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JP3275154B2 - 電気音響変換器 - Google Patents

電気音響変換器

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Publication number
JP3275154B2
JP3275154B2 JP05341793A JP5341793A JP3275154B2 JP 3275154 B2 JP3275154 B2 JP 3275154B2 JP 05341793 A JP05341793 A JP 05341793A JP 5341793 A JP5341793 A JP 5341793A JP 3275154 B2 JP3275154 B2 JP 3275154B2
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JP
Japan
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electrode
electrode plate
piezoelectric
piezoelectric sheet
electrodes
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JP05341793A
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English (en)
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JPH06269079A (ja
Inventor
裕徳 森
明 亀山
秀之 鈴木
芳典 浜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Tokin Corp
Original Assignee
NEC Corp
Tokin Corp
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=12942268&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3275154(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by NEC Corp, Tokin Corp filed Critical NEC Corp
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  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水中において超音波信
号の送波及び受波を行なうことにより物体検知、通信等
を行なう送受波器における、電気信号と音響信号の変換
を行なう電気音響変換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水中において超音波信号の送波及
び受波を行なうことにより物体検知、通信等を行なう送
受波器では、その電気信号と音響信号の変換を行なう電
気音響変換器として圧電磁器振動子が多く用いられてき
た。
【0003】この圧電磁器振動子は、プレス成形・焼結
後に対向する1組の面に電極を形成し、この電極間に直
流高電圧を加えて分極することで得られ、この電極に電
気信号を加えることで機械的振動を励起して音波伝搬媒
質中に音波を放出し、また、媒質中から入射した音波に
より機械的振動を励起させて電極から電気信号を出力さ
せることにより電気音響変換器として機能する。
【0004】水中で超音波信号の授受を行なう送受波器
において電気音響変換を行なう代表的な素子としては、
従来、図7に示すような円筒状の圧電磁器振動子、ある
いは、図8に示すような角柱状の圧電磁器振動子が用い
られている。この従来の振動子は、何れも、圧電磁器焼
結体5の表面上に1組の電極6a,6bを形成し、この
電極6aと6bとの間に直流高電圧を印加して分極処理
される。
【0005】また、このようにして形成された振動子を
電気音響変換器として使用する場合には、一般に、信号
用ケーブル4a,4bが各電極6a,6bに接続される
が、この電気音響変換器は、そのままの状態では水中で
使用することができない。すなわち、この電気音響変換
器は、その電極6a,6bが振動子の表面に常に露呈さ
れており、また、その使用環境としての一般の水や海水
が導電性を有しているため、この振動子をそのまま水中
に浸漬すると、各電極6a,6b間が電気的に短絡して
使用不可能となる。
【0006】このため、この種の電気音響変換器では、
図9に示すように、音波透過性の良好なゴム状弾性体8
で、その振動子7と、この振動子7を支持するための支
持用部品9a,9bの全体をモールドする方法により水
中での振動子7の各電極間の電気的な短絡を防止するよ
うに構成していた。これとは別に、図10に示すよう
に、一対の支持用部品9cで振動子7を金属ケース等よ
りなる水密筐体10内に設置し、この振動子7の送受波
面にゴム状弾性体からなる音響窓11を密着させて水密
構造とする方法もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の方法は、前述したように、何れも振動子7に対す
る水密構造を必要不可欠とするため、多大な加工時間や
水密機構用の多くの部品が必要となり、また、送受波器
として期待される特性を得るために、その音波授受を行
なう部分の境界条件管理に多くの労力を費やす不具合が
ある。
【0008】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、水密構造を付与するための加工
時間や部品を低減でき、水密構造の付与により生じる送
受波器の特性低下を防止できる電気音響変換器を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、未焼結
で可撓性を有する圧電体シートの間に、金属板等よりな
る電極板を1枚乃至複数枚挾み込んで一体焼結した後
に、上記圧電体シートの表面にこれらを間にして上記電
極板と対向するように電極を形成し、この電極と上記圧
電体シート内部の電極板とにより分極・駆動を行ない、
上記未焼結の圧電体シートの上記電極板と対向する範囲
の一部に、切欠きあるいは穴を形成し、焼結後の圧電体
シート内部の電極板との電気信号の授受を、上記切欠き
部あるいは穴の電極板露出部分により行なうことを特徴
とする電気音響変換器が得られる。
【0010】
【作用】本発明によれば、金属板等よりなる電極板が、
未焼結で可撓性を有する圧電体シートの間に挾み込まれ
て一体焼結された後に、上記圧電体シートの表面に上記
電極板と対向するように電極が形成されるので、この電
極と上記圧電体シート内部の電極板との水中での電気的
短絡が回避される。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図によって詳細に説
明する。但し、本実施例の記述から明らかに想起し得る
範囲の構成および作用等については、説明の煩雑化を避
ける上から、その開示を省略もしくは簡略化する。
【0012】図1及び図2は本発明の第1の実施例を示
しており、この電気音響変換器は、その表面を図1に、
裏面を図2に示すように、2枚の圧電体シート1a,1
bの間に電極板2を挾み込み、平板状に成形・焼結して
構成されている。本実施例の圧電体シート1aには、そ
の焼結前に加工が施された穴1cが形成されている。ま
た、各圧電体シート1a,1bのそれぞれの表面(圧電
体1の両面)には、その焼結後に、各電極3a,3bが
それぞれ形成される。
【0013】ここで、圧電体シート1aに形成される電
極3aには、内部の電極板2との絶縁を確保するため
に、圧電体シート1aに穿たれた穴1cに対応する個所
に、一定の幅で電極のない部分を形成する大きさの穴3
cが設けられている。この圧電体1は、圧電体シート1
aの穴1cの部分において、内部の電極板2と信号用ケ
ーブルを接続し、この電極板2と各電極3a,3bとの
間に直流高電圧を印加して分極処理することで、平板状
の電気音響変換器として機能する。
【0014】この電気音響変換器は、図3に示すよう
に、1枚の圧電体シートを2つに折り曲げ、この圧電体
シートの間に電極板2を挾んで、成形・焼結することに
より圧電体1を形成してもよい。
【0015】図4は、本発明の第2の実施例を示してお
り、この電気音響変換器は、2枚の圧電体シート1a,
1bの間に2枚の電極板2を挾み込み、円筒状に成形・
焼結して構成されている。本実施例の圧電体シート1a
には、各電極板2の位置に合わせて、その焼結前に加工
が施された2つの穴1cが形成されている。また、各圧
電体シート1a,1bのそれぞれの表面、すなわち、円
筒状に形成された圧電体1の内周面及び外周面には、そ
の全周に亘って、各電極3a,3bがそれぞれ形成され
る。
【0016】ここで、圧電体1の内周面に形成される電
極3aには、第1の実施例と同様に、内部の各電極板2
との絶縁を確保するために、圧電体シート1aに穿たれ
た各穴1cに対応する個所に、一定の幅で電極のない部
分を形成する大きさの各穴3cが設けられている。この
圧電体1は、圧電体シート1aの2個所の穴1cの部分
において、内部の2枚の電極板2と信号用ケーブルを接
続し、これらの電極板2と内外周面上の各電極3a,3
bとの間に直流高電圧を印加して分極処理される。
【0017】上記の各実施例に示した電気音響変換器
は、圧電体1の表面に設けた各電極3a,3bに信号用
ケーブルを接続することで、内部の電極板2と表面の各
電極3a,3bの間に交流信号を加えて音波を放射し、
あるいは、外部からの音波を受信して電気信号を出力す
る。
【0018】この実施例の電気音響変換器は、通常のス
ピーカまたはマイクロホンとして空気中で使用できるこ
とはもとより、水中においても全体をゴムモールドした
り、音響窓を設けることなく使用できることをその最も
有益な特徴としている。
【0019】図7〜図10に示した従来例に比べて、本
発明の実施例の電気音響変換器は、図5及び図6に示す
ように、電極板2の周囲が、その構造的特徴から2枚の
圧電体シート1a,1bにより、信号用ケーブル4aを
接続する部分以外は完全に覆われているので、これらの
圧電体シート1a,1bが電極板2の防水部材として機
能するように構成される。
【0020】これにより、本実施例の電気音響変換器で
は、信号用ケーブル4aを接続するために電極板2を外
部に露呈させた部分、すなわち、圧電体シート1aの穴
1cの部分に、ゴムモールド13により防水処理を施す
ことによって、圧電体1の表面と各電極3a,3bだけ
が水に接する構造となる。従って、本実施例の電気音響
変換器では、水中においても、その電極板2と各電極3
a,3bとが電気的に短絡することがないので、大掛か
りな防水加工を施すことなく、水中で機能させることが
できる。
【0021】また、図5及び図6に示した実施例の電気
音響変換器は、その各電極3a,3bに対して信号用ケ
ーブル4bを直接接続せず、この電極3a,3bが浸漬
される水を電気信号の伝搬手段として利用するように構
成されている。すなわち、この実施例の各電極3a,3
bに接続されるべき信号用ケーブル4bの端末は、図5
及び図6に示すように、各電極3a,3bから離隔した
位置に臨むように配置されており、この信号用ケーブル
4bの端末に接続された端子12のみが水と接するよう
に、ケーブル水密モールド14によって、ケーブル内へ
の水の浸入を防止する処理が施されている。ここで、当
然ながら、信号用ケーブル4bの端末を各電極3a,3
bに直接接続しても何ら問題はない。
【0022】更に、この実施例では、圧電体1に固定さ
れた吊り金具15と、信号用ケーブルに配設された吊下
リング17とが吊下ワイヤ16で懸架されることによ
り、信号用ケーブルの端末に無理な負荷が加わらないよ
うに構成されている。
【0023】ところで、前記従来の電気音響変換器で
は、図9における振動子7とゴム状弾性体8の境界面、
あるいは、図10における振動子7と音響窓11の境界
面が存在するため、振動子7とゴム状弾性体8あるいは
音響窓11、及び、ゴム状弾性体8あるいは音響窓11
と水との境界条件や、ゴム状弾性体8あるいは音響窓1
1の音響的な特性が、送受波器としての性能に大きく影
響し、特に、振動子7とゴム状弾性体8あるいは音響窓
11の間に空気層が存在すると、振動子7、及び、ゴム
状弾性体8あるいは音響窓11や水と空気の音響インピ
ーダンス密度が大きく異なるため、音波が空気層で反射
し、送受波感度特性の低下や指向特性の乱れの原因とな
る。
【0024】これに対し、図5及び図6に示した本実施
例の電気音響変換器では、各電極3a,3bを設けた面
が超音波の送受波面となっているが、この送受波面は、
超音波の伝搬媒体である水と直接接しているので、上述
のような境界面が存在せず、音響特性のバラツキの少な
い送受波器となる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、2次的な加工や大掛か
りな防水部材をほとんど必要とせずに送受波器としての
機能を得られるとともに、送受波面が超音波の伝搬媒体
である水に直接接する音響特性のバラツキの少なく安定
した送受波器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における圧電体の表面側
の部分破断斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施例における圧電体の裏面側
の斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施例における他の圧電体の表
面側の部分破断斜視図である。
【図4】本発明の第2の実施例における圧電体の部分破
断斜視図である。
【図5】本発明の第3の実施例における送受波器の正面
図である。
【図6】本発明の第3の実施例における送受波器の側方
断面図である。
【図7】従来の送受波器に使用されている円筒状振動子
の斜視図である。
【図8】従来の送受波器に使用されている角柱状振動子
の斜視図である。
【図9】従来の円筒状振動子をゴムモールドした送受波
器の概略断面図である。
【図10】従来の角柱状振動子を水密ケース内に配設し
た送受波器の概略断面図である。
【符号の説明】 1 圧電体 1a,1b 圧電体シート 1c 穴 2 電極板 3a,3b 電極 4a,4b 信号用ケーブル 12 端子 13 ゴムモールド 14 ケーブル水密モールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 秀之 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内 (72)発明者 浜 芳典 東京都港区芝五丁目7番1号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−103398(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04R 1/44 330 H04R 17/00 330 H04R 31/00 330

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 未焼結で可撓性を有する圧電体シートの
    間に、金属板等よりなる電極板を1枚乃至複数枚挾み込
    んで一体焼結した後に、上記圧電体シートの表面にこれ
    らを間にして上記電極板と対向するように電極を形成
    し、この電極と上記圧電体シート内部の電極板とにより
    分極・駆動を行ない、上記未焼結の圧電体シートの上記
    電極板と対向する範囲の一部に、切欠きあるいは穴を形
    成し、焼結後の圧電体シート内部の電極板との電気信号
    の授受を、上記切欠き部あるいは穴の電極板露出部分に
    より行なうことを特徴とする電気音響変換器。
  2. 【請求項2】 未焼結で可撓性を有する圧電体シートの
    間に、金属板等よりなる電極板を1枚乃至複数枚挾み込
    んで一体焼結した後に、上記圧電体シートの表面にこれ
    らを間にして上記電極板と対向するように電極を形成
    し、この電極と上記圧電体シート内部の電極板とにより
    分極・駆動を行ない、少なくとも上記電極板と信号授受
    用ケーブルとの接続部分を、モールド等により水密処理
    して導電性を有する液体中に浸漬し、この導電性を有す
    る液体を上記圧電体シートの表面に形成した電極との信
    号授受手段あるいは外部電極として利用することを特徴
    とする電気音響変換器。
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JP5275833B2 (ja) * 2009-01-29 2013-08-28 大成建設株式会社 発振器

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