JPH0511718B2 - - Google Patents
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- JPH0511718B2 JPH0511718B2 JP61162265A JP16226586A JPH0511718B2 JP H0511718 B2 JPH0511718 B2 JP H0511718B2 JP 61162265 A JP61162265 A JP 61162265A JP 16226586 A JP16226586 A JP 16226586A JP H0511718 B2 JPH0511718 B2 JP H0511718B2
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- resonator
- transducer
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- acoustic
- cylindrical resonator
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/02—Mechanical acoustic impedances; Impedance matching, e.g. by horns; Acoustic resonators
- G10K11/04—Acoustic filters ; Acoustic resonators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
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- B06B1/0618—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements in a pile of piezo- and non-piezoelectric elements, e.g. 'Tonpilz'
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- Mechanical Engineering (AREA)
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、広帯域でかつ高効率特性を有するハ
イパワー水中超音波トランスジユーサに関するも
のである。
イパワー水中超音波トランスジユーサに関するも
のである。
（従来技術）
従来、周知の如く水中においてハイパワー送波
が可能な超音波トランスジユーサとして、例えば
アイトリプルイー・トランザクシヨン・オン・ソ
ニツクスアンドウルトラソニツクス（IEEE
Transaction on Sonics and UItrasonics）の
1986年10月号の220ページに記載されているよう
に、ボルト締めランジユバントランスジユーサ
（別名トンピルズトランスジユーサ（Tonpilz
Transducer））が広く普及している。
が可能な超音波トランスジユーサとして、例えば
アイトリプルイー・トランザクシヨン・オン・ソ
ニツクスアンドウルトラソニツクス（IEEE
Transaction on Sonics and UItrasonics）の
1986年10月号の220ページに記載されているよう
に、ボルト締めランジユバントランスジユーサ
（別名トンピルズトランスジユーサ（Tonpilz
Transducer））が広く普及している。
また、水中超音波トランスジユーサの中で、特
に広帯域で且つ高効率特性を有するトランスジユ
ーサとして、第６図に示すような圧電セラミツク
振動子６１の音場側に、振動子６１の共振周波数
に対して４分の１波長の音響整合板６２を設けた
トランスジユーサが知られている（アイ・イー・
イー・プロシーデイングス（IEE Proceedongs，
Vol.131，Part Ｆ，No.３，pp.285−297，
June1984））。整合板６２は圧電セラミツク振動
子６１と負荷媒質である水との中間のインピーダ
ンスが用いられ3.2×106〜4.5×106MSK Rayls程
度の固有音響インピーダンス（音速と密度の積で
定義される）で丁度水との音響インピーダンス整
合が達成される。このような固有音響インピーダ
ンスを有する整合層材料は、通常エポキシ樹脂に
ガラスなどの無機微粒子均一に分散させた複合材
料が用いられ、無機微粒子の配合度を調節するこ
とにより、所望の固有音響インピーダンスの値が
実現できる。
に広帯域で且つ高効率特性を有するトランスジユ
ーサとして、第６図に示すような圧電セラミツク
振動子６１の音場側に、振動子６１の共振周波数
に対して４分の１波長の音響整合板６２を設けた
トランスジユーサが知られている（アイ・イー・
イー・プロシーデイングス（IEE Proceedongs，
Vol.131，Part Ｆ，No.３，pp.285−297，
June1984））。整合板６２は圧電セラミツク振動
子６１と負荷媒質である水との中間のインピーダ
ンスが用いられ3.2×106〜4.5×106MSK Rayls程
度の固有音響インピーダンス（音速と密度の積で
定義される）で丁度水との音響インピーダンス整
合が達成される。このような固有音響インピーダ
ンスを有する整合層材料は、通常エポキシ樹脂に
ガラスなどの無機微粒子均一に分散させた複合材
料が用いられ、無機微粒子の配合度を調節するこ
とにより、所望の固有音響インピーダンスの値が
実現できる。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の音響整合板のついた水中超音波トランス
ジユーサは、広帯域かつ高効率であるという優れ
た特徴を有しているにも拘らず、音響整合板とセ
ラミツク振動子との接着は専らエポキシ系接着剤
にたよらざるを得ず、このため音響整合板がセラ
ミツク振動子から剥離する恐れがあつた。また、
このような材質からなる音響整合層自身、ハイパ
ワー送波時に容易に応力一歪に関する非線形領域
に対し、これが原因となつて送波波形の歪み及び
音響放射パワーの入力電力に対するリニアリテイ
の劣化を生ずるといつた問題があつた。従つて、
このようなトランスジユーサの用途は小又は中勢
力送波に限られ、ハイパワー送波（例えばパラメ
トリツクアレイ）には不向きなものであつた。
ジユーサは、広帯域かつ高効率であるという優れ
た特徴を有しているにも拘らず、音響整合板とセ
ラミツク振動子との接着は専らエポキシ系接着剤
にたよらざるを得ず、このため音響整合板がセラ
ミツク振動子から剥離する恐れがあつた。また、
このような材質からなる音響整合層自身、ハイパ
ワー送波時に容易に応力一歪に関する非線形領域
に対し、これが原因となつて送波波形の歪み及び
音響放射パワーの入力電力に対するリニアリテイ
の劣化を生ずるといつた問題があつた。従つて、
このようなトランスジユーサの用途は小又は中勢
力送波に限られ、ハイパワー送波（例えばパラメ
トリツクアレイ）には不向きなものであつた。
従来の音響整合板の付いたトランスジユーサで
は、より広帯域化を図るために音響整合板の数を
増すことが行われてきが、この場合有機接着剤に
よる接着個所が増大し、信頼性が増大するといつ
た欠点があつた。さらに、個々の音響整合板の長
さは圧電セラミツク振動子の２分の１波長共振周
波数に対して約４分の１波長となるので、多重の
音響整合板を有するトランスジユーサはそれだけ
大型となるという問題があつた。例えば２重の音
響整合板からなるトランスジユーサ全体の長さ
は、トランスジユーサの圧電セラミツク振動子部
分の長さの約２倍となる。
は、より広帯域化を図るために音響整合板の数を
増すことが行われてきが、この場合有機接着剤に
よる接着個所が増大し、信頼性が増大するといつ
た欠点があつた。さらに、個々の音響整合板の長
さは圧電セラミツク振動子の２分の１波長共振周
波数に対して約４分の１波長となるので、多重の
音響整合板を有するトランスジユーサはそれだけ
大型となるという問題があつた。例えば２重の音
響整合板からなるトランスジユーサ全体の長さ
は、トランスジユーサの圧電セラミツク振動子部
分の長さの約２倍となる。
本発明の目的は、広帯域で高効率の音響放射特
性を有し、かつハイパワー送波が可能な小型のト
ランスジユーサを実現することにある。
性を有し、かつハイパワー送波が可能な小型のト
ランスジユーサを実現することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明に従つた水中超音波トランスジユーサ
は、たとえば機械的には継続、電気的には並列に
接続された中空の圧電セラミツク振動子の中心部
分にボルトを通し、前記圧電セラミツク振動子の
両端部にそれぞれ金属マスを具備し、この金属マ
スとボルト・ナツトにより、圧電セラミツク振動
子に静的な圧縮応力を加えることができる、所謂
２分の１波長共振モードボルト締めランジユバン
振動子をその構成要素の１つに用いる。そしてこ
のボルト締めランジユバン振動子を収納し、音場
側に閉じられておりその閉じられた面が音響放射
面となつている同じく２分の１波長共振モードで
動作する共振子を設ける。この筒状共振子は軽量
でかつ高強度を有する金属材料もしくはウイスカ
ーあるいは繊維強化複合材料が望ましい。本発明
に従つたトランスジユーサは、前記ボルト締めラ
ンジユバン振動子と前記筒状共振子を結合子で強
固に結合させたことを特徴とする複合機械系の水
中超音波トランスジユーサである。
は、たとえば機械的には継続、電気的には並列に
接続された中空の圧電セラミツク振動子の中心部
分にボルトを通し、前記圧電セラミツク振動子の
両端部にそれぞれ金属マスを具備し、この金属マ
スとボルト・ナツトにより、圧電セラミツク振動
子に静的な圧縮応力を加えることができる、所謂
２分の１波長共振モードボルト締めランジユバン
振動子をその構成要素の１つに用いる。そしてこ
のボルト締めランジユバン振動子を収納し、音場
側に閉じられておりその閉じられた面が音響放射
面となつている同じく２分の１波長共振モードで
動作する共振子を設ける。この筒状共振子は軽量
でかつ高強度を有する金属材料もしくはウイスカ
ーあるいは繊維強化複合材料が望ましい。本発明
に従つたトランスジユーサは、前記ボルト締めラ
ンジユバン振動子と前記筒状共振子を結合子で強
固に結合させたことを特徴とする複合機械系の水
中超音波トランスジユーサである。
（作用）
本発明の水中超音波トランスジユーサの動作原
理を示すために代表的な一例を第１図に示す。第
１図において１１は中空の圧電セラミツク振動
子、１２及び１３は各々リアマス、フロントマ
ス、１４はボルト、１５は２分の１波長モード筒
状共振子、１６は縦結合子である。１７はナツト
であり、第１図に示したトランスジユーサの場
合、リアマス１２、フロントマス１３部分の中心
に穴があけらてれおり、マス１２，１３とボルト
１４及びナツト１７でもつて圧電セラミツク振動
子１１の部分に静的な応力バイアスを加えること
ができるようになつている。周知の如く、圧電セ
ラミツクスは張力に対する強度が圧力に対する強
度の数分の１しかないため、このような静的圧縮
応力を印加する手段を有するボルト縮めランジユ
バン振動子はハイパワーで強勢に励振する場合特
に優れたものであると言える。また、１５は２分
の１波長モード筒状共振子でAl合金、Ti合金な
どの金属材料、あるいは炭素繊維などの繊維強化
プラスチツク、SiCウイスカーなどを混入したウ
イスカー強化金属などが好ましく、いずれも軽量
でかつ高強度特性を有する材料である。１６は高
強度の金属材料（例えばCr−Mo鋼）からなる縦
結合子で、フロントマス１３及び筒状共振子１５
と結合子１６との接合はボルト・ナツトを用いる
こと、あるいは溶接等により行うことができる。
第１図から明らかな如く、本トランスジユーサは
要所がすべて高強度の金属材料もしくは繊維ある
いはウイスカー強化複合材料でできており、しか
も機構部品間の接続は何ら有機接着剤にたよる必
要がなく、従来の整合板付トランスジユーサより
はるかに大きな機械的強度を容易に実現すること
ができるわけである。
理を示すために代表的な一例を第１図に示す。第
１図において１１は中空の圧電セラミツク振動
子、１２及び１３は各々リアマス、フロントマ
ス、１４はボルト、１５は２分の１波長モード筒
状共振子、１６は縦結合子である。１７はナツト
であり、第１図に示したトランスジユーサの場
合、リアマス１２、フロントマス１３部分の中心
に穴があけらてれおり、マス１２，１３とボルト
１４及びナツト１７でもつて圧電セラミツク振動
子１１の部分に静的な応力バイアスを加えること
ができるようになつている。周知の如く、圧電セ
ラミツクスは張力に対する強度が圧力に対する強
度の数分の１しかないため、このような静的圧縮
応力を印加する手段を有するボルト縮めランジユ
バン振動子はハイパワーで強勢に励振する場合特
に優れたものであると言える。また、１５は２分
の１波長モード筒状共振子でAl合金、Ti合金な
どの金属材料、あるいは炭素繊維などの繊維強化
プラスチツク、SiCウイスカーなどを混入したウ
イスカー強化金属などが好ましく、いずれも軽量
でかつ高強度特性を有する材料である。１６は高
強度の金属材料（例えばCr−Mo鋼）からなる縦
結合子で、フロントマス１３及び筒状共振子１５
と結合子１６との接合はボルト・ナツトを用いる
こと、あるいは溶接等により行うことができる。
第１図から明らかな如く、本トランスジユーサは
要所がすべて高強度の金属材料もしくは繊維ある
いはウイスカー強化複合材料でできており、しか
も機構部品間の接続は何ら有機接着剤にたよる必
要がなく、従来の整合板付トランスジユーサより
はるかに大きな機械的強度を容易に実現すること
ができるわけである。
第１図に示した本発明に基づくランスジユーサ
は、同相モード（共振周波数1）と同相モードよ
り共振周波数の高い逆相モード（共振周波数2）
の二つの共振モードが存在する。同相モードはボ
ルト締めランジユバン振動子が伸びた場合、筒状
共振子１５もともに伸び、あるいはボルト締めラ
ンジユバン振動子が縮んだ場合、筒状共振子１５
も縮むような振動モードであり、同相モードにお
いて縦結合子１６は殆ど変形を受けることがな
い、逆相モードはボルト締めランジユバン振動子
が伸びた場合、筒状共振子１５は逆に縮み、ある
いはボルト締めランジユバン振動子が縮んだ場
合、筒状共振子１５は逆に伸びるような振動モー
ドであり、このとき縦結合子１６には圧縮力ある
いは張力が働き変形される。縦結合子１６のスチ
フネスが大きいほど逆相モードの共振周波数2は
同相モードの共振周波数1より高くなりそれだけ
広帯域化が達成できる。従つてトランスジユーサ
の広帯域化をはかれば、それだけ一層結合子１６
が太くなるわけであるから機械的強度は増大する
ことになる。
は、同相モード（共振周波数1）と同相モードよ
り共振周波数の高い逆相モード（共振周波数2）
の二つの共振モードが存在する。同相モードはボ
ルト締めランジユバン振動子が伸びた場合、筒状
共振子１５もともに伸び、あるいはボルト締めラ
ンジユバン振動子が縮んだ場合、筒状共振子１５
も縮むような振動モードであり、同相モードにお
いて縦結合子１６は殆ど変形を受けることがな
い、逆相モードはボルト締めランジユバン振動子
が伸びた場合、筒状共振子１５は逆に縮み、ある
いはボルト締めランジユバン振動子が縮んだ場
合、筒状共振子１５は逆に伸びるような振動モー
ドであり、このとき縦結合子１６には圧縮力ある
いは張力が働き変形される。縦結合子１６のスチ
フネスが大きいほど逆相モードの共振周波数2は
同相モードの共振周波数1より高くなりそれだけ
広帯域化が達成できる。従つてトランスジユーサ
の広帯域化をはかれば、それだけ一層結合子１６
が太くなるわけであるから機械的強度は増大する
ことになる。
２分の１波長共振子１５は片端面１８が音響放
射端になつており、負荷である水とのインピーダ
ンス整合に重要な役割を果たす。本発明に基づく
トランスジユーサでは広帯域化を達成する場合
に、２分の１波長共振子１５の材料として密度の
小さな材料を用いた方が水に対するインピーダン
ス整合が有利となり、このためTi合金、Al合金、
炭素繊維強化プラスチツク、繊維強化金属、ウイ
スカー強化金属のような軽量でかつ高強度の材料
が望ましい。
射端になつており、負荷である水とのインピーダ
ンス整合に重要な役割を果たす。本発明に基づく
トランスジユーサでは広帯域化を達成する場合
に、２分の１波長共振子１５の材料として密度の
小さな材料を用いた方が水に対するインピーダン
ス整合が有利となり、このためTi合金、Al合金、
炭素繊維強化プラスチツク、繊維強化金属、ウイ
スカー強化金属のような軽量でかつ高強度の材料
が望ましい。
本発明に基づくトランスジユーサの動作及び水
に対するインピーダンス整合に関して、集中定数
近似等価回路を用いて把握することができる。本
トランスジユーサの集中定数近似等価回路を第２
図に示す。第２図においてCdは制動容量、Ａは
力係数、m1，C1はそれぞれボルト締めランジユ
バン振動子の等価質量、等価コンプライアンス、
m2，C2はそれぞれ縦結合子側からみた２分の１
波長筒状共振子の等価質量、等価コンプライアン
ス、Ｎは２分の１波長共振子の非対称性の度合を
表す機械変成比であり、振動速度分布及び結合子
と筒状共振子との位置関係により定まるものであ
る。Saは音響放射断面積であり、Zaは音響系に
おける水の音響放射インピーダンスである。
に対するインピーダンス整合に関して、集中定数
近似等価回路を用いて把握することができる。本
トランスジユーサの集中定数近似等価回路を第２
図に示す。第２図においてCdは制動容量、Ａは
力係数、m1，C1はそれぞれボルト締めランジユ
バン振動子の等価質量、等価コンプライアンス、
m2，C2はそれぞれ縦結合子側からみた２分の１
波長筒状共振子の等価質量、等価コンプライアン
ス、Ｎは２分の１波長共振子の非対称性の度合を
表す機械変成比であり、振動速度分布及び結合子
と筒状共振子との位置関係により定まるものであ
る。Saは音響放射断面積であり、Zaは音響系に
おける水の音響放射インピーダンスである。
本トランスジユーサにおいては、縦結合子をは
さんで左右の共振子の等価質量及び共振周波数の
等しいトランスジユーサ（m1＝m2，C1＝C2）は
勿論のこと、非対称な動作パラメータ法あるいは
変成器フイルタを駆使して、ボルト締めランジユ
バン振動子と２分の１波長共振子の共振周波数及
び等価質量を異ならしめた非対称な水中超音波ト
ランスジユーサ（m1≠m2，C1≠C2）が構成でき
ることは言うまでもない。
さんで左右の共振子の等価質量及び共振周波数の
等しいトランスジユーサ（m1＝m2，C1＝C2）は
勿論のこと、非対称な動作パラメータ法あるいは
変成器フイルタを駆使して、ボルト締めランジユ
バン振動子と２分の１波長共振子の共振周波数及
び等価質量を異ならしめた非対称な水中超音波ト
ランスジユーサ（m1≠m2，C1≠C2）が構成でき
ることは言うまでもない。
さらに、本発明に基づいたトランスジユーサで
は、構成要素がすべて圧電セラミツクスと金属材
料あるいは繊維強化材料からのみ実現できるわけ
であるから、安定したハイパワー送波を達成する
ことができる。
は、構成要素がすべて圧電セラミツクスと金属材
料あるいは繊維強化材料からのみ実現できるわけ
であるから、安定したハイパワー送波を達成する
ことができる。
（実施例 １）
本発明のトランスジユーサの一実施例を第３図
に示す。第３図において、１１は長手方向に分極
されたジルコンチタン酸鉛系圧電セラミツクスで
できたリングで、隣接するリングは分極方向が逆
向きになるように配列され、各リングは電気的に
並列に接続され駆動される。１２及び１３はステ
ンレススチール製の金属マスで、このうち金属マ
ス１３はネジ溝が切つてあり、Cr−Mo鋼製のボ
ルト１４、ナツト１７とともに圧電セラミツクリ
ングに静的な圧縮バイアスを加える機能を有す
る。１５はAl合金製でできた２分の１波長筒状
共振子であり、音響放射面１８は撓み変形を極力
抑えるためにコンベツク状となつている。また、
筒状共振子１５の後部は、段付きの効果により全
体の長さを短くするために肉厚が厚くなつてい
る。１６はCr−Mo鋼縦結合子で筒状共振子１
５、金属マス１３との接合は、共振子１５、金属
マス１３にネジ溝を切り込むことによりなされて
いる。本実施例のトランスジユーサは、２分の１
波長筒状共振子として、Al合金のような強度の
大きな材料を用いており、さらに水との広帯域音
響整合を向上させるため、中空構成となつてお
り、音響放射端からみた実効的な機械インピーダ
ンスを小さくしている。このため、200dB re
1μPa at 1meterのハイパワー送波を極めて容易
に行うことができ、また比帯域幅50％を超える広
帯域特性は勿論のこと、水との音響整合性に優れ
ているため電気音響エネルギー変換効率が80％以
上の高効率送波が可能である。
に示す。第３図において、１１は長手方向に分極
されたジルコンチタン酸鉛系圧電セラミツクスで
できたリングで、隣接するリングは分極方向が逆
向きになるように配列され、各リングは電気的に
並列に接続され駆動される。１２及び１３はステ
ンレススチール製の金属マスで、このうち金属マ
ス１３はネジ溝が切つてあり、Cr−Mo鋼製のボ
ルト１４、ナツト１７とともに圧電セラミツクリ
ングに静的な圧縮バイアスを加える機能を有す
る。１５はAl合金製でできた２分の１波長筒状
共振子であり、音響放射面１８は撓み変形を極力
抑えるためにコンベツク状となつている。また、
筒状共振子１５の後部は、段付きの効果により全
体の長さを短くするために肉厚が厚くなつてい
る。１６はCr−Mo鋼縦結合子で筒状共振子１
５、金属マス１３との接合は、共振子１５、金属
マス１３にネジ溝を切り込むことによりなされて
いる。本実施例のトランスジユーサは、２分の１
波長筒状共振子として、Al合金のような強度の
大きな材料を用いており、さらに水との広帯域音
響整合を向上させるため、中空構成となつてお
り、音響放射端からみた実効的な機械インピーダ
ンスを小さくしている。このため、200dB re
1μPa at 1meterのハイパワー送波を極めて容易
に行うことができ、また比帯域幅50％を超える広
帯域特性は勿論のこと、水との音響整合性に優れ
ているため電気音響エネルギー変換効率が80％以
上の高効率送波が可能である。
（実施例 ２）
本発明に基づくトランスジユーサの他の一実施
例を第４図に示す。ボルト締めランジユバン振動
子の構成要素１１，１３，１４，１７は実施例１
のトランスジユーサのそれと同じであるが左右逆
向きに配置されている。金属マス１３及び縦結合
子１６はCr−Mo鋼製で一体化されている。２分
の１波長筒状共振子１５は１５ａ，１５ｂ，１５
ｃからなり、音響放射を行う１５ａ部分は朱子繊
状に炭素繊維が高密度に配された炭素繊維強化樹
脂でできており、撓み変形に対する剛性が極めて
大きくなつている。１５ｂ部分はAl合金製の筒
で、１５ｃ部分は、ステンレススチール製の後蓋
で、段付きの効果により、２分の１波長筒状共振
子１５の全長を短くするのに有効である。１５ａ
部と１５ｂ、１５ｂ部と１５ｃ部との接合はボル
トにより強固に行われている。また、縦結合子１
６と１５ｃ部分の接合はナツトにより強固に行わ
れている。本実施例２において、２分の１波長筒
状共振子１５において、１５ａと１５ｂ、１５ｃ
部は一体化されていないが、接続個所がいずれも
振動の腹に近い部分であるので、ハイパワー動作
時においても振動応力が集中せず安定した音響パ
ワーを取り出すことができる。さらに、本実施例
２のトランスジユーサでは、２分の１波長筒状共
振子において、音響放射面１５ａに低密度で高剛
性を有する炭素繊維強化プラスチツクスを適用
し、さらに１５ｂとして筒状のAl合金を用いて
いるため、ゆうに比帯域幅50％を超える広帯域ト
ランスジユーサが実現できる。
例を第４図に示す。ボルト締めランジユバン振動
子の構成要素１１，１３，１４，１７は実施例１
のトランスジユーサのそれと同じであるが左右逆
向きに配置されている。金属マス１３及び縦結合
子１６はCr−Mo鋼製で一体化されている。２分
の１波長筒状共振子１５は１５ａ，１５ｂ，１５
ｃからなり、音響放射を行う１５ａ部分は朱子繊
状に炭素繊維が高密度に配された炭素繊維強化樹
脂でできており、撓み変形に対する剛性が極めて
大きくなつている。１５ｂ部分はAl合金製の筒
で、１５ｃ部分は、ステンレススチール製の後蓋
で、段付きの効果により、２分の１波長筒状共振
子１５の全長を短くするのに有効である。１５ａ
部と１５ｂ、１５ｂ部と１５ｃ部との接合はボル
トにより強固に行われている。また、縦結合子１
６と１５ｃ部分の接合はナツトにより強固に行わ
れている。本実施例２において、２分の１波長筒
状共振子１５において、１５ａと１５ｂ、１５ｃ
部は一体化されていないが、接続個所がいずれも
振動の腹に近い部分であるので、ハイパワー動作
時においても振動応力が集中せず安定した音響パ
ワーを取り出すことができる。さらに、本実施例
２のトランスジユーサでは、２分の１波長筒状共
振子において、音響放射面１５ａに低密度で高剛
性を有する炭素繊維強化プラスチツクスを適用
し、さらに１５ｂとして筒状のAl合金を用いて
いるため、ゆうに比帯域幅50％を超える広帯域ト
ランスジユーサが実現できる。
（実施例 ３）
本発明に基づくトランスジユーサの他の一実施
例を第５図に示す。ボルト締めランジユバン振動
子部分は実施例１と同様である。本実施例では。
ボルト締めランジユバン振動子と２分の１波長筒
状共振子と機械的に結合させる結合子は実施例
１，２とは異り撓み結合子５１を用いている。撓
み結合子５１は撓み変形を受けるので、機械的強
度の大きな材料で構成することが望ましく、ここ
ではCr−Mo鋼とした。また筒状共振子１５には
Al合金が採用されている。筒状共振子１５と撓
み結合子５１とはボルトにより強固に接合されて
いる（図示せず）。本トランスジユーサも実施例
１，２と同様にハイパワー駆動が可能で、高効率
広帯域特性が容易に実現できることは明白であ
る。
例を第５図に示す。ボルト締めランジユバン振動
子部分は実施例１と同様である。本実施例では。
ボルト締めランジユバン振動子と２分の１波長筒
状共振子と機械的に結合させる結合子は実施例
１，２とは異り撓み結合子５１を用いている。撓
み結合子５１は撓み変形を受けるので、機械的強
度の大きな材料で構成することが望ましく、ここ
ではCr−Mo鋼とした。また筒状共振子１５には
Al合金が採用されている。筒状共振子１５と撓
み結合子５１とはボルトにより強固に接合されて
いる（図示せず）。本トランスジユーサも実施例
１，２と同様にハイパワー駆動が可能で、高効率
広帯域特性が容易に実現できることは明白であ
る。
（発明の効果）
以上詳述した如く、本発明に従えば広帯域・高
効率でかつハイパワー特性に優れた小型の水中超
音波トランスジユーサを提供することができる。
効率でかつハイパワー特性に優れた小型の水中超
音波トランスジユーサを提供することができる。
第１図本発明に基づく水中超音波トランスジユ
ーサの基本構造図、第２図は本発明に基づく水中
超音波トランスジユーサの等価回路図、第３図、
第４図、第５図は本発明に基づく水中超音波トラ
ンスジユーサの実施例を示す図、第６図は従来の
整合板付き水中超音波トランスジユーサのを示す
図。 図において、１１は中空の圧電セラミツク振動
子、１２，１３は金属マス、１４はボルト、１５
は２分の１波長筒状共振子、１５ａ，１５ｂ，１
５ｃは筒状共振子１５の構成要素、１６は縦結合
子、１７はナツト、１８は音響放射面、５１は撓
み結合子、６１は圧電セラミツク振動子、７２は
音響整合層を示す。
ーサの基本構造図、第２図は本発明に基づく水中
超音波トランスジユーサの等価回路図、第３図、
第４図、第５図は本発明に基づく水中超音波トラ
ンスジユーサの実施例を示す図、第６図は従来の
整合板付き水中超音波トランスジユーサのを示す
図。 図において、１１は中空の圧電セラミツク振動
子、１２，１３は金属マス、１４はボルト、１５
は２分の１波長筒状共振子、１５ａ，１５ｂ，１
５ｃは筒状共振子１５の構成要素、１６は縦結合
子、１７はナツト、１８は音響放射面、５１は撓
み結合子、６１は圧電セラミツク振動子、７２は
音響整合層を示す。
Claims (1)
- １ ２分の１波長共振モードボルト締めランジユ
バン振動子と、このボルト締めランジユバン振動
子を内部に収納し少なくとも音場側は閉じられて
いる２分の１波長モード共振子が、結合子を介し
て結合していることを特徴とする水中超音波トラ
ンスジユーサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162265A JPS6318800A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 水中超音波トランスジユ−サ |
| US07/071,098 US4779020A (en) | 1986-07-09 | 1987-07-08 | Ultrasonic transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61162265A JPS6318800A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 水中超音波トランスジユ−サ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6318800A JPS6318800A (ja) | 1988-01-26 |
| JPH0511718B2 true JPH0511718B2 (ja) | 1993-02-16 |
Family
ID=15751162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61162265A Granted JPS6318800A (ja) | 1986-07-09 | 1986-07-09 | 水中超音波トランスジユ−サ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4779020A (ja) |
| JP (1) | JPS6318800A (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5047683A (en) * | 1990-05-09 | 1991-09-10 | Image Acoustics, Inc. | Hybrid transducer |
| US5430342A (en) * | 1993-04-27 | 1995-07-04 | Watson Industries, Inc. | Single bar type vibrating element angular rate sensor system |
| JPH07226644A (ja) * | 1994-02-16 | 1995-08-22 | Murata Mfg Co Ltd | エネルギー閉じ込め型圧電共振子 |
| KR100299928B1 (ko) * | 1998-11-23 | 2001-10-29 | 황해웅 | 파우어초음파트랜스듀서 |
| AU2769501A (en) * | 2000-01-06 | 2001-07-16 | Lockheed Martin Corporation | Active housing broadband tonpilz transducer |
| FR2816097B1 (fr) * | 2000-10-27 | 2003-02-07 | Renault | Dispositif de rupture d'impedance acoustique d'une tige |
| JP3849513B2 (ja) * | 2001-12-07 | 2006-11-22 | 日本電気株式会社 | 送受波器 |
| US6924585B2 (en) * | 2002-09-23 | 2005-08-02 | The Crest Group, Inc. | Sleeved ultrasonic transducer |
| JP4118728B2 (ja) * | 2003-04-03 | 2008-07-16 | 古野電気株式会社 | 超音波トランスデューサ |
| JP4311582B1 (ja) * | 2008-04-07 | 2009-08-12 | 株式会社アドウェルズ | 共振器の支持装置 |
| US7905007B2 (en) * | 2009-03-18 | 2011-03-15 | General Electric Company | Method for forming a matching layer structure of an acoustic stack |
| US20140086013A1 (en) * | 2012-09-25 | 2014-03-27 | Jeong Min Lee | Method for an equivalent circuit parameter estimation of a transducer and a sonar system using thereof |
| US9103905B2 (en) * | 2012-12-12 | 2015-08-11 | Agency For Defense Development | Sonar system and impedance matching method thereof |
| DE102015103295A1 (de) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Atlas Elektronik Gmbh | Schallwandler zum Senden und/oder zum Empfangen von akustischen Unterwassersignalen, Wandlervorrichtung, Sonar und Wasserfahrzeug |
| CN110657880B (zh) * | 2019-09-19 | 2022-05-03 | 天津大学 | 一种基于共振空气腔的新型水听器 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3110825A (en) * | 1959-09-02 | 1963-11-12 | Clevite Corp | Folded transducer |
| US3230403A (en) * | 1961-07-14 | 1966-01-18 | Bendix Corp | Prestressed ceramic transducer |
| US3778758A (en) * | 1972-09-25 | 1973-12-11 | Us Navy | Transducer |
| DK150679B (da) * | 1975-07-04 | 1987-05-25 | Sven Karl Lennart Goof | Apparat til fjernelse af materialebelaegninger i det indre af en beholder |
-
1986
- 1986-07-09 JP JP61162265A patent/JPS6318800A/ja active Granted
-
1987
- 1987-07-08 US US07/071,098 patent/US4779020A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4779020A (en) | 1988-10-18 |
| JPS6318800A (ja) | 1988-01-26 |
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