JPH04213883A - ハイドロフォン用圧電複合物 - Google Patents

ハイドロフォン用圧電複合物

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JPH04213883A
JPH04213883A JP2409974A JP40997490A JPH04213883A JP H04213883 A JPH04213883 A JP H04213883A JP 2409974 A JP2409974 A JP 2409974A JP 40997490 A JP40997490 A JP 40997490A JP H04213883 A JPH04213883 A JP H04213883A
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piezoelectric
ceramic
mixed
average particle
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JP2409974A
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Hisao Sakano
坂野 久夫
Koji Ogura
小倉 幸治
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Niterra Co Ltd
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NGK Spark Plug Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はチタン酸ジルコン酸鉛粉
末やチタン酸鉛粉末等の圧電セラミック粉末を、所定の
ポリマー中に分散、配合してなる圧電複合物、特に水中
での音響変換素子として利用されるハイドロフォン用圧
電複合物に関するものである。
【0002】
【従来技術】クロロプレンゴム、フッ素ゴム等の合成ゴ
ムあるいはポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナイロン等の合
成樹脂等のうちから目的に応じて選択した所定のポリマ
ー中に、チタン酸ジルコン酸鉛粉末(以下PTZ粉末と
いう)やチタン酸鉛粉末(以下PT粉末という)等の圧
電セラミック粉末を分散、配合してなるハイドロフォン
用圧電複合物は公知である。
【0003】ところでこの圧電複合物を用いた音響変換
素子は、シート状(図4)、同軸ケーブル状(図5)、
円筒状(図6)に構成され、水中を伝播する音響波を電
気信号に変換する受波器として用いられたり、逆に所定
周波数の交番電圧を受けて励起し、これにより音響波を
水中に照射する送波器として利用されるが、いずれの場
合も圧電複合物としては水中における圧電定数dh(以
下単にdhという)が高いことが望まれる。このdh値
が高いほどS/N比が良く、高性能の送受波器を得るこ
とができる。
【0004】前記水中圧電定数dhは、dh=d33+
2d31式で示され、通常、d31は負符号を示すから
、d33値が大きく、かつ|d31|値が小さいほど高
くなる。従って前記PZT粉末はd33、|d31|の
いずれも大きく、圧電定数比|d31/d33|は0.
42と大きい。またPT粉末はd33、|d31|のい
ずれも小さく(特に|d31|はその異方性により極め
て小さい)、圧電定数比|d31/d33|は0.12
と小さいが、いずれも期待し得るほどの高いdhが得ら
れない。そこで、圧電定数比|d31/d33|の小さ
いPZT粉末と圧電定数比|d31/d33|の大きい
PT粉末とを混ぜた圧電セラミック混合粉末の使用が考
えられた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのようなP
ZT粉末とPT粉末とを単に混ぜるだけでは、目的とす
る高いdhを得られないことがわかった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、この種の
圧電複合物のdhを向上させるために種々検討した結果
、PZT粉末とPT粉末とを混合する際に、PZT粉末
の平均粒径とPT粉末の平均粒径をできれば2倍以上異
ならせること、更にPZT粉末をPT粉末より多量に配
合すること、また更にこの圧電セラミック混合粉末をポ
リマーに対し充分多くすること等の手段を講じることに
よって、この目的を達成することに想到した。
【0007】即ち、本発明は、圧電定数比|d31/d
33|と平均粒径とをそれぞれ異にする二種類の圧電セ
ラミック混合粉末を、所定のポリマー中に分散、混合し
たものであり、更に前記セラミック混合粉末中の一方の
圧電セラミック粉末と他方の圧電セラミック粉末との配
合割合を体積比で3:2〜9:1に限定すると共に前記
セラミック混合粉末を、ポリマー中に65体積%〜75
体積%配合したものである。
【0008】
【作用】圧電定数比|d31/d33|の大きい圧電セ
ラミック粉末は、PZT粉末で代表されるようにd33
が大きい。また圧電定数比|d31/d33|の小さい
ものはPT粉末で代表されるように|d31|が小さい
。このためdh=d33+2d31式より高いdhが得
られる。またこれら二種の圧電セラミック粉末の平均粒
径を異ならせてあるから、平均粒径の等しい粉末を混ぜ
る場合に比しポリマー中に密に充填することができ、こ
れによりセラミック粒子間に存在する気泡が減少し、d
hの圧力依存性を小さくし得る。更に圧電定数比|d3
1/d33|の小さい粉末を圧電定数比|d31/d3
3|の大きい粉末より体積比で1.5倍から9倍まで高
めると共にポリマーに対し65体積%から75体積%の
高配合で混合している。これによりd33を高値に維持
し、全体としてdhを高めることができる。尚、圧電定
数比|d31/d33|の小さい圧電セラミック粉末と
して、上記のほか、表1に示すように、Pbの一部をB
a,Sr,Caで置換したものやチタン酸バリウム系、
マグネシウム酸ニオブ酸鉛を初めとする他の複合プロベ
スカイト型酸化物との二成分系、三成分系で構成される
ものであってもよく、また圧電定数比|d31/d33
|の大きいものとしては、PT粉末のように異方性のあ
るもの、例えばメタニオブ酸鉛やメタタンタル酸鉛等で
あってもよい。
【0009】
【表1】
【0010】
【実施例】
次に本発明の実施例について、その比較例と比較して説
明する。 ・PZT粉末の製作 PbO,TiO2 ,ZrO2 ,WOの原料をPb(
Ti0.52・Zr0.48)03 +WO5重量%の
組成式になるよう混合し、940℃〜980℃で合成す
る。この合成物を雷かい機により粉砕し、平均粒径がそ
れぞれ2.8μmと7.5μmの二種類のPZT粉末を
得た。このPZT粉末の圧電定数比|d31/d33|
は0.43であった。
【0011】 ・PT粉末の製作 PbO,TiO2 の原料を、PbTiO3 組成にな
るよう混合し、1000℃〜1100℃で焼成する。こ
の焼成物を直ちに水中急冷して平均粒径が3.3μmの
PT粉末を得た。このPT粉末の圧電定数比|d31/
d33|は0.12であった。
【0012】 ・試料Aの準備 7.5μmのPZT粉末と3.3μmのPT粉末とを、
PZT/PT=0/100〜100/0に配分し、これ
らセラミック混合粉末を、クロロプレンゴム中に、体積
%で50,60,65,70,75の割合で配合し、こ
れらを40℃の熱ロールにより縦140mm×横150
mm×厚1mmのシート状に成形し、14MPaの圧力
と170℃の温度下で15分間加熱加硫した後、該シー
トの表裏面に導電塗料を薄くコートして電極を形成し、
該電極間に70KV/cmの直流電圧を印加して分極し
た。
【0013】 ・比較試料Bの準備 2.8μmのPZT粉末と3.3μmのPT粉末とを、
セラミック混合粉末として用いた以外は、上記試料Aと
同様に製作した。
【0014】 ・dhの測定 フロリーナート液を収容した槽内に各試料を浸漬し、常
圧及び周波数40Hzの条件の下にdhを測定し、その
結果を表2と図1に示す。
【0015】 ・dhの圧力依存性の測定 前記試料Aのうちから試料No.1−IV〜 No.1
1−IVと、試料Bのうちから試料No.12 −IV
 No.22−IVを用いて水槽内にて静水圧を0.5
MPaから15MPaに変化させ、dhの減少率を測定
し、その結果を図3に示す。
【0016】
【表2】
【0017】
【表3】
【0018】表2、表3および図1、図2から明示され
るように、PZT粉末とPT粉末の平均粒径がそれぞれ
7.5μmと3.3μmと二倍以上異にし、PZT粉末
の配合料がPT粉末より多量でその混合量がPZT/P
T=60/40体積%〜90/10体積%であり、かつ
ポリマーに対する配合量が65体積%〜75体積%であ
る本発明試料A( No.7−III ,IV,V 、
 No.8−III ,IV,V 、 No.9−II
I ,IV,V 、 No.10−III ,IV,V
 )は、本発明の前記特定範囲から外れた試料A(*印
以外)および比較試料Bに比し水中圧電定数dhが21
×10−12 C/N以上の高値を示し、特に本発明試
料( No.9−IV)は最高の34.5×10−12
 C/Nを示した。
【0019】また図3から明示されるように平均粒径を
異にするセラミック混合粉末を用いている試料Aの場合
、平均粒径がほぼ同等のセラミック混合粉末を用いてい
る試料Bに比し、静水圧の変動によるdhの変化率が小
さくなっており、dhの圧力依存性に優れるという効果
がある。
【0020】上記実施例は、圧電定数比|d31/d3
3|の小さい圧電セラミック粉末としてPZT粉末を選
択し、圧電定数比|d31/d33|の大きい圧電セラ
ミック粉末としてPT粉末を選択したが、前述した他の
圧電セラミック粉末を目的に応じて選択して用いること
ができる。
【0021】更に同実施例ではPZT粉末の平均粒径を
PT粉末のそれより大きくしているが、逆にPT粉末の
平均粒径を大きくしてもよく、いずれの場合も少なくと
も二倍以上の差があることが望ましい。
【0022】
【発明の効果】以上の通り本発明の圧電複合物は、水中
圧電定数dhが極めて高値であるだけでなく、dhの圧
力依存性も小さいため、S/Nがよく、送受波特性の高
いハイドロフォン用音響変換素子を提供し得る効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】平均粒径を異にするPZT粉末とPT粉末との
各配合比及びセラミック混合粉末とポリマーとの各配合
比での水中圧電定数dhを示す図である。
【図2】平均粒径が略等しいPZT粉末とPT粉末との
各配合比及びセラミック混合粉末とポリマーとの各配合
比での水中圧電定数dhを示す図である。
【図3】平均粒径を異にするセラミック混合粉末と平均
粒径がほぼ同等のセラミック混合粉末を用いた圧電複合
物のdhの圧力依存性を示す図である。
【図4】シート状音響変換素子の構造を示す斜視図であ
る。
【図5】同軸ケーブル状音響変換素子の構造を示す斜視
図である。
【図6】円筒状音響変換素子の構造を示す斜視図である

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  圧電定数比|d31/d33|と平均
    粒径とをそれぞれ異にする二種類の圧電セラミック混合
    粉末を、所定のポリマー中に分散、混合してなることを
    特徴とするハイドロフォン用圧電複合物。
  2. 【請求項2】  前記セラミック混合粉末中の一方の圧
    電セラミック粉末と他方の圧電セラミック粉末との配合
    割合が、体積比で3:2〜9:1であることを特徴とす
    る請求項1記載のハイドロフォン用圧電複合物。
  3. 【請求項3】  前記セラミック混合粉末がポリマー中
    に65体積%〜75体積%配合されていることを特徴と
    する請求項1記載のハイドロフォン用圧電複合物。
  4. 【請求項4】  前記一方の圧電セラミック粉末が、チ
    タン酸ジルコン酸鉛粉末よりなり他方の圧電セラミック
    粉末が、チタン酸鉛粉末よりなることを特徴とする請求
    項2記載のハイドロフォン用圧電複合物。
  5. 【請求項5】  前記チタン酸ジルコン酸鉛粉末の平均
    粒径がチタン酸鉛粉末の平均粒径より大きいことを特徴
    とする請求項4記載のハイドロフォン用圧電複合物。
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