JPH0415633B2 - - Google Patents
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、面方向の振動をすることなく、厚み
方向だけの振動をする弾性率の低い有機高分子−
セラミツクス圧電体板に関し、詳しくは、弾性率
の低い有機高分子のマトリツクスに、棒状のセラ
ミツクス圧電体が配列する有機高分子−セラミツ
クス複合圧電体に関する。
本発明の有機高分子−セラミツクス複合圧電体
は、面方向の振動をすることなく、厚み方向だけ
の振動をすることができ、感度の高い感圧センサ
ーまたは超音波発振子として利用することがで
き、さらに振動方向の定まつた超音波などの検出
素子として利用することもできる。
〔技術の背景および従来技術の説明〕
これまでに、PZT（チタン酸・ジルコン酸鉛）、
チタン酸金属塩などの多くの圧電体が開発されて
いるが、圧電正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には、軟
らかくて、電気機械結合係数および圧電電圧定数
の大きい圧電材料が望まれていて、チタン酸バリ
ウムやPZTなどの無機セラミツクス圧電材料と
高分子有機材料を複合させて、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造する
ことが試みられている。米国のニユーハムらは、
細いPZTのフアイバーをつくり、これを有機物
と複合化して、分極処理を行なつている。〔ジヤ
ーナル・オブ・ジ・アメリカン・セラミツク・ソ
サイエテイ（Journal of the American
Ceramic Society）第64巻 第１号 第５〜８
頁〕しかしながら、この方法はPZTと有機物の
電気特性が異なるために、その複合材料に一様に
高電圧を印加するのが難かしい。そこで竹内ら
は、分極処理を施したPZTの薄板を切断加工し
て、同様な構造（１−３結合構造）の複合圧電材
料を製造した。（特開昭58−21883号公報）
また体積分率の小さな無機圧電体と有機質材料
の複合圧電材料を、材料の損失を少なくして製作
するために、所定の幅の切込を入れた無機圧電体
の板状物を所定の間隔をおいて基板に平行に接着
し、その空所に硬化性合成樹脂液を充填し、硬化
した後、不要な部分を切落して複合圧電材料を製
作することが試みられている。（特願昭61−
256970号）
本発明者らは、チタン酸バリウムまたはチタン
酸鉛などのチタン酸金属塩について永年研究を続
けているが、その研究において、弾性率の小さい
有機質材料を無機圧電体と複合すると、交流電圧
を印加したときに、一方向だけに振動するが、他
の方向に振動することのない複合圧電材料が得ら
れることを見出し、この知見にもとづいて本発明
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、感圧感度を示す圧電電圧定数
が高い複合圧電体を提供することにあり、詳しく
は、良好な電気機械結合係数を維持したままで、
圧電電圧定数の高い複合圧電体を提供することに
あり、さらに詳しくは、交流電圧を印加したとき
に、一定の方向だけの振動（共振）を有し、他の
方向の振動（共振）がなく、ノイズがなく、それ
によつて優れた感圧感度を有する複合圧電体を提
供することにある。
本発明のもう一つの目的は、高感度の感圧セン
サー、超音波の発振子、または一定方向の超音波
の検出素子として利用することができる複合圧電
体を提供することにある。
本発明は、合成樹脂マトリツクスに棒状の無機
圧電体が配列する合成樹脂−無機圧電体複合圧電
材料において、マトリツクスの合成樹脂が、１〜
50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有するものであること、
および無機圧電体が、6000Kg・ｆ／mm2よりも大き
い弾性率を有し、それによつて良好な電気機械結
合係数を維持したままで高い圧電電圧定数を有
し、さらに交流電圧を印加したときに一定方向だ
けに振動し、他の方向に振動しない特性を有する
ことを特徴とする複合圧電材料である。
本発明の複合圧電材料は、
(a) 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の角柱が基板上に規則正しく配列する無機
圧電体板の角柱の間の空所に１〜50Kg・ｆ／mm2
の弾性率を有する合成樹脂を充填し、硬化し
て、合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体をつく
ること、および
(b) 合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体から合成
樹脂マトリツクス中に無機圧電体の角柱が規則
正しく配列する複合圧電材料を切り取ること、
によつて製作される。
本発明の複合圧電材料の製作における6000Kg・
ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電体の角柱が
基板上に規則正しく配列する無機圧電体角柱板
は、
6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電
体の板状物の一つの面に、所定のピツチにおい
て、切目を入れて、平行な溝を形成した後、この
平行な溝に直交する切目を入れて平行な溝を形成
し、それによつて無機圧電体の基板上に無機圧電
体の角柱が規則正しく配列して直立する無機圧電
体角柱板を得ることによつてつくられるが、その
製作に先立つて、材料の無機圧電体の板状物に、
予めその厚み方向の分極処理を施すことが好まし
い。
本発明の複合圧電材料の製作における6000Kg・
ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電体の角柱が
基板上に規則正しく配列する無機圧電体角柱板
は、また
6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電
体に、その幅方向の側面より切目を入れて、無機
圧電体の角柱をクシの歯とするクシ形の無機圧電
体板をつくり、このクシ形の無機圧電体板を、基
板上に、そのクシの歯の根元の背面が基板と接触
するとともに所定の間隔をあけて平行に並ぶよう
に接着することによつて、つくることもできる
が、その製作に先立つて、材料の無機圧電体板
に、予めその幅方向の分極処理を施すことが好ま
しい。
さらに本発明の複合圧電材料の製作において、
無機圧電体の板状物を成形型の底板に接着してお
くことができ、また前記のクシ形の無機圧電体を
接着する基板は、成形型の底板で使用することが
好ましい。
本発明の複合圧電材料における合成樹脂は、シ
リコンゴム、ウレタンゴムまたはブタジエンゴム
を使用することができ、また無機圧電体は、チタ
ン酸・ジルコン酸鉛またはチタン酸バリウムを使
用することができる。
〔発明の具体的な説明〕
本発明の複合圧電材料における合成樹脂の弾性
率（ヤング率）は、応力を加えた時に生じるヒズ
ミの大きさを実際に測定した数値であつて、JIS
規格Ｋ−7113−81（引張り試験）によつて測定し
た数値であり、無機圧電材料の弾性率（ヤング
率）は、無機圧電材料の自由振動の周波数を測定
し、その結果と密度から計算した数値であつて、
電子材料工業会標準規格EMAS−6007「圧電セラ
ミツクス振動子の試験方法」電子材料工業会（昭
和61年３月）によつて求めた数値である。これら
の数値は、材料に圧縮ヒズミを生じさせるのに必
要な圧力（Kg・ｆ／mm2）である。
本発明の複合圧電材料は、第２図Ｂに示すとお
りの１〜50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有する合成樹脂
のマトリツクス１８中に、6000Kg・ｆ／mm2以上の
弾性率を有する無機圧電体の棒状物１７が規則正
しく配列した構造を有する。無機圧電体の棒状物
１７は、その長さ方向に分極処理をしたものであ
る。
本発明の複合圧電素子を、感圧センサーまたは
超音波の発振子などを用途に使用するとき、第３
図に示すとおりの電極１９，１９をその表面およ
び裏面に形成し、この電極１９，１９に交流電圧
を印加して無機圧電体の棒状物１７を振動し、ま
たはこの電極１９，１９にかかつた圧力によつ
て、合成樹脂１８および無機圧電体の棒状物１７
に圧縮ヒズミを生じ、この圧縮ヒズミによつて生
じた電荷を電極１９，１９において（＋）または
（−）の電荷として検出する。
本発明の複合圧電材料における合成樹脂は、弾
性率が１〜50Kg・ｆ／mm2のものであれば、いかな
るものであつても、これを使用することができる
が、１〜50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有するシリコン
ゴム、ウレタンゴムまたはブタジエンゴムを使用
するのが好ましく、また無機圧電体の棒状物にお
ける無機圧電体は、6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率
を有するものであれば、いかなるものであつて
も、これを使用することができるが、6000Kg・
ｆ／mm2以上の弾性率を有するチタン酸・ジルコン
酸鉛（PZT）またはチタン酸バリウムを使用す
るのが好ましい。
次に本発明の複合圧電材料の製作方法をより詳
細に説明する。
6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電
体の板状物１１に、その厚み方向の分極処理を施
した後、無機圧電体の板状物１１を接着剤１３に
より成形型の底板１２に接着して、第１図Ａに示
す無機圧電体−底板複合板〔第１図Ａ〕を製作す
る。無機圧電体−底板複合板を精密切断機のホル
ダーに固定し、所定のピツチにおいて、基板１５
を残す深さの切込を入れて、所定の間隔をあけた
平行な溝１４を形成した後、〔第１図Ｂ〕溝１４
と直交し、基板１５を残す切込を入れて、溝１６
を形成して、多数の無機圧電体の角柱１７が規則
正しく配列する無機圧電体角柱−底板複合体〔第
１図Ｃ〕を製作する。
無機圧電体角柱−底板複合体の周囲に成形型の
側壁枠をはめ込んで、その中に無機圧電体の角柱
１７が規則正しく配列して直立する成形型を形成
し、この成形型に１〜50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有
する合成樹脂を充填した後、合成樹脂を硬化し
て、合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合体〔第
２図Ａ〕を成形型内に形成する。成形型の側壁枠
（図示なし）を取り外して、合成樹脂−無機圧電
体角柱−底板複合体を製作する。
この合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合体
は、第２図Ａに示すとおり、成形型の底板１２に
無機圧電体の基板１５を接着し、無機圧電体の基
板１５には、多数の無機圧電体の角柱１７が規則
正しく配列して直立し、無機圧電体の角柱１７の
間の空所には、硬化した合成樹脂１８が充填され
て、硬化した合成樹脂のマトリツクスを形成して
いる。この合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合
体の下部の無機圧電体の基板１５と成形型の底板
１２の結合板の部分をカツターによつて切り落し
て、本発明の複合圧電材料を製作する。
本発明の複合圧電材料は、第２図Ｂに示すとお
り、１〜50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有する合成樹脂
のマトリツクス１８中に多数の無機圧電体の角柱
１７が規則正しく配列しているが、マトリツクス
１８の合成樹脂の弾性率が小さいので、任意の形
状に変形することができ、その圧電性能も良好
で、さらに交流電圧を印加したときに、無機圧電
体の角柱１７の長さ方向（すなわち、複合圧電材
料の厚み方向）だけの振動をする電気特性を有す
る。
また本発明の複合圧電材料は以下に示す方法に
より製作することもできる。
6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧電
体板２１に、その幅方向の分極処理を施した後、
この無機圧電体板２１を精密切断機のホルダーに
固定し、所定のピツチにおいて、基部２２を残す
切込２３を入れて、無機圧電体の角柱１７をクシ
の歯とし、その根元が基部２２によりつながつた
クシ形の無機圧電体板〔第４図Ｂ〕をつくり、こ
のクシ形の無機圧電体板を、所定の間隔をおいて
平行に並べ、接着剤により基板１２に接着して、
無機圧電体角柱−底板複合体〔第４図Ｃ〕を製作
する。
無機圧電体角柱−底板複合体の周囲に成形型の
側壁枠をはめ込んで、その中に無機圧電体の角柱
１７が規則正しく配列して直立する成形型を形成
し、この成形型に１〜50Kg・ｆ／mm2の弾性率を有
する合成樹脂を充填した後、合成樹脂を硬化し
て、合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合体を成
形型内に形成する。成形型の側壁枠（図示なし）
を取り外して、合成樹脂−無機圧電体角柱−底板
複合体を製作する。この合成樹脂−無機圧電体角
柱−底板複合体は、第２図Ａと略々同様な構造を
有し、基板にクシ形の無機圧電体の基部２２を接
着し、クシ形の無機圧電体は基部２２上に平行に
並んでいて、多数の無機圧電体の角柱１７が基板
１２上に規則正しく配列して直立し、無機圧電体
の角柱１７の間の空所には、硬化した合成樹脂１
８が充填されて、硬化した合成樹脂のマトリツク
スを形成している。この合成樹脂−無機圧電体角
柱−底板複合体の下部の無機圧電体の基部２２、
その間の合成樹脂および基板１２の結合体の部分
をカツターにより切り落して、その上部の本発明
の複合圧電材料〔第２図Ｂ〕を製作する。
以下において本発明の実施の一例および参考例
を示して本発明をさらに詳しく説明する。
実施例 １
PZT（チタン酸・ジルコン酸鉛）の板状物〔10
mm（長さ）×10mm（幅）×５mm（厚さ）〕の厚み方
向に分極処理を施し、このPZTの板状体をジル
コニア板〔10mm（長さ）×10mm（幅）×２mm（厚
さ）〕に接着剤（アロンアルフアMD−30、東亜
合成化学工業社製品）により接着して、PZT−
ジルコニア複合板を得た。PZT−ジルコニア複
合板のPZTの板状物に厚さ500μｍのダイヤモン
ド刃を用いて、1.1mmのピツチで、深さ４mmの平
行な溝８本を形成し、さらにこれらの溝と直交す
る方向に、同じダイヤモンド刃を用いて、同様に
深さ４mmの平行な溝８本を形成し、81本（９×
９）のPZTの角柱〔450μｍ×450μｍ×４mm（高
さ）〕がジルコニア板に接着されたPZT基板（厚
さ：１mm）上に規則正しく配列して直立するジル
コニア−PZT角柱複合板を得た。
ジルコニア−PZT角柱複合板の周囲に型枠板
をはめ込み、成形型を形成し、この成形型にシリ
コンゴム（型取り用ゴム、信越シリコンKE12、
硬度：40）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−ジルコニア−
PZT角柱複合板を得た。
シリコンゴム−ジルコニア−PZT角柱複合板
の下部のジルコニア板およびこれに接着する
PZT基板の部分を切り落して、シリコンゴムの
マトリツクスにPZTの角柱が規則正しく配列し
たシリコンゴム−PZT複合圧電体〔寸法：10mm
×10mm×４mm（厚さ）、シリコンゴム／PZTの体
積分率：約5/1、PZTの弾性率：6000Kg・ｆ／
mm2、シリコンゴムの弾性率：18Kg・ｆ／mm2〕を得
た。
シリコンゴム−PZT複合圧電体の両面に、電
極として銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気機械
結合係数（kt）、圧電定数（d33、g33）および周
波数定数（Nf）を測定した。
比較のためにPZTの板状物〔10mm×10mm×４
mm（厚さ）〕を切り出し、その両面に電極として、
銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気機械結合係数
（kf）、圧電係数（d33、g33）および周波数定数
（Nf）を測定した。
これらの測定の結果は第１表に示すとおりであ
つた。
実施例 ２
実施例１と同様にして得たPZT−ジルコニア
複合板のPZTの板状物の長さ方向に、実施例１
の厚さ500μｍのダイヤモンド刃を用いて、1.5mm
のピツチで深さ４mmの溝６本を形成し、さらにこ
の溝と直交するようにPZTの板状物の幅方向に、
同じダイヤモンド刃を用いて、1.5mmのピツチで、
深さ４mmの溝６本を形成し、49本（７×７）の角
柱〔850μｍ（角）×４mm（高さ）〕がジルコニア
板に接着されたPZT基板（厚さ：１mm）上に規
則正しく配列して直立するジルコニア−PZT角
柱複合板を得た。
ジルコニア−PZT角柱複合板の周囲に型枠板
をはめ込み、PZTの角柱の間の空所にシリコン
ゴム（接着シール材、東芝シリコーン社製、
TSE399、硬度：30）を充填して、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−
ジルコニア−PZT角柱複合板を得た。
シリコンゴム−ジルコニア−PZT角柱複合板
の下部のジルコニア板およびこれに接着する
PZT基板の部分を切り落して、シリコンゴムの
マトリツクスにPZTの角柱（850μｍ角）49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：10mm×10mm×４mm（厚さ）、PZTの
弾性率6000Kg・ｆ／mm2、シリコンゴムの弾性率：
20Kg・ｆ／mm2、シリコンゴム／PZTの体積分
率：約2/1〕を得た。
シリコンゴム−PZT複合圧電体の両面に、実
施例１と同様に電極として、銀接着剤を塗布し、
比誘電率、電気機械結合係数（kt）、圧電定数
（d33、g33）および周波数定数（Nf）を測定した。
測定の結果は第１表に示すとおりであつた。
参考例 １
シリコンゴムの代りにエポキシ樹脂（油化シエ
ル社製、商品名：エピコート）を使用したこと以
外は、実施例２と同様にして、エポキシ樹脂のマ
トリツクスにPZTの角柱（850μｍ角）49本が規
則正しく配列したエポキシ樹脂−PZT複合圧電
体〔寸法：10mm×10mm×４mm（厚さ）、PZTの弾
性率：6000Kg・ｆ／mm2、エポキシ樹脂の弾性率：
250Kg・ｆ／mm2、エポキシ樹脂／PZTの体積分
率：約3/1〕を得た。
エポキシ樹脂−PZT複合圧電体の比誘電率、
電気機械結合係数（kt）、圧電定数（d33、g33）
および周波数定数（Nf）を実施例２と同様にし
て測定した。
測定の結果は第１表に示すとおりであつた。
[Industrial Application Field] The present invention is an organic polymer with a low elastic modulus that vibrates only in the thickness direction without vibrating in the plane direction.
The present invention relates to a ceramic piezoelectric plate, and more particularly to an organic polymer-ceramic composite piezoelectric body in which rod-shaped ceramic piezoelectric bodies are arranged in a matrix of an organic polymer with a low modulus of elasticity. The organic polymer-ceramics composite piezoelectric material of the present invention can vibrate only in the thickness direction without vibrating in the plane direction, and can be used as a highly sensitive pressure sensor or ultrasonic oscillator. Furthermore, it can also be used as a detection element for ultrasonic waves with a fixed vibration direction. [Technical background and explanation of conventional technology] Up to now, PZT (lead titanate/lead zirconate),
Many piezoelectric materials such as metal titanates have been developed, but piezoelectric materials that utilize the piezoelectric positive effect, i.e., ultrasonic receiving elements or pressure-sensitive sensors, are soft, electromechanical coupling coefficients, and piezoelectric voltage constants. Piezoelectric materials with high electromechanical coupling coefficients and piezoelectric voltage constants have been attempted to be manufactured by combining inorganic ceramic piezoelectric materials such as barium titanate and PZT with polymeric organic materials. ing. In the United States, Newham et al.
They create thin PZT fibers, combine them with organic matter, and perform polarization processing. [Journal of the American Ceramic Society]
Ceramic Society) Volume 64 No. 1 No. 5-8
Page] However, with this method, it is difficult to uniformly apply a high voltage to the composite material because the electrical properties of PZT and the organic material are different. Therefore, Takeuchi et al. produced a composite piezoelectric material with a similar structure (1-3 bond structure) by cutting thin sheets of polarized PZT. (Japanese Unexamined Patent Publication No. 58-21883) In addition, in order to manufacture a composite piezoelectric material of an inorganic piezoelectric material and an organic material with a small volume fraction with less material loss, an inorganic piezoelectric material with a cut of a predetermined width is made. A composite piezoelectric material is produced by gluing piezoelectric plates parallel to a substrate at predetermined intervals, filling the voids with a curable synthetic resin liquid, and cutting off unnecessary parts after curing. That is what is being attempted. (Special application 1986-
256970) The present inventors have been conducting research on titanate metal salts such as barium titanate or lead titanate for many years. It was discovered that a composite piezoelectric material that vibrates in only one direction but does not vibrate in other directions when a voltage is applied can be obtained, and based on this knowledge, the present invention was achieved. [Object of the Invention and Summary of the Invention] An object of the present invention is to provide a composite piezoelectric material having a high piezoelectric voltage constant exhibiting pressure sensitivity.
The purpose is to provide a composite piezoelectric material with a high piezoelectric voltage constant, and more specifically, when an alternating current voltage is applied, it has vibration (resonance) in only a certain direction and no vibration (resonance) in other directions. The object of the present invention is to provide a composite piezoelectric material which is free from noise and thereby has excellent pressure sensitivity. Another object of the present invention is to provide a composite piezoelectric material that can be used as a highly sensitive pressure-sensitive sensor, an ultrasonic oscillator, or a fixed-direction ultrasonic detection element. The present invention provides a synthetic resin-inorganic piezoelectric composite piezoelectric material in which rod-shaped inorganic piezoelectric bodies are arranged in a synthetic resin matrix, in which the synthetic resin of the matrix is
It must have an elastic modulus of 50Kg・f/mm 2 ,
and when the inorganic piezoelectric material has an elastic modulus greater than 6000 Kg・f/mm 2 and thereby has a high piezoelectric voltage constant while maintaining a good electromechanical coupling coefficient, and further when an alternating current voltage is applied. It is a composite piezoelectric material characterized by having the characteristic of vibrating only in a certain direction and not vibrating in other directions. In the composite piezoelectric material of the present invention, (a) square columns of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 kg/f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate, and 1 to 50 kg are placed in the spaces between the square columns of an inorganic piezoelectric plate;・f/ mm2
filling and curing a synthetic resin having an elastic modulus of It is manufactured by cutting out a composite piezoelectric material in which piezoelectric prisms are regularly arranged. 6000Kg・in the production of the composite piezoelectric material of the present invention
An inorganic piezoelectric prismatic plate, in which prisms of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate, is one of the inorganic piezoelectric plate-like materials having an elastic modulus of 6000 kg/f/mm 2 or more. After making cuts on one surface at a predetermined pitch to form parallel grooves, cuts perpendicular to the parallel grooves are made to form parallel grooves, thereby forming a parallel groove on the inorganic piezoelectric substrate. It is made by obtaining an inorganic piezoelectric prism plate in which the inorganic piezoelectric prisms are regularly arranged and standing upright.
It is preferable to perform polarization treatment in the thickness direction in advance. 6000Kg・in the production of the composite piezoelectric material of the present invention
An inorganic piezoelectric prismatic plate in which prisms of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate, and an inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more in its width direction. A comb-shaped inorganic piezoelectric board is made by making a cut from the side of the inorganic piezoelectric material, and the comb-shaped inorganic piezoelectric board is placed on the substrate with the roots of the teeth of the comb made from square pillars of the inorganic piezoelectric material as the comb teeth. It can also be made by bonding so that the back side is in contact with the substrate and arranged in parallel with a predetermined interval, but before manufacturing, the width direction of the inorganic piezoelectric plate is pre-marked. It is preferable to perform polarization treatment. Furthermore, in producing the composite piezoelectric material of the present invention,
A plate-like inorganic piezoelectric material can be bonded to the bottom plate of the mold, and the substrate to which the comb-shaped inorganic piezoelectric material is bonded is preferably used as the bottom plate of the mold. The synthetic resin in the composite piezoelectric material of the present invention can be silicone rubber, urethane rubber, or butadiene rubber, and the inorganic piezoelectric material can be lead titanate/lead zirconate or barium titanate. [Detailed Description of the Invention] The elastic modulus (Young's modulus) of the synthetic resin in the composite piezoelectric material of the present invention is a value obtained by actually measuring the magnitude of distortion that occurs when stress is applied, and is a value determined by JIS
This is a value measured according to the standard K-7113-81 (tensile test), and the elastic modulus (Young's modulus) of an inorganic piezoelectric material is calculated from the frequency of free vibration of the inorganic piezoelectric material and the result and density. It is a numerical value,
These are the values determined by the Electronic Materials Industries Association Standard EMAS-6007 "Test Method for Piezoelectric Ceramic Vibrators" by the Electronics Materials Industries Association (March 1986). These values are the pressures (Kg·f/mm 2 ) required to cause compressive strain in the material. The composite piezoelectric material of the present invention has an inorganic material having an elastic modulus of 6000 Kg·f/mm 2 or more in a synthetic resin matrix 18 having an elastic modulus of 1 to 50 Kg·f/mm 2 as shown in FIG. 2B. It has a structure in which piezoelectric rod-shaped objects 17 are regularly arranged. The inorganic piezoelectric rod-shaped object 17 is polarized in its length direction. When the composite piezoelectric element of the present invention is used as a pressure-sensitive sensor or an ultrasonic oscillator, the third
Electrodes 19, 19 as shown in the figure are formed on the front and back surfaces of the electrodes 19, 19, and an alternating current voltage is applied to the electrodes 19, 19 to vibrate the inorganic piezoelectric rod-shaped object 17 or to apply an AC voltage to the electrodes 19, 19. Due to the applied pressure, the synthetic resin 18 and the rod-shaped inorganic piezoelectric material 17
A compressive strain is generated in the compressive strain, and the charge generated by the compressive strain is detected as a (+) or (-) charge at the electrodes 19, 19. Any synthetic resin can be used in the composite piezoelectric material of the present invention as long as it has an elastic modulus of 1 to 50 Kg·f/mm 2 . It is preferable to use silicone rubber, urethane rubber, or butadiene rubber having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more, and the inorganic piezoelectric material in the inorganic piezoelectric rod-shaped object may have an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more. You can use any material such as 6000Kg.
Preferably, lead zirconate titanate (PZT) or barium titanate having an elastic modulus of f/mm 2 or more is used. Next, the method for manufacturing the composite piezoelectric material of the present invention will be explained in more detail. After polarizing the inorganic piezoelectric plate 11 having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more in its thickness direction, the inorganic piezoelectric plate 11 is attached to the bottom plate of the mold using an adhesive 13. 12 to produce an inorganic piezoelectric material-bottom plate composite plate [FIG. 1A] shown in FIG. 1A. The inorganic piezoelectric material-bottom plate composite plate is fixed to a holder of a precision cutting machine, and the substrate 15 is cut at a predetermined pitch.
After forming parallel grooves 14 with a predetermined interval by making a cut deep enough to leave the grooves 14
A groove 16 is made by making a cut perpendicular to the substrate 15 and leaving the substrate 15.
Then, an inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite (FIG. 1C) in which a large number of inorganic piezoelectric prisms 17 are regularly arranged is manufactured. A side wall frame of a mold is fitted around the inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite to form a mold in which the inorganic piezoelectric prisms 17 are regularly arranged and stand upright. After filling the mold with a synthetic resin having an elastic modulus of f/mm 2 , the synthetic resin is cured to form a synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite (FIG. 2A) in the mold. The side wall frame (not shown) of the mold is removed to produce a synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite. This synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite is made by bonding an inorganic piezoelectric substrate 15 to the bottom plate 12 of a mold, and attaching a large number of inorganic Piezoelectric prisms 17 are regularly arranged and stand upright, and the spaces between the inorganic piezoelectric prisms 17 are filled with hardened synthetic resin 18 to form a hardened synthetic resin matrix. The composite piezoelectric material of the present invention is manufactured by cutting off the bonding plate between the inorganic piezoelectric substrate 15 and the bottom plate 12 of the mold at the bottom of this synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite using a cutter. As shown in FIG. 2B, the composite piezoelectric material of the present invention has a large number of inorganic piezoelectric prisms 17 regularly arranged in a synthetic resin matrix 18 having an elastic modulus of 1 to 50 Kg·f/mm 2 . However, since the elastic modulus of the synthetic resin of the matrix 18 is small, it can be deformed into any shape, and its piezoelectric performance is also good. (that is, in the thickness direction of the composite piezoelectric material). Moreover, the composite piezoelectric material of the present invention can also be manufactured by the method shown below. After polarizing the inorganic piezoelectric plate 21 having an elastic modulus of 6000 kg/f/mm 2 or more in its width direction,
This inorganic piezoelectric body plate 21 is fixed to a holder of a precision cutting machine, and cuts 23 are made at predetermined pitches, leaving the base 22. The square pillars 17 of the inorganic piezoelectric body are made into comb teeth. Connected comb-shaped inorganic piezoelectric plates [Fig. 4B] are made, and the comb-shaped inorganic piezoelectric plates are arranged in parallel at a predetermined interval and adhered to the substrate 12 with an adhesive.
An inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite [Fig. 4C] is manufactured. A side wall frame of a mold is fitted around the inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite to form a mold in which the inorganic piezoelectric prisms 17 are regularly arranged and stand upright. After filling the mold with a synthetic resin having an elastic modulus of f/mm 2 , the synthetic resin is cured to form a synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite in the mold. Side wall frame of mold (not shown)
is removed to produce a synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite. This synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite has a structure substantially similar to that shown in FIG. A large number of inorganic piezoelectric prisms 17 are arranged in parallel on the base 22 and stand upright in a regular arrangement on the substrate 12, and the spaces between the inorganic piezoelectric prisms 17 are filled with hardened synthetic resin 1.
8 to form a hardened synthetic resin matrix. The base 22 of the inorganic piezoelectric material at the bottom of this synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite;
The composite piezoelectric material of the present invention (FIG. 2B) on top of the combined synthetic resin and substrate 12 is cut off using a cutter. The present invention will be explained in more detail below by showing an example of implementing the present invention and a reference example. Example 1 PZT (lead titanate/lead zirconate) plate [10
mm (length) x 10 mm (width) x 5 mm (thickness)] is subjected to polarization treatment in the thickness direction, and this PZT plate-like body is polarized in the thickness direction of a zirconia plate [10 mm (length) x 10 mm (width) x 2 mm (thickness). PZT-
A zirconia composite plate was obtained. Using a 500μm thick diamond blade, eight parallel grooves with a pitch of 1.1mm and a depth of 4mm were formed on the PZT plate of the PZT-zirconia composite plate, and further in the direction perpendicular to these grooves. , using the same diamond blade, 8 parallel grooves with a depth of 4 mm were similarly formed, and 81 grooves (9×
A zirconia-PZT prismatic composite plate was obtained in which the PZT prismatic columns [450 μm x 450 μm x 4 mm (height)] of 9) were regularly arranged and stood upright on a PZT substrate (thickness: 1 mm) adhered to a zirconia plate. A mold plate is fitted around the zirconia-PZT prismatic composite plate to form a mold, and silicone rubber (molding rubber, Shin-Etsu Silicon KE12,
After filling silicone rubber (hardness: 40) and curing the silicone rubber, remove the form plate and place the silicone rubber - zirconia -
A PZT prismatic composite plate was obtained. Zirconia plate at the bottom of the silicone rubber-zirconia-PZT prismatic composite plate and bonded to this
A silicone rubber-PZT composite piezoelectric material is created by cutting off a portion of the PZT substrate and making PZT square pillars regularly arranged in a silicone rubber matrix [Dimensions: 10mm]
×10mm×4mm (thickness), silicone rubber/PZT volume fraction: approx. 5/1, PZT elastic modulus: 6000Kg・f/
mm 2 , elastic modulus of silicone rubber: 18 Kg·f/mm 2 ]. Silver adhesive was applied as electrodes on both sides of the silicone rubber-PZT composite piezoelectric material, and the relative dielectric constant, electromechanical coupling coefficient (kt), piezoelectric constant (d 33 , g 33 ), and frequency constant (Nf) were measured. . For comparison, PZT plate [10mm x 10mm x 4
mm (thickness)] and use it as electrodes on both sides.
A silver adhesive was applied, and the dielectric constant, electromechanical coupling coefficient (kf), piezoelectric coefficient (d 33 , g 33 ), and frequency constant (Nf) were measured. The results of these measurements were as shown in Table 1. Example 2 In the length direction of the PZT plate-shaped PZT-zirconia composite plate obtained in the same manner as in Example 1, Example 1
1.5mm using a 500μm thick diamond blade.
6 grooves with a depth of 4 mm were formed at the pitch of
Using the same diamond blade, with a pitch of 1.5mm,
Six grooves with a depth of 4 mm were formed, and 49 (7 x 7) square columns [850 μm (square) x 4 mm (height)] were regularly placed on a PZT substrate (thickness: 1 mm) glued to a zirconia plate. A zirconia-PZT prismatic composite plate that is arranged and stands upright was obtained. Insert a formwork board around the zirconia-PZT prismatic composite board, and fill the spaces between the PZT prismatics with silicone rubber (adhesive sealant, manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.).
After filling the silicone rubber with TSE399 (hardness: 30) and curing the silicone rubber, remove the form plate and remove the silicone rubber.
A zirconia-PZT prismatic composite plate was obtained. Zirconia plate at the bottom of the silicone rubber-zirconia-PZT prismatic composite plate and bonded to this
A silicone rubber-PZT composite piezoelectric material is obtained by cutting off a portion of the PZT substrate and regularly arranging 49 PZT prisms (850 μm square) in a silicone rubber matrix [Dimensions: 10mm x 10mm x 4mm (thickness), elastic modulus of PZT] 6000Kg・f/mm 2 , elastic modulus of silicone rubber:
20Kg·f/mm 2 , silicone rubber/PZT volume fraction: approximately 2/1] was obtained. Silver adhesive was applied as electrodes on both sides of the silicone rubber-PZT composite piezoelectric body as in Example 1,
The relative dielectric constant, electromechanical coupling coefficient (kt), piezoelectric constant (d 33 , g 33 ) and frequency constant (Nf) were measured. The measurement results were as shown in Table 1. Reference Example 1 PZT square prisms (850 μm square) were used in the epoxy resin matrix in the same manner as in Example 2, except that epoxy resin (manufactured by Yuka Shell Co., Ltd., trade name: Epicoat) was used instead of silicone rubber. Epoxy resin-PZT composite piezoelectric body with regularly arranged books [Dimensions: 10 mm x 10 mm x 4 mm (thickness), PZT elastic modulus: 6000 Kg・f/mm 2 , Epoxy resin elastic modulus:
250Kg·f/mm 2 , volume fraction of epoxy resin/PZT: approximately 3/1] was obtained. Relative permittivity of epoxy resin-PZT composite piezoelectric material,
Electromechanical coupling coefficient (kt), piezoelectric constant (d 33 , g 33 )
and frequency constant (Nf) were measured in the same manner as in Example 2. The measurement results were as shown in Table 1.
【表】
第１表によると、シリコンゴムのマトリツクス
中のPZTの角柱を複合した圧電材料はPZT単独
の圧電体と比較すると、比誘電率は1/3となり、
電気機械結合係数（kt）は略々同等であるが、圧
電定数（g33）は３倍近くになつている。
圧電定数（g33）は感圧感度の尺度であるから、
シリコンゴムのマトリツクス中のPZTの角柱を
複合することによつて感圧感度が上昇することが
わかる。
参考例 ２
（共振特性の測定）
実施例１のシリコンゴム−PZT複合圧電体お
よび比較のためのPZT圧電体、実施例２のシリ
コンゴム−PZT複合圧電体、および参考例１の
エポキシ樹脂−PZT複合圧電体に交流電圧を印
加し、各周波数におけるインピーダンスを、イン
ピーダンスアナライザーにより測定した。
測定の結果は、第５図（PZT圧電体）、第６図
（参考例１のエポキシ樹脂−PZT圧電体）、第７
図（実施例１のシリコンゴム−PZT圧電体）お
よび第８図（実施例２のシリコンゴム−PZT圧
電体）に示すとおりであつた。
第５図における１、および第６図における３の
ピークは、圧電体板の面方向の振動の共振周波数
におけるピークであり、第５図における２、第６
図における４、第７図における５、および第８図
における６のピークは、圧電体の厚み方向
（PZTの角柱の分極処理の方向）の振動の共振周
波数におけるピークである。
これらの結果から、PZT単独の圧電体板およ
びPZTに弾性率の高い樹脂を複合した圧電体は、
交流電圧の印加によつて、圧電体板の厚み方向の
振動をするだけでなく、面方向の振動をするのに
対して、PZTに弾性率の低い樹脂を複合した圧
電体板は、交流電圧の印加によつて、圧電体板の
面方向の振動はせずに、厚み方向（PZTの角柱
の分極方向）の振動だけをすることがわかる。
実施例 ３
チタン酸バリウム板〔10mm（長さ）×８mm（幅）
×0.9mm（厚さ）〕に、その幅方向の分極処理を施
し、このチタン酸バリウム板、その幅方向を立て
て、精密切断機のホルダーに固定した。このチタ
ン酸バリウム板に、厚さ50μｍのダイヤモンド刃
を用いて、1.5mmのピツチで、深さ７mmの切込６
本を入れて、チタン酸バリウムの角柱〔0.9mm×
0.9mm×７mm（高さ）〕７本が幅0.6mmの切込６本
により隔てられ、角柱の根元は基部によりつなが
つたクシ形のチタン酸バリウム板を得た。
ポリエチレン型の底板〔10mm×10mm×２mm（厚
さ）〕に、接着剤（アロンアルフアMD−30、東
亜合成化学工業社製品）を用いて、クシ形のチタ
ン酸バリウムの角柱の根元の基部の背面を、0.9
mmの間隔をあけて、７枚接着して、ポリエチレン
型の底板の上に、その根元は基部により各一列に
つながる49本のチタン酸バリウムの角柱〔0.9mm
×0.9mm×７mm（高さ）〕が0.6mmの間隔で規則正
しく配列する構造体〔10mm×10mm×10mm（高さ）〕
を得た。この構造体の周縁にポリエチレン型の側
壁枠〔（内法）10mm×10mm×10mm（高さ）〕をはめ
込み、このポリエチレン型に、シリコンゴム（信
越シリコーンRTVゴムKE112信越化学社製品）
を充填し、硬化して、ポリエチレン型の底板にク
シ形のチタン酸バリウム−シリコンゴム複合体が
接着された結合体を得た。
この結合体をポリエチレン型の側壁枠から取り
出し、チタン酸バリウムの角柱とシリコンゴムか
らなる部分を、チタン酸バリウムの角柱の根元の
基部とシリコンゴムがポリエチレン型の底板に接
着する板状物から切り取り、シリコンゴムマトリ
ツクス中にチタン酸バリウムの角柱49本が0.6mm
の間隔で規則正しく配列したチタン酸バリウム−
シリコンゴム複合圧電材料〔10mm×10mm×6.5mm
（厚さ）〕を得た。
このチタン酸バリウム−シリコン複合圧電材料
の両面に、電極として銀接着剤を塗布し、比誘電
率、電気機械結合係数（kt）、圧電定数（d33、
g33）および共振定数を測定した。
これらの電気特性の比較のために、材料として
使用したチタン酸バリウム板の両側面に電極とし
て銀接着剤を塗布し、チタン酸バリウム−シリコ
ン複合圧電材料と同様に、比誘電率、電気機械結
合係数（kt）、圧電定数（d33、g33）および共振
特性を測定した。
比誘電率、電気機械結合係数（kt）、および圧
電定数（d33、g33）の測定の結果は第２表に示す
とおりであり、共振特性の測定の結果は第９図に
示すとおりであつた。[Table] According to Table 1, a piezoelectric material made of a composite of PZT prisms in a silicone rubber matrix has a dielectric constant of 1/3 compared to a piezoelectric material made of PZT alone.
Although the electromechanical coupling coefficient (kt) is approximately the same, the piezoelectric constant (g 33 ) is nearly three times as large. Since the piezoelectric constant (g 33 ) is a measure of pressure sensitivity,
It can be seen that the pressure sensitivity increases by combining the PZT prisms in the silicone rubber matrix. Reference Example 2 (Measurement of resonance characteristics) Silicone rubber-PZT composite piezoelectric material of Example 1 and PZT piezoelectric material for comparison, silicone rubber-PZT composite piezoelectric material of Example 2, and epoxy resin-PZT of Reference Example 1 An alternating current voltage was applied to the composite piezoelectric body, and the impedance at each frequency was measured using an impedance analyzer. The measurement results are shown in Fig. 5 (PZT piezoelectric material), Fig. 6 (epoxy resin of reference example 1 - PZT piezoelectric material), and Fig. 7.
The results were as shown in FIG. 8 (silicone rubber-PZT piezoelectric material of Example 1) and FIG. 8 (silicone rubber-PZT piezoelectric material of Example 2). The peaks 1 in FIG. 5 and 3 in FIG. 6 are peaks at the resonant frequency of the vibration in the plane direction of the piezoelectric plate,
The peaks 4 in the figure, 5 in FIG. 7, and 6 in FIG. 8 are peaks at the resonance frequency of vibration in the thickness direction of the piezoelectric body (direction of polarization treatment of the PZT prisms). From these results, piezoelectric plates made of PZT alone and piezoelectric plates made by combining PZT with a resin with a high elastic modulus,
When an AC voltage is applied, the piezoelectric plate not only vibrates in the thickness direction but also vibrates in the planar direction, whereas a piezoelectric plate made of PZT combined with a resin with a low elastic modulus does not respond to AC voltage. It can be seen that by applying , the piezoelectric plate does not vibrate in the plane direction, but only vibrates in the thickness direction (polarization direction of the PZT prisms). Example 3 Barium titanate plate [10 mm (length) x 8 mm (width)
x 0.9 mm (thickness)] was subjected to polarization treatment in its width direction, and this barium titanate plate was fixed in a holder of a precision cutting machine with its width direction upright. Using a diamond blade with a thickness of 50 μm, make 6 cuts with a pitch of 1.5 mm and a depth of 7 mm into this barium titanate plate.
Insert the book into a square column of barium titanate [0.9mm×
A comb-shaped barium titanate plate was obtained in which seven pillars (0.9 mm x 7 mm (height)) were separated by six cuts with a width of 0.6 mm, and the bases of the prisms were connected by the base. Using adhesive (Aron Alpha MD-30, manufactured by Toagosei Kagaku Kogyo Co., Ltd.) on a polyethylene type bottom plate [10 mm x 10 mm x 2 mm (thickness)], attach the back of the base of the base of the comb-shaped barium titanate prism. , 0.9
Glue seven pieces at intervals of mm, and place them on a polyethylene bottom plate with 49 barium titanate prisms connected in a row by the base [0.9 mm].
× 0.9 mm × 7 mm (height)] is arranged regularly at intervals of 0.6 mm [10 mm × 10 mm × 10 mm (height)]
I got it. A polyethylene type side wall frame [(inner dimension) 10 mm x 10 mm x 10 mm (height)] is fitted around the periphery of this structure, and silicone rubber (Shin-Etsu Silicone RTV Rubber KE112 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. product) is inserted into this polyethylene mold.
was filled and cured to obtain a composite in which a comb-shaped barium titanate-silicon rubber composite was adhered to a polyethylene type bottom plate. This combined body is taken out from the side wall frame of the polyethylene mold, and the part consisting of the barium titanate prisms and silicone rubber is cut out from the plate-shaped object where the base of the barium titanate prisms and the silicone rubber are adhered to the bottom plate of the polyethylene mold. , 49 barium titanate prisms in a silicone rubber matrix with a diameter of 0.6 mm
Barium titanate regularly arranged at intervals of
Silicone rubber composite piezoelectric material [10mm x 10mm x 6.5mm
(thickness)] was obtained. Silver adhesive was applied as electrodes on both sides of this barium titanate-silicon composite piezoelectric material, and the relative dielectric constant, electromechanical coupling coefficient (kt), piezoelectric constant (d 33 ,
g 33 ) and resonance constants were measured. In order to compare these electrical properties, silver adhesive was applied as electrodes on both sides of the barium titanate plate used as the material, and the relative dielectric constant and electromechanical coupling were The coefficient (kt), piezoelectric constant (d 33 , g 33 ) and resonance characteristics were measured. The measurement results of the relative permittivity, electromechanical coupling coefficient (kt), and piezoelectric constants (d 33 , g 33 ) are shown in Table 2, and the measurement results of the resonance characteristics are shown in Figure 9. It was hot.
交流電圧を印加したときに、一定の方向だけの
振動をするが、他の方向の振動をしない。そして
一定の方向の振動により電荷を生じるが、他の方
向の振動では電荷を生じないから、一定の方向の
振動による超音波を検出することができ、ノイズ
による障害がない。
無機圧電体単独のときの電気機械結合係数
（kt）を維持したままで、圧電定数（g33）が大き
くなるが、これは感圧感度の上昇である。
これらの特性によつて高感度の感圧センサーま
たは超音波の発振素子または検出素子として使用
することができる。
When AC voltage is applied, it vibrates only in a certain direction, but not in other directions. Vibration in a certain direction generates an electric charge, but vibration in other directions does not, so ultrasonic waves caused by vibration in a certain direction can be detected without interference from noise. The piezoelectric constant (g 33 ) increases while maintaining the electromechanical coupling coefficient (kt) of the inorganic piezoelectric material alone, which is an increase in pressure sensitivity. Due to these characteristics, it can be used as a highly sensitive pressure-sensitive sensor or an ultrasonic oscillation element or detection element.
第１図は本発明の複合圧電材料の製作における
無機圧電体角柱−底板複合体の製作の一例を示
し、Ａは無機圧電体−底板複合板の斜面図、Ｂは
平行な溝を形成した無機圧電体−底板複合板の斜
面図、そしてＣは無機圧電体角柱−底板複合体の
斜面図である。第２図は本発明の複合圧電材料の
製作工程を示し、Ａは合成樹脂−無機圧電体角柱
−底板複合体の斜面図、そしてＢは本発明の複合
圧電材料の斜面図である。第３図は本発明の複合
圧電材料に電極を取り付けた一例の斜面図であ
る。第４図は本発明の複合圧電材料の製作におけ
る無機圧電体角柱−底板複合体の製作の他の一例
の製作を示し、Ａは無機圧電体板の斜面図、Ｂは
クシ形の無機圧電体板の斜面図、そしてＣは無機
圧電体角柱−底板複合体の斜面図である。第５
図、第６図、第７図および第８図は参考例２の測
定の結果を示す図表、そして第９図は実施例３に
おける測定の結果を示す図表である。
FIG. 1 shows an example of the production of an inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite in the production of the composite piezoelectric material of the present invention, where A is a perspective view of the inorganic piezoelectric material-bottom plate composite plate, and B is an inorganic piezoelectric material with parallel grooves formed. C is a perspective view of a piezoelectric body-bottom plate composite plate, and C is a perspective view of an inorganic piezoelectric prism-base plate composite plate. FIG. 2 shows the manufacturing process of the composite piezoelectric material of the present invention, in which A is a perspective view of a synthetic resin-inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite, and B is a perspective view of the composite piezoelectric material of the present invention. FIG. 3 is a perspective view of an example in which electrodes are attached to the composite piezoelectric material of the present invention. FIG. 4 shows another example of the production of an inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite in the production of the composite piezoelectric material of the present invention, where A is a slope view of the inorganic piezoelectric plate and B is a comb-shaped inorganic piezoelectric material. C is a perspective view of the plate, and C is a perspective view of the inorganic piezoelectric prism-bottom plate composite. Fifth
6, 7, and 8 are charts showing the results of measurements in Reference Example 2, and FIG. 9 is a chart showing the results of measurements in Example 3.
Claims (1)
配列する合成樹脂−無機圧電体複合圧電材料にお
いて、マトリツクスの合成樹脂が１〜50Kg・ｆ／
mm2の弾性率を有するものであること、および無機
圧電体が6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有するも
のであることを特徴とする複合圧電材料。 ２ マトリツクスの合成樹脂が、シリコンゴム、
ウレタンゴムおよびブタジエンゴムからなる群よ
り選択されたものであること、および無機圧電体
が、チタン酸・ジルコン酸鉛またはチタン酸バリ
ウム圧電体であることを特徴とする特許請求の範
囲第１項に記載の複合圧電材料。 ３ 棒状の無機圧電体が、その長さ方向の分極処
理を施されたものであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項に記載の複合圧電材
料。 ４ (a) 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無
機圧電体の角柱が基板上に規則正しく配列する
無機圧電体角柱板の角柱の間の空所に１〜50
Kg・ｆ／mm2の弾性率を有する合成樹脂を充填
し、硬化して、合成樹脂−無機圧電体角柱板複
合体をつくること、および (b) 合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体から合成
樹脂マトリツクス中に無機圧電体の角柱が規則
正しく配列する複合圧電材料を切り取ること、 を特徴とする複合圧電材料の製作方法。 ５ 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の角柱が基板上に規則正しく配列する無機圧
電体角柱板が、 (a) 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の板状物の一つの面に、所定のピツチにお
いて、切目を入れて、平行な溝を形成するこ
と、 (b) この無機圧電体の板状物の平行な溝を形成し
た面に、平行な溝と直交する切目を入れて、平
行な溝を形成すること、 によりつくられたものであることを特徴とする特
許請求の範囲第４項に記載の複合圧電材料の製作
方法。 ６ 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の板状物が、成形型の底板上に接着されたも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第５項
に記載の複合圧電材料の製作方法。 ７ 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の板状物が、厚み方向の分極処理の施された
ものであることを特徴とする特許請求の範囲第４
項ないし第６項のいずれかに記載の複合圧電材料
の製作方法。 ８ 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体の角柱が基板上に規則正しく配列する無機圧
電体角柱板が、 (a) 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機圧
電体板に、その幅方向の側面より切目を入れ
て、無機圧電体の角柱をクシの歯とするクシ形
の無機圧電体板をつくること、および (b) 基板上に、クシ形の無機圧電体板を、そのク
シの歯の根元の背面が基板と接触し、所定の間
隔をあけて平行に並ぶように、接着すること、 によつてつくられたものであることを特徴とする
特許請求の範囲第４項に記載の複合圧電材料の製
作方法。 ９ クシ形の無機圧電体を接着する基板が、成形
型の底板であることを特徴とする特許請求の範囲
第８項に記載の複合圧電材料の製作方法。 １０ 6000Kg・ｆ／mm2以上の弾性率を有する無機
圧電体板が、その幅方向の分極処理の施されたも
のであることを特徴とする特許請求の範囲第４
項、第８項および第９項のいずれかに記載の複合
圧電材料の製作方法。 １１ 合成樹脂が、シリコンゴム、ウレタンゴム
およびブタジエンゴムからなる群より選択された
ものであること、および無機圧電体が、チタン
酸・ジルコン酸鉛またはチタン酸バリウム圧電体
であることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
いし第１０項のいずれかに記載の複合圧電材料の
製作方法。[Claims] 1. A synthetic resin-inorganic piezoelectric composite piezoelectric material in which rod-shaped inorganic piezoelectric materials are arranged in a synthetic resin matrix, in which the synthetic resin of the matrix is 1 to 50 kg·f/
1. A composite piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg·f/mm 2 or more, and an inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg·f/mm 2 or more. 2 The synthetic resin of the matrix is silicone rubber,
Claim 1 is characterized in that the piezoelectric material is selected from the group consisting of urethane rubber and butadiene rubber, and the inorganic piezoelectric material is a lead titanate-zirconate or barium titanate piezoelectric material. Composite piezoelectric material described. 3. The composite piezoelectric material according to claim 1 or 2, wherein the rod-shaped inorganic piezoelectric material is polarized in its longitudinal direction. 4 (a) Square columns of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate.
Filling with a synthetic resin having an elastic modulus of Kg·f/mm 2 and curing to produce a synthetic resin-inorganic piezoelectric prismatic plate composite; and (b) from the synthetic resin-inorganic piezoelectric prismatic plate composite. A method for producing a composite piezoelectric material, comprising: cutting out a composite piezoelectric material in which prisms of inorganic piezoelectric bodies are regularly arranged in a synthetic resin matrix. 5. An inorganic piezoelectric prismatic plate in which prisms of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate, (a) An inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more (b) to make parallel grooves by making cuts at a predetermined pitch on one surface of the inorganic piezoelectric plate; 5. The method of manufacturing a composite piezoelectric material according to claim 4, wherein the composite piezoelectric material is made by: making cuts perpendicular to the parallel grooves to form parallel grooves. 6. The composite according to claim 5, characterized in that a plate-like inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more is adhered to the bottom plate of a mold. Method of manufacturing piezoelectric materials. 7 Claim 4, characterized in that the inorganic piezoelectric plate having an elastic modulus of 6000 Kg·f/mm 2 or more is polarized in the thickness direction.
A method for manufacturing a composite piezoelectric material according to any one of items 6 to 6. 8 An inorganic piezoelectric prismatic plate in which prisms of inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more are regularly arranged on a substrate, (a) An inorganic piezoelectric material having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more (b) creating a comb-shaped inorganic piezoelectric plate in which the prisms of the inorganic piezoelectric material are the teeth of the comb by making cuts in the side surface in the width direction; and (b) placing the comb-shaped inorganic piezoelectric material on the substrate; A patent claim characterized in that the board is made by adhering the boards so that the back surfaces of the roots of the comb teeth are in contact with the substrate and are arranged in parallel with a predetermined interval. A method for manufacturing a composite piezoelectric material according to scope 4. 9. The method of manufacturing a composite piezoelectric material according to claim 8, wherein the substrate to which the comb-shaped inorganic piezoelectric material is bonded is a bottom plate of a mold. 10 Claim 4, characterized in that the inorganic piezoelectric plate having an elastic modulus of 6000 Kg・f/mm 2 or more is polarized in its width direction.
9. A method for manufacturing a composite piezoelectric material according to any one of Items 8 and 9. 11. The synthetic resin is selected from the group consisting of silicone rubber, urethane rubber and butadiene rubber, and the inorganic piezoelectric material is lead titanate/lead zirconate or barium titanate piezoelectric material. A method for manufacturing a composite piezoelectric material according to any one of claims 4 to 10.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000097A JPS63168061A (en) | 1987-01-01 | 1987-01-01 | Composite piezoelectric material and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62000097A JPS63168061A (en) | 1987-01-01 | 1987-01-01 | Composite piezoelectric material and manufacture thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63168061A JPS63168061A (en) | 1988-07-12 |
| JPH0415633B2 true JPH0415633B2 (en) | 1992-03-18 |
Family
ID=11464599
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP62000097A Granted JPS63168061A (en) | 1987-01-01 | 1987-01-01 | Composite piezoelectric material and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS63168061A (en) |
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| US6225728B1 (en) * | 1994-08-18 | 2001-05-01 | Agilent Technologies, Inc. | Composite piezoelectric transducer arrays with improved acoustical and electrical impedance |
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-
1987
- 1987-01-01 JP JP62000097A patent/JPS63168061A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63168061A (en) | 1988-07-12 |
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