JP6540796B2 - 圧電素子およびこれを備える超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子およびこれを備える超音波センサに関するものである。

一般的な超音波センサは、ケースの内底面に圧電素子を接合することによりユニモルフ構造体を構成し、ケースの底部をベンディング振動させることで超音波を送受信する。特開２００２−２０４４９７号公報（特許文献１）には、積層型の圧電素子を備えた超音波センサが開示されている。

特開２００２−２０４４９７号公報

ケースの内底面に接合した圧電素子の上面には複数の電極が設けられている。この圧電素子の上面に対してＦＰＣなどを接合する際には、一般的に複数の電極にそれぞれ個別に電気的接続がなされるが、実際には、圧電素子の上面の１つの電極に付着すべき導電材料、たとえばはんだが所望の領域に収まらずに溢れて隣の別の電極にまで接してしまうことによって短絡が生じる場合があった。

そこで、本発明は、接合に用いられる導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた圧電素子および超音波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に基づく圧電素子は、複数の圧電体層を積層したものであり、積層方向に沿って互いに逆を向く第１主面および第２主面を有する積層体を備え、上記積層体は、送信部、受信部、および上記送信部と上記受信部とを互いに隔てる分離部を含み、上記第１主面のうち上記送信部に対応する領域を覆うように送信電極が配置されており、上記第１主面のうち上記受信部に対応する領域を覆うように受信電極が配置されており、上記送信電極は、上記積層体の内部または第２主面に配置された導体膜と共に上記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、上記受信電極は、上記積層体の内部または第２主面に配置された導体膜と共に上記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、上記第１主面のうち上記分離部に対応する領域の少なくとも一部は、上記第１主面のうち上記送信電極が配置されている領域および上記受信電極が配置されている領域に比べて凹または凸となっている。

上記発明において好ましくは、上記送信部および上記受信部は、内部に圧電体層と導体膜とが交互に配置された構造を含んでおり、上記分離部は、上記積層方向に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む。

上記発明において好ましくは、有底筒状のケースと、上記ケースの内底面に対して、上記第２主面が対向するように接合された上述の圧電素子と、複数の配線を含み、上記複数の配線が上記受信電極および上記送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、上記第１主面に対して接合された配線引出部品とを備える。

上記発明において好ましくは、上記配線引出部品は、上記第１主面に対して異方性導電性接着剤によって接合されている。

上記発明において好ましくは、上記異方性導電性接着剤は、はんだを含む。

本発明によれば、接合に用いられる導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた圧電素子および超音波センサを実現することができる。

本発明に基づく実施の形態１における超音波センサを備えるセンサ装置の機能ブロック図である。 本発明に基づく実施の形態１における超音波センサの断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子にＦＰＣを接合した状態を示す平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子の平面図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子の斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子の内部構造も示した斜視図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子に備えられる各種電極の組合せの説明図である。 図４におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に関する矢視断面図である。 図４におけるＩＸ−ＩＸ線に関する矢視断面図である。 図４におけるＸ−Ｘ線に関する矢視断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子の平面図において第１主面が凹となっている領域にハッチングを付した説明図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子とＦＰＣとの接合界面近傍の第１の部分断面図である。 本発明に基づく実施の形態１における圧電素子とＦＰＣとの接合界面近傍の第２の部分断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における圧電素子の第１の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における圧電素子の第２の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における圧電素子の第３の断面図である。 本発明に基づく実施の形態２における圧電素子とＦＰＣとの接合界面近傍の部分断面図である。 本発明に基づく実施の形態３における圧電素子の断面図である。 本発明に基づく実施の形態４における圧電素子の断面図である。 本発明に基づく圧電素子の電極同士の間隙の第１の説明図である。 本発明に基づく圧電素子の電極同士の間隙の第２の説明図である。 ３端子型の圧電素子の一例の斜視図である。 図２２に示した状態から圧電素子を裏返した状態の斜視図である。 ３端子型の圧電素子の一例の模式的断面図である。 ４端子型の圧電素子の一例の斜視図である。 図２５に示した状態から圧電素子を裏返した状態の斜視図である。 ４端子型の圧電素子の一例の模式的断面図である。 本発明に基づく実施の形態５における超音波センサを備えるセンサ装置の機能ブロック図である。

本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。個数および量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数および量などに限定されない。同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における超音波センサ１００を備えたセンサ装置１の機能ブロックを示す図である。センサ装置１は、超音波センサ１００、マイコン１０１、メモリ１０２、検出回路１０３、信号生成回路１０４、電源１０５、および受信アンプ１０６を備える。超音波センサ１００は、圧電素子５０を備え、この圧電素子５０は電極１０，２０，３０からなる３端子構造を有している。

マイコン１０１は、メモリ１０２に格納されているデータを読み出し、制御信号を信号生成回路１０４に出力する。信号生成回路１０４は、制御信号に基づいて直流電圧から交流電圧を生成する。交流電圧は、超音波センサ１００に供給され、超音波センサ１００から気中などに向けて超音波が送信（送波）される。超音波センサ１００が物標からの反射波を受信した際、超音波センサ１００にて発生した受波信号は電圧値として受信アンプ１０６に送られ、検出回路１０３を通してマイコン１０１に入力される。マイコン１０１により、物標の有無や移動に関する情報を把握することが可能となる。

（超音波センサ１００）
図２は、実施の形態１における超音波センサ１００を示す断面図である。超音波センサ１００は、圧電素子５０、ケース６０、吸音材６３、接着剤６４、接合剤６５、充填剤７１，７２、およびＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）８０を備える。ケース６０は、導電性を有し、有底筒状に形成される。ケース６０は、たとえば、高い弾性を有し且つ軽量なアルミニウムからなる。ケース６０は、このようなアルミニウムをたとえば鍛造または切削加工をすることによって作製される。

ケース６０は、円板状の底部６２と、底部６２の周縁に沿って設けられた円筒状の筒状部６１とを含む。底部６２は、内底面６２Ｓおよび外面６２Ｔを有する。圧電素子５０は、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子５０は、底部６２の内底面６２Ｓ上に配置され、接着剤６４を用いて内底面６２Ｓに接合される。接着剤６４は、たとえばエポキシ系接着剤である。超音波センサ１００が駆動している際には、圧電素子５０は、底部６２とともにベンディング振動する。

圧電素子５０は、図示しない３つの電極（図１における電極１０〜３０に相当する部位。詳細は後述する）を有している。図３に示すように、ＦＰＣ８０の先端部８０ＴはたとえばＴ字形状を有する。ＦＰＣ８０は、接合剤６５を介してこれらの電極に電気的に接合される。接合剤６５としては、たとえば金属が添加された樹脂材料が用いられる。ＦＰＣ８０のうちの圧電素子５０に接合された部分とは反対側の部分は、ケース６０の外に取り出され、信号生成回路１０４（図１）および受信アンプ１０６（図１）などに電気的に接続されている。

（圧電素子５０）
図３は、圧電素子５０およびＦＰＣ８０を示す平面図である。図４は、圧電素子５０（ＦＰＣ８０を取り外した状態）を示す平面図である。図５は、圧電素子５０を示す斜視図である。図６は、圧電素子５０およびその内部構造を示す斜視図である。図７は、圧電素子５０に備えられる電極１０，２０，３０の組合せの説明図である。図８は、図４中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図９は、図４中のＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視断面図である。図１０は、図４中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。

図３〜図１０においては、説明上の便宜のため矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを示している。矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、互いに直交する関係を有する。以下、圧電素子５０の各構成について矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを参照しつつ説明する場合があるが、各構成の配置関係（直交および平行に関する特徴）は、必ずしも矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示す配置関係に限定されるものではない。これらについては、後述する図１１〜図１６においても同様である。

図３〜図１０に示すように、圧電素子５０は、積層型の圧電素子であり、接着剤６４を用いてケース６０の内底面６２Ｓに貼り付けられる。圧電素子５０は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有する。具体的には、圧電素子５０は、圧電体層４０（図３〜図６，図８〜図１０）と、電極１０（図７）と、電極２０（図７）と、電極３０（図７）とを含む。圧電体層４０の外形形状は略直方体であり（図５，図６参照）、圧電体層４０は、上面４１、側面４２〜４５、および下面４６を有している。

上面４１は、圧電素子５０の積層方向に沿った一方向を向く主面であって、圧電体層４０のうちの矢印Ｚ方向の側に位置する表面であり、下面４６は、圧電体層４０のうちの矢印Ｚ方向とは反対方向の側に位置する表面である。側面４２，４４は、圧電体層４０のうちの矢印Ｘ方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。側面４３，４５は、圧電体層４０のうちの矢印Ｙ方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。

（電極１０（受信電極））
電極１０は、円板部１１および延出部１２を含む（図７参照）。電極１０は、受信電極として機能する。延出部１２は、円板部１１の外縁から外方に向かって延出する形状を有する。延出部１２は、円板部１１が位置している側から圧電体層４０の側面４２が位置している側に向かって延びるように配置される。図３に示すように、ＦＰＣ８０に設けられた配線パターン８１と電極１０の延出部１２との間の部分（接続箇所１０Ｃ）において、電極１０とＦＰＣ８０（配線パターン８１）とは電気的に接続される（図４，図５も参照）。

（電極２０（送信電極））
電極２０は、端面部２１、上面部２２、および中間部２３，２４を含む（図７参照）。電極２０は、送信電極として機能する。すなわち、電極２０，３０間に交流電圧が印加されることで、電極２０は電極３０との間に電位差を形成する。端面部２１は、圧電体層４０の側面４２（図５）に対向し、側面４２に接する。端面部２１の端部２１Ｔは、電極２０のうちの接着面の側（接着剤６４の側）に位置する部位である。端部２１Ｔは、圧電素子５０の長手方向における側面４２の下端部の一部に沿って延びる形状を有している。

電極２０の上面部２２は、端面部２１の矢印Ｚ方向の側の端部に連設され、圧電体層４０の上面４１上に配置される。中間部２３，２４は、電極２０のうちの圧電体層４０の内部に配置される部位であり、圧電素子５０が完成した状態ではこれらは視認されない（図５参照）。中間部２３と中間部２４との間には、電極３０の中間部３３が配置される（図８〜図１０など参照）。なお、ここで図示した例においては、中間部２３，２４は圧電素子５０の外部からは視認できない構成として説明したが、中間部２３，２４の一方または両方が外部から視認されうるような構成であってもよい。

中間部２３，２４の内側には、くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈ（図７）と、切欠き部２３Ｔ，２４Ｔとがそれぞれ設けられる。図７および図９に示すように、中間部２３，２４の矢印Ｘとは反対方向における端部（具体的には、端面部２１が位置している側の端部）は、端面部２１に接続している。一方で、中間部２３，２４の矢印Ｘ方向における端部は、後述する電極３０の端面部３１に接続しておらず、端面部３１から離れている。図３に示すように、ＦＰＣ８０に設けられた配線パターン８２と電極２０の上面部２２との間の部分（接続箇所２０Ｃ）において、電極２０とＦＰＣ８０（配線パターン８２）とは電気的に接続される（図４，図５も参照）。

（電極３０）
接地電極としての電極３０は、端面部３１、上面部３２、中間部３３および下面部３４を含む（図７参照）。電極３０は、共通電極として機能する。端面部３１は、圧電体層４０の側面４４（図５）に対向し、側面４４に接する。下面部３４は、圧電体層４０の下面４６に対向し、下面４６に接する。上面部３２は、端面部３１の矢印Ｚ方向の側の端部に連設され、圧電体層４０の上面４１上に配置される。中間部３３は、電極３０のうちの圧電体層４０の内部に配置される部位であり、圧電素子５０が完成した状態では中間部３３は視認されない（図５参照）。なお、ここで図示した例においては、中間部３３は圧電素子５０の外部からは視認できない構成として説明したが、中間部３３は外部から視認されうるような構成であってもよい。

上面部３２および中間部３３の内側には、くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈ（図７）がそれぞれ設けられる。くり抜き部３２Ｈの内側に、電極１０の円板部１１が配置される（図５参照）。上面部３２および中間部３３の内側には、切欠き部３２Ｔ，３３Ｔもそれぞれ設けられる。切欠き部３２Ｔの内側に、電極１０の延出部１２が配置される（図５参照）。上面部３２のうちの矢印Ｙとは反対方向における部分には、後退部３２Ｆが設けられる。後退部３２Ｆは、電極２０の上面部２２の配置を許容するための部位である。

図７および図９に示すように、上面部３２、中間部３３および下面部３４の矢印Ｘ方向における端部は、端面部３１に接続している。一方で、上面部３２、中間部３３および下面部３４の矢印Ｘとは反対方向における端部は、電極２０の端面部２１に接続しておらず、端面部２１から離れている。図３に示すように、ＦＰＣ８０に設けられた配線パターン８３と電極３０の上面部３２との間の部分（接続箇所３０Ｃ）において、電極３０とＦＰＣ８０（配線パターン８３）とは電気的に接続される（図４，図５も参照）。

（送信部および受信部）
図８〜図１０を参照して、圧電体層４０の内部には、送信部４０Ｎおよび受信部４０Ｍが形成される。送信部４０Ｎは、第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ４からなる４層構造を有している。第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ４は、ケース６０の底部６２から遠ざかる方向に積層され、電極２０および電極３０によって電気的に並列接続される。図８〜図１０中の白色矢印は、各圧電体層の分極方向を示している。一方で、受信部４０Ｍは、第２単位圧電体層Ｍ１の１層構造を有している。

電極３０の下面部３４は、送信部４０Ｎおよび受信部４０Ｍの双方に及んで広がる形状を有している。電極２０の上面部２２は、第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ４を含む送信部４０Ｎを間に挟んで電極３０の下面部３４に対向している。電極１０の円板部１１は、第２単位圧電体層Ｍ１を含む受信部４０Ｍを間に挟んで電極３０の下面部３４に対向している。

すなわち、圧電体層４０のうち、電極２０の上面部２２と電極３０の下面部３４との間に位置する領域、電極２０の中間部２３と電極３０の上面部３２との間に位置する領域、および電極２０の中間部２３と電極３０の下面部３４との間に位置する領域が、送信部４０Ｎとして機能する。一方で、圧電体層４０のうち、電極１０の円板部１１と電極３０の下面部３４との間に位置する領域が受信部４０Ｍとして機能する。

図８および図１０に示すように、送信部４０Ｎと受信部４０Ｍとは、ケース６０の底部６２の内底面６２Ｓの表面方向（Ｘ−Ｙ面方向）において互いに隣り合う位置に形成されている。具体的には、圧電体層４０の中心部に受信部４０Ｍが設けられており、受信部４０Ｍを囲むように、受信部４０Ｍよりも径方向の外側である周辺部に、送信部４０Ｎが設けられている。

図９および図１０に示すように、圧電素子５０においては、圧電素子５０の接着面の側（圧電素子５０のうちのケース６０の底部６２に接着される面の側）に、電極３０の下面部３４と、電極２０の端面部２１の端部２１Ｔとが位置している。電極３０の下面部３４は、接着剤６４によりケース６０の底部６２（内底面６２Ｓ）に貼り付けられている。上述のとおり、電極２０，３０間に交流電圧が印加されることで、電極２０は電極３０との間に電位差を形成する。これにより、超音波センサ１００は超音波を送波することが可能となる。超音波を送波している間は電極３０には交流電圧が印加されるが、超音波を受波している間は電極３０の電位は０ボルトとなる。これにより、超音波センサ１００は超音波を受波することが可能となる。

図８および図１０に示すように、圧電体層４０の上面４１のうち電極１０と電極３０との間で露出している部分は凹んでいる。積層体のうち受信部４０Ｍと送信部４０Ｎとを互いに隔てる部分は分離部に相当する。上面４１が凹んでいる領域は、分離部に対応する領域の少なくとも一部である。図８〜図１０における圧電体層４０の上面が「第１主面」に相当し、下面が「第２主面」に相当する。

本実施の形態における圧電素子５０は、複数の圧電体層を積層したものであり、積層方向に沿って互いに逆を向く第１主面としての上面４１および第２主面としての下面４６を有する積層体を備える。この積層体は、送信部４０Ｎ、受信部４０Ｍ、および送信部４０Ｎと受信部４０Ｍとを互いに隔てる分離部を含む。第１主面（上面４１）のうち送信部４０Ｎに対応する領域を覆うように送信電極としての電極３０が配置されている。第１主面（上面４１）のうち受信部４０Ｍに対応する領域を覆うように受信電極としての電極１０が配置されている。送信電極（電極３０）は、積層体の内部または第２主面（下面４６）に配置された導体膜と共に複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでいる。受信電極（電極１０）は、積層体の内部または第２主面（下面４６）に配置された導体膜と共に複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでいる。第１主面（上面４１）のうち分離部に対応する領域の少なくとも一部は、第１主面のうち送信電極（電極３０）が配置されている領域および受信電極（電極１０）が配置されている領域に比べて凹または凸となっている。ここでは、「凹または凸」としたが、図８および図１０に示した例では、前述の分離部に対応する領域の少なくとも一部が凹となっている。圧電素子５０の平面図は既に図４に示しているが、平面図において第１主面が凹となっている領域にハッチングを付したものを図１１に示す。電極１０と電極３０との間の領域が凹となっている。これは、分離部に対応する領域である。一方、電極２０と電極３０との間の領域においては、第１主面は凹とはなっていない。

本実施の形態における圧電素子５０において、上面にＦＰＣ８０を接合した状態の、界面近傍の部分断面図を図１２に示す。圧電体層の積層体の第１主面には電極１０および電極３０が配置されている。積層体の第１主面のうち電極１０と電極３０との間の領域には凹部が形成されている。ＦＰＣ８０の表面には配線パターン８１，８３が設けられている。圧電素子５０の上面とＦＰＣ８０との接合は、異方性導電性接着剤によって行なわれる。異方性導電性接着剤は、接着剤としての樹脂の中にはんだ粒が混在しているものであり、接合を行なうことにより、はんだ粒が金属からなる電極の近傍に凝集して電気的接続がなされるものである。図１２に示した例では、２ヶ所にはんだ接合部６７が形成されているのが見えている。はんだ接合部６７はそれぞれはんだ粒が凝集して溶融することによって形成されたものである。はんだ接合部６７によって、電極１０は配線パターン８１と電気的に接続され、電極３０は配線パターン８３と電気的に接続されている。電極１０と電極３０との間には凹部が形成されているので、積層体の表面に沿った距離は凹部がない場合に比べて長くなっている。これにより、はんだ接合部６７が隣の不所望な電極にまで達する確率が減じられている。

また、図１３に示すように、はんだ粒６８が電極１０に付着しきれずに側方に溢れたとしても、はんだ粒６８が凹部に収容されるので、はんだ粒が隣の電極３０にまで到達する確率が減じられる。

（実施の形態２）
実施の形態２における超音波センサ１００が備える圧電素子５０Ａの構成は、実施の形態１で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。

本実施の形態における圧電素子５０Ａにおいて、実施の形態１の図８〜図１０に相当する断面図を図１４〜図１６にそれぞれ示す。

本実施の形態では、第１主面（上面４１）のうち分離部に対応する領域の少なくとも一部は、第１主面のうち送信電極（電極３０）が配置されている領域および受信電極（電極１０）が配置されている領域に比べて凸となっている。第１主面のうち図１１においてハッチングを付して示した領域が凸となっている。すなわち、電極１０と電極３０との間の領域が凸となっている。これは、分離部に対応する領域である。一方、電極２０と電極３０との間の領域においては、第１主面は凸とはなっていない。

本実施の形態における圧電素子５０Ａにおいて、上面にＦＰＣ８０を接合した状態の、界面近傍の部分断面図を図１７に示す。積層体の第１主面のうち電極１０と電極３０との間の領域には凸部が形成されている。電極１０と電極３０との間にこのように凸部が形成されているので、積層体の表面に沿った距離は凸部がない場合に比べて長くなっている。これにより、はんだ接合部６７が隣の不所望な電極にまで達する確率が減じられている。また、図１７に示すように、はんだが電極１０に付着しきれずに側方に溢れたとしても、はんだが凸部によってせき止められるので、はんだが隣の電極３０にまで到達する確率が減じられる。

なお、実施の形態１，２において示した凹部または凸部は、任意の方法によって形成してよい。たとえば予め凹凸が設けられた型を用いて型押し加工することによって積層体の上面に凹凸を形成してもよい。あるいは、上面に対して何らかの除去加工を施すことによって凹部を形成してもよい。

なお、実施の形態１，２では、ＦＰＣ８０との間の電気的接続のために用いられる導電材料がはんだであるものとして説明したが、これはあくまで一例である。導電材料ははんだに限らず、他の材料であってもよい。

（実施の形態３）
実施の形態３における超音波センサ１００が備える圧電素子５０Ｂの構成は、実施の形態１で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。

本実施の形態における圧電素子５０Ｂでは、図１８に示すように、積層体の第１主面としての上面４１のうち分離部に対応する領域においては凹部が形成されており、受信部４０Ｍにおいて、内部電極７５，７６，７７が配置されている。内部電極７５，７６，７７はダミー電極であってもよく、何らかの機能を有する電極であってもよい。

（実施の形態４）
実施の形態４における超音波センサ１００が備える圧電素子５０Ｃの構成は、実施の形態２で説明したものと基本的には共通するが、以下の点で異なる。

本実施の形態における圧電素子５０Ｃでは、図１９に示すように、積層体の第１主面としての上面４１のうち分離部に対応する領域においては凸部が形成されており、受信部４０Ｍにおいて、内部電極７５，７６，７７が配置されている。内部電極７５，７６，７７はダミー電極であってもよく、何らかの機能を有する電極であってもよい。

実施の形態３，４に関しては、以下のように表現することができる。圧電素子における送信部４０Ｎおよび受信部４０Ｍは、内部に圧電体層と導体膜とが交互に配置された構造を含んでおり、分離部は、積層方向（第１主面（上面４１）に対して垂直な方向）に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む。

実施の形態３，４では、内部電極の有無によってもたらされる変形現象を利用して、積層体の第１主面としての上面４１のうち分離部に対応する領域において凹または凸を形成することができる。実施の形態３，４においては、このようにして凹または凸を形成することにより、実施の形態１または２で説明した効果を得ることができる。

なお、図１２、図１３、図１７に示した例では、積層体の第１主面に配置された電極同士の間の間隙の全体が凹または凸となっている状態を示したが、必ずしも間隙の全体が凹または凸となっている必要はない。たとえば図２０および図２１に示すように、間隙の一部が凹または凸となっている構成であってもよい。このような場合にも、実施の形態１〜４で説明したのと同様の効果を得ることができる。図２０および図２１では、内部電極７６，７７の端の位置と電極１０の端の位置とが異なっている。内部電極の有無を利用して積層体の第１主面に凹凸を形成する場合には、内部電極がない領域に凹または凸が形成される傾向がある。この現象により凹または凸が形成される領域は、第１主面に配置された電極同士の間の間隙として見える領域と一致していない場合がある。このような位置関係にあると結果的に、図２０および図２１にそれぞれ示したように、間隙の一部が凹または凸となった構成が得られる場合がある。このような構成であっても実施の形態１〜４で説明したのと同様の効果を得ることができる。

本発明は、以下に示すようなさまざまな形式の圧電素子にも適用することができる。
図２２〜図２４に、３端子型の圧電素子の一例として圧電素子５０Ｄを示す。３端子型の圧電素子とは、図２２に示すように、圧電素子５０Ｄの上面すなわち第１主面に電極１０、電極２０Ｄの一部、電極３０Ｄの一部が配置されている形式のものをいう。図２２では、電極２０Ｄの端面部２１Ｄおよび電極３０Ｄの上面部３２Ｄが示されている。図２２に示した状態から裏返した様子を図２３に示す。図２３に示すように下面すなわち第２主面のほとんどの領域は電極２０Ｄによって覆われている。図２３では、電極２０Ｄの下面部２２Ｄおよび電極３０Ｄの端面部３１Ｄが示されている。さらに、圧電素子５０Ｄの擬似的な断面図を図２４に示す。ただし、図２４は、図２２のいずれかの箇所でまっすぐ切ることによって実際に現れる断面図ではなく、説明の便宜のために、図２２に示されている電極１０、電極２０Ｄ、電極３０Ｄの真下の部分の断面を同じ幅ずつ並べて擬似的に表示したものである。図２４においては、電極１０と電極２０Ｄとの間の分離部も示されている。電極１０と電極３０Ｄとの間の分離部も示されている。図２４に示した例では、これらの分離部において凹または凸が形成されている。

ここでは３端子型である圧電素子を例示したが、圧電素子は３端子型には限らない。３以上の端子を有する型であってもよい。

図２５〜図２６に、４端子型の圧電素子の一例として圧電素子５０Ｅを示す。４端子型の圧電素子とは、図２５に示すように、圧電素子５０Ｅの上面に電極１０、電極２０Ａの一部、電極２０Ｂの一部、電極３０Ａの一部が配置されている形式のものをいう。図２５に示した状態から裏返した様子を図２６に示す。図２６に示すように下面すなわち第２主面のほとんどの領域は電極３０Ａによって覆われている。さらに圧電素子５０Ｅの擬似的な断面図を図２７に示す。図２７は図２４と同様に、３通りの部分を並べて便宜的に表示した断面図である。この圧電素子５０Ｅにおいては、電極２０Ａ，２０Ｂがそれぞれ送信電極に相当する。電極１０が受信電極に相当する。

（実施の形態５）
本発明に基づく実施の形態５における超音波センサ２００について説明する。図２８は、超音波センサ２００を備えたセンサ装置１Ｌの機能ブロックを示す図であり、実施の形態１における図１に対応している。超音波センサ２００は、圧電素子５０Ｅを備えており、この圧電素子５０Ｅは電極１０，２０Ａ，２０Ｂ，３０Ａを備える４端子構造を有している。電極２０Ａ，２０Ｂは、信号生成回路１０４に接続されている。電極１０は、受信アンプ１０６に接続されており、電極３０Ａは接地されている。

図２に示すように、本実施の形態における超音波センサ１００は、ケース６０と、圧電素子５０と、ＦＰＣ８０とを備える。ケース６０は有底筒状である。圧電素子５０は、ケース６０の内底面６２Ｓに対して、第２主面が対向するように接合されている。ＦＰＣ８０は複数の配線を含む。ＦＰＣ８０は、複数の配線が受信電極および送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、第１主面に対して接合された配線引出部品である。ここでいう圧電素子５０は、これまでのいずれかの実施の形態で説明した構成の圧電素子である。

本実施の形態における超音波センサ１００は、この構成を採用することにより、圧電素子と配線引出部品との接合箇所で導電材料があふれることによる短絡が発生する確率を減じた超音波センサとすることができる。

配線引出部品は、第１主面（積層体の上面４１）に対して異方性導電性接着剤によって接合されていることが好ましい。このように接合に異方性導電性接着剤を用いる場合には、短絡が発生する確率を減じるという効果を特に顕著に享受することができる。図２では、配線引出部品がＦＰＣ８０である例が示されているが、配線引出部品が他の種類の部品であっても同様である。

異方性導電性接着剤は、はんだを含むことが好ましい。このように異方性導電性接着剤が導電材料としてはんだを含む場合には、短絡が発生する確率を減じるという効果を特に顕著に享受することができる。

なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

１，１Ｌ センサ装置、１０ 電極（受信電極）、１０Ｃ，２０Ｃ，３０Ｃ 接続箇所、１１ 円板部、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｄ，３０Ｄ，３０ 電極、２１，２１Ｄ，３１Ｄ 端面部、２１Ｔ 端部、２２，３２Ｄ 上面部、２２Ｄ 下面部、２３，２４ 中間部、２３Ｈ，２４Ｈ くり抜き部、２３Ｔ，２４Ｔ 切欠き部、３０Ａ 電極（接地電極）、３１ 端面部、３２Ｈ，３３Ｈ くり抜き部、３２Ｔ，３３Ｔ 切欠き部、３３ 中間部、４０ 圧電体層、４０Ｍ 受信部、４０Ｎ 送信部、４１ （圧電体層の）上面、４２，４４ （圧電体層の）側面、４６ 下面、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ 圧電素子、６０ ケース、６１ 筒状部、６２ 底部、６２Ｓ 内底面、６２Ｔ 外面、６３ 吸音材、６４ 接着剤、６５ 結合剤、６７ はんだ接合部、６８ はんだ粒、６９ 樹脂部、７１，７２ 充填剤、７５，７６，７７ 内部電極、８０ ＦＰＣ、８１，８２，８３ 配線パターン、１００，２００ 超音波センサ、１０１ マイコン、１０２ メモリ、１０３ 検出回路、１０４ 信号生成回路、１０５ 電源、１０６ 受信アンプ、Ｎ１〜Ｎ４ 第１単位圧電体層、Ｍ１ 第２単位圧電体層。

Claims (5)

1. 複数の圧電体層を積層したものであり、積層方向に沿って互いに逆を向く第１主面および第２主面を有する積層体を備え、
   前記積層体は、送信部、受信部、および前記送信部と前記受信部とを互いに隔てる分離部を含み、
   前記第１主面のうち前記送信部に対応する領域を覆うように送信電極が配置されており、
   前記第１主面のうち前記受信部に対応する領域を覆うように受信電極が配置されており、
   前記送信電極は、前記積層体の内部または第２主面に配置された導体膜と共に前記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、
   前記受信電極は、前記積層体の内部または第２主面に配置された導体膜と共に前記複数の圧電体層のうちの少なくとも一部を挟み込んでおり、
   前記第１主面のうち前記分離部に対応する領域の少なくとも一部は、前記第１主面のうち前記送信電極が配置されている領域および前記受信電極が配置されている領域に比べて凸となっている、圧電素子。
2. 前記送信部および前記受信部は、内部に圧電体層と導体膜とが交互に配置された構造を含んでおり、
   前記分離部は、前記積層方向に沿って平面視したときに、内部に導体膜が含まれていない部分を含む、請求項１に記載の圧電素子。
3. 有底筒状のケースと、
   前記ケースの内底面に対して、前記第２主面が対向するように接合された請求項１または２に記載の圧電素子と、
   複数の配線を含み、前記複数の配線が前記受信電極および前記送信電極に対して個別に電気的接続がなされるように、前記第１主面に対して接合された配線引出部品とを備える、超音波センサ。
4. 前記配線引出部品は、前記第１主面に対して異方性導電性接着剤によって接合されている、請求項３に記載の超音波センサ。
5. 前記異方性導電性接着剤は、はんだを含む、請求項４に記載の超音波センサ。

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