JPH04265099A

JPH04265099A - 音響トランスデュ−サ

Info

Publication number: JPH04265099A
Application number: JP4567091A
Authority: JP
Inventors: Fuminori Akama; 赤間　史典
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1991-02-20
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1992-09-21

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として広帯域の受波
を行うために、滑り振動差動型を採用した音響トランス
デューサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種の音響トランスデューサ
は、図５にその構成を示すように、直方体の筐体５０中
に２列に積層された複数のブロック状圧電振動子１０と
、この圧電振動子１０の単位列分に対応して並設された
ブロック状受音板２０とを接着した複数個のＴ字状脚部
を、その周囲に緩衝材３０を介在させると共に、受音板
２０が筐体５０の一面に露出されるように並設させて埋
設している。即ち、圧電振動子１０は、受音板２０と筐
体５０との間に挟まれた状態に置かれ、それぞれの接合
面が接着剤で接着されている。

【０００３】又、各圧電振動子１０同士の接合面を電気
的な正極面とする一方、各圧電振動子１０の筐体５０や
受音板２０に対する接合面を負極面とする為、圧電振動
子１０の近傍に形成された空間（空気室８）には、正負
の電極をそれぞれ印加するためのリード線７ａ及び７ｂ
が配設されている。このリード線７ａは筐体５０と各圧
電振動子１０同士の接合面とを接続し、リード線７ｂは
筐体５０と受音板２０とを接続するために使用されてい
る。

【０００４】具体的に云えば、こうした音響トランスデ
ューサは、図６に示すように、圧電セラミックを素材と
する２個で積層された圧電振動子１０の組み合わせ体を
、幅Ｗ，長さＬ，高さＨで規定し、これらのＬＷ面にお
ける表面又はその接合部で各接合面１２０ａ〜１２０ｃ
を形成している。このうち、接合面１２０ｂは正極面と
なるもので、接合面１２０ａ及び１２０ｃは負極面とな
るものである。

【０００５】即ち、このような構成によるトランスデュ
ーサは、例えば水中においても広帯域の受波を高感度に
行い得るように縦効果の圧電変換モードを構成するもの
で、各電極面をＬＷ面に対して平行に置き、各圧電振動
子１０毎に電気極性をそれぞれ正負に分極する一方、接
合面１２０ｂで正極間の斥力が作用し、結果として各電
極面に対する垂直方向（Ｈ方向）に相反分極Ｐを得、こ
の相反分極Ｐと同じ方向に応力Ｔが加えられることで、
出力としての電気信号を得ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の音響トランスデ
ューサの場合、各電極面をＬＷ面に対して平行に置いて
いる為、圧電振動子１０自体には、接合面１２０ｂで発
生する斥力の作用によって、ＬＷ面に対する垂直方向ば
かりでなく、ＨＷ面やＬＨ面に対する垂直方向にも横効
果の圧電変換モードが発生し、これらが結果として縦効
果の圧電変換モードに混入してしまう為、縦効果の圧電
変換モードを用いた場合には忠実度の高い送波や高感度
な受波を行うことができないという問題がある。

【０００７】図７は、この種の音響トランスデューサに
おいて、広帯域の送波ＳＶ　及び受波ＲＶ　を行った場
合の周波数変化Ｆに対する応力電気信号の利得感度変化
Ｇを示したものである。ここでは、縦効果の圧電変換モ
ードを有するトランスデューサをＨ方向に応力信号が得
られるようにする為には、その共振周波数であるｆｒ　
（Ｈ）を他の方向に発生するｆｒ　（Ｗ）やｆｒ　（Ｌ
）よりも低くする必要があることを説明している。

【０００８】具体的に云えば、こうした要件を満たすた
めには、圧電振動子１０の組み合わせ体における長さＬ
を高さＨよりも短くする必要がある。そこで、現状にお
いては所望の音響放射面長を得るために、圧電振動子１
０自体を分割可能な組立型で構成することが有効視され
ている。

【０００９】しかしながら、一般的な縦効果の圧電変換
モードは、送波ＳＶの利得感度に対してのパラメータと
なる圧電歪み定数ｄ（単位電界当たりの歪み量）や、受
波ＲＶ　の利得感度に対してのパラメータとなる圧電出
力定数ｇ（単位応力当たりの電界強度）がそれぞれｄ３
３やｇ３３として定められ、圧電振動子に滑り振動を用
いた場合のこれら各定数ｄ１５やｇ１５に比較して低い
値である為、結果的に送波ＳＶ　の忠実度や受波ＲＶ　
の利得感度が低下されるという欠点を有している。

【００１０】本発明は、かかる事情を鑑みなされたもの
で、その目的は、寸法の規制を緩和させ、簡素に構成で
きると共に、主として高感度な受波を行い得るような音
響トランスデューサを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、直方体
の圧電セラミックより成り、その直方体の両側面に設け
られた２枚の電極によって、幅及び長さ方向を含む面に
対して垂直な高さ方向に分極される複数の圧電振動子と
、弾性体より成り、各圧電振動子を嵌入するための側断
面と受波の伝達用に露出された感波面とを有する複数の
Ｔ字型受音板と、各圧電振動子及び各Ｔ字型受音板を組
み合わせ体として収納するための収納溝を有する筐体と
、各圧電振動子のうちの相対的に中央部に置かれる圧電
振動子が有する各電極を電気的に接続したリード線と、
組み合わせ体と収納溝との間に介挿され、各圧電振動子
を高さ方向に滑り振動を与えるための緩衝材とを備えた
音響トランスデューサが得られる。

【００１２】又、実施態様としては、筐体に複数の組み
合わせ体を収納できるような複数の収納溝が設けられ、
各収納溝毎に緩衝材が介在され、各電極の電気極性がそ
れぞれ高さ方向において相反する方向に一致するように
各圧電振動子を各Ｔ字型受音板の脚部に嵌入した後、リ
ード線を各組み合わせ体毎の相対的に中央部に置かれる
各圧電振動子が有する各電極に対して電気的に接続し、
各組み合わせ体を各収納溝に収納した状態で各Ｔ字型受
音板の各感波面同士が隣接されて構成される音響トラン
スデューサが得られる。

【００１３】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明の音響トランス
デューサについて詳細に説明する。図１は、本発明の一
実施例である音響トランスデューサの構成を斜視図によ
って示したものである。

【００１４】図示の如く、音響トランスデューサは、筐
体５に設けられ、それぞれ別個に緩衝材３Ａ及び４Ａと
、緩衝材３Ｂ及び４Ｂとが収納された状態の２つの収納
溝に対し、直方体の圧電セラミックより成る６個の圧電
振動子１Ａ〜１Ｆと、これらの圧電振動子１Ａ〜１Ｆを
嵌入していると共に、露出された感波面を有する４個の
Ｔ字型受音板２Ａ〜２Ｄとをそれぞれ等分割的に組み合
わせた２つの直方状組み合わせ体を収納している。即ち
、ここでの２つの直方状組み合わせ体は、圧電振動子１
Ａ〜１ＣとＴ字型受音板２Ａ及び２Ｂとから成るものと
、圧電振動子１Ｄ〜１ＦとＴ字型受音板２Ｃ及び２Ｄと
から成るものとに大別されている。

【００１５】このうち、各直方状組み合わせ体と２つの
収納溝との間にそれぞれ介挿された緩衝材４Ａと４Ｂと
は、直方体で構成された各圧電振動子１Ａ〜１Ｆの幅Ｗ
及び長さＬ方向を含む面（ＬＷ面）に対する垂直方向（
高さＨ方向）に滑り振動を与えるために備えられている
。又、Ｔ字型受音板２Ａ及び２Ｂと、Ｔ字型受音板２Ｃ
及び２Ｄとは、それぞれ圧電振動子１Ａ〜１Ｃと圧電振
動子１Ｅ〜１Ｆとを嵌入させるための側断面と、受波の
伝達用に露出され、直方状組み合わせ体を構成した状態
で互いに隣接される感波面とを個別に有している。

【００１６】一方、各圧電振動子１Ａ〜１Ｆは、その寸
法上における高さＨ方向の両側面の対角位置に設けられ
た電極によって、高さＨ方向のうちの一方向に分極され
るものである。この為、各圧電振動子１Ａ〜１Ｆは、各
電極の電気極性がそれぞれ高さＨ方向において互いに相
反する方向に一致されるように、各Ｔ字型受音板２Ａ〜
２Ｄの脚部に嵌入されている。

【００１７】具体的に云えば、各圧電振動子１Ａ〜１Ｆ
は、それぞれ寸法が幅Ｗ，長さＬ，高さＨに規定され、
各圧電振動子１Ａ〜１Ｆが有する各電極は関しては、図
１に示す如く、差動出力を得るために圧電振動子１Ｂに
対してそれぞれ電気極性を負と正とするリード線６Ａ，
６Ａ´を接続する一方、圧電振動子１Ｅに対してそれぞ
れ電気極性を負と正とするリード線６Ｂ，６Ｂ´を接続
している。

【００１８】図２は、各圧電振動子１Ａ〜１Ｆのうちの
圧電振動子１Ｂに関する構成を示したもので、この圧電
振動子１Ｂは、直方体の両側面に電極１２ａ及び１２ｂ
が設けられている。このうち、電極１２ａは上述した如
く、リード線６Ａ´によって負極に接続され、電極１２
ｂはリード線６Ａによって正極に接続されている。

【００１９】このような構成による音響トランスデュー
サは、各Ｔ字型受音板２Ａ〜２Ｄの脚部に介在された状
態の各圧電振動子１Ａ〜１Ｃ及び１Ｄ〜１Ｆ間で正負の
各電極間における相対的な斥力が作用し、各圧電振動子
１Ａ〜１Ｆが応力Ｔ１の方向に一致した方向に分極Ｐさ
れるので、ＬＷ面に対して垂直な高さＨ方向において互
いに相反する方向に応力Ｔ１及びＴ２が加えられること
により、圧電振動子１Ｂ及び１Ｅより出力としての電気
信号を得ることができる。このことは、圧電振動子１Ｂ
と圧電振動子１Ｅとがそれぞれ受波において、圧電振動
子１Ａ及び１Ｃと、圧電振動子１Ｄ及び１Ｆとに対して
の差動出力を得ていることを意味している。

【００２０】図３は、このような滑り振動差動型の音響
トランスデューサにおいて、高周波帯域の送波ＳＶ　と
広帯域の受波ＲＶ　とを行った場合の周波数変化Ｆに対
する応力電気信号の利得感度変化Ｇを示したものである
。即ち、滑り振動差動型の音響トランスデューサでは、
各圧電振動子１Ａ〜１Ｆに滑り振動を与えるため緩衝材
４Ａ及び４Ｂを介在している為、その共振周波数は幅Ｗ
方向のｆｒ　（Ｗ）のみで定まり、その他の高さＨ方向
のｆｒ　（Ｈ）や、長さＬ方向のｆｒ　（Ｌ）は圧電変
換されない。

【００２１】このことは、各圧電振動子１Ａ〜１Ｆの高
さＨと長さＬとを任意に選定することができると共に、
その幅Ｗが薄い場合には、共振周波数ｆｒ　（Ｗ）が高
くなって高周波用送波器としても適する一方、殊に受波
用としては、例えば図３の受波ＲＶ　に示す如く、共振
周波数ｆｒ　（Ｗ）以下の静水圧まで感応するので、感
波帯域を広くすることができることを意味している。

【００２２】ところで、本発明の音響トランスデューサ
は、Ｔ字型受音板２Ａ及び２Ｂの脚部又はＴ字型受音板
２Ｃ及び２Ｄの脚部に介在された状態の圧電振動子１Ｂ
又は１Ｅからそれぞれ出力を取り出すときに、圧電振動
子１Ａ及び１Ｃや圧電振動子１Ｄ及び１Ｆに対してのそ
れぞれの差動出力を得ているので、受波用トランスデュ
ーサとすれば、到来波の方向を差動出力の位相を比較す
ることによって判定することができる。

【００２３】図４（Ａ）は、本発明の音響トランスデュ
ーサのＴ字型受音板２Ａ近傍の圧電振動子１Ａ及び１Ｂ
を含む組み合わせ体における滑り振動を説明するもので
、図４（Ｂ）は、従来の音響トランスデューサの受音板
２０及び圧電振動子１０から成るＴ字型組み合わせ体に
おける縦振動を説明するものである。

【００２４】本発明の音響トランスデューサは、図４（
Ａ）に示す如く、Ｔ字型受音板２Ａに圧電振動子１Ａ及
び１Ｂが嵌入された状態の組み合わせ体が滑り振動を起
こすので、滑り振動によって圧電振動子１Ａに生じる歪
みξａ　と圧電振動子１Ｂに生じる歪みξｂ　との合成
歪みがＴ字型受音板２Ａの感波面における歪みξに対応
する。これに対し、従来の音響トランスデューサにおい
ては、図４（Ｂ）に示す如く、縦振動によって２層に積
層された受音板２０間に生じる歪みξｃが直接的に圧電
振動子１０の感波面における歪みξに対応する。

【００２５】即ち、本発明の音響トランスデューサにお
ける滑り振動モードをｄ１５，ｇ１５とすると、従来の
縦振動モード（縦効果の圧電定数ｄ３３，ｇ３３のもの
）に比較して１．５〜２．０倍の感度を得ることができ
る。尚、直方状組み合わせ体の構成を２つのＴ字型受音
板及びその脚部に嵌入された３つの圧電振動子としたが
、これに限定されない。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、受音板
をＴ字型にして圧電振動子を組み込ませることにより、
圧電振動子の高さ及び長さに関する寸法を任意に選定で
き、高感度な受波を行い得るような滑り振動差動型の音
響トランスデューサを簡素に構成できるようになる。特
に、組み込まれた複数の圧電振動子が有する各電極から
選択的にリード線を引き出しているので、到来波の方向
を各直方状組み合わせ体毎の差動出力の位相を比較する
ことによって相対的に判定することができる。又、受波
用としては共振周波数以下まで感応するので、従来に無
く水中での使用が有効になる。更に、高周波帯域で送波
用とすることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である滑り振動差動型の音響
トランスデューサの構成を斜視図によって示したもので
ある。

【図２】各圧電振動子のうちの圧電振動子単体に関する
構成を示したものである。

【図３】本発明の音響トランスデューサにおける送受波
に関しての電気特性を、周波数変化に対する応力電気信
号の利得感度変化の関係で示したものである。

【図４】本発明又は従来の音響トランスデューサの感波
面における歪みを、それぞれ対比させて説明するために
示すものである。

【図５】従来の音響トランスデューサの構成を一部破断
して斜視図によって示したものである。

【図６】従来の音響トランスデューサにおける圧電振動
子単体に関する構成を示したものである。

【図７】従来の音響トランスデューサにおける送受波に
関しての電気特性を、周波数変化に対する応力電気信号
の利得感度変化の関係で示したものである。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｆ，１０　　圧電振動子２Ａ〜２Ｄ，２０　　受音板３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ，３０　　緩衝材５，５０　　
筐体６Ａ，６Ａ´，６Ｂ，６Ｂ´，７ａ，７ｂ　　リード線
８　　空気室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　直方体の圧電セラミックより成り、前
記直方体の両側面の対角位置に設けられた２枚の電極に
よって、前記直方体の幅及び長さ方向を含む面に対して
垂直な高さ方向に分極される複数の圧電振動子と、弾性
体より成り、前記各圧電振動子を嵌入するための側断面
と受波の伝達用に露出された感波面とを有する複数のＴ
字型受音板と、前記各圧電振動子及び各Ｔ字型受音板を
組み合わせ体として収納するための収納溝を有する筐体
と、前記各圧電振動子のうちの相対的に中央部に置かれ
る圧電振動子が有する各電極を電気的に接続したリード
線と、前記組み合わせ体と前記収納溝との間に介挿され
、前記各圧電振動子を前記高さ方向に滑り振動を与える
ための緩衝材とを備えたことを特徴とする音響トランス
デューサ。
【請求項２】　　請求項１に記載された音響トランスデ
ューサにおいて、前記筐体は、前記組み合わせ体を複数
収納するための複数の収納溝を有し、前記各圧電振動子
は、各電極の電気極性がそれぞれ前記高さ方向において
互いに相反する方向に一致するように前記各Ｔ字型受音
板の脚部に嵌入され、前記リード線は、前記各組み合わ
せ体毎の相対的に中央部に置かれる各圧電振動子が有す
る各電極をそれぞれ電気的に接続し、前記緩衝材は、前
記各収納溝毎に設けられ、前記各Ｔ字型受音板は、前記
各収納溝に収納された状態で前記各感波面同士を隣接し
て成ることを特徴とする音響トランスデューサ。