JPS5856375A - 酸化物圧電材料 - Google Patents
酸化物圧電材料Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/853—Ceramic compositions
- H10N30/8548—Lead-based oxides
- H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はＰｂ （ＹＨ８ｂ３４ ） Ｏ，−ＰｂＴｉ０
．− ＰｂＺｒ（Ｊ。
．− ＰｂＺｒ（Ｊ。
で構成される三成分固溶体、およびその一部をＢａ、Ｓ
ｒ、Ｏｉ の少なくとも１種で１０ ｍｏｌ 係以下を
置換した酸化物圧電材料にかかり、特に結合係数が大き
く、音響インピーダンスが低く医療超音波プローブ用の
圧電振動子材料として適する酸化物圧電材料である。
ｒ、Ｏｉ の少なくとも１種で１０ ｍｏｌ 係以下を
置換した酸化物圧電材料にかかり、特に結合係数が大き
く、音響インピーダンスが低く医療超音波プローブ用の
圧電振動子材料として適する酸化物圧電材料である。
周知の様に現在圧電振動子を用いた医瞭超音波プローブ
が広く実用化されている。これらの振動子に用いる圧電
材料としてはＰｂＴｉ０１− ＰｂＺｒ０．系材料（Ｐ
ＺＴ ）やＰｂＴｉ０１ＰｂＺｒ０１−Ｐｂ（Ｏｏ３＊
Ｗ３． ） ０．系材料（三成分材料）等が用いられて
いるが、これらを超音波診断装置用のプローブ材料とし
て使用する場合には特性的に問題となる点がいくつか認
められる。
が広く実用化されている。これらの振動子に用いる圧電
材料としてはＰｂＴｉ０１− ＰｂＺｒ０．系材料（Ｐ
ＺＴ ）やＰｂＴｉ０１ＰｂＺｒ０１−Ｐｂ（Ｏｏ３＊
Ｗ３． ） ０．系材料（三成分材料）等が用いられて
いるが、これらを超音波診断装置用のプローブ材料とし
て使用する場合には特性的に問題となる点がいくつか認
められる。
すなわち、医療超音波プローブはＭ１図に示した様に厚
み方向の面ｌこ電極（４）を設けた圧電振動子（１）を
バッキング材（２）上に貼り、さらに超音波が放射され
る面には、被検査物（たとえば人体）との音響インピー
ダンスの整合をはかるための整合層（３）を設けた構造
となっている。
み方向の面ｌこ電極（４）を設けた圧電振動子（１）を
バッキング材（２）上に貼り、さらに超音波が放射され
る面には、被検査物（たとえば人体）との音響インピー
ダンスの整合をはかるための整合層（３）を設けた構造
となっている。
最も効率よく圧電振動子のエネルギーを被検査物である
人体に伝えるには Ｚｘ−ｆムー１璽 Ｚｘ： 整合層インピーダンス Ｚｏ： 圧電材料インピーダンス ＺＴ： 被検査物インピーダンス を満足する必要がある。
人体に伝えるには Ｚｘ−ｆムー１璽 Ｚｘ： 整合層インピーダンス Ｚｏ： 圧電材料インピーダンス ＺＴ： 被検査物インピーダンス を満足する必要がある。
この整合層に用いられる材質としてはプラスチックや各
種樹脂、又はこれらに無機物等を混合したものがあるが
、いずれの整合層材料を用いてもその音響インピーダン
スは２５〜６ （ｘ ｔ−ｏ’ ｋｙ／ｍ”５ｅｃ）程
度である。
種樹脂、又はこれらに無機物等を混合したものがあるが
、いずれの整合層材料を用いてもその音響インピーダン
スは２５〜６ （ｘ ｔ−ｏ’ ｋｙ／ｍ”５ｅｃ）程
度である。
被測定物が人体の場合には音響インピーダンスが約１．
５ （Ｘ １０＠に９７ｍ” ｓｅｅ ）であるため上
記の式より、圧電セラミック振動子の音響インピーダン
スを４．２〜２４ （Ｘ １０＠匈／ｍ” ｓｅｅ ）
とする事が望ましい。しかしながら、従来のＰ汀や三成
分系材料では音響インピーダンスが約３０〜４゜（ＸＩ
Ｏ’権／ｍ” ｓｅｃ ）であり音響インピーダンスの
より小さな圧電材料が超音波診断装置用の振動子材料と
して望まれていた。又、電気エネルギーと機械エネルギ
ーの変換効率を表す電気機械結合・係数がなるべく大き
な値を持つことが必要条件であることはいうまでもない
。
５ （Ｘ １０＠に９７ｍ” ｓｅｅ ）であるため上
記の式より、圧電セラミック振動子の音響インピーダン
スを４．２〜２４ （Ｘ １０＠匈／ｍ” ｓｅｅ ）
とする事が望ましい。しかしながら、従来のＰ汀や三成
分系材料では音響インピーダンスが約３０〜４゜（ＸＩ
Ｏ’権／ｍ” ｓｅｃ ）であり音響インピーダンスの
より小さな圧電材料が超音波診断装置用の振動子材料と
して望まれていた。又、電気エネルギーと機械エネルギ
ーの変換効率を表す電気機械結合・係数がなるべく大き
な値を持つことが必要条件であることはいうまでもない
。
なお、音響インピーダンスが約２０（Ｘ１０＠確／ｍ”
ｓｅｃ ）と小さいメタニオブ酸鉛系材料も報告され
ているが、これらは電気機械結合係数Ｋ。（Ｋｔ ）が
５０１以下とＰＺＴや三成分系に比較して大幅に小さい
という欠点を有していた。
ｓｅｃ ）と小さいメタニオブ酸鉛系材料も報告され
ているが、これらは電気機械結合係数Ｋ。（Ｋｔ ）が
５０１以下とＰＺＴや三成分系に比較して大幅に小さい
という欠点を有していた。
本発明は上記の欠点を改良したもので、電気機械結合係
数Ｋｓｓが６５嚢以上と大きく、音響インピーダンスが
２４〜２８ （Ｘ １０’ ｋｇ／ｍ” ｓｅｃ ）と
低く、特に医療超音波プローブに適する圧電材料を提供
することを目的とするものである。
数Ｋｓｓが６５嚢以上と大きく、音響インピーダンスが
２４〜２８ （Ｘ １０’ ｋｇ／ｍ” ｓｅｃ ）と
低く、特に医療超音波プローブに適する圧電材料を提供
することを目的とするものである。
本発明ハモ／１／ ｆｆｉ成テＰｂＴｉ０．３５．０〜
５５．０％と、ＰｂＺｒ０．３５〜６４％と、Ｐｂ （
Ｙ３４ＳｂＨ） ０． １．０〜１０％とからなる酸化
物圧′−材料であり、さらに九の一部をＨａ、Ｓｒ、Ｃ
ａ の少なくとも一種で１０モモル優下置換する事に
より、機械的強度及び焼結性が改善され薄板加工が容易
で、かつ低音響インピーダンス、＾電気機械結合係数（
鳩、）の鈑化物圧４材料が得られるというものである。
５５．０％と、ＰｂＺｒ０．３５〜６４％と、Ｐｂ （
Ｙ３４ＳｂＨ） ０． １．０〜１０％とからなる酸化
物圧′−材料であり、さらに九の一部をＨａ、Ｓｒ、Ｃ
ａ の少なくとも一種で１０モモル優下置換する事に
より、機械的強度及び焼結性が改善され薄板加工が容易
で、かつ低音響インピーダンス、＾電気機械結合係数（
鳩、）の鈑化物圧４材料が得られるというものである。
なお本発明において三成分となるＰｂＴｉＯｓ ＰｂＴ
ｉＯｓ−Ｐｂ（Ｙ３４ ＳｂＨ） ０．三元系組成比を
ＰｂＴｉ０．３５．０〜５５．０モル優、ＰｂＺｒ０１
３５〜６４モル優、Ｐｂ（Ｙ３４８ｂ３１）Ｕｓ ｔ
、ｏ〜１０モルチモルれぞれ限定したのは次の理由によ
る。
ｉＯｓ−Ｐｂ（Ｙ３４ ＳｂＨ） ０．三元系組成比を
ＰｂＴｉ０．３５．０〜５５．０モル優、ＰｂＺｒ０１
３５〜６４モル優、Ｐｂ（Ｙ３４８ｂ３１）Ｕｓ ｔ
、ｏ〜１０モルチモルれぞれ限定したのは次の理由によ
る。
即ちＰｂＴｉ０１は３５モル係未満でもまた５５モル優
を越えても所望の゛−気機械結合係数Ｋｍｓ ６５４以
上が得られず又、音響インピーダンスも２８（Ｘ １０
” Ｉｑｌ／ｍ” ｓｅｃ ）以上となるためである。
を越えても所望の゛−気機械結合係数Ｋｍｓ ６５４以
上が得られず又、音響インピーダンスも２８（Ｘ １０
” Ｉｑｌ／ｍ” ｓｅｃ ）以上となるためである。
又、Ｐｂ（Ｙ３ｉ ８ｂ３． ） ０ｓＯ） モｉし％
を１〜ｌｏモル優と限定したのは１０モル優を越えると
焼結性が低下し、充分な電気機械結合係数に、、を有す
るｍ器が得られず、又、１モル優未満では音響インピー
ダンスが２８ （Ｘ １０’ Ａｌｌ／ｍ″ｓｅｃ ）
を越え音響インピーダンスを下げる効果が乏しくなるた
めである。
を１〜ｌｏモル優と限定したのは１０モル優を越えると
焼結性が低下し、充分な電気機械結合係数に、、を有す
るｍ器が得られず、又、１モル優未満では音響インピー
ダンスが２８ （Ｘ １０’ Ａｌｌ／ｍ″ｓｅｃ ）
を越え音響インピーダンスを下げる効果が乏しくなるた
めである。
又、Ｂａ、Ｏａ、Ｓｒ の少なくとも１種の１侯童を１
０モモル優下としたのは１０モル係を越えると焼結性が
低下し、電気機械結合係数に３３が６５係以下となるた
めである。又、機械的強度が低下し５００μｍ以下の薄
板加工が困緬となるためであるＯ 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。例えば
ＰｂＯ，８ｂ！０１ 、’１１”１０Ｈ＊ Ｚｒへｍ
％ ＯＢおよよびＭｅＯ（但しＭｅ ＝ Ｂａ、Ｓｒ
、Ｏａのうち少なくとも１種）などの原料酸化物を所定
の割合に正確に秤取し、これらをボールミルなどによっ
てよく混合する。伺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、蓚酸塩な
どであってもよい。
０モモル優下としたのは１０モル係を越えると焼結性が
低下し、電気機械結合係数に３３が６５係以下となるた
めである。又、機械的強度が低下し５００μｍ以下の薄
板加工が困緬となるためであるＯ 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。例えば
ＰｂＯ，８ｂ！０１ 、’１１”１０Ｈ＊ Ｚｒへｍ
％ ＯＢおよよびＭｅＯ（但しＭｅ ＝ Ｂａ、Ｓｒ
、Ｏａのうち少なくとも１種）などの原料酸化物を所定
の割合に正確に秤取し、これらをボールミルなどによっ
てよく混合する。伺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、蓚酸塩な
どであってもよい。
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。しかる後この調製粉末に水或いはポリ
ビニルアルコールなどの粘結剤を暉加配合し、０．５〜
Ｚ ｔｏＶ−程度の圧力で加圧成形してから１０００〜
１２００°Ｃ程度の温度で焼成する。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があ
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０．５〜８時間程厩で充分である。かくして得た
酸化物成形焼結体に周知の手段例えばその成形焼結体の
両面に１対の電極を設け、その′−極に直流電流２０〜
３０ＫＶＡを４０〜８０℃程度の温度のシリコーンオイ
ル中で１時間程度印加することによって分極しつる。
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。しかる後この調製粉末に水或いはポリ
ビニルアルコールなどの粘結剤を暉加配合し、０．５〜
Ｚ ｔｏＶ−程度の圧力で加圧成形してから１０００〜
１２００°Ｃ程度の温度で焼成する。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があ
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０．５〜８時間程厩で充分である。かくして得た
酸化物成形焼結体に周知の手段例えばその成形焼結体の
両面に１対の電極を設け、その′−極に直流電流２０〜
３０ＫＶＡを４０〜８０℃程度の温度のシリコーンオイ
ル中で１時間程度印加することによって分極しつる。
以上のようにして分極を行った後にｉ ｏ ｏ ”ｏで
２４時間エージングを行い、さらに常温で２４時間放置
した。圧′−性を評価するために棒の縦振動における結
合係数に３．を測定した。試料の大きさは５φＸ １２
．５朋の円柱状である。この測定は■ＲＥの標準回路の
方法に従った。また、誘′１１″４εＬ／８゜はキャパ
シタンスブリッジを用いてＩ ＫＨｚの周波数で測定し
た。
２４時間エージングを行い、さらに常温で２４時間放置
した。圧′−性を評価するために棒の縦振動における結
合係数に３．を測定した。試料の大きさは５φＸ １２
．５朋の円柱状である。この測定は■ＲＥの標準回路の
方法に従った。また、誘′１１″４εＬ／８゜はキャパ
シタンスブリッジを用いてＩ ＫＨｚの周波数で測定し
た。
音響インピーダンスに、試料の密度と音速を乗じたもの
であるので−この測定法は、試料の密度は水中置換法で
、音速は直径２５．■、厚さ５５ｌｉｔの試料を使い、
音速測定装置（マチック社製モデル６０００）を使用し
、５１４１ｚにて測定した、その結果を第１表に示す。
であるので−この測定法は、試料の密度は水中置換法で
、音速は直径２５．■、厚さ５５ｌｉｔの試料を使い、
音速測定装置（マチック社製モデル６０００）を使用し
、５１４１ｚにて測定した、その結果を第１表に示す。
上人手作、イ４゜
次に上記試料中の実ＩＩｆｆＡ例２５〜３２について組
成変化壷こ対する音響インピーダンスを調べ、その結果
を第２図中曲線ａとして示す。又比較例としてＰｂＴｉ
Ｏ３−ＰｂＺｒ０． に０．５０１％のＮｂ、 ０．
を加えた酸化物圧４材料の音響インピーダンスを曲線す
として示す。
成変化壷こ対する音響インピーダンスを調べ、その結果
を第２図中曲線ａとして示す。又比較例としてＰｂＴｉ
Ｏ３−ＰｂＺｒ０． に０．５０１％のＮｂ、 ０．
を加えた酸化物圧４材料の音響インピーダンスを曲線す
として示す。
この結果本発明に係る酸化物圧−材料は従来に比べ音響
インピーダンスが小さい事は明らかである。なお第２図
の縦軸中入領域は従来材の音響インピーダンスを、Ｂ領
域は本発明の音響インピーダンスを、Ｃ領域は前述の各
種侵合ｊ−の音書インピーダンスを、又ＤＩＪｋ域は人
体の１ｔ４１インピーダンスをそれぞれ示す。
インピーダンスが小さい事は明らかである。なお第２図
の縦軸中入領域は従来材の音響インピーダンスを、Ｂ領
域は本発明の音響インピーダンスを、Ｃ領域は前述の各
種侵合ｊ−の音書インピーダンスを、又ＤＩＪｋ域は人
体の１ｔ４１インピーダンスをそれぞれ示す。
さらに結合係数の変化を第２図と同様に第３図に示す（
曲線ａ・・・本発明、ｂ・・・・比較例）以上の如く本
発明に係る酸化物圧電材料は音響インピーダンスが低い
にもかかわらず６５％以上の高い電気機械結合係数を有
し、躊に超音波プローブ用材料として工業的に価値の大
きなものと言える。
曲線ａ・・・本発明、ｂ・・・・比較例）以上の如く本
発明に係る酸化物圧電材料は音響インピーダンスが低い
にもかかわらず６５％以上の高い電気機械結合係数を有
し、躊に超音波プローブ用材料として工業的に価値の大
きなものと言える。
第１図は超音波プローブの概略図、第２図は組成と音響
インピーダンスの関係曲線図、第３図は組成と電気機械
結合係数の関係曲線図。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑（他１名）第１図
インピーダンスの関係曲線図、第３図は組成と電気機械
結合係数の関係曲線図。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑（他１名）第１図
Claims (1)
- １）モル組成でＰｂＴ（（％ ３５．０〜５５．０１１
とＰｂＺｒ０ｓ３５〜６４嗟とＰｂ（Ｙ％５ｂ３４）
Ｏｓ １．０〜１０優からなる事を特徴とした酸化物圧
電材料２、特許請求の範囲第１項においてｐｂの一部を
Ｂａ、Ｓｒ、Ｏａ の少なくとも１種で１０モルチ以
下置換したことを特徴とする酸化物圧電材料
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56153751A JPS5941314B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 酸化物圧電材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56153751A JPS5941314B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 酸化物圧電材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5856375A true JPS5856375A (ja) | 1983-04-04 |
| JPS5941314B2 JPS5941314B2 (ja) | 1984-10-05 |
Family
ID=15569315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56153751A Expired JPS5941314B2 (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 酸化物圧電材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5941314B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2555984A1 (fr) * | 1983-12-06 | 1985-06-07 | Nippon Denso Co | Materiaux pour ceramiques piezoelectriques |
| JPS60258230A (ja) * | 1984-06-04 | 1985-12-20 | Matsushita Electric Works Ltd | ポリイミド樹脂成形品の製法 |
| JPS6241262A (ja) * | 1985-08-15 | 1987-02-23 | Matsushita Electric Works Ltd | 付加型イミド樹脂プレポリマ−組成物 |
| JPS62143931A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-06-27 | Matsushita Electric Works Ltd | 付加型イミド樹脂プレポリマ− |
| JPS62270624A (ja) * | 1985-12-19 | 1987-11-25 | Matsushita Electric Works Ltd | 付加型イミド樹脂組成物 |
| JPS63130637A (ja) * | 1986-11-21 | 1988-06-02 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | ポリイミド成形材料の製造法 |
| US5295487A (en) * | 1992-02-12 | 1994-03-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ultrasonic probe |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP56153751A patent/JPS5941314B2/ja not_active Expired
Cited By (9)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5941314B2 (ja) | 1984-10-05 |
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