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超声波传感器

阅读：1012发布：2020-05-14

IPRDB可以提供超声波传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且超声波传感器具备：具有底部(62)的壳体(60)；和与底部的内面(62S)接合、和底部一起进行弯曲振动的压电元件(50)。压电元件具有：包含发送用区域(40N)以及接收用区域(40M)的压电体层(40)；电极(30)；在之间夹着发送用区域而与电极(30)对置的发送用电极(20)；和在之间夹着接收用区域而与电极(30)对置的接收用电极(10)。发送用区域(40N)以及接收用区域(40M)形成在相互相邻的位置。，下面是超声波传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超声波传感器，具备：

有底部的壳体；和

与所述底部的内面接合、和所述底部一起进行弯曲振动的压电元件，所述压电元件具有：包含发送用区域以及接收用区域的压电体层；

特定的电极；

在之间夹着所述发送用区域而与所述特定的电极对置的发送用电极；和在之间夹着所述接收用区域而与所述特定的电极对置的接收用电极，所述发送用区域以及所述接收用区域形成在相互相邻的位置。

2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其中，所述发送用电极与所述特定的电极之间的阻抗是不同于所述接收用电极与所述特定的电极之间的阻抗的值。

3.根据权利要求2所述的超声波传感器，其中，所述发送用电极与所述特定的电极之间的阻抗是低于所述接收用电极与所述特定的电极之间的阻抗的值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波传感器，其中，所述发送用区域以及所述接收用区域形成于在与所述底部的所述内面垂直的方向上相互相邻的位置。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波传感器，其中，所述发送用区域以及所述接收用区域形成于在所述底部的所述内面的表面方向上相互相邻的位置。

6.根据权利要求5所述的超声波传感器，其中，俯视观察下在所述压电元件的中心部设置所述接收用区域，在所述接收用区域的径向的外侧即周边部设置所述发送用区域，以使得所述发送用区域包围所述接收用区域。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的超声波传感器，其中，所述特定的电极是具有扩展达到所述发送用区域以及所述接收用区域的双方的形状的共用电极。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的超声波传感器，其中，所述发送用区域包含1个第1单位压电体层、或在远离所述底部的方向上层叠且并联电连接的多个第1单位压电体层，所述接收用区域包含1个第2单位压电体层、或在远离所述底部的方向上层叠且并联电连接的多个第2单位压电体层。

9.根据权利要求8所述的超声波传感器，其中，所述第1单位压电体层的层数为所述第2单位压电体层的层数以上。

10.根据权利要求8或9所述的超声波传感器，其中，所述发送用区域包含1个内部电极、或在远离所述底部的方向上层叠且并联电连接的多个内部电极，所述接收用区域包含1个内部电极、或在远离所述底部的方向上层叠且并联电连接的多个内部电极，在所述发送用区域以及/或者所述接收用区域中所含的所述内部电极的形状为环状。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的超声波传感器，其中，所述发送用区域当中与所述底部的所述内面接合一侧的面的表面积为所述接收用区域当中与所述底部的所述内面接合一侧的面的表面积以上。

12.根据权利要求1～11中任一项所述的超声波传感器，其中，与所述底部正交的方向上的所述发送用区域的厚度为同方向上的所述接收用区域的厚度以下。

13.一种超声波传感器，具备：

有底部的壳体；和

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

特定的电极；

在之间夹着所述发送用区域而与所述特定的电极对置的发送用电极；和在之间夹着所述接收用区域而与所述特定的电极对置的接收用电极，所述发送用区域以及所述接收用区域形成在隔着所述分离区域而相互相邻的位置。

14.根据权利要求13所述的超声波传感器，其中，所述特定的电极设置为达到所述分离区域之中。

15.根据权利要求13或14所述的超声波传感器，其中，所述发送用电极设置为达到所述分离区域之中。

16.根据权利要求13～15中任一项所述的超声波传感器，其中，所述接收用电极设置为达到所述分离区域之中。

说明书全文

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面接合压电元件来构成压电单晶片结构体，使金属壳体的底部弯曲振动来收发超声波。在特开2002-204497号公报(专利文献1)中公开了具备层叠型的压电元件的超声波传感器。

[0003] 现有技术文献

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：JP特开2002-204497号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 在驱动特开2002-204497号公报(专利文献1)所公开的超声波传感器的情况下，示出了超声波传感器中所具备的压电元件的层叠数越多则送波时的声压越提高，但受波时的灵敏度越下降的特性。与此相反，在专利文献1公开的超声波传感器中采用压电元件的层叠数少的构成的情况下，示出了虽然送波时的声压下降但受波时的灵敏度上升的特性。

[0008] 即，在超声波传感器中所用的现有的层叠型的压电元件中，由于用于压电元件的送波的部分和用于受波的部分在同一部位内形成，因此对应于压电元件的层叠数，声压和灵敏度示出以大致反比的关系增减这样的特性。在具备现有的层叠型的压电元件的超声波传感器中，存在难以独立分别调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方这样的现实情况。

[0009] 本发明目的在于，提供能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方的超声波传感器。

[0010] 用于解决课题的手段

[0011] 基于本发明的某方面的超声波传感器具备：有底部的壳体；与上述底部的内面接合、和上述底部一起进行弯曲振动的压电元件，上述压电元件具有：包含发送用区域以及接收用区域的压电体层；特定的电极；在之间夹着上述发送用区域而与上述特定的电极对置的发送用电极；和在之间夹着上述接收用区域而与上述特定的电极对置的接收用电极，上述发送用区域以及上述接收用区域形成在相互相邻的位置。

[0012] 优选地，上述发送用电极与上述特定的电极之间的阻抗是不同于上述接收用电极与上述特定的电极之间的阻抗的值。

[0013] 优选地，上述发送用电极与上述特定的电极之间的阻抗是低于上述接收用电极与上述特定的电极之间的阻抗的值。

[0014] 优选地，上述发送用区域以及上述接收用区域形成于在与上述底部的上述内面垂直的方向上相互相邻的位置。

[0015] 优选地，上述发送用区域以及上述接收用区域形成于在上述底部的上述内面的表面方向上相互相邻的位置。

[0016] 优选地，俯视观察下在上述压电元件的中心部设置上述接收用区域，在上述接收用区域的径向的外侧即周边部设置上述发送用区域，以使得上述发送用区域包围上述接收用区域。

[0017] 优选地，上述特定的电极是具有扩展达到上述发送用区域以及上述接收用区域的双方的形状的共用电极。

[0018] 优选地，上述发送用区域包含1个第1单位压电体层、或在远离上述底部的方向上层叠且并联电连接的多个第1单位压电体层，上述接收用区域包含1个第2单位压电体层、或在远离上述底部的方向上层叠且并联电连接的多个第2单位压电体层。

[0019] 优选地，上述第1单位压电体层的层数为上述第2单位压电体层的层数以上。

[0020] 优选地，上述发送用区域包含1个内部电极、或在远离上述底部的方向上层叠且并联电连接的多个内部电极，上述接收用区域包含1个内部电极、或在远离上述底部的方向上层叠且并联电连接的多个内部电极，上述发送用区域以及/或者上述接收用区域中所含的上述内部电极的形状为环状。

[0021] 优选地，上述发送用区域当中与上述底部的上述内面接合一侧的面的表面积为上述接收用区域当中与上述底部的上述内面接合一侧的面的表面积以上。

[0022] 优选地，与上述底部正交的方向上的上述发送用区域的厚度为同方向上的上述接收用区域的厚度以下。

[0023] 基于本发明的其他局面的超声波传感器具备：有底部的壳体；和与上述底部的内面接合、和上述底部一起进行弯曲振动的压电元件，上述压电元件具有：包含发送用区域、接收用区域以及分离区域的压电体层；特定的电极；在之间夹着上述发送用区域而与上述特定的电极对置的发送用电极；和在之间夹着上述接收用区域而与上述特定的电极对置的接收用电极，上述发送用区域以及上述接收用区域形成在隔着上述分离区域而相互相邻的位置。

[0024] 优选地，上述特定的电极设置为达到上述分离区域之中。

[0025] 优选地，上述发送用电极设置为达到上述分离区域之中。

[0026] 优选地，上述接收用电极设置为达到上述分离区域之中。

[0027] 发明的效果

[0028] 根据上述的构成，由于发送用区域以及接收用区域分别分开形成，因此能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度这双方。

附图说明

[0029] 图1是表示具备实施方式1中的超声波传感器的传感器装置的功能块的图。

[0030] 图2是表示实施方式1中的超声波传感器的截面图。

[0031] 图3是表示实施方式1中的超声波传感器中所具备的压电元件以及FPC的俯视图。

[0032] 图4是表示实施方式1中的超声波传感器中所具备的压电元件(拆下FPC的状态)的俯视图。

[0033] 图5是表示实施方式1中的超声波传感器中所具备的压电元件的立体图。

[0034] 图6是表示实施方式1中的超声波传感器中所具备的压电元件以及其内部结构的立体图。

[0035] 图7是表示实施方式1中的超声波传感器的压电元件所具备的电极的立体图。

[0036] 图8是沿着图4中的VIII-VIII线的箭头截面图。

[0037] 图9是沿着图4中的IX-IX线的箭头截面图。

[0038] 图10是沿着图4中的X-X线的箭头截面图。

[0039] 图11是表示实施方式2中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0040] 图12是表示实施方式3中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0041] 图13是表示实施方式4中的超声波传感器中所具备的压电元件的分解的状态的立体图。

[0042] 图14是沿着图13中的XIV-XIV线的箭头截面图(组装图)。

[0043] 图15是表示实施方式5中的超声波传感器中所具备的压电元件的分解的状态的立体图。

[0044] 图16是沿着图15中的XVI-XVI线的箭头截面图(组装图)。

[0045] 图17是表示实施方式6中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0046] 图18是表示实施方式7中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0047] 图19是表示实施方式8中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0048] 图20是表示实施方式9中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0049] 图21是表示实施方式10中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0050] 图22是表示实施方式11中的压电元件所具备的电极的立体图。

[0051] 图23是表示实施方式12中的超声波传感器中所具备的压电元件的截面图。

[0052] 图24是表示具备实施方式13中的超声波传感器的传感器装置的功能块的图。

[0053] 图25是表示实施方式13中的超声波传感器中所具备的压电元件的立体图。

[0054] 图26是沿着图25中的XXVI-XXVI线的箭头截面图(组装图)。

具体实施方式

[0055] 以下参考附图来说明基于本发明的实施方式。在提及个数以及量等的情况下，除了有特别记载的情况以外，本发明的范围不一定限定在该个数以及量等。对同一部件以及相当部件标注同一参考标号，有时不再反复重复的说明。

[0056] [实施方式1]

[0057] 参考图1～图10来说明实施方式1中的超声波传感器100。图1是表示具备超声波传感器100的传感器装置1的功能块的图。传感器装置1除了具备超声波传感器100以外还具备微型计算机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。详细后述，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3端子结构。

[0058] 微型计算机101读出存放于存储器102的数据，将适于超声波传感器100的驱动的控制信号输出给信号生成电路104。电源105例如将12V的直流电压输出给信号生成电路104。信号生成电路104基于从微型计算机101输出的控制信号来从直流电压生成交流电压。
交流电压根据需要以被放大电路(未图示)升压的状态提供给超声波传感器100。驱动超声波传感器100，从超声波传感器100向空气中等发送(送波)超声波。

[0059] 在超声波传感器100并联连接未图示的电阻以及电容器等。在超声波传感器100接收到来自物标的反射波时，将在超声波传感器100产生的受波信号作为电压值送往接收放大器106，经过检测电路103输入到微型计算机101。能由微型计算机101掌握与物标的有无和移动相关的信息。超声波传感器100例如搭载于车等上，能作为以上那样的传感器装置1发挥功能。

[0060] (超声波传感器100)

[0061] 图2是表示超声波传感器100的截面图。如图2所示那样，超声波传感器100具备压电元件50、壳体60、吸音件63、粘结剂64、接合剂65、硅71、72、以及FPC80(Flexible Printed Circuits，柔性电路板)。壳体60具有有底筒状的形状。壳体60例如由有高弹性且轻量的铝构成。通过对这样的铝进行例如锻造或切削加工来制作壳体60。

[0062] 壳体60包含圆盘状的底部62、和沿着底部62的周缘而设的圆筒状的筒状部61。底部62具有内面62S以及外面62T。压电元件50例如由锆钛酸铅系陶瓷构成。压电元件50配置在底部62的内面62S上，使用粘结剂64接合在内面62S。在超声波传感器100进行驱动时，压电元件50和底部62一起进行弯曲振动。硅71、72填满壳体60的内部空间而设。吸音件63由有高弹性的成形体构成，设置在硅71与硅72之间。吸音件63与压电元件50空开间隔而对置。

[0063] 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，详细后述)。FPC80经由接合剂65与这些电极电接合。作为接合剂65，例如能使用添加了金属的树脂材料。FPC80当中与压电元件50接合的部分的相反侧的部分，被取出到壳体60之外，与信号生成电路104(图1)以及接收放大器106(图1)等电连接。

[0064] (压电元件50)

[0065] 图3是表示压电元件50以及FPC80的俯视图。图4是表示压电元件50(拆下FPC80的状态)的俯视图。图5是表示压电元件50的立体图。图6是表示压电元件50以及其内部结构的立体图。图7是表示压电元件50中所具备的电极10、20、30的立体图。图8是沿着图4中的VIII-VIII线的箭头截面图。图9是沿着图4中的IX-IX线的箭头截面图。图10是沿着图4中的X-X线的箭头截面图。

[0066] 在图3～图10中，为了说明上的方便而示出箭头X、Y、Z。箭头X、Y、Z具有相互正交的关系。以下有时参考箭头X、Y、Z来说明压电元件50的各构成，但各构成的配置关系(与正交以及平行相关的特征)不一定限定于箭头X、Y、Z所示的配置关系。

[0067] 如图3～图10所示那样，压电元件50包含压电体层40、电极10(图7)、电极20(图7)以及电极30(图7)。压电体层40的外形形状为大致长方体(参考图5、图6)，压电体层40具有上表面41、侧面42～45以及下表面46。

[0068] 上表面41是压电体层40当中的位于箭头Z方向一侧的表面，下表面46是压电体层40当中的位于与箭头Z方向相反方向一侧的表面。侧面42、44，是压电体层40当中的与箭头X方向正交的表面，具有相互对置的位置关系。侧面43、45是压电体层40当中的与箭头Y方向正交的表面，具有相互对置的位置关系。

[0069] (电极10(接收用电极))

[0070] 电极10包含圆盘部11以及延伸部12，作为整体具有板状的形状(参考图7)。延伸部12的外形为矩形状，具有从圆盘部11的外缘向外方延伸的形状。电极10配置在上表面41上，圆盘部11位于压电体层40的上表面41的正好中央。延伸部12从圆盘部11所位于的一侧向压电体层40的侧面42所位于的一侧(向与箭头X相反方向)延伸而配置。

[0071] 如图3所示那样，FPC80的前端部80T具有T字形状。在没于FPC80的布线图案81与电极10的延伸部12之间的部分(连接处10C)，电极10和FPC80(布线图案81)电连接(还参考图4、图5)。电极10在本实施方式中作为「接收用电极」发挥功能。

[0072] (电极20(发送用电极))

[0073] 电极20包含侧壁部21、上表面部22以及中间部23、24(参考图7)。侧壁部21、上表面部22、以及中间部23、24均具有板状的形状。侧壁部21配置得与压电体层40的侧面42(图5)对置，与侧面42相接。侧壁部21具有覆盖压电体层40的侧面42的全部的表面形状(参考图3、图4、图9、图10)。

[0074] 上表面部22，连设在侧壁部21的箭头Z方向一侧(以及与箭头Y相反方向一侧)的端部，配置在压电体层40的上表面41上。若将箭头Y方向上的尺寸设为「宽度」，则上表面部22的宽度窄于侧壁部21的宽度。上表面部22的与箭头Y相反方向的端部，与压电体层40的侧面43具有齐平的关系。

[0075] 上表面部22以及中间部23、24具有平行的位置关系，中间部23、24位于比上表面部22更靠与箭头Z相反方向一侧的位置。中间部23位于上表面部22与中间部24之间。中间部23和中间部24空开间隔而对置。中间部23、24是电极20当中配置在压电体层40的内部的部位，在压电元件50完成的状态下观察不到它们(参考图5)。详细后述，在中间部23与中间部24之间配置电极30的中间部33(参考图8～图10等)。

[0076] 在中间部23、24的内侧，分别设置具有圆形形状的挖空部23H、24H(图7)。挖空部23H、24H的大小(外径)大于电极10的圆盘部11的大小(外径)。挖空部23H、24H的位置与电极
10的圆盘部11的位置对应。挖空部23H、24H配置在将电极10的圆盘部11向与箭头Z相反方向投影的情况下不与圆盘部11的投影像重叠的位置(参考图8、图10)。

[0077] 在中间部23、24的内侧还分别设置缺口部23T、24T。缺口部23T、24T从挖空部23H、24H所位于的一侧向压电体层40的侧面42所位于的一侧(向与箭头X相反方向)延伸而配置。
缺口部23T、24T的位置，与电极10的延伸部12的位置对应。如图7以及图9所示那样，中间部
23、24的与箭头X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，而是远离侧壁部31。

[0078] 如图3所示那样，在设于FPC80的布线图案82与电极20的上表面部22之间的部分(连接处20C)，电极20和FPC80(布线图案82)电连接(还参考图4、图5)。电极20在本实施方式中，作为「发送用电极」发挥功能。

[0079] (电极30(特定的电极、共用电极))

[0080] 作为特定的电极的电极30，包含侧壁部31、上表面部32、中间部33以及下表面部34(参考图7)。侧壁部31、上表面部32、中间部33以及下表面部34均具有板状的形状。侧壁部31配置得与压电体层40的侧面44(图5)对置，与侧面44相接。侧壁部31具有覆盖压电体层40的侧面44的全部的表面形状(参考图3、图4、图9、图10)。下表面部34配置得与压电体层40的下表面46对置，与下表面46相接。下表面部34具有覆盖压电体层40的下表面46的全部的表面形状。

[0081] 上表面部32连设在侧壁部31的箭头Z方向一侧的端部，配置在压电体层40的上表面41上。若将箭头Y方向上的尺寸设为「宽度」，则上表面部32的宽度与压电体层40的上表面41的宽度相等。上表面部32的箭头Y方向上的两端部与压电体层40的侧面43、45分别具有齐平的关系。

[0082] 上表面部32、中间部33以及下表面部34具有平行的位置关系，中间部33以及下表面部34位于比上表面部32更靠与箭头Z相反方向一侧的位置。中间部33位于上表面部32与下表面部34之间。中间部33是电极30当中配置在压电体层40的内部的部位，在压电元件50完成的状态下中间部33观察不到(参考图5)。

[0083] 在上表面部32以及中间部33的内侧，分别设置具有圆形形状的挖空部32H、33H(图7)。挖空部32H、33H的大小(外径)大于电极10的圆盘部11的大小(外径)。挖空部32H、33H的位置与电极10的圆盘部11的位置对应。在挖空部32H的内侧配置电极10的圆盘部11的(参考图5)。挖空部33H配置在将电极10的圆盘部11向与箭头Z相反方向投影的情况下不与圆盘部
11的投影像重叠的位置(参考图8、图10)。

[0084] 在上表面部32以及中间部33的内侧，还分别设置缺口部32T、33T。缺口部32T、33T从挖空部32H、33H所位于的一侧向压电体层40的侧面42所位于的一侧(向与箭头X相反方向)延伸而配置。缺口部32T、33T的位置与电极10的延伸部12的位置对应。在缺口部32T的内侧，配置电极10的延伸部12(参考图5)。在上表面部32当中的与箭头Y相反方向上的部分，设置后退部32F。后退部32F是用于容许电极20的上表面部22的配置的部位。

[0085] 如图7以及图9所示那样，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的与箭头X相反方向上的端部，不与电极20的侧壁部21连接，远离侧壁部21。

[0086] 如图3所示那样，在设于FPC80的布线图案83与电极30的上表面部32之间的部分(连接处30C)，电极30和FPC80(布线图案83)电连接(还参考图4、图5)。电极30在本实施方式中作为「共用电极」发挥功能。

[0087] 以上那样构成的电极10、20、30当中、覆盖压电体层40的表面而设的部分(电极10、电极20的侧壁部21以及上表面部22、还有电极30的侧壁部31、上表面部32以及下表面部34)，例如通过用Ag对压电体层40的表面进行溅射处理来形成。并不限于溅射，覆盖压电体层40的表面而设的部分可以通过压膜粘贴Ag来形成。进而，作为Ag的基底层，可以设置蒙耐合金(Cu-Ni)。

[0088] (发送用区域以及接收用区域)

[0089] 参考图8～图10，在本实施方式中的压电体层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1单位压电体层N1～N4构成的4层结构。图8～图10中的白色箭头表示各压电体层的极化方向。

[0090] 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介于具有长条形状的薄壁的压电陶瓷所构成的4层的压电体层之间，并将它们层叠，一体进行烧成，由此制作第1单位压电体层N1～N4。第1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而并联电连接。

[0091] 接收用区域40M具有第2单位压电体层M1的1层结构。不使电极介于具有长条形状的薄壁的压电陶瓷所构成的4层的压电体层之间，将它们层叠，一体进行烧成，由此制作第2单位压电体层M1。

[0092] 电极30的下表面部34，具有扩展达到发送用区域40N以及接收用区域40M的双方的形状。电极20的上表面部22与电极30的下表面部34对置，在它们之间夹着包含第1单位压电体层N1～N4的发送用区域40N。电极10的圆盘部11与电极30的下表面部34对置，在它们之间夹着包含第2单位压电体层M1的接收用区域40M。即，压电体层40当中、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、以及位于电极30的上表面部32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当中、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。

[0093] 如图8以及图10所示那样，在本实施方式中，发送用区域40N和接收用区域40M，形成于在壳体60的底部62的内面62S的表面方向(X-Y面方向)上相互相邻的位置。更具体的，俯视观察下(从与壳体60的底部62的内面62S垂直的方向观察压电体层40)，在压电体层40的中心部设置接收用区域40M。在图8中图示了多个发送用区域40N，它们相连，在相比接收用区域40M更靠径向的外侧即周边部，设置发送用区域40N，包围接收用区域40M。

[0094] (作用以及效果)

[0095] 如开头所述那样，在现有的超声波传感器中，示出压电元件的层叠数越多则送波时的声压越上升，但受波时的灵敏度越下降的特性。这是因为，在现有的层叠型的压电元件中，用于压电元件的送波的部分和用于受波的部分形成在同一部位内。

[0096] 在本实施方式中，用于压电元件50的送波的部分(发送用区域40N)和用于受波的部分(接收用区域40M)不是形成在同一部位内。为了提高送波时的声压而将用于压电元件50的送波的部分(发送用区域40N)的层叠数设为4层结构，但用于受波的部分(接收用区域
40M)保持1层结构不变。在本实施方式的超声波传感器100中，虽然受波时的灵敏度降低，但相比于现有的构成而得到抑制。因此，本实施方式的超声波传感器100可以说具备能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方的结构。

[0097] 在本实施方式中，在发送用区域40N采用4层结构，在接收用区域40M采用1层结构。即，第1单位压电体层的层数为第2单位压电体层的层数以上。因此，发送用区域40N的阻抗是低于与接收用区域40M之间的阻抗的值(不同的值)。因此在超声波传感器100的压电元件
50中，声压以及灵敏度的调整分别最佳化，可以说能以高的精度进行感测。以下更详细说明本实施方式中的作用以及效果。

[0098] 上述的实施方式1中的超声波传感器100，在是在能无视外部噪声的环境且接收放大器等电路噪声(内部噪声)处于支配下地位的情况下能特别有效使用。具体地，能由超声波传感器探测的距离以及精度依赖于SNR(信号对噪声比)。用于提高该SNR的方法主要能举出提高发送时的声压、提高接收时的电压灵敏度、以及降低接收时所受到的噪声的影响这3种。

[0099] 为了提高发送时的声压，能举出增大压电元件、增大压电元件的压电常数(d常数)、或增加压电元件的层叠数这样的手法。采用这些手法由于均在压电元件的阻抗变低的方向上发挥作用，因此相同电压下也需要大的消耗电力。

[0100] 为了提高接收时的电压灵敏度，能举出增厚压电元件、减小压电元件、或减少压电元件的层叠数这样的手法。采用这些手法均在压电元件的阻抗变高的方向上发挥作用。为了降低接收时所受到的噪声的影响，需要减小压电元件的阻抗且降低包含接收放大器等的电路噪声(内部噪声)。

[0101] 若将单一的压电层所构成的单板型的压电元件和特开2002-204497号公报(专利文献1)中公开的层叠型的压电元件比较，关于发送时的声压，单板型的压电元件相比于层叠型的压电元件而更小。这是因为，在施加相同电压时，相比于单板型的压电元件，层叠型的压电元件对元件施加的电场强度变得更大，所产生的应变也变得更大。

[0102] 关于接收时的电压灵敏度，单板型的压电元件相比于层叠型的压电元件更大。被输入相同声压时的元件的应变，在单板型的压电元件和层叠型的压电元件中基本相同，压电元件所产生的总电荷也基本相同。另一方面，在单板型的压电元件和层叠型的压电元件中，单板型的压电元件的静电容更小。因此，根据电压＝电荷/静电容的关系，产生电压是单板型的压电元件相比于层叠型的压电元件变大更大。因此关于接收时的电压灵敏度，单板型的压电元件相比于层叠型的压电元件变得更大。

[0103] 关于接收时所受到的噪声的影响，在来自外部的噪声处于支配下地位的情况下，或者在接收放大器等的电路噪声(内部噪声)足够小的情况下，单板型的压电元件相比于层叠型的压电元件变得更大(单板型的压电元件对噪声弱)。由于从外部侵入到电路的噪声，几乎都是电路的阻抗越低则影响越小，因此阻抗低的层叠元件能使来自外部的噪声的影响较小。

[0104] 另一方面，在能无视来自外部的噪声的环境中(来自外部的噪声并非支配下地位的情况)，在电路内部产生的噪声成为问题。电路噪声(内部噪声)主要部分是接收放大器的电压噪声、从电路中的电阻分量发出的热所引起的噪声等。为了便于传感器与电路的匹配，传感器的阻抗越低则电路中的电阻分量越小，还能减小热所引起的噪声。但在热所引起的噪声小于接收放大器的电压噪声的情况下，即使降低热所引起的噪声，总的噪声也不会降低。因此，在电路噪声充分低的情况下，层叠型的压电元件，与单板型的压电元件相比电压灵敏度降低的量相应，声压提高，噪声降低，因此作为SNR而变高。

[0105] 但如上述那样，在是能无视外部噪声的环境且接收放大器的电压噪声充分低的情况下(接收放大器等的电路噪声处于支配下地位的情况下)，由于即使采用层叠型的压电元件降低阻抗也不能降低噪声，因此声压的提升和灵敏度的降低的效果相抵，有时即使采用层叠型的压电元件也不能充分提升性能。

[0106] 另一方面，鉴于搭载实际的超声波传感器100的现实情况，在充分确保了绕着电路而设的屏蔽(静电屏蔽)的情况下，能使外部噪声小到几乎能无视的级别。另外，为了充分降低接收放大器的噪声，使用更低噪声的放大器，但存在制造费用变高这样的问题，采用并不容易。因此，上述的实施方式1中的超声波传感器100，在是能无视外部噪声的环境且接收放大器等的电路噪声(内部噪声)处于支配下地位的情况下，可以说特别能进行高精度的感测，能廉价地实施，能有效使用。

[0107] 在本实施方式中，第1单位压电体层的层数为第2单位压电体层的层数以上。但并不限于该构成，若发送用电极(电极20)与共用电极(电极30)之间的阻抗是低于接收用电极(电极10)与共用电极(电极30)之间的阻抗的值，则第2单位压电体层的层数也可以是第1单位压电体层的层数以上。

[0108] [实施方式2]

[0109] 参考图11来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50A。图11是表示压电元件50A的截面图，与实施方式1中的图8对应。

[0110] 在压电元件50A中，具有发送用区域40N由5个第1单位压电体层N1～N5构成的5层结构。作为与发送用区域40N相关的电极结构，从图11纸面至上起依次按照电极20的上表面部22、电极30的上表面部32、电极20的中间部23、电极30的中间部33、电极20的中间部24、以及电极30的下表面部34的顺序进行配置。通过该构成，也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。

[0111] 另外，在上述的实施方式中，发送用区域40N具有4到5个第1单位压电体层所构成的层结构，但并不限于此。例如也可以具有发送用区域40N由2个、3个、和6个以上的第1单位压电体层所构成的层结构。

[0112] [实施方式3]

[0113] 参考图12来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50B。图12是表示压电元件50B的截面图，与实施方式1中的图8对应。

[0114] 在压电元件50B中，具有接收用区域40M由2个第2单位压电体层M1、M2构成的2层结构。作为与接收用区域40M相关的电极结构，从图12纸面之上起依次按照电极30的上表面部32M、电极10的圆盘部11、以及电极30的下表面部34的顺序进行配置。通过该构成，也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。

[0115] [实施方式4]

[0116] 参考图13以及图14来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50C。图13是表示压电元件50C的分解的状态的立体图。图14是沿着图13中的XIV-XIV线的箭头截面图，示出压电元件50C的被组装的状态的截面图(是与实施方式1中的图8对应的图)。

[0117] 在压电元件50C中，压电体层40具有长方体状的形状。电极10、30具有外形为矩形状的平板形状。电极20具有延伸部22a、22c以及将它们连接的连接部22b。电极10配置在延伸部22a与延伸部22c之间。如图14所示那样，发送用区域40N具有1个第1单位压电体层N1所构成的1层结构，接收用区域40M也具有1个第2单位压电体层M1所构成的1层结构。

[0118] 在本实施方式中，发送用区域40N当中与壳体60的底部62的内面62S接合的一侧的面的表面积(总面积)RN，为接收用区域40M当中的与壳体60的底部62的内面62S接合的一侧的面的表面积(总面积)RM以上(具体为大于)。根据该构成，电极20(延伸部22a、22c)与电极30之间(发送用区域40N)的阻抗成为低于电极10与电极30之间(接收用区域40M)的阻抗的值(不同的值)，能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。具备压电元件50C的本实施方式的超声波传感器，能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方，可以说能谋求它们的最佳化。

[0119] [实施方式5]

[0120] 参考图15以及图16来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50D。图15是表示压电元件50D的分解的状态的立体图。图16是沿着图15中的XVI-XVI线的箭头截面图，示出压电元件50D的被组装的状态的截面图(是与实施方式1中的图8对应的图)。

[0121] 在压电元件50D中，也与实施方式4同样，电极10、30具有外形为矩形状的平板形状。电极20具有延伸部22a、22c以及将它们连接的连接部22b。电极10配置在延伸部22a与延伸部22c之间。关于压电体层40，形成上表面41a、41c、和相比于上表面41a、41c让压电体层40的厚度更厚的上表面41b。如图16所示那样，发送用区域40N具有1个第1单位压电体层N1所构成的1层结构，接收用区域40M也具有1个第2单位压电体层M1所构成的1层结构。另外，发送用区域40N当中的与壳体60的底部62的内面62S接合的一侧的面的表面积(总面积)与接收用区域40M当中与壳体60的底部62的内面62S接合的一侧的面的表面积(总面积)大致相同。

[0122] 在本实施方式中，与壳体60的底部62正交的方向上的发送用区域40N的厚度TN，为同方向上的接收用区域40M的厚度TM以下。根据该构成，电极20(延伸部22a、22c)与电极30的之间的(发送用区域40N)的阻抗，也成为低于电极10与电极30之间(接收用区域40M)的阻抗的值(不同的值)，能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。具备压电元件50D的本实施方式的超声波传感器，也能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方，可以说能谋求它们的最佳化。

[0123] [实施方式6]

[0124] 参考图17来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50E。图17是表示压电元件50E的截面图，与实施方式1中的图8对应。在本实施方式中，发送用区域40N与接收用区域40M的关系与实施方式1正好相反。

[0125] 发送用区域40N具有1个第1单位压电体层N1所构成的1层结构，接收用区域40M具有4个第2单位压电体层M1～M4所构成的4层结构。作为与接收用区域40M相关的电极结构，从图17纸面的上方起，依次按照电极30的上表面部32、电极10的中间部13、电极30的中间部33、电极10的中间部14、以及电极30的下表面部34的顺序进行配置。根据该构成，可以说能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方。

[0126] [实施方式7]

[0127] 参考图18来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50F。图18是表示压电元件50F的截面图，与实施方式3中的图12对应。在本实施方式中，发送用区域40N与接收用区域40M的关系和实施方式3正好相反。

[0128] 发送用区域40N具有2个第1单位压电体层N1、N2所构成的2层结构，接收用区域40M具有4个第2单位压电体层M1～M4所构成的4层结构。根据该构成，也可以说能分别独立调整发送时的声压以及接收时的灵敏度的双方。

[0129] [实施方式8]

[0130] 参考图19来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50G。图19是表示压电元件50G的截面图，与实施方式3中的图12对应。在本实施方式中，在压电体层40的内部形成发送用区域40N、接收用区域40M、以及分离区域40V，在电极30的一部分(具体为电极30的中间部33的一部分)设置为达到分离区域40V之中。所谓分离区域40V，是压电体层40当中位于发送用区域40N与接收用区域40M之间的部分(有绝缘性的区域)。通过该构成也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。

[0131] [实施方式9]

[0132] 参考图20来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50H。图20是表示压电元件50H的截面图，与实施方式3中的图12对应。在本实施方式中，在压电体层40的内部形成发送用区域40N、接收用区域40M以及分离区域40V，电极10的一部分到达分离区域40V中而设。通过该构成，也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。

[0133] [实施方式10]

[0134] 参考图21来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50I。图21是表示压电元件50I的截面图，与实施方式3中的图12对应。在本实施方式中，在压电体层40的内部形成发送用区域40N、接收用区域40M、以及分离区域40V，电极20的一部分(具体为电极20的中间部23的一部分以及中间部24的一部分)到达分离区域40V中而设。通过该构成也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。

[0135] [实施方式11]

[0136] 参考图22来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件。图22是表示本实施方式中的压电元件所具备的电极10、20、30的立体图，与实施方式1中的图7对应。

[0137] 在本实施方式中，电极10包含圆盘部11，不含延伸部12。电极10作为整体而具有圆盘状的形状。另外，电极20的中间部23、24以及电极30的中间部33、即电极20当中未被第1单位压电体层所夹的部分的电极、和电极30当中未被第2单位压电体层所夹的部分的电极(以下也将它们总称作内部电极)，具有环状的形状。

[0138] 通过该构成也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。另外，根据该构成，由于电极20的中间部23、24以及电极30的中间部33为环状，因此即使从壳体60(参考图2)的外部施加撞击，在电极20的中间部23、24或电极30的中间部33的一部分出现龟裂，也能防止对驱动做出贡献的电极的范围的减少。因此，能提升耐崩裂性能。另外，并不限于将中间部23、24、33这3个全都构成为环状的情况，也可以仅将中间部23、24、33当中任意1个或2个构成为环状。

[0139] [实施方式12]

[0140] 参考图23来说明本实施方式中的超声波传感器中所具备的压电元件50K。图23是压电元件50K的截面图，与实施方式1中的图9对应。在压电元件50K中，在压电体层40的上表面41形成电极20的上表面部22以及电极30的上表面部32，在上表面部22与上表面部32之间设置电极10。电极20、30具有多个中间部23、33，多个中间部23、33在压电体层40的厚度方向上交替并排。

[0141] 在本实施方式中，接收用区域40M形成在电极10与电极30当中位于最上段的中间部33之间。发送用区域40N形成在电极20与电极30对置的部分。在本实施方式中，接收用区域40M以及发送用区域40N形成于在与壳体60的底部62的内面62S垂直的方向上相邻的位置。

[0142] 通过该构成也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。另外，根据该构成，相比于接收用区域40M以及发送用区域40N形成于在壳体60的底部62的内面62S的表面方向上相互相邻的位置的情况，由于每体积的发送中使用的区域增加，因此能使声压提升。

[0143] [实施方式13]

[0144] 参考图24～图26来说明本实施方式中的超声波传感器200。图24是表示具备超声波传感器200的传感器装置1L的功能块的图，与实施方式1中的图1对应。传感器装置1L除了具备超声波传感器200，还具备微型计算机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。详细后述，超声波传感器200具备压电元件50L，该压电元件50L具有电极10、20、30、90所构成的4端子结构。电极20、30与信号生成电路104连接。电极
10与接收放大器106连接，电极90接地。

[0145] (压电元件50L)

[0146] 参考图25以及图26来说明超声波传感器200所具备的压电元件50L。图25是表示压电元件50L的立体图，与实施方式1中的图5对应。图26是沿着图25中的XXVI-XXVI线的箭头截面图，与实施方式1中的图9对应。

[0147] 本实施方式中的压电元件50L与上述的实施方式1中的压电元件50同样，装入到壳体60(参考图2)中。具体地，本实施方式中的超声波传感器200具备：有底部62的壳体60(图2)；与底部62的内面62S接合、和底部62一起进行弯曲振动的压电元件50L。

[0148] (压电元件50L)

[0149] 如图24～图26所示那样，压电元件50L具有压电体层40、电极10、20、30、以及作为特定的电极的电极90(接地电极)。压电体层40与上述的实施方式1的情况同样地具有长方体状的形状。在图26中描绘了上表面41、侧面42以及侧面44。

[0150] 电极10(接收用电极)形成在压电体层40的上表面41上。本实施方式的电极10由圆盘部11构成，没有延伸部12(参考图7)。

[0151] 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(图26)。侧壁部21与压电体层40的侧面42对置，与侧面42相接。上表面部22连设在侧壁部21的箭头Z方向一侧的端部，配置在压电体层40的上表面41上。多个中间部23是电极20当中配置在压电体层40的内部的部位(内部电极)，在压电元件50L完成的状态下观察不到它们。在多个中间部23之间，配置电极30的中间部33。

[0152] 在本实施方式中，电极30也作为发送用电极发挥功能。电极30包含侧壁部31、上表面部32以及多个中间部33(图26)。侧壁部31与压电体层40的侧面44对置，与侧面44相接。上表面部32连设在侧壁部31的箭头Z方向一侧的端部，配置在压电体层40的上表面41上。多个中间部33是电极30当中配置在压电体层40的内部的部位(内部电极)，在压电元件50L完成的状态下观察不到它们。在多个中间部33之间配置电极20的中间部23。

[0153] 如上述那样，电极90(接地电极)接地在GND电位。本实施方式的电极90包含上表面部91、侧壁部92以及下表面部93。侧壁部92与压电体层40的侧面42对置，与侧面42相接。上表面部91连设在侧壁部92的箭头Z方向一侧的端部，配置在压电体层40的上表面41上。下表面部93连设在与侧壁部92的箭头Z相反侧的端部，配置在压电体层40的下表面46上。

[0154] (发送用区域以及接收用区域)

[0155] 参考图26，在压电体层40的内部形成发送用区域40N、接收用区域40M、以及分离区域40V。构成发送用区域40N的1个或多个单位压电体层、和构成接收用区域40M的1或多个单位压电体层，构成为层数互不相同。在本实施方式中，发送用区域40N具有第1单位压电体层N1～N8所构成的8层结构。另一方面，接收用区域40M具有第2单位压电体层M1的1层结构。

[0156] 第1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1单位压电体层N1～N8通过电极20(发送用电极)的上表面部22以及中间部23、和电极30(发送用电极)的上表面部32以及中间部33而并联电连接。

[0157] 电极90(接地电极)具有扩展到达隔开分离区域40V而相邻的发送用区域40N以及接收用区域40M的双方的形状。电极20的上表面部22与电极90的下表面部93对置，在它们之间夹着包含第1单位压电体层N1～N8的发送用区域40N。电极10与电极90的下表面部93，在它们之间夹着包含第2单位压电体层M1的接收用区域40M。另外，电极90只要隔着压电体层40至少与接收用区域40M对置即可，也可以不具备上表面部91以及侧壁部92。

[0158] 在本实施方式中，压电体层40当中的位于电极20的上表面部22与被压电体层N7、N8所夹的电极20(中间部23)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30的上表面部32与被压电体层N7、N8所夹的电极20(中间部23)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90的下表面部93之间的区域作为接收用区域40M发挥功能。

[0159] 发送用区域40N和接收用区域40M在壳体60的底部62的内面62S的表面方向(X-Y面方向)上，形成在隔着分离区域40V(绝缘区域)相互相邻的位置。具体地，在压电体层40的中心部设置接收用区域40M。在图26中图示了多个发送用区域40N，它们相连，在接收用区域40M的径向的外侧即周边部设置发送用区域40N，包围接收用区域40M。

[0160] 通过该构成也能得到与上述的实施方式1同样的作用以及效果。另外，由于电极90与电极30分离，电极90接地，因此即使在静电从壳体60进入的情况下，电荷也会迅速掉落到GND电位，因此能防止信号生成电路104或接收放大器106被击穿。另外，由于壳体60稳定地成为GND电位，因此能抑制电磁噪声。

[0161] [其他实施方式]

[0162] 在上述的各实施方式中，压电元件由锆钛酸铅系陶瓷构成，但并不限于此。例如，压电元件也可以由铌酸钾钠系或碱铌酸系陶瓷等非铅系压电陶瓷的压电材料等构成。在上述的各实施方式中，硅71、72由硅树脂构成，但并不限于此。只要由树脂构成即可，例如，也可以由尿烷树脂或硅发泡树脂构成。在上述的各实施方式中，压电元件的外形为长方体，但并不限于此。例如即使压电元件的外形为圆筒形状，也能得到与实施方式1同样的作用以及效果。

[0163] 以上说明了基于本发明的各实施方式，但上述的公开内容在全部点都是例示而非限制。本发明的技术范围由权利要求示出，意图包含与权利要求等同的意味以及范围内的全部变更。

[0164] 标号的说明

[0165] 1、1L 传感器装置

[0166] 10 电极(接收用电极)

[0167] 10C、20C、30C 连接处

[0168] 11 圆盘部

[0169] 12、22a、22c 延伸部

[0170] 13、14、23、24、33 中间部

[0171] 20 电极(发送用电极)

[0172] 21、31、92 侧壁部

[0173] 22、32、32M、91 上表面部

[0174] 22b 连接部

[0175] 23H、24H、32H、33H 挖空部

[0176] 23T、24T、32T、33T 缺口部

[0177] 30 电极(共用电极、特定的电极)

[0178] 32F 后退部

[0179] 34、93 下表面部

[0180] 40 压电体层

[0181] 40M 接收用区域

[0182] 40N 发送用区域

[0183] 40V 分离区域

[0184] 41、41a、41b、41c 上表面

[0185] 42、43、44、45 侧面

[0186] 46 下表面

[0187] 50、50A、50B、50C、50D、50E、50F、50G、50H、50I、50K、50L 压电元件[0188] 60 壳体

[0189] 61 筒状部

[0190] 62 底部

[0191] 62S 内面

[0192] 62T 外面

[0193] 63 吸音件

[0194] 64 粘结剂

[0195] 65 接合剂

[0196] 71、72 硅

[0197] 80T 前端部

[0198] 81、82、83 布线图案

[0199] 90 电极(接地电极、特定的电极)

[0200] 100、200 超声波传感器

[0201] 101 微型计算机

[0202] 102 存储器

[0203] 103 检测电路

[0204] 104 信号生成电路

[0205] 105 电源

[0206] 106 接收放大器

[0207] M1、M2、M3、M4 第2单位压电体层

[0208] N1、N2、N3、N4、N5 第1单位压电体层

[0209] TM、TN 厚度

[0210] X、Y、Z 箭头

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超声波传感器-专利编号CN110907939A	2020-05-11	910
超声波传感器-专利编号CN108431627A	2020-05-12	623
超声波传感器-专利编号CN110118595A	2020-05-11	221
超声波传感器-专利编号CN107409262A	2020-05-13	655
超声波传感器-专利编号CN110949267A	2020-05-11	733
超声波传感器-专利编号CN107462268A	2020-05-12	805
超声波传感器-专利编号CN104677399B	2020-05-12	482
超声波传感器-专利编号CN104781689B	2020-05-13	320
超声波传感器-专利编号CN107091976A	2020-05-13	137
超声波传感器-专利编号CN110431445A	2020-05-11	645

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