JPH0716031B2 - 水中マイクロフオン用圧電複合材料 - Google Patents
水中マイクロフオン用圧電複合材料Info
- Publication number
- JPH0716031B2 JPH0716031B2 JP17815686A JP17815686A JPH0716031B2 JP H0716031 B2 JPH0716031 B2 JP H0716031B2 JP 17815686 A JP17815686 A JP 17815686A JP 17815686 A JP17815686 A JP 17815686A JP H0716031 B2 JPH0716031 B2 JP H0716031B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- pbo
- underwater
- particle size
- piezoelectric composite
- 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.)
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/852—Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
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
してなり、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マ
イクロフォン用として応用され得る圧電複合材料に関す
る。
してなり、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マ
イクロフォン用として応用され得る圧電複合材料に関す
る。
＜従来の技術＞ 合成ゴム中にチタン酸鉛などの圧電磁器粉末を混合して
なる圧電複合材料は、一般の焼結質圧電磁器よりも低密
度であり、媒質中を伝搬する音波の音速が小さいため、
水との間に良好な音響的整合が得られる。またその可撓
性から水中深く浸漬しても水圧による影響が小さいの
で、水中マイクロフォン用圧電複合材料として好適であ
る。
なる圧電複合材料は、一般の焼結質圧電磁器よりも低密
度であり、媒質中を伝搬する音波の音速が小さいため、
水との間に良好な音響的整合が得られる。またその可撓
性から水中深く浸漬しても水圧による影響が小さいの
で、水中マイクロフォン用圧電複合材料として好適であ
る。
本発明は、この種の圧電複合材料にあって、その圧電定
数dh,gh及び受波感度Mvが高く、良好な特性を呈し得る
圧電複合材料の提供を目的とするものである。
数dh,gh及び受波感度Mvが高く、良好な特性を呈し得る
圧電複合材料の提供を目的とするものである。
＜問題点を解決するための手段＞ 本発明の圧電複合材料は、圧電磁器粉末を、 組成式 Pb1+xTiO3+x ｘの範囲;0.0068≦ｘ＜0.0700 で表される組成物としたことを特徴とするものである。
ここでｘはPbTiO3に対するPbO過剰量を示す数値とな
る。
る。
すなわち、PbOとTiO2を等量配合して形成されるPbTiO3
に対して、前記PbOを過剰として圧電磁器粉末を構成
し、該圧電磁器粉末を有機基材に分散させてなるもので
ある。
に対して、前記PbOを過剰として圧電磁器粉末を構成
し、該圧電磁器粉末を有機基材に分散させてなるもので
ある。
＜試験例＞ 市販の純度99％以上のPbO（平均粒径３μｍ以下）及び
純度99.5％以上のTiO2（平均粒径２μｍ以下）をPb1+xT
iO3の組成式のもとで配合し、2.5Kg秤量して振動ミルで
アルミナ玉石（3.5Kgにて３時間の乾式混合を行なっ
た。この際、振動ミルのポットの内面壁はウレタン樹脂
で内張りし、これにより不純物の混入を防ぐようにし
た。
純度99.5％以上のTiO2（平均粒径２μｍ以下）をPb1+xT
iO3の組成式のもとで配合し、2.5Kg秤量して振動ミルで
アルミナ玉石（3.5Kgにて３時間の乾式混合を行なっ
た。この際、振動ミルのポットの内面壁はウレタン樹脂
で内張りし、これにより不純物の混入を防ぐようにし
た。
次に金型を用いて345Kg/cm2の加圧により、夫々外径47m
m,厚み5mm,プレス密度4.5g/cm3のタブレットを作り、高
アルミナ質るつぼで1050℃にて２時間、固相反応を行な
った。その後、この高温塊を冷却水槽に投入することに
よって水中急冷を生ぜしめ微粒子を得た。さらに崩壊促
進のためにプロペラ式撹拌機を用いて５時間以上の撹拌
を行ない、280メッシュ（ポアサイズ53μｍ）の篩に通
した後、水を切って100℃,24時間下で乾燥させ、所望の
微細なチタン酸鉛粉末を得た。かかる工程をチタン酸鉛
粉末のPbO過剰量（wt％）の範囲を変えておこない、各P
bO過剰量（wt％）に対する夫々の平均粒径（μｍ）の関
係を沈降比重天秤法を用いて調べた結果、第１図のよう
になった。
m,厚み5mm,プレス密度4.5g/cm3のタブレットを作り、高
アルミナ質るつぼで1050℃にて２時間、固相反応を行な
った。その後、この高温塊を冷却水槽に投入することに
よって水中急冷を生ぜしめ微粒子を得た。さらに崩壊促
進のためにプロペラ式撹拌機を用いて５時間以上の撹拌
を行ない、280メッシュ（ポアサイズ53μｍ）の篩に通
した後、水を切って100℃,24時間下で乾燥させ、所望の
微細なチタン酸鉛粉末を得た。かかる工程をチタン酸鉛
粉末のPbO過剰量（wt％）の範囲を変えておこない、各P
bO過剰量（wt％）に対する夫々の平均粒径（μｍ）の関
係を沈降比重天秤法を用いて調べた結果、第１図のよう
になった。
尚、第１図に示す試料のPbO過剰量とモル分率ｘとの関
係は、次表の通りである。
係は、次表の通りである。
第１図で明らかなように、上表の各PbO過剰量のものの
平均粒径を調べた結果、PbOを過剰にするに従ってチタ
ン酸鉛粉末の粒径は、従来のｘ＝０の粉末のものに比し
て大きくなることがわかった。
平均粒径を調べた結果、PbOを過剰にするに従ってチタ
ン酸鉛粉末の粒径は、従来のｘ＝０の粉末のものに比し
て大きくなることがわかった。
次に、これらの粉末に、クロロプレンゴムを、チタン酸
鉛／クロロプレンゴム＝60/40vol％の配合割合で混合
し、さらに加硫剤として、Pb3O4,ZnO及びジベンゾチア
ジルジスルフィド（商品名；ノクセラーDM）を混入し
た。
鉛／クロロプレンゴム＝60/40vol％の配合割合で混合
し、さらに加硫剤として、Pb3O4,ZnO及びジベンゾチア
ジルジスルフィド（商品名；ノクセラーDM）を混入し
た。
前記加硫剤の配合割合は、クロロプレンゴム100重量部
に対して、Pb3O4:ZnO:ノクセラーDM＝20重量部:5重量
部:0.5重量部とした。
に対して、Pb3O4:ZnO:ノクセラーDM＝20重量部:5重量
部:0.5重量部とした。
さらにこれを小型ロール機でロール成型し、温度180
℃，圧力90Kg/cm2，時間20分の条件のもとで、加硫プレ
ス機により架橋して、縦150mm×横150mm×厚み2.0mmの
シート状に成形し、その表裏面に銀ペーストの塗布によ
り、方形状電極を形成した。
℃，圧力90Kg/cm2，時間20分の条件のもとで、加硫プレ
ス機により架橋して、縦150mm×横150mm×厚み2.0mmの
シート状に成形し、その表裏面に銀ペーストの塗布によ
り、方形状電極を形成した。
このシートを、20℃の絶縁液中に浸漬し、該液中で100K
V/cmの直流電圧の印加を１時間に渡り継続し、分極処理
し、水中マイクロフォン用圧電ゴムシートを得た。
V/cmの直流電圧の印加を１時間に渡り継続し、分極処理
し、水中マイクロフォン用圧電ゴムシートを得た。
このPbO過剰量（wt％）の値の異なる各圧電ゴムシート
及び、従来のゴムシート（ｘ＝０）について、夫々の圧
電定数dh,gh及び受波感度Mv特性を調べたMv結果、第２
〜４図のようになった。ここで、夫々の圧電定数dh,gh
及び受波感度は、粒径との因果関係が予測されることか
ら、横軸に平均粒径をとった。また圧電定数dh,ghの測
定周波数は40Hzとした。さらにまた受波感度Mvは0dB＝l
V/μbarとした。尚、各試料を計測するにあたっては、
安定した特性を検知するために、分極した後、夫々を10
0日間放置してからおこなった。
及び、従来のゴムシート（ｘ＝０）について、夫々の圧
電定数dh,gh及び受波感度Mv特性を調べたMv結果、第２
〜４図のようになった。ここで、夫々の圧電定数dh,gh
及び受波感度は、粒径との因果関係が予測されることか
ら、横軸に平均粒径をとった。また圧電定数dh,ghの測
定周波数は40Hzとした。さらにまた受波感度Mvは0dB＝l
V/μbarとした。尚、各試料を計測するにあたっては、
安定した特性を検知するために、分極した後、夫々を10
0日間放置してからおこなった。
この結果から、PbO過剰量（平均粒径）が大きくなる
程、夫々の値が、PbO過剰量＝０（平均粒径；約7.5μ
ｍ）のものに比して増加することが解った。すなわち、
組成式PbTiO3に対してPbOを0.5wt％を越えて過剰に添加
してなる組成物の圧電磁器粉末を、有機基材に分散した
ものは、通常の組成物PbTiO3（ｘ＝０）を有機基材に分
散したものよりも水中マイクロフォンとしての性能が向
上することが示された。
程、夫々の値が、PbO過剰量＝０（平均粒径；約7.5μ
ｍ）のものに比して増加することが解った。すなわち、
組成式PbTiO3に対してPbOを0.5wt％を越えて過剰に添加
してなる組成物の圧電磁器粉末を、有機基材に分散した
ものは、通常の組成物PbTiO3（ｘ＝０）を有機基材に分
散したものよりも水中マイクロフォンとしての性能が向
上することが示された。
一方、誘電損失tanδは、第５図に示されるように、PbO
過剰量（平均粒径）が大きくなる程、増加することが解
った。
過剰量（平均粒径）が大きくなる程、増加することが解
った。
そこで、（dh×gh）/tanδによって与えられる性能係数
を調べた結果、第６図のようになった。すなわち、性能
係数はPbO過剰量1.0wt％（平均粒径；約15μｍ）の近辺
で最高となり、PbO過剰量3.0wt％を越えて、5.0wt％
（平均粒径；約20μｍ）以上になると減少することとな
る。ここで、PbO過剰量0.5wt％及びPbO過剰量5.0wt％を
モル分率に換算すると、前表からｘ＝0.0068及びｘ＝0.
0700となる。そしてこのことから、0.0068≦ｘ＜0.0700
で、調和のとれた良好な圧電磁器粉末となると言い得
る。
を調べた結果、第６図のようになった。すなわち、性能
係数はPbO過剰量1.0wt％（平均粒径；約15μｍ）の近辺
で最高となり、PbO過剰量3.0wt％を越えて、5.0wt％
（平均粒径；約20μｍ）以上になると減少することとな
る。ここで、PbO過剰量0.5wt％及びPbO過剰量5.0wt％を
モル分率に換算すると、前表からｘ＝0.0068及びｘ＝0.
0700となる。そしてこのことから、0.0068≦ｘ＜0.0700
で、調和のとれた良好な圧電磁器粉末となると言い得
る。
尚、誘電損失tanδは、受波回路内で調整する等、他の
補正手段があり、このため、誘電損失tanδにより前記
ｘの上限が定められるものではない。すなわち、ｘが0.
0700以上の領域では、圧電定数dh,ghがさらに良好とな
るから、他の手段で誘電損失tanδの低減を図ることに
より、その有用性を保持することができる。このため、
前記した性能係数は、dh×ghによって表され、誘電損失
tanδを除去しているのが一般的である。
補正手段があり、このため、誘電損失tanδにより前記
ｘの上限が定められるものではない。すなわち、ｘが0.
0700以上の領域では、圧電定数dh,ghがさらに良好とな
るから、他の手段で誘電損失tanδの低減を図ることに
より、その有用性を保持することができる。このため、
前記した性能係数は、dh×ghによって表され、誘電損失
tanδを除去しているのが一般的である。
＜発明の効果＞ 本発明の水中マイクロフォン用圧電複合材料は、上述の
ように、圧電定数dh,gh及び受波感度Mvが充分大きく、
水中マイクロフォン用として最適に応用され得る優れた
効果がある。
ように、圧電定数dh,gh及び受波感度Mvが充分大きく、
水中マイクロフォン用として最適に応用され得る優れた
効果がある。
第１図はPbO過剰量（wt％）と平均粒径（μｍ）との関
係を示すグラフ、第２〜６図は平均粒径（μｍ）と、そ
の特性との関係を示すグラフであり、第２図は圧電定数
dhとの関係を、第３図は圧電定数ghとの関係を、第４図
は受波感度Mvとの関係を、第５図は誘電損失tanδとの
関係を、第６図は（dh×gh）/tanδとの関係を夫々示す
ものである。
係を示すグラフ、第２〜６図は平均粒径（μｍ）と、そ
の特性との関係を示すグラフであり、第２図は圧電定数
dhとの関係を、第３図は圧電定数ghとの関係を、第４図
は受波感度Mvとの関係を、第５図は誘電損失tanδとの
関係を、第６図は（dh×gh）/tanδとの関係を夫々示す
ものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 17/02 7103−5Ｈ
Claims (1)
- 【請求項１】圧電磁器粉末を、有機基材に分散してなる
圧電複合材料において、 前記圧電磁器粉末を、 組成式 Pb1+xTiO3+x ｘの範囲;0.0068≦ｘ＜0.0700 で表される組成物としたことを特徴とする水中マイクロ
フォン用圧電複合材料
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17461785 | 1985-08-07 | ||
| JP60-174617 | 1986-08-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62130575A JPS62130575A (ja) | 1987-06-12 |
| JPH0716031B2 true JPH0716031B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=15981719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17815686A Expired - Lifetime JPH0716031B2 (ja) | 1985-08-07 | 1986-07-28 | 水中マイクロフオン用圧電複合材料 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4743392A (ja) |
| JP (1) | JPH0716031B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0617230B2 (ja) * | 1986-08-29 | 1994-03-09 | 日本特殊陶業株式会社 | チタン酸鉛粒子及びチタン酸鉛粒子を利用した複合体 |
| WO2006079060A1 (en) * | 2005-01-24 | 2006-07-27 | Glycon Technologies, L.L.C. | Smart material |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5752184A (en) * | 1980-09-16 | 1982-03-27 | Kiyoshi Okazaki | High sensitivity ceramic piezoelectric element |
| JPS58204578A (ja) * | 1982-05-24 | 1983-11-29 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ハイドロフオン用複合物圧電材料 |
| JPS6051750A (ja) * | 1983-08-30 | 1985-03-23 | Murata Mfg Co Ltd | 防振複合体 |
| JPS61270257A (ja) * | 1985-05-23 | 1986-11-29 | 日本特殊陶業株式会社 | 水中マイクロフォン用圧電複合材料 |
-
1986
- 1986-07-28 JP JP17815686A patent/JPH0716031B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1986-08-07 US US06/894,312 patent/US4743392A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62130575A (ja) | 1987-06-12 |
| US4743392A (en) | 1988-05-10 |
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