JPH0344720B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0344720B2 JPH0344720B2 JP9492685A JP9492685A JPH0344720B2 JP H0344720 B2 JPH0344720 B2 JP H0344720B2 JP 9492685 A JP9492685 A JP 9492685A JP 9492685 A JP9492685 A JP 9492685A JP H0344720 B2 JPH0344720 B2 JP H0344720B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- shell
- thickness
- axis
- piezoelectric element
- electroacoustic transducer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
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Landscapes
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水中用の送受波器に使用する電気音
響変換器に関し、特に低周波で使用する電気音響
変換器に関する。 〔従来の技術〕 この種の水中低周波電気音響変換器は、電気エ
ネルギーを機械エネルギーに変換し、その機械エ
ネルギーを水中に伝達することにより水中に低周
波の音波を送波している。従来の屈曲振動を利用
した電気音響変換器（例えばU.S.PAT.3277433）
は、第２図に示すように、圧電素子とシエルから
なり、圧電素子の振動により、厚さの均一なシエ
ルを屈曲振動させ、水中に超音波を放射するよう
になつていた。第３図がシエルの動作状態を示す
図である。実線がシエルの平衡状態を示し、破線
がシエルの長径部分に力が加えられた時のシエル
の変形の状態を示している。同図からも判るよう
に、楕円の長径部分を変位させることにより、短
径部分をさらに大きく変位させ水中に音波を放射
することができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の厚さの均一なシエルでは、固有振動数を
r、シエルの厚さをｔとするとr＝αtなる関係が
あり固有振動数はシエルの大きさを一定すると厚
さに正比例することが良く知られている。（J.A.
S.A.Vol54No.2P.456）ここで、
響変換器に関し、特に低周波で使用する電気音響
変換器に関する。 〔従来の技術〕 この種の水中低周波電気音響変換器は、電気エ
ネルギーを機械エネルギーに変換し、その機械エ
ネルギーを水中に伝達することにより水中に低周
波の音波を送波している。従来の屈曲振動を利用
した電気音響変換器（例えばU.S.PAT.3277433）
は、第２図に示すように、圧電素子とシエルから
なり、圧電素子の振動により、厚さの均一なシエ
ルを屈曲振動させ、水中に超音波を放射するよう
になつていた。第３図がシエルの動作状態を示す
図である。実線がシエルの平衡状態を示し、破線
がシエルの長径部分に力が加えられた時のシエル
の変形の状態を示している。同図からも判るよう
に、楕円の長径部分を変位させることにより、短
径部分をさらに大きく変位させ水中に音波を放射
することができる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の厚さの均一なシエルでは、固有振動数を
r、シエルの厚さをｔとするとr＝αtなる関係が
あり固有振動数はシエルの大きさを一定すると厚
さに正比例することが良く知られている。（J.A.
S.A.Vol54No.2P.456）ここで、
本発明の送波器は、圧電素子とシエルからな
り、シエルの厚さを端から中央にかけて次第に薄
くすることを特徴とする。 〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の一実施例の縦断面図であ
る。ここで、圧電素子１は、板状のセラミツク素
子を多数積層したもので、電気的に並列に接続さ
れており、比較的小さな電圧で大きな変位が得ら
れるようになつている。シエル２は圧電素子との
接続部分からシエルの中央にかけて、次第に薄く
なつている。２の材料は、低周波、耐水圧をはか
るためには、マンガンジンクフエライト等の高張
力鋼が望ましい。シエル２は圧電素子をはめ込む
前に、予め引き伸ばしておき圧電素子をはめ込ん
だ後、圧電素子に圧縮力が加わるようにする。ま
た、シエルの両側はプレートにより蓋をされ、水
密を保つようになつている。 第４図は、シエルの断面図である。点線は従来
の厚さの均一なシエルの形状を示し、実線は本発
明のシエルを示しており長径部分から短径部分に
かけて、厚さが次第に薄くなるようにしてある。 楕円状のシエルにおいて、長径の長さ2bが50
cm、短径対長径の比ａ／ｂを0.45、材料を鉄とし
たときの共振周波数、短径対長径の変位比ξa／
ξbを有限要素法（FEM）により求めた。従来の
厚さ２cmの均一なシエルの共振周波数は348Hz、
短径対長径の変位比ξa／ξbは2.5となる。それに
対し、シエルの長径部分の厚さを２cm、短径部分
の厚さを１cmとし、長径から短径にかけて次第に
薄くなるようにした本発明のシエルの共振周波数
は280Hz、短径対長径の変位比ξa／ξbは3.0とな
る。したがつて、本発明のシエルにより従来のシ
エルに比べ短径対長径の変位比ξa／ξbは20％大
きくなり周波数は20％低くすることができる。ま
た、シエルの外側から静水圧が加わつた時に、シ
エルの外側に発生する応力分布を第５図に示す。
それぞれ点線が厚さ２cmのシエルの応力分布を、
実線が長径部分の厚さを２cm、短径部分の厚さを
１cmとし、長径から短径にかけて厚さを次第に薄
くなるようにしたシエルの応力分布を、一点鎖線
が厚さ１cmの均一なシエルの応力分布を示してい
る。ここで、応力分布の正の値は圧縮応力を示
し、負の値は引張り応力を示しており、厚さ２cm
の応力の最大値で正規化してある。又、横軸はシ
エルの長径方向の座標を示しており、０がシエル
の中心となり、１が端の部分になつている。同図
からも判るように、厚さ１cmの均一なシエルの応
力の最大値は、厚さ２cmの均一なシエルの応力の
最大値と比べると、４倍にもなり、極端に水圧に
対し弱くなる。それに対し、長径部分の厚さを２
cm、短径部分の厚さを１cmとし、長径から短径に
かけて厚さを次第に薄くなるようにしたシエルの
応力の最大値は厚さ１cmの均一なシエルの応力の
最大値と比べると、わずか、20％大きくなるだけ
で、水圧に対し、ほんの少し弱くなる程度であ
る。 本実施例においては、変換器の駆動素子として
は、圧電素子としているが、これは例えば、
Tb0,3Dy0,7Fe2等から成る磁歪素子であつても良
い。 他の実施例として、第６図に示すように、振動
子の変位をレバーにより拡大し、その拡大された
変位により、シエルを駆動する変位拡大機構を備
えた屈曲型電気音響変換器にも本発明のシエルを
適用することができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、シエルの厚さを長径部分
から短径部分にかけて次第に薄くすることによ
り、従来の厚さの均一なシエルに比べ、耐水圧性
を保つたまま、軽量で、より低周波で、より効率
の良い屈曲型電気音響変換器を提供できる。
り、シエルの厚さを端から中央にかけて次第に薄
くすることを特徴とする。 〔実施例〕 次に本発明について図面を参照して説明する。 第１図は、本発明の一実施例の縦断面図であ
る。ここで、圧電素子１は、板状のセラミツク素
子を多数積層したもので、電気的に並列に接続さ
れており、比較的小さな電圧で大きな変位が得ら
れるようになつている。シエル２は圧電素子との
接続部分からシエルの中央にかけて、次第に薄く
なつている。２の材料は、低周波、耐水圧をはか
るためには、マンガンジンクフエライト等の高張
力鋼が望ましい。シエル２は圧電素子をはめ込む
前に、予め引き伸ばしておき圧電素子をはめ込ん
だ後、圧電素子に圧縮力が加わるようにする。ま
た、シエルの両側はプレートにより蓋をされ、水
密を保つようになつている。 第４図は、シエルの断面図である。点線は従来
の厚さの均一なシエルの形状を示し、実線は本発
明のシエルを示しており長径部分から短径部分に
かけて、厚さが次第に薄くなるようにしてある。 楕円状のシエルにおいて、長径の長さ2bが50
cm、短径対長径の比ａ／ｂを0.45、材料を鉄とし
たときの共振周波数、短径対長径の変位比ξa／
ξbを有限要素法（FEM）により求めた。従来の
厚さ２cmの均一なシエルの共振周波数は348Hz、
短径対長径の変位比ξa／ξbは2.5となる。それに
対し、シエルの長径部分の厚さを２cm、短径部分
の厚さを１cmとし、長径から短径にかけて次第に
薄くなるようにした本発明のシエルの共振周波数
は280Hz、短径対長径の変位比ξa／ξbは3.0とな
る。したがつて、本発明のシエルにより従来のシ
エルに比べ短径対長径の変位比ξa／ξbは20％大
きくなり周波数は20％低くすることができる。ま
た、シエルの外側から静水圧が加わつた時に、シ
エルの外側に発生する応力分布を第５図に示す。
それぞれ点線が厚さ２cmのシエルの応力分布を、
実線が長径部分の厚さを２cm、短径部分の厚さを
１cmとし、長径から短径にかけて厚さを次第に薄
くなるようにしたシエルの応力分布を、一点鎖線
が厚さ１cmの均一なシエルの応力分布を示してい
る。ここで、応力分布の正の値は圧縮応力を示
し、負の値は引張り応力を示しており、厚さ２cm
の応力の最大値で正規化してある。又、横軸はシ
エルの長径方向の座標を示しており、０がシエル
の中心となり、１が端の部分になつている。同図
からも判るように、厚さ１cmの均一なシエルの応
力の最大値は、厚さ２cmの均一なシエルの応力の
最大値と比べると、４倍にもなり、極端に水圧に
対し弱くなる。それに対し、長径部分の厚さを２
cm、短径部分の厚さを１cmとし、長径から短径に
かけて厚さを次第に薄くなるようにしたシエルの
応力の最大値は厚さ１cmの均一なシエルの応力の
最大値と比べると、わずか、20％大きくなるだけ
で、水圧に対し、ほんの少し弱くなる程度であ
る。 本実施例においては、変換器の駆動素子として
は、圧電素子としているが、これは例えば、
Tb0,3Dy0,7Fe2等から成る磁歪素子であつても良
い。 他の実施例として、第６図に示すように、振動
子の変位をレバーにより拡大し、その拡大された
変位により、シエルを駆動する変位拡大機構を備
えた屈曲型電気音響変換器にも本発明のシエルを
適用することができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように、シエルの厚さを長径部分
から短径部分にかけて次第に薄くすることによ
り、従来の厚さの均一なシエルに比べ、耐水圧性
を保つたまま、軽量で、より低周波で、より効率
の良い屈曲型電気音響変換器を提供できる。
第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２
図は従来の厚さの均一なシエルをもつた電気音響
変換器、第３図はシエルの作動状況を示す平面
図、第４図はシエルの断面図、第５図はシエルの
外側から静水圧が加わつた時に、シエルの外側に
発生する応力分布である。第６図は変位拡大機構
を備えた屈曲型電気音響変換器である。 １……圧電素子、２，３……シエル、４……レ
バー、５……ベース、６……ヒンジ。
図は従来の厚さの均一なシエルをもつた電気音響
変換器、第３図はシエルの作動状況を示す平面
図、第４図はシエルの断面図、第５図はシエルの
外側から静水圧が加わつた時に、シエルの外側に
発生する応力分布である。第６図は変位拡大機構
を備えた屈曲型電気音響変換器である。 １……圧電素子、２，３……シエル、４……レ
バー、５……ベース、６……ヒンジ。
Claims (1)
- １ 振動子によりシエルを屈曲振動させる屈曲型
電気音響変換器において、シエルの厚みを端から
中央にかけて次第に薄くすることを特徴とする電
気音響変換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9492685A JPS61253997A (ja) | 1985-05-02 | 1985-05-02 | 電気音響変換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9492685A JPS61253997A (ja) | 1985-05-02 | 1985-05-02 | 電気音響変換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61253997A JPS61253997A (ja) | 1986-11-11 |
| JPH0344720B2 true JPH0344720B2 (ja) | 1991-07-08 |
Family
ID=14123574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9492685A Granted JPS61253997A (ja) | 1985-05-02 | 1985-05-02 | 電気音響変換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61253997A (ja) |
-
1985
- 1985-05-02 JP JP9492685A patent/JPS61253997A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61253997A (ja) | 1986-11-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |