JPH03166778A - 水中音響変換器用圧電素子 - Google Patents

水中音響変換器用圧電素子

Info

Publication number
JPH03166778A
JPH03166778A JP1306967A JP30696789A JPH03166778A JP H03166778 A JPH03166778 A JP H03166778A JP 1306967 A JP1306967 A JP 1306967A JP 30696789 A JP30696789 A JP 30696789A JP H03166778 A JPH03166778 A JP H03166778A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
thickness direction
powder
density
pores
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP1306967A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2981901B2 (ja
Inventor
Koji Ogura
小倉 幸治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP30696789A priority Critical patent/JP2981901B2/ja
Publication of JPH03166778A publication Critical patent/JPH03166778A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2981901B2 publication Critical patent/JP2981901B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)

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、合成ゴム等の有機基材に圧電磁器粉末を配合
してなる圧電複合材料を用いて形成され、水中に音波ま
たは超音波を送出したり、また逆に水中を伝播する音波
または超音波を受波する水中音響変換器に用いられる圧
電素子に関する。
[従来技術] ?タン酸鉛(PbTiO.)等の異方性のある圧電磁器
の粉末はベロブスカイト構造をもつ強誘電体材料であり
、このため種々の圧電材料や焦電材料として広く使用さ
れているが、特に最近では水中での圧電定数d h (
das+2d■)及びgh(=dh/t.lが大きいこ
とからハイドロフオンなどの水中音響変換器用圧電材料
として注目されている. このような水中音響変換器用圧電材料としては、音波又
は超音波を効率よく水中へ放射したり受波し得るように
水との音響整合性がよく、かつ水中深く浸漬してもその
水圧に充分耐え得る強度を有するように低密度,可撓性
に富んだ圧電材料が要求される. そしてかかる要望に応えるものとして、チタン酸鉛等の
粒子を作成し、これを合成ゴムなどの有機基材中に混合
した複合材料が提案されている。
【発明が解決しようとする課題] 圧電定数dh,ghを高くするためには、有機基材中に
おける異方性のある圧電磁器、例えばpb?ies, 
BiFeOa,BisTiNb■015(混合層状複合
ビスマス酸化物),チタン酸鉛・ビスマスフエライト固
溶体等の粉末の体積割合を増加させれば良いことは一般
的に知られている。
ここで圧電定数dhはd h =d ss+ 2 d 
s+の関係があり、圧電定数da+は負の値をとるから
、上述の圧電定数dhの上昇は圧電定数dssの向上に
起因するものである.ところで、圧電定数d。を高める
と通常圧電定数d■の絶対値も高くなる.そしてこのよ
うに圧電定数d 3 Hの絶対値が高くなると、圧電定
数dゎの向上を阻害するだけでなく、圧電変換器に付与
される径方向の振動はノイズの原因となるが、この径方
向振動に対する応答出力が増大して該ノイズが大きくな
り受波特性が低下する. 本発明は、圧電定数dhが高く、しかも圧電定数d3+
の絶対値の低い特性の優れた、水中音響変換器に用いる
圧電素子の提供を目的とするものである. [課題を解決するための手段] 本発明は、有機基材中に圧電磁器粉末を体積割合で65
%以上含有し、相対密度(理論密度ρe1に対する実測
密度ρ...1の百分率)が93.00〜97. 00
%となるように気孔を形成した圧電複合材料を、圧力を
厚み方向に印加して平板状に加硫成形した後、該圧力の
印加方向に分極し、その表裏面に電極を配設して構成し
たことを特徴とする水中音響変換器用圧電素子である. 【作用] 圧電複合材料において、その実測密度ρ,...と、各
構成成分から割り出した理論密度ρCa+ とは相違す
る.これは圧電複合材料中に気孔が介在するためである
と考えられ,従って相対密度により気孔の含有量を特定
することができる.そこで相対密度が93. 00〜9
7. 00%である圧電複合材料を用いる.この相対密
度により特定される気孔を内在した圧電複合材料にあっ
ては、後述の各試験により示される様に、これを平板状
に加圧すると,その加圧方向では各磁器粉末は密に充填
され、径方向では前記圧電複合材料中に含有された気孔
が径方向へ分散して疎の状態となる.換言すれば厚み方
向では各粉末は密に連続するが径方向では前記厚み方向
の連続粉末相互に空気層が介在するという状態となる.
このため、厚み方向の振動に対しては変換効率が良好と
なり,圧電定数d ssの値が向上する.一方径方向で
は各空気層が緩衝層となって、該径方向振動が緩和され
、このため圧電定数d.の絶対値が小さくなる。
そしてかかる構成からなる圧電素子はその表裏面に電極
を形成して水中音響変換器に用いられ得る。
[実施例] 〈相対密度の調製〉 有機基材中の圧電磁器粉末の量を増大した場合にあって
、大きな平均粒径のものによって該粉末を構成したもの
は、その密度の上昇と共に各粒子が密接しあって,その
間に比較的大容積の間隙を生じる。このため有機基材と
、圧電磁器粉末との混合過程で、材料中に混入した空気
が該間隙中に閉じ込められて大きな気孔を生じ易い.一
方、小さな粒径のものあっては、圧電磁器粉末の表面積
が著しく増大するから,圧電磁器粉末と有機基材との粒
界に形成された小さな気孔が空気層となって増大するこ
とが考えられる. すなわち,両者の間隙の形成メカニズムは夫々異なると
しても、粒径が過大であっても過小であってもその配合
量が増大することにより気孔含有量が増加することが予
想されるのである.そこでかかる知見に基づき、大粒径
のものと,小粒径のものとを所定の割合で混合すれば、
大粒径のものの間に小粒径のものが介在することにより
、粒子間に密閉状の間隙が生じることがないため粒子間
に有機基材が均一状に混入され、また粒子の単位重量あ
たりの表面積も減少して、粒界に生じる気孔の発生を抑
制することができると考えた. 従って、相対密度の調製は大粒径と小粒径のものの混合
比を換えることにより達成できることとなる. そこで平均粒径7.3μm及び31.8μmのチタン?
鉛粒子群( PT)を用意し、夫々単独のものと、両者
をl:5,l:2,1:1,2:l及び5:1の割合で
配合したものを、クロロブレンゴムと混合し、その配合
比がチタン酸鉛粒子の体積割合を50%,55%,60
%, 62.5%,65%,70%, 72.5%,7
5%, 77.5%とする50種類の混合試料を作成し
て、相対密度(理論密度ρ。1に対する実測密度ρ■■
の百分率)を測定した.第1図はこの結果をプロットし
たものである.この結果から体積割合が高いものはその
粒子の配合比を変えることにより相対密度を変化させる
ことができることが理解される. 〈試験条件〉 上述のように相対密度を変化させるために、平均粒径7
.3μm及び31.8μmのチタン酸鉛粒子群(PT)
の配合比を変え、かつクロロブレンゴムに対する粒子の
体積割合を変化させた圧電複合材料を多数用意し、これ
に加硫剤を加え、混線後、乎面方向に100〜150K
g/am” (7;)圧力を印加しながら80問各(厚
み0.5一一)の平板状に加硫成形し、さらに銀ゴム電
極付け,分極の各工程を順次行ない、こうして形成され
た圧電素子1a,Ibを第2図の様にφ30の円板に切
り出し、二枚を中心が陽極に,外側面が負極になるよう
に貼り合せ、各電極にケーブル2a,2bを各極に接続
し、さらにこれをダンピング材3に貼り付けて、ポリウ
レタン樹脂4でモールドして圧電ゴムからなる水中音響
変換器を構成した.そして各特性を測定した.この結果
、次表及びこれをプロットした第3図の関係を得ること
ができた. 尚、表中本願の発明の範囲内の試料には*記号を付して
示す. 以下余白 上記の表にあって圧電定数d.は圧電定数dh=d a
s + 2 d 3 +の関係から圧電定数dh,ds
sによって計算により求めた。ここで圧電定数d33は
高く、負の値である圧電定数d s+の絶対値は低いこ
とが望ましい.そこで圧電定数比d sr/ d ss
を求めて、これと相対密度との関係を第3図でプロット
した. この値によって示されるように、相対密度が97.00
%を越えると、圧電定数比d s+/ d saは−0
.1以下となり、一方97. 00%以下となると急激
にその絶対値が零に近付き、ノイズが少なくしかも出力
が高くなり、受波特性の改善が見られた.この理由は,
適性量の気孔を内在した圧電複合材料を用いて,これを
平板状に加圧すると、その加圧方向では各磁器粉末は密
に充填され,径方向では前記圧電複合材料中に含有され
た気孔が径方向へ分散して疎の状態となり、このため径
方向では各空気層が緩衝層となって、該径方向振動が緩
和されることによるものと考えることができる.尚、9
3. 00%未満となると気孔過剰となり,こ?ため安
定した分極処理を施すことができなくなったり、圧電定
数d ssが低下する.従って相対密度の有効範囲は9
3. 00〜97. 00%とすることができる。
一方,有機基材中の圧電磁器粉末の混合量が体積割合で
65%以下であると、各粒子が有機基材に囲まれて、粒
子間に気孔を所定の形態で形成することができない.こ
のため、相対密度が高くなる(気孔が減少する)と共に
,気孔自体の振る舞いが径方向における粒子相互の緩衝
作用を果たすという所要の役割を達成することができず
、圧電定数比d x+/ d 33の絶対値が大きくな
り、しかも磁器粉末の量が少ないために圧電定数dhの
値が小さくなる. 従って所期の効果を達成するためには有機基材中に圧電
磁器粉末を体積割合で65%以上含有したものに限定さ
れる. この圧電定数d■が零近くなると、圧電素子に付与され
る径方向の振動は、ノイズの原因となるがこの方向によ
る出力の発生が抑制され、受渡特性が向上することとな
る. またPZT磁器粉末を用いた従来の圧電複合材料は、チ
タン酸鉛粒子に比して圧電定数dssが高いという良好
な特性を持っているが、反面において圧電定数d sr
の絶対値も高く、その有用性を減殺されていた.ところ
が、上述の様に相対密度が93.00〜97.00%で
ある本発明のPZT系圧電素子は圧電定数ds+を小さ
く,このためPZT系材料にあって、その有用性をさら
に引き出し得ることとなる. 尚、各実施例にあっては、チタン酸鉛粒子での試験値を
示したが、本発明は気孔の物理的振る舞いに依存するも
のであるから、上述のPZTの他、種々の圧電磁器粉末
を用いたものにあっても同様の作用効果を奏し得るもの
である. また相対密度の調製手段は上述の二種の異なった粒径の
ものを混合するほかに、他の調製手段も採用され、一種
の粒径群からなる圧電磁器粉末を使用しても良い. [発明の効果] 本発明の圧電素子は相対密度を93. 00〜97.0
0%となるように気孔を形成した圧電複合材料を分極方
向と同じ方向に圧力を印加して平板状に形成したもので
あって、該面方向において有機基材中に分散される磁器
粉末間に気孔が形成され、その緩衝作用により面方向の
圧電定数d s+が減少し,このため径方向振動による
ノイズの発生を除去でき、水中音響変換器の特性を向上
し得る等の優れた効果がある.
【図面の簡単な説明】
第1図は混合粒子の混合比と相対密度との関係を示すグ
ラフ、第2図は本発明の試料として用いる水中音響変換
器の構成を示す縦断側面図、第3図は相対密度と圧電定
数比d ../ d saの関係を示すグラフである. 箆1 品 FT (31.8,czml / PT (7.3lJ
m)第 2 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  有機基材中に圧電磁器粉末を体積割合で65%以上含
    有し、相対密度(理論密度P_c_a_lに対する実測
    密度P_m_e_a_sの百分率)が93.00〜97
    .00%となるように気孔を形成した圧電複合材料を、
    圧力を厚み方向に印加して平板状に加硫成形した後、該
    圧力の印加方向に分極し、その表裏面に電極を配設して
    構成したことを特徴とする水中音響変換器用圧電素子。
JP30696789A 1989-11-27 1989-11-27 水中音響変換器用圧電素子 Expired - Fee Related JP2981901B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30696789A JP2981901B2 (ja) 1989-11-27 1989-11-27 水中音響変換器用圧電素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30696789A JP2981901B2 (ja) 1989-11-27 1989-11-27 水中音響変換器用圧電素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH03166778A true JPH03166778A (ja) 1991-07-18
JP2981901B2 JP2981901B2 (ja) 1999-11-22

Family

ID=17963424

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30696789A Expired - Fee Related JP2981901B2 (ja) 1989-11-27 1989-11-27 水中音響変換器用圧電素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2981901B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5545208B2 (ja) * 2008-03-14 2014-07-09 コニカミノルタ株式会社 有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、その製造方法、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置
KR20220007153A (ko) 2019-06-28 2022-01-18 후지필름 가부시키가이샤 고분자 복합 압전체 및 압전 필름

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5545208B2 (ja) * 2008-03-14 2014-07-09 コニカミノルタ株式会社 有機圧電材料、それを用いた超音波振動子、その製造方法、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置
KR20220007153A (ko) 2019-06-28 2022-01-18 후지필름 가부시키가이샤 고분자 복합 압전체 및 압전 필름

Also Published As

Publication number Publication date
JP2981901B2 (ja) 1999-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5951908A (en) Piezoelectrics and related devices from ceramics dispersed in polymers
US4227111A (en) Flexible piezoelectric composite transducers
JP3856380B2 (ja) コンポジット圧電振動子およびその製造方法
JP2777976B2 (ja) 圧電セラミックス−高分子複合材料及びその製造方法
CN107107108B (zh) 超声换能器匹配层及其制造方法
US20040219351A1 (en) Component having vibration-damping properties, mixture for manufacturing the component, and method of manufacturing such a component
JPH03166778A (ja) 水中音響変換器用圧電素子
RU2713835C1 (ru) Способ получения композиционного пьезоматериала
JP2934970B2 (ja) 水中音響変換器
RU2623693C2 (ru) Способ получения композиционного пьезоматериала
Levassort et al. 0-3 and 1-3 piezocomposites based on single crystal PMN-PT for transducer applications
JP3256254B2 (ja) 可撓性複合圧電材料
JP3098831B2 (ja) 水中送受波器用複合圧電材料
JP2974815B2 (ja) 超音波振動子及びその製造方法
JPH01172281A (ja) 圧電振動子用誘電体材料
US4751014A (en) Piezoelectric composite material
JP2589489B2 (ja) 圧電複合材料の製造方法
JPS58204578A (ja) ハイドロフオン用複合物圧電材料
JPH05275761A (ja) 圧電セラミック−エポキシ複合体およびその製造方法
KR960012732B1 (ko) 압전 세라믹-고분자 복합재료 및 그 제조방법
JPH0888898A (ja) 複合圧電スピーカー
JPH02229478A (ja) 複合圧電体の製造方法
JPH0270193A (ja) ハイドロフォン用圧電複合材料
JP3048625B2 (ja) ハイドロホンおよびその製造方法
JPS61278300A (ja) 水中マイクロフォン用圧電複合材料

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees