JPH0251289A - レーザー光線による複合圧電素子材料の製作方法 - Google Patents

レーザー光線による複合圧電素子材料の製作方法

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JPH0251289A
JPH0251289A JP63201874A JP20187488A JPH0251289A JP H0251289 A JPH0251289 A JP H0251289A JP 63201874 A JP63201874 A JP 63201874A JP 20187488 A JP20187488 A JP 20187488A JP H0251289 A JPH0251289 A JP H0251289A
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inorganic piezoelectric
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pzt
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佳信 尾原
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中上 恭宏
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラスチックスのマトリックスに蕪機圧1体
を配置する複合圧電素子材料の製作方法に関し、詳しく
は、簡単な手段で短時間のうちに複合圧電素子材料をつ
くることができる複合圧電素子材料の製作方法に関する
本発明により製作された複合圧N:Ie子材料は、圧電
圧効果を利用する圧電素子、待に超音波の受波および感
圧センサーとして利用するのに適している。
本発明の複合圧電素子材料の製作方法は、製作コス1−
が低床で遺産をすることができる複合圧電素子材料の製
作に利用することができる。
C技術の背景および従来技術の説明〕 チタン酸バリウムまたはPZT  (チタン酸ジルコン
酸鉛)などの無機セラミックス圧電体は、電気機械結合
係数は大きいが、圧電電圧定数は、q機高分子圧電体よ
りも小さい。また有機高分子圧電体は、圧電性があって
も、電気機械結合係数が小さい。
圧電圧効果を利用する圧電材料、すなわち超音波の受信
素子または感圧センサーは、軟らかくて、電気機械結合
係数および圧電電圧定数の大きい圧基材料が要望されて
いて、チタン酸バリウムやPZTなどの無機セラミック
ス圧電材料とq機高分子材料を複合させて、電気機械結
合係数および圧電電圧定数の大きい圧電材料を製作する
ことが試みられている。
米国のニューハムらは、細いPZTのファイバーをつく
り、これを有機物と複合化して、分極処理を施している
。〔ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・セラミック・
ソサイエテイ(Journal ofThe  Ame
rican  Ceramic  5ociety )
  第64 巻 g+号fM5〜80〕しかしながら、
この方法は、PZTと9機物の電気特性が異なるために
、その複合材料に、−様に高電圧を印加することが難か
しい。そこで性向らは、分極処理を施したPZTの薄板
を切断加工して同様な構!(1,3−結合構造)の複合
圧電素子材料を製作した。(特願昭58−21883号
公報)また板状の無機圧電体にダイヤモンド刃による切
り込みを入れ、その(2)の刃状の無機圧1体の薄板を
、基板の上に、所定の間隔をおいて平行に並べ、接着し
て、棚の刃状の無機圧電体が規則正しく配列した基板を
つくり、この櫛の刃状の無機圧電体が規則正しく配列し
た基板を成形型に入れ、その成形型にq機高分子材料を
充填し、硬化した後、柵の刃状の無機圧電体の連通ずる
部分およびこれに1g:着する基板の部分を、切り落し
て有機高分子のマトリックスに無機圧電体の角柱が規則
正しく配列する複合圧電素子材料の製作方法が提案され
た。(特願昭61−256970号)しかしながら、チ
タン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛などのセラミッ
クス系の無機圧電体のダイヤモンド刃による機械的な切
削加工の際に、無機圧電体に大きな力が加わるために、
小さい無機圧電体を切削加工する場合は、無機圧電体を
固定することが難かしく、またその切削加工に長時間を
要する。
本発明者らは、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸
鉛に、レーザー3′!:1線を当てると、これらの材料
を短時間に切削加工することができることを知見し、こ
の知見に基づいて本発明に到達した。
〔発明の目的および発明の要約〕
本発明の目的は、有機高分子のマトリックスの所望の位
nに無機圧電体が配列する複合圧電素子材料の製作方法
を提供することにあり、詳しくは、q機高分子のマトリ
ックスの所望の位置にifl圧′圧電11体列する複合
圧電素子材料を開帳に製作することができる方法を提供
することにあり、さらに詳しくは、有機高分子の所望の
位置に無機圧電体が正確に配列する複合圧@素子材料を
開帳に製作することができる方法を提供することにある
本発明は、基板に接着した無機圧電体に、互に直交する
三方向の平行な切り込みを形成し、その切り込み部分の
空所に、有機高分子材料を充填し、硬化した後、基板お
よびこれに接着する無機圧電体の連通ずる部分を切り落
して、有機高分子材料のマトリックスに無機圧電体が独
立して配列する複合圧電素子材料を製作する方法におい
て、基板に接着した無機圧電体に、レーザー光線を互に
直交する二方向の各方向に平行に照射して、それぞれの
方向の切り込みを入れ、それによって基板に接着した無
機圧電体に、互に独立して規則正しく配列する無機圧1
体の柱状体を形成することを特徴とする複合圧電素子材
料の製作方法である。
本発明により製作された複合圧電素子材料は、イfR高
分子材料のマトリックスに、その両面に達する無機圧電
体が独立して規則正しく配列しているものである。
本発明により製作された複合圧電素子材料において、有
機高分子材料のマトリックスに配列する無機圧電体は、
無機圧電体が有機高分子材料に配列する面と直交する方
向に分極処理されたものであることが好ましく、このよ
うに分極処理された複合圧faffi子材料を基材料る
には、基板に接着した無機圧電体が、その!fp、着以
前に、その接着面と直交する方向に分極処理されたもの
であることを必要とする。
〔発明の詳細な説明〕
本発明による複合圧@素子材料の製作を図面を参考にし
て説明する。
先ず最初に無機圧電体1を基板2に接着して、第1図に
示すとおりの基板2に接着ff1lOを介して接着され
た無機圧電体lを製作する。基板2にWI!着された無
機圧電体lに、レーザー光線を、第2図の3に示す方向
に平行に照射して、第2図に示すとおりの基板2に接着
された無機圧電体1を製作する。次に、これにレーザー
光線を、第3図の4に示す方向に平行にM射して、第3
図に示すとおりの基板2に接着された耶機圧電体1を製
作するが、この段階では無機圧電体lは、その上面に互
に独立して規則正しく配列する無機圧電体の柱状体11
を形成する。
次に、無機圧電体の柱状体11を形成した無機圧電体l
を接着する基板2の無機圧電体lの切り込み部分にH機
高分子材料を充填し、硬化して、第4図に示すとおりの
有機高分子材料のマトリックス5を形成し、第4図のA
−A線の面で切断し、基板2およびこれに接着する棚の
刃状の無機圧電体lの連通ずる部分を切り落して、第5
図に示すとおりの複合圧電素子材料を製作する。この複
合圧電素子材料が本発明の製作物であって、有機高分子
材料のマトリックス5に無機圧電体の柱状物11が互に
独立して規則正しく配列しており、無機圧電体の柱状物
11は複合圧電素子材料の両面に達している。
本発明により製作された複合圧電素子材料は、第6図に
示すとおりにその両面に電極6.6を形成し、このfl
t極6.6に交流常圧を印加すると、無機圧電体の柱状
物11およびq機高分子材料が振動して交流電圧のサイ
クルに応じた振動を発生し、またこのf[を極6.6に
振動が与えられると、その振動数に応じたサイクルの交
流電圧が?3極6.6に生じる。
本発明により製作された複合圧電素子材料は、第6図に
示すとおりの電極6.6を形成して、振動のセンサー、
超音波の発振子または超音波の検出素子などの用途に使
用する。
本発明の複合圧SR子材料の製作における無機圧電体l
はチタン酸バリウム、チタン酸鉛またはチタン酸ジルコ
ン酸鉛(PZT )を使用することができるが、チタン
酸ジルコン酸鉛を使用するのが好ましい。
また有N?、”E分子材料は、シリコンゴムまたはウレ
タンゴムを使用するこ七ができるが、ウレタンゴムを使
用するのが好ましい。
またレーザー光線は、その光顕によって炭酸ガスレーザ
ーおよびYAGレーザーがある。炭酸ガスレーザーは出
力は大きいが、光線束が太く、またYAGレーザーは出
力は小さいが、光線束が細いので、YAGレーザーのレ
ーザー光線を使用するのが好ましい。
以下において実施例により本発明をさらに詳しく説明す
る。
実施例1 (PZT−ジルコニア複合板の調製) PZT  (チタン酸ジルコン酸鉛)板[10M(長す
)XIOfl(郵)×1朋(厚す)〕を厚す方向に分極
処理した後、このPZT板に、ジルコニア板〔1OII
IIC長す)XIQ龍(幅)×5順(厚す)]を、接着
剤(尚品名ニアロンアルファ、東亜合成化学社製品)に
より接着して、PZT−ジルコニア複合板を調製した。
(YAGレーザー光線による加エン PZT−ジルコニア複合板のPZT板の面の長す方向に
、YAGレーザー摸瞠(LAY −615B、東芝社製
)よりYAGレーザー光線を、5001+のピッチで1
16射して、深す490pの平行な@24本を形成し、
さらにこのPZT−ジルコニア複合板のPZT板の面の
幅方向(長すカ向と直交する方向2に、このYAGレー
ザー光線を500μのピッチで照射して、深す490μ
の平行な溝24本を形成し、このPZT−ジルコニア複
合板のPZT板の面に、規則正しく配列した角柱625
本(25X25)を形成して、PZT (角柱)−ジル
コニア複合板を形成した。このPZT  I角柱)−ジ
ルコニア複合板は、PZTの角柱(370p X370
p  (上底) 、490p X 490p(下底)お
よび490μ C?:IJす’) ) 625本がPZ
T基板(厚す:510p)上に規則正しく配列するPZ
T角柱仮がジルコニア板にffl’Wされたものであっ
た。
(シリコンゴム−PZT複合圧X8体の調製)PzT(
角柱)−ジルコニア複合板の周囲に型枠板をはめ込んで
、成形型を形成し、この成形型に、シリコンゴム(KE
−12、信越シリコン社製品)を充填し、シリコンゴム
を硬化した後、型枠板を外してシリコンゴム−PZT 
 (角柱)−ジルコニア複合板を調製した。
シリコンゴム−1’ZT  (角柱)−ジルコニア複合
板のPZTの角柱部分を残して、ジルコニア板およびP
ZTの基板の部分を切り落して、シリコンゴムの71〜
リツクスに、PZTの角柱625本が規則正しく配列し
たシリコンゴム−PZT複合圧電体〔寸法:lcl+m
(長す)×lO龍(鄭) X O,49l++++ (
厚す)、シリコンゴム/ PZTの体積分−4’(:4
1159)を調製した。
実施例2 (YAGレーザー光線による加工およびシリコンゴム−
PZT複合圧電体の調製) 実施例1におけるレーザー光線を、360μのピッチで
照射し、深す400μの平行な溝26本を形成したこと
、およびそのPZT  (角柱)−ジルコニア複合板は
、PZT (7)角柱(3201+ X 320u  
(上12E)、358μX3581+(下底)および4
00μ c高す)〕729本がPZT基板(厚す600
1+)上に規則正しく配列するPZT角柱板がジルコニ
ア板に接着されたものであること以外は、実施例1と同
様にして、シリコンゴム−PZT複合圧電体〔寸法:I
Q+lIm(長す)X10+am(齢)Xo、4朋(厚
す)、シリコンゴム/ PZTの体積分率:42158
)を調製しlこ 。
参考例 (ダイヤモンド刃による加工) 実施例1と同様にして調製したPZT−ジルコニア複合
板のPZT板の面の長す方向に、厚す100μのダイヤ
モンド刃を用いて、500μのピッチで深す50011
の平行な溝19本を形成し、さらにこの[’ZT−ジル
コニア複合板のPZT板の面の幅方向(長す方向と直交
する方向)に、同じ厚す100μのダイヤモンド刃を用
いて、50011のピッチで深す500μの平行な溝1
9本を形成し、このPZT −ジルコニア複合板の而に
、規則正しく配列した角柱400本(20X20)!5
−形成シテ、PZT  (角柱)−ジルコニア複合板を
調製した。このPZT  (角柱)−ジルコニア複合板
は、PZTの角柱〔350μ×350p X500p 
 (高す) ) 400本がPZT (i’)基板(厚
す:500μ)上に規則正しく配列するPZT角柱板が
ジルコニア仮に接着されたものであった。
(シリコンゴム−pzrsf合圧?It体の調製)上記
のI)ZT  (角柱)−ジルコニア複合板を使用しt
ここと以外は、実施例1と同様にして、シリコンゴム−
PZT複合圧電体〔寸法:10關(長す)XIO關(幅
)Xo、5朋(厚す)、シリコンゴム/ PZTの体積
分率:51/4’l)を調製した。
試験例 (圧電諸定数の計測) 実施例11実施例2および参考例のシリコンゴム−PZ
T W合圧電体を使用し、これらのシリコンゴム−PZ
T複合圧電体の両面に、電極として導電性銀ラッカー(
6290−0275、DEMETRON社製品)を室毎
し、測定装置(IGPA 4194A 5YIIP社製
品)1−−よりfjSt表に示す圧電諸定数を測定した
FEtB諸定数の測定の結果は第1表に示すとおりであ
った。
〔発明の効果〕
(+)加工時間を短縮することができる。
(2)材料に機械的な力がかからず、材料を固定する心
安がなく、その作業の効率が大きい。
(3)精密な加工をすることができる。(曲線状の加工
が可能である)
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による複合圧W&素子材料の製作にお
ける原材料の斜視図、第2図は、第1の中間製作物の斜
視図、第3図は、第2の中間製作物の斜視図、第4図は
、第3の中間製作物の斜視図、第5図は、本発明により
製作された複合圧電素子+イ料の斜視図、そして第6図
は、本発明により製作された複合圧電素子材料の使用状
態を示す製作品の2−シ視図である。 出願人 積水化成品工業株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板に接着した無機圧電体に、互に直交する二方
    向の平行な切り込みを形成し、その切り込み部分の空所
    に有機高分子材料を充填し、硬化した後、基板およびこ
    れに接着する無機圧電体の連通する部分を切り落して、
    有機高分子材料のマトリックスに、無機圧電体が独立し
    て配列する複合圧電素子材料を製作する方法において、
    基板に接着した無機圧電体における互に直交する二方向
    の平行な切り込みが、レーザー光線の照射により形成さ
    れることを特徴とする複合圧電素子材料の製作方法。
JP63201874A 1988-08-15 1988-08-15 レーザー光線による複合圧電素子材料の製作方法 Granted JPH0251289A (ja)

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