CN110268725A - 热声装置以及声波检查装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发热体的强度较大、设计的自由度较高的热声装置以及声波检查装置。本发明一形态的热声装置具备由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的发热体。优选所述发热体具有三维形状。优选所述发热体通过将所述无纺片弯折而形成。该热声装置可以进一步具备向所述发热体施加电流的多个电极。该热声装置可以具备三个以上的所述电极和两个以上的所述发热体。该热声装置可以进一步具备向所述发热体照射光或电磁波的加热装置。本发明一形态的声波检查装置具备该热声装置和声波接收元件。

Description

热声装置以及声波检查装置

技术领域

本发明涉及热声装置以及声波检查装置。

背景技术

作为产生声波的装置，具备磁体和线圈的动电转换装置、电容转换装置、使用了压电材料的转换装置等利用了机械振动的声波产生装置广为普及。近年来，与这些声波产生装置不同，正在推进利用完全不进行机械振动的热声效应的声波产生装置(热声装置)的开发。

热声装置构成为通过对发热体施加电流而使发热体瞬时发热从而使发热体附近的空气瞬间膨胀，或者通过停止向发热体施加电流而使发热体的温度降低从而使发热体周围的气体收缩，由此形成空气的疏密从而产生声波。这样的热声装置不伴着机械振动，因此具有频段宽、难以受到周围环境的影响、微细化较为容易的优点。

在热声装置中，为了提高声波的产生效率，提出了使用将多个碳纳米管通过分子间作用力连接而成的结构体作为发热体(参照特许第4672783号公报)。根据该热声装置，由于将热容小且比表面积大的碳纳米管结构体用于发热体，因此能够实现与电信号等对应的高速的温度变化，从而能够良好地产生声波。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特许第4672783号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在上述公报中作为发热体使用的碳纳米管结构体的机械强度小，存在容易断裂这样的问题。

并且，不具有刚性的碳纳米管结构体例如需要张设于电极等结构体，因此设计的自由度小。

鉴于上述不利之处，本发明的所要解决的技术问题在于，提供一种发热体的强度较大、设计的自由度较高的热声装置以及声波检查装置。

用于解决技术问题的技术方案

为了解决上述技术问题而做出的本发明的一个例子是一种具备由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的发热体的热声装置。

本发明的另一例子是一种具备声波接收元件和上述热声装置的声波检查装置。

附图说明

图1是表示本发明一实施方式的热声装置的剖面示意图。

图2是图1的热声装置的平面示意图。

图3是表示本发明的与图1不同的热声装置的平面示意图。

图4是表示本发明的与图1和图3不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图5是表示本发明的与图1、图3以及图4不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图6是表示本发明的与图1、图3至图5不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图7是图6的热声装置的平面示意图。

图8是表示本发明的与图1、图3至图6不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图9是图8的热声装置的平面示意图。

图10是表示本发明的与图1、图3至图6以及图8不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图11是表示本发明的与图1、图3至图6、图8以及图10不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图12是表示本发明的与图1、图3至图6、图8、图10以及图11不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图13是图12的热声装置的平面示意图。

图14是表示本发明的与图1、图3至图6、图8、图10、图11以及图12不同的实施方式的热声装置的剖面示意图。

图15是图14的热声装置的平面示意图。

图16是表示本发明一实施方式的声波检查装置的剖面示意图。

图17是表示本发明的与图16不同的实施方式的声波检查装置的剖面示意图。

图18是表示本发明的与图16和图17不同的实施方式的声波检查装置的剖面示意图。

具体实施方式

以下，适当地参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

本发明一形态的热声装置具备发热体，该发热体由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成。

需要说明的是，在本发明中，所谓的“纤维状碳纳米结构体”例如表示碳纳米管、碳纳米角、碳纳米纤维、碳纳米线圈、碳微米线圈等外径(纤维径)不足1μm的纤维状的碳结构体。“无纺片”表示不对纤维进行纺织而利用热、机械或化学作用对其进行粘接或交联从而成形为片状的材料，不仅包含无纺布、还包含例如纸等抄制体，不仅包含平面材料、还包含例如像纸浆制鸡蛋用包装容器那样形成为从一开始就具有立体形状的材料。

本发明的热声装置由于具备由含有纤维状碳纳米结构体(碳纳米管、碳纳米角、石墨烯、碳纳米纤维、碳纳米线圈、碳微米线圈等)的无纺片形成的发热体，因此能够增大发热体的刚性，由于发热体的强度大，设计的自由度较高。

优选所述纤维状碳纳米结构体相对于所述无纺片无取向性地配置。

优选所述发热体具有三维形状。

优选所述发热体通过周期性的弯折而成为形成有多个底部和顶部的形状，该形状包含波形。

优选所述热声装置具备向所述发热体施加电流的多个电极，更优选的是进一步具备对所述发热体进行支承的基体部件，发热体配置在基体部件的表面并且电极层叠在发热体的上部。进一步优选为具备三个以上的所述电极和两个以上的所述发热体。

优选所述发热体是彼此平行且等间隔地配设的多个发热体。

优选所述发热体具有呈圆弧状弯曲的剖面形状。

优选所述电极在所述发热体的两端部分别遍及该发热体的整个宽度地层叠。

优选前述具有形成有多个底部和顶部的发热体的热声装置具备向所述发热体施加电流的多个电极、对所述发热体进行支承的基体部件，所述发热体配置在所述基体部件的表面，所述电极层叠在所述发热体的底部与基体部件的上表面之间。

优选所述热声装置具备筒状的基体部件，所述发热体沿着所述基体部件的外周面或内周面呈筒状配设。

优选所述热声装置具备向所述发热体施加电流的多个电极，所述发热体呈球面状，所述电极包含沿着该发热体的外缘设置的第一电极、在发热体的背面设置的与第一电极同心的圆环状的第二电极以及在发热体的背面的第一电极的中心部设置的圆形或点状的第三电极，所述发热体包含第一电极与第二电极之间的第一发热体部分和第二电极与第三电极之间的第二发热体部分这两个发热体部分。

在前述具备多个电极的热声装置中，优选所述发热体是多个带状的发热体，该多个发热体彼此平行且等间隔地配置，所述电极包含将所述多个发热体串联地连接的多个中间电极。

优选在所述发热体的背面侧具备对从该背面产生的声波进行吸收的多孔部件。

优选前述具有形成有多个底部和顶部的发热体的热声装置具备对所述发热体进行支承的基体部件，所述发热体配置在所述基体部件的表面，在该基体部件，形成有将由所述发热体的相对的成对的壁部、顶部以及基体部件包围的空间与外部空间连通的孔部，所述壁部是顶部与底部之间的部分。

优选前述具有形成有多个底部和顶部的发热体的热声装置具备对所述发热体进行支承的基体部件，所述发热体配置在所述基体部件的表面，在该发热体的顶部形成有将由该顶部、相对的成对的壁部以及基体部件包围的空间与外部空间连通的孔部，所述壁部是顶部与底部之间的部分。

前述热声装置可以进一步具备向所述发热体照射光或电磁波的加热装置。

本发明一形态的声波检查装置具备声波接收元件和前述任一热声装置。

[第一实施方式]

在图1和图2中表示的是本发明一实施方式的热声装置。

该热声装置具备方形框状的基体部件1、以架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的方式配设的片状的发热体2以及沿着该发热体2的长尺寸方向两侧的侧缘设置的一对电极3。换言之，在该热声装置中，发热体2配设在一对电极3之间。而且，该热声装置具备经由配线4向所述一对电极3之间施加驱动电流的信号发生器5。另外，该热声装置进一步具备将发热体2固定于基体部件1的固定部件6和将配线4连接于电极3的导电性部件7。

该热声装置通过由信号发生器5向发热体2施加电流而使发热体2发热来使发热体2的周围的气体(例如空气、氮、氦等)膨胀，或者通过使向发热体2的电流施加停止而使发热体2的温度降低来使发热体2的周围的气体收缩。由此，在发热体2的周围的气体产生压力波，该压力波作为声波而放出。

〔基体部件〕

基体部件1是支承发热体2的部件，由充分具有刚性的材料形成，优选为通过自身的惯性或固定于其他结构体而实质上不动地配置。

〔发热体〕

发热体2由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成，呈平面地张架于基体部件1上。即，发热体2的一部分配置于基体部件1的表面。需要说明的是，也可以通过提高发热体2的端部的刚性来省略基体部件1。作为提高发热体2的端部的刚性的方法，例如可以设为将端部以其剖面形状成为L型，隧道型，U型，矩形，圆形的方式折曲的方法，也可以根据需要而进行粘接。另外，也可以通过增厚发热体2的端部的膜厚来提高刚性。

发热体2通过多个纤维状碳纳米结构体互相相抵接而呈现导电性，并且在通电时通过焦耳损耗而发热。

作为发热体2所含有的纤维状碳纳米结构体，可以将碳纳米管，碳纳米角，碳纳米纤维，碳纳米线圈，碳微米线圈等碳纳米材料单独或2种以上组合来使用。作为碳纳米管，可以使用单层的单壁纳米管(SWNT)，多层的多壁纳米管(MWNT)。

优选发热体2中的纤维状碳纳米结构体以不具有取向性的方式随机地配置。也就是说，优选发热体2在平面视图中电方面的及机械方面的性质为各向同性。由此，发热体2的制造及处理变得容易，并且，发热体2的形状的制约变小。例如，为了提高散热性而在发热体2开设开口部时的电方面的及机械方面的制约小，能够以任意的尺寸形成于任意的位置。

发热体2也可以包含粘合剂。发热体2通过包含粘合剂而强度提高，也能够防止纤维状碳纳米结构体的飞散。另外，通过发热体2包含粘合剂，发热体2的成形的自由度大幅提高。

也可以是，发热体2包含纤维状碳纳米结构体以外的纤维，添加物。发热体2通过包含纤维状碳纳米结构体以外的纤维而强度提高。另外，通过向纤维状碳纳米结构体掺杂杂质或者含有(混合)纤维状碳纳米结构体以外的纤维，也能够调节发热体2的电阻。

作为发热体2的形成方法，可以应用使用纤维状碳纳米结构体的湿式抄造、针刺、缝编、化学粘合等。另外，作为发热体2的形成方法，除了使用纤维状碳纳米结构体来制作无纺片的方法之外，也可以设为从一开始就以无纺片的形态制作碳纳米纤维的方法。

使用纤维状碳纳米结构体的湿式抄造，可以设为通过利用多孔质体过滤分散有纤维状碳纳米结构体的溶液而在多孔质体上形成包含纤维状碳纳米结构体的无纺布，从多孔质体剥掉碳纳米管的无纺布而进行干燥的方法。通过选择过滤纤维状碳纳米结构体的分散溶液的多孔质体的表面形状，能够获得具有所期望的三维形状的发热体2。

作为所述纤维状碳纳米结构体的分散溶液的溶剂，能够将水，例如甲醇、乙醇、丙醇等醇类，例如丙酮、甲基乙基酮等酮类，例如四氢呋喃、二恶烷、二甘醇二甲醚等醚类，例如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、1,3-二甲基-2咪唑啉酮等酰胺类，例如二甲基亚砜、环丁砜等含硫系溶剂等1种或2种以上组合使用。

另外，也可以使所述纤维状碳纳米结构体的分散溶液除了粘合剂之外还含有例如导电助剂、分散剂、表面活性剂等。这些能够适当使用公知的分散溶液。

作为所述粘合剂，能够使用橡胶或树脂的乳胶。

作为橡胶的乳胶，没有特别限定，例如能够举出天然橡胶乳胶、合成二烯系橡胶乳胶(丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、氯丁二烯橡胶、丁基橡胶等乳胶)、乙烯醋酸乙烯酯橡胶乳胶、乙烯基吡啶橡胶乳胶、氟橡胶乳胶等。

并且，作为树脂的乳胶，没有特别限定，例如能够举出聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯类树脂、丙烯酸类树脂、甲基丙烯酸类树脂、有机酸乙烯基酯类树脂、乙烯基醚类树脂、含卤素树脂、烯烃类树脂、脂环式烯烃类树脂、聚碳酸酯、聚酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯、聚砜、聚苯醚、硅树脂等乳胶。

作为从一开始就以无纺片的形态获得碳纳米纤维的方法，首先，利用直流高压电流使丙烯酸溶液从喷嘴飞出，通过进行细分化而制造由直径为纳米等级的纤维构成的丙烯酸纳米纤维无纺片(静电纺丝法)。粘接，通过以例如220℃加热丙烯酸纳米纤维无纺片来进行耐火化处理。然后，以例如1100℃加热丙烯酸纳米纤维无纺片来进行碳化烧结处理(碳纳米纤维化)。由此，获得能够作为发热体2来使用的碳纳米纤维无纺片。

〔电极〕

优选电极3在发热体2的两端部分别遍及整个宽度地层叠。由此，能够使在发热体2中流动的电流的密度均匀化，能够实现声波产生的高效化及发热体的耐久性提高。

电极3既可以是由导电性浆料等形成的，也可以是利用导电性粘接剂等将棒状或带状的导体连接于发热体2而成的。

〔配线〕

作为配线4，例如可以使用包覆电线等线状的导体，但是，也可以使用碳纳米管等含有纤维状纳米碳结构体的导体。

〔信号发生器〕

信号发生器5产生使发热体2的发热产生的驱动电流，通过配线4(及电极3)向发热体2供给驱动电流。驱动电流根据该热声装置的用途来选择，既可以是脉冲电流，也可以是周期性的电流。作为该驱动电流的电压，例如可以设为5V以上且100V以下。另外，作为驱动电流的波形，例如可以设为正弦波，矩形波，锯齿状等。另外，作为驱动电流为周期性的情况下的频率，例如可以设为1kHz以上且20MHz以下。

〔固定部件〕

作为固定部件6，可以使用粘接剂。在基体部件1具有导电性的情况下，作为固定部件6，既可以通过使用绝缘性粘接剂来将基体部件1与发热体2绝缘，也可以在基体部件1和发热体2中的至少一方设置绝缘层之后，使用导电性粘接剂来进行固定。另外，作为固定部件6，优选使用耐热性高的粘接剂。

〔导电性部件〕

作为导电性部件7，例如，可以使用导电性浆料。另外，在由导电性浆料形成电极3的情况下，导电性部件7可以省略。

〔优点〕

该热声装置，通过使用由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的发热体2，发热体2的强度较大，能够比较容易且廉价地制造，能够实现装置的大输出化，小型化。

[第二实施方式]

在图3中表示的是本发明的与图1不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，以平行地架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的方式配设的多个发热体2a，及沿着该发热体2a的长尺寸方向两侧的侧缘设置的多对电极3a。而且，该热声装置具备向各发热体2a的两端的电极3a间施加驱动电流的配线4，导电性部件7，及未图示的信号发生器。

该热声装置能够从信号发生器经由配线4向多个发热体2a单独地施加电流而在各发热体2a独立地产生声波。

〔基体部件〕

图3的热声装置中的基体部件1的结构可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

发热体2a是由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的带状体，彼此平行且等间隔地张架于基体部件1上。

作为图3的热声装置中的发热体2a的结构，除了平面形状及个数不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的发热体2同样。

〔电极〕

优选电极3a在各发热体2a的两端部分别遍及整个宽度地层叠。作为图3的热声装置中的电极3a的结构，除了设置于各发热体2a这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的电极3的结构相同。

〔优点〕

该热声装置，通过使用由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的多个发热体2a，各发热体2a能够单独地产生声波。因而，该热声装置能够作为基于相控阵法的超声波探伤装置用发送探头来使用。具体地说，通过分别控制各发热体2a的通电的定时，能够从各发热体2a发送多个超声波，形成在希望的方向上传播的单一波面。

[第三实施方式]

在图4中表示的是本发明的与图1至图3不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，以架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的方式配设的发热体2b，及沿着该发热体2b的长尺寸方向两侧的侧缘设置的一对电极3。而且，该热声装置具备向发热体2b的两端的电极3之间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

〔基体部件〕

图4的热声装置中的基体部件1的结构，可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

发热体2b由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成，具有以向基体部件1的内侧凹陷的方式在剖面视图中呈圆弧状弯曲的三维形状。

作为图4的热声装置中的发热体2b的结构，除了剖面形状不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的发热体2同样。

〔电极〕

作为图4的热声装置中的电极3的结构，可以设为与图1的热声装置中的电极3的结构相同。

〔优点〕

该热声装置，通过使用由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的发热体2b，发热体2b能够保持剖面视图圆弧状的形状。由此，该热声装置能够使从发热体2b产生的声波收敛于发热体2b的圆弧面的中心线附近。因而，通过将该热声装置用于超声波探伤装置的发送探头，能够大幅提高分辨率。

[第四实施方式]

在图5中表示的是本发明的与图1至图4不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，以架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的方式配设的发热体2c，及沿着该发热体2c的长尺寸方向两侧的侧缘设置的一对电极3。而且，该热声装置具备向发热体2c的两端的电极3之间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

〔基体部件〕

图5的热声装置中的基体部件1的结构，可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

发热体2c由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成，具有以向基体部件1的内侧凹陷的方式在剖面视图中呈大致圆弧状弯曲，而且以具有细微的波形的方式周期性地折曲的三维形状。

作为图5的热声装置中的发热体2c的结构，除了剖面形状不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的发热体2同样。

〔电极〕

作为图5的热声装置中的电极3的结构，可以设为与图1的热声装置中的电极3的结构相同。

〔优点〕

该热声装置通过使用由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的发热体2c，发热体2c能够保持使剖面视图大致圆弧状起伏的形状。由此，该热声装置能够使从发热体2c产生的声波收敛于发热体2c的圆弧面的中心线附近，并且由于发热体2c的面积大而产生的声波的声压较大。因而，该热声装置能够实现大输出化或小型化。另外，通过采用起伏的形状，提高含有碳纳米管的无纺片的刚性从而防止变形，其结果，能够维持声波收敛的位置，声压。通过取代起伏的形状而采用形成有多数个凹处的形状，例如呈格子状形成有突条的形状等，能够进一步提高刚性。

[第五实施方式]

在图6和图7中表示的是本发明的与图1至图5不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：圆形框状的基体部件1d，外周保持于基体部件1d的大致球面状的发热体2d，沿着该发热体2d的外缘设置的第一电极8，设置于发热体2d的被面的与第一电极8同心圆环状的第二电极9，及设置于发热体2d的被面的平面视图中央部的圆形状或点状的第三电极10。

而且，该热声装置具备向发热体2d的第一电极8与第二电极9之间及第二电极9与第三电极10之间独立地施加驱动电流的未图示的信号发生器。作为该信号发生器，例如可以设为，与第二电极9连接，能够分别控制它们的接地与第一电极8及第三电极10间的电流的大小，通电的定时。

〔基体部件〕

图6的热声装置中的基体部件1d的结构，除了平面形状，可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

发热体2d由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成，具有以向基体部件1d的内侧凹陷的方式为球面状，成为外周部支承于基体部件1d的平面的凸缘状的三维形状。

作为图6的热声装置中的发热体2d的结构，除了形状不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的发热体2同样。

〔电极〕

作为图6的热声装置中的电极6，7，8的结构，除了形状及配设位置不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的电极3的结构相同。

〔优点〕

该热声装置，通过使用由含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片形成的多个发热体2d，能够使发热体2d成形为球面状。

该热声装置，通过如此使发热体2d成形为球面状，能够使发热体2d产生的声波收敛于球面的大致中心点。因而，通过将该热声装置用于超声波探伤装置的发送探头，能够大幅提高分辨率。

另外，如图7所示，该热声装置中，发热体2d具备第一电极8及第二电极9间的部分和第二电极9及第三电极10间的部分这实质上两个发热体。因而，能够向第一电极8及第二电极9间的部分和第二电极9及第三电极10间的部分单独地施加驱动电流，分别产生声波。如此，该热声装置中，发热体2d实质上分割为两个发热体，所以，能够增大各自的通电量，能够增大产生的声波的声压。

[第六实施方式]

在图8和图9中表示的是本发明的与图1至图7不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，平行地架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的带状的多个发热体2e，以将该多个发热体2e串联连接的方式将相邻的两个发热体2e的端部互相错开地连接的多个中间电极11，及设置于两端的发热体2e的没有配设中间电极11的端部的一对外部电极12。而且，该热声装置具备向一对外部电极12间施加驱动电流的未图示的信号发生器。

〔基体部件〕

图8的热声装置中的基体部件1的结构可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

多个发热体2e通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片呈蛇腹状折曲而形成，彼此平行且等间隔地支承于基体部件1上。

作为图8的热声装置中的发热体2e的结构，除了立体地形成这一点及个数不同这一点之外，可以设为与图1的热声装置中的发热体2同样。

发热体2e以将在剖面视图中具有一定高度的山型(V字)相连的方式折曲，通过增大其面积而增大产生的声波的声音。

如此折曲的发热体2e的山型的高度优选比产生的声波的波长小。由此，能够产生相位一致的声波。

〔电极〕

优选中间电极11和外部电极12在各发热体2e的两端部分别遍及各自的整个宽度地层叠。图8的热声装置中的中间电极11及外部电极12的材质等可以设为与图1的热声装置中的电极3的材质等同样。

〔优点〕

该热声装置，具备呈蛇腹状折曲的发热体2e，所以，能够实现大输出化或小型化。

[第七实施方式]

在图10中表示的是本发明的与图1至图9不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，平行地架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的带状的多个发热体2f，以将该多个发热体2f串联地连接的方式将相邻的两个发热体2f的端部互相错开地连接的多个中间电极11，及设置于两端的发热体2f的没有配设中间电极11的端部的一对外部电极12。而且，该热声装置具备向一对外部电极12间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

〔基体部件〕

图10的热声装置中的基体部件1的结构可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

多个发热体2f彼此平行且等间隔地支承于基体部件1上。各发热体2f通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片呈剖面视图矩形波状折曲而形成。

图10的热声装置中的发热体2f的结构，除了剖面形状之外，可以设为与图8的热声装置中的发热体2e同样。

〔电极〕

图10的热声装置中的电极11,12，可以设为与图9的热声装置中的电极11,12同样。

〔优点〕

该热声装置，具备呈剖面视图矩形波状折曲的发热体2f，所以，能够实现大输出化或小型化。

[第八实施方式]

在图11中表示的是本发明的与图1至图10不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：方形框状的基体部件1，平行地架设于基体部件1的长尺寸方向两侧的两边之间的带状的多个发热体2g，以将该多个发热体2g串联地连接的方式将相邻的两个发热体2g的端部互相错开地连接的多个中间电极11，及设置于两端的发热体2g的没有配设中间电极11的端部的一对外部电极12。而且，该热声装置具备向一对外部电极12间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器，及配设于基体部件1的背面(与发热体2g相反一侧)的多孔部件13。

〔基体部件〕

图11的热声装置中的基体部件1的结构可以设为与图1的热声装置中的基体部件1的结构相同。

〔发热体〕

多个发热体2g彼此平行且等间隔地支承于基体部件1上。各发热体2g通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的无纺片折曲而形成。

图11的热声装置中的发热体2g，通过减小图10的热声装置中的发热体2f的剖面视图顶部的长度(幅度)及增大底部的长度(幅度)，从而也具有散热翅片的作用。

优选通过增大各发热体2g的底部至顶部(凸部)的高度而使发热体2g的顶部间及底部间的间隔较大，使发热体2g所包围的区域内的(用于冷却的)空气的流动改善。需要说明的是，也可以使用翅片，加快各发热体2g的凸部附近的流速，或者将各发热体2g的凸部的一部分切断而形成柱状的凸。

〔电极〕

图11的热声装置中的电极11,12可以设为与图9的热声装置中的电极11,12同样。

〔多孔部件〕

多孔部件13使用未图示的粘接剂等而连接于基体部件1。在将该热声装置例如作为超声波探伤装置用发送探头来使用的情况下，通过由多孔部件13吸收从发热体2g的背面产生的声波，能够减少背景噪音，其结果，能够提高S/N比。

〔优点〕

该热声装置，具备呈剖面视图矩形波状折曲且具有散热翅片的功能的发热体2g，所以，能够实现大输出化或小型化。另外，该热声装置具有吸收来自发热体2g的背面的无用的声波的多孔部件13，所以，通过作为超声波探伤装置用发送探头来使用，能够实现高S/N比的超声波探伤。

[第九实施方式]

在图12和图13中表示的是本发明的与图1至图11不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：板状的基体部件1h，配设于基体部件1h的表面的发热体2h，及配置于基体部件1h的与发热体2h相接的部分的多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i。在基体部件1h形成有孔部15。而且，该热声装置具备向多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

〔基体部件〕

图12的热声装置中的基体部件1h由具有绝缘性的材料形成，对发热体2h及多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i进行保持。

基体部件1h以等间隔平行地形成，具有贯通表里的缝隙状的多个孔部15。

〔发热体〕

多个发热体2h通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的一张无纺片折曲而形成，具有在配设于基体部件1h的多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i上安装的多个底部16，从该底部16向上方延伸的多个壁部17，及将相邻的壁部17的上端间连接的多个顶部18。

底部16及壁部17是平面的，顶部18向上呈凸状弯曲。另外，底部16与壁部17的交界的折曲角度比90度大，壁部17与顶部18的交界的折曲角度比90度小。壁部17与顶部18的交界也可以变圆地弯曲。由此，能够减少在剖面视图中发热体2h和基体部件1h所包围的空间内的空气膨胀了时作用于壁部17与顶部18的交界的弯曲应力。

并且，发热体2h的多个顶部18分别配置在基体部件1h的孔部15的上方，发热体2h的多个底部16以不与基体部件1h的孔部15重叠的方式配置。因此，剖面视图中发热体2h的相对的壁部17和顶部18所包围的空间通过孔部15而与基体部件1h的背面侧的外部空间连通。由此，该热声装置能够在壁部17和顶部18所包围的空间内的空气膨胀时将所述空间内的空气的一部分向外部排出，因此能够降低施加于发热体2h的应力，并且使发热体2h的散热性优异。需要说明的是，为了简化构造，可以省略孔部15。

〔电极〕

各贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i具有配置于基体部件1h的表面的带状的分配部19和贯通基体部件1h的1个或多个贯通部20。分配部19可以是将发热体2h的底部16固定于基体部件1h并且将底部16与贯通部20电连接的例如导电性粘接材等，也可以具有与贯通部20连接的带状的导体层和将该导体层与发热体2h的底部16连接的导电性粘接材等。

〔优点〕

该热声装置，通过将一张无纺片折曲而形成多个底部16，壁部17及顶部18，与平面视图中的面积相比，发热体2h的产生声波的面积大，所以，能够实现大输出化或小型化。

另外，该热声装置中，发热体2h能够分割为多个部分而驱动，所以，通过依次驱动它们，能够作为基于相控阵法的超声波探伤装置用发送探头来使用。例如，通过将各贯通电极14a,14c,14e,14g,14i接地，分别控制这些接地与各贯通电极14b,14d,14f,14h间的通电的定时，能够从各发热体2h发送多个超声波，形成在希望的方向上传播的单一波面。

[第十实施方式]

在图14和图15中表示的是本发明的与图1至图13不同的实施方式的热声装置。

该热声装置具备：板状的基体部件1i，配设于基体部件1i的表面的发热体2i，及配设于基体部件1i的与发热体2i相接的部分的多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i。而且，该热声装置具备向多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

〔基体部件〕

图14的热声装置中的基体部件1i由具有绝缘性的材料形成，对发热体2i及多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i进行保持。

〔发热体〕

多个发热体2i通过将含有多个碳纳米管的一张无纺片折曲而形成，具有在配设于基体部件1i的多个贯通电极14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i上安装的多个底部16，从该底部16向上方延伸的多个壁部17，及将相邻的壁部17的上端间连接的多个顶部18。

底部16及壁部17是平面的，顶部18向上呈凸状弯曲。另外，底部16与壁部17的交界的折曲角度比90度大，壁部17与顶部18的交界的折曲角度比90度小。壁部17与顶部18的交界也可以变圆地弯曲。由此，能够减少在剖面视图中发热体2i和基体部件1i所包围的空间内的空气膨胀了时作用于壁部17与顶部18的交界的弯曲应力。

发热体2i具有并排地形成于各顶部18的多个通气孔21。由此，该热声装置能够在壁部17和顶部18所包围的空间内的空气膨胀了时将所述空间内的空气的一部分向外部排出，所以，能够减少向发热体2i施加的应力，并且发热体2i的散热性优异。

需要说明的是，也可以取代将通气孔21设置于顶部18，而形成于顶部18和壁部17的双方，或者壁部17，或者顶部18与壁部17的交界部。另外，为了简化构造，也可以省略通气孔21。

[第十一实施方式]

在图16中表示的是本发明的一实施方式的声波检查装置的结构。

该声波检查装置具备其自身为本发明的另一实施方式的热声装置31和声波接收元件32，是通过利用热声装置31产生的超声波来检查配置于热声装置31及声波接收元件32间的圆筒状的工件W的伤的超声波探伤声波检查装置。

〔热声装置〕

热声装置31具备：圆筒状的基体部件33，配置于该基体部件33的内侧的发热体34，将基体部件33与发热体34连接的多个固定部件35，贯通基体部件33并连接于发热体34的两端的一对贯通电极36，及向一对贯通电极36间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

＜基体部件＞

基体部件33由具有绝缘性及刚性的材料形成，是支承发热体34的构造材。需要说明的是，为了提高从发热体34的散热性，也可以在基体部件33形成孔部。

＜发热体＞

发热体34通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的一张无纺片折曲而形成。更详细地说，该发热体34使用固定部件35而安装于基体部件33的内周面，具有在基体部件33的轴向(通过剖面中心的图16的面的法线方向)上延伸的带状的多个底部37，从底部37向基体部件33的中心轴侧延伸的多个壁部38，及将相邻的壁部38间连接并与基体部件33的中心轴相对的多个顶部39。需要说明的是，为了提高散热性，也可以在发热体34形成通气孔。

形成图16的热声装置31的发热体34的无纺片的结构可以设为与形成图1的热声装置的发热体2的无纺片同样。

＜贯通电极＞

在该热声装置31中，一对贯通电极36电连接于发热体34的两端，但是，也可以是，多个贯通电极36电连接于发热体34的各底部37且隔开1个地互相连接，从而构成为能够向发热体34的底部37间独立地施加电流。

〔声波接收元件〕

声波接收元件32具有接收由热声装置31产生并通过工件W后的声波并变换为电信号的多个传感器。

〔优点〕

该声波检查装置具备具有通过将含有纤维状碳纳米结构体的无纺片折曲而形成的发热体34而高效率地产生声波的热声装置31，所以，能够比较准确地检测出工件W内部的伤，气泡等缺陷。

[第十二实施方式]

在图17中表示的是本发明的与图16不同的实施方式的声波检查装置的结构。

该声波检查装置具备其自身为本发明的另一实施方式的热声装置31a和声波接收元件32a，是通过利用热声装置31a产生的超声波来检查配置于热声装置31a及声波接收元件32a间的四边形筒状的工件Wa的伤的超声波探伤声波检查装置。

〔热声装置〕

热声装置31a具备：四角筒状的基体部件33a，配置于该基体部件33a的外侧的发热体34a，将基体部件33a与发热体34a连接的多个固定部件35a，配置于基体部件33a与发热体34a之间的一对贯通电极36a，及向一对贯通电极36a间施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

＜基体部件＞

基体部件33a由具有绝缘性及刚性的材料形成，是支承发热体34a的构造材。需要说明的是，为了提高散热性，也可以在基体部件33a形成孔部。

＜发热体＞

发热体34a通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的一张无纺片折曲而形成。更详细地说，该发热体34a安装于基体部件33a的外周面，具有在基体部件33a的轴向(通过剖面中心的图17的面的法线方向)上延伸的带状的多个底部37a，从底部37a向外侧延伸的多个壁部38a，及将相邻的壁部38a间连接的多个顶部39a。需要说明的是，为了提高散热性，也可以在发热体34a形成通气孔。

形成图17的热声装置31a的发热体34a的无纺片的结构可以设为与形成图1的热声装置的发热体2的无纺片同样。

＜贯通电极＞

在该热声装置31a中，一对贯通电极36a电连接于发热体34a的两端，但是，也可以是，多个贯通电极36a电连接于发热体34a的各底部37a且隔开1个地互相连接，从而构成为能够向发热体34a的底部37a间独立地施加电流。

〔声波接收元件〕

声波接收元件32a具有接收由热声装置31a产生并通过工件Wa后的声波并变换为电信号的多个传感器。

〔优点〕

该声波检查装置具备具有通过将含有纤维状碳纳米结构体的无纺片折曲而形成的发热体34a而高效地产生声波的热声装置31a，所以，能够比较准确地检测出工件Wa内部的伤，气泡等缺陷。

[第十三实施方式]

在图18中表示的是本发明的与图16，图17不同的实施方式的声波检查装置的结构。

该声波检查装置具备其自身为本发明的另一实施方式的热声装置31b和声波接收元件32b，是通过利用热声装置31b产生的超声波来检查配置于热声装置31b及声波接收元件32b间的圆筒状的工件Wb的伤的超声波探伤声波检查装置。

〔热声装置〕

热声装置31b具备：圆筒状的加热装置40，配置于该加热装置40的内侧的发热体34b，及向加热装置40施加驱动电流的未图示的配线和信号发生器。

＜加热装置＞

加热装置40能够以非接触的方式对配设于加热装置40的内部的发热体34b进行加热。作为加热装置40，例如通过设置灯，激光器等光能产生单元并将来自该光能产生单元的光能向发热体34b照射，从而进行发热体34b的全面加热或对一部分进行扫描(scan)加热。

作为加热装置40，也可以取代使用光能产生单元，使用向发热体34b照射电磁波而对发热体34b进行感应加热的IH线圈或进行微波加热的磁控管等电磁波产生单元。

＜发热体＞

发热体34b通过将含有多个纤维状碳纳米结构体的一张无纺片呈圆筒状折曲并利用未图示的导电性部件等将发热体34b的两端接合而形成。需要说明的是，将发热体34b折曲而增加表面积，或者使被光照射的面起毛，为了提高散热性，也可以在发热体34b形成孔部。

在使用磁控管等电磁波产生单元对发热体34b进行加热的情况下，发热体34b优选含有碳纳米线圈，碳微米线圈作为纤维状碳纳米结构体。

形成图18的热声装置31b的发热体34b的无纺片的结构可以设为与形成图1的热声装置的发热体2的无纺片同样。

〔声波接收元件〕

声波接收元件32b具有接收由热声装置31b产生并通过工件Wb后的声波并变换为电信号的多个传感器。

〔优点〕

这些非接触加热法，无需发热体34b中的配线，电极及接合部，所以，容易使热声装置31b的构造简化，轻量化，小型化及阵列(多像素)化。在作为超声波探伤装置用发送探头而使工件的周边移动来使用的情况下，存在配线容易断线这一课题，尤其是在以高速驱动探头的情况下断线的风险升高。针对该课题，通过将加热装置40固定配置，使光学系统进行扫描，使得从发热体34b的任意场所无线地产生所需的声压的超声波，由此，能够大幅减小断线的风险，并且检查的高速化变得容易。需要说明的是，也可以将发热体34b以能够移动的方式配设。

[其他实施方式]

上述实施方式并不对本发明的结构构成限定。因此，上述实施方式应被理解为能够基于本说明书的记载和技术常识而对上述实施方式各部分的结构要素进行省略、置换或追加，它们都属于本发明的范围。

在该热声装置中，可以通过抄造来形成发热体的立体形状。

该声波检查装置不限于对筒状的工件进行检查。并且，该声波检查装置既可以是通过将例如上述第一至第十实施方式那样的热声装置与声波接收元件组合而形成的，也可以是使热声装置和声波接收元件中的任一方移动的扫描型的装置。

本发明的热声装置尤其适用于超声波探伤声波检查装置。

附图标记说明

1,1d,1h,1i,33,33a基体部件；

2,2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h,2i,34,34a,34b发热体；

3,3a电极；

4配线；

5信号发生器；

6,35,35a固定部件；

7导电性部件；

8第一电极；

9第二电极；

10第三电极；

11中间电极；

12外部电极；

13多孔部件；

14a,14b,14c,14d,14e,14f,14g,14h,14i,36,36a贯通电极；15孔部；

16,37,37a底部；

17,38,38a壁部；

18,39,39a顶部；

19分配部；

20贯通部；

21通气孔；

31,31a,31b热声装置；

32,32a,32b声波接收元件；

40加热装置；

W,Wa,Wb工件。

Claims (19)

1.一种热声装置，具备发热体，该发热体由含有纤维状碳纳米结构体的无纺片形成。

2.根据权利要求1所述的热声装置，

所述纤维状碳纳米结构体相对于所述无纺片无取向性地配置。

3.根据权利要求1或2所述的热声装置，

所述发热体具有三维形状。

4.根据权利要求3所述的热声装置，

所述发热体通过周期性的弯折而成为形成有多个底部和顶部的形状，该形状包含波形。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热声装置，

进一步具备向所述发热体施加电流的多个电极。

6.根据权利要求5所述的热声装置，

进一步具备对所述发热体进行支承的基体部件，

所述发热体配置在所述基体部件的表面，

所述电极层叠在所述发热体的上部。

7.根据权利要求5或6所述的热声装置，

具备三个以上的所述电极和两个以上的所述发热体。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的热声装置，

所述发热体是彼此平行且等间隔地配设的多个发热体。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的热声装置，

所述发热体具有呈圆弧状弯曲的剖面形状。

10.根据权利要求5或6所述的热声装置，

所述电极在所述发热体的两端部分别遍及该发热体的整个宽度地层叠。

11.根据权利要求4所述的热声装置，具备：

向所述发热体施加电流的多个电极；

对所述发热体进行支承的基体部件；

所述发热体配置在所述基体部件的表面，

所述电极层叠在所述发热体的底部与基体部件的上表面之间。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的热声装置，

具备筒状的基体部件，

所述发热体沿着所述基体部件的外周面或内周面呈筒状配设。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的热声装置，

具备向所述发热体施加电流的多个电极，

所述发热体呈球面状，

所述电极包含沿着该发热体的外缘设置的第一电极、在发热体的背面设置的与第一电极同心的圆环状的第二电极以及在发热体的背面的第一电极的中心部设置的圆形或点状的第三电极，

所述发热体包含第一电极与第二电极之间的第一发热体部分和第二电极与第三电极之间的第二发热体部分这两个发热体部分。

14.根据权利要求5至7、10中任一项所述的热声装置，

所述发热体是多个带状的发热体，该多个发热体彼此平行且等间隔地配置，

所述电极包含将所述多个发热体串联地连接的多个中间电极。

15.根据权利要求1至8、10中任一项所述的热声装置，

在所述发热体的背面侧具备吸收从该背面产生的声波的多孔部件。

16.根据权利要求4所述的热声装置，

具备对所述发热体进行支承的基体部件，

所述发热体配置在所述基体部件的表面，

在该基体部件，形成有将由所述发热体的相对的成对的壁部、顶部以及基体部件包围的空间与外部空间连通的孔部，所述壁部是顶部与底部之间的部分。

17.根据权利要求4所述的热声装置，

具备对所述发热体进行支承的基体部件，

所述发热体配置在所述基体部件的表面，

在该发热体的顶部，形成有将由该顶部、相对的成对的壁部以及基体部件包围的空间与外部空间连通的孔部，所述壁部是顶部与底部之间的部分。

18.根据权利要求1至4中任一项所述的热声装置，

进一步具备向所述发热体照射光或电磁波的加热装置。

19.一种声波检查装置，具备声波接收元件和权利要求1至18中任一项所述的热声装置。