JP6048616B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子を備えた超音波センサに関する。

一般的な超音波センサは、金属製のケースの底部の内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、金属ケースの底部をベンディング振動させて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

特開２００２−２０４４９７号公報（特許文献１）に開示された超音波センサを駆動する場合、超音波センサに備えられる圧電素子の積層数が多ければ多いほど、送波の際の音圧が上がるが、受波の際の感度が下がるという特性が示される。その反対に、同文献に開示された超音波センサに圧電素子の積層数が少ないものを採用した場合、送波の際の音圧が下がるが、受波の際の感度が上がるという特性が示される。

すなわち、超音波センサに用いられる従来の積層型の圧電素子においては、圧電素子の送波に供される部分と受波に供される部分とが同一の部位内に形成されているため、圧電素子の積層数に応じて、音圧と感度とが略反比例の関係で増減するという特性が示される。従来の積層型の圧電素子を備えた超音波センサにおいては、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが難しいという実情が存在していた。

本発明は、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能な超音波センサを提供することを目的とする。

本発明のある局面に基づく超音波センサは、底部を有するケースと、上記底部の内面に接合され、上記底部とともにベンディング振動する圧電素子とを備え、上記圧電素子は、送信用領域および受信用領域を含む圧電体層と、特定の電極と、上記送信用領域を間に挟んで上記特定の電極に対向する送信用電極と、上記受信用領域を間に挟んで上記特定の電極に対向する受信用電極と、を有し、上記送信用領域および上記受信用領域は、互いに隣り合う位置に形成されており、上記送信用電極と上記特定の電極との間のインピーダンスは、上記受信用電極と上記特定の電極との間のインピーダンスよりも低い値である。

好ましくは、上記送信用領域および上記受信用領域は、上記底部の上記内面に垂直な方向において互いに隣り合う位置に形成されている。

好ましくは、上記送信用領域および上記受信用領域は、上記底部の上記内面の表面方向において互いに隣り合う位置に形成されている。

好ましくは、平面視して上記圧電素子の中心部に上記受信用領域が設けられており、上記受信用領域を囲むように、上記受信用領域よりも径方向の外側である周辺部に、上記送信用領域が設けられている。

好ましくは、上記特定の電極は、上記送信用領域および上記受信用領域の双方に及んで広がる形状を有する共通電極である。

好ましくは、上記送信用領域は、１つの第１単位圧電体層、または、上記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の第１単位圧電体層を含み、上記受信用領域は、１つの第２単位圧電体層、または、上記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の第２単位圧電体層を含む。

好ましくは、上記第１単位圧電体層の層数は、上記第２単位圧電体層の層数以上である。

好ましくは、上記送信用領域は、１つの内部電極、または、上記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の内部電極を含み、上記受信用領域は、１つの内部電極、または、上記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の内部電極を含み、上記送信用領域および／または上記受信用領域に含まれる上記内部電極の形状は、環状である。

好ましくは、上記送信用領域のうちの上記底部の上記内面に接合される側の面の表面積は、上記受信用領域のうちの上記底部の上記内面に接合される側の面の表面積以上である。

好ましくは、上記底部に対して直交する方向における上記送信用領域の厚さは、同方向における上記受信用領域の厚さ以下である。

本発明の他の局面に基づく超音波センサは、底部を有するケースと、上記底部の内面に接合され、上記底部とともにベンディング振動する圧電素子とを備え、上記圧電素子は、送信用領域、受信用領域、および分離領域を含む圧電体層と、特定の電極と、上記送信用領域を間に挟んで上記特定の電極に対向する送信用電極と、上記受信用領域を間に挟んで上記特定の電極に対向する受信用電極と、を有し、上記送信用領域および上記受信用領域は、上記分離領域を介して互いに隣り合う位置に形成されており、上記送信用電極と上記特定の電極との間のインピーダンスは、上記受信用電極と上記特定の電極との間のインピーダンスよりも低い値である。

好ましくは、上記特定の電極は、上記分離領域の中に及ぶように設けられている。
好ましくは、上記送信用電極は、上記分離領域の中に及ぶように設けられている。

好ましくは、上記受信用電極は、上記分離領域の中に及ぶように設けられている。

上記の構成によれば、送信用領域および受信用領域がそれぞれ分けて形成されているため、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することができる。

実施の形態１における超音波センサを備えたセンサ装置の機能ブロックを示す図である。 実施の形態１における超音波センサを示す断面図である。 実施の形態１における超音波センサに備えられる圧電素子およびＦＰＣを示す平面図である。 実施の形態１における超音波センサに備えられる圧電素子（ＦＰＣを取り外した状態）を示す平面図である。 実施の形態１における超音波センサに備えられる圧電素子を示す斜視図である。 実施の形態１における超音波センサに備えられる圧電素子およびその内部構造を示す斜視図である。 実施の形態１における超音波センサの圧電素子に備えられる電極を示す斜視図である。 図４中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図４中のＩＸ−ＩＸ線に沿った矢視断面図である。 図４中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態２における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態３における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態４における超音波センサに備えられる圧電素子の分解した状態を示す斜視図である。 図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った矢視断面図（組立図）である。 実施の形態５における超音波センサに備えられる圧電素子の分解した状態を示す斜視図である。 図１５中のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った矢視断面図（組立図）である。 実施の形態６における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態７における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態８における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態９における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態１０における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態１１における圧電素子に備えられる電極を示す斜視図である。 実施の形態１２における超音波センサに備えられる圧電素子を示す断面図である。 実施の形態１３における超音波センサを備えたセンサ装置の機能ブロックを示す図である。 実施の形態１３における超音波センサに備えられる圧電素子を示す斜視図である。 図２５中のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った矢視断面図（組立図）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〜図１０を参照して、実施の形態１における超音波センサ１００について説明する。図１は、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に加えて、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。詳細は後述されるが、超音波センサ１００は、圧電素子５０を備えており、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て、超音波センサ１００の駆動に適した制御信号を信号生成回路１０４に出力する。電源１０５は、たとえば１２Ｖの直流電圧を信号生成回路１０４に出力する。信号生成回路１０４は、マイコン１０１から出力された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、必要に応じて増幅回路（図示せず）により昇圧された状態で超音波センサ１００に供給される。超音波センサ１００が駆動され、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には、図示しない抵抗およびコンデンサなどが並列接続されている。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は、たとえば車などに搭載され、以上のようなセンサ装置１として機能を発揮することができる。

（超音波センサ１００）
図２は、超音波センサ１００を示す断面図である。図２に示すように、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、シリコーン７１，７２、およびＦＰＣ８０（Flexible Printed Circuits）を備える。ケース６０は、有底筒状の形状を有する。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、円盤状の底部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の内面６２Ｓ上に配置され、接着剤６４を用いて内面６２Ｓに接合される。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。シリコーン７１，７２は、ケース６０の内部空間を埋め尽くすように設けられる。吸音材６３は、高い弾性を有する成形体からなり、シリコーン７１とシリコーン７２との間に設けられる。吸音材６３は、圧電素子５０に間隔を空けて対向している。

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。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を示す斜視図である。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。

図３〜図１０に示すように、圧電素子５０は、圧電体層４０、電極１０（図７）、電極２０（図７）および電極３０（図７）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（受信用電極））
電極１０は、円盤部１１および延出部１２を含み、全体として板状の形状を有している（図７参照）。延出部１２は、外形が矩形状であり、円盤部１１の外縁から外方に向かって延出する形状を有する。電極１０は、円盤部１１が圧電体層４０の上面４１の丁度中央に位置するように上面４１上に配置される。延出部１２は、円盤部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（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。

図３に示すように、ＦＰＣ８０の先端部８０ＴはＴ字形状を有する。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１０は、本実施の形態では「受信用電極」として機能する。

（電極２０（送信用電極））
電極２０は、側壁部２１、上面部２２、および中間部２３，２４を含む（図７参照）。側壁部２１、上面部２２、および中間部２３，２４は、いずれも板状の形状を有している。側壁部２１は、圧電体層４０の側面４２（図５）に対向し、側面４２に接するように配置される。側壁部２１は、圧電体層４０の側面４２の全部を覆う表面形状を有している（図３，図４，図９，図１０参照）。

上面部２２は、側壁部２１の矢印Ｚ方向の側（および矢印Ｙとは反対方向の側）の端部に連設され、圧電体層４０の上面４１上に配置される。矢印Ｙ方向における寸法を「幅」とすると、上面部２２は側壁部２１よりも幅が狭い。上面部２２の矢印Ｙとは反対方向の端部は、圧電体層４０の側面４３と面一の関係を有している。

上面部２２および中間部２３，２４は、平行な位置関係を有し、中間部２３，２４は、上面部２２よりも矢印Ｚとは反対方向の側に位置する。中間部２３は、上面部２２と中間部２４との間に位置する。中間部２３と中間部２４とは間隔を空けて対向している。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）。詳細は後述されるが、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等参照）。

中間部２３，２４の内側には、円形形状を有するくり抜き部２３Ｈ，２４Ｈ（図７）がそれぞれ設けられる。くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈの大きさ（外径）は、電極１０の円盤部１１の大きさ（外径）よりも大きい。くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈの位置は、電極１０の円盤部１１の位置に対応している。くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈは、電極１０の円盤部１１を矢印Ｚとは反対方向に投影した場合に、円盤部１１の投影像に重ならない位置に配置されている（図８，図１０参照）。

中間部２３，２４の内側には、切り欠き部２３Ｔ，２４Ｔもそれぞれ設けられる。切り欠き部２３Ｔ，２４Ｔは、くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈ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（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。切り欠き部２３Ｔ，２４Ｔの位置は、電極１０の延出部１２の位置に対応している。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は、側壁部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の側壁部３１に接続しておらず、側壁部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２０は、本実施の形態では「送信用電極」として機能する。

（電極３０（特定の電極，共通電極））
特定の電極としての電極３０は、側壁部３１、上面部３２、中間部３３および下面部３４を含む（図７参照）。側壁部３１、上面部３２、中間部３３および下面部３４は、いずれも板状の形状を有している。側壁部３１は、圧電体層４０の側面４４（図５）に対向し、側面４４に接するように配置される。側壁部３１は、圧電体層４０の側面４４の全部を覆う表面形状を有している（図３，図４，図９，図１０参照）。下面部３４は、圧電体層４０の下面４６に対向し、下面４６に接するように配置される。下面部３４は、圧電体層４０の下面４６の全部を覆う表面形状を有している。

上面部３２は、側壁部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。矢印Ｙ方向における寸法を「幅」とすると、上面部３２の幅は、圧電体層４０の上面４１の幅に等しい。上面部３２の矢印Ｙ方向における両端部は、圧電体層４０の側面４３，４５とそれぞれ面一の関係を有している。

上面部３２、中間部３３および下面部３４は、平行な位置関係を有し、中間部３３および下面部３４は、上面部３２よりも矢印Ｚとは反対方向の側に位置する。中間部３３は、上面部３２と下面部３４との間に位置する。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）。

上面部３２および中間部３３の内側には、円形形状を有するくり抜き部３２Ｈ，３３Ｈ（図７）がそれぞれ設けられる。くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈの大きさ（外径）は、電極１０の円盤部１１の大きさ（外径）よりも大きい。くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈの位置は、電極１０の円盤部１１の位置に対応している。くり抜き部３２Ｈの内側に、電極１０の円盤部１１が配置される（図５参照）。くり抜き部３３Ｈは、電極１０の円盤部１１を矢印Ｚとは反対方向に投影した場合に、円盤部１１の投影像に重ならない位置に配置されている（図８，図１０参照）。

上面部３２および中間部３３の内側には、切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔもそれぞれ設けられる。切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔは、くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈ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（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔの位置は、電極１０の延出部１２の位置に対応している。切り欠き部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、側壁部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の側壁部２１に接続しておらず、側壁部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）。電極３０は、本実施の形態では「共通電極」として機能する。

以上のように構成される電極１０，２０，３０のうち、圧電体層４０の表面を覆うように設けられる部分（電極１０、電極２０の側壁部２１および上面部２２、ならびに、電極３０の側壁部３１、上面部３２および下面部３４）は、たとえば、Ａｇを圧電体層４０の表面にスパッタリング処理を行なうことで形成される。スパッタリングに限られず、圧電体層４０の表面を覆うように設けられる部分は、Ａｇ厚膜をペーストすることで形成されていてもよい。さらに、Ａｇの下地層として、モネル（Ｃｕ−Ｎｉ）が設けられていてもよい。

（送信用領域および受信用領域）
図８〜図１０を参照して、本実施の形態における圧電体層４０の内部には、送信用領域４０Ｎおよび受信用領域４０Ｍが形成される。送信用領域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。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。

第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ４は、短冊形状を有する薄肉の圧電セラミックよりなる４層の圧電体層の間に、電極２０の中間部２３、電極３０の中間部３３、および電極２０の中間部２４を介在させてこれらを積層し、一体に焼成することにより作製される。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。

受信用領域４０Ｍは、第２単位圧電体層Ｍ１の１層構造を有している。第２単位圧電体層Ｍ１は、短冊形状を有する薄肉の圧電セラミックよりなる４層の圧電体層の間に、電極を介在させないでこれらを積層し、一体に焼成することにより作製される。

電極３０の下面部３４は、送信用領域４０Ｎおよび受信用領域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を含む送信用領域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の円盤部１１は、第２単位圧電体層Ｍ１を含む受信用領域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、および、電極３０の上面部３２と電極３０の下面部３４との間に位置する領域が、送信用領域４０Ｎとして機能する。一方で、圧電体層４０のうち、電極１０の円盤部１１と電極３０の下面部３４との間に位置する領域が受信用領域４０Ｍとして機能する。

図８および図１０に示すように、本実施の形態においては、送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとは、ケース６０の底部６２の内面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。より具体的には、平面視して（ケース６０の底部６２の内面６２Ｓに垂直な方向から圧電体層４０を見て）圧電体層４０の中心部に受信用領域４０Ｍが設けられている。図８では、送信用領域４０Ｎが複数図示されているが、これらは連なっており、受信用領域４０Ｍを囲むように、受信用領域４０Ｍよりも径方向の外側である周辺部に、送信用領域４０Ｎが設けられている。

（作用および効果）
冒頭で述べたとおり、従来の超音波センサにおいては、圧電素子の積層数が多ければ多いほど、送波の際の音圧が上がるが、受波の際の感度が下がるという特性が示される。これは、従来の積層型の圧電素子においては、圧電素子の送波に供される部分と受波に供される部分とが同一の部位内に形成されているからである。

本実施の形態においては、圧電素子５０の送波に供される部分（送信用領域４０Ｎ）と受波に供される部分（受信用領域４０Ｍ）とが、同一の部位内に形成されてはいない。送波の際の音圧を上げるために圧電素子５０の送波に供される部分（送信用領域４０Ｎ）の積層数を４層構造としているが、受波に供される部分（受信用領域４０Ｍ）は１層構造のままである。本実施の形態の超音波センサ１００においては、受波の際の感度が低下することが、従来の構成に比べて抑制されている。したがって、本実施の形態の超音波センサ１００は、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能な構造を備えていると言える。

本実施の形態では、送信用領域４０Ｎに４層構造が採用されており、受信用領域４０Ｍに１層構造が採用されている。すなわち、第１単位圧電体層の層数は、第２単位圧電体層の層数以上である。したがって、送信用領域４０Ｎのインピーダンスは、受信用領域４０Ｍのインピーダンスよりも低い値（異なる値）である。したがって、超音波センサ１００の圧電素子５０においては、音圧および感度の調整がそれぞれ最適化されており、高い精度でセンシングを行うことが可能となっていると言える。以下、本実施の形態における作用および効果についてより詳細に説明する。

上述の実施の形態１における超音波センサ１００は、外部ノイズが無視できる環境で、かつ、受信アンプなどの回路ノイズ（内部ノイズ）が支配的である場合に、特に有効に使用できるものである。具体的には、超音波センサによって検知可能な距離および精度は、ＳＮＲ（信号対ノイズ比）に依存する。このＳＮＲを上げるための方法は、主として、送信時の音圧を上げること、受信時の電圧感度を上げること、および受信時に受けるノイズの影響を下げることの３つが挙げられる。

送信時の音圧を上げるためには、圧電素子を大きくしたり、圧電素子の圧電定数（ｄ定数）を大きくしたり、圧電素子の積層数を増やしたりするといった手法が挙げられる。これらの手法を採用することは、いずれも圧電素子のインピーダンスが低くなる方向に作用するため、同じ電圧でもより大きな消費電力が必要になる。

受信時の電圧感度を上げるためには、圧電素子を厚くしたり、圧電素子を小さくしたり、圧電素子の積層数を減らしたりといった手法が挙げられる。これらの手法を採用することは、いずれも圧電素子のインピーダンスが高くなる方向に作用する。受信時に受けるノイズの影響を下げるためには、圧電素子のインピーダンスを小さくし、かつ、受信アンプなどを含む回路ノイズ（内部ノイズ）を下げる必要がある。

単一の圧電層からなる単板型の圧電素子と、特開２００２−２０４４９７号公報（特許文献１）に開示された積層型の圧電素子とを比較すると、送信時の音圧に関しては、単板型の圧電素子の方が、積層型の圧電素子に比べて小さくなる。これは、同じ電圧をかけたときに、単板型の圧電素子に比べて積層型の圧電素子の方が、素子にかかる電界強度が大きくなり、発生するひずみも大きくなるためである。

受信時の電圧感度に関しては、単板型の圧電素子の方が、積層型の圧電素子に比べて大きくなる。同じ音圧が入力された時の素子のひずみは、単板型の圧電素子と積層型の圧電素子とでおよそ同じになり、圧電素子が発生する総電荷もおよそ同じになる。一方で、単板型の圧電素子と積層型の圧電素子とでは、静電容量が単板型の圧電素子の方が小さくなる。したがって、電圧＝電荷／静電容量の関係から、発生電圧は、単板型の圧電素子の方が積層型の圧電素子に比べて大きくなる。したがって受信時の電圧感度に関しては、単板型の圧電素子の方が、積層型の圧電素子に比べて大きくなる。

受信時に受けるノイズの影響に関しては、外部からのノイズが支配的である場合には、若しくは、受信アンプ等の回路ノイズ（内部ノイズ）が十分小さい場合には、単板型の圧電素子の方が、積層型の圧電素子に比べて大きくなる（単板型の圧電素子の方がノイズに対して弱い）。外部から回路に侵入してくるノイズのほとんどは、回路のインピーダンスが低いほど影響が小さくなるため、インピーダンスの低い積層素子の方が外部からのノイズの影響は小さくできる。

一方で、外部からのノイズを無視できる環境では（外部からのノイズが支配的でない場合には）、回路内部で発生するノイズが問題になる。回路ノイズ（内部ノイズ）の主なものは、受信アンプの電圧ノイズや、回路中の抵抗成分から出る熱に起因したノイズなどである。センサと回路とのマッチングの都合上、センサのインピーダンスが低いほど回路中の抵抗成分も小さくなり、熱に起因したノイズも小さくできる。ただし、熱に起因したノイズが受信アンプの電圧ノイズよりも小さい場合には、熱に起因したノイズを下げてもトータルのノイズは下がらないものとなる。したがって、回路ノイズが十分に低い場合には、積層型の圧電素子は単板型の圧電素子に比べて電圧感度が低くなる分、音圧が高くなり、ノイズも低いためＳＮＲとしては高くなるものとなる。

しかし、上述のように、外部ノイズが無視できる環境で、かつ、受信アンプの電圧ノイズが十分に低くない場合（受信アンプなどの回路ノイズが支配的である場合）には、積層型の圧電素子を採用してインピーダンスを低くしたとしても、ノイズを下げることができないため、音圧の向上と感度の低下との効果が互いに相殺してしまい、積層型の圧電素子を採用したとしても性能を十分に向上させることが難しい場合がある。

一方で、実際の超音波センサ１００が搭載される実情に鑑みると、回路周りに設けられるシールド（静電遮蔽）が十分に確保されるような場合では、外部ノイズをほとんど無視できるレベルに小さくできる。また、受信アンプのノイズを十分に下げるには、より低ノイズのアンプを使うことになるが、製造費用が高くなるという問題があり、採用は容易ではない。したがって、上述の実施の形態１における超音波センサ１００は、外部ノイズが無視できる環境で、かつ、受信アンプなどの回路ノイズ（内部ノイズ）が支配的である場合に、特に高精度のセンシングが可能となり、安価に実施できるものとなり、有効に使用できるものであるといえる。

本実施の形態においては、第１単位圧電体層の層数が、第２単位圧電体層の層数以上である。この構成に限られず、送信用電極（電極２０）と共通電極（電極３０）との間のインピーダンスが、受信用電極（電極１０）と共通電極（電極３０）との間のインピーダンスよりも低い値であれば、第２単位圧電体層の層数は、第１単位圧電体層の層数以上であってもよい。

［実施の形態２］
図１１を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ａについて説明する。図１１は、圧電素子５０Ａを示す断面図であり、実施の形態１における図８に対応している。

圧電素子５０Ａにおいては、送信用領域４０Ｎが５つの第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ５からなる５層構造を有している。送信用領域４０Ｎに関する電極構造としては、図１１紙面の上から順に、電極２０の上面部２２、電極３０の上面部３２、電極２０の中間部２３、電極３０の中間部３３、電極２０の中間部２４、および電極３０の下面部３４の順に配置されている。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

なお、上述の実施の形態では、送信用領域４０Ｎは４つないし５つの第１単位圧電体層からなる層構造を有しているとしたが、これに限られるものではない。たとえば、送信用領域４０Ｎが、２つ、３つ、ないし６つ以上の第１単位圧電体層からなる層構造を有していてもよい。

［実施の形態３］
図１２を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｂについて説明する。図１２は、圧電素子５０Ｂを示す断面図であり、実施の形態１における図８に対応している。

圧電素子５０Ｂにおいては、受信用領域４０Ｍが２つの第２単位圧電体層Ｍ１，Ｍ２からなる２層構造を有している。受信用領域４０Ｍに関する電極構造としては、図１２紙面の上から順に、電極３０の上面部３２Ｍ、電極１０の円盤部１１、および電極３０の下面部３４の順に配置されている。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

［実施の形態４］
図１３および図１４を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｃについて説明する。図１３は、圧電素子５０Ｃの分解した状態を示す斜視図である。図１４は、図１３中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った矢視断面図であり、圧電素子５０Ｃの組み立てられた状態の断面図が示されている（実施の形態１における図８に対応する図である）。

圧電素子５０Ｃにおいては、圧電体層４０は直方体状の形状を有する。電極１０，３０は、外形が矩形状の平板形状を有する。電極２０は、延出部２２ａ，２２ｃおよびこれらを接続する接続部２２ｂを有する。電極１０は、延出部２２ａと延出部２２ｃとの間に配置される。図１４に示すように、送信用領域４０Ｎは、１つの第１単位圧電体層からなる１層構造を有し、受信用領域４０Ｍも、１つの第２単位圧電体層Ｍ１からなる１層構造を有している。

本実施の形態においては、送信用領域４０Ｎのうちのケース６０の底部６２の内面６２Ｓに接合される側の面の表面積（総面積）ＲＮは、受信用領域４０Ｍのうちのケース６０の底部６２の内面６２Ｓに接合される側の面の表面積（総面積）ＲＭ以上（具体的には、よりも大きい）である。当該構成によっても、電極２０（延出部２２ａ，２２ｃ）と電極３０のとの間（送信用領域４０Ｎ）のインピーダンスは、電極１０と電極３０との間（受信用領域４０Ｍ）との間のインピーダンスよりも低い値（異なる値）となり、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。圧電素子５０Ｃを備えた本実施の形態の超音波センサは、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能であり、これらの最適化を図ることができると言える。

［実施の形態５］
図１５および図１６を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｄについて説明する。図１５は、圧電素子５０Ｄの分解した状態を示す斜視図である。図１６は、図１５中のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った矢視断面図であり、圧電素子５０Ｄの組み立てられた状態の断面図が示されている（実施の形態１における図８に対応する図である）。

圧電素子５０Ｄにおいても、実施の形態４と同様に、電極１０，３０は、外形が矩形状の平板形状を有する。電極２０は、延出部２２ａ，２２ｃおよびこれらを接続する接続部２２ｂを有する。電極１０は、延出部２２ａと延出部２２ｃとの間に配置される。圧電体層４０については、上面４１ａ，４１ｃと、上面４１ａ，４１ｃよりも圧電体層４０の厚さが厚い上面４１ｂとが形成されている。図１６に示すように、送信用領域４０Ｎは、１つの第１単位圧電体層からなる１層構造を有し、受信用領域４０Ｍも、１つの第２単位圧電体層Ｍ１からなる１層構造を有している。なお、送信用領域４０Ｎのうちのケース６０の底部６２の内面６２Ｓに接合される側の面の表面積（総面積）は、受信用領域４０Ｍのうちのケース６０の底部６２の内面６２Ｓに接合される側の面の表面積（総面積）と略同一である。

本実施の形態においては、ケース６０の底部６２に対して直交する方向における送信用領域４０Ｎの厚さＴＮは、同方向における受信用領域４０Ｍの厚さＴＭ以下である。当該構成によっても、電極２０（延出部２２ａ，２２ｃ）と電極３０のとの間（送信用領域４０Ｎ）のインピーダンスは、電極１０と電極３０との間（受信用領域４０Ｍ）との間のインピーダンスよりも低い値（異なる値）となり、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。圧電素子５０Ｄを備えた本実施の形態の超音波センサも、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能であり、これらの最適化を図ることができると言える。

［実施の形態６］
図１７を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｅについて説明する。図１７は、圧電素子５０Ｅを示す断面図であり、実施の形態１における図８に対応している。本実施の形態においては、送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとの関係が、実施の形態１と正反対になっている。

送信用領域４０Ｎは、１つの第１単位圧電体層Ｎ１からなる１層構造を有し、受信用領域４０Ｍは、４つの第２単位圧電体層Ｍ１〜Ｍ４からなる４層構造を有している。受信用領域４０Ｍに関する電極構造としては、図１７紙面の上から順に、電極３０の上面部３２、電極１０の中間部１３、電極３０の中間部３３、電極１０の中間部１４、および電極３０の下面部３４の順に配置されている。当該構成によっても、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能であると言える。

［実施の形態７］
図１８を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｆについて説明する。図１８は、圧電素子５０Ｆを示す断面図であり、実施の形態３における図１２に対応している。本実施の形態においては、送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとの関係が、実施の形態３と正反対になっている。

送信用領域４０Ｎは、２つの第１単位圧電体層Ｎ１，Ｎ２からなる２層構造を有し、受信用領域４０Ｍは、４つの第２単位圧電体層Ｍ１〜Ｍ４からなる４層構造を有している。当該構成によっても、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能であると言える。

［実施の形態８］
図１９を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｇについて説明する。図１９は、圧電素子５０Ｇを示す断面図であり、実施の形態３における図１２に対応している。本実施の形態においては、圧電体層４０の内部に、送信用領域４０Ｎ、受信用領域４０Ｍ、および分離領域４０Ｖが形成されており、電極３０の一部（具体的には、電極３０の中間部３３の一部）が、分離領域４０Ｖの中に及ぶように設けられている。分離領域４０Ｖとは、圧電体層４０のうち、送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとの間に位置する部分（絶縁性を有する領域）である。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

［実施の形態９］
図２０を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｈについて説明する。図２０は、圧電素子５０Ｈを示す断面図であり、実施の形態３における図１２に対応している。本実施の形態においては、圧電体層４０の内部に、送信用領域４０Ｎ、受信用領域４０Ｍ、および分離領域４０Ｖが形成されており、電極１０の一部が分離領域４０Ｖの中に及ぶように設けられている。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

［実施の形態１０］
図２１を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｉについて説明する。図２１は、圧電素子５０Ｉを示す断面図であり、実施の形態３における図１２に対応している。本実施の形態においては、圧電体層４０の内部に、送信用領域４０Ｎ、受信用領域４０Ｍ、および分離領域４０Ｖが形成されており、電極２０の一部（具体的には、電極２０の中間部２３の一部および中間部２４の一部）が分離領域４０Ｖの中に及ぶように設けられている。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

［実施の形態１１］
図２２を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子について説明する。図２２は、本実施の形態における圧電素子に備えられる電極１０，２０，３０を示す斜視図であり、実施の形態１における図７に対応している。

本実施の形態においては、電極１０は、円盤部１１を含み、延出部１２を含まない。電極１０は、全体として円盤状の形状を有している。また、電極２０の中間部２３，２４および電極３０の中間部３３、すなわち、電極２０のうちの第１単位圧電体層に挟まれていない部分の電極と、電極３０のうちの第２単位圧電体層に挟まれていない部分の電極（以下、これらを総称して内部電極ともいう）とが、環状の形状を有している。

当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。また、当該構成によれば、電極２０の中間部２３，２４および電極３０の中間部３３が環状であるので、ケース６０（図２参照）の外部から衝撃が加わり、電極２０の中間部２３，２４または電極３０の中間部３３の一部に亀裂が生じたとしても、駆動に寄与する電極の範囲の減少を防止できる。したがって、耐チッピング性能を向上させることができる。なお、中間部２３，２４，３３の３つすべてを環状に構成する場合に限られず、中間部２３，２４，３３のうちのいずれか１つ、または２つのみを環状に構成しても構わない。

［実施の形態１２］
図２３を参照して、本実施の形態における超音波センサに備えられる圧電素子５０Ｋについて説明する。図２３は、圧電素子５０Ｋの断面図であり、実施の形態１における図９に対応している。圧電素子５０Ｋにおいては、圧電体層４０の上面４１に、電極２０の上面部２２および電極３０の上面部３２が形成されており、上面部２２および上面部３２の間に電極１０が設けられている。電極２０，３０は、複数の中間部２３，３３を有しており、複数の中間部２３，３３は、圧電体層４０の厚さ方向において交互に並んでいる。

本実施の形態においては、受信用領域４０Ｍは、電極１０と、電極３０のうちの最上段に位置する中間部３３との間に形成される。送信用領域４０Ｎは、電極２０と電極３０とが対向している部分に形成される。本実施の形態においては、受信用領域４０Ｍおよび送信用領域４０Ｎは、ケース６０の底部６２の内面６２Ｓに垂直な方向において互いに隣り合う位置に形成されている。

当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。また、当該構成によれば、受信用領域４０Ｍおよび送信用領域４０Ｎがケース６０の底部６２の内面６２Ｓの表面方向において互いに隣り合う位置に形成されている場合に比べて、体積あたりの送信に使用する領域が増えるため、音圧を向上させることができる。

［実施の形態１３］
図２４〜図２６を参照して、本実施の形態における超音波センサ２００について説明する。図２４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。センサ装置１Ｌは、超音波センサ２００に加えて、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。詳細は後述されるが、超音波センサ２００は、圧電素子５０Ｌを備えており、この圧電素子５０Ｌは電極１０，２０，３０，９０からなる４端子構造を有している。電極２０，３０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９０は、接地されている。

（圧電素子５０Ｌ）
図２５および図２６を参照して、超音波センサ２００に備えられる圧電素子５０Ｌについて説明する。図２５は、圧電素子５０Ｌを示す斜視図であり、実施の形態１における図５に対応している。図２６は、図２５中のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線に沿った矢視断面図であり、実施の形態１における図９に対応している。

本実施の形態における圧電素子５０Ｌは、上述の実施の形態１における圧電素子５０と同様にして、ケース６０（図２参照）に組み込まれる。具体的には、本実施の形態における超音波センサ２００は、底部６２を有するケース６０（図２）と、底部６２の内面６２Ｓに接合され、底部６２とともにベンディング振動する圧電素子５０Ｌとを備える。

図２４〜図２６に示すように、圧電素子５０Ｌは、圧電体層４０、電極１０，２０，３０、および特定の電極としての電極９０（接地電極）を有している。圧電体層４０は、上述の実施の形態１の場合と同様に、直方体状の形状を有する。図２６においては、上面４１、側面４２および側面４４が描かれている。

電極１０（受信用電極）は、圧電体層４０の上面４１上に形成される。本実施の形態の電極１０は、円盤部１１から構成され、延出部１２（図７参照）を有していない。

電極２０（送信用電極）は、側壁部２１、上面部２２および複数の中間部２３（図２６）を含む。側壁部２１は、圧電体層４０の側面４２に対向し、側面４２に接している。上面部２２は、側壁部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。複数の中間部２３は、電極２０のうちの圧電体層４０の内部に配置される部位（内部電極）であり、圧電素子５０Ｌが完成した状態ではこれらは視認されない。複数の中間部２３の間には、電極３０の中間部３３が配置される。

本実施の形態では、電極３０も送信用電極として機能する。電極３０は、側壁部３１、上面部３２および複数の中間部３３（図２６）を含む。側壁部３１は、圧電体層４０の側面４４に対向し、側面４４に接している。上面部３２は、側壁部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。複数の中間部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（内部電極）であり、圧電素子５０Ｌが完成した状態ではこれらは視認されない。複数の中間部３３の間には、電極２０の中間部２３が配置される。

上述のとおり、電極９０（接地電極）は、ＧＮＤ電位に接地される。本実施の形態の電極９０は、上面部９１、側壁部９２、および下面部９３を含む。側壁部９２は、圧電体層４０の側面４２に対向し、側面４２に接している。上面部９１は、側壁部９２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。下面部９３は、側壁部９２の矢印Ｚとは反対側の端部に連設され、圧電体層４０の下面４６上に配置される。

（送信用領域および受信用領域）
図２６を参照して、圧電体層４０の内部には、送信用領域４０Ｎ、受信用領域４０Ｍ、および分離領域４０Ｖが形成される。送信用領域４０Ｎを構成する１または複数の単位圧電体層と、受信用領域４０Ｍを構成する１または複数の単位圧電体層とは、層数が互いに異なるように構成される。本実施の形態では、送信用領域４０Ｎは、第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ８からなる８層構造を有している。一方で、受信用領域４０Ｍは、第２単位圧電体層Ｍ１の１層構造を有している。

第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ８は、ケース６０（図２）の底部６２から遠ざかる方向に積層される。第１単位圧電体層Ｎ１〜Ｎ８は、電極２０（送信用電極）の上面部２２および中間部２３、ならびに、電極３０（送信用電極）の上面部３２および中間部３３によって、電気的に並列接続される。

電極９０（接地電極）は、分離領域４０Ｖを隔てて隣り合う送信用領域４０Ｎおよび受信用領域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〜Ｎ８を含む送信用領域４０Ｎを間に挟んで、電極９０の下面部９３に対向している。電極１０は、第２単位圧電体層Ｍ１を含む受信用領域４０Ｍを間に挟んで、電極９０の下面部９３に対向している。なお、電極９０は、圧電体層４０を介して少なくとも受信用領域４０Ｍに対向していれば、上面部９１および側壁部９２を備えていなくても構わない。

本実施の形態においては、圧電体層４０のうち、電極２０の上面部２２と圧電体層Ｎ７，Ｎ８に挟まれる電極２０（中間部２３）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３０の上面部３２と圧電体層Ｎ７，Ｎ８に挟まれる電極２０（中間部２３）との間に位置する領域が、送信用領域４０Ｎとして機能する。電極１０と電極９０の下面部９３との間に位置する領域が、受信用領域４０Ｍとして機能する。

送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとは、ケース６０の底部６２の内面６２Ｓの表面方向（Ｘ−Ｙ面方向）において、分離領域４０Ｖ（絶縁領域）を介し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の中心部に受信用領域４０Ｍが設けられている。図２６では、送信用領域４０Ｎが複数図示されているが、これらは連なっており、受信用領域４０Ｍを囲むように、受信用領域４０Ｍよりも径方向の外側である周辺部に、送信用領域４０Ｎが設けられている。

当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。また、電極９０が電極３０と分離されており、電極９０が接地されているので、ケース６０から静電気が進入した場合であっても、電荷がすみやかにＧＮＤ電位に落ちるため、信号生成回路１０４や受信アンプ１０６が破壊されることを防止できる。また、ケース６０が安定してＧＮＤ電位となるため、電磁ノイズを抑制することが可能となる。

［他の実施の形態］
上述の各実施の形態においては、圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなっているが、これに限られるものではない。たとえば、圧電素子は、ニオブ酸カリウムナトリウム系やアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電セラミックスの圧電材料などからなっていてもよい。上述の各実施の形態においては、シリコーン７１，７２、は、シリコーン樹脂からなっているが、これに限るものではない。樹脂からなるものであれば、例えば、ウレタン樹脂やシリコーン発泡樹脂からなっていてもよい。上述の各実施の形態においては、圧電素子の外形は直方体であるが、これに限るものではない。例えば、圧電素子の外形が円筒形状であったとしても、実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。

以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は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が含まれることが意図される。

１，１Ｌ センサ装置、１０ 電極（受信用電極）、１０Ｃ，２０Ｃ，３０Ｃ 接続箇所、１１ 円盤部、１２，２２ａ，２２ｃ 延出部、１３，１４，２３，２４，３３ 中間部、２０ 電極（送信用電極）、２１，３１，９２ 側壁部、２２，３２，３２Ｍ，９１ 上面部、２２ｂ 接続部、２３Ｈ，２４Ｈ，３２Ｈ，３３Ｈ くり抜き部、２３Ｔ，２４Ｔ，３２Ｔ，３３Ｔ 切り欠き部、３０ 電極（共通電極、特定の電極）、３２Ｆ 後退部、３４，９３ 下面部、４０ 圧電体層、４０Ｍ 受信用領域、４０Ｎ 送信用領域、４０Ｖ 分離領域、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 上面、４２，４３，４４，４５ 側面、４６ 下面、５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ，５０Ｇ，５０Ｈ，５０Ｉ，５０Ｋ，５０Ｌ 圧電素子、６０ ケース、６１ 筒状部、６２ 底部、６２Ｓ 内面、６２Ｔ 外面、６３ 吸音材、６４ 接着剤、６５ 接合剤、７１，７２ シリコーン、８０Ｔ 先端部、８１，８２，８３ 配線パターン、９０ 電極（接地電極、特定の電極）、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、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４ 第２単位圧電体層、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５ 第１単位圧電体層、ＴＭ，ＴＮ 厚さ、Ｘ，Ｙ，Ｚ 矢印。

Claims (14)

1. 底部を有するケースと、
   前記底部の内面に接合され、前記底部とともにベンディング振動する圧電素子とを備え、
   前記圧電素子は、
   送信用領域および受信用領域を含む圧電体層と、
   特定の電極と、
   前記送信用領域を間に挟んで前記特定の電極に対向する送信用電極と、
   前記受信用領域を間に挟んで前記特定の電極に対向する受信用電極と、を有し、
   前記送信用領域および前記受信用領域は、互いに隣り合う位置に形成されており、
   前記送信用電極と前記特定の電極との間のインピーダンスは、前記受信用電極と前記特定の電極との間のインピーダンスよりも低い値である、
   超音波センサ。
2. 前記送信用領域および前記受信用領域は、前記底部の前記内面に垂直な方向において互いに隣り合う位置に形成されている、
   請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記送信用領域および前記受信用領域は、前記底部の前記内面の表面方向において互いに隣り合う位置に形成されている、
   請求項１または２に記載の超音波センサ。
4. 平面視して前記圧電素子の中心部に前記受信用領域が設けられており、前記受信用領域を囲むように、前記受信用領域よりも径方向の外側である周辺部に、前記送信用領域が設けられている、
   請求項３に記載の超音波センサ。
5. 前記特定の電極は、前記送信用領域および前記受信用領域の双方に及んで広がる形状を有する共通電極である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の超音波センサ。
6. 前記送信用領域は、１つの第１単位圧電体層、または、前記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の第１単位圧電体層を含み、
   前記受信用領域は、１つの第２単位圧電体層、または、前記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の第２単位圧電体層を含む、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波センサ。
7. 前記第１単位圧電体層の層数は、前記第２単位圧電体層の層数以上である、
   請求項６に記載の超音波センサ。
8. 前記送信用領域は、１つの内部電極、または、前記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の内部電極を含み、
   前記受信用領域は、１つの内部電極、または、前記底部から遠ざかる方向に積層され且つ電気的に並列接続された複数の内部電極を含み、
   前記送信用領域および／または前記受信用領域に含まれる前記内部電極の形状は、環状である、
   請求項６または７に記載の超音波センサ。
9. 前記送信用領域のうちの前記底部の前記内面に接合される側の面の表面積は、前記受信用領域のうちの前記底部の前記内面に接合される側の面の表面積以上である、
   請求項１から８のいずれか１項に記載の超音波センサ。
10. 前記底部に対して直交する方向における前記送信用領域の厚さは、同方向における前記受信用領域の厚さ以下である、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の超音波センサ。
11. 底部を有するケースと、
    前記底部の内面に接合され、前記底部とともにベンディング振動する圧電素子とを備え、
    前記圧電素子は、
    送信用領域、受信用領域、および分離領域を含む圧電体層と、
    特定の電極と、
    前記送信用領域を間に挟んで前記特定の電極に対向する送信用電極と、
    前記受信用領域を間に挟んで前記特定の電極に対向する受信用電極と、を有し、
    前記送信用領域および前記受信用領域は、前記分離領域を介して互いに隣り合う位置に形成されており、
    前記送信用電極と前記特定の電極との間のインピーダンスは、前記受信用電極と前記特定の電極との間のインピーダンスよりも低い値である、
    超音波センサ。
12. 前記特定の電極は、前記分離領域の中に及ぶように設けられている、
    請求項１１に記載の超音波センサ。
13. 前記送信用電極は、前記分離領域の中に及ぶように設けられている、
    請求項１１または１２に記載の超音波センサ。
14. 前記受信用電極は、前記分離領域の中に及ぶように設けられている、
    請求項１１から１３のいずれか１項に記載の超音波センサ。

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