JPS5831748B2 - oxide piezoelectric material - Google Patents

oxide piezoelectric material

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JPS5831748B2
JPS5831748B2 JP54076922A JP7692279A JPS5831748B2 JP S5831748 B2 JPS5831748 B2 JP S5831748B2 JP 54076922 A JP54076922 A JP 54076922A JP 7692279 A JP7692279 A JP 7692279A JP S5831748 B2 JPS5831748 B2 JP S5831748B2
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oxide
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忠 井戸
勝徳 横山
洋八 山下
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853Ceramic compositions
    • H10N30/8548Lead-based oxides

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  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化物圧電材料に係る。[Detailed description of the invention] The present invention relates to oxide piezoelectric materials.

さらに詳しくは、(1−x ) PbT iO3−xP
b (Me’/3 Sb”/3)03二成分基本組成に
おいてx=0.01〜0.15’″′C8す、かつpb
原子の一部をSrで1.0〜20原子%置換したPb5
r〔(Me1/3Sb2/3)Ti〕03(式中、Me
はZn。
More specifically, (1-x) PbTiO3-xP
b (Me'/3 Sb"/3)03 In the two-component basic composition, x = 0.01 to 0.15'"'C8, and pb
Pb5 with 1.0 to 20 at.% of atoms replaced with Sr
r[(Me1/3Sb2/3)Ti]03 (where Me
is Zn.

Snのびn功・一種)系酸化物系圧電材料に関する。This invention relates to a Sn-type oxide piezoelectric material.

さらには副成分として、MnO,NiOおよびF e2
03の少なくとも一種を0.05〜2.0種量%添加含
有せしめた前記酸化物圧電材料に関する。
Furthermore, as subcomponents, MnO, NiO and Fe2
The present invention relates to the oxide piezoelectric material containing at least one type of 0.03 in an amount of 0.05 to 2.0% by species.

周知のように圧電材料は超音波用振動素子、メカニカル
フィルターなどのトランスデユーサ用素子、セラミック
フィルター、セラミック共振子用素子、振動計、加速計
などの素子として広い分野で利用されている。
As is well known, piezoelectric materials are used in a wide range of fields as ultrasonic vibration elements, transducer elements such as mechanical filters, ceramic filters, ceramic resonator elements, vibrometers, accelerometers, and other elements.

このような利用に対してPbTiO3−PbZrO3二
元系酸化物圧電材料について改良を加えたものが開発さ
れている。
For such uses, improved PbTiO3-PbZrO3 binary oxide piezoelectric materials have been developed.

例えば上記PbTi03−()bZr03二元系にB
12031Cr203 、 MnO2,ZnOなどの添
加物を加えて圧電特注の改善を図ることが試みられてい
る。
For example, in the above PbTi03-()bZr03 binary system, B
Attempts have been made to improve piezoelectric customization by adding additives such as 12031Cr203, MnO2, and ZnO.

また 2 PbT 103− PbZ r03− Pb (Mg−
qNb−H)03三元系の圧電材料も開発されている。
Also 2 PbT 103- PbZ r03- Pb (Mg-
Piezoelectric materials based on the qNb-H)03 ternary system have also been developed.

しかしながらこれらの圧電材料は強誘電性キュリ一温度
が300℃程度で、それ以上の温度下で使用し得なかっ
た。
However, these piezoelectric materials have a ferroelectric Curie temperature of about 300° C., and cannot be used at temperatures higher than that.

また上記圧電材料の誘電率は1000程度で、高周波領
域での応用には適さない。
Further, the dielectric constant of the piezoelectric material is about 1000, which makes it unsuitable for application in a high frequency range.

他方、誘電率が150〜250と小さい値を持つpbT
i03系材料も報告されているが、焼結後に起るひび
割れのため直径20mm以上の大型焼結体を得ることが
できず、分極条件も200℃において印加電圧60に■
/cfrLと非常に厳しいために、製品の歩止りが低い
等の欠点がそれぞれ存在した。
On the other hand, pbT has a small dielectric constant of 150 to 250.
Although i03-based materials have also been reported, large sintered bodies with a diameter of 20 mm or more cannot be obtained due to cracks that occur after sintering, and the polarization conditions are 200°C and an applied voltage of 60°C.
/cfrL, each of which had drawbacks such as a low yield of the product.

本発明の目的は、以上の問題点を解決し、キュリ一温度
が高くて300℃以上の高温でも安定に使用でき、かつ
数MHz以上の高周波領域の用途に適し、さらに従来の
P b T io 3系圧電材料に比較してはるかに分
極操作の容易なP b T iOs系酸化物圧電材料を
提供することにある。
It is an object of the present invention to solve the above problems, to be able to be used stably even at high temperatures of 300° C. or higher due to its high Curie temperature, to be suitable for applications in the high frequency range of several MHz or higher, and to be suitable for applications in the high frequency range of several MHz or higher, and to be suitable for use in the conventional P b T io The object of the present invention is to provide a PbTiOs-based oxide piezoelectric material whose polarization operation is much easier than that of the 3-based piezoelectric material.

すなわち、本発明に係る酸化物圧電材料は、PbTi0
3−Pb(Mel、(Sb2/3)03二元系(Meは
Zn、Snのいずれか一種)においてPbの一部をSr
で置換したものであり、さらに副成分としてMnO,N
iOおよびFe2O3の少なくとも一種の酸化物を少量
添加含有せしめることによりさらに信頼性を高めたもの
である。
That is, the oxide piezoelectric material according to the present invention is PbTi0
In the 3-Pb(Mel, (Sb2/3)03 binary system (Me is either Zn or Sn), a part of Pb is replaced with Sr.
It is substituted with MnO and N as subcomponents.
Reliability is further improved by adding a small amount of at least one kind of oxide of iO and Fe2O3.

さらに詳しくは、(1−x )PbT 1o3−xPb
(Me1/3Sb”/ )03二戊分基本組成(ただ
しMeはZn。
More specifically, (1-x)PbT 1o3-xPb
(Me1/3Sb”/) 03 two-part basic composition (Me is Zn.

Snのいずれか一種)において、x=0.01〜0.1
5であり、かつPb原子の一部をSrで1.0〜20原
子%置換したものである。
any type of Sn), x=0.01 to 0.1
5, and some of the Pb atoms are substituted with 1.0 to 20 atom % of Sr.

すなわち一般式で表わせばPb1−a Sra((Me
’/ Sb2/3)xTil−x)03(式中MeはZ
n、Snのいずれか一種)である組成において、x =
0.01〜0115゜a=o、01〜0.20である
ことを特徴とする酸化物圧電材料である。
That is, if expressed as a general formula, Pb1-a Sra((Me
'/Sb2/3)xTil-x)03 (where Me is Z
n, Sn), x =
The present invention is an oxide piezoelectric material characterized in that 0.01 to 0115 degrees a=o and 01 to 0.20.

副成分としてMnO,NiOおよびFe2O3の少なく
とも1種を0.05〜2.0重量%添加含有せしめた酸
化物圧電材料である。
This is an oxide piezoelectric material containing 0.05 to 2.0% by weight of at least one of MnO, NiO, and Fe2O3 as a subcomponent.

このような本発明の酸化物圧電材料は一般的には粉末冶
金的方法によって容易に製造することができる。
Such an oxide piezoelectric material of the present invention can generally be easily manufactured by a powder metallurgy method.

例えば、PbO2TiO2,SrCO3,1!l/Ir
ICO3゜N io 2 F e2032 S b20
3およびMeO(MeはZn。
For example, PbO2TiO2, SrCO3,1! l/Ir
ICO3゜N io 2 Fe2032 S b20
3 and MeO (Me is Zn.

Snのいずれか一種)などの原料酸化物を所定の割合に
適正に秤取し、これらをボールミルなどによってよく混
合する。
Raw material oxides such as any one of Sn) are appropriately weighed out in a predetermined ratio, and mixed well using a ball mill or the like.

なお、この除用いる原料は加熱によって酸化物に転する
化合物例えば水酸化物、炭酸塩、シュウ酸塩などであっ
てもよい。
The raw material to be removed may be a compound that is converted into an oxide by heating, such as a hydroxide, carbonate, or oxalate.

次いで前記混合物を例えば600〜900℃程度の温度
で予備焼成し、さらにボールミルなどによって粉砕して
調製粉末とする。
Next, the mixture is preliminarily calcined at a temperature of, for example, about 600 to 900° C., and further pulverized using a ball mill or the like to obtain a prepared powder.

しかる後この調製粉末に水あるいはポリビニルアルコー
ルナトの粘結剤を添加配合して、0.5〜2ton/c
riL程度の圧力で加圧成形した後、1100〜120
0℃程度の温度で焼成する。
After that, water or a binder such as polyvinyl alcohol is added to the prepared powder to form a powder of 0.5 to 2 tons/c.
After pressure molding at a pressure of about riL, 1100 to 120
Fire at a temperature of about 0°C.

この焼成において一つの組成分たるPbOの一部が蒸発
揮散する恐れもあるので焼成は閉炉内で行ない、また最
高温度での保持は一般に0.5〜3時間程度で充分であ
る。
During this firing, there is a possibility that a part of PbO, which is one of the constituents, may evaporate and diffuse, so the firing is carried out in a closed furnace, and it is generally sufficient to maintain the maximum temperature for about 0.5 to 3 hours.

さらに、本発明について詳述する。Furthermore, the present invention will be explained in detail.

まず、(1−x ) P bT 103−xPb (M
e1/3 Sb”/3 ) 03(但しMeはZn、S
nのいずれか一種)の基本組成において、x=0.01
〜0.15と限定した理由は、x<0.01では焼結性
が悪く緻密な磁器が得られず、x > o、 15では
キュリ一温度が350℃以下に低下し300℃以上の高
温で安定して使用できない上に、誘電率も300以上と
なって高周波領域における使用が困難となるからである
First, (1-x) P bT 103-xPb (M
e1/3 Sb”/3 ) 03 (Me is Zn, S
In the basic composition of n), x=0.01
The reason for limiting it to ~0.15 is that when x < 0.01, sinterability is poor and dense porcelain cannot be obtained, and when x > o, 15, the Curie temperature decreases to below 350 °C and high temperatures of over 300 °C occur. This is because, in addition to being unable to be used stably, the dielectric constant is 300 or more, making it difficult to use in a high frequency range.

次にSnによるpbの置換量を1.0〜20原子%と限
定したものは、1.0原子%より少なくてはP b T
iOs系圧電材料の分極を容易にし、また磁器の焼結
を容易にするという置換の効果がほとんど現れないから
であり、20原子%よりも多くはキュリ一温度が350
℃以下となり高温での使用が困難となるからである。
Next, when the amount of substitution of pb by Sn is limited to 1.0 to 20 at%, if it is less than 1.0 at%, P b T
This is because the substitution effect of facilitating polarization of iOs-based piezoelectric materials and sintering of porcelain is hardly manifested, and more than 20 atom % has a Curie temperature of 350
This is because it becomes difficult to use at high temperatures.

さらに副成分としてのMnO,NiOおよびFe2O3
の少なくとも一種の添加含有量を、0.05〜2.0重
量%と限定したのは、0.05重量%より少なくては、
PbTiO3系セラミックの温度特性、経時特性および
機械品質係数を改善するという、これら副成分の効果を
示さず、20重量%より多くてはセラミックの焼結性が
悪くなるからである。
Furthermore, MnO, NiO and Fe2O3 as subcomponents
The reason for limiting the content of at least one type of addition to 0.05 to 2.0% by weight is that less than 0.05% by weight,
This is because these subcomponents do not show the effect of improving the temperature characteristics, aging characteristics, and mechanical quality coefficient of PbTiO3-based ceramics, and if the amount exceeds 20% by weight, the sinterability of the ceramic deteriorates.

かくして、本発明により次に掲げるような効果を得るこ
とができる。
Thus, the following effects can be obtained by the present invention.

第1に、P b T io 3はキュリ一温度が500
℃付近にあって有望な圧電材料とされていたが、焼結性
に難点があるため実用性がなかったのに較べ、本発明で
はP b (Me ’/i S b”/3 ) Os
(但し、MeはZn2Snいずれか一種)を特に一方の
成分として用いており、またPbの一部をSrで置換し
ているために、これらが一方では鉱化剤的に働き焼結を
容易化ならしめている。
First, P b T io 3 has a Curie temperature of 500
℃, and was considered to be a promising piezoelectric material, but it was not practical due to difficulties in sinterability.
(However, Me is one of Zn2Sn) is used as one of the components, and a part of Pb is replaced with Sr, so these act as mineralizers and facilitate sintering. I'm used to it.

この焼結の容易化は結局焼結温度を低下せしめることに
なり、組成の一部を或すPbOの蒸発揮散を抑制し、も
って最終的に緻密な圧電材料が容易に得られることにな
る。
This facilitation of sintering ultimately lowers the sintering temperature, suppresses the evaporation and dissipation of PbO, which is a part of the composition, and ultimately makes it easier to obtain a dense piezoelectric material.

またPbTiOs系セラミックスにおいては、グレイン
成長を抑える様に焼成する事が重要であるが、本発明に
おいてはPb原子の一部をSrで置換することにより、
ダレインの成長を1〜3μm以下に抑える事ができ、焼
成も容易にする事ができるという効果がある。
Furthermore, in PbTiOs ceramics, it is important to perform firing to suppress grain growth, but in the present invention, by replacing some of the Pb atoms with Sr,
The effect is that the growth of dalein can be suppressed to 1 to 3 μm or less, and firing can be facilitated.

第2に、Pbの一部をSrで置換することにより、分極
が困難であったPbTiO3系セラミックの分極を容易
にすることができる。
Second, by substituting a part of Pb with Sr, it is possible to easily polarize PbTiO3 ceramic, which has been difficult to polarize.

すなわち、従来のP b T iOs系セラミックは、
分極条件として180〜200℃の高温で60〜80
KV/cyn、(1tL圧を必要としたが、本発明の圧
電材料は80〜ioo℃、40〜60KV/cTLとい
う緩和された条件で充分に分極することができる。
In other words, the conventional P b TiOs ceramic is
The polarization conditions are 60-80℃ at a high temperature of 180-200℃.
KV/cyn, (1 tL pressure was required, but the piezoelectric material of the present invention can be sufficiently polarized under relaxed conditions of 80 to ioo°C and 40 to 60 KV/cTL.

第3に、Pbの一部をSrで置換する事により分極後の
機械的強度の経時変化を改善出来る。
Thirdly, by substituting a part of Pb with Sr, changes in mechanical strength over time after polarization can be improved.

すなわち、従来のPbTiO3材料では分極後1000
時間はどで機械的強度の減少が起こり、ヒビ割れを生じ
て大型振動子の作成が困難であったのに対して本発明の
材料ではこれを大幅に改善出来るという効果がある。
That is, in the conventional PbTiO3 material, 1000
While it has been difficult to produce large-sized vibrators due to a decrease in mechanical strength over time and cracks, the material of the present invention has the effect of significantly improving this problem.

また上述の効果に加え、副成分としてMnO。In addition to the above-mentioned effects, MnO is used as a subcomponent.

MiOおよびFe2O3の少なくとも一種を添加含有せ
しめることにより、従来のP b T iOa系セラミ
ックに比較して温度特注および経時特注および機械品質
係数を大幅に改善することができさらに、例えば50〆
XI t 、101X20WX1 を等の大型形状の焼
結体を容易に製造することができる。
By adding and containing at least one of MiO and Fe2O3, temperature customization, aging customization, and mechanical quality coefficient can be significantly improved compared to conventional P b TiOa ceramics. Large-sized sintered bodies such as 101 x 20 W x 1 can be easily produced.

次に、本発明の実施例について記載する。Next, examples of the present invention will be described.

焼結された試料を20〆X1.0iitに研磨し、両面
に銀電極を焼き付け100℃、 60 KV/CrrL
の条件で分極した後、Proc、 IRE Vol、
137(49)1378〜1395などに示された標準
回路方法によって圧電特性を各々測定した。
The sintered sample was polished to 20 mm x 1.0 iit, and silver electrodes were baked on both sides at 100°C, 60 KV/CrrL.
After polarization under the conditions of Proc, IRE Vol.
137 (49) 1378-1395, etc., the piezoelectric properties were measured in accordance with the standard circuit method disclosed in 137(49) 1378-1395.

これらの測定結果を、それら焼結体の組成化とともに第
1表に示す。
These measurement results are shown in Table 1 along with the composition of the sintered bodies.

なお、第1表において、F、Tは焼成温度(’C)を、
Dは比重(23℃で測定)を、εは誘電率(IHz、2
3℃で測定)を、Ktは電気機械結合係数輛)を、Qm
は機械的品質係数を、Tcはキュリ一温度をそれぞれ示
す。
In Table 1, F and T represent the firing temperature ('C),
D is the specific gravity (measured at 23°C), and ε is the dielectric constant (IHz, 2
), Kt is the electromechanical coupling coefficient (measured at 3°C), and Qm
represents the mechanical quality factor, and Tc represents the Curie temperature.

これらの試料中、実施例7、参考例2の試料について分
極温度による電気機械結合係数Ktの値を測定したとこ
ろ第1図に示す結果を得た。
Among these samples, the values of the electromechanical coupling coefficient Kt depending on the polarization temperature were measured for the samples of Example 7 and Reference Example 2, and the results shown in FIG. 1 were obtained.

第1図において曲線aは実癩例7の場合を、曲線すは参
考例2の場合を示す。
In FIG. 1, curve a shows the case of Leprosy Example 7, and curve a shows the case of Reference Example 2.

本発明の実施例は1.従来のPbTiO3系セラミック
に比較して分極が容易になっていることがわかる。
Examples of the present invention are 1. It can be seen that polarization is easier compared to conventional PbTiO3 ceramics.

次に、これらの試料中実施例1,7および参考例3の試
料について、温度による誘電率の変化を測定したところ
、第2図に示す結果を得た。
Next, changes in dielectric constant due to temperature were measured for the samples of Examples 1 and 7 and Reference Example 3 among these samples, and the results shown in FIG. 2 were obtained.

第2図において、曲1aは実権例1の場合を、曲lbは
実施例7の場合を、曲線Cは参考例3の場合を示す。
In FIG. 2, the curve 1a shows the case of Actual Example 1, the curve 1b shows the case of Example 7, and the curve C shows the case of Reference Example 3.

本発明の実権例1(曲線a)および7(曲線b)はキュ
リ一温度が高く、300℃以上での使用が可能であるこ
とがわかる。
It can be seen that practical examples 1 (curve a) and 7 (curve b) of the present invention have high Curie temperatures and can be used at temperatures of 300° C. or higher.

さらに、同じ試料について電気機械結合係数Ktの温度
に対する変化を測定したところ、第3図に示す結果を得
た。
Furthermore, when the change in electromechanical coupling coefficient Kt with respect to temperature was measured for the same sample, the results shown in FIG. 3 were obtained.

第3図において、曲線aは実権例1の場合を、曲線すは
実施例7の場合を、曲線Cは参考例3の場合を示す。
In FIG. 3, curve a shows the case of Practical Example 1, curve S shows the case of Example 7, and curve C shows the case of Reference Example 3.

この図によると j本発明の実施例1および7は、いず
れもキュリ一温度が高いために1は常温〜400℃の広
い温度範囲でほとんど一定である。
According to this figure, since both Examples 1 and 7 of the present invention have a high Curie temperature, 1 is almost constant over a wide temperature range from room temperature to 400°C.

第2図および第3図に示した結果は、本発明に係る圧電
材料は、圧電材料としては最高の使用温度で利用し得る
ことを j示している。
The results shown in FIGS. 2 and 3 show that the piezoelectric material according to the present invention can be used at the highest operating temperature for a piezoelectric material.

さらにまた、実権例13の試料と、これと基本組成を等
しくするが副成分としてMnO,NiO。
Furthermore, the basic composition is the same as that of the sample of Practical Example 13, but MnO and NiO are added as subcomponents.

Fe 203の少なくとも一種を添加含有せしめたもの
である実権例18,19および20の試料でセラ ニミ
ツク共振子を作成し、周波数定数Nt(Hzom)の経
時特性を求めたところ第4図に示す結果を得※※た。
Ceranimic resonators were created using samples of Actual Examples 18, 19, and 20, which contained at least one type of Fe 203, and the time-dependent characteristics of the frequency constant Nt (Hzom) were determined. The results are shown in Figure 4. I got **.

第4図において、曲線aは実権例13の場合を、曲線b
j Cおよびdはそれぞれ実権例18゜19および2
0の場合を示す。
In FIG. 4, curve a represents the case of Actual Example 13, and curve b represents the case of Actual Example 13.
j C and d are Actual Examples 18゜19 and 2, respectively.
The case of 0 is shown.

MnO,NiO。Fe2O3を添加含有せしめることに
より、経時特注が良好となることがわかる。
MnO, NiO. It can be seen that by adding Fe2O3, the customization over time becomes better.

さらに、上記と同じ試料のセラミック共振子について共
振周波数の温度特性と経時%性を測定したところ、第2
表に示す結果を得た。
Furthermore, when we measured the temperature characteristics and time-dependent characteristics of the resonant frequency for the ceramic resonator of the same sample as above, we found that the second
The results shown in the table were obtained.

MnO、N i O、Fe2O3を添加含有せしめるこ
とにより、温度%性が改善されることがわかる。
It can be seen that the temperature percent property is improved by adding MnO, N i O, and Fe2O3.

さらに副成分の添加に依り、Qmが飛躍的に向上してい
る事も示している。
Furthermore, it is shown that Qm is dramatically improved by adding subcomponents.

第5図は実権例13参考例1の組成において直径50c
rrLの円板振動子を作成し、分極後の機械的強度を示
すtonδの経時変化を調べた結果を示す。
Figure 5 shows the composition of Actual Example 13 Reference Example 1 with a diameter of 50 cm.
The results of creating a disk vibrator of rrL and examining the change over time in ton δ, which indicates the mechanical strength after polarization, are shown.

第5図において曲線aは実権例13を曲線すは参考例1
の場合をそれぞれ示す。
In Figure 5, curve a curves actual example 13 and reference example 1.
Each case is shown below.

Sr置換を行わない参考例1の組成では分極後100時
間以上ではtonδが急激に上昇し振動子にヒビ割れが
生じたのに対し実施例13の場合ではtonδの変化は
認められずSr置換に依り機械的強度の経時変化が改善
されている事を示す。
In the composition of Reference Example 1 in which Sr substitution was not performed, the ton δ increased rapidly and cracks occurred in the vibrator after 100 hours or more after polarization, whereas in the case of Example 13, no change in ton δ was observed and the result was due to Sr substitution. This shows that the change in mechanical strength over time has been improved.

以上の実施例から明らかなように本発明に係る圧電材料
は300℃以上の高温でも安定して使用でき、また高周
波領域で使用できるなど多くの特長をもっている。
As is clear from the above examples, the piezoelectric material according to the present invention has many features such as being able to be used stably even at high temperatures of 300° C. or higher and being usable in a high frequency range.

また温度特注、経時特注などの変化率も少ないので、各
種の変換素子としですぐれた機能を発揮することができ
る。
Furthermore, since the rate of change due to temperature customization or aging is small, it can perform excellent functions as a variety of conversion elements.

かくして本発明に係る酸化物圧電材料は例えば次のよう
な用途に適するものと言える。
Thus, the oxide piezoelectric material according to the present invention can be said to be suitable for, for example, the following uses.

(1)高温物体の振動、加速度測定、および圧力測定、
500℃に近い温度に達する物体や温度変化のはげしい
物体の振動や加速度を測定することができる。
(1) Vibration, acceleration measurement, and pressure measurement of high-temperature objects;
It is possible to measure the vibration and acceleration of objects that reach temperatures close to 500 degrees Celsius or objects that experience rapid temperature changes.

同様に高温物体内の圧力も測定できる。Similarly, pressure inside hot objects can be measured.

(2)高温物体の超音波応用 高温物体の超音波加工の際の超音波発生源として使用し
たり、高温物体の超音波検査用素子などとしても使用で
きる。
(2) Ultrasonic application for high-temperature objects It can be used as an ultrasonic generation source during ultrasonic processing of high-temperature objects, or as an element for ultrasonic inspection of high-temperature objects.

(3)強力超音波の発生 通常の圧電材料は大振幅動作させると発熱のため温度が
上昇して使えなくなるが、本発明に係る圧電材料は30
0℃以上の使用にも耐え得るので、大振幅動作による強
力超音波の発生に有利である。
(3) Generation of strong ultrasonic waves When ordinary piezoelectric materials are operated with large amplitude, the temperature rises due to heat generation and the piezoelectric material according to the present invention becomes unusable.
Since it can withstand use at temperatures above 0°C, it is advantageous for generating powerful ultrasonic waves through large amplitude operation.

(4)高周波における応用 従来の圧電材料は誘電率が1000程度と太き過ぎるた
め高周波領域での用途に適さないと言う難点があった。
(4) Application in high frequency applications Conventional piezoelectric materials have a dielectric constant of about 1000, which is too thick, making them unsuitable for use in high frequency ranges.

一般にインピーダンスZはZ=d/(2πf・ε・S)
(ここでd、sは試料の厚さと断面積、rは使用周波数
、εは誘電率である。
Generally, impedance Z is Z=d/(2πf・ε・S)
(Here, d and s are the thickness and cross-sectional area of the sample, r is the frequency used, and ε is the dielectric constant.

)で与えられる。従ってdはfに反比例して薄くする必
要がある。
) is given by Therefore, d needs to be made thinner in inverse proportion to f.

結局Z■1/(f2・ε・S)となるが、fが高くなれ
ば、Zは2乗で効いてきて、急速に減少する。
In the end, it becomes Z■1/(f2·ε·S), but as f becomes higher, Z becomes effective as a square and rapidly decreases.

Zの整合にはSかεを小さくする必要があるが、Sには
加工上の限界もあるので、εを小さくする方が有利であ
る。
It is necessary to make S or ε small for Z matching, but since S has a limit in processing, it is advantageous to make ε small.

本発明の圧電材料は誘電率εが150〜250程度で従
来のものとくらべ見〜協である。
The piezoelectric material of the present invention has a dielectric constant ε of about 150 to 250, which is comparable to that of conventional piezoelectric materials.

従って従来の材料で10MHzまで使用可能ならば、本
発明の材料を使えば50 MHzぐらいまで可能となる
Therefore, if conventional materials can be used up to 10 MHz, the material of the present invention can be used up to about 50 MHz.

(5)リニヤスキャン型超音波診断装置用プローブ超音
波診断装置用プローブにおける超音波変換素子は、高周
波化に伴って大型形状fヒ、薄板化が要求される。
(5) Probe for Linear Scan Type Ultrasonic Diagnostic Devices Ultrasonic transducer elements in probes for ultrasonic diagnostic devices are required to be large in size and thin as the frequency becomes higher.

素子の大型形状化、薄板fヒは従来の圧電材料では困難
であったが、本発明の材料によれば焼結性が良好なため
に機械的強度に優れた大型薄板化(例えば、長さ50〜
100 mw。
It was difficult to make the element larger and thinner with conventional piezoelectric materials, but the material of the present invention has good sintering properties, so it is difficult to make the element larger and thinner (for example, with longer length). 50~
100 mw.

幅15〜207n7IL1厚さ200μm)が容易に実
現さされる。
A width of 15 to 207n7IL1 and a thickness of 200 μm) is easily realized.

以上述べたように第6図三元系図で示す如き本発明の圧
電材料を使用すれば従来不軒能であった用途にも有用で
あることがわかる。
As described above, it can be seen that the use of the piezoelectric material of the present invention as shown in the ternary diagram in FIG. 6 is useful for applications that were previously impossible.

なお高周波用フィルタ、共振子として使用する場合、周
波数の温度特注、経時特注が問題となるが、これらの変
化率も小さいので満足して充分実用に供しうる。
When used as a high-frequency filter or resonator, customization of frequency, temperature, and aging may be a problem, but since the rate of change in these is small, it can be used satisfactorily for practical use.

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

図面は本発明に係る酸化物正電材料の特注例を示すもの
で第1図は分極温度と電気機械結合係数Kt(%)の関
係曲線図、第2図は温度と誘電率の係曲紳図、第3図は
温度と電気機械結合係数Kt(%)の関係曲線図、第4
図は時間と周波数定数N t (Hz j rn )の
関係曲線図、第5図は時間とtonδ(%)との関係曲
線図、第6図は特許請求範囲を示す三元図をそれぞれ示
す。
The drawings show a custom-made example of the oxide positive electric material according to the present invention. Figure 1 is a curve diagram of the relationship between polarization temperature and electromechanical coupling coefficient Kt (%), and Figure 2 is a curve diagram of the relationship between temperature and dielectric constant. Figure 3 is a relationship curve diagram between temperature and electromechanical coupling coefficient Kt (%), Figure 4
The figure shows a relationship curve between time and the frequency constant N t (Hz j rn ), FIG. 5 shows a relationship curve between time and ton δ (%), and FIG. 6 shows a ternary diagram showing the claims.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 (1−x)PbTiO3−xPb(M病Sb”/
)03二成分基本組成(ただしMeはZn、Snのいず
れか一種)において、x=0.01〜0.15であり、
かつPb原子の一部をSrで1.0〜20原子%置換し
たことを特徴とする酸化物圧電材料。 2 (1−x)PbTi03−xPb(Me’/Sb
”/3)03二成分基本組成(ただしMeはZn、Sn
のいずれか一種)において、x=o、01〜0.15で
あり、かつpb原子の一部をSrで1.0〜20原子%
置換し、ざらに副成分としてMn Ot N 10およ
びFe2O3の少なくとも一種を、0.05〜2.0重
量%添加含有することを特徴とする酸化物圧電材料。
[Claims] 1 (1-x)PbTiO3-xPb (M disease Sb”/
)03 Two-component basic composition (Me is either Zn or Sn), x = 0.01 to 0.15,
An oxide piezoelectric material characterized in that part of the Pb atoms is replaced by 1.0 to 20 at % of Sr. 2 (1-x)PbTi03-xPb(Me'/Sb
”/3) 03 Two-component basic composition (Me is Zn, Sn
), x=o, 01 to 0.15, and a part of the pb atoms is Sr at 1.0 to 20 atom%
An oxide piezoelectric material characterized in that it contains at least one of MnOtN10 and Fe2O3 as subcomponents in an amount of 0.05 to 2.0% by weight.
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