JPS6016155Y2 - 水中用耐圧送受波器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は縦振動子を使用した送受波器、特に深い水中に
おいて使用するのに適した送受波器に関するものである
。

縦振動子を用いた送受波器は、一般に圧電、電歪、また
は磁歪素材を直方体にした縦振動子を、この縦振動子の
放射前面を除いた側面および後面を音波遮断材か音波吸
収材で裏張りし、これを後面および側面を囲むような形
の筐体に収めたものである。

そして送受波器としての望ましい特性は、前面に放射又
は入射する音響エネルギーの効率が大きく、また多数を
配列して用いたときに縦振動の放射又は入射面の面積占
有率が大きくとれ、全体としての音響エネルギーが効率
よく放射又は入射でき、更に一般的には構造が簡単にな
ることである。

縦振動子を用いた送受波器を大気中あるいはあまり深く
ない水中で使用する場合は、音波遮断材としてコルクあ
るいは独立気泡ゴムなどが用いられており、送受波器と
しての特性は、筐体や音波遮断材などについてあまり特
別の考慮を払わなくても、実用的に充分なものが得られ
ていた。

しかしこのような送受波器を深海で使用すると、前述の
ような音波遮断材は高水圧のため圧縮されて遮断効果が
小さくなって使用できなくなる。

そこで深海用送波器のためには音波遮断材の代りに高水
圧によって特性変化の小さい、すなわち圧縮性の少ない
材料を用いる必要が生じる。

従来この種の深海用の送受波器としては、たとえば特公
昭４９−３０７４３号に示されているように、圧縮性の
少ない吸音効果を有する圧力伝達材としてブチルゴム合
成動を用いて特定（固有）音響インピーダンスを海氷と
同じ程度にまで低く腰ケースとして肉厚のアルミニウム
緩慢負荷かたまりを用いて固有音響インピーダンスを前
記より１桁以上大きくしたトランスジューサ（送受波器
）が知られている。

そしてこの送受波器の特徴は、１００キロヘルツよりは
低い周波数における吸音材の吸音効果低下を補償するた
めに、振動子の側面ならびに後面とアルミニウム緩慢負
荷かたまり（筐体）の間の距離を所定の周波数帯内の周
波数の１！皺長のほぼ奇数倍としたことであり、これに
よって送受波器としての放射または入射の音響エネルギ
ーの効率向上を計ったものである。

しかし乍らこのような構造の送受波器においては、たし
かに音響エネルギーの効率は向上するが、あとに詳しく
述べるように、構造が複雑になり、また多数を配列して
用いるときに縦振動子の放射又は入射面の面積占有率が
小さくなってしまい、全体としての放射または入射音響
エネルギーを充分大きくとることができなくなるなどの
欠点を有する。

したがって本考案の目的は、構造が簡単であり且つ多数
を配置して用いるときにも縦振動子の放射または入射面
の面積占有率を大きくし、放射または入射音響エネルギ
ーを効率よくとれる縦振動子を用いた送受波器を得よう
とするものである。

本考案の水中用耐圧送受波器は前述の従来技術による送
受波器における振動子側面と筐体の間の距離すなわち圧
力伝達材の厚さをこの部分における音響インピーダンス
を縦振動子後面の部分における音響インピーダンスより
充分大きくなるまで１ハ波長よりは実質的により小さく
し、単体としての放射又は入射音響エネルギーの効率を
いくらか犠牲にする代りに前記のいくつかの利点を得る
ようにしたものである。

すなわち、本考案の水中用耐圧送受波器は、所定の周波
数帯内で動作し前面から音響エネルギーを放射もしくは
入射する縦振動子と、この縦振動子をその後面および側
面を間隙をあけて囲むように収容する筐体と、この間隙
に設けたネオプレンゴム、エポキシ合戊樹旨あるいはシ
リコン油のような圧力伝達材を有する送受波器において
、振動子の後面の部分の間隙の距離すなわち圧力伝達材
の厚さを、この部分の音響インピーダンスが小さくなる
ような大きさ、望ましくは使用する周波数における１７
４波長のほぼ奇数倍とし、側面の部分の間隙の距離を前
記の１７４波長よりは実質的に小さくシ、この部分にお
ける音響インピーダンスを前呂後面の部分における音響
インピーダンスより充分大きくしたことを特徴とする送
受波器である。

次に図面を参照して本考案につき詳細に説明する。

第１図はあとの説明を助けとするため、電気音響変換器
として一般に使用されている縦振動子そのものの構造の
一例を示したものア、圧電、電歪、あるいは磁歪材料の
直方体である縦振動子１は、音響エネルギーを放射もし
くは入射する縦方向振動面である前面Ａと、これに対向
する底部の後面Ｂと、縦方向とは直角の方向に振動をす
る振動面である側面ＣおよびＤを有していて、前面Ａと
後面ＢはＶの振動速度で、側面ＣおよびＤはほぼＶ／３
の振動速度でそれぞれ振動する。

第２図は従来技術による水中耐圧用送受波器を斜めから
みた断面図であって、上記の第１図の縦振動子１をＢ−
Ｄの各面に固有音響インピーダンスの低いたとえばブチ
ル合成ゴムのような圧力伝達手段２を貼り合わした状態
で筐体３中に挿入した構造を有しており、そしてこの構
造の特徴として各圧力伝達材の後面Ｂ側の厚さｅおよび
側面ＣおよびＤ側の伝達材の厚さｅ′を共に使用周波数
における波長の４分の１またはその奇数倍にしである。

したがってＢ−Ｄの各面からの放射または入射音響エネ
ルギーは小さくなり、したがって前面Ａから放射または
入射される音響エネルギーはより大きくなり、単一の縦
振動子としてのエネルギーの入出力比という点では効率
のよいものとなる。

しかし乍ら反面不利な点が生じる。たとえば第２図にお
いて、前面からみた縦振動子１の面積の筐体３の内側の
面積に対する割合すなわち面積占有率は相当小さくなる
。

したがってこのような振動子を多数配列して用いる場合
もその面積占有率も同様である。

したがって振動子群の前面に音響放射又は入射抵抗が充
分かからなくなり、放射又は入射音響エネルギーが低下
する。

また振動子が１個の場合であると多数の場合であるとを
問わず圧力伝達材が厚いため内部に縦振動と同じ向きの
振動が起って振動子の前面の周囲から放入対するので、
これを防止するため前面緩慢負荷かたまり４および５を
用いなければならず、構造がより複雑になる。

なお上記の面積占有率の減少を、縦振動子の音響エネル
ギーの入出力の効率が大きいのを利用して、たとえば放
射の場合大きな電界あるいは磁界を振動子に加えて必要
な音響エネルギ−を得ようとしても、音響電気密度が大
きくなり成る限界値以上になると縦振動子の破壊および
キャビテーションが発生し易くなり、好ましくない。

第３図は本考案による水中用耐圧送受波器の断面を斜め
からみた図であって、第２図の従来のものと異なる主な
点は、縦型振動子１の側面Ｂにおけるネオプレンゴムで
ある圧力伝達材の６の部分の厚さｆが第２図の場合より
格段に小さくなっており、また第２図における前面緩慢
負荷かたまり４もしくは５のようなものを必要としない
ことである。

なお後面Ｂに面した底部の圧力伝達材２の厚さｅは第２
図の場合と同じように動作周波数における波長の１７４
の奇数倍である。

また前記の圧力伝達材６の厚さｆは、縦振動子１の側面
方向の振幅が１０ミクロン程度であるところから、０．
２〜０．３ミリメートルもあれば充分であるが、図は分
り易くするため大きく示しである。

ただ実用的には０．５ミリメートル以下にすると送受波
器の製作が困難となる。

第３図のような構造によれば、振動子の前面Ａの寸法と
して１０２９メートル、３５ミリメートル、ｆとしてｌ
ミリメートルを用いると、面積占有率は約０．７９と極
めて大きくなる。

また縦振動子１と筐体３の側面ＣおよびＤ方向の間隙が
小さいので、この方向の音響インピーダンスを後面方向
の音響インピーダンスより充分大きくとることができ、
したがって側面ＣおよびＤからの音響エネルギーおよび
後面Ｂからの音響エネルギーのもれが振動子の前面Ａ方
向に放射することを防止することがでる。

したがって前面緩慢負荷かたまりのような構造上の複雑
さを要することなく、単一の周波数で音響エネルギーの
大きい振動を得ることができる。

なお圧力伝達材６としては、ネオプレンゴムの代りに、
ウレタン系合成樹脂あるいはエポキシ合成樹脂などのよ
うな合成樹脂が適している。

上記の実施例において、縦振動子１の後面と筐体３の距
離ｅを所定の周波数における１ハ波長の奇数倍としてい
たが、これは必ずしも１１皺長である必要はなく、成る
程度ずれていてもよく、要はこの振動子後面と筐体の間
の音響インピーダンスが振動子側面と筐体の間のインピ
ーダンスに比べて充分小さければよいことに注意すべき
である。

第４図は本考案の水中耐圧送受波器において縦振動子を
３個設けた例を示したものであって、この場合本考案の
利点は一層顕著になるものである。

すなわち、この場合振動子の総合的な面積占有率は、縦
振動子相互間の圧力伝達材の厚さも１ミリメートルとす
ると、第３図の場合より大きく０．８３であり、このた
め音響放射抵抗が充分かかり、波長の単一な指向性に富
んだ音響エネルギーを総合的に効率よく放射でき、また
入射の場合にも第２図の場合より相当効率がよいことは
いうまでもない。

なお、この実施例においては圧力伝達材としてはヒマシ
油、シリコン油のような粘性のある音響油７を用いてあ
り、振動子１を定位置に保持するため支持柱８を振動子
の中央の振動姿態の節の位置に設けである。

なおゴムのような圧力伝達効果を有する音響窓９および
音響窓取り１０は音響油７を閉じこめるためのものであ
る。

なお圧力伝達材としてはエポキシ樹脂のような固体のも
のを用いてよい。

以上説明したように、本考案によれば従来の送受波器よ
り総合的にみて効率よく、特に多数の振動子を用いたと
きにその効果の顕著にあられれる送受波器が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は縦振動子の一般的な構造を示した図、第２図は
従来技術による送受波器を斜めからみた断面図、第３図
は本考案による送受波器の第１の実施例を示した図、第
４図は本考案の第２の実施例を示した図である。 記号の説明：１は縦振動子、２は圧力伝達材、３は筐体
、４と５は前面緩慢負荷かたまり、６は圧力伝達材、Ａ
は前面、Ｂは後面、ＣおよびＤはいずれも側面、ｅは圧
力伝達材の後面における厚さ、ｆは側面における厚さを
示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 所定の周波数帯内で動作し前面から音響エネルギーを放
   射もしくは入射する縦振動子と、この縦振動子をその後
   面および側面を間隙をあけて囲むように収容する緩慢負
   荷かたまりとしての筐体と、前記間隙に設けた圧力伝達
   材とを有し、而して前記間隙の少なくとも前記後面の部
   分の距離がこの部分の音響インピーダンスが小さくなる
   ような大きさ、望ましくは前記所定の周波数帯内の周波
   数における４分の１波長のほぼ奇数倍の大きさに設定さ
   れている音響的送受波器において、前記間隙の前記側面
   の部分の距離を前記４分の１波長より実質的に小さくし
   、この部分における音響インピーダンスを前記中なくと
   も後面の部分における音響インピーダンスより充分大き
   くするとともに、この側面の間隙部に非圧縮性の圧力伝
   達材が設けられて成ることを特徴とする水中用耐圧送受
   波器。