特許 7627110 圧電振動体および超音波トランスデューサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-28

(45)【発行日】2025-02-05

(54)【発明の名称】圧電振動体および超音波トランスデューサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20250129BHJP

【ＦＩ】

H04R17/00 330H

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2020199763

(22)【出願日】2020-12-01

(65)【公開番号】P2022087692

(43)【公開日】2022-06-13

【審査請求日】2023-07-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(72)【発明者】

【氏名】滝 辰哉

(72)【発明者】

【氏名】丸山 俊樹

【審査官】中村 天真

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５７－０５２２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５０３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２４７７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２２５７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１９９１９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０６Ｂ １／００－３／０４

Ｇ０１Ｓ ７／５２－７／６４

Ｈ０４Ｒ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する圧電体層と、前記第１の主面に設けられた第１の電極と、前記第２の主面に設けられ、前記第１の電極とは逆の極性である第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた領域として規定される活性領域が、前記圧電体層の厚さ方向から見て、前記圧電体層の厚さ方向に対して直交する第１の方向に沿って前記活性領域の幅が狭まる減幅部と前記活性領域の幅が広がる拡幅部とが並んだ狭窄部を含み、かつ、前記第１の方向に関して前記圧電体層を二分する仮想線に関して線対称であり、
前記活性領域が、分断された第１の領域と第２の領域とで構成されており、前記第１の領域が前記減幅部を有し、かつ、前記第２の領域が前記拡幅部を有する、圧電振動体。

【請求項2】

前記第２の電極が、前記圧電体層の側面を通って前記第１の主面まで引き延ばされた引き延ばし端部を有し、
前記圧電体層の厚さ方向から見て、前記第２の電極の前記引き延ばし端部が、前記活性領域の前記狭窄部と隣り合っている、請求項１に記載の圧電振動体。

【請求項3】

前記活性領域自体が正方形の外形を有する、請求項１または２に記載の圧電振動体。

【請求項4】

前記活性領域自体が真円形の外形を有する、請求項１または２に記載の圧電振動体。

【請求項5】

前記活性領域自体が長方形の外形を有し、該長方形の長辺方向が前記第１の方向に沿っている、請求項１または２に記載の圧電振動体。

【請求項6】

前記狭窄部の前記減幅部では前記活性領域の幅が漸減しており、前記拡幅部では前記活性領域の幅が漸増している、請求項１～５のいずれか一項に記載の圧電振動体。

【請求項7】

前記第２の電極が前記圧電体層の前記第２の主面の全域に亘って設けられており、
前記圧電体層の厚さ方向から見て、前記第１の電極の形状と前記活性領域の形状とが一致している、請求項１～６のいずれか一項に記載の圧電振動体。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の前記圧電振動体を備え、該圧電振動体が入力された電圧信号に応じて超音波を出力する、超音波トランスデューサ。

【請求項9】

前記圧電振動体が収容される有底筒状のケースをさらに備え、
前記圧電振動体の前記圧電体層の前記第２の主面が前記ケースの底面と対面している、請求項８に記載の超音波トランスデューサ。

【請求項10】

互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する圧電体層と、前記第１の主面に設けられた第１の電極と、前記第２の主面に設けられ、前記第１の電極とは逆の極性である第２の電極とを有し、
前記第１の電極と前記第２の電極とにより前記圧電体層が挟まれた領域として規定される活性領域が、前記圧電体層の厚さ方向から見て、前記圧電体層の厚さ方向に対して直交する第１の方向に沿って前記活性領域の幅が狭まる減幅部と前記活性領域の幅が広がる拡幅部とが並んだ狭窄部を含み、かつ、前記第１の方向に関して前記圧電体層を二分する仮想線に関して線対称であり、
前記活性領域の前記第１の方向に関する端部が、前記圧電体層の前記第１の方向に関する端部の縁に沿っている、圧電振動体。

【請求項11】

前記圧電体層の端部の縁に沿う前記第１の方向に関する端部において前記活性領域の幅が最大となる、請求項１０に記載の圧電振動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電振動体および超音波トランスデューサに関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、圧電振動子を用いた超音波トランスデューサが開示されている。このような超音波トランスデューサは、超音波を出力するとともに検知対象物において反射した超音波を受信する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－８２６５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

発明者らは、全方位において同様の指向角で超音波を出力するのではなく、方位によって指向角を調整することで、検知の指向性を獲得することができるとの知見を得た。そこで、指向角の調整について研究を重ね、検知の指向性を実現することができる技術を新たに見出した。

【0005】

本発明は、検知の指向性を有する圧電振動体および超音波トランスデューサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一形態に係る圧電振動体は、互いに対向する第１の主面および第２の主面を有する圧電体層と、第１の主面に設けられた第１の電極と、第２の主面に設けられ、第１の電極とは逆の極性である第２の電極とを有し、第１の電極と第２の電極とにより圧電体層が挟まれた領域として規定される活性領域が、圧電体層の厚さ方向から見て、圧電体層の厚さ方向に対して直交する第１の方向に沿って活性領域の幅が狭まる減幅部と活性領域の幅が広がる拡幅部とが並んだ狭窄部を含む。

【0007】

上記圧電振動体を超音波トランスデューサに適用した場合、活性領域が、第１の方向に沿って活性領域の幅が狭まる減幅部と活性領域の幅が広がる拡幅部とが並んだ狭窄部を含むため、第１の方向および圧電体層の厚さ方向に対して直交する方向における振動が制限される。そのため、上記圧電振動体によれば、第１の方向および圧電体層の厚さ方向に対して直交する方向の指向角が狭められ、検知の指向性を実現することができる。

【0008】

他の形態に係る圧電振動体は、活性領域が、分断された第１の領域と第２の領域とで構成されており、第１の領域が減幅部を有し、かつ、第２の領域が拡幅部を有する。

【0009】

他の形態に係る圧電振動体は、第２の電極が、圧電体層の側面を通って第１の主面まで引き延ばされた引き延ばし端部を有し、圧電体層の厚さ方向から見て、第２の電極の引き延ばし端部が、活性領域の狭窄部と隣り合っている。

【0010】

他の形態に係る圧電振動体は、活性領域が正方形の外形を有する。

【0011】

他の形態に係る圧電振動体は、活性領域が真円形の外形を有する。

【0012】

他の形態に係る圧電振動体は、活性領域が長方形の外形を有し、該長方形の長辺方向が第１の方向に沿っている。

【0013】

他の形態に係る圧電振動体は、狭窄部の減幅部では活性領域の幅が漸減しており、拡幅部では活性領域の幅が漸増している。

【0014】

他の形態に係る圧電振動体は、第２の電極が圧電体層の第２の主面の全域に亘って設けられており、圧電体層の厚さ方向から見て、第１の電極の形状と活性領域の形状とが一致している。

【0015】

本発明の一形態に係る超音波トランスデューサは、上記電振動体を備え、該圧電振動体が入力された電圧信号に応じて超音波を出力する。

【0016】

他の形態に係る超音波トランスデューサは、圧電振動体が収容される有底筒状のケースをさらに備え、圧電振動体の圧電体層の第２の主面がケースの底面と対面している。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、検知の指向性を有する圧電振動体および超音波トランスデューサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】一実施形態に係る超音波検知システムを示す概略構成図である。

【図2】図１の超音波トランスデューサを示す概略断面図である。

【図3】図２の圧電振動体を示す概略斜視図である。

【図4】図３の圧電振動体の圧電体層の活性領域を示した図である。

【図5】異なる態様の活性領域を示した図である。

【図6】異なる態様の活性領域を示した図である。

【図7】異なる態様の活性領域を示した図である。

【図8】図３とは異なる態様の圧電振動体を示した概略斜視図である。

【図9】図８の圧電振動体の圧電体層の活性領域を示した図である。

【図10】図３とは異なる態様の圧電振動体を示した概略斜視図である。

【図11】図１０の圧電振動体の圧電体層の活性領域を示した図である。

【図12】異なる態様の活性領域を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0020】

本実施形態では、超音波を用いて対象物の検知をおこなう超音波検知システムについて説明する。

【0021】

図１に示すように、超音波検知システム１は、所定の対象物１０に対して超音波を出力し、かつ、対象物１０において反射した超音波を受信するものである。超音波検知システム１は、受信した超音波から、対象物１０の存在を検知したり、対象物１０までの距離を検知したりすることができる。

【0022】

超音波検知システム１は、制御回路２０および超音波トランスデューサ３０を備えて構成されている。

【0023】

制御回路２０は、特定の周波数の信号を生成して、その信号を、信号線２５を介して超音波トランスデューサ３０に入力する回路である。また、制御回路２０は、超音波トランスデューサ３０が受信した超音波信号を、適宜増幅して、検出する回路である。制御回路２０はＬＣ回路を含むことができる。

【0024】

超音波トランスデューサ３０は、制御回路２０から入力された信号に応じて発振し、超音波信号を出力する。また、超音波トランスデューサ３０は、外部から超音波信号を受信すると、その信号を制御回路２０に送信する。

【0025】

図２に示すように、超音波トランスデューサ３０は、圧電振動体４０と、圧電振動体４０を保持するハウジング５０とを備えて構成されている。

【0026】

圧電振動体４０は、略正方形平板状の外形を有し、図２～４に示すように、圧電体層４１と第１の電極４２と第２の電極４３とを備えて構成されている。

【0027】

圧電体層４１は、略正方形平板状の外形を有し、互いに対向する上面４１ａ（第１の主面）および下面４１ｂ（第２の主面）を有する。圧電体層４１は、たとえばＰＺＴ等の圧電セラミックス材料で構成することができる。以下の説明では、説明の便宜上、圧電体層４１の厚さ方向をＺ方向とも称す。また、Ｚ方向に対して直交する２方向であって、互いに直交する方向をＸ方向およびＹ方向とも称す。本実施形態では、Ｘ方向は圧電体層４１の一辺に平行な方向であり、Ｙ方向はその辺（Ｘ方向に平行な辺）に対して直交する辺に平行な方向である。

【0028】

第１の電極４２は、圧電体層４１の上面４１ａに部分的に設けられており、信号線２５から延びる一方の配線（またはリード）２６が接続される。第１の電極４２は、Ｘ方向（第１の方向）に沿って延在している。第１の電極４２は、Ｘ方向において圧電体層４１を二分する仮想線Ｌに関して線対称である電極パターンを有する。具体的には、第１の電極４２の電極パターンは、いずれも台形状である第１のパターン４２ａおよび第２のパターン４２ｂを含んで構成されており、仮想線Ｌにおいて台形の上底同士が合わせられている。そのため、第１の電極４２の電極パターンは、Ｘ方向に関する両端において幅（すなわちＹ方向長さ）が最大となり、仮想線Ｌ上において幅が最小なっている。本実施形態では、第１の電極４２は、Ｙ方向において圧電体層４１を二分する仮想線（図示せず）に関して線対称である電極パターンを有する。

【0029】

第２の電極４３は、信号線２５から延びる他方の配線（またはリード）２７が接続され、第１の電極４２とは逆の極性となる。第２の電極４３は、圧電体層４１の下面４１ｂの全域に亘って設けられている。第２の電極４３は、圧電体層４１の側面４１ｃを通って上面４１ａまで引き延ばされた引き延ばし端部４３ａを有する。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａは、第１の電極４２と導通しないように、第１の電極４２とは離間して設けられている。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａが、Ｚ方向から見て、第１の電極４２と隣り合っている。実施形態では、第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａは、上面４１ａの一辺に沿うように設けられている。

【0030】

圧電振動体４０は、信号線２５から一対の配線２６、２７を介して電圧信号が入力されると、第１の電極と第２の電極とにより圧電体層が挟まれた活性領域Ｓが伸縮して、入力された信号に応じた振動を生じさせる。圧電振動体４０は、板厚方向に振動し、板厚方向に直交する方向にも振動し得る。

【0031】

図４に示すように、本実施形態に係る圧電振動体４０の活性領域Ｓは、圧電体層４１の厚さ方向から見て、第１の電極４２の電極パターンの領域と一致し、略正方形状の外形を有する。すなわち、活性領域Ｓは、仮想線Ｌに関して線対称であり、かつ、第１のパターン４２ａに対応する第１の領域Ｓ１および第２のパターン４２ｂに対応する第２の領域Ｓ２を含んで構成されている。また、活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はいずれも台形状であり、仮想線Ｌにおいて台形の上底同士が合わせられている。活性領域Ｓは、第１の電極４２の電極パターン同様、Ｘ方向に関する両端において幅が最大となり、仮想線Ｌ上において幅が最小なっている。

【0032】

活性領域Ｓは、狭窄部４４を有する。本実施形態に係る狭窄部４４は、第１の領域Ｓ１に相当する幅が次第に狭まる減幅部４５と、第２の領域Ｓ２に相当する幅が次第に広がる拡幅部４６とで構成されており、減幅部４５と拡幅部４６とはＸ方向において隣接している。本実施形態では、減幅部４５は幅が漸減しており、拡幅部４６は幅が漸増している。減幅部４５において幅が段階的に（すなわち階段状に）減る形態であってもよく、拡幅部４６において幅が段階的に（すなわち階段状に）増える形態であってもよい。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａは、Ｚ方向から見て、活性領域Ｓの狭窄部４４と隣り合うように設けてもよい。

【0033】

ハウジング５０は、カップ部５２と枠部５４と蓋部５６とを備えて構成されている。

【0034】

カップ部５２（ケース）は、有底筒状の形状を有する。カップ部５２は、圧電振動体４０に対して平行に延在する（すなわち、Ｚ方向に対して直交する）底蓋５３を含む。上述した圧電振動体４０は、カップ部５２内に収容されて、底蓋５３上に配置される。圧電振動体４０は、たとえば接着材によって、圧電体層４１の下面４１ｂが底蓋５３の底面と対面するようにして、底蓋５３に固定される。圧電体層４１の下面４１ｂの全面に亘って第２の電極４３が設けられている場合には、圧電体層４１の下面４１ｂにおける凹凸がないため、底蓋５３との高い接着性が実現され得る。カップ部５２は、樹脂で構成されており、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やＬＣＰで構成することができる。

【0035】

枠部５４は、カップ部５２の上端部に設けられており、環状の形状を有する。蓋部５６は、枠部５４の内側開口に設けられており、枠部５４と協働してカップ部５２の上部開口を塞いでいる。蓋部５６は、信号線２５の端部と結合されており、信号線２５の端部を保持することができるように設けられている。枠部５４はたとえばニトリルゴム（ＮＢＲ）で構成することができ、蓋部５６はたとえばウレタンで構成することができる。

【0036】

上述した超音波トランスデューサ３０においては、信号線２５を介して制御回路２０から信号が入力されると、圧電振動体４０が振動して、カップ部５２の底蓋５３側から超音波信号が出力される。また、超音波トランスデューサ３０は、外部の超音波信号を、カップ部５２の底蓋５３において受信すると、圧電振動体４０において電圧信号に変換されて信号線２５を介して制御回路２０に送られる。

【0037】

超音波トランスデューサ３０の圧電振動体４０は、活性領域Ｓが狭窄部４４を含んでいる。発明者らは、上述した狭窄部４４を活性領域Ｓが含む場合には、圧電振動体４０のＹ方向における振動が制限され、その結果、Ｙ方向における指向角が狭まることを新たに見出した。このとき、圧電振動体４０のＸ方向における指向角は、狭まることなく、そのままに維持される。すなわち、超音波トランスデューサ３０では、特定の方向における指向角を狭めつつ、その他の方向における指向角が維持されている。したがって、超音波トランスデューサ３０においては、検知の指向性が実現されている。たとえば、超音波トランスデューサ３０を自動車の前方対象物の検知に用いる場合、車幅方向（たとえば図１におけるＸ方向）における指向角は維持しつつ、鉛直方向（たとえば図１におけるＹ方向）における指向角を狭めて、車道上や空中にある障害物を必要以上に検知しないような調整が可能となる。

【0038】

上述した実施形態において、圧電振動体４０の活性領域Ｓの形状は、図５～７に示すように様々な形態が採用され得る。

【0039】

たとえば、図５（ａ）では、圧電振動体４０の活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１の輪郭線と第２の領域Ｓ２の輪郭線とがつながる箇所が曲線を構成し、角のない湾曲線となっている。図５（ｂ）では、圧電振動体４０の活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１の輪郭線および第２の領域Ｓ２の輪郭線が全体に亘って湾曲している。図５（ａ）、図５（ｂ）のように、活性領域Ｓの輪郭に角がない場合には、活性領域Ｓを形成する第１の電極４２および第２の電極４３を角が少ない形状に設計することができ、応力集中に起因して圧電体層４１にクラックが生じる事態を抑制することができる。図５（ｃ）では、活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はいずれも二等辺三角形状であり、仮想線Ｌにおいて二等辺三角形状の頂角同士が突き合わされている。この場合、活性領域Ｓは第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とに分断されており、対応する第１の電極４２の第１のパターン４２ａと第２のパターン４２ｂとが分断されており電気的に接続されていない。そのため、第１の電極４２の第１のパターン４２ａおよび第２のパターン４２ｂのそれぞれに配線２６を接続することができる。第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とは離間していてもよい。

【0040】

図６（ａ）では、活性領域Ｓは、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２に加えて、Ｘ方向に関して等幅である矩形状の第３の領域Ｓ３を含んで構成されている。活性領域Ｓの狭窄部４４は、第１の領域Ｓ１に相当する減幅部４５と、第２の領域Ｓ２に相当する拡幅部４６と、第３の領域Ｓ３に相当する等幅部４７とで構成されており、Ｘ方向に沿って減幅部４５、等幅部４７、拡幅部４６の順に隣接するように並んでいる。

【0041】

図６（ｂ）では、圧電振動体４０の活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１の輪郭線と第２の領域Ｓ２の輪郭線と第３の領域Ｓ３の輪郭線とが互いにがつながる箇所が曲線を構成し、角のない湾曲線となっている。この場合、図５（ａ）、図５（ｂ）の活性領域Ｓと同様に、第１の電極４２および第２の電極４３を角が少ない形状に設計することができ、応力集中に起因して圧電体層４１にクラックが生じる事態を抑制することができる。

【0042】

図７（ａ）では、活性領域Ｓは、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２に加えて、圧電体層４１のＸ方向における端部においてＹ方向に帯状に延びる第４の領域Ｓ４および第５の領域Ｓ５を含んで構成されている。第４の領域Ｓ４は圧電体層４１の第１の領域Ｓ１側の端部に位置し、第５の領域Ｓ５は圧電体層４１の第２の領域Ｓ２側の端部に位置している。

【0043】

図７（ｂ）では、活性領域Ｓは、二等辺三角形状を有する第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２に加えて、圧電体層４１のＸ方向における端部においてＹ方向に帯状に延びる第４の領域Ｓ４および第５の領域Ｓ５を含んで構成されている。

【0044】

図７（ｃ）では、活性領域Ｓは、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２並びに第４の領域Ｓ４および第５の領域Ｓ５に加えて、Ｘ方向に関して等幅である矩形状の第３の領域Ｓ３を含んで構成されている。

【0045】

図５～図７に示したいずれの活性領域Ｓも、第１の領域Ｓ１に相当する減幅部４５と第２の領域Ｓ２に相当する拡幅部４６とが、第３の領域Ｓ３に相当する等幅部４７を介してまたは介さずにＸ方向に沿って並んだ狭窄部４４を含む。したがって、上述した実施形態と同様、超音波トランスデューサ３０における検知の指向性を実現することができる。

【0046】

なお、圧電振動体４０の圧電体層４１は、正方形平板状に限らず、図８に示すような長方形平板状であってもよく、図１０に示すような真円平板状であってもよい。

【0047】

図８に示した圧電振動体４０Ａは、Ｘ方向に延びた長方形平板状の圧電体層４１を有する。圧電振動体４０Ａの第１の電極４２および第２の電極４３は、上述した圧電振動体４０の第１の電極４２および第２の電極４３と同一または同様であるため、説明は省略する。

【0048】

図９に示すように、圧電振動体４０Ａの活性領域Ｓは、圧電体層４１の厚さ方向から見て、第１の電極４２の電極パターンの領域と一致し、略長方形状の外形を有する。すなわち、活性領域Ｓは、仮想線Ｌに関して線対称であり、かつ、第１のパターン４２ａに対応する第１の領域Ｓ１および第２のパターン４２ｂに対応する第２の領域Ｓ２を含んで構成されている。また、活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はいずれも台形状であり、仮想線Ｌにおいて台形の上底同士が合わせられている。活性領域Ｓは、第１の電極４２の電極パターン同様、Ｘ方向に関する両端において幅が最大となり、仮想線Ｌ上において幅が最小なっている。

【0049】

活性領域Ｓは、上述した圧電振動体４０同様、狭窄部４４を有する。本実施形態に係る狭窄部４４は、第１の領域Ｓ１に相当する幅が次第に狭まる減幅部４５と、第２の領域Ｓ２に相当する幅が次第に広がる拡幅部４６とで構成されており、減幅部４５と拡幅部４６とはＸ方向において隣接している。

【0050】

したがって、圧電振動体４０Ａを備える超音波トランスデューサ３０でも、特定の方向における指向角を狭めつつ、その他の方向における指向角が維持されており、検知の指向性が実現されている。

【0051】

なお、減幅部４５での幅が漸減し、拡幅部４６での幅が漸増する態様であってもよく、減幅部４５での幅が段階的に（すなわち階段状に）減り、拡幅部４６での幅が段階的に（すなわち階段状に）増える形態であってもよい。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａは、Ｚ方向から見て、活性領域Ｓの狭窄部４４と隣り合うように設けてもよい。

【0052】

図１０に示した圧電振動体４０Ｂは、真円平板状の圧電体層４１と、圧電体層４１の上面４１ａに部分的に設けられた第１の電極４２と、圧電体層４１の下面４１ｂの全域に亘って設けられた第２の電極４３とを有する。

【0053】

第１の電極４２は、Ｘ方向において圧電体層４１を二分する仮想線Ｌに関して線対称である電極パターンを有する。第１の電極４２の電極パターンは、いずれも略台形状である第１のパターン４２ａおよび第２のパターン４２ｂを含んで構成されており、仮想線Ｌにおいて台形の上底同士が合わせられている。第１のパターン４２ａおよび第２のパターン４２ｂでは、台形の下底が圧電体層４１の縁に沿うように湾曲している。そのため、第１の電極４２の電極パターンは、Ｘ方向に関する両端近傍において幅（すなわちＹ方向長さ）が最大となり、仮想線Ｌ上において幅が最小なっている。本実施形態では、第１の電極４２は、Ｙ方向において圧電体層４１を二分する仮想線（図示せず）に関して線対称である電極パターンを有する。

【0054】

第２の電極４３は、圧電体層４１の下面４１ｂの全域に亘って設けられるとともに、圧電体層４１の側面４１ｃを通って上面４１ａまで引き延ばされた引き延ばし端部４３ａを有する。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａは、第１の電極４２と導通しないように、第１の電極４２とは離間して設けられている。第２の電極４３の引き延ばし端部４３ａが、Ｚ方向から見て、第１の電極４２と隣り合っている。

【0055】

図１１に示すように、圧電振動体４０Ｂの活性領域Ｓは、圧電体層４１の厚さ方向から見て、第１の電極４２の電極パターンの領域と一致し、略真円状の外形を有する。すなわち、活性領域Ｓは、仮想線Ｌに関して線対称であり、かつ、第１のパターン４２ａに対応する第１の領域Ｓ１および第２のパターン４２ｂに対応する第２の領域Ｓ２を含んで構成されている。また、活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はいずれも略台形状であり、仮想線Ｌにおいて台形の上底同士が合わせられている。第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はでは、台形の下底が圧電体層４１の縁に沿うように湾曲している。活性領域Ｓは、第１の電極４２の電極パターン同様、Ｘ方向に関する両端近傍において幅が最大となり、仮想線Ｌ上において幅が最小なっている。

【0056】

圧電振動体４０Ｂは、上述した圧電振動体４０、４０Ａ同様、活性領域Ｓが狭窄部４４を有する。狭窄部４４は、第１の領域Ｓ１の一部に相当する幅が次第に狭まる減幅部４５と、第２の領域Ｓ２の一部に相当する幅が次第に広がる拡幅部４６とを含んで構成されており、減幅部４５と拡幅部４６とはＸ方向において隣接している。

【0057】

したがって、圧電振動体４０Ｂを備える超音波トランスデューサ３０でも、特定の方向における指向角を狭めつつ、その他の方向における指向角が維持されており、検知の指向性が実現されている。

【0058】

圧電振動体４０Ｂの活性領域Ｓの形状は、図１２に示すように様々な形態が採用され得る。

【0059】

図１２（ａ）では、圧電振動体４０Ｂの活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１の輪郭線および第２の領域Ｓ２の輪郭線が全体に亘って湾曲している。この場合、図５（ａ）、図５（ｂ）の活性領域Ｓと同様に、第１の電極４２および第２の電極４３を角が少ない形状に設計することができ、応力集中に起因して圧電体層４１にクラックが生じる事態を抑制することができる。

【0060】

図１２（ｂ）では、活性領域Ｓの第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２はいずれも扇形状であり、仮想線Ｌにおいて扇形状の中心角同士が突き合わされている。この場合、活性領域Ｓは第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とに分断されており、対応する第１の電極４２の第１のパターン４２ａと第２のパターン４２ｂとが分断されており電気的に接続されていない。そのため、第１の電極４２の第１のパターン４２ａおよび第２のパターン４２ｂのそれぞれに配線２６を接続することができる。第１の領域Ｓ１と第２の領域Ｓ２とは離間していてもよい。

【0061】

図１２（ｄ）では、活性領域Ｓは、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２に加えて、Ｘ方向に関して等幅である矩形状の第３の領域Ｓ３を含んで構成されている。活性領域Ｓの狭窄部４４は、第１の領域Ｓ１の一部に相当する減幅部４５と、第２の領域Ｓ２の一部に相当する拡幅部４６と、第３の領域Ｓ３に相当する等幅部４７とで構成されており、Ｘ方向に沿って減幅部４５、等幅部４７、拡幅部４６の順に隣接するように並んでいる。

【0062】

図１２に示したいずれの活性領域Ｓも、第１の領域Ｓ１に相当する減幅部４５と第２の領域Ｓ２に相当する拡幅部４６とが、第３の領域Ｓ３に相当する等幅部４７を介してまたは介さずにＸ方向に沿って並んだ狭窄部４４を含む。したがって、上述した実施形態と同様、超音波トランスデューサ３０における検知の指向性を実現することができる。

【0063】

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。たとえば、所望の活性領域の形状を実現するために、第１の電極の形状が活性領域の形状と一致させる態様を示しているが、第１の電極および第２の電極のいずれか一方、または、第１の電極および第２の電極の両方を、活性領域の形状と一致させる態様であってもよい。さらに、第２の電極は、必ずしも引き延ばし端部を有する必要はなく、圧電体層の下面にのみ設けた態様であってもよい。

【符号の説明】

【0064】

１…超音波検知システム、１０…対象物、２０…制御回路、３０…超音波トランスデューサ、４０、４０Ａ、４０Ｂ…圧電振動体、４１…圧電体層、４２…第１の電極、４３…第２の電極、４４…狭窄部、４５…減幅部、４６…拡幅部、４７…等幅部、５０…ハウジング、５２…カップ部、５３…底蓋、Ｓ…活性領域、Ｓ１…第１の領域、Ｓ２…第２の領域、Ｓ３…第３の領域。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】