JP6418315B2

JP6418315B2 - 超音波センサ

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Publication number: JP6418315B2
Application number: JP2017500649A
Authority: JP
Inventors: 浩司南部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2016-02-12
Publication date: 2018-11-07
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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、ケースの内底面に圧電素子を接着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

導電性を有するケースの内底面に積層型の圧電素子を接合したとする。この場合、圧電素子の接合面の側に、接地電極と、電圧が印加されることで接地電極との間に電位差を形成する非接地電極（端面電極の端部）とが位置することになる。従来の超音波センサにおいては、導電性を有するケースと非接地電極（端面電極の端部）とが導通してしまい、対極回路（超音波センサを構成するための電気回路）が適切に形成されないことがあった。

本発明は、導電性を有するケースの内底面に積層型の圧電素子を接合する場合であっても、ケースと非接地電極（端面電極の端部）とが導通することを抑制可能な超音波センサを提供することを目的とする。

本発明に基づく超音波センサは、導電性を有する有底筒状のケースと、上記ケースの内底面に接合された積層型の圧電素子と、を備え、上記圧電素子の接合面の側には、接地電極と、電圧が印加されることで上記接地電極との間に電位差を形成する非接地電極とが位置しており、上記ケースの上記内底面には、凹部が形成されており、上記ケースの上記内底面に対して垂直な方向に沿って上記非接地電極および上記凹部を平面視した場合、上記非接地電極のうちの上記接合面の側に位置している端部は、上記凹部に重なるように位置している。

好ましくは、上記ケースの上記内底面に対して垂直な方向に沿って上記非接地電極および上記凹部を平面視した場合、上記非接地電極のうちの上記接合面の側に位置している上記端部は、上記凹部の内側に含まれるように位置している。

好ましくは、上記圧電素子は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有し、上記非接地電極のうちの上記接合面の側に位置している上記端部は、上記圧電素子の長手方向に沿って延びる形状を有している。

好ましくは、上記圧電素子は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有し、上記非接地電極のうちの上記接合面の側に位置している上記端部は、上記圧電素子の短手方向に沿って延びる形状を有している。

好ましくは、上記ケースの底部には貫通孔が設けられ、上記貫通孔の中に樹脂が埋め込まれることで、上記凹部が形成されている。

好ましくは、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、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と、上記送信用領域を間に挟んで上記共通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共通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、上記内底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。

上記構成によれば、非接地電極（端面電極の端部）がケースに導通することは凹部の存在によって抑制されるため、対極回路（超音波センサを構成するための電気回路）を適切に形成することが可能となる。

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１における超音波センサに用いられるケースの底部（内底面）に対して垂直な方向に沿って底部を見たときの様子を示す平面図である。実施の形態２における超音波センサに用いられるケースの底部（内底面）に対して垂直な方向に沿って底部を見たときの様子を示す平面図である。実施の形態３における超音波センサに用いられるケースの底部（内底面）に対して垂直な方向に沿って底部を見たときの様子を示す平面図である。実施の形態４における超音波センサに用いられるケースの底部（内底面）に対して垂直な方向に沿って底部を見たときの様子を示す平面図である。実施の形態５における超音波センサに用いられるケースなどを示す断面図である。実施の形態６における超音波センサに用いられる圧電素子を示す斜視図である。

［実施の形態］
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ＦＰＣ８０（Flexible Printed Circuits）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。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、非接地電極としての電極２０（図７）と、接地電極としての電極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）
電極１０は、円盤部１１および延出部１２を含む（図７参照）。電極１０は、受信用電極として機能する。延出部１２は、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。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（非接地電極））
非接地電極としての電極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、送信用電極として機能する。すなわち、電極２０に電圧が印加されることで、電極２０は電極３０（接地電極）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。なお、本実施の形態および以下の実施の形態において、上述の接着面が請求項における接合面に相当する。

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等参照）。

中間部２３，２４の内側には、くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈ（図７）と、切り欠き部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））
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）。

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の円盤部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、切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔもそれぞれ設けられる。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、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）。

（送信用領域および受信用領域）
図８〜図１０を参照して、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。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。

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、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、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の中心部に受信用領域４０Ｍが設けられており、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。

図９および図１０に示すように、以上のように構成される圧電素子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（接地電極）の下面部３４と、電極２０（非接地電極）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に電圧が印加されることで、電極２０は電極３０（接地電極）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。

図１１は、ケース６０の底部６２（内底面６２Ｓ）に対して垂直な方向に沿って底部６２を見たときの様子を示す平面図である。図示上の便宜のため、図１１においては、圧電素子５０および電極２０の端面部２１（端部２１Ｔ）については点線を用いて図示している。

本実施の形態のケース６０の底部６２には、凹部６８が形成されている（図９および図１０も参照）。凹部６８は、直線状に延びる溝状の形状を有する。本実施の形態では、断面視が矩形状の凹部６８を設けているが、断面視は半円形状や三角形状、台形形状、半楕円形状であっても構わない。

ここで、ケース６０の底部６２（内底面６２Ｓ）に対して垂直な方向に沿って電極２０を平面視した場合、電極２０の端面部２１のうちの接着面の側に位置している端部２１Ｔは、凹部６８に重なるように位置している。換言すると、ケース６０の底部６２（内底面６２Ｓ）に対して垂直な方向に沿って端部２１Ｔを投影した場合、その投影により形成される投影像は、凹部６８に重なるように位置している。ケース６０の底部６２（内底面６２Ｓ）に対して垂直な方向に沿って電極２０を平面視した場合、好ましくは、図１１に示すように端部２１Ｔは凹部６８の内側に含まれるように位置しているとよい（この場合、上記の投影像の全部が凹部６８の内側に含まれることになる）。

（作用および効果）
積層型の圧電素子を備えた一般的な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、一般的な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、分離して形成されている。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。

図９および図１０を参照して、冒頭で述べたように、導電性を有するケース６０の底部６２の内底面６２Ｓに積層型の圧電素子５０を接着した場合には、圧電素子５０の接着面の側に、電極３０（接地電極）と、電圧が印加されることで接地電極との間に電位差を形成する電極２０（非接地電極）の端部２１Ｔとが位置することになる。従来の超音波センサにおいては、導電性を有するケース６０と電極２０の端部との間の距離が短いことに起因してこれらが導通（短絡）してしまい、対極回路（超音波センサを構成するための電気回路）が適切に形成されないことがあった。

これに対して本実施の形態の超音波センサ１００においては、電極２０（非接地電極）がケース６０に導通することは凹部６８の存在によって抑制される。したがって、ケース６０と電極２０とが絶縁され、対極回路が形成されることにより、超音波センサ１００は適切に機能することができ、製造直後に初期不良が発生する確率を低減可能となる。なお、接地電極としての電極３０は、ケース６０の底部６２と導通していても構わない。

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。凹部６８が設けられていない場合には、使用を開始したのちにベンディング振動の影響を受けてケース６０と電極２０とが導通してしまい、不良の発生につながることがあり得る。本実施の形態の超音波センサ１００によれば、このような不具合が生じることも凹部６８の存在によって抑制することが可能である。凹部６８の存在は、超音波センサ１００の振動モードに影響し得るため、不要な導通の発生を防止しつつ、最適な振動モードが得られるように凹部６８の深さ、長さ、幅などを最適化するとよい。

実施の形態１で述べた上記の導通を防止するという対策は、圧電素子（たとえば電極２０）の形状を工夫することでも同様な効果が得られるが、厚みの薄い積層素子を用いる場合には、本実施の形態で説明したような、ケース６０に凹部６８を設けるという対策の方が容易に実施できると言える。なお、ケース６０に凹部６８を設けることに加えて、さらに、圧電素子（たとえば電極２０）の形状を工夫して不要な導通の発生を防止するということも有効である。

［実験例］
上述の実施の形態１による効果を検証するため、次のような実験を行なった。すなわち、金属製のケース６０として、直径１４ｍｍ、高さ９ｍｍを有するものを準備した。ケース６０の底部６２の厚さは、０．９ｍｍとした。ケース６０の底部６２に設けた凹部６８の形状は、長さ６．５ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．０５ｍｍとした。

積層型の圧電素子５０として、長さ６ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．２ｍｍを有するものを準備した。配線部材としては、ＦＰＣの代わりにリード線を用い、接着剤６４としてはエポキシ樹脂（絶縁性接着剤）を用い、充填剤７１，７２としてはシリコーンを用いた（図２参照）。

以上のような構成を有する超音波センサ１００を１０個製造したところ、初期不良が発生したもの（製造の直後において導通が発生したもの）はゼロであった。凹部６８の深さのみを変更し、深さ０．０３５ｍｍ、深さ０．０６ｍｍにしても、同様の結果が得られた。ケース６０の底部６２の厚み（９００μｍ）に対して、凹部６８の深さが３％以上６％以下であれば、良好な結果が得られた。また、凹部６８の代わりに貫通孔をケース６０の底部６２に設けて同様な実験を行なったところ、初期不良率は改善したが、代わりに超音波センサの周波数、指向性、振動モードが変化し、凹部を設ける場合に比べると音圧が得られにくくなった。

［実施の形態２］
上述の実施の形態１では（図１１参照）、ケース６０の底部６２に１つの凹部６８が設けられる。

図１２に示すケース６０Ａのように、底部６２には、２つの凹部６８Ａ，６８Ｂが設けられていてもよい。凹部６８Ａ，６８Ｂは、互いに同一の形状を有しており、互いに平行である。当該構成によれば、圧電素子５０を底部６２に貼り付ける際に圧電素子５０の方向性に配慮しなくて済むため、生産効率の向上が期待できる。

［実施の形態３］
上述の実施の形態１では、電極２０の端部２１Ｔは、圧電素子５０の長手方向における側面（圧電体層４０の側面４２）の下端部に沿って延びる形状を有している。

図１３を参照して、本実施の形態の圧電素子５０Ａにおいては、電極２０の端部２１Ｔは、圧電素子５０Ａの短手方向における側面（圧電体層４０の側面４３）の下端部に沿って延びる形状を有している。このような圧電素子５０Ａが用いられる場合であっても、電極２０の端面部２１のうちの接着面の側に位置している端部２１Ｔがケース６０Ｂの凹部６８Ａに重なるように位置していることで、不要な導通を防止できる。好ましくは、図１３に示すケース６０Ｂのように、端部２１Ｔは凹部６８Ａの内側に含まれるように位置しているとよい。

［実施の形態４］
図１４を参照して、本実施の形態においても、電極２０の端部２１Ｔは、圧電素子５０Ａの短手方向における側面（圧電体層４０の側面４３）の下端部に沿って延びる形状を有している。ケース６０Ｃにおいても、上述の実施の形態２の場合と同様、底部６２には、２つの凹部６８Ａ，６８Ｂが設けられている。凹部６８Ａ，６８Ｂは、互いに同一の形状を有しており、互いに平行である。当該構成によれば、圧電素子５０Ａを底部６２に貼り付ける際に圧電素子５０Ａの方向性に配慮しなくて済むため、生産効率の向上が期待できる。

［実施の形態５］
図１５を参照して、本実施の形態のケース６０Ｄにおいては、ケース６０Ｄの底部６２には貫通孔６９が設けられ、貫通孔６９の中に樹脂６７（エポキシ樹脂など）が埋め込まれることで凹部６８が形成されている。当該構成によっても、上述の各実施の形態と略同様の作用および効果を得ることができる。

［実施の形態６］
上述の各実施の形態における超音波センサに備えられている圧電素子は（たとえば図８参照）、送信用領域４０Ｎと受信用領域４０Ｍとがケースの底部６２の内底面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。上記の各実施の形態で開示した思想（すなわち、ケースの内底面に凹部を設けるという思想）は、このような圧電素子を備えた超音波センサに限って適用されるものではなく、図１６に示す圧電素子５０Ｂを備えた超音波センサにも適用することができる。

図１６に示すように、本実施の形態における圧電素子５０Ｂは、電極１０を備えておらず、送波に供される部分と受波に供される部分とは分離されていない。このような圧電素子５０Ｂが用いられる場合であっても、ケース（図示せず）の底部６２に凹部６８が形成されることで、電極２０が端部２１Ｔを介して導通してしまうことを抑制することが可能である。

［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、圧電素子は長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状であるが、これに限られるものではない。たとえば、圧電素子は円板形状でもよい。上述の各実施の形態においては、充填剤７１，７２（図２）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、たとえば、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。

以上、本発明に基づいた各実施の形態および実験例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センサ装置、１０電極（共通電極）、１０Ｃ，２０Ｃ，３０Ｃ接続箇所、１１円盤部、１２延出部、２０電極（非接地電極）、２１，３１端面部、２１Ｔ端部、２２，３２上面部、２３，２４，３３中間部、２３Ｈ，２３Ｔ，２４Ｈ，２４Ｔ，３２Ｈ，３２Ｔ，３３Ｈ，３３Ｔ部、３０電極（接地電極）、３２Ｆ後退部、３４下面部、４０，Ｍ１，Ｎ１，Ｎ４圧電体層、４０Ｍ受信用領域、４０Ｎ送信用領域、４１上面、４２，４３，４４，４５側面、４６下面、５０，５０Ａ，５０Ｂ圧電素子、６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ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接合剤、６７樹脂、６８，６８Ａ，６８Ｂ凹部、６９貫通孔、７１，７２充填剤、８０Ｔ先端部、８１，８２，８３配線パターン、１００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。

Claims

導電性を有する有底筒状のケースと、
前記ケースの内底面に接合された積層型の圧電素子と、を備え、
前記圧電素子の接合面の側には、接地電極と、電圧が印加されることで前記接地電極との間に電位差を形成する非接地電極とが位置しており、
前記ケースの前記内底面には、凹部が形成されており、
前記ケースの前記内底面に対して垂直な方向に沿って前記非接地電極および前記凹部を平面視した場合、前記非接地電極のうちの前記接合面の側に位置している端部は、前記凹部に重なるように位置している、
超音波センサ。
前記ケースの前記内底面に対して垂直な方向に沿って前記非接地電極および前記凹部を平面視した場合、前記非接地電極のうちの前記接合面の側に位置している前記端部は、前記凹部の内側に含まれるように位置している、
請求項１に記載の超音波センサ。
前記圧電素子は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有し、
前記非接地電極のうちの前記接合面の側に位置している前記端部は、前記圧電素子の長手方向に沿って延びる形状を有している、
請求項１または２に記載の超音波センサ。
前記圧電素子は、長手方向と短手方向とを備える直方体状の形状を有し、
前記非接地電極のうちの前記接合面の側に位置している前記端部は、前記圧電素子の短手方向に沿って延びる形状を有している、
請求項１または２に記載の超音波センサ。
前記ケースの底部には貫通孔が設けられ、前記貫通孔の中に樹脂が埋め込まれることで、前記凹部が形成されている、
請求項１から４のいずれかに記載の超音波センサ。
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、
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と、
前記送信用領域を間に挟んで前記共通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共通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、前記内底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から５のいずれかに記載の超音波センサ。