JP4765782B2 - 水中送波器及び水中送波方法 - Google Patents
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Description
その理由は、円筒状振動体の内部における水柱の共振を利用して音波を放射する場合、その音響共振周波数は、
音響共振周波数F=α1・C/(L+α2・R)
(ここで、C:円筒内媒質の音速、L:円筒長さ、R:円筒半径、α1、α2:円筒形状の補正係数)
で表される寸法関数となり、より低周波数化するためには、円筒長さを長くするか、円筒半径を大きくする必要があるためである。
その理由は、円筒内媒質の音速が水深により変化するからであり、前段で示した音響共振周波数の式からも明らかである。
このような問題は、媒質圧力の増減に応じて伸縮する圧力補償器を設けることにより解消可能であるが、圧力補償器を設けると軸長が伸びるので、より大きな収納容積が必要になるという新たな問題が生じてしまう。
以下、特許文献2に示される水中送波器について、図10及び図11を参照して説明する。
これらの図に示される水中送波器100は、屈曲振動方式を用いたものであり、圧電磁器により形成されるアクティブ円板101と、このアクティブ円板101が片面に取り付けられる屈曲自在なディスク102とからなる円板状振動体103を二つ備えている。二つの円板状振動体103は、アクティブ円板101が外側、ディスク102が内側となるように、Oリング104を介して向かい合わせに配置されるとともに、全体がモールド105により水密的に覆われている。
このように構成された水中送波器100によれば、二つの円板状振動体を同一周波数の駆動電圧により励起し、互に逆位相で屈曲振動させることにより、小型であっても、低周波の音波を高い音圧レベルで放射することが可能である。
その理由は、水中送波器の内部に空気層を有するため、使用できる水圧は円板状振動体の応力限界内となり、一定以上の水圧を超えると円板状振動体の応力破壊が生じるためである。
このような問題は、内部に圧力補償機構を設けることにより解消可能であるが、圧力補償機構を設けると、水中送波器自体が大型化するので、大きな収納容積が必要になるという新たな問題が生じてしまう。
その理由は、複数の円板状振動体が、水の流入が許容される空間を介して連接されており、内部に空気層を必要としないからである。これにより、圧力補償機構を設けなくても、水圧による円板状振動体の応力破壊が防止され、深深度水圧下での使用が可能になる。
このようにすると、二つの円板状振動体を用いて水中に音波を放射する場合に比べ、放射される音波の音圧レベルを高め、その到達距離をより長くすることができる。特に、円板状振動体の屈曲振動による内部媒質の排除圧力が、回折効果により中心軸直交方向に集中するので、中心軸直交方向の音圧レベルが高められる。
このようにすると、ディスクの両面にアクティブ円板が取り付けられたバイモルフ振動体を用いる場合に比べてコストダウンが図れ、また、駆動電圧の位相を反転させなくても、向かい合う円板状振動体を逆位相で屈曲振動させることができる。
このようにすると、円板状振動体を水や海水から保護し、絶縁不良や腐食による送信性能の低下を防止できる。
このようにすると、非使用時においては、複数の円板状振動体を重ね合わせ状に収納することが可能になるので、必要な収納容積を小さくし、収納効率を高めることができる。
このようにすると、二つの円板状振動体を用いて水中に音波を放射する場合に比べ、放射される音波の音圧レベルを高め、その到達距離をより長くすることができる。特に、円板状振動体の屈曲振動による内部媒質の排除圧力が、回折効果により中心軸直交方向に集中するので、中心軸直交方向の音圧レベルが高められる。
このようにすると、ディスクの両面にアクティブ円板が取り付けられたバイモルフ振動体を用いる場合に比べてコストダウンが図れ、また、駆動電圧の位相を反転させなくても、向かい合う円板状振動体を逆位相で屈曲振動させることができる。
このようにすると、円板状振動体を水や海水から保護し、絶縁不良や腐食による送信性能の低下を防止できる。
このようにすると、非使用時においては、複数の円板状振動体を重ね合わせ状に収納することが可能になるので、必要な収納容積を小さくし、収納効率を高めることができる。
図1は、本発明の実施形態に係る水中送波器に用いられる円板状振動体の部分断面斜視図、図2は、本発明の実施形態に係る水中送波器に用いられる円板状振動体の2次元軸対称振動モードを示す断面図、図3は、本発明の実施形態に係る水中送波器に用いられる円板状振動体の製造手順を示す概略斜視図、図4は、本発明の実施形態に係る水中送波器に用いられる円板状振動体の部分斜視図、図5は、本発明の実施形態に係る水中送波器に用いられる円板状振動体の他例を示す断面図である。
本実施形態の円板状振動体1は、ディスク3の片面にアクティブ円板2を取り付けたユニモルフ振動体であり、その寸法は、例えば、外径0.23λ、厚み0.03λとすることができる。
図6の(a)は、本発明の第一実施形態に係る水中送波器の断面図、(b)は、本発明の第一実施形態に係る水中送波器の2次元軸対称振動モードを示す断面図、図7は、本発明の第一実施形態に係る水中送波器の音圧分布図、図8は、本発明の第一実施形態に係る水中送波器の音圧周波数特性図である。
このようにすると、ディスク3の両面にアクティブ円板2が取り付けられたバイモルフ振動体を用いる場合に比べてコストダウンが図れ、また、駆動電圧の位相を反転させなくても、向かい合う円板状振動体1を逆位相で屈曲振動させることができる。
このようにすると、非使用時においては、複数の円板状振動体1を重ね合わせ状に収納することが可能になるので、必要な収納容積を小さくし、収納効率を高めることができる。
例えば、水柱共振方式を用いて同等外径で同等周波数での音圧レベルを実現させる場合、高さ寸法は0.28λ必要となる。これに対して本実施形態では、0.03λと薄い円板状振動体1を4つ備えることで実現するため、収納時の高さ寸法は0.12λとなり、収納効率が約60%改善されることになる。
また、第一実施形態の水中送波器10では、複数の円板状振動体1が、その外周部を固定支持する固定部材11と、固定部材11同士を繋ぐ可撓性の連接索12とを介して連接されるので、非使用時においては、複数の円板状振動体1を重ね合わせ状に収納することが可能になり、その結果、必要な収納容積を小さくし、収納効率を高めることができる。
つぎに、本発明の第二実施形態に係る水中送波器20について、図9及び図10を参照して説明する。
ただし、第一実施形態と共通の構成については、第一実施形態と同じ符号を付け、第一実施形態の説明を援用する。
これらの図に示すように、第二実施形態の水中送波器20は、二つの円板状振動体1を用いて構成される点が第一実施形態と相違している。
2 アクティブ円板
3 ディスク
4 ケーブル
5 モールド
10 水中送波器
11 固定部材
12 連接索
20 水中送波器
S 空間
Claims (8)
- 圧電磁器により形成されるアクティブ円板と、このアクティブ円板が片面又は両面に取り付けられる屈曲自在なディスクとからなる円板状振動体を複数備え、この円板状振動体の屈曲振動により水中に音波を放射する水中送波器であって、
水の流入が許容される空間を介して、複数の前記円板状振動体が、その外周部を固定支持する固定部材と、固定部材同士を繋ぐ可撓性の連接索により中心軸方向に連接されることを特徴とする水中送波器。 - 複数の前記円板状振動体が、中央の空間を介して二組に分けられるとともに、各組に含まれる複数の前記円板状振動体が、同一周波数の駆動電圧により励起され、互に逆位相で屈曲振動する請求項1記載の水中送波器。
- 複数の前記円板状振動体が、前記ディスクの片面に前記アクティブ円板を取り付けたユニモルフ振動体からなり、前記アクティブ円板が外側、前記ディスクが内側となるように配置される請求項1又は2記載の水中送波器。
- 複数の前記円板状振動体が、それぞれ水密的にモールドで覆われる請求項1〜3のいずれかに記載の水中送波器。
- 圧電磁器により形成されるアクティブ円板と、このアクティブ円板が片面又は両面に取り付けられる屈曲自在なディスクとからなる円板状振動体を複数用い、その屈曲振動により水中に音波を放射する水中送波方法であって、
水の流入が許容される空間を介して、複数の前記円板状振動体を、その外周部を固定支持する固定部材と、固定部材同士を繋ぐ可撓性の連接索により中心軸方向に連接し、
連接した複数の前記円板状振動体を、同一周波数の駆動電圧により励起し、屈曲振動させる
ことを特徴とする水中送波方法。 - 複数の前記円板状振動体を、中央の空間を介して二組に分けるとともに、各組に含まれる複数の前記円板状振動体を、同一周波数の駆動電圧により励起し、互に逆位相で屈曲振動させる請求項5記載の水中送波方法。
- 複数の前記円板状振動体を、前記ディスクの片面に前記アクティブ円板を取り付けたユニモルフ振動体とし、前記アクティブ円板が外側、前記ディスクが内側となるように配置する請求項5又は6記載の水中送波方法。
- 複数の前記円板状振動体を、それぞれ水密的にモールドで覆う請求項5〜7のいずれかに記載の水中送波方法。
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