JP3362966B2 - 圧電単結晶、超音波プローブおよびアレイ形超音波プローブ - Google Patents
圧電単結晶、超音波プローブおよびアレイ形超音波プローブInfo
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- JP3362966B2 JP3362966B2 JP14611294A JP14611294A JP3362966B2 JP 3362966 B2 JP3362966 B2 JP 3362966B2 JP 14611294 A JP14611294 A JP 14611294A JP 14611294 A JP14611294 A JP 14611294A JP 3362966 B2 JP3362966 B2 JP 3362966B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電単結晶および前記
圧電単結晶からなる圧電素子を備える医療用診断装置等
に有用な超音波プローブに関する。
圧電単結晶からなる圧電素子を備える医療用診断装置等
に有用な超音波プローブに関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波プローブは、一対の電極を有する
圧電素子から実質的になる超音波送受信素子を備えてい
る。前記超音波プローブは、超音波を対象物に向けて照
射し、その対象物における音響インピーダンスの異なる
界面からの反射エコーを受信することにより前記対象物
の内部状態を画像化するために用いられる。このような
前記超音波プローブを組み込んだ超音波画像装置は、例
えば人体内部を検査するための医療用診断装置および金
属溶接内部の探傷を目的とする検査装置等に応用されて
いる。
圧電素子から実質的になる超音波送受信素子を備えてい
る。前記超音波プローブは、超音波を対象物に向けて照
射し、その対象物における音響インピーダンスの異なる
界面からの反射エコーを受信することにより前記対象物
の内部状態を画像化するために用いられる。このような
前記超音波プローブを組み込んだ超音波画像装置は、例
えば人体内部を検査するための医療用診断装置および金
属溶接内部の探傷を目的とする検査装置等に応用されて
いる。
【０００３】近年、前記医療用診断装置の一つとして、
人体の断層像（Ｂモード像）に加え、心臓、肝臓、頸動
脈等を対象に超音波の血流によるドプラシフトを利用し
て血流の速度を２次元でカラー表示することが可能な
「カラーフローマッピング（ＣＦＭ）法」を採用したも
のが開発され、前記医療用診断装置によりその診断能力
が飛躍的に向上した。前記ＣＦＭ法を採用した医療用診
断装置は子宮や肝臓、脾蔵などの人体のあらゆる臓器、
器官の診断に用いられ、今後は冠血栓の診断も可能な装
置を目指して研究がなされている。
人体の断層像（Ｂモード像）に加え、心臓、肝臓、頸動
脈等を対象に超音波の血流によるドプラシフトを利用し
て血流の速度を２次元でカラー表示することが可能な
「カラーフローマッピング（ＣＦＭ）法」を採用したも
のが開発され、前記医療用診断装置によりその診断能力
が飛躍的に向上した。前記ＣＦＭ法を採用した医療用診
断装置は子宮や肝臓、脾蔵などの人体のあらゆる臓器、
器官の診断に用いられ、今後は冠血栓の診断も可能な装
置を目指して研究がなされている。
【０００４】前者のＢモード像の場合には、身体的変化
による小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見えるように
するために、高解像度の画像が高感度で得られることが
要求される。後者のＣＦＭ像を得ることができるドプラ
モードの場合には、直径が数μｍ程度の微小な血球から
の反射エコーを用いるため、前記Ｂモードの場合に比べ
て得られる信号レベルが小さくなり、より高感度化が要
求される。
による小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見えるように
するために、高解像度の画像が高感度で得られることが
要求される。後者のＣＦＭ像を得ることができるドプラ
モードの場合には、直径が数μｍ程度の微小な血球から
の反射エコーを用いるため、前記Ｂモードの場合に比べ
て得られる信号レベルが小さくなり、より高感度化が要
求される。
【０００５】ところで、前述した超音波プローブは従来
より高感度化を達成するためにそれ自体または周辺回路
等から様々な改良がなされている。例えば、超音波プロ
ーブを前記Ｂモード像の検出に適用する場合には超音波
送受信素子の圧電素子の影響が大きい。このような超音
波プローブに用いられる前記圧電素子は、電気機械結合
係数が大きく、かつケーブルや装置浮遊容量による損失
が少なくなるように送受信回路とのマッチングが取りや
すい誘電率の大きい材料から形成することが必要であ
る。このため、前記圧電素子はジルコン・チタン酸鉛
（ＰＺＴ）系圧電セラミックから主に形成されている。
より高感度化を達成するためにそれ自体または周辺回路
等から様々な改良がなされている。例えば、超音波プロ
ーブを前記Ｂモード像の検出に適用する場合には超音波
送受信素子の圧電素子の影響が大きい。このような超音
波プローブに用いられる前記圧電素子は、電気機械結合
係数が大きく、かつケーブルや装置浮遊容量による損失
が少なくなるように送受信回路とのマッチングが取りや
すい誘電率の大きい材料から形成することが必要であ
る。このため、前記圧電素子はジルコン・チタン酸鉛
（ＰＺＴ）系圧電セラミックから主に形成されている。
【０００６】超音波プローブは、短冊状の圧電素子を有
する超音波送受信素子を数１０から２００個程度配列し
たアレイ形が主流であり、前記超音波送受信素子の数は
高分解能化の要求と共に増加する傾向にある。しかしな
がら、アレイ形超音波プローブを生体と接触させる場
合、超音波送受信面の口径を大きくすることができない
ため、前記超音波送受信素子の数が増大するに伴って圧
電素子１個当たりのインピーダンスが高くなり、送受信
回路とのマッチングが取り難くなる。
する超音波送受信素子を数１０から２００個程度配列し
たアレイ形が主流であり、前記超音波送受信素子の数は
高分解能化の要求と共に増加する傾向にある。しかしな
がら、アレイ形超音波プローブを生体と接触させる場
合、超音波送受信面の口径を大きくすることができない
ため、前記超音波送受信素子の数が増大するに伴って圧
電素子１個当たりのインピーダンスが高くなり、送受信
回路とのマッチングが取り難くなる。
【０００７】このようなことから、米国特許第４９５８
３２７号明細書には誘電率が大きい材料からなる圧電素
子を使用したり、積層構成することが開示されている。
ＤＥ３７２９７３１Ａ１には、インピーダンス変換器を
使用することが開示されている。しかしながら、前記Ｐ
ＺＴ系セラミックは比誘電率が３０００を越えると電気
機械結合係数が小さくなる性質を有するため、感度が低
下するという問題が新たに生じる。また、積層構成では
送信感度が積層数に応じて増大するものの、受信感度は
積層数に反比例する。このため、適用可能な分野は圧電
素子が通常より小さい場合やケーブルが長い場合などの
特殊な用途に限られる。さらに、エミッタフォロワなど
のインピーダンス変換器を使用すると、超音波プローブ
の大型化を招くと共にインピーダンス変換器固有の周波
数特性により狭帯域化を引き起こす。
３２７号明細書には誘電率が大きい材料からなる圧電素
子を使用したり、積層構成することが開示されている。
ＤＥ３７２９７３１Ａ１には、インピーダンス変換器を
使用することが開示されている。しかしながら、前記Ｐ
ＺＴ系セラミックは比誘電率が３０００を越えると電気
機械結合係数が小さくなる性質を有するため、感度が低
下するという問題が新たに生じる。また、積層構成では
送信感度が積層数に応じて増大するものの、受信感度は
積層数に反比例する。このため、適用可能な分野は圧電
素子が通常より小さい場合やケーブルが長い場合などの
特殊な用途に限られる。さらに、エミッタフォロワなど
のインピーダンス変換器を使用すると、超音波プローブ
の大型化を招くと共にインピーダンス変換器固有の周波
数特性により狭帯域化を引き起こす。
【０００８】その他の圧電材料としては、ニオブ酸リチ
ウムなどの単結晶、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの
セラミック、ポリフッ化ビニリデンもしくはその共重合
体などの高分子材料からなる圧電素子が知られている。
しかしながら、これらの圧電素子は誘電率および電気機
械結合係数が小さく実用的ではない。また、柱状の圧電
セラミックを樹脂に埋め込んだ１−３型などの複合圧電
素子が知られているが、誘電率が小さくなり圧電素子を
短冊状にして複数配列するアレイ形超音波プローブには
適さない。
ウムなどの単結晶、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛などの
セラミック、ポリフッ化ビニリデンもしくはその共重合
体などの高分子材料からなる圧電素子が知られている。
しかしながら、これらの圧電素子は誘電率および電気機
械結合係数が小さく実用的ではない。また、柱状の圧電
セラミックを樹脂に埋め込んだ１−３型などの複合圧電
素子が知られているが、誘電率が小さくなり圧電素子を
短冊状にして複数配列するアレイ形超音波プローブには
適さない。
【０００９】このような圧電材料の中で、Kuwataらは
“Japan J.Appl.Phys,21(1982)において亜鉛ニオブ酸鉛
とチタナ酸鉛の固溶系単結晶からなる棒状圧電素子は電
気機械結合係数ｋ33が９２％と極めて大きいことを報告
した。しかしながら、この報告には一部の誘電特性が述
べられているのみで、超音波プローブの設計に必要な音
響インピーダンスや誘電損失、機械的品質係数などが不
明である。特に、超音波プローブで多用されている短冊
状の超音波送受信素子の特性については何等述べられて
いない。さらに、前記固溶系単結晶からスライスして作
製された短冊状の圧電素子を有する複数の超音波送受信
素子を備えた超音波プローブの中には、信号が小さく、
高分解能の画像が得られないものがある。本発明者ら
は、感度の低い超音波プローブについて前記短冊状圧電
素子を有する超音波送受信素子を調べると、見掛け電気
機械結合係数の値が初期値より低下しており、これが原
因であることがわかった。また、見掛け電気機械結合係
数の低下は高電界を再度印加して分極することで改善す
ることができ、超音波プローブの感度も良くなるが、製
造上の再分極は工程が増加して煩雑になりコストアップ
の要因、または経時変化による性能劣化の原因になって
好ましくない。
“Japan J.Appl.Phys,21(1982)において亜鉛ニオブ酸鉛
とチタナ酸鉛の固溶系単結晶からなる棒状圧電素子は電
気機械結合係数ｋ33が９２％と極めて大きいことを報告
した。しかしながら、この報告には一部の誘電特性が述
べられているのみで、超音波プローブの設計に必要な音
響インピーダンスや誘電損失、機械的品質係数などが不
明である。特に、超音波プローブで多用されている短冊
状の超音波送受信素子の特性については何等述べられて
いない。さらに、前記固溶系単結晶からスライスして作
製された短冊状の圧電素子を有する複数の超音波送受信
素子を備えた超音波プローブの中には、信号が小さく、
高分解能の画像が得られないものがある。本発明者ら
は、感度の低い超音波プローブについて前記短冊状圧電
素子を有する超音波送受信素子を調べると、見掛け電気
機械結合係数の値が初期値より低下しており、これが原
因であることがわかった。また、見掛け電気機械結合係
数の低下は高電界を再度印加して分極することで改善す
ることができ、超音波プローブの感度も良くなるが、製
造上の再分極は工程が増加して煩雑になりコストアップ
の要因、または経時変化による性能劣化の原因になって
好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
機械結合係数（ｋ33´）の大きく、かつ短冊状圧電素子
に加工する際もしくは超音波プローブの作製中に脱分極
が起こらず、しかも長期間使用しても経時変化による性
能劣化を防止し得る圧電単結晶を提供しようとするもの
である。
機械結合係数（ｋ33´）の大きく、かつ短冊状圧電素子
に加工する際もしくは超音波プローブの作製中に脱分極
が起こらず、しかも長期間使用しても経時変化による性
能劣化を防止し得る圧電単結晶を提供しようとするもの
である。
【００１１】本発明の別の目的は、幅が狭く、電気機械
結合係数（ｋ33´）の大きい圧電素子を有し、送受信回
路とのマッチングが取り易く、さらに高感度化が可能な
超音波プローブを提供しようとするものである。
結合係数（ｋ33´）の大きい圧電素子を有し、送受信回
路とのマッチングが取り易く、さらに高感度化が可能な
超音波プローブを提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】本発明による
と、実質的に下記一般式からなる圧電単結晶が提供され
る。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔ
ｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
と、実質的に下記一般式からなる圧電単結晶が提供され
る。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔ
ｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
【００１３】本発明によると、実質的に下記一般式から
なる圧電単結晶が提供される。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔ
ｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
なる圧電単結晶が提供される。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔ
ｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
【００１４】本発明によると、超音波送受信面を有する
圧電素子と、前記圧電素子の超音波送受信面およびこの
面と反対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具
備し、前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単
結晶により形成されることを特徴とする超音波プローブ
が提供される。
圧電素子と、前記圧電素子の超音波送受信面およびこの
面と反対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具
備し、前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単
結晶により形成されることを特徴とする超音波プローブ
が提供される。
【００１５】Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ
2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
【００１６】本発明によると、超音波送受信面を有する
圧電素子と、前記圧電素子の超音波送受信面およびこの
面と反対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具
備し、前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単
結晶により形成されることを特徴とする超音波プローブ
が提供される。
圧電素子と、前記圧電素子の超音波送受信面およびこの
面と反対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具
備し、前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単
結晶により形成されることを特徴とする超音波プローブ
が提供される。
【００１７】Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａ
z/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
z/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
【００１８】本発明によると、所望方向、例えば一方向
に配列され、超音波送受信面を有する複数の圧電素子
と、前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反
対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、
前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブが提供される。
に配列され、超音波送受信面を有する複数の圧電素子
と、前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反
対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、
前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブが提供される。
【００１９】Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ
2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
【００２０】本発明によると、所望方向、例えば一方向
に配列され、超音波送受信面を有する複数の圧電素子
と、前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反
対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、
前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブが提供される。
に配列され、超音波送受信面を有する複数の圧電素子
と、前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反
対側の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、
前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブが提供される。
【００２１】Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａ
z/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
z/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
【００２２】以下、本発明に係わる圧電単結晶を詳細に
説明する。本発明に係わる圧電単結晶は、実質的に下記
一般式(I) からなる。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I) ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
説明する。本発明に係わる圧電単結晶は、実質的に下記
一般式(I) からなる。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I) ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
【００２３】より具体的には、実質的に下記一般式(I-
1) Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I-1) ただし、Ｍ１およびＭ２は前記一般式(I) と同様な金属
を示し、ｘおよびｙはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、
０．００００１≦ｙ≦０．０１として規定される、から
なる圧電単結晶、並びに実質的に下記一般式(I-2) Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …（Ｉ−
２） ただし、Ｍ１およびＭ２は前記一般式（Ｉ） と同様な
金属を示し、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦
０．２、０．００００１≦ｙ≦０．０１、０＜ｚ≦０．
１として規定される、からなる圧電単結晶が提供され
る。
1) Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I-1) ただし、Ｍ１およびＭ２は前記一般式(I) と同様な金属
を示し、ｘおよびｙはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、
０．００００１≦ｙ≦０．０１として規定される、から
なる圧電単結晶、並びに実質的に下記一般式(I-2) Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …（Ｉ−
２） ただし、Ｍ１およびＭ２は前記一般式（Ｉ） と同様な
金属を示し、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦
０．２、０．００００１≦ｙ≦０．０１、０＜ｚ≦０．
１として規定される、からなる圧電単結晶が提供され
る。
【００２４】前記一般式(I-1) 、(I-2) 中のＭ１は、特
にＺｎが好適である。前記一般式(I-1) 、(I-2) のｘを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｘを０．０５未満にすると、前記固溶系単結晶のキュリ
ー温度が低下する。また、前記単結晶の切断時や熱影響
により脱分極する。一方、前記ｘが０．２を越えると大
きな電気機械結合係数ｋ33´が得られないばかりか、誘
電率が低下する。より好ましいｘは、０．０６〜０．１
３である。
にＺｎが好適である。前記一般式(I-1) 、(I-2) のｘを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｘを０．０５未満にすると、前記固溶系単結晶のキュリ
ー温度が低下する。また、前記単結晶の切断時や熱影響
により脱分極する。一方、前記ｘが０．２を越えると大
きな電気機械結合係数ｋ33´が得られないばかりか、誘
電率が低下する。より好ましいｘは、０．０６〜０．１
３である。
【００２５】前記一般式(I-1) 、(I-2) 中のＭ２は、特
にＰｔが好適である。前記一般式(I-1) 、(I-2) のｙを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｙを０．００００１未満にすると前記固溶系単結晶から
なる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制することが
できなくなる。一方、前記ｙが０．０１を越えると前記
圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従来のＰＺＴ系
圧電セラミックに比べて小さくなったり、圧電特性の優
れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製造することが
困難になる。より好ましいｙは、０．００００１〜０．
００１である。
にＰｔが好適である。前記一般式(I-1) 、(I-2) のｙを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｙを０．００００１未満にすると前記固溶系単結晶から
なる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制することが
できなくなる。一方、前記ｙが０．０１を越えると前記
圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従来のＰＺＴ系
圧電セラミックに比べて小さくなったり、圧電特性の優
れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製造することが
困難になる。より好ましいｙは、０．００００１〜０．
００１である。
【００２６】前記一般式(I-2) 中のＴａは、前記固溶系
単結晶からなる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制
する効果を有する。前記一般式(I-2) のｚが０．１を越
えると、前記圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従
来のＰＺＴ系圧電セラミックに比べて小さくなったり、
圧電特性の優れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製
造することが困難になる。より好ましいｚは０．００１
〜０．０５である。
単結晶からなる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制
する効果を有する。前記一般式(I-2) のｚが０．１を越
えると、前記圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従
来のＰＺＴ系圧電セラミックに比べて小さくなったり、
圧電特性の優れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製
造することが困難になる。より好ましいｚは０．００１
〜０．０５である。
【００２７】前記一般式(I-1) 、(I-2) で表される圧電
単結晶は、例えばフラックス法、ブリッジマン法やキロ
プーロス法、水熱育成法等によって製造される。以上説
明した本発明に係わる圧電単結晶は、一般式(I) に示す
ようにＰｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ］1-x Ｔｉx ｝Ｏ3
（Ｍ１が例えばＺｎ）で表される亜鉛ニオブ酸鉛−チタ
ン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈ
およびＩｒから選ばれる少なくとも一つの金属Ｍ２で微
量置換した組成を有するため、圧電特性を損なうことな
く、両面に導体層が形成された単結晶を加工して一対の
電極を有する圧電素子からなる超音波送受信素子を作製
する際、或いは超音波プローブの作製時の接合工程等の
熱による超音波送受信素子の脱分極を抑制することがで
きる。特に、一般式(I-2) に示すように亜鉛ニオブ酸鉛
−チタン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＭ２で微量置換す
ると共に前記固溶系単結晶のＮｂをＴａで微量置換した
組成の圧電単結晶は、超音波送受信素子の脱分極をより
一層抑制することが可能になる。また、前記一般式(I)
からなる圧電単結晶は電気機械結合係数ｋ33´が８２〜
８３％と優れた圧電特性を有する。
単結晶は、例えばフラックス法、ブリッジマン法やキロ
プーロス法、水熱育成法等によって製造される。以上説
明した本発明に係わる圧電単結晶は、一般式(I) に示す
ようにＰｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ］1-x Ｔｉx ｝Ｏ3
（Ｍ１が例えばＺｎ）で表される亜鉛ニオブ酸鉛−チタ
ン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈ
およびＩｒから選ばれる少なくとも一つの金属Ｍ２で微
量置換した組成を有するため、圧電特性を損なうことな
く、両面に導体層が形成された単結晶を加工して一対の
電極を有する圧電素子からなる超音波送受信素子を作製
する際、或いは超音波プローブの作製時の接合工程等の
熱による超音波送受信素子の脱分極を抑制することがで
きる。特に、一般式(I-2) に示すように亜鉛ニオブ酸鉛
−チタン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＭ２で微量置換す
ると共に前記固溶系単結晶のＮｂをＴａで微量置換した
組成の圧電単結晶は、超音波送受信素子の脱分極をより
一層抑制することが可能になる。また、前記一般式(I)
からなる圧電単結晶は電気機械結合係数ｋ33´が８２〜
８３％と優れた圧電特性を有する。
【００２８】本発明に係わる別の圧電単結晶は、実質的
に下記一般式(II)からなる。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(II) ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
に下記一般式(II)からなる。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(II) ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
【００２９】より具体的には、実質的に下記一般式(II-
1) Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(II-1) ただし、Ｍ２およびＭ３は前記一般式(II)と同様な金属
を示し、ｘおよびｙはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、
０．００００１≦ｙ≦０．０１として規定される、から
なる圧電単結晶、並びに実質的に下記一般式(II-2) Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …（ＩＩ−
２） ただし、Ｍ２およびＭ３は前記一般式（ＩＩ）と同様な
金属を示し、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦
０．６、０．００００１≦ｙ≦０．０１、０＜ｚ≦０．
１として規定される、からなる圧電単結晶が提供され
る。
1) Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(II-1) ただし、Ｍ２およびＭ３は前記一般式(II)と同様な金属
を示し、ｘおよびｙはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、
０．００００１≦ｙ≦０．０１として規定される、から
なる圧電単結晶、並びに実質的に下記一般式(II-2) Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …（ＩＩ−
２） ただし、Ｍ２およびＭ３は前記一般式（ＩＩ）と同様な
金属を示し、ｘ、ｙおよびｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦
０．６、０．００００１≦ｙ≦０．０１、０＜ｚ≦０．
１として規定される、からなる圧電単結晶が提供され
る。
【００３０】前記一般式(II-1)、(II-2)中のＭ３は、特
にＳｃが好適である。前記一般式(II-1)、(II-2)のｘを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｘを０．２未満にすると、前記固溶系単結晶のキュリー
温度が低下する。また、前記単結晶の切断時や熱影響に
より脱分極する。一方、前記ｘが０．６を越えると大き
な電気機械結合係数ｋ33´が得られないばかりか、誘電
率が低下する。より好ましいｘは、０．２〜０．５であ
る。
にＳｃが好適である。前記一般式(II-1)、(II-2)のｘを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｘを０．２未満にすると、前記固溶系単結晶のキュリー
温度が低下する。また、前記単結晶の切断時や熱影響に
より脱分極する。一方、前記ｘが０．６を越えると大き
な電気機械結合係数ｋ33´が得られないばかりか、誘電
率が低下する。より好ましいｘは、０．２〜０．５であ
る。
【００３１】前記一般式(II-1)、(II-2)中のＭ２は、特
にＰｔが好適である。前記一般式(II-1)、(II-2)のｙを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｙを０．００００１未満にすると前記固溶系単結晶から
なる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制することが
できなくなる。一方、前記ｙが０．０１を越えると前記
圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従来のＰＺＴ系
圧電セラミックに比べて小さくなったり、圧電特性の優
れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製造することが
困難になる。より好ましいｙは、０．００００１〜０．
００１である。
にＰｔが好適である。前記一般式(II-1)、(II-2)のｙを
規定したのは、次のような理由によるものである。前記
ｙを０．００００１未満にすると前記固溶系単結晶から
なる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制することが
できなくなる。一方、前記ｙが０．０１を越えると前記
圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従来のＰＺＴ系
圧電セラミックに比べて小さくなったり、圧電特性の優
れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製造することが
困難になる。より好ましいｙは、０．００００１〜０．
００１である。
【００３２】前記一般式(II-2)中のＴａは、前記固溶系
単結晶からなる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制
する効果を有する。前記一般式(II-2)のｚが０．１を越
えると、前記圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従
来のＰＺＴ系圧電セラミックに比べて小さくなったり、
圧電特性の優れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製
造することが困難になる。より好ましいｚは０．００１
〜０．０５である。
単結晶からなる圧電素子を有する振動子の脱分極を抑制
する効果を有する。前記一般式(II-2)のｚが０．１を越
えると、前記圧電単結晶の電気機械結合係数ｋ33´が従
来のＰＺＴ系圧電セラミックに比べて小さくなったり、
圧電特性の優れたペロブスカイト構造の圧電単結晶を製
造することが困難になる。より好ましいｚは０．００１
〜０．０５である。
【００３３】前記一般式(II-1)、(II-2)で表される圧電
単結晶は、例えばフラックス法、ブリッジマン法やキロ
プーロス法、水熱育成法等によって製造される。以上説
明した本発明に係わる別の圧電単結晶は、一般式(II)に
示すようにＰｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2) ］1-x Ｔｉx ｝
Ｏ3 （Ｍ３が例えばＳｃ）で表されるスカンジウムニオ
ブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＰｔ、Ｆ
ｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少なくとも一つ
の金属Ｍ２で微量置換した組成を有するため、圧電特性
を損なうことなく、両面に導体層が形成された単結晶を
加工して一対の電極を有する圧電素子からなる超音波送
受信素子を作製する際、或いは超音波プローブの作製時
の接合工程等の熱による超音波送受信素子の脱分極を抑
制することができる。特に、一般式(II-2)に示すように
スカンジウム亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結
晶のＴｉをＭ２で微量置換すると共に前記固溶系単結晶
のＮｂをＴａで微量置換した組成の圧電単結晶は、超音
波送受信素子の脱分極をより一層抑制することが可能に
なる。また、前記一般式(II)からなる圧電単結晶は電気
機械結合係数ｋ33´が８２〜８３％と優れた圧電特性を
有する。
単結晶は、例えばフラックス法、ブリッジマン法やキロ
プーロス法、水熱育成法等によって製造される。以上説
明した本発明に係わる別の圧電単結晶は、一般式(II)に
示すようにＰｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2) ］1-x Ｔｉx ｝
Ｏ3 （Ｍ３が例えばＳｃ）で表されるスカンジウムニオ
ブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶のＴｉをＰｔ、Ｆ
ｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから選ばれる少なくとも一つ
の金属Ｍ２で微量置換した組成を有するため、圧電特性
を損なうことなく、両面に導体層が形成された単結晶を
加工して一対の電極を有する圧電素子からなる超音波送
受信素子を作製する際、或いは超音波プローブの作製時
の接合工程等の熱による超音波送受信素子の脱分極を抑
制することができる。特に、一般式(II-2)に示すように
スカンジウム亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結
晶のＴｉをＭ２で微量置換すると共に前記固溶系単結晶
のＮｂをＴａで微量置換した組成の圧電単結晶は、超音
波送受信素子の脱分極をより一層抑制することが可能に
なる。また、前記一般式(II)からなる圧電単結晶は電気
機械結合係数ｋ33´が８２〜８３％と優れた圧電特性を
有する。
【００３４】次に、本発明に係わる超音波プローブを図
１および図２を参照して詳細に説明する。圧電単結晶か
らなる複数の圧電素子１は、バッキング材２上に互いに
分離して接着されている。前記各々の圧電素子１は、図
２に示すように短冊形状をなし、２番目に面積が大きい
面を超音波送受信面３として有する。前記各々の圧電素
子１は、図１の矢印Ａ方向に振動する。第１電極４は、
前記各々の圧電素子１の前記超音波送受信面３からその
側面およびおよび前記送受信面３と反対側の面の一部に
亘ってそれぞれ形成されている。第２電極５は、前記各
々の圧電素子１の前記送受信面３と反対側の面に前記第
１電極４と所望の距離隔ててそれぞれ形成されている。
このような前記圧電素子１、前記第１、第２の電極４、
５により超音波送受信素子が構成される。音響マッチン
グ層６は、前記各々の第１電極４を含む前記各圧電素子
１の超音波送受信面３にそれぞれ形成されている。音響
レンズ７は、前記各音響マッチング層６の全体に亘って
形成されている。アース電極板８は、前記各々の第１電
極４に接続されている。フレキシブル印刷配線板９は、
前記各々の第２電極５に例えばはんだ付けにより接続さ
れている。図示しない複数の導体（ケーブル）は前記ア
ース電極板８およびフレキシブル印刷配線板９にそれぞ
れ接続される。
１および図２を参照して詳細に説明する。圧電単結晶か
らなる複数の圧電素子１は、バッキング材２上に互いに
分離して接着されている。前記各々の圧電素子１は、図
２に示すように短冊形状をなし、２番目に面積が大きい
面を超音波送受信面３として有する。前記各々の圧電素
子１は、図１の矢印Ａ方向に振動する。第１電極４は、
前記各々の圧電素子１の前記超音波送受信面３からその
側面およびおよび前記送受信面３と反対側の面の一部に
亘ってそれぞれ形成されている。第２電極５は、前記各
々の圧電素子１の前記送受信面３と反対側の面に前記第
１電極４と所望の距離隔ててそれぞれ形成されている。
このような前記圧電素子１、前記第１、第２の電極４、
５により超音波送受信素子が構成される。音響マッチン
グ層６は、前記各々の第１電極４を含む前記各圧電素子
１の超音波送受信面３にそれぞれ形成されている。音響
レンズ７は、前記各音響マッチング層６の全体に亘って
形成されている。アース電極板８は、前記各々の第１電
極４に接続されている。フレキシブル印刷配線板９は、
前記各々の第２電極５に例えばはんだ付けにより接続さ
れている。図示しない複数の導体（ケーブル）は前記ア
ース電極板８およびフレキシブル印刷配線板９にそれぞ
れ接続される。
【００３５】前記圧電素子１は、実質的に下記一般式
(I) からなる単結晶、または実質的に下記一般式(II)か
らなる単結晶により形成される。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I) ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
(I) からなる単結晶、または実質的に下記一般式(II)か
らなる単結晶により形成される。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 …(I) ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。
【００３６】
Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3
…(II)
ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
【００３７】前記一般式(I) または一般式(II)の単結晶
から形成される前記圧電素子１は、チタン酸鉛の固溶量
が前記超音波送受信面３の面内の中央部で最も少なく、
前記面内の両端部に向かって漸次増加されていることが
好ましい。このような圧電素子は、前記チタン酸鉛の固
溶量を変化に伴って圧電特性、特に電気機械結合係数が
変化する。したがって、前述したアレイ型超音波プロー
ブの圧電素子１の配列方向に直交する方向において、前
記圧電素子１の中央部のチタン酸鉛のモル分率を最も少
なくして電気機械結合係数が最大になるようにし、両端
側に向けてチタン酸鉛のモル分率を漸次増加させて電気
機械結合係を低下するようにすればサイドローブが抑制
された超音波ビームを放射することができる。
から形成される前記圧電素子１は、チタン酸鉛の固溶量
が前記超音波送受信面３の面内の中央部で最も少なく、
前記面内の両端部に向かって漸次増加されていることが
好ましい。このような圧電素子は、前記チタン酸鉛の固
溶量を変化に伴って圧電特性、特に電気機械結合係数が
変化する。したがって、前述したアレイ型超音波プロー
ブの圧電素子１の配列方向に直交する方向において、前
記圧電素子１の中央部のチタン酸鉛のモル分率を最も少
なくして電気機械結合係数が最大になるようにし、両端
側に向けてチタン酸鉛のモル分率を漸次増加させて電気
機械結合係を低下するようにすればサイドローブが抑制
された超音波ビームを放射することができる。
【００３８】前記圧電素子１は、振動方向の厚さが２０
０〜４００μｍであることが好ましい。前記第１、第２
電極４、５は、例えば蒸着法によるＴｉ／Ａｕ、Ｎｉ／
ＡｕもしくはＣｒ／Ａｕの二層導電膜、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａ
ｕの３層導電膜、またはガラスフリットを含む銀焼付け
等から形成される。
０〜４００μｍであることが好ましい。前記第１、第２
電極４、５は、例えば蒸着法によるＴｉ／Ａｕ、Ｎｉ／
ＡｕもしくはＣｒ／Ａｕの二層導電膜、Ｔｉ／Ｎｉ／Ａ
ｕの３層導電膜、またはガラスフリットを含む銀焼付け
等から形成される。
【００３９】なお、前記電極４、５の配置の形態および
前記アース電極板８、前記フレキシブル印刷配線板９の
前記電極４、５への取付け形態は、前述した図１に限定
されない。例えば、前記前記アース電極板８およびフレ
キシブル印刷配線板９と前記電極４、５との接合ははん
だ付け以外に、導電ペーストの使用、抵抗溶接による方
法で行ってもよい。
前記アース電極板８、前記フレキシブル印刷配線板９の
前記電極４、５への取付け形態は、前述した図１に限定
されない。例えば、前記前記アース電極板８およびフレ
キシブル印刷配線板９と前記電極４、５との接合ははん
だ付け以外に、導電ペーストの使用、抵抗溶接による方
法で行ってもよい。
【００４０】また、電極の配置形態は前記圧電素子の超
音波送受信面およびこの面と反対側の面の全体に形成す
る場合に限らない。例えば、圧電素子の超音波送受信面
およびこの面と反対側の面に一対の電極を互いにずらし
配置すると共に前記各面の所望の領域で互いに対向する
ようにを配置してもよい。
音波送受信面およびこの面と反対側の面の全体に形成す
る場合に限らない。例えば、圧電素子の超音波送受信面
およびこの面と反対側の面に一対の電極を互いにずらし
配置すると共に前記各面の所望の領域で互いに対向する
ようにを配置してもよい。
【００４１】このような図１に示す構造の超音波プロー
ブは、例えば次のような方法により作製される。この方
法を図３の（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。まず、
図３の（Ａ）に示すように前記一般式(I) または一般式
(II)の単結晶から切り出された矩形状単結晶片１１に導
電膜をスパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術に
よりの超音波送受信面および前記送受信面と反対側の面
に導電膜１２を残す。つづいて、図３の（Ｂ）に示すよ
うに前記単結晶片１１の超音波送受信面となる面に音響
マッチング材料層１３を形成した後、大部分が前記単結
晶片１１の超音波送受信面に位置する前記導電膜１２に
アース電極板（図示せず）をはんだ付け、または導電ペ
ーストにより接続し、大部分が前記単結晶片１１の超音
波送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜１２にフ
レキシブル印刷配線板（図示せず）をはんだ付け、また
は導電ペーストにより接続する。ひきつづき、これらを
バッキング材２上に接着した後、ブレードを用いて前記
音響マッチング材料層１３から前記単結晶片１１に亘っ
て一点鎖線に示す方向に複数回スライスする。このよう
なスライス工程により前述した図１に示すように前記バ
ッキング材２上に第１、第２電極４、５を有する互いに
分離された複数の圧電素子１と前記各圧電素子１上にそ
れぞれ配置された複数の音響マッチング層６が形成され
る。なお、前記第１電極４にはアース電極板８がはんだ
付け、または導電ペーストにより接続され、前記第２電
極５にはフレキシブル印刷配線板９がはんだ付け、また
は導電ペーストにより接続される。
ブは、例えば次のような方法により作製される。この方
法を図３の（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。まず、
図３の（Ａ）に示すように前記一般式(I) または一般式
(II)の単結晶から切り出された矩形状単結晶片１１に導
電膜をスパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術に
よりの超音波送受信面および前記送受信面と反対側の面
に導電膜１２を残す。つづいて、図３の（Ｂ）に示すよ
うに前記単結晶片１１の超音波送受信面となる面に音響
マッチング材料層１３を形成した後、大部分が前記単結
晶片１１の超音波送受信面に位置する前記導電膜１２に
アース電極板（図示せず）をはんだ付け、または導電ペ
ーストにより接続し、大部分が前記単結晶片１１の超音
波送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜１２にフ
レキシブル印刷配線板（図示せず）をはんだ付け、また
は導電ペーストにより接続する。ひきつづき、これらを
バッキング材２上に接着した後、ブレードを用いて前記
音響マッチング材料層１３から前記単結晶片１１に亘っ
て一点鎖線に示す方向に複数回スライスする。このよう
なスライス工程により前述した図１に示すように前記バ
ッキング材２上に第１、第２電極４、５を有する互いに
分離された複数の圧電素子１と前記各圧電素子１上にそ
れぞれ配置された複数の音響マッチング層６が形成され
る。なお、前記第１電極４にはアース電極板８がはんだ
付け、または導電ペーストにより接続され、前記第２電
極５にはフレキシブル印刷配線板９がはんだ付け、また
は導電ペーストにより接続される。
【００４２】次いで、前記音響マッチング層６に音響レ
ンズ７を接着する。この後、図示しない複数の導体（ケ
ーブル）を前記フレキシブル印刷配線板９に接続するこ
とにより超音波プローブを作製する。
ンズ７を接着する。この後、図示しない複数の導体（ケ
ーブル）を前記フレキシブル印刷配線板９に接続するこ
とにより超音波プローブを作製する。
【００４３】前記超音波プローブの作製工程において、
前記矩形状単結晶片１１は図４に示すようにスライス方
向に対して直交する方向に延びるエッジを面取り加工さ
れて面取り部１４が形成されていることが好ましい。前
記面取り加工とは、平面的な面取り、円弧状のＲを付け
る面取りを意味するものである。前記面取り加工による
面取り度合は前記単結晶片１１の厚さの１／２０〜１／
３の範囲にすることが好ましい。前記単結晶のエッジの
面取り度合を前記範囲に限定した理由は、前記度合が前
記範囲を逸脱するとスライス工程での割れの発生を効果
的に抑制できなくなるからである。より好ましい単結晶
のエッジの面取り度合は、前記単結晶の厚さの１／１６
〜１／４の範囲である。
前記矩形状単結晶片１１は図４に示すようにスライス方
向に対して直交する方向に延びるエッジを面取り加工さ
れて面取り部１４が形成されていることが好ましい。前
記面取り加工とは、平面的な面取り、円弧状のＲを付け
る面取りを意味するものである。前記面取り加工による
面取り度合は前記単結晶片１１の厚さの１／２０〜１／
３の範囲にすることが好ましい。前記単結晶のエッジの
面取り度合を前記範囲に限定した理由は、前記度合が前
記範囲を逸脱するとスライス工程での割れの発生を効果
的に抑制できなくなるからである。より好ましい単結晶
のエッジの面取り度合は、前記単結晶の厚さの１／１６
〜１／４の範囲である。
【００４４】このようなエッジが所定の度合で面取り加
工された矩形状単結晶片１１を用いて前述した図３に示
すようにブレード等によりスライスすると、前記ブレー
ドによる機械的応力が前記矩形状単結晶片１１のエッジ
に相当する箇所で集中するのを回避できる。その結果、
スライス後に得られた圧電素子の割れ発生を防止するこ
とができる。したがって、割れ等のない圧電素子を有
し、安定した電気機械結合係数を持つ複数の超音波送受
信素子を備えたアレイ形超音波プローブを高歩留まりで
作製することができる。
工された矩形状単結晶片１１を用いて前述した図３に示
すようにブレード等によりスライスすると、前記ブレー
ドによる機械的応力が前記矩形状単結晶片１１のエッジ
に相当する箇所で集中するのを回避できる。その結果、
スライス後に得られた圧電素子の割れ発生を防止するこ
とができる。したがって、割れ等のない圧電素子を有
し、安定した電気機械結合係数を持つ複数の超音波送受
信素子を備えたアレイ形超音波プローブを高歩留まりで
作製することができる。
【００４５】また、前記一般式(I) 、(II)からなる単結
晶が劈開面を有する場合には圧電素子はその超音波送受
信面が前記劈開面と平行または前記劈開面に対して２０
゜以下の角度を有することが好ましい。ここで、前記圧
電素子の超音波送受信面が前記劈開面と平行または前記
劈開面に対して２０゜以下の角度をなすとは、図５に示
すように圧電素子１の超音波送受信面３の法線Ｄ´が単
結晶の劈開面１５の法線Ｄとなす角度Θが２０゜以下で
ある全ての場合を意味する。したがって、前記超音波プ
ローブの作製工程においては、矩形状単結晶片から例え
ば図６に示すようにその超音波送受信面３が劈開面１５
と平行になるように短冊状の圧電素子１を切り出すこと
が好ましい。
晶が劈開面を有する場合には圧電素子はその超音波送受
信面が前記劈開面と平行または前記劈開面に対して２０
゜以下の角度を有することが好ましい。ここで、前記圧
電素子の超音波送受信面が前記劈開面と平行または前記
劈開面に対して２０゜以下の角度をなすとは、図５に示
すように圧電素子１の超音波送受信面３の法線Ｄ´が単
結晶の劈開面１５の法線Ｄとなす角度Θが２０゜以下で
ある全ての場合を意味する。したがって、前記超音波プ
ローブの作製工程においては、矩形状単結晶片から例え
ば図６に示すようにその超音波送受信面３が劈開面１５
と平行になるように短冊状の圧電素子１を切り出すこと
が好ましい。
【００４６】このように劈開面を持つ一般式(I) 、(II)
からなる単結晶をスライスして短冊状の圧電素子を作製
する際、超音波送受信面が前記劈開面と平行または前記
劈開面に対して２０゜以下の角度をなすように圧電素子
を切り出すことによって前記劈開面に起因する割れを防
止できると共に前記圧電素子が組み込まれた超音波送受
信素子の使用中における不良発生を防止できる。したが
って、複数の超音波送受信素子を備えた信頼性の高い超
音波プローブを高歩留まりで作製することが可能にな
る。
からなる単結晶をスライスして短冊状の圧電素子を作製
する際、超音波送受信面が前記劈開面と平行または前記
劈開面に対して２０゜以下の角度をなすように圧電素子
を切り出すことによって前記劈開面に起因する割れを防
止できると共に前記圧電素子が組み込まれた超音波送受
信素子の使用中における不良発生を防止できる。したが
って、複数の超音波送受信素子を備えた信頼性の高い超
音波プローブを高歩留まりで作製することが可能にな
る。
【００４７】本発明に係わる超音波プローブによれば、
実質的に一般式(I) 、(II)からなる単結晶から形成され
た電気機械結合係数が大きく、かつ熱影響による脱分極
が抑制された圧電素子を有する超音波送受信素子を備え
る。したがって、ＰＺＴ系圧電セラミックから形成され
た圧電素子を有する超音波プローブに比べて高感度でか
つ高信頼性の超音波プローブを実現できる。
実質的に一般式(I) 、(II)からなる単結晶から形成され
た電気機械結合係数が大きく、かつ熱影響による脱分極
が抑制された圧電素子を有する超音波送受信素子を備え
る。したがって、ＰＺＴ系圧電セラミックから形成され
た圧電素子を有する超音波プローブに比べて高感度でか
つ高信頼性の超音波プローブを実現できる。
【００４８】なお、図１ではアレイ形超音波プローブを
示したが、本発明は矩形状、円柱状の圧電素子を有する
単一の超音波送受信素子を備えた超音波プローブも包含
する。このような超音波プローブにおいて、前記一般式
(I) 、(II)からなる単結晶が劈開面を有する場合には例
えば円柱状の圧電素子１は図７に示すようにはその超音
波送受信面３が劈開面１５と平行になるように切り出さ
れることが好ましい。また、円柱状の圧電素子はその超
音波送受信面が前記劈開面に対して２０゜以下の角度に
なるように切り出されることがが好ましい。
示したが、本発明は矩形状、円柱状の圧電素子を有する
単一の超音波送受信素子を備えた超音波プローブも包含
する。このような超音波プローブにおいて、前記一般式
(I) 、(II)からなる単結晶が劈開面を有する場合には例
えば円柱状の圧電素子１は図７に示すようにはその超音
波送受信面３が劈開面１５と平行になるように切り出さ
れることが好ましい。また、円柱状の圧電素子はその超
音波送受信面が前記劈開面に対して２０゜以下の角度に
なるように切り出されることがが好ましい。
【００４９】本発明に係わる別の超音波プローブは、単
結晶により形成された圧電素子を有する超音波送受信素
子を備え、前記圧電素子は、電気機械結合係数ｋ33’、
比誘電率εr （＝ε33 T ／ε0 ）、キュリー点Ｔc の関
係が下記式(1) を満たす。
結晶により形成された圧電素子を有する超音波送受信素
子を備え、前記圧電素子は、電気機械結合係数ｋ33’、
比誘電率εr （＝ε33 T ／ε0 ）、キュリー点Ｔc の関
係が下記式(1) を満たす。
【００５０】
５≦（ｋ33’4 ×εr ）／Ｔc ≦２０ …(1)
前記式(1) の（ｋ33’4 ×εr ）／Ｔc が５未満の圧電
素子を有する超音波プローブは高感度化を達成できな
い。一方、前記式(1) の（ｋ33’4 ×εr ）／Ｔc が２
０を越える圧電素子はキュリー点が低いために前記圧電
素子を有する超音波プローブを得るためにアレイ切断す
ると脱分極し易くなる。また、コンデンサ（電歪）材料
の特性を示すようになり、室温近傍にキュリー点が存在
するため、超音波プローブとして不向きである。したが
って、前記条件を満たす圧電材料であればいかなるもの
でも前記圧電素子に適用できる。具体的な圧電材料とし
ては、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶、実
質的に前記一般式(I) 、(II)からなる固溶系単結晶等を
挙げることができる。
素子を有する超音波プローブは高感度化を達成できな
い。一方、前記式(1) の（ｋ33’4 ×εr ）／Ｔc が２
０を越える圧電素子はキュリー点が低いために前記圧電
素子を有する超音波プローブを得るためにアレイ切断す
ると脱分極し易くなる。また、コンデンサ（電歪）材料
の特性を示すようになり、室温近傍にキュリー点が存在
するため、超音波プローブとして不向きである。したが
って、前記条件を満たす圧電材料であればいかなるもの
でも前記圧電素子に適用できる。具体的な圧電材料とし
ては、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単結晶、実
質的に前記一般式(I) 、(II)からなる固溶系単結晶等を
挙げることができる。
【００５１】前記式(1) の条件を満たす圧電素子を有す
る超音波送受信素子、特に短冊状の超音波送受信素子を
複数配列したアレイ形超音波プローブは、高感度化が達
成される。
る超音波送受信素子、特に短冊状の超音波送受信素子を
複数配列したアレイ形超音波プローブは、高感度化が達
成される。
【００５２】すなわち、前記式(1) はキュリー点が超音
波プローブの使用範囲であり、感度と電気インピーダン
スとのマッチングを決める重要なパラメータである電気
機械結合係数、誘電率およびキュリー点の関係が表され
ている。したがって、前記(1) を満たす圧電素子を有す
る超音波プローブは、有意差を持つ感度の違いは２ｄＢ
以上であり、しかも前記圧電素子を用いると切断におけ
る脱分極などによる感度劣化が抑えられ、感度向上が達
成される。
波プローブの使用範囲であり、感度と電気インピーダン
スとのマッチングを決める重要なパラメータである電気
機械結合係数、誘電率およびキュリー点の関係が表され
ている。したがって、前記(1) を満たす圧電素子を有す
る超音波プローブは、有意差を持つ感度の違いは２ｄＢ
以上であり、しかも前記圧電素子を用いると切断におけ
る脱分極などによる感度劣化が抑えられ、感度向上が達
成される。
【００５３】本発明に係わるさらに別の超音波プローブ
を図８を参照して詳細に説明する。複数の圧電素子２１
は、バッキング材２２上に互いに分離して接着されてい
る。前記各々の圧電素子２１は図の矢印Ａ方向に振動す
る。第１電極２３は、前記各々の圧電素子２１の超音波
送受信面からその側面およびおよび前記送受信面と反対
側の面の一部に亘ってそれぞれ形成されている。第２電
極２４は、前記各々の圧電素子２１の前記送受信面と反
対側の面に前記第１電極２３と所望の距離隔ててそれぞ
れ形成されている。このような前記圧電素子２１、前記
第１、第２の電極２３、２４により超音波送受信素子が
構成される。音響マッチング層２５は、前記各々の第１
電極２３を含む前記各圧電素子２１の超音波送受信面に
それぞれ形成されている。音響レンズ２６は、前記各音
響マッチング層２５の全体に亘って形成されている。ア
ース電極板２７は、前記各々の第１電極２３に接続され
ている。複数のケーブル２８を有するフレキシブル印刷
配線板２９は、前記各々の第２電極２４に例えばはんだ
付けにより接続されている。複数のインピーダンス変換
回路３０は、前記ケーブル２８にそれぞれ介装されて、
前記フレキシブル印刷配線板２９に接続されている。
を図８を参照して詳細に説明する。複数の圧電素子２１
は、バッキング材２２上に互いに分離して接着されてい
る。前記各々の圧電素子２１は図の矢印Ａ方向に振動す
る。第１電極２３は、前記各々の圧電素子２１の超音波
送受信面からその側面およびおよび前記送受信面と反対
側の面の一部に亘ってそれぞれ形成されている。第２電
極２４は、前記各々の圧電素子２１の前記送受信面と反
対側の面に前記第１電極２３と所望の距離隔ててそれぞ
れ形成されている。このような前記圧電素子２１、前記
第１、第２の電極２３、２４により超音波送受信素子が
構成される。音響マッチング層２５は、前記各々の第１
電極２３を含む前記各圧電素子２１の超音波送受信面に
それぞれ形成されている。音響レンズ２６は、前記各音
響マッチング層２５の全体に亘って形成されている。ア
ース電極板２７は、前記各々の第１電極２３に接続され
ている。複数のケーブル２８を有するフレキシブル印刷
配線板２９は、前記各々の第２電極２４に例えばはんだ
付けにより接続されている。複数のインピーダンス変換
回路３０は、前記ケーブル２８にそれぞれ介装されて、
前記フレキシブル印刷配線板２９に接続されている。
【００５４】前記圧電素子２１は、電気機械結合係数を
ｋ33´、比誘電率をεr （＝ε33 T／ε0 ）の関係が、
下記式(2) および式(3) を満たしている。 ２×１０-4≦ｋ33’4 ／εr ≦５×１０-4 (2) ０．７≦ｋ33’ (3) 前記式(3) のｋ33’が０．７未満では、高感度の超音波
プローブを得ることができない。前記式(3) を満足する
条件下で前記式(2) のｋ33’4 ／εr が２×１０-4未満
の圧電素子を有する超音波プローブは高感度化を達成で
きない。一方、同条件下で前記式(2) のｋ33’4 ／εr
が５×１０-4を越える圧電材料はその開発の容易性を考
えると、誘電率の小さいものが結合係数を大きくする場
合よりも比較的容易であるため、誘電率の低い材料とな
る。このような圧電体において、同一の送信パワーを得
るには超音波プローブの駆動電圧を大きくすれば受信音
圧も大きくなる。しかしながら、アレイプローブ駆動回
路には通常、高圧スイッチが用いられているため、前記
耐圧の限界で駆動電圧を大きくすることができない。し
たがって、前記条件を満たす圧電材料であればいかなる
ものでも前記圧電素子２１に適用できる。具体的な圧電
材料としては、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単
結晶、実質的に前記一般式(I) 、(II)からなる固溶系単
結晶等を挙げることができる。
ｋ33´、比誘電率をεr （＝ε33 T／ε0 ）の関係が、
下記式(2) および式(3) を満たしている。 ２×１０-4≦ｋ33’4 ／εr ≦５×１０-4 (2) ０．７≦ｋ33’ (3) 前記式(3) のｋ33’が０．７未満では、高感度の超音波
プローブを得ることができない。前記式(3) を満足する
条件下で前記式(2) のｋ33’4 ／εr が２×１０-4未満
の圧電素子を有する超音波プローブは高感度化を達成で
きない。一方、同条件下で前記式(2) のｋ33’4 ／εr
が５×１０-4を越える圧電材料はその開発の容易性を考
えると、誘電率の小さいものが結合係数を大きくする場
合よりも比較的容易であるため、誘電率の低い材料とな
る。このような圧電体において、同一の送信パワーを得
るには超音波プローブの駆動電圧を大きくすれば受信音
圧も大きくなる。しかしながら、アレイプローブ駆動回
路には通常、高圧スイッチが用いられているため、前記
耐圧の限界で駆動電圧を大きくすることができない。し
たがって、前記条件を満たす圧電材料であればいかなる
ものでも前記圧電素子２１に適用できる。具体的な圧電
材料としては、亜鉛ニオブ酸鉛−チタン酸鉛の固溶系単
結晶、実質的に前記一般式(I) 、(II)からなる固溶系単
結晶等を挙げることができる。
【００５５】本発明に係わるさらに別の超音波プローブ
は、ケーブルや装置の浮遊容量分による電圧損失を低減
するエミッタフォロワなどのインピーダンス変換回路
と、前記式(2) および式(3) の条件を満たす圧電体を有
する超音波送受信素子とを備えることによって、より一
層の感度向上を図れると共に投入パワーを充分に高める
ことができる。
は、ケーブルや装置の浮遊容量分による電圧損失を低減
するエミッタフォロワなどのインピーダンス変換回路
と、前記式(2) および式(3) の条件を満たす圧電体を有
する超音波送受信素子とを備えることによって、より一
層の感度向上を図れると共に投入パワーを充分に高める
ことができる。
【００５６】すなわち、前記式(2) は圧電素子の電気機
械結合係数ｋ33’と比誘電率εr （＝ε33 T ／ε0 ）と
の関係が表され、前記式(3) は前記ｋ33’の下限値を規
定したものである。このような式(2) 、(3) の関係を満
たす圧電素子を有する超音波送受信素子は、前記作用を
なすインピーダンス変換回路と良好にマッチングされる
ため、より一層の高感度化が図られた超音波プローブを
実現することができる。また、前記式(2) における
ｋ33’4 ／εr の上限値を５×１０-4とすることにより
駆動電圧を大きくでき、投入パワーを充分に高めること
が可能になる。
械結合係数ｋ33’と比誘電率εr （＝ε33 T ／ε0 ）と
の関係が表され、前記式(3) は前記ｋ33’の下限値を規
定したものである。このような式(2) 、(3) の関係を満
たす圧電素子を有する超音波送受信素子は、前記作用を
なすインピーダンス変換回路と良好にマッチングされる
ため、より一層の高感度化が図られた超音波プローブを
実現することができる。また、前記式(2) における
ｋ33’4 ／εr の上限値を５×１０-4とすることにより
駆動電圧を大きくでき、投入パワーを充分に高めること
が可能になる。
【００５７】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。 実施例１ まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるようにに秤量し、さらに
フラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に
純水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミル
で１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した
後、粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、
２トン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型
から取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２
５０ｃｃの白金製容器に入れ、９００℃の温度まで４時
間で昇温して溶解した。冷却後、さらに前記固形物を４
００ｇ入れ、白金製の蓋で密閉し、前記容器を電気炉の
中心に設置した。１２６０℃の温度まで５時間で昇温
し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃まで徐冷した後、
室温まで冷却した。その後、前記白金製容器に３０％濃
度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶系単結晶を取り
出した。得られた単結晶は、矢じりの形状をなし、大き
さが約２０ｍｍ角であった。前記単結晶の一部を粉砕
し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロ
ブストカイト構造を有することが確認された。また、前
記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ
［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3
（Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０
００１）の組成を有することが確認された。その後、前
記単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の方位を
出し、この軸に垂直にカッタで切断した。
する。 実施例１ まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるようにに秤量し、さらに
フラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に
純水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミル
で１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した
後、粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、
２トン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型
から取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２
５０ｃｃの白金製容器に入れ、９００℃の温度まで４時
間で昇温して溶解した。冷却後、さらに前記固形物を４
００ｇ入れ、白金製の蓋で密閉し、前記容器を電気炉の
中心に設置した。１２６０℃の温度まで５時間で昇温
し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃まで徐冷した後、
室温まで冷却した。その後、前記白金製容器に３０％濃
度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶系単結晶を取り
出した。得られた単結晶は、矢じりの形状をなし、大き
さが約２０ｍｍ角であった。前記単結晶の一部を粉砕
し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロ
ブストカイト構造を有することが確認された。また、前
記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ
［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3
（Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０
００１）の組成を有することが確認された。その後、前
記単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の方位を
出し、この軸に垂直にカッタで切断した。
【００５８】次いで、前記単結晶の切断面を＃２０００
の研磨材で研磨して厚さ５００μｍの単結晶板とした
後、前記研磨面（００１）面にＮｉ／Ａｕ電極をスパッ
タ法によりそれぞれ形成した。つづいて、前記電極を有
する単結晶板をシリコーンオイルに浸漬し、２００℃ま
で昇温した後、１ｋＶ／ｍｍの電界を印加しながら４０
℃まで冷却した。その後、前記電極を有する単結晶板を
ダイシングソーにより２５０μｍ幅の短冊状に切断し
た。得られた短冊状の超音波送受信素子（振動子）の静
電容量、共振周波数および反共振周波数を測定し、電気
機械結合係数ｋ33´および比誘電率（εr ＝ε33 T ／ε
0 ）を求めた。その結果、ｋ33´が８１〜８３％、εr
が２２００であった。また、得られた前記短冊状振動子
は前記切断時に前記単結晶の脱分極が起こっていないた
めに圧電特性のばらつきは少なく２％以下であった。な
お、前記単結晶は白金容器を用いてフラックス法により
作製したが、１１００〜１２６０℃の高温で育成する場
合は白金容器のＰｔが融剤に溶け込むために原料として
用いるＰｔＯなどの白金化合物を添加しなくても同様な
組成を有する単結晶を得ることが可能である。
の研磨材で研磨して厚さ５００μｍの単結晶板とした
後、前記研磨面（００１）面にＮｉ／Ａｕ電極をスパッ
タ法によりそれぞれ形成した。つづいて、前記電極を有
する単結晶板をシリコーンオイルに浸漬し、２００℃ま
で昇温した後、１ｋＶ／ｍｍの電界を印加しながら４０
℃まで冷却した。その後、前記電極を有する単結晶板を
ダイシングソーにより２５０μｍ幅の短冊状に切断し
た。得られた短冊状の超音波送受信素子（振動子）の静
電容量、共振周波数および反共振周波数を測定し、電気
機械結合係数ｋ33´および比誘電率（εr ＝ε33 T ／ε
0 ）を求めた。その結果、ｋ33´が８１〜８３％、εr
が２２００であった。また、得られた前記短冊状振動子
は前記切断時に前記単結晶の脱分極が起こっていないた
めに圧電特性のばらつきは少なく２％以下であった。な
お、前記単結晶は白金容器を用いてフラックス法により
作製したが、１１００〜１２６０℃の高温で育成する場
合は白金容器のＰｔが融剤に溶け込むために原料として
用いるＰｔＯなどの白金化合物を添加しなくても同様な
組成を有する単結晶を得ることが可能である。
【００５９】また、前記９１ＰＺＮ−９ＰＴ−Ｐの単結
晶を用いて前述した図１に示すアレイ形超音波プローブ
を作製した。すなわち、前記９１ＰＺＮ−９ＰＴ−Ｐの
単結晶から厚さが４００μｍの単結晶片を形成し、この
単結晶片の（００１）面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ
法により蒸着し、選択エッチング技術により前記単結晶
片の一方の側面に位置する前記導電膜部分および超音波
送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜の一部を除
去した。つづいて、前記単結晶片の超音波送受信面とな
る面に音響マッチング層を形成した後、大部分が前記単
結晶片の超音波送受信面に位置する前記導電膜にアース
電極板を導電ペーストにより接続し、大部分が前記単結
晶片の超音波送受信面と反対側の面に位置する前記導電
膜にフレキシブル印刷配線板を導電ペーストにより接続
する。ひきつづき、これらをバッキング材上にエポキシ
樹脂で接着した。次いで、ダイサにより厚さ５０μｍの
ブレードで前記音響マッチング層から前記単結晶片に亘
って２００μｍピッチで切断した。この切断により、前
記バッキング材２上に第１、第２電極４、５を有する互
いに分離された圧電素子１と前記各圧電素子１上にそれ
ぞれ配置された複数の音響マッチング層６が形成され
た。なお、前記第１電極４にはアース電極板８が導電ペ
ーストにより接続され、前記第２電極５にはフレキシブ
ル印刷配線板９が導電ペーストにより接続されている。
次いで、前記音響マッチング層６に音響レンズ７を形成
した。この後、１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の同軸
ケーブルをフレキシブル印刷配線板９に接続してアレイ
形超音波プローブを製造した。
晶を用いて前述した図１に示すアレイ形超音波プローブ
を作製した。すなわち、前記９１ＰＺＮ−９ＰＴ−Ｐの
単結晶から厚さが４００μｍの単結晶片を形成し、この
単結晶片の（００１）面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ
法により蒸着し、選択エッチング技術により前記単結晶
片の一方の側面に位置する前記導電膜部分および超音波
送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜の一部を除
去した。つづいて、前記単結晶片の超音波送受信面とな
る面に音響マッチング層を形成した後、大部分が前記単
結晶片の超音波送受信面に位置する前記導電膜にアース
電極板を導電ペーストにより接続し、大部分が前記単結
晶片の超音波送受信面と反対側の面に位置する前記導電
膜にフレキシブル印刷配線板を導電ペーストにより接続
する。ひきつづき、これらをバッキング材上にエポキシ
樹脂で接着した。次いで、ダイサにより厚さ５０μｍの
ブレードで前記音響マッチング層から前記単結晶片に亘
って２００μｍピッチで切断した。この切断により、前
記バッキング材２上に第１、第２電極４、５を有する互
いに分離された圧電素子１と前記各圧電素子１上にそれ
ぞれ配置された複数の音響マッチング層６が形成され
た。なお、前記第１電極４にはアース電極板８が導電ペ
ーストにより接続され、前記第２電極５にはフレキシブ
ル印刷配線板９が導電ペーストにより接続されている。
次いで、前記音響マッチング層６に音響レンズ７を形成
した。この後、１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の同軸
ケーブルをフレキシブル印刷配線板９に接続してアレイ
形超音波プローブを製造した。
【００６０】前記超音波プローブについてパルスエコー
法により反射エコーを測定したところ、全ての超音波送
受信素子から約５ＭＨｚの中心周波数を有するエコーが
受信された。
法により反射エコーを測定したところ、全ての超音波送
受信素子から約５ＭＨｚの中心周波数を有するエコーが
受信された。
【００６１】実施例２
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺ
Ｎ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前
記ＰＺＮ中のＮｂをＴａで、また前記ＰＴ中のＴｉをＰ
ｔで一部置換した組成になるようにに秤量し、これを原
料にして実施例１と同様なフラックス法により固溶系単
結晶を育成した。得られた単結晶は、大きさが約１５ｍ
ｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を粉砕
し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロ
ブストカイト構造を有することが確認された。また、前
記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ
｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx
Ｍ２y｝Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０
９、ｙ；０．０００３、ｚ；０．００３）の組成を有す
ることが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺ
Ｎ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前
記ＰＺＮ中のＮｂをＴａで、また前記ＰＴ中のＴｉをＰ
ｔで一部置換した組成になるようにに秤量し、これを原
料にして実施例１と同様なフラックス法により固溶系単
結晶を育成した。得られた単結晶は、大きさが約１５ｍ
ｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を粉砕
し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロ
ブストカイト構造を有することが確認された。また、前
記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ
｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx
Ｍ２y｝Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０
９、ｙ；０．０００３、ｚ；０．００３）の組成を有す
ることが確認された。
【００６２】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２２００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２２００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
【００６３】実施例３
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 を用い、これら
を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＦｅで一部置換した組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として実施例１と同様なフラックス法により固
溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約
１０ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を
粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、
ペロブストカイト構造を有することが確認された。ま
た、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、
Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ
3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｆｅ、ｘ；０．０９、ｙ；０．
０００３）の組成を有することが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 を用い、これら
を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＦｅで一部置換した組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として実施例１と同様なフラックス法により固
溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約
１０ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を
粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、
ペロブストカイト構造を有することが確認された。ま
た、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、
Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ
3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｆｅ、ｘ；０．０９、ｙ；０．
０００３）の組成を有することが確認された。
【００６４】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２４００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２４００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
【００６５】実施例４
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 を用い、これら
を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＢｉで一部置換した組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として実施例１と同様なフラックス法により固
溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約
１０ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を
粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、
ペロブストカイト構造を有することが確認された。ま
た、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、
Ｐｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ１y ）］Ｏ
3 （Ｍ１；Ｂｉ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００３）の
組成を有することが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 を用い、これら
を純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＢｉで一部置換した組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として実施例１と同様なフラックス法により固
溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約
１０ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を
粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、
ペロブストカイト構造を有することが確認された。ま
た、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、
Ｐｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ１y ）］Ｏ
3 （Ｍ１；Ｂｉ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００３）の
組成を有することが確認された。
【００６６】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８１〜８２％、比誘電率εr は３０００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８１〜８２％、比誘電率εr は３０００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
【００６７】実施例５
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺ
Ｎ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前
記ＰＴ中のＴｉをＦｅおよびＰｔで一部置換した組成に
なるようにに秤量し、これを原料として実施例１と同様
なフラックス法により固溶系単結晶を作製した。得られ
た単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしてい
た。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結
晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を有する
ことが確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより化学
分析を行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）
1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ
＋Ｆｅ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００３）の組成を有
することが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺ
Ｎ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル比で、前
記ＰＴ中のＴｉをＦｅおよびＰｔで一部置換した組成に
なるようにに秤量し、これを原料として実施例１と同様
なフラックス法により固溶系単結晶を作製した。得られ
た単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしてい
た。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結
晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を有する
ことが確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより化学
分析を行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）
1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ
＋Ｆｅ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００３）の組成を有
することが確認された。
【００６８】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２３００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２３００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
【００６９】なお、実施例１〜５において単結晶の成分
であるＭ２としてＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉを用いたが、原料段
階でＰｔＯ等の代わりにＲｈ2 Ｏ3 、ＩｒＯ2 をＭ２成
分として用いて単結晶を育成し、この単結晶を用いて製
造された超音波プローブは実施例１〜５と同様な優れた
特性を有していた。
であるＭ２としてＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉを用いたが、原料段
階でＰｔＯ等の代わりにＲｈ2 Ｏ3 、ＩｒＯ2 をＭ２成
分として用いて単結晶を育成し、この単結晶を用いて製
造された超音波プローブは実施例１〜５と同様な優れた
特性を有していた。
【００７０】実施例６
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｍｇ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、マグネシウム・ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）と
チタン酸鉛（ＰＴ）とが６８：３２のモル比で、前記Ｐ
Ｔ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になるようにに秤
量し、これを原料として実施例１と同様なフラックス法
により固溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大
きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶
の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べた
ところ、ペロブストカイト構造を有することが確認され
た。また、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったと
ころ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２
y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｍｇ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．３３、
ｙ；０．０００３）の組成を有することが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、マグネシウム・ニオブ酸鉛（ＰＭＮ）と
チタン酸鉛（ＰＴ）とが６８：３２のモル比で、前記Ｐ
Ｔ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になるようにに秤
量し、これを原料として実施例１と同様なフラックス法
により固溶系単結晶を作製した。得られた単結晶は、大
きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしていた。前記単結晶
の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べた
ところ、ペロブストカイト構造を有することが確認され
た。また、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を行ったと
ころ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２
y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｍｇ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．３３、
ｙ；０．０００３）の組成を有することが確認された。
【００７１】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８１〜８３％、比誘電率εr は２９００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８１〜８３％、比誘電率εr は２９００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
【００７２】実施例７
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、ＭｇＯ、Ｎｂ2 Ｏ5、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｐｔ
Ｏを用い、これらを純度補正した後、マグネシウム。ニ
オブ酸鉛（ＰＭＮ）と亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタ
ン酸鉛（ＰＴ）とが３４：４５：２１のモル比で、前記
ＰＴ中のＴｉをＰｔとＦｅで一部置換した組成になるよ
うにに秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラ
ックス法により固溶系単結晶を作製した。得られた単結
晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしていた。前
記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造
を調べたところ、ペロブストカイト構造を有することが
確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を
行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉ
x Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｍｇ＋Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ＋Ｆ
ｅ、ｘ；０．２１、ｙ；０．０００３）の組成を有する
ことが確認された。
Ｏ、ＭｇＯ、Ｎｂ2 Ｏ5、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｐｔ
Ｏを用い、これらを純度補正した後、マグネシウム。ニ
オブ酸鉛（ＰＭＮ）と亜鉛ニオブ酸鉛（ＰＺＮ）とチタ
ン酸鉛（ＰＴ）とが３４：４５：２１のモル比で、前記
ＰＴ中のＴｉをＰｔとＦｅで一部置換した組成になるよ
うにに秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラ
ックス法により固溶系単結晶を作製した。得られた単結
晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなしていた。前
記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なって結晶構造
を調べたところ、ペロブストカイト構造を有することが
確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより化学分析を
行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉ
x Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｍｇ＋Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ＋Ｆ
ｅ、ｘ；０．２１、ｙ；０．０００３）の組成を有する
ことが確認された。
【００７３】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２５００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８１％、比誘電率εr は２５００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
【００７４】なお、実施例６、７において単結晶の成分
であるＭ１としてＺｎ、Ｍｇを用いたが、原料段階でＺ
ｎＯ等の代わりにＮｉＯをＭ１成分として用いて単結晶
を育成し、この単結晶を用いて製造された超音波プロー
ブは実施例６、７と同様な優れた特性を有していた。
であるＭ１としてＺｎ、Ｍｇを用いたが、原料段階でＺ
ｎＯ等の代わりにＮｉＯをＭ１成分として用いて単結晶
を育成し、この単結晶を用いて製造された超音波プロー
ブは実施例６、７と同様な優れた特性を有していた。
【００７５】比較例１
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、を用い、これらを純度補正
した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）
とが９１：９のモル比の組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として白金容器に代えてロジウム容器を用いた
以外、実施例１と同様なフラックス法により固溶系単結
晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約１０ｍｍ
角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を粉砕し、
Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロブス
トカイト構造を有することが確認された。また、前記粉
末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ
１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、
ｘ；０．１０）の組成を有することが確認された。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、を用い、これらを純度補正
した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）
とが９１：９のモル比の組成になるようにに秤量し、こ
れを原料として白金容器に代えてロジウム容器を用いた
以外、実施例１と同様なフラックス法により固溶系単結
晶を作製した。得られた単結晶は、大きさが約１０ｍｍ
角の矩形状をなしていた。前記単結晶の一部を粉砕し、
Ｘ線回折を行なって結晶構造を調べたところ、ペロブス
トカイト構造を有することが確認された。また、前記粉
末をＩＣＰにより化学分析を行ったところ、Ｐｂ［（Ｍ
１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、
ｘ；０．１０）の組成を有することが確認された。
【００７６】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、比誘電率εr は２０
００であった。また、前記各短冊状振動子について電気
機械結合係数ｋ33´のばらつきを調べたところ、脱分極
が起こっているものがあり、ｋ33´は６５〜８０％とそ
の値が２０％も大きくばらついていた。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、比誘電率εr は２０
００であった。また、前記各短冊状振動子について電気
機械結合係数ｋ33´のばらつきを調べたところ、脱分極
が起こっているものがあり、ｋ33´は６５〜８０％とそ
の値が２０％も大きくばらついていた。
【００７７】また、本発明に係わるＰｔを含むＰＺＮ−
ＰＴの単結晶と比較例のＰＺＮ−ＰＴの単結晶を有する
短冊状振動子におけるＰｔ量（ｙ）に対する電気機械結
合係数の値ｋ33´およびそのばらつきΔｋ33´を調べ
た。その結果を図９に示す。図９から明らかなようにＰ
ｔの量が前述した一般式(I) のｙが０．０００１≦ｙ≦
０．０１の範囲でｋ33´を損なうことなくΔｋ33´を低
減できることがわかる。
ＰＴの単結晶と比較例のＰＺＮ−ＰＴの単結晶を有する
短冊状振動子におけるＰｔ量（ｙ）に対する電気機械結
合係数の値ｋ33´およびそのばらつきΔｋ33´を調べ
た。その結果を図９に示す。図９から明らかなようにＰ
ｔの量が前述した一般式(I) のｙが０．０００１≦ｙ≦
０．０１の範囲でｋ33´を損なうことなくΔｋ33´を低
減できることがわかる。
【００７８】前述した図９に示す特性は、Ｔｉの一部を
置換するＰｔの代わりにＦｅ、Ｂｉ、Ｒｈ、Ｉｒを用い
た場合、またはＮｂの一部をＴａで置換する場合にも同
様であった。
置換するＰｔの代わりにＦｅ、Ｂｉ、Ｒｈ、Ｉｒを用い
た場合、またはＮｂの一部をＴａで置換する場合にも同
様であった。
【００７９】実施例８
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｓｃ2
Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを
純度補正した後、スカンジウム・ニオブ酸鉛（ＰＳＮ）
とチタン酸鉛（ＰＴ）とが５６：４４のモル比で、前記
ＰＴ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になるようにに
秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラックス
法により固溶系単結晶を作製した。ただし、フラックス
として４ＰｂＯ−１Ｂ2 Ｏ3 の組成のものを用いた。得
られた単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなし
ていた。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なっ
て結晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を有
することが確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより
化学分析を行ったところ、Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ
(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ３；Ｓｃ、Ｍ
２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００３）の組成を
有することが確認された。
Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを
純度補正した後、スカンジウム・ニオブ酸鉛（ＰＳＮ）
とチタン酸鉛（ＰＴ）とが５６：４４のモル比で、前記
ＰＴ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になるようにに
秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラックス
法により固溶系単結晶を作製した。ただし、フラックス
として４ＰｂＯ−１Ｂ2 Ｏ3 の組成のものを用いた。得
られた単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をなし
ていた。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行なっ
て結晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を有
することが確認された。また、前記粉末をＩＣＰにより
化学分析を行ったところ、Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ
(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ３；Ｓｃ、Ｍ
２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００３）の組成を
有することが確認された。
【００８０】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８２％、比誘電率εr は１４００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８０〜８２％、比誘電率εr は１４００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく２％以下
であった。
【００８１】実施例９
まず、出発原料として化学的に高純度のＰｂＯ、Ｓｃ2
Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ3 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、スカンジウム・ニオブ酸
鉛（ＰＳＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが５６：４４のモ
ル比で、前記ＰＳＮ中のＮｂをＴａで、また前記ＰＴ中
のＴｉをＰｔでそれぞれ一部置換した組成になるように
に秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラック
ス法により固溶系単結晶を作製した。ただし、フラック
スとして４ＰｂＯ−１Ｂ2 Ｏ3 の組成のものを用いた。
得られた単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をな
していた。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行な
って結晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を
有することが確認された。また、前記粉末をＩＣＰによ
り化学分析を行ったところ、Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ
(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ
３；Ｓｃ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００
４、ｚ；０．００３）の組成を有することが確認され
た。
Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｔａ2 Ｏ3 、ＰｔＯを用
い、これらを純度補正した後、スカンジウム・ニオブ酸
鉛（ＰＳＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが５６：４４のモ
ル比で、前記ＰＳＮ中のＮｂをＴａで、また前記ＰＴ中
のＴｉをＰｔでそれぞれ一部置換した組成になるように
に秤量し、これを原料として実施例１と同様なフラック
ス法により固溶系単結晶を作製した。ただし、フラック
スとして４ＰｂＯ−１Ｂ2 Ｏ3 の組成のものを用いた。
得られた単結晶は、大きさが約１５ｍｍ角の矩形状をな
していた。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ線回折を行な
って結晶構造を調べたところ、ペロブストカイト構造を
有することが確認された。また、前記粉末をＩＣＰによ
り化学分析を行ったところ、Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ
(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ
３；Ｓｃ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００
４、ｚ；０．００３）の組成を有することが確認され
た。
【００８２】得られた単結晶を用いて実施例１と同様、
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８４〜８５％、比誘電率εr は２０００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
電極形成、分極、短冊状の切断を行い静電容量、共振周
波数および反共振周波数を測定して電気機械結合係数お
よび比誘電率を求めた。その結果、電気機械結合係数ｋ
33´は８４〜８５％、比誘電率εr は２０００であるこ
とが確認された。前記ｋ33´ばらつきは少なく１％以下
であった。
【００８３】なお、実施例８、９において単結晶の成分
であるＭ２としてＰｔを用いたが、原料段階でＰｔＯ等
の代わりにＦｅ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｒｈ2 Ｏ3 、Ｉｒ
Ｏ2をＭ２成分として用いて単結晶を育成し、この単結
晶を用いて製造された超音波プローブは実施例８、９と
同様な優れた特性を有していた。
であるＭ２としてＰｔを用いたが、原料段階でＰｔＯ等
の代わりにＦｅ2 Ｏ3 、Ｂｉ2 Ｏ3 、Ｒｈ2 Ｏ3 、Ｉｒ
Ｏ2をＭ２成分として用いて単結晶を育成し、この単結
晶を用いて製造された超音波プローブは実施例８、９と
同様な優れた特性を有していた。
【００８４】また、実施例８、９において単結晶の成分
であるＭ３としてＳｃを用いたが、原料段階でＳｃ2 Ｏ
3 等の代わりにＩｎ2 Ｏ3 をＭ３成分として用いて単結
晶を育成し、この単結晶を用いて製造された超音波プロ
ーブは実施例８、９と同様な優れた特性を有していた。
であるＭ３としてＳｃを用いたが、原料段階でＳｃ2 Ｏ
3 等の代わりにＩｎ2 Ｏ3 をＭ３成分として用いて単結
晶を育成し、この単結晶を用いて製造された超音波プロ
ーブは実施例８、９と同様な優れた特性を有していた。
【００８５】実施例１０
（種結晶の作製）まず、出発原料としてＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるように秤量し、さらにフ
ラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に純
水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミルで
１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した後、
粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２ト
ン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から
取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０
ｃｃの白金製容器に入れ、１２５０℃の温度まで５時間
で昇温して溶解し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃ま
で徐冷した後、室温まで冷却した。その後、前記白金製
容器に２０％濃度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶
系単結晶を取り出した。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ
線回折を行なったところ、良好な結晶構造を有すること
が確認された。また、前記単結晶をラウエカメラを用い
て＜００１＞軸の方位を出し、この軸に垂直にカッタで
切断した。切断後の結晶を白金棒に種結晶として取り付
けた。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるように秤量し、さらにフ
ラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に純
水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミルで
１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した後、
粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２ト
ン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から
取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０
ｃｃの白金製容器に入れ、１２５０℃の温度まで５時間
で昇温して溶解し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃ま
で徐冷した後、室温まで冷却した。その後、前記白金製
容器に２０％濃度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶
系単結晶を取り出した。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ
線回折を行なったところ、良好な結晶構造を有すること
が確認された。また、前記単結晶をラウエカメラを用い
て＜００１＞軸の方位を出し、この軸に垂直にカッタで
切断した。切断後の結晶を白金棒に種結晶として取り付
けた。
【００８６】（チタン酸鉛の固溶量分布を有する単結晶
の育成）ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｐｔ
Ｏを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＰｔで一部置換した組成になるように秤量し、さら
にフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：ＰｂＯ＝２５モル％：７
５モル％となるように添加してボールミルで混合した。
得られた混合物の水分を除去した後、粉砕機で十分に粉
砕し、さらにゴム型容器に入れ、２トン／ｃｍ2 の圧力
でラバープレスを行った。ゴム型から取り出した固形物
を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金製容器に入れ、
９７０℃の温度まで昇温して前記固形物を完全に溶解さ
せた。この溶融物に前述した方法で作製した種結晶を浸
漬し、前記種結晶を取り付けた白金棒を６０ｒｐｍの速
度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速度で引上げを行うこと
により単結晶の育成を行った。この引上げ工程におい
て、別に準備しておいたＰＺＮの原料粉を引上げ開始と
同時に前記白金容器中に添加し、育成された結晶の長さ
が１０ｍｍになるまで続行した。なお、添加量は引上げ
長さが１０ｍｍになった時にＰＺＮとＰＴのモル分率が
９１：９になるように決めた。その後、添加物をＰＴの
原料粉に代えて引上げを続行した。添加量は、引上げ長
さが１０ｍｍになった時にＰＺＮとＰＴのモル分率が８
８：１２になるように決めた。このようにして２０ｍｍ
長さの結晶を育成した。
の育成）ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、Ｐｔ
Ｏを純度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン
酸鉛（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴ
ｉをＰｔで一部置換した組成になるように秤量し、さら
にフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：ＰｂＯ＝２５モル％：７
５モル％となるように添加してボールミルで混合した。
得られた混合物の水分を除去した後、粉砕機で十分に粉
砕し、さらにゴム型容器に入れ、２トン／ｃｍ2 の圧力
でラバープレスを行った。ゴム型から取り出した固形物
を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃの白金製容器に入れ、
９７０℃の温度まで昇温して前記固形物を完全に溶解さ
せた。この溶融物に前述した方法で作製した種結晶を浸
漬し、前記種結晶を取り付けた白金棒を６０ｒｐｍの速
度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速度で引上げを行うこと
により単結晶の育成を行った。この引上げ工程におい
て、別に準備しておいたＰＺＮの原料粉を引上げ開始と
同時に前記白金容器中に添加し、育成された結晶の長さ
が１０ｍｍになるまで続行した。なお、添加量は引上げ
長さが１０ｍｍになった時にＰＺＮとＰＴのモル分率が
９１：９になるように決めた。その後、添加物をＰＴの
原料粉に代えて引上げを続行した。添加量は、引上げ長
さが１０ｍｍになった時にＰＺＮとＰＴのモル分率が８
８：１２になるように決めた。このようにして２０ｍｍ
長さの結晶を育成した。
【００８７】次いで、育成された結晶を引上げ方向に沿
ってカッタで切断して厚さが約５００μｍの結晶片を取
り出した。つづいて、前記結晶片を＃２０００の研磨材
でその厚さが２５０μｍになるまで研磨した。研磨した
結晶片をアルコールとアセトンで充分に洗浄した後、結
晶片の両面にスパッタ法によりＴｉ／Ａｕ電極（厚さ
０．２μｍ／０．５μｍ）をそれぞれ形成した。ひきつ
づき、シリコーンオイル中に浸漬して２００℃まで温度
を上げた後、１ｋＶ／ｍｍの電界を印加しながら４０℃
まで冷却した。得られた超音波送受信素子（振動子）を
前記結晶片の引上げ方向と直角方向に幅が約１５０μｍ
になるように切断し、ＰＴのモル分率が異なる複数の短
冊状振動子を作製した。
ってカッタで切断して厚さが約５００μｍの結晶片を取
り出した。つづいて、前記結晶片を＃２０００の研磨材
でその厚さが２５０μｍになるまで研磨した。研磨した
結晶片をアルコールとアセトンで充分に洗浄した後、結
晶片の両面にスパッタ法によりＴｉ／Ａｕ電極（厚さ
０．２μｍ／０．５μｍ）をそれぞれ形成した。ひきつ
づき、シリコーンオイル中に浸漬して２００℃まで温度
を上げた後、１ｋＶ／ｍｍの電界を印加しながら４０℃
まで冷却した。得られた超音波送受信素子（振動子）を
前記結晶片の引上げ方向と直角方向に幅が約１５０μｍ
になるように切断し、ＰＴのモル分率が異なる複数の短
冊状振動子を作製した。
【００８８】得られた各短冊状振動子の共振周波数と反
共振周波数を測定して電気機械結合係数ｋ33´を求め
た。図１０に振動子の切断前の位置に対する電気機械結
合係数ｋ33´、つまりＰＴのモル分率に対するｋ33´を
示す。この図１０より、ＰＴのモル分率が９％の時に前
記ｋ33´が最大で、ＰＴのモル分率が増加するに従って
前記ｋ33´が減少することがわかる。
共振周波数を測定して電気機械結合係数ｋ33´を求め
た。図１０に振動子の切断前の位置に対する電気機械結
合係数ｋ33´、つまりＰＴのモル分率に対するｋ33´を
示す。この図１０より、ＰＴのモル分率が９％の時に前
記ｋ33´が最大で、ＰＴのモル分率が増加するに従って
前記ｋ33´が減少することがわかる。
【００８９】さらに、前記単結晶片を用いて前述した図
１に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわ
ち、前記単結晶から厚さが４００μｍの単結晶片を形成
し、この単結晶片の（００１）面にＴｉ／Ａｕ導体膜を
スパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術により前
記単結晶片の一方の側面に位置する前記導電膜部分およ
び超音波送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜の
一部を除去した。つづいて、前記単結晶片の超音波送受
信面となる面に音響マッチング層を形成した後、大部分
が前記単結晶片の超音波送受信面に位置する前記導電膜
にアース電極板を例えば導電ペーストによりそれぞれ接
続し、大部分が前記単結晶片の超音波送受信面と反対側
の面に位置する前記導電膜にフレキシブル印刷配線板を
例えば導電ペーストにより接続した。ひきつづき、これ
らをバッキング材上にエポキシ樹脂で接着した後、ダイ
サにより厚さ５０μｍのブレードで前記音響マッチング
層から前記単結晶片に亘って２００μｍピッチで切断し
た。この切断により、前記バッキング材２上に第１、第
２電極４、５を有する互いに分離された圧電素子１と前
記各圧電素子１上にそれぞれ配置された複数の音響マッ
チング層６が形成された。なお、前記圧電素子１はその
スライス方向にＰＴのモル分率が変化し、中央部におい
てＰＴのモル分率が最小になっていた。また、前記第１
電極４にはアース電極板８が導電ペーストにより接続さ
れ、前記第２電極５にはフレキシブル印刷配線板９が導
電ペーストにより接続されている。次いで、前記音響マ
ッチング層６に音響レンズ７を形成した。この後、複数
のケーブルを前記フレキシブル印刷配線板９に接続して
アレイ形超音波プローブを製造した。
１に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわ
ち、前記単結晶から厚さが４００μｍの単結晶片を形成
し、この単結晶片の（００１）面にＴｉ／Ａｕ導体膜を
スパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術により前
記単結晶片の一方の側面に位置する前記導電膜部分およ
び超音波送受信面と反対側の面に位置する前記導電膜の
一部を除去した。つづいて、前記単結晶片の超音波送受
信面となる面に音響マッチング層を形成した後、大部分
が前記単結晶片の超音波送受信面に位置する前記導電膜
にアース電極板を例えば導電ペーストによりそれぞれ接
続し、大部分が前記単結晶片の超音波送受信面と反対側
の面に位置する前記導電膜にフレキシブル印刷配線板を
例えば導電ペーストにより接続した。ひきつづき、これ
らをバッキング材上にエポキシ樹脂で接着した後、ダイ
サにより厚さ５０μｍのブレードで前記音響マッチング
層から前記単結晶片に亘って２００μｍピッチで切断し
た。この切断により、前記バッキング材２上に第１、第
２電極４、５を有する互いに分離された圧電素子１と前
記各圧電素子１上にそれぞれ配置された複数の音響マッ
チング層６が形成された。なお、前記圧電素子１はその
スライス方向にＰＴのモル分率が変化し、中央部におい
てＰＴのモル分率が最小になっていた。また、前記第１
電極４にはアース電極板８が導電ペーストにより接続さ
れ、前記第２電極５にはフレキシブル印刷配線板９が導
電ペーストにより接続されている。次いで、前記音響マ
ッチング層６に音響レンズ７を形成した。この後、複数
のケーブルを前記フレキシブル印刷配線板９に接続して
アレイ形超音波プローブを製造した。
【００９０】前記超音波プローブについてスライス方向
の音場測定を行った。この時、実施例１１としてスライ
ス方向のＰＴのモル分率が一定（１２％）な単結晶から
形成された圧電素子を有する超音波プローブについて同
様な音場測定を行った。図１１は、実施例１０の超音波
プローブの音場測定結果、図１２は実施例１１の超音波
プローブの音場測定結果である。なお、図１１および図
１２の音圧は音場方向に対して深さ７ｍｍの垂直方向の
面で測定された値を示す。図１１および図１２から明ら
かなように実施例１１の超音波プローブでは端部がメイ
ン波のピークより音圧が高くなっているのに対し、実施
例１０の超音波プローブではメイン波の方が高くなり、
ビーム幅が短く高解像能の音場を発生できることがわか
る。
の音場測定を行った。この時、実施例１１としてスライ
ス方向のＰＴのモル分率が一定（１２％）な単結晶から
形成された圧電素子を有する超音波プローブについて同
様な音場測定を行った。図１１は、実施例１０の超音波
プローブの音場測定結果、図１２は実施例１１の超音波
プローブの音場測定結果である。なお、図１１および図
１２の音圧は音場方向に対して深さ７ｍｍの垂直方向の
面で測定された値を示す。図１１および図１２から明ら
かなように実施例１１の超音波プローブでは端部がメイ
ン波のピークより音圧が高くなっているのに対し、実施
例１０の超音波プローブではメイン波の方が高くなり、
ビーム幅が短く高解像能の音場を発生できることがわか
る。
【００９１】なお、前記実施例１０では単結晶を引上げ
法より作製したが、チタン酸鉛のモル分率を変化させれ
ば、フラックス法やブリッジマン法等で作製してもよ
い。前記実施例１０では、電子走査型の超音波プローブ
について説明したが、シングルプローブ等で構成された
メカニカル走査型超音波プローブにも同様に適用でき
る。このような構造の超音波プローブにおいて、例えば
円形（デッスク状）のプローブの場合はチタン酸鉛のモ
ル分率が中心部の電気機械結合係数が大きくなるような
組成比とし、外周縁に向かうに従って小さくなるような
組成にする。
法より作製したが、チタン酸鉛のモル分率を変化させれ
ば、フラックス法やブリッジマン法等で作製してもよ
い。前記実施例１０では、電子走査型の超音波プローブ
について説明したが、シングルプローブ等で構成された
メカニカル走査型超音波プローブにも同様に適用でき
る。このような構造の超音波プローブにおいて、例えば
円形（デッスク状）のプローブの場合はチタン酸鉛のモ
ル分率が中心部の電気機械結合係数が大きくなるような
組成比とし、外周縁に向かうに従って小さくなるような
組成にする。
【００９２】実施例１２
実施例１と同様な方法により育成したＰｂ［（Ｍ１1/3
Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、
Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００１）の組成
を有する単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断し、さらに鏡
面研磨した後、外形加工を施して厚さ３００μｍで８ｍ
ｍ角の矩形状単結晶片を作製した。
Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3 （Ｍ１；Ｚｎ、
Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０００１）の組成
を有する単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断し、さらに鏡
面研磨した後、外形加工を施して厚さ３００μｍで８ｍ
ｍ角の矩形状単結晶片を作製した。
【００９３】次いで、後述するスライス工程におけるス
ライス方向と直交する方向に延びる前記矩形状単結晶片
のエッジをセラミックス用面取り機械を用いて前記単結
晶板１の厚さ（ｔ）の１／２０（１５μｍ）を４００番
のアルミナ粉で面取り加工して前述した図４に示すよう
に記矩形状単結晶片１１に面取り部１４を形成した。つ
づいて、前述した図３Ａに示すように前記面取り部を有
する矩形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法により蒸
着し、選択エッチング技術によりの超音波送受信面およ
び前記送受信面と反対側の面に導電膜をした。ひきつづ
き１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋＶ／ｍ
ｍの電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、電界を
加えながら４０℃まで冷却した。その後、前述した図３
Ｂに示すように前記単結晶片１１の超音波送受信面とな
る面に音響マッチング材料層１３を形成し、これらをバ
ッキング材２上に接着した後、ブレードを用いて前記音
響マッチング材料層１３から前記単結晶片１１に亘って
一点鎖線に示す方向に複数回スライスして、前記バッキ
ング材２上に１２０μｍ幅の短冊状振動子を５０個作製
した。
ライス方向と直交する方向に延びる前記矩形状単結晶片
のエッジをセラミックス用面取り機械を用いて前記単結
晶板１の厚さ（ｔ）の１／２０（１５μｍ）を４００番
のアルミナ粉で面取り加工して前述した図４に示すよう
に記矩形状単結晶片１１に面取り部１４を形成した。つ
づいて、前述した図３Ａに示すように前記面取り部を有
する矩形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法により蒸
着し、選択エッチング技術によりの超音波送受信面およ
び前記送受信面と反対側の面に導電膜をした。ひきつづ
き１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋＶ／ｍ
ｍの電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、電界を
加えながら４０℃まで冷却した。その後、前述した図３
Ｂに示すように前記単結晶片１１の超音波送受信面とな
る面に音響マッチング材料層１３を形成し、これらをバ
ッキング材２上に接着した後、ブレードを用いて前記音
響マッチング材料層１３から前記単結晶片１１に亘って
一点鎖線に示す方向に複数回スライスして、前記バッキ
ング材２上に１２０μｍ幅の短冊状振動子を５０個作製
した。
【００９４】実施例１３〜１８
実施例１２と同様な寸法、組成の単結晶片のエッジをセ
ラミックス用面取り機械を用いて前記単結晶板の厚さの
１／１６、１／１０、１／８、１／５、１／４および１
／３を４００番のアルミナ粉で面取り加工した以外、実
施例１２と同様な方法によりそれぞれ５０個の短冊状振
動子をバッキング材上に作製した。
ラミックス用面取り機械を用いて前記単結晶板の厚さの
１／１６、１／１０、１／８、１／５、１／４および１
／３を４００番のアルミナ粉で面取り加工した以外、実
施例１２と同様な方法によりそれぞれ５０個の短冊状振
動子をバッキング材上に作製した。
【００９５】実施例１９
実施例１２と同様な寸法、組成でエッジを有する単結晶
片を用いた以外、実施例１２と同様な方法によりそれぞ
れ５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
片を用いた以外、実施例１２と同様な方法によりそれぞ
れ５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
【００９６】比較例２、３
単結晶片の代わりに前記単結晶片と同寸法のＰＺＴ系圧
電セラミック板を用い、一つはエッジの面取り加工を施
さず、もう一つはエッジをその厚さ）の１／５を面取り
加工した以外、実施例１１と同様な方法によりそれぞれ
５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
電セラミック板を用い、一つはエッジの面取り加工を施
さず、もう一つはエッジをその厚さ）の１／５を面取り
加工した以外、実施例１１と同様な方法によりそれぞれ
５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
【００９７】得られた実施例１２〜１９および比較例
２、３の各短冊状振動子を顕微鏡で観察して割れの有無
を確認した。サンプル数は、電極が形成された単結晶板
２枚を対象とすることにより１００個とした。また、こ
れら振動子の容量を測定し、平均値からの減少分の最大
値を容量ばらつきとした。短冊状振動子が複数箇所で割
れている場合には、その最大形状の振動子の値を用い
た。さらに、前記短冊状振動子の共振、反共振周波数を
測定して電気機械結合係数ｋ33´を求めた。これらの結
果を下記表１に示す。
２、３の各短冊状振動子を顕微鏡で観察して割れの有無
を確認した。サンプル数は、電極が形成された単結晶板
２枚を対象とすることにより１００個とした。また、こ
れら振動子の容量を測定し、平均値からの減少分の最大
値を容量ばらつきとした。短冊状振動子が複数箇所で割
れている場合には、その最大形状の振動子の値を用い
た。さらに、前記短冊状振動子の共振、反共振周波数を
測定して電気機械結合係数ｋ33´を求めた。これらの結
果を下記表１に示す。
【００９８】
【表１】
【００９９】前記表１から明らかなように実施例１２〜
１９の振動子は、いずれも比較例２、３の振動子に比べ
てｋ33´が高いことがわかる。また、実施例１２〜１８
のようにスライス前に単結晶片のエッジをその厚さ
（ｔ）の１／２０〜１／３で面取り加工を行うことによ
り、全く面取り加工を行わない実施例１９に比べて圧電
素子の割れを抑制でき、しかも作製された短冊状振動子
の静電容量のばらつきが小さいことがわかる。また、比
較例２、３に示すようにＰＺＴ系セラミック板を圧電材
料として用いた場合には、面取り加工の有無に関係なく
割れが発生しないことがわかる。
１９の振動子は、いずれも比較例２、３の振動子に比べ
てｋ33´が高いことがわかる。また、実施例１２〜１８
のようにスライス前に単結晶片のエッジをその厚さ
（ｔ）の１／２０〜１／３で面取り加工を行うことによ
り、全く面取り加工を行わない実施例１９に比べて圧電
素子の割れを抑制でき、しかも作製された短冊状振動子
の静電容量のばらつきが小さいことがわかる。また、比
較例２、３に示すようにＰＺＴ系セラミック板を圧電材
料として用いた場合には、面取り加工の有無に関係なく
割れが発生しないことがわかる。
【０１００】実施例２０
実施例８と同様な方法により育成したＰｂ｛［Ｍ３1/2
Ｎｂ(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ３；Ｓｃ、
Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００３）の組成
を有する単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断し、さらに鏡
面研磨した後、外形加工を施して厚さ３００μｍで８ｍ
ｍ角の矩形状単結晶片を作製した。
Ｎｂ(1/2) ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 （Ｍ３；Ｓｃ、
Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．４４、ｙ；０．０００３）の組成
を有する単結晶をラウエカメラを用いて［００１］軸の
方位を出し、この軸に垂直にカッタで切断し、さらに鏡
面研磨した後、外形加工を施して厚さ３００μｍで８ｍ
ｍ角の矩形状単結晶片を作製した。
【０１０１】次いで、後述するスライス工程におけるス
ライス方向と直交する方向に延びる前記矩形状単結晶片
のエッジをセラミックス用面取り機械を用いて前記単結
晶板１の厚さ（ｔ）の１／２０（１５μｍ）を４００番
のアルミナ粉で面取り加工して前述した図４に示すよう
に記矩形状単結晶片１１に面取り部１４を形成した。つ
づいて、前述した図３の（Ａ）に示すように前記面取り
部を有する矩形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法に
より蒸着し、選択エッチング技術によりの超音波送受信
面および前記送受信面と反対側の面に導電膜をした。ひ
きつづき１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋ
Ｖ／ｍｍの電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、
電界を加えながら４０℃まで冷却した。その後、前述し
た図３の（Ｂ）に示すように前記単結晶片１１の超音波
送受信面となる面に音響マッチング材料層１３を形成
し、これらをバッキング材２上に接着した後、ブレード
を用いて前記音響マッチング材料層１３から前記単結晶
片１１に亘って一点鎖線に示す方向に複数回スライスし
て、前記バッキング材２上に１２０μｍ幅の短冊状振動
子を５０個作製した。
ライス方向と直交する方向に延びる前記矩形状単結晶片
のエッジをセラミックス用面取り機械を用いて前記単結
晶板１の厚さ（ｔ）の１／２０（１５μｍ）を４００番
のアルミナ粉で面取り加工して前述した図４に示すよう
に記矩形状単結晶片１１に面取り部１４を形成した。つ
づいて、前述した図３の（Ａ）に示すように前記面取り
部を有する矩形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法に
より蒸着し、選択エッチング技術によりの超音波送受信
面および前記送受信面と反対側の面に導電膜をした。ひ
きつづき１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋ
Ｖ／ｍｍの電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、
電界を加えながら４０℃まで冷却した。その後、前述し
た図３の（Ｂ）に示すように前記単結晶片１１の超音波
送受信面となる面に音響マッチング材料層１３を形成
し、これらをバッキング材２上に接着した後、ブレード
を用いて前記音響マッチング材料層１３から前記単結晶
片１１に亘って一点鎖線に示す方向に複数回スライスし
て、前記バッキング材２上に１２０μｍ幅の短冊状振動
子を５０個作製した。
【０１０２】実施例２１〜２６
実施例２０と同様な寸法、組成の単結晶片のエッジをセ
ラミックス用面取り機械を用いて前記単結晶板の厚さの
１／１６、１／１０、１／８、１／５、１／４および１
／３を４００番のアルミナ粉で面取り加工した以外、実
施例１８と同様な方法によりそれぞれ５０個の短冊状振
動子をバッキング材上に作製した。
ラミックス用面取り機械を用いて前記単結晶板の厚さの
１／１６、１／１０、１／８、１／５、１／４および１
／３を４００番のアルミナ粉で面取り加工した以外、実
施例１８と同様な方法によりそれぞれ５０個の短冊状振
動子をバッキング材上に作製した。
【０１０３】実施例２７
実施例２０と同様な寸法、組成でエッジを有する単結晶
片を用いた以外、実施例２０と同様な方法によりそれぞ
れ５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
片を用いた以外、実施例２０と同様な方法によりそれぞ
れ５０個の短冊状振動子をバッキング材上に作製した。
【０１０４】得られた実施例２０〜２７の各短冊状振動
子を顕微鏡で観察して割れの有無を確認した。サンプル
数は、電極が形成された単結晶板２枚を対象とすること
により１００個とした。また、これら振動子の容量を測
定し、平均値からの減少分の最大値を容量ばらつきとし
た。短冊状振動子が複数箇所で割れている場合には、そ
の最大形状の振動子の値を用いた。さらに、前記短冊状
振動子の共振、反共振周波数を測定して電気機械結合係
数ｋ33´を求めた。これらの結果を下記表２に示す。
子を顕微鏡で観察して割れの有無を確認した。サンプル
数は、電極が形成された単結晶板２枚を対象とすること
により１００個とした。また、これら振動子の容量を測
定し、平均値からの減少分の最大値を容量ばらつきとし
た。短冊状振動子が複数箇所で割れている場合には、そ
の最大形状の振動子の値を用いた。さらに、前記短冊状
振動子の共振、反共振周波数を測定して電気機械結合係
数ｋ33´を求めた。これらの結果を下記表２に示す。
【０１０５】
【表２】
【０１０６】前記表２から実施例２０〜２６のようにＴ
ｉの一部をＰｔで置換したＰＳＮ−ＰＴからなる単結晶
材料を用い、スライス前に単結晶片のエッジをその厚さ
（ｔ）の１／２０〜１／３で面取り加工を行って作製さ
れた短冊状振動子は、全く面取り加工を行わない実施例
２７に比べて圧電素子の割れを抑制でき、しかも作製さ
れた短冊状振動子の静電容量のばらつきが小さいことが
わかる。
ｉの一部をＰｔで置換したＰＳＮ−ＰＴからなる単結晶
材料を用い、スライス前に単結晶片のエッジをその厚さ
（ｔ）の１／２０〜１／３で面取り加工を行って作製さ
れた短冊状振動子は、全く面取り加工を行わない実施例
２７に比べて圧電素子の割れを抑制でき、しかも作製さ
れた短冊状振動子の静電容量のばらつきが小さいことが
わかる。
【０１０７】実施例２８〜３０
（種結晶の作製）まず、出発原料としてＰｂＯ、Ｚｎ
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるように秤量し、さらにフ
ラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に純
水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミルで
１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した後、
粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２ト
ン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から
取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０
ｃｃの白金製容器に入れ、１２５０℃の温度まで５時間
で昇温して溶解し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃ま
で徐冷した後、室温まで冷却した。その後、前記白金製
容器に２０％濃度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶
系単結晶を取り出した。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ
線回折を行なったところ、良好なペロブスカイト型結晶
構造を有することが確認された。また、前記単結晶をラ
ウエカメラを用いて＜００１＞軸の方位を出し、この軸
に垂直にカッタで切断した。切断後の結晶を白金棒に種
結晶として取り付けた。
Ｏ、Ｎｂ2 Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを用い、これらを純
度補正した後、亜鉛ニオブ酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛
（ＰＴ）とが８８：１２のモル比、前記ＰＴ中のＴｉを
Ｐｔで一部置換した組成になるように秤量し、さらにフ
ラックスとして同量のＰｂＯを添加した。この粉末に純
水を添加し、ＺｒＯ2 ボールが収納されたボールミルで
１時間混合した。得られた混合物の水分を除去した後、
粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、２ト
ン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型から
取り出した固形物６００ｇを直径５０ｍｍ、容量２５０
ｃｃの白金製容器に入れ、１２５０℃の温度まで５時間
で昇温して溶解し、０．８℃／ｈｒの速度で８００℃ま
で徐冷した後、室温まで冷却した。その後、前記白金製
容器に２０％濃度の硝酸を添加し、８時間煮沸して固溶
系単結晶を取り出した。前記単結晶の一部を粉砕し、Ｘ
線回折を行なったところ、良好なペロブスカイト型結晶
構造を有することが確認された。また、前記単結晶をラ
ウエカメラを用いて＜００１＞軸の方位を出し、この軸
に垂直にカッタで切断した。切断後の結晶を白金棒に種
結晶として取り付けた。
【０１０８】（単結晶の育成）ＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2
Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを純度補正した後、亜鉛ニオブ
酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル
比、前記ＰＴ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になる
ように秤量し、さらにフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：Ｐｂ
Ｏ＝２５モル％：７５モル％となるように添加してボー
ルミルで混合した。得られた混合物の水分を除去した
後、粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、
２トン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型
から取り出した固形物を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃ
の白金製容器に入れ、９７０℃の温度まで昇温して前記
固形物を完全に溶解させた。この溶融物に前述した方法
で作製した種結晶を浸漬し、前記種結晶を取り付けた白
金棒を６０ｒｐｍの速度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速
度で引上げを行うことにより単結晶の育成を行った。得
られた単結晶は、ＩＣＰによる化学分析により、Ｐｂ
［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3
（Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０
００１）の組成を有することが確認された。なお、前記
ｘが０．０５＜ｘ＜０．２０の範囲の組成を有する単結
晶は（１１１）面に劈開面を持つ。
Ｏ5 、ＴｉＯ2 、ＰｔＯを純度補正した後、亜鉛ニオブ
酸（ＰＺＮ）とチタン酸鉛（ＰＴ）とが９１：９のモル
比、前記ＰＴ中のＴｉをＰｔで一部置換した組成になる
ように秤量し、さらにフラックスをＰＺＮ−ＰＴ：Ｐｂ
Ｏ＝２５モル％：７５モル％となるように添加してボー
ルミルで混合した。得られた混合物の水分を除去した
後、粉砕機で十分に粉砕し、さらにゴム型容器に入れ、
２トン／ｃｍ2 の圧力でラバープレスを行った。ゴム型
から取り出した固形物を直径５０ｍｍ、容量２５０ｃｃ
の白金製容器に入れ、９７０℃の温度まで昇温して前記
固形物を完全に溶解させた。この溶融物に前述した方法
で作製した種結晶を浸漬し、前記種結晶を取り付けた白
金棒を６０ｒｐｍの速度、０．１ｍｍ／ｈｒの引上げ速
度で引上げを行うことにより単結晶の育成を行った。得
られた単結晶は、ＩＣＰによる化学分析により、Ｐｂ
［（Ｍ１1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ）］Ｏ3
（Ｍ１；Ｚｎ、Ｍ２；Ｐｔ、ｘ；０．０９、ｙ；０．０
００１）の組成を有することが確認された。なお、前記
ｘが０．０５＜ｘ＜０．２０の範囲の組成を有する単結
晶は（１１１）面に劈開面を持つ。
【０１０９】次いで、育成された単結晶をラウエカメラ
を用いて（１００）面、（１１１）面、（１１０）面の
各方位を確定し、それぞれの方位面が主面（超音波送受
信面）になるように加工して厚さ０．３ｍｍ、長さ２０
ｍｍ、幅１０ｍｍの３種の矩形状単結晶片を作製した。
つづいて、前述した図３の（Ａ）に示すように前記各矩
形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術によりの超音波送受信面および前記
送受信面と反対側の面に導電膜を形成した。ひきつづき
１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋＶ／ｍｍ
の電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、電界を加
えながら４０℃まで冷却した。その後、前述した図３の
（Ｂ）に示すように前記各単結晶片１１の超音波送受信
面となる面に音響マッチング材料層１３を形成し、これ
らをバッキング材２上に接着した後、厚さ５０μｍのブ
レードを用いて前記音響マッチング材料層１３から前記
単結晶片１１に亘って一点鎖線に示す方向に複数回スラ
イスして、前記バッキング材２上に１５０μｍ幅の短冊
状振動子をそれぞれ１００個作製した。なお、（１１
１）面の方位を確定し、その方位面が主面（超音波送受
信面）になるように加工した矩形状単結晶片を前記ブレ
ードでスライスことにより得られた短冊状振動子の圧電
素子は、前述した図６に示すように超音波送受信面３が
劈開面１５と平行になる。
を用いて（１００）面、（１１１）面、（１１０）面の
各方位を確定し、それぞれの方位面が主面（超音波送受
信面）になるように加工して厚さ０．３ｍｍ、長さ２０
ｍｍ、幅１０ｍｍの３種の矩形状単結晶片を作製した。
つづいて、前述した図３の（Ａ）に示すように前記各矩
形状単結晶片１１に導電膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術によりの超音波送受信面および前記
送受信面と反対側の面に導電膜を形成した。ひきつづき
１５０〜２００℃のシリコーンオイル中で１ｋＶ／ｍｍ
の電界を前記導電膜間に３０分間印加した後、電界を加
えながら４０℃まで冷却した。その後、前述した図３の
（Ｂ）に示すように前記各単結晶片１１の超音波送受信
面となる面に音響マッチング材料層１３を形成し、これ
らをバッキング材２上に接着した後、厚さ５０μｍのブ
レードを用いて前記音響マッチング材料層１３から前記
単結晶片１１に亘って一点鎖線に示す方向に複数回スラ
イスして、前記バッキング材２上に１５０μｍ幅の短冊
状振動子をそれぞれ１００個作製した。なお、（１１
１）面の方位を確定し、その方位面が主面（超音波送受
信面）になるように加工した矩形状単結晶片を前記ブレ
ードでスライスことにより得られた短冊状振動子の圧電
素子は、前述した図６に示すように超音波送受信面３が
劈開面１５と平行になる。
【０１１０】前記一連の振動子の製造工程において、ア
レイ化した振動子の圧電素子にひびまたは割れが発生し
て振動子が不良になった割合（１００個を基準）を測定
した。その結果を下記表３に示す。
レイ化した振動子の圧電素子にひびまたは割れが発生し
て振動子が不良になった割合（１００個を基準）を測定
した。その結果を下記表３に示す。
【０１１１】
【表３】
【０１１２】前記表３から明らかなように実施例３０の
ように超音波送受信面が劈開面と平行な圧電素子を有す
るアレイ化した振動子、すなわち超音波送受信面が単結
晶の劈開面である（１１１）面と平行な圧電素子を有す
る振動子は、前記圧電素子のひびの発生がなく、ひび発
生に起因する破損率が零であることがわかる。
ように超音波送受信面が劈開面と平行な圧電素子を有す
るアレイ化した振動子、すなわち超音波送受信面が単結
晶の劈開面である（１１１）面と平行な圧電素子を有す
る振動子は、前記圧電素子のひびの発生がなく、ひび発
生に起因する破損率が零であることがわかる。
【０１１３】なお、前記実施例では圧電単結晶をフラッ
クス法により作製したが、ブリッジマン法やキロポーラ
ス法（溶融引上げ法）、ゾーンメルティング法、水熱育
成法等にで作製してもよい。
クス法により作製したが、ブリッジマン法やキロポーラ
ス法（溶融引上げ法）、ゾーンメルティング法、水熱育
成法等にで作製してもよい。
【０１１４】前記実施例では、電極をスパッタ法により
形成したが、銀焼き付け法や蒸着法を用いてもよい。ま
た、電極材料もＮｉ／Ａｕに代えてＣｒ／Ａｕなどの所
定の導電率と密着強度を有するものであれば制限されな
い。
形成したが、銀焼き付け法や蒸着法を用いてもよい。ま
た、電極材料もＮｉ／Ａｕに代えてＣｒ／Ａｕなどの所
定の導電率と密着強度を有するものであれば制限されな
い。
【０１１５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば電
気機械結合係数（ｋ33´）の大きく、かつ短冊状圧電素
子に加工する際もしくは超音波プローブの作製中に脱分
極が起こらず、しかも長期間使用しても経時変化による
性能劣化を防止し得る圧電単結晶を提供できる。
気機械結合係数（ｋ33´）の大きく、かつ短冊状圧電素
子に加工する際もしくは超音波プローブの作製中に脱分
極が起こらず、しかも長期間使用しても経時変化による
性能劣化を防止し得る圧電単結晶を提供できる。
【０１１６】また、本発明によれば、実質的に一般式
(I) 、(II)からなる単結晶から形成された電気機械結合
係数が大きく、かつ熱影響による脱分極が抑制された圧
電素子を有する超音波送受信素子を備え、従来のＰＺＴ
系圧電セラミックから形成された圧電素子を有する超音
波プローブに比べて高感度でかつ高信頼性の超音波プロ
ーブを提供できる。
(I) 、(II)からなる単結晶から形成された電気機械結合
係数が大きく、かつ熱影響による脱分極が抑制された圧
電素子を有する超音波送受信素子を備え、従来のＰＺＴ
系圧電セラミックから形成された圧電素子を有する超音
波プローブに比べて高感度でかつ高信頼性の超音波プロ
ーブを提供できる。
【図１】本発明に係わる超音波プローブを示す斜視図。
【図２】図１の超音波プローブに組み込まれる短冊状圧
電素子を示す斜視図。
電素子を示す斜視図。
【図３】図１に示す超音波プローブの製造工程を示す斜
視図。
視図。
【図４】互いに平行する４つの稜が面取り加工された矩
形状の圧電単結晶を示す斜視図。
形状の圧電単結晶を示す斜視図。
【図５】劈開面を有する単結晶からなり、超音波送受信
面が前記劈開面に平行になるように切り出された短冊状
の圧電素子を示す斜視図。
面が前記劈開面に平行になるように切り出された短冊状
の圧電素子を示す斜視図。
【図６】劈開面を有する単結晶からなる短冊状の圧電素
子の超音波送受信面と前記劈開面との位置関係を示す説
明図。
子の超音波送受信面と前記劈開面との位置関係を示す説
明図。
【図７】劈開面を有する単結晶からなり、超音波送受信
面が前記劈開面に平行になるように切り出された円板状
の圧電素子を示す斜視図。
面が前記劈開面に平行になるように切り出された円板状
の圧電素子を示す斜視図。
【図８】本発明に係わる別の超音波プローブを示す斜視
図。
図。
【図９】本発明に係わる圧電単結晶から形成された圧電
素子を有する振動子において、前記圧電単結晶中のＰｔ
量の変化させた時の前記振動子の電気機会結合係数ｋ33
´とばらつきΔｋ33´との関係を示す特性図。
素子を有する振動子において、前記圧電単結晶中のＰｔ
量の変化させた時の前記振動子の電気機会結合係数ｋ33
´とばらつきΔｋ33´との関係を示す特性図。
【図１０】本発明の実施例における圧電素子を有する振
動子において、前記圧電素子のチタン酸鉛の濃度変化に
対する前記振動子の電気機械結合係数を示す特性図。
動子において、前記圧電素子のチタン酸鉛の濃度変化に
対する前記振動子の電気機械結合係数を示す特性図。
【図１１】本発明の実施例１０における超音波プローブ
のスライス方向の送信音場を示す特性図。
のスライス方向の送信音場を示す特性図。
【図１２】本発明の実施例１１における超音波プローブ
のスライス方向の送信音場を示す特性図。
のスライス方向の送信音場を示す特性図。
１、２１…圧電素子、４、５、２３、２４…電極、６、
２５…音響マッチング層、８、２７…アース電極、９、
２８…フレキシブル印刷配線板、１１…単結晶片、１５
…劈開面。
２５…音響マッチング層、８、２７…アース電極、９、
２８…フレキシブル印刷配線板、１１…単結晶片、１５
…劈開面。
フロントページの続き
(31)優先権主張番号 特願平5−196228
(32)優先日 平成５年８月６日(1993．8．6)
(33)優先権主張国 日本（ＪＰ）
(31)優先権主張番号 特願平5−196230
(32)優先日 平成５年８月６日(1993．8．6)
(33)優先権主張国 日本（ＪＰ）
(72)発明者 小林 剛史
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 山下 洋八
神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会
社東芝柳町工場内
(72)発明者 嶋貫 専治
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝研究開発センター内
(72)発明者 橋本 新一
栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式
会社東芝那須工場内
(56)参考文献 特開 昭56−115589（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−94579（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−38963（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 41/18
Claims (12)
- 【請求項１】 実質的に下記一般式からなる圧電単結
晶。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。 - 【請求項２】 実質的に下記一般式からなる圧電単結
晶。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。 - 【請求項３】 超音波送受信面を有する圧電素子と、 前記圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反対側の
面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、 前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とする超音波プローブ。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。 - 【請求項４】 前記圧電素子は、チタン酸鉛の固溶量が
前記超音波送受信面の面内の中央部で最も少なく、かつ
前記面内の両端部に向かって漸次増加されていることを
特徴とする請求項３記載の超音波プローブ。 - 【請求項５】 前記単結晶は、互いに平行する４つのエ
ッジが面取り加工された矩形状をなし、前記圧電素子は
前記単結晶を前記面取り部の長手方向に直交するように
スライスすることにより形成されることを特徴とする請
求項３記載の 超音波プローブ。 - 【請求項６】 前記圧電素子は、劈開面を有する前記単
結晶から前記超音波送受信面が前記劈開面に対して２０
゜以下の角度になるように切出すことにより形成される
ことを特徴とする請求項３記載の超音波プローブ。 - 【請求項７】 超音波送受信面を有する圧電素子と、 前記圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反対側の
面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、 前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とする超音波プローブ。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。 - 【請求項８】 前記圧電素子は、チタン酸鉛の固溶量が
前記超音波送受信面の面内の中央部で最も少なく、かつ
前記面内の両端部に向かって漸次増加されていることを
特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。 - 【請求項９】 前記単結晶は、互いに平行する４つのエ
ッジが面取り加工された矩形状をなし、前記圧電素子は
前記単結晶を前記面取り部の長手方向に直交するように
スライスすることにより形成されることを特徴とする請
求項７記載の超音波プローブ。 - 【請求項１０】 前記圧電素子は、劈開面を有する前記
単結晶から前記超音波送受信面が前記劈開面に対して２
０゜以下の角度になるように切出すことにより形成され
ることを特徴とする請求項７記載の超音波プローブ。 - 【請求項１１】 所望方向に配列され、超音波送受信面
を有する複数の圧電素子と、 前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反対側
の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、 前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブ。 Ｐｂ｛［Ｍ１1/3 Ｎｂ(2/3)-(2z/3)Ｔａ2z/3］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ１はＺｎ、ＮｉおよびＭｇから選ばれる少な
くとも１つの金属、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、Ｒｈおよ
びＩｒから選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、
ｙおよびｚはそれぞれ０．０５≦ｘ≦０．２、０．００
００１≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定され
る。 - 【請求項１２】 所望方向に配列され、超音波送受信面
を有する複数の圧電素子と、 前記各圧電素子の超音波送受信面およびこの面と反対側
の面にそれぞれ形成された一対の電極とを具備し、 前記圧電素子は、実質的に下記一般式からなる単結晶に
より形成されることを特徴とするアレイ形超音波プロー
ブ。 Ｐｂ｛［Ｍ３1/2 Ｎｂ(1/2)-(z/2) Ｔａz/2 ］1-x-y Ｔｉx Ｍ２y ｝Ｏ3 ただし、Ｍ２はＰｔ、Ｆｅ、Ｂｉ、ＲｈおよびＩｒから
選ばれる少なくとも１つの金属、Ｍ３はＳｃおよびＩｎ
から選ばれる少なくとも１つの金属を示し、ｘ、ｙおよ
びｚはそれぞれ０．２≦ｘ≦０．６、０．００００１≦
ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦０．１として規定される。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14611294A JP3362966B2 (ja) | 1993-08-06 | 1994-06-28 | 圧電単結晶、超音波プローブおよびアレイ形超音波プローブ |
Applications Claiming Priority (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-196224 | 1993-08-06 | ||
| JP19622893 | 1993-08-06 | ||
| JP19623093 | 1993-08-06 | ||
| JP19622493 | 1993-08-06 | ||
| JP5-196230 | 1993-08-06 | ||
| JP5-196227 | 1993-08-06 | ||
| JP5-196225 | 1993-08-06 | ||
| JP19622593 | 1993-08-06 | ||
| JP19622793 | 1993-08-06 | ||
| JP5-196228 | 1993-08-06 | ||
| JP14611294A JP3362966B2 (ja) | 1993-08-06 | 1994-06-28 | 圧電単結晶、超音波プローブおよびアレイ形超音波プローブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0799348A JPH0799348A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3362966B2 true JP3362966B2 (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=27553003
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14611294A Expired - Fee Related JP3362966B2 (ja) | 1993-08-06 | 1994-06-28 | 圧電単結晶、超音波プローブおよびアレイ形超音波プローブ |
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| JP2002232996A (ja) * | 2001-01-15 | 2002-08-16 | Ge Medical Systems Global Technology Co Llc | 超音波プローブおよびその製造方法並びに超音波撮影装置 |
| JP2004230033A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Toshiba Corp | 超音波探触子再分極装置、超音波プローブ及び超音波診断装置 |
| KR100872164B1 (ko) * | 2004-05-07 | 2008-12-08 | (주)아이블포토닉스 | 압전성 단결정을 이용한 압전형 전기 음향 변환기 |
| JP5392090B2 (ja) * | 2007-11-21 | 2014-01-22 | コニカミノルタ株式会社 | 超音波受信用振動子、その製造方法、超音波探触子及び超音波医用画像診断装置 |
| JP7436292B2 (ja) * | 2020-06-01 | 2024-02-21 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波トランスデューサ及び超音波トランスデューサの製造方法 |
| KR20230004192A (ko) | 2021-06-30 | 2023-01-06 | 엘지디스플레이 주식회사 | 진동 장치 및 이를 포함하는 장치 |
-
1994
- 1994-06-28 JP JP14611294A patent/JP3362966B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH0799348A (ja) | 1995-04-11 |
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