信号から選
ばれる少なくとも１つの信号を処理する信号処理回路基
板は、前記水密容器内に配置され、かつ前記コイルと接
続されている。

【００１０】前記振動子に使用される磁歪合金は、組成
式 ＲＭ_x を満足する超磁歪合金であることが好まし
い。前記組成式中のＲは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐ
ｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔ
ｍ、Ｙｂ、Ｌｕなどの希土類元素である。これら希土類
元素から選ばれる一種以上の組み合わせの例としては、
Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｔ
ｂ−Ｄｙ、Ｔｂ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｐｒ、Ｓｍ−Ｙｂ、Ｔｂ
−Ｄｙ−Ｈｏ、Ｔｂ−Ｄｙ−Ｐｒ、Ｔｂ−Ｐｒ−Ｈｏな
どが好ましい。

【００１１】前記組成式中のＭは、主としてＦｅであ
る。ＲとＦｅとの比（ｘ値）は、１．５≦ｘ≦２．５の
範囲であり、好ましくは１．７≦ｘ≦２．０の範囲であ
る。ｘが１．５未満および２．５を越える範囲には、磁
歪特性の低下を招く恐れがあり、好ましくない。

【００１２】Ｆｅの一部をＣｏで置換することも可能で
ある。ただし、あまり置換量が多いと磁歪特性の低下を
招くため、ＣｏによるＦｅの置換は９５ａｔ％以下が望
ましい。また、必要に応じて残りのＦｅの一部を、さら
にＭｎで置換しても良い。Ｆｅの一部をＭｎで置換する
ことにより、希土類原子の磁気異方性が変化し、特に低
磁界において優れた磁歪特性が得られるようになる。Ｍ
ｎによるＦｅの置換量の上限は５０ａｔ％であり、この
上限値を越えるとキュリー温度が低下し、磁歪特性が劣
化する恐れがある。

【００１３】Ｆｅは、Ｃｏ、Ｍｎの他に、材料強度、耐
蝕性、飽和磁歪などの向上を目的として、Ｎｉ、Ｍｇ、
Ａｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｖ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｂなどでさらに置換して
もよい。これら置換元素の量は、Ｍｎによる置換量も含
めてＦｅの５０ａｔｍ％程度までであり、これを超える
と磁歪量の低下を招く恐れがある。

【００１４】前述した磁歪合金は、次のような方法によ
り製造される。 （１）まず、各構成元素が所定の組成となるよう原料を
調合する。つづいて、この原料を不活性ガス雰囲気中で
高周波溶解等により溶解し、例えば熱流制御鋳造法等の
結晶方位を揃えるような手段を行うことにより磁歪合金
を製造する。このような方法で製造された磁歪合金は、
磁歪特性が向上される。

【００１５】（２）前記（１）の高周波溶解により得ら
れた合金インゴットをブリッジマン法等により一方向凝
固制御を行うことにより磁歪合金を製造する。前記磁歪
合金の製造において均質性を高めるには、合金に不活性
ガス、例えばＡｒ雰囲気中あるいは真空中で、８００℃
からその合金の融点未満の温度範囲にて０．１〜５００
時間の熱処理を施すことが好ましい。

【００１６】前記振動子は、円柱状、円筒状、角柱状、
積層状等の各種形状のロッドを用いることが可能であ
る。前記磁気バイアス用永久磁石は、磁歪合金からなる
振動子の変位特性に対応するバイアスを加えるもので、
前記磁界発生用コイルに供給する制御電流あるいは前記
磁界検出用コイルに誘起される誘起電圧と変位との間の
制御性および直線性を改善させるために使用される。磁
気バイアス用永久磁石としては、例えばフェライト磁
石、サマリウム・コバルト磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石な
どを使用することができる。小さな永久磁石で大きな磁
化バイアスを印加するためには、サマリウム・コバルト
磁石、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石を用いることが好ましい。

【００１７】前記応力付与手段は、前記磁歪合金からな
る振動子に予め最適な圧縮荷重を印加して変位特性を向
上させるためのものである。このような応力付与手段と
しては、例えばコイルばね、板ばね、ゴムなどの弾性体
を使用することができる。本発明に係わる磁歪水中振動
装置の小型化のためには、前記応力付与手段としてバイ
トン、ネオプレン、シリコンゴム、天然ゴム等のゴムや
樹脂を用いることが好ましい。

【００１８】前記可動部材（出力軸）は、前記磁気回路
構成部材に複数の弾性体シールで水密に挿入されること
が望ましい。このように出力軸を複数の弾性体シールで
前記磁気回路構成部材に挿入することにより、水密性が
確保されるだけでなく、出力軸に加わる径方向の外力に
対して機械的強度を向上させることができる。その結
果、高い信頼性を有する磁歪水中振動装置が得られる。
前記弾性体シールとしては、例えば前記出力軸の軸方向
に配置されるバイトン等からなる２個のＯリングを用い
ることが好ましい。

【００１９】前記信号処理回路基板は、振動発生信号な
どを前記磁界発生用コイルなどに出力するもので、外部
からの振動信号を増幅させる磁界発生用増幅回路に加え
てフィルター、周波数変換、変調などの波形処理回路を
も含んでいてよい。前記回路基板は、弾性体、好ましく
はシリコンゴム、天然ゴムなどのゴムや樹脂からなる支
持部材を用いて水密容器内に支持・固定することが好ま
しい。このような支持部材により前記回路基板を支持・
固定することにより、前記回路基板を機械的振動から絶
縁することが可能になる。

【００２０】以上説明した本発明に係わる磁歪水中振動
装置によれば、閉磁気回路を構成する磁気回路構成部材
の一端を水密容器内に例えばＯリングを介在して水密に
挿入し、前記閉磁気回路内に磁歪合金からなる振動子、
磁気バイアス用永久磁石、磁界発生用コイル及び磁界検
出用コイルから選ばれる少なくとも１つのコイルをそれ
ぞれ配置し、かつ前記振動子の固定側を前記水密容器側
に位置させ、さらに前記水密容器内に振動発生信号など
を処理する電気的な回路基板を固定・内蔵して一体化す
ることによって、前記回路基板から前記磁界発生用コイ
ルへの信号出力により水中での振動発生を行なうことが
できる。したがって、小型、高効率の磁歪水中振動装置
を実現できる。

【００２１】また、前記磁気回路構成部材の一端を水密
容器内に水密に挿入し、前記回路基板を前記水密容器内
に配置することによって、前記磁気回路構成部材の閉磁
気回路に配置された例えば磁界発生用コイルと振動発生
信号などを出力する前記回路基板とを最短で接続でき
る。その結果、ケーブルの減衰が最小限に抑えられると
同時に、外乱ノイズの進入を効果的に減少させることが
できる。

【００２２】次に、本発明に係わる別の磁歪水中振動装
置を詳細に説明する。磁歪水中振動装置は、筒状の非水
密カバーを備えている。水密容器は、前記非水密カバー
内に固定されている。閉磁気回路を構成する磁気回路構
成部材は、前記非水密カバー内に配置され、一端が前記
水密容器内に例えばＯリングを介在して水密に挿入され
ている。磁歪合金からなる振動子は、前記閉磁気回路内
に配置されている。磁気バイイアス用永久磁石は、前記
閉磁気回路内に配置されている。磁界発生用コイル及び
磁界検出用コイルから選ばれる少なくとも１つのコイル
は、前記閉磁気回路内の前記振動子の周囲に配置されて
いる。前記振動子に対してその振動方向に予め圧縮力を
付与するための応力付与手段は、前記閉磁気回路内に配
置されている。振動発生信号及び振動検知信号から選ば
れる少なくとも１つの信号を処理する信号処理回路基板
は、前記水密容器内に配置され、かつ前記コイルと接続
されている。中央部に貫通穴を有する支持プレートは、
前記水密容器と反対側の前記磁気回路構成部材の端部に
水密に固定されると共に周縁部が前記非水密カバーに固
定されている。前記振動子の振動方向に移動可能な可動
部材（出力軸）は、前記水密容器と反対側の前記磁気回
路構成部材の端部内に前記支持プレートの前記貫通穴を
通して例えばＯリングを介在して水密に挿入されてい
る。振動板は、前記非水密カバー内に前記支持プレート
と所望の空間をあけて配置されると共に前記可動部材に
連結されている。ゴム系の材料からなる水圧調整用バル
ーンは、前記非水密カバー内に前記水密容器から突出し
た前記磁気回路構成部材を囲むように両端が前記水密容
器および前記支持プレートにそれぞれ水密に取り付けら
ている。また、前記水圧調整用バルーン内と前記振動板
および前記支持プレート間の空間とは互いに連通してい
る。

【００２３】前記磁界発生用コイルおよび磁界検出用コ
イルは、同芯状に配置した構造を有することを許容す
る。このような構成において、前記信号処理回路基板は
磁界発生用増幅回路と検出信号処理回路とからなること
が好ましい。

【００２４】前記振動板と前記支持プレートとの空間に
は、気体層または液体層が形成される。前記気体層は、
例えば乾燥した空気あるいは不活性ガスを充填すること
により形成することが好ましい。前記液体層は、例えば
シリコン油、ひまし油等を充填して形成される。このよ
うな液体層の形成により機械的信頼性を向上させること
が可能である。

【００２５】以上説明した本発明に係わる別の磁歪水中
振動装置によれば、非水密カバーに中央部に貫通穴を有
する支持プレートを固定し、可動部材（出力軸）を前記
支持プレートの前記貫通穴を通して水密に挿入し、前記
可動部材（出力軸）に振動板を前記支持プレートと所望
の空間をあけて取り付け、かつ振動子、磁気バイアス用
永久磁石、磁界発生用コイル及び磁界検出用コイルから
選ばれる少なくとも１つのコイルが内蔵された閉磁気回
路を構成する磁気回路構成部材を囲むように水圧調整用
バルーンを水密容器および前記支持プレートに水密に配
置することにより、効果的な水中での音波発生あるいは
水中音の検出が可能となる。すなわち、ゴム系の材質か
らなる水圧調整用バルーンは、前記振動板と前記支持プ
レートとの空間にある小さな気体層または液体層と例え
ば前記支持プレートに貫通させた空気抜き穴により連通
しており、水圧が加わることによる前記バルーンの体積
収縮により圧力を生じ、この圧力が前記振動板と前記支
持プレートとの間にある気体層または液体層に伝わり、
前記振動板が水圧で押される力に対抗し、等しい圧力と
するような機能を有している。これにより、前記振動板
が受ける水圧が磁歪合金からなる振動子に直接加わるの
を防止できるため、最適な振動子への圧縮荷重下で、振
動板を振動させることができる。

【００２６】特に、前記振動板と前記支持プレートとの
間にある気体層あるいは液体層の体積と前記バルーンの
体積とは、水圧に依存する。このため、これらの体積比
率を大きくすることによって、一層大きな水圧に有効に
作用する。本発明では、前記気体層あるいは液体層は前
記回路基板が配置された前記水密容器と分離した構造を
有し、前記振動板と前記支持プレートとの間にある気体
層または液体層にのみ前記バルーンの体積変化を作用さ
せることが可能になる。

【００２７】さらに、前記バルーンを含む前記水密容器
および磁気回路構成部材の外周部に筒状の非水密カバー
により保護されているため、外力による破損等を防ぐこ
とができる。

【００２８】したがって、可動部材（出力軸）に振動板
を支持プレートと所望の空間をあけて取り付けるととも
に、水密容器内に挿入された磁気回路構成部材の囲むよ
うに水圧調整用バルーンを配置することにより、水圧が
前記バルーンを介して振動板と前記支持プレートの間の
空間に伝達されて外側からの水圧に対抗することができ
る。その結果、前記振動板で効率よく水中での音波の発
生あるいは水中音の検知を行なうことができるととも
に、耐水圧性をも向上させることができる。

【００２９】さらに、前述した水圧調整用バルーン等を
備えた構造の磁歪水中振動装置において、前記磁界発生
用コイルおよび磁界検出用コイルを同芯状に配置し、か
つ前記信号処理回路基板を磁界発生用増幅回路と検出信
号処理回路とを有する構成にすることによって、前述し
たように前記振動板が受ける水圧が磁歪合金からなる振
動子に直接加わるのを防止して、最適な振動子への圧縮
荷重下で振動板を振動させることができるため、水中で
の音波あるいは振動を前記振動板により高精度で検知す
ることができる。これは、前記振動板を介して得られる
力の変化が磁歪合金からなる振動子に伝達され、前記振
動子の磁化の変化による誘起電圧が磁界検出用コイルに
生じることによる逆磁歪効果を利用したものである。こ
の時、前記磁界検出用コイルで得られた電圧変化を磁界
発生用増幅回路と検出信号処理回路を有する前記回路基
板にて増幅あるいは波形成形を行い、受波信号として出
力することができる。したがって、水中での音波発生及
び水中音などの振動の検知を併せて行なうことも可能に
なる。

【００３０】なお、音波を発生させる際には磁界発生用
コイルからの誘導により検出用コイルに電圧が生じる
が、両者のコイルを電気的に切り替える工夫をすること
により、音波発生と音波検知とを干渉させることなく行
うことができる。また、本発明の磁歪水中振動装置は、
磁界検出用コイルのみが設けられた、もっぱら水中での
振動を検知するものであっても構わない。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
して説明する。 （実施例１）図１は、本発明の実施例１に係る磁歪水中
振動装置の断面図である。水密容器１は、上端の円板状
封じ部に円筒状のフランジ２が形成された円筒状の容器
本体３と、前記容器本体３の開口底部に取り付けられた
円板状のバックプレート４とからなる。前記バックプレ
ート４は、ネジ５を前記容器本体３の下部側壁側から前
記本体３に向けて螺着することにより固定されている。
Ｏリング６は、前記容器本体３と前記バックプレート４
の外周面の間に介在され、前記容器本体３と前記バック
プレート４との間の水密性を保持している。

【００３２】上端に円板状封じ部７を有する円筒型ヨー
ク８は、その下部付近が前記水密容器１の前記円筒状の
フランジ２を通して前記水密容器１内に水密に挿入され
ている。前記水密容器１内に位置する前記円筒型ヨーク
８の下部側壁には、リード挿通穴９が開口されている。
また、前記円筒型ヨーク８はネジ１０を前記フランジ２
側から前記円筒型ヨーク８に向けて螺着することにより
固定されている。Ｏリング１１は、前記円筒状のフラン
ジ２と前記円筒型ヨーク８の外周面の間に介在され、前
記フランジ２と前記円筒型ヨーク８との間の水密性を保
持している。

【００３３】なお、前記円筒型ヨーク８は、閉磁気回路
を構成するために透磁率の高い例えば鉄のような磁性材
料から作られる。ただし、軽量化を重視するにはジュラ
ルミンのようなアルミニウム合金を用いることが好まし
い。また、前記円筒型ヨーク８は耐食性を考慮して塗
装、表面処理が施されることが好ましい。この実施例１
では、前記円筒型ヨーク８をジュラルミン合金により形
成し、フッ素樹脂コーティングの表面処理を施してい
る。

【００３４】外周面がネジきり加工された例えば鉄のよ
うな磁性材料からなり、上面に突起部１２を有する円板
状の圧縮荷重調整用プレート１３は、前記円筒型ヨーク
８の下部に螺着されている。中心に穴１４を有する円板
状の下部永久磁石１５ａは、前記円筒型ヨーク８内の前
記円板状プレート１３上にその穴１４が前記突起部１２
に嵌合するように設置されている。前記永久磁石１５ａ
は、サマリウム−コバルト系磁石からなり、後述する振
動子に対して約４００ Ｏｅの磁気バイアスを与えてい
る。上面に円形溝１６、下面に突起部１７を有する鉄か
らなる円板状の下部磁極片１８ａは、前記円板状永久磁
石１５ａ上に前記突起部１７が前記磁石１５ａの穴１４
に挿入するように設置されている。

【００３５】磁歪合金からなる円柱状の振動子１９は、
前記円筒型ヨーク８内の前記下部磁極片１８ａ上に前記
円筒型ヨーク８に対して同心円状に配置されている。前
記振動子１９は、次のような方法により作製した。ま
ず、原子比でＴｂ_0.5 Ｄｙ_0.5（Ｆｅ_0.9 Ｍｎ_0.1 ）
_1.93となるように各元素の原料を配合し、アルゴン雰囲
気中、アルミナるつぼ内で高周波誘導溶解した後、熱流
制御鋳造法にて磁歪合金インゴットを作製し、これを真
空中、９５０℃の温度で１０時間の熱処理を施した。つ
づいて、前記インゴットを研削加工により径６ｍｍ、長
さ５０ｍｍの磁歪合金からなる振動子１９を作製した。
なお、前記振動子１９の両端面には、０．３ｍｍの厚さ
の鉄製円盤２０ａ，２０ｂがエポキシ系接着剤で固定さ
れている。つまり、前記振動子１９は、その下端面に取
り付けた前記鉄製円盤２０ａを前記下部磁極片１８ａの
前記円形溝１６に挿入することにより前記下部磁極片１
８ａに配置されている。

【００３６】上面に突起部２１、下面に円形溝２２を有
する鉄からなる円板状の上部磁極片１８ｂは、前記振動
子１９上にその上端の前記鉄製円盤２０ｂに前記円形溝
２２が嵌合するように設置されている。穴２３を有する
円板状の上部永久磁石１５ｂは、前記上部磁極片１８ｂ
上に前記突起部２１が前記磁石１５ｂの穴２３が嵌合す
るように設置されている。磁界発生用コイル２４は、前
記円筒型ヨーク８内の前記振動子１９の周囲に配置され
ている。下面に円板状フランジ２５を有し、上部にネジ
切り加工された係合穴２６するステンレスのような非磁
性材料からなる出力部材（出力軸）２７は、前記円筒型
ヨーク８の円板状封じ部７の穴に水密に挿入され、かつ
前記フランジ２５を前記上部永久磁石１５ｂに当接して
いる。２つのＯリング２８は、前記円板状封じ部７の穴
と前記出力軸２７外周面の間にそれぞれ上下に介在さ
れ、前記円板状封じ部７と前記出力軸２７との間の水密
性を保持している。シリコンゴム製の円環状弾性体２９
は、前記円板状封じ部７の下面と前記出力軸２７の円板
状フランジ２５上面との間に介在され、前記圧縮荷重調
整用プレート１３との間で前記磁歪合金からなる振動子
１９を予め圧縮し、変位特性が最適となる圧縮荷重：１
ｋｇｆ／ｍｍ² を加えている。

【００３７】なお、前記円筒型ヨーク８およびプレート
１３は前記永久磁石１５ａ、１５ｂおよび前記磁界発生
用コイル２４に対する閉磁気回路として主に機能する。
信号処理回路を含む回路基板３０は、前記水密容器１内
に配置され、かつゴム製ダンバーからなる円環状の支持
部材３１により支持・固定されている。前記回路基板３
０上の信号処理回路は、リード（図示せず）が前記円筒
型ヨーク８のリード挿通穴９を通して前記磁界発生用コ
イル２４に接続されている。水中コネクタ３２は、前記
バックプレート４から前記水密容器１内に水密に挿入さ
れ、前記水密容器１内に位置する端子は回路基板３０上
の信号処理回路とリード（図示せず）を通して接続され
ている。

【００３８】このような構成の磁歪水中振動装置によれ
ば、出力軸２７の係合穴２６に所望の振動伝達対象物に
螺着、固定し、回路基板３０の信号処理回路を通して磁
界発生用コイル２４に電流を供給することによって、磁
歪合金からなる振動子１９に変位が発生し、この変位に
より前記振動子１９に鉄製円盤２０ｂ、上部磁極片１８
ｂ、上部永久磁石１５ｂを挟んで円筒型ヨーク８の上端
に水密に配置された前記出力軸２７から所定の振動が伝
達される。前記磁界発生用コイル２４への電流の供給に
おいて、前記振動子１９の両端部側に配設された永久磁
石１５ａ、１５ｂは、前記振動子１９に対して所定の磁
気バイアスが印加される。かかる磁気バイアスの印加に
より、前記磁界発生用コイル２４に供給する電流の正負
に対応した振動を前記出力軸２７から発生できると共
に、低磁界で前記振動子１９に最大変位を付与できる。
その結果、前記磁界発生用コイル２４への電流と前記振
動子１９の変位との関係を直線的とすることが可能とな
る。

【００３９】また、前記構成の磁歪水中振動装置によれ
ば水密容器１にＯリング１１により水密に挿入された前
記円筒型ヨーク８および圧縮荷重調整用プレート１３に
よって閉磁気回路を形成し、前記閉磁気回路内に前記振
動子１９、磁界発生用コイル２４および前記永久磁石１
５ａ、１５ｂを収納することによって、前記振動子１９
に対する前記磁界発生用コイル２４からの磁界の印加効
率、および前記永久磁石１５ａ、１５ｂからの磁気バイ
アスの印加効率を高めることができる。しかも、前記閉
磁気回路によって外部に対する漏れ磁界の発生を抑制で
きる。その結果、投入パワーに対する出力パワーの効率
を著しく向上することができる。

【００４０】更に、前記閉磁気回路の構成部品（前記円
筒型ヨーク８および圧縮荷重調整用プレート１３）は円
環状弾性体２９との組み合わせにより前記磁歪合金から
なる振動子１９を前記圧縮荷重調整用プレート１３との
間で圧縮、挟持された、いわゆるランジュバン型とする
ことができる。その結果、磁歪水中振動装置の小形化を
達成できる。しかも、前記振動子１９はその変位方向に
前記弾性体２９により圧縮応力が付加されているため、
前記円筒型ヨーク８内において前記プレート１３への圧
入量、つまり押し込み量により前記振動子１９に対する
応力値を任意に設定することが可能となる。

【００４１】さらに、前記円筒型ヨーク８内に配置され
た磁界発生用コイル２４は、図示しないリードにより前
記水密容器１内に配置された回路基板３０上の信号処理
回路と前記円筒型ヨーク８のリード挿通穴９を通して接
続されている。その結果、前記磁界発生用コイル２４は
短い距離で前記回路基板３０の信号処理回路内の増幅回
路部と結線できるため、極めて損失の少ない構成となる
とともに、外部からのノイズの進入も効率よく防ぐこと
ができる。また、金属製の水密容器１を用いることで、
シールド効果も有しており、高Ｓ／Ｎ比が得られる。更
に、信号処理回路を駆動する電源の供給あるいは外部か
らの制御信号を接続するための水中コネクター３２をバ
ックプレート４に取り付けることで、水中ケーブルを介
して水上とのインターフェースを図ることが可能であ
る。

【００４２】このように、本実施例１に係る磁歪水中振
動装置は、信号処理回路と振動装置とが一体化されてい
るため、高効率で且つ高Ｓ／Ｎ比の水中小型加振源とし
て、好適に用いることが可能である。

【００４３】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
係る磁歪水中振動装置の断面図である。なお、前述した
図１と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

【００４４】図２に示す磁歪水中振動装置では、実施例
１で説明した磁歪水中振動装置の水密容器１および上端
に環状フランジ３３を有する円筒型ヨーク８の外周に円
筒型の非水密カバー３４が配置されている。非水密カバ
ー３４は、水流通穴３５が側壁に開孔され、かつ上部内
面にネジ切り加工が施された円筒型カバー本体３６と、
この本体３６上部に螺合され、中間内周面に後述するバ
ルーンの上端を支持する環状支持片３７を有する円筒体
３８とから構成されている。中央部に下面に向けて突出
した円筒部３９を有する円板状の支持プレート４０は、
前記円筒型ヨーク８の環状フランジ３３上に前記ヨーク
８と出力軸２７の間に前記円筒部３９が嵌合されるよう
に設置されている。前記プレート４０は、ネジ４１を前
記フランジ３３側から前記プレート４０に向けて螺着す
ることにより前記フランジ３３に固定されている。な
お、前記プレートの外周縁部は、前記非水密カバー３４
の円筒体３８に形成された前記環状支持片３７上に載置
されている。Ｏリング４２は、前記フランジ３３上面と
前記プレート４０下面との間に介在され、前記プレート
４０と前記フランジ３３を有する円筒型ヨーク８との間
の水密性を保持している。また、２つのＯリング４３は
前記プレート４０の円筒部３９の内周面と前記出力軸２
７の外周面との間にそれぞれ上下に介在され、前記円筒
部３９と前記出力軸２７との間の水密性を保持してい
る。下面中心にネジ４４が一体的に突出した円盤状の振
動板４５は、前記出力軸２７にその係合穴２６に前記ネ
ジ４４を螺着することにより前記プレート４０上面に対
して所望の空間（空気層Ａ）をあけて配置されている。
前記振動板４５の外周面は、前記非水密カバー３４の円
筒体３８内周面に近接し、これら部材間に介在されたＯ
リング４６により前記空気層Ａが水密に密閉されてい
る。

【００４５】筒状をなす水圧調整用バルーン４７は、前
記非水密カバー３４内に前記水密容器１から突出した前
記円筒型ヨーク８を囲むように配置されている。前記バ
ルーン４７の下端は、前記水密容器１と前記円筒型ヨー
ク８の中間付近から水平方向に突出した環状フランジ４
８の間に挿入され、ネジ４９を前記環状フランジ４８側
から前記水密容器１の上部に向けて螺着することにより
水密に固定されている。また、前記バルーン４７の上端
は前記円筒体３８の環状支持片３７の下面に位置され、
環状の座金５０がバルーン４７の上端付近に当接される
ように配置されている。複数のネジ５１は前記座金５
０、前記バルーン４７および前記環状支持片３７を貫通
して前記プレート４０に螺着され、これにより前記バル
ーン４７の上端は前記環状支持片３７に水密に固定され
る。なお、前記プレート４０の周辺部は前記ネジ５１お
よび前記環状支持片３７により前記非水密カバー３４に
固定される。前記バルーン４７内の空気層Ｂと前記振動
板４５および前記プレート４０の間の空気層Ａとは、前
記プレート４０に開孔されたニードル５２により連通し
ている。

【００４６】このような構成の磁歪水中振動装置によれ
ば、前記各空気層Ａ、Ｂの体積はＡ＜＜Ｂとされてお
り、振動装置全体に水圧が加わると、前記振動板４５お
よび前記プレート４０の間の空気層Ａが圧縮されるとと
もに前記バルーン４７内の空気層Ｂも同様に圧縮され、
空気層Ａ、Ｂが平衡状態を維持して装置全体に加わる水
圧がキャンセルされる。その結果、前記円筒型ヨーク８
内に配置された磁歪合金からなる振動子１９は予め最適
設定された予圧縮値が維持される。したがって、前記振
動板４５が受ける水圧が磁歪合金からなる振動子１９に
直接加わるのを防止できるため、最適な振動子１９への
圧縮荷重下で、前記振動板４５を振動させることができ
る。この場合、前記バルーン４７内の空気層Ｂの体積
は、前記振動板４５および前記プレート４０の間の空気
層Ａの体積および使用する水圧を基に設定することが可
能である。

【００４７】さらに、磁歪水中振動装置は非水密カバー
３４により全体が覆われているため、前記バルーン４７
の保護及び外観上の美観を図ることができる。このよう
にして得られる磁歪水中振動装置は、水中での音波発生
が容易に実現出来、高効率で且つ高Ｓ／Ｎ比の小型水中
スピーカあるいは送波器として、好適に用いることが可
能である。

【００４８】（実施例３）実施例２における磁界発生用
コイルは、ＦＩＧＳ．３Ａ、３Ｂに示す磁界検出用コイ
ルを備えた磁界発生・検出コイルに置き換えることによ
り、音波発生と音波検知の両方を行うことができる。

【００４９】図３の（ａ）において、磁界発生用コイル
６１と磁界検出用コイル６２とは前記磁界発生用コイル
６１が内側に配置されるように同芯状に巻回されてい
る。図３の（ｂ）において、磁界発生用コイル６１と磁
界検出用コイル６２とは前記磁界発生用コイル６１が外
側に配置されるように同芯状に巻回されている。前記磁
界発生用コイル６１と前記磁界検出用コイル６２との配
置は、前記磁界発生用コイル６１が内側であっても外側
であってもよい。但し、音波発生時の電流が大きく取れ
ない場合は、図３の（ａ）の構成が好ましく、検出信号
を大きく取りたい場合は図３の（ｂ）の構成が好まし
い。

【００５０】図４に信号処理回路の回路構成図を示す。
磁歪水中振動装置６０に内蔵された磁界発生用コイル６
１は、外部の信号源６３からの信号電流が増幅・波形処
理回路６４で増幅された後に通電されて、磁歪合金から
なる振動子の変位あるいは振動を生じさせる。この時、
外部からの信号を波形処理して、変調した振動を発生さ
せることも容易に行うことができる。

【００５１】一方、前述した図２の振動板に伝搬された
振動は磁界検出用コイル６２で検出され、増幅・波形成
形回路（検出信号処理回路）６５で増幅された検出信号
は外部のモニター６６に出力される。この時、磁界発生
用コイル６１と磁界検出用コイル６２は誘導結合されて
いることから、互いに電気的に干渉する。このため、外
部からの切り替え信号６７を用いてスイッチ回路６８で
リレー６９を動作させ、リレー接点７０ａ，７０ｂでそ
れぞれのコイルを切り替えることが可能である。

【００５２】このようにして得られる磁歪水中振動装置
は、水中での音波発生及び音波検知の両方の機能を有し
ているため、高効率で且つ高Ｓ／Ｎ比の小型水中スピー
カあるいは小型水中マイクロフォンとして、好適に用い
ることが可能である。

【００５３】（実施例４）図５は、本発明の実施例４の
磁歪水中振動装置の断面図である。なお、前述した図２
と同様な部材は同符号を付して説明を省略する。

【００５４】図５に示す磁歪水中振動装置は、図２と同
様の構成の水密容器１のバックプレート４の下部に、電
池を収納するための有底円筒状部材７１を一体的に配置
した構造を有する。電池７２は、前記有底円筒状部材７
１内に収納されている。前記電池７２の切り替えスイッ
チ７３は、前記有底円筒状部材７１の上部側壁に取り付
けられている。ライト７４は、前記有底円筒状部材７１
の底面に配置され、図示しないリードを通して前記電池
７２と接続されている。

【００５５】このような構造の磁歪水中振動装置は、水
中での音波を発生させると同時に切り替えスイッチ７３
により水中ライトとしての使用が可能であり、水中での
各種の作業を行うダイバーの補助具として用いることが
できる。この場合、予め幾つかの種類の情報を含む信号
音を不揮発性メモリ等に入力してなる波形処理回路と切
り替えスイッチ７３の操作にて所望の水中音を再生する
ことにより、水中でのダイバー間のコミニュケーション
を直接的に行うことも可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる磁
歪水中振動装置によれば、水密容器およびこの水密容器
内に一端が水密に挿入され、かつ閉磁気回路を構成する
磁気回路構成部材を備え、前記水密容器内に信号処理回
路基板を内蔵し、前記磁気回路構成部材内に磁歪合金か
らなる振動子、およびこの振動子の周囲に配置された磁
界発生用コイル及び磁界検出用コイルから選ばれる少な
くとも１つのコイルを配置することによって、前記コイ
ルと信号処理回路基板とを水密な雰囲気下で近接・配置
して結線することができるため、水中での変位あるいは
振動、音波の発生と水中音波あるいは振動の検知とを兼
ね備え、さらに信号の減衰、効率の低下、ケーブルから
の外乱ノイズの進入による音質低下を改善することがで
きる。その結果、本発明に係わる磁歪水中振動装置は小
型、高効率、かつ高Ｓ／Ｎ比の水中スピーカおよび水中
マイクロフォンに応用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における磁歪水中振動装置の
断面図。

【図２】本発明の実施例２における磁歪水中振動装置の
断面図。

【図３】本発明の実施例３における磁界発生コイルと磁
界検出用コイルを同芯状に巻回したコイルの構成図。

【図４】本発明の実施例３における信号処理回路の構成
図。

【図５】本発明の実施例４における磁歪水中振動装置の
断面図。

【符号の説明】

１…水密容器、 ８…円筒型ヨーク、 １５ａ、１５ｂ…永久磁石、 １９…振動子、 ２４…磁界発生用コイル、 ２７…出力部材（出力軸）、 ２９…円環状弾性体、 ３０…回路基板、 ３４…非水密カバー、 ４５…振動板、 ４７…水圧調整用バルーン、 ７２…電池、 ７４…ライト。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水密容器と、 前記水密容器内に一端が水密に挿入され、閉磁気回路を
   構成する磁気回路構成部材と、 前記閉磁気回路内に配置された磁歪合金からなる振動子
   と、 前記閉磁気回路内に配置された磁気バイアス用永久磁石
   と、 前記閉磁気回路内の前記振動子の周囲に配置された磁界
   発生用コイル及び磁界検出用コイルから選ばれる少なく
   とも１つのコイルと、 前記閉磁気回路内に配置され、前記振動子に対してその
   振動方向に圧縮力を付与するための応力付与手段と、 前記水密容器と反対側の前記磁気回路構成部材の端部内
   に水密に挿入され、前記振動子の振動方向に移動可能な
   可動部材と、 前記水密容器内に配置され、かつ前記コイルと接続され
   た振動発生信号及び振動検知信号から選ばれる少なくと
   も１つの信号を処理する信号処理回路基板とを具備した
   ことを特徴とする磁歪水中振動装置。
2. 【請求項２】 筒状の非水密カバーと、 前記非水密カバー内に固定された水密容器と、 前記非水密カバー内に配置され、一端が前記水密容器内
   に水密に挿入された閉磁気回路を構成する磁気回路構成
   部材と、 前記閉磁気回路内に配置された磁歪合金からなる振動子
   と、 前記閉磁気回路内に配置された磁気バイアス用永久磁石
   と、 前記閉磁気回路内の前記振動子の周囲に配置された磁界
   発生用コイル及び磁界検出用コイルから選ばれる少なく
   とも１つのコイルと、 前記閉磁気回路内に配置され、前記振動子に対してその
   振動方向に圧縮力を付与するための応力付与手段と、 前記水密容器内に配置され、かつ前記コイルと接続され
   た振動発生信号及び振動検知信号から選ばれる少なくと
   も１つの信号を処理する信号処理回路基板と、 前記水密容器と反対側の前記磁気回路構成部材の端部に
   水密に固定されると共に周縁部が前記非水密カバーに固
   定された中央部に貫通穴を有する支持プレートと、 前記水密容器と反対側の前記磁気回路構成部材の端部内
   に前記支持プレートの前記貫通穴を通して水密に挿入さ
   れ、前記振動子の振動方向に移動可能な可動部材と、 前記非水密カバー内に前記支持プレートと所望の空間を
   あけて配置されると共に前記可動部材に連結された振動
   板と、 前記非水密カバー内に前記水密容器から突出した前記磁
   気回路構成部材を囲むように前記水密容器および前記支
   持プレートに両端がそれぞれ水密に取り付けられた水圧
   調整用バルーンとを具備し、 前記水圧調整用バルーン内と前記振動板および前記支持
   プレート間の空間とは連通していることを特徴とする磁
   歪水中振動装置。
3. 【請求項３】 電池は、前記磁気回路構成部材と反対側
   の前記水密容器内に収納され、かつライトは前記水密容
   器の外側面に取り付けられると共に前記電池と接続され
   ていることを特徴とする請求項２記載の磁歪水中振動装
   置。