KR101528890B1

KR101528890B1 - Ultrasonic sensor

Info

Publication number: KR101528890B1
Application number: KR1020147007993A
Authority: KR
Inventors: 코지 남부
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2015-06-15
Also published as: JPWO2013047544A1; CN103828395B; KR20140050749A; WO2013047544A1; CN103828395A; JP5672389B2

Abstract

케이스를 통하지 않고 압전 소자의 전극에 배선 부재를 접속하면서, 압전 소자와 케이스의 높은 접합 정밀도를 실현할 수 있고, 또한 양호한 진동 특성이나 감도 특성을 얻을 수 있는 구성의 초음파 센서를 실현한다. 초음파 센서(1)는 진동 영역인 바닥면부를 가지는 오목부(2B1)를 가지고, 유저 통상의 케이스(2)와, 제1의 면과 제1의 면과 대향하는 제2의 면을 가지는 압전 기판(3E)과, 제1의 면에 마련되어 있는 제1의 전극(3A)과, 제2의 면의 일부에 마련되어 있는 제2의 전극(3B)과, 제2의 면의 일부에 제2의 전극(3B)과 떨어져 마련되어 있고, 제1의 전극(3A)과 접속되어 있는 제3의 전극(3C)을 가지며, 제1의 전극(3A)이 오목부(2B1)의 바닥면에 접합되고, 바닥면을 평면으로 보아 스스로의 중심이 진동 영역의 중심과 다른 위치에 배치되어 있는 압전 소자(3)를 포함한다.An ultrasonic sensor having a structure capable of realizing high bonding accuracy between the piezoelectric element and the case and capable of obtaining good vibration characteristics and sensitivity characteristics while connecting the wiring member to the electrodes of the piezoelectric element without passing through the case is realized. The ultrasonic sensor 1 has a concave portion 2B1 having a bottom surface portion as a vibration region and has a case 2 and a piezoelectric substrate 2 having a first surface and a second surface opposing the first surface, A second electrode 3B provided on a part of the second surface; a second electrode 3B provided on a part of the second surface; And a third electrode 3C connected to the first electrode 3A so that the first electrode 3A is bonded to the bottom surface of the concave portion 2B1, And a piezoelectric element 3 whose center is located at a position different from the center of the vibration region when viewed in plane.

Description

ULTRASONIC SENSOR

이 발명은 압전 소자를 케이스에 접합한 구성의 초음파 센서, 예를 들면 자동차의 코너 소나(Corner sonar)나 백 소나(Back sonar) 등에 사용되는 초음파 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic sensor having a structure in which a piezoelectric element is bonded to a case, for example, an ultrasonic sensor used for a corner sonar or a back sonar of an automobile.

초음파 센서는, 초음파 펄스 신호를 간헐적으로 송신하여, 송신된 초음파 펄스 신호가 장해물이나 물표(物標)에 도달한 후에 반사된 반사파를 수신함으로써 장해물이나 물표를 검지하는 것이다(예를 들면 특허문헌 1 참조). 자동차의 백 소나, 코너 소나, 또한 종열(縱列) 주차할 때에 있어서의 측벽 등의 장해물과의 거리를 검지하는 파킹 스팟 센서 등에는 초음파 센서가 사용되고 있다.The ultrasonic sensor detects the obstacle or the object by intermittently transmitting the ultrasonic pulse signal and receiving the reflected wave after the transmitted ultrasonic pulse signal reaches the obstacle or the object (for example, refer to Patent Document 1 Reference). BACKGROUND ART An ultrasonic sensor is used for a parking spot sensor that detects a distance from an obstacle such as a back seat of a car, a corner sonar, and a sidewall at the time of parking.

도 6(A)는 종래의 초음파 센서의 구성예를 나타내는 단면도이다. 초음파 센서(101)는 케이스(102)와, 압전 소자(103)와, 덤핑재(104)와, 기판(105)과, 발포성 수지(106)와, 핀 단자(107A,107B)와, 리드선(108A,108B)을 포함하고 있다. 케이스(102)는 유저(有底) 통상(筒狀)이며, 금속 등의 도전성을 가지는 재료로 구성되어 있다. 압전 소자(103)는 케이스(102)의 개구 내 바닥면에 도전성 접착제 등에 의해 접합되어 있다. 도 6(B)는 압전 소자(103)의 구성예를 나타내는 사시도(斜視圖)이다. 압전 소자(103)는 압전 세라믹스로 이루어지고, 원판 형상의 압전 기판(103C)과, 압전 기판(103C)의 서로 대향하는 주면에 각각 마련되어 있는 전극(103A,103B)을 가진다. 압전 소자(103)는 전극(103A)이 케이스(102)의 개구 내 바닥면에 접촉하도록 케이스(102)에 접합되어 있다.6 (A) is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional ultrasonic sensor. The ultrasonic sensor 101 includes a case 102, a piezoelectric element 103, a dumping member 104, a substrate 105, a foamed resin 106, pin terminals 107A and 107B, 108A, and 108B. The case 102 is cylindrical, and is made of a conductive material such as a metal. The piezoelectric element 103 is bonded to the bottom surface of the opening of the case 102 with a conductive adhesive or the like. 6B is a perspective view showing a configuration example of the piezoelectric element 103. Fig. The piezoelectric element 103 is made of a piezoelectric ceramics and has a disk-like piezoelectric substrate 103C and electrodes 103A and 103B provided on the main surfaces of the piezoelectric substrate 103C facing each other. The piezoelectric element 103 is bonded to the case 102 so that the electrode 103A contacts the bottom surface in the opening of the case 102. [

또한 도 6(A)에 나타내는 바와 같이, 덤핑재(104)는 케이스(102)의 개구를 폐색(閉塞)하도록 마련되어 있다. 기판(105)은 덤핑재(104)상에 마련되어 있다. 기판(105) 및 덤핑재(104)에는 관통 구멍이 마련되어 있다. 발포성 수지(106)는 관통 구멍의 하나로부터 케이스(102)의 개구 내에 주입되고, 케이스(102)의 내부 및 관통 구멍의 내부에 충전되어 있다. 핀 단자(107A,107B)는 각각 직선 봉상(棒狀)이며, 각각 관통 구멍의 하나를 통해 케이스(102)의 개구 내에 삽입되어 있다. 리드선(108A)은, 케이스(102)의 개구 내에 있어서, 핀 단자(107A)의 선단과 케이스(102)에 솔더에 의해 접합되어 있고, 핀 단자(107A)와 케이스(102)를 전기적으로 접속하고 있다. 이 때문에, 핀 단자(107A)는 리드선(108A)과 케이스(102)를 통해 전극(103A)에 전기적으로 접속되어 있다. 리드선(108B)은, 케이스(102)의 개구 내에 있어서, 핀 단자(107B)의 선단과 압전 소자(103)의 전극(103B)에 솔더에 의해 접합되어 있고, 핀 단자(107B)의 선단과 압전 소자(103)의 전극(103B)을 전기적으로 접속하고 있다.6 (A), the dumping member 104 is provided so as to close the opening of the case 102. As shown in Fig. The substrate 105 is provided on the dumping member 104. The substrate 105 and the dumping member 104 are provided with through holes. The foamable resin 106 is injected from one of the through holes into the opening of the case 102 and filled in the inside of the case 102 and the inside of the through hole. The pin terminals 107A and 107B are each in a linear rod shape and are respectively inserted into the openings of the case 102 through one of the through holes. The lead wire 108A is bonded to the case 102 by solder at the tip of the pin terminal 107A in the opening of the case 102 and electrically connects the pin terminal 107A and the case 102 have. The pin terminal 107A is electrically connected to the electrode 103A through the lead wire 108A and the case 102. [ The lead wire 108B is bonded to the tip of the pin terminal 107B and the electrode 103B of the piezoelectric element 103 by solder in the opening of the case 102. The tip of the pin terminal 107B, And the electrode 103B of the element 103 is electrically connected.

국제공개공보 WO2007/094184호International Publication No. WO2007 / 094184

상술한 바와 같은 종래 구성의 초음파 센서에 있어서는, 압전 소자가, 평면으로 보아, 스스로의 중심의 위치와 케이스의 개구 내 바닥면의 중심이 일치하도록 케이스의 개구 내 바닥면에 접합되어 있는데, 압전 소자의 전극의 형상에 따라서는 초음파 센서에 있어서의 압전 소자의 진동 효율과 총합 감도가 저하하는 경우가 있었다. 또한 압전 소자의 한쪽의 전극에는 리드선이 직접 접속되어 있고, 다른 쪽의 전극에는 케이스를 통해 간접적으로 리드선이 접속되어 있다. 그 때문에, 제조시에는 압전 소자와 케이스에 2번의 배선 작업이 필요하여 작업이 번잡하였다.In the ultrasonic sensor of the conventional configuration as described above, the piezoelectric element is bonded to the bottom surface in the opening of the case so that the center of the piezoelectric element itself aligns with the center of the bottom surface in the opening of the case, The oscillation efficiency and the total sensitivity of the piezoelectric element in the ultrasonic sensor sometimes deteriorate depending on the shape of the electrode of the piezoelectric element. Further, a lead wire is directly connected to one electrode of the piezoelectric element, and a lead wire is indirectly connected to the other electrode through the case. For this reason, during the manufacturing process, the piezoelectric element and the case require two wiring operations, resulting in troublesome work.

또한 케이스는 양호한 도전성을 가지는 재료로 이루어질 필요가 있어, 사용할 수 있는 재료에 제약이 크며, 또한 산화하기 쉬운 금속을 사용한 경우에는 산화 방지의 처리를 필요로 하는 경우가 있었다.Further, since the case needs to be made of a material having good conductivity, there is a restriction on a material that can be used, and in the case of using a metal that is easily oxidized, there is a case where oxidation prevention treatment is required.

또한 2개의 리드선을 각각, 케이스를 통하지 않고 압전 소자의 전극에 직접 접속하는 것도 가능하지만, 그러기 위해서는, 압전 소자의 전극에 리드선을 접속한 후에 압전 소자를 케이스에 접합할 필요가 있다. 그 경우에는, 압전 소자와 케이스의 접합 정밀도가 저하하여, 양호한 진동 효율이나 총합 감도를 얻는 것이 어려워지는 문제가 있었다.It is also possible to directly connect the two lead wires to the electrodes of the piezoelectric element without passing through the case, but in order to do so, it is necessary to connect the piezoelectric element to the case after connecting lead wires to the electrodes of the piezoelectric element. In this case, there is a problem that the precision of joining between the piezoelectric element and the case is lowered, and it becomes difficult to obtain good vibration efficiency and total sensitivity.

그리하여 본 발명의 목적은, 케이스를 통하지 않고 압전 소자의 전극에 배선 부재를 접속하면서, 압전 소자와 케이스의 높은 접합 정밀도를 실현할 수 있고, 또한 양호한 압전 소자의 진동 효율이나 총합 감도를 얻을 수 있는 구성의 초음파 센서를 실현하는 것에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a piezoelectric element and a case which can achieve high junction accuracy between the piezoelectric element and the case while connecting a wiring member to the electrode of the piezoelectric element without passing through the case and also capable of obtaining a good vibration efficiency and total sensitivity of the piezoelectric element Of the ultrasonic sensor.

본 발명의 초음파 센서는 케이스와, 압전 소자를 포함하고 있다. 케이스는 진동 영역인 바닥면부를 가지고, 유저 통상이다. 압전 소자는 압전 기판과, 제1의 전극과, 제2의 전극과, 제3의 전극을 가진다. 압전 기판은 제1의 면과 제1의 면과 대향하는 제2의 면을 가진다. 제1의 전극은 제1의 면에 마련되어 있다. 제2의 전극은 제2의 면의 일부에 마련되어 있다. 제3의 전극은 제2의 면의 일부에 제2의 전극과 떨어져 마련되어 있고, 제1의 전극과 접속되어 있다. 압전 소자는 제1의 전극이 바닥면부에 접합되고, 바닥면부를 평면으로 보아 스스로의 중심이 진동 영역의 중심과 다른 위치에 배치되어 있다.The ultrasonic sensor of the present invention includes a case and a piezoelectric element. The case has a floor portion which is a vibration region, and is a user ordinary. The piezoelectric element has a piezoelectric substrate, a first electrode, a second electrode, and a third electrode. The piezoelectric substrate has a first surface and a second surface facing the first surface. The first electrode is provided on the first surface. And the second electrode is provided on a part of the second surface. The third electrode is provided apart from the second electrode on a part of the second surface, and is connected to the first electrode. In the piezoelectric element, the first electrode is bonded to the bottom face portion, and the center of the bottom face portion is located at a position different from the center of the vibration region in a plan view.

상술의 초음파 센서에 있어서, 압전 기판의 제2의 면에 있어서의 제2의 전극이 마련되어 있는 영역의 면적과 제3의 전극이 마련되어 있는 영역의 면적이 다른 것이 바람직하다.In the above-described ultrasonic sensor, it is preferable that the area of the area where the second electrode is provided on the second surface of the piezoelectric substrate is different from the area of the area where the third electrode is provided.

상술의 초음파 센서에 있어서, 압전 소자를 평면으로 보아, 제2의 전극과 제3의 전극이 비대칭으로 마련되어 있는 것이 바람직하다.In the ultrasonic sensor described above, it is preferable that the second electrode and the third electrode are formed asymmetrically with respect to the piezoelectric element in plan view.

상술의 초음파 센서에 있어서, 진동 영역은, 바닥면부를 평면으로 보아, 긴쪽 방향과 짧은쪽 방향을 가지는 평면 형상이며, 제2의 전극과 제3의 전극은 짧은쪽 방향으로 배열되어 있는 것이 바람직하다.In the ultrasonic sensor described above, it is preferable that the vibration region is a plane shape having a long side direction and a short side direction as viewed from the bottom in a plan view, and the second electrode and the third electrode are arranged in a short direction .

본 발명에 의하면, 압전 소자가, 바닥면부를 평면으로 보아 스스로의 중심이 진동 영역의 중심과 다른 위치에 배치되어 있기 때문에, 초음파 센서에 있어서의 압전 소자의 진동 효율과 총합 감도를 향상시켜, 특성을 개선하는 것이 가능해진다. 또한 제2의 전극과 제3의 전극이 압전 기판의 제2의 면에 마련되어 있기 때문에, 케이스를 통하지 않고 플렉시블(flexible) 기판이나 리드선 등의 배선부를 직접 접속할 수 있어, 케이스로서 이용할 수 있는 재료에 제약이 적어진다. 또한 제2의 전극 및 제3의 전극과 배선부의 접속은 압전 소자를 케이스에 접합한 후에도 가능하여, 압전 소자와 케이스의 접합 정밀도를 높게 할 수 있다.According to the present invention, since the center of the piezoelectric element is located at a position different from the center of the vibration area when viewed from the bottom in a plane view, the vibration efficiency and the total sensitivity of the piezoelectric element in the ultrasonic sensor are improved, Can be improved. Further, since the second electrode and the third electrode are provided on the second surface of the piezoelectric substrate, it is possible to directly connect the wiring portion such as the flexible substrate and the lead wire without going through the case, There are fewer restrictions. Further, the connection between the second electrode and the third electrode and the wiring portion can be performed after bonding the piezoelectric element to the case, so that the bonding accuracy between the piezoelectric element and the case can be increased.

도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 초음파 센서의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 압전 소자의 구성과 배치에 대하여 설명하는 도면이다.
도 3은 압전 소자의 배치와 전기 기계 결합 계수 및 총합 감도의 관계를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 초음파 센서의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 변형예에 따른 초음파 센서의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래의 초음파 센서의 구성예를 나타내는 단면도 및 종래의 초음파 센서가 포함하는 압전 소자의 구성예를 나타내는 사시도이다.1 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining the configuration and arrangement of the piezoelectric elements.
3 is a view for explaining the relationship between the arrangement of the piezoelectric elements and the electromechanical coupling coefficient and the total sensitivity.
4 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic sensor according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing a configuration example of an ultrasonic sensor according to a modification of the present invention.
6 is a cross-sectional view showing a configuration example of a conventional ultrasonic sensor and a perspective view showing a configuration example of a piezoelectric element included in a conventional ultrasonic sensor.

<<제1의 실시형태>>&Lt; First Embodiment >

도 1(A)는 본 발명의 제1의 실시형태에 따른 초음파 센서(1)의 단면도이다. 도 1(B)는 초음파 센서(1)의 평면도이다. 또한 도 1(A)는 도 1(B) 중에 A-A'로 나타내는 위치에 있어서의 단면을 나타낸다. 도 1(B)는 초음파 센서(1)의 배면(背面)을 나타낸다.1 (A) is a sectional view of an ultrasonic sensor 1 according to a first embodiment of the present invention. Fig. 1 (B) is a plan view of the ultrasonic sensor 1. Fig. 1 (A) shows a cross section at a position indicated by A-A 'in Fig. 1 (B). Fig. 1 (B) shows the back surface of the ultrasonic sensor 1. Fig.

초음파 센서(1)는 케이스(2)와, 압전 소자(3)와, 흡음재(4)와, 보강재(5)와, 지지재(6)와, 완충재(7)와, 제진재(制振材)(8)와, 플렉시블 기판(9)과, 단자 유지재(10)와, 핀 단자(11A,11B)를 포함하고 있다.The ultrasonic sensor 1 comprises a case 2, a piezoelectric element 3, a sound absorbing material 4, a reinforcing material 5, a supporting material 6, a cushioning material 7, ) 8, a flexible substrate 9, a terminal holding member 10, and pin terminals 11A and 11B.

케이스(2)는, 도 1(A)에 있어서의 하단면(정면)이 폐색되고, 도 1(A)에 있어서의 상단면(배면)이 개구하는 유저 통상이며, 통상의 측벽(2A)과, 원판상의 바닥판(2B)을 포함하고 있다. 도 1(B)에 나타내는 바와 같이, 케이스(2)의 개구는 평면으로 보아 원형이다. 케이스(2)는 예를 들면 탄성율이 높고 경량인 알루미늄으로 이루어지는 부재이며, 단조(鍛造)에 의해 형성되어 있다. 또한 케이스(2)의 재료는 알루미늄과 같은 도전성 재료에 한정되지 않고, 절연성 재료여도 된다.The case 2 is a user normally closed at the lower end face (front face) in Fig. 1 (A) and opening at the upper end face (back face) in Fig. 1 And a bottom plate 2B on the disk. As shown in Fig. 1 (B), the opening of the case 2 is circular in plan view. The case 2 is, for example, a member made of aluminum, which has a high elastic modulus and is light in weight, and is formed by forging (forging). The material of the case 2 is not limited to a conductive material such as aluminum and may be an insulating material.

측벽(2A)에 있어서는, 배면측의 부분은 얇고 개구부의 내경(內徑)이 크며, 바닥판(2B)측의 부분은 두껍고 개구부의 내경이 작다. 바닥판(2B)은 오목부(2B1)와 단부(段部)(2B2)를 포함하고 있다. 오목부(2B1)는 바닥면부와 측벽부를 가지고, 소정 방향(도 1(B)에 있어서의 가로방향)이 짧은쪽 방향이 되고, 짧은쪽 방향에 직교하는 방향이 긴쪽 방향이 되도록 마련되어 있다. 즉, 오목부(2B1)는 긴쪽 방향의 양단이 측벽(2A)까지 이르도록 마련되어 있다. 또한 단부(2B2)는 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향의 양 옆에 마련되어 있다. 오목부(2B1)의 바닥면부가 케이스(2)의 주된 진동 영역이 되고, 초음파 센서(1)는 오목부(2B1)의 긴쪽 방향으로 좁고, 짧은쪽 방향으로 넓은 지향성을 가지게 된다.In the side wall 2A, the portion on the back side is thin, the inside diameter of the opening is large, the portion on the side of the bottom plate 2B is thick, and the inside diameter of the opening is small. The bottom plate 2B includes a concave portion 2B1 and an end portion 2B2. The concave portion 2B1 has a bottom surface portion and a side wall portion, and is provided such that the predetermined direction (the transverse direction in Fig. 1B) is the short side direction and the direction orthogonal to the short side direction is the long side direction. That is, the concave portion 2B1 is provided such that both ends in the longitudinal direction reach the side wall 2A. The end portions 2B2 are provided on both sides in the short side direction of the recessed portion 2B1. The bottom surface portion of the concave portion 2B1 becomes the main vibration region of the case 2 and the ultrasonic sensor 1 is narrow in the longitudinal direction of the concave portion 2B1 and has wide directivity in the short side direction.

압전 소자(3)는 평판상이며, 구동 전압이 인가되면 면 내 방향으로 확산하여 진동한다. 압전 소자(3)는 케이스(2)의 오목부(2B1)의 내부에 배치되어 있고, 바닥판(2B)에 접합되어 있다. 구체적으로는, 압전 소자(3)는 오목부(2B1)의 바닥면부에 접합되어 있다. 압전 소자(3) 및 바닥판(2B)은 서로 접합되어 바이모르프(bimorph) 진동자를 구성하고 있고, 압전 소자(3)의 확산 진동에 의해, 바닥판(2B)(오목부(2B1))은 도 1(A)에 있어서의 상하방향으로 굴곡 진동한다.The piezoelectric element 3 is in the form of a flat plate, and when a drive voltage is applied, it spreads in the in-plane direction and vibrates. The piezoelectric element 3 is disposed inside the concave portion 2B1 of the case 2 and is joined to the bottom plate 2B. More specifically, the piezoelectric element 3 is bonded to the bottom surface portion of the concave portion 2B1. The piezoelectric element 3 and the bottom plate 2B are bonded to each other to form a bimorph oscillator and the bottom plate 2B (concave portion 2B1) 1 (B) in the vertical direction in Fig. 1 (A).

흡음재(4)는 예를 들면 폴리에스테르 펠트 등으로 이루어지는 평판상의 것이며, 압전 소자(3)로부터 케이스(2)의 개구측에 방출되는 불필요한 초음파를 흡수하기 위해 마련되어 있다. 흡음재(4)는 케이스(2)의 오목부(2B1) 내에 배치되어 있고, 압전 소자(3) 위에 접착되어 있다.The sound-absorbing material 4 is, for example, a flat plate made of polyester felt or the like, and is provided to absorb unnecessary ultrasonic waves emitted from the piezoelectric element 3 to the opening side of the case 2. The sound absorbing material 4 is disposed in the concave portion 2B1 of the case 2 and adhered to the piezoelectric element 3. [

보강재(5)는 중앙에 개구를 가지는 링상의 부재이며, 높은 음향 임피던스를 가진다. 보강재(5)는 추(錘)로서 기능하도록 스테인리스스틸이나 아연과 같은, 케이스(2)를 구성하는 재료보다도 밀도가 높으면서 강성이 높은 재료로 이루어진다. 또한 보강재(5)는 두께 등의 사이즈를 조정함으로써 케이스(2)와 같은 재료(알루미늄)로 이루어지는 것이어도 된다. 또한 보강재(5)는 측벽(2A)의 바닥판(2B)측의 부분 즉 두꺼운 부분의 내주면과 단부(2B2)에 접하도록, 케이스(2)의 바닥판(2B)상에 배치되어 있다. 이와 같이, 보강재(5)가 마련되어 있음으로써, 케이스(2)의 오목부(2B1)를 둘러싸는 주위의 부분의 강성이 높아지고, 케이스(2)의 바닥판(2B)에 있어서의 진동이 케이스(2)의 측벽(2A)으로 전달되는 것을 억제할 수 있다.The reinforcing member 5 is a ring-shaped member having an opening at the center, and has a high acoustic impedance. The reinforcing member 5 is made of a material having a higher density and higher rigidity than the material constituting the case 2, such as stainless steel or zinc, so as to function as a weight. The reinforcing material 5 may be made of the same material (aluminum) as the case 2 by adjusting the size such as the thickness. The reinforcing member 5 is disposed on the bottom plate 2B of the case 2 such that the reinforcing member 5 comes into contact with the side of the bottom plate 2B of the side wall 2A, that is, the inner peripheral surface of the thick portion and the end portion 2B2. The rigidity of the surrounding portion surrounding the concave portion 2B1 of the case 2 is increased and the vibration of the bottom plate 2B of the case 2 is absorbed by the case 2 to the sidewall 2A.

지지재(6)는, 중앙에 개구를 가지는 링상의 부재이며, 완충재(7)를 케이스(2)에 접촉시키지 않고 지지하기 위해, 케이스(2)의 측벽(2A)과 완충재(7)의 사이에 마련되어 있다. 지지재(6)가 마련되어 있음으로써, 케이스(2)의 바닥판(2B)에 있어서의 진동이 측벽(2A)을 통해 완충재(7)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.The support member 6 is a ring-shaped member having an opening at the center and between the side wall 2A of the case 2 and the cushioning material 7 in order to support the cushioning material 7 without contacting the case 2 Respectively. The vibration of the bottom plate 2B of the case 2 can be prevented from being transmitted to the cushioning material 7 through the side wall 2A.

완충재(7)는 실리콘 고무나 우레탄 수지 등의 탄성체로 이루어지는 컵상의 부재이다. 완충재(7)는 하부에 마련되어 있고, 보강재(5)의 개구에 걸어 맞추는 볼록부와, 상부에 마련되어 있고, 단자 유지재(10)가 걸어 맞춰지는 개구를 가진다. 완충재(7)가 마련되어 있음으로써, 케이스(2)의 바닥판(2B)에 있어서의 진동이 측벽(2A)을 통해 단자 유지재(10)에 전달되는 것을 억제할 수 있다.The cushioning material 7 is a cup-shaped member made of an elastic material such as silicone rubber or urethane resin. The cushioning material 7 is provided at a lower portion thereof and has a convex portion which engages with the opening of the reinforcing member 5 and an opening provided at the upper portion and to which the terminal holding member 10 is engaged. The vibration of the bottom plate 2B of the case 2 can be prevented from being transmitted to the terminal holding material 10 through the side wall 2A by providing the buffer material 7. [

단자 유지재(10)는, 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등의 수지로 이루어지는 L자상의 부재이며, 핀 단자(11A,11B)를 케이스(2)의 개구의 중심을 통과하는 축에 따르는 상태로 유지하고 있다. 단자 유지재(10)의 하부는 완충재(7)의 상부에 마련되어 있는 개구에 걸어 맞춰지도록 굴곡되어 있다. 단자 유지재(10)는 바닥면에 마련되어 있는 볼록부를 가진다. 또한 단자 유지재(10)의 중앙부에는 핀 단자(11A,11B)가 삽통되는 2개의 관통 구멍이 마련되어 있다.The terminal holding member 10 is an L-shaped member made of a resin such as polybutylene terephthalate (PBT) or the like, and the pin terminals 11A and 11B are in a state of being in contact with the axis passing through the center of the opening of the case 2 . The lower portion of the terminal holding member 10 is bent so as to be engaged with the opening provided in the upper portion of the buffering member 7. The terminal holding member 10 has a convex portion provided on the bottom surface. In the central portion of the terminal holding member 10, two through holes through which the pin terminals 11A and 11B are inserted are provided.

핀 단자(11A,11B)는 압전 소자(3)의 구동 전압이 인가되는 금속제의 직선상 핀이며, 단자 유지재(10)에 의해 유지되어 있다. 구체적으로는, 핀 단자(11A,11B)는 단자 유지재(10)의 관통 구멍에 각각 삽입되어 있다. 핀 단자(11A,11B)의 하단부는 단자 유지재(10)의 관통 구멍으로부터 돌출되어 있고, 케이스(2)의 개구 내에 배치되어 있다. 핀 단자(11A,11B)의 상단부는 단자 유지재(10)의 상단으로부터 돌출되어 있고, 케이스(2)의 외부에 배치되어 있다.The pin terminals 11A and 11B are linear pins made of metal to which the driving voltage of the piezoelectric element 3 is applied and are held by the terminal holding member 10. [ Specifically, the pin terminals 11A and 11B are inserted into the through holes of the terminal holding member 10, respectively. The lower ends of the pin terminals 11A and 11B protrude from the through holes of the terminal holding member 10 and are disposed in the openings of the case 2. The upper ends of the pin terminals 11A and 11B protrude from the upper end of the terminal holding member 10 and are disposed outside the case 2. [

플렉시블 기판(9)은 폭 넓은 띠상이며, 핀 단자(11A,11B)와 압전 소자(3)를 전기적으로 접속하고 있는 배선부이다. 플렉시블 기판(9)은 케이스(2)의 개구 내에 굴곡하여 배치되어 있고, 일부가 지지재(6)와 완충재(7) 사이에 배치되어 있다. 플렉시블 기판(9)은 제1단과 제2단을 가진다. 제1단은 핀 단자(11A,11B)의 하단부와 동 방향을 따라 연장되어, 핀 단자(11A,11B)에 접속되어 있다. 제2단은 압전 소자(3)에 도전성 접착제에 의해 접속되어 있다. 플렉시블 기판(9)이 도전성 접착제에 의해 압전 소자(3)에 접속되어 있기 때문에, 종래의 초음파 센서와 같이 리드선이 솔더에 의해 압전 소자에 접속되어 있는 경우보다도 배선부의 중량을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 압전 소자(3)의 진동을 보다 이상적인 것에 근접시킬 수 있다.The flexible substrate 9 has a wide band shape and is a wiring portion that electrically connects the pin terminals 11A and 11B and the piezoelectric element 3. [ The flexible substrate 9 is bent and arranged in the opening of the case 2 and a part of the flexible substrate 9 is disposed between the supporting member 6 and the buffering member 7. The flexible substrate 9 has a first end and a second end. The first end extends along the same direction as the lower end of the pin terminals 11A and 11B and is connected to the pin terminals 11A and 11B. And the second end is connected to the piezoelectric element 3 by a conductive adhesive. Since the flexible substrate 9 is connected to the piezoelectric element 3 by the conductive adhesive, the weight of the wiring portion can be reduced as compared with the case where the lead wire is connected to the piezoelectric element by the solder like the conventional ultrasonic sensor. Thereby, the vibration of the piezoelectric element 3 can be brought closer to a more ideal one.

제진재(8)는 실리콘 수지나 우레탄 수지 등의 탄성체로 이루어진다. 제진재(8)는 케이스(2)의 내부에 충전되어 있고, 케이스(2)의 개구 내에 배치되어 있는 핀 단자(11A,11B)의 하단부 및 플렉시블 기판(9)을 봉지(封止)하고 있다. 단, 지지재(6)와 완충재(7)에 의해, 케이스(2)의 바닥판(2B)측의 공간이 덮여 있으므로, 제진재(8)는 케이스(2)의 개구측의 공간에만 충전되어 있다. 제진재(8)는 케이스(2)의 측벽(2A)의 진동을 억제하는 기능을 가지고 있는 동시에, 지지재(6)나 완충재(7)가 케이스(2)로부터 이탈하는 것을 방지하는 기능을 가지고 있다.The vibration damper 8 is made of an elastic material such as silicone resin or urethane resin. The vibration damper 8 is filled in the case 2 and encapsulates the lower end portions of the pin terminals 11A and 11B and the flexible board 9 disposed in the opening of the case 2 . Since the space on the side of the bottom plate 2B of the case 2 is covered with the support material 6 and the cushioning material 7, the vibration damper 8 is filled only in the space on the opening side of the case 2 have. The damping material 8 has a function of suppressing the vibration of the side wall 2A of the case 2 and has a function of preventing the supporting material 6 and the damping material 7 from separating from the case 2 have.

이와 같은 구성의 초음파 센서(1)에서는, 케이스(2)의 바닥판(2B)에 있어서의 진동이 흡음재(4)나 지지재(6), 완충재(7)에 의해 감쇠하기 때문에, 단자 유지재(10) 및 핀 단자(11A,11B)에 거의 전파하지 않는다. 따라서, 초음파 센서(1)를 외부 기판에 실장했을 때에 발생하는 핀 단자(11A,11B)로부터 외부 기판에의 진동 누설이 대폭으로 저감된다.In the ultrasonic sensor 1 having such a configuration, since the vibration of the bottom plate 2B of the case 2 is attenuated by the sound absorbing material 4, the support material 6, and the shock absorbing material 7, It hardly propagates to the pin terminal 10 and the pin terminals 11A and 11B. Therefore, vibration leakage from the pin terminals 11A and 11B to the external substrate generated when the ultrasonic sensor 1 is mounted on the external substrate is greatly reduced.

또한 지지재(6)나 완충재(7)는 진동을 전파하기 어려운 것, 제진재(8)는 케이스(2)의 측벽(2A)의 진동을 억제(제진)하는 것이면 적합하다. 지지재(6)나 완충재(7)는 제진재(8)에 비해 탄성율이 낮은 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 탄성율에는 저장 탄성율과 손실 탄성율이 있고, 지지재(6)나 완충재(7)는 저장 탄성율이 작으며, 제진재(8)는 손실 탄성율이 큰 것이 바람직하다. 예를 들면, 지지재(6)나 완충재(7)는 실리콘 수지(실리콘 고무)로 이루어지고, 제진재(8)는 우레탄 수지로 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the support material 6 and the cushioning material 7 are difficult to propagate vibration and the vibration damping material 8 is to suppress vibration of the side wall 2A of the case 2. It is preferable that the elastic modulus of the support material 6 and the cushioning material 7 is lower than that of the vibration damping material 8. [ More preferably, the modulus of elasticity has a storage elastic modulus and a modulus of loss elasticity. The support material 6 and the cushioning material 7 have a small storage elastic modulus, and the damping material 8 has a large loss elastic modulus. For example, it is preferable that the support material 6 and the buffer material 7 are made of silicone resin (silicone rubber), and the vibration damper 8 is made of urethane resin.

도 2(A)는 압전 소자(3)의 상세 구성을 설명하기 위한 사시도이다. 도 2(B)는 압전 소자(3)가 케이스(2)에 접합되어 있는 상태를 투시한 초음파 센서(1)의 평면도이다.2 (A) is a perspective view for explaining the detailed configuration of the piezoelectric element 3. Fig. 2 (B) is a plan view of the ultrasonic sensor 1 through which the piezoelectric element 3 is bonded to the case 2. Fig.

압전 소자(3)는 전극(3A~3D)과, 압전 기판(3E)을 포함하고 있다. 압전 기판(3E)은 티탄산지르콘산납계 압전 세라믹스로 이루어지고, 평면으로 보아 직사각형의 평판상이다. 전극(3A)은 본 실시형태에 있어서의 제1의 전극에 상당하는 것이며, 압전 기판(3E)의 제1의 면인 하면의 전면에 마련되어 있다. 전극(3A)은 케이스(2)의 바닥판(2B)에 접합된다. 구체적으로는, 전극(3A)은 오목부(2B1)의 바닥면부에 접합되어 있다. 전극(3B)은 본 실시형태에 있어서의 제2의 전극에 상당하는 것이며, 압전 기판(3E)의 제2의 면인 상면의 일부에 마련되어 있다. 전극(3C)은 본 실시형태에 있어서의 제3의 전극에 상당하는 것이며, 압전 기판(3E)의 제2의 면인 상면의 일부에 마련되어 있다. 전극(3D)은 압전 기판(3E)의 하나의 측면에 마련되어 있고, 전극(3A)과 전극(3C)에 접속되어 있다. 이 때문에, 전극(3A)과 전극(3C)은 전기적으로 접속되어 있다. 압전 기판(3E)의 상면에 있어서의 전극(3B)이 마련되어 있는 영역과 전극(3C)이 마련되어 있는 영역의 사이에는, 압전 기판(3E)의 긴쪽 방향에 평행한 직선상의 압전 기판 노출 영역이 마련되어 있다. 이것에 의해, 전극(3B)과 전극(3C)은 소정의 간격 떨어져, 압전 기판(3E)의 상면의 짧은쪽 방향으로 나열되어 마련되어 있고, 서로 전기적으로 접속되어 있지 않다. 압전 기판(3E)의 상면에 있어서의 전극(3B)이 마련되어 있는 영역과 전극(3C)이 마련되어 있는 영역은 서로 면적이 다르고, 전극(3B)이 마련되어 있는 영역의 면적은 전극(3C)이 마련되어 있는 영역의 면적보다도 크다. 즉, 전극(3B)의 쪽이 전극(3C)보다도 면적이 크다.The piezoelectric element 3 includes electrodes 3A to 3D and a piezoelectric substrate 3E. The piezoelectric substrate 3E is made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics, and is a rectangular flat plate in plan view. The electrode 3A corresponds to the first electrode in the present embodiment and is provided on the entire lower surface which is the first surface of the piezoelectric substrate 3E. The electrode 3A is joined to the bottom plate 2B of the case 2. [ Specifically, the electrode 3A is bonded to the bottom surface portion of the concave portion 2B1. The electrode 3B corresponds to the second electrode in the present embodiment and is provided on a part of the upper surface which is the second surface of the piezoelectric substrate 3E. The electrode 3C corresponds to the third electrode in the present embodiment and is provided on a part of the upper surface which is the second surface of the piezoelectric substrate 3E. The electrode 3D is provided on one side surface of the piezoelectric substrate 3E and is connected to the electrode 3A and the electrode 3C. Therefore, the electrode 3A and the electrode 3C are electrically connected. A linear piezoelectric substrate exposed region parallel to the longitudinal direction of the piezoelectric substrate 3E is provided between the region where the electrode 3B is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate 3E and the region where the electrode 3C is provided have. As a result, the electrode 3B and the electrode 3C are arranged in the short side direction of the upper surface of the piezoelectric substrate 3E apart from each other by a predetermined distance, and are not electrically connected to each other. The area where the electrode 3B is provided on the upper surface of the piezoelectric substrate 3E and the area where the electrode 3C is provided are different from each other and the area of the area where the electrode 3B is provided is provided with the electrode 3C Is larger than the area of the region where the region is. That is, the area of the electrode 3B is larger than that of the electrode 3C.

이와 같이, 전극(3B)과 전극(3C)이 소정의 간격 떨어져 나열되어 마련되어 있음으로써, 전극(3B)과 전극(3C)은 플렉시블 기판(9)의 제2단의 접속 영역(9A)과 직접 접속된다. 접속 영역(9A)은 압전 소자(3)의 긴쪽 방향의 중심이면서, 전극 비형성 영역의 주변의 영역에 있어서, 전극(3B)과 전극(3C)과 접속된다. 전극(3A~3D)이 상기와 같이 구성되어 있음으로써, 압전 소자(3)가 케이스의 바닥판(2B)에 접합된 후에, 플렉시블 기판(9)의 접속 영역(9A)이 압전 소자(3)에 접속된다. 이것에 의해, 압전 소자(3)와 케이스(2)의 접합 정밀도를 높게 할 수 있다.The electrode 3B and the electrode 3C are arranged so as to be spaced apart from each other by a predetermined distance so that the electrode 3B and the electrode 3C are directly connected to the connection region 9A of the flexible substrate 9, Respectively. The connection region 9A is connected to the electrode 3B and the electrode 3C in the region around the electrode non-formation region while being the center of the piezoelectric element 3 in the longitudinal direction. Since the electrodes 3A to 3D are configured as described above, the connection region 9A of the flexible substrate 9 is connected to the piezoelectric element 3 after the piezoelectric element 3 is bonded to the bottom plate 2B of the case, Respectively. This makes it possible to increase the bonding accuracy between the piezoelectric element 3 and the case 2.

이와 같은 구성의 압전 소자(3)는, 전극(3A)과 전극(3B) 사이에 구동 전압이 인가됨으로써, 압전 기판(3E)에 있어서의 전극(3A)과 전극(3B)에 끼이는 영역이 변형함으로써 진동하게 된다. 한편, 압전 기판(3E)에 있어서의 전극(3A)과 전극(3C)에 끼이는 영역은 거의 변형하지 않기 때문에, 진동에 거의 기여하지 않는다. 압전 기판(3E)의 제2의 면인 상면에 있어서의 전극(3B)이 마련되어 있는 영역의 면적과 전극(3C)이 마련되어 있는 영역의 면적이 다르고, 압전 소자(3)를 평면으로 보아 전극(3B)과 전극(3C)이 비대칭으로 마련되어 있기 때문에, 압전 소자(3)에 있어서의 진동에 기여하는 영역은 비대칭이다.The piezo-electric element 3 having such a constitution has a structure in which a region sandwiched between the electrode 3A and the electrode 3B in the piezoelectric substrate 3E is applied by applying a driving voltage between the electrode 3A and the electrode 3B So that it is vibrated. On the other hand, the region sandwiched between the electrode 3A and the electrode 3C in the piezoelectric substrate 3E is hardly deformed, so that it hardly contributes to the vibration. The area of the area of the upper surface of the piezoelectric substrate 3E on which the electrode 3B is provided and the area of the area of the electrode 3C are different from each other, And the electrode 3C are provided asymmetrically, the region contributing to the vibration in the piezoelectric element 3 is asymmetric.

압전 소자(3)는, 오목부(2B1)를 평면으로 보아, 스스로의 긴쪽 방향이 오목부(2B1)의 긴쪽 방향과 일치하고, 스스로의 짧은쪽 방향이 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향과 일치하도록 오목부(2B1)에 접합되어 있다. 그리고, 압전 소자(3)는, 오목부(2B1)를 평면으로 보아, 스스로의 짧은쪽 방향의 중심의 위치가 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향의 중심의 위치와 다르도록, 즉, 스스로의 짧은쪽 방향의 중심이, 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향의 중심으로부터, 단부(2B2)의 한쪽 측에 오프셋(offset)하도록 배치되어 있다. 또한 압전 소자(3)는 스스로의 긴쪽 방향의 중심이 오목부(2B1)의 긴쪽 방향의 중심과 일치하도록 배치되어 있다.The piezoelectric element 3 is formed so that the longitudinal direction of the piezoelectric element 3 itself coincides with the longitudinal direction of the concave portion 2B1 and the short side direction of the piezoelectric element 3 is parallel to the short side direction of the concave portion 2B1 And are joined to the concave portion 2B1 so as to conform to each other. The piezoelectric element 3 is formed so that the position of the center of the concave portion 2B1 in the short side direction itself is different from the position of the center of the concave portion 2B1 in the short side direction, The center of the short side direction is offset from the center of the short side direction of the concave portion 2B1 to one side of the end portion 2B2. The piezoelectric element 3 is arranged so that the center of the piezoelectric element 3 in its longitudinal direction coincides with the center of the concave portion 2B1 in the longitudinal direction.

이와 같이, 압전 소자(3)에 있어서의 진동에 유효하게 작용하는 영역이 비대칭인 것을 고려하여, 압전 소자(3)의 중심의 위치와 오목부(2B1)의 중심의 위치가 다르도록, 압전 소자(3)의 중심을 오목부(2B1)의 중심으로부터 오프셋시키고, 압전 소자(3)의 오프셋 치수, 즉, 압전 소자(3)의 중심의 위치와 오목부(2B1)의 중심의 위치 사이의 거리를 적절하게 정함으로써, 초음파 센서(1)에 있어서의 압전 소자(3)의 진동 효율과 총합 감도를 향상시켜, 특성을 개선하는 것이 가능해진다.In this way, in consideration of the fact that the region effectively acting on the vibration of the piezoelectric element 3 is asymmetric, the position of the center of the piezoelectric element 3 and the position of the center of the recess 2B1 are different from each other, The center of the piezoelectric element 3 is offset from the center of the concave portion 2B1 and the distance between the position of the center of the piezoelectric element 3 and the position of the center of the concave portion 2B1 It is possible to improve the vibration efficiency and the total sensitivity of the piezoelectric element 3 in the ultrasonic sensor 1 and to improve the characteristics.

또한 압전 소자(3)의 짧은쪽 방향과, 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향을 일치시켜 둠으로써, 진동에 거의 기여하지 않는 압전 기판(3E)에 있어서의 전극(3A)과 전극(3C)에 끼이는 영역을, 케이스의 바닥판(2B)에 있어서의 진동의 마디가 되는 단부(2B2)에 근접하여 배치할 수 있기 때문에, 압전 소자(3)의 진동이 저해되는 것을 방지하여, 초음파 센서(1)의 진동을 보다 이상적인 것에 가깝게 할 수 있다.The electrode 3A and the electrode 3C in the piezoelectric substrate 3E which hardly contribute to the vibration are made to coincide with the short side direction of the piezoelectric element 3 and the short side direction of the concave portion 2B1, It is possible to arrange the area sandwiched between the bottom plate 2B and the bottom plate 2B of the case 2 so as to be close to the end portion 2B2 serving as a node of vibration in the case. It is possible to bring the vibration of the vehicle 1 close to a more ideal one.

또한 플렉시블 기판(9)의 제2단의 접속 영역(9A)이, 압전 소자(3)의 긴쪽 방향의 중심이면서, 전극 비형성 영역의 주변의 영역에 있어서, 전극(3B)과 전극(3C)과 접속됨으로써, 접속 영역(9A)을 케이스의 바닥판(2B)에 있어서의 진동의 마디가 되는 단부(2B2)에 가깝게 배치할 수 있기 때문에, 압전 소자(3)의 진동이 저해되는 것을 방지하여, 초음파 센서(1)의 진동을 보다 이상적인 것에 가깝게 할 수 있다. 또한 여기서는 플렉시블 기판(9)(도시하지 않음)을 접속 영역(9A)으로부터 전극(3C)측으로 인출하도록 하고 있다. 이것에 의해, 압전 소자(3)의 진동의 대칭성을 높여, 초음파 센서(1)의 진동을 보다 이상적인 것에 가깝게 할 수 있다.The connection region 9A at the second end of the flexible substrate 9 is located between the electrode 3B and the electrode 3C in the region around the electrode non-formation region while being the center in the longitudinal direction of the piezoelectric element 3, It is possible to arrange the connection region 9A close to the end portion 2B2 of the vibration plate of the case bottom plate 2B so as to prevent the vibration of the piezoelectric element 3 from being hindered , It is possible to make the vibration of the ultrasonic sensor 1 closer to the ideal one. Here, the flexible substrate 9 (not shown) is drawn out from the connection region 9A to the electrode 3C side. Thus, the symmetry of the vibration of the piezoelectric element 3 can be enhanced, and the vibration of the ultrasonic sensor 1 can be brought closer to a more ideal one.

또한 구체적인 치수의 설정예에 대하여 설명해 두면 오목부(2B1)는 짧은쪽 방향의 치수가 7.0mm이다. 압전 소자(3)는 짧은쪽 방향의 치수가 5.2mm이며, 긴쪽 방향의 치수가 6.5mm이다. 전극(3C)은 짧은쪽(폭) 방향의 치수가 0.9mm이다. 전극(3C)과 전극(3B)의 경계의 전극 비형성 영역의 짧은쪽(폭) 방향의 치수가 0.4mm이다. 전극(3B)은 짧은쪽(폭) 방향의 치수가 3.9mm이다. 그리고, 압전 소자(3)의 중심과 오목부(2B1)의 중심의 오프셋 치수는 0.4mm이다. 즉, 압전 소자(3)의 전극(3B)측의 단부(端部)로부터 2.2mm이고, 전극(3C)측의 단부(端部)로부터 3.0mm의 위치에 오목부(2B1)의 중심이 위치한다.A specific example of the dimension setting will be described. The dimension of the concave portion 2B1 in the short direction is 7.0 mm. The piezoelectric element 3 has a dimension in the short direction of 5.2 mm and a dimension in the longitudinal direction of 6.5 mm. The dimension of the electrode 3C in the short side (width) direction is 0.9 mm. The dimension in the short side (width) direction of the electrode non-forming region at the boundary between the electrode 3C and the electrode 3B is 0.4 mm. The dimension of the electrode 3B in the short side (width) direction is 3.9 mm. The offset dimension of the center of the piezoelectric element 3 and the center of the recess 2B1 is 0.4 mm. That is, the center of the concave portion 2B1 is located at a position of 2.2 mm from the end of the piezoelectric element 3 on the electrode 3B side and 3.0 mm from the end of the electrode 3C side, do.

여기서, 초음파 센서(1)의 진동 특성에 대하여, FEM 해석 결과에 근거하여 설명한다. 도 3(A)는 상기한 치수 설정예에 있어서의 케이스(2)와 압전 소자(3)로 이루어지는 바이모르프 진동자에 있어서의 전기 기계 결합 계수 Kp/%와, 압전 소자(3)의 오프셋 치수(소자 어긋남 량)의 관계를 나타내는 도면이다.Here, the vibration characteristics of the ultrasonic sensor 1 will be described based on the FEM analysis results. 3 (A) shows the electromechanical coupling coefficient Kp /% in the bimorph vibrator comprising the case 2 and the piezoelectric element 3 in the above-described example of setting the dimension and the offset dimension of the piezoelectric element 3 (The amount of element displacement).

도 3(A)에 나타내는 바와 같이, 압전 소자(3)의 중심이 오목부(2B1)의 중심과 일치하는, 즉 압전 소자(3)의 오프셋 치수가 0인 구성보다도, 압전 소자(3)의 오프셋 치수가 보다 큰 구성에서는 전기 기계 결합 계수 Kp/%가 큰 것이 된다. 전기 기계 결합 계수 Kp/%는 압전 소자(3)의 오프셋 치수가 소정값(0.4mm)으로 최대가 되고, 압전 소자(3)의 오프셋 치수가 그 소정값보다도 더 큰 구성에서는, 전기 기계 결합 계수 Kp/%는 최대값보다도 작은 것이 된다. 따라서, 적어도 초음파 센서의 진동 효율의 면에서는, 압전 소자(3)를 소정의 오프셋 치수로 함으로써, 진동 효율을 최대화할 수 있는 것을 알 수 있다.As compared with the configuration in which the center of the piezoelectric element 3 coincides with the center of the concave portion 2B1, that is, the configuration in which the offset dimension of the piezoelectric element 3 is zero, as shown in Fig. 3 (A) In a configuration in which the offset dimension is larger, the electromechanical coupling coefficient Kp /% is large. The electromechanical coupling coefficient Kp /% is set such that, in the configuration in which the offset dimension of the piezoelectric element 3 becomes maximum at a predetermined value (0.4 mm) and the offset dimension of the piezoelectric element 3 is larger than the predetermined value, Kp /% is smaller than the maximum value. Therefore, it can be seen that at least the vibration efficiency of the ultrasonic sensor can be maximized by making the piezoelectric element 3 have a predetermined offset dimension.

다음으로, 초음파 센서(1)의 감도 특성에 대하여, 샘플 시험 결과(n=3)에 근거하여 설명한다. 도 3(B)는 상술한 치수 설정예에 있어서의 초음파 센서(1)의 총합 감도(Vpp)와, 압전 소자(3)의 오프셋 치수의 관계를 나타내는 도면이다.Next, sensitivity characteristics of the ultrasonic sensor 1 will be described based on a sample test result (n = 3). 3 (B) is a diagram showing the relationship between the total sensitivity (Vpp) of the ultrasonic sensor 1 and the offset dimension of the piezoelectric element 3 in the above-described dimension setting example.

초음파 센서(1)의 총합 감도(Vpp)는 압전 소자(3)의 오프셋 치수와 정(正)의 상관 관계를 가지고, 오프셋 치수가 크면 총합 감도(Vpp)가 높은 것이 되었다. 따라서, 적어도 초음파 센서(1)의 총합 감도(Vpp)의 면에서는, 압전 소자(3)의 오프셋 치수는 큰 편이(예를 들면 0.5mm이면) 바람직한 것을 알 수 있다.The total sensitivity Vpp of the ultrasonic sensor 1 has a positive correlation with the offset dimension of the piezoelectric element 3 and the total sensitivity Vpp is high when the offset dimension is large. Therefore, it is understood that the offset dimension of the piezoelectric element 3 is preferably at a large value (for example, 0.5 mm) in view of the total sensitivity (Vpp) of the ultrasonic sensor 1 at least.

단, 현실적으로는 압전 소자(3)의 오프셋 치수가 너무 크면, 압전 소자(3)와 접속되는 플렉시블 기판(9)의 배치도 크게 오프셋되고, 플렉시블 기판(9)이 케이스(2)의 측벽(2A)과 간섭하기 쉬워진다. 플렉시블 기판(9)이 케이스(2)의 측벽(2A)에 간섭하면, 불필요한 진동이 플렉시블 기판(9)으로부터 측벽(2A)에 전달되게 되어, 특성이 열화할 우려가 있다. 따라서, 그러한 간섭을 방지하면서, 진동 특성과 감도 특성을 양호한 것으로 하기 위해, 상술한 압전 소자(3)의 오프셋 치수의 설정예로서는, 오프셋 치수 0.4mm로 한 설정예를 나타내었다.However, in reality, if the offset dimension of the piezoelectric element 3 is too large, the arrangement of the flexible substrate 9 connected to the piezoelectric element 3 is also largely offset, and the flexible substrate 9 is arranged on the side wall 2A of the case 2, . When the flexible substrate 9 interferes with the side wall 2A of the case 2, unnecessary vibration is transmitted from the flexible substrate 9 to the side wall 2A, which may deteriorate the characteristics. Therefore, as an example of setting the offset dimension of the piezoelectric element 3 described above, an example of setting the offset dimension to 0.4 mm is shown in order to make the vibration characteristics and the sensitivity characteristics good while preventing such interference.

또한 플렉시블 기판(9)의 인출방향을 압전 소자(3)의 긴쪽 방향으로 하면, 플렉시블 기판(9)과 케이스(2)의 측벽(2A)의 간섭은 생기기 어려워진다. 그 경우에는 오프셋 치수를 한계까지 크게 해도 되고, 초음파 센서(1)의 총합 감도를 더 양호한 것으로 하는 것이 가능해진다.Interference between the flexible substrate 9 and the side wall 2A of the case 2 is unlikely to occur if the direction in which the flexible substrate 9 is drawn out is in the longitudinal direction of the piezoelectric element 3. [ In this case, the offset dimension may be increased to the limit, and the total sensitivity of the ultrasonic sensor 1 can be made better.

<<제2의 실시형태>>&Lt; Second Embodiment >

다음으로, 본 발명의 제2의 실시형태에 따른 초음파 센서(21)에 대하여 설명한다.Next, the ultrasonic sensor 21 according to the second embodiment of the present invention will be described.

도 4는 본 실시형태에 따른 초음파 센서(21)의 모식 단면도이다.4 is a schematic cross-sectional view of the ultrasonic sensor 21 according to the present embodiment.

초음파 센서(21)는 상술의 실시형태에 따른 초음파 센서(1)의 플렉시블 기판(9)을 대신하여, 리드선(29A,29B)을 포함한다. 초음파 센서(21)는 그 외의 구성은 상술의 실시형태에 따른 초음파 센서(1)와 같다. 리드선(29A,29B)은 각각 압전 소자(3)의 전극(3B,3C)(도시하지 않음)에 직접 접속되어 있다. 이와 같이 초음파 센서(21)는 구성해도 된다. 그 경우에도, 케이스(2)를 통하지 않고, 압전 소자(3)와 핀 단자(11A,11B) 사이를 직접적으로 접속하는 동시에, 압전 소자(3)를 오프셋 배치함으로써 본 발명은 적합하게 실시할 수 있다.The ultrasonic sensor 21 includes lead wires 29A and 29B instead of the flexible substrate 9 of the ultrasonic sensor 1 according to the above-described embodiment. The other configuration of the ultrasonic sensor 21 is the same as that of the ultrasonic sensor 1 according to the above-described embodiment. The lead wires 29A and 29B are connected directly to the electrodes 3B and 3C (not shown) of the piezoelectric element 3, respectively. The ultrasonic sensor 21 may be configured as described above. Even in this case, the present invention can be preferably carried out by directly connecting the piezoelectric element 3 and the pin terminals 11A and 11B without passing through the case 2, and offsetting the piezoelectric element 3 have.

<<변형예>><< Variation example >>

다음으로, 본 발명의 변형예에 따른 초음파 센서(31~51)에 대하여 설명한다.Next, the ultrasonic sensors 31 to 51 according to modified examples of the present invention will be described.

압전 소자(33)에서는, 전극(3B)과 전극(3C)은 소정의 간격 떨어져, 압전 소자(33)의 긴쪽 방향으로 나열되어 마련되어 있다. 압전 소자(33)는 오목부(2B1)의 긴쪽 방향으로 오프셋하여 배치되어 있다. 이와 같은 구성에서는, 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향으로 지향성 빔(beam)의 대칭성을 높일 수 있다. 또한 진동에 거의 기여하지 않는 압전 기판(3E)(도시하지 않음)에 있어서의 전극(3A)(도시하지 않음)과 전극(3C)에 끼이는 영역이, 측벽(2A)이나 단부(2B2)에 간섭하지 않고, 압전 소자(33)의 사이즈를 크게 할 수 있다.In the piezoelectric element 33, the electrode 3B and the electrode 3C are arranged in the longitudinal direction of the piezoelectric element 33 apart from each other by a predetermined distance. The piezoelectric element 33 is arranged offset in the longitudinal direction of the concave portion 2B1. With such a configuration, the symmetry of the directional beam can be enhanced in the shorter direction of the concave portion 2B1. The electrode 3A (not shown) and the region sandwiched by the electrode 3C in the piezoelectric substrate 3E (not shown) which hardly contributes to the vibration are formed on the side wall 2A or the end 2B2 The size of the piezoelectric element 33 can be increased without interference.

초음파 센서(41)는 상술의 실시형태의 압전 소자(3)를 대신하여, 압전 소자(43)를 포함한다. 초음파 센서(41)는 그 외의 구성은 상술의 실시형태에 따른 초음파 센서(1)와 같다. 도 5(B)는 압전 소자(43)가 케이스(2)에 접합되어 있는 상태를 투시한 초음파 센서(41)의 평면도이다.The ultrasonic sensor 41 includes a piezoelectric element 43 instead of the piezoelectric element 3 of the above-described embodiment. The other components of the ultrasonic sensor 41 are the same as those of the ultrasonic sensor 1 according to the above-described embodiment. Fig. 5B is a plan view of the ultrasonic sensor 41 which shows a state in which the piezoelectric element 43 is bonded to the case 2. Fig.

압전 소자(43)에서는, 전극(3B)과 전극(3C)은 소정의 간격 떨어져, 압전 소자(43)의 짧은쪽 방향으로 나열되어 마련되어 있다. 압전 소자(43)는 스스로의 긴쪽 방향을 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향으로 하고, 오목부(2B1)의 긴쪽 방향으로 오프셋하여 배치되어 있다.In the piezoelectric element 43, the electrode 3B and the electrode 3C are arranged in the short side direction of the piezoelectric element 43 at predetermined intervals. The piezoelectric element 43 is arranged so that its longitudinal direction is the short side direction of the concave portion 2B1 and is offset in the longitudinal direction of the concave portion 2B1.

초음파 센서(51)는 상술의 실시형태의 압전 소자(3)를 대신하여, 압전 소자(53)를 포함한다. 초음파 센서(51)는 그 외의 구성은 상술의 실시형태에 따른 초음파 센서(1)와 같다. 도 5(C)는 압전 소자(53)가 케이스(2)에 접합되어 있는 상태를 투시한 초음파 센서(51)의 평면도이다.The ultrasonic sensor 51 includes a piezoelectric element 53 instead of the piezoelectric element 3 in the above-described embodiment. The other components of the ultrasonic sensor 51 are the same as those of the ultrasonic sensor 1 according to the above-described embodiment. 5 (C) is a plan view of the ultrasonic sensor 51 through which the piezoelectric element 53 is bonded to the case 2. Fig.

압전 소자(53)에서는, 전극(3B)과 전극(3C)은 소정의 간격 떨어져, 압전 소자(53)의 긴쪽 방향으로 나열되어 마련되어 있다. 압전 소자(53)는 스스로의 긴쪽 방향을 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향으로 하고, 오목부(2B1)의 짧은쪽 방향으로 오프셋하여 배치되어 있다.In the piezoelectric element 53, the electrode 3B and the electrode 3C are arranged in the longitudinal direction of the piezoelectric element 53 at predetermined intervals. The piezoelectric element 53 is arranged so that its longitudinal direction is the shorter side direction of the concave portion 2B1 and is offset in the short side direction of the concave portion 2B1.

이상의 각 실시형태에서 설명한 바와 같이 본 발명은 실시할 수 있는데, 초음파 센서의 구체적인 구성은 상술한 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 완충재나, 지지재, 보강재, 지지재, 흡음재 등의 구체적 형상이나 재료는 어떠한 것이어도 되고, 또한 완충재나, 지지재, 보강재, 지지재, 흡음재는 각각 반드시 마련하지 않아도 된다.As described in each of the above embodiments, the present invention can be practiced. The specific configuration of the ultrasonic sensor is not limited to the above. For example, any concrete shape or material such as a cushioning material, a support material, a reinforcing material, a support material, and a sound absorbing material may be used, and the cushioning material, supporting material, reinforcing material, supporting material and sound absorbing material may not necessarily be provided.

1, 21, 31, 41, 51: 초음파 센서
2: 케이스
2A: 측벽
2B: 바닥판
2B1: 오목부
2B2: 단부
3, 33, 43, 53: 압전 소자
3A~3D: 구동 전극
3E: 압전 기판
4: 흡음재
5: 보강재
6: 지지재
7: 완충재
8: 제진재
9: 플렉시블 기판
9A: 접속 영역
10: 단자 유지재
11A, 11B: 핀 단자
29A, 29B: 리드선1, 21, 31, 41, 51: Ultrasonic sensor
2: Case
2A: side wall
2B: bottom plate
2B1:
2B2: end
3, 33, 43, 53: Piezoelectric element
3A to 3D: driving electrode
3E: piezoelectric substrate
4: Sound absorbing material
5: Stiffener
6: Support material
7: Cushioning material
8: Anti-vibration material
9: Flexible substrate
9A: Connection area
10: Terminal retainer
11A, 11B: Pin terminal
29A, 29B: Lead wire

Claims

A bottom case normal cylindrical case having a bottom plate,
A piezoelectric element comprising: a piezoelectric substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface; a first electrode provided on the first surface; and a second electrode provided on a part of the second surface And a third electrode which is provided apart from the second electrode on a part of the second surface and which is connected to the first electrode and which is connected to the bottom plate via the first electrode Comprising a piezoelectric element,
Wherein the bottom plate has a bottom surface portion which becomes a vibration region formed at the thinnest and equal thickness in the bottom plate,
Wherein the piezoelectric element is bonded to the bottom surface portion at a position different from the center of the bottom surface portion when viewed in plan from the bottom plate.

The method according to claim 1,
Wherein the second electrode is disposed so as to overlap the center of the bottom surface when the bottom plate is viewed in a plan view.

3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein an area of a region of the second surface of the piezoelectric substrate on which the second electrode is provided is different from an area of a region of the piezoelectric substrate on which the third electrode is provided.

3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the second electrode and the third electrode are formed asymmetrically with respect to the piezoelectric element in plan view.

3. The method according to claim 1 or 2,
The bottom surface portion has a planar shape having a longitudinal direction and a short-side direction as seen from a plane,
And the second electrode and the third electrode are arranged in the short side direction.

3. The method according to claim 1 or 2,
The bottom surface portion has a planar shape having a longitudinal direction and a short-side direction as seen from a plane,
The second electrode and the third electrode are arranged in the short direction or the long direction in the arrangement direction,
Wherein the piezoelectric element is arranged to be shifted from the center of the bottom surface portion toward the third electrode side along the arrangement direction.