| 【発明の名称】 |
送波器 |
| 【発明者】 |
【氏名】河守 章好
【住所又は居所】東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号 沖電気工業株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】フレックステンショナル送波器において、従来と同じ駆動素子を使用し、従来の送波器とほぼ変わらない大きさで、実質的な送波面積を向上させる構造を提供する。
【解決手段】クラスIV型外シェル１４の内側にクラスIV型内シェル１５を配置し、外シェル１４と内シェル１５との間の長軸上両側に駆動素子２６を配置する。駆動素子２６はクラスIV型外シェル１４及びクラスIV型内シェル１５と結合されており、駆動素子２６が振動すると、クラスIV型外シェル１４とクラスIV型内シェル１５は互いの短軸面同士、長軸面同士が同位相で振動し、シェルの媒質排除が同位相となる。その結果、全体として送波面積が増加する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 クラスIV型の第１のシェル及び第２のシェルと、駆動素子と、蓋部とを備える、液体内で用いられる送波器であって、前記第１のシェルの内部に前記第２のシェルが配置され、前記駆動素子は前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間の長軸上両側に配置されるとともに該第１のシェルと該第２のシェルに結合され、前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間に形成される空間が前記蓋部により密閉されたことを特徴とする送波器。
【請求項２】 クラスVII型の第１のシェル及び第２のシェルと、駆動素子と、蓋部とを備える、液体内で用いられる送波器であって、前記第１のシェルの内部に前記第２のシェルが配置され、前記駆動素子は前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間の長軸上両側に配置されるとともに該第１のシェルと該第２のシェルに結合され、前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間に形成される空間が前記蓋部により密閉されたことを特徴とする送波器。
【請求項３】 クラスVII型の第１のシェルと、クラスIV型の第２のシェルと、駆動素子と、蓋部とを備える、液体内で用いられる送波器であって、前記第１のシェルの内部に前記第２のシェルが配置され、前記駆動素子は前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間の長軸上両側に配置されるとともに該第１のシェルと該第２のシェルに結合され、前記第１のシェルと前記第２のシェルとの間に形成される空間が前記蓋部により密閉されたことを特徴とする送波器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水等の液体内で用いられるフレックステンショナル送波器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１の斜視図は、中央部Ａが山形に膨らんだ形状の柱体からなる殻（シェル）を示しており、クラスIV型シェルと呼ばれている。また、図２の斜視図は、中央部Ａ‘が谷形に湾曲した形状の柱体からなる殻（シェル）を示しており、クラスVII型シェルと呼ばれている。
【０００３】図３は、上述のクラスIV型シェル１１を用いた、フレックステンショナル送波器（以下、クラスIV型送波器と呼ぶ）の構成を示したものである。このクラスIV型送波器は、同図のように電気信号を振動に変換する変換器２１（以下、駆動素子と呼ぶ）と、シェル１１が、長軸上で結合されたものである。駆動素子２１が長軸方向に振動すると、その振動は、シェル１１の長軸面から、位相が逆である短軸面の振動へと屈曲伝達され、より面積の大きな短軸送波面から、振動エネルギー（音響エネルギーでもある）が放射される。放射される音響エネルギーは、屈曲音響周波数で最大となり、駆動素子２１自体の共振周波数よりも屈曲共振の方が低周波に設定しやすいことから、より低周波帯域の送波器として有用である。
【０００４】そして、このクラスIV型送波器は液体、例えば水の中で使用されるため、シェル１１の上面部及び下面部は、蓋部の役割をする図示せぬ上下板で覆われ、シェル２１と上下板との間には、Ｏリング等のシーリングが施されている。また、水中で印加される圧力にかかわらず、シーリングによるシェル２１と上下板との間の摩擦を一定に保つために、上下板の間に支柱３１が設けられている。
【０００５】図４は、上述のクラスVII型シェル１２を用いた、フレックステンショナル送波器（以下、クラスVII型送波器と呼ぶ）の構成を示したものである。このクラスVII型送波器は、同図のように駆動素子２２とシェル１２が、長軸上で結合されたものである。駆動素子２２が長軸方向に振動すると、その振動はシェル１２の長軸面から、短軸面の振動へと屈曲伝達され、シェル１２の長軸面と短軸面が同位相で振動する。
【０００６】そして、このクラスVII型送波器は水中で使用されるため、シェル１２の上面部及び下面部は、蓋部の役割をする図示せぬ上下板で覆われ、シェル１２と上下板との間には、Ｏリング等のシーリングが施されている。また、水圧にかかわらず、シーリングによるシェル１２と上下板との間の摩擦を一定に保つために、上下板の間に支柱３２が設けられている。
【０００７】図５は、クラスIV型シェル１３と駆動素子２３を流体結合させた、クラスIV型送波器を示したものである。ここで用いられている流体結合は、シェル１３が水圧や熱膨張によって変形した場合に、駆動素子２３を圧迫もしくは引張るといった問題点を解決するための構造である。図５のように、流体室４１には、充填油４２が充填されているとともに、駆動素子２３と直結したピストン部２４が設けられている。そして、このピストン部２４には貫通穴２５が設けられており、ピストン部２４で区切られた流体室４１内で、充填油４２が移動できるようになっている。この流体結合は、ヘルムホルツ共振系と見なすことができるため、深度変化に対してシェル１３が変形するといった静的な挙動では、シェル１３と駆動素子２３は結合しないが、所望の特定振動周波数帯域では、シェル１３と駆動素子２３は一体となった結合となり、通常の送波器として機能する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に示したクラスIV型送波器においては、シェル１１が振動する際に、長軸面と短軸面が逆位相であるため、実質的な送波面積が小さくなってしまうという課題がある。この課題を解決するために、送波面積を広げた場合には、送波器全体が大型化してしまうという課題が生じてしまう。また、長軸面の面積を小さくした場合には、結合される駆動素子２１の大きさ・仕様が制約されるという課題がある。
【０００９】図４に示したクラスVII型送波器においては、シェル１２が振動する際に、長軸面と短軸面が同位相であるので、送波面積はクラスIV型送波器より大きく設定できる。しかし、短軸面が最も内側に湾曲している中央部分では、シェル１２と駆動素子２２との隙間が狭くなっている。そのため、高水圧下でのクラスVII型送波器の運用を考えた場合に、最もシェル１２の変位が大きい短軸面中央部分との近傍の空間には、充分な剛性のある支柱３３を設置しにくいという課題がある。この課題を解決するために、駆動素子１１を細くした場合には、駆動素子１１の大きさ・仕様が制約されるという課題が生じてしまう。また、シェル１２の短軸方向幅を増やした場合には、駆動素子２２からシェル１２の短軸面への応力伝達効率が悪くなるという課題がある。
【００１０】図５に示した流体結合方式では、流体結合の製作過程において、流体室４１の充填油４２から、混入している気泡を取り除く必要があるため、製作工程が複雑で時間がかかるという課題がある。また、負圧時のキャビテーションを防ぐために流体室４１に与圧が必要で、流体室４１内の経時的な圧力減少や温度による圧力変化などに対応するためのメンテナンスが必要となるという課題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は、二つのクラスIV型シェルと、駆動素子と、蓋部とからなる、水中で用いられる送波器であって、クラスIV型シェルの内部にもう一つのクラスIV型シェルが配置され、駆動素子は二つのシェルの長軸上両側に配置されるとともに二つのシェルに結合され、蓋部により、駆動素子が収納されている空間が密閉された構造の送波器を提供するものである。
【００１２】また、本発明は、二つのクラスVII型シェルと、駆動素子と、蓋部とからなる、水中で用いられる送波器であって、クラスVII型シェルの内部にもう一つのクラスVII型シェルが配置され、駆動素子は二つのシェルの長軸上両側に配置されるとともに二つのシェルに結合され、蓋部により、駆動素子が収納されている空間が密閉された構造の送波器を提供するものである。
【００１３】また、本発明は、クラスVII型シェルと、クラスIV型シェルと、駆動素子と、蓋部とからなる、水中で用いられる送波器であって、クラスVII型シェルの内部にクラスIV型シェルが配置され、駆動素子は二つのシェルの長軸上両側に配置されるとともに二つのシェルに結合され、蓋部により、駆動素子が収納されている空間が密閉された構造の送波器を提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の送波器について、図面を用いて以下に説明する。
【００１５】図６に本発明の送波器について、第1の実施の形態の構成を示す。この実施の形態においては、クラスIV型シェル１４（以下、外シェルＡと呼ぶ）の内部に、クラスIV型シェル１５（以下、内シェルＡと呼ぶ）が配置されたことが特徴である。
【００１６】この送波器では、駆動素子２６は、外シェルＡ１４と内シェルＡ１５との間の長軸上両側に配置されており、駆動素子２６の両端は、同図では省略しているが、それぞれ外シェルＡ２４および内シェルＡ２５と流体結合されている。そして、本送波器は水中で使用されるため、同図に示すように、外シェルＡ２４の外面と内シェルＡ２５の内面との範囲は、上下とも蓋部の役割を持つ図示せぬ上下板で覆われており、外シェルＡ２４の外面と内シェルＡ２５の内面は、水に接するようになっている。外シェルＡ２４及び内シェルＡ２５と上下板の接触部には、気密性能を得るために、Ｏリング等を用いたシーリングが施されている。なお、外シェルＡ２４及び内シェルＡ２５と上下板との摩擦を一定に保つために、水圧に対し、必要に応じて上下板を支えるための支柱が設置される。
【００１７】次に、本発明の送波器について、第１の実施の形態の動作について説明する。上述の通り送波器は液体内に設置され、外シェルＡ１４の外面、上下板、内シェルＡ１５の内面は水に接した状態となる。音響エネルギーの放射中は駆動素子２６が振動しており、例えば駆動素子２６が伸びると長軸方向に対して外シェルＡ１４は伸び、内シェルＡ１５は縮む。その一次モードにおいて、シェルの中心部を基準とした場合、外シェルＡ１４の短軸面は水を引く方向に働き、内シェルＡ１５の短軸面も水を引く方向に働く。駆動素子２６が縮む場合にも同様の原理で、外シェルＡ１４の短軸面は水を押す方向に働き、内シェルＡ１５の短軸面は水を押す方向に働く。
【００１８】従って、水中の放射においては、外シェルＡ１４、内シェルＡ１５ともに媒質排除が同位相となる。またシェルの大きさの関係から、外シェルＡ１４に対して内シェルＡ１５の共振周波数は高くなるため、外シェルＡ１４の一次共振時は内シェルＡ１５も一次モードの範囲内で振動する。従って、外シェルＡ１４と内シェルＡ１５は互いの短軸面同士、長軸面同士は同位相となり、外シェルＡ１４の大きさを基準とすれば、全体として送波面積が増加したことになる。
【００１９】図７に、本発明の送波器について、第２の実施の形態の構成を示す。この実施の形態においては、クラスVII型シェル１６（以下、外シェルＢと呼ぶ）の内部に、クラスVII型シェル１７（以下、内シェルＢと呼ぶ）が配置されたことが特徴である。
【００２０】この送波器では、駆動素子２７は、外シェルＢ１６と内シェルＢ１７との間の長軸上両側に配置されており、駆動素子２７の両端は、同図では省略しているが、それぞれ外シェルＢ１６および内シェルＢ１７と流体結合されている。そして、本送波器は水中で使用されるため、同図に示すように、外シェルＢ１６の外面と内シェルＢ１７の内面との範囲は、上下とも蓋部の役割を持つ図示せぬ上下板で覆われており、外シェルＢ１６の外面と内シェルＢ１７の内面は、水に接するようになっている。外シェルＢ１６及び内シェルＢ１７と上下板の接触部には、気密性能を得るために、Ｏリング等を用いたシーリングが施されている。また、外シェルＢ１６及び内シェルＢ１７と上下板との摩擦を一定に保つために、水圧に対し、上下板を支えるための支柱３４が設置されている。
【００２１】従来のクラスVII型シェルを用いた構造では、シェル短軸面の中央部分の内側に十分な寸法の支柱を設置することは難しかった。しかし、本実施の形態では、内シェルＢ１７は内側に湾曲しているため、駆動素子２７と外シェルＢ１６間のスペースが拡大し、従来より大きい支柱が挿入可能となり、高耐水圧性能を得ることができる。
【００２２】次に、本発明の送波器について、第２の実施の形態の動作について説明する。上述の通り送波器は水中に設置され、外シェルＢ１６の外面、上下板、内シェルＢ１７の内面は水に接した状態となる。音響エネルギー放射中の駆動素子２７の振動に対し、一次モードにおける外シェルＢ１６と内シェルＢ１７は同位相で振動する。また、大きさの関係から外シェルＢ１６に対する内シェルＢ１７の共振周波数は高くなるため、外シェルＢ１６の一次共振時も内シェルＢ１７は一次モードの範囲内で振動する。したがって水中の放射においては、外シェルＢ１６、内シェルＢ１７ともに第１の実施の形態と同様に媒質排除が常に同位相となり、全体として送波面積が増加する。
【００２３】なお、本実施の形態における支柱３４は、送波器に加わる水圧に対し、必要に応じて設置されるものである。したがって、本実施の形態は支柱３４を有する構成に限定されるものではない。
【００２４】図８に、本発明の送波器について、第３の実施の形態の構造を示す。この実施の形態においては、クラスVII型シェル１８（以下、外シェルＣと呼ぶ）の内部に、クラスIV型シェル２９（以下、内シェルＣと呼ぶ）が配置されたことが特徴である。
【００２５】この送波器では、駆動素子２７は、外シェルＣ１８と内シェルＣ１９との間の長軸上両側に配置されており、駆動素子２７の両側はボルト等によりそれぞれ外シェルＣ１８及び内シェルＣ１９と結合されている。そして、本送波器は水中で使用されるため、同図に示すように、外シェルＣ１８の外面と内シェルＣ１９の内面との範囲は、上下とも蓋部の役割を持つ図示せぬ上下板で覆われており、外シェルＣ１８の外面と内シェルＣ１９の内面は、水に接するようになっている。外シェルＣ１８及び内シェルＣ１９と上下板の接触部には、気密性能を得るために、Ｏリング等を用いたシーリングが施されている。
【００２６】次に、本発明の送波器について、第３の実施の形態の動作について説明する。上述の通り送波器は水中に設置され、外シェルＣ１８の外面、上下板、内シェルＣ１９の内面は水に接した状態となる。音響エネルギーの放射中の駆動素子１５の振動に対し、一次モードにおける外シェルＣ１８と内シェルＣ１９の振動の位相は、短軸面は逆相であるが、長軸面では同相であり、長軸方向の水中媒質排除は同位相となる。したがって、送波面積は従来技術と比べ、ほぼ同一となる。
【００２７】次に、第３の実施の形態の送波器に、水中で圧力が印加された場合について説明する。送波器に水圧が加わると、外シェルＣ１８は全体的に縮む方向に変形し、長軸方向において駆動素子２８を内側に押す力が発生する。内シェルＣ１９は圧力に対し短軸方向には膨らむが、長軸方向においては縮む方向に変形するため、駆動素子２８を内側に引張る力が発生する。その結果、送波器に圧力が印可された状態では、駆動素子２８を変形させる成分よりも、単に内側に移動させる成分が支配的となるので、駆動素子２８に加わる引張力および圧縮力は、従来の送波器に対し格段と小さくなる。よって、駆動素子２８と外シェルＣ１８及び内シェルＣ１９との結合には、駆動素子２８の変形を抑えるための流体結合が用いる必要がなく、ボルト等による直結構造とすることができる。
【００２８】図９は、本実施の形態の送波器を、高水圧下で使用する場合の構成を示したものである。外シェルＣ１８及び内シェルＣ１９と、上下板との間の摩擦を一定に保つために、上下板を支えるための支柱３５が設置されている。この場合、同図のように、外シェル１８Ｃと内シェル１９Ｃの短軸面中央部が近接するため、支柱は内シェルＣ１９の内側の水中に設けられる。従って、上下板の範囲は、同図のように内シェル２９の内側に張り出したところまで及ぶこととなる。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明のように第１の実施の形態にによれば、従来のクラスIV型シェルを用いた送波器に対し、内シェルの送波面積分だけ全体の送波面積が増加するため、クラスIV型シェルの送波器を全体的に大型化したり、シェル長軸面側の面積を無理に小さくして駆動素子の寸法を制約したりすることなく、かつクラスIV型シェルの長軸面と短軸面の水中媒質排除の位相が逆位相であるがための音響的な損失を補った高出力化が可能となる。
【００３０】また、第２の実施の形態によれば、従来のクラスVII型シェルを用いた送波器に対し、短軸面中央部分の外シェルと内シェルの間に、耐水圧性能用の支柱を挿入するスペースが確保され、全体が大型化することなく耐水圧性能を向上させる効果があるとともに、送波面積が増加することによる高出力化が可能となる。
【００３１】また、第３の実施の形態によれば、従来の駆動素子とシェルを直結した送波器に対し、駆動素子に加わる引張力や圧縮力は格段に小さく、駆動素子とシェルを直結した状態でも駆動素子の変形が小さいため、水圧による駆動素子の性能変化が小さくできる。したがって、水圧に対する駆動素子の変形を防ぐための流体結合を必要とせず、製作工程の簡略化及び流体室のメンテナンスが必要なくなる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２９５
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
【住所又は居所】東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号
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| 【出願日】 |
平成１４年３月２９日（２００２．３．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８９０９３
【弁理士】
【氏名又は名称】大西 健治
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| 【公開番号】 |
特開２００３−２９９１７７（Ｐ２００３−２９９１７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１０月１７日（２００３．１０．１７） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−９４６０５（Ｐ２００２−９４６０５） |
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