CN115023957A - 超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

在超声波传感器(100)中，压电体(130)具有第1面(131)以及第2面(132)。第1电极(140)设置在第1面(131)。第2电极(150)设置在第2面(132)。第2电极(150)隔着压电体(130)与第1电极(140)对置。第3电极(160)设置在第2面(132)。第3电极(160)与第2电极(150)分离。第3电极(160)与第1电极(140)电连接。从作为第1面(131)和第2面(132)排列的方向的厚度方向(Z)观察，第2电极(150)在第1方向(D1)上延伸至第2面(132)的两端缘(132A)，在与第1方向(D1)正交的第2方向(D2)上与第2面(132)的两端缘(132B)分离。

Description

超声波传感器
技术领域
本发明涉及超声波传感器。
背景技术
作为公开了超声波传感器的结构的文献，有日本特开平7-154898号公报(专利文献1)以及国际公开第2013/047544号(专利文献2)。此外，作为公开了压电元件的结构的文献，有日本实开昭63-59499号公报(专利文献3)。
在专利文献1公开的超声波传感器具备圆板状的声匹配板和圆板状压电元件板。圆板状压电元件板与圆板状的声匹配板的上表面接合。在圆板状压电元件板的表面和背面形成有两个电极层。位于声匹配板侧的电极层具有电引出端。电引出端延伸到表面侧。
在专利文献2公开的超声波传感器具备壳体和压电元件。壳体为有底筒状，具有底面部。底面部为振动区域。压电元件具有压电基板、第1电极、第2电极、以及第3电极。压电基板具有第1面和第2面。第2面与第1面对置。第1电极设置在第1面。第1电极与底面部接合。第2电极设置在第2面的一部分。第3电极在第2面的一部分与第2电极分离地设置。第3电极与第1电极连接。在俯视底面部时，压电元件配置在自身的中心与振动区域的中心不同的位置。
在专利文献3公开的压电元件具备压电器主体、第1电极部、第2电极部、以及第3电极部。压电器主体在厚度方向上进行纵向振动。压电器主体具有与振动方向垂直且相互对置的第1面和第2面。第1电极部设置在第1面。第2电极部配设在第2面并与第1电极部连接。第2电极部具有引线连接部。第3电极部与第2电极部分离地配设在第2面。第3电极部具有引线连接部。第2电极部的引线连接部和第3电极部的引线连接部设置在第2面的外缘部。第2电极部和第3电极部中的任一者的外缘部形状设定为与第1电极部的外缘部形状大致相同。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-154898号公报
专利文献2：国际公开第2013/047544号
专利文献3：日本实开昭63-59499号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1以及专利文献2公开的以往的超声波传感器构成为不经由壳体等压电元件以外的构件就能够在压电元件的电极直接连接布线。
然而，在专利文献1公开的超声波传感器中，从压电体的厚度方向观察，关于压电元件整体的中心，两个电极彼此对置的部分，即，电极中的构成振动区域的部分的形状的对称性低。因此，由于与压电元件的振动区域的振动相伴的压电元件整体的振动而产生杂散振动，该杂散振动是基于与所希望的谐振频率不同的杂散频率的模式的振动。即使在超声波传感器被设计为基于谐振频率的振动模式的振动的余响时间变短的情况下，也不会被设计为杂散振动的余响时间变短。其结果是，由于杂散振动的余响，超声波传感器的余响时间变长，超声波传感器的余响特性下降。
在专利文献2公开的超声波传感器中，从压电体的厚度方向观察，关于壳体的中心，压电元件的电极中的构成振动区域的部分的形状的对称性变高。然而，与在专利文献1公开的压电元件同样地，关于压电元件整体的中心，构成压电元件的振动区域的电极的形状的对称性低。因此，超声波传感器的余响特性的下降的抑制并不充分。
此外，在专利文献3中，公开了如下的压电元件，即，从压电体的厚度方向观察，关于压电元件整体的中心，电极中的构成振动区域的部分的形状的对称性比较高。然而，电极中的构成振动区域的部分的面积相对于压电元件整体较小，该压电元件的振动的强度低。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能够在压电元件的电极直接连接布线且能够在提高由压电元件引起的振动的强度的同时抑制余响特性的下降的超声波传感器。
用于解决问题的技术方案
基于本发明的超声波传感器具备壳体和压电元件。壳体具有底部以及周壁部。压电元件在壳体内配置在底部上。压电元件包含压电体、第1电极、第2电极、以及第3电极。压电体具有第1面以及第2面。第1面位于底部侧。第2面位于与第1面相反侧。第1电极设置在第1面。第2电极设置在第2面。第2电极隔着压电体与第1电极对置。第3电极设置在第2面。第3电极与第2电极分离。第3电极与第1电极电连接。从作为第1面和第2面排列的方向的厚度方向观察，第2电极在第1方向上延伸至第2面的两端缘，并在与第1方向正交的第2方向上与第2面的两端缘分离。
发明效果
根据本发明，能够在压电元件的电极直接连接布线，并且能够在提高由压电元件引起的振动的强度的同时抑制余响特性的下降。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1涉及的超声波传感器的结构的剖视图。
图2是从II-II线箭头方向对图1的超声波传感器进行观察的剖视图。
图3是示出本发明的实施方式1的变形例涉及的超声波传感器的结构的剖视图。
图4是示出比较例1涉及的超声波传感器的结构的剖视图。
图5是示出比较例2涉及的超声波传感器的结构的剖视图。
图6是示出通过对实施例1涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。
图7是示出通过对实施例2涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。
图8是示出通过对比较例1涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。
图9是示出通过对比较例2涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。
图10是示出本发明的实施方式2涉及的超声波传感器的结构的剖视图。
图11是从XI-XI线箭头方向对图10的超声波传感器进行观察的剖视图。
图12是示出本发明的实施方式3涉及的超声波传感器中的压电元件的结构的俯视图。
图13是示出本发明的实施方式4涉及的超声波传感器中的压电元件的结构的俯视图。
具体实施方式
以下，参照图对本发明的各实施方式涉及的超声波传感器进行说明。在以下的实施方式的说明中，对图中的相同或相当部分标注相同附图标记，且不再重复其说明。
(实施方式1)
图1是示出本发明的实施方式1涉及的超声波传感器的结构的剖视图。图2是从II-II线箭头方向对图1的超声波传感器进行观察的剖视图。如图1以及图2所示，本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100具备壳体110和压电元件120。
壳体110具有底部111以及周壁部112。如图2所示，在从壳体110的位于与底部111相反侧的开口端侧对超声波传感器100进行观察时，底部111整体具有圆形的外形。从该开口端侧观察时的底部111整体的直径例如为15.5mm。
在本发明的实施方式1中，从壳体110的位于与底部111相反侧的开口端观察，底部111的面向壳体内的部分111A以穿过该部分111A的中心点C1且与第1方向D1平行的假想线为对称轴而具有线对称的外形。此外，从上述开口端观察，上述部分111A以穿过上述中心点C1且与第2方向D2平行的假想线为对称轴而具有线对称的外形，其中，第2方向D2与第1方向D1正交。
在本发明的实施方式1中，具体地，从壳体110的开口端侧观察，底部111的面向壳体110内的部分111A具有矩形的外形。从壳体110的开口端侧观察，底部111的上述部分111A的外形具有与第1方向D1平行的两个长边，并具有与第2方向D2平行的两个短边。另外，底部111的上述部分111A的外形也可以具有与第2方向D2平行的两个长边，并具有与第1方向D1平行的两个短边。
从壳体110的开口端观察，底部111的上述部分111A的第1方向D1上的长度例如为13mm，第2方向D2上的长度例如为7mm。
在本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100中，底部111的面向壳体110内的部分111A成为壳体110的主要的振动区域。
如图1以及图2所示，周壁部112的从开口方向观察时的开口端的面积比上述部分111A的面积大。
在本发明的实施方式1中，壳体110包含铝或铝合金等导电性材料。另外，壳体110也可以包含绝缘性材料。
如图2所示，压电元件120在壳体110内配置在底部111上。压电元件120例如通过环氧树脂等粘接剂接合在底部111上。
如图1以及图2所示，压电元件120包含压电体130、第1电极140、第2电极150、以及第3电极160。
压电体130具有第1面131以及第2面132。第1面131位于底部111侧。第2面132位于与第1面131相反侧。在本发明的实施方式1中，第1面131和第2面132位于相互平行的位置。
如图2所示，从作为第1面131和第2面132排列的方向的厚度方向Z观察，压电体130以穿过压电体130的中心点C3且与第1方向D1平行的假想线L为对称轴而具有线对称的外形。此外，压电体130以穿过压电体130的中心点C3且与第2方向D2平行的假想线为对称轴而具有线对称的外形。另外，上述的厚度方向Z与从开口端侧对底部111进行观察时的方向相同。
在本发明的实施方式1中，具体地，在从厚度方向Z观察时，压电体130具有矩形的外形。从厚度方向Z观察，压电体130具有与第1方向D1平行的两个长边，并具有与第2方向D2平行的两个短边。压电体130的从厚度方向Z观察时的第1方向D1上的长度例如为6.5mm，第2方向D2上的长度例如为5.2mm以上且5.8mm以下。另外，压电体130也可以具有与第2方向D2平行的长边，并具有与第1方向D1平行的短边。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，压电体130的中心点C3和底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1彼此一致。
另外，在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，压电体130的中心点C3和底部111的面向壳体内的部分111A的中心点C1未必一定要彼此一致。图3是示出本发明的实施方式1的变形例涉及的超声波传感器的结构的剖视图。在图3中，以与图2所示的本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的剖视进行了图示。
如图3所示，在本发明的实施方式1的变形例涉及的超声波传感器100a中，从厚度方向Z观察，压电体130的中心点C3相对于底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1位于在第1方向D1上分离的位置。关于本发明的实施方式1的变形例涉及的超声波传感器100a的其它结构，与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100相同。
在本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100中，压电体130例如包含锆钛酸铅(PZT)。
如图1所示，第1电极140设置在第1面131。在本发明的实施方式1中，第1电极140设置在第1面131的整个面。即，从厚度方向Z观察，第1电极140具有与压电体130同样的外形。另外，第1电极140也可以设置为与第1面131的第2方向D2上的两端缘中的至少一者分离。
在本发明的实施方式1中，第1电极140经由用于使压电元件120粘接于底部111的粘接剂与底部111电连接。另外，第1电极140也可以不与底部111电连接。
如图1所示，第2电极150设置在第2面132。第2电极150隔着压电体130与第1电极140对置。
如图2所示，从厚度方向Z观察，第2电极150在第1方向D1上延伸至第2面132的两端缘132A。由此，能够增大第2电极150中的与第1电极140对置的区域的面积，从而提高压电元件120的振动强度。从厚度方向Z观察，第2电极150在与第1方向D1正交的第2方向D2上与第2面132的两端缘132B分离。第2电极150和两端缘132B的分离距离例如为1.3mm。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，第2电极150具有以与第1方向D1平行且穿过压电体130的中心点C3的假想线L为对称轴的线对称的外形。此外，从厚度方向Z观察，第2电极150具有以与第2方向D2平行且穿过压电体130的中心点C3的假想线为对称轴的线对称的外形。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，第2电极150具体地具有矩形的外形。从厚度方向Z观察，第2电极150具有与第1方向D1平行的两个边以及与第2方向D2平行的两个边。
如图1以及图2所示，第3电极160设置在第2面132。第3电极160与第2电极150分离。第3电极160在第2方向D2上位于第2电极150的一侧。从厚度方向Z观察，第3电极160延伸至到达第2方向D2上的第2面132的两端缘132B中的位于第3电极160的附近的端缘132B。从厚度方向Z观察，第3电极160在第1方向D1上延伸至到达第2面132的两端缘132A。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向观察，第3电极160具有矩形的外形。从厚度方向Z观察，第3电极160具有与第1方向D1平行的两个边以及与第2方向D2平行的两个边。
第3电极160与第1电极140电连接。具体地，压电元件120还包含连接电极170，第3电极160经由连接电极170与第1电极140连接。
关于设置连接电极170的位置，只要在压电体130上与第2电极150分离地设置即可，没有特别限定。在本发明的实施方式1中，从压电体130的中心点C3观察，连接电极170设置在第3电极160所位于的一侧的、压电体130的侧面。
如图1所示，在本发明的实施方式1中，超声波传感器具备导电构件191和填充构件192。另外，在图2中，未图示导电构件191以及填充构件192。
导电构件191具体包含具有树脂片和布线的FPC(柔性印刷电路基板)和与该FPC连接的两个布线部。导电构件191配置为从壳体110的内部穿过壳体110的开口端引出到壳体110的外部。在壳体110的内部，导电构件191经由FPC将两个布线部中的一个与第2电极150连接，并将两个布线部中的另一个与第3电极160连接。
填充构件192对壳体110的内部的其它构件的间隙的全部或一部分进行填埋。在本发明的实施方式1中，填充构件192具有发泡倍率相互不同的第1填充构件193和相对于第1填充构件193位于壳体110的开口端侧的第2填充构件194。另外，也可以是，填充构件192整体具有相同的发泡倍率。填充构件192例如包含硅酮发泡体。
对本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100的超声波的发送以及接收的机理进行简单说明。首先，在使用超声波传感器100发送超声波时，经由导电构件191在第1电极140与第3电极160之间施加脉冲电压，由此在第1电极140与连接于第3电极160的第2电极150之间施加脉冲电压。而且，通过在第1电极140与第2电极150之间施加脉冲电压，从而位于第1电极140与第2电极150之间的压电体130内的电荷和外部电荷相互吸引或相互排斥。由此，压电体130反复进行膨胀和收缩。通过压电体130反复进行膨胀收缩，从而压电元件120振动。通过压电元件120振动，从而与压电元件120接合的底部111的上述部分111A主要进行振动。由此，从底部111发送超声波。
在使用超声波传感器100接收超声波时，通过命中底部111的上述部分111A的超声波，从而底部111的上述部分111A振动。通过上述部分111A振动，从而压电元件120振动，压电体130反复进行膨胀以及收缩。通过压电体130反复进行膨胀以及收缩，从而在第1面131和第2面132产生彼此相反的电荷。由此，在第1电极140与第2电极150之间被施加电压。经由导电构件191来感测第1电极140与连接于第2电极150的第3电极160之间的电压。这样，能够使用超声波传感器100来接收超声波。
在超声波传感器100中，从停止向各电极施加电压起直到压电元件120以及壳体110的振动停止为止的时间为余响时间。在使用超声波传感器100发送的超声波在对象物反射后，使用同一超声波传感器100对该反射的超声波进行接收的情况下，发送了超声波之后的余响时间变得重要。这是因为，在上述对象物位于超声波传感器100的附近的情况下，从超声波的发送到接收为止的时间比较短，因此余响时间变得越短，基于超声波传感器100的接收灵敏度越提高。
以下，对关于本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100的第1试验例进行说明。在第1试验例中，首先，制作了实施例1、实施例2、比较例1以及比较例2涉及的各超声波传感器。
实施例1涉及的超声波传感器设为与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的结构，进而，将从厚度方向Z观察时的第1方向D1上的压电体130的长度设为6.5mm，将第2方向D2上的压电体130的长度设为5.8mm。此外，将从厚度方向Z观察时的第2方向D2上的两端缘132B中的第3电极160侧的端缘132B和第2电极150的分离距离设为1.3mm，将从厚度方向Z观察时的底部111的直径设为15.5mm，将底部111的面向壳体110内部的部分111A的第1方向D1上的长度设为13mm，将该部分111A的第2方向D2上的长度设为7mm。此外，具体地，在实施例1涉及的超声波传感器中，由铝构成了壳体110，并由PZT构成了压电体。压电元件120使用环氧树脂接合在壳体110的底部111上。
实施例2涉及的超声波传感器设为与本发明的实施方式1的第1变形例涉及的超声波传感器100a同样的结构，进而，将压电元件120配置为，压电体130的中心点C3从底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1在第2方向D2上向第3电极侧离开0.3mm。构成壳体110的材料、压电体130的材料、将压电元件120接合在壳体110的底部111上的方法与实施例1涉及的超声波传感器相同。
比较例1涉及的超声波传感器仅第2电极的结构以及压电元件的配置位置与实施例1涉及的超声波传感器不同。图4是示出比较例1涉及的超声波传感器的结构的剖视图。在图4中，以与图2所示的本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的剖视进行了图示。
如图4所示，在比较例1涉及的超声波传感器800中，从厚度方向Z观察，第2电极150延伸至到达第2方向D2上的第2面132的两端缘132B中的、第2面132的与第3电极160侧相反侧的端缘132B。此外，在比较例1涉及的超声波传感器800中，从厚度方向Z观察，压电元件120配置在第2电极150的中心与底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1大体一致的位置。因此，压电体130的中心点C3位于从底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1在第2方向D2上向第3电极160侧离开0.3mm的位置。
比较例2涉及的超声波传感器仅压电元件的配置位置与比较例1涉及的超声波传感器800不同。图5是示出比较例2涉及的超声波传感器的结构的剖视图。在图5中，以与图4所示的比较例1涉及的超声波传感器800同样的剖视进行了图示。
如图5所示，在比较例2涉及的超声波传感器900中，压电体130的中心点C3位于从底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1在第2方向D2上向第3电极160侧离开0.3mm的位置，且位于向第1方向D1上的一侧离开0.2mm的位置。
然后，对于实施例1、实施例2、比较例1以及比较例2涉及的各超声波传感器，在第1电极与连接于第2电极的第3电极之间施加电压，并测定了阻抗。在阻抗的测定中使用了阻抗分析仪(Keysight4194A，是德科技(Keysight Technologies)公司制造)。在阻抗的测定中，在使电源频率连续地变化的同时施加恒定电压，由此测定了阻抗。对于各实施例以及各比较例，将作为相对于电源频率的阻抗的测定结果的阻抗曲线示于以下的图6至图9。
图6是示出通过对实施例1涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。图7是示出通过对实施例2涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。图8是示出通过对比较例1涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。图9是示出通过对比较例2涉及的超声波传感器进行阻抗测定而得到的阻抗曲线的曲线图。
如图6至图9所示，在各实施例以及各比较例涉及的超声波传感器中，在电源频率为65kH附近时，示出了2000Ω以上的高阻抗。即，在各实施例以及各比较例中，将超声波传感器的构造设计为谐振频率成为65kHz附近。因此，在这些超声波传感器中，设计为在对频率为65kHz附近的超声波进行发送时余响时间变短。
如图8以及图9所示，在比较例1涉及的超声波传感器800以及比较例2涉及的超声波传感器900中，在电源频率为75kH附近时，阻抗的值成为大约200Ω。因此，在比较例1以及比较例2中，在超声波传感器以65kHz附近的频率振动时，产生在75kHz附近的频率比较大地振动的杂散振动。由此，在由超声波传感器发送65kHz附近的频率的超声波时，会在超声波传感器的余响振动中混合存在杂散振动而产生差拍，余响时间边长。
另一方面，如图6以及图7所示，在实施例1以及实施例2涉及的超声波传感器中，在电源频率与65kHz附近不同的频带程度中，不存在阻抗的值成为200Ω左右的电源频率。即，在实施例1以及实施例2中，在超声波传感器以65kHz附近的频率振动时，不产生大的杂散振动。因此，在超声波传感器的余响振动中混合存在的杂散振动也变小，余响时间变短。
此外，如图6以及图8所示，若对第2电极150的中心的位置彼此大体一致的实施例1和比较例1进行对比，则可知相对于比较例1，在实施例1中，降低了75kHz附近的频率的杂散振动的产生。
此外，如图7以及图9所示，若对第2电极150的中心的位置彼此大体一致的实施例2和比较例2进行对比，则可知相对于比较例2，在实施例2中，降低了75kHz附近的频率的杂散振动的产生。像这样，虽然在实施例2中，第1方向D1上的压电体130的中心点C3的位置相对于上述中心点C1不一致，但是因为提高了第2电极150相对于压电元件120整体的对称性，所以在实施例2涉及的超声波传感器中，能够降低杂散频率的产生。
进而，如图6以及图7所示，若对实施例1和实施例2进行对比，则在实施例1中，75kHz附近的频率的阻抗更加被降低。像这样，通过使压电体130的中心点C3的位置与上述中心点C1一致，从而能够进一步减小75kHz附近的频率的杂散振动，能够更加减小余响时间。
接着，对关于本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100的第2试验例进行说明。在第2试验例中，对于实施例3～8以及比较例3、4涉及的各超声波传感器，通过仿真对变更了第2方向D2上的第2面132的两端缘132B中的与第3电极160相反侧的端缘132B和第2电极150的分离距离时的杂散振动强度的变化进行了分析。具体地，杂散振动强度通过基于有限元分析仿真的压电谐振分析来进行了测量。
实施例3～5涉及的各超声波传感器设为与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的结构，进而，将从厚度方向Z观察时的第1方向D1上的压电体130的长度设为6.5mm，将第2方向D2上的压电体130的长度设为5.8mm。此外，将从厚度方向Z观察时的第2方向D2上的两端缘132B中的第3电极160侧的端缘132B和第2电极150的分离距离设为1.3mm，将底部111的直径设为15.5mm，将底部111的面向壳体110内部的部分的第1方向上的长度设为13mm，将该部分的第2方向上的长度设为7mm。此外，由铝构成了壳体110，由PZT构成了压电体。压电元件120使用环氧树脂接合在壳体110的底部111上。
而且，关于在从厚度方向Z观察时，第2方向D2上的两端缘132B中的与第3电极160相反侧的端缘132B和第2电极150的分离距离，在实施例3中设为1mm，在实施例4中设为1.3mm，在实施例5中设为1.8mm。
在实施例6～8涉及的各超声波传感器中，将从厚度方向Z观察时的第2方向D2上的压电体130的长度设为了5.2mm。关于实施例6～8，对于其它结构，分别设为与实施例3～5相同。
在比较例3涉及的超声波传感器中，从厚度方向Z观察，第2电极延伸至第2方向上的压电体的两端缘中的与第3电极侧相反侧的端缘，对于其它结构，设为与实施例3～5相同。
在比较例4涉及的超声波传感器中，从厚度方向Z观察，第2电极延伸至压电体的第2方向上的两端缘中的与第3电极相反侧的端缘，对于其它结构，设为与实施例6～8相同。
在下述表1中，示出通过上述仿真而测量的实施例3～5涉及的各超声波传感器的72kHz的频率的杂散振动强度相对于比较例3涉及的超声波传感器的72kHz的频率的杂散振动的振幅强度(振幅的大小)之比。此外，在下述表2中，示出通过上述仿真而测量的实施例6～8涉及的各超声波传感器的72kHz的频率的杂散振动强度相对于比较例4涉及的超声波传感器的72kHz的频率的杂散振动强度之比。
[表1]
比较例3 实施例3 实施例4 实施例5
第2电极和端缘的分离距离[mm] 0 1 1.3 1.8
振动强度比 1 0.6 0.2 0.6
[表2]
比较例4 实施例6 实施例7 实施例8
第2电极和端缘的分离距离[mm] 0 1 1.3 1.8
振动强度比 1 0.7 0.1 0.6
如上述表1所示，在实施例3～5中，可知从厚度方向Z观察时，第2方向D2上的两端缘132B中的与第3电极160相反侧的端缘132B和第2电极150的分离距离越接近1.3mm，则振动强度比变得越小，即，上述分离距离越接近1.3mm，则杂散振动变得越小。在此，在实施例3～5中，从厚度方向Z观察时的第2方向D2上的两端缘132B中的第3电极160侧的端缘132B和第2电极150的分离距离为1.3mm。因此，可知压电体130上的第2方向D2上的第2电极150的对称性变得越高，则杂散振动变得越小。进而，可知在像实施例4那样第2方向D2上的第2电极150和两端缘132B各自的分离距离彼此相等时，杂散振动变得最小。在上述表2的实施例6～8中，也示出了与实施例3～5同样的倾向。
如上所述，本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100具备壳体110和压电元件120。壳体110具有底部111以及周壁部112。压电元件120在壳体110内配置在底部111上。压电元件120包含压电体130、第1电极140、第2电极150、以及第3电极160。压电体130具有第1面131以及第2面132。第1面131位于底部111侧。第2面132位于与第1面131相反侧。第1电极140设置在第1面131。第2电极150设置在第2面132。第2电极150隔着压电体130与第1电极140对置。第3电极160设置在第2面132。第3电极160与第2电极150分离。第3电极160与第1电极140电连接。从作为第1面131和第2面132排列的方向的厚度方向Z观察，第2电极150在第1方向D1上延伸至第2面132的两端缘132A，并在与第1方向D1正交的第2方向D2上与第2面132的两端缘132B分离。
由此，在本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100中，能够在不经由壳体110等压电元件120以外的构件的情况下在第1电极140以及第2电极150电连接布线，且能够提高由压电元件120引起的振动的强度。进而，从压电体130的厚度方向Z观察，第2电极150的外形形状相对于压电体130的外形形状的对称性提高，因此可抑制杂散振动，能够抑制由该振动的余响造成的余响特性的下降。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，第2电极150具有以与第1方向D1平行且穿过压电体130的中心点C3的假想线L为对称轴的线对称的外形。
由此，从厚度方向Z观察，第2电极150的外形形状相对于压电体130的外形形状的对称性进一步提高，因此能够更加抑制超声波传感器100的余响特性的下降。
在本发明的实施方式1中，从厚度方向Z观察，压电体130的中心点C3和底部111的面向壳体110内的部分111A的中心点C1彼此一致。
由此，从厚度方向Z观察，第2电极150的外形形状相对于底部111的面向壳体110内的部分111A的外形形状的对称性提高，因此能够更加抑制超声波传感器100的余响特性的下降。
在本发明的实施方式1中，壳体110包含导电性材料。第1电极140与底部111电连接。
由此，通过将壳体110连接到接地电位，从而能够在压电元件120中将第1电极140设为接地电极。
(实施方式2)
以下，对本发明的实施方式2涉及的超声波传感器进行说明。本发明的实施方式2涉及的超声波传感器与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100的不同点在于，压电元件还包含第4电极。因此，对于与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的结构，将不再重复说明。
图10是示出本发明的实施方式2涉及的超声波传感器的结构的剖视图。图11是从XI-XI线箭头方向对图10的超声波传感器进行观察的剖视图。如图10以及图11所示，在本发明的实施方式2涉及的超声波传感器200中，压电元件120还包含第4电极280。从厚度方向Z观察，第4电极280在第2面132与第2电极150分离。第4电极280在第2方向D2上关于第2电极150位于与第3电极160相反侧。
通过上述的结构，在第2面132，一对电极隔着第2电极150彼此相邻地配置为大致对称，因此第2面132侧的压电体130的内部应力变小，可抑制压电体130的裂纹的产生，能够提高超声波传感器200的机械可靠性。
此外，在本发明的实施方式2涉及的超声波传感器200中，具体地，从厚度方向Z观察，第4电极280具有如下的外形，即，以穿过压电体130的中心点C3且与第1方向D1平行的假想线L为对称轴而与第3电极160成为线对称。由此，第2面132上的电极的对称性更加提高，能够更加减小压电体130的内部应力。
(实施方式3)
以下，对本发明的实施方式3涉及的超声波传感器进行说明。本发明的实施方式3涉及的超声波传感器主要是从厚度方向观察时的压电元件的外形形状与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100不同。因此，对于与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样的结构，将不再重复说明。
图12是示出本发明的实施方式3涉及的超声波传感器中的压电元件的结构的俯视图。在图12中，从与图2所示的本发明的实施方式1中的压电元件120同样的方向仅对本发明的实施方式3涉及的超声波传感器的压电元件320进行了图示。
如图12所示，在本发明的实施方式3中，从压电体130的厚度方向Z观察，压电元件320具有大致圆形的外形。从厚度方向Z观察，压电体130具有圆形的外形。
在本发明的实施方式3涉及的超声波传感器中，也与本发明的实施方式1涉及的超声波传感器100同样地，第3电极160设置在第2面132。第3电极160与第2电极150分离。从厚度方向Z观察，第2电极150在第1方向D1上延伸至第2面132的两端缘132A，并在与第1方向D1正交的第2方向D2上与第2面132的两端缘132B分离。由此，能够在不经由壳体等其它构件的情况下在电极连接布线，且能够在提高由压电元件320引起的振动的强度的同时抑制余响特性的下降。
(实施方式4)
以下，对本发明的实施方式4涉及的超声波传感器进行说明。本发明的实施方式4涉及的超声波传感器主要是从厚度方向观察时的压电元件的外形形状与本发明的实施方式2涉及的超声波传感器200不同。因此，对于与本发明的实施方式2涉及的超声波传感器200同样的结构，将不再重复说明。
图13是示出本发明的实施方式4涉及的超声波传感器中的压电元件的结构的俯视图。在图13中，从与图11所示的本发明的实施方式2中的压电元件120同样的方向对压电元件进行了图示。
如图13所示，在本发明的实施方式4中，从压电体130的厚度方向Z观察，压电元件420具有圆形的外形。从厚度方向Z观察，压电体130具有圆形的外形。
在本发明的实施方式4涉及的超声波传感器中，也与本发明的实施方式2涉及的超声波传感器100同样地，第3电极160设置在第2面132。第3电极160与第2电极150分离。从厚度方向Z观察，第2电极150在第1方向D1上延伸至第2面132的两端缘132A，并在与第1方向D1正交的第2方向D2上与第2面132的两端缘132B分离。由此，能够在不经由壳体等其它构件的情况下在电极连接布线，且能够在提高由压电元件420引起的振动的强度的同时抑制余响特性的下降。
应认为，此次公开的实施方式在所有的方面均为例示，而不是限制性的。本发明的范围不是由上述的说明示出，而是由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的意思以及范围内的所有的变更。
附图标记说明
100、100a、200、800、900：超声波传感器，110：壳体，111：底部，111A：部分，112：周壁部，120、320、420：压电元件，130：压电体，131：第1面，132：第2面，132A、132B：端缘，140：第1电极，150第2电极，160：第3电极，170：连接电极，191：导电构件，192：填充构件，193：第1填充构件，194：第2填充构件，280：第4电极。

Claims (5)

1.一种超声波传感器，具备：
壳体，具有底部以及周壁部；以及
压电元件，在所述壳体内配置在所述底部上，
所述压电元件包含：
压电体，具有位于底部侧的第1面以及位于与该第1面相反侧的第2面；
第1电极，设置在所述第1面；
第2电极，设置在所述第2面；以及
第3电极，与该第2电极分离地设置在所述第2面，且与所述第1电极电连接，
所述第2电极隔着所述压电体与所述第1电极对置，
从作为所述第1面和所述第2面排列的方向的厚度方向观察，所述第2电极在第1方向上延伸至所述第2面的两端缘，在与所述第1方向正交的第2方向上与所述第2面的两端缘分离。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，
从所述厚度方向观察，所述第2电极具有以与所述第1方向平行且穿过所述压电体的中心点的假想线为对称轴的线对称的外形。
3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其中，
从所述厚度方向观察，所述压电体的中心点和所述底部的面向所述壳体内的部分的中心点彼此一致。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的超声波传感器，其中，
所述壳体包含导电性材料，
所述第1电极与所述底部电连接。
5.根据权利要求1至权利要求4中的任一项所述的超声波传感器，其中，
从所述厚度方向观察，所述压电元件还包含在所述第2面与所述第2电极分离的第4电极，
所述第4电极在所述第2方向上关于所述第2电极位于与所述第3电极相反侧。
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