屈曲型送受波器
【課題】電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える屈曲型送受波器において、小型化及び軽量化を図る。
【解決手段】屈曲型送受波器15は、例えば6個の板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化され、さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
【解決手段】屈曲型送受波器15は、例えば6個の板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化され、さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、水中に音波を放射する電気音響変換器に係り、特に振動体の屈曲振動により水中に音波を放射する屈曲型送受波器に関する。
【背景技術】
【0002】
海洋観測等の水中内を観測する分野においては、観測媒体として音波が用いられるが、音波の中でも減衰が少なくて伝播特性が良好であるという特長を有する、低周波の音波を利用した各種の送受波器が実用化されている。これらの低周波の送受波器では、効率よく音波を送受波するために構造体の機械的共振を利用した振動体(振動子)が用いられている。
【0003】
一般に機械的構造体は、その寸法が大きくなるほど機械的共振周波数が低下するので、上述のような低周波の送受波器を構成するには必然的にその寸法は大きくなる。したがって、低周波の送受波器では、常に小型化と軽量化が求められ、小型の構造で機械的共振周波数を低下させた振動子の実現が技術的課題となっている。ここで、金属等の薄板は弾力性が低く共振周波数を低くできるために、その薄板を振動板として用いる板状振動子は、構造が単純で小型軽量な振動子を実現できるので、従来から低周波の送受波器に広く用いられている。
【0004】
このような送受波器の中でも振動子の屈曲振動を利用した屈曲型送受波器が普及している。この屈曲型送受波器として、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する圧電振動子から成る振動子(駆動用振動子)と、この振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する金属薄板から成る板状振動子(音波放射用振動子)とを組み合せた構成のものが提供されている(特許文献1、特許文献2)。
【0005】
特許文献1に開示されている屈曲型送受波器は、軸方向に複数のスリットを設けた金属等の円筒状振動板(音波放射用振動子)の内面あるいは外面に圧電振動子(駆動用振動子)を貼り付けた構成にして、圧電振動子に電気信号を印加することで振動させ、さらにその圧電振動子により振動板に屈曲振動を発生させて音波を放射させるもので、高能率で小型軽量化を実現するものである。また、特許文献2に開示されている屈曲型送受波器は、複数の振動子片を積層した円筒状振動子(駆動用振動子)の軸方向の両端部をボルトとナットを用いて一対の円盤状リングにより保持し、これら円盤状リングの円周及び外面を覆うようにそれぞれ軸方向に設けた複数のスリットにより分割した複数の曲面状振動板(第1の音波放射用振動子)及び一対の円盤状の端面振動板(第2の音波放射用振動子)を設けて鼓状に構成して、円筒状振動子に電気信号を印加したときに、曲面状振動板及び端面振動板からそれぞれ発生する2つの屈曲振動を用いて、低周波化及び広帯域化を図るものである。
【0006】
ここで、特許文献1に開示されている屈曲送受波器は、振動板の軸方向の上下の端部がそれぞれ円筒体に固定されて連結された構成になっている。また、特許文献2に開示されている屈曲型送受波器は、曲面状振動板の軸方向の上下の端部がそれぞれ一対の円盤状リングに固定されるとともに、端面振動板の周囲が曲面状振動板の突部に固定されて連結された構成になっている。すなわち、特許文献1、特許文献2に開示されているいずれの屈曲型送受波器も、音波を放射する振動板の上下の端部が固定された構成になっている。
【0007】
また、屈曲型送受波器として、軸方向に設けた複数のスリットにより分割した複数の円筒状振動板(音波放射用振動子)の内面の上下の端部をそれぞれ一対の円筒形振動体(駆動用振動子)に固定して連結し、円筒形振動体の軸方向の両端部を一対のプレートを介してボルトとナットにより保持する構成のものも提供されている(特許文献3)。さらに、携帯電話等において周囲に迷惑をかけることなく着信を知らせるために用いた振動板を支える支柱部に、振動板の応力集中を防止するための弾性体を設けた構成の報知用振動装置が知られている(特許文献4)。
【特許文献1】特開平03−011898号公報
【特許文献2】特許第3520837号公報
【特許文献3】特許第3649151号公報
【特許文献4】特許第3785587号公報
【0008】
なお、特許文献4では、携帯電話等の受信時に支柱部により支持されている振動板が振動することによりその受信が報知されるが、この場合振動板は単に振動すれば報知の役目を果たすことができる。それゆえ、特に振動の周波数、すなわち、振動板から放射される周波数は特定の範囲に限らないので、本願発明のように必ず低周波の音波に対応して最大の効果を発揮する緩衝材を用いる必要はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、特許文献1〜3に開示されている従来の屈曲型送受波器には、次のような問題がある。
特許文献1〜3に開示されている従来の屈曲型送受波器ではいずれも、図15(a)にその主要部の概略構成を示すように、音波放射用振動子として機能する振動板23の上下の端部23a、23bが一対の端部固定材24に固定された構成になっている。これにより、屈曲振動が発生すると、図15(b)に概略を示すように、振動板23の振動態様は点線で示すように端部固定材24によって固定されていない自由部の長さL1を半波長とするものになるため、共振周波数fr1はその長さL1によって定まることになる。この長さL1は一対の端部固定材24の両外側までの長さL0より短くなっている。
【0010】
したがって、自由部の長さL1を半波長とする場合には、長さL0を半波長とする場合に比べて共振周波数が高くなってしまうことになり、より共振周波数を低めたい場合には、長さL1を大きくしなければならない。この結果、低周波化を図るには振動板23の軸方向の長さ寸法が大きくなるだけでなく、全体の重量も増大することになる。
【0011】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える構成において、小型化及び軽量化を図ることができる屈曲型送受波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記問題を解決するために、請求項1記載の発明は、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える屈曲型送受波器であって、n個の上記板状振動子は、すべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋及び下部蓋により緩衝材を介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されていることを特徴としている。
【0013】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の屈曲型送受波器に係り、上記n個の板状振動子により形成される上記n角形状柱体は、上記上部蓋及び上記下部蓋とともに上記n角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト及び該段付ボルトの両端部にねじ込まれたナットにより挟持されていることを特徴としている。
【0014】
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子は、板状の上記駆動用振動子が板状の上記音波放射用振動子に埋め込まれるように固定された構成になっていることを特徴としている。
【0015】
また、請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子は、板状の上記駆動用振動子の一方の面が第1の板状の上記音波放射用振動子に固定されるとともに、上記駆動用振動子の他方の面が第2の板状の上記音波放射用振動子に空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっていることを特徴としている。
【0016】
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器に係り、上記n角形状柱体の周囲が絶縁シースにより覆われていることを特徴としている。
【0017】
また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子に接続された電気信号線を上記n角形状柱体の外部に取り出すための信号線取出し孔が、上記上部蓋に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0018】
この発明の屈曲型送受波器15によれば、n個の板状振動子1a〜1nのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されている。このような構成により、板状振動子の軸方向の長さを不要に大きくすることなく低周波の音波を放射することができるようになるので、小型化及び軽量化を図ることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
屈曲型送受波器15は、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化されている。さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
【実施例1】
【0020】
図1は、この発明の実施例1である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図、図2は図1のA―A矢視断面図、図3は図1のB―B矢視断面図、図4は同屈曲型送受波器に用いられる板状振動子の概略構成を示す斜視図、図5は同屈曲型送受波器に用いられる上部蓋の概略構成を示す透視図、図6は同屈曲型送受波器に用いられる下部蓋の概略構成を示す斜視図である。また、図7は同屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図、図8は同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
この例の屈曲型送受波器15は、図1〜図3に示すように、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化されている。ここで、板状振動子1b〜1dは配置の関係で、図1では見えなくなっている。ここで、緩衝材2a、2bとしては、一般に包装等に用いられているオニオンスキンペーパーを用いると効果的である。この緩衝材2a、2bは圧力も受けるので、比較的強度の強い(コムプライアンスの小さい)ものが要求されるが、このオニオンスキンペーパーはそれらの点で最適である。また、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。このように、段付ボルト5と一対のナット6a、6bとを用いて、6個の板状振動子1a〜1fにより構成される6角形状柱体を上下部端から挟持することにより、ナット6a、6bによる過剰な締め付けが防止されるので、各板状振動子1a〜1fを破損することがなくなる。
【0021】
この例では、板状振動子1a〜1fは、1つの板状振動子1aに例をあげて示すと、図4に示すように、駆動用振動子としての板状の圧電素子11aが音波放射用振動子としての板状の振動基板12aに接着されることにより、埋め込まれるように固定された構成になっている。
【0022】
上部蓋3の外形は、図5に示すように、6角形状柱体に対応させるため6角形に形成され、さらに6角形状柱体を機械的に安定に維持するために、6角形状柱体の内部に嵌入させるための6角形状の上部蓋突起部3aが設けられている。また、上部蓋突起部3aには略中央位置に信号線取出し孔7が設けられるとともに、信号線取出し孔7の両側位置には一対のボルト孔3bが設けられている。同様にして、下部蓋4の外形も6角形に形成されるとともに、上部蓋突起部3aに対応した6角形状の下部蓋突起部4aが設けられている。さらに、一対のボルト孔3bに対応した一対のボルト孔4bが設けられている。
【0023】
板状振動子1a〜1fの電極(図示せず)には、上部蓋突起部3aに設けられた信号線取出し孔7を通じて6角形状柱体の内部に導入された信号線8が電気的に接続されて、駆動用振動子としての例えば圧電素子11aに電気信号が印加されるようになっている。6角形状柱体の周囲は絶縁シース9により覆われて、屈曲型送受波器15の全体が水密構造に保持されている。この例の屈曲型送受波器15は、図2から明らかなように、中心軸10から見た断面構造は構成部品が左右対称に配置されている。
【0024】
次に、上述のような構成の屈曲型送受波器15の製造方法を説明する。
まず、6個の板状振動子1a〜1fを用意してそれぞれの上端部及び下端部に断面がL字状の緩衝材2a、2bを貼り付ける。次に、それぞれの板状振動子1a〜1fを上部蓋3及び下部蓋4の外形よりも僅かに大きくなるように、6角形状柱体に配置して、板状振動子1a〜1fの各電極に信号線8をはんだ付けにより電気的に接続する。
【0025】
次に、信号線8が接続された板状振動子1a〜1fを、予め段付ボルト5及び一対のナット6a、6bにより緩く仮止めされた上部蓋3及び下部蓋4の組立構造の下部蓋4側から差込んで、同時に信号線8を上部蓋3の信号線取出し孔7から外部に引き出す。次に、緩衝材2a、2bが貼り付けられた6個の板状振動子1a〜1fを、上部蓋3と下部蓋4との間に整列して配置し、ナット6a、6bを段付ボルト5に締めこんでいく。次に、このように組立てられた全体を、モールド法により形成した絶縁シース9により覆った水密構造を完成させて、屈曲型送受波器15を製造する。
【0026】
上述したようなこの例の構成の屈曲型送受波器15において、信号線8から板状振動子1a〜1fに電気信号を印加すると、例えば圧電素子11aが伸縮することにより振動基板12aを駆動する。これに伴って、振動基板12aは屈曲振動を発生して径方向に音波を放射する。このような音波放射時に、この例では6個の板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により緩衝材2a、2bを介して挟持されている。この結果、図15(a)の従来例に対比して、図7(a)にその主要部の概略構成を示すように、音波放射用振動子として機能する振動板23(板状振動子1a〜1fに対応)の上下の端部23a、23bが一対の端部固定材24に固定された構成とはならない。すなわち、振動板23の両端部23a、23bは端部固定材23に拘束されない構成となる。したがって、屈曲振動が発生すると、図7(b)に概略を示すように、振動板23の振動態様は点線で示すようになって、長さL0を半波長とするものになるため、図8に示すように、共振周波数fr0は従来の共振周波数fr1よりも低くすることができる。したがって、振動板23の軸方向の長さを不要に大きくすることを回避できるので、屈曲型送受波器15の小型化及び軽量化を図ることができる。ここで、緩衝材2a、2bは、屈曲型送受波器15で使用する低周波の音波に対応して最大の効果を発揮するような材料が選ばれる。
【0027】
このように、この例の屈曲型送受波器15によれば、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化され、さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
したがって、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える構成において、小型化及び軽量化を図ることができる。
【実施例2】
【0028】
図9は、この発明の実施例2である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図、図10は図9のC―C矢視断面図、図11は図10のD―D矢視断面図、図12は同屈曲型送受波器に用いられる箱状複合振動子の概略構成を示す斜視図、図13は図12のE―E矢視断面図、図14は同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。この例の屈曲型送受波器の構成が、上述の実施例1のそれと大きく異なるところは、板状振動子に代えて箱状複合振動子を用いるようにした点である。
この例の屈曲型送受波器16は、図9〜図11に示すように、実施例1の板状振動子1a〜1fに代えて、箱状複合振動子20a〜20fが用いられている。この例では、箱状複合振動子20a〜20fは、1つの箱状複合振動子20aに例をあげて示すと、図12及び図13に示すように、駆動用振動子としての板状の圧電素子21aの一方の面が第1の振動板22aに固定されるとともに、圧電素子21a他方の面が第2の振動板22bに空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっている。
これ以外は、上述した実施例1と略同様である。それゆえ、図9〜図11において、図1〜図3、図5及び図6の構成部分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省略する。
【0029】
この例のように、箱状複合振動子20a〜20fを構成する例えば1つの板状の圧電素子21aの両面にそれぞれ第1の振動板22a及び第2の振動板22bを設けた構成とすることにより、それぞれの振動板22a、22bが音波放射面として作用するようになる。すなわち、第1の振動板22aからは共振周波数fr1の音波が放射され、一方、第2の振動板22bからは共振周波数fr2の音波が放射されるようになる。そして、このように2つの共振周波数fr1、fr2を有する箱状複合振動子20a〜20fを備えた屈曲型送受波器16は、図14に示すように、周波数特性で2つのピークを持った双峰特性を示すようになる。したがって、実施例1と同様な効果に加えて、低周波でかつ広帯域な周波数特性を得ることができるようになる。なお、この例の屈曲型送受波器16の製造方法は、実施例1で説明した製造方法に準じて行うことができる。
【0030】
このように実施例2による屈曲型送受波器16でも、上述のような構成の箱状複合振動子20a〜20fを備えることにより、実施例1の効果に加えて、低周波でかつ広帯域な周波数特性を得ることができる。
【0031】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、板状振動子あるいは箱状複合振動子の数は一例として6個を用いる例で説明したが、3個以上であれば任意の数(n個)を選ぶことができる。また、絶縁シースの形成方法はモールド法に限らずに、予め整形されたゴム等の水密製を有する弾性材のケースを用いることもできる。また、この発明の屈曲型送受波器は、水中に投下して使用する小型音源ブイ、船舶から吊下して使用される低周波音源等の分野に広く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】この発明の実施例1である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図である。
【図2】図1のA―A矢視断面図である。
【図3】図1のB―B矢視断面図である。
【図4】同屈曲型送受波器に用いられる板状振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図5】同屈曲型送受波器に用いられる上部蓋の概略構成を示す透視図である。
【図6】同屈曲型送受波器に用いられる下部蓋の概略構成を示す斜視図である。
【図7】同屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図である。
【図8】同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
【図9】この発明の実施例2である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図である。
【図10】図9のC―C矢視断面図である。
【図11】図9のD―D矢視断面図である。
【図12】同屈曲型送受波器に用いられる箱状複合振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図13】図12のE―E矢視断面図である。
【図14】同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
【図15】従来の屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【0033】
1a〜1f 板状振動子
2a、2b、25 緩衝材
3 上部蓋
3a 上部蓋突起部
3b、4b ボルト孔
4 下部蓋
4a 下部蓋突起部
5 段付ボルト
6a、6b ナット
7 信号線取出し孔
8 信号線
9 絶縁シース
10 中心軸
11a、21a 圧電素子
12a 振動基板
15,16 屈曲型送受波器
20a〜20f 箱状複合振動子
22a、22b、23 振動板
23a、23b 振動板の上下の端部
24 端部固定材
【技術分野】
【0001】
この発明は、水中に音波を放射する電気音響変換器に係り、特に振動体の屈曲振動により水中に音波を放射する屈曲型送受波器に関する。
【背景技術】
【0002】
海洋観測等の水中内を観測する分野においては、観測媒体として音波が用いられるが、音波の中でも減衰が少なくて伝播特性が良好であるという特長を有する、低周波の音波を利用した各種の送受波器が実用化されている。これらの低周波の送受波器では、効率よく音波を送受波するために構造体の機械的共振を利用した振動体(振動子)が用いられている。
【0003】
一般に機械的構造体は、その寸法が大きくなるほど機械的共振周波数が低下するので、上述のような低周波の送受波器を構成するには必然的にその寸法は大きくなる。したがって、低周波の送受波器では、常に小型化と軽量化が求められ、小型の構造で機械的共振周波数を低下させた振動子の実現が技術的課題となっている。ここで、金属等の薄板は弾力性が低く共振周波数を低くできるために、その薄板を振動板として用いる板状振動子は、構造が単純で小型軽量な振動子を実現できるので、従来から低周波の送受波器に広く用いられている。
【0004】
このような送受波器の中でも振動子の屈曲振動を利用した屈曲型送受波器が普及している。この屈曲型送受波器として、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する圧電振動子から成る振動子(駆動用振動子)と、この振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する金属薄板から成る板状振動子(音波放射用振動子)とを組み合せた構成のものが提供されている(特許文献1、特許文献2)。
【0005】
特許文献1に開示されている屈曲型送受波器は、軸方向に複数のスリットを設けた金属等の円筒状振動板(音波放射用振動子)の内面あるいは外面に圧電振動子(駆動用振動子)を貼り付けた構成にして、圧電振動子に電気信号を印加することで振動させ、さらにその圧電振動子により振動板に屈曲振動を発生させて音波を放射させるもので、高能率で小型軽量化を実現するものである。また、特許文献2に開示されている屈曲型送受波器は、複数の振動子片を積層した円筒状振動子(駆動用振動子)の軸方向の両端部をボルトとナットを用いて一対の円盤状リングにより保持し、これら円盤状リングの円周及び外面を覆うようにそれぞれ軸方向に設けた複数のスリットにより分割した複数の曲面状振動板(第1の音波放射用振動子)及び一対の円盤状の端面振動板(第2の音波放射用振動子)を設けて鼓状に構成して、円筒状振動子に電気信号を印加したときに、曲面状振動板及び端面振動板からそれぞれ発生する2つの屈曲振動を用いて、低周波化及び広帯域化を図るものである。
【0006】
ここで、特許文献1に開示されている屈曲送受波器は、振動板の軸方向の上下の端部がそれぞれ円筒体に固定されて連結された構成になっている。また、特許文献2に開示されている屈曲型送受波器は、曲面状振動板の軸方向の上下の端部がそれぞれ一対の円盤状リングに固定されるとともに、端面振動板の周囲が曲面状振動板の突部に固定されて連結された構成になっている。すなわち、特許文献1、特許文献2に開示されているいずれの屈曲型送受波器も、音波を放射する振動板の上下の端部が固定された構成になっている。
【0007】
また、屈曲型送受波器として、軸方向に設けた複数のスリットにより分割した複数の円筒状振動板(音波放射用振動子)の内面の上下の端部をそれぞれ一対の円筒形振動体(駆動用振動子)に固定して連結し、円筒形振動体の軸方向の両端部を一対のプレートを介してボルトとナットにより保持する構成のものも提供されている(特許文献3)。さらに、携帯電話等において周囲に迷惑をかけることなく着信を知らせるために用いた振動板を支える支柱部に、振動板の応力集中を防止するための弾性体を設けた構成の報知用振動装置が知られている(特許文献4)。
【特許文献1】特開平03−011898号公報
【特許文献2】特許第3520837号公報
【特許文献3】特許第3649151号公報
【特許文献4】特許第3785587号公報
【0008】
なお、特許文献4では、携帯電話等の受信時に支柱部により支持されている振動板が振動することによりその受信が報知されるが、この場合振動板は単に振動すれば報知の役目を果たすことができる。それゆえ、特に振動の周波数、すなわち、振動板から放射される周波数は特定の範囲に限らないので、本願発明のように必ず低周波の音波に対応して最大の効果を発揮する緩衝材を用いる必要はない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、特許文献1〜3に開示されている従来の屈曲型送受波器には、次のような問題がある。
特許文献1〜3に開示されている従来の屈曲型送受波器ではいずれも、図15(a)にその主要部の概略構成を示すように、音波放射用振動子として機能する振動板23の上下の端部23a、23bが一対の端部固定材24に固定された構成になっている。これにより、屈曲振動が発生すると、図15(b)に概略を示すように、振動板23の振動態様は点線で示すように端部固定材24によって固定されていない自由部の長さL1を半波長とするものになるため、共振周波数fr1はその長さL1によって定まることになる。この長さL1は一対の端部固定材24の両外側までの長さL0より短くなっている。
【0010】
したがって、自由部の長さL1を半波長とする場合には、長さL0を半波長とする場合に比べて共振周波数が高くなってしまうことになり、より共振周波数を低めたい場合には、長さL1を大きくしなければならない。この結果、低周波化を図るには振動板23の軸方向の長さ寸法が大きくなるだけでなく、全体の重量も増大することになる。
【0011】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える構成において、小型化及び軽量化を図ることができる屈曲型送受波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記問題を解決するために、請求項1記載の発明は、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える屈曲型送受波器であって、n個の上記板状振動子は、すべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋及び下部蓋により緩衝材を介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されていることを特徴としている。
【0013】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の屈曲型送受波器に係り、上記n個の板状振動子により形成される上記n角形状柱体は、上記上部蓋及び上記下部蓋とともに上記n角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト及び該段付ボルトの両端部にねじ込まれたナットにより挟持されていることを特徴としている。
【0014】
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子は、板状の上記駆動用振動子が板状の上記音波放射用振動子に埋め込まれるように固定された構成になっていることを特徴としている。
【0015】
また、請求項4記載の発明は、請求項1又は2記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子は、板状の上記駆動用振動子の一方の面が第1の板状の上記音波放射用振動子に固定されるとともに、上記駆動用振動子の他方の面が第2の板状の上記音波放射用振動子に空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっていることを特徴としている。
【0016】
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器に係り、上記n角形状柱体の周囲が絶縁シースにより覆われていることを特徴としている。
【0017】
また、請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器に係り、上記板状振動子に接続された電気信号線を上記n角形状柱体の外部に取り出すための信号線取出し孔が、上記上部蓋に設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【0018】
この発明の屈曲型送受波器15によれば、n個の板状振動子1a〜1nのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されている。このような構成により、板状振動子の軸方向の長さを不要に大きくすることなく低周波の音波を放射することができるようになるので、小型化及び軽量化を図ることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
屈曲型送受波器15は、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化されている。さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
【実施例1】
【0020】
図1は、この発明の実施例1である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図、図2は図1のA―A矢視断面図、図3は図1のB―B矢視断面図、図4は同屈曲型送受波器に用いられる板状振動子の概略構成を示す斜視図、図5は同屈曲型送受波器に用いられる上部蓋の概略構成を示す透視図、図6は同屈曲型送受波器に用いられる下部蓋の概略構成を示す斜視図である。また、図7は同屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図、図8は同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
この例の屈曲型送受波器15は、図1〜図3に示すように、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化されている。ここで、板状振動子1b〜1dは配置の関係で、図1では見えなくなっている。ここで、緩衝材2a、2bとしては、一般に包装等に用いられているオニオンスキンペーパーを用いると効果的である。この緩衝材2a、2bは圧力も受けるので、比較的強度の強い(コムプライアンスの小さい)ものが要求されるが、このオニオンスキンペーパーはそれらの点で最適である。また、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。このように、段付ボルト5と一対のナット6a、6bとを用いて、6個の板状振動子1a〜1fにより構成される6角形状柱体を上下部端から挟持することにより、ナット6a、6bによる過剰な締め付けが防止されるので、各板状振動子1a〜1fを破損することがなくなる。
【0021】
この例では、板状振動子1a〜1fは、1つの板状振動子1aに例をあげて示すと、図4に示すように、駆動用振動子としての板状の圧電素子11aが音波放射用振動子としての板状の振動基板12aに接着されることにより、埋め込まれるように固定された構成になっている。
【0022】
上部蓋3の外形は、図5に示すように、6角形状柱体に対応させるため6角形に形成され、さらに6角形状柱体を機械的に安定に維持するために、6角形状柱体の内部に嵌入させるための6角形状の上部蓋突起部3aが設けられている。また、上部蓋突起部3aには略中央位置に信号線取出し孔7が設けられるとともに、信号線取出し孔7の両側位置には一対のボルト孔3bが設けられている。同様にして、下部蓋4の外形も6角形に形成されるとともに、上部蓋突起部3aに対応した6角形状の下部蓋突起部4aが設けられている。さらに、一対のボルト孔3bに対応した一対のボルト孔4bが設けられている。
【0023】
板状振動子1a〜1fの電極(図示せず)には、上部蓋突起部3aに設けられた信号線取出し孔7を通じて6角形状柱体の内部に導入された信号線8が電気的に接続されて、駆動用振動子としての例えば圧電素子11aに電気信号が印加されるようになっている。6角形状柱体の周囲は絶縁シース9により覆われて、屈曲型送受波器15の全体が水密構造に保持されている。この例の屈曲型送受波器15は、図2から明らかなように、中心軸10から見た断面構造は構成部品が左右対称に配置されている。
【0024】
次に、上述のような構成の屈曲型送受波器15の製造方法を説明する。
まず、6個の板状振動子1a〜1fを用意してそれぞれの上端部及び下端部に断面がL字状の緩衝材2a、2bを貼り付ける。次に、それぞれの板状振動子1a〜1fを上部蓋3及び下部蓋4の外形よりも僅かに大きくなるように、6角形状柱体に配置して、板状振動子1a〜1fの各電極に信号線8をはんだ付けにより電気的に接続する。
【0025】
次に、信号線8が接続された板状振動子1a〜1fを、予め段付ボルト5及び一対のナット6a、6bにより緩く仮止めされた上部蓋3及び下部蓋4の組立構造の下部蓋4側から差込んで、同時に信号線8を上部蓋3の信号線取出し孔7から外部に引き出す。次に、緩衝材2a、2bが貼り付けられた6個の板状振動子1a〜1fを、上部蓋3と下部蓋4との間に整列して配置し、ナット6a、6bを段付ボルト5に締めこんでいく。次に、このように組立てられた全体を、モールド法により形成した絶縁シース9により覆った水密構造を完成させて、屈曲型送受波器15を製造する。
【0026】
上述したようなこの例の構成の屈曲型送受波器15において、信号線8から板状振動子1a〜1fに電気信号を印加すると、例えば圧電素子11aが伸縮することにより振動基板12aを駆動する。これに伴って、振動基板12aは屈曲振動を発生して径方向に音波を放射する。このような音波放射時に、この例では6個の板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により緩衝材2a、2bを介して挟持されている。この結果、図15(a)の従来例に対比して、図7(a)にその主要部の概略構成を示すように、音波放射用振動子として機能する振動板23(板状振動子1a〜1fに対応)の上下の端部23a、23bが一対の端部固定材24に固定された構成とはならない。すなわち、振動板23の両端部23a、23bは端部固定材23に拘束されない構成となる。したがって、屈曲振動が発生すると、図7(b)に概略を示すように、振動板23の振動態様は点線で示すようになって、長さL0を半波長とするものになるため、図8に示すように、共振周波数fr0は従来の共振周波数fr1よりも低くすることができる。したがって、振動板23の軸方向の長さを不要に大きくすることを回避できるので、屈曲型送受波器15の小型化及び軽量化を図ることができる。ここで、緩衝材2a、2bは、屈曲型送受波器15で使用する低周波の音波に対応して最大の効果を発揮するような材料が選ばれる。
【0027】
このように、この例の屈曲型送受波器15によれば、例えば6個の板状振動子1a〜1fが用いられて、これらの板状振動子1a〜1fのすべての上部端及び下部端はそれぞれ上部蓋3及び下部蓋4により、緩衝材2a、2bを介して挟持されて6角形状柱体を形成するように一体化され、さらに、6角形状柱体は、上部蓋3及び下部蓋4とともに6角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト5及びこの段付ボルト5の両端部にねじ込まれたナット6a、6bにより挟持されている。
したがって、電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える構成において、小型化及び軽量化を図ることができる。
【実施例2】
【0028】
図9は、この発明の実施例2である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図、図10は図9のC―C矢視断面図、図11は図10のD―D矢視断面図、図12は同屈曲型送受波器に用いられる箱状複合振動子の概略構成を示す斜視図、図13は図12のE―E矢視断面図、図14は同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。この例の屈曲型送受波器の構成が、上述の実施例1のそれと大きく異なるところは、板状振動子に代えて箱状複合振動子を用いるようにした点である。
この例の屈曲型送受波器16は、図9〜図11に示すように、実施例1の板状振動子1a〜1fに代えて、箱状複合振動子20a〜20fが用いられている。この例では、箱状複合振動子20a〜20fは、1つの箱状複合振動子20aに例をあげて示すと、図12及び図13に示すように、駆動用振動子としての板状の圧電素子21aの一方の面が第1の振動板22aに固定されるとともに、圧電素子21a他方の面が第2の振動板22bに空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっている。
これ以外は、上述した実施例1と略同様である。それゆえ、図9〜図11において、図1〜図3、図5及び図6の構成部分と対応する各部には、同一の番号を付してその説明を省略する。
【0029】
この例のように、箱状複合振動子20a〜20fを構成する例えば1つの板状の圧電素子21aの両面にそれぞれ第1の振動板22a及び第2の振動板22bを設けた構成とすることにより、それぞれの振動板22a、22bが音波放射面として作用するようになる。すなわち、第1の振動板22aからは共振周波数fr1の音波が放射され、一方、第2の振動板22bからは共振周波数fr2の音波が放射されるようになる。そして、このように2つの共振周波数fr1、fr2を有する箱状複合振動子20a〜20fを備えた屈曲型送受波器16は、図14に示すように、周波数特性で2つのピークを持った双峰特性を示すようになる。したがって、実施例1と同様な効果に加えて、低周波でかつ広帯域な周波数特性を得ることができるようになる。なお、この例の屈曲型送受波器16の製造方法は、実施例1で説明した製造方法に準じて行うことができる。
【0030】
このように実施例2による屈曲型送受波器16でも、上述のような構成の箱状複合振動子20a〜20fを備えることにより、実施例1の効果に加えて、低周波でかつ広帯域な周波数特性を得ることができる。
【0031】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例えば、板状振動子あるいは箱状複合振動子の数は一例として6個を用いる例で説明したが、3個以上であれば任意の数(n個)を選ぶことができる。また、絶縁シースの形成方法はモールド法に限らずに、予め整形されたゴム等の水密製を有する弾性材のケースを用いることもできる。また、この発明の屈曲型送受波器は、水中に投下して使用する小型音源ブイ、船舶から吊下して使用される低周波音源等の分野に広く活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】この発明の実施例1である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図である。
【図2】図1のA―A矢視断面図である。
【図3】図1のB―B矢視断面図である。
【図4】同屈曲型送受波器に用いられる板状振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図5】同屈曲型送受波器に用いられる上部蓋の概略構成を示す透視図である。
【図6】同屈曲型送受波器に用いられる下部蓋の概略構成を示す斜視図である。
【図7】同屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図である。
【図8】同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
【図9】この発明の実施例2である屈曲型送受波器の概略構成を示す一部に切り欠き構成を含む斜視図である。
【図10】図9のC―C矢視断面図である。
【図11】図9のD―D矢視断面図である。
【図12】同屈曲型送受波器に用いられる箱状複合振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図13】図12のE―E矢視断面図である。
【図14】同屈曲型送受波器によって得られた規格化感度(縦軸)と規格化周波数(横軸)との関係を示す周波数特性図である。
【図15】従来の屈曲型送受波器の構成を示し、(a)は主要部の概略構成を示す斜視図、(b)は振動形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【0033】
1a〜1f 板状振動子
2a、2b、25 緩衝材
3 上部蓋
3a 上部蓋突起部
3b、4b ボルト孔
4 下部蓋
4a 下部蓋突起部
5 段付ボルト
6a、6b ナット
7 信号線取出し孔
8 信号線
9 絶縁シース
10 中心軸
11a、21a 圧電素子
12a 振動基板
15,16 屈曲型送受波器
20a〜20f 箱状複合振動子
22a、22b、23 振動板
23a、23b 振動板の上下の端部
24 端部固定材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える屈曲型送受波器であって、
n個の前記板状振動子は、すべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋及び下部蓋により緩衝材を介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されていることを特徴とする屈曲型送受波器。
【請求項2】
前記n個の板状振動子により形成される前記n角形状柱体は、前記上部蓋及び前記下部蓋とともに前記n角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト及び該段付ボルトの両端部にねじ込まれたナットにより挟持されていることを特徴とする請求項1記載の屈曲型送受波器。
【請求項3】
前記板状振動子は、板状の前記駆動用振動子が板状の前記音波放射用振動子に埋め込まれるように固定された構成になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の屈曲型送受波器。
【請求項4】
前記板状振動子は、板状の前記駆動用振動子の一方の面が第1の板状の前記音波放射用振動子に固定されるとともに、前記駆動用振動子の他方の面が第2の板状の前記音波放射用振動子に空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の屈曲型送受波器。
【請求項5】
前記n角形状柱体の周囲が絶縁シースにより覆われていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器。
【請求項6】
前記板状振動子に接続された電気信号線を前記n角形状柱体の外部に取り出すための信号線取出し孔が、前記上部蓋に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器。
【請求項1】
電気信号の印加による伸縮に伴って振動する駆動用振動子と、該駆動用振動子により駆動されて屈曲振動を発生して音波を放射する音波放射用振動子とを組み合せた板状振動子を備える屈曲型送受波器であって、
n個の前記板状振動子は、すべての上部端及び下部端がそれぞれ上部蓋及び下部蓋により緩衝材を介して挟持されてn角形状柱体を形成するように一体化されていることを特徴とする屈曲型送受波器。
【請求項2】
前記n個の板状振動子により形成される前記n角形状柱体は、前記上部蓋及び前記下部蓋とともに前記n角形状柱体の内部を貫通するように挿入された段付ボルト及び該段付ボルトの両端部にねじ込まれたナットにより挟持されていることを特徴とする請求項1記載の屈曲型送受波器。
【請求項3】
前記板状振動子は、板状の前記駆動用振動子が板状の前記音波放射用振動子に埋め込まれるように固定された構成になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の屈曲型送受波器。
【請求項4】
前記板状振動子は、板状の前記駆動用振動子の一方の面が第1の板状の前記音波放射用振動子に固定されるとともに、前記駆動用振動子の他方の面が第2の板状の前記音波放射用振動子に空間を介して対向するように固定されて箱状の構成になっていることを特徴とする請求項1又は2記載の屈曲型送受波器。
【請求項5】
前記n角形状柱体の周囲が絶縁シースにより覆われていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器。
【請求項6】
前記板状振動子に接続された電気信号線を前記n角形状柱体の外部に取り出すための信号線取出し孔が、前記上部蓋に設けられていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の屈曲型送受波器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2008−244895(P2008−244895A)
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−83123(P2007−83123)
【出願日】平成19年3月27日(2007.3.27)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年10月9日(2008.10.9)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月27日(2007.3.27)
【出願人】(000004237)日本電気株式会社 (19,353)
【Fターム(参考)】
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