JPS6165598A

JPS6165598A - 広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデユーサ及びその製造方法

Info

Publication number: JPS6165598A
Application number: JP60186756A
Authority: JP
Inventors: シエグフリエ　ケレン
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat à l'Énergie Atomique et Aux Énergies Alternatives
Priority date: 1984-08-28
Filing date: 1985-08-27
Publication date: 1986-04-04
Also published as: US4782471A; DE3577476D1; EP0177383A1; EP0177383B1

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】（発明の背景）この発明は広い通過帯域を有する弾性波の単方向トラン
スデユーサに関する。弾性波なる用語は液体又はガス中
を伝送する圧力波を意味すると解釈される。圧力波の場
合は、弾性波は音波即ち音Δ波と呼ばれることが多い。

トランスデユーサは伝送用いることができるが、そのと
きは電気信号を弾性波に変換し、一方受信においては弾
性波を電気信号に変換するものである。この発明による
トランスデユーサは、特に音波及び超音波を伝送するよ
うになっている。

高周波弾性波信号（超音波）の海中伝送はこの発明の好
ましい適用分野である。そこでのトランスデユーサは送
信器及び受信器のいずれにおいても水中聴音器のように
用いることかてきる。このようなトランスデユーサの広
い通過帯域は、高周波により信号、例えば特に水中を伝
送するテレビジョン信号（約２００ＫＨｚの通過帯域）
、会話信号又は他のあらゆる情報信号の伝送を可能にす
る。

高忠実度の音声再生はこの発明の他の好ましい応用分野
である。伝送に用いるトランスデユーサは広い通過帯域
を有する高パフォーマンスのラウドスピーカか得られる
。

この発明によるトランスデユーサの原理は磁歪効果に基
づいている。磁歪とは磁界の影響を受けたときに、幾何
学的な変形（収縮、膨張、曲がり、ねじれ等）を発生す
るある種の物質の特性である。複数の合金、特に強磁性
体の混合物は磁歪物質である。

電気信号を弾性波に変換するこの種の物質を用いること
は、新しいことではない。「磁歪コアを有する電気音響
トランスデユーサ」と題するフランス特許第７７０２３
：１：１号はこのような装置を説明している。

公知のこのようなトランスデユーサは基本的にソレノイ
ドに構成された磁歪バーを備えている。

このコイルの端子に電圧信号が印加されたときは、この
コイルは、使用している磁歪材料の特性の関数として磁
歪バーを伸張又は圧縮させる磁界をソレノイド軸に発生
する。これにより、磁歪バーの各端に弾性波が発生し、
この弾性波が磁歪バーの軸にほぼ並行な方向に伝搬する
。

従って、弾性波が磁歪バーの軸に方向にのみ伝送される
ので、このコイルは単方向電気音雪トランスデユーサと
して動作する。この軸方向の伝送特性は、あらゆる応用
面で好ましものではなく、゛　特に弾性波を全方向に同
一の強さで伝送することが望ましい音波の高忠実度再生
において大きな欠点となり得る。

［音スペクトルにおいて非常に高い周波用単方向ラウド
スピーカ」と題するフランス特許第８１０６１５０号は
、使用した材料の関数として、磁歪バーの線形伸張又は
線形圧縮に基づき、実質的に単方向の弾性波を発生させ
ることができ、空中において使用可能な電気音響トラン
スデユーサを説明している。第１図において、この特許
の示すところに従ったラウドスピーカの構造を示す。

このラウドスピーカは木質的に剛性の２つの半球２，４
からなり、これらは弾性体の円形ジヨイント６により相
互接続される。半球２．４は、球内に配置され、かつこ
れらに硬く接続された制御素子８と共に脈動する半球を
形成するように、円形ジヨイント６に接着により固定可
能である。

制御素子８は細長く、素子に変換されるべき電気信号に
応答して長さ方向に変化することがてきる。制御素子８
は、これら長さ方向の変化による力を半球２．４の方向
、即ち半球２．４の接合面に直角の方向へ伝送する。

制御素子８の長さは、例えば半球２．４の直径より小さ
く、剛性の伝送部１０．１２を介して半球２．４に接続
されている。更に、伝送部１０．１２は”、それらの頂
部から十分に離れた位置で半球２．４に直角に噛み合っ
ており、制御素子８の長さの変化に応答して半球２．４
を連続的に変位即ち振動させる。これらの伝送部１．０
．１２は半球のキャップ状にほぼ形成されている。

制御素子８は丸い又は四角い断面を有し、磁歪材料から
作成され、かつ誘導コイル１６を巻き付けたバー１４に
より構成されている。弾性波に変換されるべき電気信号
は、円形ジヨイント６に形成された開口を貫通する電気
的な二本の導体１８．２０によりコイル１６の終端に印
加される。

伝送部１０．１２により、磁歪材料からなるパー１４の
線形な伸張を二つの半球２，４の変位にそれぞれ変換す
ることができる。このようにして発生した弾性波はほぼ
単方向性となる。

しかし、一部だが二つの半球２，４を結合する弾性の円
形ジヨイント６が存在するためにその面にて音波の伝送
を妨げると言うこと、また伝送部１０、１２は伝送する
力の線形特性を変形しないと言うことにより、発生した
弾性波は完全には単方向性ではない。従って、これは、
正確に言うと脈動する球面ではなく、即ち可変の半径を
有するが、与えられた瞬間の各点が同一であり、かつ同
一の方向へ単に線形移動するだけの二個の半球であフて
、意味が逆である。

（発明の要約）この発明は、従来装置の欠点を除去することを目的とす
るものであり、特に単方向性の欠如を真に除去すること
を目的とする。この目的は硬い磁歪材料のダイヤフラム
即ち膜と、関連する電気的な制御手段とを用いることに
より達成される。各ダイヤフラムの表面素子はその法線
方向に印、方向性の弾性波トランスデユーサを構成する
。

ダイヤフラムは任意形状のものでよい。この形状はダイ
ヤフラムの各表面素子に対して法線方向の弾性波によフ
て伝送方向を定めるものである。

従って、閉曲面（球面、長円面、二つの半球により閉じ
られたシリンダ等）状をなすダイヤフラムはトランスデ
ユーサに単方向特性を与える。この発明によるトランス
デユーサのダイヤフラムも非閉曲面を有し、例えば半球
形の場合はトランスデユーサは空間の半平面において単
方向性となる。

ダイヤフラムに関連する電気的な制御手段は電気的な二
つの端子を備えると共に、少なくともダイヤフラムの一
部の近傍に配置される。従って、制御手段はその端子間
に印加される電気信号に応答して前記ダイヤフラムの近
傍にほぼ均質な磁界を発生する。この磁界はダイヤフラ
ムの各表面素子を幾何学的に変形（伸張又は収縮）させ
、弾性波を発生させる。逆に、弾性波がダイヤフラムに
到達すると、この弾性波（圧力、真空）の作用により幾
何学的な変形が直流磁界の値を変化させ、トランスデユ
ーサを分極させる。このトランスデユーサは、送信又は
受信周波数を２倍にしたいときは明らかに不可欠である
。この制御手段は分極した磁界の変化を検出するように
設計されているので、前記磁界の変化に対応した電気信
号を供給することになる。

好ましい方法として、トランスデユーサはダイヤフラム
を連続的に分極させる手段（磁石又は′制御手段に給電
する直流電源であればよい）からなる。連続的な分極は
、トランスデユーサを受信に用いたとき、即ちトランス
デユーサが弾性波を電気信号に変換するときに必要であ
る。また、連続的な分極は、制御手段に供給する電気信
号の関数の弾性波を伝送するときに要求されるが、必須
のものではない。

ダイヤフラムは、閉曲面のときはその内外圧を平衡させ
る手段を備えているのが好ましい。この手段は、例えば
可変深度の水中でトランスデユーサを使用しようとする
場合に特に重要である。

内外圧の平衡はダイヤフラムに少なくとも一つの小さな
穴を作る簡単な方法により得られる。ダイヤフラムの外
面の圧力もダイヤフラムの内部空間を弾性材により満た
すことにより補償することができる。ダイヤフラムが液
体即ち水中に設置されている場合は、補償は与えられた
深さに対してのみ正しいものとなる。しかし、この実施
態様はある深度範囲でトランスデユーサを用いることを
可能にさせる乙のである。

好ましい方法として、ダイヤフラムが閉曲面又は殆ど閉
曲面を形成しているときは、寄生反射を防ぐために、タ
イヤフラムの内部空間は弾性波吸収材、例えば綿、グラ
ス・ウールにより満たされる。

以下、この発明を非限定的な実施態様及び付図に関連さ
せて詳細に説明する。

（好ましい実施例の詳細な説明）以下では、ダイヤフラムが球面をなすこの発明によるト
ランスデユーサのいくつかの実施例について説明する。

ここでの形状は例示的な方法として理解され、またこの
発明によるトランスデユーサが閉曲面（長円形、閉成シ
リンダ等）又は閉曲面（球面、円錐、開放シリンダ等）
でよいランダム状のダイヤフラムを備えてよいことは明
らかである。この部材は回転面である必要はない。　第
２図はこの発明による単方向弾性波トランスデユーサの
第１の実施例を示し、ダイヤフラムを構成する中空の磁
歪材料の球２２により構成され、かつ直径上で対立する
２点に電気的な制御手段の端子をなす電気接続２４．２
６が備えられている。

当該技術分野の者にとり、磁歪材料は周知である。これ
らの磁歪材料が合金、フェライト、鉄−希土類元素の混
合物及び磁気アモルフォス混合物又は金属ガラスからな
る主要な４つのグループに分けられることたけ指摘して
おく。最もよく利用されている合金のうちで、多結晶ニ
ッケル、並びにある主の鉄−ニッケル、鉄−アルミニュ
ーム、ニッケルーコバルト及び鉄−コバルト合金を挙げ
ることができる。

ニッケルーコバルト合金は高度の電気機械的な結合係数
、製造の容易さ及び高耐食性の特長を合せもっているこ
とから興味のある材料である。例えば、ニッケル９６％
、コバルト４％からなる材料は、０．５の電気機械的な
結合係数を有する。

球２２は均質な脈動球面である。従って、電圧差が電気
的接続２４．２６間に印加されたときは、球２２のあら
ゆる点は同一の弾性波送信器を構成するので、球２２は
完全に単方向の弾性波送信器となる。

球２２を流れる電流は経線２８に沿って流れる。この電
流は、単位表面当り赤道近傍よりも極（端子２４．２δ
）近傍で大きいので、極近傍で脈動振幅を大きくするの
に有利となる。しかし、端子２４．２６は極近傍で球２
２を更に堅くさせるので、脈動振幅を制限する。このよ
うな対立する２つの要因はほぼ平衡しているので、球２
２の表面素子は大体同一の振動振幅を有する。端子２４
．２６間のインピーダンスは低い。このインピーダンス
は、球２２の直径が数センチメートル、その厚さか数ミ
クロンの場合は、数十分の１オームとなる。このインピ
ーダンスは低いので、通常の増幅器、例えば高忠実度分
野で用いられているものに直結させるためには整合変圧
器が必要である。端子２４．２６間の球２２のインピー
ダンスが数オームに過ぎないときは、このようなインピ
ーダンス整合変圧器を除去してもよい。第３図のトラン
スデユーサはこのような場合を示す。第２図のものと同
一の素子には同一の符号を付けである。球２２は、果物
の皮をむいたときと同じような方法で、第２図のものを
ストリップに切ることにより得られる。弾性体のジヨイ
ント３３により、剛性の球２２を再構成することができ
る。

第２図のトランスデユーサにおける球２２のインピーダ
ンスは経線２８の長さの関数であるが、第３図のトラン
スデユーサにおける球２２のインピーダンスは磁歪スト
リップの長さ及び幅の関数である。従って、後者のイン
ピーダンスは大きく、固定した球のときはストリップ幅
の関数として調整可能である。

この発明による送信器は非常に広い通過帯域の従来装置
より優れている。例えば、この通過帯域は直径が４ｃｍ
の球のときは数キロヘルツから数百キロヘルツに及ぶ。

通過帯域の周波数は球の大きさと連係している。低周波
伝送の場合は、液体（水、空気等）の大容積を変位させ
ることが必要となり、この場合は球の直径が適当なもの
となる。

経験によれば、弾性波の送信エネルギは相当なものとな
り得る。この音晋エネルギは二つの要因により主として
限定されるもので、そのうちの一方は強力な磁界による
磁歪材料の磁気飽和であリ、他方は球面の温度が商くな
り過ぎたときである。球に印加し得る最大相対エネルギ
は、空気中に配置したときよりも水中に配置したときの
方が大きくなることに注目される。従って、直径が４ｃ
ｍ、厚さが０．０１ｃｍのニッケルーコバルト合金の球
は５０Ｗを超える負荷を簡単に吸収することができる。

好ましい実施態様によれば、球２２（第２図及び第３図
）は直流電源３２により連続的に分極される。これによ
り、球２２の端子に印加された電圧信号Ｖｅ　（第５ａ
図に示す）に比例した音習波（振幅Ａを第５ｂ図に示す
）を発生することが可能となる。

トランスデユーサが第２図のトランスデユーサの場合の
ようにインピーダンス整合変圧器３０及び直流電源３２
からなるときは、これらの２素子はうまく絶縁される。

これらの２素子は球２２の端子２４、２６に対して並列
接続される。通常、このような構成は、変圧器３０に直
流信号が流れるのを阻止するために変圧器３０に直列接
続されたコンデンサ２９と、直流′Ｉｕ源３２にトラン
ジエントイ１、号か７Ｑれるのを阻止するために直流電
源３２に直列接続されたチョーク３１とからなる。

球２２の分極は、トランスデユーサを送信に用いたとき
は必須のものではないか、電気信号の周波数は２倍にな
る。しかし、受信では分極か必要である。この場合は、
球２２の極に印加された電圧が受信した弾性波により変
化する。

第２図及び第３図に示す球２２に二つの開口を設け、こ
れによって内外面の圧力を平衡させることができる。こ
のため、任意数の開口及び穴が設け。

られるか、通常は一個又は二個あれば十分である。穴の
大きさは球２２の均質性をなくさない程度に小さくする
ことが好ましい。

これらの平衡手段は、球２２が空気中に配列されている
ときは必要ではない。しかし、球２２か水中で用いられ
るときは、球２２の外面に印加される圧力が高いので、
補償されなければない。穴３４はこの補償に影響する。

純水は弾性体でないことが知られている。従つて、球を
満たすのに純水を用いることはできず、これによって脈
動させることはできない。しかし、天然氷（湖水、海水
等）は遊離酸素や微生物を含み、ある程度の弾性を有す
るので、これを用いても不都合はない。

穴は、球の内部を満たす弾性体によりて置換することが
できる。この場合、球は次の方法で作成される。弾性体
の材料に例えば泡を作った後、公知の処理により堆積を
作り、前記味の全面に亙り磁歪材料の均質な層を例えば
真空蒸着させることにより、一つの球を作成する。

さて、第２図に示す一個の素子の形式にて中空の球を作
成する特定の方法を説明する。まず、剛性の材料、例え
ばプラスチック材料から中空の球を成型する。これには
、例えばビンボン即ちテーブル・テニスの球を作成する
プラスチック材料と同様のものを用いることができる。

この場合は、球状のモールドを二つの半球を接着するこ
とにより作成することができる。

次に、球状のモールドは電気的な導体、例えば銅のよう
な金属の層により被覆される。この層は化学的な真空蒸
着のような公知の方法により作成される。この層の厚さ
は０．１ｍｍである。これに電気分解による磁歪材の層
の堆積処理が続く。磁歪材料は、例えばニッケルーコバ
ルト合金からなり、その厚さは球の直径が４ｍｍのとき
は約０．０１１ｎ：である。

次の段階では、二つの穴を球の直径上で対立する点に作
成して、中空のモールド及び電気的な導電層を除去でき
るようにする。これらの穴は後で端子２４．２６を支持
するのに用いられる。

次に、球はモールドを溶解する糟に浸す。プラスチック
材料がピンポンの球と同じような材料からなる場合は、
球をアセトンに浸すことにより簡単にこのプラスチック
材料を溶解させることができる。最後に電気的な導電層
はニッケルを工・ンチングしない化学的なエツチング処
理により除去される。

中空の磁歪材料の球は以上で完成する。後は、端子２４
．２６を形成するために球にある二つの穴に電線を溶接
たけである。最後に、球か主として水中（氷中聴音器）
即ち液体中で用いられるときは、内外圧を平衡させるた
めに一つ以上の穴を開けてもよい。

球の製造方法の変形は、例えば電気分解による堆積によ
り、モールド物上に磁歪材料の層を堆積させる処理から
なる。これにより、電気的な導電体の層を堆積させる処
理を省略することが可能である。本出願人はこれらの各
処理に従って球を作成した。これらの球は約９０％のニ
ッケルと１０％のコバルトとからなる合金により作成さ
れている。

一般に、モールド上の堆積には公知の全ての方法を用い
ることができる。

一個の素子として球を作成する二つの処理がある。これ
らの処理はある特殊な場合、特に（例えば１０ｃｍを超
えるような）大きな直径の球を作成したい場合に、実行
困難となることがある。この場合は、例えば磁歪材料か
ら同一の二つの半球を別個に作成することができる。

この製造処理により得た球を第４　［’４に断面図によ
り示す。この球は中空の二つの半球３６．３７により構
成され、半球３６．３７はそれぞれ電気的な絶縁層３９
により覆われた又は埋め込まれた卸、穴か開けられた薄
い金属シート等のよ、うな材料からなる中空の二つの半
球３６により構成される。この層により、良好な電気？
″？響変換効率を得るために必要とした格子穴を塞ぐこ
とが可能となる。この格子穴のメツシュは約ｉｎ＋ｍの
大きさである。交差１−るユニ列のワイヤはいずれも磁
歪材料から作成することができる。しかし、球の経線（
極を形成１−る端。

子２４．２６間）を形成する列のワイヤのみを磁歪材料
から作り、他の列のワイヤを任意の材料、例えば電気的
な絶縁材料から作った格子を用いることもできる。空中
に音を発生させるためにこの実施態様を用いるときは、
通常のラウドスピーカを作成するときに用いる材料を用
いてこのような絶縁層を形成することができる。

溶接によりこれらを接続するのを容易にするため、各半
球の台をリング４０．４２から構成することかできる。

この二つの半球は、各リング４０．４２を結合させる、
例えば軟温による鑞付けやアルゴン溶接により結合され
る。

端子２４．、２６は、例えば溶接部上に位置し、球の直
径上で対立する２点に作られる。これは、溶接４４に対
応する二つの経線を除き、極を形成する二つの端子２４
．２６を結ぶ全ての経線が同じなので、はぼ均質な脈動
球面を得ることを可能にするものである。

第４図に示す球２２は、第２図に示す球２２と全く同じ
ように機能しており、送信及び受信の両方に用いること
かできる。球２２は、送信においては分極しないが、受
信においては分極する。

第４図の実施態様に示したように、球を分極させること
なく送信に用いたときは、弾性波に変換されるべき交流
電気信号はインピーダンス整合手段（変圧器３０でもよ
い）を介して球の二つの端子２４、２６に直接伝送され
る。

第６ａ図及び第６ｂ図は第４図の球２２に印加された電
気信号Ｖｃ間の関係と、球を分極していないときに伝送
される弾性波の特性Ａとを示す。この場合の球は送信器
を構成し、電気信号の周波数を２倍にしている。

第４図辷示す球も、それぞれ構造が第１図に示す球と同
一の２個の半球から作成することができる。これらの半
球は第１図の半球と同じ方法で作られた後、溶接、接着
等により結合されたものである。

磁歪材料の半球を作成する簡単かつ安価な他の存効な方
法として打ち抜きがある。この方法は、−個のトランス
デユーサによって全周波数の音声スペクトルを再生でき
るので、直径が数センチの半球を容易に作成することが
できるる。

第７図及び第８図はこの発明によるトランスデユーサの
第２の実施態様を示すもので、ダイヤフラムが磁歪球か
らなり、制御手段が首記ダイヤフラム周りに巻き付けら
れ、絶縁されている電気的な導体からなる。第２図及び
第４図に示した第１の実施態様と異なり、第７図及び第
８図によるトランスデユーサにはダイヤフラムと制御手
段との間に電気接点は存在しない。

第２の実りべ態様の第１の変形例を第７図に示１−０こ
のトランスデユーサは中空の磁歪材料の球５０からなり
、球５０の回りには絶縁された電気的な導体５２か巻き
付けられ、導体５２により表面コイル５４が形成されて
いる。

中空の球５０は、球状のモールドにニッケル合金の被膜
を堆積し、例えば真空蒸着し、球に穴を開けた後、溶解
によりモールドを除去することにより、−個の素子とし
て作成される。

表面コイル５４は、例えば直径が数センチメートルの球
に対して直径が約０．１ｍｍから０．２ｍｍの銅線から
なる。この銅線はエナメル、シース等により電気的に絶
縁されている。コイルの巻線は隣接しているのが好まし
く、これによりトランスデユーサの均質性及び感度が改
善される。コイルの剛性は図示していない適当な被覆層
により確保される。

伝送においては、電気的な制御手段の端子を構成する表
面コイル５４の終端５６．５８が、球により弾性波に変
換された交流電圧信号を供給できるようにしている。受
信においては、球の磁気分極が存在する限り（首記の場
合）、而記コイルの終端５６、５８に受信した弾性波に
対応した交流電圧信号か発生する。

この実施態様は、（線径かＯ，１ｍｍの銅線から作成し
た直径が数十センチメートルであり、巻線を隣接させて
いるコイルの場合に）電気的な制御手段の端子間のイン
ピーダンスか数オームとなるのに対して、第２図及び第
４図によるトランスデユーサでは前記インピーダンスが
もっと低くなる効果がある。従って、多くの場合は、イ
ンピーダンス整合変圧器を省略することかできる。

水のような液体中でトランスデユーサを用いる場合は、
球はその内外圧を平衡させる手段を備える必要がある。

所望の液体により首記球を満た１−めには、球の少なく
とも一つの開口６０によりこのような平衡を簡単に得る
ことができる。これらの開口又は穴は、コイル５４によ
り覆われることはないので、前記コイルの一端５６．５
８の近くに配置すると効果的である。これらの平衡手段
は５　トランスデユーサをかなり深い水中で用いる場合
に特に必要とする。もし動作深度が限定されているとき
は、このようなものは必要でない。

第７図に示すトランスデユーサは分極用電源により完全
なものとなり得る。公知の分極手段として、例えば第２
図及び第３図に示す直流電源、又は球に配置された永久
磁石６１を用いることができる。永久磁石６１は、球の
内部が弾性波吸収材により満されているときは、容易に
位置を定めることかできる。分極は受信に必要である。

しかし、トランスデユーサは送信において分極なしに動
作させることができる。ただし、この場合の弾性波は印
加された交流電気信号の２倍周波で送信をする。

第７図による単方向トランスデユーサは次のように動作
する。受信において、受信した弾性波は磁歪材料の球に
脈動を発生させる。この脈動により表面コイル５４に電
流が流れるので、終端５６．５８の電位差を変調させる
。送信の場合は、この現象が逆になる。終端５６．５８
の電位差、従って１１「記コイルを流れる電流の変化に
より、そのコイルの磁界が変調される。この変調は、球
５０を脈動させるので、弾性波を伝送させるものとなる
。

第７図のトランスデユーサの変形例を第８図に示す。導
体５２の巻線は最早隣接しておらず、球２２の大きさが
相当なものであっても、終端５６．５８間のインピーダ
ンスを数オーム以上に増大させないようにすることがで
きる。導体５２は終端５６．５８を通る軸に対してほぼ
直角な面にターンを形成するように巻き付けられている
。この変形例での球は数十センチメートルの直径が可能
である。従って、球は全ての音声周波数（低域、中域及
び非常な高域）を再生することができ、汎用のラウドス
ピーカとして高忠実度の音声再生に用いることができる
。

第９図及び第１０図はこの発明による単方向弾性波トラ
ンスデユーサの第３の実施態様を示す。

第９図に示すトランスデユーサはワイヤ７４を巻きイ・
１けて１：）た球状のコイルからなる。説明を簡単にす
るため、巻線が隣接していないコイルを示す。しかし、
コイルの均一性は昨方向性を高めるので、実際には隣接
した巻線のコイルが好ましい。

第１０図に示すように、ワイヤ７４は電気的な導体のワ
イヤ７８を巻き付けた磁歪材料のワイヤ７６により構成
されている。このワイヤ７８は磁歪材料のワイヤ７６か
ら電気的に絶縁されており、例えばシース又はエナメル
被覆の銅線により構成することかできる。電気的なこの
ワイヤ７８の終端は、球状コイル７２の終端８０．８２
及び電気的な制御手段の端子を構成している。

好ましい実施態様によれば、球状コイル７２は例えば直
流電源８４により連続的に分極される。トランスデユー
サを送信に用いたときは、球状コイル７２の分極は必須
のものではないが、この場合は印加される交流電気信号
の周波数が２倍にされる。

しかし、受信ではこの分極が必要である。次に、導体の
ワイヤ７８の終端８０．８２に印加される電圧は受信し
た弾性波により変調される。

球状コイル７２は、その剛性を確保するため、例えば適
当な被覆層（第９図には示していない）により被覆され
る。トランスデユーサを浸す液体か球状コイル７２を流
通できるようにして、球状コイル７２の内外面の圧力を
平衡させるためには、例え　　　゛ばワイヤ７８の終端
８０．８２の近傍に少なくとも一つの穴８６を設けるの
がよい。

内外圧を平衡させる穴を弾性体により置換し、球の内部
を充満させてもよい。この場合は、磁歪ワイヤを直接弾
性体の表面に巻き付ける。

次に、第９図に示す単方向トランスデユーサを作成する
手順を説明する。剛性材料、例えばプラスチック材料か
ら作られた中空の球モールドを用いる。これには、例え
ばビンボンの球を作成するときに用いるプラスチック材
料と同様のものを用いることができる。この場合は、二
つの半球を互いに接着することにより、球面モールドを
作成することができる。

これに続いて、絶縁された電気的な導体のワイヤ７８を
巻き付けている磁歪材料のワイヤ７６により構成されて
いるワイヤ７４を接着する。絶縁された導体のワイヤ７
８の終端は端子を構成しており、磁歪材料を励磁又はそ
の脈動を検出することができる。球状コイル７２は被覆
層を堆積することにより剛性になる。

次の段階では、中空のモールドを除去することができる
ように前記被覆層に、例えば導電性のワイヤの一つ終端
の近傍に少なくとも一つの六８６を作成する。このよう
な除去処理はモールドを溶解する糟に球面コイル７２を
浸すことにより行なう。

ピンポンの球のプラスチック材料と同じものから当該モ
ールドが作られている場合は、このような溶解処理は球
面コイルをアセトンに浸すことにより簡単に得られるも
のである。また、モールドを溶解するために作られた開
口によってコイルの内外圧の平衡を保つこともできる。

トランスデユーサに関連させてこの発明を説明した。こ
のような例を選択したのは、磁歪ダイヤフラムの球が最
高の単方向性トランスデユーサであり、この形状が与え
られた面を有するダイヤフラムのうちで最も低周波特性
が優れているためである。従って、ダイヤフラムの低周
波限界はダイヤフラムの直径が増加するに従って低くな
る。

しかし、この発明は球面のダイヤフラムを有するトラン
スデユーサに限定するものではない。例えば、第１Ｉ図
及び第１２図はダイヤフラムが中空のシリンダ状をなし
、かつシリンダの一部をなすトランスデユーサを示もの
で、これらは第４図の場合のようにそれぞれ電気的絶縁
層により覆われ、又は埋め込まれた磁歪材料の格子によ
って構成されている。

第１１図のトランスデユーサのダイヤフラムはシリンダ
９０から構成され、その円形の台が二つの半球９２．９
４によりその端部にて閉成されている。制御手段の端子
は半球９２．９４の先端に固定された二つの接続子９６
．９８により構成されている。シリンダの長さが適当な
ときは、接続子９６．９８間のインピーダンスは数オー
ムであり、高忠実度再生に用いる場合でもインピーダン
ス整合手段を設ける必要はない。

この場合は、永久分極手段を備えなければならず、特性
が不揃えのものになり得る。例えば、第１１図のトラン
スデユーサは一台の直流電源１００を備えている。

第１２図のトランスデユーサはシリンダの一部の形成す
るダイヤフラム１０２有する。その表面は円弧をなす有
限長の並行線グループとして正確に定められる。制御手
段の端子は円弧状に電気的な導体１０４　Ｌ　１０６か
ら構成され、ダイヤフラム１０２の上下端に接続される
。このトランスデユーサには、例えば直流電源１０８の
ような連続的な分極手段を備えることができる。ダイヤ
フラムの外側へ、即ち凸面側に対して弾性波を伝送する
ことのみを必要とする場合は、内面、即ち凹面を弾性波
吸収材料により覆ってもよい。

この発明の目的は単方向性の弾性波送信器及び受信器を
提供することにあるとしたが、この発明によるトランス
デユーサは、指向性の高い弾性波の送受信に用いること
もできるものである。このような応用例は第１３図に示
されており、この場合はタイヤプラムか球面をなす。

第１３図において、球面ダイヤフラム１１２は回転放物
面の焦点に配置される。このような構成により、送信に
おいては単方向弾性波の指向性か高められ、また受信に
おいては検出感度が高められる。

結論として、この発明によるトランスデユーサの主な効
果は以下のように要約される。

−完全な単方向性、 −非常に広い通過帯域幅、 −強力な送信器、特に液体中、例えば水中（氷中聴音器
） −高い検出感度、 −簡単、従って高信頼性にして安価なトランスデユーサ −製造が容易。

特定の実施例に関連させてこの発明を説明した。しかし
、この発明がこのようなものに限定されるのではなく、
ダイヤフラムの形状、ダイヤフラムの構造、電気的な制
御手段の形式、直径に関連する前記制御手段の構造及び
その製造方法がどのようなものであっても、磁歪ダイヤ
フラム及び電気的な制御手段を有する全てのトランスデ
ユーサを含むことは、明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるほぼ単方向電気音習トランスデ
ユーサの断面図、第２図は磁歪層によりダイヤフラムを
形成したこの特許の第１の実施態様の単方向弾性波トラ
ンスデユーサ電気回路、第３図は磁歪ストッリブからダ
イヤフラムを得る第２図のトランスデユーサを変形した
外形図、第４図は第２図の単方向弾性波トランスデユー
サの他の変形例を示す断面図、第５ａ図及び第５ｂ図は
第２図及び第３図のトランスデユーサのダイヤフラムに
印加された電気信号とこれに対応する送信弾性波Ａとを
表わす波形図、第６ａ図及び第６ｂ図は第４図のトラン
スデユーサのダイヤフラムに印加された電気信号とこれ
に対応される送信弾性波Ａを表わす波形図、第７図は電
気的な制御手段かダイヤフラム上に電気導体であるこの
発明によるトランスデユーサの第２の実施態様の破断面
図、第８図は第７図のトランスデユーサの変形例を示す
外観図、第９図は磁歪線を巻付けることによりダイヤフ
ラムを得たこの発明による変圧器の第３の実施態様を示
す外観図、第１Ｏ図は第９図のトランスデユーサの磁歪
線の周囲の電気的な制御手段により構成された電気導体
の巻線を示す外観図、第１１図はシリンダ状のダイヤフ
ラムを有するこの発明によるトランスデユーサの実施例
の外観図、第１２図はダイヤフラムがシリンダ部からな
るこの発明によるトランスデユーサの実施例の外観図、
第１３図は完全に単方向であり、かつ強力な弾性波を発
生するようにしたこの発明による球面ダイヤフラムの概
要図である。２）４．９２．９４−・・半球、８・・・制御素子、ｔ
８−・・導体、　　　　　１４−・・バー、２２）５０
・・・球、　　　　２４．２６．８０．８２・・・端子
、３２）８４，１００．１０１１−・・直流電源、５４
・・・表面コイル、　　５６．５８．８０．８２・・・
終端、６１・・・永久磁石、　　　７２・・・球面コイ
ル、７４．７６、７８・・・ワイヤ、９０−・・シリン
ダ、９６、９８−・・接続子、　　１０２，１１２−・
・ダイヤフラム。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデュ
ーサにおいて、各表面素子によりその法線方向に対して
一つの単方向性弾性波トランスデューサを形成する剛性
の磁歪ダイヤフラムと、電気的な二つの端子を有し、そ
の端子に印加された電気信号に従って均質な磁界を前記
ダイヤフラムの近傍に発生させる、又は受信した弾性波
の関数として前記ダイヤフラムの磁界の変化に従って電
気信号を供給する電気的な制御手段とを備えたことを特
徴とする広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデ
ューサ。
（２）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイヤ
フラムを連続的に分極させる手段を備えたことを特徴と
する広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデュー
サ。
（３）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイヤ
フラムは磁歪性の磁気面と、電気的な絶縁をする被覆層
とからなることを特徴とする広い通過帯域を有する単方
向弾性波トランスデューサ。
（４）特許請求の範囲第３項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記磁歪性
の磁気面は磁歪材料の格子であることを特徴とする広い
通過帯域を有する単方向弾性波トランスデューサ。
（５）特許請求の範囲第３項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記磁歪性
の磁気面は磁歪ワイヤから電気的に絶縁された電気的な
ワイヤを巻き付けたコイル状の磁歪ワイヤであると共に
、前記電気的なワイヤの端部は電気的な前記制御手段の
端子を構成していることを特徴とする広い通過帯域を有
する単方向弾性波トランスデューサ。
（６）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイヤ
フラムは磁歪材料層から形成されていることを特徴とす
る広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデューサ
。
（７）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記制御手
段は前記ダイヤフラムの表面に巻き付けられた電気的に
絶縁された電気的なワイヤにより構成共に、前記制御手
段の端子は電気的な前記ワイヤから構成されていること
を特徴とする広い通過帯域を有する単方向弾性波トラン
スデューサ。
（８）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、電気的な前
記制御手段の二つの端子は前記磁歪材料のダイヤフラム
の一点にそれぞれ電気的に接続されていることを特徴と
する広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデュー
サ。
（９）特許請求の範囲第１項記載の広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイヤ
フラムは回転面であることを特徴とする広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサ。
（１０）特許請求の範囲第９項記載の広い通過帯域を有
する単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイ
ヤフラムは閉曲面であることを特徴とする広い通過帯域
を有する単方向弾性波トランスデューサ。
（１１）特許請求の範囲第１０項記載の広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダ
イヤフラムは内外圧を平衡させる手段からなることを特
徴とする広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデ
ューサ。
（１２）特許請求の範囲第１１項記載の広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダ
イヤフラムの内部空間は弾性波吸収材により満たされて
いることを特徴とする広い通過帯域を有する単方向弾性
波トランスデューサ。
（１３）特許請求の範囲第９項記載の広い通過帯域を有
する単方向弾性波トランスデューサにおいて、前記ダイ
ヤフラムは球面であることを特徴とする広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサ。
（１４）広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデ
ューサの製造方法において、ダイヤフラムを作成する段
階と、電気的な制御手段を配置する段階とからなると共
に、前記ダイヤフラムを作成する前記段階は作成すべき
前記ダイヤフラムの形状のモールドを作成する処理と、
前記モールドに対して磁歪材料の格子面を適合させるこ
とにより前記面を成形する処理と、前記格子面に又は周
りに電気的な絶縁被覆層を堆積させる処理と少なくとも
連続させて備えていることを特徴とした広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサの製造方法。
（１５）特許請求の範囲第３項記載の広い通過帯域を有
する単方向弾性波トランスデューサの製造方法において
、ダイヤフラムを作成する段階と、電気的な制御手段を
配置する段階とを備えると共に、前記ダイヤフラムを作
成する前記段階は作成すべき前記ダイヤフラムの形状を
有するモールドを作成する処理と、前記モールドに対し
て磁歪材料のワイヤを巻き付ける処理と、前記モールド
を除去する処理とを少なくとも備えていることを特徴と
した広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデュー
サの製造方法。
（１６）特許請求の範囲第１５項記載の広い通過帯域を
有する単方向弾性波トランスデューサの製造方法におい
て、電気的な前記制御手段を配置する段階は前記磁歪材
料のワイヤの周りに絶縁された電気的なワイヤを巻き付
け、更に前記モールドに前記磁歪材料のワイヤを巻き付
ける処理からなることを特徴とした広い通過帯域を有す
る単方向弾性波トランスデューサの製造方法。
（１７）ダイヤフラムを作成する段階及び電気的な制御
手段を配置する段階を備え、特許請求の範囲第６項記載
の広い通過帯域を有する単方向弾性波トランスデューサ
の製造方法において、前記ダイヤフラムを作成する前記
段階は作成すべき前記ダイヤフラムと同じような形状の
モールドを作成する処理と、前記モールド上に磁歪材料
層を堆積させる処理とを少なくとも連続させて備えてい
ることを特徴とした広い通過帯域を有する単方向弾性波
トランスデューサの製造方法。