超声波传感器

摘要

超声波传感器的压电元件具有包含发送用区域(40N)和接收用区域(40M)的压电体层(40)、公共电极(30)、发送用电极(20)、以及接收用电极(10)。发送用区域和接收用区域隔着分离区域(40V)彼此相邻。发送用区域包含一个或多个第一单位压电体层，接收用区域包含一个或多个第二单位压电体层。发送用区域中包含的第一单位压电体层和接收用区域中包含的第二单位压电体层的层数不同，在发送用区域和接收用区域中的层数少的一方中，设置有浮置电极(70)。该压电元件能够抑制产生褶曲。

权利要求

1.一种超声波传感器，具备：

壳体，具有底部；以及

压电元件，与所述底部的内表面接合，并与所述底部一起进行弯曲振动，所述压电元件具有：压电体层，包含发送用区域、接收用区域以及分离区域；

公共电极，具有扩展到达所述发送用区域以及所述接收用区域的双方的形状；

发送用电极，将所述发送用区域夹在中间而与所述公共电极对置；以及接收用电极，将所述接收用区域夹在中间而与所述公共电极对置，所述发送用区域以及所述接收用区域在所述底部的所述内表面的表面方向上形成在隔着所述分离区域彼此相邻的位置，所述发送用区域包含一个第一单位压电体层，或者包含在远离所述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第一单位压电体层，所述接收用区域包含一个第二单位压电体层，或者包含在远离所述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第二单位压电体层，所述发送用区域中包含的所述第一单位压电体层和所述接收用区域中包含的所述第二单位压电体层的层数不同，在所述发送用区域和所述接收用区域中的所述层数少的一方中，设置有一个或多个浮置电极。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，关于所述层数，所述发送用区域中包含的所述第一单位压电体层比所述接收用区域中包含的所述第二单位压电体层多，所述浮置电极设置在所述接收用区域中。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其中，所述浮置电极也设置在所述分离区域中。

4.根据权利要求3所述的超声波传感器，其中，所述浮置电极设置为到达所述分离区域中。

5.根据权利要求2至4中的任一项所述的超声波传感器，其中，多个所述浮置电极设置在相对于通过所述压电元件的层叠方向上的中心的面成为面对称的位置。

6.根据权利要求2至5中的任一项所述的超声波传感器，其中，多个所述浮置电极在所述压电元件的层叠方向上空开间隔排列，在所述压电元件的层叠方向上位置距所述底部最远的所述浮置电极的两端部位于其它所述浮置电极的两端部的位置的内侧。

7.根据权利要求2至6中的任一项所述的超声波传感器，其中，所述浮置电极包含：对置部，位于所述压电元件的层叠方向上的中心与所述底部之间，所述对置部在所述压电元件的层叠方向上与所述发送用电极以及所述公共电极中的至少一方对置。

8.根据权利要求2至7中的任一项所述的超声波传感器，其中，在所述底部的所述内表面的表面方向上，隔着所述分离区域彼此相邻的所述发送用电极的内部电极与所述浮置电极之间的间隔比隔着所述分离区域彼此相邻的所述公共电极的内部电极与所述浮置电极之间的间隔宽。

9.一种超声波传感器，具备：

壳体，具有底部；以及

压电元件，与所述底部的内表面接合，并与所述底部一起进行弯曲振动，所述压电元件具有：压电体层，包含发送用区域、接收用区域以及分离区域；

公共电极，具有扩展到达所述发送用区域以及所述接收用区域的双方的形状；

发送用电极，将所述发送用区域夹在中间而与所述公共电极对置；以及接收用电极，将所述接收用区域夹在中间而与所述公共电极对置，所述发送用区域以及所述接收用区域在所述底部的所述内表面的表面方向上形成在隔着所述分离区域彼此相邻的位置，所述发送用区域包含一个第一单位压电体层，或者包含在远离所述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第一单位压电体层，所述接收用区域包含一个第二单位压电体层，或者包含在远离所述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第二单位压电体层，所述发送用区域中包含的所述第一单位压电体层和所述接收用区域中包含的所述第二单位压电体层的层数不同，在所述分离区域中设置有一个或多个浮置电极。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的超声波传感器，其中，所述压电元件具有多个所述浮置电极，

多个中的至少一个所述浮置电极具有比所述发送用电极厚的厚度。

说明书

超声波传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及具备压电元件的超声波传感器。

背景技术

[0002] 一般的超声波传感器通过在金属制的壳体的底部的内表面接合压电元件而构成单压电晶片构造体，并使金属壳体的底部进行弯曲振动来收发超声波。另外，虽然技术领域与超声波传感器不同，但是在国际公开第2008/038683号(专利文献1)中公开了一种具备层叠型的压电元件的燃料喷射系统。

[0003] 在先技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：国际公开第2008/038683号

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 在具备一般的层叠型的压电元件的超声波传感器中，压电元件的层叠数越多，波发送时的声压越提高，但是波接收时的灵敏度越下降。与此相反，压电元件的层叠数越少，波发送时的声压越下降，但是波接收时的灵敏度越提高。在具备一般的层叠型的压电元件的超声波传感器中，压电元件的供波发送用的部分和供波接收用的部分由同一构件形成，因此根据压电元件的层叠数，声压与灵敏度以大致反比的关系进行增减。

[0008] 本申请的发明人进行了潜心研究，结果得到了如下的见解。即，设在压电元件连接了接收用电极以及发送用电极，进而配置了公共电极，使得与它们双方对置。根据由接收用电极、发送用电极以及公共电极构成的三端子构造，可形成在金属壳体的底部的面方向上彼此相邻的发送用区域以及接收用区域。发现，由于发送用区域以及接收用区域彼此独立地形成，所以能够对发送时的声压以及接收时的灵敏度这两者分别独立地进行调整。

[0009] 然而，还发现，在采用了这种三端子构造的情况下，即，在压电元件形成了在金属壳体的底部的面方向上彼此相邻的发送用区域以及接收用区域的情况下，还存在制作压电元件时容易产生褶曲(压电体层部分地弯弯曲曲的现象)这样的课题。

[0010] 本发明的目的在于，提供一种具备如下结构的超声波传感器，即，即使在形成在金属壳体的底部的面方向上彼此相邻的发送用区域以及接收用区域的情况下，也能够抑制在压电元件产生褶曲。

[0011] 用于解决课题的技术方案

[0012] 基于本发明的某个局面的超声波传感器具备：壳体，具有底部；以及压电元件，与上述底部的内表面接合，并与上述底部一起进行弯曲振动，上述压电元件具有：压电体层，包含发送用区域、接收用区域以及分离区域；公共电极，具有扩展到达上述发送用区域以及上述接收用区域的双方的形状；发送用电极，将上述发送用区域夹在中间而与上述公共电极对置；以及接收用电极，将上述接收用区域夹在中间而与上述公共电极对置，上述发送用区域以及上述接收用区域在上述底部的上述内表面的表面方向上形成在隔着上述分离区域彼此相邻的位置，上述发送用区域包含一个第一单位压电体层，或者包含在远离上述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第一单位压电体层，上述接收用区域包含一个第二单位压电体层，或者包含在远离上述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第二单位压电体层，上述发送用区域中包含的上述第一单位压电体层和上述接收用区域中包含的上述第二单位压电体层的层数不同，在上述发送用区域和上述接收用区域中的上述层数少的一方中，设置有一个或多个浮置电极。

[0013] 优选地，关于上述层数，上述发送用区域中包含的上述第一单位压电体层比上述接收用区域中包含的上述第二单位压电体层多，上述浮置电极设置在上述接收用区域中。

[0014] 优选地，上述浮置电极也设置在上述分离区域中。优选地，上述浮置电极设置为到达上述分离区域中。

[0015] 优选地，多个上述浮置电极设置在相对于通过上述压电元件的层叠方向上的中心的面成为面对称的位置。

[0016] 优选地，多个上述浮置电极在上述压电元件的层叠方向上空开间隔排列，在上述压电元件的层叠方向上位置距上述底部最远的上述浮置电极的两端部位于其它上述浮置电极的两端部的位置的内侧。

[0017] 优选地，上述浮置电极包含位于上述压电元件的层叠方向上的中心与上述底部之间的对置部，上述对置部在上述压电元件的层叠方向上与上述发送用电极以及上述公共电极中的至少一方对置。

[0018] 优选地，在上述底部的上述内表面的表面方向上，隔着上述分离区域彼此相邻的上述发送用电极的内部电极与上述浮置电极之间的间隔比隔着上述分离区域彼此相邻的上述公共电极的内部电极与上述浮置电极之间的间隔宽。

[0019] 基于本发明的另一个局面的超声波传感器具备：壳体，具有底部；以及压电元件，与上述底部的内表面接合，并与上述底部一起进行弯曲振动，上述压电元件具有：压电体层，包含发送用区域、接收用区域以及分离区域；公共电极，具有扩展到达上述发送用区域以及上述接收用区域的双方的形状；发送用电极，将上述发送用区域夹在中间而与上述公共电极对置；以及接收用电极，将上述接收用区域夹在中间而与上述公共电极对置，上述发送用区域以及上述接收用区域在上述底部的上述内表面的表面方向上形成在隔着上述分离区域彼此相邻的位置，上述发送用区域包含一个第一单位压电体层，或者包含在远离上述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第一单位压电体层，上述接收用区域包含一个第二单位压电体层，或者包含在远离上述底部的方向上层叠且以电方式并联连接的多个第二单位压电体层，上述发送用区域中包含的上述第一单位压电体层和上述接收用区域中包含的上述第二单位压电体层的层数不同，在上述分离区域中设置有一个或多个浮置电极。

[0020] 优选地，上述压电元件具有多个上述浮置电极，多个中的至少一个上述浮置电极具有比上述发送用电极厚的厚度。

[0021] 发明效果

[0022] 在制作具备如上所述的结构的压电元件的情况下，压电体欲从单位压电体层的层数(体积)多的一方朝向少的一方进行移动，但是这样的移动由于浮置电极的存在而被抑制。因此，即使在形成在金属壳体的底部的面方向上彼此相邻的发送用区域以及接收用区域的情况下，也能够抑制在压电元件产生褶曲。

附图说明

[0023] 图1是示出具备参考技术中的超声波传感器的传感器装置的功能模块的图。

[0024] 图2是示出参考技术中的超声波传感器的剖视图。

[0025] 图3是示出参考技术中的超声波传感器具备的压电元件以及FPC的俯视图。

[0026] 图4是示出参考技术中的超声波传感器具备的压电元件(卸下FPC的状态)的俯视图。

[0027] 图5是示出参考技术中的超声波传感器具备的压电元件的立体图。

[0028] 图6是示出参考技术中的超声波传感器具备的压电元件及其内部构造的立体图。

[0029] 图7是示出参考技术中的超声波传感器的压电元件具备的电极的立体图。

[0030] 图8是沿着图4中的VIII-VIII线的向视剖视图。

[0031] 图9是沿着图4中的IX-IX线的向视剖视图。

[0032] 图10是沿着图4中的X-X线的向视剖视图。

[0033] 图11是用于说明参考技术中的超声波传感器具备的压电元件的制造方法的剖视图。

[0034] 图12是示出在压附工序中对参考技术中的超声波传感器具备的压电元件进行压附时的样子的剖视图。

[0035] 图13是示出实施方式1中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0036] 图14是示出实施方式1中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极71、73、75、77的层处的剖面结构的图。

[0037] 图15是示出实施方式1中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极72、74、76的层处的剖面结构的图。

[0038] 图16是示出实施方式2中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0039] 图17是示出实施方式2中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有电极20的中间部23的层处的剖面结构的图。

[0040] 图18是示出实施方式2中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极72、76的层处的剖面结构的图。

[0041] 图19是示出实施方式2中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极74的层处的剖面结构的图。

[0042] 图20是示出实施方式3中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0043] 图21是示出实施方式3中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有电极20的中间部23的层处的剖面结构的图。

[0044] 图22是示出实施方式3中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极76的层处的剖面结构的图。

[0045] 图23是示出实施方式3中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极74的层处的剖面结构的图。

[0046] 图24是示出实施方式3中的超声波传感器具备的压电元件中的、形成有浮置电极72的层处的剖面结构的图。

[0047] 图25是用于说明关于参考技术(比较例)以及实施方式1～3进行的实验例的图。

[0048] 图26是示出实施方式4中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0049] 图27是示出实施方式5中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0050] 图28是示出实施方式6中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0051] 图29是示出实施方式7中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

[0052] 图30是示出实施方式8中的超声波传感器具备的压电元件的剖视图。

具体实施方式

[0053] [参考技术]

[0054] 在对基于本发明的实施方式进行说明之前，以下，首先参照图1～图10对参考技术中的超声波传感器100进行说明。在参考技术的说明中，对同一部件以及相应部件标注同一附图标记，有时不再进行重复的说明。

[0055] 图1是示出具备参考技术中的超声波传感器100的传感器装置1的功能模块的图。传感器装置1具备超声波传感器100、微机101、存储器102、检测电路103、信号生成电路104、电源105以及接收放大器106。超声波传感器100具备压电元件50，该压电元件50具有由电极
10、20、30构成的三端子构造。

[0056] 微机101读出保存在存储器102的数据，并将控制信号输出到信号生成电路104。信号生成电路104基于控制信号从直流电压生成交流电压。交流电压供给到超声波传感器100，从超声波传感器100朝向大气中等发送超声波(波发送)。在超声波传感器100接收到来自目标物体的反射波时，在超声波传感器100中产生的波接收信号将作为电压值而发送到接收放大器106，并通过检测电路103输入到微机101。通过微机101，能够掌握与目标物体的有无、移动相关的信息。

[0057] (超声波传感器100)

[0058] 图2是示出参考技术中的超声波传感器100的剖视图。超声波传感器100具备压电元件50、壳体60、吸音材料63、粘接剂64、接合剂65、硅酮66、67以及FPC80(Flexible Printed Circuits，柔性印刷电路)。壳体60具有有底筒状的形状。壳体60例如由具有高弹性且轻量的铝构成。壳体60通过对这样的铝进行例如锻造或切削加工而制作。

[0059] 壳体60包含圆盘状的底部62和沿着底部62的周缘设置的圆筒状的筒状部61。底部62具有内表面62S以及外表面62T。压电元件50例如由锆钛酸铅类陶瓷构成。压电元件50配置在底部62的内表面62S上，使用粘接剂64与内表面62S接合。粘接剂64例如是环氧类粘接剂。在超声波传感器100进行驱动时，压电元件50与底部62一起进行弯曲振动。

[0060] 压电元件50具有未图示的3个电极(相当于图1中的电极10～30的部位。细节将后述)。如图3所示，FPC80的前端部80T具有T字形状。FPC80经由接合剂65与这些电极电接合。作为接合剂65，例如可使用添加了金属的树脂材料。FPC80中的与压电元件50接合的部分的相反侧的部分导出到壳体60外，与信号生成电路104(图1)以及接收放大器106(图1)等电连接。

[0061] (压电元件50)

[0062] 图3是示出压电元件50以及FPC80的俯视图。图4是示出压电元件50(卸下FPC80的状态)的俯视图。图5是示出压电元件50的立体图。图6是示出压电元件50及其内部构造的立体图。图7是示出压电元件50具备的电极10、20、30的立体图。图8是沿着图4中的VIII-VIII线的向视剖视图。图9是沿着图4中的IX-IX线的向视剖视图。图10是沿着图4中的X-X线的向视剖视图。

[0063] 在图3～图10中，为了说明上的方便，示出了箭头X、Y、Z。箭头X、Y、Z具有彼此正交的关系。以下，有时参照箭头X、Y、Z对压电元件50的各结构进行说明，但是各结构的配置关系(与正交以及平行相关的特征)未必一定要限定于箭头X、Y、Z所示的配置关系。关于这些，在后述的图11～图24以及图26～图29中也是同样的。

[0064] 如图3～图10所示，压电元件50包含压电体层40(图3～图6、图8～图19)、电极10(图7)、电极20(图7)以及电极30(图7)。压电体层40的外形形状是大致长方体(参照图5、图6)，压电体层40具有上表面41、侧面42～45以及下表面46。

[0065] 上表面41是压电体层40中的位于箭头Z方向侧的表面，下表面46是压电体层40中的位于箭头Z方向的相反方向侧的表面。侧面42、44是压电体层40中的相对于箭头X方向正交的表面，具有彼此对置的位置关系。侧面43、45是压电体层40中的相对于箭头Y方向正交的表面，具有彼此对置的位置关系。

[0066] (电极10(接收用电极))

[0067] 电极10包含圆盘部11以及延伸部12(参照图7)。电极10作为“接收用电极”发挥功能。延伸部12具有从圆盘部11的外缘朝向外方延伸的形状。延伸部12配置为从圆盘部11所位于的一侧朝向压电体层40的侧面42所位于的一侧延伸。如图3所示，在设置于FPC80的布线图案81与电极10的延伸部12之间的部分(连接部位10C)，电极10和FPC80(布线图案81)电连接(也参照图4、图5)。

[0068] (电极20(发送用电极))

[0069] 电极20包含侧壁部21、上表面部22以及中间部23、24(参照图7)。电极20作为“发送用电极”发挥功能。侧壁部21与压电体层40的侧面42(图5)对置，并与侧面42相接。上表面部22与侧壁部21的箭头Z方向侧的端部相连设置，并配置在压电体层40的上表面41上。中间部
23、24是电极20中的配置在压电体层40的内部的部位，在压电元件50完成的状态下它们不可见(参照图5)。在中间部23与中间部24之间，配置有电极30的中间部33(参照图8～图10等)。

[0070] 在中间部23、24的内侧，分别设置有镂空部23H、24H(图7)和缺口部23T、24T。如图7以及图9所示，中间部23、24的箭头X的相反方向上的端部与侧壁部21连接。另一方面，中间部23、24的箭头X方向上的端部不与后述的电极30的侧壁部31连接，从侧壁部31分开。如图3所示，在设置于FPC80的布线图案82与电极20的上表面部22之间的部分(连接部位20C)，电极20和FPC80(布线图案82)电连接(也参照图4、图5)。

[0071] (电极30(公共电极))

[0072] 电极30包含侧壁部31、上表面部32、中间部33以及下表面部34(参照图7)。电极30作为“公共电极”发挥功能。侧壁部31与压电体层40的侧面44(图5)对置，并与侧面44相接。下表面部34与压电体层40的下表面46对置，并与下表面46相接。上表面部32与侧壁部31的箭头Z方向侧的端部相连设置，并配置在压电体层40的上表面41上。中间部33是电极30中的配置在压电体层40的内部的部位，在压电元件50完成的状态下中间部33不可见(参照图5)。

[0073] 在上表面部32以及中间部33的内侧分别设置有镂空部32H、33H(图7)。在镂空部32H的内侧，配置电极10的圆盘部11(参照图5)。在上表面部32以及中间部33的内侧，还分别设置有缺口部32T、33T。在缺口部32T的内侧，配置电极10的延伸部12(参照图5)。在上表面部32中的箭头Y的相反方向上的部分，设置后退部32F。后退部32F是用于允许配置电极20的上表面部22的部位。

[0074] 如图7以及图9所示，上表面部32、中间部33以及下表面部34的箭头X方向上的端部与侧壁部31连接。另一方面，上表面部32、中间部33以及下表面部34的箭头X的相反方向上的端部不与电极20的侧壁部21连接，而是从侧壁部21分开。如图3所示，在设置于FPC80的布线图案83与电极30的上表面部32之间的部分(连接部位30C)，电极30和FPC80(布线图案83)电连接(也参照图4、图5)。

[0075] (发送用区域以及接收用区域)

[0076] 参照图8～图10，在压电体层40的内部形成发送用区域40N以及接收用区域40M。发送用区域40N具有由第一单位压电体层N1～N4构成的4层构造。第一单位压电体层N1～N4在远离壳体60的底部62的方向上层叠，通过电极20以及电极30以电方式并联连接。图8～图10中的白色箭头示出了各压电体层的极化方向。另一方面，接收用区域40M具有第二单位压电体层M1的单层构造。

[0077] 电极30的下表面部34具有扩展到达发送用区域40N以及接收用区域40M的双方的形状。电极20的上表面部22将包含第一单位压电体层N1～N4的发送用区域40N夹在中间而与电极30的下表面部34对置。电极10的圆盘部11将包含第二单位压电体层M1的接收用区域40M夹在中间而与电极30的下表面部34对置。

[0078] 即，压电体层40中的位于电极20的上表面部22与电极30的下表面部34之间的区域、位于电极20的中间部23与电极30的上表面部32之间的区域、以及位于电极20的中间部23与电极30的下表面部34之间的区域作为发送用区域40N发挥功能。另一方面，压电体层40中的、位于电极10的圆盘部11与电极30的下表面部34之间的区域作为接收用区域40M发挥功能。如图8以及图10所示，发送用区域40N和接收用区域40M形成于在壳体60的底部62的内表面62S的表面方向(X-Y面方向)上彼此相邻的位置。具体地，在压电体层40的中心部设置有接收用区域40M，并在作为接收用区域40M的径向上的外侧的周边部设置有发送用区域
40N，使得包围接收用区域40M。

[0079] 参照图11，在制作压电元件50时，在下模91与上模92之间配置树脂片93、94。在树脂片93、94之间配置由具有长方形状的薄壁的压电陶瓷构成的4层压电体层(陶瓷片)。对于构成发送用区域40N的第一单位压电体层N1～N4的部分，使电极20的中间部23、电极30的中间部33以及电极20的中间部24介于4层压电体层之间，并对它们进行层叠。对于构成接收用区域40M的第二单位压电体层M1的部分，不使电极介于4层压电体层之间而对它们进行层叠。经过对它们从上下进行压附的压附工序、脱脂工序以及烧成工序，从而制作压电元件50。

[0080] 图12是示出在压附工序中对压电元件50进行压附时的样子的剖视图。烧成前的压电体层柔软，并具有可挠性。在对4层压电体层进行加压时，在电极20(中间部23)、电极30(中间部33)以及电极20(中间部24)的附近，与这些内部电极的厚度相应地，以大于其它部分的荷重对压电体层进行加压。烧成前的压电体层柔软，因此会移动，使得朝向不存在内部电极的方向(箭头AR所示的方向)被挤出。其结果是，在构成接收用区域40M(参照图8)的部分及其附近，有时会产生褶曲。在由于褶曲而在压电体层40形成了凹陷95(图12)的情况下，压电元件50和壳体60变得难以适当地接合，有可能导致粘接不良、灵敏度的下降。

[0081] [实施方式]

[0082] 以下，参照附图对基于本发明的实施方式以及实施例进行说明。在言及个数以及量等的情况下，除了有特别记载的情况以外，本发明的范围未必一定要限定于该个数以及量等。对同一部件以及相应部件标注同一附图标记，有时不再进行重复的说明。另外，在以下的实施方式的说明中，主要对实施方式与上述的参考技术的不同点进行说明，有时不再进行重复的说明。

[0083] [实施方式1]

[0084] 图13是示出实施方式1中的压电元件50A的剖视图。图13与上述的参考技术中的图8对应。图14是示出压电元件50A中的形成有浮置电极71的层(高度位置)处的剖面结构的图。该剖视图与压电元件50A的形成有浮置电极73、75、77的层(高度位置)处的剖面结构相同地绘制。因此，在图14中将它们汇总为一个图进行记载。

[0085] 图15是示出压电元件50A中的形成有浮置电极72的层(高度位置)处的剖面结构的图。该剖视图与压电元件50A的形成有浮置电极74、76的层(高度位置)处的剖面结构相同地绘制。因此，在图15中将它们汇总为一个图进行记载。图13相当于图14以及图15中的XIII-XIII线的位置处的剖视图。

[0086] 本实施例中的压电元件50A与上述的参考技术中的压电元件50同样地组装到壳体60(参照图2)。具体地，本实施方式中的超声波传感器具备壳体60和压电元件50A，壳体60具有底部62(图2)，压电元件50A与底部62的内表面62S接合，且与底部62一起进行弯曲振动。

[0087] (压电元件50A)

[0088] 如图13～图15所示，压电元件50A具有压电体层40、电极10～30以及浮置电极70(浮置电极71～77)。与上述的参考技术的情况同样地，压电体层40具有长方体状的形状。在图13中，描绘了上表面41、侧面43、45以及下表面46。

[0089] 电极10(接收用电极)形成在压电体层40的上表面41上。电极20(发送用电极)包含侧壁部21、上表面部22以及多个中间部23。侧壁部21与压电体层40的侧面43对置，并与侧面43相接。上表面部22与侧壁部21的箭头Z方向侧的端部相连设置，并配置在压电体层40的上表面41上。多个中间部23是电极20中的配置在压电体层40的内部的部位(内部电极)，在压电元件50A完成的状态下，它们不可见。在多个中间部23之间，配置电极30的中间部33。

[0090] 电极30(公共电极)包含侧壁部31、上表面部32以及多个中间部33。侧壁部31与压电体层40的侧面45对置，并与侧面45相接。上表面部32与侧壁部31的箭头Z方向侧的端部相连设置，并配置在压电体层40的上表面41上。多个中间部33是电极30中的配置在压电体层40的内部的部位(内部电极)，在压电元件50A完成的状态下，它们不可见。在多个中间部33之间，配置电极20的中间部23。

[0091] (发送用区域以及接收用区域)

[0092] 在压电体层40的内部形成有发送用区域40N、接收用区域40M以及分离区域40V。构成发送用区域40N的一个或多个单位压电体层和构成接收用区域40M的一个或多个单位压电体层构成为层数彼此不同。在本实施方式中，发送用区域40N具有由第一单位压电体层N1～N8构成的8层构造。另一方面，接收用区域40M具有第二单位压电体层M1的单层构造。

[0093] 第一单位压电体层N1～N8在远离壳体60(图2)的底部62的方向上层叠。第一单位压电体层N1～N8通过电极20(发送用电极)的上表面部22和中间部23以及电极30(公共电极)的上表面部32和中间部33以电方式并联连接。

[0094] 电极30的下表面部34具有扩展到达隔着分离区域40V相邻的发送用区域40N以及接收用区域40M的双方的形状。电极20的上表面部22将包含第一单位压电体层N1～N8的发送用区域40N夹在中间而与电极30的下表面部34对置。电极10将包含第二单位压电体层M1的接收用区域40M夹在中间而与电极30的下表面部34对置。

[0095] 压电体层40中的位于电极20的上表面部22与电极30的下表面部34之间的区域、位于电极20的中间部23与电极30的上表面部32之间的区域、以及位于电极20的中间部23与电极30的下表面部34之间的区域作为发送用区域40N发挥功能，位于电极10与电极30的下表面部34之间的区域作为接收用区域40M发挥功能。发送用区域40N和接收用区域40M形成于在壳体60的底部62的内表面62S的表面方向(X-Y面方向)上隔着分离区域40V(绝缘区域)彼此相邻的位置。具体地，在压电体层40的中心部设置有接收用区域40M。在图13中图示了多个发送用区域40N，它们相连，发送用区域40N设置在作为接收用区域40M的径向上的外侧的周边部，使得包围接收用区域40M。

[0096] (浮置电极70)

[0097] 浮置电极70设置在发送用区域40N和接收用区域40M中的、构成它们的单位压电体层的层数少的一方之中。在本实施方式中，构成发送用区域40N的第一单位压电体层的层数是8层，构成接收用区域40M的第二单位压电体层的层数是一层，因此在第二单位压电体层M1中设置有在压电元件50的层叠方向上空开间隔排列的多个浮置电极70(浮置电极71～77)。

[0098] 浮置电极70(也称为虚设电极)与电极10～30中的任一个都不进行电连接，周围全都由压电体层40包围。多个浮置电极70能够与电极20的中间部23、电极30的中间部33一起利用掩模处理等与它们在同一工序中通过印刷法等来形成。如图14所示，浮置电极71、73、75、77分成4个部位，它们中的3个的剖面形状出现在图13中。如图15所示，浮置电极72、74、
76也分成4个部位，这4个剖面形状出现在图13中。

[0099] 在本实施方式中，在电极20的上表面部22与电极30的下表面部34之间，换言之，在电极30的上表面部32与电极30的下表面部34之间，设置有共计7层的内部电极(电极20的中间部23以及电极30的中间部33)。相对于此，在第二单位压电体层M1中，设置有作为与内部电极的层数相同的数目的共计7层的浮置电极71～77。各内部电极(电极20的中间部23以及电极30的中间部33)与各浮置电极71～77设置在同一高度。

[0100] 电极10(接收电极)、电极20的上表面部22、电极30的上表面部32、以及电极30的下表面部34通过使用了掩模的溅射、蒸镀在与内部电极(电极20的中间部23以及电极30的中间部23)不同的工序中形成。

[0101] (作用以及效果)

[0102] 如开头部分所述，在以往的超声波传感器中，示出了如下特性，即，压电元件的层叠数越多，波发送时的声压越提高，但是波接收时的灵敏度越下降。这是因为，在以往的层叠型的压电元件中，压电元件的供波发送用的部分和供波接收用的部分由同一构件形成。

[0103] 在本实施方式中，压电元件50A的供波发送用的部分(发送用区域40N)和供波接收用的部分(接收用区域40M)分离地形成。虽然为了提高波发送时的声压而将压电元件50A的供波发送用的部分(发送用区域40N)的层叠数设为8层构造，但是供波接收用的部分(接收用区域40M)保持单层构造的状态。在本实施方式的超声波传感器中，与以往的结构相比，可抑制波接收时的灵敏度下降。因此，可以说，本实施方式的超声波传感器具备能够对发送时的声压以及接收时的灵敏度这两者分别独立地进行调整的构造。

[0104] 如以上参照图12所述的那样，多个烧成前的压电体层(陶瓷片)柔软，并具有可挠性。若假设不存在浮置电极71～77，则在对8层压电体层进行加压时，在电极20(中间部23)、电极30(中间部33)以及电极20(中间部24)的附近，与这些内部电极的厚度相应地，以大于其它部分的荷重对压电体层进行加压。

[0105] 相对于此，在本实施方式中，浮置电极71～77发挥作用，使得减小由内部电极的存在引起的厚度之差(荷重之差)。与上述的参考技术的情况相比，作用于压电体层中的设置有内部电极的部分的荷重与作用于压电体层中的设置有浮置电极71～77的部分的荷重之差减小。因此，柔软的压电体层虽然欲在面内方向上扩散移动，但是其移动量与上述的参考技术的情况相比将减小。其结果是，可抑制在构成接收用区域40M(参照图8)的部分及其附近产生褶曲。压电元件50A能够与壳体60(图2)的底部62的内表面62S适当地接合，能够期待粘接性、灵敏度的提高。

[0106] 在本实施方式中，浮置电极70未设置在发送用区域40N中。换言之，浮置电极71～77不与电极20的上表面部22以及中间部23对置，也不与电极30的上表面部22以及中间部33对置。可抑制由于设置浮置电极71～77而造成的寄生电容的增加，也几乎不会导致灵敏度下降。

[0107] 在本实施方式中，浮置电极70的一部分设置为也到达分离区域40V中。浮置电极70可以仅设置在第二单位压电体层M1中，但是从抑制褶曲的观点出发，可以说也设置在分离区域40V中是更优选的。另一方面，浮置电极70的存在还会导致压电元件50A的刚性的提高、烧成后的压电体层40的残留应力的增加。

[0108] 在过度设置了浮置电极70的情况下，有时也会导致上述那样的寄生电容的增加，或者压电元件50A变得难以进行弯曲振动，或者压电常数下降。因此，鉴于褶曲的抑制、寄生电容的增加、压电元件50A的刚性的增加、压电元件50A的压电常数的增加等，优选在压电体层40的内部没置适当的部位以及量的浮置电极70。从抑制刚性的增加(振动的限制)、压电常数的下降这样的观点出发，像本实施方式这样将浮置电极71～77在同一面内分割成多处来进行设置的情况也是能够优选地实施的。

[0109] 在本实施方式中，多个浮置电极71～77设置在相对于通过压电元件50A的层叠方向上的中心的面CS成为面对称的位置。根据该结构，在完成了烧成时，会在压电体层40产生以面CS为中心而成为面对称的收缩力(起因于热收缩而产生的收缩力)，因此能够抑制在烧成后的压电元件50A产生翘曲。

[0110] [实施方式2]

[0111] 图16是示出实施方式2中的压电元件50B的剖视图。图16与上述的参考技术中的图8对应。图17是示出压电元件50B中的、形成有电极20的中间部23的层(高度位置)处的剖面结构的图。形成有电极20的中间部23的层均相同地绘制。因此，在图17中将它们汇总为一个图进行记载。

[0112] 图18是示出压电元件50B中的、形成有浮置电极72的层(高度位置)处的剖面结构的图。该剖视图与压电元件50B的形成有浮置电极76的层(高度位置)处的剖面结构相同地绘制。因此，在图18中将它们汇总为一个图进行记载。图19是示出压电元件50B中的、形成有浮置电极74的层(高度位置)处的剖面结构的图。图16相当于图17～图19中的XVI-XVI线的位置处的剖视图。

[0113] 如上所述，在过度设置了浮置电极70的情况下，有时还会导致寄生电容的增加，或者压电元件50B变得难以进行弯曲振动，或者压电常数下降。在本实施方式中，与实施方式1的情况相比减少了浮置电极70的数目。虽然在抑制褶曲的观点上与实施方式1相比是不利的，但是在寄生电容的增加、压电元件50B的弯曲振动的难以度、压电常数的下降这样的观点上是有利的。通过将多个浮置电极72、74、76设置在相对于通过压电元件50B的层叠方向上的中心的面CS成为面对称的位置，从而还能够抑制在烧成后的压电元件50B产生翘曲。

[0114] [实施方式3]

[0115] 图20是示出实施方式3中的压电元件50C的剖视图。图20与上述的参考技术中的图8对应。图21是示出压电元件50C中的、形成有电极20的中间部23的层(高度位置)处的剖面结构的图。形成有电极20的中间部23的层均相同地绘制。因此，在图21中将它们汇总为一个图进行记载。

[0116] 图22是示出压电元件50C中的、形成有浮置电极76的层(高度位置)处的剖面结构的图。图23是示出压电元件50C中的、形成有浮置电极74的层(高度位置)处的剖面结构的图。图24是示出压电元件50C中的、形成有浮置电极72的层(高度位置)处的剖面结构的图。图20相当于图21～图24中的XX-XX线的位置处的剖视图。

[0117] 在本实施方式中，在压电元件50C的层叠方向上位置距壳体60(图2)的底部62最远的浮置电极76的两端部P1位于其它浮置电极72、74的两端部P2、P3的位置的内侧。根据该结构，能够使浮置电极76的两端部P1与电极20的上表面部22之间的距离DR1比上述的实施方式2的情况长。对于浮置电极76的两端部P1与电极30的上表面部32之间的距离也是同样的。

[0118] 如上所述，电极10(接收电极)、电极20的上表面部22、电极30的上表面部32、以及电极30的下表面部34可通过使用了掩模的溅射或蒸镀在与内部电极(电极20的中间部23以及电极30的中间部23)不同的工序中形成。浮置电极76的两端部P1与电极20的上表面部22的相对位置有时会偏移。即使产生了位置偏移，由于将距离DR1确保得长，从而也基本不会出现电极20的上表面部22与浮置电极76对置的情况，因此能够抑制寄生电容的增加(灵敏度的下降)。这对于浮置电极76的两端部P1与电极30的上表面部32的相对位置也是同样的。

[0119] 此外，在本实施方式中，浮置电极72的一部分作为“对置部”发挥功能。浮置电极72位于压电元件50C的中心(面CS的位置)与壳体60(图2)的底部62之间，浮置电极72的一部分在压电元件50C的层叠方向上与电极30的中间部33对置(参照箭头DR2所示的部位)。虽然在浮置电极72与电极30的中间部33对置的情况下，会在它们之间产生寄生电容，但是只要是压电元件50C的中心(面CS的位置)的底部侧(电极30的下表面部34侧)，就基本不会成为大的问题。

[0120] 在实施方式1、2的情况下，存在如下区域，即，在层间完全不存在电极的区域。另一方面，根据本实施方式的结构，在层间至少存在一层电极。换言之，在将浮置电极72、74、76以及电极30的中间部33在压电元件50C的层叠方向上进行投影的情况下，在该投影像中不存在未形成电极的部分(由于投影像彼此重叠，从而未形成电极的部分消失)。该结构发挥作用，使得减小由内部电极的存在引起的厚度之差(荷重之差)，因此能够抑制褶曲的产生。另外，该结构还能够与上述的实施方式1、2组合而实施。在浮置电极72、74形成为与电极20的中间部23对置的情况下，也可得到同样的效果。

[0121] [实验例]

[0122] 参照图25对关于上述的参考技术(比较例)以及实施方式1～3进行的实验例进行说明。图25中的实施例1～3分别对应于上述的实施方式1～3。可知，在使压附工序中的陶瓷片的数目(压电体层的数目)增加的情况下，参考技术(比较例)的结构与实施例1～3的结构相比产生大的褶曲。关于实施例1～3，可知能够按实施例1、2、3的顺序抑制褶曲。

[0123] [实施方式4]

[0124] 图26是示出实施方式4中的压电元件50D的剖视图。在压电元件50D中，在压电元件50D的层叠方向上位置距壳体60(图2)的底部62最远的浮置电极77的两端部，位于其它浮置电极71～76的两端部的位置的内侧。

[0125] [实施方式5]

[0126] 图27是示出实施方式5中的压电元件50E的剖视图。在压电元件50E中，在壳体60(图2)的底部62的内表面62S的表面方向上(在图27的纸面左右方向上)，隔着分离区域40V彼此相邻的发送用电极(电极20)的内部电极(中间部23)与浮置电极71、73、75、77之间的间隔L1比隔着分离区域40V彼此相邻的公共电极(电极30)的内部电极(中间部33)与浮置电极72、74、76之间的间隔L2宽。

[0127] [实施方式6]

[0128] 图28是示出实施方式6中的压电元件50F的剖视图。虽然在上述的各实施方式中浮置电极70由多个部位构成，但是浮置电极70也可以仅由一个部位构成。

[0129] [实施方式7]

[0130] 图29是示出实施方式7中的压电元件50G的剖视图。虽然在上述的各实施方式中浮置电极70设置在第二单位压电体层M1中，但是浮置电极70也可以仅设置在分离区域40V中。

[0131] [实施方式8]

[0132] 图30是示出实施方式8中的压电元件50H的剖视图。在压电元件具有多个浮置电极的情况下，多个中的至少一个浮置电极优选具有比发送用电极厚的厚度。在本实施方式的压电元件50H中，浮置电极72H、74H具有比电极20(发送用电极)的中间部23、24厚的厚度。根据该结构，压电元件50H的供波发送用的部分(发送用区域40N)和供波接收用的部分(接收用区域40M)也分离地形成，因此可以说具备了能够对发送时的声压以及接收时的灵敏度这两者分别独立地进行调整的构造。

[0133] 进而，浮置电极72H、74H具有比电极20(发送用电极)的中间部23、24厚的厚度。该结构发挥作用，使得进一步降低在压电元件的厚度方向上进行观察的情况下的内部电极(包含浮置电极)的总和在面内方向上产生偏差，因此能够进一步抑制褶曲的产生。

[0134] [其它实施方式]

[0135] 在上述的各实施方式中，压电元件由锆钛酸铅类陶瓷构成，但是并不限于此。例如，压电元件也可以由铌酸钾钠类、碱金属铌酸类陶瓷等非铅类压电陶瓷的压电材料等构成。在上述的各实施方式中，硅酮66、67由有机硅树脂构成，但是并不限于此。只要由树脂构成，例如，也可以由聚氨酯树脂或有机硅发泡树脂构成。

[0136] 以上，对基于本发明的各实施方式进行了说明，但是上述的公开内容在所有方面均为例示，而并非限制性的。本发明的技术范围由权利要求书示出，意图包含与权利要求书等同的含义以及范围内的全部变更。

[0137] 附图标记说明

[0138] 1：传感器装置，10：电极(接收用电极)，10C、20C、30C：连接部位，11：圆盘部，12：延伸部，20：电极(发送用电极)，21、31：侧壁部，22、32：上表面部，23、24、33：中间部，30：电极(公共电极)，32F：后退部，34：下表面部，40、M1、N1、N4、N8：压电体层，40M：接收用区域，40N：发送用区域，40V：分离区域，41：上表面，42、43、44、45：侧面，46：下表面，50、50A、50B、50C、
50D、50E、50F、50G、50H：压电元件，60：壳体，61：筒状部，62：底部，62S：内表面，62T：外表面，
63：吸音材料，64：粘接剂，65：接合剂，66、67：硅酮，70、71、72、73、74、75、76、77：浮置电极，
80T：前端部，81、82、83：布线图案，91：下模，92：上模，93、94：树脂片，100：超声波传感器，
101：微机，102：存储器，103：检测电路，104：信号生成电路，105：电源，106：接收放大器，CS：
面，DR1：距离，L1、L2：间隔，P1、P2、P3：两端部。