JPH07187781A - 医療用超音波探触子の酸化物圧電材料 - Google Patents
医療用超音波探触子の酸化物圧電材料Info
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- JPH07187781A JPH07187781A JP5337659A JP33765993A JPH07187781A JP H07187781 A JPH07187781 A JP H07187781A JP 5337659 A JP5337659 A JP 5337659A JP 33765993 A JP33765993 A JP 33765993A JP H07187781 A JPH07187781 A JP H07187781A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、電気機械結合係数ｋ33' が大き
く、電気機械結合係数ｋ33' の厚み依存性が小さくしか
も機械的強度の大きい医療用超音波探触子の酸化物圧電
材料を得ようとするものである。 【構成】この発明は、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
−ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝１〜３
モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５０〜６１モル％
で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分のＰｂの
一部をＳｒで２〜１７モル％置換したもので、電気結合
係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上であることを特徴と
する。
く、電気機械結合係数ｋ33' の厚み依存性が小さくしか
も機械的強度の大きい医療用超音波探触子の酸化物圧電
材料を得ようとするものである。 【構成】この発明は、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
−ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝１〜３
モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５０〜６１モル％
で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分のＰｂの
一部をＳｒで２〜１７モル％置換したもので、電気結合
係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上であることを特徴と
する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、医療用電子走査型超
音波診断装置の超音波探触子に好適な酸化物圧電材料に
関する。
音波診断装置の超音波探触子に好適な酸化物圧電材料に
関する。
【０００２】
【従来の技術】電子走査型超音波診断装置は、超音波を
体表から生体内に放射し、反射波を受信してこれを映像
化して生体内部の情報を得る装置である。この装置の主
要構成部材は超音波探触子であり、これを構成している
トランスジューサーは酸化物圧電材料で、その特性は超
音波探触子の性能を大きく左右する。
体表から生体内に放射し、反射波を受信してこれを映像
化して生体内部の情報を得る装置である。この装置の主
要構成部材は超音波探触子であり、これを構成している
トランスジューサーは酸化物圧電材料で、その特性は超
音波探触子の性能を大きく左右する。
【０００３】生体断層の画質を決める具体的な性能は、
感度、距離分解能、階調性であるが、特に感度は超音波
探触子の構造上の問題とともに、圧電材料の特性が大き
く影響する。
感度、距離分解能、階調性であるが、特に感度は超音波
探触子の構造上の問題とともに、圧電材料の特性が大き
く影響する。
【０００４】超音波探触子のトランスジュ−サ−は、超
音波を発生させる源であり、また外部からの超音波振動
を電気信号に変換するところから、電気機械結合係数の
大きい圧電材料が効率よい。そして、電子走査型超音波
探触子のトランスジュ−サ−は、縦振動モ−ドを使用す
るためＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系固溶体（ＰＺＴ
系）或いはその他公知の３成分系材料の電気機械結合係
数ｋ33' の大きい材料が選ばれている。
音波を発生させる源であり、また外部からの超音波振動
を電気信号に変換するところから、電気機械結合係数の
大きい圧電材料が効率よい。そして、電子走査型超音波
探触子のトランスジュ−サ−は、縦振動モ−ドを使用す
るためＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系固溶体（ＰＺＴ
系）或いはその他公知の３成分系材料の電気機械結合係
数ｋ33' の大きい材料が選ばれている。
【０００５】電子走査型超音波診断装置に使用される超
音波探触子は、一般に厚みｔと幅ｗがｗ＜ｔの関係を有
する短冊状トランスジュ−サ−と音響吸収体、音響的マ
ッチング層で構成されている。そして、トランスジュ−
サ−は、縦振動モ−ドを使用するためにトランスジュ−
サ−の厚みｔと幅ｗの比は，ｗ／ｔが０．６以下の範囲
で横振動の不要モ−ドが起きないように設計される。ま
た周波数は、短冊状トランスジュ−サ−の厚みｔによっ
て決まるところから、電子走査型超音波探触子のトラン
スジュ−サ−の厚みｔと幅ｗは重要な意味をもつもので
ある。
音波探触子は、一般に厚みｔと幅ｗがｗ＜ｔの関係を有
する短冊状トランスジュ−サ−と音響吸収体、音響的マ
ッチング層で構成されている。そして、トランスジュ−
サ−は、縦振動モ−ドを使用するためにトランスジュ−
サ−の厚みｔと幅ｗの比は，ｗ／ｔが０．６以下の範囲
で横振動の不要モ−ドが起きないように設計される。ま
た周波数は、短冊状トランスジュ−サ−の厚みｔによっ
て決まるところから、電子走査型超音波探触子のトラン
スジュ−サ−の厚みｔと幅ｗは重要な意味をもつもので
ある。
【０００６】これとは別に、超音波探触子の感度向上の
ためには、圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' の大きい
ことが重要である。ここでの電気機械結合係数ｋ33'
は、ｗ＜ｔとなるように細長く切り出したものの振動特
性の値を示す。従来から公知のＰＺＴ系或いはその他の
３成分系圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' は、高くて
も約６８％で超音波探触子の感度をより向上するために
はさらに大きな電気機械結合係数ｋ33' とすることがが
望まれていた。
ためには、圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' の大きい
ことが重要である。ここでの電気機械結合係数ｋ33'
は、ｗ＜ｔとなるように細長く切り出したものの振動特
性の値を示す。従来から公知のＰＺＴ系或いはその他の
３成分系圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' は、高くて
も約６８％で超音波探触子の感度をより向上するために
はさらに大きな電気機械結合係数ｋ33' とすることがが
望まれていた。
【０００７】また従来から公知なＰＺＴ系などの圧電材
料の電気機械結合係数ｋ33' は、トランスジュ−サ−の
厚さｔの依存性が大きいという欠点を有していた。こう
した問題は特に５〜１０ＭＨｚの高周波での超音波探触
子の感度向上に対して解決すべき問題であった。
料の電気機械結合係数ｋ33' は、トランスジュ−サ−の
厚さｔの依存性が大きいという欠点を有していた。こう
した問題は特に５〜１０ＭＨｚの高周波での超音波探触
子の感度向上に対して解決すべき問題であった。
【０００８】また、最近の電子走査型超音波探触子は分
解能を向上させるために高周波で用いられる傾向があ
り、そのため短冊状トランスジュ−サ−の厚みｔはさら
に薄く、そして横振動の不要モ−ドを避けるためのｗ／
ｔの関係から幅ｗも小さくする必要があった。
解能を向上させるために高周波で用いられる傾向があ
り、そのため短冊状トランスジュ−サ−の厚みｔはさら
に薄く、そして横振動の不要モ−ドを避けるためのｗ／
ｔの関係から幅ｗも小さくする必要があった。
【０００９】さらに、トランスジュ−サ−の厚さｔと駆
動周波数ｆの関係はｆ＝Ｎ33' ／ｔで示される。ここで
のＮ33' は、材料組成で決定される周波数定数で一定の
値である。従って、駆動周波数ｆが高くなるにつれて厚
さｔは反比例して薄くなる。このために、短冊状トラン
スジュ−サ−の加工が厳しくなり機械的強度の向上が望
まれていた。
動周波数ｆの関係はｆ＝Ｎ33' ／ｔで示される。ここで
のＮ33' は、材料組成で決定される周波数定数で一定の
値である。従って、駆動周波数ｆが高くなるにつれて厚
さｔは反比例して薄くなる。このために、短冊状トラン
スジュ−サ−の加工が厳しくなり機械的強度の向上が望
まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、電気機械
結合係数ｋ33' が大きく、電気機械結合係数の厚み依存
性が小さくしかも機械的強度の大きい医療用超音波探触
子の酸化物圧電材料を得ようとするものである。
結合係数ｋ33' が大きく、電気機械結合係数の厚み依存
性が小さくしかも機械的強度の大きい医療用超音波探触
子の酸化物圧電材料を得ようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明は、ｘＰｂ（Ｓ
ｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ
3 （但し、ｘ＝１〜３モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、
ｚ＝５０〜６１モル％で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）
なる基本成分でＰｂの一部をＳｒで２〜１７モル％置換
し、かつ電気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上で
あることを特徴とする医療用超音波探触子の酸化物圧電
材料（請求項１）、Ｓｒの置換量が１０〜１７モル％
で、さらに０．１〜０．３重量％のＮｂ2 Ｏ5 を含む請
求項１記載の医療用超音波探触子の酸化物圧電材料（請
求項２）、電気結合係数ｋ33' が７ＭＨｚで７０％以上
であることを特徴とする請求項１記載の医療用超音波探
触子の酸化物圧電材料（請求項３）およびｘＰｂ（Ｓｂ
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3
（但し、ｘ＝２モル％、ｙ＝４０〜４７モル％、Ｚ＝５
１〜５８モル％で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基
本成分でＰｂの一部をＳｒで３〜１４モル％置換し、か
つ電気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上であるこ
とを特徴とする医療用超音波探触子の酸化物圧電材料
（請求項４）である。以下にこの発明をさらに説明す
る。
ｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ
3 （但し、ｘ＝１〜３モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、
ｚ＝５０〜６１モル％で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）
なる基本成分でＰｂの一部をＳｒで２〜１７モル％置換
し、かつ電気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上で
あることを特徴とする医療用超音波探触子の酸化物圧電
材料（請求項１）、Ｓｒの置換量が１０〜１７モル％
で、さらに０．１〜０．３重量％のＮｂ2 Ｏ5 を含む請
求項１記載の医療用超音波探触子の酸化物圧電材料（請
求項２）、電気結合係数ｋ33' が７ＭＨｚで７０％以上
であることを特徴とする請求項１記載の医療用超音波探
触子の酸化物圧電材料（請求項３）およびｘＰｂ（Ｓｂ
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3
（但し、ｘ＝２モル％、ｙ＝４０〜４７モル％、Ｚ＝５
１〜５８モル％で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基
本成分でＰｂの一部をＳｒで３〜１４モル％置換し、か
つ電気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上であるこ
とを特徴とする医療用超音波探触子の酸化物圧電材料
（請求項４）である。以下にこの発明をさらに説明す
る。
【００１２】請求項１の本発明の医療用超音波探触子の
酸化物圧電材料は、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −
ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝１〜３モ
ル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５０〜６１モル％
で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分でＰｂの
一部をＳｒで２〜１７モル％置換したもので、電気結合
係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上である。また請求項
２の発明は、Ｓｒの置換量が１０〜１７モル％のとき、
さらに０．１〜０．３重量％のＮｂ2 Ｏ5 を含むように
した酸化物圧電材料である。
酸化物圧電材料は、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −
ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝１〜３モ
ル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５０〜６１モル％
で、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分でＰｂの
一部をＳｒで２〜１７モル％置換したもので、電気結合
係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上である。また請求項
２の発明は、Ｓｒの置換量が１０〜１７モル％のとき、
さらに０．１〜０．３重量％のＮｂ2 Ｏ5 を含むように
した酸化物圧電材料である。
【００１３】本発明においてＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒＯ3、Ｓｒの置換量、Ｎ
ｂ2 Ｏ5 の含有量をそれぞれ上記の如く限定した理由は
次の通りである。
Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒＯ3、Ｓｒの置換量、Ｎ
ｂ2 Ｏ5 の含有量をそれぞれ上記の如く限定した理由は
次の通りである。
【００１４】即ち、電子走査型超音波診断装置の超音波
短探触子として一般に実用的な周波数は下限がほぼ２Ｍ
Ｈｚである。一方、トランスジュ−サ−の厚さｔは周波
数が高くなるほど薄くなり、その電気機械結合係数
ｋ33' は電極などの影響により低下する。よって、下限
周波数が２ＭＨｚ（厚さ０．５mm）の電気機械結合係数
ｋ33' を基準とした。
短探触子として一般に実用的な周波数は下限がほぼ２Ｍ
Ｈｚである。一方、トランスジュ−サ−の厚さｔは周波
数が高くなるほど薄くなり、その電気機械結合係数
ｋ33' は電極などの影響により低下する。よって、下限
周波数が２ＭＨｚ（厚さ０．５mm）の電気機械結合係数
ｋ33' を基準とした。
【００１５】基本成分でＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
の組成比が３モル％を超えると、電気機械結合係数
ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい値となり、また
これが１モル％未満となると焼結体の結晶粒径が１０μ
ｍ程度となって機械的強度が弱くなる。
の組成比が３モル％を超えると、電気機械結合係数
ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい値となり、また
これが１モル％未満となると焼結体の結晶粒径が１０μ
ｍ程度となって機械的強度が弱くなる。
【００１６】ＰｂＴｉＯ3 の組成比が４７モル％を超え
るか或いは３８モル％未満、ＰｂＺｒＯ3 の組成比が６
１モル％を超えるか５０モル％未満のいずれの場合も電
気機械結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい
値となり、圧電材料としての利用価値が少ない。よっ
て、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐ
ｂＺｒＯ3 の３成分系基本成分の組成比は図１において
斜線部で示す範囲に選択される。
るか或いは３８モル％未満、ＰｂＺｒＯ3 の組成比が６
１モル％を超えるか５０モル％未満のいずれの場合も電
気機械結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい
値となり、圧電材料としての利用価値が少ない。よっ
て、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、Ｐ
ｂＺｒＯ3 の３成分系基本成分の組成比は図１において
斜線部で示す範囲に選択される。
【００１７】請求項２に発明は、上記の３成分系基本成
分においてＰｂの一部をＳｒで置換するものであるが、
その量が２モル％を未満或いは１７モル％を超えると電
気機械結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい
値となる。さらに、置換量が２モル％未満の場合は製造
時の焼結過程でＰｂＯが蒸発し、緻密な焼結体を得るこ
とが出来ない。これが１７モル％を超えると焼結体の硬
度は大きくなるが、破壊靭性が小さくなり割れやすくな
り、またキュ−リ−温度も１００度以下になることから
電子走査型超音波探触子用としての実用性に欠けたもの
となる。
分においてＰｂの一部をＳｒで置換するものであるが、
その量が２モル％を未満或いは１７モル％を超えると電
気機械結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％未満の小さい
値となる。さらに、置換量が２モル％未満の場合は製造
時の焼結過程でＰｂＯが蒸発し、緻密な焼結体を得るこ
とが出来ない。これが１７モル％を超えると焼結体の硬
度は大きくなるが、破壊靭性が小さくなり割れやすくな
り、またキュ−リ−温度も１００度以下になることから
電子走査型超音波探触子用としての実用性に欠けたもの
となる。
【００１８】Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉ
Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 の３成分系基本成分でＰｂの一部を
Ｓｒに置換した圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' は、
従来公知のＰＺＴ系或いはその他の３成分系酸化物圧電
材料より５ＭＨｚ以上の高周波でも高い値を示し、また
トランスジュ−サ−の厚み依存性の小さいものとなる。
Ｏ3 −ＰｂＺｒＯ3 の３成分系基本成分でＰｂの一部を
Ｓｒに置換した圧電材料の電気機械結合係数ｋ33' は、
従来公知のＰＺＴ系或いはその他の３成分系酸化物圧電
材料より５ＭＨｚ以上の高周波でも高い値を示し、また
トランスジュ−サ−の厚み依存性の小さいものとなる。
【００１９】しかしながら、Ｓｒの置換量が１０モル％
を超えると焼結体の結晶粒径が、置換量が１０モル％未
満の場合と比較して、約１〜２μｍ大きくなるなるため
機械的強度が低下する。そこでこの場合は、Ｎｂ2 Ｏ5
をさらに０．１〜０．３重量部含むようにする。Ｎｂ2
Ｏ5 が０．１重量部未満では効果なく、またこれが０．
３重量部を超えると電気機械結合係数ｋ33' がＮｂ2 Ｏ
5 をさらに含まない場合よりも低下してかつ機械的強度
も低下する。
を超えると焼結体の結晶粒径が、置換量が１０モル％未
満の場合と比較して、約１〜２μｍ大きくなるなるため
機械的強度が低下する。そこでこの場合は、Ｎｂ2 Ｏ5
をさらに０．１〜０．３重量部含むようにする。Ｎｂ2
Ｏ5 が０．１重量部未満では効果なく、またこれが０．
３重量部を超えると電気機械結合係数ｋ33' がＮｂ2 Ｏ
5 をさらに含まない場合よりも低下してかつ機械的強度
も低下する。
【００２０】請求項３の発明は、圧電材料の電気機械結
合係数ｋ33' を７ＭＨｚで７０％以上に特定したもので
あり、また請求項４の発明は、Ｓｒの置換量をさらに好
ましい範囲として３〜１４モル％に特定したものであ
る。
合係数ｋ33' を７ＭＨｚで７０％以上に特定したもので
あり、また請求項４の発明は、Ｓｒの置換量をさらに好
ましい範囲として３〜１４モル％に特定したものであ
る。
【００２１】本発明の医療用超音波探触子の酸化物圧電
材料は、一般的に公知な粉末冶金法によって製造され
る。即ち、ＰｂＯ、ＳｒＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、
ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 などの原料酸化物を所定の割合で秤
量し、これらをボ−ルミルで混合する。この際、原料は
加熱して酸化物に転ずる化合物、例えば水酸化物、炭酸
塩などであっても差支えない。
材料は、一般的に公知な粉末冶金法によって製造され
る。即ち、ＰｂＯ、ＳｒＯ、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 、
ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 などの原料酸化物を所定の割合で秤
量し、これらをボ−ルミルで混合する。この際、原料は
加熱して酸化物に転ずる化合物、例えば水酸化物、炭酸
塩などであっても差支えない。
【００２２】次に、この混合物を比較的低温度、例えば
６００〜９００℃で予備焼成し、さらにボ−ルミルで粉
砕して調整粉末とする。この調整粉末に水或いはポリビ
ニ−ルアルコ−ルなどの粘結剤を添加し、０．５〜２．
０t ／cm2 の圧力で加圧成形し、１１００〜１３００℃
の温度で焼結する。この焼成においてＰｂの一部が蒸発
し揮散する恐れがあるので焼成は密閉炉内で行う。最高
温度保持は０．５〜３時間で十分である。これによって
得られた焼結体はその両面に周知の手段、例えば１対の
電極を設け直流電場１．０〜３．０kv／mmを８０〜１２
０℃の温度で１時間程度印加すれば分極できる。これに
より本発明の医療用超音波探触子の酸化物圧電材料を得
ることができる。
６００〜９００℃で予備焼成し、さらにボ−ルミルで粉
砕して調整粉末とする。この調整粉末に水或いはポリビ
ニ−ルアルコ−ルなどの粘結剤を添加し、０．５〜２．
０t ／cm2 の圧力で加圧成形し、１１００〜１３００℃
の温度で焼結する。この焼成においてＰｂの一部が蒸発
し揮散する恐れがあるので焼成は密閉炉内で行う。最高
温度保持は０．５〜３時間で十分である。これによって
得られた焼結体はその両面に周知の手段、例えば１対の
電極を設け直流電場１．０〜３．０kv／mmを８０〜１２
０℃の温度で１時間程度印加すれば分極できる。これに
より本発明の医療用超音波探触子の酸化物圧電材料を得
ることができる。
【００２３】
【作用】この発明は、Ｐｂの一部をＳｒで置換したｘＰ
ｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂ
ＺｒＯ3 でｘ，ｙ，ｚを所定の範囲に特定し、しかも電
気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上に特定したの
で、強度向上とともに５〜１０ＭＨｚの高周波での感度
向上が一層期待出来るようになった。
ｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂ
ＺｒＯ3 でｘ，ｙ，ｚを所定の範囲に特定し、しかも電
気結合係数ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上に特定したの
で、強度向上とともに５〜１０ＭＨｚの高周波での感度
向上が一層期待出来るようになった。
【００２４】
【実施例】ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ
5 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 の純度９８％以上の各粉末を、
第１表に示すように、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
−ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 について、ｘ＝１〜
３モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５１〜５９モル
％で秤量した。さらにＰｂの一部のＳｒ置換量として、
２〜１７モル％秤量した。
5 、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 の純度９８％以上の各粉末を、
第１表に示すように、ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
−ｙＰｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 について、ｘ＝１〜
３モル％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５１〜５９モル
％で秤量した。さらにＰｂの一部のＳｒ置換量として、
２〜１７モル％秤量した。
【００２５】表１には、比較例としてＳｒ置換量を１モ
ル％としたもの（比較例１）、ｘ＝０モル％としたもの
（比較例２）、ｘ＝４モル％としたもの（比較例３）、
Ｓｒ置換量１８モル％としたもの（比較例４）を併せて
示した。
ル％としたもの（比較例１）、ｘ＝０モル％としたもの
（比較例２）、ｘ＝４モル％としたもの（比較例３）、
Ｓｒ置換量１８モル％としたもの（比較例４）を併せて
示した。
【００２６】これらをボ−ルミルで混合したのち８００
〜９００℃で予備焼成した。これをさらにボ−ルミルで
粉砕して調整粉末を得た。その後、この調整粉末にポリ
ビニ−ルアルコ−ルの粘結剤を添加し、１．０ton ／cm
2 の圧力で加圧成形してから１１００〜１２５０℃の温
度で２時間保持して焼結し５０mm角で厚さ１mmの焼結体
を得た。この酸化物焼結体の両面に１対の電極を設け、
直流電場１．０〜３．０kv／mmを常温〜１２０℃のシリ
コン油中で３０分〜１時間印加して分極した。
〜９００℃で予備焼成した。これをさらにボ−ルミルで
粉砕して調整粉末を得た。その後、この調整粉末にポリ
ビニ−ルアルコ−ルの粘結剤を添加し、１．０ton ／cm
2 の圧力で加圧成形してから１１００〜１２５０℃の温
度で２時間保持して焼結し５０mm角で厚さ１mmの焼結体
を得た。この酸化物焼結体の両面に１対の電極を設け、
直流電場１．０〜３．０kv／mmを常温〜１２０℃のシリ
コン油中で３０分〜１時間印加して分極した。
【００２７】この圧電材料について、比誘電率ε33 T ／
ε0 を１ｋＨｚの周波数で測定した。また、この焼結体
を０．０８５mm幅×１０mm長さ×０．１５mm厚さと０．
２５mm幅×１０mm長さ×０．５mm厚さに加工し、その電
気機械結合係数ｋ33' を測定した。結果を表１に示し
た。
ε0 を１ｋＨｚの周波数で測定した。また、この焼結体
を０．０８５mm幅×１０mm長さ×０．１５mm厚さと０．
２５mm幅×１０mm長さ×０．５mm厚さに加工し、その電
気機械結合係数ｋ33' を測定した。結果を表１に示し
た。
【００２８】表１に示す結果から、本発明の圧電素子の
２ＭＨｚの電気結合係数ｋ33' はいずれも６９％以上で
あることが分かる。一方、比較例は２ＭＨｚの周波数の
とき、電気機械結合係数ｋ33' がいずれも６９％より小
さいことが分かる。
２ＭＨｚの電気結合係数ｋ33' はいずれも６９％以上で
あることが分かる。一方、比較例は２ＭＨｚの周波数の
とき、電気機械結合係数ｋ33' がいずれも６９％より小
さいことが分かる。
【００２９】
【表１】
【００３０】図２は、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 の
成分量を２モル％と一定とし、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂ
ＺｒＯ3 の両成分量をこの発明で特定した範囲内で変え
てなる３成分系酸化物圧電材料について、２ＭＨｚでの
電気機械結合係数ｋ33' を示したものである。
成分量を２モル％と一定とし、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂ
ＺｒＯ3 の両成分量をこの発明で特定した範囲内で変え
てなる３成分系酸化物圧電材料について、２ＭＨｚでの
電気機械結合係数ｋ33' を示したものである。
【００３１】図２でａ〜ｆは、Ｓｒ置換量別電気機械結
合係数ｋ33' の組成依存性を示したもので、Ｓｒ置換量
が曲線ａが２モル％、曲線ｂが５モル％、曲線ｃが８モ
ル％、曲線ｄが１１モル％、曲線ｅが１４モル％、曲線
ｆが１７モル％である。
合係数ｋ33' の組成依存性を示したもので、Ｓｒ置換量
が曲線ａが２モル％、曲線ｂが５モル％、曲線ｃが８モ
ル％、曲線ｄが１１モル％、曲線ｅが１４モル％、曲線
ｆが１７モル％である。
【００３２】図２から、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3
の成分量を２モル％と一定とし、ＰｂＴｉＯ3 およびＰ
ｂＺｒＯ3 の両成分量をこの発明で特定した範囲内で変
え、さらにＰｂの１部をＳｒで２〜１７モル％置換して
なる３成分系酸化物圧電材料の電気機械結合係数ｋ33'
は、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂＺｒＯ3 の組成比に依存す
ることが分かる。
の成分量を２モル％と一定とし、ＰｂＴｉＯ3 およびＰ
ｂＺｒＯ3 の両成分量をこの発明で特定した範囲内で変
え、さらにＰｂの１部をＳｒで２〜１７モル％置換して
なる３成分系酸化物圧電材料の電気機械結合係数ｋ33'
は、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂＺｒＯ3 の組成比に依存す
ることが分かる。
【００３３】Ｓｒ置換量が１１モル％での相境界近傍組
成で電気機械結合係数ｋ33' は最大を示し、Ｓｒ置換量
が１１モル％を境にして増減すると電材料の電気機械結
合係数ｋ33' は低下する。
成で電気機械結合係数ｋ33' は最大を示し、Ｓｒ置換量
が１１モル％を境にして増減すると電材料の電気機械結
合係数ｋ33' は低下する。
【００３４】さらに図３は、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）
Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3の３成分系基本成分
の組成比とＰｂの一部のＳｒ置換量を決定して得られる
３成分系酸化物材料について、圧電材料の電気機械結合
係数ｋ33' とトランスジュ−サ−の厚さの依存性を斜線
部ｇで示したものである。
Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3の３成分系基本成分
の組成比とＰｂの一部のＳｒ置換量を決定して得られる
３成分系酸化物材料について、圧電材料の電気機械結合
係数ｋ33' とトランスジュ−サ−の厚さの依存性を斜線
部ｇで示したものである。
【００３５】図３で斜線部ｈは、従来の圧電材料の一種
であるＰｂ（Ｙ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 の３成分系酸化物圧電材料を示したものであ
る。これによっても本発明の３成分系酸化物圧電材料
は、従来品よりも電気機械結合係数ｋ33' が大きい上
に、トランスジュ−サ−の厚さ依存性も小さいことが分
かる。
であるＰｂ（Ｙ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 の３成分系酸化物圧電材料を示したものであ
る。これによっても本発明の３成分系酸化物圧電材料
は、従来品よりも電気機械結合係数ｋ33' が大きい上
に、トランスジュ−サ−の厚さ依存性も小さいことが分
かる。
【００３６】さらに原料として用いたＮｂ2 Ｏ5 添加効
果を見るために、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 の成分
量を２モル％と一定にし、Ｓｒ置換量別に相境界近傍組
成の曲げ強さと結晶粒径、２ＭＨｚでの電気機械結合係
数ｋ33' を表２に示した。
果を見るために、Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 の成分
量を２モル％と一定にし、Ｓｒ置換量別に相境界近傍組
成の曲げ強さと結晶粒径、２ＭＨｚでの電気機械結合係
数ｋ33' を表２に示した。
【００３７】なお、Ｎｂ2 Ｏ5 はＳｒ置換量が１１モル
％、１４モル％、１７モル％のときに添加した。表２に
示すように、Ｎｂ2 Ｏ5 は重量比で０．１〜０．３％の
添加量で電気機械結合係数ｋ33' の低下を伴わず焼結体
の結晶粒径を小さくし、曲げ強さを向上させることが分
かる。
％、１４モル％、１７モル％のときに添加した。表２に
示すように、Ｎｂ2 Ｏ5 は重量比で０．１〜０．３％の
添加量で電気機械結合係数ｋ33' の低下を伴わず焼結体
の結晶粒径を小さくし、曲げ強さを向上させることが分
かる。
【００３８】
【表２】
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明の３成分系酸化物
圧電材料は、電気機械結合係数ｋ33'が大きく、また電
気機械結合係数ｋ33' のトランスジュ−サ−の厚さ依存
性が小さく、しかも機械的強度の大きい特性を兼ね備え
たものとすることができる。
圧電材料は、電気機械結合係数ｋ33'が大きく、また電
気機械結合係数ｋ33' のトランスジュ−サ−の厚さ依存
性が小さく、しかも機械的強度の大きい特性を兼ね備え
たものとすることができる。
【図１】本発明の３成分系酸化物圧電材料のＰｂ（Ｓｂ
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒＯ3 の３
成分系基本成分の組成比を示した図。
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、ＰｂＴｉＯ3 、ＰｂＺｒＯ3 の３
成分系基本成分の組成比を示した図。
【図２】Ｐｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 を一定とした場
合における、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂＺｒＯ3 のそれぞ
れのモル％と電気機械結合係数ｋ33' の関係を示した線
図。
合における、ＰｂＴｉＯ3 およびＰｂＺｒＯ3 のそれぞ
れのモル％と電気機械結合係数ｋ33' の関係を示した線
図。
【図３】電気機械結合係数ｋ33' とトランスジュ−サ−
の厚さ依存性の関係を示した線図。
の厚さ依存性の関係を示した線図。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年２月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｃ０４Ｂ 35/49 Ｄ Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１ Ｅ
Claims (4)
- 【請求項１】 ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰ
ｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝１〜３モル
％、ｙ＝３８〜４７モル％、ｚ＝５０〜６１モル％で、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分でＰｂの一部
をＳｒで２〜１７モル％置換し、かつ電気結合係数
ｋ33' が２ＭＨｚで６９％以上であることを特徴とする
医療用超音波探触子の酸化物圧電材料。 - 【請求項２】 Ｓｒの置換量が１０〜１７モル％で、さ
らに０．１〜０．３重量％のＮｂ2 Ｏ5 を含む請求項１
記載の医療用超音波探触子の酸化物圧電材料。 - 【請求項３】 電気結合係数ｋ33' が７ＭＨｚで７０％
以上であることを特徴とする請求項１記載の医療用超音
波探触子の酸化物圧電材料。 - 【請求項４】 ｘＰｂ（Ｓｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｙＰ
ｂＴｉＯ3 −ｚＰｂＺｒＯ3 （但し、ｘ＝２モル％、ｙ
＝４０〜４７モル％、ｚ＝５１〜５８モル％で、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１００モル％）なる基本成分でＰｂの一部をＳｒ
で３〜１４モル％置換し、かつ電気結合係数ｋ33' が２
ＭＨｚで６９％以上であることを特徴とする医療用超音
波探触子の酸化物圧電材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5337659A JPH07187781A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 医療用超音波探触子の酸化物圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5337659A JPH07187781A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 医療用超音波探触子の酸化物圧電材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187781A true JPH07187781A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18310744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5337659A Pending JPH07187781A (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 医療用超音波探触子の酸化物圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07187781A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100641338B1 (ko) * | 2001-12-22 | 2006-10-31 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 가속도 센서용 압전 세라믹스 조성물 |
| KR100696140B1 (ko) * | 2001-04-17 | 2007-03-21 | 주식회사 진성피에조텍 | 세라믹 진동자를 이용한 액체연료분무용 초음파 분무기 |
| JP2019019018A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | Fdk株式会社 | 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物の製造方法 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5337659A patent/JPH07187781A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100696140B1 (ko) * | 2001-04-17 | 2007-03-21 | 주식회사 진성피에조텍 | 세라믹 진동자를 이용한 액체연료분무용 초음파 분무기 |
| KR100641338B1 (ko) * | 2001-12-22 | 2006-10-31 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 가속도 센서용 압전 세라믹스 조성물 |
| JP2019019018A (ja) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | Fdk株式会社 | 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物の製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040427 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20041130 |