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技術 超音波ユニットおよび超音波装置

出願人 セイコーエプソン株式会社
発明者 大澤栄治清瀬摂内
出願日 2019年2月28日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-035718
公開日 2020年9月3日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-141270
状態 未査定
技術分野 超音波変換器
主要キーワード センサー中心 送受信用回路 材料境界 受信部材 保護空間 ユニット軸 収容部材内 各駆動ローラー
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (8)

課題

超音波素子を保護しかつ超音波を安定して送信または受信できる超音波ユニットを提供する。

解決手段

超音波センサー15において、超音波ユニット151、152は、第一軸(ユニット軸C2)に沿った方向に超音波を送信する音波送信処理または前記第一軸に沿った方向に進む前記超音波を受信する超音波受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子40と、前記超音波の進行方向を、前記第一軸に沿った方向から当該第一軸とは異なる第二軸(ユニット軸C1)に沿った方向に変更すること、または、前記第二軸に沿った方向から前記第一軸に沿った方向に変更することの少なくとも一方を行う方向変更部(反射台50)と、前記超音波素子および前記方向変更部が配置される保護空間35を区画し、前記第二軸に沿って前記保護空間の内外を連通する孔321が設けられているシールド部材と、を備える。

概要

背景

従来、超音波送信処理または受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子を含んで構成され、超音波を用いて物体の状態を検出する超音波装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この超音波素子は、薄膜状の振動部と当該振動部に設けられた圧電素子を有しており、圧電素子が振動部を振動させることで超音波を出力し、超音波を受信した振動部の振動を圧電素子が電気信号に変換することで超音波を受信する。

上述のような超音波素子は、物理的な接触によって損傷を受けやすい。また、超音波素子の圧電素子や振動部にゴミ等の異物が接触した状態では、超音波を正確に受信できなくなる。そこで、特許文献1に記載の超音波装置では、超音波素子を保護するために、箱状の収容部材内に超音波素子を収容し、収容部材の開口を保護部材受信部材)によって覆っている。この超音波装置では、保護部材が超音波を個体の振動として伝達することにより、超音波の送受信が行われる。

概要

超音波素子を保護しかつ超音波を安定して送信または受信できる超音波ユニットを提供する。超音波センサー15において、超音波ユニット151、152は、第一軸(ユニット軸C2)に沿った方向に超音波を送信する音波送信処理または前記第一軸に沿った方向に進む前記超音波を受信する超音波受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子40と、前記超音波の進行方向を、前記第一軸に沿った方向から当該第一軸とは異なる第二軸(ユニット軸C1)に沿った方向に変更すること、または、前記第二軸に沿った方向から前記第一軸に沿った方向に変更することの少なくとも一方を行う方向変更部(反射台50)と、前記超音波素子および前記方向変更部が配置される保護空間35を区画し、前記第二軸に沿って前記保護空間の内外を連通する孔321が設けられているシールド部材と、を備える。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

第一軸に沿った方向に超音波を送信する音波送信処理または前記第一軸に沿った方向に進む前記超音波を受信する超音波受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子と、前記超音波の進行方向を、前記第一軸に沿った方向から当該第一軸とは異なる第二軸に沿った方向に変更すること、または、前記第二軸に沿った方向から前記第一軸に沿った方向に変更することの少なくとも一方を行う方向変更部と、前記超音波素子および前記方向変更部が配置される保護空間区画し、前記第二軸に沿って前記保護空間の内外を連通する孔が設けられているシールド部材と、を備えることを特徴とする超音波ユニット

請求項2

請求項1に記載の超音波ユニットにおいて、前記方向変更部は、前記超音波を反射させて前記超音波の前記進行方向を変更する超音波反射面を備えることを特徴とする超音波ユニット。

請求項3

請求項1または請求項2に記載の超音波ユニットにおいて、前記シールド部材は、前記保護空間を囲いかつ前記超音波素子が配置された筒部と、前記筒部の一端側に配置されかつ前記孔が設けられた底部と、を有していることを特徴とする超音波ユニット。

請求項4

請求項3に記載の超音波ユニットにおいて、前記超音波素子に電気的に接続され、かつ、前記筒部の他端側の開口を塞ぐように設けられた回路基板をさらに備えることを特徴とする超音波ユニット。

請求項5

請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の超音波ユニットにおいて、前記シールド部材は、導電性材料により構成され、かつ、接地されていることを特徴とする超音波ユニット。

請求項6

請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超音波ユニットを備えることを特徴とする超音波装置

技術分野

0001

本発明は、超音波ユニットおよび超音波装置に関する。

背景技術

0002

従来、超音波送信処理または受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子を含んで構成され、超音波を用いて物体の状態を検出する超音波装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この超音波素子は、薄膜状の振動部と当該振動部に設けられた圧電素子を有しており、圧電素子が振動部を振動させることで超音波を出力し、超音波を受信した振動部の振動を圧電素子が電気信号に変換することで超音波を受信する。

0003

上述のような超音波素子は、物理的な接触によって損傷を受けやすい。また、超音波素子の圧電素子や振動部にゴミ等の異物が接触した状態では、超音波を正確に受信できなくなる。そこで、特許文献1に記載の超音波装置では、超音波素子を保護するために、箱状の収容部材内に超音波素子を収容し、収容部材の開口を保護部材受信部材)によって覆っている。この超音波装置では、保護部材が超音波を個体の振動として伝達することにより、超音波の送受信が行われる。

先行技術

0004

特開2007−174323号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記特許文献1に記載の超音波装置では、超音波の伝達を介在する保護部材の存在により、超音波の音圧低下多重反射などが生じ、安定した超音波の送受信が困難である。このため、物体の状態を検出する際の検出精度が低下してしまう。

課題を解決するための手段

0006

本発明の超音波ユニットは、第一軸に沿った方向に超音波を送信する音波送信処理または前記第一軸に沿った方向に進む前記超音波を受信する超音波受信処理の少なくとも一方を実施する超音波素子と、前記超音波の進行方向を、前記第一軸に沿った方向から当該第一軸とは異なる第二軸に沿った方向に変更すること、または、前記第二軸に沿った方向から前記第一軸に沿った方向に変更することの少なくとも一方を行う方向変更部と、前記超音波素子および前記方向変更部が配置される保護空間区画し、前記第二軸に沿って前記保護空間の内外を連通する孔が設けられているシールド部材と、を備えることを特徴とする。

0007

本発明の超音波ユニットにおいて、前記方向変更部は、前記超音波を反射させて前記超音波の前記進行方向を変更する超音波反射面を備えることが好ましい。

0008

本発明の超音波ユニットにおいて、前記シールド部材は、前記保護空間を囲いかつ前記超音波素子が配置された筒部と、前記筒部の一端側に配置されかつ前記孔が設けられた底部と、を有していることが好ましい。

0009

本発明の超音波ユニットにおいて、前記超音波素子に電気的に接続され、かつ、前記筒部の他端側の開口を塞ぐように設けられた回路基板をさらに備えることが好ましい。

0010

本発明の超音波ユニットにおいて、前記シールド部材は、導電性材料により構成され、かつ、接地されていることが好ましい。

0011

本発明の超音波装置は、上述した超音波ユニットを備えることを特徴とする。

図面の簡単な説明

0012

本発明に係る第一実施形態のイメージスキャナー概略構成を示す外観図
第一実施形態のイメージスキャナーの搬送部の概略を示す側断面図。
第一実施形態の超音波センサーの概略を示す断面図。
第一実施形態の超音波素子の概略を示す平面図。
第一実施形態の超音波素子の概略を示す断面図。
本発明に係る第二実施形態の超音波センサーの概略を示す断面図。
変形例に係る超音波ユニットの概略を示す断面図。

実施例

0013

[第一実施形態]
以下、本発明に係る第一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態のイメージスキャナー10の概略構成を示す外観図である。図2は、イメージスキャナー10の搬送部13の概略を示す側断面図である。なお、図2では、搬送方向(Y方向)に対して直交する主走査方向(X方向)からイメージスキャナー10を見た際の側断面図である。

0014

[イメージスキャナー10の概略構成]
イメージスキャナー10は、図1に示すように、装置本体11と、用紙サポート12と、を備える。装置本体11の内部には、図2に示すように、用紙Pを搬送する搬送部13と、搬送された用紙Pの画像を読み取るスキャン部14と、用紙Pの重送を検出する超音波センサー15(本発明の超音波装置)と、イメージスキャナー10を制御する制御部16と、が設けられている。なお、本実施形態では用紙Pを対象物として、超音波センサー15が用紙Pの重送を検出する例を示すが、これに限定されない。対象物としては、例えば、フィルム布帛等、種々のメディアを対象とすることができる。

0015

装置本体11には、図1および図2に示すように、用紙サポート12との接続位置に給送口11Aが設けられている。用紙サポート12に載置された用紙Pは、給送口11Aへ1枚ずつ給送される。給送された用紙Pは、搬送部13により、装置本体11内の所定の搬送経路130に沿って搬送される。そして、その搬送途中の読取位置で、スキャン部14により画像が読み取られた後、装置本体11の前側下部に開口する排出口11Bから排出される。

0016

[搬送部13の構成]
図2に示すように、搬送部13は、用紙サポート12にセットされた複数枚の用紙Pを、搬送方向(Y方向)に1枚ずつ搬送する。すなわち、搬送部13は、給送口11Aから送られた用紙Pを装置本体11内へ案内しつつ給送し、給送した用紙Pを所定の搬送経路130に沿って搬送する。

0017

より具体的には、搬送部13は、搬送経路130のY方向の上流側(−Y側)に配置された第一給送ローラー対131と、第一給送ローラー対131よりもY方向の下流側(+Y側)に配置された第二給送ローラー対132とを備える。さらに、搬送部13は、用紙Pの読取位置を挟んで−Y側に配置された第一搬送ローラー対133と、+Y側に配置された第二搬送ローラー対134とを備える。

0018

第一給送ローラー対131は、第一駆動ローラー131Aと第一従動ローラー131Bとにより構成される。同様に、第二給送ローラー対132は、第二駆動ローラー132Aと第二従動ローラー132Bとにより構成される。また、第一搬送ローラー対133は、第三駆動ローラー133Aと第三従動ローラー133Bとにより構成される。同様に、第二搬送ローラー対134は、第四駆動ローラー134Aと第四従動ローラー134Bとにより構成される。各従動ローラー131B〜134Bは、それぞれが対をなす駆動ローラー131A〜134Aの回転により従動連れ回り)する。

0019

各ローラー対131〜134を構成する各駆動ローラー131A〜134Aは、それらの動力源である搬送モーター135の動力により回転駆動する。なお、搬送モーター135は、制御部16により制御され、各駆動ローラー131A〜134Aを駆動させる。
また、第二給送ローラー対132を構成する第二従動ローラー132Bは、リタードローラーとなっており、その外周面の用紙Pに対する摩擦係数が、第二駆動ローラー132Aの外周面の用紙Pに対する摩擦係数よりも大きくなっている。このため、第二給送ローラー対132は、用紙Pを1枚ずつ分離して+Y側へ送り出す分離機構として機能する。よって、第一給送ローラー対131の回転により用紙サポート12に積載された複数の用紙Pは、例えば最上位のものから順番に1枚ずつ給送口11Aから装置本体11内へ給送され、さらに第二給送ローラー対132の回転により1枚ずつ分離されて+Y側へ給送される。

0020

[スキャン部14の構成]
スキャン部14は、用紙Pの画像を読み取る読取位置、具体的には、搬送経路130の第一搬送ローラー対133と第二搬送ローラー対134との間に設けられている。
スキャン部14は、搬送経路130を挟む両側に設けられた第一スキャン部14Aと第二スキャン部14Bとからなる。このスキャン部14は、搬送中の用紙Pに光を照射可能な光源141と、主走査方向(X方向)に延びるイメージセンサー142とにより構成される。用紙Pの表面を読み取る通常読取モードのときは、第一スキャン部14Aが読取動作を行い、用紙Pの表裏面を読み取る両面読取モードのときは、第一スキャン部14Aと第二スキャン部14Bとが共に読取動作を行う。第一スキャン部14Aおよび第二スキャン部14Bを構成する光源141およびイメージセンサー142は、制御部16に接続され、制御部16の制御によって、用紙Pの画像を読み取るスキャン処理を実施する。

0021

[超音波センサー15の構成]
本実施形態において、超音波センサー15は、搬送部13により搬送される用紙Pの重送を検出する重送センサーであり、搬送経路130において、第二給送ローラー対132と第一搬送ローラー対133との間の位置に設けられている。この超音波センサー15は、図3に示すように、第一超音波ユニット151と、第二超音波ユニット152と、第一ガイド部材161と、第二ガイド部材162と、を含んで構成される。

0022

第一ガイド部材161および第二ガイド部材162は、第一超音波ユニット151と第二超音波ユニット152との間において、互いの間に用紙Pを通過させるように搬送経路130に沿って配置されている。第一ガイド部材161および第二ガイド部材162のうち、センサー中心軸C1に重なる部位には、超音波を通過させるための開口部161A,162Aがそれぞれ形成されている。

0023

第一超音波ユニット151および第二超音波ユニット152は、用紙Pが搬送される搬送経路130を挟んで配置され、搬送経路130に対して傾斜するセンサー中心軸C1の軸上で互いに対向している。

0024

第一超音波ユニット151は、搬送経路130を搬送される用紙Pに対して超音波を送信する。第一超音波ユニット151から送信された超音波は、第一ガイド部材161に設けられた開口部161Aを通過して用紙Pに入力される。用紙Pを透過した超音波は、第二ガイド部材162の開口部162Aを通過し、第二超音波ユニット152に到達する。
第二超音波ユニット152は、第一超音波ユニット151から送信された超音波を受信し、受信した超音波の音圧に応じた受信信号を出力する。制御部16は、受信信号に基づいて用紙Pが重送されたか否かを判断できる。
このような第一超音波ユニット151および第二超音波ユニット152は、それぞれ、超音波を送受信するための超音波素子40を含んで構成される。

0025

なお、センサー中心軸C1は、本発明の「第二軸」に相当し、センサー中心軸C1に沿った方向は、第一超音波ユニット151と第二超音波ユニット152との間における超音波の送受信方向となる。このセンサー中心軸C1は、搬送経路130に搬送される用紙Pの表面の法線に対して、5°以上の角度で傾斜することが好ましく、より好ましくは、10°以上の角度である。例えば、本実施形態では、センサー中心軸C1は、搬送経路130に搬送される用紙Pの表面の法線に対して20°の角度とする。
このようにセンサー中心軸C1を用紙Pの表面の法線に対して傾斜させることで、用紙Pにより多重反射された超音波等の不要な超音波成分の受信を低減できる。

0026

[超音波素子40]
図4は、超音波素子40の概略構成を示す平面図である。図5は、超音波素子40の一部の断面図である。
図4および図5に示すように、超音波素子40は、基板41と、基板41の一方側の面に設けられた振動板42と、振動板42に設けられた複数の圧電素子43と、これらの圧電素子43を覆うように振動板42に接続された封止板44と、を備えている。なお、図4では、封止板44の図示を省略している。

0027

本実施形態において、超音波素子40は、基板41の厚み方向(L方向)が用紙Pの搬送方向(Y方向)に沿うように配置されている。以降の説明では、基板41の厚み方向をL方向と記載し、L方向に直交し、かつ、互いに直交する方向をM方向およびN方向と記載する。

0028

基板41は、Si等の半導体基板で構成され、振動板42を支持している。基板41には、L方向に沿って基板41を貫通する開口部41Aが設けられている。

0029

振動板42は、SiO2や、SiO2およびZrO2の積層体等より構成され、基板41の−L側に設けられる。この振動板42は、開口部41Aを構成する基板41の隔壁411により支持され、開口部41Aの−L側を閉塞する。振動板42のうち、L方向から見た際に開口部41Aと重なる部分は、振動部42Aを構成する。

0030

圧電素子43は、振動板42上、かつ、Z方向から見た際に各振動部42Aと重なる位置に設けられている。この圧電素子43は、振動板42上に第一電極431、圧電膜432、および第二電極433が順に積層されることにより構成されている。
具体的には、図4に示すように、振動板42上には、複数の第一電極431が、M方向に沿って直線状にそれぞれ形成されている。第一電極431の両端部は、送信用回路基板21または受信用回路基板22に接続される第一電極端子431Pとなる。
また、振動板42上には、複数の第二電極433が、N方向に沿って直線状にそれぞれ形成されている。第二電極433の両端部は、共通電極線433Aに接続される。共通電極線433Aは、複数の第二電極433同士を結線し、共通電極線433Aの両端部は、送信用回路基板21または受信用回路基板22に接続される第二電極端子433Pとなる。
圧電膜432は、例えばPZTジルコン酸チタン酸鉛)等の圧電体の薄膜により形成されている。

0031

封止板44は、振動板42の−L側に配置されている。この封止板44は、振動板42上の圧電素子43を収容するように設けられた複数の溝441を有している。また、封止板44は、溝441の底部側から振動板42側に突出した複数の隔壁442を有しており、この隔壁442は、振動板42における振動部42A同士の間に接続されている。

0032

以上の超音波素子40では、1つの振動部42Aと、当該振動部42A上に設けられた圧電素子43とにより、1つの超音波トランスデューサーTrが構成される。本実施形態では、図4に示すように、超音波トランスデューサーTrが2次元アレイ構造に配置されている。

0033

ここで、第一超音波ユニット151が有する超音波素子40では、各超音波トランスデューサーTrの第一電極431および第二電極433間に駆動信号電圧信号)が印加されることにより、圧電膜432が伸縮する。これにより、振動部42Aは、開口部41Aの開口幅等に応じた周波数で振動し、振動部42Aから+L側に向かって超音波が送信される。すなわち、第一超音波ユニット151が有する超音波素子40は、超音波を送信する送信処理を実施する。

0034

一方、第二超音波ユニット152が有する超音波素子40では、振動部42Aが+L側から超音波を受信して振動することで、圧電素子43が振動振幅に応じた受信信号(電気信号)を出力する。すなわち、第二超音波ユニット152が有する超音波素子40は、超音波を受信する受信処理を実施する。

0035

本実施形態では、超音波素子40における超音波トランスデューサーTrの配置領域であって、超音波を送信または受信する領域を、超音波送受信面401と称する(図4参照)。
第一超音波ユニット151および第二超音波ユニット152において、超音波素子40の超音波送受信面401の中心を通り、かつ、L方向に平行な軸を、ユニット軸C2とする(図3参照)。このユニット軸C2は、本発明の「第一軸」に相当する。第一超音波ユニット151の超音波素子40は、ユニット軸C2に沿った方向に超音波を送信し、第二超音波ユニット152の超音波素子40は、ユニット軸C2に沿って進む超音波を受信する。

0036

[第一超音波ユニット151の詳細構成]
図3を参照して、第一超音波ユニット151の詳細な構成を説明する。図3に示すように、第一超音波ユニット151は、送信用回路基板21と、シールド部材30と、上述した超音波素子40と、反射台50と、を備えている。
送信用回路基板21は、イメージスキャナー10の筐体などの取付対象(図示省略)に取り付けられており、搬送経路130に対して平行となるように、すなわちY方向に沿って配置されている。また、送信用回路基板21は、フレキシブルプリント基板FPC)25を介して超音波素子40に電気的に接続されており、超音波素子40を駆動させる駆動信号を生成する。

0037

シールド部材30は、内側に保護空間35を区画する容器状に構成されている。具体的には、シールド部材30は、有底筒状に形成されており、保護空間35を囲う筒部31と、筒部31の一端側に設けられた底部32とを有している。筒部31は、例えば角筒形状を形成している。
底部32には、センサー中心軸C1に沿って保護空間35の内外を連通する孔321が設けられている。この孔321の大きさは、超音波素子40の基板41の一面の面積よりも小さく、かつ、超音波送受信面401の面積よりも大きい。
また、孔321は、底部32において超音波素子40から離れた位置に設けられている。具体的には、第一超音波ユニット151をユニット軸C2に沿った方向から見た平面視において、孔321は、当該孔321から超音波素子40が露出しないように設けられている。換言すると、第一超音波ユニット151をユニット軸C2に沿った方向から見た平面視において、超音波素子40は、孔321に重ならない位置に配置されている。

0038

シールド部材30の筒部31の他端側(底部32側とは反対側)に開いた開口33は、送信用回路基板21によって塞がれている。換言すると、シールド部材30は、送信用回路基板21のうち搬送経路130に面した一部領域を覆うように配置されている。
また、シールド部材30は、導電性材料により構成され、かつ、接地されている。例えば、シールド部材30の筒部31の端部34は、送信用回路基板21に設けられた接地回路に接続されている。

0039

超音波素子40は、上述したように、アレイ状に配置された複数の超音波トランスデューサーTrを含んで構成されている。この超音波素子40は、シールド部材30内の保護空間35に配置され、筒部31のユニット軸C2に交差する部分に取り付けられている。

0040

反射台50は、シールド部材30内の保護空間35に配置され、送信用回路基板21に取り付けられている。反射台50は、超音波素子40の超音波送受信面401に対して傾斜し、かつ、対向している反射面51を有する。反射台50は、この反射面51がセンサー中心軸C1に交わるように配置されている。反射台50を構成する材料は、特に限定されないが、超音波を好適に反射する材料であることが好ましい。

0041

第一超音波ユニット151において、反射台50の反射面51は、当該反射面51に対向配置されている超音波素子40から送信された超音波を、第二超音波ユニット152に向かうように反射させる。換言すると、第一超音波ユニット151の反射台50は、第一超音波ユニット151の超音波素子40から送信された超音波の進行方向を、ユニット軸C2に沿って進む方向から、センサー中心軸C1に沿って進む方向に変更する。

0042

ここで、反射面51に対する超音波の入射角度は、特に限定されない。ただし、当該入射角度が大きくなるほど、反射面51で反射されずに反射台50に伝播する超音波の割合が若干ながら増加する。反射台50に伝播した超音波は近距離ノイズの原因になるため、反射台50と送信用回路基板21との間に、超音波の振動を抑えるためのバッキング材を設けてもよい。
本実施形態では、用紙Pの表面の法線に対するセンサー中心軸C1の角度を20°とするため、反射面51に対する超音波の入射角度は55°に設定されている。

0043

[第二超音波ユニット152の構成]
第二超音波ユニット152は、上述した第一超音波ユニット151と略同様の構成を備える。具体的には、第二超音波ユニット152は、受信用回路基板22と、シールド部材30と、超音波素子40と、反射台50とを備える。第一超音波ユニット151に関する説明は、送信用回路基板21を受信用回路基板22に替えることにより、第二超音波ユニット152に適用できる。このため、第二超音波ユニット152のうち、第一超音波ユニット151と同様の構成については説明を省略する。

0044

この第二超音波ユニット152において、反射台50は、第一超音波ユニット151から送信された超音波を、第二超音波ユニット152の超音波素子40に向かうように反射させる。換言すると、第二超音波ユニット152の反射台50は、第一超音波ユニット151から送信された超音波の進行方向を、センサー中心軸C1に沿って進む方向から、ユニット軸C2に沿って進む方向に変更する。
また、第二超音波ユニット152における受信用回路基板22は、超音波素子40から入力される受信信号に対してノイズ除去増幅のための処理を行う。

0045

[本実施形態の作用効果
(1)本実施形態の超音波センサー15は、超音波を送信する第一超音波ユニット151を備えており、この第一超音波ユニット151は、ユニット軸C2に沿った方向に超音波を送信する超音波送信処理を実施する超音波素子40と、超音波の進行方向を、ユニット軸C2に沿った方向からセンサー中心軸C1に沿った方向に変更する反射台50(方向変更部)と、超音波素子40および反射台50が配置される保護空間35を区画し、センサー中心軸C1に沿って保護空間35の内外を連通する孔321が設けられているシールド部材30と、を備える。
また、本実施形態のイメージスキャナー10は、超音波を受信する第二超音波ユニット152を備えており、この第二超音波ユニット152は、ユニット軸C2に沿った方向に進む超音波を受信する超音波受信処理を実施する超音波素子40と、超音波の進行方向を、センサー中心軸C1に沿った方向からユニット軸C2に沿った方向に変更する反射台50(方向変更部)と、超音波素子40および反射台50が配置される保護空間35を区画し、センサー中心軸C1に沿って保護空間35の内外を連通する孔321が設けられているシールド部材30と、を備える。
このような実施形態において、超音波素子40は、シールド部材30による保護空間35内に配置されるため、超音波素子40に対する異物の接触を抑制できる。また、超音波素子40は、従来技術のような保護部材を介在させずに、超音波の送信または受信を行う。このため、超音波の音圧低下や多重反射等を抑制できる。
よって、本実施形態の超音波センサー15によれば、超音波素子40を保護し、かつ、超音波を安定して送受信できる。また、超音波センサー15を備えるイメージスキャナー10では、用紙Pの重送検出の精度を向上させることができる。

0046

(2)本実施形態の超音波センサー15において、反射台50は、超音波を反射させて超音波の進行方向を変更する反射面51(超音波反射面)を備える。
このような実施形態では、異なる物質材料境界で反射するという超音波の性質を利用して、超音波の進行方向を好適に変更できる。

0047

(3)本実施形態の超音波センサー15において、シールド部材30は、保護空間35を囲いかつ超音波素子40が設けられた筒部31と、筒部31の一端側に配置されかつ孔321を設けられた底部32と、を有している。
このような実施形態では、超音波素子40をシールド部材30の孔321から十分に離れた位置に配置できる。このため、仮に底部32に設けられた孔321から異物が侵入したとしても、超音波素子40に対する異物の接触を好適に抑制できる。

0048

(4)本実施形態の超音波センサー15において、第一超音波ユニット151は、超音波素子40に電気的に接続され、かつ、筒部31の他端側の開口33を塞ぐように設けられた送信用回路基板21をさらに備える。同様に、第二超音波ユニット152は、超音波素子40に電気的に接続され、かつ、筒部31の他端側の開口33を塞ぐように設けられた受信用回路基板22をさらに備える。
このような実施形態では、シールド部材30の保護空間35に配置された超音波素子40だけでなく、シールド部材30に覆われた送信用回路基板21または受信用回路基板22に対して、異物が接触することを抑制できる。

0049

(5)本実施形態の超音波センサー15において、シールド部材30は、導電性材料により構成され、かつ、接地されている。
このような実施形態では、シールド部材30の保護空間35に配置された超音波素子40と、シールド部材30に覆われた送信用回路基板21または受信用回路基板22とは、それぞれ外来ノイズから保護される。

0050

[第二実施形態]
次に、本発明に係る第二実施形態について説明する。
第一実施形態では、第一超音波ユニット151および第二超音波ユニット152を含む超音波センサー15について説明している。これに対して、第二実施形態では、図6に示すように、1つの超音波ユニット153を含む超音波センサー15Aについて説明する。

0051

第二実施形態に係る超音波センサー15Aは、測定対象Wまでの距離を測定する距離センサーとして構成されている。具体的には、超音波センサー15Aは、超音波を送受信する超音波ユニット153と、超音波ユニット153に接続された演算部154とを有する。
超音波ユニット153は、測定対象Wに対して超音波を送信すると共に、測定対象Wで反射された反射超音波を受信する。
演算部154は、超音波ユニット153で超音波を送信したタイミングから、超音波ユニット153で反射超音波を受信したタイミングまでの時間に基づいて、超音波センサー15Aから測定対象Wまでの距離を演算する。

0052

第二実施形態の超音波ユニット153は、第一実施形態で説明した第一超音波ユニット151および第二超音波ユニット152と略同様の構成を有する。具体的には、超音波ユニット153は、送受信用回路基板23と、シールド部材30と、超音波素子40と、反射台50とを備える。第一実施形態における第一超音波ユニット151に関する説明は、送信用回路基板21を送受信用回路基板23に替えることにより、超音波ユニット153に適用できる。このため、超音波ユニット153のうち、第一超音波ユニット151と同様の構成については説明を省略する。

0053

この超音波ユニット153において、反射台50は、超音波素子40から送信された超音波を、測定対象Wに向かうように反射させると共に、測定対象Wで反射された反射超音波を超音波素子40に向かうように反射させる。
換言すると、超音波ユニット153の反射台50は、超音波素子40から出射してユニット軸C2に沿って進む方向からセンサー中心軸C1に沿って進む方向に変更すると共に、センサー中心軸C1に沿って進む方向からユニット軸C2に沿って進み超音波素子40に入射される方向に変更する。
ここで、反射面51に対する超音波の入射角度は45°に設定されており、測定対象Wに対する超音波の入射角度は90°になる。このため、超音波素子40から測定対象Wまでの超音波の経路と、測定対象Wから超音波素子40までの超音波の経路とは、同じ経路になる。

0054

また、超音波ユニット153において、送受信用回路基板23は、超音波素子40を駆動させる駆動信号を生成すると共に、超音波素子40から入力される受信信号に対してノイズ除去や増幅のための処理を行う。

0055

以上の第二実施形態の超音波センサー15Aによれば、第一実施形態の超音波センサー15と同様、超音波素子40を保護し、かつ、超音波を安定して送受信できる。また、この超音波センサー15Aによれば、測定対象Wまでの距離の検出精度を向上させることができる。

0056

[変形例]
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、および各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。

0057

(変形例1)
反射台50は、上記各実施形態の形状、構成および配置に限定されない。
例えば、第一超音波ユニット151における反射台50は、図7に示すようなレンズ状の反射面51Aを有していてもよい。この場合、反射面51Aは、超音波素子40から出射された超音波を孔321に向かって収束させる。これにより、用紙Pまたは測定対象Wに対して音圧の高い超音波を送信でき、超音波センサー15における検出精度を向上させることができる。

0058

また、反射台50は、シールド部材30の保護空間35の外側に配置されていてもよい。この場合、シールド部材30の保護空間35の内外を連通する孔321は、底部32ではなく、筒部31のうちユニット軸C2に交差する部位に形成されてもよい。
その他、反射台50は、シールド部材30と一体に構成されてもよい。

0059

(変形例2)
本発明の方向変更部は、反射台50であることに限定されない。
例えば、本発明の方向変更部は、超音波の反射経路を形成する複数の反射部材によって構成されてもよい。
また、本発明の方向変更部は、超音波のための音響経路が内部に設けられたファイバー等であってもよい。

0060

(変形例3)
シールド部材30は、有底筒状であることに限定されず、保護空間35を区画する形状であれば、任意の形状に構成可能である。例えば、シールド部材30は、保護空間35を全体的に囲う容器状に形成されてもよい。

0061

(変形例4)
上記実施形態では、超音波センサー15を備える電子機器の一例として、イメージスキャナー10を例示したが、これに限定されない。
例えば、搬送経路130上に搬送された印刷紙に対して画像を印刷する印刷装置プリンター)において、印刷紙の重送を検出する超音波センサー15を適用してもよい。また、超音波センサー15は、印刷紙の種類を判定するために利用してもよい。

0062

また、配管等を流れる流体流速を検出する流速検出装置において、上述したような超音波センサー15を適用してもよい。つまり、対象物である流体に対して超音波を送信し、流体を通過する超音波を受信すると、流体の流速に応じて超音波の進行方向が変化する。この際、受信信号の電圧値の変化を検出することで、流体の流速を測定することが可能となる。

0063

(変形例5)
また、上記各実施形態では、超音波装置として、超音波の送受信を行う超音波センサー15,15Aが構成されているが、超音波の送信または受信のいずれか一方を行う超音波装置が構成されていてもよい。
例えば、超音波によりデータを送信するデータ送信装置、超音波を用いて虫や動物を退ける虫除け装置や動物除け装置、ハプティクスに超音波を用いた触覚伝達装置等の超音波装置では、送信ユニットのみが設けられる構成としてもよい。また、超音波を用いたデータ送信装置から送信された超音波信号を受信するデータ受信装置等の超音波装置では、受信ユニットのみが設けられる構成としてもよい。

0064

10…イメージスキャナー、11…装置本体、11A…給送口、11B…排出口、12…用紙サポート、13…搬送部、130…搬送経路、131…第一給送ローラー対、131A…第一駆動ローラー、131B…第一従動ローラー、132…第二給送ローラー対、132A…第二駆動ローラー、132B…第二従動ローラー、133…第一搬送ローラー対、133A…第三駆動ローラー、133B…第三従動ローラー、134…第二搬送ローラー対、134A…第四駆動ローラー、134B…第四従動ローラー、135…搬送モーター、14…スキャン部、141…光源、142…イメージセンサー、14A…第一スキャン部、14B…第二スキャン部、15,15A…超音波センサー、151…第一超音波ユニット、152…第二超音波ユニット、153…超音波ユニット、154…演算部、16…制御部、161…第一ガイド部材、161A…開口部、162…第二ガイド部材、162A…開口部、21…送信用回路基板、22…受信用回路基板、23…送受信用回路基板、30…シールド部材、31…筒部、32…底部、321…孔、33…開口、34…端部、35…保護空間、40…超音波素子、401…超音波送受信面、41…基板、411…隔壁、41A…開口部、42…振動板、42A…振動部、43…圧電素子、431…第一電極、431P…第一電極端子、432…圧電膜、433…第二電極、433A…共通電極線、433P…第二電極端子、44…封止板、441…溝、442…隔壁、50…反射台(方向変更部)、51,51A…反射面(超音波反射面)、C1…センサー中心軸(第二軸)、C2…ユニット軸(第一軸)、P…用紙、Tr…超音波トランスデューサー、W…測定対象。

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