JPH09271098A - 電気音響変換器 - Google Patents
電気音響変換器Info
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- JPH09271098A JPH09271098A JP10620596A JP10620596A JPH09271098A JP H09271098 A JPH09271098 A JP H09271098A JP 10620596 A JP10620596 A JP 10620596A JP 10620596 A JP10620596 A JP 10620596A JP H09271098 A JPH09271098 A JP H09271098A
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Abstract
できる送波器を提供する。 【構成】圧電振動子1と振動板2との両方又は片方を楕
円形状とし、振動子1を振動板2にはめ込んだディスク
と、このディスクと共通形状のディスクとを、凹凸のリ
ング5を介して上下に貼合わせた構造の送波器におい
て、振動板2,2’の裏面に楕円の長短軸上の十字部分
を残して長軸と短軸の間を薄肉化して溝6,6’を形成
することにより、長/短軸長にて決まる2つの共振周波
数にて高い変換効率を有する特性を得る。
Description
関し、特に遠距離ソーナー(Sonar)や海洋資源探
査機等に使用され、超音波の中でも比較的低周波数でか
つ高出力の送出波を有する水中送波器に適用可能な音響
変換器に関する。
高周波数領域のそれに比較して、伝搬損失が小さいた
め、遠方の目標を補足するために利用され、ソーナーだ
けでなく、海洋資源探査等の分野でも広く応用されてい
る。
響変換器(以下送波器と称す)の構造例が日本音響学会
の「平成4年春季講演論文集」の「3−6−1」等に開
示されている。この型の電気音響変換装置は、図5に斜
視図を示すように、円板形状の圧電振動子21を凹部に
組み込んだ円板形状の振動体22と、これと共通形状の
圧電振動子21’を凹部に組み込んだ共通形状の振動体
22’とが、振動子21,21’を外側に向けるよう
に、リング25を介して、ボルト23で締結されてい
る。
の径方向の広がりモードを利用しており、これら振動子
を組み込んだ振動体22,22’が屈曲モードで動作す
ることにより、超音波を放射する。振動子の径方向広が
りモードを屈曲振動に変換する際に、変位が拡大される
ため、低周波数領域で変換効率の良い単一共振系の送波
器が得られる。
子を組み込んだディスク自体の剛性が高いだけでなく、
振動子22,22’が円板形状となっているため、鋭い
共振特性を有し、Qの高いものとなっていることであ
る。これは、相異なる二つの周波数を送出できないとい
う欠点や、入力周波数の変動があれば、音波変換効率が
著しく低下するという欠点となる。
ソーナー等の送波器には使用できないことである。この
場合、上述した送波器では、2つ用意しなければならな
いという欠点がある。この欠点を解決するため、通常、
Qを低下させた単一共振系の構造により、各々の送信周
波数をカバーするように設計するが、これでは共振周波
数領域が拡大されるため、単一の周波数変換効率が低下
してしまうという新たな問題が生じてしまう。
6−152399号公報に開示されているようなスピー
カは、振動面板と、一対の電極で挟まれた圧電結晶板と
を備え、前記圧電結晶板で振動せしめられる振動面板の
外周を、滑らかな曲線又は直線を滑らかな曲線で接続し
た形状となし、これら曲線の中心を少なくとも2つ以上
有する。
ー」としての良好な音声周波数特性を追求しているた
め、Qを著しく低下させた平坦な周波数特性となってい
る。このため、電気音響変換効率が向上せず、特に特定
の複数の周波数だけを送出する場合には変換効率が著し
く低いため、使用できない。また、水中送波器として使
用するための水負荷条件や高出力条件等に適合せず、こ
のような点は当然のことながら考慮されていない。
開示されている超音波送受波器は、振動板の振動面を長
軸方向及び短軸方向を有する異方性平面構造にすること
により直交二軸方向のアンテナ指向特性を互いに異なら
しめている。
ように、指向特性を変更しようとする目的であり、水中
送波器としての構成ではなく、また複数の送出周波数を
得る構成ともなっておらず、そのような必要性もない技
術である。
は、電気音響変換効率を低下させず、複数の送出周波数
が使用でき、2周波数で運用しているソーナー・システ
ムに採用でき、水負荷条件を満足する電気音響変換器を
提供することにある。
め、本発明による電気音響変換装置は、送出周波数とな
る共振周波数が二つ得られるように、所定厚の圧電振動
子又はこの振動子を含む振動板の平面外端を楕円形状と
する構造を有する。
換装置は、圧電振動子が固着された振動板を一対備えた
電気音響変換器において、前記圧電振動子及び前記振動
板のうち少なくともどちらか一方の平面外端が楕円形状
をなしている構造を有する。
電振動子が固着されていない側の主面に溝を形成して楕
円形の長/短軸方向の剛性を低くし、鋭い共振特性、即
ちQの高い2つの共振特性を得ている。また、上記溝を
前記楕円の長/短軸を含む所定幅の領域と前記楕円の円
周領域とを除く主面に合計4箇所形成することにより、
長/短軸部を肉厚とし、振動レベルの低下の小さい即ち
変換効率の高い特性と鋭い共振特性が得られる。前記一
対の振動板は、これら振動板よりもヤング率の低いリン
グを介在させて、互いに固定されている。
を参照する。図1において、この送波器は、楕円形状を
なす圧電振動子1に、更に大きい楕円形状をなす振動板
2が固定され、モールド樹脂4で覆い、水密構造をなし
ている。
ら等距離にある点の軌跡であり、圧電振動子1,振動板
2の平面上の外端をなす楕円は、上記等距離の寸法が相
違しているだけで、いずれもこの楕円周となっている。
長径を示す楕円の長軸10と、短径を示す楕円の短軸1
1と、図示されていない2つの焦点とは、圧電振動子
1,振動板2とも共通することが好ましい。
2を参照すると、この送波器は、上述した圧電振動子1
及び振動板2と各々共通する楕円形状の圧電振動子1’
及び振動板2’が互いに固定され、更に上下の振動板
2,2’は、所定の間隔をおいてリング5を介して8本
のボルト3で互いに締結されている。ここで、モールド
樹脂4は表面の全体を覆っている。尚、圧電振動子1,
1’に電源を供給するためのケーブルは図示していない
が、これら振動子の上下面に接続されている。
により径方向広がり振動が励振される。振動板2,2’
は、高張力鋼等の機械的強度の大きな材料からできてお
り、ここには各々凹部が形成され、この凹部に振動子
1,1’を各々嵌入させるとともに、強力接着剤で固着
させており、板状あるいはディスク状の振動体を形成し
ている。
√2(2の平方根):1とすると、上限周波数は下限周
波数の約2倍となる。振動子1,1’を各々固着した振
動板2,2’からなる板状振動体における振動1,1’
の占める表面積は、静電圧に対してこの振動子1,1’
に引張応力が実質的に加わらないようにするため、64
%程度に設定することが好ましい。
率が低く、しかも高強度の材料である繊維強化プラスチ
ックを使用した凹凸型のリングであって、このリング5
を介して振動子1,1’が互いに外側に向くように、ボ
ルト3で振動板2,2’を互いに固定している。
振動板2,2’のうち振動子1、1’の固着した側と反
対の主面に4つの溝6が形成されている点である。この
溝6の形状を示す図3の平面図を参照すると、図1の平
面の反対側から見た振動板2には、4つの溝6が形成さ
れている。ここで、短径に沿った幅W1と長径に沿った
幅W2との領域と、振動板2の外周領域とを除く主面
に、所定の深さの溝6が4つ形成される。各溝6の外周
7は、上記焦点を共通とした楕円周となっている。
W2の領域と、4つの溝6の主面の占める割合は、1:
1に設定する。下方の振動板2’’の溝6’も、上記溝
6と共通した溝形状となっている。
及び振動板2,2’が楕円形状を呈しているため、この
送波器の共振周波数の上限は短径によって、下限は長径
によって略決定される。振動体の径方向の共振周波数
は、楕円周に沿って、連続的に変化しようとするが、例
えば、長軸方向に曲げモードが発生する周波数にて圧電
振動子1,1’を駆動した場合、長軸方向以外の方向に
ついては、構造体の剛性に比例して、長軸方向の曲げモ
ードを抑制する効果を生み出す。しかし、この実施の形
態では、溝6を形成することにより、長/短軸上の十字
形表面領域以外が薄肉化されているため、構造体として
の剛性が小さいものとなっており、これは発振源からみ
ると負荷が小さくなっていることと等価である。
は、変換損失が小さく、大きな機械的変位が得られる。
以上の作用効果は、短軸長で決まる上限の共振周波数に
おいても共通する。
おいて、横軸は正規化周波数即ち点線で示す従来の共振
周波数で除算した周波数を示し、縦軸は振動レベル相対
値即ち従来の共振周波数レベルで除算したレベルを示
す。実線で示した特性が、この実施の形態による場合で
あり、振動レベルの測定点は、楕円の中心点である。
径で決まる共振周波数にてピークが発生し、この他の周
波数では振動レベルが低く、実質的に共振していない。
これに対して、この実施の形態では、長/短軸長によっ
て各々略決定される2つの周波数でピークが発生してい
る。このような2つの周波数差は、楕円の長/短径比を
大きくすることにより拡大される。また、2つの共振周
波数のQは、適宜溝を深くかつ広くすることにより、向
上させることができる。
は楕円周に沿うものと規定したが、これに限定されず、
三角形または四角形等の多角形をなすものであってもよ
い。また、圧電振動子1,1’及び振動板2,2’の双
方を楕円形状としたが、これに限定されず、どちらか一
方が楕円形状を呈すれば、図4に示した特性に準じた効
果がある。
一対備えているが、これに限定されず、圧電振動子を固
着した振動板が唯一つであっても、二つの共振周波数を
得ることができる。また、溝を形成した場合を示した
が、これに限定されず、鋭い共振特性が必要でない用途
には、溝を形成しなくともよい。
音響変換装置は、楕円形状の圧電振動子又は振動板を備
えているから、2つの送出周波数を得ることができ、特
に圧電振動子と振動板の両方または片方の平面外縁を楕
円形状となし、これを一対備えた場合には、高出力でか
つ高Qを備えた2つ送出周波数を得ることができるばか
りでなく、楕円形に加工して、溝を形成する程度である
から、製造が容易で、軽量化も可能となる効果があり、
上述した目的が全て達成できる。
を示す平面図である。
示す特性図である。
Claims (5)
- 【請求項1】送出周波数となる共振周波数が二つ得られ
るように、所定厚の圧電振動子又はこの振動子を含む振
動板の平面外端を楕円形状とすることを特徴とする電気
音響変換器。 - 【請求項2】圧電振動子が固着された振動板を一対備え
た電気音響変換器において、前記圧電振動子及び前記振
動板のうち少なくともどちらか一方の平面外端が楕円形
状をなしていることを特徴とする電気音響変換器。 - 【請求項3】前記振動板の両主面のうち前記圧電振動子
が固着されていない側の主面に、溝を形成したことを特
徴とする請求項1及び2記載の電気音響変換器。 - 【請求項4】前記溝は、前記楕円の長/短軸を含む所定
幅の領域と前記楕円の円周領域とを除く主面に、合計4
箇所形成されている請求項3に記載の電気音響変換器。 - 【請求項5】前記一対の振動板は、これら振動板よりも
ヤング率の低いリングを介在させて、互いに固定されて
いる請求項2に記載の電気音響変換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP8106205A JP2888191B2 (ja) | 1996-04-02 | 1996-04-02 | 電気音響変換器 |
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ID=14427668
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- 1996-04-02 JP JP8106205A patent/JP2888191B2/ja not_active Expired - Lifetime
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