(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体を対向する第１の電極と第２の電極と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、前記受信面と対向する面において前記第１の電極に取り付けられ、前記受信面で受信した超音波を前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、を備え、
前記音響整合層及び前記圧電素子は、前記受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って形成された溝状の空隙部により、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画されており、
前記複数の超音波検出素子は、前記音響整合層または前記圧電素子の一部により形成される接続部により互いに接続されており、
前記空隙部として、前記受信面に開口を有し、当該開口から前記第２の電極へ向かって形成された第１の空隙部と、前記第２の電極に開口を有し、当該開口から前記受信面へ向かって形成された第２の空隙部とを備え、
前記第１の空隙部と、前記第２の空隙部とが同一線上に対向して形成されており、前記接続部が前記各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ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】
前記空隙部に、前記音響整合層よりも弾性率が低い充填材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記複数の超音波検出素子は、隣接する前記超音波検出素子の受信面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】
前記圧電素子が複数個積層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３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記圧電体は、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４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記圧電体は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）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５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
【請求項７】
圧電体を対向する第１の電極と第２の電極と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に、前記被検出体にて反射された超音波を受信面において受信し、受信した超音波を前記圧電素子に伝達する音響整合部材が、前記圧電素子の第１の電極において取り付けられた接合体を用意し、
前記受信面と前記第２の電極との少なくとも一方から、前記受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って溝状の空隙部を形成し、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画するとともに、前記空隙部の延長線上に、前記空隙部を形成せず前記複数の超音波検出素子を互いに接続する接続部を形成する工程を備え、
前記空隙部として、前記受信面に開口を有し、当該開口から前記第２の電極へ向かう第１の空隙部と、前記第２の電極に開口を形成し、当該開口から前記受信面へ向かう第２の空隙部とを形成し、
前記第１の空隙部と、前記第２の空隙部とを同一線上に対向して形成し、前記接続部を前記各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ形成することを特徴とする超音波センサの製造方法。
【請求項８】
前記空隙部に、前記音響整合層よりも弾性率が低い充填材を充填する工程を備えたことを特徴とする請求項７に記載の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、樹脂材料等からなる音響整合層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、超音波検出素子によって受信することにより、周囲にある障害物の距離測定などを行う。
一般に、超音波センサを用いて障害物の位置測定や形状の検出などを行う場合には、複数の超音波検出素子を所定の間隔でアレイ状に配置し、各超音波検出素子で受信した超音波の時間差、位相差を求める必要がある。
このような超音波センサとして、例えば、特許文献１には、複数の受波素子（超音波検出素子）を格子状に配置した超音波センサが開示されている。また、特許文献２には、音響整合層に接着した圧電体にスリットを設けて圧電体を分離することによりアレイ化する構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−２３４５２３号公報
【特許文献２】特開昭５４−６１５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に示すような構成では、受波素子を所定の間隔に配置するために組付け工数がかかり、また、受波素子を配置する間隔の精度が良くないという問題がある。
また、特許文献２に示すような構成では、分離された圧電体が一つの音響整合層に接着された状態となるため、音響整合層を伝達する超音波を分離することができないので、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。
【０００４】
そこで、この発明では、音響整合部材に圧電素子を装着した超音波センサであって、超音波検出素子の位置精度が高く、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、超音波センサにおいて、圧電体を対向する第１の電極と第２の電極と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、前記受信面と対向する面において前記第１の電極に取り付けられ、前記受信面で受信した超音波を前記圧電素子に伝達する音響整合部材と、を備え、前記音響整合部材及び前記圧電素子は、前記受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って形成された溝状の空隙部により、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画されており、前記複数の超音波検出素子は、前記音響整合部材または前記圧電素子の一部により形成される接続部により互いに接続されており、前記空隙部として、前記受信面に開口を有し、当該開口から前記第２の電極へ向かって形成された第１の空隙部と、前記第２の電極に開口を有し、当該開口から前記受信面へ向かって形成された第２の空隙部とを備え、前記第１の空隙部と、前記第２の空隙部とが同一線上に対向して形成されており、前記接続部が前記各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ形成されている、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、音響整合部材及び圧電素子は、受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って形成された溝状の空隙部により、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画されているため、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、複数の超音波検出素子は、音響整合部材または圧電素子の一部により形成される接続部により互いに接続されているため、各超音波検出素子が所定の位置に配置されて一体的に形成されるので、超音波検出素子が個別に製造されてアレイ状に配置される構成に比べて、超音波検出素子の位置精度を高くすることができる。
【０００８】
空隙部として、受信面に開口を有し、当該開口から第２の電極へ向かって形成された第１の空隙部を備えているため、受信面が空隙部により区画されているため、受信面において超音波を分離することができるので、更に良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００１０】
空隙部として、第２の電極に開口を有し、当該開口から受信面へ向かって形成された第２の空隙部を備えているので、音響整合部材の受信面に開口が存在しないため、超音波センサに水分や異物が侵入するおそれがない。
【００１２】
第１の空隙部と、第２の空隙部とが同一線上に対向して形成されており、接続部が各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ形成されているため、接続部が各超音波検出素子の振動を拘束することがなく、振動の減衰を小さくすることができるので、信号強度を高くすることができ、検出感度を向上することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記空隙部に、前記音響整合部材よりも弾性率が低い充填材が充填されている、という技術的手段を用いる。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、空隙部に、音響整合部材よりも弾性率が低い充填材が充填されているため、超音波の伝達を阻害せずに、水分や異物の混入などを防ぐことができる。また、音響整合部材の強度を向上させることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明では、前記複数の超音波検出素子は、隣接する前記超音波検出素子の受信面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形成されている、という技術的手段を用いる。
【００２０】
請求項３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。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記圧電素子が複数個積層されて設けられている、という技術的手段を用いる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、圧電素子が複数個積層されて設けられているため、超音波センサを超音波を送信可能に構成した場合に、圧電素子を積層していない構成に比べて、送信する超音波の音圧を高くすることができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記圧電体は、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。
【００２４】
請求項５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、音圧が低い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。
【００２５】
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、前記圧電体は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）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。
【００２６】
請求項６に記載の発明によれば、圧電体は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）系材料により形成されているため、音響整合部材との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、超音波振動の減衰を小さくすることができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明では、超音波センサの製造方法において、圧電体を対向する第１の電極と第２の電極と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に、前記被検出体にて反射された超音波を受信面において受信し、受信した超音波を前記圧電素子に伝達する音響整合部材が、前記圧電素子の第１の電極において取り付けられた接合体を用意し、前記受信面と前記第２の電極との少なくとも一方から、前記受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って溝状の空隙部を形成し、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画するとともに、前記空隙部の延長線上に、前記空隙部を形成せず前記複数の超音波検出素子を互いに接続する接続部を形成する工程を備え、前記空隙部として、前記受信面に開口を有し、当該開口から前記第２の電極へ向かう第１の空隙部と、前記第２の電極に開口を形成し、当該開口から前記受信面へ向かう第２の空隙部とを形成し、前記第１の空隙部と、前記第２の空隙部とを同一線上に対向して形成し、前記接続部を前記各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ形成する、という技術的手段を用いる。
【００２８】
請求項７に記載の発明によれば、音響整合部材及び圧電素子の接合体を用意し、受信面において受信した超音波の伝達方向に沿って形成された溝状の空隙部により、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子に区画するため、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる超音波センサを製造することができる。
また、空隙部の延長線上に、複数の超音波検出素子を互いに接続する接続部を形成するため、各超音波検出素子を所定の位置に配置して一体的に形成することができるので、超音波検出素子を個別に製造してアレイ状に配置する構成に比べて、超音波検出素子の位置精度を高くすることができる超音波センサを製造することができる。
【００３０】
空隙部として、受信面に開口を有し、当該開口から第２の電極へ向かう第１の空隙部を形成するため、受信面を空隙部により区画することができるため、受信面において超音波を分離することができるので、更に良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる超音波センサを製造することができる。
【００３２】
空隙部として、第２の電極に開口を形成し、当該開口から受信面へ向かう第２の空隙部を形成することができる。音響整合部材の受信面に開口が存在しないため、超音波センサに水分や異物が侵入するおそれがない超音波センサを製造することができる。
【００３４】
第１の空隙部と、第２の空隙部とを同一線上に対向して形成し、接続部を各超音波検出素子の振動の節部近傍にのみ形成するため、接続部が各超音波検出素子の振動を拘束することがなく、振動の減衰を小さくすることができるので、信号強度を高くすることができ、検出感度を向上することができる超音波センサを製造することができる。
【００３７】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載の超音波センサの製造方法において、前記空隙部に、前記音響整合部材よりも弾性率が低い充填材を充填する工程を備えた、という技術的手段を用いる。
【００３８】
請求項８に記載の発明によれば、空隙部に、音響整合部材よりも弾性率が低い充填材を充填する工程を備えているため、超音波の伝達を阻害せずに、水分や異物の混入などを防ぐことができる超音波センサを製造することができる。また、音響整合部材の強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
［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実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の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、第１実施形態の超音波センサの製造方法を示す説明図である。
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。
【００４４】
（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、縦横方向に２個ずつの計４個が接続部１７により互いに接続されてアレイ状に配置された超音波検出素子１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓと、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓから出力される電圧信号を処理する回路素子１８とが筐体３１に収容されて形成されている。
超音波センサ１０は、車両のバンパ５１などに取り付けられており、障害物の位置の３次元検知が可能に構成されている。
【００４５】
各超音波検出素子１３ｐ、１３ｑ、１３ｒ、１３ｓの構造は同じであるので、ここでは、超音波検出素子１３ｐについて説明する。
超音波検出素子１３ｐは、超音波を送信する送信素子から車両前方に送信され、車両前方の障害物で反射された超音波を受信し、圧電素子１１ｐに振動を伝達する音響整合部材１２ｐと、音響整合部材１２ｐにより伝達された振動を検出する圧電素子１１ｐとが接合されて形成されている。
圧電素子１１ｐの第１電極１４ｐと第２電極１５とは、それぞれワイヤ１９を介して回路素子１８に電気的に接続されている。
【００４６】
音響整合部材１２は、超音波を受信する受信面１２ａに開口１２ｂを有し超音波の伝達方向（図１（Ｂ）の上下方向）に沿って溝状に形成された空隙部１６により、縦横方向に２個ずつ計４個の、横断面が略正方形の四角柱状の音響整合部材１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ、１２ｓに区画されている。ここで、各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓは、互いに隣り合った各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓ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形成されている。
【００４７】
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を用いて形成されており、受信面１２ａ近傍の側面において、超音波の伝達を防止する振動減衰部材４１を介在して、筐体３１の開口部に固定されている。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
開口１２ｂは、音響整合部材１２より弾性率が低いゴムやゲルなどの材料からなる充填材４２により目封じされている。これによれば、超音波の伝達を阻害せずに、水分や異物の侵入などを防ぐことができる。
充填材４２は、空隙部１６全体に充填してもよい。これによれば、音響整合部材１２の強度を向上させることができ、超音波センサ１０の構造信頼性を向上することができる。
【００５１】
圧電素子１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、横断面の外形が音響整合部材１２の横断面の外形と等しい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、音響整合部材１２側に形成された電極を第１電極１４、第１電極１４に対向する面に形成された電極を第２電極１５とする。
ここで、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）は圧電定数の大きいため、音圧が低い超音波の受信を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。
【００５２】
圧電素子１１は、圧電素子１１が音響整合部材１２側から延長して形成されている空隙部１６により、音響整合部材１２ｐ〜１２ｓに対応する形状に区画されて、圧電素子１１ｐ、１１ｑ、１１ｒ、１１ｓが形成されている。第１電極１４は音響整合部材１２ｐ〜１２ｓに対応して区画され第１電極１４ｐ、１４ｑ、１４ｒ、１４ｓ（１４ｒ、１４ｓは図示せず）となり、第２電極１５は区画されず、圧電素子１１ｐ〜１１ｓにおいて共有して用いられる。
ここで、空隙部１６は第２電極１５に到達しておらず、空隙部１６の延長線上に形成されている接続部１７により圧電素子１１ｐ〜１１ｓが互いに接続されている。
【００５３】
圧電素子１１の側面には、第１電極１４と電気的に接続されて形成された配線部１１ａが、圧電素子１１ｐ〜１１ｓ毎に設けられている。
各圧電素子１１は、配線部１１ａにおいて電気的に接続されたワイヤ１９を介して、筐体３１の底部に配置された同一の回路素子１８に電気的に接続されている。ここで、圧電素子１１ｐ〜１１ｓは、第２電極１５を共有するため、ワイヤ１９による配線を少なくすることができる。
なお、ワイヤ１９は、第１電極１４ｐ〜１４ｓに直接接続してもよい。
【００５４】
上述のように、超音波センサ１０は、空隙部１６により区画された音響整合部材１２と圧電素子１１とにより、４組の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓが形成され、各超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓが接続部１７を介して互いに接続されている構造を有する。
これにより、超音波センサ１０の各超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓが所定の間隔を維持しつつ、一体的に形成されるため、超音波検出素子を個別に製造してアレイ状に配置する構成に比べて、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓの位置精度を高くすることができる。
【００５５】
このように構成された超音波センサ１０において、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が、音響整合部材１２ｐの受信面１２ａにおいて受信された場合について説明する。
音響整合部材１２ｐの受信面１２ａにおいて受信された超音波は、音響整合部材１２ｐを介して、圧電素子１１ｐに伝達される。圧電素子１１ｐに伝達された超音波は、圧電素子１１ｐにより検出され、電圧信号に変換される。
圧電素子１１ｐ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１１ｐから出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。
【００５６】
音響整合部材１２ｐの受信面１２ａにて超音波を受信した場合、音響整合部材１２ｐと他の音響整合部材１２ｑ、１２ｒ、１２ｓとの間には空隙部１６が存在しているので、音響整合部材１２ｐから他の音響整合部材１２ｑ、１２ｒ、１２ｓには超音波が伝搬しない。従って、音響整合部材１２ｐにて受信した超音波は、圧電素子１１ｐにのみ伝達され、他の圧電素子１１ｑ、１１ｒ、１１ｓには伝達されない。
このように、超音波センサ１０によれば、受信面１２ａが空隙部１６により区画されており、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓごとに超音波を分離して伝達し、検出することができるため、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００５７】
各超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓにより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、障害物の位置などの測定を行うことができる。ここで、各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓは、互いに隣り合った各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓ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。これにより、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るので、障害物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。
【００５８】
超音波検出素子の数は、用途に応じて任意である。例えば、２次元検知を行うなら、超音波検出素子を２個用意すればよい。また、超音波検出素子を縦３個、横２個の計６個を配置する、などのように、特定の方向に多く配置することもできる。
【００５９】
（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。
まず、図２（Ａ）に示すように、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と、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とを用意し、電極３４の表面において接着材などにより音響整合部材材料３２と圧電素子材料３６とを接着固定する。
【００６０】
続いて、図２（Ｂ）に示すように、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、音響整合部材材料３２の表面から積層方向（超音波の伝達方向）に向かって、格子状にダイシングによるハーフカットを行う。
これにより、音響整合部材材料３２に開口を有し、超音波の伝達方向に沿って溝状の空隙部１６を形成することができる。ここで、空隙部１６は、圧電素子材料３６の内部に到達し、かつ、電極３５に到達しないように形成する。これにより、空隙部１６の延長部が接続部１７として形成される。接続部１７は、後の工程で作製する圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体の構造強度を保つことができる形状とする。
【００６１】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、隣接する空隙部１６の中央部でダイシングを行い、音響整合部材材料３２と圧電素子材料３６との接合体を切断する。これにより、空隙部１６の延長部が接続部１７として形成されて、この接続部１７において４個の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓが接続されてアレイ状に配置された圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製することができる。
本実施形態では、４個の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓを備えた圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製する場合を例示しているが、切断位置を変えることにより、種々の個数の超音波検出素子を備えた圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製することができる。
【００６２】
そして、圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体に対して、ワイヤ１９により回路素子１８への配線を行い、筐体３１に収容し、音響整合部材１２を受信面１２ａ近傍の側面において、振動減衰部材４１を介して筐体３１の開口部に固定することにより、図１に示す超音波センサ１０を製造することができる。
【００６３】
この製造方法によれば、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、ダイシングにより空隙部１６を形成し、切断するという簡単な工程により、接続部１７より接続された４個の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓを形成することができる。
これにより、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓを個々に作製して配置する構成と比べて、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓの位置精度を高くすることができる。また、超音波センサ１０の製造コストを抑制することができる。
【００６４】
（変更例）
（１）空隙部１６が音響整合部材１２のみを区画する構成を採用することもできる。この場合、第１電極１４は、あらかじめ超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓに対応して区画された配線パターンに形成しておく。
【００６５】
（２）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。
【００６６】
（３）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（ＰＶＤＦ）などを用いることができる。特に、ポリフッ化ビニリデンを用いると、音響整合部材との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、超音波振動の減衰を小さくすることができる。
【００６７】
［第１実施形態の効果］
（１）第１実施形態の超音波センサ１０によれば、音響整合部材１２及び圧電素子１１は、受信面１２ａにおいて受信した超音波の伝達方向に沿って形成された溝状の空隙部１６により、超音波を分離して伝達し、検出可能な複数の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓに区画されているため、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓは、空隙部１６の延長線上に形成される接続部１７により互いに接続されているため、各超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓが所定の位置に配置されて一体的に形成されるので、超音波検出素子が個別に製造されてアレイ状に配置される構成に比べて、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓの位置精度を高くすることができる。
【００６８】
（２）受信面１２ａが空隙部１６により区画されているため、受信面１２ａにおいて超音波を分離することができるので、良好なクロストーク特性を得ることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
【００６９】
（３）各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓが、互いに隣り合った各音響整合部材１２ｐ〜１２ｓ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。
【００７０】
（４）空隙部１６が、第１電極１４のみを区画するため、第２電極１５を超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓにおいて共有して用いることができるので、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓの配線を少なくすることができる。
【００７１】
（５）空隙部１６に、音響整合部材１２よりも弾性率が低い充填材４２が充填されているため、超音波の伝達を阻害せずに、水分や異物の混入などを防ぐことができる。また、音響整合部材１２の強度を向上させることができる。
【００７２】
［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３は、第２実施形態の超音波センサの断面説明図である。図４は、第２実施形態の超音波センサの変更例を示す断面説明図である。
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。
【００７３】
第２実施形態の超音波センサ２０は、空隙部１６を圧電素子１１側からも形成する点において第１実施形態の超音波センサ１０と異なっている。
図３に示すように、音響整合部材１２及び圧電素子１１には、受信面１２ａに開口１２ｂを有し超音波の伝達方向に沿って溝状に形成された第１空隙部１６ａと、第２電極１５に開口１５ｂを有し超音波の伝達方向に沿って溝状に形成された第２空隙部１６ｂとが同一線上に対向して設けられている。
【００７４】
第１空隙部１６ａは、第１電極１４の直上まで形成されており、この第１空隙部１６ａにより、音響整合部材１２が４個の音響整合部材１２ｐ、１２ｑ、１２ｒ、１２ｓ（１２ｒ、１２ｓは図示せず）に区画されている。
第２空隙部１６ｂは、第１電極１４に到達しない位置まで形成されており、この第２空隙部１６ｂにより、圧電素子１１が４個の圧電素子１１ｐ、１１ｑ、１１ｒ、１１ｓ（１１ｒ、１１ｓは図示せず）に区画されている。また、第２電極１５も第２電極１５ｐ、１５ｑ、１５ｒ、１５ｓ（１５ｒ、１５ｓは図示せず）に区画されている。
【００７５】
接続部１７は、第１電極１４を含む位置に形成されている。第１電極１４は第１空隙部１６ａ及び第２空隙部１６ｂにより区画されないため、ワイヤ１９による配線が難しい第１電極１４を圧電素子１１ｐ〜１１ｓにおいて共有することができる。これにより、第１電極１４への配線を少なくすることができる。
第２電極１５ｐ〜１５ｓは、ワイヤ１９を介してそれぞれ回路素子１８に電気的に接続されている。
【００７６】
また、図４に示すように、超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓの振動の節Ｎ近傍にのみ接続部１７を形成することができる。ここで、振動の節Ｎは、音響整合部材１２の内部に存在するため、第２空隙部１６ｂは、第１電極１４を貫通して形成される。これにより、第１電極１４、第２電極１５ともに区画される。
この構成によれば、接続部１７が振動の節Ｎの近傍にのみ形成されるため、接続部１７が振動を拘束することがなく、振動の減衰を小さくすることができるので、信号強度を高くすることができ、検出感度を向上することができる。
【００７７】
超音波センサ２０において、充填材４２は、第２空隙部１６ｂに充填することもできる。これによれば、圧電素子１１の強度を向上させることができる。
【００７８】
［第２実施形態の効果］
第２実施形態の超音波センサ２０によれば、第１実施形態の超音波センサ１０の（１）ないし（３）の効果を奏することができる。
振動の節Ｎ近傍にのみ接続部１７を形成する構成では、接続部１７が振動を拘束することがなく、振動の減衰を小さくすることができるので、信号強度を高くすることができ、検出感度を向上することができる。
【００７９】
［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５は、第３実施形態の超音波センサの断面説明図である。
【００８０】
図５に示すように、第３実施形態の超音波センサ３０では、第２空隙部１６ｂのみが形成されている。この構成では、音響整合部材１２の受信面１２ａ近傍が接続部１７となる。接続部１７は、音響整合部材１２における振動の減衰とクロストークを防止するため、できるだけ厚さが薄い方が好ましく、例えば、約１ｍｍに形成される。
この構成によれば、受信面１２ａに開口が形成されないため、超音波センサ３０に水分や異物が侵入するおそれがない。また、外部から視認される受信面１２ａに開口が存在しないため、意匠性を向上させることができる。
【００８１】
［第３実施形態の効果］
第３実施形態の超音波センサ３０によれば、第１実施形態の超音波センサ１０の（１）ないし（３）の効果を奏することができるとともに、受信面１２ａに開口が形成されないため、超音波センサ３０に水分や異物が侵入するおそれがない。また、外部から視認される受信面１２ａに開口が存在しないため、意匠性を向上させることができる。
【００８２】
［第４実施形態］
この発明に係る超音波センサの第４実施形態について、図を参照して説明する。図６は、第４実施形態の超音波センサの断面説明図である。図７は、第４実施形態の超音波センサの製造方法を示す説明図である。
【００８３】
図６に示すように、第４実施形態の超音波センサ４０では、空隙部１６は、受信面１２ａ及び第２電極１５に開口を有さずに、音響整合部材１２及び圧電素子１１の側面において開口する形状に形成されている。
この構成では、接続部１７は、音響整合部材１２の受信面１２ａ近傍と、第２電極１５近傍となる。音響整合部材１２側の接続部１７は、第３実施形態同様にできるだけ厚さが薄い方が好ましく、例えば、約１ｍｍに形成される。
【００８４】
また、第１電極１４は空隙部１６により区画され、第２電極１５は、圧電素子１１ｐ〜１１ｓ（１１ｒ、１１ｓは図示せず）において共有される。
この構成によれば、受信面１２ａに開口が形成されないため、超音波センサ４０に水分や異物が侵入するおそれがない。また、外部から視認される受信面１２ａに開口が存在しないため、意匠性を向上させることができる。
【００８５】
第４実施形態の超音波センサ４０の製造方法について、図７を参照して説明する。
まず、図７（Ａ）に示すように、圧電素子１１を用意し、ダイシングにより、第１電極１４に開口１４ａを有し、開口１４ａから第１電極１４に対して略垂直な方向に向かう溝状の第３空隙部１６ｃを形成して、圧電素子１１を圧電素子１１ｐ〜１１ｓ（１１ｒ、１１ｓは図示せず）に区画する。
【００８６】
次に、図７（Ｂ）に示すように、音響整合部材１２を用意し、ダイシングにより、受信面１２ａと対向する面に第３空隙部１６ｃの開口と同形状の開口１２ｃを有し、開口１２ｃから対向する面に対して略垂直な方向に向かう溝状の第４空隙部１６ｄを形成して、音響整合部材１２を音響整合部材１２ｐ〜１２ｓ（１２ｒ、１２ｓは図示せず）に区画する。
【００８７】
続いて、図７（Ｃ）に示すように、音響整合部材１２と圧電素子１１とを、第３空隙部１６ｃの開口と第４空隙部１６ｄの開口とが一致するように接着材などにより接着固定することにより、４個の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓ（１３ｒ、１３ｓは図示せず）が互いに接続されてアレイ状に配置された圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体を作製することができる。
【００８８】
そして、圧電素子１１と音響整合部材１２との接合体に対して、ワイヤ１９により回路素子１８への配線を行い、筐体３１に収容し、音響整合部材１２を受信面１２ａ近傍の側面において、振動減衰部材４１を介して筐体３１の開口部に固定することにより、図６に示す超音波センサ４０を製造することができる。
【００８９】
［第４実施形態の効果］
第３実施形態の超音波センサ４０によれば、第１実施形態の超音波センサ１０の（１）ないし（４）の効果を奏することができるとともに、受信面１２ａに開口が形成されないため、超音波センサ４０に水分や異物が侵入するおそれがない。また、外部から視認される受信面１２ａに開口が存在しないため、意匠性を向上させることができる。
【００９０】
［その他の実施形態］
（１）図８に示すように、圧電素子１１を積層して形成してもよい。なお、図８において、音響整合部材１２及び圧電素子１１以外の構成の図示は省略する。
音響整合部材１２側に配置される圧電素子１１の第２電極１５と積層された圧電素子１１の第２電極１４とは共通の電極により形成される。この積層された圧電素子１１は、ともに空隙部１６により区画されている。
この構成を用いると、超音波センサ１０を超音波を送信可能に構成した場合に、圧電素子１１を積層していない構成に比べて、送信する超音波の音圧を高くすることができる。
なお、空隙部１６の形態については、図８で示した形態以外にも上述した実施形態を適用することができる。また、図８には、２個の圧電素子１１を積層した場合を例示したが、積層する圧電素子１１の個数は任意である。
【００９１】
（２）上述した各実施形態では、空隙部１６の形状はスリット状であるが、他の形状の空隙部を用いることもできる。図９は、空隙部形状の変更例を示す説明図である。図９（Ａ）は、空隙部形状の変更例を音響整合部材側から見た平面説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。なお、音響整合部材１２及び圧電素子１１以外の構成の図示は省略する。
本実施形態では、空隙部２６は、受信面１２ａから圧電素子１１に向かう円柱状に形成されており、音響整合部材１２及び圧電素子１１を区画して４個の超音波検出素子１３ｐ〜１３ｓを形成するように、十字状に配列されている。
この構成では、隣接する空隙部２６の間が接続部１７となる。
これによれば、空隙部をスリット状に形成した構成と比べて、接続部１７の体積が大きくなるので、超音波センサの構造強度を向上させることができる。
空隙部２６は第２電極１５側から形成してもよいし、受信面１２ａから第２電極１５まで貫通形成してもよい。また、形状も任意であり、例えば、角柱状に形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１は、第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の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】第１実施形態の超音波センサの製造方法を示す説明図である。
【図３】第２実施形態の超音波センサの断面説明図である。
【図４】第２実施形態の超音波センサの変更例を示す断面説明図である。
【図５】第３実施形態の超音波センサの断面説明図である。
【図６】第４実施形態の超音波センサの断面説明図である。
【図７】第４実施形態の超音波センサの製造方法を示す説明図である。
【図８】その他の実施形態の超音波センサの断面説明図である。
【図９】空隙部形状の変更例を示す説明図である。図９（Ａ）は、空隙部形状の変更例を音響整合部材側から見た平面説明図であり、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０、２０、３０、４０ 超音波センサ 
１１（１１ｐ〜１１ｓ） 圧電素子
１２（１２ｐ〜１２ｓ） 音響整合部材
１２ａ 受信面
１２ｂ 開口
１３（１３ｐ〜１３ｓ） 超音波検出素子
１４（１４ｐ〜１４ｓ） 第１電極（第１の電極）
１５（１５ｐ〜１５ｓ） 第２電極（第２の電極）
１６ 空隙部
１６ａ 第１空隙部（第１の空隙部）
１６ｂ 第２空隙部（第２の空隙部）
１６ｃ 第３空隙部
１６ｄ 第４空隙部
１７ 接続部
４２ 充填材
【図１】
0004386109.tif 000002
【図２】
0004386109.tif 000003
【図３】
0004386109.tif 000004
【図４】
0004386109.tif 000005
【図５】
0004386109.tif 000006
【図６】
0004386109.tif 000007
【図７】
0004386109.tif 000008
【図８】
0004386109.tif 000009
【図９】
0004386109.tif 000010