JPH1013985A

JPH1013985A - 水中送波器

Info

Publication number: JPH1013985A
Application number: JP15807696A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Kawamori; 章好河守; Hidenori Obata; 秀則小畑; Takashi Yoshikawa; 隆吉川; Tomohiro Tsuboi; 友宏坪井
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性が高く、製作容易で深度特性のない水
中送波器を得る。【解決手段】送波器の外殻をなす楕円シェル１２の送
波面側と前記駆動素子１１の送波面側とを直結し、駆動
素子の送波面側とは反対側に直列するように配設され、
使用周波数帯域において駆動素子よりも剛性が高くなる
ように設定・配設した流体キャビティ１４と、流体キャ
ビティの端部を封じて密閉するように設けた前記駆動素
子よりも十分柔らかい弾性体シート２１と、流体キャビ
ティ内で流体１８のキャビテーションが発生してもシェ
ルの振動に直接影響しないように、弾性体と流体キャビ
ティとの間に流体が流通するオリフィス付き蓋１９とか
らなる深度特性の低減手段を有するフレックステンショ
ナル型の水中送波器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、水中送波器の深
度特性の改良を図ったフレックステンショナル型水中送
波器に関するものである。なお、水中送波器は、同一構
成で水中受波器としても使用可能なので、水中送受波器
とも称せられるが、本明細書では水中送波器と称してい
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の水中送波器に関しては、さきに
本発明者らにより特許出願された特願平７−１６２５０
２号による「水中送受波器」がある。図２は上記特願平
７−１６２５０２号に記載された従来の水中送波器の深
度特性改良例を示す模式断面図である。なお、この改良
例の改良対象とされたより従来の水中送受波器について
は、特願平７−１６２５０２号の図２に記載されてい
る。

【０００３】水中送波器の分野では、図２の（ａ）に示
すようなフレックステンショナル型水中送波器が最近盛
んに用いられている。この型の水中送波器は、駆動素子
１の変位そのものを音響放射面に反映するものではな
く、通常シェル２と呼ばれる殻に結合させ、駆動素子１
の変位をシェル２の屈曲振動に変換させ、より大きな面
積を有するシェル２の放射面に、より大きな変位量を与
える方式のものである。従って、フレックステンショナ
ル音源（水中送波器）は駆動素子１の変位量の枠を越え
る大音響出力を得ることができる点が大きな利点となっ
ている。

【０００４】特にフレックステンショナル音源の一種で
ある図２の（ａ）に示すような卵形のもの（ｃｌａｓｓ
IVと呼ばれている）は、シェル２と駆動素子１の変位位
相が逆相である。そのため、例えば水中に投じた場合
に、水圧に対する変形が少なく、ある程度の水圧変動に
影響されにくい特長をもっている。これは特にシェル２
の卵形状から分かるように耐水圧が高い構造であるため
である。

【０００５】しかしながら、フレックステンショナル音
源の動作深度範囲が広い場合、或いは駆動素子１が変形
に対して非常に敏感な特性変化を伴うものを使用した場
合に、深度特性をなるべく一定に保つためには、単にシ
ェルの耐水圧だけでは対応しきれなくなる。その場合
は、深度特性をそのまま我慢して使用するか、深度特性
が不都合ならば、駆動素子１の変形を最小限にとどめる
工夫をするか或いは駆動素子１の特性変化に合わせた電
気的な制御を行うことが必要となってくる。また、そこ
までする必要のない系においても、深度特性ができる限
り抑えられることはやはり望ましい。

【０００６】図２の（ｂ）は、シェル２と駆動素子１を
直結した場合、水圧に伴うシェル２の変形により、駆動
素子１に応力が働き、予め駆動素子１に与えられていた
プリストレスが変化してしまい、その結果送波器性能が
深度特性を持ってしまうのを防ぐために工夫した部分
（図２の（ａ）のＡ印部分）の従来方式の詳細説明図で
ある。すなわち、図２の（ｂ）は、駆動素子１をシェル
２に直結せずに、深度変化がおこっても駆動素子１には
応力がかからず、動的な駆動力に対しては直結状態に匹
敵する特性を得ることができるようにしたもので、いわ
ば駆動素子１の変形を最小限に抑えることを目的として
考案された従来方式の詳細図である。

【０００７】図２において、駆動素子１とシェル２は、
図２の（ａ）に見られるように、一見して伝達ロッド３
によって直結されているように見えるが、実際には、機
械構造的には直結されていない。すなわち、図２の
（ｂ）に見られるように、両者はシェル２内に設けられ
た流体キャビティ４を介して結合されている。駆動素子
１に直結された伝達ロッド３に設けられたコマ５が流体
キャビティ４内で移動可能になるように、コマ５の所定
部分に流体（実際はオイル）７が流動できるような貫通
穴６が設けられている。

【０００８】この貫通穴６の存在のため、シェル２がた
とえ駆動素子１の軸方向（図２の（ａ）の水平太矢印の
駆動方向）に変形して、図２の（ａ）の水平細矢印の駆
動方向に変形しても、流体７が貫通穴６を行き来するた
め、コマ５は移動しないので、駆動素子１には応力がか
からないようになっている。従って、駆動素子１は例え
ば水圧を受けてシェル２が変形しても、応力を受けず、
自身の性能、形状に変化はない。

【０００９】そして、音響振動させるときは、流体キャ
ビティ４の剛性インピーダンスが、ある程度の周波数以
上になると、シェル２のインピーダンスよりも大きくな
るように、キャビティ容量及び貫通穴６の寸法を定めて
おり、その帯域では機械的見掛け上、流体が剛体に近く
なり、駆動素子１の駆動力がシェル２にほぼ直結される
ようになる。従って、目標とする周波数帯域に適した流
体キャビティ４の設計を施すことにより、シェル２の変
形限界まで、シェルの変形によるほんの僅な特性変化以
外に深度特性のほとんどない音響性能が得られるように
なっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の水
中送受波器では、シェル内部に流体キャビティがあり、
その流体キャビティ内に伝達ロッドから突出するコマが
あり、さらにコマ内に流体の通り道となる貫通穴がある
というように特殊かつ複雑な構造となっている。また、
通常は流体内に動的な圧力変動が生ずると、流体内に溶
け込んでいた気泡が負圧によって膨脹（成長）し、それ
が原因となって、振動伝達に悪影響を及ぼすキャビテー
ションと言われる現象が生ずるという問題がある。この
ため、キャビテーションを防ぐ目的で、真空内で十分な
脱気が施されるが、この脱気作業は脱気される箇所の構
造が複雑であればある程困難になり、従って長時間を要
し、さらに、完全に脱気されたという保証もないので、
その信頼性も低いものになってしまうという問題があ
る。

【００１１】また、例えばキャビテーションが発生した
場合には、流体部分そのものがシェルに直結しているた
め、キャビテーションの影響を受けた圧力が、そのまま
シェルの振動（すなわち音響出力）に伝わってしまう。
また脱気が不十分であるという可能性を考慮して、予め
流体キャビティを高圧化するという方法を採ったとして
も、それでも防ぎきれないキャビテーションはその除去
が難しく、あまり高圧にし過ぎても流体の漏れや浸透が
起こり易くなる。さらに、動的駆動時のキャビティの剛
性を広帯域で得るためには、流体はなるべく粘度の高い
ものを使用したいが、流体の粘度の増加と脱気効率は反
比例関係にあるという不都合がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水中送波
器は、水中の深度変化により駆動素子が応力を受け変形
して送波器の特性が変化する深度特性の低減手段を有
し、駆動素子の駆動振動を楕円シェルに伝達し楕円シェ
ルの振動に増幅して音響出力するフレックステンショナ
ル型の水中送波器において、送波器の外殻をなす楕円シ
ェルの送波面側と駆動素子の送波面側とを直結し、駆動
素子の送波面側とは反対側に直列するように配設され、
使用周波数帯域において駆動素子よりも剛性が高くなる
ように設定・配設した流体キャビティと、流体キャビテ
ィの端部を封じて密閉するように設けた駆動素子よりも
十分柔らかい弾性体と、使用周波数帯域未満では弾性体
と流体キャビティとの間に流体が流通するオリフィス付
き蓋とからなる深度特性の低減手段を有するものであ
る。

【００１３】ここで、オリフィス付き蓋は、キャビティ
本体のほぼ中心部に位置する流体キャビティとその上部
に形成された流体溜めとの間の領域に形成された開放穴
を塞ぐように挿着可能に配設され、流体の脱気工程を容
易にする構成を有するものであることが望ましい。ま
た、駆動素子を少なくとも２個使用して構成したものが
最もシンプルであり、製作上及び構造上の簡易性を目標
とする上で好都合である。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１はこの発明による水中送波器
の一実施の形態を示す模式説明図である。図１におい
て、（ａ）は全体構成説明図、（ｂ）はキャビティ部の
拡大断面図による詳細図、（ｃ）は送波器が水圧により
駆動素子が外側へ引っ張られた時の状態を示す説明図で
ある。

【００１５】まず、図１の（ａ）に見られるように、フ
レックステンショナル型水中送波器のシェル１２の内部
の楕円長軸側端部に２個の駆動素子１１が直結され、こ
れら駆動素子１１の直結部のそれぞれの反対側は直列に
流体キャビティ１４を介して結合されている。なお、流
体キャビティ１４はキャビティ本体１４ａのほぼ中央に
配設され、図１の（ｂ）に見られるように、その横穴に
は駆動素子１１の片端に直結された２本の伝達ロッド１
３の一部が摺動可能にかつ液密（液体を通さないこと）
的に挿着されている。

【００１６】また、図１の（ｂ）に示されているよう
に、流体キャビティ１４内、オリフィス１６及びシート
１７までの部分に流体１８が満たされている。そして、
オリフィス１６はキャビティ本体１４ａの上部の穴１４
ｂを塞ぐよう配設されるオリフィス付き蓋１９に、流体
キャビティ１４とその上方の流体溜め２０とをオリフィ
ス１６を介して連通するように設けられている。流体１
８は流体キャビティ１４内に注入した後脱気し、脱気さ
れた状態でオリフィス付き蓋１９を取り付け、さらに流
体溜め２０を覆うようにシート１７を取り付ければ、組
み立て完了となる。この場合、初期脱気はオリフィス付
き蓋１９のない状態で行われるため、脱気効率は極めて
良好である。

【００１７】そして、図１の（ｃ）のように、送波器が
水圧により駆動素子が外側（長軸方向）へ引っ張られた
時の状態の場合は、流体キャビティ１４内の流体１８
は、駆動素子１１のバネ定数を持った弾性体に引っ張ら
れることになる。そして、流体１８そのもののバネ定数
は、通常駆動素子１１のそれより大きく、流体１８が移
動できない場合は駆動素子１１の方が負けて、駆動素子
が引っ張られてしまう。しかしながら、本実施の形態の
ように、流体１８の端部を駆動素子１１のバネ定数より
十分柔らかいシート２１で閉じれば、図示のようなシー
ト２１の撓みによって流体２１がオリフィス１６を介し
て移動するため、駆動素子１１が引っ張られる割合は大
幅に減る。オリフィス１６は動的な（交流的なといって
もよい）振動では流体１８が行き来しないように考慮さ
れ、非常に小さなものとなるが、水圧変化のようにゆっ
くりとした静的な（直流的なといってもよい）応力にお
いては、流体１８がオリフィス１６を十分に行き来でき
るものである。

【００１８】上述のような本実施の形態を要約すると、
次のように言うことができる。すなわち、水中の動作深
度が変化するような状況下で使用する水中送波器におい
て、送波器を駆動している２個の駆動素子１１の片端を
シェル１２に直結し、駆動素子１１の逆側端にオリフィ
ス１６を有する流体キャビティ１４を設置した構成と
し、流体キャビティ１４の外部には駆動素子１１よりも
十分柔らかなシート２１で蓋をして流体１８を閉じ込め
ることにより、流体キャビティ１４、オリフィス１６及
び流体溜め２０に流体１８を充填する構造となってい
る。

【００１９】このような構造により、例えば水圧の変化
による加圧又は減圧により、シェル１１がより平らにな
ったり又は膨らむ場合のように、静的に駆動素子１１が
移動しても図１の（ｃ）に見られるように、シート２１
の撓みによりオリフィス１６内を流体１８が行き来する
ので、駆動素子１１には何等応力が加わらない。

【００２０】そして、実際に駆動素子１１を作動させて
送波する時のように、動的に駆動素子１１が振動して音
響出力する場合には、所望の周波数帯域では流体キャビ
ティ１４の剛性インピーダンスが増加するので、流体キ
ャビティ１４が剛性体として機能し、駆動素子１１同志
が流体キャビティ１４によって直結に近い状態となり、
シェル１２の結合側に十分な駆動力が出力されるため、
水圧で駆動素子１１が移動しても、音響出力は何等変化
がない。従って、深度特性のない水中送波器が実現でき
るようになる。

【００２１】さらに、流体キャビティ１４の構造が非常
にシンプルなので、第１に脱気作業が簡単となり、流体
１８のキャビテーション発生を防ぐことが容易である。
また脱気が十分できるので、キャビテーション発生を抑
えるために流体１８を高圧にする必要もなくなる。ま
た、脱気が容易なので、複雑な構造下では脱気の難しい
ような例えば粘度の高い流体も選択し易くなり、音響駆
動時の剛性ならびに周波数帯域幅の増大が可能となる。
さらに、仮にキャビテーションが発生しても、オリフィ
ス１６を介する音響出力は音源内部の空気中に散乱して
遮断されるので、水中には放射されない。そして、駆動
素子１１側も駆動素子（弾性体）を介してシェル１２に
伝わるため、音響出力に大して悪影響は少なくなる。

【００２２】以上のように本実施の形態の送波器構造に
よれば、第１に、静的な水圧による駆動素子１１の移動
においては、駆動素子１１が引っ張られることはなくな
り、送波器は不用意に送波することはなくなる。一方、
動的な駆動素子１１の移動においては、目標とする周波
数帯域で、駆動素子１１及びシェル１２の機械インピー
ダンスよりも流体キャビティ１４のインピーダンスが大
きくなるように流体キャビティ１４の容積とオリフィス
１６の寸法を設定すれば、駆動素子１１は引っ張られる
ようになるので、駆動素子１１は正常に作動し、深度特
性のない優れた音響性能が発揮される。

【００２３】また、流体キャビティ１４が流体１８の脱
気効率に優れているので、流体を高圧化しなくてもキャ
ビテーションを十分防ぐことができる。従って、粘度の
高い流体を選択することも容易となり、駆動時の剛性ア
ップ及び使用周波数帯域のさらなる増大が可能となる。
さらに、万一キャビテーションが発生しても、オリフィ
ス１６よりシート２１を介して音源内部の空気中に出力
され、水中には放射されない。またシェル１２側にして
も、駆動素子１１を介して伝わってくるので悪影響は少
ない。このため、単純に流体キャビティ１４をシェル１
２と駆動素子１１の間に挾んだ従来方式よりも、キャビ
テーションの影響は軽減される。

【００２４】なお、上述の実施の形態では、２個の駆動
素子を流体を介して直結したフレックステンショナル音
源の場合について説明したが、水圧変動等による駆動素
子の移動が抑えられる範囲で設計された流体キャビティ
であれば、上記実施の形態に限定されず、勿論あらゆる
同型水中送波器において有用である。また、駆動素子の
種類、数、形状及び性質が変わっても同様に応用可能で
あり、流体キャビティ自体も、キャビティ、オリフィス
（貫通穴）や駆動素子より十分柔らかい端部構造の働き
が本発明と同じであれば、実施の形態のようなキャビテ
ィ形状、オリフィス形状及びその数やシートに限定する
ものではないことは言うまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、フレッ
クステンショナル型水中送波器において、送波面の内側
に直結された駆動素子の送波面と、この駆動素子の送波
面の反対側を、静的には駆動素子よりも十分に柔らかい
シート蓋と、動的には駆動素子及び送波器自身よりも剛
性が高くなるようにキャビティとの寸法関係からその寸
法が設定されたオリフィスとを備えた流体キャビティに
結合させる構造としたから、送波器が水中で深度変化に
より水圧を受けて変形し、駆動素子が移動するような場
合でも、柔らかい前記シートの撓みによりオリフィス内
を流体が行き来するので、駆動素子が急激でかつ強い応
力を受けることがなくなり、深度特性の生ずる原因をな
くすことができるようになる。

【００２６】そして、送波器を駆動する場合は、オリフ
ィスと流体キャビティが送波器の剛性を上回るように設
定されているので、流体キャビティが見掛け上剛体とな
り、駆動素子がシェルに直結された場合に匹敵する音響
出力性能が得られる。このため、深度特性のない高性能
の水中送波器が、シンプルな構造で、コスト的にも技術
的にも容易に実現できる。

【００２７】また、この発明による構造方式は流体キャ
ビティを極力シンプルに形成できるので、製作過程にお
ける流体の脱気効率が極めてよく、脱気不十分によるキ
ャビテーション発生は起こり難く、またそれを防ぐため
の流体の高圧化も必要なくなる。さらに脱気がし易いの
で、粘度の高い流体も十分選択可能となり、効率のより
よい送波器が実現できる特徴を持ち合わせている。しか
も万一キャビテーションが発生しても、キャビティが送
波面とは無関係に独立しているので、その影響が外の音
響出力に反映されにくいという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す模式説明図であ
る。

【図２】従来の水中送波器の深度特性改良例を示す模式
断面図である。

【符号の説明】

１，１１駆動素子２，１２シェル３，１３伝達ロッド４，１４流体キャビティ１４ａキャビティ本体１４ｂ穴５コマ６貫通穴７，１８流体１９オリフィス付き蓋２０流体溜め２１シート

フロントページの続き (72)発明者坪井友宏東京都港区虎ノ門１丁目７番12号沖電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中の深度変化により駆動素子が応力を
受け変形して送波器の特性が変化する深度特性の低減手
段を有し、前記駆動素子の駆動振動を楕円シェルに伝達
し前記楕円シェルの振動に増幅して音響出力するフレッ
クステンショナル型の水中送波器において、前記送波器の外殻をなす前記楕円シェルの送波面側と前
記駆動素子の送波面側とを直結し、前記駆動素子の送波
面側とは反対側に直列するように配設され、使用周波数
帯域において前記駆動素子よりも剛性が高くなるように
設定・配設した流体キャビティと、この流体キャビティの端部を封じて密閉するように設け
た前記駆動素子よりも十分柔らかい弾性体と、使用周波数帯域未満では流体が流通するキャビティより
も十分小さい体積をもつオリフィス付き蓋とからなる前
記深度特性の低減手段を有することを特徴とする水中送
波器。
【請求項２】前記オリフィス付き蓋は、キャビティ本
体のほぼ中心部に位置する前記流体キャビティとその上
部に形成された流体溜めとの間の領域に形成された開放
穴を塞ぐように挿着可能に配設され、前記流体の脱気工
程を容易にしたことを特徴とする請求項１記載の水中送
波器。
【請求項３】前記駆動素子を少なくとも２個使用して
構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
水中送波器。