本發(fā)明涉及具備壓電元件的超聲波傳感器。

背景技術(shù)：

一般的超聲波傳感器通過在金屬制的殼體的底部的內(nèi)表面接合壓電元件而構(gòu)成單壓電晶片構(gòu)造體，并使金屬殼體的底部進(jìn)行彎曲振動來收發(fā)超聲波。另外，雖然技術(shù)領(lǐng)域與超聲波傳感器不同，但是在國際公開第2008/038683號(專利文獻(xiàn)1)中公開了一種具備層疊型的壓電元件的燃料噴射系統(tǒng)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：國際公開第2008/038683號

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在具備一般的層疊型的壓電元件的超聲波傳感器中，壓電元件的層疊數(shù)越多，波發(fā)送時(shí)的聲壓越提高，但是波接收時(shí)的靈敏度越下降。與此相反，壓電元件的層疊數(shù)越少，波發(fā)送時(shí)的聲壓越下降，但是波接收時(shí)的靈敏度越提高。在具備一般的層疊型的壓電元件的超聲波傳感器中，壓電元件的供波發(fā)送用的部分和供波接收用的部分由同一構(gòu)件形成，因此根據(jù)壓電元件的層疊數(shù)，聲壓與靈敏度以大致反比的關(guān)系進(jìn)行增減。

本申請的發(fā)明人進(jìn)行了潛心研究，結(jié)果得到了如下的見解。即，設(shè)在壓電元件連接了接收用電極以及發(fā)送用電極，進(jìn)而配置了公共電極，使得與它們雙方對置。根據(jù)由接收用電極、發(fā)送用電極以及公共電極構(gòu)成的三端子構(gòu)造，可形成在金屬殼體的底部的面方向上彼此相鄰的發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域。發(fā)現(xiàn)，由于發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域彼此獨(dú)立地形成，所以能夠?qū)Πl(fā)送時(shí)的聲壓以及接收時(shí)的靈敏度這兩者分別獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整。

然而，還發(fā)現(xiàn)，在采用了這種三端子構(gòu)造的情況下，即，在壓電元件形成了在金屬殼體的底部的面方向上彼此相鄰的發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域的情況下，還存在制作壓電元件時(shí)容易產(chǎn)生褶曲(壓電體層部分地彎彎曲曲的現(xiàn)象)這樣的課題。

本發(fā)明的目的在于，提供一種具備如下結(jié)構(gòu)的超聲波傳感器，即，即使在形成在金屬殼體的底部的面方向上彼此相鄰的發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域的情況下，也能夠抑制在壓電元件產(chǎn)生褶曲。

用于解決課題的技術(shù)方案

基于本發(fā)明的某個局面的超聲波傳感器具備：殼體，具有底部；以及壓電元件，與上述底部的內(nèi)表面接合，并與上述底部一起進(jìn)行彎曲振動，上述壓電元件具有：壓電體層，包含發(fā)送用區(qū)域、接收用區(qū)域以及分離區(qū)域；公共電極，具有擴(kuò)展到達(dá)上述發(fā)送用區(qū)域以及上述接收用區(qū)域的雙方的形狀；發(fā)送用電極，將上述發(fā)送用區(qū)域夾在中間而與上述公共電極對置；以及接收用電極，將上述接收用區(qū)域夾在中間而與上述公共電極對置，上述發(fā)送用區(qū)域以及上述接收用區(qū)域在上述底部的上述內(nèi)表面的表面方向上形成在隔著上述分離區(qū)域彼此相鄰的位置，上述發(fā)送用區(qū)域包含一個第一單位壓電體層，或者包含在遠(yuǎn)離上述底部的方向上層疊且以電方式并聯(lián)連接的多個第一單位壓電體層，上述接收用區(qū)域包含一個第二單位壓電體層，或者包含在遠(yuǎn)離上述底部的方向上層疊且以電方式并聯(lián)連接的多個第二單位壓電體層，上述發(fā)送用區(qū)域中包含的上述第一單位壓電體層和上述接收用區(qū)域中包含的上述第二單位壓電體層的層數(shù)不同，在上述發(fā)送用區(qū)域和上述接收用區(qū)域中的上述層數(shù)少的一方中，設(shè)置有一個或多個浮置電極。

優(yōu)選地，關(guān)于上述層數(shù)，上述發(fā)送用區(qū)域中包含的上述第一單位壓電體層比上述接收用區(qū)域中包含的上述第二單位壓電體層多，上述浮置電極設(shè)置在上述接收用區(qū)域中。

優(yōu)選地，上述浮置電極也設(shè)置在上述分離區(qū)域中。優(yōu)選地，上述浮置電極設(shè)置為到達(dá)上述分離區(qū)域中。

優(yōu)選地，多個上述浮置電極設(shè)置在相對于通過上述壓電元件的層疊方向上的中心的面成為面對稱的位置。

優(yōu)選地，多個上述浮置電極在上述壓電元件的層疊方向上空開間隔排列，在上述壓電元件的層疊方向上位置距上述底部最遠(yuǎn)的上述浮置電極的兩端部位于其它上述浮置電極的兩端部的位置的內(nèi)側(cè)。

優(yōu)選地，上述浮置電極包含位于上述壓電元件的層疊方向上的中心與上述底部之間的對置部，上述對置部在上述壓電元件的層疊方向上與上述發(fā)送用電極以及上述公共電極中的至少一方對置。

優(yōu)選地，在上述底部的上述內(nèi)表面的表面方向上，隔著上述分離區(qū)域彼此相鄰的上述發(fā)送用電極的內(nèi)部電極與上述浮置電極之間的間隔比隔著上述分離區(qū)域彼此相鄰的上述公共電極的內(nèi)部電極與上述浮置電極之間的間隔寬。

基于本發(fā)明的另一個局面的超聲波傳感器具備：殼體，具有底部；以及壓電元件，與上述底部的內(nèi)表面接合，并與上述底部一起進(jìn)行彎曲振動，上述壓電元件具有：壓電體層，包含發(fā)送用區(qū)域、接收用區(qū)域以及分離區(qū)域；公共電極，具有擴(kuò)展到達(dá)上述發(fā)送用區(qū)域以及上述接收用區(qū)域的雙方的形狀；發(fā)送用電極，將上述發(fā)送用區(qū)域夾在中間而與上述公共電極對置；以及接收用電極，將上述接收用區(qū)域夾在中間而與上述公共電極對置，上述發(fā)送用區(qū)域以及上述接收用區(qū)域在上述底部的上述內(nèi)表面的表面方向上形成在隔著上述分離區(qū)域彼此相鄰的位置，上述發(fā)送用區(qū)域包含一個第一單位壓電體層，或者包含在遠(yuǎn)離上述底部的方向上層疊且以電方式并聯(lián)連接的多個第一單位壓電體層，上述接收用區(qū)域包含一個第二單位壓電體層，或者包含在遠(yuǎn)離上述底部的方向上層疊且以電方式并聯(lián)連接的多個第二單位壓電體層，上述發(fā)送用區(qū)域中包含的上述第一單位壓電體層和上述接收用區(qū)域中包含的上述第二單位壓電體層的層數(shù)不同，在上述分離區(qū)域中設(shè)置有一個或多個浮置電極。

優(yōu)選地，上述壓電元件具有多個上述浮置電極，多個中的至少一個上述浮置電極具有比上述發(fā)送用電極厚的厚度。

發(fā)明效果

在制作具備如上所述的結(jié)構(gòu)的壓電元件的情況下，壓電體欲從單位壓電體層的層數(shù)(體積)多的一方朝向少的一方進(jìn)行移動，但是這樣的移動由于浮置電極的存在而被抑制。因此，即使在形成在金屬殼體的底部的面方向上彼此相鄰的發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域的情況下，也能夠抑制在壓電元件產(chǎn)生褶曲。

附圖說明

圖1是示出具備參考技術(shù)中的超聲波傳感器的傳感器裝置的功能模塊的圖。

圖2是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器的剖視圖。

圖3是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件以及fpc的俯視圖。

圖4是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件(卸下fpc的狀態(tài))的俯視圖。

圖5是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件的立體圖。

圖6是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件及其內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。

圖7是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器的壓電元件具備的電極的立體圖。

圖8是沿著圖4中的viii-viii線的向視剖視圖。

圖9是沿著圖4中的ix-ix線的向視剖視圖。

圖10是沿著圖4中的x-x線的向視剖視圖。

圖11是用于說明參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件的制造方法的剖視圖。

圖12是示出在壓附工序中對參考技術(shù)中的超聲波傳感器具備的壓電元件進(jìn)行壓附時(shí)的樣子的剖視圖。

圖13是示出實(shí)施方式1中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖14是示出實(shí)施方式1中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極71、73、75、77的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖15是示出實(shí)施方式1中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極72、74、76的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖16是示出實(shí)施方式2中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖17是示出實(shí)施方式2中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有電極20的中間部23的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖18是示出實(shí)施方式2中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極72、76的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖19是示出實(shí)施方式2中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極74的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖20是示出實(shí)施方式3中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖21是示出實(shí)施方式3中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有電極20的中間部23的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖22是示出實(shí)施方式3中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極76的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖23是示出實(shí)施方式3中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極74的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖24是示出實(shí)施方式3中的超聲波傳感器具備的壓電元件中的、形成有浮置電極72的層處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。

圖25是用于說明關(guān)于參考技術(shù)(比較例)以及實(shí)施方式1～3進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)例的圖。

圖26是示出實(shí)施方式4中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖27是示出實(shí)施方式5中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖28是示出實(shí)施方式6中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖29是示出實(shí)施方式7中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

圖30是示出實(shí)施方式8中的超聲波傳感器具備的壓電元件的剖視圖。

具體實(shí)施方式

[參考技術(shù)]

在對基于本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明之前，以下，首先參照圖1～圖10對參考技術(shù)中的超聲波傳感器100進(jìn)行說明。在參考技術(shù)的說明中，對同一部件以及相應(yīng)部件標(biāo)注同一附圖標(biāo)記，有時(shí)不再進(jìn)行重復(fù)的說明。

圖1是示出具備參考技術(shù)中的超聲波傳感器100的傳感器裝置1的功能模塊的圖。傳感器裝置1具備超聲波傳感器100、微機(jī)101、存儲器102、檢測電路103、信號生成電路104、電源105以及接收放大器106。超聲波傳感器100具備壓電元件50，該壓電元件50具有由電極10、20、30構(gòu)成的三端子構(gòu)造。

微機(jī)101讀出保存在存儲器102的數(shù)據(jù)，并將控制信號輸出到信號生成電路104。信號生成電路104基于控制信號從直流電壓生成交流電壓。交流電壓供給到超聲波傳感器100，從超聲波傳感器100朝向大氣中等發(fā)送超聲波(波發(fā)送)。在超聲波傳感器100接收到來自目標(biāo)物體的反射波時(shí)，在超聲波傳感器100中產(chǎn)生的波接收信號將作為電壓值而發(fā)送到接收放大器106，并通過檢測電路103輸入到微機(jī)101。通過微機(jī)101，能夠掌握與目標(biāo)物體的有無、移動相關(guān)的信息。

(超聲波傳感器100)

圖2是示出參考技術(shù)中的超聲波傳感器100的剖視圖。超聲波傳感器100具備壓電元件50、殼體60、吸音材料63、粘接劑64、接合劑65、硅酮66、67以及fpc80(flexibleprintedcircuits，柔性印刷電路)。殼體60具有有底筒狀的形狀。殼體60例如由具有高彈性且輕量的鋁構(gòu)成。殼體60通過對這樣的鋁進(jìn)行例如鍛造或切削加工而制作。

殼體60包含圓盤狀的底部62和沿著底部62的周緣設(shè)置的圓筒狀的筒狀部61。底部62具有內(nèi)表面62s以及外表面62t。壓電元件50例如由鋯鈦酸鉛類陶瓷構(gòu)成。壓電元件50配置在底部62的內(nèi)表面62s上，使用粘接劑64與內(nèi)表面62s接合。粘接劑64例如是環(huán)氧類粘接劑。在超聲波傳感器100進(jìn)行驅(qū)動時(shí)，壓電元件50與底部62一起進(jìn)行彎曲振動。

壓電元件50具有未圖示的3個電極(相當(dāng)于圖1中的電極10～30的部位。細(xì)節(jié)將后述)。如圖3所示，fpc80的前端部80t具有t字形狀。fpc80經(jīng)由接合劑65與這些電極電接合。作為接合劑65，例如可使用添加了金屬的樹脂材料。fpc80中的與壓電元件50接合的部分的相反側(cè)的部分導(dǎo)出到殼體60外，與信號生成電路104(圖1)以及接收放大器106(圖1)等電連接。

(壓電元件50)

圖3是示出壓電元件50以及fpc80的俯視圖。圖4是示出壓電元件50(卸下fpc80的狀態(tài))的俯視圖。圖5是示出壓電元件50的立體圖。圖6是示出壓電元件50及其內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。圖7是示出壓電元件50具備的電極10、20、30的立體圖。圖8是沿著圖4中的viii-viii線的向視剖視圖。圖9是沿著圖4中的ix-ix線的向視剖視圖。圖10是沿著圖4中的x-x線的向視剖視圖。

在圖3～圖10中，為了說明上的方便，示出了箭頭x、y、z。箭頭x、y、z具有彼此正交的關(guān)系。以下，有時(shí)參照箭頭x、y、z對壓電元件50的各結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，但是各結(jié)構(gòu)的配置關(guān)系(與正交以及平行相關(guān)的特征)未必一定要限定于箭頭x、y、z所示的配置關(guān)系。關(guān)于這些，在后述的圖11～圖24以及圖26～圖29中也是同樣的。

如圖3～圖10所示，壓電元件50包含壓電體層40(圖3～圖6、圖8～圖19)、電極10(圖7)、電極20(圖7)以及電極30(圖7)。壓電體層40的外形形狀是大致長方體(參照圖5、圖6)，壓電體層40具有上表面41、側(cè)面42～45以及下表面46。

上表面41是壓電體層40中的位于箭頭z方向側(cè)的表面，下表面46是壓電體層40中的位于箭頭z方向的相反方向側(cè)的表面。側(cè)面42、44是壓電體層40中的相對于箭頭x方向正交的表面，具有彼此對置的位置關(guān)系。側(cè)面43、45是壓電體層40中的相對于箭頭y方向正交的表面，具有彼此對置的位置關(guān)系。

(電極10(接收用電極))

電極10包含圓盤部11以及延伸部12(參照圖7)。電極10作為“接收用電極”發(fā)揮功能。延伸部12具有從圓盤部11的外緣朝向外方延伸的形狀。延伸部12配置為從圓盤部11所位于的一側(cè)朝向壓電體層40的側(cè)面42所位于的一側(cè)延伸。如圖3所示，在設(shè)置于fpc80的布線圖案81與電極10的延伸部12之間的部分(連接部位10c)，電極10和fpc80(布線圖案81)電連接(也參照圖4、圖5)。

(電極20(發(fā)送用電極))

電極20包含側(cè)壁部21、上表面部22以及中間部23、24(參照圖7)。電極20作為“發(fā)送用電極”發(fā)揮功能。側(cè)壁部21與壓電體層40的側(cè)面42(圖5)對置，并與側(cè)面42相接。上表面部22與側(cè)壁部21的箭頭z方向側(cè)的端部相連設(shè)置，并配置在壓電體層40的上表面41上。中間部23、24是電極20中的配置在壓電體層40的內(nèi)部的部位，在壓電元件50完成的狀態(tài)下它們不可見(參照圖5)。在中間部23與中間部24之間，配置有電極30的中間部33(參照圖8～圖10等)。

在中間部23、24的內(nèi)側(cè)，分別設(shè)置有鏤空部23h、24h(圖7)和缺口部23t、24t。如圖7以及圖9所示，中間部23、24的箭頭x的相反方向上的端部與側(cè)壁部21連接。另一方面，中間部23、24的箭頭x方向上的端部不與后述的電極30的側(cè)壁部31連接，從側(cè)壁部31分開。如圖3所示，在設(shè)置于fpc80的布線圖案82與電極20的上表面部22之間的部分(連接部位20c)，電極20和fpc80(布線圖案82)電連接(也參照圖4、圖5)。

(電極30(公共電極))

電極30包含側(cè)壁部31、上表面部32、中間部33以及下表面部34(參照圖7)。電極30作為“公共電極”發(fā)揮功能。側(cè)壁部31與壓電體層40的側(cè)面44(圖5)對置，并與側(cè)面44相接。下表面部34與壓電體層40的下表面46對置，并與下表面46相接。上表面部32與側(cè)壁部31的箭頭z方向側(cè)的端部相連設(shè)置，并配置在壓電體層40的上表面41上。中間部33是電極30中的配置在壓電體層40的內(nèi)部的部位，在壓電元件50完成的狀態(tài)下中間部33不可見(參照圖5)。

在上表面部32以及中間部33的內(nèi)側(cè)分別設(shè)置有鏤空部32h、33h(圖7)。在鏤空部32h的內(nèi)側(cè)，配置電極10的圓盤部11(參照圖5)。在上表面部32以及中間部33的內(nèi)側(cè)，還分別設(shè)置有缺口部32t、33t。在缺口部32t的內(nèi)側(cè)，配置電極10的延伸部12(參照圖5)。在上表面部32中的箭頭y的相反方向上的部分，設(shè)置后退部32f。后退部32f是用于允許配置電極20的上表面部22的部位。

如圖7以及圖9所示，上表面部32、中間部33以及下表面部34的箭頭x方向上的端部與側(cè)壁部31連接。另一方面，上表面部32、中間部33以及下表面部34的箭頭x的相反方向上的端部不與電極20的側(cè)壁部21連接，而是從側(cè)壁部21分開。如圖3所示，在設(shè)置于fpc80的布線圖案83與電極30的上表面部32之間的部分(連接部位30c)，電極30和fpc80(布線圖案83)電連接(也參照圖4、圖5)。

(發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域)

參照圖8～圖10，在壓電體層40的內(nèi)部形成發(fā)送用區(qū)域40n以及接收用區(qū)域40m。發(fā)送用區(qū)域40n具有由第一單位壓電體層n1～n4構(gòu)成的4層構(gòu)造。第一單位壓電體層n1～n4在遠(yuǎn)離殼體60的底部62的方向上層疊，通過電極20以及電極30以電方式并聯(lián)連接。圖8～圖10中的白色箭頭示出了各壓電體層的極化方向。另一方面，接收用區(qū)域40m具有第二單位壓電體層m1的單層構(gòu)造。

電極30的下表面部34具有擴(kuò)展到達(dá)發(fā)送用區(qū)域40n以及接收用區(qū)域40m的雙方的形狀。電極20的上表面部22將包含第一單位壓電體層n1～n4的發(fā)送用區(qū)域40n夾在中間而與電極30的下表面部34對置。電極10的圓盤部11將包含第二單位壓電體層m1的接收用區(qū)域40m夾在中間而與電極30的下表面部34對置。

即，壓電體層40中的位于電極20的上表面部22與電極30的下表面部34之間的區(qū)域、位于電極20的中間部23與電極30的上表面部32之間的區(qū)域、以及位于電極20的中間部23與電極30的下表面部34之間的區(qū)域作為發(fā)送用區(qū)域40n發(fā)揮功能。另一方面，壓電體層40中的、位于電極10的圓盤部11與電極30的下表面部34之間的區(qū)域作為接收用區(qū)域40m發(fā)揮功能。如圖8以及圖10所示，發(fā)送用區(qū)域40n和接收用區(qū)域40m形成于在殼體60的底部62的內(nèi)表面62s的表面方向(x-y面方向)上彼此相鄰的位置。具體地，在壓電體層40的中心部設(shè)置有接收用區(qū)域40m，并在作為接收用區(qū)域40m的徑向上的外側(cè)的周邊部設(shè)置有發(fā)送用區(qū)域40n，使得包圍接收用區(qū)域40m。

參照圖11，在制作壓電元件50時(shí)，在下模91與上模92之間配置樹脂片93、94。在樹脂片93、94之間配置由具有長方形狀的薄壁的壓電陶瓷構(gòu)成的4層壓電體層(陶瓷片)。對于構(gòu)成發(fā)送用區(qū)域40n的第一單位壓電體層n1～n4的部分，使電極20的中間部23、電極30的中間部33以及電極20的中間部24介于4層壓電體層之間，并對它們進(jìn)行層疊。對于構(gòu)成接收用區(qū)域40m的第二單位壓電體層m1的部分，不使電極介于4層壓電體層之間而對它們進(jìn)行層疊。經(jīng)過對它們從上下進(jìn)行壓附的壓附工序、脫脂工序以及燒成工序，從而制作壓電元件50。

圖12是示出在壓附工序中對壓電元件50進(jìn)行壓附時(shí)的樣子的剖視圖。燒成前的壓電體層柔軟，并具有可撓性。在對4層壓電體層進(jìn)行加壓時(shí)，在電極20(中間部23)、電極30(中間部33)以及電極20(中間部24)的附近，與這些內(nèi)部電極的厚度相應(yīng)地，以大于其它部分的荷重對壓電體層進(jìn)行加壓。燒成前的壓電體層柔軟，因此會移動，使得朝向不存在內(nèi)部電極的方向(箭頭ar所示的方向)被擠出。其結(jié)果是，在構(gòu)成接收用區(qū)域40m(參照圖8)的部分及其附近，有時(shí)會產(chǎn)生褶曲。在由于褶曲而在壓電體層40形成了凹陷95(圖12)的情況下，壓電元件50和殼體60變得難以適當(dāng)?shù)亟雍?，有可能?dǎo)致粘接不良、靈敏度的下降。

[實(shí)施方式]

以下，參照附圖對基于本發(fā)明的實(shí)施方式以及實(shí)施例進(jìn)行說明。在言及個數(shù)以及量等的情況下，除了有特別記載的情況以外，本發(fā)明的范圍未必一定要限定于該個數(shù)以及量等。對同一部件以及相應(yīng)部件標(biāo)注同一附圖標(biāo)記，有時(shí)不再進(jìn)行重復(fù)的說明。另外，在以下的實(shí)施方式的說明中，主要對實(shí)施方式與上述的參考技術(shù)的不同點(diǎn)進(jìn)行說明，有時(shí)不再進(jìn)行重復(fù)的說明。

[實(shí)施方式1]

圖13是示出實(shí)施方式1中的壓電元件50a的剖視圖。圖13與上述的參考技術(shù)中的圖8對應(yīng)。圖14是示出壓電元件50a中的形成有浮置電極71的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。該剖視圖與壓電元件50a的形成有浮置電極73、75、77的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)相同地繪制。因此，在圖14中將它們匯總為一個圖進(jìn)行記載。

圖15是示出壓電元件50a中的形成有浮置電極72的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。該剖視圖與壓電元件50a的形成有浮置電極74、76的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)相同地繪制。因此，在圖15中將它們匯總為一個圖進(jìn)行記載。圖13相當(dāng)于圖14以及圖15中的xiii-xiii線的位置處的剖視圖。

本實(shí)施例中的壓電元件50a與上述的參考技術(shù)中的壓電元件50同樣地組裝到殼體60(參照圖2)。具體地，本實(shí)施方式中的超聲波傳感器具備殼體60和壓電元件50a，殼體60具有底部62(圖2)，壓電元件50a與底部62的內(nèi)表面62s接合，且與底部62一起進(jìn)行彎曲振動。

(壓電元件50a)

如圖13～圖15所示，壓電元件50a具有壓電體層40、電極10～30以及浮置電極70(浮置電極71～77)。與上述的參考技術(shù)的情況同樣地，壓電體層40具有長方體狀的形狀。在圖13中，描繪了上表面41、側(cè)面43、45以及下表面46。

電極10(接收用電極)形成在壓電體層40的上表面41上。電極20(發(fā)送用電極)包含側(cè)壁部21、上表面部22以及多個中間部23。側(cè)壁部21與壓電體層40的側(cè)面43對置，并與側(cè)面43相接。上表面部22與側(cè)壁部21的箭頭z方向側(cè)的端部相連設(shè)置，并配置在壓電體層40的上表面41上。多個中間部23是電極20中的配置在壓電體層40的內(nèi)部的部位(內(nèi)部電極)，在壓電元件50a完成的狀態(tài)下，它們不可見。在多個中間部23之間，配置電極30的中間部33。

電極30(公共電極)包含側(cè)壁部31、上表面部32以及多個中間部33。側(cè)壁部31與壓電體層40的側(cè)面45對置，并與側(cè)面45相接。上表面部32與側(cè)壁部31的箭頭z方向側(cè)的端部相連設(shè)置，并配置在壓電體層40的上表面41上。多個中間部33是電極30中的配置在壓電體層40的內(nèi)部的部位(內(nèi)部電極)，在壓電元件50a完成的狀態(tài)下，它們不可見。在多個中間部33之間，配置電極20的中間部23。

(發(fā)送用區(qū)域以及接收用區(qū)域)

在壓電體層40的內(nèi)部形成有發(fā)送用區(qū)域40n、接收用區(qū)域40m以及分離區(qū)域40v。構(gòu)成發(fā)送用區(qū)域40n的一個或多個單位壓電體層和構(gòu)成接收用區(qū)域40m的一個或多個單位壓電體層構(gòu)成為層數(shù)彼此不同。在本實(shí)施方式中，發(fā)送用區(qū)域40n具有由第一單位壓電體層n1～n8構(gòu)成的8層構(gòu)造。另一方面，接收用區(qū)域40m具有第二單位壓電體層m1的單層構(gòu)造。

第一單位壓電體層n1～n8在遠(yuǎn)離殼體60(圖2)的底部62的方向上層疊。第一單位壓電體層n1～n8通過電極20(發(fā)送用電極)的上表面部22和中間部23以及電極30(公共電極)的上表面部32和中間部33以電方式并聯(lián)連接。

電極30的下表面部34具有擴(kuò)展到達(dá)隔著分離區(qū)域40v相鄰的發(fā)送用區(qū)域40n以及接收用區(qū)域40m的雙方的形狀。電極20的上表面部22將包含第一單位壓電體層n1～n8的發(fā)送用區(qū)域40n夾在中間而與電極30的下表面部34對置。電極10將包含第二單位壓電體層m1的接收用區(qū)域40m夾在中間而與電極30的下表面部34對置。

壓電體層40中的位于電極20的上表面部22與電極30的下表面部34之間的區(qū)域、位于電極20的中間部23與電極30的上表面部32之間的區(qū)域、以及位于電極20的中間部23與電極30的下表面部34之間的區(qū)域作為發(fā)送用區(qū)域40n發(fā)揮功能，位于電極10與電極30的下表面部34之間的區(qū)域作為接收用區(qū)域40m發(fā)揮功能。發(fā)送用區(qū)域40n和接收用區(qū)域40m形成于在殼體60的底部62的內(nèi)表面62s的表面方向(x-y面方向)上隔著分離區(qū)域40v(絕緣區(qū)域)彼此相鄰的位置。具體地，在壓電體層40的中心部設(shè)置有接收用區(qū)域40m。在圖13中圖示了多個發(fā)送用區(qū)域40n，它們相連，發(fā)送用區(qū)域40n設(shè)置在作為接收用區(qū)域40m的徑向上的外側(cè)的周邊部，使得包圍接收用區(qū)域40m。

(浮置電極70)

浮置電極70設(shè)置在發(fā)送用區(qū)域40n和接收用區(qū)域40m中的、構(gòu)成它們的單位壓電體層的層數(shù)少的一方之中。在本實(shí)施方式中，構(gòu)成發(fā)送用區(qū)域40n的第一單位壓電體層的層數(shù)是8層，構(gòu)成接收用區(qū)域40m的第二單位壓電體層的層數(shù)是一層，因此在第二單位壓電體層m1中設(shè)置有在壓電元件50的層疊方向上空開間隔排列的多個浮置電極70(浮置電極71～77)。

浮置電極70(也稱為虛設(shè)電極)與電極10～30中的任一個都不進(jìn)行電連接，周圍全都由壓電體層40包圍。多個浮置電極70能夠與電極20的中間部23、電極30的中間部33一起利用掩模處理等與它們在同一工序中通過印刷法等來形成。如圖14所示，浮置電極71、73、75、77分成4個部位，它們中的3個的剖面形狀出現(xiàn)在圖13中。如圖15所示，浮置電極72、74、76也分成4個部位，這4個剖面形狀出現(xiàn)在圖13中。

在本實(shí)施方式中，在電極20的上表面部22與電極30的下表面部34之間，換言之，在電極30的上表面部32與電極30的下表面部34之間，設(shè)置有共計(jì)7層的內(nèi)部電極(電極20的中間部23以及電極30的中間部33)。相對于此，在第二單位壓電體層m1中，設(shè)置有作為與內(nèi)部電極的層數(shù)相同的數(shù)目的共計(jì)7層的浮置電極71～77。各內(nèi)部電極(電極20的中間部23以及電極30的中間部33)與各浮置電極71～77設(shè)置在同一高度。

電極10(接收電極)、電極20的上表面部22、電極30的上表面部32、以及電極30的下表面部34通過使用了掩模的濺射、蒸鍍在與內(nèi)部電極(電極20的中間部23以及電極30的中間部23)不同的工序中形成。

(作用以及效果)

如開頭部分所述，在以往的超聲波傳感器中，示出了如下特性，即，壓電元件的層疊數(shù)越多，波發(fā)送時(shí)的聲壓越提高，但是波接收時(shí)的靈敏度越下降。這是因?yàn)椋谝酝膶盈B型的壓電元件中，壓電元件的供波發(fā)送用的部分和供波接收用的部分由同一構(gòu)件形成。

在本實(shí)施方式中，壓電元件50a的供波發(fā)送用的部分(發(fā)送用區(qū)域40n)和供波接收用的部分(接收用區(qū)域40m)分離地形成。雖然為了提高波發(fā)送時(shí)的聲壓而將壓電元件50a的供波發(fā)送用的部分(發(fā)送用區(qū)域40n)的層疊數(shù)設(shè)為8層構(gòu)造，但是供波接收用的部分(接收用區(qū)域40m)保持單層構(gòu)造的狀態(tài)。在本實(shí)施方式的超聲波傳感器中，與以往的結(jié)構(gòu)相比，可抑制波接收時(shí)的靈敏度下降。因此，可以說，本實(shí)施方式的超聲波傳感器具備能夠?qū)Πl(fā)送時(shí)的聲壓以及接收時(shí)的靈敏度這兩者分別獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整的構(gòu)造。

如以上參照圖12所述的那樣，多個燒成前的壓電體層(陶瓷片)柔軟，并具有可撓性。若假設(shè)不存在浮置電極71～77，則在對8層壓電體層進(jìn)行加壓時(shí)，在電極20(中間部23)、電極30(中間部33)以及電極20(中間部24)的附近，與這些內(nèi)部電極的厚度相應(yīng)地，以大于其它部分的荷重對壓電體層進(jìn)行加壓。

相對于此，在本實(shí)施方式中，浮置電極71～77發(fā)揮作用，使得減小由內(nèi)部電極的存在引起的厚度之差(荷重之差)。與上述的參考技術(shù)的情況相比，作用于壓電體層中的設(shè)置有內(nèi)部電極的部分的荷重與作用于壓電體層中的設(shè)置有浮置電極71～77的部分的荷重之差減小。因此，柔軟的壓電體層雖然欲在面內(nèi)方向上擴(kuò)散移動，但是其移動量與上述的參考技術(shù)的情況相比將減小。其結(jié)果是，可抑制在構(gòu)成接收用區(qū)域40m(參照圖8)的部分及其附近產(chǎn)生褶曲。壓電元件50a能夠與殼體60(圖2)的底部62的內(nèi)表面62s適當(dāng)?shù)亟雍希軌蚱诖辰有?、靈敏度的提高。

在本實(shí)施方式中，浮置電極70未設(shè)置在發(fā)送用區(qū)域40n中。換言之，浮置電極71～77不與電極20的上表面部22以及中間部23對置，也不與電極30的上表面部22以及中間部33對置?？梢种朴捎谠O(shè)置浮置電極71～77而造成的寄生電容的增加，也幾乎不會導(dǎo)致靈敏度下降。

在本實(shí)施方式中，浮置電極70的一部分設(shè)置為也到達(dá)分離區(qū)域40v中。浮置電極70可以僅設(shè)置在第二單位壓電體層m1中，但是從抑制褶曲的觀點(diǎn)出發(fā)，可以說也設(shè)置在分離區(qū)域40v中是更優(yōu)選的。另一方面，浮置電極70的存在還會導(dǎo)致壓電元件50a的剛性的提高、燒成后的壓電體層40的殘留應(yīng)力的增加。

在過度設(shè)置了浮置電極70的情況下，有時(shí)也會導(dǎo)致上述那樣的寄生電容的增加，或者壓電元件50a變得難以進(jìn)行彎曲振動，或者壓電常數(shù)下降。因此，鑒于褶曲的抑制、寄生電容的增加、壓電元件50a的剛性的增加、壓電元件50a的壓電常數(shù)的增加等，優(yōu)選在壓電體層40的內(nèi)部沒置適當(dāng)?shù)牟课灰约傲康母≈秒姌O70。從抑制剛性的增加(振動的限制)、壓電常數(shù)的下降這樣的觀點(diǎn)出發(fā)，像本實(shí)施方式這樣將浮置電極71～77在同一面內(nèi)分割成多處來進(jìn)行設(shè)置的情況也是能夠優(yōu)選地實(shí)施的。

在本實(shí)施方式中，多個浮置電極71～77設(shè)置在相對于通過壓電元件50a的層疊方向上的中心的面cs成為面對稱的位置。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在完成了燒成時(shí)，會在壓電體層40產(chǎn)生以面cs為中心而成為面對稱的收縮力(起因于熱收縮而產(chǎn)生的收縮力)，因此能夠抑制在燒成后的壓電元件50a產(chǎn)生翹曲。

[實(shí)施方式2]

圖16是示出實(shí)施方式2中的壓電元件50b的剖視圖。圖16與上述的參考技術(shù)中的圖8對應(yīng)。圖17是示出壓電元件50b中的、形成有電極20的中間部23的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。形成有電極20的中間部23的層均相同地繪制。因此，在圖17中將它們匯總為一個圖進(jìn)行記載。

圖18是示出壓電元件50b中的、形成有浮置電極72的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。該剖視圖與壓電元件50b的形成有浮置電極76的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)相同地繪制。因此，在圖18中將它們匯總為一個圖進(jìn)行記載。圖19是示出壓電元件50b中的、形成有浮置電極74的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖16相當(dāng)于圖17～圖19中的xvi-xvi線的位置處的剖視圖。

如上所述，在過度設(shè)置了浮置電極70的情況下，有時(shí)還會導(dǎo)致寄生電容的增加，或者壓電元件50b變得難以進(jìn)行彎曲振動，或者壓電常數(shù)下降。在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式1的情況相比減少了浮置電極70的數(shù)目。雖然在抑制褶曲的觀點(diǎn)上與實(shí)施方式1相比是不利的，但是在寄生電容的增加、壓電元件50b的彎曲振動的難以度、壓電常數(shù)的下降這樣的觀點(diǎn)上是有利的。通過將多個浮置電極72、74、76設(shè)置在相對于通過壓電元件50b的層疊方向上的中心的面cs成為面對稱的位置，從而還能夠抑制在燒成后的壓電元件50b產(chǎn)生翹曲。

[實(shí)施方式3]

圖20是示出實(shí)施方式3中的壓電元件50c的剖視圖。圖20與上述的參考技術(shù)中的圖8對應(yīng)。圖21是示出壓電元件50c中的、形成有電極20的中間部23的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。形成有電極20的中間部23的層均相同地繪制。因此，在圖21中將它們匯總為一個圖進(jìn)行記載。

圖22是示出壓電元件50c中的、形成有浮置電極76的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖23是示出壓電元件50c中的、形成有浮置電極74的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖24是示出壓電元件50c中的、形成有浮置電極72的層(高度位置)處的剖面結(jié)構(gòu)的圖。圖20相當(dāng)于圖21～圖24中的xx-xx線的位置處的剖視圖。

在本實(shí)施方式中，在壓電元件50c的層疊方向上位置距殼體60(圖2)的底部62最遠(yuǎn)的浮置電極76的兩端部p1位于其它浮置電極72、74的兩端部p2、p3的位置的內(nèi)側(cè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠使浮置電極76的兩端部p1與電極20的上表面部22之間的距離dr1比上述的實(shí)施方式2的情況長。對于浮置電極76的兩端部p1與電極30的上表面部32之間的距離也是同樣的。

如上所述，電極10(接收電極)、電極20的上表面部22、電極30的上表面部32、以及電極30的下表面部34可通過使用了掩模的濺射或蒸鍍在與內(nèi)部電極(電極20的中間部23以及電極30的中間部23)不同的工序中形成。浮置電極76的兩端部p1與電極20的上表面部22的相對位置有時(shí)會偏移。即使產(chǎn)生了位置偏移，由于將距離dr1確保得長，從而也基本不會出現(xiàn)電極20的上表面部22與浮置電極76對置的情況，因此能夠抑制寄生電容的增加(靈敏度的下降)。這對于浮置電極76的兩端部p1與電極30的上表面部32的相對位置也是同樣的。

此外，在本實(shí)施方式中，浮置電極72的一部分作為“對置部”發(fā)揮功能。浮置電極72位于壓電元件50c的中心(面cs的位置)與殼體60(圖2)的底部62之間，浮置電極72的一部分在壓電元件50c的層疊方向上與電極30的中間部33對置(參照箭頭dr2所示的部位)。雖然在浮置電極72與電極30的中間部33對置的情況下，會在它們之間產(chǎn)生寄生電容，但是只要是壓電元件50c的中心(面cs的位置)的底部側(cè)(電極30的下表面部34側(cè))，就基本不會成為大的問題。

在實(shí)施方式1、2的情況下，存在如下區(qū)域，即，在層間完全不存在電極的區(qū)域。另一方面，根據(jù)本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，在層間至少存在一層電極。換言之，在將浮置電極72、74、76以及電極30的中間部33在壓電元件50c的層疊方向上進(jìn)行投影的情況下，在該投影像中不存在未形成電極的部分(由于投影像彼此重疊，從而未形成電極的部分消失)。該結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，使得減小由內(nèi)部電極的存在引起的厚度之差(荷重之差)，因此能夠抑制褶曲的產(chǎn)生。另外，該結(jié)構(gòu)還能夠與上述的實(shí)施方式1、2組合而實(shí)施。在浮置電極72、74形成為與電極20的中間部23對置的情況下，也可得到同樣的效果。

[實(shí)驗(yàn)例]

參照圖25對關(guān)于上述的參考技術(shù)(比較例)以及實(shí)施方式1～3進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明。圖25中的實(shí)施例1～3分別對應(yīng)于上述的實(shí)施方式1～3。可知，在使壓附工序中的陶瓷片的數(shù)目(壓電體層的數(shù)目)增加的情況下，參考技術(shù)(比較例)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1～3的結(jié)構(gòu)相比產(chǎn)生大的褶曲。關(guān)于實(shí)施例1～3，可知能夠按實(shí)施例1、2、3的順序抑制褶曲。

[實(shí)施方式4]

圖26是示出實(shí)施方式4中的壓電元件50d的剖視圖。在壓電元件50d中，在壓電元件50d的層疊方向上位置距殼體60(圖2)的底部62最遠(yuǎn)的浮置電極77的兩端部，位于其它浮置電極71～76的兩端部的位置的內(nèi)側(cè)。

[實(shí)施方式5]

圖27是示出實(shí)施方式5中的壓電元件50e的剖視圖。在壓電元件50e中，在殼體60(圖2)的底部62的內(nèi)表面62s的表面方向上(在圖27的紙面左右方向上)，隔著分離區(qū)域40v彼此相鄰的發(fā)送用電極(電極20)的內(nèi)部電極(中間部23)與浮置電極71、73、75、77之間的間隔l1比隔著分離區(qū)域40v彼此相鄰的公共電極(電極30)的內(nèi)部電極(中間部33)與浮置電極72、74、76之間的間隔l2寬。

[實(shí)施方式6]

圖28是示出實(shí)施方式6中的壓電元件50f的剖視圖。雖然在上述的各實(shí)施方式中浮置電極70由多個部位構(gòu)成，但是浮置電極70也可以僅由一個部位構(gòu)成。

[實(shí)施方式7]

圖29是示出實(shí)施方式7中的壓電元件50g的剖視圖。雖然在上述的各實(shí)施方式中浮置電極70設(shè)置在第二單位壓電體層m1中，但是浮置電極70也可以僅設(shè)置在分離區(qū)域40v中。

[實(shí)施方式8]

圖30是示出實(shí)施方式8中的壓電元件50h的剖視圖。在壓電元件具有多個浮置電極的情況下，多個中的至少一個浮置電極優(yōu)選具有比發(fā)送用電極厚的厚度。在本實(shí)施方式的壓電元件50h中，浮置電極72h、74h具有比電極20(發(fā)送用電極)的中間部23、24厚的厚度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，壓電元件50h的供波發(fā)送用的部分(發(fā)送用區(qū)域40n)和供波接收用的部分(接收用區(qū)域40m)也分離地形成，因此可以說具備了能夠?qū)Πl(fā)送時(shí)的聲壓以及接收時(shí)的靈敏度這兩者分別獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整的構(gòu)造。

進(jìn)而，浮置電極72h、74h具有比電極20(發(fā)送用電極)的中間部23、24厚的厚度。該結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，使得進(jìn)一步降低在壓電元件的厚度方向上進(jìn)行觀察的情況下的內(nèi)部電極(包含浮置電極)的總和在面內(nèi)方向上產(chǎn)生偏差，因此能夠進(jìn)一步抑制褶曲的產(chǎn)生。

[其它實(shí)施方式]

在上述的各實(shí)施方式中，壓電元件由鋯鈦酸鉛類陶瓷構(gòu)成，但是并不限于此。例如，壓電元件也可以由鈮酸鉀鈉類、堿金屬鈮酸類陶瓷等非鉛類壓電陶瓷的壓電材料等構(gòu)成。在上述的各實(shí)施方式中，硅酮66、67由有機(jī)硅樹脂構(gòu)成，但是并不限于此。只要由樹脂構(gòu)成，例如，也可以由聚氨酯樹脂或有機(jī)硅發(fā)泡樹脂構(gòu)成。

以上，對基于本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但是上述的公開內(nèi)容在所有方面均為例示，而并非限制性的。本發(fā)明的技術(shù)范圍由權(quán)利要求書示出，意圖包含與權(quán)利要求書等同的含義以及范圍內(nèi)的全部變更。

附圖標(biāo)記說明

1：傳感器裝置，10：電極(接收用電極)，10c、20c、30c：連接部位，11：圓盤部，12：延伸部，20：電極(發(fā)送用電極)，21、31：側(cè)壁部，22、32：上表面部，23、24、33：中間部，30：電極(公共電極)，32f：后退部，34：下表面部，40、m1、n1、n4、n8：壓電體層，40m：接收用區(qū)域，40n：發(fā)送用區(qū)域，40v：分離區(qū)域，41：上表面，42、43、44、45：側(cè)面，46：下表面，50、50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h：壓電元件，60：殼體，61：筒狀部，62：底部，62s：內(nèi)表面，62t：外表面，63：吸音材料，64：粘接劑，65：接合劑，66、67：硅酮，70、71、72、73、74、75、76、77：浮置電極，80t：前端部，81、82、83：布線圖案，91：下模，92：上模，93、94：樹脂片，100：超聲波傳感器，101：微機(jī)，102：存儲器，103：檢測電路，104：信號生成電路，105：電源，106：接收放大器，cs：面，dr1：距離，l1、l2：間隔，p1、p2、p3：兩端部。