JPH0520498U - 受波器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受波器の出力に含まれる加速度成分を除去し、
ノイズを低減させると共に、音響電気変換効率を向上さ
せる。 【構成】圧電振動子１及び２を同相接続する。圧電振動
子１及び２を、連結棒３を介して支持筐体４の両側に点
接触支持する。両側に支持されておりかつ同相接続され
ていることにより、圧電振動子１及び２に発生する加速
度成分は相殺される。また、圧電振動子１及び２は多孔
質圧電材料から形成される。多孔質圧電材料は比重が小
さく、従って加速度成分のレベルが抑圧される。また、
圧電振動子１及び２が連結棒３によって支持筐体４に点
接触支持されるため、圧電振動子１及び２の円筒の径方
向における移動の自由度が増加し、音響電気変換効率が
向上する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、圧電体を有する受波器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、水中音を受波するために水中音響用受波器が用いられている。これ は、水中を伝搬する音を圧電体により受波し、電気信号として外部に出力する受 波器である。図３には、一従来例に係り特開昭５９−１７６９９２号公報に開示 されているものと同様の構成を有する受波器の構成が示されている。特に、図３ （ａ）にはその断面が、図３（ｂ）には素子結線が、それぞれ示されている。

【０００３】 図３（ａ）に示されるように、この従来例は、２個の円筒状の圧電振動子８及 び９を同軸上に配置し、これを、内側の圧電振動子９が遮音層１０により封入さ れかつ外側の圧電振動子８が外層１１に当接するよう、構成したものである。こ のような構成を有する受波器においては、音波を透過させる外層１１を介して外 側の圧電振動子８が当該音波を受波する。圧電振動子８は、受波した音波を電圧 に変換し、表裏（円筒の外側及び内側）に形成されたプラス及びマイナスの電極 から当該電圧を出力する。図３（ｂ）においては、この電圧はＥ_ｓで表されてい る。

【０００４】 また、内側の圧電振動子９は外側の圧電振動子と逆相に接続されている。すな わち、図３（ｂ）にも示されるように、圧電振動子９のマイナス電極が圧電振動 子８のマイナス電極と短絡され、圧電振動子８のプラス電極と圧電振動子９のプ ラス電極との間から電圧を出力するように結線されている。圧電振動子９は、圧 電振動子８の出力電圧に含まれる加速度成分を相殺するための振動子である。

【０００５】 すなわち、この従来例は、ケーブル状の外観を有しており当該ケーブルのせん 断方向に加速度が加わった場合、圧電振動子８及び９はそれぞれ当該加速度にか かる電圧Ｅαを発生する。しかし、圧電振動子８と９が逆相接続されている結果 、その直列接続からの出力電圧は、加速度にかかる電圧Ｅ_αが相殺された電圧と なる。すなわち、音波の受波に係る電圧Ｅ_ｓのみとなる。

【０００６】 このように、従来においては、加速度にかかる電圧Ｅ_αが相殺される。一般に 、加速度電圧Ｅ_αはノイズレベルを増加させ、受波器のＳ／Ｎを劣化させるもの である。この従来例は、いわゆる非共振系、すなわち共振点よりも低い周波数帯 域で使用されるものであり、かかる加速度感度の抑圧は、Ｓ／Ｎの改善に非常に 有効なものである。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、このような構成を有する従来の受波器においては、２個の振動 子の加速度感度を同一にするか、あるいは、２個の振動子の加速度感度が異なる 場合にはヘッドアンプのゲインを微調し加速度に係る電圧を相殺するようにしな ければならなかった。これは、寸法の異なる２種類の振動子を用いなければなら ないことと併せ、製造上の支障となっていた。

【０００８】 本考案は、このような問題点を課題としてなされたものであり、同一寸法、同 一加速度感度の振動子を用いつつ、加速度による電圧成分を相殺して音波に係る 電圧のみを取り出すことが可能な受波器を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために、本考案は、有孔圧電材料から形成された複 数の圧電体と、この圧電体が両側に点接触支持される支持筐体と、を備え、圧電 体を同相接続したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

本考案においては、複数の圧電体が有孔圧電材料から形成される。有孔圧電材 料は、例えば本願出願人の先出願に係る特開平１−１７２２８１号公報に開示さ れている材料であり、これにより、比重の低い圧電体が得られ、加速度成分が抑 圧される。また、本考案においては、圧電体が支持筐体の両側に点接触支持され る。両側支持により、加速度成分は各圧電体において逆相に発生する。従って、 圧電体の同相接続によって加速度成分が電気的に相殺される。さらに、点接触支 持により、圧電体の運動の自由度が高まり、音響電気変換損失が小さくなる。

【００１１】

【実施例】

以下、本発明の好適な実施例について図面に基づき説明する。

【００１２】 図１には、本考案の一実施例に係る受波器の構成が示されている。特に、図１ （ａ）には実施例の断面が、図１（ｂ）には素子結線が、それぞれ示されている 。この図に示されるように、本実施例は、２個の圧電振動子１及び２を有してい る。圧電振動子１及び２は円筒状の形状を有しており、その表裏（円筒の外側及 び内側）には図示しない電極が形成されている。電極からは、それぞれ、リード 線７が引き出されている。

【００１３】 圧電振動子１及び２は、連結棒３を介して支持筐体４の両側に支持固定されて いる。連結棒３は、圧電振動子１及び２を支持筐体４に点接触支持する機能を有 している。また、圧電振動子１及び２の内側には独立気泡の発泡ゴム５が充填さ れており、さらに受波器全体が、ウレタンゴム６によりモールドされている。

【００１４】 また、この実施例においては、圧電振動子１及び２は図１（ｂ）に示されるよ うに同相接続される。すなわち、圧電振動子１において発生した電圧と圧電振動 子２において発生した電圧とが加算されるよう、結線される。さらに、本実施例 において圧電振動子１及び２を形成する材料はいわゆる多孔質圧電材料である。 圧電材料としては、従来から、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が知られている が、その比重は約７．４と大きい。しかし、加速度による発生電圧は圧電材料の 比重に比例しているため、受波器全体に加わる加速度によって発生する不要電圧 は比重が大きいほど高い。本実施例において用いられる多孔質圧電材料は、前掲 の特開平１−１７２２８１号公報等に開示されているものであり、その比重は例 えば４．６程度のものである。

【００１５】 図２には、この多孔質圧電材料の製造工程が示されている。多孔質圧電材料か ら形成される圧電振動子１及び２は、ＰＺＴ等の圧電材料１００とメタクリル樹 脂等の高分子重合体１０１とを混合し（１０２）、これを円筒状に成形し、（１ ０３）、更に所定温度で焼成すること（１０４）により得られる。また、この圧 電振動子１００及び１０１から電圧を取り出すためにはその表面に電極を焼き付 ける必要がある。この焼き付け１０５を行った後、所定方向に分極（１０６）を 行なえば、所望の特性を有する多孔質圧電材料から形成された圧電振動子１及び ２が得られる。例えば、ＰＺＴ１００に対する高分子重合体１０１の混合率を１ ５ｗｔ％とした場合には、焼成１０４によって高分子重合体１０１が焼失するこ とによって生ずる空孔の率（空孔率）が４１％となり、比重４．６の多孔質圧電 材料から形成された圧電振動子１及び２が得られる。

【００１６】 この実施例は、以上のような構成を有するものである。この実施例において、 圧電振動子１及び２にウレタンゴム６を介して水中から音波が伝搬受波された場 合、圧電振動子１及び２からの出力に係る電圧は図１（ｂ）に示される結線によ り加算され、受波器信号として出力される。これは、水中音波が等圧的に伝搬す ることに起因する。

【００１７】 また、圧電振動子１及び２は、所定本数の（例えば３本の）連結棒３によって 支持筐体４の両側に固定されている。従って、圧電振動子１及び２の円筒の径方 向の動きが容易で効率よく水中音波を電気信号に変換できる。

【００１８】 また、この受波器に加わる外部加速度成分（例えば振動）は支持筐体４に加わ り連結棒３を介して圧電振動子１及び２にそれぞれ伝達される。支持筐体４が上 方に移動した場合、この加速度によって圧電振動子１には圧縮力が、圧電振動子 ２には伸張力が加わる。逆に、支持筐体が下方に移動した場合には圧電振動子２ には伸張力が、圧電振動子１には圧縮力がそれぞれ加わる。このようにして加わ る加速度によって生ずる電圧、すなわち加速度信号成分は、各圧電振動子１と２ とで逆相に発生する。このように逆相に発生した加速度に係る電圧は、図１（ｂ ）に示される結線により、互いに電気的に相殺されることになる。従って、受波 器成分には加速度に係る成分は原理的に含まれない。

【００１９】 しかし、原理的にはこのように相殺されるが、素子特性、製造時のバラツキ等 により、加速度に係る電圧が残存することがある。半面、加速度によって発生す る電圧は圧電振動子１及び２の質量に比例し、従って、従来に比べ比重の小さい 多孔質圧電材料から形成される圧電振動子１及び２においては、十分に抑圧され たレベルの加速度成分しか出力されない。従って、本実施例によれば、圧電振動 子１及び２の材質的にも、また、圧電振動子１及び２の支持構造的にも、さらに は結線的にも、加速度成分の影響が排除され、加速度によって発生する不要電圧 が低減される。また、圧電振動子１及び２が連結棒３により支持筐体４に取付け られているため、水中音波を電気信号に変換する効率（変換効率）が高くなる。 なお、連結棒３の本数は、３本でなくてもよい。

【００２０】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案によれば、圧電体を有孔圧電材料から形成し、ま た、圧電体を支持筐体の両側に点接触支持するように支持し、さらに圧電体を同 相接続するようにしたため、材料的、構造的、及び結線的に加速度成分を除去し うる雑音の少ない受波器が得られる。また、点接触支持により、圧電体の運動の 自由度が高まり、音波の電気信号への変換効率が高まる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係る受波器の構成を示す図
であって、図１（ａ）は断面図、（ｂ）は素子結線図で
ある。

【図２】多孔質圧電材料の製造工程を示す流れ図であ
る。

【図３】一従来例に係る受波器の構成を示す図であっ
て、図３（ａ）は断面図、（ｂ）は素子結線図である。

【符号の説明】

１，２ 圧電振動子 ３ 連結棒 ４ 支持筐体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 有孔圧電材料から形成された複数の圧電
   体と、 前記圧電体が両側に点接触支持される支持筐体と、 を備え、 前記圧電体を同相接続したことを特徴とする受波器。