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(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】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】音波センサーユニット、及び記録装置
(51)【国際特許分類】
H04R 1/02 20060101AFI20231205BHJP
B41J 2/01 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
H04R1/02 330
B41J2/01 303
B41J2/01 451
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020027008
(22)【出願日】2020-02-20
(65)【公開番号】P2021132313
(43)【公開日】2021-09-09
【審査請求日】2023-01-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100179475
【弁理士】
【氏名又は名称】仲井 智至
(74)【代理人】
【識別番号】100216253
【弁理士】
【氏名又は名称】松岡 宏紀
(74)【代理人】
【識別番号】100225901
【弁理士】
【氏名又は名称】今村 真之
(72)【発明者】
【氏名】山崎 慎也
(72)【発明者】
【氏名】村山 平
【審査官】大石 剛
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－１６０１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１３３６２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１１８０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－００３２７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３３６２４８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０４Ｒ １／０２
Ｂ４１Ｊ ２／０１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
送信側圧電素子及び前記送信側圧電素子に接続される送信側振動面を有しターゲットに音波を送信可能な送信素子と、受信側圧電素子及び前記受信側圧電素子に接続される受信側振動面を有し前記ターゲットから反射される音波を受信可能な受信素子とを有する素子基板と、前記素子基板に対向し、前記送信側圧電素子及び前記受信側圧電素子を封止する封止基板と、
を含む音波センサーと、
前記封止基板から前記素子基板に向かう第１方向において、前記封止基板に対して前記素子基板と反対側に配置され、前記封止基板に固定されるホルダーと、
を備え、
前記ホルダーには、前記第１方向に前記ホルダーを貫く孔が形成され、
前記第１方向から見た平面視において、前記受信側振動面は前記孔を構成する前記ホルダーの壁面の内側に配置されることを特徴とする音波センサーユニット。
【請求項2】
前記第１方向に向かうに従って前記孔が広くなるように、前記壁面が湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の音波センサーユニット。
【請求項3】
前記ホルダーは、粘弾性を有する粘着テープを介して前記封止基板に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の音波センサーユニット。
【請求項4】
前記音波センサーは、複数の前記送信素子が前記受信素子を囲むアレイ構造を有し、前記第１方向から見た平面視において、前記孔の縁は複数の前記送信側振動面に重なることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の音波センサーユニット。
【請求項5】
前記第１方向において、前記ホルダーの前記封止基板に固定される面と反対側の非固定面には、前記複数の前記送信素子を囲むように前記非固定面から突出する凸部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の音波センサーユニット。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか一項に記載の音波センサーユニットと、前記ターゲットに記録する記録ヘッドと、
前記音波センサーユニット及び前記記録ヘッドが取り付けられるキャリッジと、
を備えることを特徴とする記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、音波センサーユニット、及び当該音波センサーユニットを備える記録装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、密閉構造を有する素子収容ケースの中に超音波素子（音波素子）が収容される超音波センサー（音波センサーユニット）が知られている（特許文献１）。
音波素子は、電気信号を音波振動に変換する送信用素子（送信素子）と音波振動を電気信号に変換する受信用素子（受信素子）とを有する。素子収容ケースはギャップ空間を隔てて音波素子に対向配置される天板部を有し、天板部に音波素子による音波の送信または受信の際に音波振動するダイアフラム部が設けられている。すなわち、ダイアフラム部は、送信素子に対応し音波を送信する送信側ダイアフラム部と、受信素子に対応し音波を受信する受信側ダイアフラム部とを有する。
かかる構成によって、送信素子の音波振動は、ギャップ空間と送信側ダイアフラム部とを介して外部空間に送信され、さらに、外部空間の音波振動は、受信側ダイアフラム部とギャップ空間とを介して受信素子に伝搬される。このように、特許文献１に記載の音波センサーユニットでは、音波素子とダイアフラム部との間のギャップ空間と、ダイアフラム部の外側の外部空間との間で、空気等の気体の授受がない状態で、音波振動の授受が行われる。
音波素子は、電気信号を音波振動に変換する送信用素子（送信素子）と音波振動を電気信号に変換する受信用素子（受信素子）とを有する。素子収容ケースはギャップ空間を隔てて音波素子に対向配置される天板部を有し、天板部に音波素子による音波の送信または受信の際に音波振動するダイアフラム部が設けられている。すなわち、ダイアフラム部は、送信素子に対応し音波を送信する送信側ダイアフラム部と、受信素子に対応し音波を受信する受信側ダイアフラム部とを有する。
かかる構成によって、送信素子の音波振動は、ギャップ空間と送信側ダイアフラム部とを介して外部空間に送信され、さらに、外部空間の音波振動は、受信側ダイアフラム部とギャップ空間とを介して受信素子に伝搬される。このように、特許文献１に記載の音波センサーユニットでは、音波素子とダイアフラム部との間のギャップ空間と、ダイアフラム部の外側の外部空間との間で、空気等の気体の授受がない状態で、音波振動の授受が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１９－１４０６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところが、特許文献１に記載の音波センサーユニットでは、送信素子の音波振動が、素子収容ケースの中を伝搬し、または、素子収容ケースの壁面によって反射され、音波振動を電気信号に変換する受信素子に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【0005】
音波センサーユニットは、送信側圧電素子及び前記送信側圧電素子に接続される送信側振動面を有しターゲットに音波を送信可能な送信素子と、受信側圧電素子及び前記受信側圧電素子に接続される受信側振動面を有し前記ターゲットから反射される音波を受信可能な受信素子とを有する素子基板と、前記素子基板に対向し、前記送信側圧電素子及び前記受信側圧電素子を封止する封止基板と、を含む音波センサーと、前記封止基板から前記素子基板に向かう第１方向において、前記封止基板に対して前記素子基板と反対側に配置され、前記封止基板に固定されるホルダーと、を備え、前記ホルダーには、前記第１方向に前記ホルダーを貫く孔が形成され、前記第１方向から見た平面視において、前記受信側振動面は前記孔を構成する前記ホルダーの壁面の内側に配置される。
【0006】
記録装置は、上記音波センサーユニットと、前記ターゲットに記録する記録ヘッドと、前記音波センサーユニット及び前記記録ヘッドが取り付けられるキャリッジと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態１に係る記録装置の概略図。
【図2】実施形態１に係る音波センサーユニットの斜視図。
【図3】音波センサーの状態を示す平面図。
【図4】音波センサーの斜視図。
【図5】音波素子制御部の状態を示すブロック図。
【図6】ホルダーの斜視図。
【図7】実施形態１に係る音波センサーユニットの断面図。
【図8】ホルダーの他の斜視図。
【図9】Ｚ方向から見た音波センサーユニットの平面図。
【図10】比較例に係る音波センサーユニットの断面図。
【図11】実施形態１に係る音波センサーユニットの断面図。
【図12】実施形態２に係る音波センサーユニットが有するホルダーの斜視図。
【図13】実施形態２に係る音波センサーユニットの断面図。
【図14】実施形態２に係る音波センサーユニットが有する他のホルダーの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
１．実施形態１
１．１記録装置の概要
図１に示すように、実施形態１に係る記録装置１は、長尺の媒体Ｍを扱うラージフォーマットプリンターである。記録装置１は、脚部１１と、脚部１１に支持された筐体部１２と、筐体部１２の両端に取り付けられたセット部２０及び巻取部２５と、筐体部１２の一方の端に取付けられた操作部１４とを備えている。媒体Ｍとしては、例えば、上質紙、キャスト紙、アート紙、コート紙、合成紙、及びＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）やＰＰ（polypropylene）などから成るフィルムなどを使用することができる。
以降の説明では、記録装置１の幅方向（媒体Ｍの幅方向）をＸ方向とし、記録装置１の高さ方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に交差する記録装置１の奥行方向をＹ方向とする。また、方向を示す矢印の先端側を＋方向とし、方向を示す矢印の基端側を－方向とする。－Ｚ方向は重力方向であり、Ｘ方向とＹ方向とに沿って配置される平面（ＸＹ平面）は水平面である。
なお、媒体Ｍは本願におけるターゲットの一例である。－Ｚ方向は本願における第１方向の一例である。－Ｚ方向から見ることは、本願における第１方向から見た平面視の一例であり、以降、Ｚ方向から見た平面視と称す。
さらに、以降の説明では、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向を走査方向Ｘと称し、＋Ｙ方向を搬送方向Ｙと称す。媒体Ｍの搬送方向はセット部２０から巻取部２５までの搬送経路の各点において変化するが、搬送方向Ｙは、後述する印刷部３０近傍において媒体Ｍが搬送される方向である。
１．１記録装置の概要
図１に示すように、実施形態１に係る記録装置１は、長尺の媒体Ｍを扱うラージフォーマットプリンターである。記録装置１は、脚部１１と、脚部１１に支持された筐体部１２と、筐体部１２の両端に取り付けられたセット部２０及び巻取部２５と、筐体部１２の一方の端に取付けられた操作部１４とを備えている。媒体Ｍとしては、例えば、上質紙、キャスト紙、アート紙、コート紙、合成紙、及びＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）やＰＰ（polypropylene）などから成るフィルムなどを使用することができる。
以降の説明では、記録装置１の幅方向（媒体Ｍの幅方向）をＸ方向とし、記録装置１の高さ方向をＺ方向とし、Ｘ方向及びＺ方向に交差する記録装置１の奥行方向をＹ方向とする。また、方向を示す矢印の先端側を＋方向とし、方向を示す矢印の基端側を－方向とする。－Ｚ方向は重力方向であり、Ｘ方向とＹ方向とに沿って配置される平面（ＸＹ平面）は水平面である。
なお、媒体Ｍは本願におけるターゲットの一例である。－Ｚ方向は本願における第１方向の一例である。－Ｚ方向から見ることは、本願における第１方向から見た平面視の一例であり、以降、Ｚ方向から見た平面視と称す。
さらに、以降の説明では、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向を走査方向Ｘと称し、＋Ｙ方向を搬送方向Ｙと称す。媒体Ｍの搬送方向はセット部２０から巻取部２５までの搬送経路の各点において変化するが、搬送方向Ｙは、後述する印刷部３０近傍において媒体Ｍが搬送される方向である。
【0009】
筐体部１２の内部には、長尺の媒体Ｍに印刷する印刷部３０と、記録装置１の各部を制御する制御部１０とが設けられている。印刷部３０は、走査方向Ｘに移動可能なキャリッジ３４と、キャリッジ３４に取り付けられ媒体Ｍに記録する記録ヘッド３１と、媒体Ｍを搬送方向Ｙに搬送可能な搬送部１６と、記録ヘッド３１のノズル形成面３２に対向配置されるプラテン３３とを有する。制御部１０は、音波素子７を制御する音波素子制御部９を有する。
キャリッジ３４には、記録ヘッド３１の他に音波センサーユニット２が取り付けられている。また、音波センサーユニット２及び記録装置１は、空気中に設置されている。
このように、本実施形態に係る記録装置１は、音波センサーユニット２と、媒体Ｍに記録する記録ヘッド３１と、音波センサーユニット２及び記録ヘッド３１が取り付けられるキャリッジ３４とを有する。
キャリッジ３４には、記録ヘッド３１の他に音波センサーユニット２が取り付けられている。また、音波センサーユニット２及び記録装置１は、空気中に設置されている。
このように、本実施形態に係る記録装置１は、音波センサーユニット２と、媒体Ｍに記録する記録ヘッド３１と、音波センサーユニット２及び記録ヘッド３１が取り付けられるキャリッジ３４とを有する。
【0010】
プラテン３３に対して搬送方向Ｙの上流側には上流側媒体支持部２２が配置され、プラテン３３に対して搬送方向Ｙの下流側には下流側媒体支持部２３が配置されている。長尺の媒体Ｍは、上流側媒体支持部２２とプラテン３３と下流側媒体支持部２３とによって支持されながら、搬送部１６によって上流側媒体支持部２２から下流側媒体支持部２３に向かう方向（搬送方向Ｙ）に搬送される。
【0011】
媒体Ｍは、セット部２０に収納されたロール体Ｒから巻き解かれ、給送口１３から筐体部１２の内部に給送される。セット部２０から給送される媒体Ｍは、上流側媒体支持部２２によって支持されながら、搬送部１６に案内される。搬送部１６に案内された媒体Ｍは、搬送部１６によってプラテン３３に向けて搬送される。
媒体Ｍがプラテン３３によって支持された状態で、記録ヘッド３１から媒体Ｍにインクが吐出されることよって、媒体Ｍに画像が形成される。画像が形成された媒体Ｍは、下流側媒体支持部２３によって支持されながら、排出口１５から筐体部１２の外に排出され、巻取部２５によってロール状に巻き取られる。
媒体Ｍがプラテン３３によって支持された状態で、記録ヘッド３１から媒体Ｍにインクが吐出されることよって、媒体Ｍに画像が形成される。画像が形成された媒体Ｍは、下流側媒体支持部２３によって支持されながら、排出口１５から筐体部１２の外に排出され、巻取部２５によってロール状に巻き取られる。
【0012】
上流側媒体支持部２２にはヒーター２７が取り付けられ、下流側媒体支持部２３にはヒーター２８が取り付けられ、図示を省略するがプラテン３３にもヒーターが取り付けられている。ヒーター２７，２８は、例えばチューブヒーターである。
媒体Ｍに吐出されたインクを速やかに乾燥させるために、プラテン３３は、ヒーターによって室温から所定の温度に加熱されている。ヒーター２７は、上流側媒体支持部２２を介して、媒体Ｍの温度が室温から室温よりも大きい所定の温度となるように徐々に媒体Ｍの温度を増加させる。ヒーター２８は、下流側媒体支持部２３を介して、媒体Ｍの温度を所定の温度よりも高い温度まで増加させ、媒体Ｍが巻取部２５に巻き取られる前に、媒体Ｍに吐出されたインクを乾燥させる。
媒体Ｍに吐出されたインクを速やかに乾燥させるために、プラテン３３は、ヒーターによって室温から所定の温度に加熱されている。ヒーター２７は、上流側媒体支持部２２を介して、媒体Ｍの温度が室温から室温よりも大きい所定の温度となるように徐々に媒体Ｍの温度を増加させる。ヒーター２８は、下流側媒体支持部２３を介して、媒体Ｍの温度を所定の温度よりも高い温度まで増加させ、媒体Ｍが巻取部２５に巻き取られる前に、媒体Ｍに吐出されたインクを乾燥させる。
【0013】
搬送部１６は、記録ヘッド３１に対して搬送方向Ｙの上流側に配置され、駆動ローラー１７と従動ローラー１８とを有している。従動ローラー１８は、媒体Ｍを介して駆動ローラー１７に圧接され、従動回転する。駆動ローラー１７は、従動ローラー１８との間で媒体Ｍを挟持する。駆動ローラー１７は、不図示のモーターなどの動力源と直接的或いは間接的に連結され、動力源から駆動力が伝達される。駆動ローラー１７が回転駆動することにより、媒体Ｍが搬送方向Ｙに搬送される。
【0014】
操作部１４は、例えばタッチパネルを有する液晶表示装置で構成される。作業者は、操作部１４によって、記録装置１の各種設定を行うことができる。
キャリッジ３４は、走査方向Ｘに延在するガイド軸３５によって支持され、ガイド軸３５が延在する方向（走査方向Ｘ）に移動可能である。キャリッジ３４に取り付けられる記録ヘッド３１と音波センサーユニット２とは、キャリッジ３４と一緒に走査方向Ｘに移動可能である。
キャリッジ３４は、走査方向Ｘに延在するガイド軸３５によって支持され、ガイド軸３５が延在する方向（走査方向Ｘ）に移動可能である。キャリッジ３４に取り付けられる記録ヘッド３１と音波センサーユニット２とは、キャリッジ３４と一緒に走査方向Ｘに移動可能である。
【0015】
音波素子制御部９は、音波センサーユニット２の信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を算出する。制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を算出する。さらに、制御部１０は、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔が所定の間隔に維持されるように、Ｚ方向におけるプラテン３３とキャリッジ３４との少なくとも一方の位置を調整する。例えば、制御部１０は、プラテン３３とキャリッジ３４との少なくとも一方を＋Ｚ方向または－Ｚ方向に移動させる不図示の移動機構を制御する。
記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔が所定の間隔に維持されると、記録ヘッド３１から媒体Ｍに対して吐出されるインクの飛行距離が所定の距離に維持され、記録ヘッド３１から吐出されるインクが媒体Ｍの目標位置に着弾し、媒体Ｍに形成される画像の品位が高められる。
記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔が所定の間隔に維持されると、記録ヘッド３１から媒体Ｍに対して吐出されるインクの飛行距離が所定の距離に維持され、記録ヘッド３１から吐出されるインクが媒体Ｍの目標位置に着弾し、媒体Ｍに形成される画像の品位が高められる。
【0016】
１．２音波センサーユニットの概要
図２に示すように、音波センサーユニット２は、音波センサー３と、音波センサー３と音波素子制御部９とを接続する配線基板４と、音波センサー３を支持するホルダー６とを有する。
配線基板４は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）で構成され、可撓性を有する。以降、後述する素子基板４０の第１辺４０１がＸ方向に沿って配置されるとともに、第１辺４０１と交差する第２辺４０２がＹ方向に沿って配置された状態で、各構成要素の詳細を説明する。
図２に示すように、音波センサーユニット２は、音波センサー３と、音波センサー３と音波素子制御部９とを接続する配線基板４と、音波センサー３を支持するホルダー６とを有する。
配線基板４は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）で構成され、可撓性を有する。以降、後述する素子基板４０の第１辺４０１がＸ方向に沿って配置されるとともに、第１辺４０１と交差する第２辺４０２がＹ方向に沿って配置された状態で、各構成要素の詳細を説明する。
【0017】
図３に示すように、音波センサー３には、互いに交差するＸ方向及びＹ方向に沿って、合計９個の音波素子７が２次元アレイ状に配置されている。例えば、Ｘ方向を行方向とし、Ｙ方向を列方向とした場合、音波センサー３には、音波素子７が３行３列にマトリクス状に配列されている。
９個の音波素子７のうち中心に位置する音波素子７が、受信素子７１である。９個の音波素子７のうち受信素子７１の周囲に配置される８個の音波素子７が、送信素子７２である。このように、音波センサー３は、複数の送信素子７２が受信素子７１を囲むアレイ構造を有する。
９個の音波素子７のうち中心に位置する音波素子７が、受信素子７１である。９個の音波素子７のうち受信素子７１の周囲に配置される８個の音波素子７が、送信素子７２である。このように、音波センサー３は、複数の送信素子７２が受信素子７１を囲むアレイ構造を有する。
【0018】
図３及び図４に示すように、音波センサー３は、＋Ｚ方向において順に配置される素子基板４０と、支持壁４４と、封止基板４５とを有する。素子基板４０は、＋Ｚ方向において順に配置される本体部４１と、支持膜４２と、圧電素子５０とを有する。
本体部４１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成される。本体部４１は、隔壁部４１Ｂと、本体部４１を貫通する開口部４１Ａとを有する。隔壁部４１Ｂによって囲まれた領域が、開口部４１Ａである。本体部４１には、Ｘ方向に長い複数の開口部４１ＡがＹ方向に並んで設けられている。
支持膜４２は、例えばＳｉＯ2及びＺｒＯ2の積層体等により構成され、弾性変形可能である。Ｚ方向における支持膜４２の厚み寸法は、Ｚ方向における本体部４１の厚み寸法に対して十分小さい。
支持壁４４は、例えば樹脂により構成され、Ｙ方向に延在する部材である。複数の支持壁４４が、Ｘ方向において並んで設けられている。
本体部４１は、例えばＳｉ等の半導体基板により構成される。本体部４１は、隔壁部４１Ｂと、本体部４１を貫通する開口部４１Ａとを有する。隔壁部４１Ｂによって囲まれた領域が、開口部４１Ａである。本体部４１には、Ｘ方向に長い複数の開口部４１ＡがＹ方向に並んで設けられている。
支持膜４２は、例えばＳｉＯ2及びＺｒＯ2の積層体等により構成され、弾性変形可能である。Ｚ方向における支持膜４２の厚み寸法は、Ｚ方向における本体部４１の厚み寸法に対して十分小さい。
支持壁４４は、例えば樹脂により構成され、Ｙ方向に延在する部材である。複数の支持壁４４が、Ｘ方向において並んで設けられている。
【0019】
支持膜４２の一方の面は本体部４１の隔壁部４１Ｂに接合され、支持膜４２の他方の面は支持壁４４に接合されている。
支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４とのいずれかに接合される部分は、弾性変形が抑制される。支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４との両方に接合されない部分は、弾性変形可能であり、Ｚ方向に振動可能な振動面４３になる。
図４に一点鎖線で図示されるように、支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって区画される部分が、Ｚ方向に振動可能な振動面４３になる。
支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４とのいずれかに接合される部分は、弾性変形が抑制される。支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４との両方に接合されない部分は、弾性変形可能であり、Ｚ方向に振動可能な振動面４３になる。
図４に一点鎖線で図示されるように、支持膜４２における隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって区画される部分が、Ｚ方向に振動可能な振動面４３になる。
【0020】
音波素子７は、Ｚ方向に振動可能な振動面４３と、振動面４３に接続される圧電素子５０とを有する。Ｚ方向から見た平面視において、圧電素子５０は振動面４３の内側に配置される。また、振動面４３が形成される領域は、音波素子７が形成される領域である。このため、図４において一点鎖線で図示される振動面４３が形成される領域（隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって区画される領域）が、音波素子７が形成される領域になる。
隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって区画される領域の中に音波素子７が形成されると、隣の音波素子７の影響（クロストークの影響）が隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって抑制され、９個の音波素子７がそれぞれ正常に動作するようになる。
隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって区画される領域の中に音波素子７が形成されると、隣の音波素子７の影響（クロストークの影響）が隔壁部４１Ｂと支持壁４４とによって抑制され、９個の音波素子７がそれぞれ正常に動作するようになる。
【0021】
圧電素子５０は、支持膜４２側から順に積層される下部電極５１と圧電膜５２と上部電極５３とによって構成される。下部電極５１が振動面４３に接続される。振動面４３の振動が下部電極５１を介して圧電膜５２に伝達され、圧電膜５２の振動が下部電極５１を介して振動面４３に伝達される。
下部電極５１はＸ方向に延在し、上部電極５３はＹ方向に延在し、圧電膜５２は下部電極５１と上部電極とが重なった９つの部分に独立して配置される。Ｚ方向から見た平面視において、下部電極５１と圧電膜５２と上部電極５３とが重なった部分が圧電素子５０である。圧電素子５０は、撓み振動モードの圧電アクチュエーターである。
下部電極５１はＸ方向に延在し、上部電極５３はＹ方向に延在し、圧電膜５２は下部電極５１と上部電極とが重なった９つの部分に独立して配置される。Ｚ方向から見た平面視において、下部電極５１と圧電膜５２と上部電極５３とが重なった部分が圧電素子５０である。圧電素子５０は、撓み振動モードの圧電アクチュエーターである。
【0022】
下部電極５１と上部電極５３との間に所定周波数の矩形波電圧、すなわち駆動信号が印加されると、圧電膜５２が収縮または伸張して振動面４３が振動し、振動面４３から媒体Ｍに向けて音波が送信される。さらに、振動面４３から送信された音波は、媒体Ｍによって反射される。
媒体Ｍによって反射された音波によって振動面４３が振動すると、圧電膜５２のＺ方向において電位差が発生し、下部電極５１と上部電極５３との間に電位差が発生する。下部電極５１と上部電極５３との間に発生する電位差を検出することによって、受信した音波を検出することができる。
媒体Ｍによって反射された音波によって振動面４３が振動すると、圧電膜５２のＺ方向において電位差が発生し、下部電極５１と上部電極５３との間に電位差が発生する。下部電極５１と上部電極５３との間に発生する電位差を検出することによって、受信した音波を検出することができる。
【0023】
下部電極５１は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されている。Ｘ方向における下部電極５１の両端部には、配線基板４に接続される駆動端子５１Ａが設けられる。
上部電極５３は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されている。上部電極５３の±Ｙ方向側の端部は共通電極線５３Ａに接続される。共通電極線５３Ａは、Ｘ方向に複数配置される各上部電極５３同士を結線する。Ｘ方向における共通電極線５３Ａの端部には、配線基板４に接続される共通端子５３Ｂが設けられている。
駆動端子５１Ａ及び共通端子５３Ｂは、それぞれ配線基板４を経由して駆動回路９０に接続される。駆動端子５１Ａには、駆動回路９０から駆動信号が入力される。共通端子５３Ｂには、駆動回路９０から所定の基準電位が印加される。
上部電極５３は、Ｙ方向に沿って直線状に形成されている。上部電極５３の±Ｙ方向側の端部は共通電極線５３Ａに接続される。共通電極線５３Ａは、Ｘ方向に複数配置される各上部電極５３同士を結線する。Ｘ方向における共通電極線５３Ａの端部には、配線基板４に接続される共通端子５３Ｂが設けられている。
駆動端子５１Ａ及び共通端子５３Ｂは、それぞれ配線基板４を経由して駆動回路９０に接続される。駆動端子５１Ａには、駆動回路９０から駆動信号が入力される。共通端子５３Ｂには、駆動回路９０から所定の基準電位が印加される。
【0024】
封止基板４５は、Ｓｉ等の半導体基板やガラスエポキシ等の絶縁体基板によって構成され、素子基板４０に対向配置される。Ｚ方向から見た平面視において、封止基板４５と素子基板４０とは略重なる。封止基板４５を設けることによって、素子基板４０が補強され、素子基板４０の機械的強度が高められる。
なお、封止基板４５の材質や厚みは、音波素子７の周波数特性に影響を及ぼすため、音波素子７にて送受信する音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
なお、封止基板４５の材質や厚みは、音波素子７の周波数特性に影響を及ぼすため、音波素子７にて送受信する音波の中心周波数に基づいて設定することが好ましい。
【0025】
封止基板４５には、素子基板４０に対向する面から、支持壁４４に向かって突出する梁部４６が設けられている。梁部４６は、支持壁４４に接合される。これにより、封止基板４５と振動面４３との間に所定寸法のギャップが設けられ、振動面４３の振動が阻害されなくなる。
封止基板４５は、素子基板４０に対向し、受信側圧電素子５０Ａ（図２参照）及び送信側圧電素子５０Ｂ（図２参照）を封止する。詳しくは、圧電素子５０（受信側圧電素子５０Ａ、送信側圧電素子５０Ｂ）は、支持膜４２と支持壁４４と梁部４６と封止基板４５とによって密封された空間の中に配置される。密閉された空間の中には外気中の水分が侵入しにくいので、水分による圧電素子５０の劣化が抑制され、音波素子７の信頼性が高められる。
封止基板４５は、素子基板４０に対向し、受信側圧電素子５０Ａ（図２参照）及び送信側圧電素子５０Ｂ（図２参照）を封止する。詳しくは、圧電素子５０（受信側圧電素子５０Ａ、送信側圧電素子５０Ｂ）は、支持膜４２と支持壁４４と梁部４６と封止基板４５とによって密封された空間の中に配置される。密閉された空間の中には外気中の水分が侵入しにくいので、水分による圧電素子５０の劣化が抑制され、音波素子７の信頼性が高められる。
【0026】
図５に示すように、音波素子制御部９は、音波素子７を駆動させる駆動回路９０と、演算部９７とを含んで構成されている。
駆動回路９０は、音波素子７の駆動を制御するためのドライバー回路であり、基準電位回路９１と、切替回路９２と、送信回路９３と、受信回路９４とを有する。
基準電位回路９１は、素子基板４０に形成される上部電極５３の共通端子５３Ｂに接続され、上部電極５３に基準電位を印加する。
切替回路９２は、素子基板４０に形成される下部電極５１の駆動端子５１Ａと、送信回路９３と、受信回路９４とに接続される。切替回路９２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動端子５１Ａのそれぞれと送信回路９３とを接続する送信接続、及び、各駆動端子５１Ａのそれぞれと受信回路９４とを接続する受信接続を切り替える。
駆動回路９０は、音波素子７の駆動を制御するためのドライバー回路であり、基準電位回路９１と、切替回路９２と、送信回路９３と、受信回路９４とを有する。
基準電位回路９１は、素子基板４０に形成される上部電極５３の共通端子５３Ｂに接続され、上部電極５３に基準電位を印加する。
切替回路９２は、素子基板４０に形成される下部電極５１の駆動端子５１Ａと、送信回路９３と、受信回路９４とに接続される。切替回路９２は、スイッチング回路により構成されており、各駆動端子５１Ａのそれぞれと送信回路９３とを接続する送信接続、及び、各駆動端子５１Ａのそれぞれと受信回路９４とを接続する受信接続を切り替える。
【0027】
送信回路９３は、切替回路９２及び演算部９７に接続される。送信回路９３は、切替回路９２が送信接続に切り替えられた際に、演算部９７の制御に基づいて、圧電素子５０にパルス波形の駆動信号を出力し、音波素子７から媒体Ｍに向けて音波を送信させる。
受信回路９４は、切替回路９２及び演算部９７に接続される。受信回路９４は、切替回路９２が受信接続に切り替えられた際に、媒体Ｍによって反射された音波に起因する下部電極５１と上部電極５３との間の電位差を受信し、演算部９７に送信する。演算部９７は、受信回路９４からの信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を算出する。
受信回路９４は、切替回路９２及び演算部９７に接続される。受信回路９４は、切替回路９２が受信接続に切り替えられた際に、媒体Ｍによって反射された音波に起因する下部電極５１と上部電極５３との間の電位差を受信し、演算部９７に送信する。演算部９７は、受信回路９４からの信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を算出する。
【0028】
音波素子制御部９は、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７が媒体Ｍによって反射された音波を受信し、当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７が媒体Ｍに向けて音波が送信するように、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のそれぞれを制御する。
本実施形態では、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７が音波を受信可能な受信素子７１になり、当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７が音波を送信可能な送信素子７２になる。このような配置を採用することで、媒体Ｍの表面から振動面４３を離間させて媒体Ｍを検出する場合、複数の送信素子７２から送信される音波が合成されて音波の強度が増加し、強度が増加した音波を媒体Ｍの表面に入射させることができる。これにより、媒体Ｍの表面から反射する音波の強度もノイズに対して十分大きくなり、中央に配置された１つの受信素子７１による音波の受信の精度を向上することができる。
本実施形態では、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７が音波を受信可能な受信素子７１になり、当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７が音波を送信可能な送信素子７２になる。このような配置を採用することで、媒体Ｍの表面から振動面４３を離間させて媒体Ｍを検出する場合、複数の送信素子７２から送信される音波が合成されて音波の強度が増加し、強度が増加した音波を媒体Ｍの表面に入射させることができる。これにより、媒体Ｍの表面から反射する音波の強度もノイズに対して十分大きくなり、中央に配置された１つの受信素子７１による音波の受信の精度を向上することができる。
【0029】
３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７において、当該音波素子７の振動面４３が受信側振動面４３Ａになり、当該音波素子７の圧電素子５０が受信側圧電素子５０Ａになる。当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７において、当該音波素子７の振動面４３が送信側振動面４３Ｂになり、当該音波素子７の圧電素子５０が送信側圧電素子５０Ｂになる。
受信素子７１は、受信側圧電素子５０Ａ及び受信側圧電素子５０Ａに接続される受信側振動面４３Ａを有する。送信素子７２は、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側圧電素子５０Ｂに接続される送信側振動面４３Ｂを有する。
このように、素子基板４０は、受信側圧電素子５０Ａ及び受信側圧電素子５０Ａに接続される受信側振動面４３Ａを有し媒体Ｍから反射される音波を受信可能な受信素子７１と、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側圧電素子５０Ｂに接続される送信側振動面４３Ｂを有し媒体Ｍに音波を送信可能な送信素子７２とを有する。
受信素子７１は、受信側圧電素子５０Ａ及び受信側圧電素子５０Ａに接続される受信側振動面４３Ａを有する。送信素子７２は、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側圧電素子５０Ｂに接続される送信側振動面４３Ｂを有する。
このように、素子基板４０は、受信側圧電素子５０Ａ及び受信側圧電素子５０Ａに接続される受信側振動面４３Ａを有し媒体Ｍから反射される音波を受信可能な受信素子７１と、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側圧電素子５０Ｂに接続される送信側振動面４３Ｂを有し媒体Ｍに音波を送信可能な送信素子７２とを有する。
【0030】
なお、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち、どの音波素子７を受信素子７１にし、どの音波素子７を送信素子７２にするのかを任意に設定できる。
例えば、音波素子制御部９は、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７を送信素子７２にし、当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７を受信素子７１にすることができる。このような配置を採用することで、媒体Ｍの表面に振動面４３を密着させて媒体Ｍを検出する場合、中央に配置された１つの送信素子７２から音波が送信される。これにより、媒体Ｍの表面が曲面を有する場合であっても、曲面で複数の方向に反射された複数の音波を、複数の受信素子７１によって受信することで、受信の精度を向上することができる。
例えば、音波素子制御部９は、３行３列にマトリクス状に配列される音波素子７のうち中央に位置する音波素子７を送信素子７２にし、当該中央に位置する音波素子７の周辺に位置する音波素子７を受信素子７１にすることができる。このような配置を採用することで、媒体Ｍの表面に振動面４３を密着させて媒体Ｍを検出する場合、中央に配置された１つの送信素子７２から音波が送信される。これにより、媒体Ｍの表面が曲面を有する場合であっても、曲面で複数の方向に反射された複数の音波を、複数の受信素子７１によって受信することで、受信の精度を向上することができる。
【0031】
図６は、音波センサー３が載置される側から見たホルダー６の斜視図である。図７は、図６のＡ─Ａ線に沿って切断した音波センサーユニット２の断面図である。図８は、音波センサー３が載置される側と反対側から見たホルダー６の斜視図である。
また、図６では、音波センサー３が二点鎖線で図示されている。図７では、受信側振動面４３Ａ（受信素子７１）にハッチングが施され、送信側振動面４３Ｂ（送信素子７２）に網掛けが施されている。また、図７では、支持壁４４の図示が省略されている。
また、図６では、音波センサー３が二点鎖線で図示されている。図７では、受信側振動面４３Ａ（受信素子７１）にハッチングが施され、送信側振動面４３Ｂ（送信素子７２）に網掛けが施されている。また、図７では、支持壁４４の図示が省略されている。
【0032】
図６及び図７に示すように、ホルダー６は、金型の中に熱可塑性樹脂を流し込むことによって形成される樹脂の成形体である。ホルダー６は、封止基板４５から素子基板４０に向かう－Ｚ方向において、封止基板４５に対して素子基板４０と反対側に配置され、封止基板４５に固定される。
ホルダー６は、音波センサー３が支持される支持部６８と、キャリッジ３４に固定される固定部６９とを有する。ホルダー６では、固定部６９と、支持部６８と、固定部６９とが＋Ｘ方向に沿って順に配置される。
支持部６８は、音波センサー３が載置される載置面６８ａを有する。音波センサー３における封止基板４５は、粘弾性を有する粘着テープ５によってホルダー６の載置面６８ａに接着され、ホルダー６の載置面６８ａに固定されている。換言すれば、ホルダー６は、粘弾性を有する粘着テープ５を介して封止基板４５に固定されている。
このように、音波センサーユニット２は、封止基板４５とホルダー６とが粘弾性を有する粘着テープ５によって接着される構成を有する。
なお、載置面６８ａは、本願におけるホルダーの封止基板に固定される面の一例である。
ホルダー６は、音波センサー３が支持される支持部６８と、キャリッジ３４に固定される固定部６９とを有する。ホルダー６では、固定部６９と、支持部６８と、固定部６９とが＋Ｘ方向に沿って順に配置される。
支持部６８は、音波センサー３が載置される載置面６８ａを有する。音波センサー３における封止基板４５は、粘弾性を有する粘着テープ５によってホルダー６の載置面６８ａに接着され、ホルダー６の載置面６８ａに固定されている。換言すれば、ホルダー６は、粘弾性を有する粘着テープ５を介して封止基板４５に固定されている。
このように、音波センサーユニット２は、封止基板４５とホルダー６とが粘弾性を有する粘着テープ５によって接着される構成を有する。
なお、載置面６８ａは、本願におけるホルダーの封止基板に固定される面の一例である。
【0033】
固定部６９には、ネジ（図示省略）が差し込まれるネジ孔６５が設けられている。音波センサー３がホルダー６に固定された状態で、ネジ孔６５にネジを差し込み、音波センサー３が固定されたホルダー６をネジによってキャリッジ３４に固定する。
支持部６８には、ホルダー６を－Ｚ方向に貫く貫通孔６０と、配線基板４が挿通される接続孔６４とが設けられている。すなわち、ホルダー６には、－Ｚ方向にホルダー６を貫く貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０の－Ｚ方向側の端が貫通孔６０の縁６０ａである。また、貫通孔６０の縁６０ａは、貫通孔６０を形成（構成）する壁面６１の－Ｚ方向側の端であると言い換えることができる。
なお、貫通孔６０は、本願における孔の一例である。
支持部６８には、ホルダー６を－Ｚ方向に貫く貫通孔６０と、配線基板４が挿通される接続孔６４とが設けられている。すなわち、ホルダー６には、－Ｚ方向にホルダー６を貫く貫通孔６０が形成されている。貫通孔６０の－Ｚ方向側の端が貫通孔６０の縁６０ａである。また、貫通孔６０の縁６０ａは、貫通孔６０を形成（構成）する壁面６１の－Ｚ方向側の端であると言い換えることができる。
なお、貫通孔６０は、本願における孔の一例である。
【0034】
貫通孔６０は、Ｚ方向に沿った壁面６１で囲まれている。換言すれば、ホルダー６において壁面６１で囲まれた部分が、－Ｚ方向にホルダー６を貫く貫通孔６０である。本実施形態では、封止基板４５から素子基板４０に向かう－Ｚ方向に向かうに従って、貫通孔６０が広くなるように、貫通孔６０を構成する壁面６１が湾曲している。
【0035】
図８に示すように、ホルダー６は、封止基板４５が固定される面（載置面６８ａ）と反対側に非固定面６８ｂを有する。非固定面６８ｂはＸＹ平面（水平面）に対して平行に配置される。非固定面６８ｂには、非固定面６８ｂから＋Ｚ方向に突出する凸部６７が形成されている。Ｚ方向から見た平面視において、音波センサー３に形成される複数の送信素子７２と受信素子７１とは、非固定面６８ｂから＋Ｚ方向に突出する凸部６７の内側に配置される（図７参照）。すなわち、複数の送信素子７２を囲むように非固定面６８ｂから突出する凸部６７が設けられている。
このように、－Ｚ方向において、ホルダー６の封止基板４５に固定される面（載置面６８ａ）と反対側の非固定面６８ｂには、複数の送信素子７２を囲むように非固定面６８ｂから突出する凸部６７が設けられている。
このように、－Ｚ方向において、ホルダー６の封止基板４５に固定される面（載置面６８ａ）と反対側の非固定面６８ｂには、複数の送信素子７２を囲むように非固定面６８ｂから突出する凸部６７が設けられている。
【0036】
非固定面６８ｂに凸部６７を設けることによって、支持部６８の機械的強度が高められる。
すると、音波センサー３が固定されたホルダー６をネジによってキャリッジ３４に固定する際に、支持部６８にたわみ等の変形が生じにくくなり、音波センサー３に機械的ダメージが生じにくくなる。さらに、音波センサー３が固定されたホルダー６を取り扱う際においても、支持部６８にたわみ等の変形が生じにくくなり、音波センサー３に機械的ダメージが生じにくくなる。加えて、音波センサー３（封止基板４５）とホルダー６との接着が解除されにくくなり、音波センサー３が安定してホルダー６に固定されるようになる。
すると、音波センサー３が固定されたホルダー６をネジによってキャリッジ３４に固定する際に、支持部６８にたわみ等の変形が生じにくくなり、音波センサー３に機械的ダメージが生じにくくなる。さらに、音波センサー３が固定されたホルダー６を取り扱う際においても、支持部６８にたわみ等の変形が生じにくくなり、音波センサー３に機械的ダメージが生じにくくなる。加えて、音波センサー３（封止基板４５）とホルダー６との接着が解除されにくくなり、音波センサー３が安定してホルダー６に固定されるようになる。
【0037】
図９は、Ｚ方向から見た音波センサーユニット２の平面図である。
図９では、音波センサー３の輪郭が実線で図示され、ホルダー６の支持部６８の輪郭が一点鎖線で図示され、配線基板４の図示が省略されている。さらに、図９では、音波センサー３に形成される振動面４３（受信側振動面４３Ａ、送信側振動面４３Ｂ）の輪郭が二点鎖線で図示され、受信側振動面４３Ａにハッチングが施され、送信側振動面４３Ｂに網掛けが施されている。さらに、図９では、ホルダー６に形成される貫通孔６０の縁６０ａ及び接続孔６４が破線で図示されている。また、図９に破線で図示される貫通孔６０の縁６０ａは、壁面６１の－Ｚ方向側の端である。
図９では、音波センサー３の輪郭が実線で図示され、ホルダー６の支持部６８の輪郭が一点鎖線で図示され、配線基板４の図示が省略されている。さらに、図９では、音波センサー３に形成される振動面４３（受信側振動面４３Ａ、送信側振動面４３Ｂ）の輪郭が二点鎖線で図示され、受信側振動面４３Ａにハッチングが施され、送信側振動面４３Ｂに網掛けが施されている。さらに、図９では、ホルダー６に形成される貫通孔６０の縁６０ａ及び接続孔６４が破線で図示されている。また、図９に破線で図示される貫通孔６０の縁６０ａは、壁面６１の－Ｚ方向側の端である。
【0038】
図７及び図９に示すように、受信素子７１（受信側振動面４３Ａ）は、複数の送信素子７２（送信側振動面４３Ｂ）によって囲まれている。以降の説明では、受信素子７１（受信側振動面４３Ａ）及び複数の送信素子７２（送信側振動面４３Ｂ）が配置される領域をセンサー領域ＳＡと称し、センサー領域ＳＡの外側の領域（音波素子７が配置されていない領域）を周辺領域ＰＡと称す。
【0039】
Ｚ方向から見た平面視において、受信側振動面４３Ａは貫通孔６０を構成するホルダー６の壁面６１の内側に配置される。換言すれば、Ｚ方向から見た平面視において、受信側振動面４３Ａは貫通孔６０の縁６０ａの内側に配置される。
さらに、Ｚ方向から見た平面視において、貫通孔６０の縁６０ａは複数の送信側振動面４３Ｂに重なる。
さらに、Ｚ方向から見た平面視において、貫通孔６０の縁６０ａは複数の送信側振動面４３Ｂに重なる。
【0040】
Ｚ方向から見た平面視において、貫通孔６０は楕円をその短軸で半分に分割した半楕円形状である。Ｚ方向から見た平面視において、受信側振動面４３Ａが貫通孔６０を構成するホルダー６の壁面６１の内側に配置される構成を有するのであれば、貫通孔６０の形状は任意である。例えば、貫通孔６０の形状は、半楕円形状に限定されず、三角形であってもよく、矩形であってもよく、多角形であってもよく、円であってもよく、楕円であってもよく、直線と曲線とを有する形状であってもよい。
【0041】
センサー領域ＳＡ及び周辺領域ＰＡにおいて、音波センサー３の封止基板４５が粘着テープ５によってホルダー６に固定されている。
本実施形態では、粘着テープ５を音波センサー３に貼り付ける際に配線基板４に例えば粘着テープ５を掴む治具などが当たって機械的衝撃が加わらないように、粘着テープ５が配線基板４から離れた位置に配置される。このため、粘着テープ５は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに配置されず、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに配置される（図７、図１１参照）。
もちろん、図７に二点鎖線で図示されるように、粘着テープ５を、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に加えて、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に配置してもよい。例えば、粘着テープ５に配線基板４が挿通可能な開口を設け、粘着テープ５を、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に加えて、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に配置してもよい。すると、音波センサー３とホルダー６とは、粘着テープ５によってより強く固定されるようになる。
本実施形態では、粘着テープ５を音波センサー３に貼り付ける際に配線基板４に例えば粘着テープ５を掴む治具などが当たって機械的衝撃が加わらないように、粘着テープ５が配線基板４から離れた位置に配置される。このため、粘着テープ５は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに配置されず、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに配置される（図７、図１１参照）。
もちろん、図７に二点鎖線で図示されるように、粘着テープ５を、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に加えて、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に配置してもよい。例えば、粘着テープ５に配線基板４が挿通可能な開口を設け、粘着テープ５を、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に加えて、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に配置してもよい。すると、音波センサー３とホルダー６とは、粘着テープ５によってより強く固定されるようになる。
【0042】
図１０は、図７に対応する図であり、比較例に係る音波センサーユニット２Ａの断面図である。図１１は、図７に対応する図であり、本実施形態に係る音波センサーユニット２の断面図である。
比較例に係る音波センサーユニット２Ａではホルダー６Ａに貫通孔６０が形成されていない。本実施形態に係る音波センサーユニット２ではホルダー６に貫通孔６０が形成されている。この点が、比較例に係る音波センサーユニット２Ａと、本実施形態に係る音波センサーユニット２との相違点である。
比較例に係る音波センサーユニット２Ａではホルダー６Ａに貫通孔６０が形成されていない。本実施形態に係る音波センサーユニット２ではホルダー６に貫通孔６０が形成されている。この点が、比較例に係る音波センサーユニット２Ａと、本実施形態に係る音波センサーユニット２との相違点である。
【0043】
送信素子７２に駆動信号が印加されると、送信側圧電素子５０Ｂが振動し、送信側圧電素子５０Ｂに接続される送信側振動面４３Ｂが振動する。すると、送信側振動面４３Ｂの周辺の空気も振動し、その振動が音波となり媒体Ｍに入射し、媒体Ｍによって反射される。媒体Ｍによって反射される音波は受信側振動面４３Ａに入射し、受信側振動面４３Ａが振動し、受信側振動面４３Ａの振動が受信側圧電素子５０Ａに伝達され、受信側圧電素子５０Ａの下部電極５１と上部電極５３との間に電位差が生じ、受信側振動面４３Ａの振動に起因する信号が発生する。音波素子制御部９は、受信側振動面４３Ａの振動に起因する信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を算出する。
以降の説明では、媒体Ｍによって反射される音波を、媒体Ｍからの反射波と称す。
以降の説明では、媒体Ｍによって反射される音波を、媒体Ｍからの反射波と称す。
【0044】
さらに、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側振動面４３Ｂの振動は、素子基板４０や封止基板４５やホルダー６，６Ａに伝わり、振動波Ｓとして素子基板４０や封止基板４５やホルダー６，６Ａの中を進行する。図１０及び図１１では、素子基板４０や封止基板４５やホルダー６，６Ａの中を進行する振動波Ｓの状態が、矢印で模式的に図示されている。
【0045】
上述したように、音波センサーユニット２，２Ａは空気中に設置されている。本実施形態のホルダー６の＋Ｚ方向側に配置される非固定面６８ｂ及び壁面６１は、ホルダー６の構成要素である熱可塑性樹脂と空気との境界に相当する。言い換えれば、非固定面６８ｂ及び壁面６１は互いに密度が異なる２つの物質の境界を形成する。この場合、２つの物質のうち一方は熱可塑性樹脂、他方は空気である。同様に、比較例のホルダー６Ａの＋Ｚ方向側に配置される非固定面６８ｂは、ホルダー６Ａの構成要素である熱可塑性樹脂と空気との境界に相当する。言い換えれば、互いに密度が異なる２つの物質の境界を形成する。この場合、２つの物質のうち一方は熱可塑性樹脂、他方は空気である。
振動波Ｓは送信素子７２から遠ざかる方向に進行する。さらに、送信素子７２から遠ざかる方向に進行する振動波Ｓは、互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される。非固定面６８ｂ及び壁面６１は、互いに密度が異なる２つの物質の境界であるので、振動波Ｓを反射する反射面になる。
なお、ホルダー６，６Ａの非固定面６８ｂは、ＸＹ平面（水平面）に対して平行に配置される。
振動波Ｓは送信素子７２から遠ざかる方向に進行する。さらに、送信素子７２から遠ざかる方向に進行する振動波Ｓは、互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される。非固定面６８ｂ及び壁面６１は、互いに密度が異なる２つの物質の境界であるので、振動波Ｓを反射する反射面になる。
なお、ホルダー６，６Ａの非固定面６８ｂは、ＸＹ平面（水平面）に対して平行に配置される。
【0046】
図１０に矢印で示すように、比較例に係る音波センサーユニット２Ａでは、ホルダー６Ａの中を進行する振動波Ｓは、非固定面６８ｂによって反射され、受信素子７１に入射しやすくなる。詳しくは、ホルダー６Ａの中を進行する振動波Ｓは、非固定面６８ｂ等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射を繰り返し、受信素子７１が配置される部分に集中するようになり、残響振動となって受信素子７１に入射する。
図示を省略するが、封止基板４５の中を進行する振動波Ｓは、封止基板４５と粘着テープ５との界面で反射され、受信素子７１に入射しやすくなる。詳しくは、封止基板４５の中を進行する振動波Ｓは、封止基板４５と粘着テープ５との界面等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射を繰り返し、受信素子７１が配置される部分に集中するようになり、残響振動となって受信素子７１に入射する。この場合、２つの物質のうち一方は粘着テープ５を構成する樹脂、他方は空気である。
以降の説明では、比較例のホルダー６Ａにおいて非固定面６８ｂ等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓをホルダー６Ａからの反射波と称し、本実施形態のホルダー６において非固定面６８ｂ等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓをホルダー６からの反射波と称す。さらに、封止基板４５と粘着テープ５との界面等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓを封止基板４５からの反射波と称す。
図示を省略するが、封止基板４５の中を進行する振動波Ｓは、封止基板４５と粘着テープ５との界面で反射され、受信素子７１に入射しやすくなる。詳しくは、封止基板４５の中を進行する振動波Ｓは、封止基板４５と粘着テープ５との界面等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射を繰り返し、受信素子７１が配置される部分に集中するようになり、残響振動となって受信素子７１に入射する。この場合、２つの物質のうち一方は粘着テープ５を構成する樹脂、他方は空気である。
以降の説明では、比較例のホルダー６Ａにおいて非固定面６８ｂ等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓをホルダー６Ａからの反射波と称し、本実施形態のホルダー６において非固定面６８ｂ等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓをホルダー６からの反射波と称す。さらに、封止基板４５と粘着テープ５との界面等の互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射される振動波Ｓを封止基板４５からの反射波と称す。
【0047】
封止基板４５はＳｉ等の半導体基板や絶縁体基板であり、ホルダー６Ａは金型の中に熱可塑性樹脂を流し込むことによって形成される樹脂の成形体である。
封止基板４５は、Ｓｉ等の半導体基板を微細プロセス加工することにより形成されるので、樹脂の成形体であるホルダー６Ａと比べてＺ方向寸法が短く、薄板化されている。樹脂の成形体であるホルダー６Ａは、金型の中に熱可塑性樹脂を流し込むことによって形成されるので、封止基板４５と比べてＺ方向寸法が長く、薄板化が難しい。このため、封止基板４５からの反射波は早く受信素子７１に入射し、ホルダー６Ａからの反射波は遅く受信素子７１に入射するようになる。
また、本実施形態のホルダー６は、比較例のホルダー６Ａと同じ樹脂の成形体であり、封止基板４５からの反射波は早く受信素子７１に入射し、ホルダー６からの反射波は遅く受信素子７１に入射するようになる。
封止基板４５は、Ｓｉ等の半導体基板を微細プロセス加工することにより形成されるので、樹脂の成形体であるホルダー６Ａと比べてＺ方向寸法が短く、薄板化されている。樹脂の成形体であるホルダー６Ａは、金型の中に熱可塑性樹脂を流し込むことによって形成されるので、封止基板４５と比べてＺ方向寸法が長く、薄板化が難しい。このため、封止基板４５からの反射波は早く受信素子７１に入射し、ホルダー６Ａからの反射波は遅く受信素子７１に入射するようになる。
また、本実施形態のホルダー６は、比較例のホルダー６Ａと同じ樹脂の成形体であり、封止基板４５からの反射波は早く受信素子７１に入射し、ホルダー６からの反射波は遅く受信素子７１に入射するようになる。
【0048】
送信素子７２が駆動されると、空気中に伝搬される音波と、素子基板４０や封止基板４５やホルダー６Ａの中に伝搬される振動波Ｓとが同時に発生する。
空気中に伝搬される音波は、媒体Ｍからの反射波として受信素子７１に入射する。素子基板４０や封止基板４５やホルダー６Ａの中に伝搬される振動波Ｓは、封止基板４５からの反射波及びホルダー６Ａからの反射波として受信素子７１に入射する。
空気中に伝搬される音波は、媒体Ｍからの反射波として受信素子７１に入射する。素子基板４０や封止基板４５やホルダー６Ａの中に伝搬される振動波Ｓは、封止基板４５からの反射波及びホルダー６Ａからの反射波として受信素子７１に入射する。
【0049】
封止基板４５からの反射波は、ホルダー６Ａからの反射波と比べて早く受信素子７１に入射し、且つ、媒体Ｍからの反射波と比べて早く受信素子７１に入射する。
音波素子制御部９では、受信回路９４が、媒体Ｍからの反射波に起因する信号を受信し、且つ、封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しないように、切替回路９２が受信回路９４の受信接続タイミングを調整する。このため、封止基板４５からの反射波が生じても、受信回路９４が封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しなくなる。すなわち、受信回路９４が封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しないように、受信回路９４の受信接続タイミングが調整されている。
音波素子制御部９では、受信回路９４が、媒体Ｍからの反射波に起因する信号を受信し、且つ、封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しないように、切替回路９２が受信回路９４の受信接続タイミングを調整する。このため、封止基板４５からの反射波が生じても、受信回路９４が封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しなくなる。すなわち、受信回路９４が封止基板４５からの反射波に起因する信号を受信しないように、受信回路９４の受信接続タイミングが調整されている。
【0050】
ところが、ホルダー６Ａからの反射波は、媒体Ｍからの反射波と同じ時期に受信素子７１に入射する。これは、媒体Ｍの表面から振動面４３までの距離が、振動面４３から非固定面６８ｂまでの距離と同程度のスケールであること、媒体Ｍからの反射波が受信素子７１に到達する時間が、ホルダー６Ａからの反射波が受信素子７１に到達する時間と同程度であること、などが理由として挙げられる。このため、受信回路９４がホルダー６Ａからの反射波に起因する信号を受信しないように、受信回路９４の受信接続タイミングを調整することが難しく、受信回路９４は、媒体Ｍからの反射波に起因する信号に加えて、ホルダー６Ａからの反射波に起因する信号を受信するようになる。すると、ホルダー６Ａからの反射波に起因する信号がノイズとなり、演算部９７は、受信回路９４からの信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を正確に算出することが難しくなる。その結果、制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を正確に算出することが難しくなる。
【0051】
図１１に矢印で示すように、本実施形態に係る音波センサーユニット２では、ホルダー６の中の振動波Ｓは、非固定面６８ｂに加えて非固定面６８ｂと交差する壁面６１によって反射されるので、受信素子７１に入射しにくくなる。詳しくは、受信素子７１は、貫通孔６０によってホルダー６から分離されているので、互いに密度が異なる２つの物質の境界で反射を繰り返してホルダー６の中を進行する振動波Ｓ、すなわち、ホルダー６からの反射波は受信素子７１に入射しにくくなる。
その結果、受信回路９４が、媒体Ｍからの反射波に起因する信号を受信し、且つ、ホルダー６からの反射波に起因する信号を受信しなくなり、演算部９７は、受信回路９４からの信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を正確に算出することが可能になる。従って、制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を正確に算出することが可能になる。
その結果、受信回路９４が、媒体Ｍからの反射波に起因する信号を受信し、且つ、ホルダー６からの反射波に起因する信号を受信しなくなり、演算部９７は、受信回路９４からの信号に基づき、音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を正確に算出することが可能になる。従って、制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を正確に算出することが可能になる。
【0052】
本実施形態は、ホルダー６が粘弾性を有する粘着テープ５を介して封止基板４５に固定される構成を有する。封止基板４５とホルダー６との間に粘弾性を有する粘着テープ５が配置されると、粘着テープ５が不要な振動を吸収するダンパーの役割を果たし、素子基板４０や封止基板４５やホルダー６に伝わる振動（振動波Ｓ）を弱くすることができる。
【0053】
本実施形態は、Ｚ方向から見た平面視において、貫通孔６０の縁６０ａは複数の送信側振動面４３Ｂに重なる構成を有する。その結果、貫通孔６０の縁６０ａの外側に配置されるセンサー領域ＳＡと周辺領域ＰＡとにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されるようになる。
かかる構成を有すると、周辺領域ＰＡのみにおいて音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定される構成と比べて、音波センサー３とホルダー６とが強く固定され、振動や機械的衝撃が作用しても音波センサー３とホルダー６との固定が解除されにくくなる。
かかる構成を有すると、周辺領域ＰＡのみにおいて音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定される構成と比べて、音波センサー３とホルダー６とが強く固定され、振動や機械的衝撃が作用しても音波センサー３とホルダー６との固定が解除されにくくなる。
【0054】
送信素子７２の振動に起因するセンサー領域ＳＡの振動は、周辺領域ＰＡに伝搬され、例えば、共振等の現象によって周辺領域ＰＡにおいて強い振動に増幅されるおそれがある。
貫通孔６０の縁６０ａの外側に配置されるセンサー領域ＳＡと周辺領域ＰＡとにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定される構成を有すると、周辺領域ＰＡにおいて強い振動に増幅される場合であっても、周辺領域ＰＡにおいて音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されているので、周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動がセンサー領域ＳＡの受信素子７１に伝わりにくくなる。
その結果、周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動の悪影響が抑制され、制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔の検出精度を向上できる。
貫通孔６０の縁６０ａの外側に配置されるセンサー領域ＳＡと周辺領域ＰＡとにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定される構成を有すると、周辺領域ＰＡにおいて強い振動に増幅される場合であっても、周辺領域ＰＡにおいて音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されているので、周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動がセンサー領域ＳＡの受信素子７１に伝わりにくくなる。
その結果、周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動の悪影響が抑制され、制御部１０は、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔の検出精度を向上できる。
【0055】
本実施形態では、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動が生じる場合があったので、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されている。
なお、共振等の現象によって強い振動が生じる領域は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに限定されない。例えば、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに加えて、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動が生じる場合は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに加えて、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されることが好ましい。
なお、共振等の現象によって強い振動が生じる領域は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに限定されない。例えば、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに加えて、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて増幅された強い振動が生じる場合は、接続孔６４に対して－Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡに加えて、接続孔６４に対して＋Ｙ方向側に位置する周辺領域ＰＡにおいて、音波センサー３とホルダー６とが粘着テープ５によって固定されることが好ましい。
【0056】
本実施形態は、－Ｚ方向に向かうに従って、貫通孔６０が広くなるように、貫通孔６０を構成する壁面６１が湾曲する構成を有する。
かかる構成を有すると、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側振動面４３Ｂの振動が音波となって、壁面６１で囲まれた貫通孔６０の中の空間に伝搬されても、当該音波が壁面６１によって受信素子７１が配置される方向に反射されにくくなる。
さらに、壁面６１が湾曲する構成を有すると、壁面６１が湾曲しない構成と比べて、例えば、ホルダー６にたわみ等の変形が生じた場合に壁面６１にクラック等が生じにくくなり、ホルダー６の耐性を高めることができる。
かかる構成を有すると、送信側圧電素子５０Ｂ及び送信側振動面４３Ｂの振動が音波となって、壁面６１で囲まれた貫通孔６０の中の空間に伝搬されても、当該音波が壁面６１によって受信素子７１が配置される方向に反射されにくくなる。
さらに、壁面６１が湾曲する構成を有すると、壁面６１が湾曲しない構成と比べて、例えば、ホルダー６にたわみ等の変形が生じた場合に壁面６１にクラック等が生じにくくなり、ホルダー６の耐性を高めることができる。
【0057】
２．実施形態２
図１２は、図８に対応する図であり、実施形態２に係る音波センサーユニット２Ｂが有するホルダー６Ｂの斜視図である。図１３は、図１０に対応する図であり、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂの断面図である。
本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと比較例に係る音波センサーユニット２Ａとでは、非固定面６８ｂの形状が異なる。すなわち、本実施形態のホルダー６Ｂの非固定面６８ｂはＸＹ平面（水平面）に対して傾斜している。比較例のホルダー６Ａの非固定面６８ｂはＸＹ平面に対して平行である。この点が、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと比較例に係る音波センサーユニット２Ａとの主な相違点である。
さらに、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと実施形態１に係る音波センサーユニット２とは、ホルダー６，６Ｂを除き同じ構成を有している。
図１２は、図８に対応する図であり、実施形態２に係る音波センサーユニット２Ｂが有するホルダー６Ｂの斜視図である。図１３は、図１０に対応する図であり、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂの断面図である。
本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと比較例に係る音波センサーユニット２Ａとでは、非固定面６８ｂの形状が異なる。すなわち、本実施形態のホルダー６Ｂの非固定面６８ｂはＸＹ平面（水平面）に対して傾斜している。比較例のホルダー６Ａの非固定面６８ｂはＸＹ平面に対して平行である。この点が、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと比較例に係る音波センサーユニット２Ａとの主な相違点である。
さらに、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂと実施形態１に係る音波センサーユニット２とは、ホルダー６，６Ｂを除き同じ構成を有している。
【0058】
図１２に示すように、本実施形態の非固定面６８ｂはＸＹ平面に対して傾斜している。すると、図１３に示すように、振動波Ｓは、ＸＹ平面に対して傾斜する非固定面６８ｂによって受信素子７１が配置される方向に反射されにくくなる。
その結果、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂは、比較例に係る音波センサーユニット２Ａと比べて、受信回路９４がホルダー６Ｂの反射波に起因する信号を受信しにくくなり、演算部９７が受信回路９４からの信号に基づき音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を正確に算出しやすくなる。その結果、本実施形態では、制御部１０が、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を正確に算出しやすくなる。
その結果、本実施形態に係る音波センサーユニット２Ｂは、比較例に係る音波センサーユニット２Ａと比べて、受信回路９４がホルダー６Ｂの反射波に起因する信号を受信しにくくなり、演算部９７が受信回路９４からの信号に基づき音波センサーユニット２から媒体Ｍまでの距離を正確に算出しやすくなる。その結果、本実施形態では、制御部１０が、音波素子制御部９の算出結果に基づき、記録ヘッド３１のノズル形成面３２と媒体Ｍとの間隔を正確に算出しやすくなる。
【0059】
さらに、図１４に示すように、ホルダー６Ｃの非固定面６８ｂが＋Ｚ方向に突出する突出部６８ｃを有する構成であってもよい。非固定面６８ｂに＋Ｚ方向に突出する突出部６８ｃを設けると、上述した非固定面６８ｂがＸＹ平面に対して傾斜する構成（上述したホルダー６Ｂ）と同様に、非固定面６８ｂがＸＹ平面に対して平行である構成（比較例のホルダー６Ａ）と比べて、振動波Ｓは、＋Ｚ方向に突出する突出部６８ｃを有する非固定面６８ｂによって、受信素子７１が配置される方向に反射されにくくなり、振動波Ｓが受信素子７１に入射しにくくなる。その結果、上述したホルダー６Ｂと同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0060】
１…記録装置、２…音波センサーユニット、３…音波センサー、４…配線基板、５…粘着テープ、６…ホルダー、７…音波素子、９…音波素子制御部、１０…制御部、３０…印刷部、３１…記録ヘッド、３４…キャリッジ、４０…素子基板、４１…本体部、４１Ａ…開口部、４１Ｂ…隔壁部、４２…支持膜、４３…振動面、４３Ａ…受信側振動面、４３Ｂ…送信側振動面、４４…支持壁、４５…封止基板、４６…梁部、５０…圧電素子、５０Ａ…受信側圧電素子、５０Ｂ…送信側圧電素子、５１…下部電極、５１Ａ…駆動端子、５２…圧電膜、５３…上部電極、５３Ａ…共通電極線、５３Ｂ…共通端子、６０…貫通孔、６０ａ…貫通孔の縁、６１…壁面、６４…接続孔、６５…ネジ孔、６７…凸部、６８…支持部、６８ａ…載置面、６８ｂ…非固定面、６９…固定部、７１…受信素子、７２…送信素子。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】