JPS61290782A - 複合圧電体およびその製造方法 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 この発明は、圧電セラミック焼結体に関するものであり
、特に、ファイバーと圧電材料とを一体成形した後焼成
して得られる複合圧電体に関するものである。

「従来の技術」 従来より、焼成済みの圧電体を小さなブロック形状や粉
末にした後、これらをエポキシ等の樹脂中に配置ないし
は混入した複合圧電体が存在している。しかしながら、
かかる構成の従来の複合圧電体では、圧電セラミックス
相互間の結合は樹脂により構成されるために、その強度
は低く、熱にも弱い欠点がある。

また、圧電セラミックの予備焼成粉にバインダーを添加
し混練して得られるペースト状圧電材料を、ドクターブ
レード法や、押し出し法、ロール法などにより所定の厚
みにレート成形した後、焼成したシート状の圧電体も存
在している。しかしながら、従来のシート状圧電体は通
常セラミックスだけから構成されており、脆くて割れや
すいという問題点があり、通常は金属板などに貼り付け
て使用しているのが実情である。

「発明が解決しようとする問題点」 このように従来技術にあっても、樹脂と圧電体とにより
構成された複合圧電体やシート状圧電体は存在している
が、焼成済みの圧電体を樹脂に埋め込んだり、金属板な
どに接着したりして使用するために、その機械的強度は
弱く、また耐熱性も低く、シかも製造コストが割高にな
るなどの問題点があった。

従って、この発明は、機械的強度が強く、熱的にも安定
しており、しかも製造コストの安い複合圧電体を提供す
ることを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は上記目的を達成するために、圧電セラミックの
予備焼成粉とファイバーとを混合し一体成形した後、焼
成することにより、圧電体中にファイバーが混入された
構成の複合圧電体としたことを特徴とするものである。

本発明において、予備焼成粉とファイバーとを一体成形
するに際しては、予備焼成粉にファイバーを混入したも
のを成形しても良く、予備焼成粉にファイバーおよびバ
インダーを混合し混練してペースト状としたものを成形
しても良く、あるいは、予備焼成粉にまずバインダーを
添加して混練しペースト状としたものにファイバーを混
入して一体成形しても良い。

また、本発明において、圧電セラミックの予備焼成粉と
ファイバーとを一体成形する方法としては、乾式プレス
、湿式プレス、ドクターブレード法、あるいは押し出し
法など、公知の成形方法のいずれの方式も適用できる。

「実施例」 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

原料として、ＰｂＯ，ＭｇＯ，Ｎｂ２Ｏ，、ＴｉＯ２゜
ＺｒＯ，、ＢａＣＯ３，およびＮ　ｉ　Ｏを所定の組成
となるように秤量し、ボールミルにより湿式混合を行な
った後、４００ｋｇ／ｃｍ”で加圧成形し、この成形体
を８５０℃で２時間予備焼成し、これを再びボールミル
により２４時時間式で粉砕することにより圧電セラミッ
クの予備焼成粉を得た。この予備焼成粉に直径５μｍ、
長さ５ｍの石英製ファイバーを多数混入し、ボールミル
により２間抜湿式混合を行なった後、これを湿式プレス
により成形し、１２００〜１３００℃で４５分間本焼成
し、第１図に示すような構造すなわち圧電体素地１の中
に無秩序な方向に向いた多数のファイバー２がほぼ均一
に分散され混入された構造の複合圧電体を得た。

得られた複合圧電体を、直径１６ｍｍφ、厚さ１田に切
断し研磨した後、蒸着によりＣｒ　−Ａ　ｕ電極を形成
し、１２０℃のシリコンオイル中で４０ＫＶ／Ｗｌの直
流電界で分極して測定用試料とした。得られた複合圧電
体の特性は比誘電率ε３３／ｆｆ１ｌ）が３５００で径
方向の電気機械結合係数Ｋｐは０．４５であった。

（実施例２） 実施例１と同じ方法で作製した圧電セラミックの予備焼
成粉に、直径５μｍ、長さ５■の石英製ファイバーを多
数混入し、これにエチルセルロース等のバインダーと水
とを加えて十分に混練した後、押し出し成形法により１
ｍｍ厚のシート形状に成形し、１２００〜１３００℃で
４５分間焼成することにより、０．８ｍｍ厚のシート形
状の複合圧電体を得た。得られた複合圧電体は、第２図
に示すように圧電体素地１ａ中にファイバー２ａがほぼ
均一に混入した構造をしており、その比誘電率ε３３／
ε。は３０００で、径方向の電気機械結合係数ｋＰは０
．４０であり、その曲げ強度は従来品の１．２倍であっ
た。

（実施例３） 第３図は、本発明の他の実施例を説明するための製造装
置の概略構成図である０図において、３は石英製ファイ
バーの網であり、この網３はベルト４とともに同じ速度
で平行に進行するようにしてあり、また、ベルト４と網
３との間隔はロール５およびロール６により調整されて
いる。実施例１と同じ方法で作製した圧電セラミックの
予備焼成粉に、ポリビニルアルコール等のバインダーと
ジブチルフタレート等の可塑剤とトリクロルエチレン等
の有機溶剤とを混合してスラリー化し、このスラリーを
スラリー容器７より供給し１石英製ファイバーの網３と
ともにドクターブレード法によりシート成形化した。こ
の際、容器７より供給されたスラリーと石英製ファイバ
ーの網とは、ドクターブレード８とベルト４との間隙か
ら一体で引き出されてシート成形化され、乾燥ゾーン９
において乾燥された。次いで、このようにして得られた
複合シート１０を１２００〜１３００℃で４５分間焼成
することにより、複合圧電体を作製した。

得られた複合圧電体の厚みは０．２５ｍｍであり、比誘
電率ε、３／ε。は３０００、径方向の電気機械結合係
数ｋｐは０，４０であり、曲げ強度は従来品の１．２倍
であった。

以上詳述した如く、本発明の複合圧電体は、圧電セラミ
ックの予備焼成粉とファイバーとを一体成形した後、焼
成することにより得られるものであるが、圧電セラミッ
クの組成、ファイバーの材質、成形方法等は上記実施例
に限定されるものではなく、また、その形状も管状など
任意の形状のものが実現できること勿論である。

「発明の効果」 維持よう詳述した如く、本発明においては、圧電セラミ
ックの予備焼成粉とファイバーとを一体成形した後焼成
するため、従来の複合圧電体とは異なり、樹脂等の強度
の弱い部分が無く、また、圧電セラミック中に縦横にフ
ァイバーが配置されているため各部分の強度は強く均一
である。

また、従来のシート状圧電セラミック体は脆くて曲げ強
度が弱い欠点があったが、本発明の複合圧電体は曲げ強
度が強いファイバーが縦横に配置されているため全体と
しても曲げ強度に強い。このため、従来とは異なり、薄
い金属板などに接着し補強する必要がなくなる利点があ
る。。

以上、詳述したことからも明らかなように、本発明によ
る複合圧電体は、次のような特有の効果を有する。

（１）圧電セラミック中にファイバーが均一に配置され
た状態で一体焼結されているため、各部分の機械的強度
が大きく均一である。

（２）曲げ強度が従来品に比べて大きい。

（３）薄いシート状であっても、金属板などに接着し補
強する必要が無い。

（４）樹脂で結合していないため、熱的に安定であり、
高温でも使用できる。

（５）樹脂による接着工程などがなく、製造コストが安
価になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による複合圧電体の斜視図、
第２図は本発明の他の実施例によるシート状複合圧電体
の斜視図、第３図は本発明のさらに他の実施例を説明す
るだめのの模式図である。 １：圧電体素地　２：ファイバー。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電セラミック組成物の原料粉末を成形し焼結し
   て得られる圧電体において、該圧電体中にファイバーが
   混入されていることを特徴とする複合圧電体。
2. （２）所望組成の原料を予備焼成して得られた圧電セラ
   ミックの予備焼成粉とファイバーとを混合し、一体成形
   した後、焼成することを特徴とする複合圧電体の製造方
   法。
3. （３）上記予備焼成粉とファイバーの混合したものをバ
   インダーとともに混練することによりペースト状圧電材
   料とし、これを一体成形した後、焼成することを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載の複合圧電体の製造方法
   。
4. （４）上記予備焼成粉にバインダーを添加し混練して得
   たペースト状圧電材料に、ファイバーを混入しながら同
   時にシート成形し、次いで焼成することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の複合圧電体の製造方法。