(57)【要約】  超音波センサ（１００）は、底部（６２）および筒状部（６１）を含み、導電性を有する部材から形成された有底筒状のケース（６０）と、底部（６２）の内表面（６２ｓ）に接合された圧電素子（５０）とを備える。底部（６２）には、筒状部（６１）から離れた位置において、ケースの開口部（６０ｙ）の側に向かって突出する凸部（６２ｕ）が設けられる。凸部（６２ｕ）の頂面は、第１頂面部（６２ａ１）と、第１頂面部よりも高い突出高さを有する第２頂面部（６２ｂ）とを含む。第２頂面部（６２ｂ）に対して垂直な方向に沿って圧電素子（５０）および第２頂面部（６２ｂ）を平面視したとき、圧電素子（５０）は、少なくとも一部が第２頂面部（６２ｂ）に重なるように配置されている。
2016171003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部および筒状部を含み、導電性を有する部材から形成された有底筒状のケースと、
前記底部の内表面に接合された圧電素子と、を備え、
前記ケースの前記底部には、前記ケースの前記筒状部から離れた位置において、前記ケースの開口部の側に向かって突出する凸部が設けられ、
前記凸部の頂面は、第１頂面部と、前記第１頂面部よりも高い突出高さを有する第２頂面部と、を含み、
前記第２頂面部に対して垂直な方向に沿って前記圧電素子および前記第２頂面部を平面視したとき、前記圧電素子は、少なくとも一部が前記第２頂面部に重なるように配置されている、
超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電素子は、積層型であり、
前記圧電素子の接合面の側には、第１の電極と、電圧が印加されることで前記第１の電極との間に電位差を形成する第２の電極とが位置しており、
前記第２頂面部に対して垂直な方向に沿って前記第２の電極、前記第１頂面部および前記第２頂面部を平面視したとき、前記第２の電極のうちの前記接合面の側に位置している端部は、前記第２頂面部に重ならずに前記第１頂面部に重なるように位置している、
請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
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、前記第２頂面部の表面方向において互いに隣り合う位置に形成されている、
請求項１または２に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を備えた超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−２０４４９７号公報（特許文献１）および特開２０００−１５２３８８号公報（特許文献２）に開示されているように、圧電素子を備えた超音波センサが知られている。一般的な超音波センサは、ケースの底部の内表面に圧電素子を接合することによりユニモルフ構造体を構成し、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。このような超音波センサは、たとえば、車両の前方や後方に設けられ、駐車を支援したり、誤発進を防止したりといった目的で活用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０４４９７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
超音波センサは、物標（検出対象物）の有無や移動に関する情報を取得するという機能を実現するために、物標に対して露出するように配置される。外部からの負荷（衝撃等）から超音波センサを保護するために、カバーが用いられることもある。しかしながら多くの場合、高い検出精度を得たいという目的が存在しており、十分な強度を有するカバーが用いられることはほとんどない。したがって超音波センサは、外部からの負荷を受けた場合に、その負荷が超音波センサに直接的に作用しやすい状態で使用されることが多い。【０００５】
そのため、たとえば車両の走行中に、小石などが飛んできて超音波センサに負荷がかかり、ケースの底部（超音波を送受信する部分）や、ケースの底部に接合された圧電素子が損傷してしまうことがあった（チッピング問題）。ケースの底部の厚みを厚くすることで損傷の発生を抑制することができるが、ケースの底部の厚みを単純に増加させることは、振幅を小さくすること（すなわち、検出精度が低下すること）に繋がりかねない。【０００６】
本発明は、上記のような実情に鑑みて為されたものであって、検出精度が低下することを少なくしつつ、ケースの底部や圧電素子に損傷が生じることを従来に比して抑制可能な超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に基づく超音波センサは、底部および筒状部を含み、導電性を有する部材から形成された有底筒状のケースと、前記底部の内表面に接合された圧電素子と、を備え、前記ケースの前記底部には、前記ケースの前記筒状部から離れた位置において、前記ケースの開口部の側に向かって突出する凸部が設けられ、前記凸部の頂面は、第１頂面部と、前記第１頂面部よりも高い突出高さを有する第２頂面部と、を含み、前記第２頂面部に対して垂直な方向に沿って前記圧電素子および前記第２頂面部を平面視したとき、前記圧電素子は、少なくとも一部が前記第２頂面部に重なるように配置されている。【０００８】
好ましくは、前記圧電素子は、積層型であり、前記圧電素子の接合面の側には、第１の電極と、電圧が印加されることで前記第１の電極との間に電位差を形成する第２の電極とが位置しており、前記第２頂面部に対して垂直な方向に沿って前記第２の電極、前記第１頂面部および前記第２頂面部を平面視したとき、前記第２の電極のうちの前記接合面の側に位置している端部は、前記第２頂面部に重ならずに前記第１頂面部に重なるように位置している。【０００９】
好ましくは、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、前記第２頂面部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。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成によれば、底部に凸部が設けられており、凸部の分だけ底部は厚い厚さを有しているため、損傷が生じることを抑制できる。底部の厚みを単純に増加させることは、振幅を小さくすること（すなわち、検出精度が低下すること）に繋がりかねないが、上記の超音波センサにおいては、凸部をケースの筒状部から離れた位置に設けている。振動の節に近い部分の剛性を下げていることで、振幅が小さくなること（すなわち、検出精度が低下すること）を抑制可能となっている。従って、検出精度が低下することを少なくしつつ、ケースの底部や圧電素子に損傷が生じることを従来に比して抑制可能な超音波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図４】実施の形態１における超音波センサに備えられるケースの断面構造を示す斜視図である。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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１０】図６（および図３）中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。
【図１１】図６（および図３）中のＸＩ−ＸＩ線に沿った矢視断面図である。
【図１２】図６（および図３）中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図１３】実施の形態１の変形例における超音波センサに備えられるケース等を示す断面図である。
【図１４】実施の形態２における超音波センサに備えられるケース等を示す断面図である。
【図１５】実施の形態３における超音波センサに備えられるケース等を示す断面図である。
【図１６】実施の形態４における超音波センサに備えられるケース等を示す断面図である。
【図１７】実施の形態５における超音波センサに備えられるケース等を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［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。
【００１３】
［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。
【００１４】
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。
【００１５】
（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。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図２および図３を参照して（主として図２を参照して）、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。図示上の便宜のため、図３には、接着剤６４および充填剤７２を図示していない。
【００１６】
（ケース６０）
ケース６０は、導電性を有する部材から形成され、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、有底筒状に形成され、底部６２と、底部６２の周縁から起立するように設けられた筒状部６１とを含む。ケース６０のうち、筒状部６１の底部６２とは反対側の部分には、開口部６０ｙが形成される（図２）。
【００１７】
ケース６０の底部６２は、内表面６２ｓおよび外表面６２ｔを有する。内表面６２ｓには、圧電素子５０が接合される。図４は、ケース６０の断面構造を示す斜視図である。図２〜図４に示すように、ケース６０の底部６２には、１つの凸部６２ｕが設けられる。凸部６２ｕは、筒状部６１の内周面６１ｓから離れた位置に形成される。凸部６２ｕは、底部６２の一部が、筒状部６１の内周面６１ｓから離れた位置において開口部６０ｙの側に向かって突出したような形状を有している。
【００１８】
図３に示すように、ケース６０の軸方向（環状溝部６２ｇに対して垂直な方向）に沿って凸部６２ｕおよび筒状部６１の内周面６１ｓを平面視したとき、凸部６２ｕの周縁の形状と、筒状部６１の内周面６１ｓの形状とは、おおよそ相似関係を有する。凸部６２ｕの周り（凸部６２ｕの周縁と筒状部６１の内周面６１ｓとの間）には、環状溝部６２ｇが形成される。
【００１９】
凸部６２ｕは、開口部６０ｙの側に頂面を有する。本実施の形態における凸部６２ｕの頂面は、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２と、第２頂面部６２ｂとを含む。すなわち、本実施の形態における底部６２の内表面６２ｓは、環状溝部６２ｇと、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２と、第２頂面部６２ｂとからなる。
【００２０】
環状溝部６２ｇ、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２および第２頂面部６２ｂは、いずれも平坦な面形状を有し、互いに平行である（図２参照）。図３に示すように、ケース６０の軸方向に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、凸部６２ｕの短手方向の一方側（図中右側）の端部と、凸部６２ｕの短手方向の他方側（図中左側）の端部とにそれぞれ位置しており、いずれも長方形の形状を有し、図中上下方向に沿って平行に延びている。
【００２１】
ケース６０の軸方向（環状溝部６２ｇに対して垂直な方向）において、環状溝部６２ｇからの距離を突出高さとすると、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２はいずれも突出高さＴａ（図２）を有しており、第２頂面部６２ｂは突出高さＴｂ（図２）を有している。突出高さＴｂの値は、突出高さＴａの値よりも大きい。換言すると、第２頂面部６２ｂは、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２よりも高い突出高さを有する。第２頂面部６２ｂを基準に見たとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、第２頂面部６２ｂから凹状にへこんだ形状を有している。
【００２２】
（圧電素子５０）
図２を再び参照して、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の内表面６２ｓ（具体的には、第２頂面部６２ｂ上）上に配置され、接着剤６４を用いて内表面６２ｓ（第２頂面部６２ｂ）に接合されている。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。
【００２３】
図３に示すように、本実施の形態では、圧電素子５０の一部（後述する電極２０の端面部２１など）が、第２頂面部６２ｂからはみ出すように位置している。この構成に限られず、圧電素子５０が第２頂面部６２ｂから全くはみ出さずに、圧電素子５０の全部が第２頂面部６２ｂ上に位置していてもよい。すなわち、第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向に沿って圧電素子５０および第２頂面部６２ｂを平面視したとき、圧電素子５０は、少なくとも一部が第２頂面部６２ｂに重なるように配置されていればよい。
【００２４】
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５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（図２）を介してこれらの電極１０〜３０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。
【００２５】
図５は、圧電素子５０およびＦＰＣ８０を示す平面図である。図６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７は、圧電素子５０を示す斜視図である。図８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９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１０は、図６（および図３）中のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。図１１は、図６（および図３）中のＸＩ−ＸＩ線に沿った矢視断面図である。図１２は、図６（および図３）中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【００２６】
図５〜図１２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、前述の図２〜図４、および後述する図１３〜図１７においても同様である。
【００２７】
図５〜図１２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（図１０〜図１２）を用いてケース６０の内表面６２ｓ（第２頂面部６２ｂ）に貼り付けられる。具体的には、圧電素子５０は、圧電体層４０（図５〜図８，図１０〜図１２）と、電極１０（図９）と、第２の電極としての電極２０（図９）と、第１の電極としての電極３０（図９）とを含む。圧電体層４０の外形形状は略直方体であり（図７，図８参照）、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。
【００２８】
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。
【００２９】
（電極１０）
電極１０は、円盤部１１および延出部１２を含む（図９参照）。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５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６，図７も参照）。
【００３０】
（電極２０（第２の電極））
第２の電極としての電極２０は、端面部２１、上面部２２、および中間部２３，２４を含む（図９参照）。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（第１の電極）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７）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。
【００３１】
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７参照）。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１０〜図１２等参照）。
【００３２】
中間部２３，２４の内側には、くり抜き部２３Ｈ，２４Ｈ（図９）と、切り欠き部２３Ｔ，２４Ｔとがそれぞれ設けられる。図９および図１１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５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６，図７も参照）。
【００３３】
（電極３０（第１の電極））
第１の電極としての電極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９参照）。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７）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７参照）。
【００３４】
上面部３２および中間部３３の内側には、くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈ（図９）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７参照）。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７参照）。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。
【００３５】
図９および図１１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５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６，図７も参照）。
【００３６】
（送信用領域および受信用領域）
図１０〜図１２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１０〜図１２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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１０および図１２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の内表面６２ｓ（第２頂面部６２ｂ）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。
【００４０】
図１１および図１２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（第１の電極）の下面部３４と、電極２０（第２の電極）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（第２頂面部６２ｂ）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（第１の電極）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。
【００４１】
図３（および図１１）を参照して、ケース６０の第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向に沿って電極２０（第２の電極）、第１頂面部６２ａ１および第２頂面部６２ｂを平面視したとき、電極２０の端部２１Ｔは、第２頂面部６２ｂに重ならずに、第１頂面部６２ａ１に重なるように位置している。換言すると、ケース６０の第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向に沿って端部２１Ｔを投影したとき、その投影により形成される投影像は、第２頂面部６２ｂに重ならずに、第１頂面部６２ａ１に重なるように位置している。
【００４２】
（作用および効果）
冒頭で述べたように、一般的に、超音波センサは、外部からの負荷を受けたときに、その負荷が超音波センサに直接的に作用しやすい状態で使用されることが多い。仮に、ケース６０の底部６２に凸部６２ｕが設けられておらず、底部６２が、環状溝部６２ｇに対応する厚みＴｇ（図２参照）のみを有していたとする。この場合、たとえば車両の走行中に小石などが飛んできてケース６０の底部６２に衝突すると、底部６２や、底部６２に接合された圧電素子５０が損傷してしまうことがあり得る。
【００４３】
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、底部６２に凸部６２ｕが設けられており、凸部６２ｕの分だけ、底部６２は、環状溝部６２ｇに対応する厚みＴｇよりも厚い厚さを有している。したがって超音波センサ１００は、上記のような場合に比べて衝撃に強く、損傷が生じることを抑制できる。
【００４４】
底部６２の厚みを単純に増加させることは、振幅を小さくすること（すなわち、検出精度が低下すること）に繋がりかねない。超音波センサ１００においては、凸部６２ｕをケース６０の筒状部６１から離れた位置に設けることで環状溝部６２ｇが形成され、底部６２の一部の剛性を下げている。環状溝部６２ｇは、凸部６２ｕの位置よりも振動の節に近い部分であり、環状溝部６２ｇの存在によって振幅が小さくなること（すなわち、検出精度が低下すること）を抑制可能となっている。環状溝部６２ｇの存在によって底部６２の一部の剛性を下げていることは、振動面積が広がることに繋がるため、指向性を狭めることも可能となっている（たとえば２〜３ｄｅｇ程度）。
【００４５】
導電性を有するケース６０の底部６２の内表面６２ｓに積層型の圧電素子５０を接着するときには、圧電素子５０の接着面の側に、電極３０（第１の電極）と、電圧が印加されることで第１の電極との間に電位差を形成する電極２０（第２の電極）の端部２１Ｔとが位置することになる。積層型の圧電素子を備えた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の底部６２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。
【００４６】
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、底部６２に凸部６２ｕが設けられ、凸部６２ｕに第１頂面部６２ａ１が形成されている。第１頂面部６２ａ１に対し、圧電素子５０が接着されている第２頂面部６２ｂは高い突出高さを有している。端面部２１の端部２１Ｔは、第２頂面部６２ｂに対向せず、第１頂面部６２ａ１に対向するように配置されている（図１１参照）。したがって、電極２０（第２の電極）がケース６０に導通することは、凸部６２ｕに形成された第１頂面部６２ａ１の存在によって抑制できる。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、第１の電極としての電極３０は、ケース６０の底部６２と導通していても構わない。
【００４７】
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。凸部６２ｕに第１頂面部６２ａ１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（凸部６２ｕ）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第１頂面部６２ａ１の存在によって抑制できる。凸部６２ｕや第１頂面部６２ａ１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凸部６２ｕや第１頂面部６２ａ１の形状、深さ（突出高さ）、長さ、幅などを最適化するとよい。
【００４８】
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に凸部６２ｕや第１頂面部６２ａ１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に凸部６２ｕや第１頂面部６２ａ１を設けるという工夫に加えて、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。したがって、送信時における音圧および受信時における感度の双方をそれぞれ独立して調整することが可能できる。本実施の形態においては、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。
【００５１】
［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の厚みＴｇ（環状溝部６２ｇに対応する部分の厚み）は、０．９ｍｍとした。底部６２の凸部６２ｕに設けた第１頂面部６２ａ１，６２ａ２の形状は、長さ６．５ｍｍ、幅０．５ｍｍ、深さ０．０５ｍｍとした。環状溝部６２ｇの形状は、幅１．０ｍｍ、深さ０．４ｍｍとした。
【００５２】
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の代わりにコネクタ付きのリード線を用い、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を複数個製造したところ、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。
【００５３】
［実施の形態１の変形例］
上述の実施の形態１では（図３参照）、底部６２の凸部６２ｕに、２つの第１頂面部６２ａ１，６２ａ２と、１つの第２頂面部６２ｂとが形成され、圧電素子５０の中央部分が第２頂面部６２ｂに接着されている。図１３は、実施の形態１の変形例における超音波センサに備えられるケース６０Ａを示す断面図である。図１３は、上述の実施の形態１における図３に対応している。図１３においては、便宜上のため、圧電素子５０を点線を用いて図示している。これは、後述する図１４〜図１７においても同様である。
【００５４】
図１３に示すケース６０Ａにおいては、ケース６０Ａの軸方向に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、凸部６２ｕの短手方向の一方側（図中右側）の端部と、凸部６２ｕの短手方向の他方側（図中左側）の端部とにそれぞれ位置しており、凸部６２ｕの長手方向の一方側および他方側に達するように（図中上下方向に沿って）平行に延びている。第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、いずれも突出高さＴａを有しており、第２頂面部６２ｂは、突出高さＴｂを有している。突出高さＴｂの値は、突出高さＴａの値よりも大きい。本実施の形態においても、第２頂面部６２ｂは、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２よりも高い突出高さを有する。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。
【００５５】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１では（図３参照）、底部６２の凸部６２ｕに、２つの第１頂面部６２ａ１，６２ａ２と、１つの第２頂面部６２ｂとが形成され、圧電素子５０の中央部分が第２頂面部６２ｂに接着されている。図１４は、実施の形態２における超音波センサに備えられるケース６０Ｂを示す断面図である。
【００５６】
図１４に示すケース６０Ｂにおいては、ケース６０Ｂの軸方向に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、凸部６２ｕの長手方向の一方側（図中上側）の端部と、凸部６２ｕの長手方向の他方側（図中下側）の端部とにそれぞれ位置しており、凸部６２ｕの短手方向の一方側および他方側に達するように（図中左右方向に沿って）平行に延びている。第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、いずれも突出高さＴａを有しており、第２頂面部６２ｂは、突出高さＴｂを有している。突出高さＴｂの値は、突出高さＴａの値よりも大きい。
【００５７】
本実施の形態では、端面部２１は、圧電素子５０の短手方向における側面に沿って延びる形状を有している。図１４を参照して、ケース６０Ｂの第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向に沿って端面部２１、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２および第２頂面部６２ｂを平面視したとき、端面部２１は、第２頂面部６２ｂに重ならずに、第１頂面部６２ａ１に重なるように位置している。換言すると、ケース６０Ｂの第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向に沿って端面部２１を投影したとき、その投影により形成される投影像は、第２頂面部６２ｂに重ならずに、第１頂面部６２ａ１に重なるように位置している。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。
【００５８】
［実施の形態３］
上述の実施の形態１では（図３参照）、ケース６０の軸方向に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、いずれも長方形の形状を有し、（図３中の上下方向に沿って）平行に延びている。
【００５９】
図１５に示すケース６０Ｃにおいては、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２が、半円形状の形状を有している。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。
【００６０】
［実施の形態４］
上述の実施の形態１では（図３参照）、底部６２の凸部６２ｕに、２つの第１頂面部６２ａ１，６２ａ２と、１つの第２頂面部６２ｂとが形成され、圧電素子５０の中央部分が第２頂面部６２ｂに接着されている。
【００６１】
図１６に示すケース６０Ｄにおいては、底部６２の凸部６２ｕに、１つの第１頂面部６２ａと、１つの第２頂面部６２ｂとが形成される。ケース６０Ｄの軸方向（第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向）に沿って圧電素子５０および第２頂面部６２ｂを平面視したとき、第２頂面部６２ｂは、圧電素子５０の周縁よりも内側に位置している。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。
【００６２】
［実施の形態５］
上述の実施の形態１では（図３参照）、ケース６０の軸方向に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、凸部６２ｕの短手方向の一方側の端部と、凸部６２ｕの短手方向の他方側の端部とにそれぞれ位置している。
【００６３】
図１７に示すケース６０Ｅにおいては、ケース６０Ｅの軸方向（第２頂面部６２ｂに対して垂直な方向）に沿って第１頂面部６２ａ１，６２ａ２を平面視したとき、第１頂面部６２ａ１，６２ａ２は、第２頂面部６２ｂ（凸部６２ｕ）の周縁よりも内側に位置している。当該構成によっても、上述の実施の形態１と同様の作用および効果が得られる。
【００６４】
［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５０は積層型であるが、これに限られるものではない。圧電素子５０は単層型であってもよい。また、圧電素子５０は３端子構造に限られず、２端子構造や４端子構造であってもよい。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。
【００６５】
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、圧電素子は円弧を備える略円板形状でもよい。上述の各実施の形態においては、充填剤７１，７２（図２）は、たとえば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。
【００６６】
上述の各実施の形態においては、底部６２の凸部６２ｕに、１つの第１頂面部６２ａや、２つの第１頂面部６２ａ１，６２ａ２が設けられる場合があるが、第１頂面部は３つ以上設けられていてもよい。第１頂面部が複数設けられる場合、これらの突出高さ（Ｔａ）は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００６７】
上述の各実施の形態においては、底部６２の凸部６２ｕに、１つの第２頂面部６２ｂや、２つの第２頂面部６２ｂ１，６２ｂ２が設けられる場合があるが、第２頂面部は３つ以上設けられていてもよい。第２頂面部が複数設けられる場合、これらの突出高さ（Ｔｂ）は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００６８】
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。
【符号の説明】
【００６９】
１  センサ装置、１０，２０，３０  電極、１０Ｃ，２０Ｃ，３０Ｃ  接続箇所、１１  円盤部、１２  延出部、２１，３１  端面部、２１Ｔ  端部、２２，３２  上面部、２３，２４，３３  中間部、２３Ｈ，２４Ｈ，３２Ｈ，３３Ｈ  くり抜き部、２３Ｔ，２４Ｔ，３２Ｔ，３３Ｔ  切り欠き部、３２Ｆ  後退部、３４  下面部、４０，Ｍ１，Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，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  圧電素子、６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ  ケース、６０ｙ  開口部、６１  筒状部、６１ｓ  内周面、６２  底部、６２ａ，６２ａ１，６２ａ２  第１頂面部、６２ｂ，６２ｂ１，６２ｂ２  第２頂面部、６２ｇ  環状溝部、６２ｓ  内表面、６２ｔ  外表面、６２ｕ  凸部、６３  吸音材、６４  接着剤、６５  接合剤、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、Ｔｇ  厚み、Ｘ，Ｙ，Ｚ  矢印。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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