JPH0750437A - 複合圧電体 - Google Patents
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- JPH0750437A JPH0750437A JP3069133A JP6913391A JPH0750437A JP H0750437 A JPH0750437 A JP H0750437A JP 3069133 A JP3069133 A JP 3069133A JP 6913391 A JP6913391 A JP 6913391A JP H0750437 A JPH0750437 A JP H0750437A
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Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電極面と垂直な方向（ｄ33方向）、又は電極
面と平行な方向（ｄ31方向）のいずれかに単一方向に音
波を送出したり、逆に単一方向からの音波のみを受波す
るといった単一指向型の特性が優れた複合圧電体を提供
すること。 【構成】 抗電力を異にする二種類の圧電材料の組み合
わせよりなり、これら圧電材料の分極方向を互いに逆向
きに配向した。これにより二種類の圧電材料は、その分
極方向が異なっているため、圧電的挙動が逆位相とな
り、互いに打ち消し合うこととなる。従って、二種類の
圧電材料の諸定数の内、相等しいｄ31あるいはｄ33が消
去されて実質上、ゼロ値となり、相等しくないｄ31ある
いはｄ33のいずれかのみが有効となって、単一指向特性
が向上する。
面と平行な方向（ｄ31方向）のいずれかに単一方向に音
波を送出したり、逆に単一方向からの音波のみを受波す
るといった単一指向型の特性が優れた複合圧電体を提供
すること。 【構成】 抗電力を異にする二種類の圧電材料の組み合
わせよりなり、これら圧電材料の分極方向を互いに逆向
きに配向した。これにより二種類の圧電材料は、その分
極方向が異なっているため、圧電的挙動が逆位相とな
り、互いに打ち消し合うこととなる。従って、二種類の
圧電材料の諸定数の内、相等しいｄ31あるいはｄ33が消
去されて実質上、ゼロ値となり、相等しくないｄ31ある
いはｄ33のいずれかのみが有効となって、単一指向特性
が向上する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は複合圧電体に関するもの
である。
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、圧電材料としてチタン酸バリウ
ム、チタン酸ジルコン酸鉛等よりなる無機圧電材料は、
圧電定数は大きいが、硬くて脆いため薄く柔軟性のある
圧電体を得ることができず、用途が制限されていた。
ム、チタン酸ジルコン酸鉛等よりなる無機圧電材料は、
圧電定数は大きいが、硬くて脆いため薄く柔軟性のある
圧電体を得ることができず、用途が制限されていた。
【０００３】また、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
ン等の有機質圧電材料は、前記無機質圧電材料に比して
圧電定数が小さいが、成形、加工が容易で可撓性のフィ
ルムを得ることができるという特徴がある。更にまたこ
れらの有機質圧電材料（以下単にこれも高分子材料とい
う）又はフッ素ゴム、シリコンゴム等の合成ゴムやフッ
素樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂等よりなる高分子材
料中にチタン酸ジルコン酸鉛等の無機質圧電材料を配合
してなる複合圧電材料は、無機質圧電材料の高圧電定数
と、高分子材料の可撓性の両方の特徴を兼ね備えたもの
が得られるので、スピーカ、ブザー、マイクロフォン、
キーボード、感圧スイッチ、探傷子等広い用途への利用
を可能とし、特にこのような複合圧電体にあっては、上
記の高圧電定数で、可撓性を有するほか、その音響イン
ピーダンスが低く、液体や生体のそれに近似するという
特性があるため、近年では水中用マイクロフォン（ハイ
ドロフォン）や生体用超音波探触子といった分野にまで
大きな期待が寄せられている。
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ナイロ
ン等の有機質圧電材料は、前記無機質圧電材料に比して
圧電定数が小さいが、成形、加工が容易で可撓性のフィ
ルムを得ることができるという特徴がある。更にまたこ
れらの有機質圧電材料（以下単にこれも高分子材料とい
う）又はフッ素ゴム、シリコンゴム等の合成ゴムやフッ
素樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂等よりなる高分子材
料中にチタン酸ジルコン酸鉛等の無機質圧電材料を配合
してなる複合圧電材料は、無機質圧電材料の高圧電定数
と、高分子材料の可撓性の両方の特徴を兼ね備えたもの
が得られるので、スピーカ、ブザー、マイクロフォン、
キーボード、感圧スイッチ、探傷子等広い用途への利用
を可能とし、特にこのような複合圧電体にあっては、上
記の高圧電定数で、可撓性を有するほか、その音響イン
ピーダンスが低く、液体や生体のそれに近似するという
特性があるため、近年では水中用マイクロフォン（ハイ
ドロフォン）や生体用超音波探触子といった分野にまで
大きな期待が寄せられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、このような複合
圧電体は、一種類の無機質圧電材料を適当な高分子材料
中に配設したものに、所定の直流電界を一定方向に印加
して分極処理して得られるものがほとんどであった。
圧電体は、一種類の無機質圧電材料を適当な高分子材料
中に配設したものに、所定の直流電界を一定方向に印加
して分極処理して得られるものがほとんどであった。
【０００５】そして、この複合圧電体のｄ31，ｄ33，ｄ
h の圧電諸定数を実用レベルまで大きくするため、無機
質圧電材料に圧電定数の大きなチタン酸ジルコン酸鉛系
圧電材料を用いたり、該無機質圧電材料の、有機材料に
対する配合量を多くし、更には分極電圧を高めるといっ
た工夫を行なっている。
h の圧電諸定数を実用レベルまで大きくするため、無機
質圧電材料に圧電定数の大きなチタン酸ジルコン酸鉛系
圧電材料を用いたり、該無機質圧電材料の、有機材料に
対する配合量を多くし、更には分極電圧を高めるといっ
た工夫を行なっている。
【０００６】ところで、このような複合圧電体にあっ
て、例えばｄ33（電界と同方向に生じる歪の大きさ）方
向の歪を大きくすると横−縦方向結合によりｄ31（電界
と直角方向に発生する歪の大きさ）方向の歪も当然大き
くなり、この現象はある面から見れば好都合なこともあ
るが、純粋な単一方向のみの音波を送出したり、逆に純
粋な単一方向からの音波を受波する単一指向性超音波探
触子に用いられるものや、ハイドロフォンのように、そ
の性能指標（figure-of-merit ）が水中受波感度ｄh
( =ｄ33＋2d31 )で示されたり、船体に取り付けて曳航
されることによりノイズ（主にｄ31方向に起因する）を
生じるものに用いる場合には、却って不都合を生じる場
合が多い。
て、例えばｄ33（電界と同方向に生じる歪の大きさ）方
向の歪を大きくすると横−縦方向結合によりｄ31（電界
と直角方向に発生する歪の大きさ）方向の歪も当然大き
くなり、この現象はある面から見れば好都合なこともあ
るが、純粋な単一方向のみの音波を送出したり、逆に純
粋な単一方向からの音波を受波する単一指向性超音波探
触子に用いられるものや、ハイドロフォンのように、そ
の性能指標（figure-of-merit ）が水中受波感度ｄh
( =ｄ33＋2d31 )で示されたり、船体に取り付けて曳航
されることによりノイズ（主にｄ31方向に起因する）を
生じるものに用いる場合には、却って不都合を生じる場
合が多い。
【０００７】このことを、例えばシート状複合圧電体を
例にとって説明すると、チタン酸ジルコン酸鉛系無機圧
電粉末とエポキシ樹脂とを、それぞれ体積％で６０：４
０の割合で配合し、これを所定形状に成形した後に電極
間に挟持して、該電極間に７０KV/cm の直流電界を印加
して得た複合圧電体のｄ33とｄ31は、それぞれｄ33が１
０４×１０-12 C/N ，ｄ31が−４５．５×１０-12 C/N
で負の値となる。この圧電体の空気中で使用する場合の
受波感度は、通常、ｄ33で示されるが、ハイドロフォン
のように水中で使用される場合には、全方向から静水圧
が加わるため、その受波感度は前記のようにｄh ＝ｄ33
＋２ｄ31で示され、該式からｄh は１３×１０-12 C/N
となり、空気中における感度ｄ33の１／８まで減少す
る。またこの複合圧電体を船体に取り付けて曳航した場
合にはｄ31方向の歪によりノイズ信号を生じ、これがｄ
33方向の歪によって生じる正信号に重畳し、S/N 比を悪
くするので、前記ｄ31の大きさが甚だ厄介となる。
例にとって説明すると、チタン酸ジルコン酸鉛系無機圧
電粉末とエポキシ樹脂とを、それぞれ体積％で６０：４
０の割合で配合し、これを所定形状に成形した後に電極
間に挟持して、該電極間に７０KV/cm の直流電界を印加
して得た複合圧電体のｄ33とｄ31は、それぞれｄ33が１
０４×１０-12 C/N ，ｄ31が−４５．５×１０-12 C/N
で負の値となる。この圧電体の空気中で使用する場合の
受波感度は、通常、ｄ33で示されるが、ハイドロフォン
のように水中で使用される場合には、全方向から静水圧
が加わるため、その受波感度は前記のようにｄh ＝ｄ33
＋２ｄ31で示され、該式からｄh は１３×１０-12 C/N
となり、空気中における感度ｄ33の１／８まで減少す
る。またこの複合圧電体を船体に取り付けて曳航した場
合にはｄ31方向の歪によりノイズ信号を生じ、これがｄ
33方向の歪によって生じる正信号に重畳し、S/N 比を悪
くするので、前記ｄ31の大きさが甚だ厄介となる。
【０００８】更にまた、前記シート状複合圧電体を超音
波探触子に用いられる場合にあっても、その電極面と垂
直な方向（ｄ33方向）、又は電極面と平行な方向（ｄ31
方向）のいずれかに単一方向に音波を送出したり、逆に
単一方向からの音波のみを受波するといった単一指向型
の特性を得るためには、該方向と異なった方向に対応す
るｄ33又はｄ31の大きさが弊害となる。本発明は、
ｄ31，ｄ33，ｄh 等、いずれかの諸定数を実質上ゼロに
指定できる複合圧電体を提供せんとするものである。
波探触子に用いられる場合にあっても、その電極面と垂
直な方向（ｄ33方向）、又は電極面と平行な方向（ｄ31
方向）のいずれかに単一方向に音波を送出したり、逆に
単一方向からの音波のみを受波するといった単一指向型
の特性を得るためには、該方向と異なった方向に対応す
るｄ33又はｄ31の大きさが弊害となる。本発明は、
ｄ31，ｄ33，ｄh 等、いずれかの諸定数を実質上ゼロに
指定できる複合圧電体を提供せんとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、抗電力を異に
する二種類の圧電材料の組み合わせよりなり、これら圧
電材料の分極方向を互いに逆向きに配向したものであ
る。
する二種類の圧電材料の組み合わせよりなり、これら圧
電材料の分極方向を互いに逆向きに配向したものであ
る。
【００１０】なお、本発明において一方の無機質圧電材
料には抗電力の大きく、かつ圧電定数の異方性（ｄ33／
ｄ31）が大きい材料、例えばチタン酸鉛（PbTiO3），メ
タニオブ酸鉛（PbNb2O6)，メタタンタル酸鉛（PbTa2O6)
等のように５０KV/cm 以上の高い直流電界で分極可能な
材料を使用し、また他方の無機質圧電材料には抗電力の
小さく、かつ圧電定数の異方性（ｄ33／ｄ31）が小さい
材料、例えばチタン酸バリウム（BaTiO3）、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（Pb(Ti,Zr)O3)等のように４０KV/cm 以下の
低い直流電界で容易に分極し得る材料を使用することが
できる。
料には抗電力の大きく、かつ圧電定数の異方性（ｄ33／
ｄ31）が大きい材料、例えばチタン酸鉛（PbTiO3），メ
タニオブ酸鉛（PbNb2O6)，メタタンタル酸鉛（PbTa2O6)
等のように５０KV/cm 以上の高い直流電界で分極可能な
材料を使用し、また他方の無機質圧電材料には抗電力の
小さく、かつ圧電定数の異方性（ｄ33／ｄ31）が小さい
材料、例えばチタン酸バリウム（BaTiO3）、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（Pb(Ti,Zr)O3)等のように４０KV/cm 以下の
低い直流電界で容易に分極し得る材料を使用することが
できる。
【００１１】更に本発明において、抗電力を異にする二
種類の圧電材料を、これらの分極方向が互いに逆となる
ように配向させるため、先ず高い直流電界を印加して二
種の圧電材料を同方向に分極する一次分極処理と、続い
てこれよりも低い直流電界を印加して抗電力の小さい圧
電材料を逆方向に反転する二次分極処理を含むものとす
る。
種類の圧電材料を、これらの分極方向が互いに逆となる
ように配向させるため、先ず高い直流電界を印加して二
種の圧電材料を同方向に分極する一次分極処理と、続い
てこれよりも低い直流電界を印加して抗電力の小さい圧
電材料を逆方向に反転する二次分極処理を含むものとす
る。
【００１２】
【作用】二種類の圧電材料は、その分極方向が異なって
いるため、圧電的挙動が逆位相となり、互いに打ち消し
合うこととなる。従って、二種類の圧電材料の諸定数の
内、ｄ31あるいはｄ33のいずれかが相等しければ実質
上、ゼロ値となり、相等しくないいずれかのｄ31あるい
はｄ33が有効となる。
いるため、圧電的挙動が逆位相となり、互いに打ち消し
合うこととなる。従って、二種類の圧電材料の諸定数の
内、ｄ31あるいはｄ33のいずれかが相等しければ実質
上、ゼロ値となり、相等しくないいずれかのｄ31あるい
はｄ33が有効となる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明を実施例につき説明する。図１
は第１の無機質圧電材料よりなる粉体１１と、第２の無
機質圧電材料よりなる粉体１２とを、分極軸（矢印）が
互いに逆になるよう、高分子材料シート１３内に分散す
ると共に該シート１３の表裏面に銀塗料等により電極１
４、１５を被着形成した本発明の第１実施例に係る複合
圧電体P1を示す。
は第１の無機質圧電材料よりなる粉体１１と、第２の無
機質圧電材料よりなる粉体１２とを、分極軸（矢印）が
互いに逆になるよう、高分子材料シート１３内に分散す
ると共に該シート１３の表裏面に銀塗料等により電極１
４、１５を被着形成した本発明の第１実施例に係る複合
圧電体P1を示す。
【００１４】図２は第１の無機質圧電材料よりなるロッ
ド２１と、第２の無機質圧電材料よりなるロッド２２と
を、高分子材料シート２３内に、分極軸（矢印）が逆に
なるよう埋設すると共にシート２３の表裏面に電極２
４、２５を被着した本発明の第２実施例に係る複合圧電
体P2を示す。
ド２１と、第２の無機質圧電材料よりなるロッド２２と
を、高分子材料シート２３内に、分極軸（矢印）が逆に
なるよう埋設すると共にシート２３の表裏面に電極２
４、２５を被着した本発明の第２実施例に係る複合圧電
体P2を示す。
【００１５】図３は第１の無機質圧電材料よりなる半ロ
ッド３１と、第２の無機質圧電材料よりなる半ロッド３
２とを、それらの分極軸（矢印）が逆になるよう直流接
合するか、両者の固溶体層ｔを介して接合した複数のロ
ッドを、高分子材料シート３３内に埋設すると共にシー
ト３３の表裏面に電極３４、３５を被着した本発明の第
３実施例に係る複合圧電体P3を示す。
ッド３１と、第２の無機質圧電材料よりなる半ロッド３
２とを、それらの分極軸（矢印）が逆になるよう直流接
合するか、両者の固溶体層ｔを介して接合した複数のロ
ッドを、高分子材料シート３３内に埋設すると共にシー
ト３３の表裏面に電極３４、３５を被着した本発明の第
３実施例に係る複合圧電体P3を示す。
【００１６】図４は第１の無機質圧電材料よりなる粉体
４１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう分散した高
分子材料シート４３内に、第２の無機質圧電材料よりな
るロッド４２を、分極軸（矢印）が他方向になるよう埋
設し、前記シートの表裏面に電極４４、４５を被着した
本発明の第４実施例に係る複合圧電体P4を示す。
４１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう分散した高
分子材料シート４３内に、第２の無機質圧電材料よりな
るロッド４２を、分極軸（矢印）が他方向になるよう埋
設し、前記シートの表裏面に電極４４、４５を被着した
本発明の第４実施例に係る複合圧電体P4を示す。
【００１７】図５は第１の無機質圧電材料よりなる粉体
５１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう高分子材料
シート５３ａ内に分散してなるリング状第１の複合圧電
体要素P51 の内周面に、第２の無機質圧電材料よりなる
粉体５２を、分極軸（矢印）が他方向になるよう高分子
材料シート５３ｂ内に分散してなる第２の複合圧電体要
素P52 を嵌着し、その表裏面に電極５４、５５を被着し
てなる本発明の第５実施例に係る複合圧電体P5を示す。
５１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう高分子材料
シート５３ａ内に分散してなるリング状第１の複合圧電
体要素P51 の内周面に、第２の無機質圧電材料よりなる
粉体５２を、分極軸（矢印）が他方向になるよう高分子
材料シート５３ｂ内に分散してなる第２の複合圧電体要
素P52 を嵌着し、その表裏面に電極５４、５５を被着し
てなる本発明の第５実施例に係る複合圧電体P5を示す。
【００１８】図６は第１の無機質圧電材料よりなる粉体
６１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう高分子材料
シート６３ａ内に分散してなる第１の複合圧電体要素P
61 と、第２の無機質圧電材料よりなる粉体６２を、分
極軸（矢印）が他方向になるよう高分子材料シート６３
ｂ内に分散してなる第２の複合圧電体要素P62 とを積層
してなる本発明の第６実施例に係る複合圧電体P6を示
す。
６１を、分極軸（矢印）が一方向になるよう高分子材料
シート６３ａ内に分散してなる第１の複合圧電体要素P
61 と、第２の無機質圧電材料よりなる粉体６２を、分
極軸（矢印）が他方向になるよう高分子材料シート６３
ｂ内に分散してなる第２の複合圧電体要素P62 とを積層
してなる本発明の第６実施例に係る複合圧電体P6を示
す。
【００１９】上記各実施例において、第１の無機質圧電
材料１１〜６１には抗電力の大きく、圧電定数の異方性
（d33/d31)が大きい材料、例えばチタン酸鉛（PbTiO3）
が好適に選択使用させ、第２の無機質圧電材料１２〜６
２には抗電力の小さく、かつ圧電定数の異方性（d33/d
31)が小さい材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(T
i,Zr)O3)が好適に選択使用される。
材料１１〜６１には抗電力の大きく、圧電定数の異方性
（d33/d31)が大きい材料、例えばチタン酸鉛（PbTiO3）
が好適に選択使用させ、第２の無機質圧電材料１２〜６
２には抗電力の小さく、かつ圧電定数の異方性（d33/d
31)が小さい材料、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Pb(T
i,Zr)O3)が好適に選択使用される。
【００２０】また、高分子材料シート内には、予め一方
向に分極処理した第１の無機質圧電材料と予め他方向に
分極した第２の無機質圧電材料とを、これらの分極軸を
互いに逆向きにして配列することもできるが、製造を複
雑化するので、本実施例では、前述のように第１の無機
質圧電材料に抗電力の大きいものを、第２の無機質圧電
材料に抗電力の小さいものを用い、先ず、電極層間に第
１、第２の無機質圧電材料を分極し得る高い直流電界の
下で分極し、続いて主に第２の無機質圧電材料を分極し
得る低い直流電界を逆方向に印加することによって、第
１の無機質圧電材料と第２の無機質圧電材料をそれぞれ
逆分極方向に配向し得るので製造が簡単になる利点があ
る。
向に分極処理した第１の無機質圧電材料と予め他方向に
分極した第２の無機質圧電材料とを、これらの分極軸を
互いに逆向きにして配列することもできるが、製造を複
雑化するので、本実施例では、前述のように第１の無機
質圧電材料に抗電力の大きいものを、第２の無機質圧電
材料に抗電力の小さいものを用い、先ず、電極層間に第
１、第２の無機質圧電材料を分極し得る高い直流電界の
下で分極し、続いて主に第２の無機質圧電材料を分極し
得る低い直流電界を逆方向に印加することによって、第
１の無機質圧電材料と第２の無機質圧電材料をそれぞれ
逆分極方向に配向し得るので製造が簡単になる利点があ
る。
【００２１】更に上記実施例において、無機質圧電材料
と高分子材料とを複合化した際の様々の連結機構を生じ
ているが、このような連結機構は、例えば、R.E.Newham
m 等により定義（Mat.Res.Bull.Vol.13,pp525-536,198
7）されているところの、０−３型、１−３型等で分類
される連結機構と類似している。前の数字０、１は無機
質圧電材料の次元を示し、後の数字３は高分子材料の次
元を示す。因みに図１と図６の実施例に係る複合圧電体
は０−３型であり、高分子材料中に分散されている第
１、第２の無機質圧電材料が１、２、３軸のどの方向に
も連結されていないため、最も優れた可撓性が得られ
る。また図２、図３及び図５に係る複合圧電体は１−３
型であり、１、２軸方向に可撓性があるものが得られ、
更に図４に係る複合圧電体は１−３型と０−３型の複合
連結機構をもったものが得られる。
と高分子材料とを複合化した際の様々の連結機構を生じ
ているが、このような連結機構は、例えば、R.E.Newham
m 等により定義（Mat.Res.Bull.Vol.13,pp525-536,198
7）されているところの、０−３型、１−３型等で分類
される連結機構と類似している。前の数字０、１は無機
質圧電材料の次元を示し、後の数字３は高分子材料の次
元を示す。因みに図１と図６の実施例に係る複合圧電体
は０−３型であり、高分子材料中に分散されている第
１、第２の無機質圧電材料が１、２、３軸のどの方向に
も連結されていないため、最も優れた可撓性が得られ
る。また図２、図３及び図５に係る複合圧電体は１−３
型であり、１、２軸方向に可撓性があるものが得られ、
更に図４に係る複合圧電体は１−３型と０−３型の複合
連結機構をもったものが得られる。
【００２２】次に図７及び図８は本発明の第７、第８の
実施例に係る同軸ケーブル状複合圧電体P7，P8を示した
もので、図７は中心電極となる導芯７４の周りに、第１
の無機質圧電材料粉体７１と第２の無機質圧電材料粉体
７２を高分子材料７３中に０−３型連結機構に分散した
複合圧電層P71 を形成し、該圧電層P71 の周りに外側電
極となる外覆層７５を形成したもので、前記第１の無機
質圧電材料粉体と第２の無機質圧電材料粉体の分極軸
（矢印）は放射方向に対して互いに逆向きになってい
る。図８は導芯８４の周りに、第１の無機質圧電材料粉
体８１を高分子材料８３a 中に０−３型連結機構に配列
した第１の複合圧電層P82 を形成し、その周りに第２の
無機質圧電材料粉体８２を高分子材料８２b 中に０−３
型連結機構に分散した第２の複合圧電層P82 を形成し、
更に外覆層８５を形成したもので、第１と第２の複合圧
電層の各無機質圧電材料の分極軸（矢印）は放射方向に
対して互いに逆になっている。
実施例に係る同軸ケーブル状複合圧電体P7，P8を示した
もので、図７は中心電極となる導芯７４の周りに、第１
の無機質圧電材料粉体７１と第２の無機質圧電材料粉体
７２を高分子材料７３中に０−３型連結機構に分散した
複合圧電層P71 を形成し、該圧電層P71 の周りに外側電
極となる外覆層７５を形成したもので、前記第１の無機
質圧電材料粉体と第２の無機質圧電材料粉体の分極軸
（矢印）は放射方向に対して互いに逆向きになってい
る。図８は導芯８４の周りに、第１の無機質圧電材料粉
体８１を高分子材料８３a 中に０−３型連結機構に配列
した第１の複合圧電層P82 を形成し、その周りに第２の
無機質圧電材料粉体８２を高分子材料８２b 中に０−３
型連結機構に分散した第２の複合圧電層P82 を形成し、
更に外覆層８５を形成したもので、第１と第２の複合圧
電層の各無機質圧電材料の分極軸（矢印）は放射方向に
対して互いに逆になっている。
【００２３】さらに図９及び図１０は、本発明の第９，
第１０実施例に係るもので、図９は、第１の圧電材料を
配合したグリーンシート９１と第２の圧電材料を配合し
たグリーンシート９２とを積層し、同時焼成によって両
者を一体に結合し、その表裏面に電極９４，９５を被着
した後、上部の圧電層９１と下部の圧電層９２の分極軸
が上下逆向きになるように一次分極処理と二次分極処理
を施したものである。また図１０は、第１の無機材料よ
りなる粉体１０１と第２の無機材料よりなる粉体１０２
の夫々外周に硝子、樹脂等の結合材１０３ａ，１０３ｂ
を被覆し、両者を所定の配合割合で混合し、熱プレスに
より結合材１０３ａ，１０３ｂを溶融、硬化して隣接す
る粉体１０１，１０２を互いに結着してシート状とな
し、その表裏面に電極１０４，１０５を被着し、各粉体
１０１，１０２の分極軸が上下逆向きになるように一次
分極処理と二次分極処理を施したものである。
第１０実施例に係るもので、図９は、第１の圧電材料を
配合したグリーンシート９１と第２の圧電材料を配合し
たグリーンシート９２とを積層し、同時焼成によって両
者を一体に結合し、その表裏面に電極９４，９５を被着
した後、上部の圧電層９１と下部の圧電層９２の分極軸
が上下逆向きになるように一次分極処理と二次分極処理
を施したものである。また図１０は、第１の無機材料よ
りなる粉体１０１と第２の無機材料よりなる粉体１０２
の夫々外周に硝子、樹脂等の結合材１０３ａ，１０３ｂ
を被覆し、両者を所定の配合割合で混合し、熱プレスに
より結合材１０３ａ，１０３ｂを溶融、硬化して隣接す
る粉体１０１，１０２を互いに結着してシート状とな
し、その表裏面に電極１０４，１０５を被着し、各粉体
１０１，１０２の分極軸が上下逆向きになるように一次
分極処理と二次分極処理を施したものである。
【００２４】また図示しないが、燒結温度の高いいずれ
か一方の無機質圧電材料よりなるシートまたは粉体をあ
らかじめ焼成し、これに燒結温度の低い他方の圧電材料
よりなるシートまたは粉体を積層若しくは混合し、他方
の圧電材料の燒結と同時に両者を一体、結合したものに
電極を付け、同様の分極処理を施しても良い。
か一方の無機質圧電材料よりなるシートまたは粉体をあ
らかじめ焼成し、これに燒結温度の低い他方の圧電材料
よりなるシートまたは粉体を積層若しくは混合し、他方
の圧電材料の燒結と同時に両者を一体、結合したものに
電極を付け、同様の分極処理を施しても良い。
【００２５】以上の各実施例において、図１〜図８に示
す実施例は、高分子材料をマトリックスとしてこれに第
１、第２の無機材料を分散、一体化した複合圧電体につ
いての例であるが、この高分子材料に代えて低融点硝子
や低温燒結磁器等の無機材料を用いても良い。また図
９，図１０に示す実施例は、高分子材料や無機質材料の
マトリックスを用いずに無機質圧電材料を直接複合、一
体化した複合圧電体の例であるが、いずれの場合も無機
質圧電材料として、抗電力の異なる二種類類の圧電材料
を用い、かつ分極軸を互いに逆向きにして配向させるこ
とは言うまでもない。
す実施例は、高分子材料をマトリックスとしてこれに第
１、第２の無機材料を分散、一体化した複合圧電体につ
いての例であるが、この高分子材料に代えて低融点硝子
や低温燒結磁器等の無機材料を用いても良い。また図
９，図１０に示す実施例は、高分子材料や無機質材料の
マトリックスを用いずに無機質圧電材料を直接複合、一
体化した複合圧電体の例であるが、いずれの場合も無機
質圧電材料として、抗電力の異なる二種類類の圧電材料
を用い、かつ分極軸を互いに逆向きにして配向させるこ
とは言うまでもない。
【００２６】本発明は以上のように第１の無機質圧電材
料と第２の無機質圧電材料とを高分子材料中に、分極方
向が互いに逆向きになるよう配向することによって圧電
諸定数を実質上ゼロに指定することができるもので、こ
のことは次の実験例からも実証し得る。
料と第２の無機質圧電材料とを高分子材料中に、分極方
向が互いに逆向きになるよう配向することによって圧電
諸定数を実質上ゼロに指定することができるもので、こ
のことは次の実験例からも実証し得る。
【００２７】第１の無機質圧電材料（イ）としてチタン
酸鉛粉末（ｄ31＝−６．５×１０-1 2 C/N ，ｄ33＝５４
×１０-12 C/N ，ｄh ＝４１×１０-12 C/N ）を、第２
の無機質圧電材料（ロ）としてチタン酸ジルコン酸鉛粉
末（ｄ31＝−２６０×１０-1 2 C/N ，ｄ33＝５７０×１
０-12 C/N ，ｄh ＝５０×１０-12 C/N ）を、高分子材
料（ハ）としてクロロプレンゴムを、それぞれ選択す
る。そしてこれらを所定の配合比により混合し、ロール
成形により得た厚さ１mm のシートを２０mm×２５mmの
角形に打ち抜き、１７０℃、２０分間の加硫を施し、表
裏面に銀塗料を施して電極を形成した後、２０℃の油中
にて７０KV/cm 、１時間の一次分極を施した上で、逆分
極電圧を２０℃の油中にて３０分間印加し、ｄ31，
ｄ33，ｄh 等の圧電諸定数が実質上ゼロになる逆分極電
圧を測定した結果を図１１〜図１４に示す。
酸鉛粉末（ｄ31＝−６．５×１０-1 2 C/N ，ｄ33＝５４
×１０-12 C/N ，ｄh ＝４１×１０-12 C/N ）を、第２
の無機質圧電材料（ロ）としてチタン酸ジルコン酸鉛粉
末（ｄ31＝−２６０×１０-1 2 C/N ，ｄ33＝５７０×１
０-12 C/N ，ｄh ＝５０×１０-12 C/N ）を、高分子材
料（ハ）としてクロロプレンゴムを、それぞれ選択す
る。そしてこれらを所定の配合比により混合し、ロール
成形により得た厚さ１mm のシートを２０mm×２５mmの
角形に打ち抜き、１７０℃、２０分間の加硫を施し、表
裏面に銀塗料を施して電極を形成した後、２０℃の油中
にて７０KV/cm 、１時間の一次分極を施した上で、逆分
極電圧を２０℃の油中にて３０分間印加し、ｄ31，
ｄ33，ｄh 等の圧電諸定数が実質上ゼロになる逆分極電
圧を測定した結果を図１１〜図１４に示す。
【００２８】図１１〜図１４の各図より、第１の無機質
圧電材料に対する第２の無機質圧電材料との配合比、ま
たこれら第１、第２の無機質圧電材料の合計に対する高
分子材料との配合比により、ｄ31, ｄ33，ｄh 等の圧電
諸定数が実質上ゼロになる逆分極電圧が異なるので、実
施する際にはこれら構成材料の配合割合に応じて逆分極
電圧を調整することが理解される。また図１５は図１２
Ａの表中、＊印を付けた試料につき、逆分極電圧を０KV
/cm 〜−６０KV/cm の範囲で変化させ、各逆電圧におけ
るｄ31, ｄ33, ｄh を測定した結果を示す。同図からも
明らかなようにｄ31は−３６．５８KV/cm ，ｄ33は−１
８．０KV/cm ，ｄh は−９．６５KV/cm で実質的にゼロ
になることが理解できる。
圧電材料に対する第２の無機質圧電材料との配合比、ま
たこれら第１、第２の無機質圧電材料の合計に対する高
分子材料との配合比により、ｄ31, ｄ33，ｄh 等の圧電
諸定数が実質上ゼロになる逆分極電圧が異なるので、実
施する際にはこれら構成材料の配合割合に応じて逆分極
電圧を調整することが理解される。また図１５は図１２
Ａの表中、＊印を付けた試料につき、逆分極電圧を０KV
/cm 〜−６０KV/cm の範囲で変化させ、各逆電圧におけ
るｄ31, ｄ33, ｄh を測定した結果を示す。同図からも
明らかなようにｄ31は−３６．５８KV/cm ，ｄ33は−１
８．０KV/cm ，ｄh は−９．６５KV/cm で実質的にゼロ
になることが理解できる。
【００２９】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ｄ31，ｄ
33，ｄh のうちいずれか一方が打ち消しあって実質上ゼ
ロになし得ることができるので、ｄ31，ｄ33，ｄh のう
ちいずれか他方のみが有効となり、当該圧電諸定数に基
づいて単一方向のみに音波を放射したり、単一方向から
の音波を受信する単一指向型送受波器用として、または
等方的静水圧の影響により水中感度ｄh が減少したり、
曳航によりノイズを生じ易いハイドロフォン用として従
来にない卓越した効果をもたらすことができる。
33，ｄh のうちいずれか一方が打ち消しあって実質上ゼ
ロになし得ることができるので、ｄ31，ｄ33，ｄh のう
ちいずれか他方のみが有効となり、当該圧電諸定数に基
づいて単一方向のみに音波を放射したり、単一方向から
の音波を受信する単一指向型送受波器用として、または
等方的静水圧の影響により水中感度ｄh が減少したり、
曳航によりノイズを生じ易いハイドロフォン用として従
来にない卓越した効果をもたらすことができる。
【図１Ａ】第１実施例の斜視図である。
【図１Ｂ】第１実施例の横断面図である。
【図２Ａ】第２実施例の斜視図である。
【図２Ｂ】第２実施例の横断面図である。
【図３Ａ】第３実施例の斜視図である。
【図３Ｂ】第３実施例の横断面図である。
【図４Ａ】第４実施例の斜視図である。
【図４Ｂ】第４実施例の横断面図である。
【図５Ａ】第５実施例の斜視図である。
【図５Ｂ】第５実施例の横断面図である。
【図６Ａ】第６実施例の斜視図である。
【図６Ｂ】第６実施例の横断面図である。
【図７Ａ】第７実施例の斜視図である。
【図７Ｂ】第７実施例の横断面図である。
【図８Ａ】第８実施例の斜視図である。
【図８Ｂ】第８実施例の横断面図である。
【図９Ａ】第９実施例の斜視図である。
【図９Ｂ】第９実施例の横断面図である。
【図１０Ａ】第１０実施例の斜視図である。
【図１０Ｂ】第１０実施例の横断面図である。
【図１１Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
【図１１Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
【図１１Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１２Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が６０／４０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が６０／４０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
【図１２Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１３Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７０／３０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７０／３０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
【図１３Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１４Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７５／２５（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７５／２５（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す
【図１４Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１５】図１２Ａにてイ／ロが４０／６０（＊印）の
試料の、ｄ31, ｄ33, ｄh と逆分極電圧との関係をグラ
フである。
試料の、ｄ31, ｄ33, ｄh と逆分極電圧との関係をグラ
フである。
１１〜１０１ 第１の無機質圧電材料 １２〜１０２ 第２の無機質圧電材料
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１月１４日
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】第１実施例の斜視図である。
【図１Ｂ】第１実施例の横断面図である。
【図２Ａ】第２実施例の斜視図である。
【図２Ｂ】第２実施例の横断面図である。
【図３Ａ】第３実施例の斜視図である。
【図３Ｂ】第３実施例の横断面図である。
【図４Ａ】第４実施例の斜視図である。
【図４Ｂ】第４実施例の横断面図である。
【図５Ａ】第５実施例の斜視図である。
【図５Ｂ】第５実施例の横断面図である。
【図６Ａ】第６実施例の斜視図である。
【図６Ｂ】第６実施例の横断面図である。
【図７Ａ】第７実施例の斜視図である。
【図７Ｂ】第７実施例の横断面図である。
【図８Ａ】第８実施例の斜視図である。
【図８Ｂ】第８実施例の横断面図である。
【図９Ａ】第９実施例の斜視図である。
【図９Ｂ】第９実施例の横断面図である。
【図１０Ａ】第１０実施例の斜視図である。
【図１０Ｂ】第１０実施例の横断面図である。
【図１１Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が５０／５０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１２Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が６０／４０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が６０／４０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
【図１２Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１３Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７０／３０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７０／３０（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
【図１３Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１４Ａ】複合圧電体を構成する第１の無機質圧電材
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７５／２５（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
料（イ）と第２の無機質圧電材料（ロ）の和と高分子材
料（ハ）の配合比が７５／２５（体積％）であって、ｄ
31,ｄ33, ｄh がゼロになるときの逆分極電圧との関係
を示す図表である。
【図１４Ｂ】図１１Ａに対応するグラフである。
【図１５】図１２Ａにてイ／ロが４０／６０（＊印）の
試料の、ｄ31, ｄ33, ｄh と逆分極電圧との関係を示す
グラフである。
試料の、ｄ31, ｄ33, ｄh と逆分極電圧との関係を示す
グラフである。
【符合の説明】 １１〜１０１ 第１の無機質圧電材料 １２〜１０２ 第２の無機質圧電材料
Claims (4)
- 【請求項１】 抗電力を異にする二種類の圧電材料の組
み合わせよりなり、これら圧電材料の分極方向が互いに
逆向きに配向されていることを特徴とする複合圧電体。 - 【請求項２】 抗電力を異にする二種類の圧電材料を組
み合わせ、分極電圧により前記二種類の圧電材料を一方
向に分極する一次分極処理と、前記一次分極電圧と逆極
性の分極電圧により抗電力の小さい圧電材料の分極軸を
反転させる二次分極処理を施してなる複合圧電体。 - 【請求項３】 全体形状がシート状である特許請求の範
囲第１項及び第２項記載の複合圧電体。 - 【請求項４】 全体形状が同軸ケーブル状である特許請
求の範囲第１項及び第２項記載の複合圧電体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3069133A JPH0750437A (ja) | 1990-11-30 | 1991-03-08 | 複合圧電体 |
| US07/878,179 US5259099A (en) | 1990-11-30 | 1992-05-04 | Method for manufacturing low noise piezoelectric transducer |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33779590 | 1990-11-30 | ||
| JP2-337795 | 1990-11-30 | ||
| JP3069133A JPH0750437A (ja) | 1990-11-30 | 1991-03-08 | 複合圧電体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0750437A true JPH0750437A (ja) | 1995-02-21 |
Family
ID=26410314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3069133A Pending JPH0750437A (ja) | 1990-11-30 | 1991-03-08 | 複合圧電体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750437A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1991
- 1991-03-08 JP JP3069133A patent/JPH0750437A/ja active Pending
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| JP2017017458A (ja) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 株式会社日立パワーソリューションズ | 超音波探触子および超音波検査装置 |
| KR20180008789A (ko) * | 2015-06-30 | 2018-01-24 | 가부시키가이샤 히타치 파워 솔루션즈 | 초음파 탐촉자 및 초음파 검사 장치 |
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