超音波センサ及びその製造方法
【課題】温度による超音波センサの性能偏差を減少させると共に、簡単に製作できる超音波センサ及びその製造方法を提供する
【解決手段】超音波センサ１０は、温度補償のためのキャパシタが一体化された超音波センサ１０であり、圧電振動素子３０と、上記圧電振動素子３０に一体形成されるキャパシタ４０と、を含む。
【解決手段】超音波センサ１０は、温度補償のためのキャパシタが一体化された超音波センサ１０であり、圧電振動素子３０と、上記圧電振動素子３０に一体形成されるキャパシタ４０と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ及びその製造方法に関するもので、より詳細には、温度補償のためのキャパシタが一体化された超音波センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、周辺物体に超音波を送出し、周辺物体から反射された超音波によって周辺物体までの距離を感知することができる。
【０００３】
このような超音波センサは、自動車等の装置に装着されて、装置と周辺事物とが衝突することを感知したり、または、周辺事物との衝突が発生しないように未然に防止する手段として用いられている。
【０００４】
一般的に、超音波センサは、超音波を発生させる手段として圧電素子を具備する。しかしながら、このような圧電素子は、温度によって静電容量が非常に大きく異なるため、温度による感知偏差も大きい。
【０００５】
このような理由から、超音波センサは、圧電素子の温度偏差を補償するための温度補償素子を具備する。
【０００６】
しかしながら、超音波センサに温度補償素子を装着するためには、別途の回路基板及び連結部材をさらに必要とすることから、超音波センサの製造単価が上昇し、製作工程が増える問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、温度による超音波センサの性能偏差を減少させると共に、簡単に製作できる超音波センサ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一実施例による超音波センサは、圧電振動素子と、上記圧電振動素子に一体形成されるキャパシタと、を含むことができる。
【０００９】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記圧電振動素子は、分極されたセラミック部材を含むことができる。
【００１０】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記キャパシタは、未分極されたセラミック部材を含むことができる。
【００１１】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記圧電振動素子及び上記キャパシタを連結する電極パターンをさらに含むことができる。
【００１２】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記圧電振動素子及び上記キャパシタは、セラミック積層構造物で形成されることができる。
【００１３】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記セラミック積層構造物は、第１面に第１電極パターンが形成され、上記圧電振動素子を構成する第１セラミック部材と、上記第１セラミック部材上に形成され、第２電極パターンを有し、上記キャパシタを構成する第２セラミック部材と、を含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第１セラミック部材の第１側面及び上記第２セラミック部材の第１側面に形成され、上記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、上記第１セラミック部材の第２側面及び上記第２セラミック部材の第２側面に形成され、上記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと、をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例による超音波センサは、伝導性材質のケースをさらに含み、上記ケースは、上記第４電極パターンと電気的に連結されることができる。
【００１６】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、上記ケースと電気的に連結される第１連結端子と、をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第１セラミック部材の第１側面及び上記第２セラミック部材の第１側面に形成され、上記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、上記第１セラミック部材の第２側面、第２面及び上記第２セラミック部材の第２側面に形成され、上記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと、をさらに含むことができる。
【００１８】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、上記第４電極パターンと電気的に連結される第１連結端子と、をさらに含むことができる。
【００１９】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記セラミック積層構造物は、第１面に第１側面に延長される第１−１電極パターンが形成された二つ以上の第１−１セラミック部材と、第１面に第２側面に延長される第１−２電極パターンが形成され、上記第１−１セラミック部材間に配置される第１−２セラミック部材と、上記第１−１セラミック部材の第１面に形成され、第１面に第２電極パターンが形成される第２セラミック部材と、を含み、上記第１−１及び第１−２セラミック部材は、上記圧電振動素子を構成し、上記第２セラミック部材は、上記キャパシタを構成することができる。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、分極された第１セラミック部材を用意する第１段階と、上記第１セラミック部材の第１面に未分極された第２セラミック部材を形成する第２段階と、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する第３段階と、を含むことができる。
【００２１】
本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材に電極パターンを形成する第４段階をさらに含むことができる。
【００２２】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記第１段階は、上記第１セラミック部材に高電圧を加える工程を含むことができる。
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の他の実施例による超音波センサの製造方法は、第１面及び第２面に電極パターンが形成された第１セラミック部材を用意する段階と、第１面に電極パターンが形成された第２セラミック部材を用意する段階と、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を積層し、積層された上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する段階と、上記第１セラミック部材の電極パターンに高電圧を加えて上記第１セラミック部材に分極を形成する段階と、を含むことができる。
【００２４】
本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、上記第１セラミック部材の電極パターン及び上記第２セラミック部材の電極パターンを連結する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、超音波を発生させる圧電素子及び温度補償素子が一体形成されるため、超音波センサを小型化するのみならず、超音波センサの製造工程を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例による超音波センサの断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による超音波センサの断面図である。
【図３】本発明の第３実施例による超音波センサの断面図である。
【図４】本発明の第４実施例による超音波センサの断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【図６】本発明の第２実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
一般的に、超音波センサは、周辺温度に対する測定偏差を最小限にするため、超音波発振用圧電振動素子と共に温度補償素子（例えば、温度補償用キャパシタ）をさらに具備することができる。
【００２８】
しかしながら、従来の超音波センサは、圧電振動素子及び温度補償素子がそれぞれ分離された構造であるため、超音波センサの構造が複雑で、その製造方法が難しかった。
【００２９】
例えば、従来の超音波センサは、温度補償素子のために別途の回路基板をさらに具備しなければならない不便さ、温度補償素子及び回路基板、回路基板及び圧電振動素子を個別的に連結しなければならない不便さがあった。
【００３０】
本発明は、そのような点を改善するためのもので、セラミック部材の特性を用いて圧電振動素子及び温度補償素子が一体形成された超音波センサを提供することができる。
【００３１】
特に、本発明は、圧電振動素子及び温度補償素子が一つの部品形態として一体化されているため、それら素子の電気的連結が容易であるのみならず、小型化が可能である。
【００３２】
従って、本発明によると、超音波センサの小型化及び製造工程の単純化を図ることができる。
【００３３】
以下では、本発明の好ましい実施例を添付の例示図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
以下で本発明を説明するにあたり、本発明の構成要素を称する用語はそれぞれの構成要素の機能を考慮し命名されたものであるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならない。
【００３５】
図１は本発明の第１実施例による超音波センサの断面図であり、図２は本発明の第２実施例による超音波センサの断面図であり、図３は本発明の第３実施例による超音波センサの断面図であり、図４は本発明の第４実施例による超音波センサの断面図であり、図５は本発明の第１実施例による超音波センサの製造方法を示す図面であり、図６は本発明の第２実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【００３６】
図１を参照して本発明の第１実施例による超音波センサについて説明する。
【００３７】
本発明の第１実施例による超音波センサ１０は、ケース２０と、圧電振動素子３０と、温度補償用キャパシタ４０（以下では、簡単にキャパシタとする）と、を含むことができ、連結端子７０、７２と、密封部材８０と、を付加的にさらに含むことができる。
【００３８】
ケース２０は、内部に収容空間を有する形状（例えば、円柱）で形成されることができ、金属材質で製作されることができる。しかしながら、多角形状の断面（例えば、四角形）を有する角柱状であることができ、金属材質の他に整形が容易な他の材質で製作されることができる。さらに、ケース２０は、超音波センサ１０が自動車部品（例えば、後尾灯、バンパー等）に一体形成される場合には省略することもできる。
【００３９】
また、本実施例において、ケース２０は、第１連結端子７０及び圧電振動素子３０の電気的連結が容易であるように、伝導性を有する金属材質で製作されたり、内面に金属パターンを有することができる。後者の場合、金属パターンは、ケース２０に後工程によって形成されたり（例えば、接着工程）、または、ケース２０の整形工程において一体形成されることができる（例えば、インサート射出）。
【００４０】
圧電振動素子３０は、ケース２０に形成されることができる。さらに説明すると、ケース２０における外部へ超音波を容易に伝達できる部分（本実施例においては、ケース２０の床）に形成されることができる。
【００４１】
圧電振動素子３０は、内部の電気信号によって超音波を外部へ送出することができる。例えば、４０ｋＨｚ以上の周波数を送出することができる。それと共に、隣接した物体と衝突して反射された超音波を受信し、それを電気的信号に変換して内部回路に送出することができる。また、第１連結端子７０及び第２連結端子７２を媒介に内部回路と連結されることができる。
【００４２】
キャパシタ４０は、圧電振動素子３０に形成されることができる。さらに説明すると、圧電振動素子３０と電気的に連結されることができる。このように形成されたキャパシタ４０は、外部温度による静電容量の変化を補償することができる。ここで、温度による静電容量の変化を充分に補償できるように１５００ｐＦ以上の静電容量を具備することができる。
【００４３】
また、本実施例において、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０が一体形成されることができる。例えば、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、セラミック部材３１０、４１０が積層された構造で形成されることができる。
【００４４】
即ち、圧電振動素子３０は、第１セラミック部材３１０によって形成されることができ、キャパシタ４０は、第１セラミック部材３１０に形成された第２セラミック部材４１０によって形成されることができる。
【００４５】
第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子の特性を具備するため、分極が形成されたセラミックであることができる。例えば、第１セラミック部材３１０は、高電圧による分極工程を経たセラミックであることができる。それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、キャパシタの特性を具備するため、分極が形成されていないセラミックであることができる。
【００４６】
ここで、第１セラミック部材３１０の高さｈ１は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２より高いことができる。さらに説明すると、第１セラミック部材３１０は、電気信号による圧電効率を高めることができるように相対的に高い高さを有することができ、第２セラミック部材４１０は、キャパシタ４０の静電容量を増大させることができるように相対的に低い高さを有することができる。
【００４７】
第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、圧搾及び焼結工程によって一体化されることができる。即ち、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、積層される際に未焼結状態であることができ、積層された後に圧搾及び焼結工程によって一体化されることができる。ここで、圧搾及び焼結工程は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の間の内部電極（電極パターン５０）が形成された後に行われることができる。
【００４８】
電極パターン５０、５２、５４、５６は、セラミック部材３１０、４１０に形成されることができる。多数の電極パターンのうち電極パターン５０、５２は、セラミック部材３１０、４１０に第１極性及び第２極性の電極を形成することができる。
【００４９】
例えば、第１電極パターン５０は、第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２セラミック部材４１０の第２面４１４に形成され、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０に第１極性を提供することができる。さらに説明すると、第１セラミック部材３１０の第１面３１２から第１側面３１６まで長く延長されて第３電極パターン５４と連結されることができるが、第２側面３１８の第４電極パターン５６とは連結されないことがある。
【００５０】
第２電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の第１面４１２に形成され、第２セラミック部材４１０に第２極性を提供することができる。ここで、第２セラミック部材４１０の第１面４１２から第２側面４１８まで長く延長されて第４電極パターン５６と連結されることができるが、第１側面４１６の第３電極パターン５４とは連結されないことがある。
【００５１】
第３電極パターン５４は、第１セラミック部材３１０の第１側面３１６及び第２セラミック部材４１０の第１側面４１６に形成されることができ、第１電極パターン５０を第２連結端子７２と連結させる外部電極として用いられることができる。さらに説明すると、第２セラミック部材４１０の第１側面４１６の上段から第１セラミック部材３１０の第１側面３１６に長く延長されることができる。但し、本実施例において、第３電極パターン５４は、ケース２０と接触しない範囲内で第１セラミック部材３１０の第１側面３１６に形成されることができる。
【００５２】
第４電極パターン５６は、第１セラミック部材３１０の第２側面３１８及び第２セラミック部材４１０の第２側面４１８に形成されることができ、導電性部材６０（例えば、導電性接着剤）を媒介に第２電極パターン５２と連結されることができる。さらに説明すると、第４電極パターン５６は、第２セラミック部材４１０の第２側面４１８の上段から第１セラミック部材３１０の第２側面３１８の下段まで長く延長されてケース２０と連結されることができる。
【００５３】
上のような構成において、セラミック部材３１０、４１０の内部に形成される第１電極パターン５０は、Ｎｉを含む導電性ペーストで形成されることができ、セラミック部材３１０、４１０の外部に形成される残りの電極パターン５２、５４、５６は、ＣｕまたはＡｇを含む導電性ペーストで形成されることができる。
【００５４】
しかしながら、電極パターン５０、５２、５４、５６の成分が前述した成分に限定されるものではなく、ＡｇあるいはＰｔの貴金属材料、または、Ｎｉ及びＣｕのうち一つの物質あるいは少なくとも二つの物質を含む混合物質で形成されることができる。
【００５５】
このように構成されたセラミック部材３１０、４１０の積層構造物において、第１セラミック部材３１０及び第１電極パターン５０は、圧電振動素子３０を形成することができ、第２セラミック部材４１０、第１電極パターン５０及び第２電極パターン５２は、キャパシタ４０を形成することができる。
【００５６】
さらに説明すると、第１電極パターン５０及びケース２０は、第１セラミック部材３１０の電極として、第１電極パターン５０及び第２電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の電極として用いられることができる。
【００５７】
連結端子７０、７２は、内部回路と連結されることができる。連結端子７０、７２は、電極パターン５０、５２、５４、５６と電気的に連結されると共に、セラミック部材３１０、４１０に極性を与えることができる。
【００５８】
例えば、第１連結端子７０は、ケース２０によって第１セラミック部材３１０の第２面３１４に第２極性を与え、第２電極パターン５２によって第２セラミック部材４１０の第１面４１２に第２極性を与えることができる。ここで、第２電極パターン５２は、第４電極パターン５６及びケース２０を媒介に第１連結端子７０と連結されることができる。
【００５９】
また、第２連結端子７２は、第１電極パターン５０によって第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２セラミック部材４１０の第２面４１４にそれぞれ第１極性を与えることができる。ここで、第１電極パターン５０は、第３電極パターン５４を媒介に第２連結端子７２と連結されることができる。
【００６０】
密封部材８０は、ケース２０に満たされることができる。密封部材８０は、樹脂のような絶縁性材質で形成されることができ、ケース２０の内部に水分またはその他の異物質が浸透することを遮断できる。
【００６１】
このように構成された超音波センサ１０は、前述したように、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０がセラミック部材３１０、４１０の積層構造物によって一体形成されるため、超音波センサ１０の製造が容易であるのみならず、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０の電気接続構造を簡素化することができる。
【００６２】
以下では、図２から図４を参照して本発明の他の実施例について説明する。
【００６３】
第２実施例による超音波センサ１０は、第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０の第２側面３１８から第２面３１４まで延長され形成される点において、第１実施例と区別されることができる。
【００６４】
即ち、本実施例においては、第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０の第２面３１４に形成され、第１セラミック部材３１０に第２極性を与えることができる。ここで、第４電極パターン５６は、第２セラミック部材４１０の第２側面４１８の上段から第１セラミック部材３１０の第２側面３１８の下段まで形成されると共に、第１セラミック部材３１０の第２側面３１８から第１側面３１６まで長く延長されることができる。但し、第４電極パターン５６は、第３電極パターン５４と連結されないように＋Ｘ軸方向への延長長さが制限されることがある。
【００６５】
このように構成された本実施例は、第１電極パターン５０及び第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０に極性を与えるため、ケース２０を導電性材質で製作する必要がない。従って、本実施例による超音波センサ１０は、ケース２０を相対的に軽いプラスチック材質で製作することができる。
【００６６】
第３実施例による超音波センサ１０は、ケース２０の一部分が導電性材質で形成される点において、前述した実施例とは区別されることができる。即ち、第３実施例は、ケース２０の床部材２２が導電性材質で製作されることができる。
【００６７】
さらに、第３実施例による超音波センサ１０は、圧電振動素子３０を構成する第１セラミック部材３２０、３３０が二つの層からなる点において、前述した実施例とは区別されることができる。
【００６８】
即ち、第１セラミック部材は、第１−１セラミック部材３２０及び第１−２セラミック部材３３０の積層構造物からなることができる。ここで、第１−１セラミック部材３２０の高さｈ１１及び第１−２セラミック部材３３０の高さｈ１２は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２と同一であるか、または、より長いことができる。前者の場合、同一サイズのセラミック部材３２０、３３０、４１０を用いることができるため、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０の同時製作が容易である。
【００６９】
このように構成された超音波センサ１０は、圧電振動素子３０が２枚のセラミック部材３２０、３３０からなるため、超音波の送出及び受信感度を向上させることができる。
【００７０】
さらに、前述した通り、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を同一サイズのセラミック部材３２０、３３０、４１０で形成することができるため、超音波センサ１０の製作が容易である。
【００７１】
第４実施例による超音波センサ１０は、圧電振動素子３０が３枚のセラミック部材３２０、３３０、３２０からなり、吸音材９０をさらに含む点において、前述した実施例とは区別されることができる。
【００７２】
さらに説明すると、第４実施例における圧電振動素子３０は、第１−１セラミック部材３２０及び第１−２セラミック部材３３０の積層構造物からなることができる。ここで、第１−１セラミック部材３２０は、同一の電極パターンを有することができ、積層構造物において奇数層に位置することができる。それとは異なり、第１−２セラミック部材３３０は、第１−１セラミック部材３２０と異なる電極パターンを有することができ、積層構造物において偶数層に位置することができる。
【００７３】
このように構成された圧電振動素子３０は、多数の圧電体（即ち、セラミック部材）からなるため、超音波の送出及び受信感動をさらに向上させることができる。従って、本実施例による超音波センサは、物体を精密に感知する必要がある装置に装着されることができる。
【００７４】
また、第１−１及び第１−２セラミック部材３２０、３３０の高さｈ１１、ｈ１２は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２と同一であるか、異なることができる。
【００７５】
なお、第４実施例は、吸音材９０をさらに含むことができる。吸音材９０は、セラミック部材３２０、３３０、４１０が配置された部分に形成されることができ、セラミック部材３２０、３３０、４１０で発生する雑音を除去することができる。
【００７６】
以下では、図５及び図６を参照して本発明による超音波センサの製造方法について説明する。
【００７７】
本発明による超音波センサ、特に、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、二つの方法で製造されることができる。
【００７８】
一つは、分極形成の有無が既に決定されたセラミック部材を積層して圧電振動素子３０及びキャパシタ４０からなる積層構造物を製作する方法であり（図５を参照）、もう一つは、セラミック部材を積層した後に必要なセラミック部材に分極を形成する方法である（図６を参照）。
【００７９】
図５を参照して第１実施例による超音波センサの製造方法について説明する。
【００８０】
本実施例による超音波センサの製造方法は、第１セラミック部材の分極段階と、第２セラミック部材の形成段階と、外部電極パターンの形成段階と、組立段階と、を含むことができる。
【００８１】
第１セラミック部材の分極段階
【００８２】
本段階は、第１セラミック部材３１０に分極を形成する段階であることができる。
【００８３】
まず、第１セラミック部材３１０を用意する。ここで、第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子３０を構成する部材であるため、所定の厚さを有することができる。
【００８４】
次に、第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２面３１４に電極パターン５０、５１を形成することができる。ここで、電極パターン５０、５１は、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成されることができる。導電性ペーストとしては、Ｎｉを含む混合物質であることができるが、ＣｕまたはＡｇを含む混合物質に代替されることができる。
【００８５】
その後、電極パターン５０、５１を媒介に高電圧の電流を第１セラミック部材３１０に加えることができる。そうすると、第１セラミック部材３１０に電極パターン５０、５１の極性によって分極が形成されることができ、それにより、第１セラミック部材３１０は、圧電体の特性を具備することができる。
【００８６】
第２セラミック部材の形成段階
【００８７】
本段階は、第１セラミック部材３１０に未分極された第２セラミック部材４１０を形成する段階であることができる。
【００８８】
第１セラミック部材３１０の分極形成が完了すると、第２セラミック部材４１０を第１セラミック部材３１０の第１面３１２に形成することができる。ここで、第２セラミック部材４１０は、分極が形成されていないセラミック混合物であることができる。
【００８９】
次に、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を圧搾及び焼結することができる。そうすると、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０が一体形成されることができる。
【００９０】
外部電極パターンの形成段階
【００９１】
焼結工程によって第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０が一体形成されると、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０からなる積層構造物に電極パターン５２、５４、５６をさらに形成することができる。
【００９２】
ここで、電極パターン５４は、電極パターン５０と連結されることができ、電極パターン５６は、電極パターン５１、５２と連結されることができる。
【００９３】
このように形成された電極パターン５０、５１、５２、５４、５６は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０に極性を与えることができる。例えば、電極パターン５０、５１は、第１セラミック部材３１０に第１極性及び第２極性を与えることができ、電極パターン５０、５２は、第２セラミック部材４１０に第１極性及び第２極性を与えることができる。
【００９４】
但し、第１セラミック部材３１０は、分極が形成されているため、内部回路と連結されて圧電振動素子３０として機能することができる。それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、分極が形成されていないため、内部回路と連結されてキャパシタ４０として機能することができる。
【００９５】
組立段階
【００９６】
上のような段階を経て完成された圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、ケース２０に一体に装着されることができ、連結端子７０、７２と連結されて超音波センサ１０を完成することができる。
【００９７】
ここで、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、電極パターン５０、５１、５２、５４、５６によって連結端子７０、７２と共通に連結されるため、電気的連結が非常に容易である。
【００９８】
以下では、図６を参照して第２実施例による超音波センサの製造方法について説明する。
【００９９】
本実施例による超音波センサの製造方法は、第１セラミック部材３１０の分極が電極パターン５０、５２、５４、５６の形成以後に行われる点において、前述した実施例と区別されることができる。
【０１００】
本実施例による超音波センサの製造方法は、セラミック部材の積層段階と、電極パターンの形成段階と、分極段階と、電極パターンの連結段階と、組立段階と、を含むことができる。また、組立段階は、第１実施例による製造方法と同一または類似するため、それに対する詳細な説明を省略する。
【０１０１】
セラミック部材の積層段階
【０１０２】
本段階は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を積層する段階であることができる。さらに説明すると、本段階は、圧電振動素子３０を構成する１枚以上の第１セラミック部材３１０及びキャパシタ４０を構成する第２セラミック部材４１０を上下方向（図６を基準にした方向である）に積層する段階であることができる。
【０１０３】
ここで、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、少なくとも一面に電極パターン５０を具備することができる。例えば、図６には第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の間のみに電極パターン５０が形成されるように示されているが、第２セラミック部材４１０の第１面に電極パターン５２が本段階において共に形成されることができる。
【０１０４】
また、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の積層完了後には、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を一体化させる圧搾及び焼結工程がさらに行われることができる。
【０１０５】
電極パターンの形成段階
【０１０６】
本段階は、セラミック部材３１０、４１０に電極パターン５２、５４、５６を形成する段階であることができる。さらに説明すると、本段階においては、セラミック部材３１０、４１０の外部に電極パターン５２、５４、５６をさらに形成する段階であることができる。
【０１０７】
例えば、電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の第１面に形成され、電極パターン５４は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の第１側面に形成され、電極パターン５６は、第１セラミック部材３１０の第２側面、第２セラミック部材４１０の第２側面及び第１セラミック部材３１０の第２面に形成されることができる。
【０１０８】
ここで、電極パターン５４は、電極パターン５０と連結されて第１極性を有する外部電極として、電極パターン５６は、第２極性を有する外部電極として用いられることができる。
【０１０９】
従って、第１セラミック部材３１０の第１面及び第２面は、電極パターン５０、５４、５６によって異なる極性を有することができる。
【０１１０】
但し、電極パターン５２、５６は分離された状態であるため、第２セラミック部材４１０の第１面及び第２面は、異なる極性を有することができない。
【０１１１】
分極段階
【０１１２】
本段階は、第１セラミック部材３１０に分極を形成する段階であることができる。
【０１１３】
第１セラミック部材３１０の第１面及び第２面は、前述した通り、電極パターン５０及び電極パターン５６によって異なる極性を有することができる。従って、電極パターン５４、５６に所定のサイズの高電圧が発生すると、第１セラミック部材３１０の内部に分極が形成されることができる。
【０１１４】
それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、電極パターン５４、５６に所定のサイズの高電圧が発生しても第１面及び第２面に異なる極性が形成されないため、内部に分極が形成されないことがある。
【０１１５】
従って、本段階が完了すると、第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子の特性を有することができ、第２セラミック部材４１０は、キャパシタの特性を維持することができる。
【０１１６】
電極パターンの連結段階
【０１１７】
本段階は、電極パターン５２、５６を連結する段階であることができる。
【０１１８】
第２セラミック部材４１０がキャパシタ４０として用いられるためには、電極パターン５２及び電極パターン５６が連結される必要性がある。
【０１１９】
従って、本段階においては、電極パターン５２及び電極パターン５６を導電性物質で連結することができる。また、導電性物質は、金属粉末を含む導電性接着剤であることができる。
【０１２０】
なお、本段階は、下記の組立段階の後に行われることができる。
【０１２１】
即ち、電極パターン５４、５６に連結端子を連結した状態でセラミック部材３１０、４１０を超音波センサ１０のケース２０に装着した後、電極パターン５２、５６を連結する段階を行うことができる。
【０１２２】
このように行われた本実施例による超音波センサの製造方法は、セラミック部材３１０、４１０を積層した後に一部のセラミック部材を分極する方式であるため、圧電振動素子３０向けのセラミック部材３１０及びキャパシタ４０向けのセラミック部材４１０を分離して用意する必要がない。従って、本実施例は、超音波センサの大量生産に有利であることができる。
【０１２３】
また、添付の明細書及び図面には、セラミック部材３１０、４１０が一対の圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を構成するように説明されているが、セラミック部材３１０、４１０を一定のサイズに切断して複数対の圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を同時に製造することもできる。
【０１２４】
本発明は以上で説明した実施例のみに限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求の範囲に記載の技術的思想の要旨から外れない範囲内において、多様に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０ 超音波センサ
２０ ケース
２２ 床部材
３０ 圧電振動素子
３１０ 第１セラミック部材
３１２ （第１セラミック部材の）第１面
３１４ （第１セラミック部材の）第２面
３１６ （第１セラミック部材の）第１側面
３１８ （第１セラミック部材の）第２側面
３２０ 第１−１セラミック部材
３３０ 第１−２セラミック部材
４０ キャパシタ
４１０ 第２セラミック部材
４１２ （第２セラミック部材の）第１面
４１４ （第２セラミック部材の）第２面
４１６ （第２セラミック部材の）第１側面
４１８ （第２セラミック部材の）第２側面
５０ 第１電極パターン
５２ 第２電極パターン
５４ 第３電極パターン
５６ 第４電極パターン
６０ 導電性部材
７０ 第１連結端子
７２ 第２連結端子
８０ 密封部材
９０ 吸音材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ及びその製造方法に関するもので、より詳細には、温度補償のためのキャパシタが一体化された超音波センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、周辺物体に超音波を送出し、周辺物体から反射された超音波によって周辺物体までの距離を感知することができる。
【０００３】
このような超音波センサは、自動車等の装置に装着されて、装置と周辺事物とが衝突することを感知したり、または、周辺事物との衝突が発生しないように未然に防止する手段として用いられている。
【０００４】
一般的に、超音波センサは、超音波を発生させる手段として圧電素子を具備する。しかしながら、このような圧電素子は、温度によって静電容量が非常に大きく異なるため、温度による感知偏差も大きい。
【０００５】
このような理由から、超音波センサは、圧電素子の温度偏差を補償するための温度補償素子を具備する。
【０００６】
しかしながら、超音波センサに温度補償素子を装着するためには、別途の回路基板及び連結部材をさらに必要とすることから、超音波センサの製造単価が上昇し、製作工程が増える問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのもので、温度による超音波センサの性能偏差を減少させると共に、簡単に製作できる超音波センサ及びその製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一実施例による超音波センサは、圧電振動素子と、上記圧電振動素子に一体形成されるキャパシタと、を含むことができる。
【０００９】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記圧電振動素子は、分極されたセラミック部材を含むことができる。
【００１０】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記キャパシタは、未分極されたセラミック部材を含むことができる。
【００１１】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記圧電振動素子及び上記キャパシタを連結する電極パターンをさらに含むことができる。
【００１２】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記圧電振動素子及び上記キャパシタは、セラミック積層構造物で形成されることができる。
【００１３】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記セラミック積層構造物は、第１面に第１電極パターンが形成され、上記圧電振動素子を構成する第１セラミック部材と、上記第１セラミック部材上に形成され、第２電極パターンを有し、上記キャパシタを構成する第２セラミック部材と、を含むことができる。
【００１４】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第１セラミック部材の第１側面及び上記第２セラミック部材の第１側面に形成され、上記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、上記第１セラミック部材の第２側面及び上記第２セラミック部材の第２側面に形成され、上記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと、をさらに含むことができる。
【００１５】
本発明の一実施例による超音波センサは、伝導性材質のケースをさらに含み、上記ケースは、上記第４電極パターンと電気的に連結されることができる。
【００１６】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、上記ケースと電気的に連結される第１連結端子と、をさらに含むことができる。
【００１７】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第１セラミック部材の第１側面及び上記第２セラミック部材の第１側面に形成され、上記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、上記第１セラミック部材の第２側面、第２面及び上記第２セラミック部材の第２側面に形成され、上記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと、をさらに含むことができる。
【００１８】
本発明の一実施例による超音波センサは、上記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、上記第４電極パターンと電気的に連結される第１連結端子と、をさらに含むことができる。
【００１９】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記セラミック積層構造物は、第１面に第１側面に延長される第１−１電極パターンが形成された二つ以上の第１−１セラミック部材と、第１面に第２側面に延長される第１−２電極パターンが形成され、上記第１−１セラミック部材間に配置される第１−２セラミック部材と、上記第１−１セラミック部材の第１面に形成され、第１面に第２電極パターンが形成される第２セラミック部材と、を含み、上記第１−１及び第１−２セラミック部材は、上記圧電振動素子を構成し、上記第２セラミック部材は、上記キャパシタを構成することができる。
【００２０】
上記目的を達成するための本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、分極された第１セラミック部材を用意する第１段階と、上記第１セラミック部材の第１面に未分極された第２セラミック部材を形成する第２段階と、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する第３段階と、を含むことができる。
【００２１】
本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材に電極パターンを形成する第４段階をさらに含むことができる。
【００２２】
本発明の一実施例による超音波センサにおいて、上記第１段階は、上記第１セラミック部材に高電圧を加える工程を含むことができる。
【００２３】
上記目的を達成するための本発明の他の実施例による超音波センサの製造方法は、第１面及び第２面に電極パターンが形成された第１セラミック部材を用意する段階と、第１面に電極パターンが形成された第２セラミック部材を用意する段階と、上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を積層し、積層された上記第１セラミック部材及び上記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する段階と、上記第１セラミック部材の電極パターンに高電圧を加えて上記第１セラミック部材に分極を形成する段階と、を含むことができる。
【００２４】
本発明の一実施例による超音波センサの製造方法は、上記第１セラミック部材の電極パターン及び上記第２セラミック部材の電極パターンを連結する段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、超音波を発生させる圧電素子及び温度補償素子が一体形成されるため、超音波センサを小型化するのみならず、超音波センサの製造工程を単純化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施例による超音波センサの断面図である。
【図２】本発明の第２実施例による超音波センサの断面図である。
【図３】本発明の第３実施例による超音波センサの断面図である。
【図４】本発明の第４実施例による超音波センサの断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【図６】本発明の第２実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
一般的に、超音波センサは、周辺温度に対する測定偏差を最小限にするため、超音波発振用圧電振動素子と共に温度補償素子（例えば、温度補償用キャパシタ）をさらに具備することができる。
【００２８】
しかしながら、従来の超音波センサは、圧電振動素子及び温度補償素子がそれぞれ分離された構造であるため、超音波センサの構造が複雑で、その製造方法が難しかった。
【００２９】
例えば、従来の超音波センサは、温度補償素子のために別途の回路基板をさらに具備しなければならない不便さ、温度補償素子及び回路基板、回路基板及び圧電振動素子を個別的に連結しなければならない不便さがあった。
【００３０】
本発明は、そのような点を改善するためのもので、セラミック部材の特性を用いて圧電振動素子及び温度補償素子が一体形成された超音波センサを提供することができる。
【００３１】
特に、本発明は、圧電振動素子及び温度補償素子が一つの部品形態として一体化されているため、それら素子の電気的連結が容易であるのみならず、小型化が可能である。
【００３２】
従って、本発明によると、超音波センサの小型化及び製造工程の単純化を図ることができる。
【００３３】
以下では、本発明の好ましい実施例を添付の例示図面に基づいて詳細に説明する。
【００３４】
以下で本発明を説明するにあたり、本発明の構成要素を称する用語はそれぞれの構成要素の機能を考慮し命名されたものであるため、本発明の技術的構成要素を限定する意味で理解されてはならない。
【００３５】
図１は本発明の第１実施例による超音波センサの断面図であり、図２は本発明の第２実施例による超音波センサの断面図であり、図３は本発明の第３実施例による超音波センサの断面図であり、図４は本発明の第４実施例による超音波センサの断面図であり、図５は本発明の第１実施例による超音波センサの製造方法を示す図面であり、図６は本発明の第２実施例による超音波センサの製造方法を示す図面である。
【００３６】
図１を参照して本発明の第１実施例による超音波センサについて説明する。
【００３７】
本発明の第１実施例による超音波センサ１０は、ケース２０と、圧電振動素子３０と、温度補償用キャパシタ４０（以下では、簡単にキャパシタとする）と、を含むことができ、連結端子７０、７２と、密封部材８０と、を付加的にさらに含むことができる。
【００３８】
ケース２０は、内部に収容空間を有する形状（例えば、円柱）で形成されることができ、金属材質で製作されることができる。しかしながら、多角形状の断面（例えば、四角形）を有する角柱状であることができ、金属材質の他に整形が容易な他の材質で製作されることができる。さらに、ケース２０は、超音波センサ１０が自動車部品（例えば、後尾灯、バンパー等）に一体形成される場合には省略することもできる。
【００３９】
また、本実施例において、ケース２０は、第１連結端子７０及び圧電振動素子３０の電気的連結が容易であるように、伝導性を有する金属材質で製作されたり、内面に金属パターンを有することができる。後者の場合、金属パターンは、ケース２０に後工程によって形成されたり（例えば、接着工程）、または、ケース２０の整形工程において一体形成されることができる（例えば、インサート射出）。
【００４０】
圧電振動素子３０は、ケース２０に形成されることができる。さらに説明すると、ケース２０における外部へ超音波を容易に伝達できる部分（本実施例においては、ケース２０の床）に形成されることができる。
【００４１】
圧電振動素子３０は、内部の電気信号によって超音波を外部へ送出することができる。例えば、４０ｋＨｚ以上の周波数を送出することができる。それと共に、隣接した物体と衝突して反射された超音波を受信し、それを電気的信号に変換して内部回路に送出することができる。また、第１連結端子７０及び第２連結端子７２を媒介に内部回路と連結されることができる。
【００４２】
キャパシタ４０は、圧電振動素子３０に形成されることができる。さらに説明すると、圧電振動素子３０と電気的に連結されることができる。このように形成されたキャパシタ４０は、外部温度による静電容量の変化を補償することができる。ここで、温度による静電容量の変化を充分に補償できるように１５００ｐＦ以上の静電容量を具備することができる。
【００４３】
また、本実施例において、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０が一体形成されることができる。例えば、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、セラミック部材３１０、４１０が積層された構造で形成されることができる。
【００４４】
即ち、圧電振動素子３０は、第１セラミック部材３１０によって形成されることができ、キャパシタ４０は、第１セラミック部材３１０に形成された第２セラミック部材４１０によって形成されることができる。
【００４５】
第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子の特性を具備するため、分極が形成されたセラミックであることができる。例えば、第１セラミック部材３１０は、高電圧による分極工程を経たセラミックであることができる。それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、キャパシタの特性を具備するため、分極が形成されていないセラミックであることができる。
【００４６】
ここで、第１セラミック部材３１０の高さｈ１は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２より高いことができる。さらに説明すると、第１セラミック部材３１０は、電気信号による圧電効率を高めることができるように相対的に高い高さを有することができ、第２セラミック部材４１０は、キャパシタ４０の静電容量を増大させることができるように相対的に低い高さを有することができる。
【００４７】
第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、圧搾及び焼結工程によって一体化されることができる。即ち、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、積層される際に未焼結状態であることができ、積層された後に圧搾及び焼結工程によって一体化されることができる。ここで、圧搾及び焼結工程は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の間の内部電極（電極パターン５０）が形成された後に行われることができる。
【００４８】
電極パターン５０、５２、５４、５６は、セラミック部材３１０、４１０に形成されることができる。多数の電極パターンのうち電極パターン５０、５２は、セラミック部材３１０、４１０に第１極性及び第２極性の電極を形成することができる。
【００４９】
例えば、第１電極パターン５０は、第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２セラミック部材４１０の第２面４１４に形成され、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０に第１極性を提供することができる。さらに説明すると、第１セラミック部材３１０の第１面３１２から第１側面３１６まで長く延長されて第３電極パターン５４と連結されることができるが、第２側面３１８の第４電極パターン５６とは連結されないことがある。
【００５０】
第２電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の第１面４１２に形成され、第２セラミック部材４１０に第２極性を提供することができる。ここで、第２セラミック部材４１０の第１面４１２から第２側面４１８まで長く延長されて第４電極パターン５６と連結されることができるが、第１側面４１６の第３電極パターン５４とは連結されないことがある。
【００５１】
第３電極パターン５４は、第１セラミック部材３１０の第１側面３１６及び第２セラミック部材４１０の第１側面４１６に形成されることができ、第１電極パターン５０を第２連結端子７２と連結させる外部電極として用いられることができる。さらに説明すると、第２セラミック部材４１０の第１側面４１６の上段から第１セラミック部材３１０の第１側面３１６に長く延長されることができる。但し、本実施例において、第３電極パターン５４は、ケース２０と接触しない範囲内で第１セラミック部材３１０の第１側面３１６に形成されることができる。
【００５２】
第４電極パターン５６は、第１セラミック部材３１０の第２側面３１８及び第２セラミック部材４１０の第２側面４１８に形成されることができ、導電性部材６０（例えば、導電性接着剤）を媒介に第２電極パターン５２と連結されることができる。さらに説明すると、第４電極パターン５６は、第２セラミック部材４１０の第２側面４１８の上段から第１セラミック部材３１０の第２側面３１８の下段まで長く延長されてケース２０と連結されることができる。
【００５３】
上のような構成において、セラミック部材３１０、４１０の内部に形成される第１電極パターン５０は、Ｎｉを含む導電性ペーストで形成されることができ、セラミック部材３１０、４１０の外部に形成される残りの電極パターン５２、５４、５６は、ＣｕまたはＡｇを含む導電性ペーストで形成されることができる。
【００５４】
しかしながら、電極パターン５０、５２、５４、５６の成分が前述した成分に限定されるものではなく、ＡｇあるいはＰｔの貴金属材料、または、Ｎｉ及びＣｕのうち一つの物質あるいは少なくとも二つの物質を含む混合物質で形成されることができる。
【００５５】
このように構成されたセラミック部材３１０、４１０の積層構造物において、第１セラミック部材３１０及び第１電極パターン５０は、圧電振動素子３０を形成することができ、第２セラミック部材４１０、第１電極パターン５０及び第２電極パターン５２は、キャパシタ４０を形成することができる。
【００５６】
さらに説明すると、第１電極パターン５０及びケース２０は、第１セラミック部材３１０の電極として、第１電極パターン５０及び第２電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の電極として用いられることができる。
【００５７】
連結端子７０、７２は、内部回路と連結されることができる。連結端子７０、７２は、電極パターン５０、５２、５４、５６と電気的に連結されると共に、セラミック部材３１０、４１０に極性を与えることができる。
【００５８】
例えば、第１連結端子７０は、ケース２０によって第１セラミック部材３１０の第２面３１４に第２極性を与え、第２電極パターン５２によって第２セラミック部材４１０の第１面４１２に第２極性を与えることができる。ここで、第２電極パターン５２は、第４電極パターン５６及びケース２０を媒介に第１連結端子７０と連結されることができる。
【００５９】
また、第２連結端子７２は、第１電極パターン５０によって第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２セラミック部材４１０の第２面４１４にそれぞれ第１極性を与えることができる。ここで、第１電極パターン５０は、第３電極パターン５４を媒介に第２連結端子７２と連結されることができる。
【００６０】
密封部材８０は、ケース２０に満たされることができる。密封部材８０は、樹脂のような絶縁性材質で形成されることができ、ケース２０の内部に水分またはその他の異物質が浸透することを遮断できる。
【００６１】
このように構成された超音波センサ１０は、前述したように、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０がセラミック部材３１０、４１０の積層構造物によって一体形成されるため、超音波センサ１０の製造が容易であるのみならず、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０の電気接続構造を簡素化することができる。
【００６２】
以下では、図２から図４を参照して本発明の他の実施例について説明する。
【００６３】
第２実施例による超音波センサ１０は、第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０の第２側面３１８から第２面３１４まで延長され形成される点において、第１実施例と区別されることができる。
【００６４】
即ち、本実施例においては、第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０の第２面３１４に形成され、第１セラミック部材３１０に第２極性を与えることができる。ここで、第４電極パターン５６は、第２セラミック部材４１０の第２側面４１８の上段から第１セラミック部材３１０の第２側面３１８の下段まで形成されると共に、第１セラミック部材３１０の第２側面３１８から第１側面３１６まで長く延長されることができる。但し、第４電極パターン５６は、第３電極パターン５４と連結されないように＋Ｘ軸方向への延長長さが制限されることがある。
【００６５】
このように構成された本実施例は、第１電極パターン５０及び第４電極パターン５６が第１セラミック部材３１０に極性を与えるため、ケース２０を導電性材質で製作する必要がない。従って、本実施例による超音波センサ１０は、ケース２０を相対的に軽いプラスチック材質で製作することができる。
【００６６】
第３実施例による超音波センサ１０は、ケース２０の一部分が導電性材質で形成される点において、前述した実施例とは区別されることができる。即ち、第３実施例は、ケース２０の床部材２２が導電性材質で製作されることができる。
【００６７】
さらに、第３実施例による超音波センサ１０は、圧電振動素子３０を構成する第１セラミック部材３２０、３３０が二つの層からなる点において、前述した実施例とは区別されることができる。
【００６８】
即ち、第１セラミック部材は、第１−１セラミック部材３２０及び第１−２セラミック部材３３０の積層構造物からなることができる。ここで、第１−１セラミック部材３２０の高さｈ１１及び第１−２セラミック部材３３０の高さｈ１２は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２と同一であるか、または、より長いことができる。前者の場合、同一サイズのセラミック部材３２０、３３０、４１０を用いることができるため、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０の同時製作が容易である。
【００６９】
このように構成された超音波センサ１０は、圧電振動素子３０が２枚のセラミック部材３２０、３３０からなるため、超音波の送出及び受信感度を向上させることができる。
【００７０】
さらに、前述した通り、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を同一サイズのセラミック部材３２０、３３０、４１０で形成することができるため、超音波センサ１０の製作が容易である。
【００７１】
第４実施例による超音波センサ１０は、圧電振動素子３０が３枚のセラミック部材３２０、３３０、３２０からなり、吸音材９０をさらに含む点において、前述した実施例とは区別されることができる。
【００７２】
さらに説明すると、第４実施例における圧電振動素子３０は、第１−１セラミック部材３２０及び第１−２セラミック部材３３０の積層構造物からなることができる。ここで、第１−１セラミック部材３２０は、同一の電極パターンを有することができ、積層構造物において奇数層に位置することができる。それとは異なり、第１−２セラミック部材３３０は、第１−１セラミック部材３２０と異なる電極パターンを有することができ、積層構造物において偶数層に位置することができる。
【００７３】
このように構成された圧電振動素子３０は、多数の圧電体（即ち、セラミック部材）からなるため、超音波の送出及び受信感動をさらに向上させることができる。従って、本実施例による超音波センサは、物体を精密に感知する必要がある装置に装着されることができる。
【００７４】
また、第１−１及び第１−２セラミック部材３２０、３３０の高さｈ１１、ｈ１２は、第２セラミック部材４１０の高さｈ２と同一であるか、異なることができる。
【００７５】
なお、第４実施例は、吸音材９０をさらに含むことができる。吸音材９０は、セラミック部材３２０、３３０、４１０が配置された部分に形成されることができ、セラミック部材３２０、３３０、４１０で発生する雑音を除去することができる。
【００７６】
以下では、図５及び図６を参照して本発明による超音波センサの製造方法について説明する。
【００７７】
本発明による超音波センサ、特に、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、二つの方法で製造されることができる。
【００７８】
一つは、分極形成の有無が既に決定されたセラミック部材を積層して圧電振動素子３０及びキャパシタ４０からなる積層構造物を製作する方法であり（図５を参照）、もう一つは、セラミック部材を積層した後に必要なセラミック部材に分極を形成する方法である（図６を参照）。
【００７９】
図５を参照して第１実施例による超音波センサの製造方法について説明する。
【００８０】
本実施例による超音波センサの製造方法は、第１セラミック部材の分極段階と、第２セラミック部材の形成段階と、外部電極パターンの形成段階と、組立段階と、を含むことができる。
【００８１】
第１セラミック部材の分極段階
【００８２】
本段階は、第１セラミック部材３１０に分極を形成する段階であることができる。
【００８３】
まず、第１セラミック部材３１０を用意する。ここで、第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子３０を構成する部材であるため、所定の厚さを有することができる。
【００８４】
次に、第１セラミック部材３１０の第１面３１２及び第２面３１４に電極パターン５０、５１を形成することができる。ここで、電極パターン５０、５１は、導電性ペーストをスクリーン印刷して形成されることができる。導電性ペーストとしては、Ｎｉを含む混合物質であることができるが、ＣｕまたはＡｇを含む混合物質に代替されることができる。
【００８５】
その後、電極パターン５０、５１を媒介に高電圧の電流を第１セラミック部材３１０に加えることができる。そうすると、第１セラミック部材３１０に電極パターン５０、５１の極性によって分極が形成されることができ、それにより、第１セラミック部材３１０は、圧電体の特性を具備することができる。
【００８６】
第２セラミック部材の形成段階
【００８７】
本段階は、第１セラミック部材３１０に未分極された第２セラミック部材４１０を形成する段階であることができる。
【００８８】
第１セラミック部材３１０の分極形成が完了すると、第２セラミック部材４１０を第１セラミック部材３１０の第１面３１２に形成することができる。ここで、第２セラミック部材４１０は、分極が形成されていないセラミック混合物であることができる。
【００８９】
次に、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を圧搾及び焼結することができる。そうすると、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０が一体形成されることができる。
【００９０】
外部電極パターンの形成段階
【００９１】
焼結工程によって第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０が一体形成されると、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０からなる積層構造物に電極パターン５２、５４、５６をさらに形成することができる。
【００９２】
ここで、電極パターン５４は、電極パターン５０と連結されることができ、電極パターン５６は、電極パターン５１、５２と連結されることができる。
【００９３】
このように形成された電極パターン５０、５１、５２、５４、５６は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０に極性を与えることができる。例えば、電極パターン５０、５１は、第１セラミック部材３１０に第１極性及び第２極性を与えることができ、電極パターン５０、５２は、第２セラミック部材４１０に第１極性及び第２極性を与えることができる。
【００９４】
但し、第１セラミック部材３１０は、分極が形成されているため、内部回路と連結されて圧電振動素子３０として機能することができる。それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、分極が形成されていないため、内部回路と連結されてキャパシタ４０として機能することができる。
【００９５】
組立段階
【００９６】
上のような段階を経て完成された圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、ケース２０に一体に装着されることができ、連結端子７０、７２と連結されて超音波センサ１０を完成することができる。
【００９７】
ここで、圧電振動素子３０及びキャパシタ４０は、電極パターン５０、５１、５２、５４、５６によって連結端子７０、７２と共通に連結されるため、電気的連結が非常に容易である。
【００９８】
以下では、図６を参照して第２実施例による超音波センサの製造方法について説明する。
【００９９】
本実施例による超音波センサの製造方法は、第１セラミック部材３１０の分極が電極パターン５０、５２、５４、５６の形成以後に行われる点において、前述した実施例と区別されることができる。
【０１００】
本実施例による超音波センサの製造方法は、セラミック部材の積層段階と、電極パターンの形成段階と、分極段階と、電極パターンの連結段階と、組立段階と、を含むことができる。また、組立段階は、第１実施例による製造方法と同一または類似するため、それに対する詳細な説明を省略する。
【０１０１】
セラミック部材の積層段階
【０１０２】
本段階は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を積層する段階であることができる。さらに説明すると、本段階は、圧電振動素子３０を構成する１枚以上の第１セラミック部材３１０及びキャパシタ４０を構成する第２セラミック部材４１０を上下方向（図６を基準にした方向である）に積層する段階であることができる。
【０１０３】
ここで、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０は、少なくとも一面に電極パターン５０を具備することができる。例えば、図６には第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の間のみに電極パターン５０が形成されるように示されているが、第２セラミック部材４１０の第１面に電極パターン５２が本段階において共に形成されることができる。
【０１０４】
また、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の積層完了後には、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０を一体化させる圧搾及び焼結工程がさらに行われることができる。
【０１０５】
電極パターンの形成段階
【０１０６】
本段階は、セラミック部材３１０、４１０に電極パターン５２、５４、５６を形成する段階であることができる。さらに説明すると、本段階においては、セラミック部材３１０、４１０の外部に電極パターン５２、５４、５６をさらに形成する段階であることができる。
【０１０７】
例えば、電極パターン５２は、第２セラミック部材４１０の第１面に形成され、電極パターン５４は、第１セラミック部材３１０及び第２セラミック部材４１０の第１側面に形成され、電極パターン５６は、第１セラミック部材３１０の第２側面、第２セラミック部材４１０の第２側面及び第１セラミック部材３１０の第２面に形成されることができる。
【０１０８】
ここで、電極パターン５４は、電極パターン５０と連結されて第１極性を有する外部電極として、電極パターン５６は、第２極性を有する外部電極として用いられることができる。
【０１０９】
従って、第１セラミック部材３１０の第１面及び第２面は、電極パターン５０、５４、５６によって異なる極性を有することができる。
【０１１０】
但し、電極パターン５２、５６は分離された状態であるため、第２セラミック部材４１０の第１面及び第２面は、異なる極性を有することができない。
【０１１１】
分極段階
【０１１２】
本段階は、第１セラミック部材３１０に分極を形成する段階であることができる。
【０１１３】
第１セラミック部材３１０の第１面及び第２面は、前述した通り、電極パターン５０及び電極パターン５６によって異なる極性を有することができる。従って、電極パターン５４、５６に所定のサイズの高電圧が発生すると、第１セラミック部材３１０の内部に分極が形成されることができる。
【０１１４】
それとは異なり、第２セラミック部材４１０は、電極パターン５４、５６に所定のサイズの高電圧が発生しても第１面及び第２面に異なる極性が形成されないため、内部に分極が形成されないことがある。
【０１１５】
従って、本段階が完了すると、第１セラミック部材３１０は、圧電振動素子の特性を有することができ、第２セラミック部材４１０は、キャパシタの特性を維持することができる。
【０１１６】
電極パターンの連結段階
【０１１７】
本段階は、電極パターン５２、５６を連結する段階であることができる。
【０１１８】
第２セラミック部材４１０がキャパシタ４０として用いられるためには、電極パターン５２及び電極パターン５６が連結される必要性がある。
【０１１９】
従って、本段階においては、電極パターン５２及び電極パターン５６を導電性物質で連結することができる。また、導電性物質は、金属粉末を含む導電性接着剤であることができる。
【０１２０】
なお、本段階は、下記の組立段階の後に行われることができる。
【０１２１】
即ち、電極パターン５４、５６に連結端子を連結した状態でセラミック部材３１０、４１０を超音波センサ１０のケース２０に装着した後、電極パターン５２、５６を連結する段階を行うことができる。
【０１２２】
このように行われた本実施例による超音波センサの製造方法は、セラミック部材３１０、４１０を積層した後に一部のセラミック部材を分極する方式であるため、圧電振動素子３０向けのセラミック部材３１０及びキャパシタ４０向けのセラミック部材４１０を分離して用意する必要がない。従って、本実施例は、超音波センサの大量生産に有利であることができる。
【０１２３】
また、添付の明細書及び図面には、セラミック部材３１０、４１０が一対の圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を構成するように説明されているが、セラミック部材３１０、４１０を一定のサイズに切断して複数対の圧電振動素子３０及びキャパシタ４０を同時に製造することもできる。
【０１２４】
本発明は以上で説明した実施例のみに限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、以下の特許請求の範囲に記載の技術的思想の要旨から外れない範囲内において、多様に変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１０ 超音波センサ
２０ ケース
２２ 床部材
３０ 圧電振動素子
３１０ 第１セラミック部材
３１２ （第１セラミック部材の）第１面
３１４ （第１セラミック部材の）第２面
３１６ （第１セラミック部材の）第１側面
３１８ （第１セラミック部材の）第２側面
３２０ 第１−１セラミック部材
３３０ 第１−２セラミック部材
４０ キャパシタ
４１０ 第２セラミック部材
４１２ （第２セラミック部材の）第１面
４１４ （第２セラミック部材の）第２面
４１６ （第２セラミック部材の）第１側面
４１８ （第２セラミック部材の）第２側面
５０ 第１電極パターン
５２ 第２電極パターン
５４ 第３電極パターン
５６ 第４電極パターン
６０ 導電性部材
７０ 第１連結端子
７２ 第２連結端子
８０ 密封部材
９０ 吸音材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動素子と、
前記圧電振動素子に一体形成されるキャパシタと
を含む、超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電振動素子は、分極されたセラミック部材を含む、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記キャパシタは、未分極のセラミック部材を含む、請求項１または２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記圧電振動素子及び前記キャパシタを連結する電極パターンをさらに含む、請求項１から３の何れか１項に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記圧電振動素子及び前記キャパシタは、セラミック積層構造物で形成される、請求項１から４の何れか１項に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記セラミック積層構造物は、
第１面に第１電極パターンが形成され、前記圧電振動素子を構成する第１セラミック部材と、
前記第１セラミック部材上に形成され、第２電極パターンを有し、前記キャパシタを構成する第２セラミック部材と
を含む、請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記第１セラミック部材の第１側面及び前記第２セラミック部材の第１側面に形成され、前記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、
前記第１セラミック部材の第２側面及び前記第２セラミック部材の第２側面に形成され、前記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと
をさらに含む、請求項６に記載の超音波センサ。
【請求項８】
伝導性材質のケースをさらに含み、
前記ケースは、前記第４電極パターンと電気的に連結される、請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、
前記ケースと電気的に連結される第１連結端子と
をさらに含む、請求項８に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記第１セラミック部材の第１側面及び前記第２セラミック部材の第１側面に形成され、前記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、
前記第１セラミック部材の第２側面及び第２面並びに前記第２セラミック部材の第２側面に形成され、前記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと
をさらに含む、請求項６に記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、
前記第４電極パターンと電気的に連結される第１連結端子と
をさらに含む、請求項１０に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記セラミック積層構造物は、
第１面に第１側面に延長される第１−１電極パターンが形成された二つ以上の第１−１セラミック部材と、
第１面に第２側面に延長される第１−２電極パターンが形成され、前記第１−１セラミック部材間に配置される第１−２セラミック部材と、
前記第１−１セラミック部材の第１面に形成され、第１面に第２電極パターンが形成される第２セラミック部材と
を含み、
前記第１−１セラミック部材及び前記第１−２セラミック部材は、前記圧電振動素子を構成し、
前記第２セラミック部材は、前記キャパシタを構成する、請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
分極された第１セラミック部材を用意する第１段階と、
前記第１セラミック部材の第１面に未分極の第２セラミック部材を形成する第２段階と、
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する第３段階と
を含む、超音波センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材に電極パターンを形成する第４段階をさらに含む、請求項１３に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項１５】
前記第１段階は、前記第１セラミック部材に高電圧を加える工程を含む、請求項１３または１４に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項１６】
第１面及び第２面に電極パターンが形成された第１セラミック部材を用意する段階と、
第１面に電極パターンが形成された第２セラミック部材を用意する段階と、
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を積層し、積層された前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する段階と、
前記第１セラミック部材の電極パターンに高電圧を加えて前記第１セラミック部材に分極を形成する段階と
を含む、超音波センサの製造方法。
【請求項１７】
前記第１セラミック部材の電極パターン及び前記第２セラミック部材の電極パターンを連結する段階をさらに含む、請求項１６に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項１】
圧電振動素子と、
前記圧電振動素子に一体形成されるキャパシタと
を含む、超音波センサ。
【請求項２】
前記圧電振動素子は、分極されたセラミック部材を含む、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記キャパシタは、未分極のセラミック部材を含む、請求項１または２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記圧電振動素子及び前記キャパシタを連結する電極パターンをさらに含む、請求項１から３の何れか１項に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記圧電振動素子及び前記キャパシタは、セラミック積層構造物で形成される、請求項１から４の何れか１項に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記セラミック積層構造物は、
第１面に第１電極パターンが形成され、前記圧電振動素子を構成する第１セラミック部材と、
前記第１セラミック部材上に形成され、第２電極パターンを有し、前記キャパシタを構成する第２セラミック部材と
を含む、請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記第１セラミック部材の第１側面及び前記第２セラミック部材の第１側面に形成され、前記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、
前記第１セラミック部材の第２側面及び前記第２セラミック部材の第２側面に形成され、前記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと
をさらに含む、請求項６に記載の超音波センサ。
【請求項８】
伝導性材質のケースをさらに含み、
前記ケースは、前記第４電極パターンと電気的に連結される、請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、
前記ケースと電気的に連結される第１連結端子と
をさらに含む、請求項８に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記第１セラミック部材の第１側面及び前記第２セラミック部材の第１側面に形成され、前記第１電極パターンと連結される第３電極パターンと、
前記第１セラミック部材の第２側面及び第２面並びに前記第２セラミック部材の第２側面に形成され、前記第２電極パターンと連結される第４電極パターンと
をさらに含む、請求項６に記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記第３電極パターンと電気的に連結される第２連結端子と、
前記第４電極パターンと電気的に連結される第１連結端子と
をさらに含む、請求項１０に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記セラミック積層構造物は、
第１面に第１側面に延長される第１−１電極パターンが形成された二つ以上の第１−１セラミック部材と、
第１面に第２側面に延長される第１−２電極パターンが形成され、前記第１−１セラミック部材間に配置される第１−２セラミック部材と、
前記第１−１セラミック部材の第１面に形成され、第１面に第２電極パターンが形成される第２セラミック部材と
を含み、
前記第１−１セラミック部材及び前記第１−２セラミック部材は、前記圧電振動素子を構成し、
前記第２セラミック部材は、前記キャパシタを構成する、請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
分極された第１セラミック部材を用意する第１段階と、
前記第１セラミック部材の第１面に未分極の第２セラミック部材を形成する第２段階と、
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する第３段階と
を含む、超音波センサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材に電極パターンを形成する第４段階をさらに含む、請求項１３に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項１５】
前記第１段階は、前記第１セラミック部材に高電圧を加える工程を含む、請求項１３または１４に記載の超音波センサの製造方法。
【請求項１６】
第１面及び第２面に電極パターンが形成された第１セラミック部材を用意する段階と、
第１面に電極パターンが形成された第２セラミック部材を用意する段階と、
前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を積層し、積層された前記第１セラミック部材及び前記第２セラミック部材を圧搾及び焼結する段階と、
前記第１セラミック部材の電極パターンに高電圧を加えて前記第１セラミック部材に分極を形成する段階と
を含む、超音波センサの製造方法。
【請求項１７】
前記第１セラミック部材の電極パターン及び前記第２セラミック部材の電極パターンを連結する段階をさらに含む、請求項１６に記載の超音波センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１５８１４（Ｐ２０１３−１１５８１４Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１４５４４（Ｐ２０１２−１４５４４）
【出願日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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