特許 6353224 超音波送受波器、水中探知装置、及び超音波送受波器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6353224

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】超音波送受波器、水中探知装置、及び超音波送受波器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/521 20060101AFI20180625BHJP

   G01S 15/96 20060101ALI20180625BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/521 A

   G01S15/96

   H04R17/00 330G

【請求項の数】14

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-271439(P2013-271439)

(22)【出願日】2013年12月27日

(65)【公開番号】特開2015-125110(P2015-125110A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年11月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000166247

【氏名又は名称】古野電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000682

【氏名又は名称】特許業務法人ワンディーＩＰパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】三木 康

(72)【発明者】

【氏名】中元 章令

(72)【発明者】

【氏名】石川 裕士

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 伸雄

(72)【発明者】

【氏名】村上 英司

(72)【発明者】

【氏名】田中 弘毅

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０２−１０８４９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５４−１２３０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０９７８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６０−０１８０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５５０７９０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／５２− ７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００−１５／９６

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波を送受信する送受波面が形成されたフロント部、該フロント部における前記送受波面と反対側の端面であるフロント部後端面に配置される圧電素子、及び該圧電素子を前記フロント部後端面と挟んで保持するリア部、を有する超音波振動子と、
前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方を支持するフレーム部と、
弾性を有する弾性部と、を備え、
前記フロント部は、前記送受波面から前記フロント部後端面に向かう方向に沿う方向である前後方向における前記フロント部後端面側の部分であって、前記前後方向における前記送受波面側の部分よりも、前記前後方向に垂直な断面の断面積が減少した断面積減少部を含み、
前記弾性部は、前記前後方向における前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間において一体に設けられ、前記フレーム部を基準として前記前後方向に一体に伸縮可能であることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波送受波器において、
前記フレーム部は、金属によって構成されていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項3】

請求項２に記載の超音波送受波器において、
前記断面積減少部の側面は、前記フロント部後端面から前記送受波面側へ向かって斜め方向に広がるテーパ面であることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波送受波器において、
前記断面積減少部の側面と前記弾性部との間に配置された遮音部を更に備えていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超音波送受波器において、
電気的な絶縁性を有する材料で構成されて前記送受波面を覆う絶縁部を更に備えていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項6】

請求項５に記載の超音波送受波器において、
前記弾性部及び前記絶縁部は、絶縁性及び弾性を有する材料によって一体に形成されていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項7】

請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超音波送受波器において、
複数の前記超音波振動子を更に備えていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項8】

請求項７に記載の超音波送受波器において、
各前記超音波振動子の前記送受波面は、長方形状に形成され、
複数の前記超音波振動子は、各超音波振動子の前記送受波面の長手方向が直線状に沿って配列された超音波振動子列を複数、構成し、
複数の前記超音波振動子列は、各超音波振動子の前記送受波面の短手方向が円周方向に沿って配列されていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項9】

請求項８に記載の超音波送受波器において、
各前記超音波振動子列を構成する各前記超音波振動子は、前記円周方向に隣接する超音波振動子列を構成する各超音波振動子に対して、前記送受波面の長手方向にずれて配置されていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項10】

請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超音波送受波器において、
電気的な絶縁性を有する材料で構成されて、前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方と前記フレーム部との間に配置される被覆部材を更に備えていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項11】

請求項１から請求項１０のいずれかに記載の超音波送受波器において、
前記弾性部は、樹脂材料又はゴム材料によって構成されていることを特徴とする、超音波送受波器。

【請求項12】

水中の物標を探知する水中探知装置であって、
水中に対して超音波を送受信する請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の超音波送受波器と、
前記超音波送受波器から得られた受信信号を処理してエコー画像を生成する信号処理部と、
前記信号処理部によって生成された前記エコー画像を表示する表示部と、
を備えていることを特徴とする、水中探知装置。

【請求項13】

超音波を送受信する送受波面が形成されたフロント部、該フロント部における前記送受波面と反対側の端面であるフロント部後端面に配置される圧電素子、及び該圧電素子を前記フロント部と挟んで保持するリア部、を有する超音波振動子、を備えた超音波送受波器の製造方法であって、
前記フロント部は、前記送受波面から前記フロント部後端面に向かう方向に沿う方向である前後方向における前記フロント部後端面側の部分であって、前記前後方向における前記送受波面側の部分よりも、前記前後方向に垂直な断面の断面積が減少した断面積減少部を含み、
前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方をフレーム部によって支持するステップと、
前記前後方向における前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間に、弾性を有して前記フレーム部を基準として前記前後方向に一体に伸縮可能な弾性部を一体に設けるステップと、
を含むことを特徴とする、超音波送受波器の製造方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の超音波送受波器の製造方法において、
前記弾性部を設けるステップでは、前記フレーム部に前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方が支持された状態の前記超音波振動子における、前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間に、前記弾性部を形成するための材料が充填されることを特徴とする、超音波送受波器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波の送受信を行う超音波送受波器、超音波送受波器を備えた水中探知装置、及び超音波送受波器の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、超音波を送受信可能な超音波振動子を有する送受波器が知られている。例えば、特許文献１には、蜂の巣状に形成された裏板（フレーム部）における複数の穴のそれぞれに超音波振動子を挿入することにより、複数の超音波振動子をフレームに対して配置した送受波器が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】登録実用新案第２５６１０８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上述のように超音波振動子をフレーム部の穴に挿入した場合、フレーム部に対する超音波振動子の保持力が不十分となって、超音波振動子の耐圧性を確保できないおそれがある。

【0005】

また、超音波振動子を、Ｏリング等を介してフレーム部に固定することも考えられる。しかし、この構成であっても、耐圧性が不十分となってしまうおそれがある。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、フレーム部に保持された超音波振動子の耐圧性を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る超音波送受波器は、超音波を送受信する送受波面が形成されたフロント部、該フロント部における前記送受波面と反対側の端面であるフロント部後端面に配置される圧電素子、及び該圧電素子を前記フロント部後端面と挟んで保持するリア部、を有する超音波振動子と、前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方を支持するフレーム部と、弾性を有する弾性部と、を備え、前記フロント部は、前記送受波面から前記フロント部後端面に向かう方向に沿う方向である前後方向における前記フロント部後端面側の部分であって、前記前後方向における前記送受波面側の部分よりも、前記前後方向に垂直な断面の断面積が減少した断面積減少部を含み、前記弾性部は、前記前後方向における前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間において一体に設けられ、前記フレーム部を基準として前記前後方向に一体に伸縮可能である。尚、好ましくは、前記フレーム部は、金属によって構成されている。

【0008】

（２）好ましくは、前記断面積減少部の側面は、前記フロント部後端面から前記送受波面側へ向かって斜め方向に広がるテーパ面である。

【0009】

（３）好ましくは、前記超音波送受波器は、前記断面積減少部の側面と前記弾性部との間に配置された遮音部を更に備えている。

【0010】

（４）好ましくは、前記超音波送受波器は、電気的な絶縁性を有する材料で構成されて前記送受波面を覆う絶縁部を更に備えている。

【0011】

（５）更に好ましくは、前記弾性部及び前記絶縁部は、絶縁性及び弾性を有する材料によって一体に形成されている。

【0012】

（６）好ましくは、前記超音波送受波器は、複数の前記超音波振動子を更に備えている。

【0013】

（７）更に好ましくは、各前記超音波振動子の前記送受波面は、長方形状に形成され、複数の前記超音波振動子は、各超音波振動子の前記送受波面の長手方向が直線状に沿って配列された超音波振動子列を複数、構成し、複数の前記超音波振動子列は、各超音波振動子の前記送受波面の短手方向が円周方向に沿って配列されている。

【0014】

（８）更に好ましくは、各前記超音波振動子列を構成する各前記超音波振動子は、前記円周方向に隣接する超音波振動子列を構成する各超音波振動子に対して、前記送受波面の長手方向にずれて配置されている。

【0015】

（９）好ましくは、前記超音波送受波器は、電気的な絶縁性を有する材料で構成されて、前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方と前記フレーム部との間に配置される被覆部材を更に備えている。

【0016】

（１０）好ましくは、前記弾性部は、樹脂材料又はゴム材料によって構成されている。

【0017】

（１１）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、水中の物標を探知する水中探知装置であって、水中に対して超音波を送受信する上述したいずれかの超音波送受波器と、前記超音波送受波器から得られた受信信号を処理してエコー画像を生成する信号処理部と、前記信号処理部によって生成された前記エコー画像を表示する表示部と、を備えている。

【0018】

（１２）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る超音波送受波器の製造方法は、超音波を送受信する送受波面が形成されたフロント部、該フロント部における前記送受波面と反対側の端面であるフロント部後端面に配置される圧電素子、及び該圧電素子を前記フロント部と挟んで保持するリア部、を有する超音波振動子、を備えた超音波送受波器の製造方法であって、前記フロント部は、前記送受波面から前記フロント部後端面に向かう方向に沿う方向である前後方向における前記フロント部後端面側の部分であって、前記前後方向における前記送受波面側の部分よりも、前記前後方向に垂直な断面の断面積が減少した断面積減少部を含み、前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方をフレーム部によって支持するステップと、前記前後方向における前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間に、弾性を有して前記フレーム部を基準として前記前後方向に一体に伸縮可能な弾性部を一体に設けるステップと、を含む。

【0019】

（１３）好ましくは、前記弾性部を設けるステップでは、前記フレーム部に前記リア部及び前記圧電素子のうちの一方又は両方が支持された状態の前記超音波振動子における、前記断面積減少部の側面と前記フレーム部との間に、前記弾性部を形成するための材料が充填される。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、フレーム部に保持された超音波振動子の耐圧性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示す送受波器の形状を模式的に示す斜視図である。

【図3】図２に示す送受波器のフレーム部の外周面が平面状になるように展開した展開図の一部を示す図であって、フレーム部の外周面に形成された複数の振動子用穴の配置を模式的に示す図である。

【図4】フレーム部及びモールド部に埋め込まれた状態の超音波振動子を側方から視た部分断面図である。

【図5】送受波器の製造工程を示すフローチャートである。

【図6】変形例に係る送受波器を径方向外方から視た図であって、超音波振動子の送受波面の形状を説明するための図である。

【図7】変形例に係る送受波器を径方向外方から視た図であって、複数の超音波振動子の配列について説明するための図である。

【図8】変形例に係る送受波器の構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。

【図9】変形例に係る送受波器の構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。

【図10】変形例に係る送受波器の構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る送受波器を有する水中探知装置１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。水中探知装置１は、主に魚及び魚群等の物標を探知するためのものであって、漁船などの船舶の船底において、海中に露出するように固定されている。

【0023】

［水中探知装置の全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、送受波器２と、送受信装置３と、信号処理部４と、操作・表示装置５（表示部）とを備えている。

【0024】

送受波器２は、複数の超音波振動子１０を有している。送受波器２では、各超音波振動子１０が、電気信号から変換された超音波を所定のタイミング毎に水中へ送信するとともに、受信した超音波を電気信号に変換する。送受波器２の構成については、詳しくは後述する。

【0025】

送受信装置３は、送受切替部６と、送信部７と、受信部８とを備えている。送受切替部６は、送信時には、送信部７から送受波器２に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部６は、受信時には、送受波器２によって超音波から変換された電気信号が送受波器２から受信部８に送られる接続に切り替える。

【0026】

送信部７は、操作・表示装置５において設定された条件に基づいて生成した送信信号を、送受切替部６を介して送受波器２に対して出力する。

【0027】

受信部８は、送受波器２が受信した信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部８は、デジタル信号に変換された受信データを、信号処理部４に対して出力する。

【0028】

信号処理部４は、受信部８から出力される受信データを処理し、物標の映像信号を生成する処理を行う。

【0029】

操作・表示装置５は、信号処理部４から出力された映像信号に応じた映像を表示画面に表示する。ユーザは、当該表示画面を見て、自船周囲における海中の状態（単体魚、魚群の有無等）を推測することができる。また、操作・表示装置５は、種々の入力キー等の入力手段を備えており、音波の送受信、信号処理、又は映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータ等を入力できるように構成されている。

【0030】

［送受波器の構成］
図２は、送受波器２の構成を模式的に示す斜視図である。また、図３は、図２に示す送受波器２のフレーム部２０の外周面２１が平坦状になるように展開した展開図の一部を示す図であって、フレーム部２０の外周面２１に形成された複数の振動子用穴２２の配置を模式的に示す図である。また、図４は、フレーム部２０及びモールド部２５に埋め込まれた状態の超音波振動子１０を側方から視た部分断面図である。なお、以下では、説明の便宜上、図２以降の図面において、上と記載された矢印が指示する方向を上側又は上方、下と記載された矢印が指示する方向を下側又は下方、前と記載された矢印が指示する方向を前側又は前方、後と記載された矢印が指示する方向を後側又は後方、と称する場合もある。

【0031】

送受波器２は、図２に示すように、略円柱状に形成されている。送受波器２の外径は、例えば一例として、５３０ｍｍ程度である。送受波器２は、その中心軸が鉛直方向に沿った状態で海中に露出するように、船底等に固定される。送受波器２は、図２及び図４に示すように、フレーム部２０と、モールド部２５と、複数の超音波振動子１０と、を備えている。

【0032】

フレーム部２０は、金属によって構成された略円筒状の部材である。フレーム部２０の外周面２１には、図３及び図４に示すように、超音波振動子１０が挿入される複数の振動子用穴２２が形成されている。各振動子用穴２２は、フレーム部２０の外周面２１から該フレーム部２０の径方向内側に向かって延びるように形成されている。また、振動子用穴２２は、該振動子用穴２２の延びる方向に垂直な断面形状が、円形状となっている。

【0033】

図３を参照して、フレーム部２０の外周面２１には、上下方向に互いに所定の間隔をあけて直線状に配列された振動子用穴列２３が、円周方向に等間隔に形成されている。複数の振動子用穴２２は、上述のように配列された複数の振動子用穴列２３によって、構成されている。複数の振動子用穴２２は、上下方向及び円周方向のそれぞれにおいて、径方向外方から視て直線状に並ぶように形成されている。すなわち、複数の振動子用穴２２は、格子状（マトリックス状）に配列されている。円周方向に隣接する振動子用穴２２の中心点同士の間隔は、後述するグレーティングローブが発生しない程度の間隔（本実施形態では、超音波の半波長以下（０．５λ以下））となっている。

【0034】

超音波振動子１０は、図４に示すように、振動子本体１０ａと、被覆部材１９とを備えている。

【0035】

振動子本体１０ａは、フロントマス１１（フロント部）、２つの圧電素子１５ａ，１５ｂ、及びリアマス１６（リア部）を有している。振動子本体１０ａは、フロントマス１１、圧電素子１５ａ，１５ｂ、及びリアマス１６がボルト締めによって互いに固定された、いわゆるボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ振動子）として設けられている。振動子本体１０ａでは、図４に示すように、リアマス１６がフレーム部２０に対して固定された状態で、送受波器２における径方向内側から径方向外側（図４における後方から前方）に向かって順に、リアマス１６、圧電素子１５ｂ，１５ａ、及びフロントマス１１が配置された状態となる。

【0036】

フロントマス１１は、例えばアルミニウム等の金属材料によって形成されたブロック状の部材であって、図４に示すように、後方（送受波器２の径方向内側）から前方（送受波器２の径方向外側）に向かって広がるように設けられている。フロントマス１１の前側の端面は、超音波の送受波が行われる送受波面１２として設けられている。また、フロントマス１１の後側の端面は、フロントマス後端面１３として設けられている。

【0037】

送受波面１２は、平坦状に形成され、前方に向かうように設けられている。また、送受波面１２は、前方から視た形状が、上下方向に長い長方形状に形成されている（図２参照）。送受波面１２の上下方向の長さは、例えば一例として、４７ｍｍ程度であり、幅方向の長さは、例えば一例として、２６ｍｍ程度である。

【0038】

フロントマス１１は、送受波面１２からフロントマス後端面１３に向かうにつれて断面積が減少する断面積減少部１１ａを含んでいる。断面積減少部１１ａの側面は、フロントマス後端面１３から前方に向かって広がるように形成された曲面状のテーパ面１４として設けられている。テーパ面１４は、超音波振動子１０がフレーム部２０に固定された状態において、フレーム部２０に向かうように設けられている。

【0039】

２つの圧電素子１５ａ，１５ｂは、外径及び厚みが同等の略円環状に形成され、外部から印加される電圧によって伸縮して軸方向に振動するように構成されている。２つの圧電素子１５ａ，１５ｂは、図４に示すように、同軸状となるように互いに重ねられた状態で、一方側（前方側）の端面がフロントマス後端面１３に密着する一方、他方側（後方側）の端面がリアマス１６の前端面１７に密着している。

【0040】

リアマス１６は、圧電素子１５ａ，１５ｂよりも外径がやや大きく且つ長さが長い略円柱状に形成されている。リアマス１６は、例えば一例として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属によって構成されている。リアマス１６は、圧電素子１５ａ，１５ｂと同軸状となるように設けられ、前端面１７が圧電素子１５ｂの後端面に密着している。また、リアマス１６の後端部には、フレーム部２０に固定されたコネクタ１８が接続されている。このコネクタ１８は、圧電素子１５ａ，１５ｂに接続されたケーブル（図示省略）を介して圧電素子１５ａ，１５ｂに電圧を印加するためのものである。

【0041】

被覆部材１９は、電気的な絶縁性及び遮音性を有する部材（例えば、スポンジ、コルク等）によって構成されている。被覆部材１９は、図４に示すように、振動子本体１０ａの表面における、送受波面１２及びリアマス１６の後端面を除く部分、を覆うように設けられている。被覆部材１９は、帯状に形成された部材であって、振動子本体１０ａに巻き付けられた状態となっている。被覆部材１９におけるテーパ面１４を覆っている部分は、テーパ面１４とモールド部２５との間の遮音性を確保するための遮音部として設けられている。これにより、超音波振動子１０で生成される超音波が、テーパ面１４を介して外部へ送信されるのを防止でき、超音波を送受波面１２から送信できる。

【0042】

上述のように構成された複数の超音波振動子１０は、それぞれ、フレーム部２０に形成された振動子用穴２２に保持される。具体的には、各超音波振動子１０は、送受波面１２の長辺が上下方向に沿うように、リアマス１６の部分が振動子用穴２２に挿入される。リアマス１６の外周面は、スポンジ状の被覆部材１９によって覆われているため、フレーム部２０は、被覆部材１９を介してリアマス１６を保持する。また、被覆部材１９は、上述のように絶縁性を有する部材で構成されている。よって、リアマス１６とフレーム部２０との間に被覆部材１９を設けることにより、リアマス１６とフレーム部２０との間を電気的に絶縁することができる。

【0043】

各超音波振動子１０は、上述のように、複数の振動子用穴２２のそれぞれに挿入されて固定されている。これにより、超音波振動子１０は、送受波器２の径方向外側から視た配列が、複数の振動子用穴２２の配列と同様になる。

【0044】

具体的には、複数の超音波振動子１０は、図２に示すように、上下方向に所定の間隔をあけて直線状に配列された超音波振動子列９が、円周方向に等間隔に配列されることにより、フレーム部２０に対して配列される。そして、各超音波振動子列９を構成する各超音波振動子１０は、上下方向及び円周方向のそれぞれにおいて直線状に並ぶ格子状（マトリックス状）に配列される。円周方向に隣接する超音波振動子１０の中心点同士の間隔は、超音波の半波長以下（０．５λ以下）となっている。このように、超音波振動子１０は、特に円周方向において、比較的間隔を詰めて配列されている。

【0045】

モールド部２５は、図２及び図４に示すように、フレーム部２０の外周面側に設けられた略円筒状の部分である。モールド部２５は、弾性及び電気的な絶縁性を有する材料によって構成された弾性部として設けられている。また、モールド部２５に用いられる材料としては、水（海水）の音響インピーダンスに近い材料が好ましい。これにより、超音波振動子１０からの超音波を、効率的に水中に伝えることができる。モールド部２５に用いられる材料としては、例えば、発泡ウレタン、ゴム材料、エポキシ樹脂等、伸縮可能な材料が挙げられる。

【0046】

モールド部２５は、図４に示すように、フレーム部２０の外周面２１から送受波面１２の外側まで延びるように設けられている。これにより、モールド部２５は、フレーム部２０に対してテーパ面１４を前後方向における後方側から保持するように、前後方向におけるテーパ面１４及びフレーム部２０の間に亘って設けられた状態になる。

【0047】

また、モールド部２５は、複数の超音波振動子１０の各送受波面１２を覆っている。すなわち、モールド部２５における送受波面１２を覆う部分は、電気的な絶縁性を有する絶縁部として設けられている。これにより、送受波面１２と外部（海水）との間の電気的な絶縁性を確保できる。

【0048】

［送受波器の製造方法］
図５は、送受波器２の製造工程を示すフローチャートである。図５を参照して、送受波器２の製造方法について説明する。

【0049】

まず、ステップＳ１で、振動子本体１０ａを組み立てる。具体的には、図４を参照して、互いに重ねられた圧電素子１５ａ，１５ｂを、フロントマス後端面１３及びリアマス１６の前端面１７で挟んで保持した状態で、これらをボルト（図示省略）によって互いに締結する。その後、ステップＳ２で、被覆部材１９を振動子本体１０ａに対して巻き付けることにより、超音波振動子１０が完成する。

【0050】

次に、ステップＳ３で、超音波振動子１０をフレーム部２０に対して取り付ける。具体的には、各超音波振動子１０のリアマス１６を、フレーム部２０の各振動子用穴２２に圧入する。このとき、送受波面１２の長辺が上下方向に沿うようにする。ステップＳ３では、複数の超音波振動子１０の全てを、各振動子用穴２２に対して固定する。

【0051】

次に、ステップＳ４で、全ての超音波振動子１０が取り付けられたフレーム部２０を、金型（図示省略）内にセットする。このとき、金型と、超音波振動子１０が取り付けられたフレーム部２０との間には、モールド部２５に対応する形状の隙間が形成される。そして、当該隙間にウレタン液を充填して発泡させることにより（ステップＳ５）モールド部２５が形成され、金型から取り出して（ステップＳ６）、送受波器２が完成する。

【0052】

ところで、水中に対して超音波を送受信する送受波器、特に船底に取り付けられる送受波器には、航行中に上下動する船によって海面に衝突する際の圧力（スラミング圧）、及び流木等の海中浮遊物に衝突する際の衝撃等が作用する。よって、送受波器には、これらの外力に対する耐性が求められる。この点について、従来のように、Ｏリング等を介してフレーム部に固定した場合、上述のような外力に対する耐性が不十分となってしまう。

【0053】

これに対して、本実施形態に係る送受波器２では、送受波面１２からフロントマス後端面１３に向かうにつれて断面積が減少する断面積減少部１１ａの側面（テーパ面１４）とフレーム部２０との間に弾性部（モールド部２５）を設けている。こうすると、上述のような送受波器２に対する外力を、フレーム部２０に支持されたモールド部２５によって吸収することができる。これにより、送受波器２の耐圧性を向上できる。

【0054】

［効果］
以上のように、本実施形態に係る水中探知装置１の送受波器２では、前後方向におけるフレーム部２０とテーパ面１４との間にモールド部２５を設けている。これにより、送受波器２に対する外部からの圧力及び衝撃力を、フレーム部２０に支持されたモールド部２５によって吸収できる。

【0055】

従って、送受波器２では、フレーム部２０に保持された超音波振動子１０の耐圧性を向上できる。

【0056】

また、送受波器２では、テーパ面１４全体をモールド部２５によって保持しているため、超音波振動子１０の耐圧性を更に向上できる。

【0057】

また、送受波器２では、超音波振動子１０のリアマス１６を保持した状態のフレーム部２０を金型にセットし、ウレタン液を充填して発泡させることによりモールド部２５を形成している。これにより、比較的容易にモールド部２５を形成できる。しかも、モールド部２５を、テーパ面１４及びフレーム部２０に対して十分に密着させることができるため、フレーム部２０に対して超音波振動子１０をガタつきなく保持することができる。そして、このように超音波振動子１０をガタつきなく保持することで、送受波器２に作用する外力に起因する超音波振動子１０のフレーム部２０に対する位置ずれ、及び変形を防止できる。これにより、超音波振動子１０から送信される超音波の特性が大きく変動してしまうリスクを低減できる。

【0058】

また、送受波器２では、弾性部として樹脂材料、具体的には発泡ウレタンを用いているため、モールド部２５を成型によって容易に形成することができるとともに、超音波振動子１０に作用する外力を効果的に吸収することができる。なお、弾性部として発泡ウレタン以外の樹脂材料、又はゴム材料を用いても、同様の効果を得ることができる。

【0059】

また、送受波器２では、テーパ面１４とモールド部２５との間に遮音部が設けられているため、圧電素子１５ａ，１５ｂによって生成される超音波がテーパ面１４から外部へ漏れるのを防止できる。従って、超音波を送受波面１２から効率的に送信することができる。

【0060】

また、送受波器２では、絶縁性を有するモールド部２５によって送受波面１２が覆われているため、送受波面１２と外部（海水）との間の絶縁性を確保できる。

【0061】

また、送受波器２では、フレーム部２０とテーパ面１４との間に亘って設けられる弾性部及び送受波面１２を覆う絶縁部の双方を、モールド部２５によって形成しているため、弾性部及び絶縁部を一度に形成することができる。

【0062】

また、従来の送受波器では、例えば一例として、複数の超音波振動子のそれぞれの外周側の部分を、Ｏリングを介してフレーム部に固定している。このようにして複数の超音波振動子をフレームに固定すると、超音波振動子の外側の部分とフレーム部との間にＯリングを取り付けるスペースが必要となるため、隣接する超音波振動子間の距離が長くなってしまう。そして、隣接する超音波振動子間の距離が長くなり超音波の半波長以上になってしまうと、水中探知装置における虚像の原因となるグレーティングローブが発生してしまう。

【0063】

これに対して、送受波器２では、フレーム部２０からテーパ面１４に亘って前後方向に延びるようにモールド部２５を設けている。こうすると、従来のようにＯリングを取り付けるスペースが不要となるため、その分、隣接する超音波振動子１０との間隔を狭くすることができる。これにより、隣接する超音波振動子１０の間の距離を例えば半波長（０．５λ）以下にしやすくなるため、グレーティングローブの発生を抑制できる。

【0064】

また、送受波器２では、送受波面１２の形状を長方形状にしている。そして、送受波器２では、送受波面１２の短手方向が円周方向に沿うように、且つ円周方向に間隔を詰めて超音波振動子１０を配列している。これにより、円周方向に配列される超音波振動子１０間のピッチを短くできるため、円周方向におけるグレーティングローブの発生を抑制できる。

【0065】

また、送受波器２では、電気的な絶縁性を有する被覆部材１９を、リアマス１６とフレーム部２０との間に設けているため、リアマス１６とフレーム部２０との間を電気的に容易に絶縁することができる。

【0066】

また、送受波器２では、断面積減少部１１ａの側面を、テーパ面１４で構成している。これにより、フロントマス１１の前後方向に垂直な断面積を、フロントマス後端面１３から送受波面１２に向かって徐々に大きくできるため、送受波面１２から送信される超音波の帯域特性を確保できる。

【0067】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0068】

（１）図６は、変形例に係る送受波器２ａを径方向外方から視た図であって、超音波振動子の送受波面１２ａの形状を説明するための図である。上記実施形態の超音波振動子１０は、送受波面１２の形状が長方形状であったが、これに限らない。具体的には、図６に示すように、送受波面１２ａの形状が円形状であってもよく、更にはその他の形状、例えば、正方形状、六角形状等の多角形状や、楕円状等であってもよい。

【0069】

（２）図７は、変形例に係る送受波器２ｂを径方向外方から視た図であって、複数の超音波振動子１０の配列について説明するための図である。上記実施形態では、図２に示すように、複数の超音波振動子１０が格子状に配列されているが、これに限らない。具体的には、図７に示すように、上下方向に直線状に配列される超音波振動子列を構成する複数の超音波振動子１０を、円周方向に隣接する超音波振動子列を構成する各超音波振動子１０に対して、上下方向にずらして配置してもよい。これにより、図７に示すように、上下方向において距離が最も近い超音波振動子１０の送受波面の中心点同士の距離を、超音波の半波長以下（０．５λ以下）にしやすくなる。そうすると、上下方向におけるグレーティングローブの発生を抑制できる。

【0070】

（３）図８は、変形例に係る送受波器２ｃの構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。本変形例は、上記実施形態と比べて、モールド部２５ａの形状が異なっている。また、本変形例に係る送受波器２ｃは、超音波振動子１０の送受波面１２を外部から電気的に絶縁するための絶縁油２６を有している。

【0071】

本変形例のモールド部２５ａは、上記実施形態の場合と同様、フレーム部２０よりも外周側に設けられた弾性及び電気的な絶縁性を有する材料で構成された略円筒状の部分である。しかし、モールド部２５ａは、上記実施形態の場合と異なり、図８に示すように、フレーム部２０の外周面２１から送受波面１２まで延びるように設けられている。すなわち、本変形例では、送受波面１２は、モールド部２５ａによって覆われていない。

【0072】

絶縁油２６は、モールド部２５ａ及び送受波面１２と間隔をあけて配置されたケーシング２７内に充填されている。これにより、送受波面１２と外部（海水）との絶縁性を確保できる。

【0073】

［送受波器の製造方法］
本変形例に係るモールド部２５ａは、上記実施形態の場合と同様に形成することができる。具体的には、モールド部２５ａは、複数の超音波振動子１０が取り付けられた状態におけるフレーム部２０を金型にセットし、金型内にウレタン液を充填して発泡することにより、形成することができる。このようにモールド部２５ａが形成されたフレーム部２０及び超音波振動子１０をケーシング２７内に収容し、該ケーシング２７内に絶縁油２６を充填することで、変形例に係る送受波器２ｃが完成する。

【0074】

なお、本変形例に係る送受波器２ｃを、別の方法によって製造することもできる。具体的には、予め形成されたモールド部２５ａをフレーム部２０の外周面２１に装着する。その後、モールド部２５ａに形成された貫通孔２５ｂ及びフレーム部２０の振動子用穴２２に各超音波振動子１０を挿入して固定し、これをケーシング２７に収容した後、絶縁油２６を充填する。このようにしても、上述の場合と同様の構成の送受波器を製造することができる。

【0075】

（４）図９は、変形例に係る送受波器２ｄの構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。上記実施形態では、フレーム部２０は、超音波振動子１０におけるリアマス１６の部分を支持しているが、これに限らず、図９に示すように、フレーム部２０ａが、リアマス１６及び圧電素子１５ａ，１５ｂの両方を支持していてもよい。更には、これに限らず、圧電素子１５ａ，１５ｂのみを支持していてもよい。これにより、本変形例では、モールド部２５ｃが、前後方向におけるフロントマス後端面１３付近から前方に向かって（送受波器２ｄにおける径方向外方に向かって）延びるように形成される。

【0076】

（５）図１０は、変形例に係る送受波器２ｅの構成を説明するための図であって、図４に対応させて示す図である。上記実施形態では、モールド部２５によって、弾性部、及び送受波面１２を覆う絶縁部の両方を構成したが、これに限らない。具体的には、図１０に示すように、前後方向におけるテーパ面１４とフレーム部２０との間に弾性部２８を設け、送受波面１２を覆う領域に、前記弾性部２８とは異なる材料で構成された絶縁部２９を設けてもよい。

【0077】

（６）上記実施形態では、送受波器２を、水中の物標を探知する水中探知装置１に適用する例を挙げて説明したが、これに限らず、送受波器を有するその他の装置（超音波診断装置など）に適用することもできる。

【0078】

（７）上記実施形態では、複数の超音波振動子１０を有する送受波器２を挙げて説明したが、これに限らず、本発明は、１つの超音波振動子を有する送受波器に適用することもできる。

【0079】

（８）上記実施形態では、長方形状に形成された送受波面１２の長辺が上下方向に沿い且つ短辺が円周方向に沿うように、各超音波振動子１０が配置されているが、これに限らない。具体的には、送受波面１２の短辺が上下方向に沿い且つ長辺が円周方向に沿うように、各超音波振動子１０が配置されていてもよい。この場合、各送受波面１２の短手方向が上下方向に直線状に沿って配列された複数の超音波振動子列が、円周方向に沿って配列された構成となる。

【0080】

（９）上記実施形態では、超音波振動子１０の断面積減少部１１ａの側面は、フロントマス後端面１３から送受波面１２側へ向かって斜め方向に広がるテーパ面１４となっているが、この側面は、送受波面１２からフロントマス後端面１３に向かう方向である前後方向に略垂直な方向に沿った側面（すなわち、フレーム部２０の外周面２１に略平行に設けられた面）となっていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0081】

本発明は、超音波の送受波を行う超音波送受波器、超音波送受波器を備えた水中探知装置、及び超音波送受波器の製造方法として広く適用することができる。

【符号の説明】

【0082】

１ 水中探知装置
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ 送受波器（超音波送受波器）
１０ 超音波振動子
１１ フロントマス（フロント部）
１２，１２ａ 送受波面
１３ フロントマス後端面（フロント部後端面）
１４ テーパ面（断面積減少部の側面）
１５ａ，１５ｂ 圧電素子
１６ リアマス（リア部）
２０，２０ａ フレーム部
２５，２５ａ，２５ｃ モールド部（弾性部）
２８ 弾性部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】