JP7243357B2 - 素子可変ピッチアレイ及び素子ピッチ可変方法 - Google Patents

Description

本発明は、格子状に配置される送受波素子、発光素子などの電子素子に適用可能な素子可変ピッチアレイ及び素子ピッチ可変方法に関する。

格子状に配置される電子素子に関する技術として、特許文献１，２が知られている。
例えば、特許文献１に示される超音波デバイスでは、複数の超音波素子が第一方向に配列された超音波素子アレイを複数備える。これら複数の超音波素子アレイは、第一方向に互いに干渉しない位置にあり、かつ第一方向と交差する第二方向に互いが若干にずれるように配置されている。

また、特許文献２に示される超音波振動子では、有効要素と無効要素とからなる振動素子の要素グループを有し、該振動素子の有効要素を利用して超音波の送受波がなされる。これら振動素子は、要素１個分の最小ピッチを有して縦方向及び横方向にマトリックス状に配置されている。

特開２０１７-１７６３１１号公報 特開２００４-０４０２５０号公報

ところで、特許文献１，２に示される電子素子を有するアレイでは、当該電子素子に設置の不具合が生じた場合に、電子素子を位置調整するのが困難である。
例えば、送受波素子を固定する構造例を示す図１４では、送受波素子２００をベース部２０１に固定するため、１個につき４か所のボルト２０２を使用している。

そして、このような構造を採用すると、送受波素子同士の間隔が一意に設定されるため、間隔の変更ができず、送受波素子同士の間隔変更が要求される場合に、各々の間隔の数に応じた新たなベース部の作製と、送受波素子を当該ベース部へ換装する作業が必要である。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電子素子の間隔を自在に変更可能な素子可変ピッチアレイ及び素子ピッチ可変方法を提供すること目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１態様に示される素子可変ピッチアレイでは、基部となるベース部材と、該ベース部材上に第１方向に沿うように設置されかつ電子素子群を同方向に配列する複数の素子ユニットと、を有し、前記素子ユニット内には、前記電子素子群を構成する電子素子のそれぞれを第１方向に沿い移動可能に保持する第１移動モジュールが設けられ、前記ベース部材と前記素子ユニットとの間には、前記第１方向に直交する第２方向に沿い前記素子ユニットを移動可能に保持する第２移動モジュールが設けられることを特徴とする。

本発明の第２態様に示される素子ピッチ可変方法では、基部となるベース部材と、該ベース部材上に第１方向に沿うように設置されかつ電子素子群を同方向に配列する複数の素子ユニットと、を有する素子アレイにおいて、前記素子ユニット内にて、前記電子素子群を構成する電子素子のそれぞれを第１方向に沿い移動可能に保持する第１移動段階と、
前記ベース部材にて、前記第１方向に直交する第２方向に沿い前記素子ユニットを移動可能に保持する第２移動段階と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、ベース部材の設計変更ないしは新規の製作を伴わず、容易に電子素子の配置を変更することができる。

本発明に係る素子可変ピッチアレイを示す図であって、（Ａ）は送受波素子のピッチを最小とした例、（Ｂ）は送受波素子の第１方向のピッチを拡大した例、（Ｃ）は送受波素子の第２方向のピッチを拡大した例である。 本発明に係る素子可変ピッチアレイを示す正面図である。 図２の側面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う矢視図である。 図２においてピンを凹凸部から離した図である。 図２の平面図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う矢視図である。 垂直移動モジュールによる送受波素子の垂直方向に沿うピッチ変更を説明するための動作フローである。 水平移動モジュールによる送受波素子の水平方向に沿うピッチ変更を説明するための動作フローである。 送受波素子の垂直方向及び水平方向に沿うピッチを最小とした例である。 送受波素子の垂直方向及び水平方向に沿うピッチを最大とした例である。 送受波素子を千鳥状に配置した例である。 送受波素子を不規則に配置した例である。 送受波素子を固定するための構造例を示す正面図である。

本発明に係る素子可変ピッチアレイ１００について図１（Ａ）～（Ｃ）を参照して説明する。
素子可変ピッチアレイ１００は、基部となるベース部材５０と、該ベース部材５０上に第１方向（矢印Ａ方向）に沿うように複数設置されかつ電子素子群（各電子素子を符号Ｃで示す）を同方向に配列する素子ユニット５１とともに、第１移動モジュール５２及び第２移動モジュール５３が具備される。

第１移動モジュール５２は、素子ユニット５１内に設けられて電子素子Ｃのそれぞれを第１方向（矢印Ａ方向）に沿い移動可能に保持するものである。
また、第２移動モジュール５３は、ベース部材５０と素子ユニット５１との間に設けられて、第１方向（矢印Ａ方向）に直交する第２方向（矢印Ｂ方向）に沿い素子ユニット５１を移動可能に保持するものである。

そして、以上のような素子可変ピッチアレイ１００では、図１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１移動モジュール５２により、素子ユニット５１の内部にて各電子素子Ｃを第１方向（矢印Ａ方向）に沿い位置決めすることができる。
また、上記素子可変ピッチアレイ１００では、図１（Ａ）及び（Ｃ）に示されるように、第２移動モジュール５３により、複数の電子素子Ｃが搭載された素子ユニット５１を、ベース部材５０に対して、第１方向（矢印Ａ方向）に直交する第２方向（矢印Ｂ方向）に沿い位置決めすることができる。
すなわち、上記素子可変ピッチアレイ１００では、第１移動モジュール５２及び第２移動モジュール５３により、素子ユニット５１に搭載された各電子素子Ｃを、該素子ユニット５１に沿う第１方向（矢印Ａ方向）及び／又は該第１方向に直交する第２方向（矢印Ｂ方向）に沿い自在に移動可能でかつ保持することができ、各電子素子Ｃの間隔を自由に変更することができる。
その結果、上記素子可変ピッチアレイ１００では、ベース部材５０を作り換えるという面倒な作業をすることなく、容易に電子素子Ｃのピッチ変更が可能となる。

（実施形態）
本発明の実施形態に係る素子可変ピッチアレイ１０１について図２～図１３を参照して説明する。
素子可変ピッチアレイ１０１は、図２に示すように、垂直移動モジュール１、水平移動モジュール２、送受波素子Ｃ１を垂直方向（矢印Ａ１方向）に配列する素子ユニット３、及び素子ユニット３を支持するベース部材としてのフレーム４を主な構成要素とする。
ここで配列される送受波素子Ｃ１はソーナー、レーダー等に適用可能である。また、本例ではフレーム４内に５つの素子ユニット３が設置され、素子ユニット３内に電子素子群として５つの送受波素子Ｃ１が設置された例が示されている。

垂直移動モジュール１は、素子ユニット３内に設けられて、複数の送受波素子Ｃ１の保持と垂直方向（矢印Ａ１方向）に対する移動及び固定を行う機構部である。
この垂直移動モジュール１は、図３に示すように送受波素子Ｃ１を保持する送受波素子保持部１１と、垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿うレール部２２Ａ及び２２Ｂと、レール部２２Ａに沿って同方向に移動可能な摺動部１２と、レール部２２Ｂに沿って同方向に移動可能なピン１３とを、各素子ユニット３内に有する。

摺動部１２は、送受波素子Ｃ１を保持する送受波素子保持部１１をレール部２２Ａに沿って垂直方向（矢印Ａ１方向）に摺動する。
ピン１３は、送受波素子保持部１１と一体に設けられたものであって、レール部２２Ｂ上に垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿って凸部と凹部が連続して設けられた凹凸部２１に係合可能とされる。
また、垂直移動モジュール１には、図４に示されるように、垂直方向（矢印Ａ１方向）への移動の際に触覚ディスプレイのためのボールプランジャ１４を有する。

また、垂直移動モジュール１には、送受波素子保持部１１と一体に設けられたピン１３を、レール部２２Ｂ上の凹凸部２１に沿って垂直方向（矢印Ａ１方向）へ移動可能とするリフト部２３及びリフト調整ネジ２４が設けられている。
リフト調整ネジ２４は、垂直方向（矢印Ａ１方向）に直交する水平方向（矢印Ｂ方向）に向けてリフト部２３の傾斜面を前進又は後退させるための部材であって、素子ユニット３の両端に設けられている。
そして、リフト調整ネジ２４を緩めた状態では、図５に示すようにリフト部２３が後退することで、２本のレール部２２Ａ及び２２Ｂを接触させ、これによりピン１３をレール部２２Ｂ上の凹凸部２１から離間させて、送受波素子Ｃ１を垂直方向（矢印Ａ１方向）に移動可能とする。
また、リフト調整ネジ２４を締めた状態では、図３に示すようにリフト部２３が前進することで、２本のレール部２２Ａ及び２２Ｂを離間させ、これによりピン１３をレール部２２Ｂ上の凹凸部２１に係合させて、送受波素子Ｃ１を固定及び保持する。

水平移動モジュール２は、送受波素子Ｃ１及び垂直移動モジュール１が搭載される素子ユニット３を、水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い移動させるための機構部である。
具体的には、水平移動モジュール２は、図６に示すようにベース部材としてのフレーム４に水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿うレール部３１を有し、このレール部３１に摺動部２５が摺動可能とされる。
この摺動部２５は、素子ユニット３に設けられるものであって、レール部３１に摺動することで、該素子ユニット３を水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い移動可能とする。

また、レール部３１には長さ方向となる水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿うように複数の固定穴３２が一定間隔で設けられている。
そして、素子ユニット３は、固定ネジ２６が固定孔３２に選択的に螺合されることで、水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿うフレーム４内の任意の位置にて固定可能となる。なお、固定ネジ２６は、素子ユニット３の上部及び下部位置にて水平方向（矢印Ｂ１方向）に間隔をおいて２箇所ずつ配置される。
素子ユニット３には、図６及び図７に示されるように、水平移動時の触覚ディスプレイのためのボールプランジャ２８及びこれを取り付けるための溝３３が設けられている。

次に、図８及び図９を参照して垂直移動モジュール１及び水平移動モジュール２の動作について説明する。
まず、図８を参照して、垂直移動モジュール１による送受波素子Ｃ１の垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿うピッチ変更について説明する。

《ステップＳ１》
まず、素子ユニット３の両端に有するリフト調整ネジ２４を緩める。

《ステップＳ２》～《ステップＳ３》
リフト調整ネジ２４を緩めた場合には、図３～図５に示されるように、リフト部２３が後退して２本のレール部２２Ａ及び２２Ｂが接触する。
これにより送受波素子Ｃ１の送受波素子保持部１１と一体に設けられたピン１３が、レール部２２Ｂ上の凹凸部２１から離間する。

《ステップＳ４》～《ステップＳ５》
送受波素子Ｃ１の送受波素子保持部１１と一体に設けられたピン１３が、レール部２２Ｂ上の凹凸部２１から離間することで、図５に示されるように、送受波素子Ｃ１が垂直方向（矢印Ａ１方向）に自由に移動可能な状態となる。

《ステップＳ６》
図５に示す自由状態では、垂直移動モジュール１にて摺動部１２が移動する範囲にて、送受波素子Ｃ１の任意のピッチ変更ができる。
また、移動に際して、ユーザーは固定ポイントを確認するため、触覚ディスプレイのためのボールプランジャ１４を使用できる。このようなボールプランジャ１４では、凹凸部に応じて設けられた溝２７へ適宜係合されることで、ユーザーに対してクリック感を示すことができる。

《ステップＳ７》
垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿う送受波素子Ｃ１のピッチ変更が完了した場合には、素子ユニット３の両端に有するリフト調整ネジ２４を締める。

《ステップＳ８》
リフト調整ネジ２４を締めることで、図５～図３に示されるように、リフト部２３が前進して、２本のレール部２２Ａ及び２２Ｂを離間させる。
これにより送受波素子Ｃ１の送受波素子保持部１１と一体に設けられたピン１３が、レール部２２Ｂ上の凹凸部２１に係合されて、垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿う所定位置に送受波素子Ｃ１を固定及び保持することができる。

図９を参照して、水平移動モジュール２による送受波素子Ｃ１の水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿うピッチ変更について説明する。
《ステップＳ１０》
図６に示される、水平移動モジュール２に設けられた固定ネジ２６を固定孔３２から取り外す。

《ステップＳ１１》～《ステップＳ１２》
固定ネジ２６の取り外しにより、素子ユニット３に設けられた摺動部２５が、フレーム４に設置されたレール部３１に沿う摺動可能な範囲内で、自由に移動できる状態となる。
その結果、素子ユニット３内の送受波素子Ｃ１が、レール部３１に沿う水平方向（矢印Ｂ１方向）に自由に移動及び任意のピッチで位置合わせすることができる。

《ステップＳ１３》
移動に際して、ユーザーは固定ポイントを確認するため、触覚ディスプレイのためのボールプランジャ２８（図７参照）を使用できる。このようなボールプランジャ２８では、凹凸部に応じて設けられた溝３３へ適宜係合されることで、ユーザーに対してクリック感を示すことができる。

《ステップＳ１４》
水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿う送受波素子Ｃ１のピッチ変更が完了した場合には、水平移動モジュール２に設けられた固定ネジ２６を該当する固定孔３２に対して締結する。

《ステップＳ１５》
固定ネジ２６を締結した場合には、素子ユニット３に設けられた摺動部２５と、フレーム４に設けられたレール部３１とが固定された状態になり、水平方向（矢印Ｂ１方向）に対する送受波素子Ｃ１の位置決めが完了する。

そして、以上のような素子可変ピッチアレイ１０１では、垂直移動モジュール１により、素子ユニット３内にて各送受波素子Ｃ１を垂直方向（矢印Ａ１方向）に沿い位置決めすることができる。
また、上記素子可変ピッチアレイ１０１では、水平移動モジュール２により、複数の送受波素子Ｃ１が搭載された素子ユニット３を、ベース部材となるフレーム４に対して、垂直方向（矢印Ａ１方向）に直交する水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い位置決めすることができる。

すなわち、上記素子可変ピッチアレイ１０１では、垂直移動モジュール１及び水平移動モジュール２により、素子ユニット３に搭載された各送受波素子Ｃ１を、該素子ユニット３に沿う垂直方向（矢印Ａ１方向）及び／又は水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い自在に移動可能かつ保持することができ、各送受波素子Ｃ１の間隔を自由に変更することができる。
その結果、上記素子可変ピッチアレイ１０１では、図１０～図１３に示されるような送受波素子Ｃ１のピッチ変更が可能となる。

図１０では、垂直方向（矢印Ａ１方向）及び水平方向（矢印Ｂ１方向）の送受波素子Ｃ１のピッチを最小とし、送受波素子Ｃ１全体の高さを最小のＨ１とした例を示している。
図１１では、垂直方向（矢印Ａ１方向）及び水平方向（矢印Ｂ１方向）の送受波素子Ｃ１のピッチを最大とし、送受波素子Ｃ１全体の高さを最大のＨ２とした例を示している。

図１２では、垂直方向（矢印Ａ１方向）及び水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い送受波素子Ｃ１のピッチを調整することで、該送受波素子Ｃ１を千鳥状とした例を示している。
図１３では、垂直方向（矢印Ａ１方向）及び水平方向（矢印Ｂ１方向）に沿い送受波素子Ｃ１のピッチを調整することで、該送受波素子Ｃ１を不等間隔とした例を示している。
そして、上記のような素子可変ピッチアレイ１０１では、図１０～図１３に示されるような送受波素子Ｃ１のピッチ変更が可能となり、これまでのようなアレイの解体、フレームの作り換えという面倒な作業が不要となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 例えば、本実施形態は、第１方向を垂直方向（矢印Ａ１方向）とし、第２方向を水平方向（矢印Ｂ１方向）としたが、これに限定されず、水平面内において第１方向及び第２方向を定義しても良い。

本発明は、格子状に配置される送受波素子、発光素子などの電子素子に適用可能な素子可変ピッチアレイ及び素子ピッチ可変方法に関する。

１ 垂直移動モジュール
２ 水平移動モジュール
３ 素子ユニット
４ フレーム（ベース部材）
１３ ピン（第１係合部材）
２１ 凹凸部（被係合部）
２２Ｂ レール部（第１案内部材）
２６ 固定ネジ（第２係合部材）
３１ レール部（第２案内部材）
３２ 固定孔（被係合部）
５０ ベース部材
５１ 素子ユニット
５２ 第１移動モジュール
５３ 第２移動モジュール
１００ 素子可変ピッチアレイ
１０１ 素子可変ピッチアレイ
Ａ 第１方向
Ａ１ 垂直方向
Ｂ 第２方向
Ｂ１ 水平方向
Ｃ 電子素子
Ｃ１ 送受波素子（電子素子）

Claims (3)

1. 基部となるベース部材と、該ベース部材上に第１方向に沿って設置されかつ電子素子群を同方向に配列した複数の素子ユニットと、を有し、
   前記素子ユニット内には、前記電子素子群に含まれる電子素子のそれぞれを第１方向に沿って移動可能に保持する第１移動モジュールが設けられ、
   前記ベース部材と前記素子ユニットとの間には、前記第１方向に直交する第２方向に沿い前記素子ユニットを移動可能に保持する第２移動モジュールが設けられ、
   前記第１方向は垂直方向であり、前記第２方向は前記第１方向に直交する水平方向であり、
   前記第１移動モジュールは、前記各電子素子の保持部と一体に設けられる第１係合部材と、
   前記第１方向に沿うように前記素子ユニットに設けられかつ前記第１係合部材に選択的に係合される複数の被係合部を有する第１案内部材と、を有し、
   前記第１案内部材の被係合部は、凹部と凸部とが第１方向に沿うように交互に連続的に配置された凹凸部であり、
   前記第２移動モジュールは、前記素子ユニットと一体に設けられる第２係合部材と、前記第２方向に沿うように前記ベース部材に設けられかつ前記第２係合部材に選択的に係合される複数の被係合部を有する第２案内部材と、を有し、
   前記第２案内部材の被係合部は、前記第２方向に沿うように一定の間隔で配置された固定孔であることを特徴とする素子可変ピッチアレイ。
2. 前記電子素子はソーナーおよびまたはレーダーに使用される送受波素子であることを特徴とする請求項１に記載の素子可変ピッチアレイ。
3. 基部となるベース部材と、該ベース部材上に第１方向に沿うように設置されかつ電子素子群を同方向に配列する複数の素子ユニットと、を有する素子アレイにおいて、
   前記素子ユニット内にて、前記電子素子群を構成する電子素子のそれぞれを第１移動モジュールによって第１方向に沿い移動可能に保持する第１移動段階と、
   前記ベース部材にて、前記第１方向に直交する第２方向に沿い第２移動モジュールによって前記素子ユニットを移動可能に保持する第２移動段階と、を有し、
   前記第１方向は垂直方向であり、前記第２方向は前記第１方向に直交する水平方向であり、
   前記第１移動モジュールは、前記各電子素子の保持部と一体に設けられる第１係合部材と、
   前記第１方向に沿うように前記素子ユニットに設けられかつ前記第１係合部材に選択的に係合される複数の被係合部を有する第１案内部材と、を有し、
   前記第１案内部材の被係合部は、凹部と凸部とが第１方向に沿うように交互に連続的に配置された凹凸部であり、
   前記第２移動モジュールは、前記素子ユニットと一体に設けられる第２係合部材と、前記第２方向に沿うように前記ベース部材に設けられかつ前記第２係合部材に選択的に係合される複数の被係合部を有する第２案内部材と、を有し、
   前記第２案内部材の被係合部は、前記第２方向に沿うように一定の間隔で配置された固定孔であることを特徴とする素子ピッチ可変方法。

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