JP7035631B2 - 音速測定装置、及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、音速測定装置、及び電子機器に関する。
従来、インクジェットプリンターには、インクを供給するためのインクタンク（インクカートリッジなど）が装着される。インクタンク内のインク濃度等の物性は、溶剤の揮発や顔料の沈降等によって経時的に変化する。また、インクタンクを交換する前後では、ロット等の違いによって、インクタンク内のインク濃度が異なることがある。
これに対して、インクカートリッジ内のインクの沈降によるインク濃度のむらを改善する液滴吐出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この液体吐出装置では、インクカートリッジを保持するカートリッジホルダーを回動させる回動機構を有する。そして、カートリッジホルダーを回動させることで、インクカートリッジ内のインクを撹拌させることで、インクの沈降を抑制している。
一方、上記特許文献１では、インク濃度が均一となっているか否かを検出できないので、インクを撹拌するタイミングが判断できない。液滴吐出装置により液滴を吐出する（対象物に画像を印刷する）処理を行う前に毎回インクを撹拌することで、インク濃度むらを抑制できるが、印刷に係る処理が煩雑となる。
これに対して、インク等の液体に対して超音波を送信し、液体中を伝搬する超音波の音速を計測することで、液体の物性を測定する手段が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２では、インクの粘度と、インク中を伝搬する超音波の音速との関係を予め測定しておき、超音波の音速を測定することでインクの粘度を算出している。
特開２０１５－１３３７５号公報 特開２００１－１３３３１９号公報
特許文献２では、段差を設けて配置された第１の反射面及び第２の反射面に対して超音波を出力し、それぞれの反射面で反射されたパルス信号を受信して、第１の反射面で反射されたパルス信号と、第２の反射面で反射されたパルス信号との時間差（位相差）から、液体中を伝搬する超音波の音速を測定している。
この場合、第１の反射面で反射されたパルス信号と、第２の反射面で反射されたパルス信号とをそれぞれ正確に受信する必要があるが、受信されたパルス信号の中には段差の角部（エッジ）で反射された後、インクカートリッジ内で多重反射されたもの等が含まれてしまう。このため、それぞれの反射面で反射されたパルス信号を正確に受信できず、測定された音速に誤差が生じるといった課題があった。
本発明は、超音波の音速を正確に測定することができる音速測定装置及び電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係る一適用例の音速測定装置は、超音波の受信により受信信号を出力する受信素子が一方向に沿って複数配置された受信アレイと、対象点から球面波状に伝搬する超音波を複数の前記受信素子で受信した際に、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号の位相差を検出する位相差検出部と、前記位相差から超音波の音速を算出する音速算出部と、を備えることを特徴とする。
本適用例では、対象点から球面波状に伝搬する超音波が受信アレイで受信されると、対象点に最も近い位置に配置された受信素子から順に受信信号が出力される。つまり、各受信素子から出力される受信信号に位相差が生じる。位相差検出部では、この位相差を検出し、音速算出部は検出された位相差に基づいて音速を算出する。
つまり、本適用例では、対象点から出力される単一の超音波を各受信素子で受信することで、各受信素子から出力される受信信号に位相差を生じさせることができる。そのため、受信信号に位相差を生じさせるために、複数の反射面を設ける必要がなく、各反射面のエッジ部（例えば反射面間の段差等）も形成されない。よって、エッジ部によって多方向に反射された超音波が受信素子で受信される不都合を抑制でき、超音波の音速を正確に算出することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記位相差検出部は、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号を所定の位相シフト量だけ位相をずらして加算した加算値を算出し、前記加算値が最大となる前記位相シフト量を、前記位相差として検出することが好ましい。
本適用例では、位相差検出部は、一方向に並ぶ複数の受信素子のそれぞれからの受信信号を、同じ位相差だけ順にずらして加算させる整相加算処理を行うことで位相差を検出する。例えば、一方向に並ぶ第１受信素子から第３受信素子において、第１受信素子から順に超音波が受信され、第１受信信号から第３受信信号が順に出力される態様を例示する。この場合、位相差検出部は、第１受信信号に対して、位相シフト量だけ位相をずらした第２受信信号、及び、第２受信信号に対して前記位相シフト量だけ位相をずらした第３受信信号を加算する。そして、位相差検出部は、位相シフト量を変化させて、加算値が最大値となる位相シフト量を位相差として検出する。これにより、整相加算された一つの信号から位相差を容易に求めることができ、例えば、整相加算回路によって位相差を求める場合においても、回路構成を小さくすることができる。また、整相加算した信号を用いるので、各受信信号の信号値が小さくても、精度よく位相差を検出することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記位相差検出部は、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号を所定の位相シフト量だけ位相をずらして加算した際に、加算値が最大となる前記位相シフト量を、複数の前記受信素子のそれぞれに対して算出し、複数の前記位相シフト量の代表値を前記位相差として検出することが好ましい。
ここで、位相差の代表値とは、検出した位相差の平均値や最頻値などが挙げられる。本適用例では、位相差検出部は、隣り合う受信素子から出力される受信信号を加算した際、その加算値が最大となる位相シフト量を、一方向に並ぶ複数の受信素子のそれぞれに対して算出する。例えば、一方向に並ぶ第１受信素子から第４受信素子において、第１受信素子から順に超音波が受信され、第１受信信号から第４受信信号が順に出力される。ここで、第１受信信号に対して、第１位相シフト量だけ位相をずらした第２受信信号、第２受信信号に対して第２位相シフト量だけ位相をずらした第３受信信号、第３受信信号に対して第３位相シフト量だけ位相をずらした第４受信信号を加算した際に、加算値が最大値になるものとする。この場合、位相差検出部は、第１位相シフト量、第２位相シフト量、及び第３位相シフト量の代表値を、位相差として検出する。
本適用例では、各受信素子に対して、加算値が最大となるように算出された位相シフト量の代表値を位相差として検出するため、検出誤差を少なくすることができ、音速を正確に算出することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記受信アレイは、底面部、前記底面部に対して立設された第一側面部、及び、前記底面部に対して立設されて前記第一側面部に対向する第二側面部を含み、前記底面部、前記第一側面部、及び前記第二側面部に囲われる空間に流体を貯留可能な容器において、前記第一側面部に設けられ、前記対象点は、前記第二側面部の前記受信アレイに対向する位置に設けられることが好ましい。
本適用例では、受信アレイは流体を貯留する容器の第一側面部に設けられ、対象点は、第二側面部の受信アレイに対向する位置に設けられる。このような構成では、第一側面部と第二側面部の間の流体を伝搬する超音波の音速を容易に測定することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記第一側面部に、超音波を前記第二側面部の前記対象点に向かって送信する送信素子が設けられていることが好ましい。
本適用例では、第一側面部に送信素子が設けられるので、送信素子から超音波を出力すると、対象点に送達した超音波が球面波状に反射されて受信アレイに受信される。そのため、上述したように、各受信素子において、対象点からの距離に応じた遅延時間で超音波が受信され、各受信信号に位相差が生じ、その位相差を検出して音速を求めることができる。
本適用例の音速測定装置において、前記送信素子は、前記受信アレイの中心に設けられることが好ましい。
本適用例では、送信素子が受信アレイの中心に設けられている。この場合、送信素子から超音波を送信した際に、最初に超音波が到達する対象点は、受信アレイの中心に対応する位置となる。よって、各受信素子に伝搬する超音波の距離を最小限とすることができ、超音波が伝搬中に減衰することを抑制することができる。したがって、各受信素子から出力される受信信号の信号値も大きくなり、位相差を精度よく検出でき、超音波の音速も精度良く算出することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記対象点は、前記第二側面部から前記第一側面部に向かって突出する錐体状の突起部の突出先端点であることが好ましい。
本適用例では、対象点は、第二側面部から第一側面部に向かって突出する突起部の突出先端部である。このような構成では、第一側面部側の送信素子から超音波を送信させると、当該突起部の突出先端点である対象点に最初に超音波が到達し、当該突出先端点から球面波状に超音波を反射させることができる。つまり、対象点から球面波状に伝搬する超音波を容易に得ることができる。
本適用例の音速測定装置において、前記対象点には、球面波状に伝搬する超音波を出力する送信素子が設けられていることが好ましい。
本適用例では、対象点には、球面波状に伝搬する超音波を出力する送信素子が設けられているため、例えば対象点で超音波を反射させる場合に比べて、受信アレイに到達される超音波の音圧が大きくなり、各受信信号の信号値も大きくなる。これにより、位相差を精度よく検出でき、超音波の音速も精度良く算出することができる。
本適用例の音速測定装置において、前記受信アレイは、前記第一側面部において、前記底面部から離れる方向に所定間隔をあけて複数設けられ、前記対象点は、前記第二側面部において、各前記受信アレイのそれぞれに対向する位置に設けられていることが好ましい。
本適用例では、第一側面部において、受信アレイが底面部から離れる方向に所定間隔をあけて複数設けられ、対象点は、第二側面部において、受信アレイのそれぞれに対向する位置に設けられている。そのため、容器内において、底面部から所定間隔をあけた箇所の流体を伝搬する超音波の音速を測定することができる。
本発明の一適用例に係る電子機器は、上述したような音速測定装置と、前記音速測定装置を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明の一適用例に係る電子機器は、上述したような音速測定装置を備える。したがって、音速測定装置により、超音波の音速を正確に測定することができ、電子機器による高精度な制御が可能となる。
本適用例の電子機器において、底面部、前記底面部に対して立設される第一側面部、及び、前記底面部に対して立設されて前記第一側面部に対して流体を介して対向する第二側面部を有し、前記第一側面部に前記受信アレイが設けられ、前記第二側面部の前記受信アレイに対向する位置に前記対象点が設けられる容器を備え、前記制御部は、前記音速算出部により算出された音速と、所定の基準値とを比較して、前記流体の品質を判定することが好ましい。
本適用例の電子機器は、流体を介して対向する受信アレイ及び対象点が設けられた容器を備え、制御部は、音速算出部により算出された音速と、所定の基準値とを比較して、流体の品質を判定する。そのため、容器内に貯留された流体を伝搬する超音波の音速を正確に測定することが可能になり、測定された音速と基準値とを比較することにより、流体の品質を正確に判定することができる。
第一実施形態のプリンター（電子機器）の外観の構成例を示す図。 第一実施形態のプリンターの概略構成を示すブロック図。 第一実施形態のプリンターのカートリッジ収容ユニットの概略を示す模式図。 第一実施形態の音速測定装置の概略を示す概略図。 第一実施形態のプリンターのＣＰＵの機能構成を示したブロック図。 第一実施形態の超音波センサーの概略構成を示す平面図。 第一実施形態の超音波センサーの一部を示す断面図。 第一実施形態のプリンターのインク測定処理を示すフローチャート。 第一実施形態の音速測定装置の超音波が伝搬する様子を示す模式図。 第一実施形態の音速測定装置の整相加算処理を示す模式図。 第二実施形態の音速測定装置の概略を示す概略図。 第三実施形態の音速測定装置の概略を示す概略図。 第四実施形態の音速測定装置の概略を示す概略図。
［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。本実施形態では、本発明の音速測定装置が組み込まれた電子機器であるプリンターについて、以下に説明する。
［プリンター１０の概略構成］
図１は、本実施形態のプリンター１０の外観の構成例を示す図である。図２は、本実施形態のプリンター１０の概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、プリンター１０は、供給ユニット１１と、搬送ユニット１２と、キャリッジ１３と、キャリッジ移動ユニット１４と、制御ユニット１５（図２参照）と、カートリッジ収容ユニット１７と、を備えている。
このプリンター１０は、例えばパーソナルコンピューター等の外部機器１００から入力された印刷データに基づいて、各ユニット１１，１２，１４及びキャリッジ１３を制御し、メディアＭ上に画像を印刷する。
供給ユニット１１は、画像形成対象となるメディアＭを、画像形成位置に供給するユニットである。この供給ユニット１１は、例えばメディアＭが巻装されたロール体１１１（図１参照）、ロール駆動モーター（図示略）、及びロール駆動輪列（図示略）等を備える。そして、制御ユニット１５からの指令に基づいて、ロール駆動モーターが回転駆動されることで、ロール駆動輪列を介してロール体１１１が回転し、ロール体１１１に巻装された紙面が副走査方向における下流側に供給される。
なお、本実施形態では、ロール体１１１に巻装された紙面を供給する例を示すがこれに限定されない。例えば、トレイ等に積載された紙面等のメディアＭをローラー等によって例えば１枚ずつ供給する等、如何なる供給方法によってメディアＭが供給されてもよい。
搬送ユニット１２は、供給ユニット１１から供給されたメディアＭを、Ｙ方向に沿って搬送する。この搬送ユニット１２は、例えば、搬送ローラー１２１と、搬送ローラー１２１とメディアＭを挟んで配置され、搬送ローラー１２１に従動する従動ローラー（図示略）と、プラテン１２２と、を含んで構成されている。
搬送ローラー１２１は、図示略の搬送モーターが制御ユニット１５の制御により駆動されることで回転され、従動ローラーとの間にメディアＭを挟み込んだ状態で、メディアＭをＹ方向に沿って搬送する。
キャリッジ１３は、メディアＭに対してインク７０（図４参照）を吐出して画像を印刷する印刷部１６を搭載する。印刷部１６は、制御ユニット１５からの指令信号に基づいて、メディアＭと対向する部分に、インク７０を個別にメディアＭ上に吐出して、メディアＭ上に画像を形成する印刷処理（メディアＭに対する画像形成処理）を行う。
この印刷部１６は、複数色のインク７０に対応したノズルユニット（図示略）と、後述するインクカートリッジ７からノズルユニットにインク７０を供給する供給管（図示略）と、を含み構成される。
キャリッジ移動ユニット１４は、制御ユニット１５からの指令に基づいて、キャリッジ１３を往復移動させる。
このキャリッジ移動ユニット１４は、例えば、図１に示すように、キャリッジガイド軸１４１と、キャリッジモーター１４２と、タイミングベルト１４３と、を含んで構成されている。
キャリッジガイド軸１４１は、Ｘ方向に沿って配置され、両端部がプリンター１０の例えば筐体に固定されている。キャリッジモーター１４２は、タイミングベルト１４３を駆動させる。タイミングベルト１４３は、キャリッジガイド軸１４１と略平行に支持され、キャリッジ１３の一部が固定されている。そして、制御ユニット１５の指令に基づいてキャリッジモーター１４２が駆動されると、タイミングベルト１４３が正逆走行され、タイミングベルト１４３に固定されたキャリッジ１３がキャリッジガイド軸１４１にガイドされて往復移動する。
カートリッジ収容ユニット１７は、インクカートリッジ７を収容する。本実施形態のプリンター１０は、インクカートリッジ７内のインク７０を印刷部１６に供給してメディアＭに画像を形成する。また、カートリッジ収容ユニット１７には、インクカートリッジ７に貯留されるインク７０を伝搬する超音波の音速を測定する音速測定装置１が設置されている。
図３は、カートリッジ収容ユニット１７の概略構成を示す模式図である。また、図４は、カートリッジ収容ユニット１７に設けられる音速測定装置１の概略構成を示す模式図である。
カートリッジ収容ユニット１７は、図３に示すように、インクカートリッジ７と、インクカートリッジ７を収容する収容部１７１と、回動機構１７２と、カートリッジ制御部１７３とを備える。
インクカートリッジ７は、本発明の流体であるインク７０を貯留可能な容器であり、インク色に対応して複数種設けられる。このインクカートリッジ７は、図４に示すように、底面部７１と、底面部７１を囲う壁部７２と、底面部７１に対向する天面部７３とを含んで構成され、底面部７１、壁部７２、及び天面部７３に囲われる空間に流体であるインク７０が貯留される。また、インクカートリッジ７には、インクカートリッジ７の内外を連通する連通孔（図示略）が設けられている。
底面部７１は、インクカートリッジ７を収容部１７１に収容した際に、鉛直下側（＋Ｚ側）となる部分である。本実施形態では、底面部７１は、Ｚ方向からの平面視において例えば矩形状に形成される。
壁部７２は、底面部７１の外周縁に立設され、底面部７１と天面部７３とを連結する。壁部７２は、図４に示すように、Ｘ方向に対して対向する第一側面部７２Ａ、及び第二側面部７２Ｂを含み、これらの第一側面部７２Ａ及び第二側面部７２Ｂは、互いに対向する面が平行となるように設けられている。第一側面部７２Ａには、音速測定装置１を構成する超音波センサー２０が配置される。なお、超音波センサー２０の詳細な構成については後述する。一方、第二側面部７２Ｂは、超音波センサー２０から送信された超音波を反射させる面となり、本実施形態では、第二側面部７２Ｂのうち、超音波センサー２０の中心に対向する点が対象点Ａとなる。
なお、本実施形態では、第一側面部７２Ａ及び第二側面部７２Ｂが対向する方向（幅方向）をＸ方向とする例を示すが、これに限られない。例えば、壁部７２のうち、Ｙ方向に互いに対向する部分を第一側面部、第二側面部としてもよい。
収容部１７１は、インクカートリッジ７を収容する台座である。収容部１７１は、インクカートリッジ７の挿通孔に挿通可能な中空状の挿通ピン（図示略）が設けられており、インクカートリッジ７が装着されると、挿通ピンが挿通部からインクカートリッジ７内に挿通される。これにより、インクカートリッジ７内のインク７０が、挿通ピンから、図示略のチューブを介して印刷部１６に供給される。
回動機構１７２は、例えば、インクカートリッジ７内のインク粒子が沈降する等によって、インク濃度に異常が有る場合に、インクカートリッジ７を回動させる。本実施形態では、回動機構１７２は、図３に示すように、収容部１７１に接続され、収容部１７１を回動させることで、収容部１７１に収容された複数のインクカートリッジ７を同時に回動させる。なお、回動機構１７２は、各色のインクカートリッジ７のそれぞれに対して設けられてもよく、この場合、それぞれのインクカートリッジ７が個別に回動機構１７２によって回動可能となる。
また、ここでは、インク濃度を均一にする構成として回動機構１７２を例示するが、これに限定されない。例えば、インクカートリッジ７を所定方向に振動させたり、揺動させたりすることで、インク濃度を均一にする構成としてもよい。
カートリッジ制御部１７３は、インクカートリッジ７の第一側面部７２Ａの外壁に設けられた超音波センサー２０を制御する超音波制御回路１７３Ａ、及び回動機構１７２を制御する回動制御回路１７３Ｂ等を含んで構成されている。
超音波制御回路１７３Ａは、制御ユニット１５の指令に基づいて、超音波センサー２０を制御し、インクカートリッジ７内のインク７０を伝搬する超音波の音速ｃを算出する。
回動制御回路１７３Ｂは、制御ユニット１５の指令に基づいて、回動機構１７２を制御し、インクカートリッジ７（収容部１７１）を回動させる。
制御ユニット１５は、図２に示すように、Ｉ／Ｆ１５１と、ユニット制御回路１５２と、メモリー１５３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１５４と、を含んで構成されている。
Ｉ／Ｆ１５１は、外部機器１００から入力される印刷データをＣＰＵ１５４に入力する。
ユニット制御回路１５２は、供給ユニット１１、搬送ユニット１２、キャリッジ移動ユニット１４、印刷部１６、及びカートリッジ収容ユニット１７のそれぞれを制御する制御回路を備えており、ＣＰＵ１５４からの指令信号に基づいて、各ユニットの動作を制御する。なお、各ユニットの制御回路が、制御ユニット１５とは別体に設けられ、制御ユニット１５に接続されていてもよい。
メモリー１５３は、プリンター１０の動作を制御する各種プログラムや各種データを記憶している。各種データとしては、例えば、印刷データとして含まれる色データに対する各インクの吐出量を記憶した印刷プロファイルデータやインクの濃度を判定するための基準値等が挙げられる。
図５は、ＣＰＵ１５４の機能構成を示したブロック図である。
ＣＰＵ１５４は、メモリー１５３に記憶された各種プログラムを読み出し実行することで、図５に示すように、走査制御部１５４Ａ、印刷制御部１５４Ｂ、インク濃度判定部１５４Ｃとして機能する。
走査制御部１５４Ａは、供給ユニット１１、搬送ユニット１２、及びキャリッジ移動ユニット１４を駆動させる旨の指令信号をユニット制御回路１５２に出力する。これにより、ユニット制御回路１５２は、供給ユニット１１のロール駆動モーターを駆動させて、メディアＭを搬送ユニット１２に供給させる。また、ユニット制御回路１５２は、搬送ユニット１２の搬送モーターを駆動させて、メディアＭの所定領域をプラテン１２２のキャリッジ１３に対向する位置まで搬送させる。また、ユニット制御回路１５２は、キャリッジ移動ユニット１４のキャリッジモーター１４２を駆動させて、キャリッジ１３を移動させる。
印刷制御部１５４Ｂは、例えば外部機器１００から入力された印刷データに基づいて、供給ユニット１１、搬送ユニット１２、キャリッジ移動ユニット１４、及び印刷部１６を駆動制御する旨の印刷指令信号をユニット制御回路１５２に出力する。ユニット制御回路１５２は、印刷部１６に印刷制御信号を出力し、例えば、ノズルに設けられたピエゾ素子を駆動させてメディアＭに対してインク７０を吐出させる。
インク濃度判定部１５４Ｃは、後述するインクカートリッジ７内のインク７０の品質であるインク濃度が正常値であるか否かを判定する。また、インク濃度判定部１５４Ｃは、インク７０の濃度が正常値ではないと判断した場合、回動機構１７２を制御して、インクカートリッジ７を回動させ、インク濃度を均一にする。なお、複数回のインクカートリッジ７の回動により、インク濃度が改善されない場合、図示略のディスプレイ等にエラーメッセージを表示して、使用者にメンテナンスの実行を促してもよい。
［音速測定装置１の概略構成］
次に、図４を参照して、音速測定装置１の構成について説明する。
図４に示すように、音速測定装置１は、インクカートリッジ７内に設けられた超音波センサー２０と、超音波センサー２０の駆動を制御する超音波制御回路１７３Ａとを含んで構成されている。
この音速測定装置１は、超音波制御回路１７３Ａが超音波センサー２０を制御して、第一側面部７２Ａに配置された超音波センサー２０から、第二側面部７２Ｂに向かって超音波を送信させ、第二側面部７２Ｂで反射された超音波（反射波）を受信させる。そして、超音波制御回路１７３Ａは、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングまでの時間と、第一側面部７２Ａから第二側面部７２Ｂまでの距離とに基づいて、インク７０内を伝搬する超音波の音速を算出する。
図６は、超音波センサー２０の概略構成を示す平面図である。図７は、図６におけるａ－ａ線で超音波センサー２０を切断した際の断面図である。
図７に示すように、超音波センサー２０は、素子基板２１と圧電素子２２とを備えて構成されている。本実施形態では、素子基板２１の基板厚み方向は、第一側面部７２Ａから第二側面部７２Ｂに向かうＸ方向である。
［素子基板２１の構成］
素子基板２１は、図７に示すように、基板本体部２１１と、基板本体部２１１の－Ｘ側に設けられる振動膜２１２と、を備える。
基板本体部２１１は、振動膜２１２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。ここで、素子基板２１には、Ｘ方向から見た平面視で、図６に示すように、Ｚ方向に沿った１次元アレイ状に配置される複数の開口部２１１Ａが設けられている。
本実施形態では、各開口部２１１Ａは、基板本体部２１１の基板厚み方向（Ｘ方向）を貫通した貫通孔であり、当該貫通孔の一端側（－Ｘ側）を閉塞するように振動膜２１２が設けられている。
振動膜２１２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部２１１の－Ｘ側に設けられる。振動膜２１２の厚み寸法は、基板本体部２１１に対して十分小さい厚み寸法となる。この振動膜２１２は、開口部２１１Ａを構成する基板本体部２１１の壁部２１１Ｂ（図７参照）により支持され、開口部２１１Ａの－Ｘ側を閉塞する。振動膜２１２のうち、平面視で開口部２１１Ａと重なる部分（開口部２１１Ａを閉塞する領域）は、振動部２１２Ａを構成する。つまり、開口部２１１Ａは、振動膜２１２の振動部２１２Ａの外縁を規定する。この振動部２１２Ａは、圧電素子２２により振動可能となる振動領域となる。
［圧電素子２２の構成］
圧電素子２２は、本実施形態では、振動膜２１２の一面（－Ｘ側の面）で、かつ、Ｘ方向から見た平面視で各振動部２１２Ａと重なる位置に設けられている。この圧電素子２２は、図７に示すように、振動膜２１２上に第一電極膜２２１、圧電膜２２２、及び第二電極膜２２３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、第一電極膜２２１は、図６に示すように、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。第一電極膜２２１の両端部（±Ｙ側端部）は、第一電極端子２２１Ｐとなる。
また、第二電極膜２２３は、Ｚ方向に沿って直線状に形成されている。第二電極膜２２３の±Ｚ側端部は、共通電極線２２３Ａに接続される。共通電極線２２３Ａの両端部（±Ｙ側端部）は、第二電極端子２２３Ｐとなる。
圧電膜２２２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。
ここで、振動膜２１２における１つの振動部２１２Ａと、当該振動部２１２Ａ上に設けられた圧電素子２２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。したがって、図６に示すように、超音波センサー２０には、Ｚ方向に沿って複数の超音波トランスデューサーＴｒが配置される。
また、本実施形態の超音波センサー２０では、Ｚ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサーＴｒのうちＺ方向の中心に配置された超音波トランスデューサーＴｒが送信素子２３を構成し、それ以外の超音波トランスデューサーＴｒが受信素子２４を構成する。すなわち、本実施形態の超音波センサー２０は、Ｚ方向に並ぶ複数の受信素子２４により構成された１次元構造の受信アレイ２５を有し、その受信アレイ２５のＺ方向の中心に送信素子２３が配置される構成となる。
このような構成の超音波センサー２０では、第二電極端子２２３Ｐに共通電位（例えば－３Ｖ）が印加される。そして、送信素子２３に接続される第一電極端子２２１Ｐ（送信端子２２１Ｐ２）に駆動信号が入力されることで、送信素子２３の圧電膜２２２が伸縮し、圧電素子２２が設けられた振動膜２１２の振動部２１２Ａが、開口部２１１Ａの開口幅等に応じた周波数で振動する。これにより、振動部２１２Ａの＋Ｘ側（開口部２１１Ａ側）から超音波が送信される。
また、第二側面部７２Ｂで反射された超音波が受信素子２４に到達すると、受信素子２４の振動部２１２Ａが振動して、圧電素子２２の第一電極膜２２１及び第二電極膜２２３との間に電位差が生じる。このため、受信素子２４に接続された第一電極端子２２１Ｐから超音波の受信タイミングで受信信号が出力される。
ここで、本実施形態では、送信素子２３から送信される超音波は、送信素子２３を中心として球面波状に伝搬し、第二側面部７２Ｂにおいて、送信素子２３に対向する点（対象点Ａ）に最初に到達する。対象点Ａに到達した超音波は、当該対象点Ａで反射されるが、この際、当該反射波も対象点Ａを中心として球面波状に伝搬する。したがって、対象点Ａで反射された超音波は、送信素子２３に近い位置に配置された受信素子２４から、遠い位置に配置された受信素子２４に向かって順に受信されることになる。つまり、Ｘ方向の中心に配置された受信素子２４から最初に受信信号が出力された後、所定時間遅延して±Ｚ側に配置された受信素子２４から受信信号が出力される。
超音波制御回路１７３Ａは、超音波センサー２０に接続され、超音波センサー２０の動作を制御するとともに、超音波センサー２０から出力された検出信号に基づいて、インク７０を伝搬する超音波の音速を算出する。
具体的には、超音波制御回路１７３Ａは、受信回路３１、送信回路３２、共通電位回路３３、位相差検出部３４、音速算出部３５、等を備える。
受信回路３１は、各受信素子２４の第一電極端子２２１Ｐ（受信端子２２１Ｐ１）のそれぞれに接続され、各受信素子２４からの受信信号が入力される。この受信回路３１は、例えばリニアノイズアンプ、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、受信素子２４から入力された受信信号に所定の信号処理を行った上で位相差検出部３４に出力する。
送信回路３２は、送信素子２３の第一電極端子２２１Ｐ（送信端子２２１Ｐ２）に接続され、制御ユニット１５からの制御に基づいて、送信素子２３に駆動信号を出力し、超音波センサー２０から超音波を送信させる。
共通電位回路３３は、第二電極端子２２３Ｐに接続され、上記のように、第二電極膜２２３を共通電位にする。
位相差検出部３４は、整相加算回路やＦＰＧＡ等を組み合わせて構成され、受信回路３１から出力される各受信素子２４からの出力信号の位相差を検出する。
音速算出部３５は、ＦＰＧＡ等の集積回路により構成され、位相差検出部３４で検出された位相差に基づいて、インク７０を伝搬する超音波の音速を算出する。
なお、超音波制御回路１７３Ａにマイコンが搭載され、マイコンが所定のプログラムを実行することで、位相差検出部や音速算出部として機能する構成としてもよい。
［インク測定処理］
図８に示すフローチャートを参照して、本実施形態のインク測定処理について説明する。本実施形態のインク測定方法は、例えば、プリンター１０の電源投入時や、インクカートリッジ７の交換時、ユーザーによりインク測定の実行指示を受けた場合等に実施される。インク測定処理では、インク濃度判定部１５４Ｃが、音速測定装置１に対して、音速測定指令を出力する。
これにより、超音波制御回路１７３Ａは、送信回路３２から送信素子２３に駆動信号を出力し、送信素子２３からＸ方向に超音波を出力させる（ステップＳ１０）。送信素子２３から出力された超音波は、図４に示すように、Ｘ方向に球面波状に伝搬し、受信アレイ２５が配置された第一側面部７２Ａと対向する第二側面部７２Ｂで反射する。この際、受信アレイ２５の中心に設けられた送信素子２３に対向する対象点Ａにおいて、最初に超音波が到達する。
図９は、対象点Ａで反射された超音波が球面波状に伝搬する様子を示した模式図である。
図９に示すように、対象点Ａで反射された超音波は、対象点Ａを中心とした球面波状にインク７０を伝搬する。ここで、本実施形態では、ｅ１からｅｉのｉ個の受信素子２４がアレイ状に配置されている。対象点Ａで反射された超音波は、ｅ１からｅｉのそれぞれの受信素子２４で受信され、受信素子２４は超音波を受信したタイミングで、音圧に応じた受信信号を受信回路３１に出力する（ステップＳ２０）。この際、各受信素子２４はＺ方向に沿ってアレイ状に配置されているため、対象点Ａから各受信素子２４に超音波が伝搬するまでの時間が異なる。具体的には、対象点Ａに対向する送信素子２３に最も近い位置（受信アレイ２５の中心ｅｃの近く）に配置された受信素子２４は、対象点Ａとの距離が相対的に短くなるので、対象点Ａで反射された超音波が相対的に早く到達する。一方、ｅ１やｅｉのように、受信アレイ２５の両端部に配置された受信素子２４は、対象点Ａとの距離が相対的に長くなるので、対象点Ａで反射された超音波が相対的に遅く到達する。そのため、各受信素子２４から出力される受信信号には位相差が生じることになる。
図８に戻って、ステップＳ２０の後、位相差検出部３４は、各受信素子２４から受信回路３１に出力された受信信号の整相加算処理を行う（ステップＳ３０）。
図１０は本実施形態における整相加算処理を模式的に示した図である。
図１０に示すように、本実施形態では、位相差検出部３４は、加算信号の信号強度が最大値となるように、各受信素子２４から出力された出力信号の位相を調整する。
ここで、図９において、Ｘｈを受信アレイ２５の中心座標ｅｃとＺ軸においてｅｉに配置された受信素子２４との距離とし、Ｗを対象点Ａから受信アレイ２５（送信素子２３）までの距離とし、音速をｃとする。中心座標ｅｃに超音波が到達する時間とｅｈの位置の受信素子２４に超音波が到達する時間との時間差（位相差ｔｈ）は、以下の式（１）で表すことができる。
Figure 0007035631000001
上記式（１）に示すように、位相差ｔｈは音速ｃの変数として表すことができる。ここで、Ｗは、インクカートリッジ７の第一側面部７２Ａから第二側面部７２Ｂまでの距離であり、既知の値となり、Ｘｈは、超音波センサー２０において、受信素子２４の配置間隔によって決まる既知の値となる。位相差ｔｈは、整相加算処理において、各受信信号を加算した際の加算信号の信号値（加算値）が最大値となる場合の、各受信信号の位相シフト量となる。そこで、本実施形態では、位相差検出部３４は、整相加算処理において、各受信信号を加算する際の位相シフト量τを調整し、加算信号の信号強度（加算値）が最大値となる際の位相シフト量τを位相差ｔｈとして検出する（ステップＳ４０）。
例えば、本実施形態では、各超音波トランスデューサーＴｒは等ピッチで配置されている。したがって、対象点Ａから球面波状に伝搬する超音波を各受信素子２４で受信した場合、中心座標ｅｃから＋Ｚ側に配置される各受信素子２４では、－Ｚ側に隣り合う受信素子２４に対して超音波を受信するタイミングが同じ位相差ｔｈだけずれる。中心座標ｅｃから－Ｚ側に配置される受信素子２４においても同様であり、＋Ｚ側に隣り合う受信素子２４に対して超音波を受信するタイミングが同じ位相差ｔｈだけずれる。すなわち、本実施形態では、隣り合う受信素子２４から出力される受信信号は、同じ位相差ｔｈだけ遅延して出力される。
したがって、位相差検出部３４は、整相加算処理において、ｅｈの位置の受信素子２４が出力する受信信号をＳｅｈ（θ）とすると、加算信号Γを下記式（２）により算出する。
Figure 0007035631000002
位相差検出部３４は、式（２）において、加算信号Γが最大となる位相シフト量τを算出して位相差ｔｈとする。
この後、音速算出部３５は、式（１）に基づいて、位相差ｔｈから音速ｃを算出する（ステップＳ５０）。
本実施形態では、音速測定装置１は、上記の手順により、インク７０を伝搬する超音波の音速を算出することができる。
ステップＳ５０の後、インク濃度判定部１５４Ｃは、音速ｃに基づいて、インク７０の濃度を判定する（ステップＳ６０）。
ここで、流体中を伝搬する超音波の音速ｃは、ｃ＝（体積弾性率／密度）０．５の関係を満たす。インク濃度が高くなると、体積弾性率や密度も変化するため、超音波の音速ｃも変化する。ここで、流体の体積弾性率は、一般的に硬さと相関があり、体積弾性率が大きくなると、物質の硬度が高くなる。つまり、流体の粘度が高くなると、体積弾性率が大きくなるので、音速ｃが大きくなる。
インク濃度判定部１５４Ｃは、音速ｃが基準値の上限値Ｒｍａｘから下限値Ｒｍｉｎまでの範囲内に入っているか否かを判定する。なお、上限値Ｒｍａｘ及び下限値Ｒｍｉｎはメモリー１５３に予め記憶されている。ステップＳ６０でＮｏと判定された場合、インク７０の濃度が適正でない可能性がある。この場合、インク濃度判定部１５４Ｃは、回動制御回路１７３Ｂに対して、インク７０の撹拌を指令する制御信号を出力する（ステップＳ７０）。これにより、回動機構１７２によりインクカートリッジ７が回動され、インク７０が撹拌される（ステップＳ８０）。以上の後、ステップＳ１０に戻る。
一方、ステップＳ６０でＹＥＳと判定されると、インク測定処理は終了する。
なお、ステップＳ６０において、回動機構１７２により複数回のインク７０の撹拌が実施された後にＮｏと判定される場合、インク濃度判定部１５４Ｃは、図示略のディスプレイ等にエラーメッセージを表示して、使用者にメンテナンスの実行を促してもよい。
［第一実施形態の作用効果］
本実施形態では、対象点Ａから球面波状に伝搬する超音波が受信アレイ２５で受信されると、対象点Ａに最も近い位置に配置された受信素子２４から順に受信信号が出力される。つまり、各受信素子２４から出力される受信信号に位相差が生じる。位相差検出部３４では、この位相差を検出し、音速算出部３５は検出された位相差に基づいて音速ｃを算出する。つまり、本実施形態では、対象点Ａから出力される単一の超音波を各受信素子２４で受信することで、各受信素子２４から出力される受信信号に位相差を生じさせることができる。そのため、受信信号に位相差を生じさせるために、複数の反射面を設ける必要がなく、各反射面のエッジ部（例えば反射面間の段差等）も形成されない。よって、エッジ部によって多方向に反射された超音波が受信素子２４で受信される不都合を抑制でき、超音波の音速ｃを正確に算出することができる。
本実施形態では、位相差検出部３４は、一方向に並ぶ複数の受信素子２４のそれぞれからの受信信号を、同じ位相差だけ順にずらして加算させる整相加算処理を行う。これにより、整相加算された一つの信号から位相差を容易に求めることができるので、超音波制御回路１７３Ａの回路構成を小さくすることができる。また、整相加算した信号を用いるので、各受信信号の信号値が小さくても、精度よく位相差を検出することができる。
本実施形態では、受信アレイ２５はインク７０を貯留するインクカートリッジ７の第一側面部７２Ａに設けられ、対象点Ａは、第二側面部７２Ｂの受信アレイ２５に対向する位置に設けられる。このような構成では、第一側面部７２Ａと第二側面部７２Ｂの間のインク７０を伝搬する超音波の音速ｃを容易に測定することができる。
本実施形態では、第一側面部７２Ａに送信素子２３が設けられるので、送信素子２３から超音波を出力すると、対象点Ａに送達した超音波が球面波状に反射されて受信アレイ２５に受信される。そのため、各受信素子２４において、対象点Ａからの距離に応じた遅延時間で超音波が受信され、各受信信号に位相差が生じ、その位相差を検出して音速ｃを求めることができる。
本実施形態では、送信素子２３が受信アレイ２５の中心に設けられている。この場合、送信素子２３から超音波を送信した際に、最初に超音波が到達する対象点Ａは、受信アレイ２５の中心に対応する位置となる。よって、各受信素子２４に伝搬する超音波の距離を最小限とすることができ、超音波が伝搬中に減衰することを抑制することができる。したがって、各受信素子２４から出力される受信信号の信号値も大きくなり、位相差を精度よく検出でき、超音波の音速ｃも精度良く算出することができる。
本実施形態では、プリンター１０は、インク７０を介して対向する受信アレイ２５及び対象点Ａが設けられたインクカートリッジ７を備え、ＣＰＵ１５４のインク濃度判定部１５４Ｃは、音速算出部３５により算出された音速ｃと、基準値の上限値Ｒｍａｘ及び下限値Ｒｍｉｎとを比較して、インク７０の濃度を判定する。そのため、インクカートリッジ７内に貯留されたインク７０を伝搬する超音波の音速ｃを正確に測定することが可能になり、測定された音速ｃと基準値とを比較することにより、インク７０の濃度を正確に判定することができる。
［第二実施形態］
次に、本発明に係る第二実施形態について、以下に説明する。
上記第一実施形態では、第二側面部７２Ｂの送信素子２３に対向する位置を、送信素子２３から送信された球面波状の超音波が最初に到達し、当該超音波を反射させる対象点Ａとした。これに対し、本実施形態では、インクカートリッジ７の第二側面部７２Ｂに、受信アレイ２５側に突出する突起部７４が設けられ、当該突起部７４により、送受信素子２６から出力される超音波が反射される点で相違する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した構成や処理については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
図１１は、第二実施形態に係る音速測定装置１Ａの概略を示す概略図である。
本実施形態では、図１１に示すように、超音波センサー２０Ａは、第一実施形態と同様に、Ｚ方向に配置された複数の超音波トランスデューサーＴｒを備える。本実施形態では、各超音波トランスデューサーＴｒは、超音波の送信及び受信を行う送受信素子２６として機能し、これらの送受信素子２６により受信アレイ２５が構成されている。つまり、送受信素子２６に接続される第一電極端子２２１Ｐは、それぞれ超音波制御回路１７３Ａの送受切替回路３６に接続されている。この送受切替回路３６は、送信回路３２及び受信回路３１に接続されており、各送受信素子２６を、送信回路３２に接続する送信位置と、受信回路３１に接続する受信位置とのいずれかに切り替える。すなわち、本実施形態では、送受信素子２６が本発明の受信素子及び送信素子であり、受信アレイ２５には、送受信素子２６がＺ方向にアレイ状に複数配置される。
第二側面部７２Ｂには、受信アレイ２５の中心に対向する位置で、受信アレイ２５側に突出する突起部７４が設けられている。この突起部７４は、第二側面部７２Ｂから第一側面部７２Ａに向かうに従って先端幅が小さくなる錐体状に設けられており、突起部７４の突出先端点７５が対象点Ａとなる。このような突起部７４では、第一側面部７２Ａ側から超音波が送信されると、当該超音波が対象点Ａである突起部７４の突出先端点７５に最初に到達し、対象点Ａから球面波状の反射波が第一側面部７２Ａに向かって反射される。つまり、第一実施形態では、対象点Ａで超音波が球面波状に反射された直後に、対象点Ａの周囲にも超音波が到達し、その反射波が各受信素子２４で受信される。この場合でも、受信素子２４に最初に到達する超音波は、対象点Ａで反射された超音波となるが、同時に、受信素子２４に対向する（法線方向に位置する）点で反射された超音波も受信素子２４で受信される。
これに対して、突起部７４は、対象点Ａである突出先端点７５から、受信アレイ２５の両端部に位置する送受信素子２６までの距離が、第一側面部７２Ａから第二側面部７２Ｂまでの距離よりも短くなるように形成されている。これにより、本実施形態では、突起部７４の突出先端点７５で反射した超音波が、第二側面部７２Ｂで反射した超音波よりも、先に各送受信素子２６で受信される。
次に、図１１に基づいて、超音波を送受信させる動作について説明する。本実施形態では、ステップＳ１０において、超音波制御回路１７３Ａは、送受切替回路３６を送信位置に切り替えて、各送受信素子２６と送信回路３２とを接続する。次に、送信回路３２から各送受信素子２６に同時に駆動信号を出力する。これにより、各送受信素子２６からＸ方向に超音波を出力させる。そうすると、各送受信素子２６から出力された超音波は、互いに強め合うことで、ＹＺ平面に平行な平面波が、Ｘ方向に向かって伝搬される。各送受信素子２６が超音波を出力した後、超音波制御回路１７３Ａは、送受切替回路３６を受信位置に切り替えて、各送受信素子２６と受信回路３１とを接続する。
なお、本実施形態では、各送受信素子２６の全てから超音波を出力する例を示すが、これに限られず、一部の送受信素子２６により、インク７０を平面上に伝搬する超音波を出力するようにしてもよい。例えば、突起部７４に対向する一部の送受信素子２６からのみ超音波を送信してもよい。また、受信アレイ２５の中心に配置された１つの送受信素子２６のみが超音波を送信してもよい。この場合、第一実施形態と同様に、中心に配置された送受信素子２６は、インク７０を球面波状に伝搬する超音波を出力するようにすることができる。また、当該超音波が対象点Ａに最初に到達し、対象点Ａから球面波状の反射波を反射させることができる。
送受信素子２６から出力された超音波は、インク７０をＸ方向に平面上に伝搬し、対象点Ａである突起部７４の突出先端点７５で反射する。突起部７４で反射された超音波は、図１１に示すように、インク７０を球面波状に伝搬し、送受信素子２６で受信される。送受信素子２６は、受信した超音波に応じた受信信号を受信回路３１に出力する。
したがって、以降、第一実施形態と同様の処理を用いることで、超音波の音速ｃを算出することができ、インク濃度を判定することができる。
［第二実施形態の作用効果］
本実施形態では、対象点Ａは、第二側面部７２Ｂから第一側面部７２Ａに向かって突出する突起部７４の突出先端点７５である。このような構成では、第一側面部７２Ａ側の送信素子２３から超音波を送信させると、当該突起部７４の突出先端点７５である対象点Ａに最初に超音波が到達し、当該突出先端点７５から球面波状に超音波を反射させることができる。つまり、対象点Ａから球面波状に伝搬する超音波を容易に得ることができる。
［第三実施形態］
次に、本発明に係る第三実施形態について、以下に説明する。
上記第一実施形態では、受信アレイ２５の中央部に送信素子２３が配置されていた。これに対し、本実施形態では、第二側面部７２Ｂに送信素子２３が設けられる点で、上記第一実施形態と相違する。
図１２は、第三実施形態に係る音速測定装置１Ｂの概略を示す概略図である。図１２に示すように、超音波センサー２０Ｂにおいて、送信素子２３は、第二側面部７２Ｂにおける受信アレイ２５の中心に対向する位置に設けられている。そして、送信素子２３は、インク７０を球面波状に伝搬する超音波を－Ｘ方向に出力する。すなわち、本実施形態では、送信素子２３が本発明の対象点Ａである。
本実施形態では、対象点Ａには、球面波状に伝搬する超音波を出力する送信素子２３が設けられているため、例えば対象点Ａで超音波を反射させる場合に比べて、受信アレイ２５に到達される超音波の音圧が大きくなり、各受信信号の信号値も大きくなる。これにより、位相差を精度よく検出でき、超音波の音速ｃも精度良く算出することができる。
［第四実施形態］
次に、本発明に係る第四実施形態について、以下に説明する。
上記第一実施形態では、超音波センサー２０は、第一側面部７２Ａの底面部７１側（＋Ｚ側）の一か所に受信アレイ２５が設けられていた。これに対し、本実施形態では、第一側面部７２Ａの上部、中央部、下部の三か所に受信アレイ２５が設けられる点で、上記第一実施形態と相違する。また、第二側面部７２Ｂの受信アレイ２５と対向する位置に、突起部７４が設けられる点で、上記第一実施形態と相違する。
図１３は、第四実施形態に係る音速測定装置１Ｃの概略を示す概略図である。図１３に示すように、本実施形態では、超音波センサー２０Ｃは、第一側面部７２Ａにおいて、底面部７１から離れる方向である－Ｚ方向に所定間隔をあけて複数設けられた受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを備える。例えば、超音波センサー２０Ｃは、第一側面部７２ＡのＺ方向の中心よりも底面部７１側（＋Ｚ側）の下部受信アレイ２５Ａ、第一側面部７２ＡのＺ方向の中心位置に配置される中央受信アレイ２５Ｂ、第一側面部７２ＡのＺ方向の中心よりも天面部７３側（－Ｚ側）に配置される上部受信アレイ２５Ｃを備える。
なお、本実施形態では、各受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃは、第二実施形態と同様、各超音波トランスデューサーＴｒが、送受信素子２６として機能し、送受信素子２６がＺ方向にアレイ状に複数配置される構成となる。なお、ここでは、送受信素子２６が、Ｚ方向に配置される構成を例示するが、これに限定されず、第一実施形態のように、受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの中心に送信素子２３が配置され、送信素子２３を挟んで±Ｚ側に受信素子２４が配置される構成としてもよい。
また、本実施形態では、各受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃにおいて、送信及び受信する超音波の周波数がそれぞれ異なる。具体的には、受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃを構成する素子基板２１の開口部２１１Ａが、それぞれ、異なる開口幅となる。これにより振動部２１２Ａでの振動周波数がそれぞれ異なる値となり、送受信可能な超音波の周波数も異なる値となる。
また、第二側面部７２Ｂには、それぞれの受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃの中心にそれぞれ対向する位置に、第一側面部７２Ａ側に突出する突起部７４が設けられている。これらの突起部７４は、第二実施形態と同様の構成を有し、突出先端点７５が対象点Ａとなる。
本実施形態では、第一側面部７２Ａにおいて、受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃが底面部７１から離れる方向に所定間隔をあけて設けられ、第二側面部７２Ｂにおいて、対象点Ａである突起部７４の突出先端点７５が、受信アレイ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃのそれぞれに対向する位置に設けられている。そのため、インクカートリッジ７内において、底面部７１から所定間隔をあけた箇所のインク７０を伝搬する超音波の音速ｃを測定することができる。
ここで、インク７０の成分が沈降している場合、インクカートリッジ７の下部においてインク７０の成分が変化するため、インクカートリッジ７の下部のインク７０を伝搬する音速ｃのみが異常値を示すことになる。この場合、インクカートリッジ７内のインク７０を攪拌すれば、異常が解消されることがある。一方、インク７０の濃度が変化している場合、インクカートリッジ７の上部、中央部、下部にわたってインク７０の濃度が変化するため、インクカートリッジ７の上部、中央部、下部のそれぞれのインク７０を伝搬する音速ｃが異常値を示すことになる。この場合、インクカートリッジ７の交換等による対応が必要であると判断することができる。すなわち、本実施形態では、インクカートリッジ７の上部、中央部、下部の音速ｃを算出することができるので、インク７０の成分が沈降している場合と、インク７０の濃度が変化している場合とを判断することができる。
［変形例］
なお、本発明は前述の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、改良等は本発明に含まれるものである。
上記各実施形態では、位相差検出部３４は、各受信素子２４から出力される出力信号を整相加算して、その位相差を検出していたが、これに限られない。例えば、位相差検出部３４は、隣り合う受信素子２４から出力される受信信号を所定の位相シフト量だけ位相をずらして加算した際に、加算値が最大となる位相シフト量を、複数の受信素子２４のそれぞれに対して算出し、複数の位相シフト量の代表値を位相差として検出してもよい。ここで、位相差の代表値とは、検出した位相差の平均値や最頻値などが挙げられる。このような構成によれば、位相差検出部３４は、各受信素子２４に対して、加算値が最大となるように算出された位相シフト量の代表値を位相差として検出するため、検出誤差を少なくすることができ、音速を正確に算出することができる。
上記各実施形態では、受信アレイ２５において、各受信素子２４はＺ方向にアレイ状に配置されていたが、これに限られない。例えば、各受信素子２４はＹ方向にアレイ状に配置されていてもよく、一方向に沿って配置されていればよい。さらに、Ｚ方向及びＹ方向に沿って２次元アレイ状に配置されていてもよい。
上記各実施形態では、対象点Ａから球面波状に伝搬する超音波を受信素子２４で受信させる例を示したが、これに限定されない。
例えば、Ｚ方向に受信素子２４が並ぶ構成では、ＺＸ平面上で、円弧状に伝搬する超音波が対象点Ａから出力されていればよい。すなわち、第一実施形態において、送信素子２３がＺ方向の中心位置において、Ｙ方向に沿って複数配置され、これらのＹ方向に沿って並ぶ送信素子２３の第一電極膜２２１が互いに接続されて同電位となる構成とする。
また、受信素子２４は、ＺＹ方向に沿って複数２次元アレイ状に配置され、このうち、Ｙ方向に沿って並ぶ受信素子２４を接続して、１つの受信チャネルとする。つまり、Ｚ方向に沿って複数の受信チャネルが配置される構成とする。また、受信チャネルを構成する受信素子２４を電気的に直列接続することで、受信信号を大きくすることもできる。
このような構成では、送信素子２３の第一電極端子２２１Ｐに駆動信号を入力すると、各送信素子２３から同時に超音波が出力される。この場合、Ｙ方向から見た平面視（ＸＺ平面）において、円弧状（Ｙ方向を軸とした円筒状）に伝搬する超音波がＸ方向に伝搬され、第二側面部７２Ｂにおいて、対象点Ａを通るＹ方向に平行なラインに超音波が最初に到達する。よって、当該対象点Ａを含むラインから、ＸＺ平面において、円弧状に伝搬する反射波が、受信アレイ２５で受信される。この場合でも、上記各実施形態と同様の処理により、音速ｃを測定することが可能となる。
上記各実施形態では、ＣＰＵ１５４は、音速ｃに基づいてインク７０の濃度を判定していたが、これに限られない。例えば、ＣＰＵ１５４は、音速ｃに基づいてインク成分（成分劣化や、インク種別等）を判定してもよい。
上記各実施形態では、超音波センサー２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、インクカートリッジ７の第一側面部７２Ａの外壁に設けられていたが、これに限定されない。例えば、超音波センサー２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、インクカートリッジ７内に設けられてもよい。
上記第一実施形態では、送信素子２３が受信アレイ２５の中心に設けられていたが、これに限られない。例えば、送信素子２３は受信アレイ２５の端部（±Ｚ側端部）に設けられていてもよい。
また、上記第二実施形態では、突起部７４が受信アレイ２５の中心に対向する位置に設けられていたが、これに限られない。例えば、突起部７４は、受信アレイ２５の端部（±Ｚ側端部）に設けられていてもよく、第二側面部７２Ｂに設けられていればよい。
さらに、上記第三実施形態では、送信素子２３が、受信アレイ２５の中心に対向する位置に設けられていたが、これに限られない。例えば、送信素子２３は、受信アレイ２５の端部（±Ｚ側端部）に設けられていてもよく、第二側面部７２Ｂに設けられていればよい。
上記各実施形態では、音速測定装置１を適用した電子機器としてプリンター１０を示したが、これに限られない。例えば、インクカートリッジ７内のインク７０の測定のみを実施する測定装置であってもよい。
また、上記各実施形態では、インク７０を伝搬する超音波の音速を算出しているが、これに限られない。例えば、鉄などの固体や空気等の気体を伝搬する超音波の音速を算出してもよい。この場合、音速測定装置１は、音速から鉄などの固体の温度や、空気などの気体の圧力を算出するように構成することもできる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…音速測定装置、７…インクカートリッジ（容器）、１０…プリンター、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ…超音波センサー、２３…送信素子、２４…受信素子、２５…受信アレイ、２５Ａ…下部受信アレイ、２５Ｂ…中央部受信アレイ、２５Ｃ…上部受信アレイ、２６…送受信素子、３１…受信回路、３２…送信回路、３３…共通電位回路、３４…位相差検出部、３５…音速算出部、７０…インク（流体）、７１…底面部、７２…壁部、７２Ａ…第一側面部、７２Ｂ…第二側面部、７３…天面部、７４…突起部、７５…突出先端点、１５４…ＣＰＵ（制御部）、１５４Ｃ…インク濃度判定部、１７３…カートリッジ制御部、１７３Ａ…超音波制御回路、Ａ…対象点。

Claims (10)

  1. 超音波の受信により受信信号を出力する受信素子が一方向に沿って複数配置された受信アレイと、
    対象点から球面波状に伝搬する超音波を複数の前記受信素子で受信した際に、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号の位相差を検出する位相差検出部と、
    前記位相差から超音波の音速を算出する音速算出部と、
    を備え、
    前記位相差検出部は、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号を所定の位相シフト量だけ位相をずらして加算した加算値を算出し、前記加算値が最大となる前記位相シフト量を、前記位相差として検出することを特徴とする音速測定装置。
  2. 請求項１に記載の音速測定装置において、
    前記位相差検出部は、隣り合う前記受信素子から出力される前記受信信号を所定の位相シフト量だけ位相をずらして加算した際に、加算値が最大となる前記位相シフト量を、複数の前記受信素子のそれぞれに対して算出し、複数の前記位相シフト量の代表値を前記位相差として検出することを特徴とする音速測定装置。
  3. 請求項１または請求項２のいずれか一項に記載の音速測定装置において、
    前記受信アレイは、底面部、前記底面部に対して立設された第一側面部、及び、前記底面部に対して立設されて前記第一側面部に対向する第二側面部を含み、前記底面部、前記第一側面部、及び前記第二側面部に囲われる空間に流体を貯留可能な容器において、前記第一側面部に設けられ、
    前記対象点は、前記第二側面部の前記受信アレイに対向する位置に設けられることを特徴とする音速測定装置。
  4. 請求項３に記載の音速測定装置において、
    前記第一側面部に、超音波を前記第二側面部の前記対象点に向かって送信する送信素子が設けられていることを特徴とする音速測定装置。
  5. 請求項４に記載の音速測定装置において、
    前記送信素子は、前記受信アレイの中心に設けられることを特徴とする音速測定装置。
  6. 請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の音速測定装置において、
    前記対象点は、前記第二側面部から前記第一側面部に向かって突出する錐体状の突起部の突出先端点であることを特徴とする音速測定装置。
  7. 請求項３に記載の音速測定装置において、
    前記対象点には、球面波状に伝搬する超音波を出力する送信素子が設けられていることを特徴とする音速測定装置。
  8. 請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の音速測定装置において、
    前記受信アレイは、前記第一側面部において、前記底面部から離れる方向に所定間隔をあけて複数設けられ、
    前記対象点は、前記第二側面部において、各前記受信アレイのそれぞれに対向する位置に設けられていることを特徴とする音速測定装置。
  9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の音速測定装置と、
    前記音速測定装置を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
  10. 請求項９に記載の電子機器において、
    底面部、前記底面部に対して立設される第一側面部、及び、前記底面部に対して立設されて前記第一側面部に対して流体を介して対向する第二側面部を有し、前記第一側面部に前記受信アレイが設けられ、前記第二側面部の前記受信アレイに対向する位置に前記対象点が設けられる容器を備え、
    前記制御部は、前記音速算出部により算出された音速と、所定の基準値とを比較して、前記流体の品質を判定することを特徴とする電子機器。
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