JPH05874B2 - - Google Patents
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- JPH05874B2 JPH05874B2 JP22034588A JP22034588A JPH05874B2 JP H05874 B2 JPH05874 B2 JP H05874B2 JP 22034588 A JP22034588 A JP 22034588A JP 22034588 A JP22034588 A JP 22034588A JP H05874 B2 JPH05874 B2 JP H05874B2
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、交流電圧を印加したときに、端面の
扇形の面と平行な方向の振動をすることなく、端
面の扇形の面と垂直の方法だけの振動をするチタ
ン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型
複合圧電素子素子材料に関し、詳しくは、交流電
圧を印加したときに、端面の円形の面と平行な方
向の振動をすることなく、垂直の方向だけの振動
をするが、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の電気
特性を保持しているチタン酸ジルコン酸鉛の扇形
柱体−ウレタンゴム星型複合圧電子素子材料の製
作方法に関する。 本発明のチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウ
レタンゴム星型複合圧電素子材料は、感度の高い
感圧センサー、または一定の振動方向の超音波を
検出し、あるいは発振する超音波検出素子あるい
は超音波発振素子として利用することができる。 〔技術の背景および従来技術の説明〕 本明細書における「扇形柱体」は、その上下の
端面が、円形をその中心を通つて円周に達する２
本の直線で区切つた扇形の面であつて、その側面
が城家の端面に対して垂直の２つの平面および１
つの円周面である柱状体である。 これまでに、チタン酸バリウムやチサン酸ジル
コン酸鉛（PZT）などの無機圧電体材料を高分
子有機材料と複合化して、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作すること
が試みられている。 米国のニユーハムらは、細いPZTのフアイバ
ーをつくり、これを有機物と複合化して、分極処
理を行ない〔ジヤーナル・オブ・ジ・アメリカ
ン・セラミツク・ソサイエテイ（Journal of
The American Ceramic Society）第64巻第１
号第５〜８頁〕、また竹内らは、分極処理を施し
たPZTの薄板を切断加工し、これを有機物と複
合化することを提案している（特開昭58−21883
号公報）。さらに所定の幅の切込みを入れた無機
圧電体のクシの歯状の板状物を基板上に、一定の
間隔を置いて、クシの歯が並んで立つように平行
に並べて接着し、その空所に硬化性の合成樹脂を
充填し、その硬化後に基板およびこれに接着する
無機圧電体の連続部分を切落して、無機圧電体材
料の切断加工に伴なう損失を軽減する方法が提案
され（特願昭61−256970号）、さらにまた１〜50
Kg・ｆ／mm2の弾性率を有する合成樹脂マトリツク
スに、600Kg・ｆ／mm2の以上の弾性率を有する無
機圧電体を複合化して、交流電圧を印加したとき
に一定の方向（厚さ方向）だけの振動をすること
ができる複合圧電体材料が提案されている（特願
昭62−97号）。 本発明者らはさらに研究を続け、予めその端面
の円形の面と垂直の方向に分極処理を施したチタ
ン酸ジルコン酸鉛の円柱体を、その端面の中心を
結ぶ線において交差する２つ以上の面で切断し
て、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体を扇形柱体に
分割し、その分割した面の空所にウレタンゴムを
充填してチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレ
タンゴム星型複合圧電素子材料とすると、その星
型複合圧電素子材料は、交流電圧を印加したとき
に、その扇形の面と平行な面方向の振動をするこ
となく、その扇形の面と垂直の方向だけの振動を
するが、チタン酸ジルコン酸鉛の分割前の円柱体
の電気特性を保持することができることを見出
し、この知見に基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、交流電圧を印加したときに、
扇形柱体の端面と平行な方向の振動をすることな
く、扇形柱体の端面と垂直の方向だけの振動をす
ることができる星型複合圧電素子材料を提供する
ことにあり、詳しくは交流電圧を印加したとき
に、扇形柱体の端面と平行な方向の振動をするこ
となく、扇形柱体の端面と垂直の方向だけの振動
をするが、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の電気
特性を保持しているチタン酸ジルコン酸鉛の扇形
柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料を、材
料の切削による損失を少なくして製作することが
できる製作方法を提供することにある。 本発明は、その端面の円形の面と垂直の方向の
分極処理した施したチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体の端面の円形の面に、補助基体を接着して、チ
タン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複合体を
つくり、このチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補
助基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
に、その円形の面の中心を結ぶ線において同一の
角度で交差し、その円周に達する２以上の切断溝
を形成して、そのチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
を補助基体に固定されたチタン酸ジルコン酸鉛の
扇形柱体に分割し、それによつてチタン酸ジルコ
ン酸鉛の扇形柱体−補助基体複合体をつくり、さ
らにこのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−補助
基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体に
分割する切断溝にウレタンゴムを充填し、硬化し
て、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体をウレタン
ゴム相により一体化した後、そのチタン酸ジルコ
ン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム−補助基体複合
体から補助基体を取り除いて、チタン酸ジルコン
酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子
材料をつくることからなるチサン酸ジルコン酸鉛
の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
の製作方法である。 本発明により製作したチタン酸ジルコン酸鉛の
扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
は、その全体の形状が原のチタン酸ジルコン酸鉛
の円柱体の形状と同じであり、比誘電率、電気機
械結合係数、d33の圧電定数および周波数定数な
どの電気特性は原のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体のこれらの電気特性を大差のない数値である
が、交流電圧を印加したときに、その円形の面と
平行な方向の振動をすることなく、垂直の方向だ
けの振動をする特性、およびその円形の面と平行
な方向の振動を与えられたときに、交流電圧を生
じないが、垂直の方向の振動を与えられたとき
に、交流電圧を生じる特性を有する。 〔発明の具体的な説明〕 本発明によるチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）
の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
の製作において、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
を用意し、このチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体に
対して、その円形の面に対して垂直の方向（円柱
体の高さの方向）の分極処理を施す。その分極処
理は、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の上下の端
面の円形の面の間に、直流電圧を印加するこれま
でに知られた手段によつて行なうことができる。 分極処理を施したチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体１は、第１図のＡに示すとおり、その円形の面
の一方に補助基体２を接着剤層３により接着し
て、チサン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複
合体を形成する。補助基体２は、これに接着する
チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１を加工する間、
チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１を所定の場合に
固定し、その加工を容易にするとともに、チタン
酸ジルコン酸鉛の円柱体１に後述の切断溝４を形
成してチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体に分割し
たときにその切断面の空所にウレタンゴムを充填
し、硬化した後、この補助基体２を取り除くまで
の間、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体を所定の
位置に固定しておく基体であつて、表面が平滑な
金属板またはセラミツクス板を使用することがで
き、通常の場合、ジルコニア板を使用する。 チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複合
体のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１に、第１図
Ｂでは、２本の切断溝４を形成して、補助基体２
に接着されたチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１
１，１２，１３および１４に分割し、第１図Ｂに
示すとおりのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
補助基体複合体を形成する。切断溝４は、チタン
酸ジルコン酸鉛の円柱体１の円形の面の中心を結
ぶ線を通り、それぞれの延長は相対する円周面に
達するが、切断溝４の総べてはチタン酸ジルコン
酸鉛の円柱体１の円形の面の中心を結ぶ線におい
て交差し、隣り合う切断溝４は総べて同一の角度
で交差しているから、切断溝４により形成された
チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１
３および１４のそれぞれの全体の形状は全く同一
である。切断溝４は、第１図Ｂに示すとおりの２
本だけでなく、３本、４本および５本以上の切断
溝４を形成することができ、これらの切断溝もま
た隣接する切断溝とチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体の円形の面の中心を結ぶ線において、総べて同
一の角度で交差しているから、３本以上の数の切
断溝により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体のそれぞれの全体の形状も全く同一であ
る。 第１図Ｂのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
補助基体複合体の切断溝４に、第１図Ｃのウレタ
ンゴム５を充填し、硬化して、第１図Ｃに示すと
おりのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタ
ンゴム−補助基体複合体を形成する。ウレタンゴ
ム５は、これに接するチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１および１２，１１および１３，１３お
よび１４、または１２および１４と強固に接着し
ており、これらのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱
体１１，１２，１３および１４を一体化する。ウ
レタンゴム５を第１図Ｂの切断溝４に充填すると
きに、第１図Ｂのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱
体−補助基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１，１２，１３および１４の円周側面に
型枠円筒（図示なし）をはめ込み、その中の空所
にウレタンゴム５の原料液を充填し、硬化するこ
ともできる。この型枠円筒を使用するウレタンゴ
ム５の充填において、チタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１，１２，１３および１４の円周側面と
型枠円筒（図示なし）の間に間隙を残すことがで
きる大きさの型枠円筒を使用すると、チタン酸ジ
ルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１３および１
４の間の切断溝４におけるウレタンゴム５の外
に、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１
２，１３および１４の円周側壁面全体をウレタン
ゴム５で覆うことができ、それによつてチタン酸
ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１３および
１４をウレタンゴム５によつて、より完全に一体
化することができる。 第１図Ｃのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
ウレタンゴム−補助基体複合体は、ウレタンゴム
の硬化後に、補助基体２を取り除いて第１図Ｄの
チタン酸ジルコン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の製作が完了する。補助基体２を取り
除くには、チタン酸ジルコン酸鉛−ウレタンゴム
星型複合圧電素子材料と補助基体２の間の接着剤
層３を溶解除去する方法、この接着剤層３におい
て切断する方法またはこの接着剤層３を他の方法
により破壊除去する方法のいずれであつてもよ
い。 本発明により製作した第１図Ｄのチタン酸ジル
コン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
は、その上下の端面の円形の面に電極（図示な
し）を形成して使用する。この電極に交流電圧を
印加すると、その周波数に応じてチタン酸ジルコ
ン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子が振動
し、その振動する面より交流電圧の周波数に応じ
た超音波を発振し、またその振動する面に超音波
を受けたときに、その超音波の振動数に相応する
周波数の交流電圧を電極に生じて、その超音波を
検出することができる。 また本発明により製作したチタン酸ジルコン酸
鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料にヒズミ
を生じる衝撃を与えると、その電極面にその衝撃
に応じた電位差を生じ、その電位差により衝撃の
強さを検出することができるばかりでなく、また
圧電素子として利用することもできる。 以下において、実施例および試験例により本発
明をさらに詳しく説明する。 実施例１ （４分割−PZT−ウレタンゴム複合
圧電素子材料） PZT（チタン炭ジルコン酸鉛）の円柱体〔10mm
（直径）×10mm（高さ）〕の厚み方向に分極処理を
施し、このPZTの円柱体を、ジルコニア板〔40
mm×40mm×５mm（厚さ）〕に、接着剤（グリコー
ルフタレート、丸本工業社製品、75℃で熱溶融す
る接着剤、アセトンに溶解する）により接着し
て、PZT−ジルコニア複合体を調製した。 PZT−ジルコニア複合体のPZTの円柱体に、
厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて、円の中心
を通る直径方向の第１の切込を入れ、深さ10mm、
幅0.65mmの溝を形成した後、同じダイヤモンド刃
を用いてこの溝と90°の角度で直交して円の中心
を通る第２の切込を入れ、深さ10mm、幅0.65mmの
溝を形成し、互いに直交する２本の溝により分割
された４本のPZTの扇形柱体〔4.3mm（半径）×10
mm（高さ）〕がジルコニア板に接着する４分割
PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体を調製した。 ４分割PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体の周
囲に型枠円筒をはめ込んで成形型を形成し、この
成形型に電気絶縁用ウレタンゴム（商品名：SU
−2153−９、サンユレジン製品、硬度：52）を充
填し、ウレタンゴムを硬化した後、型枠円筒を取
外して、４分割PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−
ジルコニア複合体を調製した。 この４分割PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−ジ
ルコニア複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を溶
解してジルコニア板を切離し、PZT（扇形柱）４
本がウレタンゴムに支持された４分割−PZT−
ウレタンゴム星型複合圧電素子材料〔寸法：10mm
（直径）×10mm（高さ）〕を調製した。 この４分割−PZT−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の（ウレタンゴム）／（PZT）の体
積分率は約80％、そのPZTの弾性率は6000Kg・
ｆ／mm2、またそのウレタンゴムの弾性率は32Kg・
ｆ／mm2であつた。 実施例２ （８分割−PZT−ウレタンゴム複合
圧電素子材料） PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の円柱体〔10
mm）直径）×10mm（高さ）〕の厚み方向に分極処理
を施し、このPZTの円柱体をジルコニア板〔40
mm×40mm×５mm（厚さ）〕に接着剤（グリコール
フタレート、丸本工業社製品、75℃で熱溶融する
接着剤、アセトンに溶解する）により接着して、
PZT−ジルコニア複合体を調製した。 PZT−ジルコニア複合体のPZTの円柱体に、
厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて、円の中心
を通る直径方向の第１の切込みを入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの溝を形成した後、同じダイヤモン
ド刃を用いて、この第１の切込の溝と45°の角度
で斜交して円の中心を通る第２の切込を入れ、深
さ10mm、幅0.65mmの溝を形成し、さらに同じダイ
ヤモンド刃を用いて、第２の切込の溝と45°の角
度で斜交し、第１の切込の溝と90°の角度で直交
して円の中心を通る第３の切込みを入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの溝を形成し、さらにまた同じダイ
ヤモンド刃を用いて第３の切込の溝と45°の角度
で斜交し、第２の切込の溝と90°の角度で直交し
て円の中心を通る第４の切込を入れ、深さ10mm、
幅0.65mm溝を形成し、45°ずつの角度で斜交て円
の中心を通る計４本の溝で分割された８本の
PZTの扇形柱体〔3.7mm（半径）×10mm（高さ）〕
がジルコニア板に接着されたPZT（扇形柱）−ジ
ルコニア複合体を調製した。 PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体の周囲に型
枠円筒をはめ込んで成形型を形成し、この成形型
に電気絶縁用ウレタンゴム（商品名：SU−2153
−９、サンユレジン製品）を充填し、ウレタンゴ
ムを硬化した後、型枠円筒を取外して、８分割−
PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−ジルコニア複合
体を調製した。 この８分割−PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−
ジルコニア複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を
溶解して、ジルコニア板を切離し、PZT（扇形
柱）８本がウレタンゴムに支持された８分割−
PZT−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料〔寸
法：10mm（直径）×10mm（高さ）〕を調製した。 この８分割−PZT−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の（ウレタンゴム）／（PZT〕の体
積分率は約67％、そのPZTの弾性率は6000Kg・
ｆ／mm2、またそのウレタンゴムの弾性率は32Kg・
ｆ／mm2であつた。 比較例 PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の立方体（一
辺：10mm）の上下方向に分極処理を施し、この
PZTの立方体の下面を、ジルコニア板〔10mm×
10mm×５mm（厚さ）〕に実施例１の接着剤により
接着して、PZT−ジルコニア板複合体を調製し
た。 このPZT−ジルコニア板複合体のPZTの立方
体に、厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて1.1mm
のピツチにおいて、第１の切込を入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの平行な溝８本を形成した後、同じ
ダイヤモンド刃を用いて、この平行な溝と90°の
角度で直交する第２の切込を入れ、深さ10mm、幅
0.65mmの平行な溝８本を形成し、64本の角柱体が
規則正しく配列しジルコニア板に接着するPZT
（角柱）−ジルコニア板複合体を調製した。 このPZT（角柱）−ジルコニア板複合体の周囲
に型枠板をはめ込んで、成形型を形成し、この成
形型の空所に実施例１と同じ電気絶縁用ウレタン
ゴムを充填し、ウレタンゴムを硬化した後、型枠
板を取外して、PZT（角柱）−ウレタンゴム−ジ
ルコニア複合体を調製した。 このPZT（角柱）−ウレタンゴム−ジルコニア
板複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を溶解し
て、ジルコニア板を切離してPZT（角柱）64本が
ウレタンゴムのマトリツクスに規則正しく配列し
たPZT−ウレコンゴム複合圧電素子材料〔寸
法：10mm×10mm×10mm（立方体）〕を調製した。 このPZT−ウレタンゴム複合圧電素子材料の
（PZT）／（ウレタンゴム）の体積分率は約13
％、そのPZTの弾性率は6000Kg・ｆ／mm2、また
そのウレタンゴムの弾性率は32Kg・ｆ／mm2であつ
た。 試験例１（電気特性の測定） 実施例１の４分割−PZT−ウレタンゴム星型
複合圧電素子材料、実施例２の８分割−PZT−
ウレタンゴム星型複合圧電素子材料および比較例
のPZT−ウレタンゴム複合圧電素子材料の両面
に、導電製銀ラツカー（DEMETRON社製、
6290−0275）を塗布して電極を形成し、それぞれ
の複合圧電体の比誘電率（ε／ε0）、電気機械結
合係数（kt）、圧電定数（d33、g33）および周波
数定数（N）を測定した。 比較のための対照として、その製作の材料の
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の円柱体〔10mm
（直径）×10mm（高さ）〕を使用し、その両面に前
記と同じ導電性銀ラツカー（DEMETRON社製、
6290−0275）を塗布して電極を形成し、その圧電
体の比誘電率（ε／ε0）、電気機械結合係数
（Kt）、圧電定数（d33、g33）および周波数定数
（N）を測定した。 結果は第１表に示すとおりであつた。
扇形の面と平行な方向の振動をすることなく、端
面の扇形の面と垂直の方法だけの振動をするチタ
ン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型
複合圧電素子素子材料に関し、詳しくは、交流電
圧を印加したときに、端面の円形の面と平行な方
向の振動をすることなく、垂直の方向だけの振動
をするが、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の電気
特性を保持しているチタン酸ジルコン酸鉛の扇形
柱体−ウレタンゴム星型複合圧電子素子材料の製
作方法に関する。 本発明のチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウ
レタンゴム星型複合圧電素子材料は、感度の高い
感圧センサー、または一定の振動方向の超音波を
検出し、あるいは発振する超音波検出素子あるい
は超音波発振素子として利用することができる。 〔技術の背景および従来技術の説明〕 本明細書における「扇形柱体」は、その上下の
端面が、円形をその中心を通つて円周に達する２
本の直線で区切つた扇形の面であつて、その側面
が城家の端面に対して垂直の２つの平面および１
つの円周面である柱状体である。 これまでに、チタン酸バリウムやチサン酸ジル
コン酸鉛（PZT）などの無機圧電体材料を高分
子有機材料と複合化して、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作すること
が試みられている。 米国のニユーハムらは、細いPZTのフアイバ
ーをつくり、これを有機物と複合化して、分極処
理を行ない〔ジヤーナル・オブ・ジ・アメリカ
ン・セラミツク・ソサイエテイ（Journal of
The American Ceramic Society）第64巻第１
号第５〜８頁〕、また竹内らは、分極処理を施し
たPZTの薄板を切断加工し、これを有機物と複
合化することを提案している（特開昭58−21883
号公報）。さらに所定の幅の切込みを入れた無機
圧電体のクシの歯状の板状物を基板上に、一定の
間隔を置いて、クシの歯が並んで立つように平行
に並べて接着し、その空所に硬化性の合成樹脂を
充填し、その硬化後に基板およびこれに接着する
無機圧電体の連続部分を切落して、無機圧電体材
料の切断加工に伴なう損失を軽減する方法が提案
され（特願昭61−256970号）、さらにまた１〜50
Kg・ｆ／mm2の弾性率を有する合成樹脂マトリツク
スに、600Kg・ｆ／mm2の以上の弾性率を有する無
機圧電体を複合化して、交流電圧を印加したとき
に一定の方向（厚さ方向）だけの振動をすること
ができる複合圧電体材料が提案されている（特願
昭62−97号）。 本発明者らはさらに研究を続け、予めその端面
の円形の面と垂直の方向に分極処理を施したチタ
ン酸ジルコン酸鉛の円柱体を、その端面の中心を
結ぶ線において交差する２つ以上の面で切断し
て、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体を扇形柱体に
分割し、その分割した面の空所にウレタンゴムを
充填してチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレ
タンゴム星型複合圧電素子材料とすると、その星
型複合圧電素子材料は、交流電圧を印加したとき
に、その扇形の面と平行な面方向の振動をするこ
となく、その扇形の面と垂直の方向だけの振動を
するが、チタン酸ジルコン酸鉛の分割前の円柱体
の電気特性を保持することができることを見出
し、この知見に基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、交流電圧を印加したときに、
扇形柱体の端面と平行な方向の振動をすることな
く、扇形柱体の端面と垂直の方向だけの振動をす
ることができる星型複合圧電素子材料を提供する
ことにあり、詳しくは交流電圧を印加したとき
に、扇形柱体の端面と平行な方向の振動をするこ
となく、扇形柱体の端面と垂直の方向だけの振動
をするが、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の電気
特性を保持しているチタン酸ジルコン酸鉛の扇形
柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料を、材
料の切削による損失を少なくして製作することが
できる製作方法を提供することにある。 本発明は、その端面の円形の面と垂直の方向の
分極処理した施したチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体の端面の円形の面に、補助基体を接着して、チ
タン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複合体を
つくり、このチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補
助基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
に、その円形の面の中心を結ぶ線において同一の
角度で交差し、その円周に達する２以上の切断溝
を形成して、そのチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
を補助基体に固定されたチタン酸ジルコン酸鉛の
扇形柱体に分割し、それによつてチタン酸ジルコ
ン酸鉛の扇形柱体−補助基体複合体をつくり、さ
らにこのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−補助
基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体に
分割する切断溝にウレタンゴムを充填し、硬化し
て、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体をウレタン
ゴム相により一体化した後、そのチタン酸ジルコ
ン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム−補助基体複合
体から補助基体を取り除いて、チタン酸ジルコン
酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子
材料をつくることからなるチサン酸ジルコン酸鉛
の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
の製作方法である。 本発明により製作したチタン酸ジルコン酸鉛の
扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
は、その全体の形状が原のチタン酸ジルコン酸鉛
の円柱体の形状と同じであり、比誘電率、電気機
械結合係数、d33の圧電定数および周波数定数な
どの電気特性は原のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体のこれらの電気特性を大差のない数値である
が、交流電圧を印加したときに、その円形の面と
平行な方向の振動をすることなく、垂直の方向だ
けの振動をする特性、およびその円形の面と平行
な方向の振動を与えられたときに、交流電圧を生
じないが、垂直の方向の振動を与えられたとき
に、交流電圧を生じる特性を有する。 〔発明の具体的な説明〕 本発明によるチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）
の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
の製作において、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体
を用意し、このチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体に
対して、その円形の面に対して垂直の方向（円柱
体の高さの方向）の分極処理を施す。その分極処
理は、チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の上下の端
面の円形の面の間に、直流電圧を印加するこれま
でに知られた手段によつて行なうことができる。 分極処理を施したチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体１は、第１図のＡに示すとおり、その円形の面
の一方に補助基体２を接着剤層３により接着し
て、チサン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複
合体を形成する。補助基体２は、これに接着する
チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１を加工する間、
チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１を所定の場合に
固定し、その加工を容易にするとともに、チタン
酸ジルコン酸鉛の円柱体１に後述の切断溝４を形
成してチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体に分割し
たときにその切断面の空所にウレタンゴムを充填
し、硬化した後、この補助基体２を取り除くまで
の間、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体を所定の
位置に固定しておく基体であつて、表面が平滑な
金属板またはセラミツクス板を使用することがで
き、通常の場合、ジルコニア板を使用する。 チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基体複合
体のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体１に、第１図
Ｂでは、２本の切断溝４を形成して、補助基体２
に接着されたチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１
１，１２，１３および１４に分割し、第１図Ｂに
示すとおりのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
補助基体複合体を形成する。切断溝４は、チタン
酸ジルコン酸鉛の円柱体１の円形の面の中心を結
ぶ線を通り、それぞれの延長は相対する円周面に
達するが、切断溝４の総べてはチタン酸ジルコン
酸鉛の円柱体１の円形の面の中心を結ぶ線におい
て交差し、隣り合う切断溝４は総べて同一の角度
で交差しているから、切断溝４により形成された
チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１
３および１４のそれぞれの全体の形状は全く同一
である。切断溝４は、第１図Ｂに示すとおりの２
本だけでなく、３本、４本および５本以上の切断
溝４を形成することができ、これらの切断溝もま
た隣接する切断溝とチタン酸ジルコン酸鉛の円柱
体の円形の面の中心を結ぶ線において、総べて同
一の角度で交差しているから、３本以上の数の切
断溝により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体のそれぞれの全体の形状も全く同一であ
る。 第１図Ｂのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
補助基体複合体の切断溝４に、第１図Ｃのウレタ
ンゴム５を充填し、硬化して、第１図Ｃに示すと
おりのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタ
ンゴム−補助基体複合体を形成する。ウレタンゴ
ム５は、これに接するチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１および１２，１１および１３，１３お
よび１４、または１２および１４と強固に接着し
ており、これらのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱
体１１，１２，１３および１４を一体化する。ウ
レタンゴム５を第１図Ｂの切断溝４に充填すると
きに、第１図Ｂのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱
体−補助基体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１，１２，１３および１４の円周側面に
型枠円筒（図示なし）をはめ込み、その中の空所
にウレタンゴム５の原料液を充填し、硬化するこ
ともできる。この型枠円筒を使用するウレタンゴ
ム５の充填において、チタン酸ジルコン酸鉛の扇
形柱体１１，１２，１３および１４の円周側面と
型枠円筒（図示なし）の間に間隙を残すことがで
きる大きさの型枠円筒を使用すると、チタン酸ジ
ルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１３および１
４の間の切断溝４におけるウレタンゴム５の外
に、チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１
２，１３および１４の円周側壁面全体をウレタン
ゴム５で覆うことができ、それによつてチタン酸
ジルコン酸鉛の扇形柱体１１，１２，１３および
１４をウレタンゴム５によつて、より完全に一体
化することができる。 第１図Ｃのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
ウレタンゴム−補助基体複合体は、ウレタンゴム
の硬化後に、補助基体２を取り除いて第１図Ｄの
チタン酸ジルコン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の製作が完了する。補助基体２を取り
除くには、チタン酸ジルコン酸鉛−ウレタンゴム
星型複合圧電素子材料と補助基体２の間の接着剤
層３を溶解除去する方法、この接着剤層３におい
て切断する方法またはこの接着剤層３を他の方法
により破壊除去する方法のいずれであつてもよ
い。 本発明により製作した第１図Ｄのチタン酸ジル
コン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料
は、その上下の端面の円形の面に電極（図示な
し）を形成して使用する。この電極に交流電圧を
印加すると、その周波数に応じてチタン酸ジルコ
ン酸鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子が振動
し、その振動する面より交流電圧の周波数に応じ
た超音波を発振し、またその振動する面に超音波
を受けたときに、その超音波の振動数に相応する
周波数の交流電圧を電極に生じて、その超音波を
検出することができる。 また本発明により製作したチタン酸ジルコン酸
鉛−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料にヒズミ
を生じる衝撃を与えると、その電極面にその衝撃
に応じた電位差を生じ、その電位差により衝撃の
強さを検出することができるばかりでなく、また
圧電素子として利用することもできる。 以下において、実施例および試験例により本発
明をさらに詳しく説明する。 実施例１ （４分割−PZT−ウレタンゴム複合
圧電素子材料） PZT（チタン炭ジルコン酸鉛）の円柱体〔10mm
（直径）×10mm（高さ）〕の厚み方向に分極処理を
施し、このPZTの円柱体を、ジルコニア板〔40
mm×40mm×５mm（厚さ）〕に、接着剤（グリコー
ルフタレート、丸本工業社製品、75℃で熱溶融す
る接着剤、アセトンに溶解する）により接着し
て、PZT−ジルコニア複合体を調製した。 PZT−ジルコニア複合体のPZTの円柱体に、
厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて、円の中心
を通る直径方向の第１の切込を入れ、深さ10mm、
幅0.65mmの溝を形成した後、同じダイヤモンド刃
を用いてこの溝と90°の角度で直交して円の中心
を通る第２の切込を入れ、深さ10mm、幅0.65mmの
溝を形成し、互いに直交する２本の溝により分割
された４本のPZTの扇形柱体〔4.3mm（半径）×10
mm（高さ）〕がジルコニア板に接着する４分割
PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体を調製した。 ４分割PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体の周
囲に型枠円筒をはめ込んで成形型を形成し、この
成形型に電気絶縁用ウレタンゴム（商品名：SU
−2153−９、サンユレジン製品、硬度：52）を充
填し、ウレタンゴムを硬化した後、型枠円筒を取
外して、４分割PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−
ジルコニア複合体を調製した。 この４分割PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−ジ
ルコニア複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を溶
解してジルコニア板を切離し、PZT（扇形柱）４
本がウレタンゴムに支持された４分割−PZT−
ウレタンゴム星型複合圧電素子材料〔寸法：10mm
（直径）×10mm（高さ）〕を調製した。 この４分割−PZT−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の（ウレタンゴム）／（PZT）の体
積分率は約80％、そのPZTの弾性率は6000Kg・
ｆ／mm2、またそのウレタンゴムの弾性率は32Kg・
ｆ／mm2であつた。 実施例２ （８分割−PZT−ウレタンゴム複合
圧電素子材料） PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の円柱体〔10
mm）直径）×10mm（高さ）〕の厚み方向に分極処理
を施し、このPZTの円柱体をジルコニア板〔40
mm×40mm×５mm（厚さ）〕に接着剤（グリコール
フタレート、丸本工業社製品、75℃で熱溶融する
接着剤、アセトンに溶解する）により接着して、
PZT−ジルコニア複合体を調製した。 PZT−ジルコニア複合体のPZTの円柱体に、
厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて、円の中心
を通る直径方向の第１の切込みを入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの溝を形成した後、同じダイヤモン
ド刃を用いて、この第１の切込の溝と45°の角度
で斜交して円の中心を通る第２の切込を入れ、深
さ10mm、幅0.65mmの溝を形成し、さらに同じダイ
ヤモンド刃を用いて、第２の切込の溝と45°の角
度で斜交し、第１の切込の溝と90°の角度で直交
して円の中心を通る第３の切込みを入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの溝を形成し、さらにまた同じダイ
ヤモンド刃を用いて第３の切込の溝と45°の角度
で斜交し、第２の切込の溝と90°の角度で直交し
て円の中心を通る第４の切込を入れ、深さ10mm、
幅0.65mm溝を形成し、45°ずつの角度で斜交て円
の中心を通る計４本の溝で分割された８本の
PZTの扇形柱体〔3.7mm（半径）×10mm（高さ）〕
がジルコニア板に接着されたPZT（扇形柱）−ジ
ルコニア複合体を調製した。 PZT（扇形柱）−ジルコニア複合体の周囲に型
枠円筒をはめ込んで成形型を形成し、この成形型
に電気絶縁用ウレタンゴム（商品名：SU−2153
−９、サンユレジン製品）を充填し、ウレタンゴ
ムを硬化した後、型枠円筒を取外して、８分割−
PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−ジルコニア複合
体を調製した。 この８分割−PZT（扇形柱）−ウレタンゴム−
ジルコニア複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を
溶解して、ジルコニア板を切離し、PZT（扇形
柱）８本がウレタンゴムに支持された８分割−
PZT−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料〔寸
法：10mm（直径）×10mm（高さ）〕を調製した。 この８分割−PZT−ウレタンゴム星型複合圧
電素子材料の（ウレタンゴム）／（PZT〕の体
積分率は約67％、そのPZTの弾性率は6000Kg・
ｆ／mm2、またそのウレタンゴムの弾性率は32Kg・
ｆ／mm2であつた。 比較例 PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の立方体（一
辺：10mm）の上下方向に分極処理を施し、この
PZTの立方体の下面を、ジルコニア板〔10mm×
10mm×５mm（厚さ）〕に実施例１の接着剤により
接着して、PZT−ジルコニア板複合体を調製し
た。 このPZT−ジルコニア板複合体のPZTの立方
体に、厚さ500μのダイヤモンド刃を用いて1.1mm
のピツチにおいて、第１の切込を入れ、深さ10
mm、幅0.65mmの平行な溝８本を形成した後、同じ
ダイヤモンド刃を用いて、この平行な溝と90°の
角度で直交する第２の切込を入れ、深さ10mm、幅
0.65mmの平行な溝８本を形成し、64本の角柱体が
規則正しく配列しジルコニア板に接着するPZT
（角柱）−ジルコニア板複合体を調製した。 このPZT（角柱）−ジルコニア板複合体の周囲
に型枠板をはめ込んで、成形型を形成し、この成
形型の空所に実施例１と同じ電気絶縁用ウレタン
ゴムを充填し、ウレタンゴムを硬化した後、型枠
板を取外して、PZT（角柱）−ウレタンゴム−ジ
ルコニア複合体を調製した。 このPZT（角柱）−ウレタンゴム−ジルコニア
板複合体をアセトンに浸漬し、接着剤を溶解し
て、ジルコニア板を切離してPZT（角柱）64本が
ウレタンゴムのマトリツクスに規則正しく配列し
たPZT−ウレコンゴム複合圧電素子材料〔寸
法：10mm×10mm×10mm（立方体）〕を調製した。 このPZT−ウレタンゴム複合圧電素子材料の
（PZT）／（ウレタンゴム）の体積分率は約13
％、そのPZTの弾性率は6000Kg・ｆ／mm2、また
そのウレタンゴムの弾性率は32Kg・ｆ／mm2であつ
た。 試験例１（電気特性の測定） 実施例１の４分割−PZT−ウレタンゴム星型
複合圧電素子材料、実施例２の８分割−PZT−
ウレタンゴム星型複合圧電素子材料および比較例
のPZT−ウレタンゴム複合圧電素子材料の両面
に、導電製銀ラツカー（DEMETRON社製、
6290−0275）を塗布して電極を形成し、それぞれ
の複合圧電体の比誘電率（ε／ε0）、電気機械結
合係数（kt）、圧電定数（d33、g33）および周波
数定数（N）を測定した。 比較のための対照として、その製作の材料の
PZT（チタン酸ジルコン酸鉛）の円柱体〔10mm
（直径）×10mm（高さ）〕を使用し、その両面に前
記と同じ導電性銀ラツカー（DEMETRON社製、
6290−0275）を塗布して電極を形成し、その圧電
体の比誘電率（ε／ε0）、電気機械結合係数
（Kt）、圧電定数（d33、g33）および周波数定数
（N）を測定した。 結果は第１表に示すとおりであつた。
交流電圧を印加したときに、振動をする方向が
一つの方向だけである。これによつて振動をする
方向が一つの方向だけの超音波を発振することが
でき、また振動をする方向が一つの方向だけの超
音波を検出することができる。 複合圧電素子材料の加工における材料の損失が
少ない。
一つの方向だけである。これによつて振動をする
方向が一つの方向だけの超音波を発振することが
でき、また振動をする方向が一つの方向だけの超
音波を検出することができる。 複合圧電素子材料の加工における材料の損失が
少ない。
第１図は、本発明の星型複合圧電素子材料の製
作における中間製作物および製作物の斜視図であ
り、また第２図は試験例２の結果を示す図表であ
る。
作における中間製作物および製作物の斜視図であ
り、また第２図は試験例２の結果を示す図表であ
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ａ チタン酸ジルコン酸鉛の円柱体に、その
端面の円形の面と垂直の方向の分極処理を施す
こと、 ｂ そのチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体の端面の
円形の面に補助基体を接着して、チタン酸ジル
コン酸鉛の円柱体−補助基体複合体をつくるこ
と、 ｃ そのチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体−補助基
体複合体のチタン酸ジルコン酸鉛の円柱体に、
その円形の面の中心を結ぶ線において、同一の
角度で交差し、その円周に達する２以上の切断
溝を形成して、そのチタン酸ジルコン酸鉛の円
柱体を、その扇形柱体に分割し、それによつて
チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−補助基体複
合体をつくること、 ｄ そのチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−補助
基体複合体の切断溝に、ウレタンゴムを充填
し、硬化した後、補助基体を取り除いて、チタ
ン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星
型複合圧電素子材料をつくること、 を特徴とするチタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−
ウレタンゴム星型複合圧電素子材料の製作方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220345A JPH0268970A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料の製作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63220345A JPH0268970A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料の製作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0268970A JPH0268970A (ja) | 1990-03-08 |
| JPH05874B2 true JPH05874B2 (ja) | 1993-01-06 |
Family
ID=16749687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63220345A Granted JPH0268970A (ja) | 1988-09-05 | 1988-09-05 | チタン酸ジルコン酸鉛の扇形柱体−ウレタンゴム星型複合圧電素子材料の製作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0268970A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5061457B2 (ja) * | 2004-12-16 | 2012-10-31 | ブラザー工業株式会社 | 液体移送装置及びその製造方法 |
-
1988
- 1988-09-05 JP JP63220345A patent/JPH0268970A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0268970A (ja) | 1990-03-08 |
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