特許 7459736 圧電デバイス

(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】

(24)【登録日】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】圧電デバイス

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20240326BHJP

   H04R 17/00 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

H04R17/00 330G

H04R17/00 330J

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020151977

(22)【出願日】2020-09-10

(65)【公開番号】P2022046102

(43)【公開日】2022-03-23

【審査請求日】2023-04-25

(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】中川 佑太

(72)【発明者】

【氏名】星野 純一

【審査官】嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２１２０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６０－１１３５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】再公表特許第２００７／１４５０７３（ＪＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００３／００１０１２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０２５６１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００－Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｈ０４Ｒ １７／００－Ｈ０４Ｒ １７／１０

Ｈ０４Ｒ ３１／００

Ｈ０４Ｒ １／００－Ｈ０４Ｒ １／４６

Ｈ０１Ｌ ２９／８４

Ａ６１Ｂ ８／００－Ａ６１Ｂ ８／１５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｉｒｅｃｔ

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

ＡＣＳ ＰＵＢＬＩＣＡＴＩＯＮＳ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検査対象物に対して超音波を発信するとともに該検査対象物において反射された超音波を受信する圧電デバイスであって、
前記検査対象物に対向する対向面を有する弾性素体と、
前記弾性素体の内部に設けられ、前記対向面に対して平行に延在するとともに厚さ方向に伸縮する圧電層と、前記対向面の側とは反対側において前記圧電層に積層された保持層と、を含む積層体と
を備え、
前記圧電層および前記保持層の厚さをそれぞれＴ_１、Ｔ_２とし、前記弾性素体、前記圧電層および前記保持層の引張弾性率をそれぞれＥ_０、Ｅ_１、Ｅ_２としたときに、下記の式（１）

【数1】

を満たす、圧電デバイス。

【請求項2】

前記積層体が、前記対向面の側において前記圧電層に積層された音響整合層をさらに含む、請求項１に記載の圧電デバイス。

【請求項3】

前記弾性素体の引張弾性率Ｅ_０が０．５～１０００ＭＰａであり、前記圧電層の引張弾性率Ｅ_１が３～１０ＧＰａであり、前記保持層の引張弾性率Ｅ_２が２～８２．７ＧＰａである、請求項１または２に記載の圧電デバイス。

【請求項4】

前記圧電層が、電気機械結合係数が０．１以上である高分子を含む材料で構成されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【請求項5】

前記圧電層が、ポリフッ化ビニリデンを含む材料で構成されている、請求項４に記載の圧電デバイス。

【請求項6】

前記圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウムの少なくとも一つを含む材料で構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の圧電デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧電デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、検査対象物に対して超音波を発信するとともに検査対象物内において反射された超音波を受信する超音波プローブを備え、超音波プローブで受信した超音波から像を形成する超音波診断装置が知られている。

【0003】

超音波プローブは、通常、検査対象物に対する密着性を高めることで、検査対象物との間の超音波の伝送効率が高まる。そのため、超音波プローブの検査対象物と接触する接触面を、検査対象物の表面形状に合致するように設計して、検査対象物に対する密着性を高めることが考えられる。しかしながら、特定の検査対象物の表面形状に合致するように超音波プローブを設計した場合、超音波プローブの汎用性が低下し、また、時間の経過とともに表面形状が変化する検査対象物（たとえば、人体等）には適さない。

【0004】

下記特許文献１、２には、弾性素体内に圧電層が埋設されたシート状の超音波プローブが開示されている。このような超音波プローブによれば、弾性素体が弾性変形することで、超音波プローブの接触面が検査対象物の表面形状にある程度追従することができ、時間の経過とともに表面形状が変化する検査対象物にも適用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６１３９１３６号公報

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３２８３５４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来技術に係る圧電デバイスにおいては、検査対象物の表面形状に追従するように超音波プローブの弾性素体が変形すると、弾性素体内の圧電層が曲げ変形が生じ、その結果、超音波の照射エリアが変化してしまう。

【0007】

本発明は、圧電層の曲げ変形が抑制された圧電デバイス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】

【0008】

本発明の一側面に係る圧電デバイスは、検査対象物に対して超音波を発信するとともに該検査対象物において反射された超音波を受信する圧電デバイスであって、検査対象物に対向する対向面を有する弾性素体と、弾性素体の内部に設けられ、対向面に対して平行に延在するとともに厚さ方向に伸縮する圧電層と、対向面の側とは反対側において圧電層に積層された保持層と、を含む積層体とを備え、圧電層および保持層の厚さをそれぞれＴ_１、Ｔ_２とし、弾性素体、圧電層および保持層の引張弾性率をそれぞれＥ_０、Ｅ_１、Ｅ_２としたときに、下記の式（１）

【数1】

を満たす。

【0009】

発明者らは、式（１）を満たす圧電デバイスによれば、圧電層の曲げ変形が有意に抑制できることを見出した。

【0010】

他の形態に係る圧電デバイスでは、積層体が、対向面の側において圧電層に積層された音響整合層をさらに含む。

【0011】

他の形態に係る圧電デバイスでは、弾性素体の引張弾性率Ｅ_０が０．５～１０００ＭＰａであり、圧電層の引張弾性率Ｅ_１が０．１～１０ＧＰａであり、保持層の引張弾性率Ｅ_２が２～８２．７ＧＰａである。

【0012】

他の形態に係る圧電デバイスでは、圧電層が、電気機械結合係数が０．１以上である高分子を含む材料で構成されている。

【0013】

他の形態に係る圧電デバイスでは、圧電層が、ポリフッ化ビニリデンを含む材料で構成されている。

【0014】

他の形態に係る圧電デバイスでは、圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウムの少なくとも一つを含む材料で構成されている。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、圧電層の曲げ変形が抑制された圧電デバイスが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る圧電デバイスの概略断面図である。

【図2】図２は、圧電層に曲げ変形が生じたときの様子を示した図である。

【図3】図３は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図4】図４は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図5】図５は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図6】図６は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図7】図７は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図8】図８は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図9】図９は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図10】図１０は、異なる形態の圧電デバイスを示した概略断面図である。

【図11】図１１は、実施例に係る試料を示した表である。

【図12】図１２は、比較例に係る試料を示した表である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。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。

【0018】

図１に示すように、圧電デバイス１０は、弾性素体２０と、弾性素体２０の内部に設けられ積層体３０とを備えて構成されている。実施形態に係る圧電デバイス１０は、超音波診断装置に用いられる超音波プローブである。圧電デバイス１０は、検査対象物１に対して超音波を発信するとともに、検査対象物１内において反射された超音波を受信する。

【0019】

弾性素体２０は、シート状の外形形状を有し、検査対象物１と接触する接触面２０ａ（対向面）と、接触面２０ａの反対に位置する上面２０ｂとを有する。接触面２０ａは、検査対象物１に対向する対向面であり、検査対象物１の表面に直接的に（または間接的に）接触する。弾性素体２０は、たとえばポリエステル、シリコーンゴム等で構成される。弾性素体２０は、たとえばモールド成形で得ることができる。弾性素体２０の構成材料は、０．５～１０００ＭＰａの引張弾性率（Ｅ_０）を有する。本実施形態において、弾性素体２０は、平面視において矩形状を呈する。

【0020】

積層体３０は、圧電層３２と、保持層３４と、音響整合層３６とを含んで構成されている。積層体３０の各層３２、３４、３６は、圧電デバイス１０の厚さ方向（図１の上下方向）に沿って積層されている。積層体３０の各層３２、３４、３６は、たとえば塗布成形や貼り合わせによって形成される。積層体３０は、上下面を含む全面が、弾性素体２０により覆われている。

【0021】

圧電層３２は、たとえば有機圧電材料や圧電セラミックス等の圧電材料で構成される。圧電層３２を構成する有機圧電材料は、電気機械結合係数が０．１以上である高分子を含む材料であることが好ましく、たとえばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。圧電層３２を構成する圧電セラミックスは、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム、窒化アルミニウムの少なくとも一つを含む材料で構成される。圧電層３２の構成材料は、３～１０ＧＰａの引張弾性率（Ｅ_１）を有する。本実施形態において、圧電層３２は、平面視において１０ｍｍ×１０ｍｍの矩形状を呈し、弾性素体２０の接触面２０ａに対して平行に延在している。圧電層３２は、実質的に均一な厚さを有し、その厚さ（Ｔ_１）はたとえば１０～５０００μｍ（一例として１００μｍ）である。圧電層３２の上下両側には図示しない一対の電極層が設けられており、一対の電極層の間にパルス電圧が繰り返し印加されたときに、圧電層３２はその厚さ方向に伸縮を繰り返すように発振して、超音波を出力する。

【0022】

保持層３４は、圧電層３２を保持する層であり、圧電層３２の上側（すなわち、接触面２０ａの側とは反対側）に積層されている。保持層３４は、たとえばポリアミド樹脂やメタクリル樹脂等の樹脂材料、または、はんだによって構成される。保持層３４の構成材料は、２～８２．７ＧＰａの引張弾性率（Ｅ_２）を有する。本実施形態において、保持層３４は、平面視において圧電層３２と同一形状（すなわち、矩形状）および同一寸法を有する。保持層３４は、実質的に均一な厚さを有し、その厚さ（Ｔ_２）はたとえば１０～２００００μｍ（一例として３６０μｍ）である。

【0023】

音響整合層３６は、検査対象物１への超音波の入射効率を上げるための層であり、圧電層３２の下側（すなわち、接触面２０ａの側）に積層されている。音響整合層３６は、たとえばポリスチレン等の樹脂材料によって構成される。本実施形態において、音響整合層３６は、平面視において圧電層３２と同一形状（すなわち、矩形状）および同一寸法を有する。音響整合層３６は、実質的に均一な厚さを有し、その厚さ（Ｔ_３）はたとえば２～１０００μｍ（一例として２０μｍ）である。

【0024】

発明者らは、下記の式（１）を満たす圧電デバイス１０によれば、圧電層３２の曲げ変形が有意に抑制できることを見出した。圧電デバイス１０では、保持層３４が、圧電層３２の曲げ変形の抑制に寄与していると考えられる。

【数2】

【0025】

図２は、圧電層３２に曲げ変形が生じたときの様子を示している。図２に示すように、検査対象物１の表面が圧電デバイス１０側に向かって突出するように湾曲している場合、弾性素体２０は、検査対象物１の表面形状に追従するように弾性変形する。このとき、弾性素体２０の内部に設けられた圧電層３２には、弾性素体２０の接触面２０ａ側から上面２０ｂ側に向かって突出するような曲げ変形が生じる。

【0026】

図２に示すような曲げ変形が圧電層３２に生じた場合には、圧電層３２から発信される超音波の照射エリアＡが収束し（すなわち、検査対象物１の内部に向かうに従って漸次狭くなり）、その結果、検査領域が狭まってしまう。

【0027】

反対に、圧電層３２に、弾性素体２０の上面２０ｂ側から接触面２０ａ側に向かって突出するような曲げ変形（図２に示した曲げ変形とは逆の曲げ変形）が生じた場合には、圧電層３２から発信される超音波の照射エリアＡが発散し（すなわち、検査対象物１の内部に向かうに従って漸次拡大し）、その結果、圧電層３２において検査対象物１内で反射された超音波を受信することができなくなる。

【0028】

上述した圧電デバイス１０では、圧電層３２の曲げ変形が抑制されることで、超音波の収束および発散が抑制され、超音波の送受信を適切におこなうことができる。

【0029】

圧電デバイス１０は、上記の式（１）を満たす限りにおいて、様々な形態をとり得る。圧電デバイス１０の変形例を図３～１０に示す。

【0030】

図３に示した圧電デバイス１０Ａは、圧電デバイス１０とは、音響整合層３６を備えない点で異なる。すなわち、圧電デバイスは、必要に応じて音響整合層を省略することができる。

【0031】

図４に示した圧電デバイス１０Ｂは、圧電デバイス１０とは、圧電層３２の幅Ｗ_１に比べて保持層３４の幅Ｗ_２が狭い点で異なる。図５に示した圧電デバイス１０Ｃは、圧電デバイス１０Ｂとは、保持層３４がさらに薄膜化されている点で異なる。

【0032】

図６に示した圧電デバイス１０Ｄは、圧電デバイス１０とは、圧電層３２の幅Ｗ_１に比べて保持層３４の幅Ｗ_２が広い点でのみ異なる。図７に示した圧電デバイス１０Ｅは、圧電デバイス１０とは、圧電層３２の幅Ｗ_１に比べて音響整合層３６の幅Ｗ_３が広い点でのみ異なる。図８に示した圧電デバイス１０Ｆは、圧電デバイス１０とは、圧電層３２の幅Ｗ_１に比べて、保持層３４の幅Ｗ_２および音響整合層３６の幅Ｗ_３が広い点でのみ異なる。圧電デバイス１０Ｆにおいて、保持層３４の幅Ｗ_２と音響整合層３６の幅Ｗ_３とは同じであってもよく、異なっていてもよい。図９に示した圧電デバイス１０Ｇは、圧電デバイス１０とは、圧電層３２の幅Ｗ_１に比べて、保持層３４の幅Ｗ_２が狭く、かつ、音響整合層３６の幅Ｗ_３が広い点で異なる。

【0033】

図１０に示した圧電デバイス１０Ｈは、圧電デバイス１０とは、積層体３０が上面２０ｂ側に偏倚している点で異なる。圧電デバイス１０Ｈでは、積層体３０と接触面２０ａとの離間距離は積層体３０と上面２０ｂとの離間距離より長くなっている。なお、積層体３０と接触面２０ａとの離間距離ｄ（すなわち、積層体３０の接触面２０ａ側における弾性素体２０の厚さ）は、超音波の減衰を抑える観点からは、短いほうが好ましい。積層体３０と接触面２０ａとの離間距離ｄは、たとえば１０～２０００μｍである。

【実施例】

【0034】

発明者らは、圧電層および保持層のそれぞれの厚さ、および、弾性素体、圧電層および保持層のそれぞれの引張弾性率が、圧電層の曲げ変形に及ぼす影響を確認する実験をおこなった。具体的には、上述した圧電デバイス１０（または圧電デバイス１０Ａ）と同じ構成を有し、かつ、各層の構成材料および膜厚が異なる複数の試料それぞれについて、曲率半径を求めた。各試料の構成材料および膜厚は、図１１、１２に示したとおりである。なお、本実施例における弾性素体の膜厚は、上述した離間距離ｄ（積層体と接触面との離間距離）に相当する。また、各試料の平面視における寸法を、圧電層１０ｍｍ×１０ｍｍ、弾性素体２０ｍｍ×２０ｍｍとした。

【0035】

（実施例１～１１）
実施例１～１１に係る各試料は、ポリフッ化ビニリデン（１）（図１１の表におけるＰＶＤＦ１）で構成された圧電層を備える。実施例１～１１に係るポリフッ化ビニリデン（１）は、２．１ＧＰａの引張弾性率を有する。

【0036】

実施例１～４に係る各試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。実施例１～４に係る試料においては、音響整合層、弾性素体および保持層はいずれも同一材料で構成されており、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成され、弾性素体はポリエステルで構成され、保持層はポリアミドで構成されている。実施例１～４に係るポリエステルは、東レデュポン社製のポリエステル（型番：ハイトレイル３０４６）であり、その引張弾性率は０．０１９ＧＰａである。実施例１～４に係るポリアミドは、ユニチカ社製のポリアミド（型番：ＲＵＮ３５－Ｃ２５）であり、その引張弾性率は１８．４ＧＰａである。

【0037】

実施例１～４に係る試料においては、圧電層、音響整合層、弾性素体および保持層は互いに異なる膜厚を有する。すなわち、実施例１に係る圧電層、音響整合層、弾性素体、保持層の膜厚はそれぞれ４２μｍ、１０μｍ、２０μｍ、１２５μｍである。実施例２に係る圧電層、音響整合層、弾性素体、保持層の膜厚はそれぞれ１００μｍ、２５μｍ、５０μｍ、３７５μｍである。実施例３に係る圧電層、音響整合層、弾性素体、保持層の膜厚はそれぞれ４００μｍ、２５０μｍ、４００μｍ、４００μｍである。実施例４に係る圧電層、音響整合層、弾性素体、保持層の膜厚はそれぞれ２０００μｍ、１２５０μｍ、１０００μｍ、１０００μｍである。

【0038】

実施例５に係る試料は、圧電層に加え、弾性素体および保持層を備える。実施例５に係る試料は、音響整合層を備えないこと以外は実施例３に係る試料と同じ構成である。

【0039】

実施例６～８に係る各試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。実施例６～８に係る試料においては、音響整合層および保持層はいずれも同一材料で構成されており、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成され、保持層はポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されている。実施例６～８に係る試料においては、音響整合層の膜厚はいずれも２５μｍであり、保持層の膜厚はいずれも５００μｍである。

【0040】

実施例６～８に係る試料においては、弾性素体の膜厚は同一（５０μｍ）であり、弾性素体の構成材料が互いに異なる。実施例６に係る試料において、弾性素体はポリアミドエラストマーで構成されている。実施例６に係るポリアミドエラストマーは、ダイセル社製のポリアミドエラストマー（型番：Ｅ４０－Ｓ１）であり、その引張弾性率は８０ＭＰａである。実施例７に係る試料において、弾性素体はポリイミドシリコーンで構成されている。実施例７に係るポリイミドシリコーンは、信越化学社製のポリイミドシリコーン（型番：ＳＭＰ－７００４）であり、その引張弾性率は１６０ＭＰａである。実施例８に係る試料において、弾性素体はポリオレフィンで構成されている。実施例８に係るポリオレフィンは、住友化学社製のポリオレフィン（型番：Ｓ１３１）であり、その引張弾性率は６５０ＭＰａである。

【0041】

実施例９～１１に係る各試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。実施例９～１１に係る試料においては、音響整合層および弾性素体はいずれも同一材料で構成されており、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成され、弾性素体はポリエステル（引張弾性率０．０１９ＧＰａ）で構成されている。実施例９～１１に係る試料においては、音響整合層の膜厚はいずれも２５μｍであり、弾性素体の膜厚はいずれも５０μｍである。

【0042】

実施例９～１１に係る試料においては、保持層が互いに異なる。実施例９に係る試料において、保持層はメタクリル樹脂で構成されており、その膜厚は４００μｍである。実施例９に係るメタクリル樹脂は、旭化成グループ社製のメタクリル樹脂（型番：デグラスＡ）であり、その引張弾性率は３．２ＧＰａである。実施例１０に係る試料において、保持層はエポキシ樹脂で構成されており、その膜厚は４００μｍである。実施例１０に係るエポキシ樹脂は、セメダイン社製のエポキシ樹脂（型番：ＥＰ８１１）であり、その引張弾性率は６．６ＧＰａである。実施例１１に係る試料において、保持層ははんだで構成されており、その膜厚は１００μｍである。実施例１１に係るはんだは、ハリマ化成社製のはんだ（型番：ＰＳ４８ＢＲ－６００－ＬＳＰ）であり、その引張弾性率は５１ＧＰａである。

【0043】

（実施例１２～１５）
実施例１２～１５に係る試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。実施例１２～１５に係る圧電層は、互いに異なり、かつ、実施例１～１１に係る圧電層とも異なる。

【0044】

実施例１２に係る試料において、圧電層はポリフッ化ビニリデン（２）（図１１の表におけるＰＶＤＦ２）で構成されている。実施例１２に係るポリフッ化ビニリデン（２）は、０．３８ＧＰａの引張弾性率を有する。実施例１２に係る圧電層の膜厚は１００μｍである。実施例１２に係る試料において、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は２０μｍである。実施例１２に係る試料において、弾性素体はポリエステル（引張弾性率０．０１９ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。実施例１２に係る試料において、保持層はポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は２００μｍである。

【0045】

実施例１３に係る試料において、圧電層はセラミックスを含む材料で構成されている。実施例１３に係るセラミックスは、ポリフッ化ビニリデン（１）とチタン酸ジルコン酸鉛との混合物（引張弾性率３．５ＧＰａ）で構成されており、チタン酸ジルコン酸鉛の含有率は５８ｗｔ％である。実施例１３に係る圧電層の膜厚は１５０μｍである。実施例１３に係る試料において、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は４０μｍである。実施例１３に係る試料において、弾性素体はポリイミドシリコーン（引張弾性率０．１６ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。実施例１３に係る試料において、保持層はポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は３００μｍである。

【0046】

実施例１４に係る試料において、圧電層はセラミックスを含む材料で構成されている。実施例１４に係るセラミックスは、ポリフッ化ビニリデン（１）とチタン酸バリウムとの混合物（引張弾性率３．０ＧＰａ）で構成されており、チタン酸バリウムの含有率は１０ｗｔ％である。実施例１４に係る圧電層の膜厚は６５μｍである。実施例１４に係る試料において、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は１６μｍである。実施例１４に係る試料において、弾性素体はポリイミドシリコーン（引張弾性率０．１６ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は１００μｍである。実施例１４に係る試料において、保持層はエポキシ樹脂（引張弾性率６．６ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は３００μｍである。

【0047】

実施例１５に係る試料において、圧電層はセラミックスを含む材料で構成されている。実施例１５に係るセラミックスは、エポキシ樹脂とチタン酸ジルコン酸鉛との混合物（引張弾性率１１ＧＰａ）で構成されており、チタン酸ジルコン酸鉛の含有率は６９ｗｔ％である。実施例１５に係る圧電層の膜厚は１００μｍである。実施例１５に係る試料において、音響整合層はポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は２５μｍである。実施例１５に係る試料において、弾性素体はポリイミドシリコーン（引張弾性率０．１６ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は１００μｍである。実施例１５に係る試料において、保持層はエポキシ樹脂（引張弾性率６．６ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５００μｍである。

【0048】

（比較例１～３）
比較例１～３に係る各試料は、実施例１～１１同様、ポリフッ化ビニリデン（１）で構成された圧電層を備える。比較例１～３に係る圧電層の膜厚は１００μｍである。比較例１～３に係る各試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。比較例１～３に係る音響整合層は、ポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は２５μｍである。

【0049】

比較例１に係る弾性素体は、実施例８に係る弾性素体の構成材料と同じポリオレフィン（引張弾性率０．６５ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。比較例１に係る保持層は、実施例１～８に係る保持層の構成材料と同じポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は１００μｍである。比較例１に係る試料は、実施例８に係る試料とは、保持層の膜厚のみ異なる。

【0050】

比較例２に係る弾性素体は、シリコーンゴムで構成されており、その膜厚は５０μｍである。比較例２に係るシリコーンゴムは、信越化学社製のシリコーンゴム（型番：ＫＥＲ－４３０１）であり、その引張弾性率は２．５ＧＰａである。比較例２に係る保持層は、実施例１～８、１２、１３に係る保持層の構成材料と同じポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は１２５μｍである。比較例２に係る試料は、実施例６～８に係る試料とは、弾性素体の構成材料および保持層の膜厚のみ異なる。

【0051】

比較例３に係る弾性素体は、ポリエステル（引張弾性率０．０１９ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。比較例３の保持層は、実施例９に係る保持層の構成材料と同じメタクリル樹脂（引張弾性率３．２ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。比較例３に係る試料は、実施例２に係る試料とは、保持層の構成材料および膜厚のみ異なる。

【0052】

（比較例４）
比較例４に係る試料は、実施例１３に係る試料同様、ポリフッ化ビニリデン（１）とチタン酸ジルコン酸鉛との混合物（引張弾性率３．５ＧＰａ）で構成された圧電層を備える。比較例４に係る圧電層の膜厚は１５０μｍである。比較例４に係る試料は、圧電層に加え、音響整合層、弾性素体および保持層を備える。比較例４に係る音響整合層は、ポリスチレン（引張弾性率２．７ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は４０μｍである。比較例４に係る弾性素体は、比較例２に係る弾性素体の構成材料と同じシリコーンゴム（引張弾性率２．５ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は５０μｍである。比較例４に係る保持層は、実施例１～８、１２、１３に係る保持層の構成材料と同じポリアミド（引張弾性率１８．４ＧＰａ）で構成されており、その膜厚は３００μｍである。比較例４に係る試料は、実施例１３に係る試料とは、弾性素体の構成材料のみ異なる。

【0053】

上述した実施例１～１５および比較例１～４に係る各試料を、曲率半径３０ｍｍの湾曲した表面形状を有する検査対象物に貼り付けたときの圧電層の曲率半径を側面方向からの形状観察により求めた。具体的には、円筒状を有する検査対象物の外周曲面に各試料を貼り付けてエポキシ樹脂中に封入した供試体を準備し、供試体を研磨することにより各試料の中心断面を露出させた。そして、露出した試料の中心断面を光学顕微鏡で観察して、圧電層下面における複数の特徴点の座標を取得し、複数の特徴点の座標から圧電層の曲率半径を得た。

【0054】

検査対象物の曲率半径を３０ｍｍとしたのは、たとえば前腕や上腕などの湾曲した表面形状の曲率半径を想定してのことである。圧電デバイス（実施形態における超音波プローブ）が装着されると考えられる前腕や上腕の曲率半径は約３０ｍｍであるため、検査対象物の曲率半径は３０ｍｍで妥当であると考えた。また、このとき、圧電層の曲率半径が５０ｍｍ以上であれば、圧電層から放射した超音波は、検査対象物の外周曲面における試料が貼付された貼付面から貼付面と対向する面まで収束することはなく伝搬し、十分な深度まで超音波を伝搬させることが可能である。従って、圧電層の曲率半径が５０ｍｍ以上であれば圧電層の変形を抑制できると判断した。

【0055】

上記の式（１）を満たす実施例１～１５に係る試料では、圧電層の曲率半径がいずれも５０ｍｍ以上であった。一方、式（１）を満たさない比較例１～４に係る試料では、圧電層の曲率半径がいずれも５０ｍｍより小さかった。この結果から、式（１）を満たす圧電デバイスでは圧電層の曲げ変形が有意に抑制されることがわかった。また、実施例６～８の比較から、弾性素体の引張弾性率が小さいほど、圧電層の曲率半径が大きくなる（すなわち、曲げ変形が抑制される）ことがわかった。さらに、実施例９～１１の比較から、保持層の引張弾性率が大きいほど、圧電層の曲率半径が大きくなることがわかった。

【0056】

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、様々な態様をとり得る。たとえば、圧電デバイスは、超音波プローブに限らず、たとえば圧力センサー等であってもよい。

【符号の説明】

【0057】

１０、１０Ａ～１０Ｈ…圧電デバイス、２０…弾性素体、２０ａ…接触面、３０…積層体、３２…圧電層、３４…保持層、３６…音響整合層。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】