JPS5831079B2 - フクゴウシンドウシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水中音響変換器に使用する複合振動子に関する
。

円筒形および円板形の振動子は、最大感度の周波数帯域
幅が広いことから、一般の水中音響変換器に広く使用さ
れている。

従来の円筒形および円板形振動子はほとんどが電歪磁器
だけで造られているため機械的強度が低い、一定寸法以
上の大きさに造ることが困難、比較的高価等の欠点があ
った。

またこれを改善するために金属材等の円筒形振動体の内
面に溝を設け、これに板状電歪振動素子を挿入し間隙を
接着剤で充填した構造の複合振動子の提案があった。

しかしこの構造では硬度の低い接着剤層がかなりの厚さ
で介在するため振動素子と振動体との機械的結合が不十
分であり、機械振動エネルギの伝達損失が太きい。

その上、接着剤の特性は温度および経時変化の影警を受
けやすいので複合振動子の特性が不安定であった。

その他の従来のものとして円板形振動体の片面あるいは
両面に円板式電歪振動素子を接着剤で貼り合わせた円板
バイモルフ振動子がある。

しかしこの振動子も上述のものと同様の欠点を有し、さ
らに形状の大きい振動子は高価であった。

接着剤を使用しない複合振動子として特公昭３８−１４
３０６「複合電気機械的トランスデユーサ」が知られて
いる。

これは電気機械変換体（振動素子）と一対の支持部材と
をボルト等の弾性装置で締め付は固定した複合振動子で
あり、縦振動型振動子に適用できるものである。

しかしながら縦振動型以外の振動子例えば円筒状あるい
は円板状複合振動子のように呼吸振動（径方向振動）や
横振動をする振動子に対しては上記のボルト等による締
め付は構造とすることは困難である。

そこで本発明の目的はあらゆる形状の複合振動子に応用
でき、機械的結合が強固で、特性が安定していてかつ比
較的安価な複合振動子を提供するにある。

本発明によれば、対向する平坦な２つの側面を有し凹部
を備える振動体と、振動面を前記２つの側面に接して前
記凹部に嵌合している振動素子と、この振動素子に電界
を加える電極とを含む複合振動子において、前記２つの
側面がわずかに勾配を有することと、前記振動素子が前
記振動面とほぼ直角な方向に均一な圧縮応力を受けてい
ることとを特徴とする複合振動子を得ることができる。

本発明によればさらに、対向する平坦な２つの側面を有
する凹部を備える振動体と、との凹部に挿入されていて
振動方向がこの側面とほぼ直角であってかつ振動方向に
直角な対向する２平面を有する振動素子と前記２側面と
前記２平面とが面する間の少なくとも一方に挿入された
楔状部材であって楔形を形成する面が前記側面に面する
物と、前記振動素子に電界を加える電極とを含む複合振
動子において、前記振動素子および前記楔状部材が振動
方向に均一な圧縮応力を受けていることを特徴とする複
合振動子を得ることができる。

本発明による複合振動子は板状の電歪または圧電振動素
子の両側に該振動素子を振動体に固定する際の破損から
保護するための保護板を固着し、これを主に円筒状、円
板状あるいは棒状の振動体に設けられた溝へ楔状部材で
強固に固定した構造を有し、該振動素子を電気的に駆動
することにより振動体を機械的に励振することができる
。

振動素子と保護板の固着は接着剤または半田付けによる
。

接着剤を用いても充分な圧力を加えて固化できるので、
その層は極めて薄くなり機械振動エネルギの伝達には支
障を生じない。

半田は硬いので接着剤より損失が少い。

保護板は楔状部材を打ち込む際の応力を振動素子全体に
分散させる目的で振動子を両側から挟んで設けられる。

しかし振動体の溝、振動素子および楔状部材の寸法精度
を十分に上げて楔状部材圧入時の衝撃的力が振動素子の
特定箇所へ集中するのを防止できる構造とすることによ
り、保護板の片方または両方を省略できる。

十分な強度を有する振動素子を用いる場合には上述の保
護板およびクサビを介在させることなく、振動素子を振
動体の溝へ圧入することができる。

この場合振動素子と溝の双方に勾配をもたせ、振動素子
を溝へ押し込むにしたがって振動素子に圧力が加わる構
造とする。

上記では振動体に溝を設けた場合について述べたが、振
動体の形状によっては溝に代えて貫通孔としてしても全
く同様に複合振動子を構成できる。

この複合振動子は電気的駆動によって該振動素子に生じ
た機械振動を保護板、楔状部材等をとおして振動体に伝
達することにより、振動体と該振動素子とを一体のもの
として振動させるものである。

これは機械振動の信号源である該振動素子に機械的負荷
である振動体を保護板、楔状部材等による機械的結合で
接続した機械的回路として考えることができる。

このような複合振動子においては振動素子と振動体の機
械的結合の大きさが振動エネルギの伝達効率に大きく影
響する。

それゆえ本発明では機械振動を能率よく伝達する材料で
造られた保護板および楔状部材を使用して振動素子と振
動体の機械的結合を高めることにより複合振動子のエネ
ルギ効率を著じるしく高めるものである。

更に保護板および楔状部材としては振動体と振動素子の
熱膨張の差を補償するような材料を選択することもでき
るので、複合振動子の温度による性能変化を軽減するこ
ともできる。

また振動素子、保護板、楔状部材および振動体の経時変
化は接着剤の経時変化より小さいので経時変化の比較的
小さい複合振動子を得ることができる。

振動素子と保護板を接着剤で固着したとしても、前述し
たようにその層は極く薄いので接着剤が複合振動子の経
時変化に及ぼす影響は小さい。

この複合振動子の共振周波数は該振動素子の共振周波数
に直接関係なく振動体の弾性係数、形状および質量によ
って定まるから、同じ寸法の振動素子を種種の共振周波
数の複合振動子に用いることができる。

加えるに板状の振動素子は円筒あるいは円板の振動素子
に比べて加工性が良いことから安価な複合振動子を製造
することができる。

電歪振動素子の引張り強度は圧縮強度に比べて格段に低
く、これに加えることのできる電気入力は引張り強度で
制限されるが、本発明の複合振動子においては該振動素
子を振動体の溝へ楔状部材で固定するため該振動素子に
は予め圧縮応力を加えておけるので、その圧縮応力に相
当する分だけ該振動素子により多くの電気入力を加える
ことができる。

従って小形で大電力の複合振動子を実現できる。

以下図面を参照して本発明による複合振動子の実施例を
詳細に説明する。

第１図は電歪振動素子と保護板の部分組立の斜視図であ
る。

この部分組立は電歪振動素子１および１′、プラス電極
２マイナス電極を兼ねた金属製保護板３および３′から
構成されている。

電歪振動素子１と１′は保護板３および３′を同一極性
の電極とすることができるように該振動素子の同一極性
面を電極２に固着しである。

また保護板３″は楔状部材の勾配と同一の勾配をつけ平
行な側面を有する溝に挿入できる形状としている。

第２図は本発明による円筒形の複合振動子の平面図イと
一部に縦断面図を含む側面図口を示し金属製の円筒状振
動体５の４箇所の溝のそれぞれに第１図に示す振動子と
保護板で構成された部分組立てを金属製楔状部材４で固
定している。

振動体５を一側電気端子として利用している。

この複合振動子は電歪振動素子を電気的に駆動すること
により、呼吸振動（径方向振動）を行なう。

第３図は本発明の他の実施例である円板形の複合振動子
の平面図イと正面図口を示す。

円板状振動体６の中性面より上方に設けた４本の溝の各
各に第１図に示す振動子保護板の部分組立ての片側の保
護板を省略したものを金属性楔状部材４で固定し、振動
体６を一側電気端子として利用している。

振動体６の溝の深さは振動体の全厚みの約半分にしてあ
り、ここに固定された電歪振動素子を電気的に駆動する
ことにより振動体６の中性面より上方に円周方向の応力
を生じ、これによってこの複合振動子は屈曲振動を行な
う。

第４図は本発明による角柱状の複合振動子の正面図イと
側面図口を示す。

角柱状振動体７の貫通孔に第１図に示す部分組立てを挿
入してから金属性楔状部材４を圧入し固定する。

振動体７を電気端子の１つとして利用している。

この複合振動子は電歪振動素子の部分で最大応力を生じ
るような縦振動を行なう。

次ぎに電極の構成を変更した他の実施例につき述べる。

部分組立ての振動子を１個にする場合には本楔状部材ま
たは保護板を絶縁性弾性体とし、一方の電極を保護板と
振動素子の間に設は他方の電極を振動体とする。

すなわち、第１図の部分組立ての保護板３および３′は
振動体の溝に圧入されたとき電歪振動素子の極性に対し
同一の極性端子として振動体に電気的に接続されるが、
これを変形して電歪振動素子の一方の面に絶縁性弾性体
のクサビあるいは保護板を用いてかかる面における電気
端子を振動体から電気的に絶縁し、かくして電歪振動素
子の正負両極性端子を取り出すことにより振動体の溝に
圧入する電歪振動子が１枚である複合振動子を実現でき
る。

第５図を参照すると３枚以上の電歪振動素子を用いるこ
とにより電歪振動素子間の電極から保護板および振動体
を接地電位として正負の平衡端子を引き出した円筒形複
合振動子の正面図イおよびその電気回路口が示されてい
る。

３枚の電歪振動素子１ ａ 、 １’ａ 、 １“ａを
振動体８の溝に圧入し、電歪振動素子１ａと１′ａの間
から正の電極を、１′ａと１“ａの間から負の電極を取
り出すことにより保護板および振動体を正と負の中間の
電位すなわち接地電位とするものである。

他の振動素子１ｂ。１’ｂ 、 １“ｂについても同様
とする。

更に２枚の電歪振動素子を、偶数の溝を有する振動体の
溝に圧入した複合振動子の振動体を接地電位として正負
の平衡端子を取り出した例を第６図イに、その電気回路
を第６図口に図示する。

上述の実施例ではいづれも楔状部材を使用して振動素子
と振動体とを強固に結合した複合振動子を示した。

第７図を参照すると、振動子自体に勾配をつけた電歪振
動素子の部分組立てが示されている。

第８図を参照すると、第７図に示した振動素子の部分組
立て２組を貫通孔を有する角柱状振動体７に圧入した本
発明による複合振動子の正面図イおよび断面図口が示さ
れている。

この構造では振動素子１，１′には貫通孔への圧入時楔
状部材を使用する型式のもの以上の各種応力が加わる。

従って振動素子１，１′および貫通孔の寸法精度を高く
して応力を小さくする一方、振動素子１，１′として強
度の高いものを使用する必要がある。

本図に示す構造では楔状部材、保護板などを介すること
なく振動素子１と振動体７とが直接に接するから振動エ
ネルギの伝達効率がよい。

また構造が簡単である。

以上振動素子として電歪振動子を用いる場合につき述べ
たが、圧電振動子を使用する場合も同様である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合振動子に使用する電歪振動素
子の部分組立ての実施例を示し、第２図は部分組立てを
用いた円筒状の複合振動子を示し、第３図は部分組立て
を用いた円板状の複合振動子を示し、第４図は部分組立
てを用いた角柱状の複合振動子を示す。 第５図、第６図は平衡端子を取り出した円筒形複合振動
子イとその電気回路図口を示す。 第７図は楔状振動素子の部分組立を示す。第８図は第７
図に示す部分組立を貫通孔に圧入した複合振動子を示す
。 各図において、１；電歪振動素子、２；電極、３；保護
板、４；楔状部材、５；円筒状振動体、６；円板状振動
体、１；角柱状振動体を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一対の対向する側面が平面である凹部を
   有する振動体と、振動面を前記一対の側面のそれぞれに
   接して前記凹部に嵌合している振動素子と、この振動素
   子に電芹を加える電極とを含む複合振動子において、前
   記一対の側面が互いにわずかに傾斜していることと、前
   記振動面が前記一対の側面の傾斜角と同一の角度で逆方
   向に傾斜していることとを特徴とする複合振動子。 ２ 少なくとも一対の対向する側面が平面である凹部を
   有する振動体と、振動面を前記一対の側面のそれぞれに
   面して前記凹部に挿入されている振動素子と、前記振動
   面と前記一対の側面のそれぞれとの間の少なくも一方に
   置かれた楔面を前記振動面と前記側面に面した楔状部材
   と、前記振動素子に電界を加える電極とを有することと
   、前記振動素子および前記楔状部材が前記振動面にほぼ
   直角な方向に圧縮応力を受けていることを特徴とする複
   合振動子。