特開 2024-156554 超音波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024156554

(43)【公開日】2024-11-06

(54)【発明の名称】超音波センサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20241029BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20241029BHJP

   G01S 7/521 20060101ALN20241029BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330H

B81B3/00

G01S7/521 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023071125

(22)【出願日】2023-04-24

(71)【出願人】

【識別番号】000003551

【氏名又は名称】株式会社東海理化電機製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉満 翔平

【テーマコード（参考）】

3C081

5D019

5J083

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081BA22

3C081BA32

3C081BA33

3C081BA45

3C081BA48

3C081BA55

3C081DA03

3C081DA27

3C081DA30

3C081EA01

5D019AA21

5D019BB11

5D019BB25

5D019FF01

5J083AD04

5J083CB01

5J083CB07

(57)【要約】

【課題】受信感度を向上させることにより、より遠くの距離を検出することができる超音波センサを得る。
【解決手段】超音波センサ１０は、基板１２と、複数の圧電膜２４と、基板１２上に設けられ、かつ各々の圧電膜２４の下方に設けられる下部電極２２と、各々の圧電膜２４上に設けられ、当該圧電膜２４を介して下部電極２２と対向する上部電極２６と、を備えている。超音波センサ１０は、圧電膜２４上の上部電極２６と、当該圧電膜２４に隣接する圧電膜２４の下方に設けられた下部電極２２とが接続されることにより複数の圧電膜２４が直列に接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
複数の圧電膜と、
前記基板上に設けられ、かつ各々の前記圧電膜の下方に設けられる下部電極と、
各々の前記圧電膜上に設けられ、当該圧電膜を介して前記下部電極と対向する上部電極と、を備え、
前記圧電膜上の前記上部電極と、当該圧電膜に隣接する前記圧電膜の下方に設けられた前記下部電極とが接続されることにより前記複数の圧電膜が直列に接続される超音波センサ。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波センサを超音波受信用の受信センサとし、
該受信センサの前記複数の圧電膜とは別に１つの圧電膜を有する超音波発信用の発信センサを備える超音波センサ。

【請求項3】

前記受信センサの前記複数の圧電膜の周囲を囲むように前記発信センサの前記１つの圧電膜が配置される請求項２に記載の超音波センサ。

【請求項4】

前記発信センサの前記１つの圧電膜の周囲を囲むように前記受信センサの前記複数の圧電膜が配置される請求項２に記載の超音波センサ。

【請求項5】

絶縁膜が除去された領域が、前記複数の圧電膜の周囲にランドルト環形状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6】

前記複数の圧電膜は、各々面積が等しく形成されている請求項１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、超音波センサに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、圧電膜に交流電圧を印加することによりメンブレンを振動させて音波を発生させ、反射した音波を受信してメンブレンが振動することにより圧電膜によって電圧を発生させる超音波センサが開示されている。この超音波センサにおいては、複数設けられたリブのうちの１つのリブにおいて、上部電極、下部電極を介して１つの圧電膜で発生した電荷を取り出してパッドへ出力している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開２０１９／０９９０１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された超音波センサにおいては、圧電膜が１つなので電圧を増加させることは難しいため、受信感度を向上させることは難しいという問題がある。

【0005】

本発明は、上記事実を考慮して、受信感度を向上させることにより、より遠くの距離を検出することができる超音波センサを得ることが目的である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様の超音波センサは、基板と、複数の圧電膜と、前記基板上に設けられ、かつ各々の前記圧電膜の下方に設けられる下部電極と、各々の前記圧電膜上に設けられ、当該圧電膜を介して前記下部電極と対向する上部電極と、を備え、前記圧電膜上の前記上部電極と、当該圧電膜に隣接する前記圧電膜の下方に設けられた前記下部電極とが接続されることにより前記複数の圧電膜が直列に接続される。

【0007】

本発明の第１の態様の超音波センサによれば、圧電膜上の上部電極と、当該圧電膜に隣接する圧電膜の下方に設けられた下部電極とが接続されることにより複数の圧電膜が直列に接続されている。そのため、各圧電膜において発生した電圧が、直列に接続された各々の圧電膜の上部電極及び下部電極を介して出力されるので、圧電膜が１つの場合よりも超音波の受信時に発生する電圧を増加させることができる。このように超音波の受信時に発生する電圧が増加することにより受信感度を向上させることができるので、より遠くの距離を検出することができる。

【0008】

本発明の第２の態様の超音波センサは、上記第１の態様の超音波センサを超音波受信用の受信センサとし、該受信センサの前記複数の圧電膜とは別に１つの圧電膜を有する超音波発信用の発信センサを備える。

【0009】

複数の圧電膜を備えている超音波センサにおいては、複数の圧電膜に電圧を印加する際に、各圧電膜に印加される電圧は圧電膜の数に応じて低下してしまう。本発明の第２の態様の超音波センサによれば、受信センサの複数の圧電膜と別に１つの圧電膜を有する発信センサを備えているので、複数の圧電膜に電圧を印加する場合と比較して圧電膜に印加される電圧の低下を抑制することができる。このように、超音波の発信時に印加する電圧の低下を抑制できることにより、より遠くまで超音波を発信することができる。

【0010】

本発明の第３の態様の超音波センサは、上記第２の態様の超音波センサにおいて、前記受信センサの前記複数の圧電膜の周囲を囲むように前記発信センサの前記１つの圧電膜が配置される。

【0011】

本発明の第３の態様の超音波センサによれば、受信センサの複数の圧電膜の周囲を囲むように発信センサの１つの圧電膜が配置されるので、受信センサと発信センサとを並べて配置する場合と比較して、超音波センサを全体的にコンパクトにすることができる。

【0012】

本発明の第４の態様の超音波センサは、上記第２の態様の超音波センサにおいて、前記発信センサの前記１つの圧電膜の周囲を囲むように前記受信センサの前記複数の圧電膜が配置される。

【0013】

本発明の第４の態様の超音波センサによれば、発信センサの１つの圧電膜の周囲を囲むように受信センサの複数の圧電膜が配置されるので、受信センサと発信センサとを並べて配置する場合と比較して、超音波センサを全体的にコンパクトにすることができる。

【0014】

本発明の第５の態様の超音波センサは、上記１～４の態様の超音波センサにおいて、絶縁膜が除去された領域が、前記複数の圧電膜の周囲にランドルト環形状に設けられている。

【0015】

本発明の第６の態様の超音波センサは、上記１～５の態様の超音波センサにおいて、前記複数の圧電膜は、各々面積が等しく形成されている。

【0016】

本発明の第６の態様の超音波センサは、複数の圧電膜が、各々面積が等しく形成されているので、各圧電膜で均等に超音波を受信することができる。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように、本発明の超音波センサによれば、受信感度を向上させることにより、より遠くの距離を検出することができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る超音波センサの平面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面を模式的に示した断面模式図である。

【図3】図１のＢ１－Ｂ２線断面を模式的に示した断面模式図である。

【図4】図１のＣ－Ｃ線断面を模式的に示した断面模式図である。

【図5】圧電膜が１つの場合の回路図である。

【図6】圧電膜が４つの場合の回路図である。

【図7】圧電膜の分割数と読み取り電圧との関係を表すグラフある。

【図8】本発明の第２実施形態に係る超音波センサを模式的に示す平面図である。

【図9】ダイアフラムの変形を説明するための説明図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係る超音波センサを模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

図１～図７を用いて本発明の第１実施形態に係る超音波センサ１０について説明する。本実施形態の超音波センサ１０は、超音波からなる送信波と、送信波が対象物に反射して返ってくる反射波との時間間隔に基づいて音速から距離を測距するＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）の技術を利用したセンサである。本実施形態の超音波センサ１０は、一例として、シリコン等を加工して微細な素子を形成する微細加工技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を使用して形成される。なお、以下の図面においては、視認容易のため、各構成部品の層の層厚及びそれらの比率は、適宜変更して描いており、必ずしも実際の層厚及び比率を反映したものではない。

【0020】

図１は本発明の第１実施形態に係る超音波センサの平面図、図２は図１のＡ－Ａ線断面を模式的に示した断面模式図である。図１及び図２に示されるように、本実施形態の超音波センサ１０は、基板１２と、基板１２上に配設された複数の圧電膜部２０とを備えている。なお、本実施形態において、一例として超音波センサ１０は、４つの圧電膜部２０を備えており、図１の図中右上側の圧電膜部２０から順に時計回りに第１圧電膜部２０Ａ、第２圧電膜部２０Ｂ、第３圧電膜部２０Ｃ、第４圧電膜部２０Ｄとする。なお、以下、特に特定の圧電膜部を意図しない場合には、第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄをまとめて圧電膜部２０と称することがある。

【0021】

図２に示されるように、基板１２は、ダイアフラム１４と枠部１６とを備えている。ダイアフラム１４は、一例としてシリコン（Ｓｉ）基板を加工して薄膜の略円形状に形成されており、中央部にダイアフラム孔部１４Ａを有している。枠部１６は、中央に枠孔部１６Ａを有する略矩形状のシリコン基板で形成され、ダイアフラム１４の周囲を囲み、かつダイアフラム１４を支持している。ダイアフラム１４と枠部１６との間には、一例として二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜等の層で形成された酸化膜１８が配設されている。

【0022】

圧電膜部２０は、ダイアフラム１４上に、ダイアフラム１４の表面と密着して設けられた薄膜層状の下部電極２２と、下部電極２２上に、下部電極２２の表面と密着して設けられた薄膜層状の圧電膜２４と、圧電膜２４上に、圧電膜２４の表面と密着して設けられた薄膜層状の上部電極２６とを備えている。ここで、「下部」及び「上部」は鉛直方向における上下を意味するものではなく、圧電膜２４を挟んでダイアフラム１４側に配置される電極を下部電極２２、圧電膜２４に関してダイアフラム１４と反対の側に配置される電極を上部電極２６と称している。

【0023】

また、図２に示されるように、上部電極２６は、圧電膜２４を介して下部電極２２と対向している。本実施形態においては、図１及び図２に示されるように、一例として、下部電極２２、圧電膜２４、及び上部電極２６は、ドーナツ形状を等分に４分割にした略扇状に形成されている。また、下部電極２２、圧電膜２４、上部電極２６の順に、半径方向の寸法が大きく形成されている。なお、本実施形態においては、第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄの各々の圧電膜２４は、１つの圧電膜を等分に４分割して形成されている。

【0024】

図３は図１のＢ１－Ｂ２線断面を模式的に示した断面模式図、図４は図１のＣ１－Ｃ２線断面を模式的に示した断面模式図である。図１及び図３に示されるように、下部電極２２は、略扇状に形成されており、第１圧電膜部２０Ａ、第２圧電膜部２０Ｂ、及び第４圧電膜部２０Ｄの下部電極２２の円弧の一端には、外周に向かって矩形状に延在される第１第１延在部２２Ａが形成されている。また、第３圧電膜部２０Ｃの下部電極２２の円弧の第２圧電膜部２０Ｂ側の一端には、半径方向に円弧の縁を越えて延在する第２延在部２２Ｂが形成されている。

【0025】

図２～図４に示されるように、下部電極２２、圧電膜２４、及び上部電極２６は、積層された状態において、表面、すなわちダイアフラム１４と反対側の面を覆うようにして絶縁膜３０が成膜されている。図４に示されるように、隣接する圧電膜部２０の表面には、連続して絶縁膜３０が成膜されている。絶縁膜３０は、図２に示されるようにダイアフラム１４の中央部に設けられたダイアフラム孔部１４Ａを含む周囲を除いて成膜される。また、図１及び図３に示されるように、下部電極２２の第１延在部２２Ａの表面には、矩形状に絶縁膜３０が除去されて、下部電極２２が露出された露出部２２Ｃが形成されている。同様に、上部電極２６の外周部の一端側にも、矩形状に絶縁膜３０が除去されて、上部電極２６が露出された露出部２６Ａが形成されている。

【0026】

本実施形態においては、隣接する圧電膜部２０の上部電極２６と下部電極２２とが接続されることにより、第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄの圧電膜２４が直列に接続される。具体的には、図３に示されるように、第１圧電膜部２０Ａの露出部２６Ａから露出された上部電極２６と、第２圧電膜部２０Ｂの露出部２２Ｃから露出された下部電極２２とが配線４０により接続される。

【0027】

同様にして、第３圧電膜部２０Ｃの露出部２６Ａから露出された上部電極２６と、第４圧電膜部２０Ｄの露出部２２Ｃから露出された下部電極２２とが金属製の配線４０により接続される。また、第４圧電膜部２０Ｄの露出部２６Ａから露出された上部電極２６と、第１圧電膜部２０Ａの露出部２２Ｃから露出された下部電極２２とが配線４０により接続される。

【0028】

第２圧電膜部２０Ｂの露出部２６Ａから露出された上部電極２６には、配線４０の一端が接続されている。本実施形態においては、この配線４０の他端と、上述した第３圧電膜部２０Ｃの下部電極２２の第２延在部２２Ｂに接続された配線４０とから、ダイアフラム１４の変形（伸縮）に伴って圧電膜２４に発生する電圧（電荷）が外部に取り出されるようになっている。本実施形態においては、上記配線４０の他端は枠部１６に設けられたリブ１６Ｂを通ってパッド１９に接続される。また、第２延在部２２Ｂはリブ１６Ｂに沿って延在され、リブ１６Ｂを通ってパッド１９に接続される。パッド１９内に示される矩形領域Ｑは絶縁膜３０が除去された領域を示している。

【0029】

なお、本実施形態においては、圧電膜部２０の周囲にはランドルト環状に絶縁膜３０が除去された領域Ｒが設けられている。この領域Ｒの上記ランドルト環状の切れ目はリブ１６Ｂの位置に対応しており、第２圧電膜部２０Ｂの露出部２６Ａから露出された上部電極２６に接続される配線４０と、第３圧電膜部２０Ｃの下部電極２２の第２延在部２２Ｂとが配置されている。

【0030】

圧電膜２４は、圧電効果及び逆圧電効果を生じる材料により形成されている。すなわち、圧電膜２４は、電圧が印加された場合又は応力が加わった場合に変形（伸縮）可能にされている。圧電膜２４は、薄膜層状の下部電極２２を介してダイアフラム１４上に配置されることにより、ダイアフラム１４を振動させることが可能となっている。また、逆に圧電膜２４は、ダイアフラム１４が振動することにより応力が生じて電圧を発生可能にされている。本実施形態において、超音波センサ１０は、超音波を発信する際に、圧電膜２４に電圧を印加することにより圧電膜２４を変形させてダイアフラム１４を振動させる。また、超音波センサ１０は、超音波を受信する際に、音波によってダイアフラム１４が振動し、この振動によって圧電膜２４が変形して電圧が発生される。

【0031】

図５は圧電膜が１つの場合の回路図、図６は圧電膜が４つの場合の回路図である。図５に示されるように、１つの圧電膜を備える超音波センサの場合の圧電膜の静電容量をＣ、圧電膜から発生される電圧をＶとする。この場合、圧電膜で発生した電荷は寄生容量にチャージされてしまうため、電圧の読み取り値はＶよりも低下する。

【0032】

一方、本実施形態においては、図１に示されるように、第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄの４つの圧電膜部２０が上述したように直列に接続されている。本実施形態の第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄの各々の圧電膜２４は、１つの圧電膜を等分に４分割して形成されている。そのため、図６に示されるように、各々の圧電膜２４の静電容量は１／４Ｃとなり、圧電膜２４から発生される電圧はＶとなるので、本実施形態の超音波センサ１０においては４つの圧電膜２４から各々発生されるＶの電圧が加算されて４Ｖの電圧が発生される。ただし、この場合も上記図５の１つの圧電膜を有する場合と同様に、４つの圧電膜で発生した電荷は寄生容量にチャージされてしまうため、電圧の読み取り値は４Ｖよりも低下する。なお、電圧の読み取り値は、４Ｖよりも低下するがＶよりも大きい値となる。

【0033】

図７は圧電膜の分割数と読み取り電圧との関係を表すグラフある。図７の点線で示されるように、寄生容量が０の場合には、圧電膜の分割数が増えるほど、電圧の読み取り値は大きくなる。しかしながら、寄生容量が存在する場合には、図７の実線で示されるように、圧電膜のある一定の分割数までは、圧電膜の分割数が増えるほど電圧の読み取り値は大きくなるが、電圧の読み取り値は上記ある一定の分割数をピークとしてその後は圧電膜の分割数が増えるほど低下する。そのため、圧電膜の分割数、すなわち圧電膜部２０の数については、電圧の読み取り値がより大きくなる数とする。

【0034】

次に、第１実施形態の作用及び効果について説明する。

【0035】

本実施形態の超音波センサ１０によれば、圧電膜２４（例えば、第１圧電膜部２０Ａの圧電膜２４）上の上部電極２６と、当該圧電膜２４に隣接する圧電膜２４（第２圧電膜部２０Ｂの圧電膜２４）の下方に設けられた下部電極２２とが接続されることにより複数の圧電膜２４が直列に接続されている。そのため、各圧電膜２４において発生した電圧が、直列に接続された各々の圧電膜２４の上部電極２６及び下部電極２２を介して出力されるので、圧電膜２４が１つの場合よりも超音波の受信時に発生する電圧を増加させることができる。このように本実施形態の超音波センサ１００では、超音波の受信時に発生する電圧が増加することにより受信感度を向上させることができるので、より遠くの距離を検出することができる。

【0036】

また、本実施形態の超音波センサ１０によれば、複数の圧電膜２４は１つの圧電膜を等分に分割して形成されているため、複数の圧電膜２４は各々面積が等しく形成されるので、各圧電膜２４で均等に超音波を受信することができる。

【0037】

次に本発明の第２実施形態に係る超音波センサ１００について説明する。図８は本実施形態に係る超音波センサ１００を模式的に示す平面図である。なお、図８は、図１に示される上記実施形態の超音波センサ１０を示す平面図よりも簡易化した模式図である。図８に示されるように、第２実施形態に係る超音波センサ１００は、上述した第１実施形態の超音波センサ１０を超音波受信用の受信センサ１０Ａとし、受信センサ１０Ａの第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄとは別に１つの圧電膜５０を有する超音波発信用の発信センサ１０Ｂを備える。すなわち、本実施形態の超音波センサ１００は、超音波を受信する際に使用する複数の圧電膜２４と、超音波を送信する際に使用する圧電膜５０とを別体としている。

【0038】

図８に示されるように、本実施形態の超音波センサ１００は、受信センサ１０Ａ（上記実施形態の超音波センサ１０）の４つの圧電膜２４の周囲を囲むように発信センサ１０Ｂの圧電膜５０が配置されている。なお、図８において符号Ｅ１は、下部電極２２に接続された配線を、符号Ｅ２は上部電極２６に接続された配線をそれぞれ簡易的に示している。

【0039】

発信センサ１０Ｂは、ダイアフラム１４を変形（伸縮）させるためのアクチュエータとして機能するセンサであり、１つの圧電膜部２０Ｅを備えている。圧電膜部２０Ｅは、図８に点線の円形で示されるダイアフラム１４の変曲点よりも外側において、受信センサ１０Ａ（上記実施形態の超音波センサ１０）の４つの圧電膜２４の周囲を囲むように圧電膜５０が配置されている。本実施形態においては、一例として、圧電膜５０は、絶縁膜３０が除去された領域Ｒ(図１参照）に配置されている。

【0040】

発信センサ１０Ｂの圧電膜部２０Ｅは、受信センサ１０Ａと同様に、圧電膜５０と、下部電極（図示省略）と、上部電極（図示省略）とを備えている。下部電極は、ダイアフラム１４上に、ダイアフラム１４の表面と密着して設けられている。圧電膜５０は、下部電極上に、下部電極の表面と密着して設けられている。上部電極は、圧電膜５０上に、圧電膜５０の表面と密着して設けられている。また、上部電極は、圧電膜５０を介して下部電極と対向している。

【0041】

本実施形態においては、一例として、下部電極、圧電膜５０、及び上部電極は、絶縁膜３０が除去された領域Ｒと略同径上の略ランドルト環形状に形成されており、ランドルト環状の切れ目よりも第２圧電膜部２０Ｂ側には、切れ目と略同方向すなわち図８の紙面上下方向に延在された延在部５２を有している。なお、本実施形態においては、一例として、延在部５２は、上部電極、圧電膜５０、下部電極の順に外方側に長く形成されている。

【0042】

下部電極、圧電膜５０、及び上部電極は、積層された状態において、表面、すなわちダイアフラム１４と反対側の面を覆うようにして絶縁膜３０が成膜されている。なお、図８において絶縁膜３０は図示が省略されている。下部電極及び上部電極の延在部５２の表面には、矩形状に絶縁膜３０が除去されることにより、各々下部電極及び上部電極を露出させる露出部（図示省略）が形成されている。

【0043】

発信センサ１０Ｂは、この露出部から露出された上部電極と下部電極とに配線（図示省略）を介して電圧を印加することにより、ダイアフラム１４を変形（伸縮）させて音波を発生させる。

【0044】

次に、第２実施形態の作用及び効果について説明する。

【0045】

上記第１実施形態の超音波センサ１０では、４つの圧電膜２４に電圧を印加する際に、各圧電膜２４に印加される電圧は圧電膜２４の数に応じて低下してしまう。本実施形態の超音波センサ１００によれば、受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４と別に１つの圧電膜５０を有する発信センサ１０Ｂを備えているので、４つの圧電膜２４に電圧を印加する場合と比較して圧電膜５０に印加される電圧の低下を抑制することができる。このように、超音波の発信時に印加する電圧の低下を抑制できることにより、より遠くまで超音波を発信することができる。

【0046】

また、本実施形態においては、圧電膜部２０Ｅの圧電膜５０は、図８に点線の円形で示されるダイアフラム１４の変曲点よりも外側に配置されている。図９はダイアフラム１４の変形を説明するための説明図である。図９に示されるように、変曲点Ｋよりも内側に位置する受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４に対して一例としてマイナスの電圧を印加すると、各圧電膜２４は縮む方向に変形する。この４つの圧電膜２４の変形により、ダイアフラム１４は、変曲点Ｋよりも内側において下方向（圧電膜２４が配置される側とは反対側）に凸形状となるように変形される。

【0047】

また、変曲点Ｋよりも外側に位置する発信センサ１０Ｂの圧電膜５０に対して、一例としてプラスの電圧を印加すると、圧電膜５０は伸びる方向に変形する。この圧電膜５０の変形により、ダイアフラム１４は、変曲点Ｋよりも外側において上方向（圧電膜５０が配置される側）に凸形状となるように変形される。

【0048】

本実施形態においては、受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４と、発信センサ１０Ｂの圧電膜５０とが、変曲点Ｋを挟んで対向して配置されている。言い換えれば、受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４と、発信センサ１０Ｂの圧電膜５０とが、変曲点Ｋを跨いで配置されていない。受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４と、発信センサ１０Ｂの圧電膜５０とが、変曲点Ｋを跨いで配置される場合には、発生した電荷が打ち消し合ってしまい、ダイアフラム１４の変形量が低下してしまう。本実施形態においては、受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４と、発信センサ１０Ｂの圧電膜５０とが、変曲点Ｋを跨いで配置されていないので、発生した電荷が打ち消し合ってしまうのを防止することができ、ダイアフラム１４の変形量が低下を抑制することができる。

【0049】

また、本実施形態の超音波センサ１００によれば、受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４の周囲を囲むように発信センサ１０Ｂの１つの圧電膜５０が配置されるので、受信センサ１０Ａと発信センサ１０Ｂとを並べて配置する場合と比較して、超音波センサ１００を全体的にコンパクトにすることができる。

【0050】

次に本発明の第３実施形態に係る超音波センサ２００について説明する。図１０は本実施形態に係る超音波センサ２００を模式的に示す平面図である。なお、図１０は、図１に示される上記実施形態の超音波センサ１０を示す平面図よりも簡易化した模式図である。第３実施形態に係る超音波センサ２００は、上記第１実施形態の超音波センサ１０を変形させて超音波受信用の受信センサ１０Ｃとし、受信センサ１０Ｃの第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄとは別に１つの圧電膜６０を有する超音波発信用の発信センサ１０Ｄを備える。すなわち、本実施形態の超音波センサ２００は、超音波を受信する際に使用する圧電膜２４と、超音波を送信する際に使用する圧電膜６０とを別体としている。

【0051】

上述した第２実施形態の超音波センサ１００が受信センサ１０Ａの４つの圧電膜２４の周囲を囲むように発信センサ１０Ｂの圧電膜５０が配置されているのに対して、図１０に示されるように、第３実施形態に係る超音波センサ２００は、発信センサ１０Ｄの圧電膜６０の周囲を囲むように受信センサ１０Ｃの４つの圧電膜２４が配置されている。

【0052】

ここで受信センサ１０Ｃについて説明する。受信センサ１０Ｃは、上記第１実施形態の超音波センサ１０とは、圧電膜部２０の形状が異なっている。図１０に示されるように、受信センサ１０Ｃの圧電膜部２０すなわち第１～第４圧電膜部２０Ａ～２０Ｄは、上記第１実施形態よりも絶縁膜３０が除去された領域Ｒ（図１参照）の半径方向の外側に位置されている。また、図１０中、符号ＣＴで示す箇所は簡易的に図示してあるが、このＣＴで示す箇所において隣接する圧電膜２４が接続されている。

【0053】

また、受信センサ１０Ｃは、圧電膜部２０は上記半径方向の中央部に円形状の間隙Ｈを有する形状にされている。本実施形態においてはこの円形状の間隙Ｈに圧電膜６０を有する発信センサ１０Ｄの圧電膜部２０Ｆが配置される。

【0054】

発信センサ１０Ｄは、ダイアフラム１４を変形（伸縮）させるためのアクチュエータとして機能するセンサであり、１つの圧電膜部２０Ｆを備えている。圧電膜部２０Ｆは、図１０に点線の円形で示されるダイアフラム１４の変曲点よりも内側において、受信センサ１０Ａ（上記第１実施形態の超音波センサ１０）の４つの圧電膜２４に周囲を囲まれるように圧電膜６０が配置されている。本実施形態においては、一例として、４つの圧電膜２４は、絶縁膜３０が除去された領域Ｒに配置されている。

【0055】

圧電膜部２０Ｆは、第２実施形態の発信センサ１０Ｂと同様に、圧電膜６０と、下部電極（図示省略）と、上部電極（図示省略）とを備えている。下部電極は、ダイアフラム１４上に、ダイアフラム１４の表面と密着して設けられている。圧電膜６０は、下部電極上に、下部電極の表面と密着して設けられている。上部電極は、圧電膜６０上に、圧電膜６０の表面と密着して設けられている。また、上部電極は、圧電膜６０を介して下部電極と対向している。

【0056】

本実施形態においては、一例として、下部電極、圧電膜６０、及び上部電極は、円形状に形成されており、絶縁膜３０が除去された領域Ｒのランドルト環状の切れ目に沿って延在された延在部６２を有している。なお、本実施形態において、延在部６２は、一例として、上部電極、圧電膜６０、下部電極の順に外方側が長く形成されている。

【0057】

上部電極、圧電膜６０、及び上部電極は、積層された状態において、表面、すなわちダイアフラム１４と反対側の面を覆うようにして絶縁膜３０が成膜されている。なお、図１０において絶縁膜３０は図示が省略されている。下部電極及び上部電極の表面の延在部６２の表面には、矩形状に絶縁膜３０が除去されることにより、各々下部電極及び上部電極を露出させる露出部（図示省略）が形成されている。

【0058】

発信センサ１０Ｄは、この露出部から露出された上部電極と下部電極とに配線（図示省略）を介して電圧を印加することにより、ダイアフラム１４を変形（伸縮）させて音波を発生させる。

【0059】

次に、第３実施形態の作用及び効果について説明する。

【0060】

本実施形態の超音波センサ２００では、上記第２実施形態の超音波センサ１００と同様に、受信センサ１０Ｃの４つの圧電膜２４と別に１つの圧電膜６０を有する発信センサ１０Ｄを備えているので、４つの圧電膜２４に電圧を印加する場合と比較して圧電膜６０に印加される電圧の低下を抑制することができる。このように、超音波の発信時に印加する電圧の低下を抑制できることにより、より遠くまで超音波を発信することができる。

【0061】

また、本実施形態においては、圧電膜部２０Ｆの圧電膜６０は、図１０に点線の円形で示されるダイアフラム１４の変曲点よりも内側に配置されており、受信センサ１０Ｃの４つの圧電膜２４はダイアフラム１４の変曲点よりも外側に配置されている。そのため、上記第２実施形態と同様に、発生した電荷が打ち消し合ってしまうのを防止することができるので、ダイアフラム１４の変形量が低下を抑制することができる。

【0062】

また、本実施形態の超音波センサ２００によれば、受信センサ１０Ｃの４つの圧電膜２４が発信センサ１０Ｄの１つの圧電膜６０の周囲を囲むように配置されるので、受信センサ１０Ｃと発信センサ１０Ｄとを並べて配置する場合と比較して、超音波センサ２００を全体的にコンパクトにすることができる。

【0063】

［実施形態の補足説明］
上述した実施形態においては、リブ１６Ｂを１つとしたが本発明はこれに限られず、複数設けてもよい。

【0064】

また、上述した実施形態においては、超音波センサ１０、及び受信センサ１０Ａ、１０Ｃの圧電膜２４を４つ、すなわち分割数を４つとしたが、本発明はこれに限られない。分割数は、２つ、３つ、及び５つ等、何れの数であってもよい。上述したように図７で示されるように寄生容量の有無等によって適宜変更してもよい。

【0065】

また、上述した実施形態においては、超音波センサ１０、及び受信センサ１０Ａ、１０Ｃの複数の圧電膜２４は、１つの圧電膜を分割して形成されているが、本発明はこれに限られない。複数の圧電膜２４は、分割により形成されていなくてもよい。

【0066】

また、上述した実施形態においては、超音波センサ１０、及び受信センサ１０Ａ、１０Ｃの複数の圧電膜２４は、１つの圧電膜を等分割して形成されているが、本発明はこれに限られず、等分割して形成されていなくてもよい。すなわち、複数の圧電膜２４は、異なる面積を有していてもよい。

【0067】

また、上述した第１実施形態においては、絶縁膜３０が除去された領域Ｒを設けているが、絶縁膜３０が除去された領域Ｒは設けなくてもよい。すなわち絶縁膜３０は除去しなくてもよい。

【0068】

以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

【符号の説明】

【0069】

１０，１００，２００・・・超音波センサ、１０Ａ,１０Ｃ・・・受信センサ、
１０Ｂ，１０Ｄ・・・発信センサ、１２・・・基板、１４・・・ダイアフラム（基板）、
２４，５０，６０・・・圧電膜、２２・・・下部電極、２６・・・上部電極、
３０・・・絶縁膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】