JP5201087B2 - Transceiver and ultrasonic sensor using the same - Google Patents
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Description
この発明は、音響整合部材を介して超音波の送受信を行う圧電素子を備える送受信装置およびこれを用いた超音波センサに関する。 The present invention relates to a transmission / reception apparatus including a piezoelectric element that transmits / receives ultrasonic waves via an acoustic matching member, and an ultrasonic sensor using the transmission / reception apparatus.
従来から、音響整合部材を介して超音波の送受信を行う圧電素子を備える送受信装置として、下記特許文献1に示す超音波センサの送信素子および受信素子が知られている。特許文献1の超音波センサは、車両のバンパなどに取り付けて当該超音波センサ前方の障害物の位置を測定するものであり、これら送信素子および受信素子は、圧電素子に振動を伝達する音響整合部材が接合されて形成された複数のセンサ素子から構成される。この複数のセンサ素子のうち少なくとも1つを圧電素子から発振される超音波を音響整合部材を介して車両前方に送信する送信素子とし、複数のセンサ素子の残りを被検出体にて反射された超音波を受信する受信素子として機能させている。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a transmission / reception apparatus including a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves via an acoustic matching member, a transmission element and a reception element of an ultrasonic sensor shown in Patent Document 1 below are known. The ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1 is attached to a bumper of a vehicle and measures the position of an obstacle in front of the ultrasonic sensor. The transmitting element and the receiving element are acoustically matched to transmit vibration to the piezoelectric element. It is composed of a plurality of sensor elements formed by joining members. At least one of the plurality of sensor elements is used as a transmission element that transmits ultrasonic waves oscillated from the piezoelectric element to the front of the vehicle via the acoustic matching member, and the remainder of the plurality of sensor elements is reflected by the detection target. It functions as a receiving element that receives ultrasonic waves.
ところで、超音波センサの小型化を実現するためには、例えば、送受信装置として用いられる送信素子と受信素子とを1つの送受信素子で構成するとともにこの送受信素子を小型化することが考えられる。特に、当該送受信素子を受信素子として機能させる場合に、圧電素子における積層数を低減させるなどして、受信素子全体のキャパシタンスを小さく抑えることにより、受信感度を向上させることができる。 By the way, in order to realize the miniaturization of the ultrasonic sensor, for example, it is conceivable that the transmission element and the reception element used as the transmission / reception apparatus are configured by one transmission / reception element and the transmission / reception element is miniaturized. In particular, when the transmitting / receiving element functions as a receiving element, the receiving sensitivity can be improved by reducing the capacitance of the entire receiving element by reducing the number of stacked layers in the piezoelectric element.
しかしながら、上述のように圧電素子の積層数が小さくなると、上記送受信素子を送信素子として機能させる場合に、送信素子全体の振幅も小さくなってしまい、送信音圧が低下してしまうという問題がある。 However, when the number of stacked piezoelectric elements is reduced as described above, there is a problem in that when the transmitting / receiving element functions as a transmitting element, the amplitude of the entire transmitting element also decreases, and the transmission sound pressure decreases. .
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、送受信特性を低下させることなく小型化が可能な送受信装置およびこれを用いた超音波センサを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a transmission / reception apparatus that can be downsized without deteriorating transmission / reception characteristics and an ultrasonic sensor using the same. There is.
上記目的を達成するため、特許請求の範囲に記載の請求項1の送受信装置では、音響整合部材を介して超音波の送受信を行う圧電素子を備える送受信装置であって、前記圧電素子は、複数の第1の内部電極と複数の第2の内部電極とが圧電体を介在してそれぞれ対をなして交互に積層されてこの積層方向の一端側にて前記音響整合部材に接合する積層圧電体と、前記音響整合部材近傍の前記各第1の内部電極の一部に接続される第1受信用の外部電極と、前記各第1の内部電極の一部と対をなす各第2の内部電極に接続される第2受信用の外部電極と、前記各第1の内部電極の残部に接続される第1送信用の外部電極と、前記各第1の内部電極の残部と対をなす各第2の内部電極に接続される第2送信用の外部電極と、を備え、前記第1受信用の外部電極およびこの第1受信用の外部電極に接続される1または2以上の前記第1の内部電極と、前記第2受信用の外部電極およびこの第2受信用の外部電極に接続される1または2以上の前記第2の内部電極と、これら両内部電極間に介在する前記各圧電体とにより受信した前記超音波に応じた出力信号を出力するための受信部が構成され、前記第1送信用の外部電極およびこの第1送信用の外部電極に接続される前記各第1の内部電極と、前記第2送信用の外部電極およびこの第2送信用の外部電極に接続される前記各第2の内部電極と、これら両内部電極間に介在する前記各圧電体とにより入力される入力信号に応じた前記超音波を送信するための送信部が構成されており、前記積層圧電体の前記積層方向に直交する断面は、前記音響整合部材から離間するほど徐々に大きく形成されることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the transmitting / receiving apparatus according to claim 1 is a transmitting / receiving apparatus including a piezoelectric element that transmits / receives ultrasonic waves via an acoustic matching member, and the piezoelectric element includes a plurality of piezoelectric elements. 1st internal electrode and a plurality of 2nd internal electrodes which are alternately laminated in pairs with a piezoelectric material interposed therebetween, and are joined to the acoustic matching member at one end side in the lamination direction A first receiving external electrode connected to a part of each first internal electrode in the vicinity of the acoustic matching member, and a second internal that forms a pair with a part of each first internal electrode A second receiving external electrode connected to the electrode, a first transmitting external electrode connected to the remaining portion of each of the first internal electrodes, and a pair of the remaining portion of each of the first internal electrodes A second transmission external electrode connected to the second internal electrode, the first reception And the one or more first internal electrodes connected to the first receiving external electrode, the second receiving external electrode, and the second receiving external electrode A receiving unit configured to output an output signal corresponding to the ultrasonic wave received by one or two or more of the second internal electrodes and the piezoelectric bodies interposed between the two internal electrodes; 1 transmission external electrode and the first internal electrodes connected to the first transmission external electrode, the second transmission external electrode and the second transmission external electrode A transmitter configured to transmit the ultrasonic wave corresponding to an input signal input by each of the second internal electrodes and each of the piezoelectric bodies interposed between the two internal electrodes; The cross section perpendicular to the stacking direction of Characterized in that it is gradually larger as apart from the sound matching member.
請求項2の発明は、請求項1に記載の送受信装置において、前記積層圧電体には、前記積層方向の他端側に第2の音響整合部材が接合されており、前記第1受信用の外部電極は、前記音響整合部材近傍の1または2以上の前記第1の内部電極の一部と前記第2の音響整合部材近傍の1または2以上の前記第1の内部電極の他の一部に接続され、前記第2受信用の外部電極は、前記第1受信用の外部電極に接続される前記第1の内部電極と対をなす第2の内部電極に接続されることを特徴とする。 According to a second aspect of the invention, the transmitting and receiving apparatus according to claim 1, wherein the laminated piezoelectric body, wherein which the second acoustic matching member is joined to the other end in the stacking direction, for the first receiver The external electrode includes a part of one or more of the first internal electrodes in the vicinity of the acoustic matching member and another part of the one or more of the first internal electrodes in the vicinity of the second acoustic matching member. The second receiving external electrode is connected to the second internal electrode paired with the first internal electrode connected to the first receiving external electrode. .
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の送受信装置において、前記積層圧電体は、前記積層方向に沿う複数の側面を有する多角柱状に形成され、前記各外部電極は、前記各側面の1つに対していずれか1つのみが配置されるように、それぞれ前記各側面上に設けられることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the transmission / reception device according to the first or second aspect, the laminated piezoelectric body is formed in a polygonal column shape having a plurality of side surfaces along the laminating direction, and the external electrodes are Each of the side surfaces is provided on each of the side surfaces so that only one of the side surfaces is disposed.
請求項4の発明は、請求項1又は請求項2に記載の送受信装置において、前記各外部電極は、前記積層圧電体の前記積層方向に沿う側面上であって前記積層方向に直交する断面外縁の一部に設けられることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the transmission / reception device according to the first or second aspect , each external electrode is on a side surface along the laminating direction of the laminated piezoelectric body and is a cross-sectional outer edge perpendicular to the laminating direction. It is provided in a part of.
請求項5の超音波センサは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の送受信装置を備え、この送受信装置により前記超音波の送受信を行うことを特徴とする。 An ultrasonic sensor according to a fifth aspect includes the transmission / reception device according to any one of the first to fourth aspects, and transmits / receives the ultrasonic wave by the transmission / reception device.
請求項1の送受信装置では、圧電素子が、複数の第1の内部電極と複数の第2の内部電極とが圧電体を介在してそれぞれ対をなして交互に積層された積層圧電体を有している。そして、受信部は、音響整合部材近傍である1または2以上の第1の内部電極および1または2以上の第2の内部電極の一部と、これら両内部電極間に介在する各圧電体と、第1受信用の外部電極および第2受信用の外部電極とにより構成され、送信部は、各第1の内部電極および各第2の内部電極の残部と、これら両内部電極間に介在する各圧電体と、第1送信用の外部電極および第2送信用の外部電極とにより構成される。 According to another aspect of the transmission / reception apparatus of the present invention, the piezoelectric element has a laminated piezoelectric body in which a plurality of first internal electrodes and a plurality of second internal electrodes are alternately stacked in pairs with a piezoelectric body interposed therebetween. doing. The receiving unit includes one or more first internal electrodes and one or more second internal electrodes in the vicinity of the acoustic matching member, and each piezoelectric body interposed between the two internal electrodes. And the first receiving external electrode and the second receiving external electrode, and the transmitting unit is interposed between each of the first internal electrode and the remaining part of the second internal electrode, and between these internal electrodes. Each piezoelectric body includes a first transmission external electrode and a second transmission external electrode.
このように、1つの圧電素子に受信部および送信部の双方が構成されるので、受信部および送信部を複数の圧電素子で別々に構成する場合と比較して、送受信装置の小型化を実現することができる。 As described above, since both the reception unit and the transmission unit are configured in one piezoelectric element, the size of the transmission / reception device is reduced as compared with the case where the reception unit and the transmission unit are separately configured by a plurality of piezoelectric elements. can do.
特に、超音波の受信時には、積層圧電体の一部分が受信部として使用されるので、積層圧電体の全部分を受信部として使用する場合と比較して、受信部のキャパシタンスを小さく抑えて受信感度を向上させることができる。さらに、受信時には音響整合部材を介して伝達される超音波に応じて当該音響整合部材と圧電素子との接合部分に大きな歪みが発生するので、音響整合部材近傍の積層圧電体を受信部として使用することで、受信部からの出力電圧が大きくなり受信感度を向上させることができる。 In particular, when receiving ultrasonic waves, a part of the laminated piezoelectric material is used as the receiver, so compared to the case where all the parts of the laminated piezoelectric material are used as the receiver, the receiving sensitivity is reduced while keeping the capacitance of the receiver small. Can be improved. Furthermore, a large distortion occurs at the joint between the acoustic matching member and the piezoelectric element according to the ultrasonic wave transmitted through the acoustic matching member during reception, so the laminated piezoelectric material near the acoustic matching member is used as the receiver. By doing so, the output voltage from a receiving part becomes large and a receiving sensitivity can be improved.
また、積層圧電体のうち受信部を構成しない部分が送信部として構成されるので、送信部による超音波の送信時には積層数に応じた大きな振幅が得られ、より高い送信音圧の超音波を送信することができる。したがって、1つの圧電素子に受信部および送信部を一体に備えた本発明の送受信装置は、受信部と送信部を複数の圧電素子で別々に構成する場合と比較して、受信感度や送信音圧などの送受信特性を低下させることなく、小型化を図ることができる。 In addition, since the portion of the laminated piezoelectric material that does not constitute the receiving unit is configured as the transmitting unit, a large amplitude corresponding to the number of laminated layers is obtained during transmission of ultrasonic waves by the transmitting unit, and ultrasonic waves with higher transmission sound pressure are obtained. Can be sent. Therefore, the transmission / reception apparatus according to the present invention in which the reception unit and the transmission unit are integrally provided in one piezoelectric element has a higher reception sensitivity and transmission sound than the case where the reception unit and the transmission unit are separately configured by a plurality of piezoelectric elements. Miniaturization can be achieved without deteriorating transmission / reception characteristics such as pressure.
また、積層圧電体の積層方向に直交する断面は、音響整合部材から離間するほど徐々に大きく形成されるため、この形状により送信部における積層方向に直交する断面が大きく形成されることとなるので、より大きな駆動力が得られ、より高い送信音圧の超音波を発振することができる。特に、積層圧電体の断面が徐々に変化するので、積層圧電体の断面が断続的に変化する場合に比較して、送信部で発生した超音波の振動の減衰を小さくすることができる。 In addition, since the cross section perpendicular to the lamination direction of the laminated piezoelectric body is gradually formed with increasing distance from the acoustic matching member, this shape forms a large cross section perpendicular to the lamination direction in the transmission unit. Thus, a larger driving force can be obtained and an ultrasonic wave having a higher transmission sound pressure can be oscillated. In particular, since the cross section of the laminated piezoelectric body gradually changes, the attenuation of ultrasonic vibration generated in the transmission unit can be reduced as compared with the case where the cross section of the laminated piezoelectric body changes intermittently.
そして、積層圧電体の積層方向に直交する断面は、音響整合部材に近接する部位が音響整合部材から離間する部位に対して相対的に小さく形成されることになるので、音響整合部材に近接する受信部のキャパシタンスをより小さく抑えることができる。また、音響整合部材と積層圧電体との接合部分の断面積が相対的に小さくなるため、超音波の受信時に上記接合部分に発生する歪みがさらに大きくなるので、出力電圧が大きくなり、受信感度を一層大きくすることができる。 And since the site | part which adjoins the lamination | stacking direction of a lamination | stacking piezoelectric material is formed relatively small with respect to the site | part which separates from an acoustic matching member, it adjoins to an acoustic matching member. The capacitance of the receiving unit can be further reduced. In addition, since the cross-sectional area of the joint portion between the acoustic matching member and the laminated piezoelectric body is relatively small, distortion generated in the joint portion when receiving ultrasonic waves is further increased, resulting in an increase in output voltage and reception sensitivity. Can be further increased.
請求項2の発明では、積層圧電体には、積層方向の他端側にも第2の音響整合部材が接合されており、この第2の音響整合部材近傍にも受信部が構成される。これにより、超音波の受信時には、両音響整合部材近傍のそれぞれの受信部から上記接合部分に発生する大きな歪みに応じた出力電圧が出力されるので、信号強度をより向上させることができる。なお、それぞれの受信部を共通のワイヤ等を用いて配線すれば、受信部全体の電荷量が増えるため信号強度が上がって外乱ノイズの影響が抑えられ、S/Nを向上させることができる。また、それぞれの受信部を共通のワイヤ等を用いずに別々に配線し、それぞれの受信部で受信した超音波の信号を比較することで、S/Nを向上させることもできる。 In the invention of claim 2 , the second acoustic matching member is joined to the laminated piezoelectric body also on the other end side in the lamination direction, and a receiving portion is also formed in the vicinity of the second acoustic matching member. Thereby, at the time of receiving an ultrasonic wave, an output voltage corresponding to a large distortion generated in the joint portion is output from each receiving unit in the vicinity of both acoustic matching members, so that the signal intensity can be further improved. Note that if each receiving unit is wired using a common wire or the like, the amount of charge in the entire receiving unit increases, so that the signal intensity increases and the influence of disturbance noise can be suppressed, and the S / N can be improved. In addition, it is possible to improve the S / N by individually wiring the receiving units without using a common wire and comparing the ultrasonic signals received by the receiving units.
請求項3の発明では、積層圧電体は、積層方向に沿う複数の側面を有する多角柱状に形成され、各外部電極は、上記各側面の1つに対していずれか1つのみが配置されるように、それぞれ当該各側面上に設けられる。これにより、積層圧電体の1つの側面上には各外部電極のうちの2つ以上が設けられることもないので、各外部電極間の短絡を確実に防止することができる。さらに、各内部電極を対応する外部電極に接続するために当該各内部電極の接続部位を積層圧電体の側面にそれぞれ露出させる場合、この側面には他の外部電極に接続される内部電極の接続部位が露出することもないため、当該側面における各内部電極の接続部位の露出位置を高精度に位置決めする必要がないので、各内部電極の製造作業等が容易になり当該送受信装置の製造コストを低減することができる。
なお、積層圧電体を略円柱状に形成する場合においても、電極形成面のみを部分的に平面にすることで同様の効果が得られる。略円柱形状に形成する場合は、不要振動の低減が可能である。また電極形成面のみを部分的に平面にすることで、電極形成が容易になる。
In the invention of claim 3 , the laminated piezoelectric body is formed in a polygonal column shape having a plurality of side surfaces along the laminating direction, and only one of the external electrodes is arranged with respect to one of the side surfaces. Thus, each is provided on each of the side surfaces. Thereby, since two or more of the external electrodes are not provided on one side surface of the multilayer piezoelectric body, a short circuit between the external electrodes can be reliably prevented. Furthermore, when connecting each internal electrode to the corresponding external electrode, the connection portion of each internal electrode is exposed on the side surface of the laminated piezoelectric body, and this side surface is connected to an internal electrode connected to another external electrode. Since the part is not exposed, it is not necessary to position the exposed position of the connection part of each internal electrode on the side surface with high accuracy, so that the manufacturing work of each internal electrode is facilitated and the manufacturing cost of the transmission / reception device is reduced. Can be reduced.
Even when the laminated piezoelectric body is formed in a substantially cylindrical shape, the same effect can be obtained by partially making only the electrode formation surface flat. When formed in a substantially cylindrical shape, unnecessary vibration can be reduced. Further, by forming only the electrode forming surface partially flat, the electrode formation is facilitated.
請求項4の発明では、各外部電極は、積層圧電体の積層方向に沿う側面上であって積層方向に直交する断面外縁の一部に設けられる。これにより、各外部電極が積層圧電体の側面上の所定の範囲に集中して配置されることとなるので、当該送受信装置をセンサ等の筐体内に収容する際に各外部電極が配置されない側面近傍に絶縁スペースを広くとる必要がなく、送受信装置を筐体内に設置するために必要なスペースを小さくすることができ、当該送受信装置を用いたセンサの小型化を図ることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, each external electrode is provided on a part of the outer edge of the cross section that is on the side surface along the stacking direction of the multilayer piezoelectric body and is orthogonal to the stacking direction. As a result, each external electrode is concentrated and arranged in a predetermined range on the side surface of the laminated piezoelectric material, and therefore the side surface on which each external electrode is not arranged when the transmitter / receiver is accommodated in a housing such as a sensor. There is no need to provide a large insulating space in the vicinity, the space necessary for installing the transmission / reception device in the housing can be reduced, and the size of the sensor using the transmission / reception device can be reduced.
請求項5の超音波センサでは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の送受信装置を備え、この送受信装置により超音波の送受信を行うため、送受信特性を低下させることなく小型化が可能である等の、請求項1〜4の各発明による作用・効果を享受した超音波センサを実現することができる。 The ultrasonic sensor according to claim 5 includes the transmission / reception device according to any one of claims 1 to 4 , and transmits / receives ultrasonic waves by the transmission / reception device, so that the size can be reduced without deteriorating the transmission / reception characteristics. Thus, it is possible to realize an ultrasonic sensor that enjoys the functions and effects of the inventions of claims 1 to 4 .
以下、本発明に係る送受信装置を採用した超音波センサの各実施形態について図を参照して説明する。
[第1参考例]
本第1参考例では、超音波センサを車両に搭載して障害物センサとして使用する場合を例に説明する。図1に示すように、超音波センサ10は、主に、一端が開口した箱状の筐体11と、この筐体11に収容されて超音波の送受信を行う送受信装置20と、筐体11の開口部を閉塞して当該筐体11に収容される送受信装置20等を保護する表面封止材12と、を備えている。筐体11は、その開口部にて外方に向かって開口するように、車両の所定の位置、例えば、バンパに取り付けられている。
Embodiments of an ultrasonic sensor that employs a transmission / reception apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[ First Reference Example ]
In the first reference example , a case where an ultrasonic sensor is mounted on a vehicle and used as an obstacle sensor will be described as an example. As shown in FIG. 1, the
送受信装置20は、超音波の送受信を行う圧電素子22と、この圧電素子22に接合され当該圧電素子22からの超音波を超音波センサ10の車両外部に向けて発振するとともに障害物等により反射された超音波の振動を圧電素子22に伝達する音響整合部材21とを備えている。
The transmission /
圧電素子22は、複数の板状の電極が内部電極として圧電体33を介在して互いに所定距離離間するように積層される略四角柱状の積層圧電体30と、超音波の受信時にこの超音波に応じた電圧を積層圧電体30から出力するための一対の外部電極(以下、第1受信用外部電極23,第2受信用外部電極24という)と、超音波の送信時にこの超音波に応じた電圧を積層圧電体30に印加するための一対の外部電極(以下、第1送信用外部電極25,第2送信用外部電極26という)と、を備えている。そして、第1受信用外部電極23および第1送信用外部電極25は、図2に示すように、積層圧電体30の一側面に設けられ、第2受信用外部電極24および第2送信用外部電極26は、上記一側面に対向する他側面に設けられている。また、積層圧電体30は、その積層方向(図1中の上下方向)の一端側にて音響整合部材21の一端面に接合されている。
The
積層圧電体30の各内部電極は、第1の内部電極(以下、第1内部電極31という)と第2の内部電極(以下、第2内部電極32という)とが圧電体33を介在してそれぞれ対をなして交互に積層されている。
Each internal electrode of the laminated
各第1内部電極31は、積層方向に直交する断面(以下、横断面という)の形状が接続部31aを除き圧電体33よりも一回り小さくなるように略正方形状に形成されるとともに、接続部31aのみが積層圧電体30の一側面上に露出するように配置されている。また、各第2内部電極32は、第1内部電極31と同様に、横断面の形状が接続部32aを除き圧電体33よりも一回り小さくなるように略正方形状に形成されるとともに、接続部32aのみが積層圧電体30の他側面上に露出するように配置されている。なお、第1内部電極31および第2内部電極32は、Ag、PdAgなどの印刷より圧電体33の積層方向の表面に対して形成されている。
Each first
各圧電体33は、それぞれの横断面が四角状に形成されている。そして、各圧電体33は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる。
Each
このように構成される積層圧電体30において、各第1内部電極31の一部、具体的には、音響整合部材21近傍に配置される各第1内部電極31は、当該積層圧電体30の一側面上にて接続部31aにより第1受信用外部電極23に対してそれぞれ接続されている。また、第1受信用外部電極23に接続される各第1内部電極31と対をなす各第2内部電極32は、当該積層圧電体30の他側面上にて接続部32aにより第2受信用外部電極24に対してそれぞれ接続されている。
In the multilayer
これにより、第1受信用外部電極23およびこの第1受信用外部電極23に接続される各第1内部電極31と、第2受信用外部電極24およびこの第2受信用外部電極24に接続される各第2内部電極32と、これら両内部電極31、32間に介在する各圧電体33とから、受信した超音波に応じた出力信号を出力するための受信部27が構成される。
As a result, the first receiving
また、各第1内部電極31の残部、具体的には、第1受信用外部電極23に接続されていない各第1内部電極31は、当該積層圧電体30の一側面上にて接続部31aにより第1送信用外部電極25に対してそれぞれ接続されている。また、第1送信用外部電極25に接続される各第1内部電極31と対をなす各第2内部電極32は、当該積層圧電体30の他側面上にて接続部32aにより第2送信用外部電極26に対してそれぞれ接続されている。
Further, the remaining portion of each first
これにより、第1送信用外部電極25およびこの第1送信用外部電極25に接続される各第1内部電極31と、第2送信用外部電極26およびこの第2送信用外部電極26に接続される各第2内部電極32と、これら両内部電極31、32間に介在する各圧電体33とから、入力される入力信号に応じた超音波を送信するための送信部28が構成される。すなわち、積層圧電体30のうち受信部27を構成しない部分が送信部28として構成されるので、1つの圧電素子22に対して受信部27および送信部28の双方が構成されることとなる。
Accordingly, the first transmission
音響整合部材21は、空気より音響インピーダンスが大きく圧電素子22より音響インピーダンスが小さいポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料等を用いて、横断面が四角状になるように形成されている。
The
また、音響整合部材21は、上記積層方向に沿う方向の厚さが超音波の音響整合部材21中における波長の約1/4となるように形成されている。このように音響整合部材21の厚さを超音波の波長の約1/4となるように形成することにより、音響整合部材21内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材21内に入射した超音波と、音響整合部材21と圧電素子22との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、圧電素子22に効率よく超音波を伝達することができる。また、素子のアレイ化により角度検出を行う測角機能を持つ超音波センサに用いる場合には、音響整合部材21の横断面の幅が超音波の空気中における波長の半分以下とすることが望ましい。
The
このように構成される送受信装置20において、第1受信用外部電極23および第1送信用外部電極25は、図1および図2に示すように、ワイヤ13a,13cにそれぞれ電気的に接続されている。また、第2受信用外部電極24および第2送信用外部電極26は、第1受信用外部電極23および第1送信用外部電極25と同様に、ワイヤ13b,13dにそれぞれ電気的に接続されている。これにより、送受信装置20は、各ワイヤ13a〜13dを介して、超音波の送受信に関する入力信号および出力信号の入出力を行う回路素子(図示せず)に電気的に接続される。この回路素子は、車両に設けられたECU(Electronic Control Unit:図示せず)に対して所定の信号を入出力可能に電気的に接続されている。
In the transmission /
表面封止材12は、音響整合部材21の端面のうち上記一端面に対向する端面である他端面を覆って、筐体11の開口部に固定されている。この構成を用いると、音響整合部材21と表面封止材12との界面が外部に露出しないため、接合面を介して水などが侵入することを防止することができるので、当該超音波センサ10の信頼性を向上させることができる。
The
この表面封止材12は、音響整合部材21より音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。更に、表面封止材12には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、エラストマー、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂などを用いることができる。このような材料により形成された表面封止材12が、音響整合部材21と筐体11との間に介在することにより、ノイズを低減することができる。ここで、表面封止材12のうち音響整合部材21の他端面を覆う部分は、超音波の伝達を大きく阻害しないように、例えば、厚さ1mm以下の厚さに形成されている。
The
また、送受信装置20と筐体11との間には、送受信装置20を外力の負荷や衝撃から保護する図略の振動減衰部材が設けられている。この振動減衰部材は、圧電素子22より弾性率の低い材料、例えば、ウレタンなどの軟質樹脂、ゴム、シリコーンなどのポッティング材、などの高分子材料により形成されている。
In addition, a vibration damping member (not shown) that protects the transmission /
このような振動減衰部材を設けることにより、音響整合部材21に小石などの飛来物の衝突などにより衝撃が加えられたような場合でも、振動減衰部材が送受信装置20に伝達された衝撃を吸収するとともに、送受信装置20が筐体11の底面側に向かって変位するのを抑制するため、送受信装置20が破壊するのを防ぐことができる。また、送受信装置20を劣化させる水分など環境因子を遮断することができるので、信頼性を向上させることができる。
By providing such a vibration attenuating member, the vibration attenuating member absorbs the shock transmitted to the transmitting / receiving
次に、超音波センサ10による障害物の検出について説明する。
まず、ECUから出力された超音波の送信音圧、位相を制御する制御信号に基づいて、回路素子が送受信装置20の第1送信用外部電極25および第2送信用外部電極26を介して送信部28に対して入力信号を入力する。この入力信号に基づいて送信部28が振動することで、所定の送信音圧、位相の超音波が発振される。
Next, detection of an obstacle by the
First, based on the control signal for controlling the transmission sound pressure and phase of the ultrasonic wave output from the ECU, the circuit element transmits via the first transmission
ここで、送信部28は、圧電体33を介在させた一対の内部電極31,32が複数積層されているので、この積層数に応じた大きな振幅を得ることができ、高い送信音圧の超音波を発振することができる。
Here, since a plurality of pairs of
送受信装置20の送信部28により発振された超音波は、音響整合部材21に伝達され、音響整合部材21の他端面から車両外部へ送信される。音響整合部材21の他端面から送信された超音波が障害物により反射されると、この反射された超音波は、音響整合部材21の他端面を介して、受信部27において受信され、出力信号に変換される。
The ultrasonic wave oscillated by the
このとき、積層圧電体30の一部分を受信部27として使用するので、積層圧電体30の全部分を受信部27として使用する場合と比較して、受信部27のキャパシタンスを小さく抑えることができる。さらに、音響整合部材21近傍の積層圧電体30を受信部27として使用するため、音響整合部材21から伝わる超音波に応じて当該音響整合部材21と圧電素子22との接合部分に大きな歪みが発生するので、受信部27で出力される出力電圧が大きくなり、高い受信感度を維持することができる。
At this time, since a part of the laminated
受信部27から出力された出力信号は、第1受信用外部電極23および第2受信用外部電極24を介して回路素子へ送られてECUに伝達される。回路素子は、受信部27から出力される出力信号に基づいて演算処理を行い、送受信間の時間差等に基づいて障害物の位置などの測定を行うとともにその測定結果をECUに出力する。
The output signal output from the receiving
以上説明したように、本第1参考例に係る超音波センサ10の送受信装置20によれば、圧電素子22が、複数の第1内部電極31と複数の第2内部電極32とが圧電体33を介在してそれぞれ対をなして交互に積層された積層圧電体30を有している。そして、受信部27は、音響整合部材21近傍である各第1内部電極31および各第2内部電極32の一部と、これら両内部電極31、32間に介在する各圧電体33と、第1受信用外部電極23および第2受信用外部電極24とにより構成され、送信部28は、各第1内部電極31および各第2内部電極32の残部と、これら両内部電極31、32間に介在する各圧電体33と、第1送信用外部電極25および第2送信用外部電極26とにより構成される。
As described above, according to the transmission /
このように、1つの圧電素子22に受信部27および送信部28の双方が構成されるので、受信部27および送信部28を複数の圧電素子で別々に構成する場合と比較して、送受信装置20の小型化を実現することができる。
As described above, since both the receiving
特に、超音波の受信時には、積層圧電体30の一部分が受信部27として使用されるので、積層圧電体30の全部分を受信部として使用する場合と比較して、受信部27のキャパシタンスを小さく抑えて受信感度を向上させることができる。さらに、受信時には音響整合部材21を介して伝達される超音波に応じて当該音響整合部材21と圧電素子22との接合部分に大きな歪みが発生するので、音響整合部材21近傍の積層圧電体30を受信部27として使用することで、受信部27からの出力電圧が大きくなり受信感度を向上させることができる。
In particular, when receiving ultrasonic waves, a part of the laminated
また、積層圧電体30のうち受信部27を構成しない部分が送信部28として構成されるので、送信部28による超音波の送信時には積層数に応じた大きな振幅が得られ、より高い送信音圧の超音波を発振することができる。したがって、1つの圧電素子22に受信部27および送信部28を一体に備えた本発明の送受信装置20は、受信部と送信部を複数の圧電素子で別々に構成する場合と比較して、受信感度や送信音圧などの送受信特性を低下させることなく、小型化を図ることができる。
Moreover, since the part which does not comprise the receiving
なお、回路素子がECUから出力された超音波の送信音圧、位相を制御する制御信号に基づいて、送信部28に対して入力すべき入力信号を、同時に受信部27に入力することにより、受信部27が送信部28の一部として機能するように構成することもできる。この場合、超音波の送信時には、積層圧電体30の全部分を送信部28として用いることができるので、より大きな振幅を得ることができ、より高い送信音圧の超音波を発振することができる。
In addition, based on the control signal for controlling the ultrasonic transmission sound pressure and phase output from the ECU from the ECU, the input signal to be input to the
次に、本発明の第2参考例に係る超音波センサ10aについて、図3を参照して説明する。図3に示すように、本第2参考例では、上述した送受信装置20に代えて送受信装置20aを採用する点が、上述した超音波センサ10と主に異なる以外は、上記第1参考例と同様である。以下、これ以外の上記第1参考例との相違点を中心に述べる。なお、第1参考例の超音波センサ10と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, an
送受信装置20aは、上述した送受信装置20に対して圧電素子22に代えて積層圧電体30aを備えた圧電素子22aを採用するように構成されている。この積層圧電体30aは、上述した積層圧電体30に対して、音響整合部材21から離間する部位の横断面が、音響整合部材21に近接する部位に対して大きくなるように形成されている。
The transmission /
具体的には、本第2参考例では、送信部28を構成する積層圧電体30aの横断面が、受信部27を構成する積層圧電体30aの横断面や音響整合部材21の横断面よりも大きくなるように形成されている。すなわち、送信部28を構成する両内部電極31,32および圧電体33の横断面は、受信部27を構成する両内部電極31,32および圧電体33の横断面よりも大きく形成されることとなる。
Specifically, in the second reference example , the cross section of the laminated
このように構成される超音波センサ10aでは、送信部28における横断面が大きく形成されることとなるので、当該送信部28による超音波の送信時により大きな振幅が得られ、より高い送信音圧の超音波を発振することができる。
In the
また、受信部27における横断面が送信部28における横断面に対して相対的に小さく形成されることとなるので、送信部28における横断面を大きく形成する場合あっても、受信部27のキャパシタンスをより小さく抑えることができる。
Further, since the cross section of the receiving
なお、受信部27を構成する積層圧電体30aの横断面が、送信部28を構成する積層圧電体30aの横断面や音響整合部材21の横断面に対してより小さくなるように形成されてもよい。この場合、上記作用効果に加えて、音響整合部材21と積層圧電体30aとの接合部分の断面積が相対的に小さくなるため、超音波の受信時に上記接合部分に発生する歪みがさらに大きくなるので、出力電圧が大きくなり、受信感度を一層大きくすることができる。
Note that the cross section of the laminated
次に、本発明の第1実施形態に係る超音波センサ10bについて、図4を参照して説明する。図4に示すように、本第1実施形態では、上述した送受信装置20に代えて送受信装置20bを採用する点が、上述した超音波センサ10と主に異なる以外は、上記第1参考例と同様である。以下、これ以外の上記第1参考例との相違点を中心に述べる。なお、第1参考例の超音波センサ10と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, the
送受信装置20bは、上述した送受信装置20に対して圧電素子22に代えて積層圧電体30bを備えた圧電素子22bを採用するように構成されている。この積層圧電体30bは、上述した積層圧電体30に対して、音響整合部材21から離間するほどその横断面が徐々に大きくなるように形成されている。
The transmission /
具体的には、本第1実施形態では、送信部28を構成する積層圧電体30bの横断面が、受信部27を構成する積層圧電体30bの横断面や音響整合部材21の横断面よりも大きくなるように形成されている。このようにしても、上述した第2参考例と同様に、送信部28を構成する両内部電極31,32および圧電体33の横断面を、受信部27を構成する両内部電極31,32および圧電体33の横断面よりも大きく形成することができる。
Specifically, in the first embodiment , the cross section of the laminated
このように構成される超音波センサ10bでは、送信部28における横断面が大きく形成されることとなるので、当該送信部28による超音波の送信時により大きな振幅が得られ、より高い送信音圧の超音波を発振することができる。特に、積層圧電体30bの断面が徐々に変化するので、積層圧電体30bの断面が断続的に変化する場合に比較して、送信部28で発生した超音波の振動の減衰を小さくすることができる。
In the
また、受信部27における横断面が送信部28における横断面に対して相対的に小さく形成されることとなるので、送信部28における横断面を大きく形成する場合あっても、受信部27のキャパシタンスをより小さく抑えることができる。
Further, since the cross section of the receiving
なお、上記第2参考例と同様に、受信部27を構成する積層圧電体30aの横断面が、音響整合部材21の横断面に対してより小さくなるように形成されてもよい。これにより、上記作用効果に加えて、音響整合部材21と積層圧電体30bとの接合部分の断面積が小さくなるため、超音波の受信時に上記接合部分に発生する歪みがさらに大きくなるので、出力電圧が大きくなり、受信感度を一層大きくすることができる。
Note that, similarly to the second reference example , the laminated
[第3参考例]
次に、本発明の第3参考例に係る超音波センサ10cについて、図5および図6を参照して説明する。図5および図6に示すように、本第3参考例では、上述した送受信装置20に代えて送受信装置20cを採用する点が、上記第1参考例にて述べた超音波センサ10と主に異なる。したがって、第1参考例の超音波センサ10と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
[ Third reference example ]
Next, an
図5および図6に示すように、送受信装置20cは、上述した送受信装置20に対して圧電素子22に代えて積層圧電体30cと音響整合部材21および第2の音響整合部材21aとを備えた圧電素子22cを採用するように構成されている。積層圧電体30cは、上記第1参考例で述べた積層圧電体30と実質的に同じ構成であり、この積層圧電体30cの積層方向の他端側に第2の音響整合部材21aが接合されている。なお、第2の音響整合部材21aとしては、音響整合部材21と同一のものが用いられているが、実質的に同等の特性を有するものを用いてもよい。
As shown in FIGS. 5 and 6, the transmission /
そして、第1受信用外部電極23は、音響整合部材21近傍である各第1内部電極31の一部に接続される部位と、第2の音響整合部材21a近傍である各第1内部電極31の他の一部に接続される部位との2つから構成されている。また、第2受信用外部電極24は、第1受信用外部電極23に接続される各第1内部電極31と対をなす各第2内部電極32であって、音響整合部材21近傍の各第2内部電極32に接続される部位と、第2の音響整合部材21a近傍の各第2内部電極32に接続される部位との2つから構成されている。
The first receiving
このように、本第3参考例では、第1受信用外部電極23が積層圧電体30cの一側面に2つ設けられ、第2受信用外部電極24が積層圧電体30cの他側面に2つ設けられることにより、音響整合部材21近傍および第2の音響整合部材21a近傍にそれぞれ受信部27が構成されることとなる。そして、両第1受信用外部電極23は共通のワイヤ13aに電気的に接続され、両第2受信用外部電極24は共通のワイヤ13bに電気的に接続されている。
Thus, in the third reference example , two first receiving
また、送信部28は、上記第1参考例と同様に、第1受信用外部電極23に接続されていない各第1内部電極31と、第2受信用外部電極24に接続されていない各第2内部電極32と、これら両内部電極31,32間に介在する各圧電体33と、第1送信用外部電極25および第2送信用外部電極26とにより構成されている。
Similarly to the first reference example , the transmitting
以上説明したように、本第3参考例に係る超音波センサ10cの送受信装置20cでは、積層圧電体30cには、積層方向の他端側にも第2の音響整合部材21aが接合されており、この第2の音響整合部材21a近傍にも受信部27が構成される。これにより、超音波の受信時には、両音響整合部材21、21a近傍のそれぞれの受信部27から上記接合部分に発生する大きな歪みに応じた出力電圧が出力されるので、受信感度をより向上させることができる。また、両第1受信用外部電極23は共通のワイヤ13aに電気的に接続され、両第2受信用外部電極24は共通のワイヤ13bに電気的に接続されているので、受信部27全体の電荷量が増えるため信号強度が上がって外乱ノイズの影響が抑えられ、S/Nを向上させることができる。なお、両第1受信用外部電極23および両第2受信用外部電極24には共通のワイヤ13a、13bを用いずに各受信部27を別々に配線することもでき、それぞれの受信部27で受信した超音波の信号を比較することで、S/Nを向上させることもできる。
As described above, in the transmission /
[第4参考例]
次に、本発明の第4参考例に係る超音波センサ10について、図7および図8を参照して説明する。図7および図8に示すように、本第4参考例では、上記第1参考例にて述べた超音波センサ10において、各内部電極31,32に代えて内部電極41〜44を採用し、各外部電極23〜26に代えて外部電極23a〜26aを採用する点が主に異なる以外は、上記第1参考例と同様である。以下、これ以外の上記第1参考例との相違点を中心に述べる。なお、上記第1参考例と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
[ Fourth Reference Example ]
Next, an
本第4参考例では、図7(a)〜(d)に示すように、積層圧電体30を構成する各内部電極として、第1受信用内部電極41、第2受信用内部電極42、第1送信用内部電極43および第2送信用内部電極44を採用するように構成されている。なお、図7(a)〜(d)の各点線は、圧電体33の横断面の形状を表す。そして、第1受信用内部電極41および第2受信用内部電極42は、受信部27の内部電極として構成され、音響整合部材21近傍に配置されている。また、第1送信用内部電極43および第2送信用内部電極44は、送信部28の内部電極として構成され、音響整合部材21から離間する部位に配置されている。
In the fourth reference example , as shown in FIGS. 7A to 7D, the first receiving
さらに、各内部電極41〜44にはそれぞれ各外部電極(以下、第1受信用外部電極23a、第2受信用外部電極24a、第1送信用外部電極25a、第2送信用外部電極26aという)に接続される接続部41a〜44aが設けられている。また、各内部電極41〜44は、各接続部41a〜44aが四角柱状である積層圧電体30の4つの側面のいずれか1つに露出するように配置されている。なお、図7からわかるように、各内部電極41〜44には同一形状の電極を用いることができるため、1種類の電極パターンが形成されたマスク等によりすべての内部電極41〜44を圧電体33に対して形成することができ、製造コストを抑えることができる。
Further, each
そして、図8に示すように、各第1受信用内部電極41に接続されている第1受信用外部電極23aは、積層圧電体30の一側面に設けられている。また、各第2受信用内部電極42に接続されている第2受信用外部電極24a、各第1送信用内部電極43に接続されている第1送信用外部電極25a、各第2送信用内部電極44に接続されている第2送信用外部電極26aも同様に、残りの側面のいずれか1つにそれぞれ設けられている。さらに、各外部電極23a〜26aが、ワイヤ13a〜13dのいずれかにそれぞれ電気的に接続されることで、送受信装置20は、各ワイヤ13a〜13dを介して、回路素子に電気的に接続される。
As shown in FIG. 8, the first receiving
また、上記第1、3参考例のように、各受信用外部電極と各送信用外部電極とが積層圧電体30の一側面および他側面に対して積層方向に沿って一直線上に配置される構成では、受信部と送信部との間の短絡を防ぐために各外部電極を高精度に形成する必要があるが、本第4参考例では内部電極41〜44のようにパターンを変えることにより、各外部電極23a〜26aが積層圧電体30の各側面の1つに対していずれか1つのみが配置されているので、各外部電極23a〜26aを高精度に形成する必要がなく容易に形成することができる。
Further, as in the first and third reference examples , each reception external electrode and each transmission external electrode are arranged in a straight line along the stacking direction with respect to one side surface and the other side surface of the multilayer
以上説明したように、本第4参考例に係る超音波センサ10の送受信装置20によれば、積層圧電体30は四角柱状に形成され、各内部電極41〜44にそれぞれ接続される各外部電極23a〜26aが積層圧電体30の各側面の1つに対していずれか1つのみが配置されるため、積層圧電体30の1つの側面上には各外部電極23a〜26aのうちの2つ以上が設けられることもないので、各外部電極23a〜26a間の短絡を確実に防止することができる。
As described above, according to the transmission /
さらに、各内部電極41〜44を対応する外部電極23a〜26aに接続するために当該各内部電極41〜44の接続部41a〜44aを積層圧電体30の側面にそれぞれ露出させる場合、この側面には他の外部電極に接続される内部電極の接続部が露出することもないため、当該側面における各内部電極41〜44の接続部41a〜44aの露出位置を高精度に位置決めする必要がないので、各内部電極41〜44の製造作業等が容易になり当該送受信装置20の製造コストを低減することができる。
Further, in order to connect the
次に、本発明の第5参考例に係る超音波センサ10について、図9および図10を参照して説明する。図9および図10に示すように、本第5参考例では、上述した各内部電極31,32に代えて内部電極51〜54を採用し、各外部電極23〜26に代えて外部電極23b〜26bを採用する点が主に異なる以外は、上記第1参考例と同様である。以下、これ以外の上記第1参考例との相違点を中心に述べる。なお、上記第1参考例と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, an
本第5参考例では、図9(a)〜(d)に示すように、積層圧電体30を構成する各内部電極として、第1受信用内部電極51、第2受信用内部電極52、第1送信用内部電極53および第2送信用内部電極54を採用するように構成されている。なお、図9(a)〜(d)の各点線は、圧電体33の横断面の形状を表す。そして、第1受信用内部電極51および第2受信用内部電極52は、受信部27の内部電極として構成され、音響整合部材21近傍に配置されている。また、第1送信用内部電極53および第2送信用内部電極54は、送信部28の内部電極として構成され、音響整合部材21から離間する部位に配置されている。
In the fifth reference example , as shown in FIGS. 9A to 9D, the first receiving
さらに、各内部電極51〜54にはそれぞれ各外部電極(以下、第1受信用外部電極23b、第2受信用外部電極24b、第1送信用外部電極25b、第2送信用外部電極26bという)に接続される接続部51a〜54aが設けられている。また、各内部電極51〜54は、各接続部51a〜54aが四角柱状である積層圧電体30の他側面のみに露出し積層圧電体30の積層方向に沿って互いに所定間隔離間してそれぞれが一列に並ぶように配置されている。
Further, each
そして、図10に示すように、各第1受信用内部電極51に接続されている第1受信用外部電極23b、各第2受信用内部電極52に接続されている第2受信用外部電極24b、各第1送信用内部電極53に接続されている第1送信用外部電極25b、各第2送信用内部電極54に接続されている第2送信用外部電極26bは、積層圧電体30の他側面上に集中して配置されている。さらに、各外部電極23b〜26bが、ワイヤ13a〜13dのいずれかにそれぞれ電気的に接続されることで、送受信装置20は、各ワイヤ13a〜13dを介して、回路素子に電気的に接続される。なお、本第5参考例では、上記第3実施形態と同様に、内部電極51〜54のようにパターンを変えることにより、各外部電極23b〜26bを高精度に形成する必要がなく容易に形成することができる。
As shown in FIG. 10, the first receiving
このように本第5参考例に係る超音波センサ10の送受信装置20によれば、各内部電極51〜54は、各接続部51a〜54aが積層圧電体30の他側面のみにそれぞれ露出するように配置される。これにより、各内部電極51〜54にそれぞれ接続される各外部電極23b〜26bが積層圧電体30の他側面上のみに集中して配置されることとなるので、当該送受信装置20を筐体11内に収容する際に各外部電極23b〜26bが配置されない側面近傍に絶縁スペースを広くとる必要がなく、送受信装置20を筐体11内に設置するために必要なスペースを小さくすることができ、当該送受信装置20を用いた超音波センサ10の小型化を図ることができる。
As described above, according to the transmission /
次に、本発明の第6参考例に係る超音波センサ10について、図11および図12を参照して説明する。図11および図12に示すように、本第6参考例では、上述した各内部電極31,32に代えて内部電極61〜64を採用し、各外部電極23〜26に代えて外部電極23c〜26cを採用する点が主に異なる以外は、上記第1参考例と同様である。以下、これ以外の上記第1参考例との相違点を中心に述べる。なお、上記第1参考例と実質的に同一の構成部分には、同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, an
本第6参考例では、図11(a)〜(d)に示すように、積層圧電体30を構成する各内部電極として、第1受信用内部電極61、第2受信用内部電極62、第1送信用内部電極63および第2送信用内部電極64を採用するように構成されている。なお、図11(a)〜(d)の各点線は、圧電体33の横断面の形状を表す。そして、第1受信用内部電極61および第2受信用内部電極62は、受信部27の内部電極として構成され、音響整合部材21近傍に配置されている。また、第1送信用内部電極63および第2送信用内部電極64は、送信部28の内部電極として構成され、音響整合部材21から離間する部位に配置されている。
In the sixth reference example , as shown in FIGS. 11A to 11D, the first receiving
さらに、各内部電極61〜64にはそれぞれ各外部電極(以下、第1受信用外部電極23c、第2受信用外部電極24c、第1送信用外部電極25c、第2送信用外部電極26cという)に接続される接続部61a〜64aが設けられている。そして、各第1受信用内部電極61の各接続部61aおよび各第1送信用内部電極63の各接続部63aは、四角柱状である積層圧電体30の一側面のみに露出し、積層圧電体30の積層方向に沿って互いに所定間隔離間してそれぞれが一列に並ぶように配置されている。また、各第2受信用内部電極62の各接続部62aおよび各第2送信用内部電極64の各接続部64aは、積層圧電体30の他側面のみに露出し、積層圧電体30の積層方向に沿って互いに所定間隔離間してそれぞれが一列に並ぶように配置されている。
Further, each of the
そして、図12に示すように、各第1受信用内部電極61に接続されている第1受信用外部電極23cと各第1送信用内部電極63に接続されている第1送信用外部電極25cとは、積層圧電体30の一側面に設けられている。また、各第2受信用内部電極62に接続されている第2受信用外部電極24cと各第2送信用内部電極64に接続されている第2送信用外部電極26cとは、積層圧電体30の他側面に設けられている。そして、各外部電極23c〜26cがワイヤ13a〜13dのいずれかにそれぞれ電気的に接続されることで、送受信装置20は、各ワイヤ13a〜13dを介して、回路素子に電気的に接続される。
Then, as shown in FIG. 12, the first receiving
このように本第6参考例に係る超音波センサ10の送受信装置20によれば、上記第4参考例と同様に、内部電極61〜64のようにパターンを変えることにより各外部電極23c〜26cを高精度に形成する必要がなく容易に形成することができる。
As described above, according to the transmission /
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等の作用・効果が得られる。
(1)上記第4〜6参考例において、積層圧電体30を略円柱状に形成する場合においても、外部電極形成面のみを部分的に平面にすることで同様の効果を得ることができる。略円柱形状に形成する場合は、不要振動の低減が可能である。また外部電極形成面のみを部分的に平面にすることで、電極形成が容易になる。
(2)上記第3参考例において、内部電極31、32の接続部31a、32aを積層圧電体30の各側面の1つに対していずれか1つのみを露出させることで、上記第4参考例と同様の効果を得ることができる。また、上記第3参考例において、内部電極31、32の接続部31a、32aを積層圧電体30の所定の側面のみに露出させることで、上記第5参考例と同様の効果を得ることができる。
(3)上記第1参考例において、受信部27には、第1内部電極31および第2内部電極32をそれぞれ1つのみ用いて構成することもできる。この場合、各内部電極31,32をそれぞれ複数用いて構成された受信部に比べて生産性は若干劣るものの、受信部のキャパシタンスをより小さく抑えて受信感度をさらに向上させることができる。また、上記第3参考例において、受信部27に、音響整合部材21近傍および第2の音響整合部材21a近傍の第1内部電極31および第2内部電極32をそれぞれ1つづつ用いて構成することで同様の効果を得ることができる。さらに、上記第4参考例においても、受信部27に、第1受信用内部電極41および第2受信用内部電極42をそれぞれ1つのみ用いて構成することで同様の効果を得ることができる。
The present invention is not limited to the above embodiments, and may be embodied as follows. Even in this case, the same operations and effects as those of the above embodiments can be obtained.
(1) In the above fourth to sixth reference examples , even when the laminated
(2) In the third reference example , only one of the
(3) In the first reference example , the receiving
10〜10c…超音波センサ
20〜20c…送受信装置
21…音響整合部材
21a…第2の音響整合部材
22〜22c…圧電素子
23〜23c…第1受信用外部電極(第1受信用の外部電極)
24〜24c…第2受信用外部電極(第2受信用の外部電極)
25〜25c…第1送信用外部電極(第1送信用の外部電極)
26〜26c…第2送信用外部電極(第2送信用の外部電極)
27…受信部
28…送信部
31…第1内部電極(第1の内部電極)
32…第2内部電極(第2の内部電極)
33…圧電体
41,51,61・・・第1受信用内部電極
42,52,62・・・第2受信用内部電極
43,53,63・・・第1送信用内部電極
44,54,64・・・第2送信用内部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10-10c ... Ultrasonic sensor 20-20c ... Transmitter /
24 to 24c: second receiving external electrode (second receiving external electrode)
25 to 25c: first transmission external electrode (first transmission external electrode)
26 to 26c ... second transmission external electrode (second transmission external electrode)
27:
32 ... 2nd internal electrode (2nd internal electrode)
33 ...
Claims (5)
前記圧電素子は、
複数の第1の内部電極と複数の第2の内部電極とが圧電体を介在してそれぞれ対をなして交互に積層されてこの積層方向の一端側にて前記音響整合部材に接合する積層圧電体と、
前記音響整合部材近傍の前記各第1の内部電極の一部に接続される第1受信用の外部電極と、
前記各第1の内部電極の一部と対をなす各第2の内部電極に接続される第2受信用の外部電極と、
前記各第1の内部電極の残部に接続される第1送信用の外部電極と、
前記各第1の内部電極の残部と対をなす各第2の内部電極に接続される第2送信用の外部電極と、を備え、
前記第1受信用の外部電極およびこの第1受信用の外部電極に接続される1または2以上の前記第1の内部電極と、前記第2受信用の外部電極およびこの第2受信用の外部電極に接続される1または2以上の前記第2の内部電極と、これら両内部電極間に介在する前記各圧電体とにより受信した前記超音波に応じた出力信号を出力するための受信部が構成され、
前記第1送信用の外部電極およびこの第1送信用の外部電極に接続される前記各第1の内部電極と、前記第2送信用の外部電極およびこの第2送信用の外部電極に接続される前記各第2の内部電極と、これら両内部電極間に介在する前記各圧電体とにより入力される入力信号に応じた前記超音波を送信するための送信部が構成されており、
前記積層圧電体の前記積層方向に直交する断面は、前記音響整合部材から離間するほど徐々に大きく形成されることを特徴とする送受信装置。 A transmission / reception device including a piezoelectric element that transmits and receives ultrasonic waves via an acoustic matching member,
The piezoelectric element is
A plurality of first internal electrodes and a plurality of second internal electrodes are alternately stacked in pairs with a piezoelectric body interposed therebetween, and are bonded to the acoustic matching member at one end in the stacking direction. Body,
A first receiving external electrode connected to a part of each of the first internal electrodes in the vicinity of the acoustic matching member;
A second receiving external electrode connected to each second internal electrode paired with a portion of each first internal electrode;
A first transmission external electrode connected to the remainder of each first internal electrode;
A second transmitting external electrode connected to each second internal electrode paired with the remainder of each first internal electrode,
The first receiving external electrode and the one or more first internal electrodes connected to the first receiving external electrode, the second receiving external electrode, and the second receiving external electrode A receiving unit for outputting an output signal corresponding to the ultrasonic wave received by one or more of the second internal electrodes connected to the electrodes and the piezoelectric bodies interposed between the two internal electrodes; Configured,
The first transmission external electrodes and the first internal electrodes connected to the first transmission external electrodes, the second transmission external electrodes and the second transmission external electrodes. A transmission unit configured to transmit the ultrasonic wave corresponding to an input signal input by each of the second internal electrodes and each of the piezoelectric bodies interposed between the two internal electrodes,
The transmission / reception apparatus according to claim 1, wherein a cross section of the laminated piezoelectric body perpendicular to the laminating direction is formed so as to be gradually separated from the acoustic matching member .
前記第1受信用の外部電極は、前記音響整合部材近傍の1または2以上の前記第1の内部電極の一部と前記第2の音響整合部材近傍の1または2以上の前記第1の内部電極の他の一部に接続され、
前記第2受信用の外部電極は、前記第1受信用の外部電極に接続される前記第1の内部電極と対をなす第2の内部電極に接続されることを特徴とする請求項1に記載の送受信装置。 The laminated piezoelectric body has a second acoustic matching member bonded to the other end side in the laminating direction,
The first receiving external electrode includes a part of one or more of the first internal electrodes in the vicinity of the acoustic matching member and one or more of the first inner parts in the vicinity of the second acoustic matching member. Connected to the other part of the electrode,
2. The second receiving external electrode is connected to a second internal electrode paired with the first internal electrode connected to the first receiving external electrode. The transmitter / receiver described.
前記各外部電極は、前記各側面の1つに対していずれか1つのみが配置されるように、それぞれ前記各側面上に設けられることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の送受信装置。 The laminated piezoelectric body is formed in a polygonal column shape having a plurality of side surfaces along the lamination direction,
The said each external electrode is each provided on each said side surface so that only one may be arrange | positioned with respect to one of each said side surface, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. Transmitter / receiver.
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