JPH06305830A - Piezoelectric material and ultrasonic probe - Google Patents

Piezoelectric material and ultrasonic probe

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JPH06305830A
JPH06305830A JP6006416A JP641694A JPH06305830A JP H06305830 A JPH06305830 A JP H06305830A JP 6006416 A JP6006416 A JP 6006416A JP 641694 A JP641694 A JP 641694A JP H06305830 A JPH06305830 A JP H06305830A
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piezoelectric
piezoelectric material
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triangular pyramid
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洋八 山下
Shiro Saito
史郎 斉藤
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Abstract

PURPOSE:To obtain a piezoelectric composition having excellent breaking toughness and electromechanical coupling coefficient k3,3' by specifying the composition of a ceramic composition of the formula Pb(Sc1/2Nb12)O3-PbTiO3-PbZrO3-Pb(Me1/3Nb2/3)O3 (Me is Mg, Zr or Ni). CONSTITUTION:This piezoelectric composition is expressed by the formula xPb(Sc1/2Nb1/2)O3-yPbTiO3-zPbZrO3-wPb(Me1/3Nb2/3)O3 (x+y+z+w=1.00). When the composition is described as a point in a regular trigonal pyramid coordinate having the Pb(Sc1/2Nb1/2)O3, PbTiO3, PbZrO3 and Pb(Me1/3Nb2/3)O3 as four apices P1 to P4, the values (x), (y), (z) and (w) are defined get a composition falling in the region formed by connecting the points a (x=0.72, y=0.28, z=0.00, w=0.00), b (x=0.02, y=0.98, z=0.00, w=0.00), c (x=0.02, y=O.28, z=0.70, w=0.00) and d (x=0.02, y=0.20, z=0.00, w=0.78) with straight lines (excluding the composition falling on the line ab).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料および前記圧
電材料からなる圧電体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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric material and an ultrasonic probe useful for a medical diagnostic apparatus, etc., which is provided with a piezoelectric body made of the piezoelectric material.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波プローブは、圧電素子を有する超
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。
2. Description of the Related Art An ultrasonic probe has an ultrasonic transmitting / receiving element having a piezoelectric element. The ultrasonic probe is
It is used to image the internal state of the object by irradiating the object with ultrasonic waves and receiving reflected echoes from interfaces of the object having different acoustic impedances. An ultrasonic imaging apparatus incorporating such an ultrasonic probe is applied to, for example, a medical diagnostic apparatus for inspecting the inside of a human body and an inspection apparatus for detecting flaws inside a metal weld.

【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。
In recent years, as one of the medical diagnostic devices,
In addition to the tomographic image of the human body (B-mode image), the blood velocity can be displayed in two dimensions in color using the Doppler shift due to the blood flow of ultrasonic waves for the heart, liver, carotid artery, etc. A device employing the "flow mapping (CFM) method" has been developed, and the diagnostic capability of the medical diagnostic device has been dramatically improved. The medical diagnostic device adopting the CFM method is used for all organs of the human body such as the uterus, liver, and spleen store,
It is used for the diagnosis of organs, and in the future, research is being conducted aiming at a device capable of diagnosing coronary thrombosis.

【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。
In the case of the former B-mode image, it is required that a high-resolution image can be obtained with high sensitivity so that a small lesion or void due to a physical change can be clearly seen deep. In the case of the Doppler mode capable of obtaining the latter CFM image, since the reflection echo from a minute blood cell having a diameter of about several μm is used, the signal level obtained becomes smaller than that in the case of the B mode, and Higher sensitivity is required.

【0005】ところで、従来、前記超音波プローブを構
成する前記超音波送受信素子はその性能面から以下のよ
うな構造のものが用いられている。 (1)超音波プローブにより生体に超音波を照射した際
の超音波減衰は、骨等を除いて0.5〜1dB/MHz
・cm程度であるため、前記生体から高感度の信号を得
るには前記超音波送受信素子から照射される超音波の周
波数を下げることが好ましい。ただし、周波数を下げ過
ぎると超音波の波長が長くなって分解能が低下する恐れ
があるため、通常、2〜10MHzの周波数の超音波を
放射するようにしている。
By the way, conventionally, the ultrasonic transmitting / receiving element constituting the ultrasonic probe has the following structure in view of its performance. (1) The attenuation of ultrasonic waves when ultrasonic waves are applied to a living body by an ultrasonic probe is 0.5 to 1 dB / MHz except for bones.
Since it is about cm, it is preferable to lower the frequency of the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic transmitting / receiving element in order to obtain a highly sensitive signal from the living body. However, if the frequency is lowered too much, the wavelength of the ultrasonic wave may become long and the resolution may be deteriorated. Therefore, the ultrasonic wave having a frequency of 2 to 10 MHz is normally emitted.

【0006】(2)超音波送受信素子の圧電体は、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
よる損失が少ない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、前記圧電体は主としてチタン酸ジルコン酸鉛
(PZT)系セラミックから形成されている。
(2) The piezoelectric body of the ultrasonic transmission / reception element may be formed of a material having a large electromechanical coupling coefficient and a large permittivity that is easy to match with a transmission / reception circuit with little loss due to cables or device stray capacitances. is necessary.
Therefore, the piezoelectric body is mainly formed of lead zirconate titanate (PZT) ceramic.

【0007】(3)短冊状の圧電体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超音
波プローブは、高い分解能を有する。しかしながら、上
述した従来の超音波プロ−ブでは次のような問題点があ
った。
(3) An array type ultrasonic probe in which several tens to 200 ultrasonic transmitting / receiving elements having strip-shaped piezoelectric bodies are arranged has a high resolution. However, the above-mentioned conventional ultrasonic probe has the following problems.

【0008】すなわちアレイ形の超音波プロ−ブにおい
ては、高分解能化が進むと共に用いられる圧電体の数を
増加させる傾向がある。このような超音波プローブを生
体と接触させる場合には、超音波放射面の口径を大きく
することができないため、前記圧電体の幅を狭くする必
要がある。ブロック状のPZT系セラミックから幅10
0ミクロン以下の短冊状の圧電体を加工するには、半導
体シリコンウェハ等の切断に用いられているダイサが使
用されている。しかしながら、前記ダイサによる加工時
に圧電体に割れが生じやすいため、より破壊靭性に優れ
た圧電材料が求められている。
That is, in the array type ultrasonic probe, there is a tendency that the number of piezoelectric bodies used increases as the resolution increases. When such an ultrasonic probe is brought into contact with a living body, it is necessary to reduce the width of the piezoelectric body because the diameter of the ultrasonic wave emitting surface cannot be increased. Width 10 from block-shaped PZT ceramic
A dicer used for cutting a semiconductor silicon wafer or the like is used to process a strip-shaped piezoelectric body of 0 micron or less. However, since a piezoelectric body is likely to be cracked during processing by the dicer, a piezoelectric material having more excellent fracture toughness is required.

【0009】また、前記超音波プロ−ブにおいて、圧電
体の数が増加すると結果的に圧電体1個当たりのインピ
−ダンスが高くなり、駆動回路とのインピ−ダンスマッ
チングを取ることが困難になる。このようなマッチング
性に関し誘電率の大きいPZTを用いることにより回避
が可能である。しかしながら、前記PZT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。
In addition, in the above-mentioned ultrasonic probe, when the number of piezoelectric bodies increases, the impedance per piezoelectric body becomes high, and it becomes difficult to obtain impedance matching with the drive circuit. Become. It is possible to avoid such matching by using PZT having a large dielectric constant. However, since the PZT-based ceramic has a property that the electromechanical coupling coefficient becomes small when the relative dielectric constant exceeds 3000, a new problem arises that the sensitivity is lowered.

【0010】以上、圧電体としてPZTを用いた超音波
プロ−ブはその製造工程において、圧電体の幅を100
μm以下程度に狭くすると割れが生じ易くなる。また、
前記幅の狭い矩形状の圧電体は厚さ方向の電気機械結合
係数k33´が低減する傾向が見られる。
As described above, in the ultrasonic probe using PZT as the piezoelectric body, the width of the piezoelectric body is set to 100 in the manufacturing process.
If it is narrowed down to about μm or less, cracking tends to occur. Also,
The narrow rectangular piezoelectric body tends to have a reduced electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction.

【0011】一方、V.J.TENNERYらは、J.
AM.CERAM.SOC,VOL.51,NO.1
2,pp671−673(1968)において前記PZ
Tに代わる圧電材料としてPb(Sc1/2 Nb1/2 )0
3 −PbTiO3 系磁器組成物を報告している。しかし
ながら、前記磁器組成物は焼成温度が1320〜138
5℃と極めて高いために焼成時の酸化鉛の蒸発が多く、
焼結密度が理論密度の93%以下と低い。このため、前
記磁器組成物は破壊靭性の点で十分に満足するものでは
ない。その結果、超音波プロ−ブに適用するために前記
磁器組成物のブロックから100μm以下の幅の圧電体
を切出すと、割れが生じるという問題がある。また、前
記圧電体は電気機械結合係数kp が最大でも46%程度
と小さく、PZTのそれ(kp ;60%以上)に比べて
何ら魅力のない値であり、超音波プロ−ブにおける圧電
材料として実用に供し得ないものであった。
On the other hand, V. J. Tennery et al.
AM. CERAM. SOC, VOL. 51, NO. 1
2, pp 671-673 (1968), said PZ
Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 as a piezoelectric material replacing T
It has reported a 3 -PbTiO 3-based ceramic composition. However, the porcelain composition has a firing temperature of 1320 to 138.
Since the temperature is extremely high at 5 ° C, there is much evaporation of lead oxide during firing,
The sintering density is as low as 93% or less of the theoretical density. Therefore, the porcelain composition is not sufficiently satisfactory in terms of fracture toughness. As a result, when a piezoelectric body having a width of 100 μm or less is cut out from the block of the porcelain composition for application to an ultrasonic probe, there is a problem that cracks occur. In addition, the electromechanical coupling coefficient k p of the piezoelectric body is as small as about 46% at maximum, which is a value less attractive than that of PZT (k p ; 60% or more). It could not be put to practical use as a material.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、破壊
靭性に優れ、かつ電気機械結合係数(k33´)の大きい
圧電組成物を提供しようとするものである。本発明の別
の目的は、幅が狭く、電気機械結合係数(k33´)の大
きい圧電体を有し、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。
An object of the present invention is to provide a piezoelectric composition having excellent fracture toughness and a large electromechanical coupling coefficient (k 33 ′). Another object of the present invention is to provide an ultrasonic probe which has a piezoelectric body having a narrow width and a large electromechanical coupling coefficient (k 33 ′), which can be easily matched with a transmission / reception circuit, and which can further improve sensitivity. Is what you are trying to do.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係わ
る圧電材料は、式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03
yPbTiO3 −zPbZrO3 −wPb(Me1/3
2/3 )O3 (ただし、MeはMg,Zn,Niの群か
ら選ばれる少なくとも1種の金属、x+y+z+w=
1.00を示す)で表され、x,y,zおよびwはそれ
ぞれ下記a,b,c,dの点を直線的に結んだ領域の値
(線分ab上を除く)として規定される組成物を含有
し、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3 、P
bZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそれ
ぞれ頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正三
角錐を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4 の座
標をそれぞれ(X1,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,0,
0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,0)、
(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、(X
4 ,Y4 ,Z4,W4 =0,0,0,1)で表記した
時、前記a,b,c,dの点は前記正三角錐の面上に位
置し、座標X、Y、ZおよびWで表されること特徴とす
るものである。
The piezoelectric material according to the present invention has the formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3-.
yPbTiO 3 -zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 N
b 2/3 ) O 3 (wherein Me is at least one metal selected from the group consisting of Mg, Zn and Ni, x + y + z + w =
1.00)), and x, y, z and w are defined as the values (excluding on the line segment ab) of the regions where the points a, b, c and d below are linearly connected, respectively. Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , P containing the composition
An equilateral triangular pyramid having bZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 are drawn. The coordinates of (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0, 0,
0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0, 0),
(X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0), (X
4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points a, b, c, d are located on the surface of the regular triangular pyramid, and the coordinates X, Y, It is characterized by being represented by Z and W.

【0014】 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 本発明に係わる超音波プローブは、超音波送受信面を有
する圧電体と、前記圧電体の超音波送受信面および前記
送受信面と反対側の面にそれぞれ形成される一対の電極
とを具備し、前記圧電体は、式 xPb(Sc1/2 Nb
1/2 )03 −yPbTiO3 −zPbZrO3 −wPb
(Me1/3 Nb2/3 )O3 (ただし、MeはMg,Z
n,Niの群から選ばれる少なくとも1種の金属、x+
y+z+w=1.00を示す)で表され、x,y,zお
よびwはそれぞれ下記a,b,c,dの点を直線的に結
んだ領域の値(線分ab上を除く)として規定される組
成物を含有し、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbT
iO3 、PbZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3
3 をそれぞれ頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として
有する正三角錐を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およ
びP4 の座標をそれぞれ(X1,Y1 ,Z1 ,W1
1,0,0,0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,
1,0,0)、(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,
1,0)、(X4 ,Y4 ,Z4,W4 =0,0,0,
1)で表記した時、前記a,b,c,dの点は前記正三
角錐の面上に位置し、座標X、Y、ZおよびWで表され
る圧電材料からなる。
X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 An ultrasonic probe according to the present invention is formed on a piezoelectric body having an ultrasonic wave transmitting / receiving surface, an ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the piezoelectric body, and a surface opposite to the transmitting / receiving surface. And a pair of electrodes, wherein the piezoelectric body has the formula xPb (Sc 1/2 Nb
1/2 ) 0 3 -yPbTiO 3 -zPbZrO 3 -wPb
(Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (However, Me is Mg, Z
at least one metal selected from the group of n and Ni, x +
y + z + w = 1.00), and x, y, z and w are defined as values (excluding line segment ab) of a region in which points a, b, c and d below are linearly connected, respectively. Containing Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbT
iO 3 , PbZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 )
An equilateral triangular pyramid having O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 is drawn, and the coordinates of the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 are (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 =
1,0,0,0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0,
1,0,0), (X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0,
1,0), (X 4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0,
When described in 1), the points a, b, c, and d are located on the surface of the regular triangular pyramid, and are made of a piezoelectric material represented by coordinates X, Y, Z, and W.

【0015】 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 以下、本発明に係わる圧電材料を図1〜図3を参照して
詳細に説明する。
X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 Hereinafter, the piezoelectric material according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0016】本発明の圧電材料は、式 xPb(Sc
1/2 Nb1/2 )03 −yPbTiO3−zPbZrO3
−wPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 (ただし、MeはM
g,Zn,Niの群から選ばれる少なくとも1種の金
属、x+y+z+w=1.00を示す)で表され、前記
x,y,z,wは下記a,b,c,dの点を直線的に結
んだ領域の値(線分ab上を除く)として規定される組
成物を含有する。
The piezoelectric material of the present invention has the formula xPb (Sc
1/2 Nb 1/2) 0 3 -yPbTiO 3 -zPbZrO 3
-WPb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (where Me is M
g, Zn, at least one metal selected from the group consisting of Ni and x + y + z + w = 1.00), wherein x, y, z and w are linear points at points a, b, c and d below. The composition is defined as the value of the area bounded by (except on line ab).

【0017】すなわち、図1に示すように正三角錐1は
Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3 、PbZ
rO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそれぞれ
頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として描かれ、前記正
三角錐1の前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4 の座標
はそれぞれ(X1 ,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,0,
0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,0)、
(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、(X
4 ,Y4 ,Z4 ,W4 =0,0,0,1)で表記され
る。例えば、前記頂点P1 から前記P2 、P3 およびP
4 を結ぶ正三角形の面に垂直に下ろした前記正三角錐1
の高さの中間点は、座標(X=0.5,Y=0.5/
3,Z=0.5/3,W=0.5/3)で表される。ま
た、前記正三角錐1において前記正三角形の面と平行で
前記高さの中間点を横切る正三角形の面は、座標(X=
0.5,Y+Z+W=0.5)で表される。
That is, as shown in FIG. 1, the regular triangular pyramid 1 has Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , PbZ.
rO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 are drawn as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 , respectively, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and The coordinates of P 4 are (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0, 0,
0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0, 0),
(X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0), (X
4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1). For example, from the apex P 1 to the P 2 , P 3 and P
The regular triangular pyramid 1 vertically lowered on the plane of the regular triangle connecting 4
The midpoint of the height of is the coordinate (X = 0.5, Y = 0.5 /
3, Z = 0.5 / 3, W = 0.5 / 3). Further, in the regular triangular pyramid 1, the surface of the regular triangle that is parallel to the surface of the regular triangle and crosses the midpoint of the height is coordinate (X =
0.5, Y + Z + W = 0.5).

【0018】前記領域を規定する前記a,b,c,dの
点は、前記正三角錐1の面上に位置し、かつ前記正三角
錐1の頂点P1 、P2 、P3 およびP4 の座標X、Y、
ZおよびWを用いて下記のように表される。
The points a, b, c and d which define the area are located on the surface of the regular triangular pyramid 1 and of the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 of the regular triangular pyramid 1. Coordinates X, Y,
It is expressed as follows using Z and W.

【0019】 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 換言すれば、x,y,z,wは図1に示す前記正三角錐
1の面上のa(X=0.72,Y=0.28,Z=0.00,W=0.00 )、
b(X=0.02,Y=0.98,Z=0.00,W=0.00 )、c(X=0.0
2,Y=0.28,Z=0.70,W=0.00 )およびd(X=0.02,Y=
0.20,Z=0.00,W=0.78 )の点を直線的に結んだ三角錐
2で描かれる領域の値(線分ab上を除く)として規定
される。
X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 In other words, x, y, z and w are a (X = 0.72, Y = 0.28, Z = 0.00, W = 0.00 on the surface of the regular triangular pyramid 1 shown in FIG. ),
b (X = 0.02, Y = 0.98, Z = 0.00, W = 0.00), c (X = 0.0
2, Y = 0.28, Z = 0.70, W = 0.00) and d (X = 0.02, Y =
0.20, Z = 0.00, W = 0.78) is defined as the value (excluding on the line segment ab) of the area drawn by the triangular pyramid 2 that linearly connects the points.

【0020】本発明に係わる圧電材料は、焼結体であっ
ても、単結晶であってもよい。本発明に係わる圧電材料
に含まれる組成物のx,y,zおよびwの値を規定した
理由について以下に説明する。
The piezoelectric material according to the present invention may be a sintered body or a single crystal. The reason for defining the values of x, y, z and w of the composition contained in the piezoelectric material according to the present invention will be described below.

【0021】x,y,zおよびwを図1の三角錐2で描
かれる領域における線分acの外側の値にすると、前記
組成物を含む圧電材料からなるブロックを幅100μm
以下の矩形状の圧電体に加工した際に厚さ方向の電気機
械結合係数k33´が50%以下と小さくなる。また、前
記組成物を有する圧電材料は、焼成時に酸化鉛の蒸発が
多くなるために十分な高密度化することが困難になる。
When x, y, z and w are values outside the line segment ac in the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, the block made of the piezoelectric material containing the composition is 100 μm wide.
The electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction is reduced to 50% or less when processed into the following rectangular piezoelectric body. Further, the piezoelectric material containing the composition has a large amount of lead oxide vaporized during firing, and thus it is difficult to achieve a sufficient density.

【0022】x,y,zおよびwを図1の三角錐2で描
かれる領域における線分adの外側の値にすると、前記
組成物を含む圧電材料からなるブロックを幅100μm
以下の矩形状の圧電体に加工した際に厚さ方向の電気機
械結合係数k33´が50%以下と小さくなる。また、前
記組成物を有する圧電材料は圧電体の使用上限温度を示
すキュリ−温度が150℃以下となる。
When x, y, z, and w are values outside the line segment ad in the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, a block made of a piezoelectric material containing the above composition has a width of 100 μm.
The electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction is reduced to 50% or less when processed into the following rectangular piezoelectric body. Further, the piezoelectric material having the composition has a Curie temperature of 150 ° C. or lower, which indicates the upper limit temperature of use of the piezoelectric body.

【0023】x,y,zおよびwを図1の三角錐2で描
かれる領域における線分bcの外側の値にすると、後述
するLa23 のような酸化物を加えても優れた破壊靭
性が得られない。また、前記組成物を含む圧電材料(例
えば焼結体)を幅100μm以下の矩形状の圧電体に加
工した際に厚さ方向の電気機械結合係数k33´が低下す
る。
When x, y, z, and w are values outside the line segment bc in the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, even if an oxide such as La 2 O 3 described later is added, excellent fracture is achieved. Toughness cannot be obtained. Further, when a piezoelectric material (for example, a sintered body) containing the composition is processed into a rectangular piezoelectric body having a width of 100 μm or less, the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction decreases.

【0024】x,y,zおよびwを図1の三角錐2で描
かれる領域における線分bdの外側の値にすると、前記
組成物中に低誘電率のパイロクロア相が生じ易くなる。
したがって、x,y,zおよびwを図1のa,b,cお
よびdの点を直線的に結んだ三角錐2で描かれる領域内
の値とした組成物を含有する圧電材料(例えば焼結体)
は破壊靭性に優れ、加工時における割れ発生を抑制で
き、さらに大きな電気機械結合係数(k33´)を有す
る。
When x, y, z and w are values outside the line segment bd in the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, a low dielectric constant pyrochlore phase is likely to occur in the composition.
Therefore, a piezoelectric material (for example, a piezoelectric material) containing a composition in which x, y, z, and w are values within a region drawn by a triangular pyramid 2 which linearly connects points a, b, c, and d in FIG. Union)
Has excellent fracture toughness, can suppress the occurrence of cracks during processing, and has a large electromechanical coupling coefficient (k 33 ′).

【0025】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物
は、x,y,zおよびwが図1の三角錐2で描かれる領
域内の値を有すると共に、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )0
3 、PbTiO3 、zPbZrO3 およびPb(Me
1/3 Nb2/3 )O3 をすべて含むことが好ましい。
The composition contained in the piezoelectric material according to the present invention has the values of x, y, z and w within the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, and Pb (Sc 1/2 Nb 1 / 2 ) 0
3 , PbTiO 3 , zPbZrO 3 and Pb (Me
It is preferred to include all 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .

【0026】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物
は、前記式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03 −yPb
TiO3 −zPbZrO3 −wPb(Me1/3 Nb
2/3 )O3 のx,y,z,wが下記e,f,g,h,i
およびjの点を直線的に結んだ領域の値(線分ef上を
除く)を有することが好ましい。すなわち、図2に示す
ようにPb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3
PbZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそ
れぞれ頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正
三角錐1を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4
の座標をそれぞれ(X1 ,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,
0,0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,
0)、(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、
(X4 ,Y4 ,Z4 ,W4 =0,0,0,1)で表記し
た時、前記e,f,g,h,iおよびjの点は前記正三
角錐1の面上に位置し、座標X、Y、ZおよびWで表さ
れる。
The composition contained in the piezoelectric material according to the present invention has the above formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 -yPb.
TiO 3 -zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 Nb
2/3 ) x, y, z, w of O 3 are the following e, f, g, h, i
It is preferable to have a value (excluding on the line segment ef) of a region in which the points of and j are linearly connected. That is, as shown in FIG. 2, Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 ,
A regular triangular pyramid 1 having PbZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P are drawn. Four
The coordinates of (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0,
0,0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0,
0), (X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0),
When expressed by (X 4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points e, f, g, h, i and j are located on the surface of the regular triangular pyramid 1. And are represented by coordinates X, Y, Z and W.

【0027】 X Y Z W e 0.65 0.35 0.00 0.00 f 0.55 0.45 0.00 0.00 g 0.02 0.40 0.58 0.00 h 0.02 0.50 0.48 0.00 i 0.02 0.28 0.00 0.70 j 0.02 0.38 0.00 0.60 換言すれば、x,y,z,wは図2に示す前記正三角錐
1の面上のe(X=0.65,Y=0.35,Z=0.00,W=0.00 )、
f(X=0.55,Y=0.45,Z=0.00,W=0.00 )、g(X=0.0
2,Y=0.40,Z=0.58,W=0.00 )、h(X=0.02,Y=0.50,
Z=0.48,W=0.00 )、i(X=0.02,Y=0.28,Z=0.00,W
=0.70 )およびj(X=0.02,Y=0.38,Z=0.00,W=0.60
)の点を直線的に結んだ三角柱3で描かれる領域の値
(線分ef上を除く)として規定される。
X Y Z W e 0.65 0.35 0.00 0.00 f 0.55 0.45 0.00 0.00 g 0.02 0.40 0.58 0.00 h 0.02 0.50 0.48 0.00 i 0.02 0.28 0.00 0.70 j 0.02 0.38 0.00 0.60 In other words, x, y, z and w are shown in FIG. E on the surface of the regular triangular pyramid 1 (X = 0.65, Y = 0.35, Z = 0.00, W = 0.00),
f (X = 0.55, Y = 0.45, Z = 0.00, W = 0.00), g (X = 0.0
2, Y = 0.40, Z = 0.58, W = 0.00), h (X = 0.02, Y = 0.50,
Z = 0.48, W = 0.00), i (X = 0.02, Y = 0.28, Z = 0.00, W
= 0.70) and j (X = 0.02, Y = 0.38, Z = 0.00, W = 0.60
) Is defined as a value (excluding on the line segment ef) of a region drawn by the triangular prism 3 in which the points are linearly connected.

【0028】このようなx,y,zおよびwを図2で示
されるe,f,g,h,iおよびjの点を直線的に結ん
だ三角柱3で描かれる領域の値(線分ef上を除く)と
した組成物を含有する圧電材料は、より一層大きな電気
機械結合係数(k33´)を有する。
The value of a region (line segment ef) drawn by a triangular prism 3 which linearly connects the points e, f, g, h, i, and j shown in FIG. Piezoelectric materials containing the above mentioned compositions have a much higher electromechanical coupling coefficient (k 33 ′).

【0029】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物
は、前記式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03 −yPb
TiO3 −zPbZrO3 −wPb(Me1/3 Nb
2/3 )O3 のx,y,z,wが下記g,h,i,j,
k,l,mおよびnの点を直線的に結んだ領域の値を有
することがさらに好ましい。すなわち、図3に示すよう
に(Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3 、P
bZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそれ
ぞれ頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正三
角錐1を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4
座標をそれぞれ(X1,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,
0,0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,
0)、(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、
(X4 ,Y4 ,Z4,W4 =0,0,0,1)で表記し
た時、前記g,h,i,j,k,l,mおよびnの点は
前記正三角錐1の面上に位置し、座標X、Y、Zおよび
Wで表される。
The composition contained in the piezoelectric material according to the present invention has the above formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 -yPb.
TiO 3 -zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 Nb
2/3 ) x, y, z, w of O 3 are the following g, h, i, j,
It is more preferable to have the value of the area | region which connected the point of k, l, m, and n linearly. That is, as shown in FIG. 3, (Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , Pb
An equilateral triangular pyramid 1 having bZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 , respectively, is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P are drawn. The four coordinates are (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0,
0,0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0,
0), (X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0),
When expressed by (X 4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points g, h, i, j, k, l, m and n are the same as those of the regular triangular pyramid 1. It is located on the plane and is represented by the coordinates X, Y, Z and W.

【0030】 X Y Z W g 0.02 0.40 0.58 0.00 h 0.02 0.50 0.48 0.00 i 0.02 0.28 0.00 0.70 j 0.02 0.38 0.00 0.60 k 0.64 0.35 0.01 0.00 l 0.54 0.45 0.01 0.00 m 0.64 0.35 0.00 0.01 n 0.54 0.45 0.00 0.01 換言すれば、x,y,z,wは図3に示す前記正三角錐
1の面上のg(X=0.02,Y=0.40,Z=0.58,W=0.00 )、
h(X=0.02,Y=0.50,Z=0.48,W=0.00 )、i(X=0.0
2,Y=0.28,Z=0.00,W=0.70 )、j(X=0.02,Y=0.38,
Z=0.00,W=0.60 )、k(X=0.64,Y=0.35,Z=0.01,W
=0.00 )、l(X=0.54,Y=0.45,Z=0.01,W=0.00 )、
m(X=0.64,Y=0.35,Z=0.00,W=0.01 )およびn(X
=0.54,Y=0.45,Z=0.00,W=0.01 )の点を直線的に結ん
だ略三角柱4で描かれる領域の値として規定される。前
記領域は、前述した図2に示すe,f,g,h,iおよ
びjの点を直線的に結んだ領域内より狭い範囲に存在さ
れる。
X Y Z W g 0.02 0.40 0.58 0.00 h 0.02 0.50 0.48 0.00 i 0.02 0.28 0.00 0.70 j 0.02 0.38 0.00 0.60 k 0.64 0.35 0.01 0.00 l 0.54 0.45 0.01 0.00 m 0.64 0.35 0.00 0.01 n 0 .54 0.45 0.00 0.01 In other words, x, y, z, and w are g (X = 0.02, Y = 0.40, Z = 0.58, W on the surface of the regular triangular pyramid 1 shown in FIG. = 0.00),
h (X = 0.02, Y = 0.50, Z = 0.48, W = 0.00), i (X = 0.0
2, Y = 0.28, Z = 0.00, W = 0.70), j (X = 0.02, Y = 0.38,
Z = 0.00, W = 0.60), k (X = 0.64, Y = 0.35, Z = 0.01, W
= 0.00), l (X = 0.54, Y = 0.45, Z = 0.01, W = 0.00),
m (X = 0.64, Y = 0.35, Z = 0.00, W = 0.01) and n (X
= 0.54, Y = 0.45, Z = 0.00, W = 0.01) is defined as the value of the area drawn by the substantially triangular prism 4 which connects the points linearly. The region is present in a narrower range than the region in which the points e, f, g, h, i and j shown in FIG. 2 are linearly connected.

【0031】このようなx,y,zおよびwを図3で示
される略三角柱4で描かれる領域内の値とした組成物を
含有する圧電材料は、より一層大きな電気機械結合係数
(k33´)を有し、さらに焼結温度が低減されるために
再現性が向上できる。また、前記組成物の中で最も高価
な酸化スカンジウムの量を低減できるために低コスト化
を実現できる。また、x,y,zおよびwを図3の略三
角柱4で描かれる領域内の値とした組成物の中でx、y
およびwの組成からなる組成物を含む圧電材料は誘電率
がより向上されるため、前記圧電材料からなる圧電体を
備えた超音波プローブと駆動回路とのインピ−ダンスの
マッチング性を容易にできる。
A piezoelectric material containing a composition in which x, y, z and w have values in the region drawn by the substantially triangular prism 4 shown in FIG. 3 has a much higher electromechanical coupling coefficient (k 33). ′) And the sintering temperature is further reduced, so that reproducibility can be improved. In addition, since the amount of scandium oxide, which is the most expensive in the composition, can be reduced, cost reduction can be realized. In addition, in the composition where x, y, z and w are values in the region drawn by the substantially triangular prism 4 in FIG. 3, x, y
The dielectric constant of the piezoelectric material including the composition of the composition of w and w is further improved, so that the impedance matching between the ultrasonic probe provided with the piezoelectric material of the piezoelectric material and the drive circuit can be facilitated. .

【0032】前記Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 −Pb
TiO3 −PbZrO3 −Pb(Me1/3 Nb2/3 )O
3 (ただし、MeはMg、ZnおよびNiから選ばれる
少なくとも1種)で表される組成物は、その組成が化学
両論比から多少ずれていてもよい。前記Meは、1種類
のみならず2種類以上の組み合わせでもよい。
The above Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 -Pb
TiO 3 -PbZrO 3 -Pb (Me 1/3 Nb 2/3) O
The composition of 3 (however, Me is at least one selected from Mg, Zn and Ni) may be slightly deviated from the stoichiometric ratio. The Me may be not only one kind but also a combination of two or more kinds.

【0033】本発明に係わる圧電材料は、前記式で表さ
れ、そのx,y,w,およびwが図1の三角錐2で描か
れる領域内の値(線分ab上を含む)を有する前記組成
物において、そのPbの一部がBa,Sr,Caの群か
ら選ばれる少なくとも1種の元素で置換されることを許
容する。このような金属によるPbの置換によって得ら
れる組成物を含む圧電材料は、高い誘電率を有する。し
かしながら、前記金属の置換量が多すぎるとキュリ−温
度が低下する傾向があるため、前記置換量は25モル%
以下とすることが好ましい。より好ましい前記金属の置
換量は、10モル%以下である。
The piezoelectric material according to the present invention is represented by the above formula, and x, y, w, and w have values (including on the line segment ab) within the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. In the composition, a part of Pb is allowed to be replaced with at least one element selected from the group of Ba, Sr and Ca. The piezoelectric material containing the composition obtained by substituting Pb with such a metal has a high dielectric constant. However, if the amount of substitution of the metal is too large, the Curie temperature tends to decrease, so the amount of substitution is 25 mol%.
The following is preferable. A more preferable substitution amount of the metal is 10 mol% or less.

【0034】前記Pbの一部が前記元素で置換される組
成物は、x,y,zおよびwが図1の三角錐2で描かれ
る領域内の値を有すると共に、Pb(Sc1/2 Nb
1/2 )03 とPbTiO3 とzPbZrO3 およびPb
(Me1/3 Nb2/3 )O3 から選ばれる少なくとも1種
の成分を含むことが好ましい。
The composition in which a part of Pb is replaced with the above-mentioned element has x, y, z and w having values in the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. 1 and Pb (Sc 1/2 Nb
1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , zPbZrO 3 and Pb
It is preferable to contain at least one component selected from (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .

【0035】本発明に係わる圧電材料は、前記式で表さ
れ、そのx,y,w,およびwが図1の三角錐2で描か
れる領域内の値(線分ab上を含む)を有する組成物に
0.001〜3モル%のLa23 、Nb25 、Ta
25 、WO3 、MnOおよびCoOの群から選ばれる
少なくとも1種の酸化物がさらに含有されることを許容
する。このような酸化物を含有することによって、圧電
材料の破壊靭性が向上できる。また、前記圧電材料から
なるブロックから矩形状に加工することにより、厚さ方
向の電気機械結合係数k33´が50%を越える大きな値
を有する圧電体を得ることができる。
The piezoelectric material according to the present invention is represented by the above formula, and x, y, w, and w have values (including on the line segment ab) within the region drawn by the triangular pyramid 2 in FIG. composition 0.001 mol% of La 2 0 3, Nb 2 O 5, Ta
It is allowed to further contain at least one oxide selected from the group of 2 O 5 , WO 3 , MnO and CoO. By containing such an oxide, the fracture toughness of the piezoelectric material can be improved. Further, by processing the block made of the piezoelectric material into a rectangular shape, a piezoelectric body having a large electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction exceeding 50% can be obtained.

【0036】前記酸化物の含有量を規定したのは次のよ
うな理由によるものである。前記酸化物の含有量を0.
001モル%未満にすると、破壊靭性及び電気機械結合
係数の向上を図ることが困難になる。一方、前記酸化物
の含有量が3モル%を越えると焼成温度が高くなって密
度の高い圧電体を得ることが困難になる。また、電気機
械結合係数もかえって低下する。より好ましい前記酸化
物の含有量は、0.1〜2モル%の範囲である。
The content of the oxide is defined for the following reason. When the content of the oxide is 0.
If it is less than 001 mol%, it becomes difficult to improve the fracture toughness and the electromechanical coupling coefficient. On the other hand, when the content of the oxide exceeds 3 mol%, the firing temperature becomes high and it becomes difficult to obtain a piezoelectric body having a high density. Further, the electromechanical coupling coefficient is rather lowered. The more preferable content of the oxide is in the range of 0.1 to 2 mol%.

【0037】前記酸化物が添加される前記組成物は、
x,y,zおよびwが図1の三角錐2で描かれる領域内
の値を有すると共に、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03
PbTiO3 とzPbZrO3 およびPb(Me1/3
2/3 )O3 から選ばれる少なくとも1種の成分を含む
ことが好ましい。
The composition to which the oxide is added is
x, y, z and w have values in the region depicted by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, and Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 and zPbZrO 3 and Pb (Me 1 / 3 N
It preferably contains at least one component selected from b 2/3 ) O 3 .

【0038】本発明に係わる圧電材料は、前記酸化物以
外の添加物、置換物、不純物等を本発明の効果を損なわ
ない範囲で含有することを許容する。具体的には、Nd
23 ,Sm23 等のランタニド元素、MoO6 ,V
25 等の添加物、Pb(B1,B2)O3 (ここでB
1はMg,Zn,Ni、Fe、B2はTa,Wである)
等の複合ペロブスカイト化合物を数モル%含有してもよ
い。前記添加物は、その他の化合物の形態、例えばPb
Nb26 ,PbTa26 ,Pb(Mn1/3Nb
2/3 )O3 などの形態で加えられてもよい。このような
添加物を用いることにより圧電材料の焼成温度を低下さ
せることができる。また、Bi23 、K2O,Sb2
3 ,Cr23 、HfO2 等の不純物が0.1モル%
以下含有されてもよい。
The piezoelectric material according to the present invention is permitted to contain additives, substitutes, impurities, etc. other than the above oxides within a range that does not impair the effects of the present invention. Specifically, Nd
Lanthanide elements such as 2 O 3 , Sm 2 O 3 , MoO 6 , V
Additives such as 2 O 5 and Pb (B1, B2) O 3 (where B
1 is Mg, Zn, Ni, Fe, B2 is Ta, W)
You may contain several mol% of composite perovskite compounds, such as. The additives may be in the form of other compounds such as Pb.
Nb 2 O 6 , PbTa 2 O 6 , Pb (Mn 1/3 Nb
2/3 ) O 3 or the like. By using such an additive, the firing temperature of the piezoelectric material can be lowered. In addition, Bi 2 O 3 , K 2 O, Sb 2
Impurities such as O 3 , Cr 2 O 3 and HfO 2 are 0.1 mol%
The following may be contained.

【0039】次に、本発明の圧電材料の製造方法につい
て説明する。まず、Sc,Nbの酸化物または焼成によ
り酸化物になる炭酸塩、蓚酸塩、水酸化物、有機化合物
等を概略等モル秤量し、充分混合、粉砕して1100〜
1300℃で仮焼する。つづいて、得られた仮焼物を粉
砕し、この仮焼粉末とPb,Ti,Zr,Mg,Ni,
Zn,La,Nb,Ta,W,Ba,Sr,Ca,M
n,Co等の酸化物または焼成により酸化物になる炭酸
塩、蓚酸塩、水酸化物、有機化合物等の所定量とを充分
に混合、粉砕した後、700〜900℃で仮焼する。こ
の際、PbNb26 、PbTa26 , Pb(Mn
1/3 Nb2/3 )O3等の酸化物を混合してもよい。この
ような酸化物を加えることにより、後述する焼成工程を
低温で行うことが可能になる。
Next, a method of manufacturing the piezoelectric material of the present invention will be described. First, oxides of Sc, Nb or carbonates, oxalates, hydroxides, organic compounds, etc. which become oxides upon firing are weighed in approximately equimolar amounts, sufficiently mixed and pulverized to form 1100-110.
Calcination at 1300 ° C. Subsequently, the obtained calcined product was crushed, and the calcined powder and Pb, Ti, Zr, Mg, Ni,
Zn, La, Nb, Ta, W, Ba, Sr, Ca, M
An oxide of n, Co or the like, or a predetermined amount of a carbonate, an oxalate, a hydroxide, an organic compound or the like which becomes an oxide upon firing is sufficiently mixed and pulverized, and then calcined at 700 to 900 ° C. At this time, PbNb 2 O 6 , PbTa 2 O 6 , Pb (Mn
An oxide such as 1/3 Nb 2/3 ) O 3 may be mixed. By adding such an oxide, it becomes possible to perform the firing step described later at a low temperature.

【0040】前記仮焼物の生成は、Sc,Nb,Pb,
Ti,Zr,Mg,Zn,Ni,La,Ta,W,B
a,Sr,Ca,Mn,Co等の酸化物または焼成によ
り酸化物になる炭酸塩、蓚酸塩、水酸化物、有機化合物
等の所定量を一度に混合、粉砕した後、仮焼を行っても
よい。
The production of the calcined product is performed by using Sc, Nb, Pb,
Ti, Zr, Mg, Zn, Ni, La, Ta, W, B
a, Sr, Ca, Mn, Co and other oxides, or carbonates, oxalates, hydroxides, organic compounds, etc., which are converted into oxides by firing, are mixed in a predetermined amount at a time, pulverized, and then calcined. Good.

【0041】次いで、得られた仮焼物を粉砕して適当な
バインダ、溶剤と混合、造粒し、所定の形状に成形して
脱バインダした後、焼成することにより本発明の圧電材
料(焼結体)が製造される。
Then, the obtained calcined product is pulverized, mixed with an appropriate binder and solvent, granulated, molded into a predetermined shape to remove the binder, and then fired to obtain the piezoelectric material (sintered) of the present invention. Body) is manufactured.

【0042】以上の方法において、温度1200〜13
00℃の焼成条件で理論密度が95%以上の緻密な焼成
体を得ることができる。さらにホットプレスやHIPを
採用することにより得られた焼結体の密度が向上され
る。このような焼結体を所望の形状に加工し、得られた
圧電体に電極を形成し、20〜200℃の温度で1〜3
kV/mmの電界を印加して分極を行なうことにより圧
電振動子を作製することができる。
In the above method, the temperature is 1200 to 13
A dense fired body having a theoretical density of 95% or more can be obtained under the firing conditions of 00 ° C. Furthermore, the density of the sintered body obtained by adopting hot pressing or HIP is improved. Such a sintered body is processed into a desired shape, an electrode is formed on the obtained piezoelectric body, and the piezoelectric body is formed at a temperature of 20 to 200 ° C. for 1 to 3 times.
A piezoelectric vibrator can be manufactured by applying an electric field of kV / mm to perform polarization.

【0043】前述した圧電材料の製造方法においては、
通常の固相方法を採用したが、粉体の調製に化学的合成
方法であるゾル−ゲル法、共沈法、水熱合成法,アルコ
キシド法またはスパッタ装置、CVD装置を用いる薄膜
法等を用いてもよい。
In the above-mentioned method for manufacturing a piezoelectric material,
Although the usual solid phase method was adopted, a chemical synthesis method such as a sol-gel method, a coprecipitation method, a hydrothermal synthesis method, an alkoxide method or a sputtering apparatus, and a thin film method using a CVD apparatus was used for the preparation of the powder. May be.

【0044】本発明に係わる単結晶化された圧電材料を
製造するための方法を以下に説明する。まず、前述した
磁器(焼結体)と同様な方法で仮焼粉体を作製する。つ
づいて、この仮焼粉体にフラックスとなる酸化鉛(Pb
O)や酸化ボロン(B23 )を所望の比率で混合した
後、白金るつぼに充填する。ひきつづき、前記白金るつ
ぼ内の混合物を1000〜1300℃まで昇温させ、数
時間保持後に1〜10℃/時間で850℃まで冷却す
る。その後、前記るつぼ内の溶融混合物を室温まで冷却
し、硝酸水溶液で煮沸することにより単結晶(圧電材
料)を取り出す。
A method for producing the single crystallized piezoelectric material according to the present invention will be described below. First, a calcined powder is produced by the same method as the above-mentioned porcelain (sintered body). Next, lead oxide (Pb
O) and boron oxide (B 2 O 3 ) are mixed in a desired ratio and then filled in a platinum crucible. Subsequently, the mixture in the platinum crucible is heated to 1000 to 1300 ° C., held for several hours, and then cooled to 850 ° C. at 1 to 10 ° C./hour. Then, the molten mixture in the crucible is cooled to room temperature and boiled with an aqueous nitric acid solution to take out a single crystal (piezoelectric material).

【0045】このような方法により得られた単結晶をラ
ウエX線装置を用いて方位を定めて所望の形状に加工
し、得られた圧電体に電極を形成し、前述した焼結体の
場合と同様に分極して振動子を作製する。
In the case of the above-mentioned sintered body, the single crystal obtained by such a method is processed into a desired shape with the orientation determined by using a Laue X-ray device, and electrodes are formed on the obtained piezoelectric body. Polarize in the same manner as above to produce a vibrator.

【0046】前記単結晶作製方法は、フラックス法の他
のキロプ−ラス法、チョクラルスキイ法、ブリッジマン
法、水熱育成法、薄膜法などを採用することができる。
以下、本発明に係わる超音波プローブを図4を参照して
詳細に説明する。
As the method for producing the single crystal, other than the flux method, the Kyroplas method, the Czochralski method, the Bridgman method, the hydrothermal growth method, the thin film method and the like can be adopted.
Hereinafter, the ultrasonic probe according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0047】圧電材料からなる複数の圧電体11は、バ
ッキング材12上に互いに分離して接着されている。前
記各々の圧電体11は図の矢印A方向に振動する。第1
電極13は、前記各々の圧電体11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14は、
前記各々の圧電体11の前記送受信面と反対側の面に前
記第1電極13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体11、前記第1、第2の電
極13、14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15は、前記各々の第1電極3を含む前
記各圧電体1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16は、前記各音響マッチング層15の
全体に亘って形成されている。フレキシブル印刷配線板
18は、前記各々の第1電極13に接続されている。ア
ース電極板17は、前記各々の第2電極4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)は前記フレキシブル印刷配線板18および
アース電極板17にそれぞれ接続される。
A plurality of piezoelectric bodies 11 made of a piezoelectric material are separated from each other and adhered to the backing material 12. Each of the piezoelectric bodies 11 vibrates in the direction of arrow A in the figure. First
The electrodes 13 are formed from the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of each piezoelectric body 11 to the side surface thereof and a part of the surface opposite to the transmitting / receiving surface. The second electrode 14 is
The piezoelectric body 11 is formed on a surface of the piezoelectric body 11 opposite to the transmitting / receiving surface with a desired distance from the first electrode 13. The piezoelectric body 11 and the first and second electrodes 13 and 14 as described above constitute an ultrasonic transmitting / receiving element. The acoustic matching layer 15 is formed on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of each piezoelectric body 1 including each of the first electrodes 3. The acoustic lens 16 is formed over the entire acoustic matching layer 15. The flexible printed wiring board 18 is connected to each of the first electrodes 13. The ground electrode plate 17 is connected to each of the second electrodes 4 by, for example, soldering. A plurality of conductors (cables) not shown are connected to the flexible printed wiring board 18 and the ground electrode board 17, respectively.

【0048】このような図4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。まず、
圧電材料、例えば平板状焼結体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残す。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、これらをバッキング材12上に
接着する。ひきつづき、ブレードを用いて前記音響マッ
チング層から前記単結晶片に亘って複数回切断すること
により前記バッキング材12上に第1、第2電極13、
14を有する互いに分離された複数の圧電体11と前記
各圧電体11上にそれぞれ配置された複数の音響マッチ
ング層15が形成される。次いで、前記音響マッチング
層15に音響レンズ16を形成した後、フレキシブル印
刷配線板18を前記第1電極3にそれぞれ接続し、前記
第2電極14にアース電極板17を例えばはんだ付けに
より接続し、さらに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18およびアース電極板
17にそれぞれ接続することにより超音波プローブを作
製する。
The ultrasonic probe having the structure shown in FIG. 4 is manufactured by the following method, for example. First,
A conductive film is vapor-deposited on a piezoelectric material, for example, a flat plate-shaped sintered body by a sputtering method, and a conductive film is left on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface and the surface opposite to the transmitting / receiving surface by a selective etching technique. Subsequently, an acoustic matching layer is formed on the surface of the single crystal piece that serves as the ultrasonic wave transmitting / receiving surface, and these are bonded onto the backing material 12. Continuing, first and second electrodes 13 are formed on the backing material 12 by cutting a plurality of times from the acoustic matching layer to the single crystal piece using a blade.
A plurality of piezoelectric bodies 11 having 14 are separated from each other, and a plurality of acoustic matching layers 15 arranged on the respective piezoelectric bodies 11 are formed. Next, after forming the acoustic lens 16 on the acoustic matching layer 15, the flexible printed wiring board 18 is connected to the first electrode 3 respectively, and the ground electrode plate 17 is connected to the second electrode 14 by, for example, soldering, Furthermore, multiple conductors (cables) not shown
Is connected to the flexible printed wiring board 18 and the ground electrode board 17 to produce an ultrasonic probe.

【0049】前記圧電体11は、式 xPb(Sc1/2
Nb1/2 )03 −yPbTiO3 −zPbZrO3 −w
Pb(Me1/3 Nb2/3 )O3 (ただし、MeはMg,
Zn,Niの群から選ばれる少なくとも1種の金属、x
+y+z+w=1.00を示す)で表され、前記x,
y,z,wがそれぞれ下記a,b,cおよびdの点を直
線的に結んだ前述した図1に示す三角錐2で描かれる領
域の値(線分ab上を除く)として規定される組成物を
含む圧電材料からなる。すなわち、前述した図1に示す
ようにPb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3
PbZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそ
れぞれ頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正
三角錐1を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4
の座標をそれぞれ(X1 ,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,
0,0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,
0)、(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、
(X4,Y4 ,Z4 ,W4 =0,0,0,1)で表記し
た時、前記a,b,c,dの点は前記正三角錐1の面上
に位置し、座標X、Y、ZおよびWで表される。
The piezoelectric body 11 has the formula xPb (Sc 1/2
Nb 1/2) 0 3 -yPbTiO 3 -zPbZrO 3 -w
Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (where Me is Mg,
At least one metal selected from the group of Zn and Ni, x
+ Y + z + w = 1.00), and x,
y, z, and w are defined as the values (excluding on the line segment ab) of the area drawn by the above-mentioned triangular pyramid 2 shown in FIG. 1 in which the points a, b, c, and d below are linearly connected. It consists of a piezoelectric material containing a composition. That is, as shown in FIG. 1 described above, Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 ,
A regular triangular pyramid 1 having PbZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P are drawn. Four
The coordinates of (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0,
0,0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0,
0), (X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0),
When expressed by (X 4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points a, b, c and d are located on the surface of the regular triangular pyramid 1 and have coordinates X. , Y, Z and W.

【0050】 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物は、x,y,
zおよびwが図1の三角錐2で描かれる領域内の値を有
すると共に、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTi
3 、zPbZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3
3 をすべて含むことが好ましい。
X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78 The composition contained in the piezoelectric material according to the present invention is x, y,
z and w have values within the region depicted by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, and Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTi
O 3 , zPbZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 )
It is preferable to include all O 3 .

【0051】前記圧電体11は、前記式で表され、x,
y,zおよびwがそれぞれ前述した図2に示す正三角錐
1の面上のe(X=0.65,Y=0.35,z=0.00,W=0.00 )、
f(X=0.55,Y=0.45,Z=0.00,W=0.00 )、g(X=0.0
2,Y=0.40,Z=0.58,W=0.00)、h(X=0.02,Y=0.50,
Z=0.48,W=0.00 )、i(X=0.02,Y=0.28,Z=0.00,W
=0.70 )およびj(X=0.02,Y=0.38,Z=0.00,W=0.60
)の点を直線的に結んだ三角柱3で描かれる領域内の
値(線分efは除く)として規定される組成物を含む圧
電材料から形成されることがより好ましい。
The piezoelectric body 11 is represented by the above formula, and x,
y, z and w are e (X = 0.65, Y = 0.35, z = 0.00, W = 0.00) on the surface of the regular triangular pyramid 1 shown in FIG. 2, respectively,
f (X = 0.55, Y = 0.45, Z = 0.00, W = 0.00), g (X = 0.0
2, Y = 0.40, Z = 0.58, W = 0.00), h (X = 0.02, Y = 0.50,
Z = 0.48, W = 0.00), i (X = 0.02, Y = 0.28, Z = 0.00, W
= 0.70) and j (X = 0.02, Y = 0.38, Z = 0.00, W = 0.60
More preferably, it is formed of a piezoelectric material containing a composition defined as a value (excluding a line segment ef) within a region drawn by a triangular prism 3 in which points (3) are linearly connected.

【0052】前記圧電体11は、前記式で表され、x,
y,z,wがそれぞれ前述した図3に示す正三角錐1の
面上のg(X=0.02,Y=0.40,Z=0.58,W=0.00 )、h
(X=0.02,Y=0.50,Z=0.48,W=0.00 )、i(X=0.02,
Y=0.28,Z=0.00,W=0.70 )、j(X=0.02,Y=0.38,Z
=0.00,W=0.60 )、k(X=0.64,Y=0.35,Z=0.01,W=
0.00 )、l(X=0.54,Y=0.45,Z=0.01,W=0.00 )、
m(X=0.64,Y=0.35,Z=0.00,W=0.01 )およびn(X
=0.54,Y=0.45,z=0.00,w=0.01 )の点を直線的に結ん
だ略三角柱4で描かれる領域内の値として規定される組
成物を含む圧電材料から形成されることがさらに好まし
い。
The piezoelectric body 11 is represented by the above formula, and x,
y, z, and w are g (X = 0.02, Y = 0.40, Z = 0.58, W = 0.00) and h on the surface of the regular triangular pyramid 1 shown in FIG. 3, respectively.
(X = 0.02, Y = 0.50, Z = 0.48, W = 0.00), i (X = 0.02,
Y = 0.28, Z = 0.00, W = 0.70), j (X = 0.02, Y = 0.38, Z
= 0.00, W = 0.60), k (X = 0.64, Y = 0.35, Z = 0.01, W =
0.00), l (X = 0.54, Y = 0.45, Z = 0.01, W = 0.00),
m (X = 0.64, Y = 0.35, Z = 0.00, W = 0.01) and n (X
= 0.54, Y = 0.45, z = 0.00, w = 0.01) is further formed from a piezoelectric material containing a composition defined as a value within a region drawn by a substantially triangular prism 4 in which points are linearly connected. preferable.

【0053】前記圧電体11は、前記式のPbの一部が
Ba,Sr,Caの群から選ばれる少なくとも1種の元
素で置換され、そのx,y,w,およびwが前述し特定
の値を有する組成物を含む圧電材料から形成されること
を許容する。前記元素の置換量は、前記圧電材料で述べ
たのと同様な理由により25モル%以下にすることが好
ましい。
In the piezoelectric body 11, part of Pb in the above formula is replaced with at least one element selected from the group consisting of Ba, Sr, and Ca, and x, y, w, and w thereof are as described above. Allowed to be formed from a piezoelectric material that includes a composition having a value. The substitution amount of the element is preferably 25 mol% or less for the same reason as described for the piezoelectric material.

【0054】前記Pbの一部が前記元素で置換される組
成物は、x,y,zおよびwが図1の三角錐2で描かれ
る領域内の値を有すると共に、Pb(Sc1/2 Nb
1/2 )03 とPbTiO3 とzPbZrO3 およびPb
(Me1/3 Nb2/3 )O3 から選ばれる少なくとも1種
の成分を含むことが好ましい。
The composition in which a part of Pb is replaced by the element has x, y, z and w having the values within the region depicted by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, and Pb (Sc 1/2 Nb
1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , zPbZrO 3 and Pb
It is preferable to contain at least one component selected from (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .

【0055】前記圧電体11は、前記組成物(ただし、
図1中の線分abを含む)に0.001〜3モル%のL
23 、Nb25 、Ta25 、WO3 、MnOお
よびCoOの群から選ばれる少なくとも1種の酸化物が
さらに含有される圧電材料から形成されることを許容す
る。前記酸化物の含有量を規定したのは、前記圧電材料
で述べたのと同様な理由による。
The piezoelectric body 11 is composed of the composition (provided that
(Including line segment ab in FIG. 1) 0.001 to 3 mol% L
a 2 0 3, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5, WO 3, allows at least one oxide is formed from a further piezoelectric material contained selected from the group consisting of MnO and CoO. The content of the oxide is defined for the same reason as described for the piezoelectric material.

【0056】前記酸化物が添加される前記組成物は、
x,y,zおよびwが図1の三角錐2で描かれる領域内
の値を有すると共に、Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03
PbTiO3 とzPbZrO3 およびPb(Me1/3
2/3 )O3 から選ばれる少なくとも1種の成分を含む
ことが好ましい。
The composition to which the oxide is added is
x, y, z and w have values in the region depicted by the triangular pyramid 2 in FIG. 1, and Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 and zPbZrO 3 and Pb (Me 1 / 3 N
It preferably contains at least one component selected from b 2/3 ) O 3 .

【0057】前記圧電体11は、幅が100μm以下で
あることが好ましい。前記第1、第2電極13、14
は、例えばTi/Au、Ni/AuまたはCr/Auの
二層金属膜から形成される。
The width of the piezoelectric body 11 is preferably 100 μm or less. The first and second electrodes 13, 14
Is formed of, for example, a bilayer metal film of Ti / Au, Ni / Au or Cr / Au.

【0058】本発明に係わる超音波プローブによれば、
式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03 −yPbTiO3
−zPbZrO3 −wPb(Me1/3 Nb2/3 )O3
(ただし、MeはMg,Zn,Niの群から選ばれる少
なくとも1種の金属、x+y+z+w=1.00を示
す)で表され、前記x,y,z,wがそれぞれ前述した
図1に示す正三角錐1の面上のa,b,cおよびdの点
を直線的に結んだ三角錐2で描かれる領域の値(線分a
b上を除く)として規定される組成物を含む圧電材料か
らなる圧電体を備えている。このような組成物を有する
前記圧電材料は、破壊靭性に優れ、かつ大きな電気機械
結合係数(k33´)を有する。したがって、前記圧電材
料からなる圧電体を備えた超音波プローブは長期間の使
用においてもクラック発生を防止できるため、長寿命化
を達成することができる。
According to the ultrasonic probe of the present invention,
Formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2) 0 3 -yPbTiO 3
-ZPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3
(However, Me represents at least one kind of metal selected from the group of Mg, Zn, and Ni, x + y + z + w = 1.00), and each of x, y, z, and w is represented by the above-mentioned positive and negative values shown in FIG. The value of the area drawn by the triangular pyramid 2 that linearly connects the points a, b, c, and d on the surface of the pyramid 1 (the line segment a
a piezoelectric body made of a piezoelectric material containing a composition defined as (excluding b)). The piezoelectric material having such a composition is excellent in fracture toughness and has a large electromechanical coupling coefficient (k 33 ′). Therefore, since the ultrasonic probe provided with the piezoelectric body made of the piezoelectric material can prevent the generation of cracks even during long-term use, it is possible to achieve a long life.

【0059】また、前記圧電材料(例えば焼結体)をダ
イサにより短冊状に切断する際に割れが発生するのを抑
制でき、100μm以下の微細な幅の圧電体を形成する
ことができる。したがって、前記圧電体をアレイ状に複
数配列して組み込んでも超音波放射面の口径の小さい超
音波プローブを実現できる。このような超音波プローブ
は、生体の微細な箇所に超音波を放射できると共にその
生体の箇所を高分解能で診断することができる。
Further, it is possible to suppress the occurrence of cracks when the piezoelectric material (for example, a sintered body) is cut into strips by a dicer, and it is possible to form a piezoelectric body having a fine width of 100 μm or less. Therefore, even if a plurality of the piezoelectric bodies are arranged in an array and incorporated, an ultrasonic probe having a small ultrasonic emission surface can be realized. Such an ultrasonic probe can radiate ultrasonic waves to a minute portion of a living body and can diagnose that portion of the living body with high resolution.

【0060】さらに、前記圧電体は優れた強靭性と有す
るため、前記圧電体に高電圧をクラック等を生じること
なく印加することができる。その結果、前記圧電体の大
きな電気機械結合係数(k33´)との相互作用により極
めて衝撃力の強い超音波を放射する超音波プローブを実
現できる。このような超音波プローブは、結石破砕装に
有効に利用できる。
Further, since the piezoelectric body has excellent toughness, a high voltage can be applied to the piezoelectric body without causing cracks or the like. As a result, it is possible to realize an ultrasonic probe that emits an ultrasonic wave having an extremely strong impact due to the interaction with the large electromechanical coupling coefficient (k 33 ′) of the piezoelectric body. Such an ultrasonic probe can be effectively used for calculus breaking equipment.

【0061】[0061]

【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1〜47 まず、0.7リットルのポリエチレンポット中で直径5
mmのジルコニアボ−ルと純水を用いて、純度が99.
9%以上のSc23 とNb25 とを等モル粉砕、混
合した後、乾燥し、さらに1200℃で4時間仮焼し
た。得られた仮焼物を前記ポット中で再び粉砕しサブミ
クロンのScNbO4 粉末を調製した。
The preferred embodiments of the present invention will be described in detail below. Examples 1 to 47 First, a diameter of 5
Using a zirconia ball of mm and pure water, the purity is 99.
Equimolar crushed more than 9% of the Sc 2 0 3 and Nb 2 O 5, were mixed, dried, and 4 hours and calcined at further 1200 ° C.. The obtained calcined product was ground again in the pot to prepare submicron ScNbO 4 powder.

【0062】同様に純度が99.9%以上のMgO,Z
nO,NiOとNb25 とを等モルを計量し、0.7
リットルのポリエチレンポットに入れ、直径5mmのジ
ルコニアボ−ルと純水を用いて粉砕、混合した後、乾燥
し、さらに1150℃で4時間仮焼した。得られた仮焼
物を前記ポット中で再び粉砕しサブミクロンのMgNb
26 ,NiNb26 およびZnNb26 の粉末そ
れぞれ調製した。
Similarly, MgO, Z having a purity of 99.9% or more
nO, NiO and Nb 2 O 5 are weighed equimolar and 0.7
The mixture was placed in a liter polyethylene pot, pulverized with zirconia balls having a diameter of 5 mm and pure water, mixed, dried, and calcined at 1150 ° C. for 4 hours. The obtained calcined product was pulverized again in the pot to obtain submicron MgNb.
Powders of 2 O 6 , NiNb 2 O 6 and ZnNb 2 O 6 were prepared.

【0063】次いで、前記ScNbO4 粉末とMgNb
26 ,NiNb26 およびZnNb26 の粉末と
純度が99.5%以上のPbO,TiO2 ,ZrO2
BaCO3 ,SrCO3 ,CaCO3 及び下記表1、表
3、表5、表7および表9に示す添加物をそれぞれ表
1、表3、表5、表7および表9に示した組成になるよ
うに秤量し、ポットミル中で直径5mmのジルコニアボ
−ルと純水を用いて粉砕、混合した後、乾燥し、800
℃で2時間仮焼した。つづいて、得られた各仮焼物をポ
ット中で再び粉砕してサブミクロンの粉体を調製した。
ひきつつき、前記各粉体に5重量%濃度のポリビニルア
ルコ−ル水溶液を7重量%添加して乳鉢で混合し、この
後に#32の篩を用いて造粒した。
Then, the ScNbO 4 powder and MgNb are added.
2 O 6 , NiNb 2 O 6 and ZnNb 2 O 6 powder and PbO, TiO 2 , ZrO 2 having a purity of 99.5% or more,
BaCO 3 , SrCO 3 , CaCO 3 and the additives shown in Table 1, Table 3, Table 5, Table 7 and Table 9 below have the compositions shown in Table 1, Table 3, Table 5, Table 7 and Table 9, respectively. Were weighed in this manner, pulverized in a pot mill using zirconia balls having a diameter of 5 mm and pure water, mixed, and dried to 800
It was calcined at ℃ for 2 hours. Subsequently, each of the obtained calcined products was ground again in a pot to prepare a submicron powder.
7% by weight of an aqueous polyvinyl alcohol solution having a concentration of 5% by weight was added to each of the powders and mixed in a mortar, and then granulated using a # 32 sieve.

【0064】次いで、前記各造粒粉を直径19mm、厚
さ2mmの形状に1トン/cm2 の圧力で成形し、50
0℃で脱バインダした後、高密度マグネシアの鞘内で下
記表1、表3、表5、表7および表9に示す条件で焼成
することにより、47種の圧電材料である円板状の焼結
体を製造した。
Next, each of the granulated powders was molded into a shape having a diameter of 19 mm and a thickness of 2 mm at a pressure of 1 ton / cm 2 , and 50
After debindering at 0 ° C., it was fired in the sheath of high-density magnesia under the conditions shown in Table 1, Table 3, Table 5, Table 7, and Table 9 below to obtain 47 kinds of piezoelectric materials, such as disc-shaped materials. A sintered body was manufactured.

【0065】得られた各円板状の焼成体の見掛け比重を
測定した。また、前記各焼結体の格子定数をX線回折法
により測定した。前記各焼結体の見掛け比重を理論密度
の格子定数に対する前記格子定数の比から前記焼成体の
密度比として換算した。各焼成体の密度比は、いずれの
焼結体も理論密度の95%以上であった。
The apparent specific gravity of each of the obtained disc-shaped fired bodies was measured. Further, the lattice constant of each of the sintered bodies was measured by an X-ray diffraction method. The apparent specific gravity of each sintered body was converted as the density ratio of the fired body from the ratio of the lattice constant to the theoretical density lattice constant. The density ratio of each sintered body was 95% or more of the theoretical density in each sintered body.

【0066】また、前記各円板状の焼成体から直径16
mm、厚さ1mmの円板試料と1mm角で厚さ4mmの
角棒試料をそれぞれ作製した。これらの試料の対向面に
銀電極を700℃で焼き付け、シリコ−ンオイル中で1
20℃×25kV/mmの電界を印加しながら25℃ま
で冷却して分極を行ない、常温で24時間経過した後、
これらの試料について誘電率、円周広がり方向の電気機
械結合係数kpおよび厚さ方向の電気機械結合係数k33
をそれぞれ測定した。さらに、前記各円板状の焼成体か
らそれぞれ直径16mm、厚さ400μmの形状に加工
し、その両面に銀電極を焼き付け、同様に分極を行なっ
た後に厚さ20μmのダイヤモンドカッタを有するダイ
シングソーを用いて幅200μm、厚さ400μm、長
さ10mmの矩形状の試料および幅100μm、厚さ4
00μm、長さ10mmの矩形状の試料をそれぞれ切り
出し、厚さ方向の電気機械結合係数k33´を測定した。
なお、前記電気機械結合係数kp,k33,k33´は、共
振−反共振法を用いてそれぞれ下記数1に示す式より求
めた。これらの結果を下記表2、表4、表6、表8、表
10に示す。
From each of the disc-shaped fired bodies, a diameter of 16
A disc sample having a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm and a square rod having a size of 1 mm and a thickness of 4 mm were prepared. A silver electrode was baked on the facing surface of these samples at 700 ° C.
While applying an electric field of 20 ° C. × 25 kV / mm, cooling to 25 ° C. and polarization were performed, and after 24 hours at room temperature,
For these samples, the dielectric constant, the electromechanical coupling coefficient kp in the circumferential spreading direction and the electromechanical coupling coefficient k 33 in the thickness direction.
Was measured respectively. Further, each of the disc-shaped fired bodies was processed into a shape having a diameter of 16 mm and a thickness of 400 μm, silver electrodes were baked on both sides thereof, and after polarization was performed in the same manner, a dicing saw having a diamond cutter with a thickness of 20 μm was used. Using a rectangular sample having a width of 200 μm, a thickness of 400 μm and a length of 10 mm and a width of 100 μm, a thickness of 4
A rectangular sample having a length of 00 μm and a length of 10 mm was cut out and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction was measured.
The electromechanical coupling coefficients kp, k 33 and k 33 ′ were obtained from the equations shown below using the resonance-antiresonance method. The results are shown in Table 2, Table 4, Table 6, Table 8 and Table 10 below.

【0067】[0067]

【数1】 [Equation 1]

【0068】さらに、前記各円板状の焼結体を用いて前
述した図4に示すアレイ形超音波プローブを作製した。
すなわち、前記円板状の焼結体を加工して幅10mm、
長さ10mm、厚さ400μmの角板を作製した。得ら
れた角板の上下面および側面に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角
板の一方の側面に位置する前記導電膜部分および超音波
送受信面となる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、前記角板の超音波送受信面
となる面に音響マッチング層を形成し後、フレキシブル
印刷配線板18を第1電極に供される前記導電膜部分に
半田付けにより接続した。また、アース電極17を第2
電極に供される前記導電膜部分に半田付けにより接続し
た、これらをバッキング材12上に接着した。なお、フ
レキシブル印刷配線板18およびアース電極17は導電
ペーストを用いて前記導体膜に接続してもよい。ひきつ
づき、ダイヤモンドブレードを用いて前記音響マッチン
グ層から前記角板に亘って切り込み、100μmの幅で
短冊状に切断した。この切断により、前記バッキング材
12上に第1、第2電極13、14を有する互いに分離
された幅100μm、長さ10mm、厚さ400μm1
00個の圧電体1と前記各圧電体1上にそれぞれ配置さ
れた複数の音響マッチング層15が形成された。次い
で、前記音響マッチング層15に音響レンズ16を形成
した後、フレキシブル印刷配線板18を前記各々の第1
電極3にそれぞれ半田付け接続し、アース電極板17を
前記各第2電極14に半田付けにより接続し、さらに図
示しない110pF/m、長さ2mの複数の導体(ケー
ブル)をフレキシブル印刷配線板18およびアース電極
板17にそれぞれ接続することによりアレイ形超音波プ
ローブを製造した。
Further, the array type ultrasonic probe shown in FIG. 4 was manufactured by using each of the disc-shaped sintered bodies.
That is, the disk-shaped sintered body is processed to have a width of 10 mm,
A square plate having a length of 10 mm and a thickness of 400 μm was produced. A Ti / Au conductor film was vapor-deposited on the upper and lower surfaces and side surfaces of the obtained square plate by a sputtering method, and the conductive film portion located on one side surface of the square plate and a surface to be an ultrasonic wave transmitting / receiving surface were formed by a selective etching technique. A part of the conductive film located on the opposite surface was removed. Subsequently, after forming an acoustic matching layer on the surface of the square plate that serves as the ultrasonic wave transmitting / receiving surface, the flexible printed wiring board 18 was connected to the conductive film portion serving as the first electrode by soldering. In addition, the earth electrode 17
These were connected to the conductive film portion provided for the electrodes by soldering, and these were adhered onto the backing material 12. The flexible printed wiring board 18 and the ground electrode 17 may be connected to the conductor film using a conductive paste. Subsequently, a diamond blade was used to cut from the acoustic matching layer to the square plate, and cut into strips with a width of 100 μm. By this cutting, the backing material 12 having the first and second electrodes 13 and 14 separated from each other by a width of 100 μm, a length of 10 mm and a thickness of 400 μm 1
00 piezoelectric bodies 1 and a plurality of acoustic matching layers 15 arranged on the respective piezoelectric bodies 1 were formed. Next, after forming the acoustic lens 16 on the acoustic matching layer 15, the flexible printed wiring board 18 is formed on each of the first and second acoustic matching layers 15.
The electrodes 3 are connected to each other by soldering, the ground electrode plate 17 is connected to each of the second electrodes 14 by soldering, and a plurality of conductors (cables) (not shown) having 110 pF / m and a length of 2 m are connected to the flexible printed wiring board 18. An array type ultrasonic probe was manufactured by connecting it to the ground electrode plate 17 and the ground electrode plate 17, respectively.

【0069】得られた各アレイ形超音波プローブについ
て、その第1、第2の電極間の圧電体に電圧を印加して
容量を測定し、圧電体の割れのない振動子の容量を基準
として、容量低下が生じた振動子100個中の個数を求
めた。その結果を下記表2、表4、表6、表8、表10
に示す。ただし、前記容量測定は前記ケーブルを接続し
ないプローブを対象にして行った。
For each of the obtained array-type ultrasonic probes, a voltage was applied to the piezoelectric body between the first and second electrodes of the array-type ultrasonic probe to measure the capacitance, and the capacitance of the vibrator without breakage of the piezoelectric body was used as a reference. Then, the number of 100 vibrators in which the capacity was reduced was determined. The results are shown in Table 2, Table 4, Table 6, Table 8 and Table 10 below.
Shown in. However, the capacitance measurement was performed on a probe to which the cable was not connected.

【0070】また、前記容量測定後の各超音波プローブ
を分解して取り出した各圧電体について、それらの上面
および側面を顕微鏡により観察して100個の圧電体の
割れの個数を調べた。その結果を下記表2、表4、表
6、表8、表10に示す。
With respect to each piezoelectric body taken out by disassembling each ultrasonic probe after the capacitance measurement, the upper surface and the side surface thereof were observed with a microscope to check the number of cracks in 100 piezoelectric bodies. The results are shown in Table 2, Table 4, Table 6, Table 8 and Table 10 below.

【0071】[0071]

【表1】 [Table 1]

【0072】[0072]

【表2】 [Table 2]

【0073】[0073]

【表3】 [Table 3]

【0074】[0074]

【表4】 [Table 4]

【0075】[0075]

【表5】 [Table 5]

【0076】[0076]

【表6】 [Table 6]

【0077】[0077]

【表7】 [Table 7]

【0078】[0078]

【表8】 [Table 8]

【0079】[0079]

【表9】 [Table 9]

【0080】[0080]

【表10】 [Table 10]

【0081】実施例48〜50 まず、実施例1と同様な方法によりScNbO4 粉末と
MgNb26 およびZnNb26 の粉末を作製し
た。つづいて。これらの粉末と純度が99.9%以上の
PbO,TiO2 及び下記表11に示す添加物をそれぞ
れ表11に示した組成になるように秤量し、ポットミル
中で直径5mmのジルコニアボ−ルと純水を用いて粉
砕、混合した後、乾燥し、さらに800℃で2時間仮焼
した。得られた各仮焼物をポット中で再び粉砕してサブ
ミクロンの粉体を作製した。
Examples 48 to 50 First, ScNbO 4 powder and MgNb 2 O 6 and ZnNb 2 O 6 powders were produced by the same method as in Example 1. Continued. These powders, PbO and TiO 2 having a purity of 99.9% or more, and the additives shown in Table 11 below were weighed so that the compositions shown in Table 11 were obtained, and zirconia balls having a diameter of 5 mm were placed in a pot mill. After crushing and mixing with pure water, it was dried and calcined at 800 ° C. for 2 hours. Each of the obtained calcined products was pulverized again in a pot to produce submicron powder.

【0082】次いで、前記各仮焼粉体と酸化鉛とを1:
3の割合で混合し、これらの混合物1kgを200ml
の白金るつぼにそれぞれ入れ、白金製の蓋で密閉した。
つづいて、前記各るつぼを電気炉の中にそれぞれセット
し、1250℃まで100℃/時間で昇温させた。6時
間の保持後、前記各るつぼの下部に酸素を導入し、底部
を上面よりも20℃以上低温となるように酸素流量を調
整した。ひきつづき、1℃/時間で850℃まで冷却し
た。その後に室温まで冷却し、20%硝酸水溶液で24
時間煮沸し、圧電材料である3種の単結晶を取り出し
た。得られた各単結晶は、10mm角を有する角板状で
あった。
Next, each of the calcined powders and lead oxide were mixed with each other at a ratio of 1:
Mix at a ratio of 3 and 200 ml of 1 kg of these mixtures
Each was placed in a platinum crucible of and sealed with a platinum lid.
Subsequently, each of the crucibles was set in an electric furnace and heated to 1250 ° C. at 100 ° C./hour. After holding for 6 hours, oxygen was introduced into the lower portion of each crucible, and the oxygen flow rate was adjusted so that the bottom portion was lower than the upper surface by 20 ° C. or more. Subsequently, it was cooled to 850 ° C at 1 ° C / hour. After that, cool to room temperature and add 24% with 20% nitric acid aqueous solution.
After boiling for 3 hours, three types of single crystals, which are piezoelectric materials, were taken out. Each single crystal obtained was in the shape of a square plate having a 10 mm square.

【0083】前記各単結晶を[100]に方位を定め、
これらを加工して8mm×8mm×0.4mmの角板試
料をそれぞれ作製した。これらの試料の対向面に銀電極
を700℃で焼き付け、シリコ−ンオイル中で120℃
×15kV/mmの電界を印加しながら25℃まで冷却
して分極を行ない、常温で24時間経過した後、これら
の試料について誘電率を測定した。さらに、前記各単結
晶を厚さ20μmのブレードを有するダイシングソーを
用いて幅200μm、厚さ400μm、長さ6mmの矩
形状の試料および幅100μm、厚さ400μm、長さ
6mmの矩形状の試料をそれぞれ切り出し、厚さ方向の
電気機械結合係数k33´を実施例1と同様な共振−反共
振法を用いてそれぞれ測定した。これらの結果を下記表
12に示す。
The orientation of each of the above single crystals is set to [100],
These were processed and the square plate sample of 8 mm x 8 mm x 0.4 mm was produced, respectively. A silver electrode was baked at 700 ° C on the facing surface of these samples, and 120 ° C in silicone oil.
The sample was cooled to 25 ° C. while applying an electric field of × 15 kV / mm for polarization, and after 24 hours at room temperature, the dielectric constants of these samples were measured. Further, a rectangular sample having a width of 200 μm, a thickness of 400 μm and a length of 6 mm and a rectangular sample having a width of 100 μm, a thickness of 400 μm and a length of 6 mm were prepared from each of the single crystals by using a dicing saw having a blade having a thickness of 20 μm. Were cut out, and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction was measured using the resonance-anti-resonance method similar to that in Example 1. The results are shown in Table 12 below.

【0084】さらに、前記各単結晶を用いて実施例1と
同様な方法により前述した図4に示すアレイ形超音波プ
ローブを作製した。なお、角板は前記各単結晶を[10
0]に方位を定め、400μmの厚みに研磨したものを
用いた。また、厚さ20μmのブレードを有するダイシ
ングソーを用いて前記音響マッチング層から前記角板に
亘って切断し、幅100μmの短冊状の圧電体を30個
形成した。
Further, the array type ultrasonic probe shown in FIG. 4 described above was manufactured by the same method as in Example 1 using each of the above single crystals. In addition, the square plate is obtained by [10]
[0], the orientation was determined, and the one polished to a thickness of 400 μm was used. Further, using a dicing saw having a blade with a thickness of 20 μm, the acoustic matching layer was cut across the square plate to form 30 strip-shaped piezoelectric bodies having a width of 100 μm.

【0085】得られた各アレイ形超音波プローブについ
て、その第1、第2の電極間の圧電体に電圧を印加して
容量を測定し、圧電体の割れのない振動子の容量を基準
として、容量低下が生じた振動子100個中の個数を求
めた。ただし、前記容量測定は前記ケーブルを接続しな
いプローブを対象にして行った。その結果、容量が低下
した振動子は零であった。
With respect to each of the obtained array type ultrasonic probes, a voltage was applied to the piezoelectric body between the first and second electrodes of the array type ultrasonic probe to measure the capacitance, and the capacitance of the vibrator without breakage of the piezoelectric body was used as a reference. Then, the number of 100 vibrators in which the capacity was reduced was determined. However, the capacitance measurement was performed on a probe to which the cable was not connected. As a result, the number of oscillators whose capacity was reduced was zero.

【0086】また、前記容量測定後の各超音波プローブ
を分解して取り出した各圧電体について、それらの上面
および側面を顕微鏡により観察して100個の圧電体の
割れの個数を調べた。その結果を下記表2、表4、表
6、表8、表10に示す。
With respect to each piezoelectric body taken out by disassembling each ultrasonic probe after the capacitance measurement, the upper surface and the side surface thereof were observed with a microscope to check the number of cracks in 100 piezoelectric bodies. The results are shown in Table 2, Table 4, Table 6, Table 8 and Table 10 below.

【0087】[0087]

【表11】 [Table 11]

【0088】[0088]

【表12】 [Table 12]

【0089】比較例1〜11 実施例1と同様な方法により作製したScNbO4 粉末
と純度が99.5%以上のPbO,TiO2 ,ZrO
2 ,SrCO3 及び下記13に示す添加物をそれぞれ表
13に示した組成になるように秤量し、ポットミル中で
直径5mmのジルコニアボ−ルと純水を用いて粉砕、混
合した後、乾燥し、800℃で2時間仮焼した。つづい
て、得られた各仮焼物をポット中で再び粉砕してサブミ
クロンの粉体を調製した。ひきつつき、前記各粉体に5
重量%濃度のポリビニルアルコ−ル水溶液を7重量%添
加して乳鉢で混合し、この後に#32の篩を用いて造粒
した。
Comparative Examples 1 to 11 ScNbO 4 powder produced by the same method as in Example 1 and PbO, TiO 2 and ZrO having a purity of 99.5% or more.
2 , SrCO 3 and the additives shown in 13 below were weighed so as to have the compositions shown in Table 13, pulverized in a pot mill with zirconia balls having a diameter of 5 mm and pure water, mixed, and then dried. It was calcined at 800 ° C. for 2 hours. Subsequently, each of the obtained calcined products was ground again in a pot to prepare a submicron powder. Pluck, 5 for each powder
7% by weight of a polyvinyl alcohol aqueous solution having a concentration of 5% by weight was added and mixed in a mortar, and then granulated using a # 32 sieve.

【0090】次いで、前記各造粒粉を直径19mm、厚
さ2mmの形状に1トン/cm2 の圧力で成形し、50
0℃で脱バインダした後、高密度マグネシアの鞘内で下
記表13に示す条件で焼成することにより、11種の圧
電材料である円板状の焼結体を製造した。
Next, each of the granulated powders was molded into a shape having a diameter of 19 mm and a thickness of 2 mm at a pressure of 1 ton / cm 2 , and 50
After the binder was removed at 0 ° C., it was fired in a sheath of high-density magnesia under the conditions shown in Table 13 below to produce a disc-shaped sintered body that was 11 kinds of piezoelectric materials.

【0091】得られた各円板状の焼成体の見掛け比重を
測定した。また、前記各焼結体の格子定数をX線回折法
により測定した。前記各焼結体の見掛け比重を理論密度
の格子定数に対する前記格子定数の比から前記焼成体の
密度比として換算した。焼成の密度比は、比較例1、1
1を除いていずれの焼結体も理論密度の90%以上であ
った。
The apparent specific gravity of each of the obtained disc-shaped fired bodies was measured. Further, the lattice constant of each of the sintered bodies was measured by an X-ray diffraction method. The apparent specific gravity of each sintered body was converted as the density ratio of the fired body from the ratio of the lattice constant to the theoretical density lattice constant. The density ratio of firing is Comparative Examples 1 and 1.
All sintered bodies except 1 were 90% or more of the theoretical density.

【0092】また、前記各円板状の焼成体(比較例1、
11は除く)から直径16mm、厚さ1mmの円板試料
と1mm角で長さ4mmの角棒試料をそれぞれ作製し
た。これらの試料の対向面に銀電極を700℃で焼き付
け、シリコ−ンオイル中で120℃×25kV/mmの
電界を印加しながら25℃まで冷却して分極を行ない、
常温で24時間経過した後、これらの試料について誘電
率、円周広がり方向の電気機械結合係数kpおよび長さ
方向の電気機械結合係数k33を実施例1と同様な共振−
反共振法を用いてそれぞれ測定した。さらに、前記各円
板状の焼成体(比較例1、11は除く)からそれぞれ直
径16mm、厚さ400μmの形状に加工し、その両面
に銀電極を焼き付け、同様に分極を行なった後に厚さ2
0μmのブレードを有するダイシングソーを用いて幅2
00μm、厚さ400μm、長さ10mmの矩形状の試
料および幅100μm、厚さ400μm、長さ10mm
の矩形状の試料をそれぞれ切り出し、厚さ方向の電気機
械結合係数k33´を実施例1と同様な共振−反共振法を
用いてそれぞれ測定した。これらの結果を下記表14に
示す。
Further, each of the disc-shaped fired bodies (Comparative Example 1,
(Except 11), a disc sample having a diameter of 16 mm and a thickness of 1 mm and a square rod sample having a 1 mm square and a length of 4 mm were prepared. A silver electrode was baked at 700 ° C. on the facing surface of each of these samples, and was cooled to 25 ° C. while applying an electric field of 120 ° C. × 25 kV / mm in silicone oil for polarization.
After 24 hours at room temperature, the dielectric constant, the electromechanical coupling coefficient kp in the circumferential direction and the electromechanical coupling coefficient k 33 in the longitudinal direction of these samples were measured in the same resonance as in Example 1.
Each measurement was performed using the anti-resonance method. Further, each of the disc-shaped fired bodies (excluding Comparative Examples 1 and 11) was processed into a shape having a diameter of 16 mm and a thickness of 400 μm, and silver electrodes were baked on both sides thereof, and polarization was performed in the same manner. Two
Width of 2 using a dicing saw with a blade of 0 μm
00 μm, thickness 400 μm, length 10 mm rectangular sample and width 100 μm, thickness 400 μm, length 10 mm
Each of the rectangular samples was cut out, and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction was measured using the resonance-antiresonance method similar to that in Example 1. The results are shown in Table 14 below.

【0093】さらに、前記各焼結体を用いて実施例1と
同様な方法により前述した図4に示すアレイ形超音波プ
ローブを作製した。得られた各アレイ形超音波プローブ
について、その第1、第2の電極間の圧電体に電圧を印
加して容量を測定し、圧電体の割れのない振動子の容量
を基準として、容量低下が生じた振動子100個中の個
数を求めた。その結果を下記表14に示す。ただし、前
記容量測定は前記ケーブルを接続しないプローブを対象
にして行った。
Further, the array type ultrasonic probe shown in FIG. 4 described above was manufactured by the same method as in Example 1 using each of the sintered bodies. With respect to each of the obtained array-type ultrasonic probes, a voltage is applied to the piezoelectric body between the first and second electrodes of the array-type ultrasonic probe to measure the capacitance, and the capacitance is reduced based on the capacitance of the oscillator without breakage of the piezoelectric body. The number of the 100 vibrators in which the occurrence of the above was found was determined. The results are shown in Table 14 below. However, the capacitance measurement was performed on a probe to which the cable was not connected.

【0094】また、前記容量測定後の各超音波プローブ
を分解して取り出した各圧電体について、それらの上面
および側面を顕微鏡により観察して100個の圧電体の
割れの個数を調べた。その結果を下記表14に示す。
With respect to each piezoelectric body taken out by disassembling each ultrasonic probe after the capacitance measurement, the upper surface and the side surface thereof were observed with a microscope to check the number of cracks in 100 piezoelectric bodies. The results are shown in Table 14 below.

【0095】[0095]

【表13】 [Table 13]

【0096】[0096]

【表14】 [Table 14]

【0097】前記表1〜表12より明らかなように、式
xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03−yPbTiO3
zPbZrO3 −wPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 (こ
こで、MeはMg,Zn,Niの群から選ばれる少なく
とも1種の金属、x+y+z+w=1.00)で表さ
れ、前記x,y,zおよびwがそれぞれa(x=0.72,y
=0.28,z=0.00,w=0.00 ),b(x=0.02,y=0.98,z=
0.00,w=0.00 ),c(x=0.02,y=0.28,z=0.70,w=0.
00 ),d(x=0.02,y=0.20,z=0.00,w=0.78 )の点
を直線的に結んだ領域内(線分ab上を除く)の値とし
て規定される組成物を含有する実施例1〜47の焼結体
(圧電材料)および実施例48〜50の単結晶(圧電材
料)は、幅200μmの矩形状に加工した際の厚さ方向
の電気機械結合係数k33´が50%以上(単結晶では8
0%以上)と大きく、また幅100μmと狭くしても電
気機械結合係数k33´がほとんど低下されないことがわ
かる。
As is clear from Tables 1 to 12, the formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 -yPbTiO 3-
zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 (wherein Me is at least one metal selected from the group of Mg, Zn, and Ni, x + y + z + w = 1.00), and x is , Y, z and w are a (x = 0.72, y
= 0.28, z = 0.00, w = 0.00), b (x = 0.02, y = 0.98, z =
0.00, w = 0.00), c (x = 0.02, y = 0.28, z = 0.70, w = 0.
00), d (x = 0.02, y = 0.20, z = 0.00, w = 0.78) containing a composition defined as a value within a region where points are linearly connected (except on the line segment ab) The sintered bodies (piezoelectric materials) of Examples 1 to 47 and the single crystals (piezoelectric materials) of Examples 48 to 50 have an electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction when processed into a rectangular shape having a width of 200 μm. 50% or more (8 for single crystal
It can be seen that the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ is hardly reduced even when the width is as large as 0% or more) and the width is narrowed to 100 μm.

【0098】また、実施例1〜47の焼結体(圧電材
料)および実施例48〜50の単結晶(圧電材料)は、
超音波プローブに圧電体として組み込むための切断工程
において割れ発生が皆無で優れた破壊靭性を有する。こ
のため、生産性を高めることができと共に、前記圧電体
の優れた強靭性により長寿命の超音波プローブを実現で
きる。
The sintered bodies (piezoelectric materials) of Examples 1 to 47 and the single crystals (piezoelectric materials) of Examples 48 to 50 were
It has excellent fracture toughness with no cracking during the cutting process for incorporating it into the ultrasonic probe as a piezoelectric body. Therefore, the productivity can be improved, and the ultrasonic probe having a long life can be realized due to the excellent toughness of the piezoelectric body.

【0099】これに対し、表13および表14に示すよ
うにx,y,zおよびwが前述した図1に示すa,b,
cおよびdの点を結んだ三角錐2で描かれる領域から外
れる組成物を有する比較例1〜11の圧電材料は、幅1
00μmの矩形状に加工した際の電気機械結合係数k33
´が幅200μmの矩形状に加工した場合に比べて大幅
に低下することがわかる。また、表2、表4、表6、表
8および表10と表14とを比較することにより、超音
波プローブに組み込むための切断工程中に比較例1〜1
1の焼結体(圧電材料)は実施例1〜47に比べてより
割れ易いことがわかる。
On the other hand, as shown in Tables 13 and 14, x, y, z, and w are a, b, and a shown in FIG.
Piezoelectric materials of Comparative Examples 1 to 11 having compositions deviating from the region drawn by the triangular pyramid 2 connecting the points of c and d have a width of 1
Electromechanical coupling coefficient k 33 when processed into a rectangular shape of 00 μm
It can be seen that ′ is significantly reduced as compared with the case where it is processed into a rectangular shape having a width of 200 μm. Further, by comparing Table 2, Table 4, Table 6, Table 8, and Table 10 and Table 14, Comparative Examples 1 to 1 during the cutting step for incorporation into the ultrasonic probe.
It can be seen that the sintered body (piezoelectric material) of No. 1 is more easily cracked than in Examples 1 to 47.

【0100】[0100]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば破
壊靭性に優れ、しかも矩形状に加工した際の厚み方向の
電気機械結合係数k33´の大きい圧電材料を提供するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a piezoelectric material which is excellent in fracture toughness and has a large electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction when processed into a rectangular shape.

【0101】また、前記圧電材料から割れ等を生じるこ
となく幅100μm以下で厚さ方向の電気機械結合係数
33´の大きい圧電体を形成できるため、前記圧電体を
備え、高分解能、高感度、長寿命の超音波プローブを実
現することができる。
Further, since a piezoelectric body having a width of 100 μm or less and a large electromechanical coupling coefficient k 33 ′ in the thickness direction can be formed without causing cracks or the like from the piezoelectric material, the piezoelectric body is provided with high resolution and high sensitivity. It is possible to realize a long-life ultrasonic probe.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物の組
成範囲を示す4元図。
FIG. 1 is a quaternary diagram showing a composition range of a composition contained in a piezoelectric material according to the present invention.

【図2】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物のよ
り狭い組成範囲を示す4元図。
FIG. 2 is a quaternary diagram showing a narrower composition range of the composition contained in the piezoelectric material according to the present invention.

【図3】本発明に係わる圧電材料に含まれる組成物のさ
らに狭い組成範囲を示す4元図。
FIG. 3 is a quaternary diagram showing a narrower composition range of the composition contained in the piezoelectric material according to the present invention.

【図4】本発明に係わる超音波プローブを示す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing an ultrasonic probe according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…正三角錐、2…三角錐、3…三角柱、4…略三角
柱、11…圧電体、12…バッキング材、13、14…
電極、15…音響マッチング層、16…音響レンズ、1
7…アース電極、18…フレキシブル印刷配線板。
1 ... Regular pyramid, 2 ... Triangular pyramid, 3 ... Triangular prism, 4 ... Approximate triangular prism, 11 ... Piezoelectric material, 12 ... Backing material, 13,14 ...
Electrodes, 15 ... Acoustic matching layer, 16 ... Acoustic lens, 1
7 ... Ground electrode, 18 ... Flexible printed wiring board.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03
yPbTiO3 −zPbZrO3 −wPb(Me1/3
2/3 )O3 (ただし、MeはMg,Zn,Niの群か
ら選ばれる少なくとも1種の金属、x+y+z+w=
1.00を示す)で表され、x,y,zおよびwはそれ
ぞれ下記a,b,c,dの点を直線的に結んだ領域の値
(線分ab上を除く)として規定される組成物を含有
し、 Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3 、PbZ
rO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそれぞれ
頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正三角錐
を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4 の座標を
それぞれ(X1,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,0,
0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,0)、
(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、(X
4 ,Y4 ,Z4,W4 =0,0,0,1)で表記した
時、前記a,b,c,dの点は前記正三角錐の面上に位
置し、座標X、Y、ZおよびWで表されること特徴とす
る圧電材料。 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78
1. The formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3
yPbTiO 3 -zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 N
b 2/3 ) O 3 (wherein Me is at least one metal selected from the group consisting of Mg, Zn and Ni, x + y + z + w =
1.00)), and x, y, z and w are defined as the values (excluding on the line segment ab) of the regions where the points a, b, c and d below are linearly connected, respectively. Containing the composition: Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , PbZ
An equilateral triangular pyramid having rO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 , respectively, is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 are drawn. The coordinates of (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0, 0,
0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0, 0),
(X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0), (X
4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points a, b, c, d are located on the surface of the regular triangular pyramid, and the coordinates X, Y, A piezoelectric material characterized by being represented by Z and W. X Y Z Wa 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78
【請求項2】 0.001〜3モル%のLa23 、N
25 、Ta25 、WO3 、MnOおよびCoOの
群から選ばれる少なくとも1種の酸化物は前記組成物
(線分ab上を含む)にさらに添加されることを特徴と
する請求項1記載の圧電材料。
2. 0.001 to 3 mol% of La 2 O 3 , N
At least one oxide selected from the group consisting of b 2 O 5 , Ta 2 O 5 , WO 3 , MnO and CoO is further added to the composition (including on the line ab). Item 1. The piezoelectric material according to item 1.
【請求項3】 前記酸化物が添加される前記組成物は、
x,y,zおよびwが前記領域内の値を有すると共に、
Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 とPbTiO3 とzPb
ZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 から選ば
れる少なくとも1種の成分を含むこと特徴とする請求項
2記載の圧電材料。
3. The composition to which the oxide is added comprises
x, y, z and w have values within the region,
Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 and zPb
The piezoelectric material according to claim 2, comprising at least one component selected from ZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .
【請求項4】 超音波送受信面を有する圧電体と、前記
圧電体の超音波送受信面および前記送受信面と反対側の
面にそれぞれ形成される一対の電極とを具備し、 前記圧電体は、式 xPb(Sc1/2 Nb1/2 )03
yPbTiO3 −zPbZrO3 −wPb(Me1/3
2/3 )O3 (ただし、MeはMg,Zn,Niの群か
ら選ばれる少なくとも1種の金属、x+y+z+w=
1.00を示す)で表され、x,y,zおよびwはそれ
ぞれ下記a,b,c,dの点を直線的に結んだ領域の値
(線分ab上を除く)として規定される組成物を含有
し、 Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 、PbTiO3 、PbZ
rO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 をそれぞれ
頂点P1 、P2 、P3 およびP4 として有する正三角錐
を描き、前記頂点P1 、P2 、P3 およびP4 の座標を
それぞれ(X1,Y1 ,Z1 ,W1 =1,0,0,
0)、(X2 ,Y2 ,Z2 ,W2 =0,1,0,0)、
(X3 ,Y3 ,Z3 ,W3 =0,0,1,0)、(X
4 ,Y4 ,Z4,W4 =0,0,0,1)で表記した
時、前記a,b,c,dの点は前記正三角錐の面上に位
置し、座標X、Y、ZおよびWで表される圧電材料から
なることを特徴とする超音波プローブ。 X Y Z W a 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78
4. A piezoelectric body having an ultrasonic wave transmitting / receiving surface, and a pair of electrodes respectively formed on the ultrasonic wave transmitting / receiving surface of the piezoelectric body and a surface opposite to the transmitting / receiving surface, the piezoelectric body comprising: Formula xPb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3
yPbTiO 3 -zPbZrO 3 -wPb (Me 1/3 N
b 2/3 ) O 3 (wherein Me is at least one metal selected from the group consisting of Mg, Zn and Ni, x + y + z + w =
1.00)), and x, y, z and w are defined as the values (excluding on the line segment ab) of the regions where the points a, b, c and d below are linearly connected, respectively. Containing the composition: Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 , PbZ
An equilateral triangular pyramid having rO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 as vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 , respectively, is drawn, and the vertices P 1 , P 2 , P 3 and P 4 are drawn. The coordinates of (X 1 , Y 1 , Z 1 , W 1 = 1, 0, 0,
0), (X 2 , Y 2 , Z 2 , W 2 = 0, 1, 0, 0),
(X 3 , Y 3 , Z 3 , W 3 = 0, 0, 1, 0), (X
4 , Y 4 , Z 4 , W 4 = 0, 0, 0, 1), the points a, b, c, d are located on the surface of the regular triangular pyramid, and the coordinates X, Y, An ultrasonic probe comprising a piezoelectric material represented by Z and W. X Y Z Wa 0.72 0.28 0.00 0.00 b 0.02 0.98 0.00 0.00 c 0.02 0.28 0.70 0.00 d 0.02 0.20 0.00 0.78
【請求項5】 前記圧電材料は、前記組成物(線分ab
上を含む)に0.001〜3モル%のLa23 、Nb
25 、Ta25 、WO3 、MnOおよびCoOの群
から選ばれる少なくとも1種の酸化物がさらに添加され
ることを特徴とする請求項4記載の超音波プローブ。
5. The piezoelectric material is the composition (line segment ab
La 2 of 0.001 mol% to including on) 0 3, Nb
The ultrasonic probe according to claim 4, further comprising at least one oxide selected from the group consisting of 2 O 5 , Ta 2 O 5 , WO 3 , MnO and CoO.
【請求項6】 前記酸化物が添加される前記組成物は、
x,y,zおよびwが前記領域内の値を有すると共に、
Pb(Sc1/2 Nb1/2 )03 とPbTiO3 とzPb
ZrO3 およびPb(Me1/3 Nb2/3 )O3 から選ば
れる少なくとも1種の成分を含むこと特徴とする請求項
5記載の超音波プローブ。
6. The composition to which the oxide is added comprises
x, y, z and w have values within the region,
Pb (Sc 1/2 Nb 1/2 ) 0 3 , PbTiO 3 and zPb
The ultrasonic probe according to claim 5, which contains at least one component selected from ZrO 3 and Pb (Me 1/3 Nb 2/3 ) O 3 .
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