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Info
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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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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
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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】
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2409974A JPH04213883A (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | ハイドロフォン用圧電複合物 |
US07/803,482 US5246610A (en) | 1990-12-10 | 1991-12-02 | Piezoelectric composite material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2409974A JPH04213883A (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | ハイドロフォン用圧電複合物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04213883A true JPH04213883A (ja) | 1992-08-04 |
Family
ID=18519217
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2409974A Pending JPH04213883A (ja) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | ハイドロフォン用圧電複合物 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5246610A (ja) |
JP (1) | JPH04213883A (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5320910A (en) * | 1991-12-09 | 1994-06-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric composite material |
US5850089A (en) * | 1992-03-13 | 1998-12-15 | American Research Corporation Of Virginia | Modulated-structure of PZT/PT ferroelectric thin films for non-volatile random access memories |
KR950029236A (ko) * | 1994-04-20 | 1995-11-22 | 김은영 | 압전 세라믹-고분자 복합재료 및 그 제조방법 |
US5615466A (en) * | 1994-06-22 | 1997-04-01 | Rutgers University | Mehtod for making piezoelectric composites |
US5539965A (en) * | 1994-06-22 | 1996-07-30 | Rutgers, The University Of New Jersey | Method for making piezoelectric composites |
FR2790635B1 (fr) * | 1999-03-05 | 2001-04-13 | France Etat | Dispositif triboelectrique |
US6245471B1 (en) * | 2000-04-12 | 2001-06-12 | Lexmark International, Inc. | Charge generation layers comprising at least one titanate and photoconductors including the same |
JP3569742B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2004-09-29 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 電歪材料およびその製造方法 |
DE102009030710B4 (de) * | 2009-06-26 | 2019-07-18 | Tdk Electronics Ag | Keramikmaterial und Verfahren zur Herstellung des Keramikmaterials |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5946112B2 (ja) * | 1975-12-29 | 1984-11-10 | 三菱油化株式会社 | アツデンザイリヨウ |
US4841494A (en) * | 1987-07-03 | 1989-06-20 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Underwater piezoelectric arrangement |
-
1990
- 1990-12-10 JP JP2409974A patent/JPH04213883A/ja active Pending
-
1991
- 1991-12-02 US US07/803,482 patent/US5246610A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5246610A (en) | 1993-09-21 |
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