特許 6952732 音波デバイス

(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】6952732

(24)【登録日】2021年9月30日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】音波デバイス

(51)【国際特許分類】

   H04R 17/00 20060101AFI20211011BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20211011BHJP

【ＦＩ】

   H04R17/00 330J

   G01N29/24

【請求項の数】17

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2019-39464(P2019-39464)

(22)【出願日】2019年3月5日

(65)【公開番号】特開2020-53956(P2020-53956A)

(43)【公開日】2020年4月2日

【審査請求日】2020年8月24日

(31)【優先権主張番号】特願2018-174920(P2018-174920)

(32)【優先日】2018年9月19日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】特許業務法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平尾 明子

(72)【発明者】

【氏名】小野 富男

(72)【発明者】

【氏名】細野 靖晴

(72)【発明者】

【氏名】小林 剛史

(72)【発明者】

【氏名】斉藤 三長

【審査官】 山下 剛史

(56)【参考文献】

【文献】 特開平８−５１６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−２９６６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平２−２５２０８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６１−１６９１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−２３３１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１９６４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １７／００−１７／１０

Ｇ０１Ｎ ２９／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

音波の送信及び受信の少なくとも一方の機能を有する音波機能部と、
一対の電極を有する基板と、前記基板上に配置された樹脂架橋体、及び前記樹脂架橋体内に分散された粒子を有する、被試験体と接するための電気粘着機能発現体と、前記一対の電極に電圧を印加するための電源とを備え、前記音波機能部の音波の送波面及び受波面の少なくとも一方として機能する音波機能面に設けられる音波伝播部と
を具備する音波デバイス。

【請求項2】

前記粒子は、電気レオロジー粒子である、請求項１に記載の音波デバイス。

【請求項3】

前記電気粘着機能発現体は、さらに前記樹脂架橋体内に含有された電荷輸送材料を有する、請求項１又は請求項２に記載の音波デバイス。

【請求項4】

前記電気粘着機能発現体は、さらに前記樹脂架橋体内に含有された導電性微粒子を有する、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項5】

前記電気粘着機能発現体は、さらに前記樹脂架橋体内に含有されたプロセスオイルを有する、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項6】

前記粒子の主成分と前記樹脂架橋体の主成分の音響インピーダンスの比が０．００１以上１０００以下の範囲である、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項7】

前記粒子は１００μｍ以下の平均粒子径を有する、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項8】

前記電気粘着機能発現体は多孔質構造を有する、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項9】

前記電極は、前記電荷輸送材料の最高被占軌道との差が０．５ｅＶ以内である仕事関数を有する金属を含む、請求項３に記載の音波デバイス。

【請求項10】

前記電極は、前記導電性微粒子の仕事関数との差が０．５ｅＶ以内である仕事関数を有する金属を含む、請求項４に記載の音波デバイス。

【請求項11】

前記電気粘着機能発現体は、前記電源から電場を印加した際に、前記粒子が前記樹脂架橋体内に収容されると共に、前記電場を取り去った際に、前記粒子の一部が前記樹脂架橋体の表面から突出する機能を有する、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項12】

前記音波デバイスは、超音波送受信機又は音波受信機である、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項13】

前記音波伝播部は、さらに前記音波機能部の前記音波機能面と前記基板との間に配置され、ヤング率が１ＧＰａ以下の高分子含有層を具備する、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項14】

前記高分子含有層は、前記音波機能部の前記音波機能面及び前記基板の前記一対の電極の形成面とは反対側の面に接着層を介してそれぞれ固定されている、請求項１３に記載の音波デバイス。

【請求項15】

前記高分子含有層は、環動エラストマーを含有する、請求項１３又は請求項１４に記載の音波デバイス。

【請求項16】

前記高分子含有層は、中央部の厚さが周辺部の厚さより厚い形状を有する、請求項１３ないし請求項１５のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【請求項17】

前記音波伝播部は、さらに前記音波機能部の前記音波機能面と前記基板との間に配置され、環動エラストマーを含有する層を具備する、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の音波デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超音波送受信機や音波受信機等の音波デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波や弾性波等の音波の伝播を用いた非破壊検査装置は、様々な部材、装置、インフラ等の点検に用いられている。また、超音波検査装置は医療診断等にも利用されている。そのような検査装置に用いられる超音波探触子やＡＥ（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサ等に代表される音波受信機、音波送信機、音波送受信機等の音波デバイスを被試験体に設置する場合、被試験体との間で音波伝播を効率よく行うために、音波デバイスの音波の送波面及び受波面の少なくとも一方として機能する音波機能面と被試験体との間に、グリセリンやワセリン等の液体状又は粘性体状の接触媒質を介在させている。

【0003】

上述した接触媒質は、音波デバイスから被試験体、又は被試験体から音波デバイスに超音波等の音波を効率よく伝達し、試験精度を高める上で重要であるが、液体状又は粘性体状の接触媒質を塗布したり、除去したりする工程が煩雑である。このため、検査の時間や工数を増加させる要因となっている。また、被試験体によっては、接触媒質で汚染される場合もあり、その場合は検査自体を実施することができない。ＡＥセンサの場合には、被試験体への取り付けに接着剤又は治具が用いられる。短期間の点検に用いるときのように、接着と脱着の頻度が高い場合には、治具が用いられる。この際、高い検出感度を確保するためには、ＡＥセンサの受波面と被試験体の設置面との間にグリセリンやワセリン等の接触媒質を充填する必要があり、被試験体を汚染してしまうおそれがある。また、点検対象がコンクリート製である場合、接着剤を用いてＡＥセンサを接着する必要があり、試験後の取り外し工程が煩雑で、場合によってはうまく外せないこともある。

【0004】

固体の接触媒質も提案されているが、音波の伝播は液体状の接触媒質を用いた場合と比較して大きく劣る。これは、音波受信機や音波送受信機等の音波デバイスの被試験体に対する設置面と被試験体との間に、音響インピーダンスが大きく異なる空気が介在してしまうことが原因と考えられる。音波デバイスの設置面と被試験体との間に空気が介在するのを避けるために、粘着性のある固体の接触媒質も提案されている。しかしながら、この場合には、音波デバイスの設置面が被試験体に密着し、音波デバイスを滑らせることができない。そのため、設置位置を微小距離で動かす場合であっても、一度接触媒質と共に音波デバイスを、被試験体から剥がす必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７−０１９６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、検査時に被試験体と空気層を介さずに密着させることができ、かつ接触媒質の塗布や除去に要する手間を省いた上で、被試験体上を容易に移動させることを可能にした音波デバイスを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の音波デバイスは、音波の送信及び受信の少なくとも一方の機能を有する音波機能部と、一対の電極を有する基板と、基板上に配置された樹脂架橋体、及び樹脂架橋体内に分散された粒子を有する、被試験体と接するための電気粘着機能発現体と、一対の電極に電圧を印加するための電源とを備え、音波機能部の音波の送波面及び受波面の少なくとも一方として機能する音波機能面に設けられる音波伝播部とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態の音波デバイスを示す断面図である。

【図2】図１に示す音波デバイスにおける電気粘着機能発現体の電圧が印加されていない状態を示す断面図である。

【図3】図１に示す音波デバイスにおける電気粘着機能発現体の電圧が印加された状態を示す断面図である。

【図4】図３に示す電気粘着機能発現体の樹脂架橋体の表面における粒子の状態を示す断面図である。

【図5】第１の実施形態の音波デバイスの第１の変形例を示す断面図である。

【図6】第１の実施形態の音波デバイスの第２の変形例を示す断面図である。

【図7】第１の実施形態の音波デバイスの第３の変形例を示す断面図である。

【図8】第２の実施形態の音波デバイスを示す断面図である。

【図9】第２の実施形態の音波デバイスの第１の変形例を示す断面図である。

【図10】第２の実施形態の音波デバイスの第２の変形例を示す断面図である。

【図11】第２の実施形態の音波デバイスの第３の変形例を示す断面図である。

【図12】物質Ａと物質Ｂの音響インピーダンス比と音の強さの透過率との関係を示す図である。

【図13】第３の実施形態の音波デバイスを示す断面図である。

【図14】第４の実施形態の音波デバイスを示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の音波デバイスについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、各部の厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。説明中の上下方向を示す用語は、重力加速度方向を基準とした現実の方向とは異なる場合がある。

【0010】

実施形態の音波デバイスは、音波の送信及び受信の少なくとも一方の機能を有するものであり、例えば超音波送受信機や音波受信機が挙げられる。超音波送受信機の代表例としては、超音波探触子が挙げられる。音波受信機の代表例としては、ＡＥセンサが挙げられる。また、音波デバイスは音波送信機であってもよい。ここに記載される音波とは、気体、液体、固体を問わず、弾性体を伝播するあらゆる弾性振動波の総称であり、可聴周波数域の音波に限らず、可聴周波数域より高い周波数を有する超音波、及び可聴周波数域より低い周波数を有する低周波音等も含まれる。音波の周波数も特に限定されるものではなく、高周波から低周波まで含まれるものである。実施形態の超音波送受信機や音波受信機等の音波デバイスは、以下に詳述するように、音波の送信及び受信の少なくとも一方の機能を有する音波機能部と音波伝播部とを具備する。音波機能部は、音波の送受信面、受信面、送信面等を有する。ここでは、音波機能部の音波の送波面及び受波面の少なくとも一方として機能する面を音波機能面と記載する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態の音波デバイスを示す斜視図である。図１に示す音波デバイス１は、超音波送受信機の一例である垂直型超音波探触子を示している。垂直型超音波探触子としての超音波デバイス１は、超音波の送信機能及び受信機能を有する音波機能部（超音波送受信機）２と、音波機能部２の音波の送波面及び受波面として機能する音波機能面に設けられる音波伝播部３とを具備する。各部２、３について、以下に詳述する。

【0012】

音波機能部２は、超音波探触子用の振動子（圧電体）４と、振動子４の上下両面に設けられた電極５とを有する超音波送受信素子６を備えている。超音波送受信素子６は受波板７上に配置されており、この状態でケース８内に収容されている。超音波送受信素子６の電極５は、ケース８に設けられたコネクタ９と電気的に接続されている。圧電特性を有する振動子４、超音波送受信素子６、受波板７等には、公知の超音波探触子に用いられる構成材料や構造等を適用することができ、特に限定されるものではない。音波機能部２は、振動子４に電極５から電圧を印加することで、受波板７を介して超音波を発信すると共に、超音波の反射波を受信する。音波機能部２においては、受波板７の超音波送受信素子６と接する面７ａとは反対側の面７ｂが超音波の送波面及び受波面（送受波面）となる。

【0013】

音波伝播部３は、音波機能部２の送受波面（音波機能面）７ｂに接するように設けられており、例えば接着層を介して音波機能部２の送受波面７ｂに固定される。音波伝播部３は、正負一対の電極１０を有する基板１１と、基板１１の電極形成面に設けられた電気粘着機能発現体１２と、電気粘着機能発現体１２に電圧を印加する電源１３とを備えている。音波伝播部３は、図２及び図３に示すように、電気粘着機能発現体１２の外表面が被試験体Ｘと接するように配置される。超音波送受信素子６から発信された超音波は、受波板７及び音波伝播部３を介して被試験体Ｘに伝播される。また、被試験体Ｘで反射された反射波は、音波伝播部３及び受波板７を介して超音波送受信素子６に伝播される。

【0014】

電気粘着機能発現体１２は、図２及び図３に示すように、樹脂架橋体１４と、樹脂架橋体１４内に分散された粒子１５とを有している。樹脂架橋体１４及び粒子１５については、後に詳述する。電源１３は、電気粘着機能発現体１２への電圧の印加をオン・オフするスイッチを有している。図２は電気粘着機能発現体１２に電圧を印加していない状態を示しており、図３は電気粘着機能発現体１２に電圧を印加した状態を示している。電気粘着機能発現体１２においては、電源１３からの電圧の印加のオン・オフに基づいて、電気レオロジー効果やマックスウェルの応力等により樹脂架橋体１４とその中に分散された粒子１５の位置状態が変化する。

【0015】

すなわち、図２に示すように、電極１０に電圧が印加されていない状態では、樹脂架橋体１４の表面に粒子１５の一部が突出するように存在する。このため、電気粘着機能発現体１２は粘着性の低い表面を有する。従って、被試験体Ｘ上に電気粘着機能発現体１２を接触させた状態で、超音波デバイス１を移動させることができる。樹脂架橋体１４の表面に突出した粒子１５の一部は、その表面が潤滑機能を発揮するため、電気粘着機能発現体１２を被試験体Ｘの表面を滑らせることができる。

【0016】

図３は図２に示した電気粘着機能発現体１２に電圧を印加した状態を示している。図３に示すように、電極１０に電圧を印加すると電気レオロジー効果やマックスウェルの応力等によって、樹脂架橋体１４内に分散された粒子１５が樹脂架橋体１４の表面から深さ方向奥側、言い換えると樹脂架橋体１４の表面から基板１１の方向に移動すると同時に、樹脂架橋体１４が表面に向けてせり出す。従って、被試験体Ｘに接する電気粘着機能発現体１２の表面に占める樹脂架橋体１４が多くなる。このため、電気粘着機能発現体１２の表面は被試験体Ｘに密着することになる。このとき、電極１０に印加する電圧を高くするにつれて、電気粘着機能発現体１２の被試験体Ｘに対する密着性を増加させることができる。電圧印加時に吸着力が生じるのは、ガラス転移温度が室温以下である樹脂架橋体１４が表面に盛り上がってくると共に、粒子１５が沈み込むことによって生じると考えられる。なお、電圧印加時の電気粘着機能発現体１２の表面において、図４に示すように、粒子１５の周囲には樹脂架橋体１４がせり出しても空気等の気体が占める空間が生じる場合があるが、超音波等の音波の送受信にはほとんど影響しない。

【0017】

上述したような被試験体Ｘに密着させた電気粘着機能発現体１２を介して超音波を送受信することによって、例えば超音波送受信素子６から発信された超音波を、ほとんど空気を介在させることなく被試験体Ｘに伝播させることができる。また、被試験体Ｘで反射された反射波についても、ほとんど空気を介在させない電気粘着機能発現体１２を介して超音波送受信素子６で受信することができる。従って、超音波探傷子のような超音波デバイス１による超音波の伝播効率及びそれに基づく送受信効率を高めることができる。さらに、超音波デバイス１を移動させたい場合には、上述したように電気粘着機能発現体１２への電圧の印加をオフにすることで、被試験体Ｘ上に電気粘着機能発現体１２を接触させた状態で超音波デバイス１を移動させることができる。また、樹脂架橋体１４は例えばゲル状であるため、被試験体Ｘに付着して残留するようなこともない。

【0018】

電気粘着機能発現体１２は、上述したように樹脂架橋体１４内に分散された粒子１５を有している。樹脂架橋体１４内に分散させる粒子１５は、電気レオロジー効果を示す粒子（電気レオロジー粒子）であることが好ましい。粒子１５の構成材料としては、半導体、導電体、異方性導電体、強誘電体、電解質、絶縁体等が挙げられる。粒子１５の具体例としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸カルシウム等の強誘電体粒子、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン等の酸化物粒子、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルのようなアクリル類、ジビニルベンゼンをベースとした共重合体、アセンキノン類、ポリアニリン、ポリパラファニレン等の樹脂粒子、炭素質粒子、Ａｇコロイド、Ｎｉコロイド、無水シリカ粒子、表面絶縁化導電性粒子、もしくはこれらの粒子を尿素やポリマー等の有機化合物でコートした粒子が挙げられる。

【0019】

粒子１５は、アクリル樹脂等の樹脂粒子と、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸カルシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、アセンキノン類、ポリアニリン、ポリパラファニレン、炭素質、Ａｇコロイド、Ｎｉコロイド、無水シリカ等の粒子、又は表面絶縁化導電性粒子とを混合させたものであってもよい。また、粒子１５は、導電体ポリマーブレンド、シリコンモノマー等のモノマー、オリゴマー、さらにはこれらの混合物、誘導体等から選ばれる粒子であってもよい。

【0020】

粒子１５は、例えば球状の材質の表面を、球状の材質よりも小さい粒子で被覆した複合粒子であってもよい。球状粒子の材質としては、例えば様々なポリマー、シリカゲル、でんぷん、大豆カゼイン、カーボン等の粒子が例示される。その回りを被覆する小さい粒子には、無機酸化物、各種フタロシアニン化合物等の有機顔料等を用いることができる。電気レオロジー粒子の他の材質例としては、ポリマー鎖に液晶の機能を有する基を付加したものがある。さらに、樹脂架橋体１４中での分散性を向上させるために、粒子１５に様々な表面処理や処理剤を使用することができる。

【0021】

樹脂架橋体１４は粘着性を有することが好ましく、粒子１５が分散された状態で電気レオロジー効果を示すものであることが好ましい。ここで、粘着性とは、接着の一種であり、水、溶剤、熱等を使用せずに、常温で短時間、僅かな圧力を加えるだけで接着することである。被試験体Ｘに密着させたときに、どのくらいの力に耐えられるかで、その大きさが測定される。通常、その力の起源は、ファンデルワールス力が主と言われており、被試験体Ｘのミクロな凹凸面に食い込み、近づくことで粘着する。従って、電気粘着機能発現体１２を構成する樹脂架橋体１４は、ガラス転移温度が比較的低いものを含むことが好ましく、そのガラス転移温度は室温よりも低いことが好ましい。

【0022】

樹脂架橋体１４には、固体と液体の混合物を用いることができる。そのような混合物としては、例えばポリシロキサン架橋体により形成されたゲル骨格中にシリコーンオイルを分散させたものが挙げられる。シリコーンオイルを混合した場合、熱や光で樹脂架橋体を形成した後に、オイルの一部を除去することが好ましい。この過程によって、樹脂架橋体１４を有する電気粘着機能発現体１２は多孔質構造となることがある。この場合、より高い粘着機能が発現する場合が多い。ここで、多孔質構造の孔径は同時に用いる粒子１５の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。

【0023】

電気粘着機能発現体１２を構成する樹脂架橋体１４の媒体には、例えばジメチルポリシロキサン等に代表されるシリコーンゲルに分類されるものが用いられる。シリコーンゲルは、光、熱、触媒等で硬化させるものであり、架橋開始剤や触媒等が作製プロセスにおいて電気粘着機能発現体１２の構成材料となる。シリコーンゲル以外にも、いわゆる粘着性を有する電気絶縁性の媒体であれば様々なものが使用できる。例えば、架橋によって三次元的な網目構造を形成し、その内部に溶媒を吸収した膨潤ゲル、ポリロタキサンを利用してユニークな８の字架橋点を持つトポロジカルゲル、独立した２重網目構造を持つダブルネットワークゲル等が挙げられる。具体的には、ポリシロキサン架橋体、アクリル酸エステル系ポリマー架橋体、ポリスチレン系架橋体等がある。これらの構造材料であるモノマーやオリゴマー、不飽和基含有化合物等が混合していてもよい。

【0024】

電気粘着機能発現体１２は、樹脂架橋体１４及び粒子１５以外に、電荷輸送材料、導電性微粒子、シリコーンオイルに代表されるプロセスオイル、酸化物粒子等を含んでいてもよい。導電性微粒子の構成材料としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン、タングステン、スズ、亜鉛、ニッケル、インジウム、ジルコニア等の金属、酸化スズ、炭素粉、フラーレン、炭化珪素、グラファイト、グラフェン、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等が挙げられる。電気粘着機能発現体１２が導電性微粒子を含むことによって、電気レオロジー効果に基づく粒子１５の移動性を高めることができる。

【0025】

電荷輸送材料には、有機ＥＬや有機太陽電池等に用いられる電荷輸送性を有する材料を適用することができる。電荷輸送材料としては、例えば、ポリ（２−ビニルカルバゾール）、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、１，３，５−トリス（２−（９−エチルカバジル−３）エチレン）ベンゼン、トリス（４−カルバゾイル−９−イルフェニル）アミン、トリス［４−（ジエチルアミノ）フェニル］アミン、トリ−ｐ−トリルアミン、４，４’ビス（Ｎ−カルバゾリル）−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−１，１’−ビフェニル、１，３−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン、１，４−ビス（ジフェニルアミノ）ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、ポリ（Ｎ−エチル−２−ビニルカルバゾール）、ポリ［ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ（銅フタロシアニン）等がある。電気レオロジー効果による粒子１５の移動は、電源１３から印加される電荷が影響するため、電気粘着機能発現体１２が電荷輸送材料を含むことで、電気レオロジー効果を高めることができる。

【0026】

プロセスオイルとしては、シリコーンオイルが例示される。シリコーンオイルは、電気的及び化学的に安定で難燃性の材料であり、電気粘着機能発現体１２に含まれるプロセスオイルとして好適である。シリコーンオイルの代表例としては、ジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイル等が挙げられる。プロセスオイルにはシリコーンオイル以外に、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル等を用いてもよい。さらに、これら以外に市販のプロセスオイルを使用してもよい。

【0027】

電気粘着機能発現体１２に接して設けられる基板１１には、例えば樹脂フィルム、樹脂基板等が用いられる。基板１１に形成される電極１０は、正極と負極を一対とする電極であり、その形状は特に限定されるものではないが、例えばくし型に正極と負極とが互い違いに配置されたくし型電極が用いられる。これ以外に、電気粘着機能発現体１２の一方の面に正極と負極とを配することが可能な配線パターンを有する電極１０、例えば魚骨型や渦巻き型等の様々な配線パターンを有する電極１０を適用することができる。電極１０における正極と負極の幅やそれらの間隔は、電気粘着機能発現体１２の厚さや粒子１５の大きさ等によって適宜に選定される。電気粘着機能発現体１２が導電性微粒子を含む場合、電極１０は導電性微粒子の仕事関数との差が０．５ｅＶ以内である仕事関数を有する金属を含むことが好ましく、これにより電気レオロジー効果を高めることができる。

【0028】

実施形態の超音波デバイス１においては、音波伝播部３の電気粘着機能発現体１２に電圧を印加することで粘着性を発現させ、被試験体Ｘの表面に電気粘着機能発現体１２を空気層をほとんど介さずに密着させることによって、音波伝播部３に積層される音波機能部２の超音波送受信素子６から被試験体Ｘ、及び被試験体Ｘから超音波送受信素子６への超音波の伝播を効率よく実現することができる。ここで、音の強さの透過率Ｔは、音響インピーダンスで記述できる。物質Ａから物質Ｂへの音の透過率は、物質の密度とその物質中の音速との積である音響インピーダンス（物質Ａの音響インピーダンスＺ_Ａと物質Ｂの音響インピーダンスＺ_Ｂ）で、以下の式（１）で表される。
Ｔ＝（２Ｚ_Ａ・Ｚ_Ｂ）／（Ｚ_Ａ＋Ｚ_Ｂ）^２ …（１）

【0029】

平面状に均一に存在する物質Ａから物質Ｂへの音の強さの透過率を式（１）より計算して図１２に示す。温度０℃の空気の音響インピーダンスは０．４３ＫＲａｙｌであるので、例えば超音波送受信機の保護材が音響インピーダンス２．５ＭＲａｙｌのポリスチレンであった場合、両者の比は１．７×１０^−４（１．７Ｅ−４）であるので、音の強さの透過率は２．７ｅ−３となり、１％以下となってしまう。このように、音響インピーダンスが極めて小さい空気を、被試験体Ｘと超音波送受信機２との間に介在させないようにするために、電気粘着機能発現体１２を配置することが有効である。

【0030】

音波の伝播を効率よく行わせるためには、単に被試験体Ｘとの間に空気層がないだけでなく、粘着性部材を構成する材料が、用いる音波を効率よく伝播するものであることが好ましい。すなわち、実施形態における電気粘着機能発現体１２を構成する主な部材である、樹脂架橋体１４の主成分と粒子１５の主成分の音響インピーダンスが大きく乖離していないことが望ましい。樹脂架橋体１４の主成分と粒子１５の主成分の音響インピーダンスの比は０．００１以上１０００以下の範囲であることが好ましく、音響インピーダンスの比は０．０１以上１００以下の範囲であることがより好ましく、０．１以上１０以下の範囲であることが望ましい。また、粒子１５の大きさは、用いる音波の波長の１／２以下、さらに１／５以下であることがより好ましい。このような場合には、絶縁性媒体である樹脂架橋体１４の主成分の音響インピーダンスと粒子１５の主成分の音響インピーダンスが大きく異なっていても、音波の伝播は大きく影響を受けないことがある。

【0031】

例えば、室温２５℃のシリコーンゴムの音響インピーダンスは約１．０ＭＲａｌｙｓ、ポリスチレンは約２．５ＭＲａｌｙｓであるので、その比を取ると０．４程度である。例えば、樹脂架橋体１４の絶縁性媒体としてシリコーンゴムを用い、粒子１５としてポリスチレンを主成分とする粒子を用いた場合には、電気粘着機能発現体１２の厚さや粒子１５の粒径にも依存するが、問題なく超音波探傷試験を行うことができる。

【0032】

電気粘着機能発現体１２を構成する粒子１５は、通常直径０．１μｍ以上１００μｍ以下の平均粒子径を有する粒子の中から適宜選択して使用することができる。ここで平均粒子径とは、コールターカウンターによる標準粒子換算粒径である。粒径分布は用途によって適宜選定される。用いる音波の電気粘着機能発現体１２中の波長よりも粒子１５の粒径が小さいと、音波を滞りなく伝播させることができる。すなわち、用いる音波の電気粘着機能発現体１２中の波長の１／５の長さより、粒子１５の平均粒子径が小さいほうが好ましい。電気粘着機能発現体１２の縦波音速は５００〜３０００ｍ／ｓ程度である。一方、用いる超音波の周波数は１〜１０ＭＨｚ程度である。例えば、縦波音速が１０００ｍ／ｓのとき、１０ＭＨｚの超音波の波長は１００μｍである。用いる超音波の周波数によって適宜選択されるが、粒子１５の直径は１００μｍ以下が望ましい場合が多い。

【0033】

実施形態の超音波デバイス１においては、被試験体Ｘと超音波送受信機２との間に、音伝播を妨げる空気層が生じないようにすることが好ましい。このため、被試験体Ｘの表面粗さによって、粒子１５の最適な粒径分布が選択される。すなわち、上記したように、電気粘着機能発現体１２の表面には粒子１５が露出しており、電圧を印加する前には被試験体Ｘの上を滑らすことが可能である。電圧を印加すると、表面に存在する粒子１５が内部に沈み込むと同時に、周りの樹脂架橋体１４が盛り上がり、空気層が排除される。電気粘着機能発現体１２に電圧を印加しない状態において、粒子１５が樹脂架橋体１４の中に没入せずに表面での露出状態が維持されるのは、樹脂架橋体１４の剛性や粒子１５の粒径の選定により実現することができる。

【0034】

印加電圧を高くしていくと密着度は上昇し、空気層はより排除されるが、排除されずに残ってしまう空気胞も存在する。この排除されずに残ってしまう空気胞の大きさが大きかったり、その密度が多かったりすると、音伝播に支障が生じる。この空気胞の大きさは、用いる音の波長の１／２から１／５程度に小さいことが好ましい。例えば、周波数３．５ＭＨｚの音を用いる場合には、空気中の波長は１００μｍ程度である。従って、空気胞の直径は１０μｍから５０μｍ程度の大きさであることが好ましい。これを実現するためには、電気粘着機能発現体１２の構成材料である粒子１５の大きさは好ましくは１００μｍ以下であり、さらに好ましくは３０μｍ以下である。

【0035】

第１の実施形態の超音波デバイスにおいて、超音波の送信機能及び受信機能を有する音波機能部（超音波送受信機）２の構造は、図１に示した垂直型超音波探触子としての構造に限定されるものではない。音波機能部（超音波送受信機）２には、各種公知の構造を適用することができる。例えば、図５は超音波送受信素子６の背面側にダンパ１６を配置した広帯域型超音波探触子としての超音波デバイス１を示している。図６は斜角超音波探触子としての超音波デバイス１を示している。図６に示す斜角超音波探触子としての超音波デバイス１は、くさび１７の傾斜面１７ａに超音波送受信素子６が設けられていると共に、その背面に吸音材１８が配置されている。図７は二振動子型超音波探触子としての超音波デバイス１を示している。図７に示す二振動子型超音波探触子としての超音波デバイス１は、音響隔離膜１９を介して配置された音響遅延材２０Ａ、２０Ｂのそれぞれに超音波送受信素子６が設けられている。これらの超音波デバイス１においても、音波機能部（超音波送受信機）２の超音波送受信面に電気粘着機能発現体１２を有する音波伝播部３を設けることによって、超音波の伝播効率及びそれに基づく送受信効率を高めることができる。

【0036】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の音波デバイス２１について、図８ないし図１１を参照して説明する。図８ないし図１１は、音波受信機の一例であるＡＥセンサを備える音波デバイス２１を示している。図８は共振型ＡＥセンサを備える音波デバイス２１である。図８に示す音波デバイス２１は、音波の受信機能を有する音波機能部（ＡＥセンサ）２２と、音波機能部２の音波の受波面（音波機能面）に設けられる音波伝播部３とを具備する。音波伝播部３の具体的な構成は、第１の実施形態と同様である。ＡＥセンサとしての音波機能部２は、振動子４としての圧電体がＡＥセンサに応じた材料や構造を有する音波受信素子２３を用いていることを除いて、図１に示した超音波デバイス１と同様な構成を有している。

【0037】

このような音波機能部（ＡＥセンサ）２２を備える音波デバイス２１は、前述したように音波伝播部３の電気粘着機能発現体１２が電圧印加時に粘着性を示すため、被試験体Ｘに取り付けることができる。さらに、取り付け時においては被試験体Ｘと空気を介することなく密着させることができるため、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）による音波の伝播効率及びそれに基づく受信効率を高めることができる。また、音波デバイス２１を移動させる場合、電圧の印加をオフにすれば電気粘着機能発現体１２がすべり性を示すため、音波デバイス２１を容易に移動させることができる。

【0038】

ＡＥセンサを備える音波デバイス２１の具体的な構成は、図８に示す共振型ＡＥセンサを備える音波デバイス２１に限られるものではない。音波機能部（ＡＥセンサ）２２には、各種公知の構造を適用することができる。例えば、図９は音波受信素子２３の背面側にダンパ１６を配置した広帯域型ＡＥセンサとしての音波デバイス２１を示している。図１０は平衡型ＡＥセンサとしての音波デバイス２１を示している。図１０に示す音波デバイス２１において、音波受信素子２３は絶縁板２４上に搭載されている。図１１はプリアンプ内蔵型ＡＥセンサとしての音波デバイス２１を示している。図１１に示す音波デバイス２は、ケース８内に配置されたプリアンプ２５を有している。これらの音波デバイス２１においても、音波機能部（ＡＥセンサ）２２の音波受信面に電気粘着機能発現体１２を有する音波伝播部３を設けることによって、音波デバイス２１の取り付け及び移動を容易にした上で、音波の伝播効率及びそれに基づく受信効率を高めることができる。

【0039】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の音波デバイス３１について、図１３を参照して説明する。図１３は、超音波送受信機の一例である垂直型超音波探触子を示している。垂直型超音波探触子としての超音波デバイス３１は、第１の実施形態と同様に、超音波の送信機能及び受信機能を有する音波機能部（超音波送受信機）２と、音波機能部２の音波の送波面及び受波面として機能する音波機能面に設けられる音波伝播部３とを具備する。音波機能部（超音波送受信機）２は、第１の実施形態の超音波デバイス１と同様な構成を備えている。音波伝播部３は、第１の実施形態と同様に、正負一対の電極１０を有する基板１１と、基板１１の電極形成面に設けられた電気粘着機能発現体１２と、電気粘着機能発現体１２に電圧を印加する電源１３とを備え、それらに加えて高分子含有層３２を備えている。

【0040】

高分子含有層３２を備える音波伝播部３について、以下に詳述する。高分子含有層３２は、音波機能部２の送受波面（音波機能面）７ｂ、すなわち受波板７の超音波送受信素子６と接する面７ａとは反対側の面７ｂと、基板１１の電極形成面（表面）とは反対側の面（裏面）との間に、配置されている。高分子含有層３２は、音波機能部２の送受波面７ｂ及び基板１１の裏面に、それぞれ接着層３３を介して固定されている。第３の実施形態の音波デバイス３１において、超音波送受信素子６から発信された超音波は、受波板７、高分子含有層３２、基板１１、及び電気粘着機能発現体１２を介して被試験体に伝播される。また、被試験体で反射された反射波は、電気粘着機能発現体１２、基板１１、高分子含有層３２、及び受波板７を介して超音波送受信素子６に伝播される。

【0041】

高分子含有層３２は１ＧＰａ以下のヤング率を有している。このような高分子含有層３２を音波機能部２と音波伝播部３の基板１１との間に配置することで、被試験体Ｘの表面にμｍ程度の凹凸が生じていたり、また音波伝播部３の表面と被試験体Ｘの表面との曲率が異なるような場合においても、電気粘着機能発現体１２の被試験体Ｘの表面に対する追従性を高めることができる。従って、電気粘着機能発現体１２と被試験体Ｘの表面との間の超音波の伝播効率及びそれに基づく送受信効率が高められ、被試験体Ｘの表面にμｍ程度の凹凸が生じていたり、また音波伝播部３の表面と被試験体Ｘの表面との曲率が異なるような場合であっても、超音波探傷検査等の精度を向上させることが可能になる。

【0042】

上述したように、高分子含有層３２は１ＧＰａ以下のヤング率を有している。これによって、電気粘着機能発現体１２の被試験体Ｘの表面に対する追従性を高めることができる。すなわち、歪（ε）と垂直応力（σ）とヤング率（Ｅ）との間には、以下の式（２）の関係が成立する。
Ｅ＝σ／ε …（２）
被試験体Ｘの表面に存在する凹凸としては、例えばスポット溶接の跡が挙げられる。スポット溶接の凹凸は２μｍから２０μｍ程度と報告されているため、このような凹凸に追従させることが求められる。仮に、高分子含有層３２の厚さを２ｍｍとすると、２０μｍの凹凸に追従させるためには、下記の式（３）から求められる歪を生じさせる必要がある。
ε＝２０×１０^−６／２×１０^−３＝１×１０^−２ …（３）
仮に、１キログラム重（ｋｇｗ）（＝約１０ＭＰａ）の応力をかけるとすると、高分子含有層３２には下記の式（４）から求められる１ＧＰａの圧縮弾性率が必要になる。
１０ＭＰａ／１×１０^−２＝１ＧＰａ …（４）
圧縮弾性率は、引張弾性率であるヤング率と同等の値を取ることが多い。従って、高分子含有層３２のヤング率が１ＧＰａ以下であれば、例えば２０μｍ以下の凹凸に追従させることができる。このため、高分子含有層３２は１ＧＰａ以下のヤング率を有している。高分子含有層３２のヤング率は０．７ＧＰａ以下がより好ましい。

【0043】

高分子含有層３２の構成材料としては、樹脂、ゴム、エラストマー等を用いることができる。それらのうち、ヤング率が１ＧＰａ以下の高分子材料としては、ビニル系ではポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン系ではスチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、フッ素系では四フッ化エチレン、フッ化ビニリデン等が挙げられる。熱可塑性エラストマーに分類されるオレフィン系、スチレン系、塩化ビニル系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、熱硬化性エラストマーに分類されるウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等を、ヤング率が１ＧＰａ以下の高分子含有層３２の構成材料として使用することもできる。

【0044】

ヤング率がさらに低い高分子材料として、環動エラストマーが挙げられる。環動エラストマーとは、ヤング率が極めて低いことで知られるポリロタキサン構造に代表される環動高分子材料である。ロタキサンは、大環状分子を棒状分子が貫通し、軸の両末端に嵩高い部位を結合させることで、立体障害でリングが軸から抜けなくなったものである。その構造的特徴は、以下の３つに分類される。すなわち、（１）環状分子と線状高分子との間に共有結合が存在しない、（２）多数の環状分子が線状高分子に沿って回転・滑り運動が可能である、（３）ポリロタキサン中の環状分子の化学修飾による機能付与が可能である。

【0045】

上述した環動エラストマーは、高分子含有層３２の構成材料として用いることきができる。さらに、環動エラストマーの原料として、軸分子としてポリエチレングリコール、環状分子としてシクロデキストリン誘導体、キャッピング分子としてアダマンタンを用いたポリロタキサンは、高分子含有層３２の構成材料として好適である。特に、ポリロタキサンにポリカプロラクトン等をグラフトし、他の高分子をブレンドして架橋したエラストマーは、弾性率が１ｋＰａ程度と極めて小さい。このようなエラストマーを高分子含有層３２の構成材料として用いることによって、音波伝播部３の被試験体Ｘの凹凸を有する表面に対する追従性をより一層高めることができる。

【0046】

高分子含有層３２の厚さは、被試験体の表面形状等により選定することが好ましいものの、具体的には１ｍｍ以上５０ｍｍ以下が好ましい。高分子含有層３２の厚さが１ｍｍ未満であると、音波伝播部３の被試験体Ｘの凹凸を有する表面に対する追従性を十分に高めることができないおそれがある。一方、高分子含有層３２の厚さが以上５０ｍｍを超えると、超音波等の音波伝播性が低下するおそれがある。高分子含有層３２は、上記したような高分子材料を主成分として含み、層全体のヤング率が１ＧＰａ以下であればよい。よって、高分子含有層３２は、主成分の高分子材料以外に他の成分を含んでいてもよい。

【0047】

高分子含有層３２には、様々な特性を向上させるために、ヤング率が１ＧＰａを超えない範囲で各種成分を添加することができる。例えば、粒子を含有させることで、高分子含有層３２の弾性率や耐久性を向上させることが可能である。例えば、半導体粒子、導電体粒子、異方性導電体粒子、強誘電体粒子、電解質粒子、絶縁体粒子等を高分子含有層３２に含有させることができる。粒子の具体例としては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸カルシウム等の強誘電体粒子、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ランタン等の酸化物粒子、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル類、ジビニルベンゼンをベースとした共重合体、アセンキノン類、ポリアニリン、ポリパラファニレン等の樹脂粒子、炭素質粒子、Ａｇコロイド、Ｎｉコロイド、無水シリカ粒子、表面絶縁化導電性粒子、もしくはこれらの粒子の混合物、これらの粒子を尿素やポリマー等の有機化合物でコートした粒子等が挙げられる。粒子は、導電体ポリマーブレンド、シリコンモノマー等のモノマー、オリゴマー、さらにはこれらの混合物、誘導体等から選ばれる粒子であってもよい。粒子は、例えば球状粒子の表面を、球状粒子よりも小さい粒子で被覆した複合粒子であってもよい。球状粒子の材質としては、例えば様々なポリマー、シリカゲル、でんぷん、大豆カゼイン、カーボン等の粒子が例示される。そのような球状粒子の回りを被覆する小さい粒子には、無機酸化物、フタロシアニン化合物のような有機顔料等を用いることができる。

【0048】

さらに、高分子含有層３２は、電荷輸送材料、導電性微粒子、シリコーンオイルに代表されるプロセスオイル、酸化物粒子等を含んでいてもよい。導電性微粒子の構成材料としては、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン、タングステン、スズ、亜鉛、ニッケル、インジウム、ジルコニア等の金属、酸化スズ、炭素粉、フラーレン、炭化珪素、グラファイト、グラフェン、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等が挙げられる。

【0049】

電荷輸送材料には、有機ＥＬや有機太陽電池等に用いられる電荷輸送性を有する材料を用いることができる。電荷輸送材料としては、例えばポリ（２−ビニルカルバゾール）、ポリ（９−ビニルカルバゾール）、１，３，５−トリス（２−（９−エチルカバジル−３）エチレン）ベンゼン、トリス（４−カルバゾイル−９−イルフェニル）アミン、トリス［４−（ジエチルアミノ）フェニル］アミン、トリ−ｐ−トリルアミン、４，４’ビス（Ｎ−カルバゾリル）−１，１’−ビフェニル、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）−１，１’−ビフェニル、１，３−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン、１，４−ビス（ジフェニルアミノ）ベンゼン、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンジジン、ポリ（Ｎ−エチル−２−ビニルカルバゾール）、ポリ［ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ（１−ビニルナフタレン）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ（銅フタロシアニン）等が挙げられる。

【0050】

音波伝播部３における基板１１や電気粘着機能発現体１２には、第１の実施形態と同様な構成を適用することができるが、基板１１には柔軟性樹脂基板を適用することが好ましい。柔軟性樹脂基板の材質は、高分子含有層３２の形状変動に追従し得るものが好ましく、材質や厚さを工夫することで、より小さな凹凸にも変動するものが好ましい。柔軟性樹脂基板には、フレキシブル基板として知られる樹脂基板を用いることができる。フレキシブル基板としては、耐熱性のよいポリイミドフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルム等のベース基材に、電極材料や配線材料として銅箔のような金属箔を接着剤等で貼り付けたものが知られている。さらに柔軟性に優れ、凹凸部への追従性に優れているものとして、ベース基材に伸縮基材を用いたフレキシブル基板がある。伸縮基材とは、いわゆるゴムやエラストマーであり、さらに曲面や立体面等への適用性に優れる。ゴム材料としては、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、多硫化ゴム等が挙げられる。エラストマーとしては、オレフィン系、スチレン系、塩化ビニル系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系等が挙げられる。なお、柔軟性樹脂基板は第３の実施形態に限らず、前述した第１及び第２の実施形態の基板１１としても好適に用いることができる

【0051】

第３の実施形態の超音波デバイス３１においては、第１の実施形態と同様に、音波伝播部３の電気粘着機能発現体１２に電圧を印加することで粘着性を発現させ、被試験体Ｘの表面に電気粘着機能発現体１２を、空気層をほとんど介さずに密着させることによって、音波伝播部３に積層される音波機能部２の超音波送受信素子６から被試験体Ｘ、及び被試験体Ｘから超音波送受信素子６への超音波の伝播を効率よく実現することができる。超音波送受信素子６から発信された超音波及び被試験体Ｘから反射された超音波は、前述したように、受波板７、高分子含有層３２、基板１１、及び電気粘着機能発現体１２を介して伝播される。音の強さの透過率Ｔは、音響インピーダンスで記述でき、物質Ａから物質Ｂへの音の透過率は、前述した式（１）で表される。

【0052】

音波の伝播を効率よく行わせるためには、単に被試験体Ｘとの間に空気層がないだけでなく、高分子含有層３２と基板１１との界面、高分子含有層３２と受波板７との界面、さらに高分子含有層３２を構成する材料中において、用いる音波が効率よく伝播するものであることが好ましい。すなわち、高分子含有層３２の音響インピーダンスが、基板１１や受波板７の音響インピーダンスと大きく乖離してないことが好ましい。高分子含有層３２の主成分である高分子材料と基板１１や受波板７の主成分の音響インピーダンスの比は０．００１以上１０００以下の範囲であることが好ましく、音響インピーダンスの比は０．０１以上１００以下の範囲であることがより好ましく、０．１以上１０以下の範囲であることが望ましい。電気粘着機能発現体１２の音響インピーダンスの比や粒子の大きさについては、前述した通りである。このような超音波デバイス３１によれば、高分子含有層３２を含む音波伝播部３を介して、超音波を効率よく送受信することができる。

【0053】

なお、上述した第３の実施形態においては、高分子含有層３２を含む音波伝播部３を垂直型超音波探触子３１に適用した例について説明したが、高分子含有層３２を含む音波伝播部３の適用はこれに限られるものではない。高分子含有層３２を含む音波伝播部３は、図５に示した広帯域型超音波探触子としての超音波デバイス１、図６に示した斜角超音波探触子としての超音波デバイス１、図６に示した斜角超音波探触子としての超音波デバイス１、図７に示した二振動子型超音波探触子としての超音波デバイス１等にも適用することができる。さらに、高分子含有層３２を含む音波伝播部３は、超音波デバイスに限らず、第２の実施形態に示した音波受信機の一例であるＡＥセンサを備える音波デバイス２１、すなわち図８ないし図１１に示した音波デバイス２１に適用してもよい。

【0054】

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態の音波デバイス４１について、図１４を参照して説明する。図１４は、超音波送受信機の一例である超音波プローブを示している。図１４に示す超音波プローブ４１は、例えばスポット溶接の検査用プローブとして用いることができ、第１の実施形態と同様に超音波の送信機能及び受信機能を有する音波機能部２と音波伝播部３とを具備する。音波機能部２としての超音波トランスデューサ４２は、マトリクス状やアレイ状に配列された複数の超音波送受信素子（圧電素子）６を備えている。超音波送受信素子（圧電素子）６の基本構成は、第１の実施形態と同様である。

【0055】

音波伝播部３は、音波機能部２としての超音波トランスデューサ４２の超音波の送受波面（音波機能面）に順に設けられた、シュー部材４３、高分子含有層３２、正負一対の電極１０を有する基板１１、及び電気粘着機能発現体１２を備えている。基板１１及び電気粘着機能発現体１２の具体的な構成は、第１の実施形態と同様である。高分子含有層３２の具体的な構成は、第３の実施形態と同様であり、ヤング率が１ＧＰａ以下の高分子材料、例えば環動エラストマーを主成分として含有する層である。高分子含有層３２は、環動エラストマーを含有する層であることが好ましい。基板１１は、第３の実施形態と同様に、柔軟性樹脂基板であることが好ましい。

【0056】

環動エラストマーを含有する層等の高分子含有層３２は、１ｍｍから５０ｍｍの範囲の厚さを有する。さらに、高分子含有層３２は中央部の厚さが周辺部の厚さより厚い形状を有しており、そのような形状の全体の厚さが１ｍｍから５０ｍｍの範囲に入っている。ここで、中央部とは周辺部ではないことを意味する。すなわち、高分子含有層３２はその周辺部（外周部）に比べて、それより内側の中央付近に位置する部分が厚い凸形状を有している。高分子含有層３２の凸形状は、凸状の表面が湾曲している、すなわち中央付近が突出した曲面であることが好ましい。ただし、これ以外に部分的に突出した形状であってもよい。さらに、基板１１は柔軟性樹脂基板であるため、高分子含有層３２の凸形状を有する表面に倣った形状に湾曲しており、電気粘着機能発現体１２も同様である。

【0057】

このように、中央部が周辺部より厚い形状を有する高分子含有層３２によれば、例えば被試験体Ｘの表面に凹状部分が存在しているような場合においても、表面の凹状部分に沿って音波伝播部３を配置することができるため、超音波を効率よく送受信することができ、探傷試験等の精度を高めることが可能になる。なお、超音波の送受信はシュー部材４３が介在されていることを除いて、第３の実施形態と同様に実施される。電気粘着機能発現体１２に基づく効果は、第１の実施形態と同様である。

【実施例】

【0058】

以下、実施例およびその評価結果について述べる。

【0059】

（実施例１、比較例１）
まず、電気レオロジー粒子が分散された樹脂架橋体から構成される電気粘着機能発現体を用意した。すなわち、平均粒子径が１０μｍのアクリル樹脂微粒子中に平均粒子径が２００ｎｍのチタン酸バリウム微粒子を埋め込んだ電気レオロジー粒子を準備した。作製した電気レオロジー粒子５０重量部とポリ（９−ビニルカルバゾール）９重量部を、シリコーンオイル２０重量部に分散させた。次いで、この分散液にシリコーンオリゴマー１５重量部を分散させて一様な溶液とした。さらに、架橋剤１．５重量部を添加して分散させた。次いで、正極と負極とを有する櫛型電極が形成されたＰＥＴ樹脂シートを用意し、その上に上記した溶液を塗布し硬化させた。硬化時の条件を変えることによって、電気粘着機能発現体の厚さを変えた試料を作製し、最後に油とりフィルムに試料を密着させてシリコーンオイルの一部を除去し、５種類の試料（実施例１−ａ〜ｅ）を作製した。

【0060】

作製した電気粘着機能発現体を、図５に示す広帯域型の垂直超音波探触子（超音波機能部）にそれぞれ搭載して、５種類の超音波デバイス（実施例１−ａ〜ｅ）を作製した。これら超音波デバイスを、被試験体である内部に傷のあるＳＵＳ基板上に電気粘着機能発現体が被試験体と接するように載せて、電圧を印加しないときと、５００Ｖの電圧を印加したときの、超音波の受信波形の波高値を比較した。なお、このときに周波数が３．５ＭＨｚの超音波を用いた。また、比較例１として、厚さが１．２ｍｍのポリジメチルシロキサンを、垂直超音波探触子に貼り付けた以外は実施例１と同様に超音波デバイスを作製し、ＳＵＳ基板上での超音波の受信波形の波高値を測定した。結果を表１に示す。

【0061】

【表1】

【0062】

（実施例２）
まず、電気レオロジー粒子が分散された樹脂架橋体から構成される電気粘着機能発現体を用意した。すなわち、平均粒子径が１０μｍの板状アルミナ粒子８０重量部とポリ（９−ビニルカルバゾール）９重量部と銅フタロシアニン９重量部を、シリコーンオイル２０重量部に分散させた。次いで、この分散液にシリコーンオリゴマー２０重量部を分散させて一様な溶液とした。さらに、架橋剤２重量部を添加して分散させた。次いで、実施例１と同様にて、櫛型電極が形成されているＰＥＴ樹脂シート上に、用意した溶液を塗布し硬化させた。最後に含有されるシリコーンオイルの一部を油とりフィルムで除去して電気粘着機能発現体を作製した。出来上がった電気粘着機能発現体を電子顕微鏡で観察したところ、シリコーンオイルが存在していた部分が孔となって観測され、一部多孔質になっていることが認められた。

【0063】

作製した電気粘着機能発現体を、図８に示す共振型ＡＥセンサに搭載して音波デバイスとした。この音波デバイスを被試験体に載せて、弾性波の受信感度を測定した。実施例２の音波デバイスにおいては、電気粘着機能発現体に５００Ｖの電圧を印加した状態で弾性波の受信感度を測定した。電気粘着機能発現体に代えてグリセリンを接触媒質として用いたときと比較した結果、ほぼ同一の感度であることを確認した。

【0064】

（実施例３）
まず、粒子が分散された樹脂架橋体から構成される電気粘着機能発現体を用意した。平均粒子径が１８μｍのジビニルベンゼンをベースとした共重合体アクリル粒子（積水化学工業社製、商品名：ミクロパール）０．５ｇを、ポリオール、ポリイソシアネート、及び触媒の混合物である、エクシール社製の人肌のゲル原液の柔らかめの主剤０．６ｇに分散させた。次に、上記ゲル原液の硬化剤０．２ｇを混ぜた。正極と負極とを有する櫛型電極が形成された、銅箔とポリイミドからなるフレキシブルシートを用意し、その上に上記した溶液を厚さ１ｍｍに塗布した。熱をかけて半硬化させた後に、表面に共重合体アクリル粒子を１層のせて、その上から加圧した。その後、付着していない共重合体アクリル粒子をエアーシャワーで吹き飛ばし、さらに熱硬化させて、電気粘着機能発現体を作製した。

【0065】

次に、高分子含有層として、ヤング率が２７ＭＰａのシリコーンゴムを、厚さ５ｍｍから３０ｍｍに加工し、広帯域型の垂直超音波探触子（超音波機能部）に接着剤で貼り付け、さらにその上に電気粘着機能発現体を接着剤で搭載して、５種類の超音波デバイス（実施例３−ａ〜ｅ）を作製した。これら超音波デバイスを、内部に傷があり、かつ表面に２０μｍの凹凸があるＳＵＳ基板上に電気粘着機能発現体が被試験体と接するように載せて、電圧を印加しないときと、５００Ｖの電圧を印加したときの、超音波の受信波形の波高値を比較した。なお、このときに周波数が５ＭＨｚの超音波を用いた。また、参考例１として、高分子含有層を配置しないこと以外は実施例３と同様に超音波デバイスを作製し、ＳＵＳ基板上での超音波の受信波形の波高値を測定した。結果を表２に示す。

【0066】

【表2】

【0067】

（実施例４）
まず、粒子が分散された樹脂架橋体から構成される電気粘着機能発現体を用意した。平均粒子径が２０μｍのポリスチレン球（綜研化学社製、商品名：ＳＰＧ−７０Ｃ）５ｇを、ダウコーニング社製ＰＤＭＳ樹脂（商品名：Ｓｙｌｇａｒｄ１８４（ベース：硬化剤＝１０：１））２ｇ、シリコーンオイル３ｇ、及びチタニルフタロシアニン０．０２ｇを混合してよく攪拌した。正極と負極とを有する櫛型電極が形成された、銅箔とポリイミドからなるフレキシブルシートを用意し、その上に上記した溶液を厚さ２ｍｍに塗布し、熱をかけて硬化させた。その後、紙を押しつけて余分なシリコーンオイルを除去することによって、電気粘着機能発現体を作製した。

【0068】

次に、高分子含有層として、ポリロタキサン（アドバンスト・ソフトマテリアルズ社製、セルム ＳＡミクスチャー ＳＨ３４０３Ｍ２の主剤と硬化剤を所定の重量部で混ぜて加熱し、固化させたもの）を、厚さ５ｍｍから３０ｍｍに加工し、さらに中央部が２０％程度厚くなるように周辺部を加工した。それらを広帯域型の垂直超音波探触子に接着剤で貼り付け、さらにその上に電気粘着機能発現体を接着剤で搭載して、５種類の超音波デバイス（実施例４−ａ〜ｅ）を作製した。これら超音波デバイスを、ＳＵＳ板をスポット溶接した場所の探傷試験に用いた。すなわち、スポット溶接部は、直径６ｍｍのくぼみを有し、その中に２μｍの凹凸がある。電気粘着機能発現体が被試験体と接するように載せて、電圧を印加しないときと、５００Ｖの電圧を印加したときの、超音波の受信波形の波高値を比較した。なお、このときに周波数が１５ＭＨｚの超音波を用いた。また、参考例２として、高分子含有層を搭載しないこと以外は実施例４と同様に超音波デバイスを作製し、ＳＵＳ基板上での超音波の受信波形の波高値を測定した。結果を表３に示す。

【0069】

【表3】

【0070】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0071】

１…超音波デバイス、２…音波機能部、３…音波伝播部、４…振動子、５…電極、６…超音波送受信素子、１０…電極、１１…基板、１２…電気粘着機能発現体、１３…電源、１４…樹脂架橋体、１５…粒子、２１…音波デバイス、２２…音波機能部、２３…音波受信素子、３１…超音波デバイス、３２…高分子含有層、３３…接着層、４１…超音波デバイス、４２…超音波トランスデューサ、４３…シュー部材。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】