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JP2552362B2 - Underwater acoustic receiver - Google Patents
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JP2552362B2 - Underwater acoustic receiver - Google Patents

Underwater acoustic receiver

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JP2552362B2
JP2552362B2 JP1145065A JP14506589A JP2552362B2 JP 2552362 B2 JP2552362 B2 JP 2552362B2 JP 1145065 A JP1145065 A JP 1145065A JP 14506589 A JP14506589 A JP 14506589A JP 2552362 B2 JP2552362 B2 JP 2552362B2
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molding
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は水中音響受波器に関し、特に水中音の測定
等に使用される水中音響受波器に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an underwater acoustic wave receiver, and more particularly to an underwater acoustic wave receiver used for measurement of underwater sound and the like.

[従来の技術] 従来、水中音測定等のために用いられる水中音響受波
器(以後有機圧電材受波器と称する)は、一例として下
記文献に開示されるものがある。
[Prior Art] Conventionally, an underwater acoustic wave receiver (hereinafter referred to as an organic piezoelectric material wave receiver) used for underwater sound measurement or the like is disclosed in the following document as an example.

文献;ジャーナル オブ ザ アコースティカル ソ
サエティ オブ アメリカ,{Journal of Acoustical
Society of America,80,[2],(August 1986),
(米),P.375〜381:Mark B.Moffett et al,“A ρc h
ydrophone"} 上記文献に示されている有機圧電材受波器は粘弾性と
圧電性を有する高分子材料からなる平板状の水中音測定
用の受波器である。この有機圧電材受波器の特徴は、密
度が水の密度に近く、音速が水の音速に近い値を有して
いることである。このことによって、それ以前のセラミ
ックス製受波器の音響インピーダンスよりもこの有機圧
電材受波器の方が水の音響インピーダンスに近い値を持
つため、水中音波を受波する場合に高周波領域まで音響
透過性を有する音響特性の良い受波器となっている。ま
た例えば、具体的には筐体等に装着されない状態、つま
り自由音場に置かれたこの有機圧電材受波器は粘弾性的
性質を有する高分子材料で形成されているので、上記の
セラミックス製受波器に較べて共振の尖鋭度が小さく、
かつ共振近傍においても平坦な受波感度特性が得られる
優れた特性を有するものであった。
References; Journal of the Acoustical Society of America, {Journal of Acoustical
Society of America, 80 , [2], (August 1986),
(US), P.375-381: Mark B. Moffett et al, “A ρh”
ydrophone "} The organic piezoelectric material wave receiver disclosed in the above reference is a flat plate made of a polymer material having viscoelasticity and piezoelectricity for measuring underwater sound. Is characterized by a density close to that of water and a speed of sound close to that of water, which makes this organic piezoelectric material more than the acoustic impedance of previous ceramic receivers. Since the wave receiver has a value that is closer to the acoustic impedance of water, it is a wave receiver with good acoustic characteristics that has acoustic transparency up to a high-frequency region when receiving underwater sound waves. This organic piezoelectric material receiver, which is not attached to a housing or the like, that is, placed in a free sound field, is made of a polymer material having viscoelastic properties. The sharpness of resonance is small compared to
Moreover, it had excellent characteristics that a flat wave receiving sensitivity characteristic was obtained even in the vicinity of resonance.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上記のような従来の有機圧電材受波器
では、有機材圧電子を粘弾性材料でモールドした一体の
受波器を形成して、例えば固有振動その他によって振動
する筐体等に装着した場合、この振動筐体が屈曲振動す
れば、有機圧電材受波器は曲げ変形や延び変形を受け
る。又、振動筐体が並進振動すればこの振動に基づく並
進振動をする。この場合、有機材圧電子内には、曲げ変
形や、延び変形に基づく応力や、並進運動に基づいた応
力(加速度雑音と呼ぶ)が誘起され、受波器に到来する
音波信号に基づく応力に加えられ、所期する受波器の受
波感度特性が劣化する。また、これらの変形の音響を受
けない様にするため、モールド材として極めて柔らかい
材料を用いることも考えられるが、この場合は受波器の
強度が保持できないという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional organic piezoelectric material wave receiver as described above, an integrated wave receiver in which organic material piezoelectric electrons are molded with a viscoelastic material is formed, and, for example, natural vibration or other When mounted on a case or the like that vibrates by virtue of this, when the vibrating case flexibly vibrates, the organic piezoelectric material receiver undergoes bending deformation or extension deformation. Further, if the vibrating housing undergoes translational vibration, translational vibration based on this vibration is produced. In this case, stress due to bending deformation, extensional deformation, or stress due to translational motion (called acceleration noise) is induced in the organic material piezoelectric electrons, and stress due to the sound wave signal arriving at the receiver is generated. As a result, the desired wave-reception sensitivity characteristic of the wave receiver is deteriorated. Further, it is possible to use an extremely soft material as the molding material so as not to receive the sound of these deformations, but in this case, there is a problem that the strength of the wave receiver cannot be maintained.

この発明は、有機材圧電子をモールドした受波器にお
いて、上述の曲げ変形や延び変形や並進運動に基づく応
力によって、受波感度が劣化するといった欠点や、該応
力を除去するために柔らかいモールド材を用いた場合に
受波器の強度が保持できないといった欠点を除去するた
めになされたもので、音波の受波感度特性の優れた水中
音響受波器を提供することを目的とするものである。
The present invention relates to a wave receiver in which organic material piezoelectric electrons are molded. In the wave receiver, stress caused by the above-mentioned bending deformation, extension deformation, and translational motion deteriorates the wave receiving sensitivity, and a soft mold for removing the stress. This was done to eliminate the drawback that the strength of the wave receiver cannot be maintained when using a material, and its purpose is to provide an underwater acoustic wave receiver with excellent sound wave reception sensitivity characteristics. is there.

[課題を解決するための手段] この発明に係る水中音響受波器は、水中で音響透過性
を有する長方形の薄い金属平板の両面に有機材圧電子を
接合し、その外側に電極を設けたサンドイッチ板構造の
有機圧電材受波器(以後これを複合圧電子板と称する)
と、この複合圧電子板を柔らかくかつ音響透過性のよい
粘弾性材料(例えば低硬度のウレタンゴム等)で薄肉の
板状にモールドした第1のモールド体と、この第1のモ
ールド体の対向する側面のうち一対の側面(例えば長方
形の長辺の側面)を残したまま上記第1のモールド体を
硬くかつ音響透過性のよい粘弾性材料(例えば高硬度の
ウレタンゴム等)で板状にモールドした第2のモールド
体からなるものである。
[Means for Solving the Problems] In the underwater acoustic receiver according to the present invention, organic material piezoelectric electrons are bonded to both surfaces of a rectangular thin metal flat plate having acoustic transparency in water, and electrodes are provided on the outside thereof. Organic piezoelectric material receiver with sandwich plate structure (hereinafter referred to as composite piezoelectric plate)
A first mold body obtained by molding the composite piezoelectric plate into a thin plate shape with a viscoelastic material that is soft and has good acoustic transparency (for example, urethane rubber having low hardness), and the first mold body is opposed to the first mold body. The first mold body is formed into a plate shape with a viscoelastic material (for example, high hardness urethane rubber or the like) that is hard and has good acoustic transparency, while leaving a pair of side surfaces (for example, long side surfaces of a rectangle) among the side surfaces to be formed. It is composed of a second molded body.

[作用] この発明においては、まず有機材圧電子板を水中での
音響透過性のよい金属板に張りつけた重い構造の複合圧
電子板を柔かい粘弾性材料でモールドしたので、複合圧
電子板の質量とこのモールド材(第1のモールド体)の
ステイフネスから決まる並進振動の共振周波数を対象周
波数以下に低下させる。
[Operation] In the present invention, first, the composite piezoelectric board having a heavy structure in which the organic piezoelectric board is attached to the metal plate having good sound permeability in water is molded with the soft viscoelastic material. The resonance frequency of translational vibration determined by the mass and the stiffness of the molding material (first molding body) is reduced to the target frequency or lower.

さらにこの場合、金属板に接合した有機材圧電子板に
とりつけた電極も音響透過性のよい範囲で厚みをもたせ
かつ剛な金属板で形成した複合圧電子板は曲げ変形に関
する断面二次モーメントが大きくなるので圧電子板の屈
曲振動や延び振動を対象周波数以上に上げる。
Furthermore, in this case, the electrodes attached to the organic material piezoelectric plate bonded to the metal plate also have a thickness in the range of good acoustic transparency, and the composite piezoelectric plate formed of a rigid metal plate has a second moment of area related to bending deformation. Since it becomes large, the bending vibration and extension vibration of the piezoelectric plate are raised above the target frequency.

また、複合圧電子板をモールドする第1のモールド体
を柔かい粘弾性材料を用いてそのステイフネスを小さく
したので、このモールド材を介して複合愛電子板に振動
変位が伝達されるとき、対象周波数範囲で複合圧電子板
の振動筐体の屈曲振動にもとづく屈折振動や延び振動や
振動筐体の並進振動にもとづく加速度雑音を低減させ上
記の振動変位による応力が除去される。
In addition, since the first mold body for molding the composite piezoelectric electronic plate is made of a soft viscoelastic material to reduce its stiffness, when the vibration displacement is transmitted to the composite electronic plate through this molding material, the target frequency is reduced. In the range, the vibration noise of the compound piezoelectric plate vibrating housing is reduced by refraction vibration and extension vibration based on bending vibration and acceleration noise based on translational vibration of the vibrating housing, and the stress due to the above vibration displacement is removed.

さらに、複合圧電子板をモールドした第1のモールド
体をこのモールド体の対向する一対の側面を残したまま
で、硬い粘弾性材料でモールドして第2のモールド体を
形成する2段のモールド法を採用して第1のモールド体
のステイフネスを低くしたので、このモールド材の肉厚
方向の変形が側面方向に自由に伝えられ、肉厚方向に対
して体積弾性率より小さな値の縦弾性率が適用できる柔
かいモールド材の構成が実現できる。
Further, a two-stage molding method in which the first mold body molded with the composite piezoelectric electronic plate is molded with a hard viscoelastic material while leaving a pair of opposite side surfaces of the mold body to form a second mold body. Since the first mold body has a low stiffness, the deformation of the mold material in the thickness direction is freely transmitted in the lateral direction, and the longitudinal elastic modulus of a value smaller than the bulk elastic modulus in the thickness direction. It is possible to realize a soft molding material structure applicable to.

[実施例] 第1図はこの発明の一実施例を示す水中音響受波器を
構成する有機圧電材受波器の構造模式図である。図にお
いて、第1図の(a)は平面図、第1図の(b)は
(a)に示したA−A線に沿う断面図である。
[Embodiment] FIG. 1 is a structural schematic view of an organic piezoelectric material wave receiver constituting an underwater acoustic wave receiver according to an embodiment of the present invention. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along the line AA shown in FIG.

図において、6は有機圧電材受波器の音響センサを構
成する複合圧電子板であり、金属板4の上下面に板状の
有機材圧電子板3を接合し、さらにこの有機材圧電子板
3の両面に電極2を張り付けて形成されている。7は複
合圧電子板6をモールドした第1モールド体であり、粘
弾性を有する柔らかいモールド材例えば低硬度のウレタ
ンゴムのモールド材I1を用いて複合圧電子板6を平板状
にモールドした第1のモールド体を構成したものであ
る。さらに、この第1モールド体7を粘弾性を有する硬
いモールド材例えば高硬度のウレタンゴムのモールド材
II5を用いてモールドして第2モールド体を形成し第2
のモールド体を構成している。この場合、第1モールド
体7の側面9を残したままの状態すなわち側面9だけは
モールド材II5で覆われない状態で第2モールド体8を
形成して、この発明による有機圧電材受波器を構成する
ものである。
In the figure, reference numeral 6 denotes a composite piezoelectric plate which constitutes an acoustic sensor of an organic piezoelectric material wave receiver, in which a plate-shaped organic material piezoelectric plate 3 is joined to the upper and lower surfaces of a metal plate 4, and the organic material piezoelectric The electrodes 2 are attached to both surfaces of the plate 3. Reference numeral 7 denotes a first molded body obtained by molding the composite piezoelectric panel 6, which is a first molded body of the composite piezoelectric panel 6 using a soft viscoelastic molding material, for example, a low hardness urethane rubber molding material I1. The molded body of FIG. Further, the first mold body 7 is made of a hard molding material having viscoelasticity, for example, a molding material of high hardness urethane rubber.
The second mold body is formed by molding using II5.
Constitutes the molded body of. In this case, the second mold body 8 is formed with the side surface 9 of the first mold body 7 left, that is, only the side surface 9 is not covered with the mold material II5, and the organic piezoelectric material wave receiver according to the present invention is formed. It is what constitutes.

そして、この受波器を水中音響受波器として実装する
場合、第2モールド体8の下面10は一般に固有振動やそ
の他によって振動する筐体等に接着される。また、この
受波器を実用する場合は第2モールド体8の下面10以外
の表面は流体(水)におおわれている。また、第1モー
ルド体7の側面9はモールド材II5でモールドされてい
ないから同様に流体に接するようになっている。
When this wave receiver is mounted as an underwater acoustic wave receiver, the lower surface 10 of the second molded body 8 is bonded to a housing or the like that generally vibrates due to natural vibration or the like. When the wave receiver is put to practical use, the surface of the second molded body 8 other than the lower surface 10 is covered with fluid (water). The side surface 9 of the first molded body 7 is not molded with the molding material II5, so that it contacts the fluid in the same manner.

次に、動作について説明する。流体を介して遠方から
例えば水中音の音波信号が上記の水中音響受波器(以下
受波器という)に到来すると到来音波はモールド材I1、
モールド材II5、有機材圧電子板3がそれぞれ流体の音
響インピーダンスに近い値をもち、電極2、金属板4は
いずれも肉厚が薄いので、対象周波数範囲内で反射する
ことなく、モールド材II5、モールド材I1、電極2、有
機材圧電子板3、金属板4へと入射する。そして、有機
材圧電子板3は到来音波の圧力(音圧)に応じて電極2
間に電圧を誘起して音波が受信される。一方、第2モー
ルド体の下面10は振動をしている筐体等に装着されてい
るため該筐体の振動変位が第1モールド体7へと伝達さ
れる。そして第1モールド体7から複合圧電子板6に振
動変位が伝達される。
Next, the operation will be described. When a sound wave signal of, for example, an underwater sound arrives at the underwater acoustic receiver (hereinafter referred to as a receiver) from a distance through a fluid, the incoming sound wave is generated by the molding material I1,
Since the mold material II5 and the organic material piezoelectric plate 3 each have a value close to the acoustic impedance of the fluid, and the electrode 2 and the metal plate 4 are thin, the mold material II5 does not reflect within the target frequency range. , The molding material I1, the electrode 2, the organic material piezoelectric plate 3, and the metal plate 4. Then, the organic material piezoelectric plate 3 responds to the pressure of the incoming sound wave (sound pressure) by the electrode 2
In between, a voltage is induced and a sound wave is received. On the other hand, since the lower surface 10 of the second molded body is mounted on a vibrating casing or the like, the vibration displacement of the casing is transmitted to the first molded body 7. Then, the vibration displacement is transmitted from the first mold body 7 to the composite piezoelectric plate 6.

以上の構成において、モールド材I1を介して複合圧電
子板6に振動変位が伝達されるとき、振動変位による応
力を取り除くため、すなわち、対象周波数範囲におい
て、振動筐体の屈曲振動に基づく複合圧電子板6の屈曲
振動や延び振動や、振動筐体の並進振動に基づく並進振
動を低減するため、第1モールド体のモールド材I1のス
テイフネスが小さくなるようにしている。このステイフ
ネスの低減に関する具体策の説明は項を改めて後述す
る。
In the above configuration, when the vibration displacement is transmitted to the composite piezoelectric plate 6 via the molding material I1, in order to remove the stress due to the vibration displacement, that is, in the target frequency range, the composite pressure based on the bending vibration of the vibrating casing is used. In order to reduce the flexural vibration and extension vibration of the electronic plate 6 and the translational vibration based on the translational vibration of the vibrating housing, the stiffness of the molding material I1 of the first molding body is reduced. The explanation of the concrete measures for reducing the stiffness will be described later.

また、有機材圧電子板3の板を音響透過性を有する範
囲で適当な厚さ(第1表参照)を持つ金属板4に張りつ
けて重い複合圧電子板6としたことにより、有機材圧電
子板3の質量と前述のモールド材I1のステイフネスから
決まる並進振動の共振周波数を対象周波数以下に下げる
ようになっている。
In addition, the organic material piezoelectric plate 3 is attached to the metal plate 4 having an appropriate thickness (see Table 1) within a range having acoustic transparency to form a heavy composite piezoelectric plate 6, thereby The resonance frequency of the translational vibration determined by the mass of the electronic plate 3 and the stiffness of the molding material I1 is lowered below the target frequency.

さらに、この金属板4に張りつけた有機材圧電子板3
の電極2を上下両方共音響透過性を有する範囲で適当な
厚さ(第1表参照)をもちかつ剛な金属板4を用いて複
合圧電子板6を形成することにより、曲げ変形に関する
断面二次モーメントが大きくして、有機材圧電子板3の
屈曲振動や延び振動を対象周波数以上に上げるようにし
た。
Further, the organic material piezoelectric plate 3 attached to the metal plate 4
By forming a composite piezoelectric plate 6 by using a rigid metal plate 4 having an appropriate thickness (see Table 1) in both upper and lower sides of the electrode 2 of FIG. The second moment is increased so that the bending vibration and the extension vibration of the organic material piezoelectric plate 3 are increased to the target frequency or higher.

ここで、前述のモールド材I1のステイフネスを小さく
するために、この発明において工夫した具体策とその効
果について説明する。
Here, a concrete measure devised in the present invention and its effect in order to reduce the stiffness of the molding material I1 will be described.

第1モールド体7全体を硬いモールド材II5でモール
ドしないで、第1モールド体7の板の対向する側面のう
ち一対の側面9を残したままでモールド材II5でモール
ドすることによりモールド材I1のステイフネスを低くす
る様にした。すなわち、例えば第1モールド体7全体を
硬いモールド材II5でオールドした場合は第1モールド
体7における体積弾性率は大きな値を示すものとなる
が、上述のように第1モールド体7の板の対向する一対
の側面を残してモールド材II5でモールドした場合(つ
まり側面9はモールド材II5では覆われない)はモール
ド材I1の肉厚方向の変形が側面9方向に自由に伝えられ
るので、肉厚方向に対して体積弾性率より小さな値の縦
弾性率が適用できる柔らかいモールド材が実現できるの
である。
The stability of the molding material I1 is obtained by molding the first molding body 7 with the hard molding material II5 and by molding with the molding material II5 while leaving a pair of side surfaces 9 among the opposite side surfaces of the plate of the first molding body 7. I made it lower. That is, for example, when the entire first mold body 7 is aged with a hard mold material II5, the bulk modulus of elasticity of the first mold body 7 shows a large value. When the molding material II5 is used to mold a pair of side surfaces that face each other (that is, the side surface 9 is not covered with the molding material II5), the deformation in the thickness direction of the molding material I1 is freely transmitted to the side surface 9 direction. It is possible to realize a soft molding material to which a longitudinal elastic modulus smaller than the bulk elastic modulus can be applied in the thickness direction.

なお、この構造では第1モールド体の側面9は流体と
接しているから、流体を押しのけようとする変形が側面
に発生するので流体は負荷を受ける。この負荷は側面9
の寸法と流体の波数を関数とする放射インピーダンス
(音波が有効に伝わりにくくなる抵抗)によって決まる
が、この発明においては第1モールド体7の側面形状が
非常に細長い矩形(第1表の梁の長さl参照)とし、さ
らに面積を小さく選ぶことによって放射インピーダンス
を無視できる程度に極めて小さくしている。このような
ディメンションの採用によってモールド材I1は第1モー
ルド体7の側面9の方向に自由に延びることが可能とな
るのである。
In this structure, since the side surface 9 of the first mold body is in contact with the fluid, a deformation that tends to displace the fluid occurs on the side surface, so that the fluid receives a load. This load is on the side 9
Is determined by the radiation impedance (resistance that makes it difficult for sound waves to effectively propagate) that is a function of the size of and the wave number of the fluid, but in the present invention, the side surface shape of the first mold body 7 is a very elongated rectangle (the beam shape in Table 1). The radiation impedance is made extremely small to the extent that it can be ignored by setting the length to 1) and selecting a smaller area. By adopting such dimensions, the molding material I1 can freely extend in the direction of the side surface 9 of the first molding body 7.

したがって、上記の構造からなるこの発明の受波器は
全体が第2モールド体8で外側を形成した強い構造であ
るにかかわらず、複合圧電子板6の外側は柔らかいモー
ルド材I1でモールドされるので有機材圧電子板3の表面
に不用な剪断力を受けない優れた特性を有する水中音響
受波器が得られる。
Therefore, although the wave receiver of the present invention having the above structure has a strong structure in which the second mold body 8 forms the outer side, the outer side of the composite piezoelectric plate 6 is molded with the soft molding material I1. Therefore, it is possible to obtain an underwater acoustic wave receiver having excellent characteristics that the surface of the organic material piezoelectric plate 3 is not subjected to unnecessary shearing force.

次に、上記のようなこの発明の有機圧電材受波器の構
成をもとに具体的な数値に基づいて得た実施例を計算結
果を用いて説明する。なお、以下に示す数値は一例であ
ってこの発明を限定するものではない。
Next, an example obtained based on specific numerical values based on the configuration of the organic piezoelectric material wave receiver of the present invention as described above will be described using calculation results. The numerical values shown below are examples and do not limit the present invention.

第2図はこの発明による有機圧電材受波器の実施例の
説明に用いる振動系モデルを示す模式図である。第2図
の(a)は受波器の平面図、第2図の(b)は断面図、
第2図の(d)は側面図、第2図の(c)は(d)に示
したBの部分の拡大図である。なお、1〜10は第1図の
実施例の説明に用いた部分符号に相当する部分に用いた
同一符号である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a vibration system model used for explaining an embodiment of the organic piezoelectric material wave receiver according to the present invention. 2 (a) is a plan view of the wave receiver, FIG. 2 (b) is a sectional view,
2 (d) is a side view, and FIG. 2 (c) is an enlarged view of a portion B shown in (d). 1 to 10 are the same reference numerals used for the portions corresponding to the reference numerals used in the description of the embodiment of FIG.

第2図において、簡単なモデルの一例として、第2モ
ールド体8の部分は剛体とし、下面10が一様な振幅xI
正弦振動するものとする(但し、ωを角振動数とす
る)。また、層構造の複合圧電子板6は長さが長くて幅
の短かい梁(はり)と考える。さらに、第1モールド体
7はωに無関係な構造減衰を有する粘弾性材で構成され
るものとし、その複素縦弾性係数をE1 =E1(1+j
θ)とする。但しE1は貯蔵ヤング率、θは損失正接、j
は虚数単位である。第1モールド体7の粘弾性支持厚を
第2図の(b)に示すようにh1とし、層構造を有する上
記梁の幅を第2図の(d)に示すようにb1、第2図の
(c)に示すように電極2の厚さをh3、有機圧電子板3
の厚さをh4、金属板4の厚さをh5とし、梁の長さをlと
する。さらに、有機材圧電子板3の密度をρ、ヤング
率をE2とし、電極2の密度ρ、ヤング率をE1とし、金
属板4の密度ρ、ヤング率をE0とする。また、梁の振
幅をxIIと表わすものとする。そして、ここでは対象周
波数範囲をf0から10f0とする(但し、f0は下限の周波数
である)。
In FIG. 2, as an example of a simple model, the part of the second mold body 8 is a rigid body, and the lower surface 10 sine-oscillates with a uniform amplitude x I (where ω is an angular frequency). . The composite piezoelectric plate 6 having a layered structure is considered to be a beam having a long length and a short width. Further, the first mold body 7 is assumed to be composed of a viscoelastic material having structural damping independent of ω, and its complex longitudinal elastic coefficient is E 1 * = E 1 (1 + j
θ). Where E 1 is the storage Young's modulus, θ is the loss tangent, j
Is an imaginary unit. The viscoelastic support thickness of the first mold body 7 is h 1 as shown in FIG. 2B, the width of the beam having the layer structure is b 1 as shown in FIG. As shown in FIG. 2 (c), the thickness of the electrode 2 is h 3 , the organic piezoelectric plate 3
Is h 4 , the thickness of the metal plate 4 is h 5, and the length of the beam is l. Further, the density of the organic material piezoelectric plate 3 is ρ 2 , the Young's modulus is E 2 , the density ρ 1 and Young's modulus of the electrode 2 are E 1, and the density ρ 0 and Young's modulus of the metal plate 4 are E 0 . . The beam amplitude is represented by x II . Then, the target frequency range is set to f 0 to 10f 0 (where f 0 is the lower limit frequency).

第1表は上記のモールド材I1及び上記の梁を構成する
部材の寸法及び物理定数である。なお、弾性係数(ヤン
グ率)は現実に存在するゴム等の弾性係数を参考にして
選択した。
Table 1 shows the dimensions and physical constants of the members forming the molding material I1 and the beams. The elastic modulus (Young's modulus) was selected with reference to the elastic modulus of rubber or the like that actually exists.

第1表に示したように、第1モールド体の貯蔵ヤング
率E1が5×107N/m2、5×106N/m2、5×105N/m2、105N/
m2の4種類のモデル試料をそれぞれNo.1、No.2、No.3、
No.4として設定した。
As shown in Table 1, the storage Young's modulus E 1 of the first mold body is 5 × 10 7 N / m 2 , 5 × 10 6 N / m 2 , 5 × 10 5 N / m 2 , 10 5 N /
Four model samples each No.1 of m 2, No.2, No.3,
It was set as No. 4.

第3図は第1表のパラメータの条件で計算して求めた
各試料の梁の周波数応答特性を示す線図である。図にお
いて、横軸は規格化した周波数である。また、縦軸は規
格化した振動変位伝達率(加速度伝達率ともいう)であ
り、第2モールド体8の下面10の振動xIで規格化した梁
の振幅の最大値xII maxで示したものである。
FIG. 3 is a diagram showing the frequency response characteristics of the beam of each sample obtained by calculation under the parameter conditions of Table 1. In the figure, the horizontal axis is the normalized frequency. The vertical axis represents the normalized vibration displacement transmissibility (also referred to as acceleration transmissibility), which is shown by the maximum amplitude x II max of the beam amplitude normalized by the vibration x I of the lower surface 10 of the second mold body 8. It is a thing.

第3図からわかる様に、試料No.1の様な、硬い粘弾性
材料を用いた場合には、振動変位伝達率は、対象周波数
範囲において、1以上であり、防振効果が実現されな
い。また、試料No.2及びNo.3は、No.1よりも柔らかい粘
弾性材料を用いた場合であるが、対象周波数範囲に、梁
の並進振動共振が現われており該共振点において振幅が
約2.3倍に拡大されている。ところが、試料No.4の様に
柔かい粘弾性材料を用いた場合には、梁の並進振動共振
が0.43f0程度に下がっており前記対象周波数範囲におい
て、振動伝達率が0.3以下に減衰している。
As can be seen from FIG. 3, when a hard viscoelastic material such as sample No. 1 is used, the vibration displacement transmissibility is 1 or more in the target frequency range, and the vibration damping effect cannot be realized. In addition, Sample No. 2 and No. 3 are cases where a viscoelastic material softer than No. 1 is used, but in the target frequency range, translational vibration resonance of the beam appears, and the amplitude at the resonance point is about It has been enlarged 2.3 times. However, when a soft viscoelastic material such as Sample No. 4 is used, the translational vibration resonance of the beam is reduced to about 0.43f 0 , and the vibration transmissibility is attenuated to 0.3 or less in the target frequency range. There is.

以上第3図の検討結果について詳細に説明した様に、
モールド材I1の粘弾性材の弾性係数すなわち貯蔵ヤング
率E1を小さく選び、層状構造を有する複合圧電子板6の
質量を金属板4、電極2を採用して大きく選ぶことによ
り、振動が減衰し、並進振動による加速度雑音が低減さ
れ、音波受波感度特性が改善される。
As described above in detail regarding the examination result of FIG. 3,
Vibration is damped by selecting a small elastic modulus of the viscoelastic material of the molding material I1, that is, a storage Young's modulus E 1 , and selecting a large mass of the composite piezoelectric plate 6 having a layered structure by using the metal plate 4 and the electrode 2. However, the acceleration noise due to the translational vibration is reduced, and the sound wave receiving sensitivity characteristic is improved.

第4図は試料No.4のf0における梁の振動モードを示す
線図である。横軸は第2図の(b)に示したx方向の梁
の位置座標であり、縦軸は梁の振幅である。図にみられ
るように、梁の振幅は梁の位置座標に、ほぼ無関係で一
定となっているから、一次の屈曲振動モードは顕著に現
われていない。また、f0における振動モードは1以下で
あるので変位が減衰していることがわかる。
FIG. 4 is a diagram showing the vibration modes of the beam at f 0 of sample No. 4. The horizontal axis represents the position coordinates of the beam in the x direction shown in FIG. 2B, and the vertical axis represents the beam amplitude. As can be seen in the figure, the amplitude of the beam is almost irrelevant to the position coordinates of the beam and is constant, so that the first bending vibration mode does not appear significantly. Further, it can be seen that the displacement is attenuated because the vibration mode at f 0 is 1 or less.

また、第5図は試料No.4の10f0における梁の振動モー
ドを示す線図である。横軸と縦軸は第4図の場合と同一
である。第5図の10f0の場合においても、第4図と同様
に一次の屈曲振動モードに現われていないことと、さら
に梁の振幅は第4図のf0の場合より桁程度小さくなって
いて変位が大幅に減衰していることを示している。これ
は実施例で説明したように、有機材圧電子板に金属板を
はりつけた構造としたことにより梁の剛性が増大して、
屈曲振動の共振が10f0以上(対象周波数より大きな範
囲)に上がったことによる効果を示すものである。
Further, FIG. 5 is a diagram showing the vibration mode of the beam in 10f 0 of sample No. 4. The horizontal axis and the vertical axis are the same as those in FIG. Even in the case of 10f 0 in FIG. 5, it does not appear in the first bending vibration mode as in FIG. 4, and the beam amplitude is smaller than that in the case of f 0 in FIG. Indicates that it is greatly attenuated. This is because the rigidity of the beam is increased by adopting the structure in which the metal plate is attached to the organic material piezoelectric plate as described in the embodiment.
This shows the effect of increasing the resonance of bending vibration to 10f 0 or higher (range greater than the target frequency).

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、下記の各項目毎に示
す構成としたことにより、それぞれ以下のような効果が
得られる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained by adopting the configurations shown in the following items.

1) 柔かい粘弾性材料でモールドされた複合圧電子板
を含む一体の受波器を更に、もっと硬い粘弾性材料でモ
ールドするので、全体の水中音響受波器は、強い構造を
持つ。
1) The whole underwater acoustic wave receiver has a strong structure because the integral wave receiver including the composite piezoelectric plate molded by the soft viscoelastic material is further molded by the harder viscoelastic material.

2) 複合圧電子板のすぐ外側は、柔かいモールド材で
モールドされるので、有機材圧電子板表面に不用な剪断
力を受けない。
2) Since the outer side of the composite piezoelectric panel is molded with a soft molding material, unnecessary shear force is not applied to the surface of the organic piezoelectric panel.

3) モールドするために用いられる粘弾性材料は、い
づれも、水の音響インピーダンスとほぼ同じになるよう
に選定されるので、水中音波の透過性が良い。
3) Since the viscoelastic material used for molding is selected so as to have almost the same acoustic impedance as that of water, it has good permeability of underwater sound waves.

4) モールド材の比重は、水の比重と大体同程度に選
定されるので、受波器の水中重量が軽い。
4) Since the specific gravity of the molding material is selected to be approximately the same as the specific gravity of water, the underwater weight of the receiver is light.

5) 有機材圧電受波器は、有機材圧電子板と金属板の
積層構造であり、曲げ剛性が大きいことから、屈曲振動
モードが対象周波数範囲において現われないから受波感
度のよい水中音響受波器が得られる。
5) The organic material piezoelectric wave receiver has a laminated structure of an organic material piezoelectric plate and a metal plate, and since it has a large bending rigidity, the flexural vibration mode does not appear in the target frequency range, and therefore, the underwater acoustic wave receiver has good reception sensitivity. A wave instrument is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例を示す水中音響受波器の構
造模式図、第1図の(a)はその平面図、第1図の
(b)は(a)に示したA−A断面図、第2図はこの発
明による水中音響受波器の実施例の説明に用いる振動系
モデル図、第2図の(a)は平面図、第2図の(b)は
断面図、第2図の(c)は(b)のB部分の拡大図、第
2図の(d)は側面図、第3図は第1表のパラメータ条
件で計算した各試料の梁の周波数応答特性を示す線図、
第4図は試料No.4のf0における梁の振動モードを示す線
図、第5図は試料No.4の10f0における梁の振動モードを
示す線図である。 第1図において、1はモールド材I、2は電極、3は有
機材圧電子板、4は金属板、5はモールド材II、6は複
合圧電子板、7は第1モールド体、8は第2モールド
体、9は側面、10は下面である。
FIG. 1 is a schematic structural view of an underwater acoustic receiver showing an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a plan view thereof, and FIG. 1 (b) is A- shown in (a). A sectional view, FIG. 2 is a vibration system model diagram used for explaining an embodiment of the underwater acoustic receiver according to the present invention, FIG. 2 (a) is a plan view, FIG. 2 (b) is a sectional view, 2 (c) is an enlarged view of the portion B of (b), FIG. 2 (d) is a side view, and FIG. 3 is the frequency response characteristics of the beam of each sample calculated under the parameter conditions of Table 1. Diagram showing,
FIG. 4 is a diagram showing the vibration mode of the beam at f 0 of sample No. 4, and FIG. 5 is a diagram showing the vibration mode of the beam at 10 f 0 of sample No. 4. In FIG. 1, 1 is a mold material I, 2 is an electrode, 3 is an organic material piezoelectric plate, 4 is a metal plate, 5 is a mold material II, 6 is a composite piezoelectric plate, 7 is a first mold body, and 8 is The second mold body, 9 is a side surface, and 10 is a lower surface.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】長方形の金属板の両面に接合した有機圧電
材に電極を有する有機圧電材受波器と、 前記有機圧電材受波器を柔かい粘弾性材料でモールドし
た長方形板状の第1のモールド体と、 前記第1のモールド体の外側に形成され前記第1のモー
ルド体の対向する一対の側面を残したまま前記粘弾性材
料より硬い粘弾性材料でモールドした第2のモールド体
と からなることを特徴とする水中音響受波器。
1. An organic piezoelectric material wave receiver having electrodes on an organic piezoelectric material bonded to both sides of a rectangular metal plate, and a rectangular plate-shaped first plate formed by molding the organic piezoelectric material wave receiver with a soft viscoelastic material. And a second mold body formed outside the first mold body and molded with a viscoelastic material that is harder than the viscoelastic material while leaving a pair of opposite side surfaces of the first mold body. Underwater acoustic receiver characterized by consisting of.
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