JP7285037B1 - 超音波送受波器 - Google Patents

Abstract

スカッパー孔よりも大きなケースを、スカッパー孔を介して簡単に船内側から船外側に出して取付固定できる超音波送受波器を提供する。本発明の超音波送受波器１１は、超音波を送受信する超音波振動子をケース２１内に収容した状態でモールドした構造を有し、船底に設けられたスカッパー孔を利用して取付可能である。ケース２１は、ケース長さ方向の寸法Ｌ１がスカッパー孔の内径よりも大きい一方で、ケース幅方向の寸法Ｌ２がスカッパー孔の内径よりも小さい縦長形状を有する。ケース２１は、上面２３にケーブル引出部２４を有し、ケーブル引出部２４は、ケース２１の中心部を基準として端部寄りの位置に偏心して配置される。ケーブル引出部２４の外周面には、ケース２１をスカッパー孔に対して船底の上側から固定する際に用いる雄ねじ構造部２５が形成される。選択図：図１

Description

本発明は、超音波を送受信する超音波振動子を備えた超音波送受波器に関するものである。

従来、超音波の送受信によって魚群などの被探査物を検知するための装置として、スキャニングソナーがよく知られている。一般的なスキャニングソナーは、超音波を送受信する超音波振動子を有する超音波送受波器と、その超音波送受波器を旋回及び回転させる駆動機構とを備えている。そして、この種のスキャニングソナーでは、超音波送受波器を旋回及び回転させながら超音波の送受信を行い、水中を探査するようになっている。

ところで、上記のような駆動機構を持たない代わりに、平面や球面を有する支持体の上に多数の超音波振動子をマトリックス状あるいはアレイ状に配置したスキャニングソナーも従来幾つか提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。また、このようなスキャニングソナーを船底にあるスカッパー孔を利用して取り付ける技術も従来提案されている。

特開２００６－１０５８５０号公報（図１等） 中華人民共和国特許公開ＣＮ－Ａ－１０９９５９９１５号公報（図１等）

しかしながら、上記従来のスキャニングソナーの場合、比較的大きなものをスカッパー孔を介して船内側から取付可能としたものは提案されていない。仮に、船内側から取り付けようとすると、スキャニングソナー全体を小型にしなければならないという問題がある。また、従来において、スカッパー孔よりも大きなケースを、超音波振動子を収容した状態で取り付けるためには、船舶を上架する必要があるため、ケースの取付固定が困難である。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スカッパー孔よりも大きなケースを、スカッパー孔を介して簡単に船内側から船外側に出して取付固定することができる超音波送受波器を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、超音波を送受信する超音波振動子をケース内に収容した状態でモールドした構造を有し、船底に設けられたスカッパー孔を利用して取付可能な超音波送受波器であって、前記ケースは、ケース長さ方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも大きい一方で、ケース幅方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも小さい縦長形状を有し、前記ケースの上面にケーブル引出部を有するとともに、前記ケーブル引出部が前記ケースの中心部を基準として端部寄りの位置に偏心して配置され、前記ケーブル引出部の外周面には、前記ケースを前記スカッパー孔に対して前記船底の上側から固定する際に用いる雄ねじ構造部が形成されていることを特徴とする超音波送受波器をその要旨とする。

従って、請求項１に記載の発明によると、ケースが、ケース長さ方向の寸法がスカッパー孔の内径よりも大きくなるものの、ケース幅方向の寸法がスカッパー孔の内径よりも小さい縦長形状を有している。しかも、ケースの上面に設けられたケーブル引出部が、ケースの中心部を基準として端部寄りの位置に偏心して配置されている。その結果、スカッパー孔よりも大きなケースを、スカッパー孔を介して船内側から船外側に出した後、ケーブル引出部に形成された雄ねじ構造部を用いてスカッパー孔に簡単に固定することができる。ゆえに、ケースの取り付けに際して、船舶を上架しなくても済む。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記超音波振動子は、互いに照射方向が異なる複数の超音波振動子を含み、複数の前記超音波振動子は、前記ケース長さ方向に沿って配列されていることをその要旨とする。

従って、請求項２に記載の発明によると、複数の超音波振動子がケース長さ方向に沿って配列されるため、ケースをコンパクトに構成することができる。また、各超音波振動子の照射方向が互いに異なるため、超音波振動子を回転させたりしなくても、多周波、多方位の探知が可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、複数の前記超音波振動子は、第１音響放射面及び前記第１音響放射面に直交する第１中心軸を有する第１超音波振動子と、第２音響放射面及び前記第２音響放射面に直交する第２中心軸を有する複数の第２超音波振動子とからなり、複数の前記第２超音波振動子は、前記第２中心軸が前記第１中心軸に対して２０°以上４０°以下の範囲から選択した１つの角度をなすように傾斜して配置されていることをその要旨とする。

従って、請求項３に記載の発明によると、第１超音波振動子の第１中心軸を基準として、複数の第２超音波振動子の第２中心軸を傾斜させて配置している。このように配置することで、各々の第２超音波振動子の第２音響放射面を、互いに異なる方向を向いた状態とすることができる。ゆえに、水中の広い探査エリアを限られた少ない数の超音波振動子でカバーすることが可能となり、広範囲を比較的早く探査することができる。しかも、超音波振動子の総数が少ないことから、ケースをコンパクトに構成することができる。さらに、チャンネル数も少なくて済むため、切換制御のための構成が簡略化され、安価な超音波送受波器とすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３において、複数の前記超音波振動子は、２列かつ千鳥状に配列されていることをその要旨とする。

従って、請求項４に記載の発明によると、特定の超音波振動子から照射される超音波が、別の超音波振動子の陰になって遮られることを防止できる。また、複数の超音波振動子が２列かつ千鳥状に配置されることにより、ケースのケース長さ方向の寸法を短くすることができるため、ケースの取り扱いが容易になる。しかも、各超音波振動子は、２列であっても千鳥状に配置されるため、ケースのケース幅方向の寸法が大きくなり過ぎない。よって、ケースのケース幅方向の寸法を、スカッパー孔の内径よりも小さく抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３において、複数の前記超音波振動子は、２列かつ千鳥状に配列されているとともに、複数の前記第２超音波振動子は、隣接する前記ケースの側壁と反対側を向くように傾斜して配置されていることをその要旨とする。

従って、請求項５に記載の発明によると、特定の第２超音波振動子から照射される超音波が、ケースの側壁の陰になって遮られることを防止できる。しかも、特定の超音波振動子から照射される超音波が、別の超音波振動子の陰になって遮られることも防止できる。さらに、ケースが有する側壁により、ケースを補強することができる。また、複数の超音波振動子が２列かつ千鳥状に配置されることにより、ケースのケース長さ方向の寸法を短くすることができるため、ケースの取り扱いが容易になる。しかも、各超音波振動子は、２列であっても千鳥状に配置されるため、ケースのケース幅方向の寸法が大きくなり過ぎない。よって、ケースのケース幅方向の寸法を、スカッパー孔の内径よりも小さく抑えることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、複数の前記超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えることをその要旨とする。

従って、請求項６に記載の発明によると、複数の超音波振動子を、簡単にかつ確実に所定の正しい位置及び傾きに保持することができる。また、このような振動子ホルダを用いることで、各超音波振動子同士を位置決めするときの面倒な作業が不要になる。よって、高品質であって製造が容易な超音波送受波器とすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、複数の前記超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えるとともに、複数の前記超音波振動子を保持した前記振動子ホルダは、前記ケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされ、前記充填剤は、前記超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有するとともに、外表面が前記ケースの開口部と面一になるように充填されることで前記ケースの開口部を塞いでいることをその要旨とする。

従って、請求項７に記載の発明によると、振動子ホルダにより、複数の超音波振動子を、簡単にかつ確実に所定の正しい位置及び傾きに保持することができる。また、このような振動子ホルダを用いることで、各超音波振動子同士を位置決めするときの面倒な作業が不要になる。よって、高品質であって製造が容易な超音波送受波器とすることができる。

しかも、請求項７に記載の発明では、複数の超音波振動子がケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされている。この充填剤は、超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有する。また、この充填剤は、外表面がケースの開口部と面一になるように充填され、開口部を塞いでいる。従って、複数の超音波振動子が充填剤に埋設されて不可視となる結果、各超音波振動子が保護され、防水性が向上する。また、ケースの開口部側が凹凸のない超音波放射面となるので、見た目が煩雑になりにくく、水中での抵抗も低減される。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋めるとともに、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有する固定具をさらに備え、前記ケースは、前記固定具の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定されることをその要旨とする。

従って、請求項８に記載の発明によると、超音波送受波器を構成する縦長形状のケースを、スカッパー孔を介して船内側から船外側に出した後、ケーブル引出部とスカッパー孔との隙間を固定具で埋めることにより、ケースの位置ずれを防止することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項において、スペーサとナットとを含む固定具をさらに備え、前記スペーサは、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋める略円筒状のスペーサ本体部と、前記スペーサ本体部の一端側に設けられ、前記スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置されるフランジ部とを有し、前記ナットは、前記スペーサと別体で形成され、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有し、前記ケースは、前記スペーサ本体部の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記ナットの前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定されることをその要旨とする。

従って、請求項９に記載の発明によると、超音波送受波器を構成する縦長形状のケースを、スカッパー孔を介して船内側から船外側に出した後、固定具を構成するスペーサのスペーサ本体部を用いて、ケーブル引出部とスカッパー孔との隙間を埋めることにより、ケースの位置ずれを防止することができる。また、スペーサを構成するフランジ部が、スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置される。このため、スペーサ本体部とケーブル引出部との隙間やスペーサ本体部とスカッパー孔との隙間から船内側への水の浸入を、フランジ部によって防ぐことができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１において、前記超音波振動子は、長手方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも大きい１つ以上の超音波振動子を含み、前記超音波振動子は、自身の長手方向を前記ケース長さ方向に沿わせるようにして配置されていることをその要旨とする。

従って、請求項１０に記載の発明によると、長手方向の寸法がスカッパー孔の内径よりも大きい超音波振動子が、自身の長手方向をケース長さ方向に沿わせるようにして配置される。このため、ケース内に超音波振動子を収容するに際して、ケースをケース長さ方向やケース幅方向に大型化しなくても済む。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０において、前記超音波振動子は、互いに照射方向が異なる複数の長尺状超音波振動子を含むことをその要旨とする。

従って、請求項１１に記載の発明によると、複数の長尺状超音波振動子の照射方向が互いに異なるため、長尺状超音波振動子を移動させたりしなくても、多周波、多方位の探知が可能となる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１において、複数の前記長尺状超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えることをその要旨とする。

従って、請求項１２に記載の発明によると、複数の長尺状超音波振動子を、簡単にかつ確実に所定の正しい位置及び傾きに保持することができる。また、このような振動子ホルダを用いることで、各長尺状超音波振動子同士を位置決めするときの面倒な作業が不要になる。よって、高品質であって製造が容易な超音波送受波器とすることができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１において、複数の前記長尺状超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えるとともに、複数の前記長尺状超音波振動子を保持した前記振動子ホルダは、前記ケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされ、前記充填剤は、前記長尺状超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有するとともに、外表面が前記ケースの開口部と面一になるように充填されることで前記ケースの開口部を塞いでいることをその要旨とする。

従って、請求項１３に記載の発明によると、振動子ホルダにより、複数の長尺状超音波振動子を、簡単にかつ確実に所定の正しい位置及び傾きに保持することができる。また、このような振動子ホルダを用いることで、各長尺状超音波振動子同士を位置決めするときの面倒な作業が不要になる。よって、高品質であって製造が容易な超音波送受波器とすることができる。

しかも、請求項１３に記載の発明では、複数の長尺状超音波振動子がケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされている。この充填剤は、長尺状超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有する。また、この充填剤は、外表面がケースの開口部と面一になるように充填され、開口部を塞いでいる。従って、複数の長尺状超音波振動子が充填剤に埋設されて不可視となる結果、各長尺状超音波振動子が保護され、防水性が向上する。また、ケースの開口部側が凹凸のない超音波放射面となるので、見た目が煩雑になりにくく、水中での抵抗も低減される。

請求項１４に記載の発明は、請求項１０乃至１２のいずれか１項において、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋めるとともに、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有する固定具をさらに備え、前記ケースは、前記固定具の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定されることをその要旨とする。

従って、請求項１４に記載の発明によると、超音波送受波器を構成する縦長形状のケースを、スカッパー孔を介して船内側から船外側に出した後、ケーブル引出部とスカッパー孔との隙間を固定具で埋めることにより、ケースの位置ずれを防止することができる。

請求項１５に記載の発明は、請求項１０乃至１２のいずれか１項において、スペーサとナットとを含む固定具をさらに備え、前記スペーサは、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋める略円筒状のスペーサ本体部と、前記スペーサ本体部の一端側に設けられ、前記スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置されるフランジ部とを有し、前記ナットは、前記スペーサと別体で形成され、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有し、前記ケースは、前記スペーサ本体部の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記ナットの前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定されることをその要旨とする。

従って、請求項１５に記載の発明によると、超音波送受波器を構成する縦長形状のケースを、スカッパー孔を介して船内側から船外側に出した後、固定具を構成するスペーサのスペーサ本体部を用いて、ケーブル引出部とスカッパー孔との隙間を埋めることにより、ケースの位置ずれを防止することができる。また、スペーサを構成するフランジ部が、スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置される。このため、スペーサ本体部とケーブル引出部との隙間やスペーサ本体部とスカッパー孔との隙間から船内側への水の浸入を、フランジ部によって防ぐことができる。

以上詳述したように、請求項１～１５に記載の発明によると、スカッパー孔よりも大きなケースを、スカッパー孔を介して簡単に船内側から船外側に出して取付固定することができる。

本実施形態における超音波送受波器を示す斜視図。 超音波送受波器を下から見たときの状態を示す斜視図。 図１のＡ－Ａ線断面図。 図１のＢ－Ｂ線断面図。 超音波送受波器を示す下面図。 振動子ホルダを示す斜視図。 超音波振動子を示す断面図。 超音波振動子を示す正面図。 超音波送受波器の取付構造を示す概略断面図。 超音波送受波器、スカッパー及びスペーサを組み付けた状態を示す斜視図。 超音波送受波器、スカッパー及びスペーサを示す分解斜視図。 他の実施形態における超音波送受波器を示す下面図。 （ａ），（ｂ）は、他の実施形態における超音波送受波器を示す概略断面図。 （ａ），（ｂ）は、他の実施形態における超音波送受波器を示す概略断面図。 （ａ），（ｂ）は、他の実施形態における超音波送受波器を示す概略断面図。 （ａ），（ｂ）は、他の実施形態における超音波送受波器を示す概略断面図。

以下、本発明をスキャニングソナーに用いられる超音波送受波器１１に具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

スキャニングソナーは、水中に超音波を照射することにより、水中に存在する魚群などの被探査物を探査するための装置である。本実施形態のスキャニングソナーは、超音波送受波器１１（図１～図５参照）を備えるほか、表示装置や制御装置等（いずれも図示略）を含んで構成されている。表示装置は、船舶の操舵室内に設置されており、操作部及び表示部を有している。また、制御装置も、操舵室内に設置されており、表示装置に電気的に接続されている。この制御装置は、所定のプログラムに従って超音波送受波器１１を駆動制御し、超音波の送受信を行わせる。また、制御装置は、所定のプログラムに従って表示装置を駆動制御し、水中探査結果を超音波画像として表示させる。

図１～図５に示されるように、超音波送受波器１１は、超音波を送受信する複数の超音波振動子３１をケース２１内に収容した状態でモールドした構造を有している。ケース２１は、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いて形成され、下端に開口部２２を有する形状を呈している。また、ケース２１は、ケース長さ方向の寸法Ｌ１がスカッパー孔７２の内径Ｄ１（図９参照）よりも大きい一方で、ケース幅方向の寸法Ｌ２がスカッパー孔７２の内径Ｄ１よりも小さい縦長形状を有している。さらに、ケース２１は、ケース長さ方向の寸法Ｌ１がケース幅方向の寸法Ｌ２の３倍以上１０倍以下（本実施形態では４倍程度）の長さとなっている。なお、ケース２１は、ケース長さ方向が船舶の前後方向と同一方向となるように配置されている。また、ケース２１を横から見たときに（図３参照）、ケース２１の前端側外周面２１ａは、ケース２１の上面２３（船底７０の外側面）に垂直な面に対して後傾した傾斜面となっている。同様に、ケース２１を横から見たときに、ケース２１の後端側外周面２１ｂは、ケース２１の上面２３（船底７０の外側面）に垂直な面に対して前傾した傾斜面となっている。

図１～図４に示されるように、ケース２１の上面２３には、略円筒状をなすケーブル引出部２４が突設されている。ケーブル引出部２４は、ケース２１の中心部を基準として前端部（図１，図３では左端部）寄りの位置に偏心して配置されている。具体的に言うと、ケーブル引出部２４は、前端側外周面２１ａよりも後端部（図１，図３では右端部）寄りの範囲内において、ケース２１の最前端の位置に配置されている。よって、ケース２１の前端（図１，図３では左端）からケーブル引出部２４の中心軸Ｏ１（図３参照）までの距離は、ケースの後端（図１，図３では右端）からケーブル引出部２４の中心軸Ｏ１までの距離よりも短くなる。さらに、ケース２１の前端からケーブル引出部２４の中心軸Ｏ１までの距離は、ケース２１の中心部から中心軸Ｏ１までの距離よりも短くなる。そして、ケーブル引出部２４の外周面には雄ねじ構造部２５が形成されている。雄ねじ構造部２５は、ケース２１をスカッパー孔７２に対して船底７０（図９参照）の上側から固定する際に用いられるようになっている。また、ケーブル引出部２４内にはケーブル挿通孔２６が設けられている。ケーブル挿通孔２６は、上端がケーブル引出部２４の上端にて開口するとともに、下端がケース２１の開口部２２内にて開口している（図３参照）。

図２～図５に示されるように、ケース２１内に収容された複数の超音波振動子３１は、ケース長さ方向に沿って配列されている。具体的に言うと、各超音波振動子３１は、２列かつ千鳥状に配列されている。また、各超音波振動子３１は、ケース２１の前端部（図３，図５では左端部）寄りの位置に配置された１つの第１超音波振動子３１Ａと、ケース長さ方向に沿って配列された６つの第２超音波振動子３１Ｂとからなっている。

図２，図５に示されるように、第１超音波振動子３１Ａは、第１音響放射面３４Ａと、第１音響放射面３４Ａに直交する第１中心軸Ｃ１とを有している。第１超音波振動子３１Ａにおいては、第１中心軸Ｃ１の方向が、音響放射方向（照射方向）であると把握することができる。また、各第２超音波振動子３１Ｂは、第２音響放射面３４Ｂと、第２音響放射面３４Ｂに直交する第２中心軸Ｃ２とを有している。第２超音波振動子３１Ｂにおいては、第２中心軸Ｃ２の方向が、音響放射方向であると把握することができる。

そして、超音波送受波器１１では、第２中心軸Ｃ２が第１中心軸Ｃ１に対して角度をなすように第２音響放射面３４Ｂを傾斜させた状態で、各第２超音波振動子３１Ｂが配置されている。なお、第１超音波振動子３１Ａの音響放射方向は、ケース２１のケース高さ方向と同じ方向（図２では上方向）を向いている。これに対し、各第２超音波振動子３１Ｂの音響放射方向は、ケース高さ方向とは異なる方向を向いている。具体的に言うと、各第２超音波振動子３１Ｂは、隣接するケース２１の両側壁２７とは反対側を向くように傾斜して配置されている。このとき、第２中心軸Ｃ２は第１中心軸Ｃ１に対して２０°以上４０°以下の範囲から選択した１つの角度をなしていることがよく、本実施形態では角度がそれぞれ３０°となっている。さらに、ケース２１を下面側から見たときの各第２超音波振動子３１Ｂの第２中心軸Ｃ２は、互いに異なる方向（本実施形態では、６０°ずつ異なる方向）を向いている（図５参照）。従って、本実施形態の各超音波振動子３１Ａ，３１Ｂは、音響放射方向（照射方向）が互いに異なっている。なお、「６０°」は、３６０°を第２超音波振動子３１Ｂの数（６つ）で均等に分割することによって得られる角度である。

図７，図８に示されるように、本実施形態において使用される複数の超音波振動子３１は、互いに同じ大きさ及び形状を有する円板状の構造物である。各超音波振動子３１は、基材３２及び圧電素子３３を備えている。基材３２は、音響整合層を兼ねる円板状の樹脂製板材であり、本実施形態ではガラスエポキシ製の基材が用いられている。

圧電素子３３は、圧電セラミックス製の板状物であって、本実施形態ではチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いて形成された円板状の板状物が用いられている。圧電素子３３は、基材３２に対して接合された前面４１と、前面４１の反対側にある背面４２と、前面４１及び背面４２に直交する外周面４３とを有している。圧電素子３３の前面４１には前面側電極４４が形成され、圧電素子３３の背面４２には背面側電極４５が形成されている。本実施形態では、圧電素子３３の前面４１の全体が、前面側電極４４及び接着層（図示略）を介して基材３２に接合されている。

図７，図８に示されるように、圧電素子３３は、平面視で互いに平行な溝部５２により分割されており、複数の略帯状の振動部５１を備えた構造を有している。また、各振動部５１は、圧電素子３３の前面４１側の端部において互いに繋がっている。

さらに、背面側電極４５は、各振動部５１の表面を架け渡すようにして形成されている。本実施形態では、背面側電極４５として、銅、銀、錫などの電気抵抗が小さい金属材料からなる導電性金属箔が用いられている。そして、前面側電極には第１のリード線（図示略）が電気的に接続され、背面側電極４５には第２のリード線（図示略）が電気的に接続されている。これらのリード線は、１本の配線用ケーブル（図示略）内に収容されて結束されている。配線用ケーブルは、ケース２１に設けられたケーブル引出部２４のケーブル挿通孔２６を通ってケース２１外に引き出されている。

図２～図６に示されるように、超音波送受波器１１は、７つの超音波振動子３１を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダ６１を備えている。振動子ホルダ６１は、基板６２、複数の支持柱６３及び複数の保持部６４を含んで構成された樹脂成形品である。本実施形態では、支持柱６３及び保持部６４の数がそれぞれ７つとなっている。即ち、振動子ホルダ６１は、７つある超音波振動子３１と同数の支持柱６３及び保持部６４を備えている。基板６２は、略矩形板状の部材であって、各支持柱６３を支持している。また、基板６２の前端部（図３，図５では左端部）には、ケーブル挿通孔２６に連通する貫通孔６２ａが設けられている。

各保持部６４は、円形状の開口部を有するカップ状をなし、底部６５及び周壁６６を備えている。振動子ホルダ６１の前端部（図３，図５，図６では左端部）に位置する１つの保持部６４は、第１超音波振動子３１Ａを保持するための保持部である。また、振動子ホルダ６１に位置する残り６つの保持部６４は、第２超音波振動子３１Ｂを保持するための保持部である。なお、前端部に位置する保持部６４に対して、残り６つの保持部６４は３０°傾斜している。

なお、各保持部６４の底部６５には、底部６５の表裏面を連通する複数の配線用孔６７が形成されている。これらの配線用孔６７には、超音波振動子３１から引き出された第１のリード線及び第２のリード線がそれぞれ挿通されている。

そして、図２～図５に示されるように、７つの超音波振動子３１を保持した振動子ホルダ６１は、ケース２１内に収容された状態で充填剤２８によってモールドされている。なお、充填剤２８としては、超音波振動子３１の基材３２よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有する樹脂材料（例えば、ウレタン樹脂等）が使用される。充填剤２８の外表面はケース２１の開口部２２と面一になるように充填されており、これによりケース２１の開口部２２が塞がれている。

なお、図９～図１１に示されるように、超音波送受波器１１は、船舶の船底７０に設けられたスカッパー７１のスカッパー孔７２を利用して、船底７０に取付可能となっている。詳述すると、船底７０には排水孔７０ａが設けられ、排水孔７０ａには、スカッパー７１を構成する略円筒状のスカッパー取付具７３が嵌め込まれている。スカッパー取付具７３は、同じくスカッパー７１を構成する略円環状のナット７４で固定されている。

また、超音波送受波器１１は、スペーサ８１とナット８２とを含む固定具８３をさらに備えている。スペーサ８１は、スペーサ本体部８４とフランジ部８５とを有している。スペーサ本体部８４は、上端が閉塞された略円筒状をなしている。スペーサ本体部８４の上端部８６には、ケーブル引出部２４を挿通させるための引出部挿通孔８７が設けられている。引出部挿通孔８７は、上端部８６の中心よりも前端部（図９，図１０では左端部）寄りの位置に偏心して配置されている。なお、スペーサ本体部８４は、略円筒状をなすケーブル引出部２４と円形状をなすスカッパー孔７２との隙間を埋めるためのものである。また、フランジ部８５は、スペーサ本体部８４の上端側の外周面に設けられ、スカッパー孔７２における上部開口側の環状段部８８上に載置されている。また、ナット８２は、スペーサ８１とは別体で形成され、ケーブル引出部２４の雄ねじ構造部２５に螺着可能な雌ねじ構造部８９を有している。なお、ケース２１は、スペーサ本体部８４の挿入により上記した隙間を埋めた状態で、雄ねじ構造部２５にナット８２の雌ねじ構造部８９を螺着して締め付けることにより、スカッパー孔７２（スカッパー７１）に対して固定される。

次に、超音波送受波器１１を備えたスキャニングソナーにより、水中を探査する方法を説明する。まず、制御装置を駆動させて、超音波送受波器１１に超音波の送受信を行わせる。即ち、各超音波振動子３１に対して発振信号を出力する制御を行い、超音波振動子３１を駆動させる。このとき、圧電素子３３の各振動部５１は、収縮と伸長とを繰り返す。振動子５１が高さ方向に収縮すると振動部５１が幅方向に若干膨らむように変形し、逆に振動部５１が高さ方向に伸長すると振動部５１が幅方向に若干細るように変形する。その結果、圧電素子３３が振動し、超音波振動子３１から水中に対して超音波が照射（送信）される。被探査物に到達した超音波の反射波は、超音波送受波器１１の各々の超音波振動子３１に入力（受信）される。制御装置は、各超音波振動子３１が受信した超音波の反射波を受信信号に変換して取り込み、これに基づき所定の演算処理を行う。そして、制御装置は、演算処理により得られた水中探査結果を表示装置に表示させる。より具体的には、各々の超音波振動子３１の駆動タイミングを制御して送受信を行うことで、各々の受信信号の情報から各方位の水中探査結果が画像化され、表示装置に表示される。その結果、魚群等がどの方角及びどの程度の深さにいるのかということを、タイムラグなく常時監視することが可能となる。従って、本実施形態の超音波送受波器１１を備えたスキャニングソナーは、魚群等の移動方向を知るのに有効な手段となり得る。

次に、超音波送受波器１１の組付方法を説明する。まず、振動子ホルダ６１を用意し、前端部に位置する１つの保持部６４に第１超音波振動子３１Ａを保持させ、それ以外の６つの保持部６４に第２超音波振動子３１Ｂを保持させる。このとき、第１超音波振動子３１Ａ及び第２超音波振動子３１Ｂを、接着剤等を用いて保持部６４の内面に接合してもよい。また、第１超音波振動子３１Ａ及び第２超音波振動子３１Ｂの背面側に、図示しない防音材を配置してもよい。次に、超音波振動子３１を保持した状態の振動子ホルダ６１を、ケース２１内に収容して位置決めする。具体的には、第１超音波振動子３１Ａの音響放射方向（照射方向）が、ケース２１のケース高さ方向と同じ方向になるように調整する。その際、振動子ホルダ６１の一部をケース２１の内面２１ｃ（図３，図４参照）に当接させることにより、位置決めを行ってもよい。例えば、振動子ホルダ６１の基板６２に複数本の柱部（図示略）を突設させる。そして、各柱部をケース２１の内面２１ｃの複数箇所に当接させることにより、確実な位置決めを図ってもよい。次に、この状態で充填剤２８を用いてモールドすることにより、複数の超音波振動子３１を保持した振動子ホルダ６１をケース２１内に封入する。

次に、船内側にある超音波送受波器１１のケース２１を、後端部（図１，図３，図９では右端部）を下にした状態で、後端側からスカッパー７１のスカッパー孔７２に挿入する。そして、ケース２１をスカッパー孔７２から船外側に出した後、ケース２１の向きを水平に変え、ケース２１の上面２３全体を船舶の船底７０に接触させる。この時点で、ケーブル引出部２４は、スカッパー孔７２を挿通した状態となっている。

次に、スカッパー孔７２の環状段部８８上に環状のパッキン（図示略）を載置した後、スカッパー孔７２内にスペーサ８１を挿入する。このとき、スペーサ８１のスペーサ本体部８４により、ケーブル引出部２４とスカッパー孔７２との隙間が埋められる。また、スペーサ８１のフランジ部８５は、環状段部８８上に載置したパッキン上に載置される。そして、スペーサ８１の上端部８６上にケーブル引出部２４を包囲する環状のパッキン（図示略）を載置した後、ケーブル引出部２４に形成された雄ねじ構造部２５に対して、ナット８２の雌ねじ構造部８９を螺着して締め付ける。その結果、スペーサ８１とナット８２とがパッキンを介して密着する。さらに、ケース２１の上面２３が船底７０の外側面に密着するとともに、スカッパー７１とスペーサ８１とがパッキンによって水密になった状態で、ケース２１がスカッパー７１に固定され、超音波送受波器１１の組み付けが完了する。

従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の超音波送受波器１１では、ケース２１が、ケース長さ方向の寸法Ｌ１がスカッパー孔７２の内径Ｄ１よりも大きくなるものの、ケース幅方向の寸法Ｌ２がスカッパー孔７２の内径Ｄ１よりも小さい縦長形状を有している。しかも、ケース２１の上面２３に設けられたケーブル引出部２４が、ケース２１の中心部を基準として端部寄りの位置に偏心して配置されている。その結果、スカッパー孔７２よりも大きなケース２１を、スカッパー孔７２を介して船内側から船外側に出した後、ケーブル引出部２４の雄ねじ構造部２５に対してナット８２の雌ねじ構造部８９を螺着させることにより、ケース２１をスカッパー孔７２に簡単に固定することができる。ゆえに、ケース２１の取り付けに際して、船舶を上架しなくても済む。また本実施形態では、超音波送受波器１１を、既存のスカッパー７１（スカッパー孔７２）を利用して船内側から船底７０に簡単に取り付けることができる。

（２）本実施形態では、第１超音波振動子３１Ａの第１中心軸Ｃ１を基準として、複数の第２超音波振動子３１Ｂの第２中心軸Ｃ２を傾斜させて配置している。しかも、ケース２１を下面側から見たときの各第２超音波振動子３１Ｂの第２中心軸Ｃ２は、６０°ずつ異なる方向を向いている。その結果、各々の第２超音波振動子３１Ｂの第２音響放射面３４Ｂを、互いに異なる方向を向いた状態とすることができる。ゆえに、水中に広い探査エリアを限られた少ない数の超音波振動子３１でカバーすることが可能となり、広範囲を比較的早く探査することができる。しかも、超音波振動子３１の総数が少ないことから、ケース２１をコンパクトに構成することができる。さらに、チャンネル数も少なくて済むため、切換制御のための構成が簡略化され、安価な超音波送受波器１１とすることができる。

（３）本実施形態の超音波送受波器１１では、充填剤２８が、外表面がケース２１の開口部２２と面一になるように充填され、開口部２２を塞いでいる。その結果、ケース２１の開口部２２側が凹凸のない超音波放射面となるため、泡噛みを防止できるとともに、ケース２１に作用する水の抵抗を低減することができる。しかも、ケース２１の前端側外周面２１ａは、船底７０の外側面に垂直な面ではなく、垂直な面に対して後傾した傾斜面となっている。その結果、船舶が前方に進んだ際に、ケース２１に作用する水の抵抗を低減することができる。また、ケース２１の後端側外周面２１ｂは、上記の垂直な面に対して前傾した傾斜面となっている。この場合、ケース２１を前後逆に取り付けたとしても、船舶の進行時にケース２１に作用する水の抵抗を低減することができる。

（４）本実施形態の超音波送受波器１１では、ケーブル引出部２４が、ケース２１の前端部寄り（船首寄り）の位置に配置されている。これにより、ケース２１の前端からケーブル引出部２４までの距離が、ケース２１の後端からケーブル引出部２４までの距離よりも短くなるため、船舶が前方に進んだ際にケース２１の前端部が水圧を受けたとしても、ケース２１はケーブル引出部２４を軸として回転しにくくなる。その結果、ケース２１を船底７０に安定して固定することができる。また、ケース２１の回転による、ケース２１に作用する水の抵抗増大を防止することができる。

（５）本実施形態の超音波送受波器１１では、全ての超音波振動子３１が、互いに同じ大きさ及び形状を有している。従って、各超音波振動子３１の感度特性を揃えることができるため、測定精度に優れた超音波送受波器１１とすることができる。

なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記実施形態の超音波送受波器１１では、複数の超音波振動子３１が２列かつ千鳥状に配置されていた。しかし、図１２の超音波送受波器９１に示されるように、複数の超音波振動子３１を１列かつ直線上に配置してもよい。

・図１３に示されるように、超音波送受波器１０１は、長手方向の寸法Ｌ３がスカッパー孔７２の内径Ｄ１よりも大きい長尺状超音波振動子１０２をケース１０３内に収容した構造を有していてもよい。なお、長尺状超音波振動子１０２は、自身の長手方向をケース長さ方向に沿わせるようにしてケース１０３の底面に配置されている。このようにすれば、上記実施形態の超音波送受波器１１よりも振動子の数を大幅に減らすことができるため、より安価な超音波送受波器１０１とすることができる。

・図１４に示されるように、超音波送受波器１１１は、互いに照射方向が異なる複数（ここでは２つ）の長尺状超音波振動子１０２をケース１１２内に収容した構造を有していてもよい。図１４においては、各長尺状超音波振動子１０２が、ケース１１２の左右の側壁１１３上にそれぞれ設置されている。なお、超音波送受波器１１１は、各長尺状超音波振動子１０２を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダ（図示略）を備えていてもよい。

・図１５に示されるように、超音波送受波器１２１は、ケース１２２の底部１２３と前端側傾斜部１２４とに、超音波振動子３１をそれぞれ設置した構造を有していてもよい。

・上記実施形態の超音波送受波器１１では、互いに照射方向が異なる複数の超音波振動子３１がケース２１内に収容されていた。しかし、図１６の超音波送受波器１３１に示されるように、ケース１３３内に収容される複数の超音波振動子１３２は、照射方向が同じ方向を向いていてもよい。また、各超音波振動子１３２は、ボルト締めランジュバン型の超音波振動子であってもよい。この場合、各超音波振動子１３２は、例えば並列駆動されるものであってもよい。また、各超音波振動子は、ボルト締めランジュバン型の超音波振動子１３２と、溝部５２により分割された圧電素子３３を基材３２に接合したタイプの超音波振動子３１とを組み合わせたものであってもよい。

・上記実施形態の超音波送受波器１１の組付工程において、スカッパー孔７２内にスペーサ８１を挿入した後（図１０参照）、スカッパー７１及びスペーサ８１の上に円形状の板状部材（図示略）を載置してもよい。この場合、ケーブル引出部２４の雄ねじ構造部２５に対してナット８２の雌ねじ構造部８９を螺着して締め付けることにより、板状部材が、ナット８２とスカッパー７１との間に挟み込まれた状態で固定される。なお、板状部材の外径をスカッパー孔７２の内径Ｄ１よりも大きくすれば、スペーサ８１とスカッパー孔７２との隙間から船内側への水の浸入を、板状部材によって防ぐことができる。

・上記実施形態の超音波送受波器１１では、スカッパー孔７２内にスペーサ８１を挿入していた。しかし、スペーサ８１の外周に、スカッパー孔７２内に設けられたねじ山７２ａ（図１１参照）と螺合するねじ山を設け、スカッパー７１とスカッパー８１とを締結固定してもよい。

・上記実施形態の超音波送受波器１１では、図６に示したような構造の振動子ホルダ６１を用いたが、これに限定される訳ではない。例えば、振動子ホルダ６１自体に吸音材としての機能を付与してもよい。また、振動子ホルダ６１は、金型成型法以外の方法（例えば、３Ｄプリンティング等）で作製されてもよいほか、樹脂以外の材料（例えば金属等）を用いて作製されてもよい。なお、振動子ホルダ６１は省略されていてもよい。

・上記実施形態では、複数の超音波振動子３１が互いに同じ大きさ及び形状を有していたが、これに限定される訳ではない。例えば、大きさが異なっていてもよいし、形状が異なっていても勿論よい。

・上記実施形態では、各々の第２超音波振動子３１Ｂが、ケース２１の側壁２７とは反対側を向くように傾斜して配置されていた。しかし、これとは逆に、各第２超音波振動子３１Ｂは、ケース２１の側壁２７側を向くように傾斜して配置されていてもよい。

・上記実施形態の圧電素子３３は、平面視で互いに平行な溝部５２により分割されており、複数の略帯状の振動部５１を備えた構造を有していたが、これに限定されない。例えば、平面視で放射状の複数の溝部により、圧電素子３３を分割してもよい。

・上記実施形態の超音波送受波器１１は、スキャニングソナーに用いられていたが、例えば、水の深さを計測する測深機などに用いてもよい。

１１，９１，１０１，１１１，１２１，１３１…超音波送受波器
２１，１０３，１１２，１２２…ケース
２２…ケースの開口部
２３…ケースの上面
２４…ケーブル引出部
２５…雄ねじ構造部
２７…ケースの側壁
２８…充填剤
３１，１３２…超音波振動子
３１Ａ…第１超音波振動子
３１Ｂ…第２超音波振動子
３２…超音波振動子の音響整合層としての基材
３４Ａ…第１音響放射面
３４Ｂ…第２音響放射面
６１…振動子ホルダ
７０…船底
７２…スカッパー孔
８１…スペーサ
８２…ナット
８３…固定具
８４…スペーサ本体部
８５…フランジ部
８８…環状段部
８９…雌ねじ構造部
１０２…長尺状超音波振動子
Ｃ１…第１中心軸
Ｃ２…第２中心軸
Ｄ１…スカッパー孔の内径
Ｌ１…ケース長さ方向の寸法
Ｌ２…ケース幅方向の寸法
Ｌ３…超音波振動子の長手方向の寸法

Claims (15)

1. 超音波を送受信する超音波振動子をケース内に収容した状態でモールドした構造を有し、船底に設けられたスカッパー孔を利用して取付可能な超音波送受波器であって、
   前記ケースは、ケース長さ方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも大きい一方で、ケース幅方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも小さい縦長形状を有し、
   前記ケースの上面にケーブル引出部を有するとともに、前記ケーブル引出部が前記ケースの中心部を基準として端部寄りの位置に偏心して配置され、
   前記ケーブル引出部の外周面には、前記ケースを前記スカッパー孔に対して前記船底の上側から固定する際に用いる雄ねじ構造部が形成されている
   ことを特徴とする超音波送受波器。
2. 前記超音波振動子は、互いに照射方向が異なる複数の超音波振動子を含み、複数の前記超音波振動子は、前記ケース長さ方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
3. 複数の前記超音波振動子は、第１音響放射面及び前記第１音響放射面に直交する第１中心軸を有する第１超音波振動子と、第２音響放射面及び前記第２音響放射面に直交する第２中心軸を有する複数の第２超音波振動子とからなり、
   複数の前記第２超音波振動子は、前記第２中心軸が前記第１中心軸に対して２０°以上４０°以下の範囲から選択した１つの角度をなすように傾斜して配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波送受波器。
4. 複数の前記超音波振動子は、２列かつ千鳥状に配列されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波送受波器。
5. 複数の前記超音波振動子は、２列かつ千鳥状に配列されているとともに、複数の前記第２超音波振動子は、隣接する前記ケースの側壁と反対側を向くように傾斜して配置されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波送受波器。
6. 複数の前記超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
7. 複数の前記超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えるとともに、
   複数の前記超音波振動子を保持した前記振動子ホルダは、前記ケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされ、
   前記充填剤は、前記超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有するとともに、外表面が前記ケースの開口部と面一になるように充填されることで前記ケースの開口部を塞いでいる
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
8. 前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋めるとともに、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有する固定具をさらに備え、
   前記ケースは、前記固定具の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
9. スペーサとナットとを含む固定具をさらに備え、
   前記スペーサは、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋める略円筒状のスペーサ本体部と、前記スペーサ本体部の一端側に設けられ、前記スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置されるフランジ部とを有し、
   前記ナットは、前記スペーサと別体で形成され、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有し、
   前記ケースは、前記スペーサ本体部の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記ナットの前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
10. 前記超音波振動子は、長手方向の寸法が前記スカッパー孔の内径よりも大きい１つ以上の超音波振動子を含み、前記超音波振動子は、自身の長手方向を前記ケース長さ方向に沿わせるようにして配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波送受波器。
11. 前記超音波振動子は、互いに照射方向が異なる複数の長尺状超音波振動子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の超音波送受波器。
12. 複数の前記長尺状超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えることを特徴とする請求項１１に記載の超音波送受波器。
13. 複数の前記長尺状超音波振動子を所定の位置及び傾きに保持する振動子ホルダを備えるとともに、
    複数の前記長尺状超音波振動子を保持した前記振動子ホルダは、前記ケース内に収容された状態で充填剤によってモールドされ、
    前記充填剤は、前記長尺状超音波振動子の音響整合層よりも固有音響インピーダンスが低く、防水性を有するとともに、外表面が前記ケースの開口部と面一になるように充填されることで前記ケースの開口部を塞いでいる
    ことを特徴とする請求項１１に記載の超音波送受波器。
14. 前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋めるとともに、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有する固定具をさらに備え、
    前記ケースは、前記固定具の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定される
    ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の超音波送受波器。
15. スペーサとナットとを含む固定具をさらに備え、
    前記スペーサは、前記ケーブル引出部と前記スカッパー孔との隙間を埋める略円筒状のスペーサ本体部と、前記スペーサ本体部の一端側に設けられ、前記スカッパー孔における上部開口側の環状段部上に載置されるフランジ部とを有し、
    前記ナットは、前記スペーサと別体で形成され、前記ケーブル引出部の前記雄ねじ構造部に螺着可能な雌ねじ構造部を有し、
    前記ケースは、前記スペーサ本体部の挿入により前記隙間を埋めた状態で、前記雄ねじ構造部に前記ナットの前記雌ねじ構造部を螺着して締め付けることにより、前記スカッパー孔に対して固定される
    ことを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の超音波送受波器。

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