JPH01171287A - 多孔質圧電振動子 - Google Patents
多孔質圧電振動子Info
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- JPH01171287A JPH01171287A JP62329350A JP32935087A JPH01171287A JP H01171287 A JPH01171287 A JP H01171287A JP 62329350 A JP62329350 A JP 62329350A JP 32935087 A JP32935087 A JP 32935087A JP H01171287 A JPH01171287 A JP H01171287A
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- Japan
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- porous piezoelectric
- holes
- porous
- piezoelectric material
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、多孔質圧電振動子で特に電極の構成に特徴を
有するものに関する。
有するものに関する。
圧電振動子を構成する圧電材料として、例えばチタン酸
バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の強誘電体セラミックスが広く用いられている。ま
た強誘電体セラミ−２り微粒子と高分子物質を混合成形
した複合圧電材料の研究も行われている０通常の緻密な
ＰＺＴ系セラミックスの圧電振動子であって、従来のも
のと比較し電圧出力係数ｇ値が３〜５倍、径方向の電気
機械結合係数Ｋが２０％〜３０％と約半分に抑圧された
特性を有し、且つ音速が８００〜２０００ｍ／ｓｅａと
水中の音速に近づいた性能の圧電振動子が報告されてい
る。
バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の強誘電体セラミックスが広く用いられている。ま
た強誘電体セラミ−２り微粒子と高分子物質を混合成形
した複合圧電材料の研究も行われている０通常の緻密な
ＰＺＴ系セラミックスの圧電振動子であって、従来のも
のと比較し電圧出力係数ｇ値が３〜５倍、径方向の電気
機械結合係数Ｋが２０％〜３０％と約半分に抑圧された
特性を有し、且つ音速が８００〜２０００ｍ／ｓｅａと
水中の音速に近づいた性能の圧電振動子が報告されてい
る。
その圧電振動子は、セラミックス内部に多数の空孔を有
する多孔質圧電材料からなる。多孔質圧電材料の製造時
に空孔を形成する方法は、例えば材料を成形する際に生
じる粒子同士の空隙を利用する方法、焼結の際材料の異
常膨張を利用する方法、有機系樹脂と圧電材料を混合し
て有機系樹脂を焼却させ空孔を形成する方法等がある。
する多孔質圧電材料からなる。多孔質圧電材料の製造時
に空孔を形成する方法は、例えば材料を成形する際に生
じる粒子同士の空隙を利用する方法、焼結の際材料の異
常膨張を利用する方法、有機系樹脂と圧電材料を混合し
て有機系樹脂を焼却させ空孔を形成する方法等がある。
この種の多孔質圧電材料に電極を付したものの断面構造
が第３図に示しである。同図で１は多孔質圧電材料、１
１は多孔質圧電材料ｌ中で三次元的に連結しているセラ
ミックスの断面部分、１２は多孔質圧電材料ｌの内部で
三次元的に連結している空孔を示す、３及び４は圧電振
動子として使用するためにもうけた各々独立した電極で
ある。
が第３図に示しである。同図で１は多孔質圧電材料、１
１は多孔質圧電材料ｌ中で三次元的に連結しているセラ
ミックスの断面部分、１２は多孔質圧電材料ｌの内部で
三次元的に連結している空孔を示す、３及び４は圧電振
動子として使用するためにもうけた各々独立した電極で
ある。
この多孔質圧！振動子は、多孔質圧電材料ｌを前記した
公知の方法等で焼成させた後、電極３及び４を形成する
。多孔質圧電材料１の表面に銀粉を主成分としたペース
トを、例えば筆塗り法、スプレィ法、スクリーン印刷法
等で塗布し、この銀ペーストを乾燥させてから、銀ペー
スト材に適した温度で焼付ける。このようにして多孔質
圧電材料１に銀電極３及び４が形成され、多孔質圧電振
動子が得られる。
公知の方法等で焼成させた後、電極３及び４を形成する
。多孔質圧電材料１の表面に銀粉を主成分としたペース
トを、例えば筆塗り法、スプレィ法、スクリーン印刷法
等で塗布し、この銀ペーストを乾燥させてから、銀ペー
スト材に適した温度で焼付ける。このようにして多孔質
圧電材料１に銀電極３及び４が形成され、多孔質圧電振
動子が得られる。
しかしながら、上記のようにして形成された電極は、多
孔質圧電材料の表面に比較的低粘度な銀ペーストを塗布
するため、表面に開口した空孔から銀ペーストの一部が
内部に浸透してしまう、この状態で銀ペーストが乾燥焼
成されると、第３図に示すように電極３及び４が多孔質
圧電材料１の内部に入り込んだ状態で形成される。
孔質圧電材料の表面に比較的低粘度な銀ペーストを塗布
するため、表面に開口した空孔から銀ペーストの一部が
内部に浸透してしまう、この状態で銀ペーストが乾燥焼
成されると、第３図に示すように電極３及び４が多孔質
圧電材料１の内部に入り込んだ状態で形成される。
近年、圧電振動子は解像度向上のため高周波領域で使用
されることが試みられているが、上記のように多孔質圧
電材料に電極が侵入した状態では以下のような不具合が
ある。多孔質圧電材料からなる圧電振動子の共振点が医
療用等で使用される５ＭＨｚの場合、圧電材料の音速が
２０００ｍ／Ｓとすると、厚さは２００μ■となる。厚
さをこのように設定しても表面がら空孔に侵入した電極
の先端が接近し、極端な場合は導通をして本来の機能を
失うことになる。導通しないまでも実質的厚みが変化し
、所望の共振周波数を得られない、また電極間の距離が
不均一になるため不要な振動モードが加わってくる場合
もある。上記以外にも電極３及び４の形成後、一般的に
行われる画電極３及び４の間に２０にマ／ｃｒｓ程度の
直流電界を印加する工程、いわゆる分極工程で電極間短
絡を生ずる等の問題点がある。このような導通や短絡が
初期的に生ずることなく所定の耐圧を有していても、電
圧印加の繰り返しに伴い空孔１２に侵入している銀が伸
長し、マイグレーション現象が長期間にわたって進行し
、ついには電極３と４の間が耐圧不良ないしは導通する
危険を含んでいる。また空孔１２の径が大きくなるとピ
ンホール等が形成され均一な電極面を得ることができな
い場合もある。
されることが試みられているが、上記のように多孔質圧
電材料に電極が侵入した状態では以下のような不具合が
ある。多孔質圧電材料からなる圧電振動子の共振点が医
療用等で使用される５ＭＨｚの場合、圧電材料の音速が
２０００ｍ／Ｓとすると、厚さは２００μ■となる。厚
さをこのように設定しても表面がら空孔に侵入した電極
の先端が接近し、極端な場合は導通をして本来の機能を
失うことになる。導通しないまでも実質的厚みが変化し
、所望の共振周波数を得られない、また電極間の距離が
不均一になるため不要な振動モードが加わってくる場合
もある。上記以外にも電極３及び４の形成後、一般的に
行われる画電極３及び４の間に２０にマ／ｃｒｓ程度の
直流電界を印加する工程、いわゆる分極工程で電極間短
絡を生ずる等の問題点がある。このような導通や短絡が
初期的に生ずることなく所定の耐圧を有していても、電
圧印加の繰り返しに伴い空孔１２に侵入している銀が伸
長し、マイグレーション現象が長期間にわたって進行し
、ついには電極３と４の間が耐圧不良ないしは導通する
危険を含んでいる。また空孔１２の径が大きくなるとピ
ンホール等が形成され均一な電極面を得ることができな
い場合もある。
これらの欠点は、多孔質圧電材料そのものの物質的欠点
ではなく、電極の形状、構造に起因するものである。こ
れらの欠点を克服する手段としてシリコンゴム等を空孔
１２に浸透させて電極３及び４を形成する方法があるが
、この場合には銀ペーストとして硝子質を混入させた高
温焼成型の電極材料を使用することは不可能である。ま
たエポキシ樹脂と銀とを組合せた低温硬化型の電極材料
を使用した場合は、多孔質圧電材料１との間に十分な接
着強度を有することができないといった欠点が問題とな
る６通常用いられているスパッタリング法、真空蒸着法
等による電極形成は、多孔質圧電材料の表面の凹凸が大
きいため付着物が島状になり、また電極の強度が弱く信
頼性の高い電極は形成できなかった。
ではなく、電極の形状、構造に起因するものである。こ
れらの欠点を克服する手段としてシリコンゴム等を空孔
１２に浸透させて電極３及び４を形成する方法があるが
、この場合には銀ペーストとして硝子質を混入させた高
温焼成型の電極材料を使用することは不可能である。ま
たエポキシ樹脂と銀とを組合せた低温硬化型の電極材料
を使用した場合は、多孔質圧電材料１との間に十分な接
着強度を有することができないといった欠点が問題とな
る６通常用いられているスパッタリング法、真空蒸着法
等による電極形成は、多孔質圧電材料の表面の凹凸が大
きいため付着物が島状になり、また電極の強度が弱く信
頼性の高い電極は形成できなかった。
本発明はこれらの欠点を解決するため、多孔質圧電材料
に均一な電極を形成し、信頼性の高い多孔質圧電振動子
を提供するものである。
に均一な電極を形成し、信頼性の高い多孔質圧電振動子
を提供するものである。
本発明の多孔質圧電振動子は、実施例に対応する第１図
に示すように、空孔１２の表面近傍に絶縁性物質５及び
６が充填された多孔質圧電材料１の表面に、電極７及び
８が形成されている〔作用〕 絶縁性物質５及び６が空孔１２の口元に充填されている
ため、電極７および８の物質が空孔に侵入することがな
い、そのため電極７と８との間の距離を均一に保つこと
ができ、電極７と８の導通が防止でき、また厚み方向の
電気機械結合係数と広がり方向の電気機械結合係数との
比が改善される。空孔１２の端部が塞がれることにより
機械的強度も増加する。
に示すように、空孔１２の表面近傍に絶縁性物質５及び
６が充填された多孔質圧電材料１の表面に、電極７及び
８が形成されている〔作用〕 絶縁性物質５及び６が空孔１２の口元に充填されている
ため、電極７および８の物質が空孔に侵入することがな
い、そのため電極７と８との間の距離を均一に保つこと
ができ、電極７と８の導通が防止でき、また厚み方向の
電気機械結合係数と広がり方向の電気機械結合係数との
比が改善される。空孔１２の端部が塞がれることにより
機械的強度も増加する。
以下に本発明を適用する実施例を図面により詳細に説明
する。
する。
第１図に示すように、多孔質圧電振動子は三次元的に連
結しているセラミックス部分１１および三次元的に連結
している空孔１２カタらなる多孔質圧電材料ｌで構成さ
れる。多孔質圧電材料１の材質は、例えばＰＺＴ系セラ
ミックスである。空孔１２の口元に、例えばガラス質か
らなる絶縁性物質５及び６が充填されている。そして絶
縁性物質５及び６の表面には各々独立した電極７及び８
が形成されている。
結しているセラミックス部分１１および三次元的に連結
している空孔１２カタらなる多孔質圧電材料ｌで構成さ
れる。多孔質圧電材料１の材質は、例えばＰＺＴ系セラ
ミックスである。空孔１２の口元に、例えばガラス質か
らなる絶縁性物質５及び６が充填されている。そして絶
縁性物質５及び６の表面には各々独立した電極７及び８
が形成されている。
上記例の多孔質圧電振動子は、以下の順により製造され
る。ＰＺＴ系セラミックスを公知の手法により多孔質に
成形し、所定厚さ（例えば２５０μ量程度）に仕上げ多
孔質圧電材料ｌが得られる。この多孔質圧電材料１にガ
ラスペーストをスクリーン印刷で厚さ約２０ｐｍで塗布
する。塗布面をスキージ等でふきとりガラス層を平坦に
すると、第２図に示すように多孔質圧電材料ｌの表面に
均一に１０μｍ程度の厚さでガラス層５及び６が形成さ
れ、ガラス層５及び６の一部は空孔１２の表面近傍に侵
入する０次にガラス層５及び６の表面にスクリーン印刷
により銀ペーストを塗布した後、乾燥させる。これを８
００℃に加熱すると、ガラス層５及び６と銀電極７及び
８が同時に焼成される。なお焼成条件は絶縁性物質と電
極の材質で定まる。この後、公知の方法で分極を行い、
第１図に示す多孔質圧電振動子が得られる。
る。ＰＺＴ系セラミックスを公知の手法により多孔質に
成形し、所定厚さ（例えば２５０μ量程度）に仕上げ多
孔質圧電材料ｌが得られる。この多孔質圧電材料１にガ
ラスペーストをスクリーン印刷で厚さ約２０ｐｍで塗布
する。塗布面をスキージ等でふきとりガラス層を平坦に
すると、第２図に示すように多孔質圧電材料ｌの表面に
均一に１０μｍ程度の厚さでガラス層５及び６が形成さ
れ、ガラス層５及び６の一部は空孔１２の表面近傍に侵
入する０次にガラス層５及び６の表面にスクリーン印刷
により銀ペーストを塗布した後、乾燥させる。これを８
００℃に加熱すると、ガラス層５及び６と銀電極７及び
８が同時に焼成される。なお焼成条件は絶縁性物質と電
極の材質で定まる。この後、公知の方法で分極を行い、
第１図に示す多孔質圧電振動子が得られる。
電極７及び８の表面は、平坦であり通常の圧電振動子の
電極表面と比較するとほぼ同程度の結果が得られた。空
孔１２へ電極７及び８の材質が浸透していないため、分
極操作が容易になる。
電極表面と比較するとほぼ同程度の結果が得られた。空
孔１２へ電極７及び８の材質が浸透していないため、分
極操作が容易になる。
２０に！／ｃｍの直流電界を長時間印加したが、電極７
及び８の間の導通は起らず、電極７及び８のマイグレー
ションが改善された。
及び８の間の導通は起らず、電極７及び８のマイグレー
ションが改善された。
本例のガラス層を持った多孔質圧電振動子と従来の多孔
質圧電振動子との電気特性を調べたところ、厚み方向の
電気機械結合係数Ｋｔと広がり方向の電気機械結合係数
ＫＰとの比が改善された。従来の圧電振動子はＫｔ／Ｋ
Ｐは約２であったが、本例の多孔質圧電振動子ではＫｔ
／ＫＰ比が約５〜６と大きな値を示した。これは従来単
一モードで駆動するといわれているチタン酸鉛振動子と
同等の値である。高周波領域における応用において、Ｋ
ｔとＫｐのオーバートーンによるスプリアス発生を押え
る意味でＫｔ／Ｋｐ比はできるだけ太きものが望まれて
いるが、この点でも改善された特性を確認できた。
質圧電振動子との電気特性を調べたところ、厚み方向の
電気機械結合係数Ｋｔと広がり方向の電気機械結合係数
ＫＰとの比が改善された。従来の圧電振動子はＫｔ／Ｋ
Ｐは約２であったが、本例の多孔質圧電振動子ではＫｔ
／ＫＰ比が約５〜６と大きな値を示した。これは従来単
一モードで駆動するといわれているチタン酸鉛振動子と
同等の値である。高周波領域における応用において、Ｋ
ｔとＫｐのオーバートーンによるスプリアス発生を押え
る意味でＫｔ／Ｋｐ比はできるだけ太きものが望まれて
いるが、この点でも改善された特性を確認できた。
一方、表面の空孔にガラス層を形成したため、多孔質圧
電振動子の機械的強度が向上し、同時に誘電率が従来の
圧電振動子に比べて約半分の値を得ることができた。そ
のため高周波領域のインピーダンスを高く保つことがで
き、圧電振動子の電気的駆動が容易になる。
電振動子の機械的強度が向上し、同時に誘電率が従来の
圧電振動子に比べて約半分の値を得ることができた。そ
のため高周波領域のインピーダンスを高く保つことがで
き、圧電振動子の電気的駆動が容易になる。
上記例では多孔質圧電材料の形状としては平面状のもの
を説明したが、ガラスペースト及び銀ペーストの塗布方
法を組み合わせることにより曲面状であってもよい、絶
縁性物質がガラス質でありこれをペーストにして塗布し
たが、他の材質例えばセラミック質の粉体をペーストに
して塗布しても良い、絶縁性物質の塗布、電極塗布はス
クリーン印刷性以外にスプレー法、筆塗り等で行っても
さしつかえない。
を説明したが、ガラスペースト及び銀ペーストの塗布方
法を組み合わせることにより曲面状であってもよい、絶
縁性物質がガラス質でありこれをペーストにして塗布し
たが、他の材質例えばセラミック質の粉体をペーストに
して塗布しても良い、絶縁性物質の塗布、電極塗布はス
クリーン印刷性以外にスプレー法、筆塗り等で行っても
さしつかえない。
以上説明したように、本発明を適用する多孔質圧電振動
子は、均一な電極表面であり、多孔質圧電材料内部への
電極材料が浸透していない。そのため電極材料のマイグ
レーションが防止でき、均一な電極間の距離が保てる。
子は、均一な電極表面であり、多孔質圧電材料内部への
電極材料が浸透していない。そのため電極材料のマイグ
レーションが防止でき、均一な電極間の距離が保てる。
その結果、不要な振動モードを抑制することが出来ると
共に、機械的強度が向上し、誘電率の制御も可能となる
等、多くの利点を有する。これらの改善を施した多孔質
圧電振動子は、きわめて有効に超音波用途に使用出来る
。
共に、機械的強度が向上し、誘電率の制御も可能となる
等、多くの利点を有する。これらの改善を施した多孔質
圧電振動子は、きわめて有効に超音波用途に使用出来る
。
第１図は本発明を適用する多孔質圧電振動子の実施例の
概略構造を示す断面図、第２図はガラス層が塗布された
多孔質圧電材料の構造を示す断面図、第３図は従来の多
孔質圧電材料の概略構造を示す断面図である。 ■１． 、多孔質圧電材料 ３・４・７・８４．。電極 ５φ６４１．絶縁性物質 １１・・・・セラミックスの断面部分 １２ ９．空孔 特許出願人 日本無線株式会社
概略構造を示す断面図、第２図はガラス層が塗布された
多孔質圧電材料の構造を示す断面図、第３図は従来の多
孔質圧電材料の概略構造を示す断面図である。 ■１． 、多孔質圧電材料 ３・４・７・８４．。電極 ５φ６４１．絶縁性物質 １１・・・・セラミックスの断面部分 １２ ９．空孔 特許出願人 日本無線株式会社
Claims (1)
- １．空孔の表面近傍に絶縁性物質が充填されている多
孔質圧電材料の表面に、電極が形成されていることを特
徴とする多孔質圧電振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329350A JPH0793465B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 多孔質圧電振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62329350A JPH0793465B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 多孔質圧電振動子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01171287A true JPH01171287A (ja) | 1989-07-06 |
| JPH0793465B2 JPH0793465B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=18220475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62329350A Expired - Fee Related JPH0793465B2 (ja) | 1987-12-25 | 1987-12-25 | 多孔質圧電振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0793465B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002248100A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-03 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波トランスデューサとこれを用いた超音波トランスデューサシステム |
| JP2008174424A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Nagoya Institute Of Technology | 無鉛圧電磁器複合体及びこれを用いた圧電素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5752184A (en) * | 1980-09-16 | 1982-03-27 | Kiyoshi Okazaki | High sensitivity ceramic piezoelectric element |
-
1987
- 1987-12-25 JP JP62329350A patent/JPH0793465B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5752184A (en) * | 1980-09-16 | 1982-03-27 | Kiyoshi Okazaki | High sensitivity ceramic piezoelectric element |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002248100A (ja) * | 2001-02-23 | 2002-09-03 | Olympus Optical Co Ltd | 超音波トランスデューサとこれを用いた超音波トランスデューサシステム |
| JP2008174424A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Nagoya Institute Of Technology | 無鉛圧電磁器複合体及びこれを用いた圧電素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0793465B2 (ja) | 1995-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |