JPH01223785A - 複合圧電体の製造方法 - Google Patents

複合圧電体の製造方法

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JPH01223785A
JPH01223785A JP63050356A JP5035688A JPH01223785A JP H01223785 A JPH01223785 A JP H01223785A JP 63050356 A JP63050356 A JP 63050356A JP 5035688 A JP5035688 A JP 5035688A JP H01223785 A JPH01223785 A JP H01223785A
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JP
Japan
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composite
piezoelectric
forming material
piezoelectric material
filler
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Pending
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JP63050356A
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English (en)
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Kazutoshi Ayusawa
鮎沢 一年
Toru Arai
徹 荒井
Toyosaku Sato
佐藤 豊作
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0644Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element
    • B06B1/0655Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using a single piezoelectric element of cylindrical shape

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

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、例えば水中マイクロホンの送波器又は受波
器等に用いて好適な複合圧電体の製造方法に関するもの
で、特に、圧電材料と、この圧電材料の誘電率とは異な
る誘電率を有する物質とを含ませて成る複合圧電体の製
造方法に関するものである。
(従来の技術) 従来より、音響センサの送受波器等の材料として種々の
圧電材料が使用されているが、センサ感度の向上を図る
ため、圧電特性の異方性が大きい材料が望まれでいる。
この大きな異方性を得る方法としては、有機材料(例え
ばエポキシ樹脂、ウレタン樹脂等)中に圧電磁器粉末を
混合させる方法や、圧電磁器棒を所定間隔で配列させ、
これら圧電磁器棒間に上述のような樹脂を充填させる方
法があった。
また、他の方法としては、例えば、特公昭59−149
10号公報に開示されているように、圧電材料のグリー
ンシートにスリットを予め形成し、このスリット付きの
グリーンシートを積層させた俊これを焼結させ、スリッ
ト部分に圧電体の誘電率とは異なる誘電率を有する物質
例えば空気或いは有機物を充填させて複合化する技術が
あった。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述した圧電材料と樹脂とを複合化させ
で得た複合圧電体は、例えば水中マイクロッオンとしで
使用する場合のハイドロスタティック定数例えば体積感
度9hは大きいけれども、圧電材料こ樹脂との密着性が
弱く、しばしば剥離等が生じるという問題点かあった。
また、特公昭59−14910号公報に開示されている
方法の場合、機械的な技術を用いてスリットをグリーン
シートに予め形成する必要があるため、接合圧電体の製
造工数の増加や、製造時の取り扱いが難しい。これがた
め、実質的に、量産化、延いては製造コストの低減を図
ることが難しいという問題が有った。
この発明は上述した点に鑑みなされたものであり、従っ
てこの発明の目的は、感度の高い音響センサを構成する
ことか出来るように、圧電特性の異方性か大きな複合圧
電体を簡易に製造することが出来る方法を提供すること
にある。
(課題を解決するための手段) この目的の達成を図るため、この発明の複合圧電体の製
造方法によれば、圧電材料と、この圧電材料の誘電率と
は異なる誘電率を有する物質との複合圧電体を製造する
に当り、 圧電材料よりなる形成材に充填材を含ませて複合形成材
を作製する工程と、 焼成により消失する芯体に、前述した形成材と上述の複
合形成材とを積層して巻き取って成形体を構成した債、
この成形体1j8焼成する工程とを含むことを特徴とし
ている。
また、この発明の方法の実施に当っては、上述した充填
材を有機物または無機物として行なうのか好適である。
(作用) 上述したこの発明の構成によれば、例えば有機物または
無機物から成る充填材を圧電材料から成る形成材に含ま
せた複合形成材と、上述の形成材とを積層状態として芯
体に巻き取り、成形体を得る。この際、成形体の焼成温
度で消失する材料により芯体を構成しておく。
従って、例えば、成形体の焼成温度で消失する有機物ま
たはその他の材料により充填材を構成する場合、上述の
成形体を焼成して得られる複合圧電体の、複合形成材か
ら成る層に相当する部分には空気から成る空孔が形成さ
れる。
これに対して、例えば上述の充填材として、成形体の焼
成温度で消失しない無機物またはその他の材料を用いた
場合には、複合圧電体の、複合形成材から成る部分には
充填材が残存することと成る。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の実施例につき説明する
。尚、説明に用いる各図は、この発明を理解出来る程度
に概略的に示しであるにすぎず、従って、各構成成分の
形状、寸法、配置関係はもとより、数値例は以下説明す
る実施例に限定されるものではない、また、各図におい
て同様な構成成分については、同一の符号を付して示し
である。
尚、この発明の方法を適用出来る複合圧電体は種々のも
のが考えられるか、この実施例では、圧電材料をPZT
 (チタン酸ジルコン酸鉛)とし、このPZTの誘電率
とは異なる誘電率を有する物質が成形体の焼成温度で消
失する場合と、残存する場合とに分けて特定の条件を例
示しで説明する。また、これら充填材を構成する材料に
より、得られる複合圧電体の構成は異なったものと成る
が、製造工程としては共通に扱うことができる。これが
ため、以下の説明においては、重複説明を回避する目的
で、焼成後における充填材の消失と残存とを包括的に表
現して示すこととする。
ます、圧電材料としたPZTの形成材の一例として、P
ZTよりなるグリーンシートを用いた場合の作製工程に
つき説明する。
始めに、化学的にそれぞれ高純度な、Pb0(−酸化!
8) 、TiO2(二酸化チタン)及びZr02(二酸
化ジルコニウム)を、Pb(2r−Ti)03の組成比
に合わせて、各々、所定量秤量する。然る後、従来周知
のセラミックス工程に従い、ポットミルを用いで、これ
らの混合粉を純水と共に約20時間に亙って混合する。
続いて、上述した混合物を脱水乾燥し、約900〜10
00℃の温度で約2時間に亙って仮焼することにより、
仮焼物を得る。この後、再びボットミルを用い、上述の
仮焼物に純水を加えて粉砕し、脱水乾燥してPZTの仮
焼物を得る。
次に、上述の仮焼粉100(9)に対して、純水20(
9)及び解膠剤(藁−工業薬品■製、rセラモD−+3
4Jl (商品8乃2.5(9)を添加する。然る後、
ポットミルを用いて、これら混合物を約4〜5時間に亙
って混合する。
続いて、上述の混合物に対しで、バインダ(第一工業薬
品■製、Ii’セラモT8−13.71 (商品名))
40(9)、可塑剤(第一工業薬品■製、Ii’セラモ
P−17、U (商品名))5(9)、消泡剤(第一工
業薬品■製、ii′アシチフロスFa02.o (商品
名))0.2(9)!加え、ボールミル中で約20時間
に亙ってざらに混合を行ない、PZTがら成る形成材用
スラリーが得られる。
また、これとは別に、前述したPZTの仮焼粉100(
9)に対して、純水30(9)、前述の解膠剤4 (9
) 、前述のバインダ60(C1)、前述の可塑剤10
(9)、前述の消泡剤0.4(9)及び有機物から成る
充填材の一例としてポリエチレン粒子(粒径100〜5
00(u m) ) 30 (9) fir、用いて、
同様な工程を経て、PZTがら成る複合形成材用スラリ
ーを調製した。尚、前述したように、この工程において
、充填材は他の材料であっても同様な手順で行なうこと
ができる。
以下、図面を参照して、この発明の製造方法に係る実施
例につき詳細に説明する。
第1図(A)〜(E)は、この発明の詳細な説明するた
め、各工程毎(こ斜視的に示す概略的な説明図である。
また、これら図中、説明の理解を容易とするため、構成
成分の一部分を切り欠いて示してあり、断面を示すハツ
チングは省略する。
ます、前述の手順を経て得られた形成材用スラリーによ
り、周知のドクターブレード装置を用いて、例えば0,
2〜0.3(mm)程度の所定の厚さを有するグリーン
シートとしての形成材11を得る(第1図(A))。
また、これとは別に、複合形成材用スラリーにより、同
様にして、充填材13ヲ含ませた複合形成材15が得ら
れる(第1図(B))。
次いで、グリーンシートとして得られた形成材11及び
複合形成材15ヲ重ね合わせる。然る後、これら形成材
11と複合形成材15とが適度に馴染むように、任意好
適な温度下、ロールにより加圧して積層体17とし、第
1図(C)に示す状態を得る。
続いて、例えば有機合成樹脂から成り、円筒状(中空)
の芯体19ヲ用意し、当該芯体19に対しで、設計に応
じた所定の厚さと成るまで、上述の積層体17ヲ巻き取
り、第1図(D)に示す状態の成形体21を得る。
上述した芯体19としては、断面形状が円でなくても柱
状または筒状の四角形、その他の設計に応じた任意の形
状とすることが出来る。また、この芯体19の材料とし
ては上述の有機合成樹脂に限定されるものではなく、復
工程の焼成時に、何等かの形態で消失してしまうような
材料、ロウ或いはその他の任意好適な材料を用いるのも
好適である。
このようにして巻き取られた円筒状の成形体21を構成
する各層(形成材11または複合形成材15に相当する
部分)は、芯体19の半径方向に亙って交互に配設され
た状態となっている。
尚、上述した工程のうち、例えば第1図(C)を参照し
て説明した積層体17の作製、及び第1図(D)を参照
して説明した成形体21の作製においては、製品として
の複合圧電体の、前述した形成材11と複合形成材15
との間に相当する部分に発生する剥離や亀裂等を考慮す
る必要を生じる場合が有る。このような場合、例えば積
層体17の作製時には、前述したように、ローラを用い
て加圧する場合を例示して説明したが、形成材11と複
合形成材15との周に、前述したバインダ等を塗布して
行なうのも好適である。また、成形体21の作製時にお
いては′、上述したバインダ等の塗布のほか、積層体1
7に張力をかけながら巻き取ったり、所定の好適形状を
有する型を用いて加圧しでも良い。
次に、上述した成形体21ヲ、例えば送受信器の使用周
波数等によって決められた長さとなるようにカッタ等の
適当な方法で切断して長さを調整する。
続いて、上述した成形体21ヲ、約600〜700℃の
範囲程度の温度で数時間に亙って焼成する。
この問、グリーンシートの調製時に加えたバインダ等、
芯体19或いは、この実施例にあ1プる充填材13とし
てのポリエチレン粒子が消失する。この実施例では、充
填材13が焼成により消失する材料を用いているため、
第1図(E )に示すように、空孔23が形成された、
PZTと空気との複合圧電体25が得られる。
この場合、複合圧電体25において、PZTと空孔との
比は複合形成材用スラリーの調製時に充填材13の添加
量を制御することによつ異方′iを調節することができ
、さらに積層体17を構成するに当って、形成材11と
複合形成材15との相対的な厚さを調節することによっ
ても、複合圧電体の異方性を容易に制御することが出来
る。
尚、上述した実施例では、ドクターブレード法によりグ
リーンシートを形成する場合につき説明したかこれを他
の任意好適な技術により形成しても良い。
以上、この発明の実施例につき説明したか、この発明の
方法は、上述の実施例にのみ限定されるものではない。
例えば、上述の実施例では圧電材料tPZTとした例で
説明したか、この圧電材料は他の好適なものに変更して
も、この発明の製造方法を適用できること明らかである
また、中空の充填材として、粒状のポリエチレンを用い
た場合につき説明したが、ポリエチレン以外の材料から
なり、焼成時に、実質的に消失する他の充填材であって
も良く、形状も、粒状に限定されるものではない。
さらに、既に説明したように、この発明は、焼成時に消
失を伴なう充填材のみに限定して効果が得られるもので
はない。係る材料として、例えば炭化珪素、ジルコニア
、アルミナ等の無機物から構成され、任意好適な形状を
有する充填材としても、この発明を適用し、強度的に優
れた複合圧電体を簡単かつ容易に製造し得る。
これら材料、形状、寸法、配M関係、数値的条件または
その他の条件は、この発明の目的の範囲内で、設計に応
じ、任意好適な変更及び変形を行ない得ること明らかで
ある。
(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の複合圧
電体の製造方法によれば、有機物または無機物から成る
充填材を圧電材料から成る形成材に含ませた複合形成材
と、上述の形成材とを積層状態として芯体に巻き取り、
成形体を得る。
従って、芯材として、成形体の焼成温度で消失する材料
または当該焼成温度で残存する材料を、設計に応じて任
意好適に選択することにより、用途に応じた複合圧電体
を簡単かつ容易に得ることができる。
さらに、充填材の大きさ若しくは形状、及び充填材を含
ませる密度、方向等を種々変更することによって、圧電
特性の異方性を容易に調節することか出来るという効果
も得られる。
これがため、感度の高い音響センサを構成することが出
来るような、圧電特性の異方性が大きな複合圧電体を簡
易に製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)〜(E)は、この発明の複合圧電体の製造
方法を示す概略的工程図である。 11・・・・形成材、13・・・・充填材、15・・・
・複合形成材17・・・・積層体、19・・・・芯体、
21・・・・成形体23・・・・空孔、25・・・・複
合圧電体。 特許出願人    沖電気工業株式会社実施例の説明図 第1図 GC) 実施例の説明図 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)圧電材料と、該圧電材料の誘電率とは異なる誘電
    率を有する物質との複合圧電体を製造するに当り、 圧電材料よりなる形成材に充填材を含ませて複合形成材
    を作製する工程と、 焼成により消失する芯体に、前記形成材と前記複合形成
    材とを積層して巻き取って成形体を構成した後、該成形
    体を焼成する工程と を含むことを特徴とする複合圧電体の製造方法。
JP63050356A 1988-03-03 1988-03-03 複合圧電体の製造方法 Pending JPH01223785A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999048621A3 (en) * 1998-03-26 1999-11-25 Exogen Inc Arrays made from flexible transducer elements
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