JPH0270193A - ハイドロフォン用圧電複合材料 - Google Patents
ハイドロフォン用圧電複合材料Info
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- JPH0270193A JPH0270193A JP22334288A JP22334288A JPH0270193A JP H0270193 A JPH0270193 A JP H0270193A JP 22334288 A JP22334288 A JP 22334288A JP 22334288 A JP22334288 A JP 22334288A JP H0270193 A JPH0270193 A JP H0270193A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- hydrostatic pressure
- powder
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- Transducers For Ultrasonic Waves (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。
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、合成ゴム等に圧電磁器粉末を配合してなるも
のであり、水中に音波または超音波を送出したり、逆に
水中を伝播する音波または超音波を受波する水中マイク
ロフォン等として応用され得るハイドロフォン用圧電複
合材料に関する６〈在米技術〉 合成ゴム中にチタン酸鉛などの圧電磁器粉末を混合して
なる圧電複合材料は、一般の焼結質圧電磁器よりも低密
度で媒質中を伝搬する音波の音速が小さいため、水との
間に良好な音響的整合が得られ、またその可撓性から水
中深く浸漬しても水圧による影響が小さいので、水中マ
イクロフォン等のハイドロフォン用圧電複合材料として
好適である。
のであり、水中に音波または超音波を送出したり、逆に
水中を伝播する音波または超音波を受波する水中マイク
ロフォン等として応用され得るハイドロフォン用圧電複
合材料に関する６〈在米技術〉 合成ゴム中にチタン酸鉛などの圧電磁器粉末を混合して
なる圧電複合材料は、一般の焼結質圧電磁器よりも低密
度で媒質中を伝搬する音波の音速が小さいため、水との
間に良好な音響的整合が得られ、またその可撓性から水
中深く浸漬しても水圧による影響が小さいので、水中マ
イクロフォン等のハイドロフォン用圧電複合材料として
好適である。
〈発明が解決しようとする課題〉
ところで、ハイドロフォン用圧電複合材料は、できる限
り水中での受波感度が高いことが要求されるが、受波感
度の高い材料は、受渡感度の静水圧力依存性が伴い易い
ことが判明した。
り水中での受波感度が高いことが要求されるが、受波感
度の高い材料は、受渡感度の静水圧力依存性が伴い易い
ことが判明した。
本発明は、この種のハイドロフォン用圧電複合材料にあ
って、受波感度が高く、しかも静水圧力依存性の低い材
料を提供することを目的とするものである。
って、受波感度が高く、しかも静水圧力依存性の低い材
料を提供することを目的とするものである。
〈問題点を解決するための手段〉
本発明は、合成ゴム中に圧電磁器粉末を加硫剤と共に混
合し、成形し、さらに分極して得られるハイドロフォン
用圧電複合材料において、前記圧電磁器粉末が、平均粒
径を異にする二種以上の粉末科料の混合物からなること
を特徴とするものである。
合し、成形し、さらに分極して得られるハイドロフォン
用圧電複合材料において、前記圧電磁器粉末が、平均粒
径を異にする二種以上の粉末科料の混合物からなること
を特徴とするものである。
〈作用〉
静水圧力依存性は、圧電複合材料内での磁器粉末間の空
気層の介在によるものと考えられる。ところが、圧電磁
器粉末が、平均粒径を異にする二種以上の粉末材料を混
合すると、平均粒径が等しい単一の粉末材料に比して、
粒径の異なる粒子相互が複雑に混合しあって充填効率が
向上し、これにより粒子間の空気層が減少する。このた
め、静水圧力依存性が低下する。
気層の介在によるものと考えられる。ところが、圧電磁
器粉末が、平均粒径を異にする二種以上の粉末材料を混
合すると、平均粒径が等しい単一の粉末材料に比して、
粒径の異なる粒子相互が複雑に混合しあって充填効率が
向上し、これにより粒子間の空気層が減少する。このた
め、静水圧力依存性が低下する。
〈実施例〉
市販の純度９９％以上のＰｂＯ（平均粒径３μｍ以下）
及び純度９９．５％以上のＴｉＯ□をＰｂＴｉ０１の組
成式のもとで配合し、 ２．５Ｋｇ秤１して振動ミルで
アルミナ玉石（３，５Ｋｇ）にて３時間の乾式混合を行
なった。この際、振動ミルのポットの内面壁はウレタン
樹脂で内張すし、これにより不純物の混入を防ぐように
した。
及び純度９９．５％以上のＴｉＯ□をＰｂＴｉ０１の組
成式のもとで配合し、 ２．５Ｋｇ秤１して振動ミルで
アルミナ玉石（３，５Ｋｇ）にて３時間の乾式混合を行
なった。この際、振動ミルのポットの内面壁はウレタン
樹脂で内張すし、これにより不純物の混入を防ぐように
した。
次に金型な用いて３５０Ｋｇ／ｃｍ”の加圧により外形
４７ｍｍ、厚み５ｍｍ、プレス密度４．５ｇ／ａｍ”の
タブレットを作り、高アルミナ質るつぼで１０５０℃に
て２時間、固相反応を行なった。その後、この高温塊を
冷却水槽に投入することによって水中急冷を生ゼしぬ微
粒子を得た。さらに崩壊促進のためにプロペラ式撹拌機
を用いて５時間以上の撹拌を行なった。こうして形成さ
れたチタン酸鉛粉末を水を切って １００°Ｃ１２４時
間下で乾燥させた後に、篩に通して、二種類（３２μｍ
、７μｍ）の平均粒径群の磁器粉末を分別した。
４７ｍｍ、厚み５ｍｍ、プレス密度４．５ｇ／ａｍ”の
タブレットを作り、高アルミナ質るつぼで１０５０℃に
て２時間、固相反応を行なった。その後、この高温塊を
冷却水槽に投入することによって水中急冷を生ゼしぬ微
粒子を得た。さらに崩壊促進のためにプロペラ式撹拌機
を用いて５時間以上の撹拌を行なった。こうして形成さ
れたチタン酸鉛粉末を水を切って １００°Ｃ１２４時
間下で乾燥させた後に、篩に通して、二種類（３２μｍ
、７μｍ）の平均粒径群の磁器粉末を分別した。
次に、この二種類の粉末を、３２μｒｎ／７μｍの割合
が０〜１００（重量％）の範囲で、２５％おきとなるよ
うに調合して、夫々混合し、複数の混合粉末試料を製作
した。
が０〜１００（重量％）の範囲で、２５％おきとなるよ
うに調合して、夫々混合し、複数の混合粉末試料を製作
した。
そしてこの各混合粉末に、合成ゴムとしてネオブレンゴ
ムからなる合成ゴムを、種々の配合割合で混合した。こ
のチタン酸鉛混合粉末（圧電磁器粉末）／合成ゴムの配
合比は、５０〜８０体積％の範囲で、５％おきとなる様
に夫々調合した。さらに加硫剤として、ＰｂａＯ＋、Ｚ
ｎＯ及びジベンゾチアジルジスルフィド（商品名ニック
セラーＤＭ）を混入した。前記加硫剤の配合割合は、合
成ゴム１００重量部に対して、ＰｂａＯ４：ＺｎＯニッ
クセラーＤＭ＝２０重量部：５重量部二０．５重量部と
した。
ムからなる合成ゴムを、種々の配合割合で混合した。こ
のチタン酸鉛混合粉末（圧電磁器粉末）／合成ゴムの配
合比は、５０〜８０体積％の範囲で、５％おきとなる様
に夫々調合した。さらに加硫剤として、ＰｂａＯ＋、Ｚ
ｎＯ及びジベンゾチアジルジスルフィド（商品名ニック
セラーＤＭ）を混入した。前記加硫剤の配合割合は、合
成ゴム１００重量部に対して、ＰｂａＯ４：ＺｎＯニッ
クセラーＤＭ＝２０重量部：５重量部二０．５重量部と
した。
さらにこれを小型ロール機でロール成型し、温度１７０
℃、圧力１４０Ｋｇ／ｃｍ”、時間１５分の条件のもと
で、加硫プレス機により架橋して、厚み１ｍｍｔのシー
ト状に成形し、その表裏面に銀ペーストの塗布により、
方形状電極を形成した。
℃、圧力１４０Ｋｇ／ｃｍ”、時間１５分の条件のもと
で、加硫プレス機により架橋して、厚み１ｍｍｔのシー
ト状に成形し、その表裏面に銀ペーストの塗布により、
方形状電極を形成した。
そしてこのシートを、２０℃の絶縁液中に浸漬し、該液
中で７０ＫＶ／ｃｍの直流電圧の印加を１時間に渡り継
続し１分極処理し、ハイドロフォン用圧電ゴムシート（
圧電複合材料）を得た。
中で７０ＫＶ／ｃｍの直流電圧の印加を１時間に渡り継
続し１分極処理し、ハイドロフォン用圧電ゴムシート（
圧電複合材料）を得た。
そして、各圧電ゴムシートの、所定静水圧力下における
受波感度の変化を測定した。この測定は、フロリーナー
ト液を使用した受波感度測定水槽を使用した。また静水
圧力依存性は５１（ｇ／ｃｎ＋”から １５０にｇ／ｃ
ｍ”に変化させた場合の受波感度の減少値を測定した。
受波感度の変化を測定した。この測定は、フロリーナー
ト液を使用した受波感度測定水槽を使用した。また静水
圧力依存性は５１（ｇ／ｃｎ＋”から １５０にｇ／ｃ
ｍ”に変化させた場合の受波感度の減少値を測定した。
一方、各材料につき理論密度と、実測密度とのずれを測
定した。この密度は、圧電ゴムシートに空中重力及び、
フローリナート液中での重量を測定してもとめ、各々の
原料の密度と、配合比により求めた理論密度と比較した
。
定した。この密度は、圧電ゴムシートに空中重力及び、
フローリナート液中での重量を測定してもとめ、各々の
原料の密度と、配合比により求めた理論密度と比較した
。
また圧電ゴムの加硫成形時の成形のしやすさの目処とな
るＭｔ、値についてはキュラストメータを使用して測定
した。
るＭｔ、値についてはキュラストメータを使用して測定
した。
く実験結果〉
第１図は、各配合比での圧電ゴムシートの受波感度を示
す、第２図は各配合比での圧電ゴムシートの受波感度の
静水圧力依存性を示す。
す、第２図は各配合比での圧電ゴムシートの受波感度の
静水圧力依存性を示す。
これらにより圧電磁器粉末／合成ゴムの配合比が６０％
までは受波感度が−２０５〜−２０６ｄＢと低いが、静
水圧力依存性も１ｄＢ以下と小さく、さらに配合比を大
きくすることにより受波感度は上昇するが、はぼこれに
比例する様に静水圧力依存性は太き（なることが解る。
までは受波感度が−２０５〜−２０６ｄＢと低いが、静
水圧力依存性も１ｄＢ以下と小さく、さらに配合比を大
きくすることにより受波感度は上昇するが、はぼこれに
比例する様に静水圧力依存性は太き（なることが解る。
例えば、受波感度が最高となる圧電磁器粉末／合成ゴム
配合比＝６５％、粉末粒径配合比＝１００％のときには
、−１９８，４ｄＢと最高感度を示すが、静水圧力依存
性も５．３ｄＢと最高である。一方、２番目に高い受波
感度を示す圧電磁器粉末／合成ゴム配合比＝７０％、粉
末粒径配合比＝０％のときには、−２０１，１ｄＢであ
るが、静水圧力依存性は２．７ｄＢと比較的小さくなる
。
配合比＝６５％、粉末粒径配合比＝１００％のときには
、−１９８，４ｄＢと最高感度を示すが、静水圧力依存
性も５．３ｄＢと最高である。一方、２番目に高い受波
感度を示す圧電磁器粉末／合成ゴム配合比＝７０％、粉
末粒径配合比＝０％のときには、−２０１，１ｄＢであ
るが、静水圧力依存性は２．７ｄＢと比較的小さくなる
。
次に第３図は、圧電磁器粉末／合成ゴム配合比に対する
ε３３Ｔ／ε。の変化、圧電ゴムシートの実測密度と理
論密度とのずれ、及び受波感度の静水圧力依存性を夫々
示す。
ε３３Ｔ／ε。の変化、圧電ゴムシートの実測密度と理
論密度とのずれ、及び受波感度の静水圧力依存性を夫々
示す。
圧電ゴムシートの実測密度と、理論密度とのずれは、圧
電磁器粉末／合成ゴム配合比＝６０％間では＋３％程度
で、はぼ一定であるが、これを越えると徐々に低下し、
特に粉末粒径配合比＝０％にあっては圧電磁器粉末／合
成ゴム配合比＝７５％を越える領域で急激に低下する。
電磁器粉末／合成ゴム配合比＝６０％間では＋３％程度
で、はぼ一定であるが、これを越えると徐々に低下し、
特に粉末粒径配合比＝０％にあっては圧電磁器粉末／合
成ゴム配合比＝７５％を越える領域で急激に低下する。
この領域では、圧電ゴムシート内に空気層が含有されて
いることが推定される。
いることが推定される。
ここで、ε３３Ｔ／ε。は、圧電磁器粉末／合成ゴム配
合比を大きくするに従って、はぼ直線的に大きくなるが
、７５％を越える領域では、この直線は下がっており、
実測密度と、理論密度とのずれと良い一致を見せている
。
合比を大きくするに従って、はぼ直線的に大きくなるが
、７５％を越える領域では、この直線は下がっており、
実測密度と、理論密度とのずれと良い一致を見せている
。
理論であるが、ポーラスなＰＺＴ及び空気層を含んだＰ
ＶＤＦにおいては、静水圧力依存性が表われ、空気層と
静水圧力依存性は密接に関係していることが報告されて
いる。
ＶＤＦにおいては、静水圧力依存性が表われ、空気層と
静水圧力依存性は密接に関係していることが報告されて
いる。
尚、受波感度と静水圧力依存性については、実測密度と
理論密度のずれ及びε３３７／ε。の変化との因果関係
が、図中で表われていない。このことから、空気層と静
水圧力依存性は関係しているが、定量的には他の因子も
導入して検討すべきであることが示唆される。
理論密度のずれ及びε３３７／ε。の変化との因果関係
が、図中で表われていない。このことから、空気層と静
水圧力依存性は関係しているが、定量的には他の因子も
導入して検討すべきであることが示唆される。
而して、第３図により、圧電磁器粉末／合成ゴム配合比
が、６５〜７５（体積％）で、二種類の粉末粒径を配合
したものは、単一平均粒径のものよりも、受波感度を損
なうことなく静圧力依存性が低くなることが解った。
が、６５〜７５（体積％）で、二種類の粉末粒径を配合
したものは、単一平均粒径のものよりも、受波感度を損
なうことなく静圧力依存性が低くなることが解った。
第４図は、粉末粒径配合比に対する圧電ゴムシートの実
測密度と、理論密度とのずれ、キュラストメータＭＬ値
、受波感度の静水圧力依存性を示す、これにより粉末粒
径配合比＝５０％近傍で各々の値が極大、極小を示す、
つまり粉末粒径が３２μｍ単独のもの及び７μｍ単独の
ものより、３２μｍと７μｍを５０％づつ配合したもの
の方が密度太き（なり、キュラストメータＭＬ値は小さ
くなって成形性が良（なり、静水圧力依存性も小さくで
きることが解る。これは、異なった圧電磁器粉末の粒径
を混ぜた方が充填効果が高まることにより空気層の量も
少なくすることができるためと考えられる。
測密度と、理論密度とのずれ、キュラストメータＭＬ値
、受波感度の静水圧力依存性を示す、これにより粉末粒
径配合比＝５０％近傍で各々の値が極大、極小を示す、
つまり粉末粒径が３２μｍ単独のもの及び７μｍ単独の
ものより、３２μｍと７μｍを５０％づつ配合したもの
の方が密度太き（なり、キュラストメータＭＬ値は小さ
くなって成形性が良（なり、静水圧力依存性も小さくで
きることが解る。これは、異なった圧電磁器粉末の粒径
を混ぜた方が充填効果が高まることにより空気層の量も
少なくすることができるためと考えられる。
上述の実験では、３２μｍと７μｍの二種類の平均粒径
の粉末材料を混合したものであるが、二種類以上の混合
によっても、充填効率が高まり、静水圧力依存性を低下
することができるものと考えられる。
の粉末材料を混合したものであるが、二種類以上の混合
によっても、充填効率が高まり、静水圧力依存性を低下
することができるものと考えられる。
〈発明の効果〉
本発明は、圧電磁器粉末を、平均粒径を異にする二種以
上の粉末材料で混合して、生成したものであり、静水圧
力依存性が低く、このため本発明の圧電複合材料は、静
水圧力に変化があっても、安定した出力を得ることがで
きる等の優れた効果がある。
上の粉末材料で混合して、生成したものであり、静水圧
力依存性が低く、このため本発明の圧電複合材料は、静
水圧力に変化があっても、安定した出力を得ることがで
きる等の優れた効果がある。
第１図は各配合比での圧電ゴムシートの受波感度を示す
グラフ、第２図は各配合比での圧電ゴムシートの受波感
度の静水圧力依存性を示すグラフ、第３図は圧電磁器粉
末／合成ゴム配合比に対するε３３／ε。の変化、圧電
ゴムシートの実測密度と理論密度とのずれ、及び受波感
度の静水圧力依存性を夫々示すグラフ、第４図は粉末粒
径配合比に対する圧電ゴムシートの実測密度と、理論密
度とのずれ、キュラストメータＭＬ値、受波感度の静水
圧力依存性を示すグラフである。
グラフ、第２図は各配合比での圧電ゴムシートの受波感
度の静水圧力依存性を示すグラフ、第３図は圧電磁器粉
末／合成ゴム配合比に対するε３３／ε。の変化、圧電
ゴムシートの実測密度と理論密度とのずれ、及び受波感
度の静水圧力依存性を夫々示すグラフ、第４図は粉末粒
径配合比に対する圧電ゴムシートの実測密度と、理論密
度とのずれ、キュラストメータＭＬ値、受波感度の静水
圧力依存性を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 合成ゴム中に圧電磁器粉末を加硫剤と共に混合し、成形
し、さらに分極して得られるハイドロフォン用圧電複合
材料において、 前記圧電磁器粉末が、平均粒径を異にする二種以上の粉
末材料の混合物からなることを特徴とするハイドロフォ
ン用圧電複合材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223342A JP2676385B2 (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | ハイドロフォン用圧電複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63223342A JP2676385B2 (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | ハイドロフォン用圧電複合材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0270193A true JPH0270193A (ja) | 1990-03-09 |
| JP2676385B2 JP2676385B2 (ja) | 1997-11-12 |
Family
ID=16796659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63223342A Expired - Fee Related JP2676385B2 (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | ハイドロフォン用圧電複合材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2676385B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320910A (en) * | 1991-12-09 | 1994-06-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric composite material |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5136598A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-27 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd |
-
1988
- 1988-09-05 JP JP63223342A patent/JP2676385B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5136598A (ja) * | 1974-09-20 | 1976-03-27 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5320910A (en) * | 1991-12-09 | 1994-06-14 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Piezoelectric composite material |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2676385B2 (ja) | 1997-11-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |