(57)【要約】ケースを介さずに圧電素子の電極に配線部材を接続しながら、圧電素子とケースとの高い接合精度を実現でき、また、良好な振動特性や感度特性を得ることができる構成の超音波センサを実現する。超音波センサ（１）は、振動領域である底面部を有する凹部（２Ｂ１）を有し、有底筒状のケース（２）と、第１の面と第１の面と対向する第２の面とを有する圧電基板（３Ｅ）と、第１の面に設けられている第１の電極（３Ａ）と、第２の面の一部に設けられている第２の電極（３Ｂ）と、第２の面の一部に第２の電極（３Ｂ）と離れて設けられており、第１の電極（３Ａ）と接続されている第３の電極（３Ｃ）とを有し、第１の電極（３Ａ）が凹部（２Ｂ１）の底面に接合され、底面を平面視して自らの中心が振動領域の中心と異なる位置に配置されている圧電素子（３）と、を備える。
2013047544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動領域である底面部を有する有底筒状のケースと、
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面とを有する圧電基板と、前記第１の面に設けられている第１の電極と、前記第２の面の一部に設けられている第２の電極と、前記第２の面の一部に前記第２の電極と離れて設けられており、前記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、前記第１の電極が前記底面部に接合され、前記底面部を平面視して自らの中心が前記振動領域の中心と異なる位置に配置されている圧電素子と、
を備える、超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電基板の前記第２の面における前記第２の電極が設けられている領域の面積と前記第３の電極が設けられている領域の面積とが異なる、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記圧電素子を平面視して、前記第２の電極と前記第３の電極とが非対称に設けられている、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記振動領域は、前記底面部を平面視して、長手方向と短手方向とを有する平面形状であり、
前記第２の電極と前記第３の電極とは前記短手方向に配列されている、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、圧電素子をケースに接合した構成の超音波センサ、たとえば、自動車のコーナーソナーやバックソナーなどに用いられる超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、超音波パルス信号を間欠的に送信し、送信された超音波パルス信号が障害物や物標に到達した後に反射した反射波を受信することにより障害物や物標を検知するものである（例えば特許文献１参照。）。自動車のバックソナー、コーナーソナー、さらには、縦列駐車する際における側壁等の障害物との距離を検知するパーキングスポットセンサ等には超音波センサが用いられている。【０００３】
図６（Ａ）は、従来の超音波センサの構成例を示す断面図である。超音波センサ１０１は、ケース１０２と、圧電素子１０３と、ダンピング材１０４と、基板１０５と、発泡性樹脂１０６と、ピン端子１０７Ａ，１０７Ｂと、リード線１０８Ａ，１０８Ｂと、を備えている。ケース１０２は、有底筒状であり、金属等の導電性を有する材料で構成されている。圧電素子１０３は、ケース１０２の開口内底面に、導電性接着剤などによって接合されている。図６（Ｂ）は、圧電素子１０３の構成例を示す斜視図である。圧電素子１０３は、圧電セラミックスからなり、円板形状の圧電基板１０３Ｃと、圧電基板１０３Ｃの互いに対向する主面にそれぞれ設けられている電極１０３Ａ，１０３Ｂとを有する。圧電素子１０３は、電極１０３Ａがケース１０２の開口内底面に接触するように、ケース１０２に接合されている。【０００４】
また、図６（Ａ）に示すように、ダンピング材１０４は、ケース１０２の開口を閉塞するように設けられている。基板１０５は、ダンピング材１０４上に設けられている。基板１０５およびダンピング材１０４には、貫通孔が設けられている。発泡性樹脂１０６は、貫通孔の一つからケース１０２の開口内に注入され、ケース１０２の内部および貫通孔の内部に充填されている。ピン端子１０７Ａ，１０７Ｂは、それぞれ直線棒状であり、それぞれ貫通孔の一つを介してケース１０２の開口内に挿入されている。リード線１０８Ａは、ケース１０２の開口内において、ピン端子１０７Ａの先端とケース１０２とに半田により接合されており、ピン端子１０７Ａとケース１０２とを電気的に接続している。このため、ピン端子１０７Ａは、リード線１０８Ａとケース１０２とを介して電極１０３Ａに電気的に接続されている。リード線１０８Ｂは、ケース１０２の開口内において、ピン端子１０７Ｂの先端と圧電素子１０３の電極１０３Ｂとに半田により接合されており、ピン端子１０７Ｂの先端と圧電素子１０３の電極１０３Ｂとを電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００７／０９４１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような従来構成の超音波センサにおいては、圧電素子が、平面視して、自らの中心の位置とケースの開口内底面の中心とが一致するように、ケースの開口内底面に接合されているが、圧電素子の電極の形状によっては超音波センサにおける圧電素子の振動効率と総合感度とが低下することがあった。また、圧電素子の一方の電極には、リード線が直接接続されていて、他方の電極には、ケースを介して間接的にリード線が接続されている。そのため、製造時には圧電素子とケースとに２度の配線作業が必要であり、作業が煩雑であった。【０００７】
また、ケースは良好な導電性を有する材料からなる必要があり、用いることができる材料に制約が大きく、さらに、酸化しやすい金属を用いた場合には酸化防止の処理を必要とすることがあった。【０００８】
また、２つのリード線をそれぞれ、ケースを介さずに圧電素子の電極に直接接続することも可能であるが、そのためには、圧電素子の電極にリード線を接続した後で圧電素子をケースに接合する必要がある。その場合には、圧電素子とケースとの接合精度が低下し、良好な振動効率や総合感度を得ることが難しくなる問題があった。【０００９】
そこで本発明の目的は、ケースを介さずに圧電素子の電極に配線部材を接続しながら、圧電素子とケースとの高い接合精度を実現でき、また、良好な圧電素子の振動効率や総合感度を得ることができる構成の超音波センサを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の超音波センサは、ケースと、圧電素子と、を備えている。ケースは、振動領域である底面部を有し、有底筒状である。圧電素子は、圧電基板と、第１の電極と、第２の電極と、第３の電極とを有する。圧電基板は、第１の面と第１の面と対向する第２の面とを有する。第１の電極は、第１の面に設けられている。第２の電極は、第２の面の一部に設けられている。第３の電極は、第２の面の一部に第２の電極と離れて設けられており、第１の電極と接続されている。圧電素子は、第１の電極が底面部に接合され、底面部を平面視して自らの中心が振動領域の中心と異なる位置に配置されている。【００１１】
上述の超音波センサにおいて、圧電基板の第２の面における第２の電極が設けられている領域の面積と第３の電極が設けられている領域の面積とが異なることが好ましい。【００１２】
上述の超音波センサにおいて、圧電素子を平面視して、第２の電極と第３の電極とが非対称に設けられていることが好ましい。【００１３】
上述の超音波センサにおいて、振動領域は、底面部を平面視して、長手方向と短手方向とを有する平面形状であり、第２の電極と第３の電極とは短手方向に配列されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電素子が、底面部を平面視して自らの中心が振動領域の中心と異なる位置に配置されているため、超音波センサにおける圧電素子の振動効率と総合感度とを向上させ、特性を改善することが可能になる。また、第２の電極と第３の電極とが圧電基板の第２の面に設けられているため、ケースを介さずにフレキシブル基板やリード線などの配線部を直接接続することができ、ケースとして利用できる材料に制約が少なくなる。さらに、第２の電極および第３の電極と配線部との接続は、圧電素子をケースに接合した後であっても可能であり、圧電素子とケースとの接合精度の高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波センサの構成例を示す図である。
【図２】圧電素子の構成と配置について説明する図である。
【図３】圧電素子の配置と電気機械結合係数および総合感度との関係を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る超音波センサの構成例を示す図である。
【図５】本発明の変形例に係る超音波センサの構成例を示す図である。
【図６】従来の超音波センサの構成例を示す断面図および従来の超音波センサが備える圧電素子の構成例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る超音波センサ１の断面図である。図１（Ｂ）は、超音波センサ１の平面図である。なお、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）中にＡ−Ａ’で示す位置における断面を示す。図１（Ｂ）は、超音波センサ１の背面を示す。
【００１７】
超音波センサ１は、ケース２と、圧電素子３と、吸音材４と、補強材５と、支持材６と、緩衝材７と、制振材８と、フレキシブル基板９と、端子保持材１０と、ピン端子１１Ａ，１１Ｂと、を備えている。
【００１８】
ケース２は、図１（Ａ）における下端面（正面）が閉塞し、図１（Ａ）における上端面（背面）が開口する有底筒状であり、筒状の側壁２Ａと、円板状の底板２Ｂとを備えている。図１（Ｂ）に示すように、ケース２の開口は平面視して円形である。ケース２は、例えば弾性率が高くて軽量なアルミニウムからなる部材であり、鍛造により形成されている。なお、ケース２の材料は、アルミニウムのような導電性材料に限られず、絶縁性材料であってもよい。
【００１９】
側壁２Ａにおいては、背面側の部分は薄肉であって開口部の内径が大きく、底板２Ｂ側の部分は厚肉であって開口部の内径が小さい。底板２Ｂは、凹部２Ｂ１と段部２Ｂ２とを備えている。凹部２Ｂ１は、底面部と側壁部とを有し、所定方向（図１（Ｂ）における横方向）が短手方向となり、短手方向に直交する方向が長手方向となるように設けられている。即ち、凹部２Ｂ１は、長手方向の両端が側壁２Ａまで至るように設けられている。また、段部２Ｂ２は、凹部２Ｂ１の短手方向の両脇に設けられている。凹部２Ｂ１の底面部が、ケース２の主たる振動領域となり、超音波センサ１は、凹部２Ｂ１の長手方向に狭く、短手方向に広い指向性を持つことになる。
【００２０】
圧電素子３は、平板状であり、駆動電圧が印加されると面内方向に広がり振動する。圧電素子３は、ケース２の凹部２Ｂ１の内部に配置されていて、底板２Ｂに接合されている。具体的には、圧電素子３は、凹部２Ｂ１の底面部に接合されている。圧電素子３および底板２Ｂは、互いに接合されてバイモルフ振動子を構成していて、圧電素子３の広がり振動によって、底板２Ｂ（凹部２Ｂ１）は、図１（Ａ）における上下方向に屈曲振動する。
【００２１】
吸音材４は、例えばポリエステルフェルトなどからなる平板状のものであり、圧電素子３からケース２の開口側に放出される不要な超音波を吸収するために設けられている。吸音材４は、ケース２の凹部２Ｂ１内に配置されていて、圧電素子３の上に接着されている。
【００２２】
補強材５は、中央に開口を有するリング状の部材であり、高い音響インピーダンスを有する。補強材５は、錘として機能するように、ステンレス鋼や亜鉛のような、ケース２を構成する材料よりも密度が高くかつ剛性が高い材料からなる。なお。補強材５は、厚み等のサイズを調整することによってケース２と同じ材料（アルミニウム）からなるものであってもよい。また、補強材５は、側壁２Ａの底板２Ｂ側の部分すなわち厚肉の部分の内周面と段部２Ｂ２とに接するように、ケース２の底板２Ｂ上に配置されている。このように、補強材５が設けられていることにより、ケース２の凹部２Ｂ１を囲む周囲の部分の剛性が高まり、ケース２の底板２Ｂにおける振動がケース２の側壁２Ａへ伝わることを抑制できる。
【００２３】
支持材６は、中央に開口を有するリング状の部材であり、緩衝材７をケース２に接触させずに支持するために、ケース２の側壁２Ａと緩衝材７との間に設けられている。支持材６が設けられていることにより、ケース２の底板２Ｂにおける振動が側壁２Ａを介して緩衝材７に伝わることを抑制できる。
【００２４】
緩衝材７は、シリコーンゴムやウレタン樹脂などの弾性体からなるカップ状の部材である。緩衝材７は、下部に設けられており、補強材５の開口に係合する凸部と、上部に設けられており、端子保持材１０が係合する開口とを有する。緩衝材７が設けられていることにより、ケース２の底板２Ｂにおける振動が側壁２Ａを介して端子保持材１０に伝わることを抑制できる。
【００２５】
端子保持材１０は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂からなるＬ字状の部材であり、ピン端子１１Ａ，１１Ｂを、ケース２の開口の中心を通る軸に沿う状態で保持している。端子保持材１０の下部は、緩衝材７の上部に設けられている開口に係合するように屈曲している。端子保持材１０は、底面に設けられている凸部を有する。また、端子保持材１０の中央部には、ピン端子１１Ａ，１１Ｂが挿通される２つの貫通孔が設けられている。
【００２６】
ピン端子１１Ａ，１１Ｂは、圧電素子３の駆動電圧が印加される金属製の直線状ピンであり、端子保持材１０によって保持されている。具体的には、ピン端子１１Ａ，１１Ｂは端子保持材１０の貫通孔にそれぞれ挿入されている。ピン端子１１Ａ，１１Ｂの下端部は、端子保持材１０の貫通孔から突出しており、ケース２の開口内に配置されている。ピン端子１１Ａ，１１Ｂの上端部は、端子保持材１０の上端から突出しており、ケース２の外部に配置されている。
【００２７】
フレキシブル基板９は、幅広な帯状であり、ピン端子１１Ａ，１１Ｂと圧電素子３とを電気的に接続している配線部である。フレキシブル基板９は、ケース２の開口内に屈曲して配置されており、一部が支持材６と緩衝材７との間に配置されている。フレキシブル基板９は、第一端と第二端とを有する。第一端は、ピン端子１１Ａ，１１Ｂの下端部と同方向に沿って延び、ピン端子１１Ａ，１１Ｂに接続されている。第二端は、圧電素子３に導電性接着剤により接続されている。フレキシブル基板９が導電性接着剤により圧電素子３に接続されているため、従来の超音波センサのようにリード線が半田により圧電素子に接続されている場合よりも配線部の重量を低減することができる。これにより、圧電素子３の振動をより理想的なものに近付けることができる。
【００２８】
制振材８は、シリコーン樹脂やウレタン樹脂などの弾性体からなる。制振材８は、ケース２の内部に充填されており、ケース２の開口内に配置されているピン端子１１Ａ，１１Ｂの下端部およびフレキシブル基板９を封止している。但し、支持材６と緩衝材７とにより、ケース２の底板２Ｂ側の空間が覆われているので、制振材８は、ケース２の開口側の空間のみに充填されている。制振材８は、ケース２の側壁２Ａの振動を抑制する機能を有しているとともに、支持材６や緩衝材７がケース２から離脱することを防止する機能も有している。
【００２９】
このような構成の超音波センサ１では、ケース２の底板２Ｂにおける振動が、吸音材４や支持材６、緩衝材７により減衰するため、端子保持材１０およびピン端子１１Ａ，１１Ｂに殆ど伝搬することがない。したがって、超音波センサ１を外部基板に実装した際に発生するピン端子１１Ａ，１１Ｂから外部基板への振動漏れが大幅に低減される。
【００３０】
なお、支持材６や緩衝材７は振動を伝搬し難いもの、制振材８はケース２の側壁２Ａの振動を抑制（制振）するものであると好適である。支持材６や緩衝材７は、制振材８に比べて弾性率が低いことが好ましい。さらに詳しくは、弾性率には貯蔵弾性率と損失弾性率があり、支持材６や緩衝材７は貯蔵弾性率が小さく、制振材８は損失弾性率が大きいことが好ましい。例えば、支持材６や緩衝材７はシリコーン樹脂（シリコーンゴム）からなり、制振材８はウレタン樹脂からなることが好ましい。
【００３１】
図２（Ａ）は、圧電素子３の詳細構成を説明するための斜視図である。図２（Ｂ）は、圧電素子３がケース２に接合されている状態を透視した、超音波センサ１の平面図である。
【００３２】
圧電素子３は、電極３Ａ〜３Ｄと、圧電基板３Ｅ、とを備えている。圧電基板３Ｅは、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなり、平面視して長方形の平板状である。電極３Ａは、本実施形態における第１の電極に相当するものであり、圧電基板３Ｅの第１の面である下面の全面に設けられている。電極３Ａは、ケース２の底板２Ｂに接合される。具体的には、電極３Ａは、凹部２Ｂ１の底面部に接合されている。電極３Ｂは、本実施形態における第２の電極に相当するものであり、圧電基板３Ｅの第２の面である上面の一部に設けられている。電極３Ｃは、本実施形態における第３の電極に相当するものであり、圧電基板３Ｅの第２の面である上面の一部に設けられている。電極３Ｄは、圧電基板３Ｅの１つの側面に設けられており、電極３Ａと電極３Ｃとに接続されている。このため、電極３Ａと電極３Ｃとは、電気的に接続されている。圧電基板３Ｅの上面における電極３Ｂが設けられている領域と電極３Ｃが設けられている領域との間には、圧電基板３Ｅの長手方向に平行する直線状の圧電基板露出領域が設けられている。これにより、電極３Ｂと電極３Ｃとは、所定の間隔離れて、圧電基板３Ｅの上面の短手方向に並べて設けられており、互いに電気的に接続されていない。圧電基板３Ｅの上面における電極３Ｂが設けられている領域と電極３Ｃが設けられている領域とは互いに面積が異なり、電極３Ｂが設けられている領域の面積は、電極３Ｃが設けられている領域の面積よりも大きい。すなわち、電極３Ｂの方が電極３Ｃよりも面積が大きい。
【００３３】
このように、電極３Ｂと電極３Ｃとが所定の間隔離れて並べて設けられていることにより、電極３Ｂと電極３Ｃとはフレキシブル基板９の第二端の接続領域９Ａと直接接続される。接続領域９Ａは、圧電素子３の長手方向の中心、かつ、電極非形成領域の周辺の領域において、電極３Ｂと電極３Ｃと接続される。電極３Ａ〜３Ｄが上記のように構成されていることにより、圧電素子３がケースの底板２Ｂに接合された後で、フレキシブル基板９の接続領域９Ａが圧電素子３に接続される。これにより、圧電素子３とケース２との接合精度を高くすることができる。
【００３４】
このような構成の圧電素子３は、電極３Ａと電極３Ｂとの間に駆動電圧が印加されることにより、圧電基板３Ｅにおける電極３Ａと電極３Ｂとに挟まれる領域が変形することで、振動することになる。一方、圧電基板３Ｅにおける電極３Ａと電極３Ｃとに挟まれる領域はほとんど変形しないため、振動にほとんど寄与しない。圧電基板３Ｅの第２の面である上面における電極３Ｂが設けられている領域の面積と電極３Ｃが設けられている領域の面積とが異なっており、圧電素子３を平面視して電極３Ｂと電極３Ｃとが非対称に設けられているため、圧電素子３における振動に寄与する領域は非対称である。
【００３５】
圧電素子３は、凹部２Ｂ１を平面視して、自らの長手方向が凹部２Ｂ１の長手方向と一致し、自らの短手方向が凹部２Ｂ１の短手方向と一致するように、凹部２Ｂ１に接合されている。そして、圧電素子３は、凹部２Ｂ１を平面視して、自らの短手方向の中心の位置が凹部２Ｂ１の短手方向の中心の位置と異なるように、すなわち、自らの短手方向の中心が、凹部２Ｂ１の短手方向の中心から、段部２Ｂ２の一方側にオフセットするように配置されている。なお、圧電素子３は、自らの長手方向の中心が、凹部２Ｂ１の長手方向の中心と一致するように配置されている。
【００３６】
このように、圧電素子３における振動に有効に作用する領域が非対称であることを考慮して、圧電素子３の中心の位置と凹部２Ｂ１の中心の位置とが異なるように、圧電素子３の中心を凹部２Ｂ１の中心からオフセットさせ、圧電素子３のオフセット寸法、すなわち、圧電素子３の中心の位置と凹部２Ｂ１の中心の位置との間の距離を適切に定めることで、超音波センサ１における圧電素子３の振動効率と総合感度とを向上させ、特性を改善することが可能になる。
【００３７】
また、圧電素子３の短手方向と、凹部２Ｂ１の短手方向とを一致させておくことで、振動にほとんど寄与しない圧電基板３Ｅにおける電極３Ａと電極３Ｃとに挟まれる領域を、ケースの底板２Ｂにおける振動の節となる段部２Ｂ２に近付けて配置することができるため、圧電素子３の振動が阻害されることを防いで、超音波センサ１の振動をより理想的なものに近付けることができる。
【００３８】
また、フレキシブル基板９の第二端の接続領域９Ａが、圧電素子３の長手方向の中心、かつ、電極非形成領域の周辺の領域において、電極３Ｂと電極３Ｃと接続されることにより、接続領域９Ａをケースの底板２Ｂにおける振動の節となる段部２Ｂ２に近付けて配置することができるため、圧電素子３の振動が阻害されることを防いで、超音波センサ１の振動をより理想的なものに近付けることができる。なお、ここでは、フレキシブル基板９（不図示）を、接続領域９Ａから、電極３Ｃ側に引き出すようにしている。これにより、圧電素子３の振動の対称性を高めて、超音波センサ１の振動をより理想的なものに近付けることができる。
【００３９】
なお、具体的な寸法の設定例について説明しておくと、凹部２Ｂ１は、短手方向の寸法が７．０ｍｍである。圧電素子３は、短手方向の寸法が５．２ｍｍであり、長手方向の寸法が６．５ｍｍである。電極３Ｃは短手（幅）方向の寸法が０．９ｍｍである。電極３Ｃと電極３Ｂとの境界の電極非形成領域の短手(幅)方向の寸法が０．４ｍｍである。電極３Ｂは、短手（幅）方向の寸法が３．９ｍｍである。そして、圧電素子３の中心と凹部２Ｂ１の中心とのオフセット寸法は０．４ｍｍである。即ち、圧電素子３の電極３Ｂ側の端部から２．２ｍｍで、電極３Ｃ側の端部から３．０ｍｍの位置に、凹部２Ｂ１の中心が位置する。
【００４０】
ここで、超音波センサ１の振動特性について、ＦＥＭ解析結果に基づいて説明する。図３（Ａ）は、上記した寸法設定例における、ケース２と圧電素子３とからなるバイモルフ振動子における電気機械結合係数Ｋｐ／％と、圧電素子３のオフセット寸法（素子ずらし量）との関係を示す図である。
【００４１】
図３（Ａ）に示すように、圧電素子３の中心が凹部２Ｂ１の中心と一致する、すなわち圧電素子３のオフセット寸法が０である構成よりも、圧電素子３のオフセット寸法がより大きい構成では、電気機械結合係数Ｋｐ／％が大きなものになる。電気機械結合係数Ｋｐ／％は、圧電素子３のオフセット寸法が所定値（０．４ｍｍ）で最大となり、圧電素子３のオフセット寸法がその所定値よりもさらに大きい構成では、電気機械結合係数Ｋｐ／％は最大値よりも小さいものになる。したがって、少なくとも超音波センサの振動効率の面では、圧電素子３を所定のオフセット寸法とすることで、振動効率を最大化できることが分かる。
【００４２】
次に、超音波センサ１の感度特性について、サンプル試験結果（ｎ＝３）に基づいて説明する。図３（Ｂ）は、上記した寸法設定例における、超音波センサ１の総合感度Ｖｐｐと、圧電素子３のオフセット寸法との関係を示す図である。
【００４３】
超音波センサ１の総合感度Ｖｐｐは、圧電素子３のオフセット寸法と正の相関関係を持ち、オフセット寸法が大きければ総合感度Ｖｐｐが高いものになった。したがって、少なくとも超音波センサ１の総合感度Ｖｐｐの面では、圧電素子３のオフセット寸法は大きいほうが（例えば、０．５ｍｍであれば）望ましいことが分かる。
【００４４】
ただし、現実的には、圧電素子３のオフセット寸法が大きすぎると、圧電素子３と接続されるフレキシブル基板９の配置も大きくオフセットされて、フレキシブル基板９がケース２の側壁２Ａと干渉し易くなる。フレキシブル基板９がケース２の側壁２Ａに干渉すると、不要な振動がフレキシブル基板９から側壁２Ａに伝わることになり、特性が劣化する恐れがある。したがって、そのような干渉を防ぎながら、振動特性と感度特性とを良好なものにするために、上述の圧電素子３のオフセット寸法の設定例としては、オフセット寸法０．４ｍｍとした設定例を示した。
【００４５】
なお、フレキシブル基板９の引き出し方向を圧電素子３の長手方向とすれば、フレキシブル基板９とケース２の側壁２Ａとの干渉は生じにくくなる。その場合には、オフセット寸法を限界まで大きくしても良く、超音波センサ１の総合感度をさらに良好なものにすることが可能になる。
【００４６】
≪第２の実施形態≫
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波センサ２１について説明する。
【００４７】
図４は、本実施形態に係る超音波センサ２１の模式断面図である。
【００４８】
超音波センサ２１は、前述の実施形態に係る超音波センサ１のフレキシブル基板９に替えて、リード線２９Ａ，２９Ｂを備える。超音波センサ２１は、その他の構成は前述の実施形態に係る超音波センサ１と同じである。リード線２９Ａ，２９Ｂはそれぞれ、圧電素子３の電極３Ｂ、３Ｃ（不図示）に直接接続されている。このように超音波センサ２１は構成してもよい。その場合にも、ケース２を介することなく、圧電素子３とピン端子１１Ａ，１１Ｂとの間を直接的に接続するとともに、圧電素子３をオフセット配置することにより、本発明は好適に実施できる。
【００４９】
≪変形例≫
次に、本発明の変形例に係る超音波センサ３１〜５１について説明する。
【００５０】
圧電素子３３では、電極３Ｂと電極３Ｃとは、所定の間隔離れて、圧電素子３３の長手方向に並べて設けられている。圧電素子３３は、凹部２Ｂ１の長手方向にオフセットして配置されている。このような構成では、凹部２Ｂ１の短手方向で指向性ビームの対称性を高めることができる。また、振動にほとんど寄与しない圧電基板３Ｅ（図示せず）における電極３Ａ（図示せず）と電極３Ｃとに挟まれる領域が、側壁２Ａや段部２Ｂ２に干渉することが無く、圧電素子３３のサイズが大きくすることができる。
【００５１】
超音波センサ４１は、前述の実施形態の圧電素子３に替えて、圧電素子４３を備える。超音波センサ４１は、その他の構成は前述の実施形態に係る超音波センサ１と同じである。図５（Ｂ）は、圧電素子４３がケース２に接合されている状態を透視した、超音波センサ４１の平面図である。
【００５２】
圧電素子４３では、電極３Ｂと電極３Ｃとは、所定の間隔離れて、圧電素子４３の短手方向に並べて設けられている。圧電素子４３は、自らの長手方向を凹部２Ｂ１の短手方向とし、凹部２Ｂ１の長手方向にオフセットして配置されている。
【００５３】
超音波センサ５１は、前述の実施形態の圧電素子３に替えて、圧電素子５３を備える。超音波センサ５１は、その他の構成は前述の実施形態に係る超音波センサ１と同じである。図５（Ｃ）は、圧電素子５３がケース２に接合されている状態を透視した、超音波センサ５１の平面図である。
【００５４】
圧電素子５３では、電極３Ｂと電極３Ｃとは、所定の間隔離れて、圧電素子５３の長手方向に並べて設けられている。圧電素子５３は、自らの長手方向を凹部２Ｂ１の短手方向とし、凹部２Ｂ１の短手方向にオフセットして配置されている。
【００５５】
以上の各実施形態で説明したように本発明は実施することができるが、超音波センサの具体的な構成は、上述のものに限られるものではない。例えば、緩衝材や、支持材、補強材、支持材、吸音材などの具体的形状や材料はどのようなものでもよく、また、緩衝材や、支持材、補強材、支持材、吸音材はそれぞれ必ずしも設けなくてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１，２１，３１，４１，５１…超音波センサ
２…ケース
２Ａ…側壁
２Ｂ…底板
２Ｂ１…凹部
２Ｂ２…段部
３，３３，４３，５３…圧電素子
３Ａ〜３Ｄ…駆動電極
３Ｅ…圧電基板
４…吸音材
５…補強材
６…支持材
７…緩衝材
８…制振材
９…フレキシブル基板
９Ａ…接続領域
１０…端子保持材
１１Ａ，１１Ｂ…ピン端子
２９Ａ，２９Ｂ…リード線
【図１】
2013047544.tif 000003
【図２】
2013047544.tif 000004
【図３】
2013047544.tif 000005
【図４】
2013047544.tif 000006
【図５】
2013047544.tif 000007
【図６】
2013047544.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月8日(2014.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底板を有する有底筒状のケースと、
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面とを有する圧電基板と、前記第１の面に設けられている第１の電極と、前記第２の面の一部に設けられている第２の電極と、前記第２の面の一部に前記第２の電極と離れて設けられており、前記第１の電極と接続されている第３の電極とを有し、前記第１の電極を介して前記底板に接合された圧電素子と、
を備え、
前記底板は、最も薄い厚みで形成された平坦な底面部を有しており、
前記圧電素子は、前記底板を平面視して自らの中心が前記底面部の中心と異なる位置で前記底面部に接合されており、前記底面部を振動領域として振動させる超音波センサ。
【請求項２】
前記底面部を平面視して、前記第２の電極は、前記底面部の中心に重なるように配置されている、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記圧電基板の前記第２の面における前記第２の電極が設けられている領域の面積と前記第３の電極が設けられている領域の面積とが異なる、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記圧電素子を平面視して、前記第２の電極と前記第３の電極とが非対称に設けられている、請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記底面部は、平面視して、長手方向と短手方向とを有する平面形状であり、
前記第２の電極と前記第３の電極とは前記短手方向に配列されている、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記底面部は、平面視して、長手方向と短手方向とを有する平面形状であり、
前記第２の電極と前記第３の電極とは前記短手方向または前記長手方向を配列方向として配列されており、
前記圧電素子は、前記底面部の中心から前記配列方向に沿って前記第３の電極側にずれて配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載の超音波センサ。
【国際調査報告】
2013047544.tif 000009
2013047544.tif 000010
2013047544.tif 000011
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