(57)【要約】  分子および結晶構造に起因する双極子をもたない樹脂からなる多孔質樹脂体と外力吸収シートとを有する音波・衝撃検知素子。【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子および結晶構造に起因する双極子をもたない樹脂からなる多孔質樹脂体と、外力吸収シートとを有する音波・衝撃検知素子。
【請求項２】
前記多孔質樹脂体の空孔率が６０％以上である、請求項１に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項３】
前記樹脂がポリテトラフルオロエチレンである、請求項１または２に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項４】
前記多孔質樹脂体が、樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項５】
前記ファイバーの平均繊維径が０．０５〜５０μｍである、請求項４に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項６】
前記多孔質樹脂体が分極処理されたものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項７】
前記外力吸収シートの外力吸収率が５０％以上である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項８】
前記外力吸収シートの音波透過率が２０％以上である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項９】
前記外力吸収シートの損失弾性率が１×１０3〜１×１０7Ｐａである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項１０】
前記外力吸収シートの厚みが０．０５〜１０ｍｍである、請求項１〜９のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【請求項１１】
前記多孔質樹脂体に前記外力吸収シートが積層された、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の音波・衝撃検知素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波・衝撃検知素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
音波、特に超音波検知センサーは、非破壊および無害でその内部等を調べることが可能なことから、構造物の欠陥の検査、人や動物の疾患の診断、測深機または探知機などの様々な分野に応用されている。
また、衝撃検知センサーは、自動車等のエアバッグ起動判断やハードディスクなど精密機器の監視、防護用素材の開発時の試験、車両数及び車両分類計測用センサー、ゲーム機器やスポーツ機器用打撃センサーなどに活用することができる。【０００３】
音波を検知する素子として、例えば、特許文献１には、ダンパー材と、その前面に固着された、ポリマー圧電素子、コンポジット圧電素子または被覆セラミックス圧電素子である超音波送受信素子と、さらにその前面に被覆された耐摩耗性膜とによって構成されている超音波プローブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、音波や衝撃を検知する従来の検知素子には、長期特性維持など耐久性の観点で課題があり、さらなる改良の余地があった。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、音波・衝撃検知能および耐久性に優れる音波・衝撃検知素子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】
【０００６】
このような状況のもと、本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討した結果、分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂からなる多孔質樹脂体と外力吸収シートとを有する音波・衝撃検知素子によれば、前記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の構成は以下の通りである。【０００７】
［１］  分子および結晶構造に起因する双極子をもたない樹脂からなる多孔質樹脂体と、外力吸収シートとを有する音波・衝撃検知素子。【０００８】
［２］  前記多孔質樹脂体の空孔率が６０％以上である、［１］に記載の音波・衝撃検知素子。【０００９】
［３］  前記樹脂がポリテトラフルオロエチレンである、［１］または［２］に記載の音波・衝撃検知素子。【００１０】
［４］  前記多孔質樹脂体が、樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む、［１］〜［３］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。
［５］  前記ファイバーの平均繊維径が０．０５〜５０μｍである、［４］に記載の音波・衝撃検知素子。【００１１】
［６］  前記多孔質樹脂体が分極処理されたものである、［１］〜［５］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。【００１２】
［７］  前記外力吸収シートの外力吸収率が５０％以上である、［１］〜［６］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。
［８］  前記外力吸収シートの音波透過率が２０％以上である、［１］〜［７］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。
［９］  前記外力吸収シートの損失弾性率が１×１０3〜１×１０7Ｐａである、［１］〜［８］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。
［１０］  前記外力吸収シートの厚みが０．０５〜１０ｍｍである、［１］〜［９］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。【００１３】
［１１］  前記多孔質樹脂体に前記外力吸収シートが積層された、［１］〜［１０］のいずれかに記載の音波・衝撃検知素子。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、音波・衝撃検知能および耐久性に優れる音波・衝撃検知素子を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
≪音波・衝撃検知素子≫
本発明の音波・衝撃検知素子は、音波および／または衝撃を検知する素子であり、分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂からなる多孔質樹脂体と外力吸収シートとを有する。このため、本発明の音波・衝撃検知素子は、音波・衝撃検知能および耐久性に優れる。
本発明の音波・衝撃検知素子は、構造物の欠陥の検査、人や動物の疾患の診断、対象物に許容レベル以上の衝撃が加わったか否かの判定、測深機または探知機などの様々な分野に用いることができ、室温より高温となる環境下や、特に高い圧力のかかる環境（例：圧力が１ＭＰａ以上の環境）下で音波や衝撃を検知したい用途に好適に用いることができる。また、自動車等のエアバッグ起動判断やハードディスクなど精密機器の監視、防護用素材の開発時の試験、車両数及び車両分類計測用センサー、ゲーム機器やスポーツ機器用打撃センサーなどにも好適に用いることができる。
【００１６】
本発明の音波・衝撃検知素子は、前記多孔質樹脂体と外力吸収シートとを有すればその構造は特に制限されないが、多孔質樹脂体に外力吸収シートが積層された、特に、シート状の多孔質樹脂体に外力吸収シートが積層された積層体であることが好ましい。
【００１７】
前記シート状の多孔質樹脂体に外力吸収シートが積層された積層体としては、シート状の多孔質樹脂体を含んでなる圧電素子の少なくとも１つの面上に外力吸収シートが積層された積層体であれば特に制限されないが、高い圧電率を保持する多孔質樹脂体を含む音波・衝撃検知素子が得られる等の点から、シート状の多孔質樹脂体を含んでなる圧電素子の表裏面（最も面積の大きい２面）上に外力吸収シートが積層された積層体、またはシート状の多孔質樹脂体を含んでなる圧電素子の全面上に外力吸収シートが積層された積層体であることが好ましい。
高い圧電率を保持する多孔質樹脂体を含む音波・衝撃検知素子が得られ、製造容易性、コスト等の点からは、シート状の多孔質樹脂体を含んでなる圧電素子の表裏面上に外力吸収シートが積層された積層体が好ましく、より高い圧電率を保持する多孔質樹脂体を含む音波・衝撃検知素子が得られる等の点からは、シート状の多孔質樹脂体を含んでなる圧電素子の全面上に外力吸収シートが積層された積層体であることが好ましい。
【００１８】
本発明の音波・衝撃検知素子には、多孔質樹脂体および外力吸収シート以外の、従来公知の層等が存在していてもよく、例えば、前記積層体には、多孔質樹脂体と外力吸収シートとの間、多孔質樹脂体の外力吸収シートに接する側とは反対側、外力吸収シートの多孔質樹脂体に接する側とは反対側に、音波検知素子や衝撃検知素子に従来用いられてきた公知の層、例えば、電極層、表面平滑化層、保護層、絶縁層、接着層等が存在していてもよい。
【００１９】
前記積層体では、外力吸収シートが、多孔質樹脂体に保持された電荷が外部環境と電気的に接続して減衰することを防止する役割も果たすため、より高感度の音波・衝撃検知素子を得ることができる。
【００２０】
前記積層体の厚さは、用いる用途等に応じて適宜調整すればよく、特に制限されないが、例えば５０μｍ〜５０ｍｍであり、好ましくは１００μｍ〜１０ｍｍである。
【００２１】
＜多孔質樹脂体＞
本発明の音波・衝撃検知素子において、前記分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂からなる多孔質樹脂体は、圧電材料として用いられ、音波・衝撃を電力に変換することで音波および／または衝撃を検知する役割を果たす。
前記多孔質樹脂体は、微小外力への電荷応答性が高く、音波・衝撃検知能が高く、高温環境においても電荷を保持できるため、この多孔質樹脂体を用いることで、音波・衝撃検知能に優れ、可撓性が大きく、耐衝撃性および耐熱性に優れ、軽量である音波・衝撃検知素子を得ることができる。さらに、多孔質樹脂体は、薄膜化や大面積化等の任意の形状への成形性が容易であるため、所望の用途に応じて任意の形状の音波・衝撃検知素子を製造することができる。
【００２２】
前記多孔質樹脂体としては、電荷を保持し得る樹脂からなる構造体であることが好ましく、さらに、耐熱性を有する樹脂からなる構造体であることが好ましい。
【００２３】
前記分子および結晶構造に起因する双極子を持たない樹脂としては、分子および結晶構造が極性を示す樹脂でなければ特に制限されないが、ポリオレフィン系樹脂（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレン樹脂など）、ポリエステル系樹脂（ポリエチレンエレフタラートなど）、ポリウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、シリコーン樹脂等の非フッ素系樹脂、および、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等のフッ素系樹脂などが挙げられる。
【００２４】
これらの中でも、耐熱性および耐候性等の観点から、連続使用可能温度が高く、ガラス転移点を音波・衝撃検知素子の使用温度域に持たない樹脂であることが好ましい。連続使用可能温度は、ＵＬ７４６Ｂ（ＵＬ規格）に記載の連続使用温度試験により測定でき、５０℃以上であることが好ましく、１００℃以上であることがより好ましく、２００℃以上であることがさらに好ましい。また、耐湿性の観点から、撥水性を示す樹脂であることが好ましい。
これらの特性を有する樹脂としては、例えばポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂が好ましく、フッ素系樹脂がより好ましく、ＰＴＦＥが特に好ましい。
【００２５】
特に、前記樹脂として、ＰＴＦＥを用いる場合には、耐熱性、音波・衝撃検知能および耐久性にバランスよく優れる音波・衝撃検知素子を得ることができ、該音波・衝撃検知素子は、高温／高圧環境下でも、性能や構造を維持できるため、これらの環境下、例えば、地中掘削用、石油プラント配管等の高温部材検査用の音波・衝撃検知素子として好適に使用することができる。
【００２６】
前記多孔質樹脂体には、樹脂の他に、本発明の効果を損なわない範囲において、従来公知の添加剤が含まれていてもよい。
例えば、前記多孔質樹脂体としては、高い圧電率を長期に亘って保持できるという観点から、マトリックス樹脂と電荷誘起性中空粒子（中空粒子の少なくとも一部の表面に導電性物質が付着した粒子）とを含む構造体であってもよい。
【００２７】
前記多孔質樹脂体は、下記式で算出される空孔率が、好ましくは６０％以上、より好ましくは８０〜９９％である。空孔率が前記範囲内である多孔質樹脂体は、電荷保持量が高いため好ましい。
空孔率＝（樹脂の真密度−見掛けの密度）×１００／樹脂の真密度
なお見掛けの密度は、多孔質樹脂体の重量および見掛けの体積を用いて算出される値を用いる。
【００２８】
前記多孔質樹脂体の形状としては、用いる用途に応じて適宜選択すればよいが、製造容易性、音波・衝撃検知性等の点から、シート状であることが好ましい。
多孔質樹脂体がシート状である場合、その厚さは、特に制限されないが、例えば１０μｍ〜１ｍｍであり、好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。
【００２９】
前記多孔質樹脂体は従来公知の種々の方法で得ることができる。例えば、前記樹脂を含む溶液の相変化を利用して細孔を形成する方法（相分離法）、細孔形成のための添加剤を樹脂に混合・分散して、成形後に除去する方法（抽出法）、前記樹脂を成形し、その後該成形体の一部分の結合を化学的に切断したり、逆に結合反応を行うことにより細孔を形成する方法（化学処理法）、樹脂を延伸し、ミクロフィブリル構造部分に微細孔を形成する方法、または、添加剤を混合分散し、延伸時に細孔を形成する方法（延伸法）、中性子線、レーザー等を照射して細孔を形成する方法（照射エッチング法）、樹脂微細片を加熱等により融着して多孔質体を形成する方法（融着法）、発泡剤を利用して細孔を形成する方法（発泡法）、前記の方法を組合せて細孔を形成する方法（複合法）、乾式紡糸、湿式紡糸、乾湿式紡糸、溶融紡糸、電界紡糸等により前記樹脂からファイバー（繊維）を形成し、該ファイバーを用いて織布または不織布を形成する方法が挙げられる。
【００３０】
前記多孔質樹脂体としては、耐久性、長期に変形性能が維持できるという観点からは、樹脂からなるファイバーから形成された不織布または織布を含む構造体が好ましい。この構造体は、該不織布または織布を含めばよく、該不織布または織布のみからなる構造体でもよいし、該不織布または織布の表面に従来公知の層等が積層した積層体であってもよい。
【００３１】
前記ファイバーは、平均繊維径が好ましくは０．０５〜５０μｍ、より好ましくは０．１〜２０μｍ、さらに好ましくは０．５μｍ〜５μｍである。平均繊維径が前記範囲内にあるファイバーを含む多孔質樹脂体は、繊維表面積が大きくなることで、電荷を保持する十分な空間を形成でき、薄膜にした場合でも繊維の分布均一性を高くすることができるなどの点で好ましい。
【００３２】
前記平均繊維径は、ファイバーを形成する条件を適宜選択することで調整することができるが、例えば、電界紡糸法によりファイバーを形成する場合には、電界紡糸の際に湿度を下げる、ノズル径を小さくする、印加電圧を大きくする、または電圧密度を大きくすることにより、得られるファイバーの平均繊維径を小さくできる傾向にある。
【００３３】
なお、前記平均繊維径は、測定対象となるファイバー（群）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察（倍率：１００００倍）し、得られたＳＥＭ画像から無作為に２０本のファイバーを選び、これらの各ファイバーの繊維径（長径）を測定し、この測定結果に基づいて算出される平均値である。
【００３４】
前記ファイバーの、下記式で算出される繊維径変動係数は、好ましくは０．７以下、より好ましくは０．０１〜０．５である。繊維径変動係数が前記範囲内にあると、ファイバーは繊維径が均一となり、該ファイバーを用いて得られる不織布はより高い空孔率を有するため、また、電荷保持性の高い多孔質樹脂体が得られるため好ましい。
繊維径変動係数＝標準偏差／平均繊維径
（なお、「標準偏差」とは、前記２０本のファイバーの繊維径の標準偏差である。）
【００３５】
前記ファイバーの繊維長は、好ましくは０．１〜１０００ｍｍ、より好ましくは０．５〜１００ｍｍ、さらに好ましくは１〜５０ｍｍである。
【００３６】
前記ファイバーの形成方法は、特に制限されないが、電界紡糸法により得られるファイバーは繊維径が小さく、また、該ファイバーを用いて得られる不織布は、中空率が高くかつ高比表面積であるため、高い圧電特性を有する多孔質樹脂体が得られる等の点から、電界紡糸法が好ましい。
得られたファイバーを不織布状に集積または織布状に製織し、成形することで多孔質樹脂体を製造することができる。
【００３７】
［電界紡糸法］
電界紡糸法を用いて樹脂からなるファイバーを形成する際には、例えば、前記樹脂および必要に応じて溶媒を含む紡糸液が用いられる。
【００３８】
前記紡糸液中に含まれる樹脂の割合は、例えば５〜１００重量％、好ましくは５〜８０重量％、より好ましくは１０〜７０重量％である。
【００３９】
前記溶媒としては、前記樹脂を溶解または分散し得るものであれば特に限定されないが、例えば、水、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メチルピロリドン、キシレン、アセトン、クロロホルム、エチルベンゼン、シクロヘキサン、ベンゼン、スルホラン、メタノール、エタノール、フェノール、ピリジン、プロピレンカーボネート、アセトニトリル、トリクロロエタン、ヘキサフルオロイソプロパノール、ジエチルエーテルが挙げられる。これらの溶媒は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせた混合溶媒としてもよい。
【００４０】
前記溶媒は、紡糸液中に例えば０〜９０重量％、好ましくは１０〜９０重量％、より好ましくは２５〜８０重量％含まれる。
【００４１】
前記紡糸液は、前記樹脂および溶媒のほかに、さらに界面活性剤、分散剤、電荷調整剤、機能性粒子、接着剤、粘度調整剤、繊維形成剤等の添加剤を含んでいてもよい。前記紡糸液は、溶媒への溶解度が低い樹脂と該溶媒を含む場合（例えば、樹脂がＰＴＦＥであり、溶媒が水である場合）、紡糸時に樹脂をファイバー状に成形させる観点から、さらに繊維形成剤を含むことが好ましい。
【００４２】
繊維形成剤としては、溶媒に対し高い溶解度を有するポリマーであることが好ましく、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリエチレングリコール、デキストラン、アルギン酸、キトサン、でんぷん、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリビニルアルコールが挙げられる。
【００４３】
前記繊維形成剤を使用する場合の使用量は、溶媒の粘度、樹脂の溶媒への溶解度にもよるが、紡糸液中に例えば０．１〜１５重量％、好ましくは１〜１０重量％である。
【００４４】
前記紡糸液は、前記樹脂、ならびに必要に応じて溶媒および添加剤を従来公知の方法で混合することにより製造できる。
【００４５】
前記紡糸液の好ましい例としては、以下の紡糸液（１）が挙げられる。
紡糸液（１）：ＰＴＦＥを３０〜７０重量％、好ましくは３５〜６０重量％含み、繊維形成剤を０．１〜１０重量％、好ましくは１〜７重量％含み、合計が１００重量％となるよう溶媒を含む紡糸液
【００４６】
電界紡糸を行う際の印加電圧は、好ましくは１〜１００ｋＶ、より好ましくは５〜５０ｋＶ、さらに好ましくは１０〜４０ｋＶである。
【００４７】
電界紡糸に用いられる紡糸ノズルの先端径（外径）は、好ましくは０．１〜２．０ｍｍ、より好ましくは０．２〜１．６ｍｍである。
【００４８】
より具体的には、例えば前記紡糸液（１）を用いる場合であれば、前記印加電圧は、好ましくは１０〜５０ｋＶ、より好ましくは１０〜４０ｋＶであり、前記の紡糸ノズルの先端径（外径）は、好ましくは０．３〜１．６ｍｍである。
【００４９】
前記ファイバーの製造方法として、ＰＴＦＥからなるファイバーを電界紡糸法により製造する方法を例に挙げて具体的に説明する。ＰＴＦＥファイバーの製造方法としては、従来公知の製造方法を採用することができ、例えば、特表２０１２−５１５８５０号公報に記載された以下の方法が挙げられる。
ＰＴＦＥ、繊維形成剤および溶媒を含み、少なくとも５０，０００ｃＰの粘度を有する紡糸液を提供するステップと；
紡糸液をノズルより紡糸し静電的牽引力によりファイバー化するステップと；
前記ファイバーをコレクター（例：巻き取りスプール）の上に集め、前駆体を形成するステップと；
前記前駆体を焼成して前記溶媒および前記繊維形成剤を除去することによってＰＴＦＥファイバーを形成するステップとを含む方法
【００５０】
［不織布または織布の製造方法］
前記ファイバーを用いて不織布を形成するには、ファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を、別途独立に行ってもよく、同時に行ってもよい（すなわち、ファイバーを製造しつつシート状に集積して、不織布を形成してもよい）。具体的には、例えば、電界紡糸法を用いてファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を同時に行ってもよいし、ファイバーを形成する工程を行った後に、湿式法により得られたファイバーをシート状に集積して不織布を形成する工程を行ってもよい。
【００５１】
前記湿式法により不織布を形成する方法としては、例えば、前記ファイバーを含有する水分散液を用い、例えばメッシュ上に前記ファイバーを堆積（集積）させてシート状に成形（抄紙）する方法が挙げられる。
【００５２】
この湿式法におけるファイバーの使用量は、前記水分散液全量に対して、好ましくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重量％である。ファイバーをこの範囲内で使用すれば、ファイバーを堆積させる工程で水を効率よく活用することができ、また、ファイバーの分散状態がよくなり、均一な湿式不織布を得ることができる。
【００５３】
前記水分散液には、分散状態を良好にするためにカチオン系、アニオン系、ノニオン系等の界面活性剤などからなる分散剤や油剤、また泡の発生を抑制する消泡剤等を添加してもよい。
【００５４】
前記ファイバーから形成される織布は、ファイバーを形成する工程、および得られたファイバーをシート状に製織して織布を形成する工程を含む方法で製造できる。
ファイバーをシート状に製織する方法としては、従来公知の製織方法を用いることができ、ウォータージェットルーム、エアージェットルーム、レピアルームなどの方法が挙げられる。
【００５５】
前記不織布および織布の目付は、好ましくは１００ｇ／ｍ2以下、より好ましくは０．１〜５０ｇ／ｍ2、さらに好ましくは０．１〜２０ｇ／ｍ2である。
前記不織布および織布の厚さは、通常１０μｍ〜１ｍｍ、好ましくは５０μｍ〜５００μｍである。
前記目付および厚さは、紡糸時間を長くする、紡糸ノズル数を増やすなどにより、増大する傾向にある。
【００５６】
前記不織布および織布は、前記ファイバーをシート状に集積または製織したものであるが、このような不織布および織布は、単層から構成されるもの、材質や繊維径の異なる２層以上から構成されるものの何れでもよい。
【００５７】
［分極処理］
前記多孔質樹脂体は、分極処理されたものであることが好ましい。
前記分極処理の方法としては、従来公知の方法を用いることができ、特に制限されないが、例えば、直流電圧印加処理や交流電圧印加処理等の電圧印加処理、およびコロナ放電処理が挙げられる。
【００５８】
例えば、コロナ放電処理は、市販の高電圧電源と電極からなる装置を使用して行うことができる。
放電条件は、用いる多孔質樹脂体に応じて適宜選択すればよいが、好ましい条件として、高電圧電源の電圧が−０．１〜−１００ｋＶ、より好ましくは−１〜−２０ｋＶ、電流が０．１〜１００ｍＡ、より好ましくは１〜８０ｍＡ、電極間距離が０．１〜１００ｃｍ、より好ましくは１〜１０ｃｍ、印加電圧が０．０１〜１０．０ＭＶ／ｍ、より好ましくは０．５〜２．０ＭＶ／ｍである条件が挙げられる。
【００５９】
前記分極処理は、多孔質樹脂体単体を分極処理してもよいが、本発明の音波・衝撃検知素子として、多孔質樹脂体と外力吸収シートや前記従来公知の層との積層体を用いる場合には、該積層体を形成した後、例えば、絶縁層を積層した後、分極処理をすることが好ましい。
これは、多孔質樹脂体に積層される層が、多孔質樹脂体に保持された電荷が外部環境と電気的に接続して減衰するのを防止する役割を果たすため、より高感度の音波・衝撃検知素子を得ることができると考えられること、また、多孔質樹脂体と多孔質樹脂体に積層される層との間に電荷を保持し得る新たな界面を形成できる傾向にあるため、得られる音波・衝撃検知素子における多孔質樹脂体の圧電率が向上すると考えられることによる。
【００６０】
＜外力吸収シート＞
前記外力吸収シート（「応力吸収シート」ともいう。）は、前記多孔質樹脂体にかかる外力を吸収し、外力により多孔質樹脂体が完全に圧縮される（空孔率が０％となる）ことを防ぐことのできるシートであれば特に制限されない。
なお、外力とは、本発明の音波・衝撃検知素子の外部から、該素子に加わる力、例えば、圧力や衝撃のことをいう。
【００６１】
前記外力吸収シートの外力吸収率は、好ましくは５０％以上、より好ましくは８０〜１００％である。
音波吸収率が前記範囲にあることで、外力により多孔質樹脂体が完全に圧縮される（空孔率が０％となる）ことを防ぐことができるため、特に高圧下でも音波・衝撃検知能および耐久性に優れる検知素子を得ることができる。
なお、前記外力吸収シートの外力吸収率が１００％の場合には、本発明の検知素子は、音波検知素子となる。また、前記外力吸収シートの外力吸収率が１００％未満の場合には、本発明の検知素子は、該外力吸収シートで吸収できない衝撃（外力）の存在を検知する素子であり、該外力吸収シートを透過する音波を検知する素子である。従って、例えば、予め用いる外力吸収シートの外力吸収率を測定しておくことで、対象物に外力吸収シートが吸収できる（許容レベル）衝撃（外力）以上の衝撃が加わったか否かを判定することができる。
前記外力吸収率は、具体的には、ロードセルを用い、該ロードセルから上方の高さ５００ｍｍから３０ｇの鉄球を自由落下させた際の、外力吸収シートを用いない場合の衝撃（Ｘ：電圧値）と、ロードセル上に外力吸収シートを配置した場合の衝撃（Ｙ：電圧値）との差分から、算出［（Ｘ−Ｙ）×１００／Ｘ］することができる。
【００６２】
前記外力吸収シートの音波透過率は、好ましくは２０％以上であり、より好ましくは５０％以上である。
音波透過率が前記範囲にあることで、音波・衝撃検知素子が、多孔質樹脂体に外力吸収シートが積層された積層体である場合でも、外力吸収シート部分で音波が吸収されにくく、多孔質樹脂体部分で音波のほとんどを検知することができるため、高性能の音波・衝撃検知素子となり好ましい。
前記音波透過率は、ＪＩＳ  Ａ  １４０５−１に準拠し測定することができる。
【００６３】
前記外力吸収シートの損失弾性率は、特に制限されないが、好ましくは１×１０3〜１×１０7Ｐａであり、より好ましくは１×１０4〜１×１０6Ｐａである。
損失弾性率が前記範囲にある外力吸収シートを用いることで、高感度の音波・衝撃検知素子を得ることができる。
前記損失弾性率は、具体的には、ＪＩＳ  Ｋ  ７２４４に準拠し測定することができる。
【００６４】
前記外力吸収シートの体積抵抗率は、１×１０13Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０14Ω・ｃｍ以上である。この範囲にあれば、多孔質樹脂体の長期電荷保持性向上の点で好ましい。
体積抵抗率は、測定したい外力吸収シートを用いて二重リング電極法に基づいて測定される。
【００６５】
前記外力吸収シートの厚みは、特に制限されず、外力吸収率、音波透過率および損失弾性率が前記範囲となるような厚みであることが好ましく、好ましくは０．０５〜１０ｍｍであり、より好ましくは０．１〜５ｍｍである。
【００６６】
前記外力吸収シートは、特に制限されず、外力吸収率、音波透過率および損失弾性率が前記範囲となるような材料からなるシートであることが好ましく、多孔質樹脂体との密着性に優れる等の点から有機ポリマー製シートであることが好ましく、耐熱性に優れる音波・衝撃検知素子が得られる等の点から、耐熱性有機ポリマー製シートであることがより好ましい。外力吸収特性の観点からは、外力吸収シートは、多孔質シートまたはゲル状シートであることが好ましい。
【００６７】
このような有機ポリマーとしては、例えば、熱硬化性のポリマーまたは熱可塑性のポリマーが挙げられる。熱硬化性のポリマーとしては、ポリイミド、エポキシ樹脂、熱硬化性ゴム（例：フッ化ビニリデン系ゴム、シリコーンゴム）、ポリウレタン、フェノール樹脂、イミド樹脂（例：ポリイミド、ポリアミドイミド、ビスマレイミド）、シリコーン樹脂等が挙げられる。熱可塑性のポリマーとしては、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリアミド、塩化ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂（例：ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ＰＶｄＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ）、ナイロン、ポリスチレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンオキサイド、ポリスルホン、塩化ビニリデン等が挙げられる。外力吸収特性の観点からは、有機ポリマーとして弾性率の高い材料を用いることが好ましく、例えば熱硬化性ゴムを用いることが好ましい。
【００６８】
前記外力吸収シートは、従来公知の方法により形成可能である。このような方法としては、例えば、多孔質樹脂体の少なくとも１つの面上に有機ポリマーと溶剤とを含むポリマー液を塗布・乾燥させることによりシートを形成する方法、前記ポリマー液に多孔質樹脂体を浸漬し、乾燥させることによりシートを形成する方法が挙げられる。
また、本発明の音波・衝撃検知素子は、予め従来公知の方法で外力吸収シートを形成し、該シートを従来公知の方法で多孔質樹脂体に積層することで製造してもよい。
【実施例】
【００６９】
次に、本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。【００７０】
［実施例１］
特表２０１２−５１５８５０号公報に記載の電界紡糸法により、ＰＴＦＥファイバーをシート状に集積することで、多孔質樹脂体であるＰＴＦＥファイバーから形成されたシート状の不織布（厚さ０．０６ｍｍ、空孔率９５％、平均繊維径９００ｎｍ）を得、絶縁層としてＰＦＡシート（厚さ０．０２５ｍｍ、ダイキン工業株式会社製、ネオフロンＰＦＡ）を得られた不織布の上下面に重ね、３００℃で６０分間熱圧着することで多孔質樹脂体表裏面に絶縁層が形成された積層シートを作製した。この積層シートを−１５ｋＶのコロナ放電照射により分極処理した後に、得られた積層シートの両面（絶縁層上）に蒸着法で電極を形成し、さらにリード線を引き出して有機圧電素子を作製した。
この有機圧電素子の両面（電極上）に接着テープ（住友スリーエム株式会社製、ＦＰＲ−１２）を介して、外力吸収シートとして空孔率が５０％の多孔質ＰＴＦＥシート（厚さ１ｍｍ）を積層させて、音波・衝撃検知素子を作製した。【００７１】
作製した音波・衝撃検知素子の上面に１００ＭＰａの静圧を加えた状態で、該素子の上方５０ｃｍから１００ｇの鉄球を落下させたところ、電圧が発生し、この発生した電圧を検出した。つまり、作製した音波・衝撃検知素子により衝撃を検知することができた。【００７２】
また、作成した音波・衝撃検知素子に向けて５０ｄｂの音波を照射したところ、電圧が発生し、この発生した電圧を検出した。つまり、作製した音波・衝撃検知素子により音波を検知することができた。【００７３】
［実施例２］
外力吸収シートとして、多孔質ＰＴＦＥシートの代わりにゲル状シート（株式会社タイカ製、アルファゲル）を用いた以外は実施例１と同様にして音波・衝撃検知素子を作製した。
作製した音波・衝撃検知素子の上面に１００ＭＰａの静圧を加えた状態で、該素子の上方５０ｃｍから１００ｇの鉄球を落下させたところ、電圧が発生し、この発生した電圧を検出した。つまり、作製した音波・衝撃検知素子により衝撃を検知することができた。【００７４】
［比較例１］
外力吸収シートを設けなかった以外は実施例１と同様に素子を作製した。
作製した素子の上面に１００ＭＰａの静圧を加えた状態で、該素子の上方５０ｃｍから１００ｇの鉄球を落下させたところ、電圧を検出することができなかった。つまり、作製した素子では衝撃を検知することができなかった。
【国際調査報告】
2015167013.tif 000002
2015167013.tif 000003