JPH05336597A - 複合圧電体及びその製造方法 - Google Patents
複合圧電体及びその製造方法Info
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- JPH05336597A JPH05336597A JP13727492A JP13727492A JPH05336597A JP H05336597 A JPH05336597 A JP H05336597A JP 13727492 A JP13727492 A JP 13727492A JP 13727492 A JP13727492 A JP 13727492A JP H05336597 A JPH05336597 A JP H05336597A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、圧電性が高く、フレキシブルであ
り、しかも機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体
を提供することを目的とするものである。 【構成】 本発明は、「圧電性セラミックス粉末３２と
ＰＴＦＥ３１とエラストマー３３とからなり分極処理が
施された複合圧電体であって、圧電性セラミックス粉末
３２及びＰＴＦＥ３１がシート化されたエラストマー３
３のマトリックス内部に分散しており、かつマトリック
スがフィブリル化されたＰＴＦＥ３１によって補強され
ていることを特徴とする複合圧電体」をその要旨とする
ものである。
り、しかも機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体
を提供することを目的とするものである。 【構成】 本発明は、「圧電性セラミックス粉末３２と
ＰＴＦＥ３１とエラストマー３３とからなり分極処理が
施された複合圧電体であって、圧電性セラミックス粉末
３２及びＰＴＦＥ３１がシート化されたエラストマー３
３のマトリックス内部に分散しており、かつマトリック
スがフィブリル化されたＰＴＦＥ３１によって補強され
ていることを特徴とする複合圧電体」をその要旨とする
ものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は衝撃センサー、振動セン
サー、感圧センサー、超音波探触子、キーボード、無接
点スイッチなど計測機器分野、医療機器分野、音響機器
分野、情報処理機器分野などに使用できる複合圧電体に
関する。詳細には、圧電性が高く、フレキシブルであ
り、しかも機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体
に関する。
サー、感圧センサー、超音波探触子、キーボード、無接
点スイッチなど計測機器分野、医療機器分野、音響機器
分野、情報処理機器分野などに使用できる複合圧電体に
関する。詳細には、圧電性が高く、フレキシブルであ
り、しかも機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体
に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
複合圧電体１０としては、図１０に示すように、高分子
１３と圧電性セラミックス粉末１２とを混合しシート状
に成形後、このシート表面に金属を蒸着して電極１４を
形成し分極処理を施したものがある。この複合圧電体は
セラミック焼結体よりなる圧電体と比べて成形性が良く
フレキシブルであり、振動を受けた素子が長時間振動し
続ける、所謂リンギング現象が生じにくい。反面、この
複合圧電体にあっては、圧電性セラミックス粉末の充填
率が圧電性セラミックス粉末を保持する材料としてプラ
スチックを用いた場合には５０〜６０容量％が上限とな
っており、圧電性セラミックス粉末を高分子内部に十分
に充填することができず、圧電性の低いものとなってい
た。又、粉末を保持する材料としてクロロプレンゴムを
用いた場合には７０容量％が上限となり、比較的圧電性
の高いものが得られるが、限界付近まで圧電性セラミッ
クス粉末を充填した場合、当該圧電体は脆くなり、フレ
キシブル性も失われていた。
複合圧電体１０としては、図１０に示すように、高分子
１３と圧電性セラミックス粉末１２とを混合しシート状
に成形後、このシート表面に金属を蒸着して電極１４を
形成し分極処理を施したものがある。この複合圧電体は
セラミック焼結体よりなる圧電体と比べて成形性が良く
フレキシブルであり、振動を受けた素子が長時間振動し
続ける、所謂リンギング現象が生じにくい。反面、この
複合圧電体にあっては、圧電性セラミックス粉末の充填
率が圧電性セラミックス粉末を保持する材料としてプラ
スチックを用いた場合には５０〜６０容量％が上限とな
っており、圧電性セラミックス粉末を高分子内部に十分
に充填することができず、圧電性の低いものとなってい
た。又、粉末を保持する材料としてクロロプレンゴムを
用いた場合には７０容量％が上限となり、比較的圧電性
の高いものが得られるが、限界付近まで圧電性セラミッ
クス粉末を充填した場合、当該圧電体は脆くなり、フレ
キシブル性も失われていた。
【０００３】一方、別の複合圧電体として特開昭６１−
２９５６７８号公報に記載のものがある。図１１に示す
ように、この複合圧電体２０はポリテトラフルオロエチ
レン（以下ＰＴＦＥという）２３と圧電性セラミックス
粉末２２との混合物に圧延処理を施して前記ＰＴＦＥ２
３をフィブリル化し、更にこれを延伸して多孔質のフィ
ルム組織とし、次いで、このフィルムにシリコーンゴム
２１を含浸した後、このフィルム表面に金属を蒸着して
電極２４を形成し分極処理を施して得られるものであ
る。
２９５６７８号公報に記載のものがある。図１１に示す
ように、この複合圧電体２０はポリテトラフルオロエチ
レン（以下ＰＴＦＥという）２３と圧電性セラミックス
粉末２２との混合物に圧延処理を施して前記ＰＴＦＥ２
３をフィブリル化し、更にこれを延伸して多孔質のフィ
ルム組織とし、次いで、このフィルムにシリコーンゴム
２１を含浸した後、このフィルム表面に金属を蒸着して
電極２４を形成し分極処理を施して得られるものであ
る。
【０００４】この複合圧電体にあっては、延伸により多
孔質のフィルムを形成し、このフィルムの孔にシリコー
ンゴムを埋め込むという工程を経て製造されていること
から、圧電性セラミックス粉末間の距離がＰＴＦＥと粉
末とを混合した時点での距離よりも広くなっており、結
果として単位容量における圧電性セラミックス粉末の充
填率は低く、その圧電性も低くなっていた。又、延伸に
より形成された多孔質のフィルムの微細な孔に均一にシ
リコーンゴムを埋め込むことは難しく、該圧電体のフィ
ルム内部にはシリコーンゴムの埋め込まれていない孔が
存在し、分極処理の際に絶縁破壊の原因となったり、圧
電性が低くくなる一因となっていた。更に、この複合圧
電体にあってはＰＴＦＥと粉末とを含むシートを形成
し、これに延伸処理を施すことにより多孔質のフィルム
を形成し、この後にシリコーンゴムを含浸していること
から、該複合圧電体におけるシリコーンゴム量は少なく
なり、ゴム弾性が小さくなっているため、外力を受けた
場合に圧電体が塑性変形を起こすという欠点があった。
孔質のフィルムを形成し、このフィルムの孔にシリコー
ンゴムを埋め込むという工程を経て製造されていること
から、圧電性セラミックス粉末間の距離がＰＴＦＥと粉
末とを混合した時点での距離よりも広くなっており、結
果として単位容量における圧電性セラミックス粉末の充
填率は低く、その圧電性も低くなっていた。又、延伸に
より形成された多孔質のフィルムの微細な孔に均一にシ
リコーンゴムを埋め込むことは難しく、該圧電体のフィ
ルム内部にはシリコーンゴムの埋め込まれていない孔が
存在し、分極処理の際に絶縁破壊の原因となったり、圧
電性が低くくなる一因となっていた。更に、この複合圧
電体にあってはＰＴＦＥと粉末とを含むシートを形成
し、これに延伸処理を施すことにより多孔質のフィルム
を形成し、この後にシリコーンゴムを含浸していること
から、該複合圧電体におけるシリコーンゴム量は少なく
なり、ゴム弾性が小さくなっているため、外力を受けた
場合に圧電体が塑性変形を起こすという欠点があった。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、圧電性が高く、フレキシブルであり、しか
も機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体を提供す
ることを目的とするものである。
ものであり、圧電性が高く、フレキシブルであり、しか
も機械的強度及び受波特性に優れた複合圧電体を提供す
ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明にあっては、「圧電性セラミッ
クス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとからなり分極処理
が施された複合圧電体であって、前記圧電性セラミック
ス粉末及びＰＴＦＥがシート化されたエラストマーのマ
トリックス内部に分散しており、かつマトリックスがフ
ィブリル化されたＰＴＦＥによって補強されていること
を特徴とする複合圧電体」をその要旨とした。
め、請求項１記載の発明にあっては、「圧電性セラミッ
クス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとからなり分極処理
が施された複合圧電体であって、前記圧電性セラミック
ス粉末及びＰＴＦＥがシート化されたエラストマーのマ
トリックス内部に分散しており、かつマトリックスがフ
ィブリル化されたＰＴＦＥによって補強されていること
を特徴とする複合圧電体」をその要旨とした。
【０００７】又、請求項２記載の発明にあっては、「エ
ラストマーとＰＴＦＥとの容積比率が９９．５：０．５
〜８０：２０であることを特徴とする複合圧電体」をそ
の要旨とした。
ラストマーとＰＴＦＥとの容積比率が９９．５：０．５
〜８０：２０であることを特徴とする複合圧電体」をそ
の要旨とした。
【０００８】又、請求項３記載の発明にあっては、「エ
ラストマーの弾性率が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃ
ｍ2であることを特徴とする複合圧電体」をその要旨と
した。
ラストマーの弾性率が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃ
ｍ2であることを特徴とする複合圧電体」をその要旨と
した。
【０００９】又、請求項４記載の発明にあっては、「エ
ラストマーとＰＴＦＥとの複合圧電体に対する容積比率
の和が、圧電性セラミックス粉末の充填率を１００％か
ら引いた値と同一、若しくは近似していることを特徴と
する複合圧電体」をその要旨とした。
ラストマーとＰＴＦＥとの複合圧電体に対する容積比率
の和が、圧電性セラミックス粉末の充填率を１００％か
ら引いた値と同一、若しくは近似していることを特徴と
する複合圧電体」をその要旨とした。
【００１０】又、請求項５記載の発明にあっては、「圧
電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを、
圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとの容積比率が９
９．７５：０．２５〜８０：２０であり、ＰＴＦＥとエ
ラストマーとの容積比率が０．５：９９．５〜２０：８
０であるように混合し、次いで、この混合物を混練及び
圧延処理することによりシート化し、かつＰＴＦＥをフ
ィブリル化し、この後、このシートに分極処理を施すこ
とを特徴とする複合圧電体の製造方法」をその要旨とし
た。
電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを、
圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとの容積比率が９
９．７５：０．２５〜８０：２０であり、ＰＴＦＥとエ
ラストマーとの容積比率が０．５：９９．５〜２０：８
０であるように混合し、次いで、この混合物を混練及び
圧延処理することによりシート化し、かつＰＴＦＥをフ
ィブリル化し、この後、このシートに分極処理を施すこ
とを特徴とする複合圧電体の製造方法」をその要旨とし
た。
【００１１】以下に本発明を更に詳しく説明する。本発
明の複合圧電体において、圧電性セラミックス粉末とし
ては、最初から分極しているセラミックス或いは応力を
加えることにより分極が生じ、その分極の方向が揃って
いるセラミックスが適しており、具体的にはＢａＴｉＯ
3 系、ＰｂＴｉＯ3 系、ＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ3 −ＺｒＴ
ｉＯ3 ）系のものが好ましい。
明の複合圧電体において、圧電性セラミックス粉末とし
ては、最初から分極しているセラミックス或いは応力を
加えることにより分極が生じ、その分極の方向が揃って
いるセラミックスが適しており、具体的にはＢａＴｉＯ
3 系、ＰｂＴｉＯ3 系、ＰＺＴ（ＰｂＴｉＯ3 −ＺｒＴ
ｉＯ3 ）系のものが好ましい。
【００１２】エラストマーとしては、成形性が良く、上
記圧電性セラミックス粉末及びＰＴＦＥを内部に取り込
んで保持することができるものであるならば何でもよい
が、弾性率が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃｍ2のも
のが望ましい。これより弾性率が大きなエラストマーで
は振動の吸収が悪くなって、リンギング現象が起きやす
くなり、これより弾性率の小さなエラストマーでは強度
が不足する。本発明に使用するエラストマーとしては、
例えば、上記弾性率を満たすシリコーンゴムやシリコー
ンゲル（シリコーンゴムの架橋密度を非常に小さくし
て、ゼリー状に固まるように設計したもの）などの素材
が望ましい。
記圧電性セラミックス粉末及びＰＴＦＥを内部に取り込
んで保持することができるものであるならば何でもよい
が、弾性率が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃｍ2のも
のが望ましい。これより弾性率が大きなエラストマーで
は振動の吸収が悪くなって、リンギング現象が起きやす
くなり、これより弾性率の小さなエラストマーでは強度
が不足する。本発明に使用するエラストマーとしては、
例えば、上記弾性率を満たすシリコーンゴムやシリコー
ンゲル（シリコーンゴムの架橋密度を非常に小さくし
て、ゼリー状に固まるように設計したもの）などの素材
が望ましい。
【００１３】本発明の複合圧電体３０にあっては、図１
及び図２に示すように、上記圧電性セラミックス粉末３
２がＰＴＦＥ３１と共に、シート化されたエラストマー
のマトリックス３３内部に均一に分散した状態で保持さ
れており、かつ、このマトリックスがフィブリル化され
たＰＴＦＥによって補強された構造となっている。又、
このシート表面にはアルミニウム等の金属が蒸着され電
極３４が形成されている。この複合圧電体におけるエラ
ストマーとＰＴＦＥとの容積比率としては９９．５：
０．５〜８０：２０の割合とするのが良く、これによ
り、振動の吸収性が良く、リンギング現象を生じ難く、
受波特性に優れ、しかも機械的強度に優れた圧電体とす
ることができる。
及び図２に示すように、上記圧電性セラミックス粉末３
２がＰＴＦＥ３１と共に、シート化されたエラストマー
のマトリックス３３内部に均一に分散した状態で保持さ
れており、かつ、このマトリックスがフィブリル化され
たＰＴＦＥによって補強された構造となっている。又、
このシート表面にはアルミニウム等の金属が蒸着され電
極３４が形成されている。この複合圧電体におけるエラ
ストマーとＰＴＦＥとの容積比率としては９９．５：
０．５〜８０：２０の割合とするのが良く、これによ
り、振動の吸収性が良く、リンギング現象を生じ難く、
受波特性に優れ、しかも機械的強度に優れた圧電体とす
ることができる。
【００１４】又、本発明の複合圧電体にあっては、エラ
ストマーとＰＴＦＥとの圧電体に対する容積比率の和が
圧電性セラミックス粉末の最密充填率を１００％から引
いた値と同一、若しくは近似しているのが良い。これは
本発明の複合圧電体が図１及び図２に示すように圧電体
の内部に実質的に空隙を持たないことを示しており、空
隙が存在することによる分極処理時の絶縁破壊の問題や
分極不良の問題がなく、優れた圧電性を期待できるから
である。更にはエラストマー及びフィブリル化されたＰ
ＴＦＥの作用によってその機械的強度並びにフレキシブ
ル性が保たれていることから、圧電性セラミックス粉末
の充填率を最密充填若しくは最密充填に近い充填率で充
填しても、脆くなったりフレキシブル性が喪失したりす
ることがなく、従来の複合圧電体に比べより多くの圧電
性セラミックス粉末を充填することができ、その分圧電
性も向上させることができるようになっている。
ストマーとＰＴＦＥとの圧電体に対する容積比率の和が
圧電性セラミックス粉末の最密充填率を１００％から引
いた値と同一、若しくは近似しているのが良い。これは
本発明の複合圧電体が図１及び図２に示すように圧電体
の内部に実質的に空隙を持たないことを示しており、空
隙が存在することによる分極処理時の絶縁破壊の問題や
分極不良の問題がなく、優れた圧電性を期待できるから
である。更にはエラストマー及びフィブリル化されたＰ
ＴＦＥの作用によってその機械的強度並びにフレキシブ
ル性が保たれていることから、圧電性セラミックス粉末
の充填率を最密充填若しくは最密充填に近い充填率で充
填しても、脆くなったりフレキシブル性が喪失したりす
ることがなく、従来の複合圧電体に比べより多くの圧電
性セラミックス粉末を充填することができ、その分圧電
性も向上させることができるようになっている。
【００１５】次に、本発明の複合圧電体の製造方法につ
いて説明する。本発明の複合圧電体の製造方法は、圧電
性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを混合
する工程と、この混合物を混練及び圧延処理してシート
化する工程と、このシートに分極処理を施す工程とを備
えている。
いて説明する。本発明の複合圧電体の製造方法は、圧電
性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを混合
する工程と、この混合物を混練及び圧延処理してシート
化する工程と、このシートに分極処理を施す工程とを備
えている。
【００１６】まず、圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥ
とエラストマーとを混合する。使用する圧電性セラミッ
クス粉末、ＰＴＦＥ、エラストマーについての説明は上
述したため、ここでの説明は割愛する。これら圧電性セ
ラミックス粉末、ＰＴＦＥ、エラストマーを混合する場
合、圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとの容積比率は
９９．７５：０．２５〜９４：６であり、ＰＴＦＥとエ
ラストマーとの容積比率は０．５：９９．５〜２０：８
０となるように混合する。圧電性セラミックス粉末及び
ＰＴＦＥはエラストマーのマトリックス内部に分散し保
持されるものであるが、圧電圧セラミックス粉末に対す
るＰＴＦＥの容積比率が上記の範囲より大きい場合、Ｐ
ＴＦＥ量が多くなることから機械的強度は向上する反
面、圧電体内部の圧電性セラミックス粉末量が少なくな
ることから十分な圧電性を得ることができなくなる。一
方、圧電圧セラミックス粉末に対するＰＴＦＥの容積比
率が上記の範囲より小さい場合、十分な圧電性を得るこ
とができる反面、ＰＴＦＥ量が少なくなり、フィブリル
化されたＰＴＦＥによる十分な補強効果を得ることがで
きなくなり、脆く破損し易くなる。又、ＰＴＦＥに対す
るエラストマーの容積比率が上記範囲より大きい場合、
ＰＴＦＥ量が少なくなり、フィブリル化されたＰＴＦＥ
による十分な補強効果を得ることができなくなる。一
方、ＰＴＦＥに対するエラストマーの容積比率が上記範
囲より小さい場合、エラストマーが少なくなることか
ら、ゴム弾性が失われて塑性変形しやすくなる上に、機
械的特性や受波特性が悪化する。
とエラストマーとを混合する。使用する圧電性セラミッ
クス粉末、ＰＴＦＥ、エラストマーについての説明は上
述したため、ここでの説明は割愛する。これら圧電性セ
ラミックス粉末、ＰＴＦＥ、エラストマーを混合する場
合、圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとの容積比率は
９９．７５：０．２５〜９４：６であり、ＰＴＦＥとエ
ラストマーとの容積比率は０．５：９９．５〜２０：８
０となるように混合する。圧電性セラミックス粉末及び
ＰＴＦＥはエラストマーのマトリックス内部に分散し保
持されるものであるが、圧電圧セラミックス粉末に対す
るＰＴＦＥの容積比率が上記の範囲より大きい場合、Ｐ
ＴＦＥ量が多くなることから機械的強度は向上する反
面、圧電体内部の圧電性セラミックス粉末量が少なくな
ることから十分な圧電性を得ることができなくなる。一
方、圧電圧セラミックス粉末に対するＰＴＦＥの容積比
率が上記の範囲より小さい場合、十分な圧電性を得るこ
とができる反面、ＰＴＦＥ量が少なくなり、フィブリル
化されたＰＴＦＥによる十分な補強効果を得ることがで
きなくなり、脆く破損し易くなる。又、ＰＴＦＥに対す
るエラストマーの容積比率が上記範囲より大きい場合、
ＰＴＦＥ量が少なくなり、フィブリル化されたＰＴＦＥ
による十分な補強効果を得ることができなくなる。一
方、ＰＴＦＥに対するエラストマーの容積比率が上記範
囲より小さい場合、エラストマーが少なくなることか
ら、ゴム弾性が失われて塑性変形しやすくなる上に、機
械的特性や受波特性が悪化する。
【００１７】次いで、上記容積比率の下で混合された圧
電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを混
練及び圧延処理する。上記成分の混練方法及び圧延方法
は特に限定されず、常法に従って行うことができる。上
記成分を混練することにより、圧電性セラミックス粉末
及びＰＴＦＥはエラストマー内部に均一に分散し、同時
にエラストマー内部においてＰＴＦＥがフィブリル化す
る。次いで、この混練物をカレンダー成型などで圧延す
ることにより、エラストマーがシート化され、このシー
トのマトリックス内部に圧電性セラミックス粉末及びＰ
ＴＦＥが分散した状態に保持されるようになる。又、こ
の圧延処理によりＰＴＦＥは更にフィブリル化し、エラ
ストマーよりなるマトリックスの補強が図られるように
なる。
電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラストマーとを混
練及び圧延処理する。上記成分の混練方法及び圧延方法
は特に限定されず、常法に従って行うことができる。上
記成分を混練することにより、圧電性セラミックス粉末
及びＰＴＦＥはエラストマー内部に均一に分散し、同時
にエラストマー内部においてＰＴＦＥがフィブリル化す
る。次いで、この混練物をカレンダー成型などで圧延す
ることにより、エラストマーがシート化され、このシー
トのマトリックス内部に圧電性セラミックス粉末及びＰ
ＴＦＥが分散した状態に保持されるようになる。又、こ
の圧延処理によりＰＴＦＥは更にフィブリル化し、エラ
ストマーよりなるマトリックスの補強が図られるように
なる。
【００１８】この後、混合、混練及び圧延処理されて成
るシートに分極処理を施す。分極処理としては、上記シ
ートを電極間に挟み、これに高電圧を加えることにより
シート内部に保持された圧電性セラミックスに分極を生
じさせる。尚、上記の如く、外部電極を用いても良い
が、シート表面に金属を蒸着したり、金属箔をラミネー
トしたりしてシート自体に電極を設けても良い。
るシートに分極処理を施す。分極処理としては、上記シ
ートを電極間に挟み、これに高電圧を加えることにより
シート内部に保持された圧電性セラミックスに分極を生
じさせる。尚、上記の如く、外部電極を用いても良い
が、シート表面に金属を蒸着したり、金属箔をラミネー
トしたりしてシート自体に電極を設けても良い。
【００１９】
【実施例】実施例１〜３ チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）６５．０容量％、シリ
コーンゴム（弾性率：１．５×１０7ｄｙｎ／ｃｍ2）３
２．７容量％、ＰＴＦＥ２．３容量％を混合し、６０℃
の温度下で混練し、この混練物をカレンダー成型して、
厚さ２９９μｍ、密度５．３４ｇ／ｃｍ3の実質的に空
隙のないシートを得た。なお、このシートにおけるＰＺ
Ｔ：ＰＴＦＥ＝９６．６：３．４（容量比率）であり、
シリコーンゴム：ＰＴＦＥ＝９３．４：６．６（容量比
率）であった。このシートを１５０〜１８０℃の温度で
５時間乾燥させた後、シート表面にアルミニウムを蒸着
した。次いで、このシートに４０℃のシリコーンオイル
中で、各々１００ＫＶ／ｃｍ（実施例１）、１３４ＫＶ
／ｃｍ（実施例２）、１６７ＫＶ／ｃｍ（実施例３）の
電圧を３０分間かけて分極処理を行い複合圧電体を得
た。
コーンゴム（弾性率：１．５×１０7ｄｙｎ／ｃｍ2）３
２．７容量％、ＰＴＦＥ２．３容量％を混合し、６０℃
の温度下で混練し、この混練物をカレンダー成型して、
厚さ２９９μｍ、密度５．３４ｇ／ｃｍ3の実質的に空
隙のないシートを得た。なお、このシートにおけるＰＺ
Ｔ：ＰＴＦＥ＝９６．６：３．４（容量比率）であり、
シリコーンゴム：ＰＴＦＥ＝９３．４：６．６（容量比
率）であった。このシートを１５０〜１８０℃の温度で
５時間乾燥させた後、シート表面にアルミニウムを蒸着
した。次いで、このシートに４０℃のシリコーンオイル
中で、各々１００ＫＶ／ｃｍ（実施例１）、１３４ＫＶ
／ｃｍ（実施例２）、１６７ＫＶ／ｃｍ（実施例３）の
電圧を３０分間かけて分極処理を行い複合圧電体を得
た。
【００２０】実施例４ シート厚さを１０１７μｍとしたこと以外は、実施例２
と同様にして複合圧電体を得た。
と同様にして複合圧電体を得た。
【００２１】実施例５ チタン酸鉛（ＰＴ）６６．０容量％、シリコーンゴム
（弾性率：１．５×１０ 7ｄｙｎ／ｃｍ2）３１．６容量
％、ＰＴＦＥ２．４容量％を混合し、６０℃の温度下で
混練し、この混練物をカレンダー成型して、厚さ４２０
μｍ、密度５．６０ｇ／ｃｍ3の実質的に空隙のないシ
ートを得た。なお、このシートにおけるＰＴ：ＰＴＦＥ
＝９６．５：３．５（容量比率）であり、シリコーンゴ
ム：ＰＴＦＥ＝９２．９：７．１（容量比率）であっ
た。このシートを１５０〜１８０℃の温度で５時間乾燥
させた後、シート表面にアルミニウムを蒸着した。次い
で、このシートに３０℃のシリコーンオイル中で、８１
ＫＶ／ｃｍの電圧を３０分間かけて分極処理を行い複合
圧電体を得た。
（弾性率：１．５×１０ 7ｄｙｎ／ｃｍ2）３１．６容量
％、ＰＴＦＥ２．４容量％を混合し、６０℃の温度下で
混練し、この混練物をカレンダー成型して、厚さ４２０
μｍ、密度５．６０ｇ／ｃｍ3の実質的に空隙のないシ
ートを得た。なお、このシートにおけるＰＴ：ＰＴＦＥ
＝９６．５：３．５（容量比率）であり、シリコーンゴ
ム：ＰＴＦＥ＝９２．９：７．１（容量比率）であっ
た。このシートを１５０〜１８０℃の温度で５時間乾燥
させた後、シート表面にアルミニウムを蒸着した。次い
で、このシートに３０℃のシリコーンオイル中で、８１
ＫＶ／ｃｍの電圧を３０分間かけて分極処理を行い複合
圧電体を得た。
【００２２】実施例６ シートの厚さを１０１６μｍとしたこと以外は、実施例
５と同様にして複合圧電体を得た。
５と同様にして複合圧電体を得た。
【００２３】上記実施例１〜６の複合圧電体について図
３に示す装置により落球試験を行った。この落球試験
は、図３に示すように、テーブル４１上に複合圧電体４
２を載置し、圧電体４２縁部にオシロスコープ４３の端
子を接続する。又、複合圧電体４２上には筒状の高さ１
０ｃｍ、重さ１．５ｋｇのおもり４４を置き、このおも
り４４の筒上端より綱球４５（１１．２７ｇ）を落下さ
せる。そして、このときの発生電圧をオシロスコープに
よって読み取るというものである。この試験結果を図４
（実施例１）、図５（実施例２）、図６（実施例３）、
図７（実施例４）、図８（実施例５）、図９（実施例
６）に示す。図４〜９から明らかなように、各実施例の
オシロ波形にはピーク後の残存波が小さく、短時間に消
失している。これは実施例１〜６の複合圧電体が該圧電
体に加えられた落球による振動を素早く収束させる能力
を有していることを示すものであり、実施例１〜６の複
合圧電体がいずれも受波特性に優れたものであることを
示している。
３に示す装置により落球試験を行った。この落球試験
は、図３に示すように、テーブル４１上に複合圧電体４
２を載置し、圧電体４２縁部にオシロスコープ４３の端
子を接続する。又、複合圧電体４２上には筒状の高さ１
０ｃｍ、重さ１．５ｋｇのおもり４４を置き、このおも
り４４の筒上端より綱球４５（１１．２７ｇ）を落下さ
せる。そして、このときの発生電圧をオシロスコープに
よって読み取るというものである。この試験結果を図４
（実施例１）、図５（実施例２）、図６（実施例３）、
図７（実施例４）、図８（実施例５）、図９（実施例
６）に示す。図４〜９から明らかなように、各実施例の
オシロ波形にはピーク後の残存波が小さく、短時間に消
失している。これは実施例１〜６の複合圧電体が該圧電
体に加えられた落球による振動を素早く収束させる能力
を有していることを示すものであり、実施例１〜６の複
合圧電体がいずれも受波特性に優れたものであることを
示している。
【００２４】実施例１〜６の複合圧電体にあっては、受
波特性に優れているだけではなく、フレキシブル性がよ
く、機械的強度に優れ容易に破損しないことも明かとな
った。又、実施例１〜６について静電容量、比誘電率、
落球試験時における発生電圧について得られた測定結果
を表１に示す。
波特性に優れているだけではなく、フレキシブル性がよ
く、機械的強度に優れ容易に破損しないことも明かとな
った。又、実施例１〜６について静電容量、比誘電率、
落球試験時における発生電圧について得られた測定結果
を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】実施例７〜９ シート中のシリコーンゴムのＰＴＦＥの容量％を各々、
３３．８容量％と０．２容量％（実施例７）、３２．８
容量％と１．２容量％（実施例８）、２８容量％と６容
量％（実施例９）としたこと以外は実施例５と同様にし
て複合圧電体を得た。なお、各実施例におけるシリコー
ンゴムとＰＴＦＥの容量比率は、９９．４：０．６（実
施例７）、９６．５：３．５（実施例８）、９２．９：
７．１（実施例５）、８２．４：１７．６（実施例９）
であった。実施例７〜９及び実施例５の複合圧電体のゴ
ムの弾性的な伸びの長さと、圧電体内に発生する空隙を
以下の方法によって調べた。
３３．８容量％と０．２容量％（実施例７）、３２．８
容量％と１．２容量％（実施例８）、２８容量％と６容
量％（実施例９）としたこと以外は実施例５と同様にし
て複合圧電体を得た。なお、各実施例におけるシリコー
ンゴムとＰＴＦＥの容量比率は、９９．４：０．６（実
施例７）、９６．５：３．５（実施例８）、９２．９：
７．１（実施例５）、８２．４：１７．６（実施例９）
であった。実施例７〜９及び実施例５の複合圧電体のゴ
ムの弾性的な伸びの長さと、圧電体内に発生する空隙を
以下の方法によって調べた。
【００２７】（ゴム弾性的な伸びの長さ）引張り試験機
により複合圧電体の伸び−応力曲線をひき、その内の直
線部分をゴム弾性的な伸びと仮定して、直線部分の最大
の伸びの長さを求め、図１０に示すようにプロットし
た。図１０から明かなように、ＰＴＦＥの割合が減少す
るに従って複合圧電体がゴム弾性的な挙動をとるように
なることがわかる。
により複合圧電体の伸び−応力曲線をひき、その内の直
線部分をゴム弾性的な伸びと仮定して、直線部分の最大
の伸びの長さを求め、図１０に示すようにプロットし
た。図１０から明かなように、ＰＴＦＥの割合が減少す
るに従って複合圧電体がゴム弾性的な挙動をとるように
なることがわかる。
【００２８】（圧電体内に発生する空隙）圧電体の重さ
と体積を測定し、次式から圧電体に占める空隙の割合を
求めたところ、実施例７〜９及び実施例５の複合圧電体
の空隙の割合はほぼ０であった。式 空隙の割合（％）
＝（１−比重／真比重）×１００なお、ＰＴＦＥの量が
更に増えると、圧電体中に空隙の発生が見られるように
なり、ＰＴＦＥの量の増加（シリコーンゴム）に伴っ
て、複合圧電体中の空隙の割合も増加する。
と体積を測定し、次式から圧電体に占める空隙の割合を
求めたところ、実施例７〜９及び実施例５の複合圧電体
の空隙の割合はほぼ０であった。式 空隙の割合（％）
＝（１−比重／真比重）×１００なお、ＰＴＦＥの量が
更に増えると、圧電体中に空隙の発生が見られるように
なり、ＰＴＦＥの量の増加（シリコーンゴム）に伴っ
て、複合圧電体中の空隙の割合も増加する。
【００２９】
【発明の効果】上記構成を備えたことにより、請求項１
記載の複合圧電体にあっては、圧電性セラミックス粉末
がＰＴＦＥと共にシート化されたエラストマーのマトリ
ックス内部に均一に分散した状態で保持されており、か
つシートがフィブリル化されたＰＴＦＥによって補強さ
れた構造となっていることから、圧電性セラミックス粉
末が高充填され圧電性が高い。又、この圧電体にあって
は、エラストマーのマトリックス内部に圧電性セラミッ
クス粉末とＰＴＦＥとが分散していることから、フレキ
シブル性に優れ、振動を良く吸収し、受波特性に優れて
いる。更に、この圧電体にあっては、エラストマーのマ
トリックス内部に分散したＰＴＦＥがフィブリル化し、
これがエラストマーのマトリックス構造を補強している
ことから、機械的強度が高く容易に破損することがな
く、取り扱い性に優れている。
記載の複合圧電体にあっては、圧電性セラミックス粉末
がＰＴＦＥと共にシート化されたエラストマーのマトリ
ックス内部に均一に分散した状態で保持されており、か
つシートがフィブリル化されたＰＴＦＥによって補強さ
れた構造となっていることから、圧電性セラミックス粉
末が高充填され圧電性が高い。又、この圧電体にあって
は、エラストマーのマトリックス内部に圧電性セラミッ
クス粉末とＰＴＦＥとが分散していることから、フレキ
シブル性に優れ、振動を良く吸収し、受波特性に優れて
いる。更に、この圧電体にあっては、エラストマーのマ
トリックス内部に分散したＰＴＦＥがフィブリル化し、
これがエラストマーのマトリックス構造を補強している
ことから、機械的強度が高く容易に破損することがな
く、取り扱い性に優れている。
【００３０】請求項２記載の複合圧電体にあっては、エ
ラストマーとＰＴＦＥとの容積比率が９９．５：０．５
〜８０：２０の割合となっていることから、振動の吸収
性が良く、リンギング現象を生じ難く、受波特性に優
れ、しかも機械的強度と形態安定性に優れている。
ラストマーとＰＴＦＥとの容積比率が９９．５：０．５
〜８０：２０の割合となっていることから、振動の吸収
性が良く、リンギング現象を生じ難く、受波特性に優
れ、しかも機械的強度と形態安定性に優れている。
【００３１】請求項３記載の複合圧電体にあっては、エ
ラストマーの硬度が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃｍ
2あることから、振動を良く吸収しリンギング現象を生
じ難く、受波特性に優れている。
ラストマーの硬度が１×１０5〜１×１０8ｄｙｎ／ｃｍ
2あることから、振動を良く吸収しリンギング現象を生
じ難く、受波特性に優れている。
【００３２】請求項４記載の複合圧電体にあっては、エ
ラストマーとＰＴＦＥとの複合圧電体に対する容積比率
の和が圧電性セラミックス粉末の最密充填率を１００％
から引いた値と同一、若しくは近似していることから、
複合圧電体内部に実質的に空隙がないため、分極処理時
に電圧破壊などが起こる心配がなく、機械的強度並びに
フレキシブル性が保たれていると共に、従来の複合圧電
体に比べより多くの圧電性セラミックス粉末が充填され
ており、優れた圧電性を有している。
ラストマーとＰＴＦＥとの複合圧電体に対する容積比率
の和が圧電性セラミックス粉末の最密充填率を１００％
から引いた値と同一、若しくは近似していることから、
複合圧電体内部に実質的に空隙がないため、分極処理時
に電圧破壊などが起こる心配がなく、機械的強度並びに
フレキシブル性が保たれていると共に、従来の複合圧電
体に比べより多くの圧電性セラミックス粉末が充填され
ており、優れた圧電性を有している。
【００３３】請求項５記載の複合圧電体の製造方法にあ
っては、圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラスト
マーとを混合し、この混合物を混練及び圧延処理する方
法を採ったことにより、従来の複合圧電体に比べてエラ
ストマーを多くすることができ、形態安定性に優れフレ
キシブル性がよく、リンギング現象を生じ難く音波の受
波特性に優れた複合圧電体を得ることができる。又、こ
の方法によれば、圧電性セラミックス粉末を高充填する
ことができ、優れた圧電性を有する複合圧電体を得るこ
とができる。
っては、圧電性セラミックス粉末とＰＴＦＥとエラスト
マーとを混合し、この混合物を混練及び圧延処理する方
法を採ったことにより、従来の複合圧電体に比べてエラ
ストマーを多くすることができ、形態安定性に優れフレ
キシブル性がよく、リンギング現象を生じ難く音波の受
波特性に優れた複合圧電体を得ることができる。又、こ
の方法によれば、圧電性セラミックス粉末を高充填する
ことができ、優れた圧電性を有する複合圧電体を得るこ
とができる。
【図１】本発明の複合圧電体の構造を模式的に示した拡
大図である。
大図である。
【図２】本発明の複合圧電体の構造を示した拡大断面図
である。
である。
【図３】落球試験装置を模式的に示した正面図である。
【図４】実施例１の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図５】実施例２の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図６】実施例３の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図７】実施例４の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図８】実施例５の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図９】実施例６の複合圧電体について落球試験をした
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
ときの発生電圧のオシロ波形を示したグラフである。
【図１０】本発明の複合圧電体について、ＰＴＦＥの量
とゴム弾性的なのびとの関係をプロットしたグラフであ
る。
とゴム弾性的なのびとの関係をプロットしたグラフであ
る。
【図１１】従来の複合圧電体の構造を示した拡大断面図
である。
である。
【図１２】従来の別の複合圧電体の構造を示した拡大断
面図である。
面図である。
３１ ＰＴＦＥ ３２ 圧電性セラミックス粉末 ３３ エラストマー ３４ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/26
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電性セラミックス粉末とポリテトラフ
ルオロエチレンとエラストマーとからなり分極処理が施
された複合圧電体であって、前記圧電性セラミックス粉
末及びポリテトラフルオロエチレンがシート化されたエ
ラストマーのマトリックス内部に分散しており、かつマ
トリックスがフィブリル化されたポリテトラフルオロエ
チレンによって補強されていることを特徴とする複合圧
電体。 - 【請求項２】 前記エラストマーとポリテトラフルオロ
エチレンとの容積比率が９９．５：０．５〜８０：２０
であることを特徴とする請求項１記載の複合圧電体。 - 【請求項３】 前記エラストマーの弾性率が１×１０5
〜１×１０8ｄｙｎ／ｃｍ2であることを特徴とする請求
項１又は２記載の複合圧電体。 - 【請求項４】 前記エラストマーとポリテトラフルオロ
エチレンとの複合圧電体に対する容積比率の和が圧電性
セラミックス粉末の最密充填率を１００％から引いた値
と同一、若しくは近似していることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の複合圧電体。 - 【請求項５】 圧電性セラミックス粉末とポリテトラフ
ルオロエチレンとエラストマーとを、圧電性セラミック
ス粉末とポリテトラフルオロエチレンとの容積比率が９
９．７５：０．２５〜９４：６であり、ポリテトラフル
オロエチレンとエラストマーとの容積比率が０．５：９
９．５〜２０：８０であるように混合し、次いで、この
混合物を混練及び圧延処理することによりシート化し、
かつポリテトラフルオロエチレンをフィブリル化し、こ
の後、このシートに分極処理を施すことを特徴とする複
合圧電体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13727492A JP3180196B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 複合圧電体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13727492A JP3180196B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 複合圧電体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05336597A true JPH05336597A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3180196B2 JP3180196B2 (ja) | 2001-06-25 |
Family
ID=15194846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13727492A Expired - Fee Related JP3180196B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 複合圧電体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180196B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980071409A (ko) * | 1997-02-20 | 1998-10-26 | 존 에스.캠벨 | 전기적 도전 복합 물체 |
| JP2002185054A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Honda Motor Co Ltd | 圧電エラストマー複合材料及びその製造方法 |
| JP2002203996A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Microstone Corp | 圧電性ファイバおよび圧電性織物デバイス |
| JP2007200072A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Nec Logistics Ltd | リーダ装置及びｉｃタグ並びにこれらを用いたｉｃタグシステム |
| JP2008041008A (ja) * | 2006-08-10 | 2008-02-21 | Nec Logistics Ltd | リーダ装置及びｉｃタグ並びにこれらを用いたｉｃタグシステム、ｉｃタグシステムの通信方法 |
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| KR101386009B1 (ko) * | 2012-07-12 | 2014-04-16 | 한국세라믹기술원 | 초지향성 스피커용 초음파 트랜스듀서 및 그 제조 방법 |
| KR101386008B1 (ko) * | 2012-07-12 | 2014-04-16 | 한국세라믹기술원 | 스피커용 트랜스듀서 및 그 제조 방법 |
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-
1992
- 1992-05-28 JP JP13727492A patent/JP3180196B2/ja not_active Expired - Fee Related
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