JPS60109399A - ボルト締めランジュバン振動子 - 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】 本発明は、水中超音波トランスジューサに用いられるボ
ルト締めランジ−パン振動子に係わり、ボルト締めラン
ジ−パン振動子の軽量化と同時ｌこハイパワー化をはか
ることを目的とするものである。

従来、ボルト締めランジュバン振動子は第１図に示した
ように、アルミ合金、チタン合金、鋼などの高剛性材料
からなるフロントマス１１．７ｏ７トマス１１とリアマ
ス１３の間に配置されたリング状圧電セラミックス１２
、フロントマスト同様１こステンレススチール等の高剛
性材料からなるリアマス１３及びリング状圧電セラミッ
クス１２１こ圧稲応カを加える機能を有するＯｒ−Ｍ、
ｏ鋼などの高張力合金からなるボルト１４、ナラ目５に
よって構成されており、ハイパワー駆動が可能であると
いう大きな特徴を有している。ここで、リング状圧電セ
ラミ、クス１２は横効果縦振動モード（３１モード）に
比べてはるかζこ大きな電気機械結合係数が得られる縦
効果縦振動モード（３３モード）が用いられる。

隣接するリング状圧電セラミックどうしは図中の矢印（
と示すように互いに反対方向に分極処理が施され、電気
的に並列に接続することにより、〕々ワーアンプとの整
合がはかられている。また、一般にセラミックスは圧縮
応力に比べて引っ張り応力ｔこ対して弱いため、ボルト
１４、ナラ目５であらかじめ静的なバイアス圧縮応力が
加えられ、ており、ハイパワ一時においても十分使用し
耐える構造となっている。尚、このような構造のポルト
締めランジュバン振動子においては、周知の如く２分の
１波長共振モードが用いられ、圧電セラミ８，７１１２
部分に振動節点があり、応力は圧電セラミック１２及び
ボルト１４部分に集中的に働くわけである。

上述した水中超音波トランスジューサに用いられるボル
ト締めランジュバン振動子は、所望の指向性を得るため
に通常多数個配列されて用いられ、このように多数個配
列された振動子アレイは必然的ｌこ大型でかつ極めて重
いものをこなるため、最近、ボルト締めランジ−パン振
動子の小型、軽量化が強く要求されている。しかしなが
ら従来、小型軽量化と同時にハイパワー化に適合した振
動子形状は得られていない、 本発明は、ボルト締めランジーパン振動子の軽量化と同
時ｌこハイパワー化を達成させるためになされたもので
あり、その目的は軽量”化と同時にハイパワー化を両立
させる最適な形状を有■る振動子を提供するものである
。

すなわぢ本発明はフロントマス部、圧電セラミック部、
リアマス部からなる２分の１波長共振ボルト締めランジ
ュバン振動子ｌこおいて、〕ｌ’：Ｊントマス部の音ｌ
ａ放射断面槓をＳ、、圧電セラミック部分の断面積を８
２．ボルト部の断面積をＳ８、リアマス部のＵ？而面を
８４とし、またフロントマス部の長さを１１、フロント
マス部の＃響放引端から振動節点までの長さをｌｏとし
たときに、圧電セラミック部の断面積Ｓ、ｌこ苅してボ
ルト部分の断面積Ｓ３をかなり小さく設定し、フロント
マス部の盆響放射端から振ａ１１」点までの前半部分を
こ関し、０．０３≦８．／Ｓ、≦０．１．０．１＜ｌｔ
／ｌｏ≦０．３、振動節点からリアマス端部までの後半
分ζこ関してＳ　２　／　Ｓ　４　＞　０．２としたこ
とを特徴とするボルト締めランジ−パン振動子である。

本発明の目的とする最適形状を有するボルト締めランジ
ュバン振動子を得るために、フロントマスから振動節点
までの前半部の４分の１波長部分と振動節点からリアマ
スまでの後半部分に分けて考える、まず、等価複合伝送
線路でボルト締めラン・ジ−パン振動子の機械系におけ
る考察を行い、ここにおいて軽量化の目安となる規準化
された振動子質量と水中ζこおいて動作させたときのボ
ルト及び圧電セラミック部分に加わる応力との兼合いか
ら、軽量化と同時にハイパワ一時の機械的強度に優れた
振動子形状を明らかにする。さらをこ電気系を含めた解
析を行い、電気機械変換能率に密接に関係する容量比（
容量比が小さいほどエネルギー変換能率が高い）と振動
子形状の関係をめ、最後に機械系（！：、電気系を両方
考慮し軽量化と同時にハイパワー化のはかれる最適な振
動子形状を見い出す。

軽量でかつハイパワー化のはかれる振動子を得るためＯ
こ、まず始めに第２図に示すように音搏放射端から振動
節点までの振動子牛区間ζこついて理論的検討を行う。

第２図において１１部はフロントマス部分、１２部は圧
電セラミック部分、１４部はボルト部分、１１はフロン
トマスの長さ１２は圧電セラミック部分の長さく＝ボル
ト部分の長さ）、１ｏ（−／□十ｌｉｔ　）は実効的な
４分の１波長を示す。第２図に示した半区間モデルの等
価横合伝送線路を第３図に示す。

第３図において、第１部分（ｉ　＝　１．２．３　）の
密度をρ１、縦波速度をＣ１、断面積をＳｌ、位相定数
をβｉ（＝ω／Ｃ１、ω；角周波数、ω＝２πｆ）、特
性インピーダンス密度をＺ。１（＝ρ１Ｃｉ）、特性イ
ンピーダンスをＺ。ｉ””ｚｏｉ”ｉ）とし、またＲ　
は音響放射インピーダンスで次式で表わされる。

Ｒ，ａ＝ρ。ｃ　ｏＳ　、　（１，） ただし　ρ　；水の密度 ｃｏ　；水の音速 Ｓｌ；　放射断面積 ただし圧電セラミック部分に関して実効的な縦波速度を
０２ｅ（＝Ｔ四）５；１．３３３１′：電界一定時の弾
性コンプライアンス）とし実効的な位相定数、特性イン
ピーダンス密度、特性インピーダンスをそれぞれβ２ｅ
’　”０２ｅ、　Ｚ　とする。第３図の０２ｅ　− 等価複合伝送線路の共振関係式は、１−１’から左右を
みた各伝送線路のインピーダンスの総和を零七おくこと
により得られる。（振動子自身の共振周波数であるから
Ｉ−Ｌａ＝０とした）即ち、Ｚ　６　ｓ　ｔａｎ　（β
ｓ　４　）−Ｚ６２ｅ　ｃｏｔ（β２Ｊ２）−Ｚｏ３ｃ
ｏｔβ、　Ａ、　＝Ｏ（２）ここで特性インピーダンス
の比として Ｋ　＝　Ｚ　ｏ２，４／　シー。１　（３ン２ｅ Ｋ　＝　Ｚ　ｏ３／　Ｚ　ｏｌ（４） ３ また、４分の１波長を規準として規準定数α！、α２　
を導入して、 とおくと（２）式は次のようになる。

振動子各部の材料を定め、ついで断面積比Ｓ、　／Ｓ、
、Ｓ、　／Ｓ、を与えてやると（８）式はα１、α、の
２変数からなる方程式となる。即ち、α１を与えてやる
とα１に応じたα、がまり、寸法比ｌ、　／ｌ。

と共振周波数の関係がめられる。第２図に示した半区間
の振動子の全質量Ｍは Ｍ＝　ρＩ　ｚｔ　ｓ、十ρ２　Ａ’ｌｊ　Ｓｔ　＋ρ
ｓ　ＩＩｓ　Ｓｓ　（９ンで与えられる。共振周波数と
長さは反比例の関係にあるから、共振周波数で規準化し
た単位音響放射面積当りの軽量化最適形状の目安はＭ　
ｆ　ｒ　／　Ｓ、で与えられる。さらにこれを圧電セラ
ミック部分の特性音響インピーダンス密度２゜２（ρｔ
ｃ２ｅ）で規準化すると、規準化された振動子質量Ｍ。

はで与えられる。

計算に先立ち、通常ボルト締めランジ−パン振動子各部
分に用いられている材料の密度及び縦波速度を第１表に
示す。

第　１　表 第１表に示した材料を用い、例として音響放射面ｔＪ　
ｔｃ対するボルト断面積の比８．　／８１＝０．００６
一定として、音響放射面積に対する圧電セラミック断面
ＣＲＳｔ　／　Ｓ、をパラメータｌこしたとき、実効的
な４分の１波長をこ対するフロントマスの長さの比Ｉ３
１／ｌｏと振動子前半部の規準化された質量Ｍｎの関係
を第４図に示す。第４図から、’ｔ／１６が０〜０４の
範囲のときにはｌ、　／ｌｌｏの増加とともにＭｎは緩
やかに増加しているが、ｌ、　１ｌｌｏが０．３より太
き（なるとき稲は急激に増加しており、振動子のａｔ化
のためにはＳｔ　／Ｓ＋　、４　／ｌｌｏを小さくする
方向にもって行けば良いことがわかる。

尚、ボルトの断面積Ｓ、は通常第４図に示したように圧
電セラミック部分の断面（Ｉｔ　Ｓ　ｔに比べてかなり
小さく設計される。これはＳｓがＳ、−こ近すくにつれ
電気機械変換効率が低下する悪影響をもたらすことζこ
よる。Ｓｓが８．よりかなり小さい範囲では、Ｍｎは８
．　／Ｓ、　Ｔこほとんど影響をうけない。このとき、
音響放射面積Ｓ１に比べて圧電セラミック部分及びボル
ト部分の断面積Ｓａ、ｓＢを小さく設定すればそれだけ
軽量化が可能となるが、ボルト部分及び圧電セラミック
部分に応力が集中することになり、単純１こ断面積Ｓ　
２　、Ｓ　３を小さくしたたけではハイパワーを８慮し
た軽量化は困難であることが推察される・ 次にボルト締めランジュバン振動子の圧電セラミック部
分及びボルト部分に加わる振動応力について理論的検討
を行う。通常水中で送波を行う場合、振動子内部に働く
応力は空中での振動状態とは異り、肝響放射端面におい
て水の音響放射インピーダンスによる反作用がさらに加
わる。ここでは、水負荷時において音響放射面を単位速
度（１ｍ／　ｓｅｅ　）で共振させた場合、圧電セラミ
ック部分及びボルト部分にｍわる応力を第３図に示した
等他回路からめ、それら応力の櫃動子形状依存性を算出
する。圧電セラミック部分の応力ζこ関し、最大の応力
を受ける部分は第３図２−２’にある振動節点であり、
ここｌこおける応力をＴｌｍ　とする。

第４図と同様にＳＢ　／　Ｓｓ　＝　０．００６一定と
したときにＳｔ　／　Ｓ　１をパラメータとしたときの
寸法比／、　／／ｊｏに対するＩＴ、ｒｒｌｌの関係を
第５図に示す。Ｓ、／Ｓ、が小さいほどＡ、　／Ｉｔｏ
が大きいほどＩＴｐｍｌが増大していることがわかる。

次に、全く同様にしてボルト部分に働く応力と振動子形
状の関係をめる。フロントマスとの接合部分におけるボ
ルトに働く振動応力をＴｂｏ、振動節点におけるボルト
に働く振動応力をＴｂｍとする。

ＩＴｂｏｌ、ｌＴｂｍ１と振動子形状との関係を第５図
と同様ｉこして第一６図１こ示す。第６図において実線
はＩＴｂ、ｌ、点線はｌＴｂｍ１の特性を示す。ら／ｌ
Ｑ＞０．２ではＩＴｂｏＩとｌ　Ｔｂｍ　Ｉの差はそれ
ほどないが、ＩＴｂｃｌ〈ｌＴｂｍ１となりｉ、／１０
が増大するにつれて１ＴｂｏＩ、ｌＴｂｍ１も増大し、
同時にＩＴｂｏｌとｌＴｂｍ目ま接近する。しかし、ｌ
。

／２ｏ＜０．１ではｌ、　／１１ｏが減少、即ちフロン
トマスの長さが短くなるほど、逆ζこ１Ｔｌ）ＣＩ、ｌ
　’］’ｌ）ｍ＋が増大するといったふるまいを行う。

これは、水の音響放射インピーダンスの反作用のため、
フロントマスが極めて薄くなると、ボルトとフロントマ
スの接合部に応力が集中するためである。

ボルト締めランジュバン振動子において最も機械的強度
の弱い部分は、フロントマスとボルトとの接合部分及び
セラミック中央部分である。振動子の軽量化と同時にハ
イパワー化をはかるためにけ、音曽放射端における一定
の振動速度に対して機械的強度の弱い部分に応力が集中
しないような振動子形状が望ましい。そこで振動子の質
邦゛ｌこ関するＦｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔとして
を与える。これは振動子の単位質量当りとり出し得る最
大音響パワーと密接な関係があり、ＦＭＭｍが大きいほ
ど振動子の形状が優れているわけである。

次に、電気機械変換効率の目安となる容量比γは、第３
図に示した圧電セラミック部分の等画伝送線路をＭａｒ
ｔｉｎの等他回路（Ｇ　、　Ｅ、　Ｍａｙｔｉｎ：”Ｖ
ｉｂｒａｔｉｏｎｓ　’ｏｆ　０ａａｘｉａｌｌｙ　８
ｅｇｍｅｎｔｅｄ。

Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ　Ｐｏ１ａｒｉｚｅｄ　
ＦｅｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＴｕｂｅｓ’１ｌＪｏｕｒｎ
ａｌ　ｏｆ　Ａｃｏｕｓｔ、Ｓｏｃ、ＡＪｎ、Ｖｏｌ。

３６、扁８、ｐｐ、１４９６−１５０６、（１９６４）
）で表わすことにより、共振反共振周波数の関係から容
易にめられる。γが小さいほど電気機械変換効率が優れ
ているわけであるから、音響放射端から４分の１波長部
分の振動子の電気系を含めた軽量化のためのＦｉｇｕｒ
ｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ＦＭｍは次式で表わされる。

ＦＭＭｍ Ｆ’Ｍ＝−−（１２ γ 振動子各部の材料として第１表に示した材料を用い、圧
電セラミックの電気機械結合係数ｋｓｓ　−〇、５０と
したときの２Ｍｍ特性を第７図に示す。

ここで、フロントマスが薄くなりｌ、　／１３ｏが０１
以下になると、フロントマス自材が屈曲振動を行い、も
はや純粋なピストン運動ができなくなるため音響放射効
率が低下することは周知の通りである。そこで第７図に
おいてＬ　／ｌｊｏ　＞０．１の範囲が実用に値する。

Ｓ２／Ｓ１が極めて小さく０．０３より小さくなると、
それはどＦＭＭ　が増田 犬（７ない割には容量比γが大きくなり、その結果ＦＭ
ｍが低下する。菫だ、フロントマスの音＋Ｗ放射端から
振動節点までの前半分の一波長部分に関して、断面積化
Ｓ、／Ｓ、が０．０３より小さくなると、ボルトを締め
たときの静的応力に対して圧電セラミ、クリングの径方
向の強度が十分大きくされないので実用上好ましくない
。

第７図において、ｋ□＝０．５０の圧電セラミックス及
びフロントマスにＡ７合金を用いた場合、従来の振動子
形状ではＦＭｌｎの値は望ましい値の１．５ＸＬＯ’♂
／Ｎが達成されていな９）。

また、Ｓ２／Ｓ、が０．１２程度以上あるいはＡ。

／ｌｏが０．３より大きい場合はＦ　Ｍ　、ｎが１．５
ｘ１．Ｆ７ｒｌ／Ｎを超えることは困難となる。

即ち、ＦＭｍを大きくする振動子形状、換言すると軽量
かつハイパワー化のはかれる振動子形状は、断面噴ｌこ
関し０．０３≦８．　／８．≦ｏ、ｉ、長さに関し０．
１　〈Ｉｔｓ　、／ｌ！ｏ　〈０．３０であることが見
い出される。次にフロントマス材料としてＡＡ金合金同
程度もしくはそれ以上の剛性を有し、かつＡ６合金より
密度の小さい炭素繊維強化樹脂（０−ＦＲＰ　）を用い
たときの１Ｍｍ特性を第８図に示す。第８図から・第７
図″示した介′合金を７°７ト″に用いた場合のＦＭｍ
値より全般に大きくなっているが、ＦＭＩｎを大きくす
る微動子形状の傾向は、フロントマス材料が異っている
にもかかわらす全く同じであることが明らかである。

次に振動節点からリアマスまでの後半部の４分の１波長
部分に関して、軽量化と同時に／Ｘイパワー化のはかれ
る振動子形状についてのべる。第１図をこ示したボルト
締めランジュバン振動子の摂動節点からリアマス端部ま
での振動子区間の物理モデルを第９図に示す。第９図ζ
こおいて１２’　、１４’はそれぞれ圧電セラミック部
分及びボルト部分、１３はリアマス部分である。Ｉｔｏ
’は実効的な４分の１波長、１％　は圧電セラミック部
分（−ボルト部分）の長さ、１４はリアマス部分の長さ
である。

１２’　、１．４’は機械的に第２図をこ示したフロン
トマスから４異動節、へまでの圧電セラミック部分及び
ボルト部分１４と連続したもので、１２と１２′の材料
、１４と１４′の材料はともに同一であり、また１２と
１２′部分の断面積は等しいものとする。ここでは清適
な振動子の形状を見い出すために、振動子を前半分と後
半分の２つに分けて考察しているが、実際ｌこは１２と
１２’　、１．４と１４′は一体化されたものであり、
フロントマスの音響放射端がある速度で振動シタ場合、
トランスジューサの前半分と後半発における指動接点は
共通であり、ここに働く応力は当然のことであるが共に
等しい。この振動節点において、フロントマスの長さが
極端ｔこ短くならない限り最大応力が発生するわけであ
る。この部分における振動応力Ｔ１ｍ、Ｔｂｍ　につい
ては既にめられている。

リアマス部の密度をρ４、音速を０４、断面積を８４と
する。■部の特性音響インピーダンスＺ。４、位相定数
β４は Ｚｎ２　＝ｌ’４　Ｃ４８４＝ＺＯ４８４（［３１β、
１３．＝ωＡ、／Ｃ４＝（π／２）α４ｕ４）となる。

第９図ζこ示す後半部の振動子の全質量Ｍ′とする。後
半分の振動子の質量に関して、共振周波数と長さは反比
例の関係ｌこあり、また圧電セラミック部分の断面形状
が前半分と後半分とで等しいことから、圧電セラミック
部分の特性音響インピーダンスＺ。２ｅで規準化するこ
とができる。規準化された質量をＭ′　とするとＭ′ｏ
はただし、 一α′、＝βｚｅ”２（１６） となる。振動子の前半部分で振動節点における応力が決
定されてしまうわけであるから、振動子の後半部分に関
して、規準化された質量Ｍ′０がｌｊ＼さく振動子後半
部の容量比γ′も小さいほどＦｉｇｕｒｅｏｆＭｅｒｉ
ｔが優れているわけである、後半部θ）Ｆｉｇｕｒｅ　
ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ＦＭ’　は次式で与えらイする。

リアマスとして、ＡＡ金合金びステンレススチール（ρ
＝　７．９１１１３’／ｎｌ’、　ｃ　＝　５．００ｍ
／５ｅｅ）　を用いたときの１Ｍ７ｍ　＆こ関する振動
子形状依存特性をそれぞれ第１０図及び第１１図に示す
。いずれもＳ。

／８４が大きくな枳こしたがいＦＭ’□も太き（なリ、
０２０以上になると飽和する傾向を示す。

振動節点からリアマス端部までの後半分の１７４波長部
分に関して、軽量でかつ所要音圧を得るため【こＦＭ’
□の値が０．８以上が要求されている。これを達成する
ためには第１１図から明らかな如＜　Ｓｔ／Ｓ４が０．
１５程度であれはＦＭ／□の値を０．８以上とすること
は極めて困難でありＳ、／Ｓ、が０２０は必要である。

また、Ｓ、／Ｓ、の増加とともにＦＭ’、、も増加する
傾向にあるが、Ｓ３／Ｓ４が０．７０以上になると第１
図に示すようなボルト１４、ナラ目５を保持することが
難かしくなり実用性がなくなる。

以上、理論的に考察したＦｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉ
ｔＦＭｍ、ＦＭ’ｍ４こ関しＦＭｍか大きいほど電気音
響変換効率−こ優れ、圧電セラミック及びボルト部分に
加わる振動応力が同一であれは振動子質量当りの音響放
射端面の振動速度Ｕを大きくすることができる。振動速
度Ｕは音響放射エネルギーＰａの平方根に比例する。ま
た、ＦＭ′Ｉｎ　が大きいほど電気音響に換効率に優れ
、軽量の倣動子を実現することができる。即ち、音響放
射断面積ＳＩ、共振周波数ｆｒが同一であれば、ＦＭｍ
　、　ＦＭ’−が大キイはど、Ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍ
ｅｒｉｔただし　Ｍｔ；振動子全質量の値を大きくする
ことができるわけである。

近年、ソーナー用振動子の測深距離が伸びており、それ
と同時に軽量化、ハイパワー化が要求されている。ｌ０
ＫＨ帯の振動子に関して、五り当りの＃響出力の平方根
つまりρ０式のＦＭｍの値がＩｏｏ、７ｉ／にり以上が
要求されている。

次ｌこ本発明の一実施例さしてｌ０ＫＨ，帯に共振周波
数を有し、また同−放射面攪を有し、第２表１こ示すよ
うな形状の異るＡ、Ｂ、０、Ｄ４種類の水中超音波送波
器用ボルト締めランジ−パン振動子を試作し、Ｆｉｇｕ
ｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉ口こついて評価を行った。尚、振
動子Ａ、Ｂ、０．Ｄはいずれも圧電セラミックスとして
に、、　＝　０．５０　％有するジルコン・チタン酸鉛
系セラミクス、フロントマス材料としてＡＡ金合金リア
マス材料としてステンレススチール、ボルト、ナツト材
料としてＯｒ−Ｍ。

鋼を使用している。

第　２　表 第２表１こ示したＡ、Ｂ、０、Ｄ４つの形状を有する振
動子から計算したＦＭｍ、ＦＭＩ□の値を第７図及び第
１１図Ｉこプロットする。Ｆｉｇｕｒｅ　ｏｆＭｅ　ｒ
　ｉ　ｔ（１）笑験的評価に関し、振動子を電気的ｌこ
駆動し、電気入力パワーに対する音響出力パワーの関係
をめ、電気入力パワーζこ対する音響出力パワーの直線
性が急激ζこ劣化したときの音響出力パワーをＰａとし
、（至）式に従ってＦＭを算出した。

枯響ル鎮２害ｔｒ云オー 第　３　表 振動子Ａは１ｉ″Ｍ′＞０．８　を満たしているがＦＭ
　は小さい、振動子ＢはＦ　Ｍ　＞　１．５　Ｘ１ｆｆ
７ｒｔｌ’／Ｎｍ　ｍ を満たしているがＦＭ’□は小さい６また、振動子０は
ＦＮｍ、ＦＭ’□　ともに小さい。振動子りはＦＭｍ、
ＦＭ／□、がともに大きく設計されている。

第７図、１１図１こ示したＦＭｍ、ＦＭ、Ｉ□の値が大
きい振刷子はど、実際ｌこ軽量でかつ出力音圧の大きな
振動子であることが明らかである。とくに、ＦＭｍ及び
ＦＭｌｍの値がともｌこ大きな振動子りは、軽量でかつ
ハイパワー特性ｌこ優れていることがわかる。

以上詳述した如く、本発明に従えば軽量でかつノへイノ
守ワー妹ｈｖ優７′７を−索中紹音波トランスジー−サ
用ボルト締めランジュバン振動子が−得られ、工業的価
値も多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は水中超音波トランスジューサに用いられるボル
ト締めランジ−パン振動子の概略図、第２図は音響放射
端から振動節点までの振動子前半区間のモデルを示す図
、第３図は等価回路図、第４図は振動子前半部の規準化
された質量Ｍ　と振動子形状との関係を示す図、第５図
は圧電セラミック部の振動節点ｌこおける応力１“２ｍ
　と振動子形状との関係を示す図、第６図はフロントマ
スとの接合部分におけるボルトに働く応力Ｔｂｏ１ボル
ト部の振動節点に働く応力Ｔｂｍと振動子形状との関係
を示す図、第７図は振動子前半部の電気系を含めた軽量
化のためのＦｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ＦＭｍと
振動子形状との関係を示す図、第８図はフロントマス材
料にＯ−Ｆ　ＲＰを用いたときのＦＭｍと振動子形状と
の関係を示す図、第９図はボルト締めランジ−パン振動
子の振動節点からリアマス端部までの振動子牛区間の物
理モデル図、Ｍ２Ｏ図、第１１図はそれぞれリアマス材
料としてＡｌ、ステンレススチールを用いたききの振動
子後半部のＦｉｇｕｒｅ　ｏｆ　Ｍｅｒｉｔ　ＦＭ’、
、特性図を示す。 図において、１１はフロントマス、１．２．１２’は圧
電セラミックリング、１３はリアマス、１４．１４′は
ボルト、１５はナツト、１１はフロントマスの長す、Ｌ
　、Ｌ　’は圧電セラミック部分の長さ、１４はリアマ
スの長さ、７ｏ、Ａｏ’　は実効的な４分０）　１波長
、Ｓ、はフロントマスの断面積、Ｓ２は圧電セラミック
リングの断面積、Ｓ３はボルトの断面積、Ｓ４はリアマ
スの断面積、ｋｓ３は電気機械結合係数、Ｒａは音響放
射インピーダンス、Ｚｏ＋　、Ｚ６！ｅ　Ｚ６３は特性
音響インピーダンス、β１、β２ｅ、β３は位相定数。 第　１　図 第２図 第３図 第４図 ｏ　ｏ、ｚ　（１）、４　ｏ、ｃ　ｏ、ｔ：ｔ　ｔ、。 第５図 Ｘ　ＩＯ” ０　０．２　０．４　０．６０．８　１．０第Ｚ図 ノ、／Ｊ。 第７図 ｔｏ−７ ００，１０，２０，３θ、４　Ｄ、５ ノｌ／ノ。 床　６図 Ｘｌ０−７ ０　０．１　θ２　θ３　θ、４　０．５１・／ｉｎ 第　９１１１Ｄ 第１０図 ｏ　ｏ、ｔ　ｏ、２’　０．３　０．４　０．５．１．
４／ノＳ 第１１図 ０　０．１　ｏ、２　０．３　ｏ、７ｉ　θ、５１、／
、Ｇ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 フロントマス部、圧電セラミック部、リアマス部からな
   る２分の１波長共振ボルト締めランジ−パン振動子にお
   いて、フロントマス部の音響放射断面積を８１、圧電セ
   ラミック部分の断面積をＳ７、ボルト部の断面積を８３
   、リアマス部の断面積を８４とし、またフロントマス部
   の長さを１１、フロントマス部の音響放射端から振動節
   点までの長さをｌ！ｏ　としたときζこ、圧電セスミッ
   ク部の断面積Ｓ２に対してボルト部分の断面積Ｓ３をか
   なり小さく設定し、フロントマス部の音響放射端から振
   動節照覧での前半部分に関し、０．０３≦８２／Ｓ。 ≦０．Ｌ　Ｏ，１＜４　／ｌＪｏ≦０．３、振動節点か
   らリアマス端部までの後半分に関してＳ、　／Ｓ、　＞
   ０．２　としたことを特徴とするボルト締めランジュバ
   ン振動子。