JPH01172281A - 圧電振動子用誘電体材料 - Google Patents
圧電振動子用誘電体材料Info
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- JPH01172281A JPH01172281A JP62329349A JP32934987A JPH01172281A JP H01172281 A JPH01172281 A JP H01172281A JP 62329349 A JP62329349 A JP 62329349A JP 32934987 A JP32934987 A JP 32934987A JP H01172281 A JPH01172281 A JP H01172281A
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Classifications
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
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- F25D2400/00—General features of, or devices for refrigerators, cold rooms, ice-boxes, or for cooling or freezing apparatus not covered by any other subclass
- F25D2400/10—Refrigerator top-coolers
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は圧電振動子の材料として使用するのに適した誘
電体材料の構造に関するものである。
電体材料の構造に関するものである。
超音波が物体中を伝搬するとき、音響インピーダンスの
異なった部分で反射が生じる。この性質を利用し物質の
破壊を伴わず異物を検知することができる。超音波を発
生させるための圧電振動子の材料としは、例えばチタン
酸バリウムＢａＴｉＯ３゜チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ３、ジ
ルコン酸ＰｂＺｒＯ３とチタン酸鉛ＰｂＴ ｉ０３の二
成分系であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）がある、
この他にも多くの圧電性を持つ材料があり、多岐にわた
る目的に応じて使いわけられている。
異なった部分で反射が生じる。この性質を利用し物質の
破壊を伴わず異物を検知することができる。超音波を発
生させるための圧電振動子の材料としは、例えばチタン
酸バリウムＢａＴｉＯ３゜チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ３、ジ
ルコン酸ＰｂＺｒＯ３とチタン酸鉛ＰｂＴ ｉ０３の二
成分系であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）がある、
この他にも多くの圧電性を持つ材料があり、多岐にわた
る目的に応じて使いわけられている。
超音波は人体に無害であるため、医療用に使用される。
また使用周波数領域が広いため、例えば漁業用、建築構
造物の非破壊検査等の広い範囲に応用されている。医療
分野では人体の構造、胎児の観察、癌細胞や腫瘍の検査
等に用いられており、被検体である生体内の深さ方向の
広い範囲における高い分解能が必要である。漁業分野で
は海中の状態、すなわち魚群海底地形、障害物を検知す
ることを目的とするために、感度が高く、投入電力密度
が高くとれ、電気的Ｑ値が高い圧電振動子が一般的に必
要であり、特別な目的のとき電気的Ｑ値が低い圧電振動
子も使用される。
造物の非破壊検査等の広い範囲に応用されている。医療
分野では人体の構造、胎児の観察、癌細胞や腫瘍の検査
等に用いられており、被検体である生体内の深さ方向の
広い範囲における高い分解能が必要である。漁業分野で
は海中の状態、すなわち魚群海底地形、障害物を検知す
ることを目的とするために、感度が高く、投入電力密度
が高くとれ、電気的Ｑ値が高い圧電振動子が一般的に必
要であり、特別な目的のとき電気的Ｑ値が低い圧電振動
子も使用される。
これらの要求に対してジルコン酸チタン酸鉛からなる圧
電振動子は、上記のように二成分系で構成されているー
ため、電気的特性の制御性が良く、高感度であり、広く
用いられている。チタン酸鉛からなる圧電振動子は、−
成分系であるが単一モード、すなわち縦振動だけで駆動
し、医療用、建築構造物等の非破壊検査等、分解能を要
する微小構造の観察等の目的に用いられている。
電振動子は、上記のように二成分系で構成されているー
ため、電気的特性の制御性が良く、高感度であり、広く
用いられている。チタン酸鉛からなる圧電振動子は、−
成分系であるが単一モード、すなわち縦振動だけで駆動
し、医療用、建築構造物等の非破壊検査等、分解能を要
する微小構造の観察等の目的に用いられている。
ジルコン酸チタン酸鉛の圧電振動子は、特性の多様性が
期待できる反面、その変化範囲は十分でなく、著しく異
った特性の制御はできない、超音波伝搬媒質が水系、例
えば生体、海水のとき水の音響インピーダンスは１．５
Ｘ１０６ｋｇ／■２３に対し、ジルコン酸チタン酸鉛の
圧電振動子の音響インピーダンスは３５Ｘ１０６ｋｇ／
ｍ２ｓ程度である。このためジルコン酸チタン酸鉛と水
との間に二層またはそれ以上の整合層が必要となり、圧
電振動子の製造が困難で元るという欠点を持っていた。
期待できる反面、その変化範囲は十分でなく、著しく異
った特性の制御はできない、超音波伝搬媒質が水系、例
えば生体、海水のとき水の音響インピーダンスは１．５
Ｘ１０６ｋｇ／■２３に対し、ジルコン酸チタン酸鉛の
圧電振動子の音響インピーダンスは３５Ｘ１０６ｋｇ／
ｍ２ｓ程度である。このためジルコン酸チタン酸鉛と水
との間に二層またはそれ以上の整合層が必要となり、圧
電振動子の製造が困難で元るという欠点を持っていた。
一方、チタン酸鉛は単一成分のため特性制御が困難でか
つ異方性が高いため焼結が困難である。
つ異方性が高いため焼結が困難である。
近年、これらの圧電振動子の欠点を克服するために種々
の試みがなされている。その−例にジルコン酸チタン酸
鉛等の強誘電体材料と樹脂とを組み合せた複合材料があ
る。複合材料は一般に音當インピーダンスが低いため、
水との整合性が良くインパルスで駆動するとき出力波形
が短く分解能が高いという特徴を持っている。しかし樹
脂中に強誘電体微粉末を分散させた複合材料は感度が低
い、また、樹脂中に棒状の強誘電体を形成した複合材料
は感度が高い反面、製造が困難である。いずれも樹脂で
構成されているため熱に弱く、大電力で駆動する圧電振
動子用材料には適していないという欠点をもっていた。
の試みがなされている。その−例にジルコン酸チタン酸
鉛等の強誘電体材料と樹脂とを組み合せた複合材料があ
る。複合材料は一般に音當インピーダンスが低いため、
水との整合性が良くインパルスで駆動するとき出力波形
が短く分解能が高いという特徴を持っている。しかし樹
脂中に強誘電体微粉末を分散させた複合材料は感度が低
い、また、樹脂中に棒状の強誘電体を形成した複合材料
は感度が高い反面、製造が困難である。いずれも樹脂で
構成されているため熱に弱く、大電力で駆動する圧電振
動子用材料には適していないという欠点をもっていた。
誘電体材料中に空孔を形成した多孔質誘電体材料からな
る圧電振動子は、一般に音響インピーダンスが低いため
水との整合性がよい、しかも電気的Ｑ値が低いため、周
波数帯域が広く、バースト波で使用する時に使用周波数
を前記帯域内で変化させることができる等の利点を有し
ている。その反面従来の多孔質誘電体材料は、空孔の大
きさが１００μｍ程度と大きいので、Ｊａ械的強度が弱
い、このため多孔質誘電体材料の圧電振動子は、高い電
力密度で動作させると破壊が生じてしまう０本発明者ら
が実験したところ、２０ｗ／ｃｍ２程度の最大投入電力
密度しか得られなかった。また圧電振動子を薄くシて高
周波化を計る際に機械的強度の弱さの故に、加工時に破
損が生じてしまう、このように従来の多孔質誘電体材料
は、圧電振動子用材料として使用するには１機械的強度
に限界があり、単一の圧電振動子で実用的な機械的強度
、音響特性、圧電特性を実現することは困難であった。
る圧電振動子は、一般に音響インピーダンスが低いため
水との整合性がよい、しかも電気的Ｑ値が低いため、周
波数帯域が広く、バースト波で使用する時に使用周波数
を前記帯域内で変化させることができる等の利点を有し
ている。その反面従来の多孔質誘電体材料は、空孔の大
きさが１００μｍ程度と大きいので、Ｊａ械的強度が弱
い、このため多孔質誘電体材料の圧電振動子は、高い電
力密度で動作させると破壊が生じてしまう０本発明者ら
が実験したところ、２０ｗ／ｃｍ２程度の最大投入電力
密度しか得られなかった。また圧電振動子を薄くシて高
周波化を計る際に機械的強度の弱さの故に、加工時に破
損が生じてしまう、このように従来の多孔質誘電体材料
は、圧電振動子用材料として使用するには１機械的強度
に限界があり、単一の圧電振動子で実用的な機械的強度
、音響特性、圧電特性を実現することは困難であった。
本発明は前記の欠点を解決するためになされたもので、
その目的は機械的性質および音響的性質及び圧電的性質
のいずれにおいても優れた圧電振動子用の誘電体材料を
提供することである。
その目的は機械的性質および音響的性質及び圧電的性質
のいずれにおいても優れた圧電振動子用の誘電体材料を
提供することである。
前記問題点を克服するために本発明者らは、空孔の大き
さ及び空孔率が種々な多孔質誘電体材料について圧電振
動子としての性能を研究した結果、機械的強度、音響特
性、圧電特性のいずれにおいても極めて望ましい特性の
圧電振動子を得ることができた。
さ及び空孔率が種々な多孔質誘電体材料について圧電振
動子としての性能を研究した結果、機械的強度、音響特
性、圧電特性のいずれにおいても極めて望ましい特性の
圧電振動子を得ることができた。
このような知見の下になされた本発明の圧電振動子用誘
電体材料は、多孔質に成形された誘電体材料であって、
全体積に占める空孔の比率が２３〜４５％で、かつ主た
る空孔の大きさが２０−４４μｌの範囲にある。
電体材料は、多孔質に成形された誘電体材料であって、
全体積に占める空孔の比率が２３〜４５％で、かつ主た
る空孔の大きさが２０−４４μｌの範囲にある。
多孔質誘電体材料は、メツシュにより粒径を分級したメ
タクリル樹脂と平均粒径１．２μｍのジルコン酸チタン
酸鉛仮焼粉体とを混合比を変えて混合し成形、焼成をし
て、種々の空孔の大きさ及び空孔率のものが得られた。
タクリル樹脂と平均粒径１．２μｍのジルコン酸チタン
酸鉛仮焼粉体とを混合比を変えて混合し成形、焼成をし
て、種々の空孔の大きさ及び空孔率のものが得られた。
メタクリル樹脂の粒径は、２０〜３２μｍ（分級中１２
μｍ）、３８〜４４μｍ＋（分級中６μ鳳）、５６〜６
３μｍ（分級中７μｍ） 。
μｍ）、３８〜４４μｍ＋（分級中６μ鳳）、５６〜６
３μｍ（分級中７μｍ） 。
８８〜１０５μｉｍ（分級中１７Ｐｍ）分級され、・夫
々により得られる多孔質誘電体材料の空孔を電子顕微鏡
にて精査したところ、各空孔径はメタクリル樹脂の分級
した粒径と略同じになった。得られた多孔質誘電体材料
を公知の手法により分極すると、種々の圧電振動子とな
る。これらの圧電振動子について、圧電歪定数、引張り
強度、音響インピーダンスを測定した。
々により得られる多孔質誘電体材料の空孔を電子顕微鏡
にて精査したところ、各空孔径はメタクリル樹脂の分級
した粒径と略同じになった。得られた多孔質誘電体材料
を公知の手法により分極すると、種々の圧電振動子とな
る。これらの圧電振動子について、圧電歪定数、引張り
強度、音響インピーダンスを測定した。
第１図に各空孔径による空孔率と圧電歪定数の関係を示
す、いずれのときも空孔のない時に比較し高い圧電歪定
数が得られ、また圧電歪定数は空孔率に太きく依存して
いる。
す、いずれのときも空孔のない時に比較し高い圧電歪定
数が得られ、また圧電歪定数は空孔率に太きく依存して
いる。
第２図は各空孔径による空孔率と引張り強度の関係を示
す図である。空孔率の増加に伴い引張り強度は低下する
が同じ空孔率の多孔質誘電体材料でも空孔径が小さいほ
ど強度が大きい、これは空孔径が小さいものほどセラミ
ック粒子相互間の接触面積が相対的に大きくなっている
ためと思われる０例えば単一の圧電振動子を多様な目的
で使用するためには圧電振動子の最大投入電力は５０Ｗ
／ｃｍ２以上が必要となり、これに相当する引張り強度
は１００ｋｇ／ｃ＋ａ２以上である。これを第２図の縦
軸に合せると、空孔径が４４μ膳以下であれば空孔率４
５％以下の広い範囲で実用性のある多孔質誘電体材料が
得られる。
す図である。空孔率の増加に伴い引張り強度は低下する
が同じ空孔率の多孔質誘電体材料でも空孔径が小さいほ
ど強度が大きい、これは空孔径が小さいものほどセラミ
ック粒子相互間の接触面積が相対的に大きくなっている
ためと思われる０例えば単一の圧電振動子を多様な目的
で使用するためには圧電振動子の最大投入電力は５０Ｗ
／ｃｍ２以上が必要となり、これに相当する引張り強度
は１００ｋｇ／ｃ＋ａ２以上である。これを第２図の縦
軸に合せると、空孔径が４４μ膳以下であれば空孔率４
５％以下の広い範囲で実用性のある多孔質誘電体材料が
得られる。
第３図は各空孔径による空孔率と音響インピーダンスの
関係を示す図である。前記のように圧電振動子の用途に
よっては、媒体との整合のために音響インピーダンスは
、小さい方が望ましい、整合層は一層であれば簡易であ
り、音響インピーダンスが１７ＸｌＯ’ｋｇ／ａ＋２
ｓ以下であれば一層で済むことになる。第３図にこの値
をあてはめると、空孔径が３８〜４４μ鶴の範囲であれ
ば空孔率２３％以上、空孔径２０〜３２μ重の範囲であ
れば空孔率２０％以上の時に所望の音響インピーダンス
が得られる。
関係を示す図である。前記のように圧電振動子の用途に
よっては、媒体との整合のために音響インピーダンスは
、小さい方が望ましい、整合層は一層であれば簡易であ
り、音響インピーダンスが１７ＸｌＯ’ｋｇ／ａ＋２
ｓ以下であれば一層で済むことになる。第３図にこの値
をあてはめると、空孔径が３８〜４４μ鶴の範囲であれ
ば空孔率２３％以上、空孔径２０〜３２μ重の範囲であ
れば空孔率２０％以上の時に所望の音響インピーダンス
が得られる。
これらの実験結果から誘電体材料の引張り強度、音響イ
ンピーダンスの点から空孔径が４４μｍ以下であれば空
孔率２３％から４５％の広範囲にわたって実用性のある
誘電体材料が得られる。空孔径が４４μＩ以上では引張
り強度、音響インピーダンスの点から所望の性能の誘電
体材料が得られない、目的とする特性の実現は実用上不
可能となる。
ンピーダンスの点から空孔径が４４μｍ以下であれば空
孔率２３％から４５％の広範囲にわたって実用性のある
誘電体材料が得られる。空孔径が４４μＩ以上では引張
り強度、音響インピーダンスの点から所望の性能の誘電
体材料が得られない、目的とする特性の実現は実用上不
可能となる。
上記実施例ではメタクリル樹脂とジルコン酸チタン酸鉛
とを混合、焼成した多孔質誘電体材料を例示したが、こ
の他にも例えばカーボン粉末を混合し焼成した多孔質誘
電体材料、あらかじめ強誘電体仮焼粉末を任意の形状、
大きさに成形して成形後生じた空隙を有する多孔質誘電
体材料、強誘電体焼結の際の異常膨張による空隙を有す
る多孔質誘電体材料についても特性的に同等のものが得
られた。
とを混合、焼成した多孔質誘電体材料を例示したが、こ
の他にも例えばカーボン粉末を混合し焼成した多孔質誘
電体材料、あらかじめ強誘電体仮焼粉末を任意の形状、
大きさに成形して成形後生じた空隙を有する多孔質誘電
体材料、強誘電体焼結の際の異常膨張による空隙を有す
る多孔質誘電体材料についても特性的に同等のものが得
られた。
以上説明したように本発明を適用した圧電振動子用誘電
体材料は、機械的強度、音響特性が改善でき、単一の誘
電体材料で漁業、医療分野等の広範囲な応用分野に適合
する材料が得られる。
体材料は、機械的強度、音響特性が改善でき、単一の誘
電体材料で漁業、医療分野等の広範囲な応用分野に適合
する材料が得られる。
第１図は空孔率と圧電歪定数の関係図、第２図は空孔率
と引張り強度の関係図、第３図は空孔率と音響インピー
ダンスの関係図である。 特許出願人 日本無線株式会社
と引張り強度の関係図、第３図は空孔率と音響インピー
ダンスの関係図である。 特許出願人 日本無線株式会社
Claims (1)
- １．多孔質に成形された誘電体材料であって、全体積に
占める空孔の比率が２３〜４５％で、かつ主たる空孔の
大きさが２０〜４４μｍの範囲にあることを特徴とする
圧電振動子用誘電体材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329349A JPH01172281A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 圧電振動子用誘電体材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329349A JPH01172281A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 圧電振動子用誘電体材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01172281A true JPH01172281A (ja) | 1989-07-07 |
| JPH0518783B2 JPH0518783B2 (ja) | 1993-03-12 |
Family
ID=18220462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62329349A Granted JPH01172281A (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 圧電振動子用誘電体材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01172281A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04149078A (ja) * | 1990-10-08 | 1992-05-22 | Japan Radio Co Ltd | 圧電振動子、超音波送受波器及び超音波送受波器用圧電材料の製造方法 |
| JPH04128500U (ja) * | 1991-05-14 | 1992-11-24 | 日本無線株式会社 | 超音波送受波器 |
| EP0526728A2 (en) * | 1991-07-05 | 1993-02-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric element |
| JPH0520498U (ja) * | 1991-08-20 | 1993-03-12 | 日本無線株式会社 | 受波器 |
| EP1160886A2 (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-05 | Denso Corporation | Piezoelectric element for injector |
| JP2010155772A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-07-15 | Ngk Insulators Ltd | 新規な誘電体ナノポア材料及びその製法 |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62329349A patent/JPH01172281A/ja active Granted
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04149078A (ja) * | 1990-10-08 | 1992-05-22 | Japan Radio Co Ltd | 圧電振動子、超音波送受波器及び超音波送受波器用圧電材料の製造方法 |
| JPH04128500U (ja) * | 1991-05-14 | 1992-11-24 | 日本無線株式会社 | 超音波送受波器 |
| EP0526728A2 (en) * | 1991-07-05 | 1993-02-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric element |
| EP0526728A3 (en) * | 1991-07-05 | 1994-05-18 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric element |
| JPH0520498U (ja) * | 1991-08-20 | 1993-03-12 | 日本無線株式会社 | 受波器 |
| EP1160886A2 (en) * | 2000-05-31 | 2001-12-05 | Denso Corporation | Piezoelectric element for injector |
| EP1160886A3 (en) * | 2000-05-31 | 2005-09-14 | Denso Corporation | Piezoelectric element for injector |
| JP2010155772A (ja) * | 2008-12-01 | 2010-07-15 | Ngk Insulators Ltd | 新規な誘電体ナノポア材料及びその製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518783B2 (ja) | 1993-03-12 |
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