JP7459736B2 - Piezoelectric Devices - Google Patents

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Description

本発明は、圧電デバイスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device.

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。 Conventionally, there is known an ultrasound diagnostic device that includes an ultrasound probe that transmits ultrasound to an object to be examined and receives ultrasound reflected from within the object to be examined, and that forms an image from the ultrasound received by the ultrasound probe.

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。 In an ultrasonic probe, the transmission efficiency of ultrasonic waves between the object and the object to be inspected is usually increased by increasing the adhesion to the object to be inspected. Therefore, it is conceivable to design the contact surface of the ultrasonic probe that comes into contact with the object to be inspected so as to match the surface shape of the object to be inspected, thereby increasing the adhesion to the object to be inspected. However, if an ultrasonic probe is designed to match the surface shape of a specific object to be inspected, the versatility of the ultrasonic probe will be reduced. Not suitable for human body, etc.).

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。 The following Patent Documents 1 and 2 disclose a sheet-shaped ultrasonic probe in which a piezoelectric layer is embedded in an elastic body. With such an ultrasonic probe, the elastic body undergoes elastic deformation, allowing the contact surface of the ultrasonic probe to follow the surface shape of the test object to a certain extent, and the probe can be applied to test objects whose surface shape changes over time.

特許第6139136号公報Patent No. 6139136 米国特許出願公開第2019/0328354号明細書US Patent Application Publication No. 2019/0328354

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。 In the piezoelectric device according to the prior art described above, when the elastic body of the ultrasonic probe is deformed to follow the surface shape of the object to be inspected, the piezoelectric layer within the elastic body undergoes bending deformation, and as a result, the ultrasonic The irradiation area changes.

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。 An object of the present invention is to provide a piezoelectric device in which bending deformation of a piezoelectric layer is suppressed.

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、T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、E、Eとしたときに、下記の式(1)

Figure 0007459736000001

を満たす。 A piezoelectric device according to one aspect of the present invention is a piezoelectric device that transmits ultrasonic waves to an object to be inspected and receives ultrasonic waves reflected at the object to be inspected, and has an opposing surface facing the object to be inspected. a piezoelectric layer provided inside the elastic element that extends parallel to the opposing surface and expands and contracts in the thickness direction; and a piezoelectric layer laminated on the side opposite to the opposing surface. The thickness of the piezoelectric layer and the retention layer are T 1 and T 2 , respectively, and the tensile modulus of the elastic element, the piezoelectric layer, and the retention layer are E 0 and E , respectively. 1 and E 2 , the following formula (1)
Figure 0007459736000001

satisfy.

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。 The inventors discovered that a piezoelectric device that satisfies formula (1) can significantly suppress bending deformation of the piezoelectric layer.

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。 In a piezoelectric device according to another embodiment, the laminate further includes an acoustic matching layer laminated on the piezoelectric layer on the opposing surface side.

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が0.5~1000MPaであり、圧電層の引張弾性率Eが0.1~10GPaであり、保持層の引張弾性率Eが2~82.7GPaである。 In a piezoelectric device according to another embodiment, the elastic body has a tensile modulus E 0 of 0.5 to 1000 MPa, the piezoelectric layer has a tensile modulus E 1 of 0.1 to 10 GPa, and the support layer has a tensile modulus E 2 of 2 to 82.7 GPa.

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。 In another embodiment of the piezoelectric device, the piezoelectric layer is made of a material containing a polymer with an electromechanical coupling coefficient of 0.1 or more.

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。 In another embodiment of the piezoelectric device, the piezoelectric layer is made of a material containing polyvinylidene fluoride.

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。 In a piezoelectric device according to another embodiment, the piezoelectric layer is made of a material containing at least one of lead zirconate titanate, barium titanate, lithium niobate, and aluminum nitride.

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。 According to the present invention, a piezoelectric device in which bending deformation of a piezoelectric layer is suppressed is provided.

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。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a piezoelectric device according to an embodiment. 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。FIG. 2 is a diagram showing a situation when bending deformation occurs in the piezoelectric layer. 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。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric device of a different type. 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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric device of a different type. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing different types of piezoelectric devices. 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。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing different types of piezoelectric devices. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric device of a different type. 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。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing different types of piezoelectric devices. 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。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing different types of piezoelectric devices. 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。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric device of a different type. 図11は、実施例に係る試料を示した表である。FIG. 11 is a table showing samples according to the embodiment. 図12は、比較例に係る試料を示した表である。FIG. 12 is a table showing samples according to comparative examples.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals will be used for the same elements or elements having the same function, and redundant description will be omitted.

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。 As shown in FIG. 1, the piezoelectric device 10 includes an elastic body 20 and a laminate 30 provided inside the elastic body 20. The piezoelectric device 10 according to the embodiment is an ultrasound probe used in an ultrasound diagnostic apparatus. The piezoelectric device 10 transmits ultrasonic waves to the object to be inspected 1 and receives ultrasonic waves reflected within the object to be inspected 1 .

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)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。 The elastic body 20 has a sheet-like outer shape, and has a contact surface 20a (opposing surface) that contacts the inspection object 1, and an upper surface 20b located opposite to the contact surface 20a. The contact surface 20a is an opposing surface facing the object 1 to be inspected, and directly (or indirectly) contacts the surface of the object 1 to be inspected. The elastic body 20 is made of, for example, polyester, silicone rubber, or the like. The elastic body 20 can be obtained, for example, by molding. The constituent material of the elastic body 20 has a tensile modulus (E 0 ) of 0.5 to 1000 MPa. In this embodiment, the elastic body 20 has a rectangular shape in plan view.

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。 The laminate 30 is composed of a piezoelectric layer 32, a retaining layer 34, and an acoustic matching layer 36. The layers 32, 34, and 36 of the laminate 30 are stacked along the thickness direction of the piezoelectric device 10 (the vertical direction in FIG. 1). The layers 32, 34, and 36 of the laminate 30 are formed, for example, by coating or lamination. The entire surface of the laminate 30, including the top and bottom surfaces, is covered by the elastic element 20.

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)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)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。 The piezoelectric layer 32 is made of a piezoelectric material such as an organic piezoelectric material or a piezoelectric ceramic. The organic piezoelectric material constituting the piezoelectric layer 32 is preferably a material containing a polymer having an electromechanical coupling coefficient of 0.1 or more, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF). The piezoelectric ceramic constituting the piezoelectric layer 32 is made of a material containing at least one of lead zirconate titanate, barium titanate, lithium niobate, and aluminum nitride. The material constituting the piezoelectric layer 32 has a tensile modulus (E 1 ) of 3 to 10 GPa. In this embodiment, the piezoelectric layer 32 has a rectangular shape of 10 mm x 10 mm in a plan view and extends parallel to the contact surface 20a of the elastic body 20. The piezoelectric layer 32 has a substantially uniform thickness, and the thickness (T 1 ) is, for example, 10 to 5000 μm (100 μm as an example). A pair of electrode layers (not shown) are provided on the upper and lower sides of the piezoelectric layer 32, and when a pulse voltage is repeatedly applied between the pair of electrode layers, the piezoelectric layer 32 oscillates so as to repeatedly expand and contract in its thickness direction, thereby outputting ultrasonic waves.

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)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)はたとえば10~20000μm(一例として360μm)である。 The retaining layer 34 is a layer that retains the piezoelectric layer 32, and is laminated on the upper side of the piezoelectric layer 32 (i.e., the side opposite the contact surface 20a). The retaining layer 34 is made of, for example, a resin material such as polyamide resin or methacrylic resin, or solder. The material that constitutes the retaining layer 34 has a tensile modulus (E 2 ) of 2 to 82.7 GPa. In this embodiment, the retaining layer 34 has the same shape (i.e., rectangular) and dimensions as the piezoelectric layer 32 in a plan view. The retaining layer 34 has a substantially uniform thickness, and the thickness (T 2 ) is, for example, 10 to 20,000 μm (360 μm as an example).

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)はたとえば2~1000μm(一例として20μm)である。 The acoustic matching layer 36 is a layer for increasing the incidence efficiency of ultrasonic waves into the inspection object 1, and is laminated on the lower side of the piezoelectric layer 32 (that is, on the contact surface 20a side). The acoustic matching layer 36 is made of a resin material such as polystyrene. In this embodiment, the acoustic matching layer 36 has the same shape (ie, rectangular shape) and the same dimensions as the piezoelectric layer 32 in plan view. The acoustic matching layer 36 has a substantially uniform thickness, and the thickness (T 3 ) is, for example, 2 to 1000 μm (20 μm as an example).

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。

Figure 0007459736000002
The inventors have found that the piezoelectric device 10 that satisfies the following formula (1) can significantly suppress bending deformation of the piezoelectric layer 32. It is believed that in the piezoelectric device 10, the retention layer 34 contributes to suppressing bending deformation of the piezoelectric layer 32.
Figure 0007459736000002

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。 Figure 2 shows the state when bending deformation occurs in the piezoelectric layer 32. As shown in Figure 2, when the surface of the test object 1 is curved so as to protrude toward the piezoelectric device 10, the elastic body 20 elastically deforms to follow the surface shape of the test object 1. At this time, bending deformation occurs in the piezoelectric layer 32 provided inside the elastic body 20 so as to protrude from the contact surface 20a side toward the upper surface 20b side of the elastic body 20.

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。 When bending deformation occurs in the piezoelectric layer 32 as shown in FIG. ), as a result, the inspection area becomes narrower.

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。 Conversely, if bending deformation (opposite to the bending deformation shown in FIG. 2) occurs in the piezoelectric layer 32 such that it protrudes from the upper surface 20b side of the elastic body 20 toward the contact surface 20a side, the irradiation area A of the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric layer 32 diverges (i.e., gradually expands toward the inside of the object to be inspected 1), and as a result, the piezoelectric layer 32 is no longer able to receive the ultrasonic waves reflected within the object to be inspected 1.

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。 In the piezoelectric device 10 described above, bending deformation of the piezoelectric layer 32 is suppressed, thereby suppressing convergence and divergence of ultrasonic waves, allowing for proper transmission and reception of ultrasonic waves.

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。 The piezoelectric device 10 can take various forms as long as the above formula (1) is satisfied. Modifications of the piezoelectric device 10 are shown in FIGS. 3 to 10.

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。 The piezoelectric device 10A shown in FIG. 3 differs from the piezoelectric device 10 in that it does not include the acoustic matching layer 36. That is, the piezoelectric device can omit the acoustic matching layer if necessary.

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に比べて保持層34の幅W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。 The piezoelectric device 10B shown in Fig. 4 differs from the piezoelectric device 10 in that the width W2 of the retention layer 34 is narrower than the width W1 of the piezoelectric layer 32. The piezoelectric device 10C shown in Fig. 5 differs from the piezoelectric device 10B in that the retention layer 34 is further thinned.

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に比べて保持層34の幅W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に比べて音響整合層36の幅W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に比べて、保持層34の幅Wおよび音響整合層36の幅W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と音響整合層36の幅W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に比べて、保持層34の幅Wが狭く、かつ、音響整合層36の幅Wが広い点で異なる。 The piezoelectric device 10D shown in FIG. 6 differs from the piezoelectric device 10 only in that the width W2 of the retention layer 34 is wider than the width W1 of the piezoelectric layer 32. The piezoelectric device 10E shown in FIG. 7 differs from the piezoelectric device 10 only in that the width W 3 of the acoustic matching layer 36 is wider than the width W 1 of the piezoelectric layer 32 . The piezoelectric device 10F shown in FIG. 8 differs from the piezoelectric device 10 only in that the width W 2 of the retention layer 34 and the width W 3 of the acoustic matching layer 36 are wider than the width W 1 of the piezoelectric layer 32. In the piezoelectric device 10F, the width W 2 of the holding layer 34 and the width W 3 of the acoustic matching layer 36 may be the same or different. The piezoelectric device 10G shown in FIG. 9 differs from the piezoelectric device 10 in that the width W2 of the holding layer 34 is narrower than the width W1 of the piezoelectric layer 32, and the width W3 of the acoustic matching layer 36 is wider. It's different.

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。 The piezoelectric device 10H shown in FIG. 10 differs from the piezoelectric device 10 in that the laminate 30 is biased toward the top surface 20b. In the piezoelectric device 10H, the distance between the laminate 30 and the contact surface 20a is longer than the distance between the laminate 30 and the top surface 20b. From the perspective of suppressing attenuation of ultrasonic waves, it is preferable that the distance d between the laminate 30 and the contact surface 20a (i.e., the thickness of the elastic body 20 on the contact surface 20a side of the laminate 30) is short. The distance d between the laminate 30 and the contact surface 20a is, for example, 10 to 2000 μm.

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。 The inventors conducted an experiment to confirm the effects of the respective thicknesses of the piezoelectric layer and the retention layer, and the tensile modulus of each of the elastic body, the piezoelectric layer, and the retention layer on the bending deformation of the piezoelectric layer. . Specifically, the radius of curvature was determined for each of a plurality of samples having the same configuration as the piezoelectric device 10 (or piezoelectric device 10A) described above, but each layer having different constituent materials and film thicknesses. The constituent materials and film thicknesses of each sample are as shown in FIGS. 11 and 12. Note that the film thickness of the elastic body in this example corresponds to the above-mentioned separation distance d (separation distance between the laminate and the contact surface). In addition, the dimensions of each sample in plan view were 10 mm x 10 mm for the piezoelectric layer and 20 mm x 20 mm for the elastic body.

(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。
(Examples 1 to 11)
Each sample according to Examples 1 to 11 includes a piezoelectric layer made of polyvinylidene fluoride (1) (PVDF1 in the table of FIG. 11). Polyvinylidene fluoride (1) according to Examples 1 to 11 has a tensile modulus of 2.1 GPa.

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。 Each sample in Examples 1 to 4 includes an acoustic matching layer, an elastic element, and a retaining layer in addition to a piezoelectric layer. In the samples in Examples 1 to 4, the acoustic matching layer, the elastic element, and the retaining layer are all made of the same material, with the acoustic matching layer being made of polystyrene (tensile modulus of elasticity 2.7 GPa), the elastic element being made of polyester, and the retaining layer being made of polyamide. The polyester in Examples 1 to 4 is polyester (model number: Hi-Trail 3046) manufactured by Toray DuPont Co., Ltd., and has a tensile modulus of elasticity of 0.019 GPa. The polyamide in Examples 1 to 4 is polyamide (model number: RUN35-C25) manufactured by Unitika Ltd., and has a tensile modulus of elasticity of 18.4 GPa.

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。 In the samples according to Examples 1 to 4, the piezoelectric layer, acoustic matching layer, elastic body, and retention layer have different thicknesses. That is, the film thicknesses of the piezoelectric layer, acoustic matching layer, elastic body, and retention layer according to Example 1 are 42 μm, 10 μm, 20 μm, and 125 μm, respectively. The film thicknesses of the piezoelectric layer, acoustic matching layer, elastic body, and retention layer according to Example 2 are 100 μm, 25 μm, 50 μm, and 375 μm, respectively. The film thicknesses of the piezoelectric layer, acoustic matching layer, elastic body, and retention layer according to Example 3 are 400 μm, 250 μm, 400 μm, and 400 μm, respectively. The film thicknesses of the piezoelectric layer, acoustic matching layer, elastic body, and retention layer according to Example 4 are 2000 μm, 1250 μm, 1000 μm, and 1000 μm, respectively.

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。 The sample of Example 5 includes an elastic body and a retaining layer in addition to a piezoelectric layer. The sample of Example 5 has the same configuration as the sample of Example 3, except that it does not include an acoustic matching layer.

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。 Each sample according to Examples 6 to 8 includes an acoustic matching layer, an elastic body, and a retention layer in addition to the piezoelectric layer. In the samples according to Examples 6 to 8, the acoustic matching layer and the retention layer are both made of the same material, the acoustic matching layer is made of polystyrene (tensile modulus 2.7 GPa), and the retention layer is made of polyamide ( It has a tensile modulus of elasticity of 18.4 GPa). In the samples according to Examples 6 to 8, the thickness of the acoustic matching layer was 25 μm, and the thickness of the holding layer was 500 μm.

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。 In the samples according to Examples 6 to 8, the film thicknesses of the elastic bodies were the same (50 μm), and the constituent materials of the elastic bodies were different. In the sample according to Example 6, the elastic body is made of polyamide elastomer. The polyamide elastomer according to Example 6 is a polyamide elastomer manufactured by Daicel (model number: E40-S1), and its tensile modulus is 80 MPa. In the sample according to Example 7, the elastic body was made of polyimide silicone. The polyimide silicone according to Example 7 is a polyimide silicone manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (model number: SMP-7004), and its tensile modulus is 160 MPa. In the sample according to Example 8, the elastic body was made of polyolefin. The polyolefin according to Example 8 is a polyolefin manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. (model number: S131), and its tensile modulus is 650 MPa.

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。 Each sample according to Examples 9 to 11 includes an acoustic matching layer, an elastic body, and a retention layer in addition to the piezoelectric layer. In the samples according to Examples 9 to 11, the acoustic matching layer and the elastic body were both made of the same material, the acoustic matching layer was made of polystyrene (tensile modulus of elasticity 2.7 GPa), and the elastic body was made of polystyrene (tensile modulus of elasticity 2.7 GPa). It is made of polyester (tensile modulus 0.019 GPa). In the samples according to Examples 9 to 11, the thickness of the acoustic matching layer was 25 μm, and the thickness of the elastic body was 50 μm.

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。 In the samples according to Examples 9 to 11, the retention layers were different from each other. In the sample according to Example 9, the holding layer is made of methacrylic resin and has a thickness of 400 μm. The methacrylic resin according to Example 9 is a methacrylic resin (model number: Deglass A) manufactured by Asahi Kasei Group, and its tensile modulus is 3.2 GPa. In the sample according to Example 10, the holding layer is made of epoxy resin and has a thickness of 400 μm. The epoxy resin according to Example 10 is an epoxy resin manufactured by Cemedine (model number: EP811), and its tensile modulus is 6.6 GPa. In the sample according to Example 11, the holding layer is made of solder and has a thickness of 100 μm. The solder according to Example 11 is a solder manufactured by Harima Kasei Co., Ltd. (model number: PS48BR-600-LSP), and its tensile modulus is 51 GPa.

(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。
(Examples 12 to 15)
The samples according to Examples 12 to 15 each include an acoustic matching layer, an elastic element, and a retaining layer in addition to a piezoelectric layer. The piezoelectric layers according to Examples 12 to 15 are different from each other and from the piezoelectric layers according to Examples 1 to 11.

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。 In the sample of Example 12, the piezoelectric layer is made of polyvinylidene fluoride (2) (PVDF2 in the table of FIG. 11). The polyvinylidene fluoride (2) of Example 12 has a tensile modulus of elasticity of 0.38 GPa. The thickness of the piezoelectric layer of Example 12 is 100 μm. In the sample of Example 12, the acoustic matching layer is made of polystyrene (tensile modulus of elasticity 2.7 GPa) and has a thickness of 20 μm. In the sample of Example 12, the elastic element is made of polyester (tensile modulus of elasticity 0.019 GPa) and has a thickness of 50 μm. In the sample of Example 12, the retention layer is made of polyamide (tensile modulus of elasticity 18.4 GPa) and has a thickness of 200 μm.

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。 In the sample according to Example 13, the piezoelectric layer is made of a material containing ceramics. The ceramic according to Example 13 is composed of a mixture of polyvinylidene fluoride (1) and lead zirconate titanate (tensile modulus of 3.5 GPa), and the content of lead zirconate titanate is 58 wt%. . The thickness of the piezoelectric layer according to Example 13 is 150 μm. In the sample according to Example 13, the acoustic matching layer is made of polystyrene (tensile modulus of 2.7 GPa) and has a film thickness of 40 μm. In the sample according to Example 13, the elastic body is made of polyimide silicone (tensile modulus of 0.16 GPa), and its film thickness is 50 μm. In the sample according to Example 13, the holding layer is made of polyamide (tensile modulus of 18.4 GPa) and has a film thickness of 300 μm.

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。 In the sample according to Example 14, the piezoelectric layer is made of a material containing ceramics. The ceramic according to Example 14 is composed of a mixture of polyvinylidene fluoride (1) and barium titanate (tensile modulus of 3.0 GPa), and the content of barium titanate is 10 wt%. The thickness of the piezoelectric layer according to Example 14 is 65 μm. In the sample according to Example 14, the acoustic matching layer is made of polystyrene (tensile modulus of 2.7 GPa) and has a thickness of 16 μm. In the sample according to Example 14, the elastic element was made of polyimide silicone (tensile modulus of 0.16 GPa), and its film thickness was 100 μm. In the sample according to Example 14, the holding layer is made of epoxy resin (tensile modulus of 6.6 GPa) and has a thickness of 300 μm.

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。 In the sample according to Example 15, the piezoelectric layer is made of a material containing ceramics. The ceramic according to Example 15 is made of a mixture of an epoxy resin and lead zirconate titanate (tensile modulus of elasticity 11 GPa), and the content of lead zirconate titanate is 69 wt%. The thickness of the piezoelectric layer according to Example 15 is 100 μm. In the sample according to Example 15, the acoustic matching layer is made of polystyrene (tensile modulus of 2.7 GPa) and has a film thickness of 25 μm. In the sample according to Example 15, the elastic body is made of polyimide silicone (tensile modulus of 0.16 GPa), and its film thickness is 100 μm. In the sample according to Example 15, the holding layer is made of epoxy resin (tensile modulus of 6.6 GPa) and has a film thickness of 500 μm.

(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。
(Comparative Examples 1 to 3)
Each of the samples according to Comparative Examples 1 to 3 includes a piezoelectric layer made of polyvinylidene fluoride (1), similar to Examples 1 to 11. The thickness of the piezoelectric layer in each of Comparative Examples 1 to 3 is 100 μm. Each of the samples according to Comparative Examples 1 to 3 includes an acoustic matching layer, an elastic element, and a retaining layer in addition to the piezoelectric layer. The acoustic matching layer in each of Comparative Examples 1 to 3 is made of polystyrene (tensile modulus of elasticity: 2.7 GPa), and has a thickness of 25 μm.

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。 The elastic element of Comparative Example 1 is made of the same polyolefin (tensile modulus 0.65 GPa) as the constituent material of the elastic element of Example 8, and has a film thickness of 50 μm. The retaining layer of Comparative Example 1 is made of the same polyamide (tensile modulus 18.4 GPa) as the constituent material of the retaining layers of Examples 1 to 8, and has a film thickness of 100 μm. The sample of Comparative Example 1 differs from the sample of Example 8 only in the film thickness of the retaining layer.

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。 The elastic body according to Comparative Example 2 is made of silicone rubber, and has a film thickness of 50 μm. The silicone rubber according to Comparative Example 2 is a silicone rubber manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. (model number: KER-4301), and its tensile modulus is 2.5 GPa. The retaining layer according to Comparative Example 2 is made of the same polyamide (tensile modulus of elasticity 18.4 GPa) as the constituent material of the retaining layers according to Examples 1 to 8, 12, and 13, and its film thickness is 125 μm. The sample according to Comparative Example 2 differs from the samples according to Examples 6 to 8 only in the constituent material of the elastic body and the thickness of the retention layer.

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。 The elastic body according to Comparative Example 3 is made of polyester (tensile modulus: 0.019 GPa), and has a film thickness of 50 μm. The holding layer of Comparative Example 3 is made of the same methacrylic resin (tensile modulus of elasticity 3.2 GPa) as the constituent material of the holding layer according to Example 9, and its film thickness is 50 μm. The sample according to Comparative Example 3 differs from the sample according to Example 2 only in the constituent material and film thickness of the holding layer.

(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。
(Comparative Example 4)
The sample according to Comparative Example 4 has a piezoelectric layer made of a mixture (tensile modulus 3.5 GPa) of polyvinylidene fluoride (1) and lead zirconate titanate, like the sample according to Example 13. The thickness of the piezoelectric layer according to Comparative Example 4 is 150 μm. The sample according to Comparative Example 4 has an acoustic matching layer, an elastic element, and a retaining layer in addition to the piezoelectric layer. The acoustic matching layer according to Comparative Example 4 is made of polystyrene (tensile modulus 2.7 GPa) and has a thickness of 40 μm. The elastic element according to Comparative Example 4 is made of silicone rubber (tensile modulus 2.5 GPa), which is the same material as the elastic element according to Comparative Example 2, and has a thickness of 50 μm. The retaining layer according to Comparative Example 4 is made of polyamide (tensile modulus 18.4 GPa), which is the same material as the retaining layer according to Examples 1 to 8, 12, and 13, and has a thickness of 300 μm. The sample according to Comparative Example 4 differs from the sample according to Example 13 only in the material of the elastic element.

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。 Shape observation of the radius of curvature of the piezoelectric layer from the side direction when each sample according to Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 4 described above is attached to an inspection object having a curved surface shape with a radius of curvature of 30 mm. It was determined by Specifically, each specimen was attached to the outer curved surface of a cylindrical object to be inspected, a specimen was encapsulated in epoxy resin, and the central cross section of each specimen was exposed by polishing the specimen. . Then, the exposed center cross section of the sample was observed with an optical microscope to obtain the coordinates of a plurality of feature points on the lower surface of the piezoelectric layer, and the radius of curvature of the piezoelectric layer was obtained from the coordinates of the plurality of feature points.

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。 The radius of curvature of the test object is set to 30 mm, assuming the radius of curvature of a curved surface shape such as the forearm or upper arm. Since the radius of curvature of the forearm or upper arm, where the piezoelectric device (ultrasonic probe in the embodiment) is thought to be attached, is approximately 30 mm, it was thought that the radius of curvature of the test object is appropriate at 30 mm. In addition, if the radius of curvature of the piezoelectric layer is 50 mm or more, the ultrasonic waves emitted from the piezoelectric layer propagate without converging from the attachment surface on which the sample is attached to the outer curved surface of the test object to the surface opposite the attachment surface, making it possible to propagate the ultrasonic waves to a sufficient depth. Therefore, it was determined that deformation of the piezoelectric layer can be suppressed if the radius of curvature of the piezoelectric layer is 50 mm or more.

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。 In the samples according to Examples 1 to 15 satisfying the above formula (1), the radius of curvature of the piezoelectric layer was all 50 mm or more. On the other hand, in the samples according to Comparative Examples 1 to 4 that do not satisfy formula (1), the radius of curvature of the piezoelectric layer was all smaller than 50 mm. From this result, it was found that bending deformation of the piezoelectric layer was significantly suppressed in the piezoelectric device satisfying the formula (1). Further, from a comparison of Examples 6 to 8, it was found that the smaller the tensile modulus of the elastic body, the larger the radius of curvature of the piezoelectric layer (that is, the bending deformation was suppressed). Further, from a comparison of Examples 9 to 11, it was found that the larger the tensile modulus of the retention layer, the larger the radius of curvature of the piezoelectric layer.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various forms. For example, the piezoelectric device is not limited to an ultrasonic probe, but may be, for example, a pressure sensor, etc.

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。

10, 10A to 10H... piezoelectric device, 20... elastic body, 20a... contact surface, 30... laminate, 32... piezoelectric layer, 34... support layer, 36... acoustic matching layer.

Claims (6)

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、T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、E、Eとしたときに、下記の式(1)
Figure 0007459736000003

を満たす、圧電デバイス。
A piezoelectric device that transmits ultrasonic waves to an object to be inspected and receives ultrasonic waves reflected by the object to be inspected,
an elastic body having a facing surface facing the inspection object;
a laminate including a piezoelectric layer provided inside the elastic body, extending parallel to the opposing surface and expanding and contracting in a thickness direction, and a retaining layer laminated on the piezoelectric layer on a side opposite to the opposing surface,
When the thicknesses of the piezoelectric layer and the holding layer are T 1 and T 2 , respectively, and the tensile moduli of the elastic body, the piezoelectric layer, and the holding layer are E 0 , E 1 , and E 2 , respectively, the following formula (1) is satisfied:
Figure 0007459736000003

Meet the piezoelectric device.
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。 The piezoelectric device according to claim 1, wherein the laminate further includes an acoustic matching layer laminated on the piezoelectric layer on the opposing surface side. 前記弾性素体の引張弾性率Eが0.5~1000MPaであり、前記圧電層の引張弾性率Eが3~10GPaであり、前記保持層の引張弾性率E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。 The elastic element has a tensile modulus E 0 of 0.5 to 1000 MPa, the piezoelectric layer has a tensile modulus E 1 of 3 to 10 GPa, and the retention layer has a tensile modulus E 2 of 2 to 82.7 GPa. The piezoelectric device according to claim 1 or 2. 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。 The piezoelectric device according to any one of claims 1 to 3, wherein the piezoelectric layer is made of a material containing a polymer having an electromechanical coupling coefficient of 0.1 or more. 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。 The piezoelectric device according to claim 4, wherein the piezoelectric layer is made of a material containing polyvinylidene fluoride. 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。

5. The piezoelectric device according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is made of a material containing at least one of lead zirconate titanate, barium titanate, lithium niobate, and aluminum nitride.

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