(57)【要約】【課題】  音響整合層を備え、超音波の検出感度の高い超音波センサ及び超音波センサの製造方法を実現する。【解決手段】  超音波センサ１０において、導電層１６の一部が取付面１１ａの外縁部の外部に露出して形成されているため、導電層１６との接合が強固なワイヤ１９を容易に配線することができる。圧電素子１１の取付面１１ａを音響整合部材１２の取付面１２ｂより小さくなるように構成することができるため、圧電素子１１の取付面１１ａに、音響整合部材１２の取付面１２ｂに固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材１２の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材１２で受信した超音波振動を圧電素子１１に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を一組の電極により挟み込んで形成され、超音波を送信する送信素子から送信され被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を前記受信面と対向する面に取り付けられた前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、前記圧電素子と電気的に接続され、前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子と、を備えた超音波センサにおいて、
前記対向する面の面積は、前記対向する面において前記圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく形成されており、
前記対向する面には導電性を有する導電層が形成され、前記圧電素子が一方の電極において、前記導電層を介して電気的に接続されて取り付けられており、
前記導電層の少なくとも一部が、前記圧電素子が前記対向する面に取り付けられる面の外縁部の外部に露出して形成されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
圧電体を一組の電極により挟み込んで形成され、超音波を送信する送信素子から送信され被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を前記受信面と対向する面に取り付けられた前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、前記圧電素子と電気的に接続され、前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子と、を備えた超音波センサにおいて、
前記対向する面の面積は、前記対向する面において前記圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく、または略同一の大きさに形成されており、
前記対向する面には導電性を有する導電層が形成され、前記圧電素子が一方の電極において、前記導電層を介して電気的に接続されて取り付けられており、
前記導電層の少なくとも一部が、前記対向する面に隣接する側面まで延長して形成されていることを特徴とする超音波センサ。
【請求項３】
前記圧電素子と前記音響整合部材とを収容する筐体を備え、前記筐体の内側面に前記導電層と電気的に接続される配線が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記筐体は導電性材料により形成されており、前記筐体の内側面において前記導電層が電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記筐体と前記音響整合部材との間に介在され、前記筐体が取り付けられる物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備え、
前記振動減衰部材は導電性材料により形成され、前記筐体及び前記導電層と電気的に接続されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記音響整合部材は、ポリカーボネート系樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項８】
複数の前記音響整合部材と前記圧電素子との組がアレイ状に配置されて設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記各音響整合部材は、前記各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項８に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項１１】
のちに音響整合部材となるブロック状の音響整合部材材料を用意し、一つの平面に導電性を有する導電層を形成する工程と、
圧電体の対向する面であって、前記導電層が形成された面よりも小さく形成された面を一組の電極により挟み込んで形成されている、のちに圧電素子となる圧電素子材料を用意し、前記圧電素子材料の一方の電極において、前記導電層が形成された面に、前記導電層を介して電気的に接続して接合する工程と、
前記音響整合部材材料と前記圧電素子材料との接合体を積層方向に切断して、前記導電層の少なくとも一部が外部に露出して形成されている複数個の圧電素子と音響整合部材との接合体を作製する切断工程と、
前記圧電素子と音響整合部材との接合体において、前記露出した導電層と前記圧電素子の電極とを前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子にそれぞれ電気的に接続する工程と、を備えたことを特徴とする超音波センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響整合部材に圧電素子を装着した超音波センサ及び超音波センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属、樹脂材料等の基板に圧電素子を装着した超音波センサが知られている。この超音波センサは、超音波の送信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当たって反射された超音波を、超音波の受信が可能な素子によって受信することにより、周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。
このような超音波センサには、音響インピーダンスを調整して、送受信する超音波の伝達効率を向上させる音響整合層を設けられているものがある。例えば、特許文献１には、圧電素子の片面の中央領域に音響整合層が固定された超音波センサが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５４５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ここで、この種の超音波センサでは、圧電素子は、圧電体を上下面から電極で挟んで形成されており、一方の電極面において音響整合層に固定される。ここで、音響整合層に固定される電極面からリード線などの配線を取り出すために、圧電素子の電極面は、音響整合層の接合面より大きくなるように構成される。
しかし、圧電素子の電極面が音響整合層の接合面より大きくなるように構成すると、圧電素子の音響整合層に固定されていない領域が、固定されている領域と異なる位相で振動するため、ノイズや振動の減衰の原因となり、超音波の検出感度が低下するという問題があった。
また、圧電素子の電極面と音響整合層との間に配線の一部を挿入する構造も考えられるが、この場合、圧電素子が傾斜したり、界面が形成されたりすることによる振動の減衰や圧電素子の電極面と音響整合層の接合面との接着強度の低下などが生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、この発明では、音響整合層を備え、超音波の検出感度の高い超音波センサ及び超音波センサの製造方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、圧電体を一組の電極により挟み込んで形成され、超音波を送信する送信素子から送信され被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を前記受信面と対向する面に取り付けられた前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、前記圧電素子と電気的に接続され、前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子と、を備えた超音波センサにおいて、前記対向する面の面積は、前記対向する面において前記圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく形成されており、前記対向する面には導電性を有する導電層が形成され、前記圧電素子が一方の電極において、前記導電層を介して電気的に接続されて取り付けられており、前記導電層の少なくとも一部が、前記圧電素子が前記対向する面に取り付けられる面の外縁部の外部に露出して形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、音響整合部材の受信面と対向する面の面積は、当該対向する面において圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく形成されており、対向する面には導電性を有する導電層が形成され、圧電素子が一方の電極において、導電層を介して電気的に接続されて取り付けられており、導電層の少なくとも一部が、圧電素子が対向する面に取り付けられる面の外縁部の外部に露出して形成されているため、圧電素子の取付面に、音響整合部材に固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材で受信した超音波振動を圧電素子に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
圧電素子が対向する面に取り付けられる面の一部が、対向する面の外縁部の外部にあるため、外縁部の外部の領域において回路素子と電気的な接続を行うための配線を形成することができる。これにより、導電層との接合が強固な配線を容易に形成することができる。また、圧電素子と音響整合層との間に配線の一部を挿入する構造に比べて、振動の減衰が少なく、圧電素子と音響整合層との接合を強固にすることができる。
そして、音響整合部材内を伝達する超音波のエネルギーを、受信面と対向する面より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、エネルギーの伝達効率を向上させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、圧電体を一組の電極により挟み込んで形成され、超音波を送信する送信素子から送信され被検出体にて反射された超音波を検出する圧電素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を前記受信面と対向する面に取り付けられた前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、前記圧電素子と電気的に接続され、前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子と、を備えた超音波センサにおいて、前記対向する面の面積は、前記対向する面において前記圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく、または略同一の大きさに形成されており、前記対向する面には導電性を有する導電層が形成され、前記圧電素子が一方の電極において、前記導電層を介して電気的に接続されて取り付けられており、前記導電層の少なくとも一部が、前記対向する面に隣接する側面まで延長して形成されている、という技術的手段を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、対向する面の面積は、対向する面において圧電素子が取り付けられる面の面積よりも大きく、または略同一の大きさに形成されているため、圧電素子の取付面に、音響整合部材に固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材で受信した超音波振動を圧電素子に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
導電層の少なくとも一部が、対向する面に隣接する側面まで延長して形成されているため、側面において回路素子と電気的な接続を行うための配線を形成することができる。これにより、導電層との接合が強固な配線を容易に形成することができる。また、対向する面の面積は、対向する面において圧電素子が取り付けられる面の面積と略同一の大きさに形成することができるため、圧電素子の大きさが予め決まっているような場合でも、音響整合部材を大きく形成する必要がないので、超音波センサの体格を小さくすることができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記圧電素子と前記音響整合部材とを収容する筐体を備え、前記筐体の内側面に前記導電層と電気的に接続される配線が形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、圧電素子と音響整合部材とを収容する筐体を備え、筐体の内側面に導電層と電気的に接続される配線が形成されているため、筐体に形成された配線を介して、圧電素子と回路素子とを電気的に接続するための配線を形成することができる。
これにより、導電層から回路素子に対して直接配線する場合に比べて、配線を短くすることができるので、ワイヤなどの配線が断線するおそれを少なくすることができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の超音波センサにおいて、前記筐体は導電性材料により形成されており、前記筐体の内側面において前記導電層が電気的に接続される、という技術的手段を用いる。
【００１２】
請求項４に記載の発明のように、筐体の内側面に形成される導電層と電気的に接続される配線に変えて、筐体自体を導電性材料で形成することにより導電性を確保することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、請求項３または請求項４に記載の超音波センサにおいて、前記筐体と前記音響整合部材との間に介在され、前記筐体が取り付けられる物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備え、前記振動減衰部材は導電性材料により形成され、前記筐体及び前記導電層と電気的に接続されている、という技術的手段を用いる。
【００１４】
請求項５に記載の発明のように、筐体と音響整合部材との間に介在され、筐体が取り付けられる物体から音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を導電性材料で形成することにより、この振動減衰部材を介して筐体と音響整合部材の導電層とを電気的に接続することができる。これにより、簡単な構造により筐体と音響整合部材の導電層とを電気的に接続することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記音響整合部材は、ポリカーボネート系樹脂により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、音響整合部材は、弾性率の温度変化が小さいポリカーボネート系樹脂により形成されているため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、定在波を安定して発生させることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系材料により形成されている、という技術的手段を用いる。
【００１８】
請求項７に記載の発明によれば、圧電素子を、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を用いて形成することにより、音圧が小さな超音波の受信をすることができ、超音波センサの感度を向上させることができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、複数の前記音響整合部材と前記圧電素子との組がアレイ状に配置されて設けられている、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項８に記載の発明によれば、複数の音響整合部材と圧電素子との組がアレイ状に配置されて設けられているため、各圧電素子で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、請求項８に記載の超音波センサにおいて、前記各音響整合部材は、前記各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されている、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項９に記載の発明によれば、各音響整合部材は、各音響整合部材の中央部間の距離が、空気中を伝達する超音波の波長の１／２に等しい、または、ほぼ等しくなるように配置されているため、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられている、という技術的手段を用いる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明によれば、超音波センサは車両に搭載し、車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに適用することができる。
更に、超音波センサは、用途に合わせて、各種部材に設けることができる。超音波センサを車両前方の障害物センサなどに適用する場合には、ヘッドランプカバー、または、バンパに設けることができる。超音波センサを車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー、または、ドアミラーに設けることができる。超音波センサを車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー、または、バックランプのカバーに設けることができる。
【００２５】
請求項１１に記載の発明では、超音波センサの製造方法において、のちに音響整合部材となるブロック状の音響整合部材材料を用意し、一つの平面に導電性を有する導電層を形成する工程と、圧電体の対向する面であって、前記導電層が形成された面よりも小さく形成された面を一組の電極により挟み込んで形成されている、のちに圧電素子となる圧電素子材料を用意し、前記圧電素子材料の一方の電極において、前記導電層が形成された面に、前記導電層を介して電気的に接続して接合する工程と、前記音響整合部材材料と前記圧電素子材料との接合体を積層方向に切断して、前記導電層の少なくとも一部が外部に露出して形成されている複数個の圧電素子と音響整合部材との接合体を作製する切断工程と、前記圧電素子と音響整合部材との接合体において、前記露出した導電層と前記圧電素子の電極とを前記圧電素子から出力される電圧信号を処理する回路素子にそれぞれ電気的に接続する工程と、を備えた、という技術的手段を用いる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明によれば、音響整合部材材料と圧電素子材料との接合体を作製した後に、積層方向に切断して、導電層の少なくとも一部が外部に露出して形成されている複数個の圧電素子と音響整合部材との接合体を作製するため、一度の接着工程のみで複数の圧電素子と音響整合部材との接合体を複数個作製することができるため、圧電素子を音響整合部材に接着固定する工程を削減することができ、製造コストを抑制することができる。
更に、圧電素子を音響整合部材に対して垂直に保つことができ、圧電素子が傾くことがないため、超音波の検出感度を良好に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
［第１実施形態］
この発明に係る超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、超音波センサを車両に搭載して障害物センサとして使用する場合を例に説明する。
図１は、第１実施形態に係る超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態に係る超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図２は、超音波センサの製造方法の説明図である。図３は、第１実施形態の超音波センサの変更例の断面説明図である。
ここで、図１（Ａ）の手前側及び図１（Ｂ）の上方向が車両の外部を示す。なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。
【００２８】
（超音波センサの構造）
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、超音波センサ１０は、超音波発生素子から車両前方に送信され、車両前方に存在する被検出体（障害物）で反射された超音波を受信し、圧電素子１１に振動を伝達する音響整合部材１２と、音響整合部材１２により伝達された振動を検出する圧電素子１１と、圧電素子１１と電気的に接続され、圧電素子１１から出力される電圧信号を処理する回路素子１８とを備えている。
【００２９】
音響整合部材１２は、受信面１２ａ近傍の側面１２ｃにおいて、取付部２０ａとの間に超音波の伝達を防止する振動減衰部材１３を介在して、筐体３１の開口部に固定されている。
圧電素子１１は、音響整合部材１２の超音波を受信する受信面１２ａに対向する取付面１２ｂに、導電性接着材１７により取り付けられている。
回路素子１８は、筐体３１の底部に配置されており、ワイヤ１９を介して圧電素子１１と電気的に接続されている。
【００３０】
超音波センサ１０は、車両６０の所定の位置、本実施形態ではバンパ２０（図７）に取り付けられている。バンパ２０には、筐体３１を挿通可能な大きさに貫通形成された取付部２０ａが設けられている。超音波センサ１０は、受信面１２ａをバンパ２０の外部に露出させた状態で、筐体３１の開口部近傍の側面において取付部２０ａに取り付けられている。
【００３１】
圧電素子１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる四角柱状に形成された圧電体を、対向する面において、ＰｔやＣｕのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより形成された１組の電極により挟んで形成されている。ここで、圧電素子１１を音響整合部材１２の取付面１２ｂに取り付ける取付面１１ａに形成された電極を第１電極１４、取付面１１ａに対向する面に形成された電極を第２電極１５とする。
【００３２】
圧電素子１１の取付面１１ａの一辺は、音響整合部材１２の受信面１２ａの一辺がほぼ等しい長さに形成され、圧電素子１１の取付面１１ａの一辺に隣接する辺は、音響整合部材１２の受信面１２ａの一辺に隣接する辺より短く形成されている。
つまり、圧電素子１１の取付面１１ａは、音響整合部材１２の受信面１２ａより小さく形成されている。
【００３３】
音響整合部材１２は、空気より音響インピーダンスが大きく、圧電素子１１より音響インピーダンスが小さい材料を用いて、横断面が略正方形の四角柱状に形成されている。
これにより、音響整合部材１２を設けていない場合に比べて、空気との界面における音響インピーダンスの差を小さくすることができるので、空気との界面における超音波の反射を抑制し、入射する超音波を増大させることができる。
【００３４】
また、バンパ２０の外部から視認できない位置に圧電素子１１が取り付けられているため、音響整合部材１２は、異物や水分などから圧電素子１１を保護する保護部材としても作用する。
本実施形態では、音響整合部材１２は、ポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料により形成されている。ポリカーボネート系樹脂は弾性率の温度変化が小さいため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、後述する定在波を安定して発生させることができる。
【００３５】
圧電素子１１を取り付ける取付面１２ｂには、ＰｔやＣｕのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより導電性を有する導電層１６が全面にわたって形成されている。
圧電素子１１は、取付面１１ａにおいて、音響整合部材１２の取付面１２ｂと長さが等しい辺の一方が重なるように配置されており、導電性接着材１７を介して第１電極と導電層１６とが電気的に接続されるように音響整合部材１２に固定されている。
【００３６】
ここで、音響整合部材１２の取付面１２ｂは、圧電素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成されているため、圧電素子１１を取り付けた場合に、導電層１６の一部が取付面１１ａの外縁の外部に露出する。この露出した領域１６ａにワイヤボンディングによりワイヤ１９が配線されている。
また、圧電素子１１の第２電極１５には、ワイヤボンディングによりワイヤ１９が配線されている。これらワイヤ１９及びワイヤ１９とにより、圧電素子１１が回路素子１８に電気的に接続されている。
なお、ワイヤ１９は、はんだペーストなどの接合材を用いて露出した領域１６ａに配線してもよい。
【００３７】
このように、音響整合部材１２の取付面１２ｂを圧電素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成すると、音響整合部材１２内を伝達する超音波のエネルギーを、取付面１２ｂの面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、エネルギーの伝達効率を向上させることができる。
ここで、取付面１２ｂの面積は、圧電素子１１の取付面１１ａの面積の１．２倍程度あると好ましい。
【００３８】
音響整合部材１２は、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下、厚さＴが超音波の音響整合部材１２中における波長の１／４となるように形成されている。例えば、超音波の周波数が６５ｋＨｚの場合、幅Ｗが２．６ｍｍ、厚さＴが５ｍｍ程度となる。
【００３９】
音響整合部材１２の厚さＴを超音波の波長の１／４となるように形成することにより、音響整合部材１２内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材１２内に入射した超音波と、音響整合部材１２と圧電素子１１との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、圧電素子１１に効率よく超音波を伝達することができる。
【００４０】
音響整合部材１２の側面１２ｃと筐体３１との間には、音響整合部材１２を側面１２ｃにおいて筐体３１に固定するとともに、バンパ２０からの振動の伝達を防止する振動減衰部材１３が介在している。
振動減衰部材１３は、接着材などで音響整合部材１２の側面１２ｃ及び筐体３１の内側面に接着固定されている。
【００４１】
振動減衰部材１３は、音響整合部材１２より音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。更に、音響整合部材１２には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂、スポンジなどを用いることができる。
このような材料により形成された振動減衰部材１３が、バンパ２０と音響整合部材１２との間に介在することにより、超音波がバンパ２０から取付部２０ａを介して音響整合部材１２の側面１２ｃに伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。
また、弾性率が低い材料では、超音波による音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。
これにより、超音波のノイズを低減し、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００４２】
このように構成された超音波センサ１０では、図示しない超音波送信素子により送信され、被検出体により反射された超音波は、音響整合部材１２の受信面１２ａにおいて受信される。受信面１２ａにおいて受信された超音波は、音響整合部材１２を介して、圧電素子１１に伝達される。圧電素子１１に伝達された超音波は、圧電素子１１により検出され、電圧信号に変換される。
圧電素子１１から出力された電圧信号は、回路素子１８を経て、図示しないＥＣＵに伝達される。ＥＣＵは、圧電素子１１から出力される電圧信号に基づいて演算処理を行い、例えば、送信した超音波と受信した超音波との時間差や位相差を求めることにより、障害物との距離測定などを行うことができる。
【００４３】
上述のように、超音波センサ１０において、圧電素子１１の取付面１１ａを音響整合部材１２の取付面１２ｂより小さくなるように構成することができるため、圧電素子１１の取付面１１ａに、音響整合部材１２の取付面１２ｂに固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材１２の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材１２で受信した超音波振動を圧電素子１１に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００４４】
（超音波センサの製造方法）
超音波センサ１０の製造方法について、図２を参照して説明する。ここで、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は側面図、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は圧電素子１１側から見た平面図である。
まず、音響整合部材１２となるブロック状のポリカーボネート系樹脂などの音響整合部材材料３２を用意し、図２（Ａ）及び（ａ）に示すように、取付面１２ｂとなる上面３２ａにＰｔやＣｕのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより導電性を有する導電層１６を形成する。
【００４５】
次に、ＰｔやＣｕのスパッタ、めっき、導電ペーストの焼き付けなどにより、圧電体に第１電極１４となる電極３４と第２電極となる電極３５とが形成された、圧電素子１１となる圧電素子材料３６を用意する。圧電素子材料３６は、音響整合部材材料３２の上面３２ａと長手方向の長さが略同一で、短手方向の長さが短い平板状に形成されている。図２（Ｂ）及び（ｂ）に示すように、この圧電素子材料３６を、導電性接着材１７により上面３２ａの短手方向の中央に接着固定する。
これにより、導電層１６が上面３２ａの短手方向の両端部に、両端に長手方向に沿って帯状に露出した領域１６ａが形成される。
この露出した領域１６ａの幅は、ワイヤボンディング、はんだ付けによる配線が可能な幅、例えば、０．５ｍｍとなるように形成する。
【００４６】
続いて、音響整合部材材料３２と圧電素子材料３６との接合体について、積層方向にダイシングを行い、圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製する。
図２（Ｃ）及び（ｃ）に示すように、ダイシングは、長手方向には、上面３２ａの短手方向の中央に沿って行い、短手方向には所定の間隔の複数箇所で行う。例えば、本実施形態では、短手方向のダイシングを５箇所で行った場合を例示している。
これにより、音響整合部材１２の取付面１２ｂが、圧電素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成され、第１電極と電気的に接続された導電層１６の一部が取付面１２ｂから露出した領域１６ａを備えた、圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を形成することができる。本実施形態では、１０個の接合体が作製される。
【００４７】
この製造方法によれば、一度の接着工程のみで複数の圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を複数個作製することができるため、圧電素子１１を音響整合部材１２に接着固定する工程を削減することができ、製造コストを抑制することができる。
更に、あらかじめ所定の形状に形成された音響整合部材１２に圧電素子１１を接着する場合には、音響整合部材１２上で圧電素子１１が傾いてしまい、超音波の検出感度が低下することがあるが、本工程によれば、圧電素子１１は、音響整合部材１２に対して垂直に保たれ、傾くことがないため、それぞれの圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体について、超音波の検出感度を良好に保つことができる。
【００４８】
そして、このように形成された音響整合部材１２と圧電素子１１との接合体について、導電層１６及び第２電極１５にワイヤボンディングを行い、ワイヤ１９により回路素子１８に配線して、筐体３１内に収容し、音響整合部材１２を受信面１２ａ近傍の側面１２ｃにおいて、振動減衰部材１３を介して筐体３１の開口部に固定することにより、図１（Ｂ）に示す超音波センサ１０が製造される。
【００４９】
（変更例）
（１）本実施形態では、音響整合部材１２として樹脂材料を例示しているが、音響インピーダンスの関係及び波長と寸法との関係とを満足すれば、例えば、セラミックス、ガラスなどを用いることができる。これらの材料は、耐候性などの耐環境性を備えており、好適に用いることができる。
【００５０】
（２）導電層１６は、取付面１２ｂの全面に形成されている必要はなく、第１電極１４と電気的に接続され、かつ、露出した領域１６ａがワイヤ１９を配線するだけの面積を備えていればよい。
【００５１】
（３）第１電極１４は、導電性接着材１７により形成することもできる。例えば、図３に示すように、圧電素子１１に第２電極１５のみ形成し、圧電素子１１の第２電極１５に対向する面を導電性接着材１７により音響整合部材１２の取付面１２ｂに接着固定してもよい。
また、音響整合部材１２の取付面１２ｂの全面に導電性接着材１７を塗布し、圧電素子１１の第２電極１５に対向する面を音響整合部材１２の取付面１２ｂに接着固定してもよい。
この構成を用いると、圧電素子１１に第２電極１５のみを形成しておけばよいため、製造コストを抑制することができる。
【００５２】
（４）圧電素子１１は、音響整合部材１２に１つずつ接着固定してもよい。この場合、圧電素子１１の固定位置は、例えば取付面１２ｂの中央部でもよい。
【００５３】
（５）圧電素子１１として、ＰＺＴ以外の材料を用いることもできる。例えば、水晶、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ポリフッ化ビニリデンなどを用いることができる。
【００５４】
［第１実施形態の効果］
（１）超音波センサ１０において、圧電素子１１の取付面１１ａを音響整合部材１２の取付面１２ｂより小さくなるように構成することができるため、圧電素子１１の取付面１１ａに、音響整合部材１２の取付面１２ｂに固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材１２の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材１２で受信した超音波振動を圧電素子１１に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
導電層１６の一部が取付面１１ａの外縁部の外部に露出して形成されているため、導電層１６との接合が強固なワイヤ１９を容易に形成することができる。また、圧電素子１１と音響整合部材１２との間に配線の一部を挿入する構造に比べて、振動の減衰が少なく、圧電素子１１と音響整合部材１２との接合を強固にすることができる。
そして、音響整合部材１２の取付面１２ｂを圧電素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成すると、音響整合部材１２内を伝達する超音波のエネルギーを、取付面１２ｂの面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、エネルギーの伝達効率を向上させることができる。
これにより、超音波の検出感度の高い超音波センサ１０を実現することができる。
【００５５】
（２）音響整合部材１２は、弾性率の温度変化が小さいポリカーボネート系樹脂により形成されているため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、定在波を安定して発生させることができる。
また、圧電素子１１を、圧電定数の大きいチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を用いて形成することにより、音圧が小さな超音波の受信をすることができ、超音波センサの感度を向上させることができる。
【００５６】
（３）音響整合部材材料３２と圧電素子材料３６との接合体を作製した後に、積層方向に切断して、導電層１６の少なくとも一部が外部に露出して形成されている複数個の圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製するため、一度の接着工程のみで複数の圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を複数個作製することができるため、圧電素子１１を音響整合部材１２に接着固定する工程を削減することができ、製造コストを抑制することができる。
更に、圧電素子１１を音響整合部材１２に対して垂直に保つことができ、圧電素子が傾くことがないため、超音波の検出感度を良好に保つことができる。
【００５７】
［第２実施形態］
この発明に係る超音波センサの第２実施形態について、図を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る超音波センサの断面説明図である。図５は、第２実施形態に係る超音波センサの変更例の断面説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００５８】
第２実施形態の超音波センサでは、導電層１６は、音響整合部材１２の取付面１２ｂから側面１２ｃにかけて延長されて形成されている。ここでは、音響整合部材１２の全表面を導電層１６により覆った超音波センサ４０について説明する。
導電層１６は、第１実施形態と同様の導電性材料により音響整合部材１２の振動を阻害しないように薄膜状に形成されている。
【００５９】
圧電素子１１の取付面１１ａは、音響整合部材１２の取付面１２ｂより小さく、または、略同一の大きさに形成されている。図４には、圧電素子１１の取付面１１ａが、音響整合部材１２の取付面１２ｂと略同一の大きさに形成されている場合について例示している。
第１電極１４側に電気的に接続されるワイヤ１９は、音響整合部材１２の側面１２ｃに形成された導電層１６において、ワイヤボンディングされている。音響整合部材１２の全表面に導電層１６が形成されている場合には、音響整合部材１２のどの部分からも回路素子１８の配線を取り出すことができる。
取付面１１ａと取付面１２ｂとが略同一の大きさに形成されている場合においても、第１電極１４側に電気的に接続されるワイヤ１９を配線することができる。
これにより、圧電素子１１の大きさが予め決まっているような場合でも、音響整合部材１２の取付面１２ｂを圧電素子１１の取付面１１ａに比べて大きく形成する必要がないので、超音波センサ４０の体格を小さくすることができる。
【００６０】
また、受信面１２ａが導電層１６に覆われているため、音響整合部材１２に水や油等が接触することを防止することができる。これにより、音響整合部材１２の耐環境性を向上させることができる。
【００６１】
なお、導電層１６は、側面１２ｃ及び受信面１２ａの全面に形成されている必要はなく、少なくとも側面１２ｃの一部に、第１電極１４と電気的に接続され、かつ、ワイヤ１９を配線するだけの面積を備えているように形成すればよい。
【００６２】
（変更例）
図５に示すように、筐体３１の内側面に配線４１を形成し、この配線４１にワイヤ１９を接続するとともに、配線４１と音響整合部材１２の側面１２ｃの導電層１６とを配線４２により電気的に接続する構成を用いることができる。これにより、回路素子１８と第１電極１４とが電気的に接続される。
この構成を用いると、導電層１６から回路素子１８に対して直接配線する場合に比べて、ワイヤ１９を短くすることができるので、ワイヤ１９が断線するおそれを少なくすることができる。
【００６３】
ここで、配線４１に変えて、筐体３１自体を導電性材料で形成したり、筐体３１の内側面に金属薄膜を形成したりして導電性を確保してもよい。
更に、振動減衰部材１３を導電性ゴムなどの導電性材料で形成してもよい。この構成を用いると、配線４２を省略することができる。
【００６４】
［第２実施形態の効果］
（１）音響整合部材１２の取付面１２ｂの面積は、圧電素子１１の取付面１１ａの面積よりも大きく、または略同一の大きさに形成されているため、圧電素子１１の取付面１１ａに、音響整合部材１２に固定されていない領域が存在しない。これにより、音響整合部材１２の内部に位相が異なる振動が生じないため、ノイズや振動の減衰が生じることがなく、音響整合部材１２で受信した超音波振動を圧電素子１１に良好な状態で伝達させることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
導電層１６の少なくとも一部が、取付面１２ｂに隣接する側面１２ｃまで延長して形成されているため、側面１２ｃにおいて回路素子１８と電気的な接続を行うための配線を形成することができる。これにより、導電層１６との接合が強固な配線を容易に形成することができる。
取付面１１ａと取付面１２ｂとが略同一の大きさに形成されている場合においても、側面１２ｃにおいて第１電極１４側に電気的に接続されるワイヤ１９を配線することができる。
また、音響整合部材１２の取付面１２ｂの面積は、圧電素子１１の取付面１１ａの面積と略同一の大きさに形成することができるため、圧電素子１１の大きさが予め決まっているような場合でも、音響整合部材１２を大きく形成する必要がないので、超音波センサ４０の体格を小さくすることができる。
【００６５】
（２）筐体３１の内側面に配線４１を形成し、この配線４１にワイヤ１９を接続するとともに、配線４１と音響整合部材１２の側面１２ｃの導電層１６とを配線４２により電気的に接続する構成を用いると、配線４１を介して、回路素子１８と圧電素子１１の第１電極１４を電気的に接続するための配線を形成することができる。これにより、この構成を用いると、導電層１６から回路素子１８に対して直接配線する場合に比べて、ワイヤ１９を短くすることができるので、ワイヤ１９が断線するおそれを少なくすることができる。
ここで、配線４１に変えて、筐体３１自体を導電性材料で形成したり、筐体３１の内側面に金属薄膜を形成したりして導電性を確保することもできる。
更に、振動減衰部材１３を導電性ゴムなどの導電性材料で形成することもできる。この構成を用いると、配線４２を省略することができ、簡単な構造により筐体３１と音響整合部材１２の導電層１６とを電気的に接続することができる。
【００６６】
［第３実施形態］
この発明に係る超音波センサの第３実施形態について、図を参照して説明する。図６は、第３実施形態に係る超音波センサの説明図である。図６（Ａ）は、第３実施形態に係る超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。
【００６７】
本実施形態の超音波センサ５０では、複数組の音響整合部材１２及び圧電素子１１がアレイ状に並んで配置されている。図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本実施形態では、縦横方向に２個ずつ計４個の音響整合部材１２（１２ｐ〜１２ｓ）及び圧電素子１１（１１ｐ、１１ｑ：音響整合部材１２ｒ、１２ｓに取り付けられた圧電素子１１は図示せず）が配置され、被検出体の位置の３次元検知が可能な超音波センサ５０が構成されている。各音響整合部材１２は、各音響整合部材１２間及び各音響整合部材１２と筐体３１との間隙に振動減衰部材１３を介在させて、筐体３１に取り付けられている。各圧電素子１１は、ワイヤ１９により、同一の回路素子１８に電気的に接続されている。
【００６８】
複数組の音響整合部材１２及び圧電素子１１を設けることにより、各圧電素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を求めることによって、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。
また、各音響整合部材１２は、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下となるように形成され、互いに隣り合った各音響整合部材１２の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長に等しくなるように配置されている。
このように各音響整合部材１２を構成すると、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
なお、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下でない場合においても、被検出体の位置の３次元検知に用いることができる。
【００６９】
音響整合部材１２及び圧電素子１１の数及び配置は、用途に応じて任意である。例えば、２次元検知を行うなら、音響整合部材１２及び圧電素子１１の組を２組用意すればよい。
【００７０】
第１実施形態の超音波センサ１０及び第２実施形態の超音波センサ４０の変更例は、第３実施形態の超音波センサ５０にも適用することができる。
第２実施形態において、複数組の音響整合部材１２及び圧電素子１１をアレイ状に並べて配置することもできる。
【００７１】
［第３実施形態の効果］
（１）超音波センサ５０では、複数の音響整合部材１２と圧電素子１１との組がアレイ状に配置されて設けられているため、各圧電素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。
【００７２】
（２）各音響整合部材１２が、幅Ｗが超音波の空気中における波長の半分以下となるように形成され、互いに隣り合った各音響整合部材１２の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長に等しくなるように配置されている構成では、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。
【００７３】
［その他の実施形態］
超音波センサ１０は、バンパ２０以外の車両の部材に取り付けて使用することができる。例えば、図７に示すように、ヘッドランプカバー２１に取り付けることができる。この構成を用いると、障害物などで反射した超音波が車両の一部に遮られることがないので、確実に超音波センサ１０で検出することができ、障害物センサなどに超音波センサ１０を適用する場合に有効である。
更に、超音波センサ１０の用途に合わせて、他の部材に取り付けることもできる。例えば、超音波センサ１０を車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー２２、ドアミラー２３などに取り付けることもできる。車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー２４、バックランプのカバー２５などに取り付けることもできる。
【００７４】
［各請求項と実施形態との対応関係］
取付面１２ｂが請求項１に記載の対向する面に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態に係る超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態に係る超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図２】超音波センサの製造方法の説明図である。
【図３】第１実施形態に係る超音波センサの変更例の断面説明図である。
【図４】第２実施形態に係る超音波センサの断面説明図である。
【図５】第２実施形態に係る超音波センサの変更例の断面説明図である。
【図６】第３実施形態に係る超音波センサの説明図である。図６（Ａ）は、第３実施形態に係る超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図７】超音波センサの車両への搭載位置の説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０、４０、５０  超音波センサ  
１１    圧電素子
１２    音響整合部材
１２ａ  受信面
１２ｂ  取付面（対向する面）
１２ｃ  側面
１３    振動減衰部材
１４    第１電極
１５    第２電極
１６    導電層
１８    回路素子
１９    ワイヤ
２０    バンパ
３１    筐体
３２    音響整合部材材料
３６    圧電素子材料
【図１】
2008187355.tif 000003
【図２】
2008187355.tif 000004
【図３】
2008187355.tif 000005
【図４】
2008187355.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008187355.tif 000009