JPS62176300A - 音響トランスジユ−サ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、圧カドランスジューサに関し、特に音響ト
ランスジューサに関する。

［従来技術とその問題点１ 極めて小さい振幅の圧力変化を検知するための圧電材料
、特に近年では例えば米国特許第３，７９８゜４７４号
で開示されたような圧電重合材料によるトランスジュー
サの形成が提案されている。この圧電重合材料を使用す
ることにより、圧電セラミッりの使用を凌ぐ多数の利点
、例えば、寸法の艮い圧電エレメントの形成か可能とな
り、これにより、音響信号を検知できるような大面積の
圧電材料か可能となる。更に、重合圧電装置は、元来圧
電セラミンク装置よりフレキシブル性を有していて、フ
レキシフル性か増すと、過度の圧力に曝されたときに破
壊的に損傷する恐れの危険が減少するといった多数の利
点が得られる。種々の圧電エレメントの使用やトランス
ジューサの構成に対する提案についても、バワーズに上
る１９７６年の第■部のＩＥＥＥエレクトロニクス及ブ
航空宇宙会議、そしてバンチライズによる米国化学団体
の１９８４年のシンポジウムの３９９頁に開示されてお
り、これらの開示を参考としてここで述べる。しかしな
がら、効果的なトランスノユーサカー形成されるために
は、このような圧電装置の感度に対して、かな１）の改
良を必要とするということが認められている。

クラノセやパン・ターンホウトによる１９７９年の第１
７７番のＩＥＥ会議やニツクス、ホルト。

マツフグレース及びワードによる１９８１年の７エロエ
レクトロニクスの；９２巻１（）３頁ないし１１・を頁
で明らかにされたように、圧電材料で生しる信号は、応
力が加えられる向トにおける内部エリアに依存する。材
料か°引外伸ばされることにより方位が整列され、そし
て材料の方位と直交する方向に高電界を印加することに
より分極化された箇所では、材料のｄ）ｌ応答は、整列
した向きに加えられた応力により、分極方向に帯電し、
そして、ｄ３）応答は、分極方向に加えられた応力によ
り帯電し、ｄ３２応答は、整列方向と分極方向との双方
と直交した向きに加えられた応力により帯電する。

一般には、ポリビニリデン　フロライドによるｄ３１応
答は広く、ｄ３３面は、更に（ｄ３１応答よりも約５０
％）広く、ｄ３．応答と反対の信号を応答し、そしてｄ
３□面は、狭く、ｄ３１面と同一の信号を応答する。

材料を、すべての方向に対して等しい圧力が印加される
静水圧応力に供したときにＪ’ｌ−られ、一般にｄａｂ
と称される信号は、単にｄｓ２．ｄｓ＝及びｄ３Ｔｈの
応答の合計となり、通常、比較的に小さく、一般に・　
　　は約１０ｐＣＮ−’となる。これは、ｄ３．応答が
ｄｆｆ３応答の多くを打ち消腰そして、ｄ３３応答が最
も大きい部材のため、得られた信号は、ｄ３３応答の信
号と同しになるからである。圧電材料の応答性を改良す
るために、例えばニックスや上述した他の紙面に記述さ
れたように、多くの努力がなされていて、そして、材料
の感度は、通常、−静水圧圧電係数ｄ３ｈで限定され、
ｄ３３を含む改良は、ｄ、１（あるいはｄ３゜）よりも
より大きい割合で増大する。同軸ケーブルで圧電材料が
、軸方向に引き延ばされ、放射状に分極化される場合に
は、中央の金属導体を設けることにより、はとんどの場
合にケーブルのｄ、１１係数を更に改善する。これは、
金属導体が材料を軸方向にわたって圧縮させケーブルを
収縮させるため、ｄ、１１係数に寄与するｄｆｆｌを減
少させるからである。

［発明の目的１ この発明は上述した問題点をなくすためになされたもの
であり、高感度の音響トランスジューサを提供すること
を目的とする。

［発明の構成１ この発明は、圧力検知用トランスジューサを提供し、こ
のトランスジューサは、外部の圧力変化に応答して電気
信号を生じる圧電同軸ケーブルか周囲に螺旋状に形成さ
れる中央領域を有し、この中央領域は、外部の圧力変化
に応答して螺旋部が放射方向に収縮できるよう、放射方
向に十分に低いスチフネスを有していて、同軸ケーブル
で生した電気信号はｄ）ｌの極性となるようにしている
。

ここで用いられた“ｄｌｌの極性゛の語は、ケーブルで
得られた信号が、ｄ）ｌの信号、即ち、１゛（引き伸ば
し）方向に加えられた応力により生しｔこ信号の特性を
有していることを意味する。このことは得られた信号が
純粋にｄｌｌの信号であることを意味しているのではな
い。トランスジューサの信号はこの池にちｄ３２及びｄ
３３成分を通常含むが、ｄ３、の極性の信号を出力する
ために、この発明のトランスジューサにより、ｄ３１の
信号か強められ、そして／又は、ｄ３１の信号か減じら
れているからである。トランスジューサの設計分野では
、電圧々電係数ｇ１１ｊｉ？）：１６］］及び８３１１
を参！ｌけ士るのか紅り一般的となることかある。しか
しなから、電圧／／電係数８３１は１．：ｉｌ；、主圧
電係数ｄｌｉと比例するので、生巳な信号の極性は、帯
電あるいは電圧の係数で表現されてち同一となる。

圧電同軸ケーブルは、好ましくは、重合圧電誘電水層を
含むものであり、例えば、ナイロン５゜ナイロン７ある
いは池の奇数ナンバーのナイロン。

ポリヒトミキシブチレート、ビニリデン　シ７ナイｔ’
／ビニルアセテート　共重合体及びビニリデンフロライ
ド重合体である。好ましい重合体は、ビニリデン　７０
ライト重合体であり、例えば、ビニル７０ライトを含む
ビニリデン　７０ライドの共重合体、トリフロロエチレ
ン、テトラ７０ロエチレン、ビニル　クロライド及びク
ロロトリフ０ロエチレンあるいはポリビニリデン　７０
ライドであり、好ましくは、ケーブルは又、同軸ケーブ
ルの４１応答が圧縮されないように、内部の中央導体は
、重合誘電体の軸係数より低い軸係数を有する。この発
明の使用に特に適した同軸ケーブルの例は、英国特許出
願の第２１１５０＋３４５八で示されており、これらの
開示を参考としてここで述へる。

同軸ケーブルに関連して使用された゛同軸°゛及び゛′
放射状゛の語は、同軸ケーブル自身に討する同軸方向及
び放射方向であるのに対し、同し語が同軸ケーブルとは
別に、螺旋、中央領域あるいはトランスジューサのエレ
メントに関連して使用されたと旧よ、螺旋に対して同軸
あるいは放射状であり、同軸ケーブルに対してではない
ということを理解するべきである。

この発明は、比較的に高感度でかつ長いフレキシブルな
トランスジューサを形成することを可能にするばかりで
なく、トランスジューサか比較的高いキャパシタンスを
有し、トランスジューサの軸周囲の３６０゛にわたって
一様な方向性を示すことを可能にする。

良好な感度を備えるために、トランスジューサは、好ま
しくは中央領域の周囲に（同軸ケーブルにより少なくと
も部分的に形成される）バリヤーを含んでいて、このバ
リヤーにより、外部圧力変化の中央領域への伝送を抑え
、あるいはこのような圧力変化に呼応して中央領域にお
けるいがなる光填祠料の放射ノ月ｆｉｌへの流れを抑え
ていて、即ち、圧力変化の振幅は、通常、螺旋外部よ？
ンも中火領域における方を小さくしている。圧力変化に
呼応しｒこバリヤーの放射方向の膨張及び収縮が、ｄ、
ｈモードで使用したケーブルと比較して、ケーブルに外
部から放射方向に加えられる少ない応力に比例して、同
軸ケーブルを軸に沿って引き伸ばし、あるいは収縮させ
るよう、バリヤーは、少なくとら部分的に同軸ケーブル
により形成しもよく、あるいは、ケーブルと接触させて
らよい。バリヤー全体を同軸ケーブルで形成することは
可能であり、この場合、螺旋巻は密に巻かれる、即ち、
隣接する巻線間か接触することか必要となる。選択的に
、同軸ケーブルは、１本あるいはより多くのスペーサの
線ととら：ン”密巻゛にされてちよく、この場合には、
同軸ケーブルとｒ’＋：ｉ記スペーサの線とかバリヤー
を形成−ｒる。しかしながら、螺旋は、以下の理由によ
り疎巻にされるのか好ましく、この場合には、バリヤー
は一つあるいはより多くの池のエレメントを含む。もし
、いずれかの池の材料がバリヤーを形成するために使用
されｒこならば、バリヤーの放射方向のステイ７ネスが
少なくとも部分的に同軸ケーブルによ１）与えられるの
が望ましく、たとえば、放射方向のスティフネスの少な
くとも２０％、より好ましくは少なくとも３０％が同軸
ケーブルにより与えられ、そして、ある場合には、同軸
ケーブルがバリヤーの放射方向のスティフネスに灯して
、池の要素のスティフネスと等しいかあるいはよ１）高
いスティフネスを与えるのに貢献する。選択的に、ある
いはこれに加えて、バリヤーを形成する各々の池の材料
が、螺旋の周線に沿った方向に、同軸ケーブルの誘電体
以下の張力（ヤング）係数を持たせるようにしてもよい
。このバリヤーは、多数の異なった（１が戒のいずれを
用いてもよく、又、多数の異なった層から形成されても
よいが、好ましくは、同軸ケーブルを含むバリヤーの異
なった部分が圧力変化に呼応して一緒に移動するのかよ
く、ちし、これらか独立して移動した場合には、トラン
スジューサの感度は低下してしようからである。

この発明によるトランスジューサのある形態では、螺旋
巻は、バリヤーの一部を都合よく形成するフレキシフル
で中空のチューブ内に包囲される。

好ましくはこのチューブは、特に加熱することにより、
直径の大きい元の形態からほぼ螺旋巻の大きさに寸法を
回復する。

熱−回復性の物品は、一般に、加熱により以前に変形さ
れていた形態から元の形態に回復するが、ここで使用さ
れる“熱−回復性”の語は、同時に、前以て変形されて
いなくても、加熱することにより、新しい形態になる物
品をも含んでいる。これらの最も一般的な形態において
は、このような物品は、例えば米国特許第２．０２７，
９６２号；３，０８Ｇ、２４２号及び３，５９７，３７
２号で記述されたように、弾性体あるいはプラスチック
メモリの性質を示す重合材料から形成される熱−収縮性
のスリーブを含む。

寸法回復性の性質を与えるいかなる重合材料が、理論に
従ってチューブを形成するために使用されようなポリオ
レフィンと、例えば、プロピレン。

ブタン、ビニルアセテートあるいはエチルアクリレート
とのエチレン共重合本と、英国特許明４；１■書第１．
０１０，０６４号で開示された弾性体材料と、英国特許
明細書：ｊＳｌ、２８４，０８２号及び１，２９４．６
１３５号で開示されたような混合物とを含み、これらの
開示を参考としてここで述べる。しかしながら、チュー
ブをほぼ同軸ケーブルの螺旋部に回復させるために使用
する熱が道にケーブルの圧電性質に影響を及ぼさないよ
う細心の注意が払われるべきて゛あり、この理由の故、
もし重合圧電ケーブルが使用されたとき、比較的低い回
復温度の重合材料は、１３０℃を越えず、特に１００℃
を越えない回復温度となるのが好ましい。好ましい材料
の例では、エチレン／ビニールアセテート及びエチレン
７′エチルアクリレートの共重合体を含む。チューブに
対する熱処理以外で寸法を回復する回復材料を使用する
ことしも可能である。これにより、チューブは、例えば
、溶媒−収縮性材料から形成され、適した溶媒を用いる
ことにより、螺旋状に回復させてもよく、あるいは、溶
媒の蒸気により寸法を回復する洛媒−膨張材料から形成
されてもよい。

チューブは一般に０６１ないし１ｍｍの範囲の肉厚を有
する。

トランスジューサの別の形態では、放射方向に圧縮可能
で同時にバリヤーの一部を形成する中空の支持部材の周
囲に螺旋巻が位置してもよく、あるいは前記支持部材の
壁面内に位置させてもよい。

このフレキシブルな支持部材は、好ましくは、プラスチ
ック材料から形成され、そして、この支持部材」二に同
軸ケーブルが正しく位置するよう、一つあるいはより多
くの螺旋状に四部あるいはくぼみを有している。この支
持部材を形成する材料は、好ましくは、螺旋の周線に沿
った方向に、誘電体の張力係数と同定度の張力係数を有
し、そして最ら好ましいのは、少なくとら誘電体の１７
４、特に好ましくは】／′２となる。支持部材の周囲の
張力係数は、ある場合には、ケーブルの誘電体の軸部の
張力係数よりも高くすることができ、これにより、支持
部材及び中央領域の全体にわたる放射方向のスティフネ
スが十分に（氏くなり、同軸ケーブルの螺旋巻の収縮と
膨張を可能にする。支持部材を形成する好ましい材料は
、例えばポリビニリデン　７０ライドのような熱可塑性
プラスチック、例えば高あるいは中密度のポリエチレン
あるいはポリプロピレンのようなポリ（エチレンテトラ
フロロエチレン）ポリオレフィン、例エバｆ　イａ　ン
６、ナイロン６−６、ナイロン６−１０あるいはナイロ
ン１１のようなポリアミド、そして、ボリエスタケトン
ズあるい（土ポリエスタサル７オンを含む。

選択的に熱可塑性プラスチックと弾性体との混合物や分
割した共重合体のブロックが使用されてもよい。もし所
望であれば、支持部材は、例えば銅やアルミニウムを平
板化あるいは電極化され充填材料にされた金属から形成
されてもよい。支持部材は、多数の方法、例えば吹きｆ
−１けモールドのようなモールド法あるいは射出成型法
あるいは寸法回復チューブを適した形態の軸心に回復さ
せる回復法により形成されてもよい。

同軸ケーブルは、充」眞材料により支持部材に結合され
てもよく、この場合、同軸ケーブルは、充填材料による
比較的薄い層内に完全に包囲されてもよく、あるいは充
ｊ眞材料がケーブルと支持部材との間のみに位置するよ
うにしてもよい。選択的に、ケーブルは、フレキシブル
の粘着材あるいは充填材により支持部材に結合され、そ
してケーブルは、高いあるいは低いグンビング特性を示
す別のフレキシブルの充填材料により包囲されてもよい
。

トランスジューサの更に別の形態では、螺旋巻は、中空
でフレキシブルの支持部材上に位置し、これに加えて、
中空でフレキシブルのチューブ内に包囲されてもよい。

トランスジューサの中央領域は空間にされてもよくある
いは、いずれかの液体、例えば水、石油あるいはシリコ
ン液体を含むことも可能である。

この液体は、トランスジューサの内外の静止圧力を平衡
させるために使用されてもよい。しかしながら、もし、
トランスジューサの中央領域に液ましくは、螺旋巻の内
外間の動的な圧力差を更に維持し、即ち、中央領域とバ
リヤーの外部との間で液体が自由に流れるのを禁止し、
これにより、圧力信号の中央領域への伝達を可能にする
。このことは、終端キャップを備えたトランスジューサ
を使用することにより達成され、この結果、トランスジ
ューサ内部にて、抵抗を生じさせることなく、液体の流
動が許可されるようになる。非常に長いトランスジュー
サの場合で、特にトランスジューサの直径が小さい場合
には、しかしながら、終端キャップを必要としない。こ
れは、液体の中央領域への流動は単にトランスジューサ
の端部にのみ影響を与え、トランスジューサの終端部に
ｄ、ｈの信号を生ヒさせ、一方、トランスジューサの中
央領域はｄ３１１の極性の信号を発生するからである。

これに加えて、液体の中央領域への設置が、螺旋の放射
方向の膨張や収縮をはなはだしく妨げる程度に中央領域
の放射方向のスティフネスを増大させないよう配慮がと
られるべきである。

好ましくは、トランスジューサの中央領域は、充填材料
を含む。支持部材の内部を満たすために使用された充填
材料は、該充填材料の容積係数が支持部材の放射方向の
スティフネスに大きく関与するので、２００Ｈｚまで、
好ましくは２０００１−１　ｚまでの周波数の範囲にわ
たって、比較的低い複雑な容積係数を有するのが好まし
い。充填材料を形成するために使用され得る材料の例は
、ポリウレタンの弾性体、シリコンの弾性体あるいは天
然ゴムを含む。選択的に、充填材料は、フレキシブルの
袋に保たれた液体、例えば水９石油あるいはシリコン液
体を含んでもよい。又、充填材料が例えば、架橋結合の
弾性体網状組織（例えば、オル〃７ポリシロザネあるい
はポリウレタンあるいは７０ロシリコン）を含むゲルを
含むことも可能であり、この弾性体網状組織は、例えば
液体オルガノボリシロザネとともにゲルの７０％あるい
はこれ以上の高程度まで伸びている。このようなゲルは
一般に、高粘着力の結びつきにより流れるような液体性
質を示す。ある場合には、充填材料及びバリヤーは、同
一材料から形成されることが可能であり、例えば、充填
材料のいくつかの形態では、比較的高い張力係数の外層
あるいは表面を形成するために、照射によりあるいは化
学的架橋手段によりこれらの外表面部で架橋結合される
。支持部材の放射方向のスティフネスは、次の近似式％
式％ Ｋｐは充填材料の容積係数、 Ｅは支持部材を形成する材料の張力係数、Ｔは支持部材
の肉厚、 Ｒは支持部材の平均直径である。

有利なように、上式で定義された支持部材の放射方向の
スティフネ又は、１０ＧＰａよりは大きくなく、好まし
くは６ＧＰａより大きくなく、特に好ましくは３ＧＰａ
より大きくなく、最ら好ましくは２ＧＰａより大きくな
い。充填材料に発泡材料が混入される箇所では、支持部
材の放射方向のスティフネスは更に、１あるいは０．５
ＧＰａあるいは更に低い値に減少されてもよし１゜好ま
しくは充填材料は、４０　（１０ＭＰａよりは大きくな
く、より好ましくは３　（’ｌ　００Ｍ　Ｐ　ａより大
きくなく、特に好ましくは２　＋’）　Ｏｆ）　Ｍ　Ｐ
ａより大きくない容積係数を有している。例えば、以下
に記すトランスジ゛ユーサの形成に使用されたシリコン
ゴムは、一般に１０００ＭＰａのオーダーの容積係数を
示す。ある場合には、充填材料は更に低い容積係数を有
するのが望ましいことがあり、この場合には、例えば、
攪拌により、あるいは吹き込み法を用いることにより、
あるいは、例えば高いあるいは低い密度の（好ましくは
泡のセルが閉じた）ポリウレタンあるいは膨張したポリ
スチレンの発泡材料を混入することにより、容積係数を
減少させるは可能である。充填材料の容積係数は、Ｂ、
Ｐ、ホロワニア氏による１９７４年８月号の“ゴム産業
”の１５７頁ないし１６０頁に記述された方法により決
定される。この方法は、発泡材料の容積係数の測定に対
しては容易に応用できず、この場合の容積係数は次式で
得られる。

ここで、 Ｋは、発泡材料の容積係数、 Ｋｏは、空虚のない材料の容積ｆ、１数、Ｕは、空虚の
ない材料のせん新係数、 「は、充」眞材料の空隙が占める体積である。

周波数及び／又は温′度に関した係数の大きい変化は、
材料の温度が材料のガラス転位温度に接近したときにし
ばしば現れ、それ故、材料の（１００Ｈｚ、好ましくは
２ＫＨｚでの）ガラス転位温度は、（約０ないし１５゛
Ｃの）トランスジューサの通常運転温度と少なくとも１
０℃より好ましくは少なくとち１５℃そして特に好まし
くは少なくとも２０℃′異なるのが好ましく、このガラ
ス転位温度は、好ましくはＦランスノユーサの通常運転
温度以下□となる。

更には、Ｅ−Ｔ／Ｋｐ−Ｒ比（Ｅ、Ｔ、Ｋｐ、Ｒは上式
で定義した値）は、支持部材が充填材料の動的圧力変化
を減少できるよう、少なくとも０．００４とすべきであ
る。好ましくはこの比は、少なくとも０，０１、より好
ましくは少なくとも０．０１５、特に好ましくは少なく
とも０．０２、そして最も好ましくは少なくとも０．０
３であるが、発泡材料のようにより低い容積係数の充填
材料が使用される場合には、前記の比は、１と同じ位の
高い値あるいはこれ以上にしてもよい。支持部材の肉厚
は、通常、該支持部材の直径の少なくとも（）。

Ｏｆｉｔ　５倍、好ましくは少なくとも０．０１倍、そ
して特に好ましくは少なくとも０．０２倍となるが、一
般に０．２倍、好ましくは０．１倍を超えることはなく
、この場合には、支持部材を形成する材料は、充填材料
の容積係数の少なくとも０．２倍、より好ましくは少な
くとも０．５倍、特に好ましくは少なくとも１．０倍、
そして最も好ましくは少なくとも１．５倍の張力係数を
有するが、発泡あるいは膨張充填材料が使用されたとき
には、充填材料の容積係数の２倍あるいはこれ以上の張
力係数を有してもよい。すｌ）型的には、（充填材料を
使用しない）支持部材のＥ−Ｔの積により決定される放
射方向のスティフネスは、６ＭＰａ・口）程度であり、
一般には３　Ｍ　Ｐ　ａ・Ｉ１１１１℃ある。

充填材料の使用は、水中聴音器の感度を向上させるだけ
でなく、水中音聴器の深さ感度を減少させる。即ち、静
止圧力の増加に伴う水中聴音器の反応変化をも減少させ
るということを見出だした。

トランスジューサは、一つの同軸ケーブルの螺旋を含む
ことに限定されることはなく、二つあるいはこれ以上の
螺旋が、互いに隔てられたり、あるいは例えば二つの螺
旋をスタートさせるために結合されてもよい。例えば、
特に好ましいトランスジ゛ユーサの形態は、互いに反対
の極性が与えられた一対の同軸ケーブルを含んでいて、
二つの同軸ケーブルの圧電反応は加算されるが、一方の
同軸ケーブルの圧電反応は部分的にキャンセルされるよ
う、二つの同軸ケーブルは個々の電気装置に接続される
か、あるいは電気装置への接続のために端末処理される
。

［実施例１ 添付しｒこ図面を参照すると、第１図は、音響トランス
ジューサの一部を示していて、圧電同軸ケーフル１が螺
旋に巻かれ、中空のプラスチックチューブ２内に保持さ
れる。チューブ２の内部３には、比較的に低い容積係数
のウレタンポリマー／弾性体の充填部材（図示せず）が
満たされる。

トランスジューサは、同軸ケーブル１を円筒状の軸心に
螺旋状に巻き、エチレン／ビニルアセテート共重合体か
らなる熱−収縮性のチューブ２を軸心及びケーブルの螺
旋部上に回復させ、軸心を取り除き、チューブ２と平行
に多数のスチール”　ワイヤの補強部材４を位置させ、
そしてチューブ２に充填材料を満たすことにより、形成
される。

−肘の硬質のエポキシの終端キャップ５により、補強部
材４の両端部が固定されるようにして、チューブ２の両
端部が閉ＩＪされる。螺旋内部が充填材料で１１１もた
され終端キャップ５が形成される前に、同軸ケーブルの
一端部１０が、例えば、（図示しない）クリンプコネク
タにより、よじられた一対ャ１１．１２は、螺旋及び熱
到又縮性チューブ２の反対側の端部に導き出される。同
軸ケーブルの北方の端部１３は、チューブ２の同し側の
端部から一部ワイヤ１１及び１２として導き出されても
よく、あるいは、螺旋内にて、別の一対の一部ワイヤに
接続されてもよいが、好ましくは、例えば図示したよう
に、熱−収縮性の重合体からなる絶縁性キャップ２０内
に閉じ込められ阜に端末処理される。トランスジよ−の
完成後に、−次ワイヤ１１及び１２及び同軸ケーブルの
一端部１３は直接にプリアンプに接続される。

同軸ケーブル１は、ワイヤを形成するために、ポリビニ
リデン　７０ライドの誘電体層１５及び低融点金属の中
央導体１６を押し出し、ワイヤを加熱し、ポリビニリデ
ン　フロライドを整列させるために、３．５対４．５の
引っ張り比でワイヤを引き伸ばし、そして同時に、コロ
ナ放電の手段によりポリビニリデン　フロライドを有極
化させ、その後、金属外層の電極を設け、そして付加的
にケーブルに重合対の外装を設けることにより形成され
、この手順は、英国特許第２，１５０，３４５Ａに記述
されている。

このトランスジューサは、好ましくは全体にわたってお
よそ１５ｍｍの直径で、０．１ないし２ｍ艮である。図
示したように、螺旋巻のピッチは、近接したケーブルの
巻線が接触するよう、あるいは相互間でほとんど接触す
るように、セットされる。

選択的に、巻線は相互間で約６ｍ＋ｎまで隔ててもよい
。

使用時、トランスジューサを水中に沈めたとき、音響振
動がチューブ２と同軸ケーブルの螺旋部に対して放射方
向に膨張と収縮とを生しさせ、これにより、同軸ケーブ
ル１を軸方向に引っ張りカと収縮力を及ぼす。しかしな
がら、圧力変化は、放射方向にケーブル１に対してわず
かな程度に作用するので、ケーブルで生じた信号は、ｄ
ｏｌｌモードに一致する極性を有する。

第２図は、この発明によるトランスジューサの別の形態
を示していて、軸心の替わりに、フレキシブルかつ中空
で一般に円筒状の支持部材６の周囲にケーブルを巻回す
ることにより、同軸ケーブルの螺旋が形成され、この支
持部材６はその後もその場所にそのまま残される。この
支持部材６は、表面に一つあるいはより多くの螺旋状の
四部７を有するチューブを提供できるよう、適切に形成
された軸心に前ちって回復されているポリビニリデンフ
ロライドのチューブを含む。支持部材６によ１）閉封さ
れる中央領域ち又、多数のスチールワイヤによる軸方向
の補強部材４を含んでいて、この補強部材４は、支持部
材６の放射方向でのスティフネスを大きく増大させるこ
となく、支持部材６に結合される。支持部材６の周囲に
同軸ケーブルを巻回する前に、あるいは後に、支持部材
６の内部にフレキシブルで低容積係数のシリコン充填材
料が満たされ、そして支持部材６の端部は、第１図に関
して述べたように、一対の硬質のエポキシの終端キャッ
プ５によＩ）閉じられる。終端キャップ５が設けられた
後で、同軸ケーブルが充填材料内に埋設され、かつ支持
部材６に結合されるよう、充填材料が支持部材６の外表
面に設けられる。

その後、トランスジューサ上に放射方向に変形可能なチ
ューブを変形させることによ１）、トランスジューサに
外装２が設けられる。これとは別に、第３図に示したよ
うに、同軸ケーフル全体が充」眞材料による薄いＷＩ７
によ１）包囲すＪするようにしてもよく、これにより、
不可欠とされた外装２を取り除くことができる。

次にこの発明を以下の実例により示す。

［例１］ 第２図で示されたタイプの水中聴音器が、英国特許第２
．１５０，３４５Ａで記述されごとく直径１　、６　ｎ
＋＋ｎの圧電ケーブルを用い、支持部材としてポリビニ
リデン　７０ライドの０　、５　ｍｍ厚のチューブを用
い、そしてピークのモル重量が約２５　、　ＯＯＯで約
４５％フォートを含むシリコン樹脂で処理されたビニー
ルを含むシリコン充填材料を用いて形成された。同軸ケ
ーブルの螺旋は直径が１０＋ｎ＋ｎでトランスジューサ
全体の長さが２３０ｍｍであった。

水中聴音器の感度は、６００　Ｈｚないし２　ｋＨｚこ
の結果は、表１に示されている。

表 周波数　　　　　　　感度 （ｋＨｚ）　　　（ｄＢ（基準ＩＶ）／’？イクＣ７パ
スカル）ｆ）、Ｇ　　　　　　　−１９・（，８０，８
−１９１＋、、５ １．０　　　　　　−１９４．９ １．２　　　　　　−１９４．５ １．４　　　　　　−１９４．７ １．６　　　　　　−１９４．３ １．８　　　　　　−１９４．２ ２．０　　　　　　−１９３．に の水中聴器は、同時に２０ないし１６０Ｈｚの範囲の周
波数にてピストン７オンの音響キャリブレータでテスト
された。この結果は、表２で示されており、水タンクで
の測定と良い相関関係を示している。

表２ 周波数　　　　　　　感度 （ｋＨｚ）　　　（ｄＢ（基準１■）／マイクロパスカ
ル）２０　　　　　　　−１９４．３ ４０　　　　　　　−１９４．２ ６ｏ　　　　　　　　−１９４，３ ８０−１９４，３ １（１０−１９４，１ １２０−１９４，２ １，８＋１　　　　　　　−１９４．２１６０　　　　
　　　−１９３．７ この装置の感度は、同軸ケーブルを自由に吊り、ｄ、１
１モードでのそれ自身の作用による感度よりも約１０ｄ
Ｂ高いということが見出だされた。

［例２１ 第３図に示した水中聴音器は、英国特許第２，１５０．
３４５八で記述されたごとく直径１　、６　＋ｎ＋ｎの
圧電ケーブルを用い、支持部材として（１，５ｂ＋ｐｎ
肉厚で直径１５ｍ＋＋＋のボリビニリテ゛ン　フロライ
ドによるチューブを用い、そして例１で使用されたと同
じシリコンゴムによる充填材料を用いて形成された。水
中聴音器の感度は、６００　Ｈｚないし２ｋＨｚの範囲
の周波数でタンク内の水中にてテストサれた。

この結果は、表３に示されている。

表３ 周波数　　　　　　　感度 （’ｋＨｚ）　　　（ｄＢ（基準ＩＶ）／？イクロハス
カル）（、）、６　　　　　　−１　り　０．５Ｔ’１
．８　　　　　　−１９０．・１１、ｏ　　　　　　　
−１９０，６ １，２−１９０，２ １，４−１り　０．２ １．６　　　　　　−１９０．２ １．８　　　　　　−１９０．２ ２、（１−１＜〕００． ２例は、光ｊ眞材料の容積係数を減少させるなめに、シ
リコン充填材料の中火領域に、体積比がは（ｒ・ｔｔ）
％の膨張ポリスチレンを含むことを除いて繰り返された
。トランスノユーサの感度は、６００１−１７．ないし
２ｋＨｚの範囲の周波数でタンク内の水中にてテストさ
れた。この結果は、表・ｔに示されている。

表４ 周波数　　　　　　　感度 （ｋＨｚ）　　　（ｄＢ（基壁１ｖ）／マイクロハスカ
ル）０．４　　　　　　　−１８７．３ ０．６　　　　　　　−１８７．４ ０．８　　　　　　　−１８７．２ １、（’ｌ　　　　　　　　−１８６，６１，２−１８
６，４ １、・ｔ　　　　　　　−１８６，６ １，６−１８６，６ １，８−１８６，２ ２，０−１８６，３ ［例４ないし１０１ 例１は、真空形成処理によりポリビニリデンフロライド
から形成され、最小直径力弓１　、５　＋ｎｍで最小肉
厚か０　、２１　＋ｎＩａの支持部材を使用して繰り返
された。支持材料としては以下のものが使用された。

例４．ディフェニールメタン４　、４　’−デソオシネ
ートと、（モル重量で約３　（１００の）ポリプロピレ
ン　グリフールで作られたグリセロールとを基礎とし、
２３％のカルシウムカーボネイトの充填材を含むポリウ
レタン。

例５．密度を１．２３から１　、１２ｙ／ｃｍコに減少
させるために空気中で攪拌させることを除いて例４と同
し。

例６０例１と同じ。

例７．ビークモル重量が約１２０００のウレタンプレポ
リマーを基礎としたポリテトレイドロフランで処理され
たインシネートと、４ｔ４゛−グイアミ７フエニールメ
タン及びグイオフチールフタレートの異性体との混合物
とを基礎としたポリウレタン。

例８．大きい割合で（直径１ないし２ｍｍの）膨張した
ポリスチレンを含むほかは例１と同し。

例９．（モル重量が約１ｏｏｏ）のポリサルファイド、
プラスティックザー、酸化チタニウム、カルシウム　カ
ーボネイト充填材及び酸化マンガンを基礎にしたポリサ
ルファイド。

例１０．エポキシで保護された室温のポリアミド。

充填材料及び充填支持部材は、表５で示した成分を有し
、水中聴音器の特性は、表６に示されている。

表５，６から分かるように、充填材料が発泡されていた
、あるいは、発泡された材料が充」杭材料に結合された
水中聴γｆ器は、最大の感度、最低周波数応答及び最低
圧力感度を示した。最大周波数応答は表７で示されてい
て、１００　［−１ｚ及びこれ以−Ｌの周波数で充填材
料の比較的に高いガラス転位温度に因ると考えられる。

表６ ４　ポリウレタン　　　−１９５０，５６０，１６０，
７３５発泡ポリウレタン−ＩＳ６．２　０．１２　　　
　０．０３　　　　０．１８６　シリコン　　　　−１
８７，５０，２７０，１１，８７ポリウレタン　　−１
９４，４０，５４０，３７０，４８シリコン＋　　　−
１８４，６０，１１０，０８０，１６ボリスチレン ９　ポリサルファイド−１８６，８０，２７０，２０，
２４１０エポキシ　　　　−２１４．０（１）　０．８
１　　　１．０２（１）　　　　０．６４［発明の効果
１ この発明によれば、フレキシブルで寸法の良いトランス
ジューサの形成か可能となＩ）、検知面積を増大させる
ことにより、感度ず向上し、振幅の小さい音響信号の検
知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるトランスジューサの第１の形態
を示す軸方向に沿った部分正面図、第２図は、この発明
によるトランスジューサの第２の形態を示す軸方向に沿
った部分正面図、第３図は、この発明によるトランスジ
ューサの第３の形態を示す軸方向に沿った部分正面図で
ある。 １・・・圧電同軸ケーブル、２・・・チューブ、４・・
・補強部材、５・・・終′４Ｊキャップ、６・・・支持
部材、１５・・・誘電体層、１６・・・中央導体、２０
・・・絶縁性キャップ。

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部の圧力変化に応答して電気信号を生じる圧電
   同軸ケーブルが周囲に螺旋巻に形成される中央領域と、
   外部の圧力変化を中央領域に伝えるバリヤーとからなり
   、バリヤーは、少なくとも部分的に同軸ケーブルによる
   螺旋から形成され、中央領域は、外部の圧力変化に応答
   して螺旋部が放射方向に収縮できるよう、放射方向に十
   分に低いスチフネスを有し、同軸ケーブルにより生じた
   電気信号がｄ＿３＿ｉの極性を有することを特徴とする
   圧力検知用トランスジューサ。
2. （２）圧電同軸ケーブルは、重合体材料から形成される
   誘電体を有する特許請求の範囲第１項に記載の圧力検知
   用トランスジューサ。
3. （３）誘電体は、ビニリデンフロライドの重合体を含む
   特許請求の範囲第２項に記載の圧力検知用トランスジュ
   ーサ。
4. （４）誘電体は、ポリビニリデンフロライドを含む特許
   請求の範囲第３項に記載の圧力検知用トランスジューサ
   。
5. （５）同軸ケーブルは、誘電体の軸方向の張力より低い
   軸方向の張力を有する中央導体を備えた特許請求の範囲
   第１項ないし第４項のいずれかの項に記載の圧力検知用
   トランスジューサ。
6. （６）バリヤーの放射方向のスティフネスは、主として
   同軸ケーブルにより与えられる特許請求の範囲第１項な
   いし第５項のいずれかの項に記載の圧力検知用トランス
   ジューサ。
7. （７）同軸ケーブル以外の一つあるいはより多くの材料
   から形成されるバリヤーで、該バリヤーは、螺旋巻の周
   線に沿った方向に、同軸ケーブルの誘電体よりも低い張
   力係数を有する特許請求の範囲第１項ないし第６項のい
   ずれかの項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
8. （８）螺旋巻部を包囲するフレキシブルの中空チューブ
   を含む特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかの
   項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
9. （９）中空チューブは、元の形態の寸法に熱−回復性で
   あり、熱の印加により螺旋巻に対して回復する特許請求
   の範囲第８項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
10. （１０）フレキシブルのチューブは、０．１ないし１ｍ
    ｍの範囲の厚さの肉厚である特許請求の範囲第８項ある
    いは第９項のいずれかの項に記載の圧力検知用トランス
    ジューサ。
11. （１１）フレキシブルチューブは、バリヤーの一部を形
    成する特許請求の範囲第８項ないし第１０項のいずれか
    の項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
12. （１２）螺旋巻は、中空部の周囲に位置し、支持部材を
    半径方向に圧縮可能とした特許請求の範囲第１項ないし
    第１１項のいずれかの項に記載の圧縮検知用トランスジ
    ューサ。
13. （１３）中央領域は、充填材料を含む特許請求の範囲第
    １項ないし第１２項のいずれかの項に記載の圧力検知用
    トランスジューサ。
14. （１４）充填材料は、架橋結合の弾性体である特許請求
    の範囲第１３項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
15. （１５）充填材料は、発泡化されるか、あるいは発泡材
    料を内部に混入する特許請求の範囲第１３項ないし第１
    ４項のいずれかの項に記載の圧力検知用トランスジュー
    サ。
16. （１６）充填材料は、０．１ないし１００Ｈｚの範囲の
    周波数及び０ないし１５℃の範囲の温度で２０ＭＰａよ
    り大きくない張力係数を有する特許請求の範囲第１３項
    ないし第１５項のいずれかの項に記載の圧力検知用トラ
    ンスジューサ。
17. （１７）充填材料は、−１０℃より高くないガラス転位
    温度を有する特許請求の範囲第１３項ないし第１６項の
    いずれかの項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
18. （１８）各々の端部には終端キャップが設けられる特許
    請求の範囲第１項ないし第１７項のいずれかの項に記載
    の圧力検知用トランスジューサ。
19. （１９）トランスジューサの伸長を防止あるいは減少さ
    せるために、トランスジューサの軸方向に沿って延在す
    る一つあるいはより多くの軸方向の張力部材を含む特許
    請求の範囲第１項ないし第１８項のいずれかの項に記載
    の圧力検知用トランスジューサ。
20. （２０）軸方向の張力部材は、螺旋部の内側に位置する
    特許請求の範囲第１９項に記載の圧力検知用トランスジ
    ューサ。
21. （２１）前記軸方向の張力部材は、少なくとも５０ＧＰ
    ａの張力（ヤング）係数を有するワイヤの形態である特
    許請求の範囲第１９項あるいは第２０項のいずれかの項
    に記載の圧力検知用トランスジューサ。
22. （２２）同軸ケーブルの各々の巻線は、近接する巻線に
    より隔てられる特許請求の範囲第１項ないし第２１項の
    いずれかの項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
23. （２３）同軸ケーブルによる螺旋巻は、複数の螺旋巻か
    らなる特許請求の範囲第１項ないし第２２項のいずれか
    の項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
24. （２４）少なくとも０．１ｍの長さである特許請求の範
    囲第１項ないし第２３項にいずれかの項に記載の圧力検
    知用トランスジューサ。
25. （２５）０、４ないし２ｍの範囲の長さである特許請求
    の範囲第２４項に記載の圧力検知用トランスジューサ。
26. （２６）６ないし２０ｍｍの範囲の外径を有する特許請
    求の範囲第１項ないし第２５項のいずれかの項に記載の
    圧力検知用トランスジューサ。