JPS63168061A - 複合圧電材料およびその製作方法 - 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〕 本発明は、面方向の振動をすることなく、厚み方向だけ
の振動をする弾性率の低い有機高分子−セラミックス圧
電体板に関し、詳しくは、弾性率の低い有機高分子のマ
トリッグスに、棒状のセラミックス圧電体が配列する有
機高分子−セラミックス複合圧電体に関する。

本発明の有機高分子−セラミックス複合圧電体は、面方
向の振動をすることなく、厚み方向だけの振動をするこ
とができ、感度の高い感圧センサーまたは超音波発振子
として利用することができ、さらに振動方向の定まった
超音波などの検出素子として利用することもできる。

〔技術の背景および従来技術の説明〕

これまでに、ＰＺＴ　　（チタン酸・ジルコン酸鉛）、
チタン酸金属塩などの多くの圧電体が開発されているが
、圧電圧効果を利用する圧電材料、すなわち超音波の受
信素子または感圧センサーには、軟らかくて、電気機械
結合係数および圧Ｓ′ｒ４圧定数の大きい圧電材料が望
まれていて、チタン酸バリウムやＰＺＴなどの無機セラ
ミックス圧電材料と高分子有機材料を複合させて、電気
機械結合係数および圧電電圧定数の大きい圧電材料を製
造することが試みられている。米国のニューハムらは、
細いＰＺＴのファイバーをつくり、これを有機物と複合
化して、分極処理を行なっている。〔ジャーナル・オブ
・ジ・アメリカン・セラミック・ソサイエテイ　（Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒ
ａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ　）第６４巻第１号第５〜８Ｎ
）しかしながら、この方法はＰＺＴと有機物の電気特性
が異なるために、その複合材料に一様に高電圧を印加す
るのが難かしい。そこで性向らは、分極処理を施したＰ
ＺＴの薄板を切断加工して、同様な構造（１−３結合構
造）の複合圧電材料を製造した。

（特開昭５８−２１８８３号公報） また体積分部の小さい無機圧電体と有機質材料の複合圧
電材料を、材料の損失を少なくして製作するために、所
定の幅の切込を入れた無機圧電体の板状物を所定の間隔
をおいて基板に平行に接着し、その空所に硬化性合成ｍ
脂液を充填し、硬化した後、不要な部分を切落して複合
圧電材料を製作することが試みられている。（特願昭６
１−２５６９７０号） 本発明者らは、チタン酸バリウムまたはチタン酸鉛など
のチタン酸金属塩について永年研究を続けているが、そ
の研究において、弾性率の小さｖ１有機質材料を無機圧
電体と複合すると、交流電圧を印加したときに、一方向
だけに振動するが、他の方向に振動することのない複合
圧電材料が得られることを見出し、この知見にもとづい
て本発明に到達した。

〔発明の目的および発明の要約〕

本発明の目的は、感圧感度を示す圧電電圧定数が高い複
合圧電体を提供することにあり、詳しくは、良好な電気
機械結合係数を維持したままで、圧電電圧定数の高い複
合圧電体を提供することにあり、さらに詳しくは、交流
電圧を印加したときに、一定の方向だけの振動（共振）
を冑し、他の・方向の振動（共振）がなく、ノイズがな
く、それによって擾れた感圧感度を有する複合圧電体を
提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、高感度の感圧センサー、超
音波の発振子、または一定方向の超音波の検出素子とし
て利用することができる複合圧電体を提供することにあ
る。

本発明は、合成樹脂マトリックスに棒状の無機圧電体が
配列する合成樹脂−無機圧電体複合圧電材料において、
マトリックスの合成ＮＮが、１〜５０Ｋｇ・ｆ／朋の弾
性率を有するものであること、および無機圧電体が、６
０００Ｋｇ・ｆ、／ａｓよりも大きい弾性率を有し、そ
れによって良好な電気機械結合係数を維持したままで高
い圧１！電圧定数を有し、さらに交流電圧を印加したと
きに一定方向だけに振動し、他の方向に振動しない特性
を有することを特徴とする複合圧電材料である。

本発明の複合圧電材料は、 ａ　）　　６０００　Ｋｇ・ｆ／ｍｍ２以上の弾性率を
有する無機圧電体の角柱が基板上に規則正しく配列する
無機圧電体板の角柱の間の空所に１〜５０Ｋｇ・ｆ／關
２の弾性率を有する合成樹脂を充填し、硬化して、合成
樹脂−無機圧電体角柱板複合体をつくること、および ｂ）合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体から合成樹脂マ
トリックス中に無機圧電体の角柱が規則正しく配列する
複合圧電材料を切り取ること、によって製作される。

本発明の複合圧電材料の製作における６０００句・ｆ／
朋以上の弾性率を有する無機圧電体の角柱が基板上に規
則正しく配列する無機圧電体角柱板は、 ６０００匈・ｆ／ｍｍ２以上の弾性率を有する無機圧電
体の板状物の一つの面に、所定のピッチにおいて、切目
を入れて、平行な溝を形成した後、この平行な溝に直交
する切目を入れて平行な溝を形成し、それによって無機
圧電体の基板上に無機圧電体の角柱が規則正しく配列し
て直立する無機圧電体角柱板を得ることによってつくら
れるが、その製作に先立って、材料の無機圧電体の板状
物に、予めその厚み方向の分極処理を施すことが好まし
い。

本発明の複合圧電材料の製作における６０００Ｋｇ・ｆ
／ｍｍ２以上の弾性率を有する無機圧電体の角柱が基板
上に規則正しく配列する無機圧電体角柱板は、また ６０００　Ｋｇ・ｆ／ｓｕ＋以上の弾性率を有する無機
圧電体板に、その幅方向の側面より切目を入れて、無機
圧電体の角柱をクシの歯とするクシ形の無機圧電体板を
つくり、このクシ形の無機圧電体板を、基板上に、その
クシの歯の根元の背面が基板と接触するとともに所定の
間隔をあけて平行に並ぶように接着することによって、
つくることもできるが、その製作に先立って、材料の無
機圧電体板に、予めその部方向の分極処理を施すことが
好ましい。

さらに本発明の複合圧電材料の製作において、無機圧電
体の板状物を成形型の底板に接着しておくことができ、
また前記のクシ形の無機圧電体を接着する基板は、成形
型の底板を使用することが好ましい。

本発明の複合圧電材料における合成ｍ脂は、シリコンゴ
ム、ウレタンゴムまたはプタジエンゴムを使用すること
ができ、また無機圧電体は、チタン酸・ジルコン酸鉛ま
たはチタン酸バリウムを使用することができる。

〔発明の詳細な説明〕

本発明の複合圧電材料における合成樹脂の弾性率（ヤン
グ率）は、応力を加えた時に生じるヒズミの大きさを実
際に測定した数値であって、ＪｒＳ規格に−７１１３−
８１（引張り試験）によって測定した数値であり、無機
圧電材料の弾性率（ヤング率）は、無機圧電材料の自由
振動の周波数を測定し、その結果と密度からｔｔ算した
数値であって、電子材料工業会標準規格ＥＭＡＳ　−６
００７［圧電セラミックス振動子の試験方法」電子材料
工業会（昭和６１年３月）によって求めた数値である。

これらの数値は、材料に圧縮ヒズミを生じさせるのに必
要な圧力（Ｋｇ・ｆ／１１ｍ＋）である。

本発明の複合圧電材料は、第２図（ＩＩ）に示すとおり
の１〜５０Ｋｇ・ｆｌ龍の弾性率を有する合成樹脂のマ
トリックス１８中に、６０００棒状物１７が規則正しく
配列した構造を有する。

無機圧電体の棒状物１７は、その長さ方向に分極処理を
したものである。

本発明の複合圧電素子を、感圧センサーまたは超音波の
発振子などの用途に使用するとき、第３図に示すとおり
のｆｌ［ｕｃ＋、＋９をその表面および裏面に形成し、
この電ａｉ１９．１９に交流電圧を印加して無機圧電体
の棒状物１７を振動し、またはこの＠ｌｆｉ　１９　、
＋９にかかった圧力によって、合成樹脂１８および無機
圧電体の棒状物Ｉ７に圧縮ヒズミを生じ、この圧縮ヒズ
ミによって生じた電荷を電極１９．１９において（＋）
または（−）の電荷として検出する。

本発明の複合圧電材料における合成樹脂は、弾作事が１
〜５０Ｋｇ・ｆ／ｍのものであれば、いかなるものであ
っても、これを使用することができるが、１〜５０Ｋｇ
・ｆｌｓａｗの弾性率を有するシリコンゴム、ウレタン
ゴムまたはプタジエンゴムを使用するのが好ましく、ま
た無機圧電体の棒状物における無機圧電体は、６０００
Ｋｇ・ｆ／１ｌｊＩ以上の弾性率を有するものであれば
、いかなるものであっても、これを使用することができ
るが、６０００鞄・ｆ／ｍｍ２以上の弾性率を有するチ
タン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ　）またはチタン酸バリ
ウムを使用するのが好ましい。

次に本発明の複合圧電材料の製作方法をより詳細に説明
する。

６０００　Ｋｇ・ｆ／Ｂ以上の弾性率を有する無機圧電
体の板状物１１に、その厚み方向の分極処理を施した後
、無機圧電体の板状物１１を接着剤１３により成形型の
底板１２に接着して、第１図（Ａ）に示す無機圧電体−
底板複合板〔第１図（Ａ）〕を製作する。無機圧電体−
底板複合板を精密切断機のホルダーに固定し、所定のピ
ッチにおいて、基板１５を残す深さの切込を入れて、所
定の間隔をあけた平行な溝１４を形成した後、〔第１図
（Ｂ）〕溝１４と直交し、基板１５を残す切込を入れて
、溝１６を形成して、多数の無機圧電体の角柱１７が規
則正しく配列する無機圧電体角柱−底板複合体〔第１図
（Ｃ）〕を製作する。

無機圧電体角柱−底板複合体の周囲に成形型の側壁枠を
はめ込んで、その中に無機圧電体の角柱１７が規則正し
く配列して直立する成形型を形成し、この成形型に１〜
５０Ｋｇ・ｆｌＨの弾性率を有する合成樹脂を充填した
後、合成樹脂を硬化して、合成Ｎ脂−無機圧電体角柱−
底板複合体〔第２図（Ａ）〕を成形型内に形成する。成
形型の側壁枠（図示なし）を取り外して、合成樹脂−焦
機圧電体角柱一底板複合体を製作する。

この合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合体は、第２図
（Ａ）に示すとおり、成形型の底板１２に無機圧電体の
基板１５を接着し、無機圧電体の基板１５には、多数の
無機圧電体の角柱１７が規則正しく配列して直立し、無
機圧電体の角柱１７の間の空所には、硬化した合成樹脂
１８が充填されて、硬化した合成Ｎ脂のマトリックスを
形成している。

この合成樹脂−無機圧電体角柱−底板複合体の下部の無
機圧電体の基板Ｉ５と成形型の底板１２の結合板の部分
をカッターによって切り落して、本発明の複合圧電材料
を製作する。

本発明の複合圧電材料は、第２図（Ｂ）に示すとおり、
１〜５０Ｋｇ・ｆ／ｓｎ＋の弾性率を有する合成樹脂の
マトリックス１８中に多数の無機圧電体の角柱１７が規
則正しく配列しているが、マトリックス１８の合成樹脂
の弾性率が小さいので、任意の形状に変形することがで
き、その圧電性能も良好で、さらに交流電圧を印加した
ときに、無機圧電体の角柱１７の長さ方向（すなわち、
複合圧電材料の厚み方向）だけの振動をする電気特性を
有する。

また本発明の複合圧電材料は以下に示す方法により製作
することもできる。

６０００　Ｋｇ・ｆ／ｍｍ２以上の弾性率を有する無機
圧電体板２１に、その幅方向の分極処理を施した後、こ
の無機圧電体板２１を精密切断機のホルダーに固定し、
所定のピッチにおいて、基部２２を残す切込２３を入れ
、無機圧電体の角柱１７をクシの歯とし、その根元が基
部２２によりつながったクシ形の無機圧電体板〔第４図
（Ｂ）〕をつくり、このクシ形の無機圧電体板を、所定
の間隔をおいて平行に並べ、ｆ９．着剤により基板１２
に接着して、無機圧電体角柱−底板複合体〔第４図（Ｃ
）〕を製作する。

無機圧電体角柱−底板複合体の周囲に成形型の側壁枠を
はめ込んで、その中に無機圧電体の角柱１７が規則正し
く配列して直立する成形型を形成し、この成形型に１〜
５０−Ｋｇ・ｆ／ａｍの弾性率を有する合成樹脂を充填
した後、合成ａｆＮを硬化して、合成樹脂−無機圧電体
角柱−底板複合体を成形型内に形成する。成形型の側壁
枠（図示なし）を取り外して、合成樹脂−無機圧電体角
柱−底板複合体を製作する。この合成ｍ脂−焦機圧電体
角柱−底板複合体は、第２図（Ａ）と略々同様な構造を
有し、基板にクシ形の無機圧電体の基部２２をｗＲ着し
、クシ形の無機圧電体は基部２２上に平行に並んでいて
、多数の無機圧電体の角柱１７が基板１２上に規則正し
く配列して直立し、無機圧電体の角柱１７の間の空所に
は、硬化した合成樹脂１８が充填されて、硬化した合成
Ｗ脂のマトリックスを形成している。この合成樹脂−無
機圧電体角柱−底板複合体の下部の無機圧電体の基部２
２、その間の合成ｗ脂および基板１２の結合体の部分を
カッターにより切り落して、その上部の本発明の複合圧
電材料〔第２図（Ｂ）〕を製作する。

以下において本発明の実施の一例および参考例を示して
本発明をさらに詳しく説明する。

実施例Ｉ ＰＺＴ　　（チタン酸・ジルコン酸鉛）の板状物（１０
＋ｍ（−長さ）Ｘ１０ｍ（幅）Ｘ５ｓＩＩＩ（厚さ）〕
の厚み方向に分極処理を施し、このＰＺＴの板状体をジ
ルコニア板（Ｌｏｗ（長さ）ｘｔｏｍ（幅）×２ｍｍ（
厚さ）〕に接着剤（アロンアルファＭＤ　−３０、東亜
合成化学工業社製品）により接着して、ＰＺＴ−リルコ
ニア複合板を得た。ＰＺＴ−９ルコニア複合板のＰＺＴ
の板状物に厚さ５００μなのダイヤモンド刃を用いて、
１．ｌｓｕｍのピッチで、深さ４　ｇｍの平行な溝８本
を形成し、さらにこれらの溝と直交する方向に、同じダ
イヤモンド刃を用いて、同様に深さ４龍の平行な溝８本
を形成し、８１本（９Ｘ９）（７）ＰＺＴの角柱（４５
０μｉＸ　４５０１１７ＦＬＸ　４朋（高さ）〕がリジ
ルコニアに接着されたＰＺＴ基板（厚さ＝１龍）上に規
則正しく配列して直立するジルコニア−ＰＺＴ角柱複合
板を得た。

ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板の周囲に型枠板をはめ込
み、成形型を形成し、この成形型にシリコンゴム（型取
り用ゴム、信越シリコンＫＥ１２、硬度＝４０）を充填
し、シリコンゴムを硬化した後、型枠板を外してシリコ
ンゴム−ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板を得た。

シリコンゴム−ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板の下部の
ジルコニア板およびこれに接着するＰＺＴ基板の部分を
切り落して、シリコンゴムのマトリックスにＰＺＴの角
柱が規則正しく配列したシリコンゴム−ＰＺＴ複合圧電
体〔寸法：　ｌ０ＩＩＩＩＸ　ｌ０ＩＩＩＩＸ　４＠Ｉ
Ｉ　（厚さ）、シリコンゴム／　ＰＺＴの体積分率：約
５／１　、ＰＺＴ　（７）弾性率二６０００Ｋｇ・ｆ／
ｆｉ、シリコンゴムの弾性率：＋ｓＫｇ・ｆ／朋〕を得
た。

シリコンゴム−ＰＺＴ複合圧電体の両面に、電極として
銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気機械結合係数（ｋｔ
）、圧電定数（ｄｉｇ）および周波数定数（Ｎｆ）を測
定した。

比較のためにＰＺＴの板状物（１０＊ｍＸ１０ｍｍＸ４
ｊＩｊ＋（厚さ）〕を切り出し、その両面に１！！極と
して、銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気機械結合係数
（ｋｔ）、圧電定数（ｄｉｇ）および周波数定数（Ｎｆ
）を測定した。

これらの測定の結果は第１表に示すとおりであった。

実施例２ 実施例１と同様にして得たＰＺＴ−ジルコニア複合板の
ＰＺＴの板状ケの長さ方向に、実施例１の厚さ５００μ
ｍのダイヤモンド刃を用いて、１ｍ５ｓ＋ｍのピッチで
深さ４朋の溝６本を形成し、さらにこの溝と直交するよ
うにＰＺＴの板状物の幅方向に、同じダイヤモンド刃を
用いて、１．５ｍｍのピッチで、深さ４ｊｌＩｊＩの溝
６本を形成し、４９本（７Ｘ７）の角柱（８５０ｐ痛（
角）Ｘ４ｍ（高さ）〕がジルコニア板に接着されたＰＺ
Ｔ基板（厚さ：！關）上に規則正しく配列して直立する
ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板を得た。

ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板の／ｉ！ｌＩｇＢに型枠
板をはめ込み、ＰＺＴの角柱の間の空所にシリコンゴム
（接着シール材、東進シリコーン社製、ＴＳＥ　３９９
、硬度：３０）を充填して、シリコンゴムを硬化した後
、型枠板を外して、シリコンゴム−ジルコニア−ＰＺＴ
角柱複合板を得た。

シリコンゴム−ジルコニア−ＰＺＴ角柱複合板の下部の
ジルコニア板およびこれに接着するＰＺＴ基板の部分を
切り落して、シリコンゴムのマトリックスにＰＺＴの角
柱（８５０μｍ角）４９本が規則正しく配列したシリコ
ンゴム−ＰＺＴ複合圧電体〔寸法：＋Ｏｓ＋ｓ＋Ｘ　１
０　ｓｎＸ　４　ｊ＋＋＋＋　（厚さ）　、ＰＺＴの弾
性率ａｏｏｏ　Ｋｙ・ｆ／朋、シリコンゴムの弾性率：
２０Ｋｇ・ｆ　／　ｍ２．シリコンゴム／　ＰＺＴの体
積分率：約２／ｌ〕を得た。

シリコンゴム−ＰＺＴ複合圧電体の両面に、実施例１と
同様に電極として、銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気
機械結合係数（ｋｔ）、圧電定数（ｄ　Ｓｇ　）および
周波数定数（Ｎｆ）を測定した。

測定の結果は第１表に示すとおりでありだ。

参考例１ シリコンゴムの代りにエポキシ樹脂（ｔｌｆｌ化シェル
社製、商品名：エビコート）を使用したこと以外は、実
施例２と同様にして、エポキシｍｖａのマトリックスに
ＰＺＴの角柱（８５０ＩＩｒｎ角）４９本が規則正しく
配列したエポキシ樹脂−ＰＺＴ複合圧電体〔寸法：　１
０　ｍＸ　１０１１１１Ｘ　４　ｍ　（厚さ）　、ＰＺ
Ｔの弾作事：６０００Ｋｇ暢ｆ　７ｍ　、エポキシＭ脂
の弾性率：２５０　Ｋｇ　−ｆ　／ｊｕ＋　、　エポキ
シ樹脂／　ＰＺＴの体覆分率：約３／１〕を得た。

エポキシ樹脂−ＰＺＴ複合圧電体の比誘電率、電気機械
結合係数（ｋｔ）、圧電定数（ｄｉｇ）および周波数定
数（Ｎｆ）を実施例２と同様にして測定した。

測定の結果は第１表に示すとおりであった。

（以下余白） 第１表によると、シリコンゴムのマトリックス中にＰＺ
Ｔの角柱を複合した圧電材料はＰＺＴ単独の圧電体と比
較すると、比誘電率は１／３となり、電気機械結合係数
（ｋｔ）は略々間等であるが、圧電定数（ｇ　　）は３
倍近くになっている。

圧電定数（ｇ　　）は感圧感度の尺度であるから、シリ
コンゴムのマトリックス中にＰＺＴの角柱を複合するこ
とによって感圧感度が上昇することがわかる。

参考例２　（共振特性の測定） 実施例１のシリコンゴム−ＰＺＴ複合圧電体および比較
のためのＰＺＴ圧電体、実施例２のシリコンゴム−ＰＺ
Ｔ複合圧電体、および参考例１のエポキシｍ脂−ＰＺＴ
複合圧電体に交流電圧を印加し、各周波数におけるイン
ピーダンスを、インピーダンスアナライザーにより測定
した。

測定の結果は、第５図（ＰＺＴ圧電体）、第６図（参考
例１のエポキシ摺脂−ＰＺＴ圧電体）、第７図（実施例
１のシリコンゴム−ＰＺＴ圧電体）および第８図（実施
例２のシリコンゴム−ＰＺＴ圧電体）に示すとおりであ
った。

第５図におけるｌ、および第６図における３のピークは
、圧電体板の面方向の振動の共振周波数におけるピーク
であり、第５図における２、第６図における４、第７図
における５、および第８図における６のピークは、圧電
体板の厚み方向（ＰＺＴの角柱の分極処理の方向）の振
動の共振周波数におけるピークである。

これらの結果から、ＰＺＴｉ独の圧電体板およびＰＺＴ
に弾性率の高いＮ脂を複合した圧電体板は、交流電圧の
印加によって、圧電体板の厚み方向の振動をするだけで
なく、面方向の振動をするのに対して、ＰＺＴに弾性率
の低い樹脂を複合した圧電体板は、交流電圧の印加によ
って、圧電体板の面方向の振動はせずに、厚み方向（Ｐ
ＺＴの角柱の分極方向）の振動だけをすることがわかる
。

実施例３ チタン酸バリウム板（１０ｓａ＋＋（長さ）　Ｘ８Ｍｘ
（幅）×０・９ＩＩｊ＋（厚さ）〕に、その幅方向の分
極処理を施し、このチタン酸バリウム板を、その幅方向
を立てて、精密切断機のホルダーに限定した。

このチタン酸バリウム板に、厚さ５００ｕ１のダイヤモ
ンド刃を用いて、１．５＋＋＋ｓ＋のピッチで、深さ７
朋の切込６本を入れて、チタン酸バリウムの角柱（０，
９＊＊＊　Ｏ，９ｍＸ　７１ｕＩ（高さ）〕７本が幅０
．６朋の切込６本により隔てられ、角柱の根元は基部に
よりつながったクシ形のチタン酸バリウム板を得た。

ポリエチレン型の底板〔１０ＩＩＩｌｌＩ×１０朋×２
１１ＪＩ（厚さ）〕に、接着剤（アロンアルファＭＤ　
−３０、東亜合成化学工業社製品）を用いて、クシ形の
チタン酸バリウムの角柱の根元の基部の背面を、０・９
朋の間隔をあけて、７放液着して、ポリエチレン型の底
板の上に、その根元は基部により各−列につながる４９
本のチタン酸バリウムの角柱（０，９ＩＩｊＩＸ　Ｑ、
９　ｍＸ　７　ｍ　（高さ）〕が０．６間の間隔で規則
正しく配列する構造体（１０ＨＸ１０ｓａｍＸ１０龍（
高さ）〕を得た。この構造体の周縁にポリエチレン型の
側壁枠〔（内法）　　１０顛Ｘｌ０ＩＩＩＩＸ１０ｓｕ
＋（高さ）〕をはめ込み、このポリエチレン型に、シリ
コンゴム（信越シリコーンＲＴＶゴムＫＥ１１２信越化
学社製品）を充填し、硬化して、ポリエチレン型の底板
にクシ形のチタン酸バリウム−シリコンゴム複合体が接
着された結合体を得た。

この結合体をポリエチレン型の側壁枠から取り出し、チ
タン酸バリウムの角柱とシリコンゴムからなる部分を、
チタン酸バリウムの角柱の根元の基部とシリコンゴムが
ポリエチレン型の底板に接着する板状物から切り取り、
シリコンゴムマトリックス中にチタン酸バリウムの角柱
４９本が０・６Ｕの間隔で規則正しく配列したチタン酸
バリウム−シリコンゴム複合圧電材料（１０ｍＸ１０ｍ
Ｘ６．５ｆｉ（厚さ）〕を得た。

このチタン酸バリウム−シリコン複合圧電材料の両面に
、電極として銀接着剤を塗布し、比誘電率、電気機械結
合係数（ｋｔ）、圧電定数（ｄ　Ｓｇ）および共振特性
を測定した。

これらの電気特性の比較のために、材料として使用した
チタン酸バリウム板の両側面に電極として銀接着剤を塗
布し、チタン酸バリウム−シリコン複合圧電材料と同様
に、比誘ｍ率、電気機械結合係数（ｋｔ）、圧電定数（
ｄｓｇ）および共振特性を測定した。

比ｉ電率、電気機械結合係数（ｋｔ）および圧電定数（
ｄｉｇ）の測定の結果は第２表に示すとおりであり、共
振特性の測定の結果は第９図に示すとおりであった。

（以下余白） 第２表によると、シリコンゴムのマトリックス中にチタ
ン酸バリウムの角柱を複合した圧電材料は、チタン酸バ
リウム単独の圧電体と比較すると、比誘電率は１／２と
なり、電気機械結合係数（ｋｔ）および圧電定偽（ｄ　
）は同等であるが、圧電定数（ｇ　　）は２倍になって
いる。

圧電定数（ｇ　　）は感圧感度の尺度であるから、シリ
コンゴムのマトリックスにチタン酸バリウムを複合する
ことによって感圧感度が上昇することがわかる。

第９図における７のピークは圧電体板の厚み方向（チタ
ン酸バリウムの角柱の分極処理の方向）の振動の共振周
波数におけるピークであるが、他にピークがない。

この結果を第５図および第６図と比較すると、シリコン
ゴムのマトリックスにチタン酸バリウムの角柱を複合し
たものは、ＰＺＴのときと同様に圧電体板の厚み方向だ
けの振動をするが、面方向の振動をしないことがわかる
。

〔発明の効果〕

交流電圧を印加したときに、一定の方向だけの振動をす
るが、他の方向の振動をしない。そして一定の方向の振
動により電荷を生じるが、他の方向の振動では電荷を生
じないから、一定の方向の振動による超音波を検出する
ことができ、ノイズによる障害がない。

無機圧電体単独のときの電気機械結合係数（ｋｔ）を維
持したままで、圧電定数（ｇ　　）が大きくなるが、こ
れは感圧感度の上昇である。

これらの特性によって高感度の感圧センサーまたは超音
波の発振素子または検出素子として使用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合圧電材料の製作における無機圧電
体角柱−底板複合体の製作の一例を示し、（Ａ）は無機
圧電体−底板複合板の斜面図、（Ｂ）は平行な溝を形成
した無機圧電体−底板複合板の斜面図、そして（Ｃ）は
無機圧電体角柱−底板複合体の斜面図である。第２図は
本発明の複合圧電材料の製作工程を示し、（Ａ）は合成
摺脂−無機圧電体角柱−底板複合体の斜面図、そして（
Ｂ）は本発明の複合圧電材料の斜面図である。第３図は
本発明の複合圧電材料に電極を取り付けた一例の斜面図
である。第４図は本発明の複合圧電材料の製作における
無機圧電体角柱−底板複合体の製作の他の一例の製作を
示し、（Ａ）は無機圧電体板の斜面図、（Ｂ）はクシ形
の無機圧電体板の斜面図、そして（Ｃ）は無機圧電体角
柱−底板複合体の斜面図である。第５図、第６図、第７
図および第８図は参考例２の測定の結果を示す図表、そ
して第９図は実施例３における測定の結果を示す図表で
ある。 出願人　積水化成品工業株式会社 代理人　弁理士　沼　１）　　昭 第１図 第２図 鵞７ 第３図 Ｚ 第４図 ｆｃＫＨｌ） 第５図（ＰＺＴｆｆｉ電休ネ幻 第６体（４＃力例１） ＺＯｏ　　　　　　　　　　　４００　　　　　　　　
　　６００Ｆ（ＫＨｚ） １７　図（実施イ列１）

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）合成樹脂マトリックスに棒状の無機圧電体が配列
   する合成樹脂−無機圧電体複合圧電材料において、マト
   リックスの合成樹脂が１〜５０Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２の弾
   性率を有するものであること、および無機圧電体が６０
   ００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有するものであ
   ることを特徴とする複合圧電材料。
2. （２）マトリックスの合成樹脂が、シリコンゴム、ウレ
   タンゴムおよびプタジエンゴムからなる群より選択され
   たものであること、および無機圧電体が、チタン酸、ジ
   ルコン酸鉛またはチタン酸バリウム圧電体であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複合圧電材料
   。
3. （３）棒状の無機圧電体が、その長さ方向の分極処理を
   施されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項に記載の複合圧電材料。
4. （４）ａ）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を
   有する無機圧電体の角柱が基板上に規則正しく配列する
   無機圧電体角柱板の角柱の間の空所に１〜５０Ｋｇ・ｆ
   ／ｍｍ＾２の弾性率を有する合成樹脂を充填し、硬化し
   て、合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体をつくること、
   および ｂ）合成樹脂−無機圧電体角柱板複合体から合成樹脂マ
   トリックス中に無機圧電体の角柱が規則正しく配列する
   複合圧電材料を切り取ること、を特徴とする複合圧電材
   料の製作方法。
5. （５）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有す
   る無機圧電体の角柱が基板上に規則正しく配列する無機
   圧電体角柱板が、 ａ）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有する
   無機圧電体の板状物の一つの面に、所定のピッチにおい
   て、切目を入れて、平行な溝を形成すること、ｂ）この
   無機圧電体の板状物の平行な溝を形成した面に、平行な
   溝と直交する切目を入れて、平行な溝を形成すること、 によりつくられたものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の複合圧電材料の製作方法。
6. （６）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有す
   る無機圧電体の板状物が、成形型の底板上に接着された
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記
   載の複合圧電材料の製作方法。
7. （７）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有す
   る無機圧電体の板状物が、厚み方向の分極処理の施され
   たものであることを特徴とする特許請求の範囲第４項な
   いし第６項のいずれかに記載の複合圧電材料の製作方法
   。
8. （８）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有す
   る無機圧電体の角柱が基板上に規則正しく配列する無機
   圧電体角柱板が、 ａ）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有する
   無機圧電体板に、その幅方向の側面より切目を入れて、
   無機圧電体の角柱をクシの、とするクシ形の無機圧電体
   板をつくること、および ｂ）基板上に、クシ形の無機圧電体板を、そのクシの歯
   の根元の背面が基板と接触し、所定の間隔をあけて平行
   に並ぶように、接着すること、によってつくられたもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   複合圧電材料の製作方法。
9. （９）クシ形の無機圧電体を接着する基板が、成形型の
   底板であることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記
   載の複合圧電材料の製作方法。
10. （１０）６０００Ｋｇ・ｆ／ｍｍ＾２以上の弾性率を有
    する無機圧電体板が、その幅方向の分極処理の施された
    ものであることを特徴とする特許請求の範囲第４項、第
    ８項および第９項のいずれかに記載の複合圧電材料の製
    作方法。
11. （１１）合成樹脂が、シリコンゴム、ウレタンゴムおよ
    びプタジエンゴムからなる群より選択されたものである
    こと、および無機圧電体が、チタン酸・ジルコン酸鉛ま
    たはチタン酸バリウム圧電体であることを特徴とする特
    許請求の範囲第４項ないし第１０項のいずれかに記載の
    複合圧電材料の製作方法。