JPH06128030A - 圧電体組成物 - Google Patents
圧電体組成物Info
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- JPH06128030A JPH06128030A JP3210914A JP21091491A JPH06128030A JP H06128030 A JPH06128030 A JP H06128030A JP 3210914 A JP3210914 A JP 3210914A JP 21091491 A JP21091491 A JP 21091491A JP H06128030 A JPH06128030 A JP H06128030A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 縦振動の電気機械結合係数が大きく、かつ横
振動の電気機械結合係数を小さくして、スプリアス振動
を抑制し、キュリー温度が２００℃以上で比誘電率の大
きく曲げ強度の高い超音波探触子用圧電体組成物を提供
することにある。 【構成】 上記諸目的は、一般式（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である。
振動の電気機械結合係数を小さくして、スプリアス振動
を抑制し、キュリー温度が２００℃以上で比誘電率の大
きく曲げ強度の高い超音波探触子用圧電体組成物を提供
することにある。 【構成】 上記諸目的は、一般式（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探触子用圧電体
組成物に関する。
組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超音波探触子に使用する圧電体組
成物は Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするいわゆ
るＰＺＴ系セラミックやＰＺＴに多くの複合ペロブスカ
イト組成物、例えば Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚ
ｎ，Ｎｂ）Ｏ3等を固溶してなる多成分系圧電体材料、
また、ＰｂＴｉＯ3 を主成分とするＰＴ系セラミックの
鉛（Ｐｂ）サイトをバリウム、ストロンチウム、カルシ
ウム等のいわゆるのアルカリ土類金属で置換し、チタン
（Ｔｉ）サイトをコバルト−タングステン（Ｃｏ−
Ｗ）、カドミウム−タングステン（Ｃｄ−Ｗ）等で置換
し、更にマンガン、鉄、ニッケル等の酸化物を添加した
圧電体材料、ＰｂＴｉＯ3にＭｎＯ2とＬａＳｂＯ3等を
添加した圧電体材料が数多く開発され超音波探触子用圧
電体として供されてきた。
成物は Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 を主成分とするいわゆ
るＰＺＴ系セラミックやＰＺＴに多くの複合ペロブスカ
イト組成物、例えば Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｚ
ｎ，Ｎｂ）Ｏ3等を固溶してなる多成分系圧電体材料、
また、ＰｂＴｉＯ3 を主成分とするＰＴ系セラミックの
鉛（Ｐｂ）サイトをバリウム、ストロンチウム、カルシ
ウム等のいわゆるのアルカリ土類金属で置換し、チタン
（Ｔｉ）サイトをコバルト−タングステン（Ｃｏ−
Ｗ）、カドミウム−タングステン（Ｃｄ−Ｗ）等で置換
し、更にマンガン、鉄、ニッケル等の酸化物を添加した
圧電体材料、ＰｂＴｉＯ3にＭｎＯ2とＬａＳｂＯ3等を
添加した圧電体材料が数多く開発され超音波探触子用圧
電体として供されてきた。
【０００３】しかし、従来のこれら圧電体の中でＰＺＴ
系セラミック及び ＰＺＴに多くの複合ペロブスカイト
組成物を固溶してなる多成分系圧電体材料は超音波探触
子として必要な縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）が大
きく、しかも、その比誘電率(ε33 T/ε0)がＰＴ圧電体
に比べると大きな値を持つ特徴を有しており、しかしな
がら該圧電体材料は横振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）
が縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）と同等かそれ以上
に大きいので、電子掃引方式（いわゆる電子スキャン）
により平板状の圧電体基板を短冊状に切断し、アレイ状
となす探触子はパルサーにより圧電体を駆動した場合厚
み振動の音波と同時に横方向の音波がアレイに並ぶ他の
圧電体単板に波状的に波及する。探触子で受ける感度は
一般的に数ｍＶと小さいので、５０ミクロン間隔で切断
しても横振動からの影響は無視できない状況にある。こ
の為縦横幅比を1.6倍以上取り横振動が縦振動よりも高
周波側にシフトさせるサブアレイ方式を採用し超音波画
像の輪郭の鮮明さに影響を与えるスプリアス振動を抑え
る対策が取られてきた。
系セラミック及び ＰＺＴに多くの複合ペロブスカイト
組成物を固溶してなる多成分系圧電体材料は超音波探触
子として必要な縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）が大
きく、しかも、その比誘電率(ε33 T/ε0)がＰＴ圧電体
に比べると大きな値を持つ特徴を有しており、しかしな
がら該圧電体材料は横振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）
が縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）と同等かそれ以上
に大きいので、電子掃引方式（いわゆる電子スキャン）
により平板状の圧電体基板を短冊状に切断し、アレイ状
となす探触子はパルサーにより圧電体を駆動した場合厚
み振動の音波と同時に横方向の音波がアレイに並ぶ他の
圧電体単板に波状的に波及する。探触子で受ける感度は
一般的に数ｍＶと小さいので、５０ミクロン間隔で切断
しても横振動からの影響は無視できない状況にある。こ
の為縦横幅比を1.6倍以上取り横振動が縦振動よりも高
周波側にシフトさせるサブアレイ方式を採用し超音波画
像の輪郭の鮮明さに影響を与えるスプリアス振動を抑え
る対策が取られてきた。
【０００４】しかし、この方法は圧電体の横幅を圧電体
厚さより細く機械的に切断するので機械的強度が極めて
弱く、製造上作業効率や製品歩留まりに悪い影響を与え
ていた。また、サブアレイ方式は１素子を更に多分割し
て並列に接続して使うので各々の切断した圧電体の間に
は切断溝が切断数だけ存在し、その部分では圧電体の機
能がないので受波面積の大きさの割には有効面積が少な
く超音波探触子の圧電体受波感度が低下する欠点を有し
ていた。
厚さより細く機械的に切断するので機械的強度が極めて
弱く、製造上作業効率や製品歩留まりに悪い影響を与え
ていた。また、サブアレイ方式は１素子を更に多分割し
て並列に接続して使うので各々の切断した圧電体の間に
は切断溝が切断数だけ存在し、その部分では圧電体の機
能がないので受波面積の大きさの割には有効面積が少な
く超音波探触子の圧電体受波感度が低下する欠点を有し
ていた。
【０００５】一方、チタン酸鉛系圧電体は横方向の電気
機械結合係数が小さいのでＰＺＴと比較しスプリアス振
動を抑制することができる。また、Ｋｔも大きくＰＺＴ
を探触子として使用した場合の問題点を解決できる。し
かし、従来発明されているＰＴ材料はキュリー温度が２
００℃以上のものは比誘電率(ε33T/ε0)が２５０以下
と小さく（２）式で求められるように探触子の使用周波
数帯域での電気インピーダンスが高くなってしまう問題
点があった。
機械結合係数が小さいのでＰＺＴと比較しスプリアス振
動を抑制することができる。また、Ｋｔも大きくＰＺＴ
を探触子として使用した場合の問題点を解決できる。し
かし、従来発明されているＰＴ材料はキュリー温度が２
００℃以上のものは比誘電率(ε33T/ε0)が２５０以下
と小さく（２）式で求められるように探触子の使用周波
数帯域での電気インピーダンスが高くなってしまう問題
点があった。
【０００６】 ｜Ｚ｜＝１／（２πｆｒ・（ε33 T/ε0）・ε0 ・（ｓ／ｔ）） （２） ただし、（２）式中｜Ｚ｜：電気的インピーダンス π ：定数（3.14） ｆｒ：共振周波数 ε33 T/ε0：圧電体の比誘電率 ε0：真空中の誘電率 ｓ：圧電体の電極面積 ｔ：圧電体の厚さ である。
【０００７】超音波探触子はアレイ状に切断された各圧
電体単体（図１）から電気を導くためのリード線が取り
付けられており超音波診断装置本体に導かれている。こ
のリード線は事実上探触子の使用される高周波領域では
誘電体として作用し圧電体自身の静電容量と直列に挿入
されるのでケーブル静電容量が探触子を操作中変化し、
超音波装置の画面のゆらぎを起こしたり、画面に白色ノ
イズを起こす原因となっていた。また、直列に挿入され
たケーブルの静電容量の為探触子の受信感度が相対的に
低下する傾向が見られる。静電容量を大きくしケーブル
からの影響を軽減するため圧電体の電極面積を広くする
方法が考えられる。
電体単体（図１）から電気を導くためのリード線が取り
付けられており超音波診断装置本体に導かれている。こ
のリード線は事実上探触子の使用される高周波領域では
誘電体として作用し圧電体自身の静電容量と直列に挿入
されるのでケーブル静電容量が探触子を操作中変化し、
超音波装置の画面のゆらぎを起こしたり、画面に白色ノ
イズを起こす原因となっていた。また、直列に挿入され
たケーブルの静電容量の為探触子の受信感度が相対的に
低下する傾向が見られる。静電容量を大きくしケーブル
からの影響を軽減するため圧電体の電極面積を広くする
方法が考えられる。
【０００８】しかし、圧電体の電極面積の横幅ａ（図
１）を大きくすると画像の分解能が悪くなり血管等の撮
像が困難となる。また、電極の奥行きｂ（図１）を長く
すると２次元的画面に対し、３次元的情報が多く含まれ
てくるので画像の精度や鮮鋭度が低下する問題点があっ
た。また、ＰＴ圧電体の鉛サイト、あるいはチタンサイ
トを過剰の元素で置換し誘電率を改善する方法も試みら
れる。しかし、過剰の置換は圧電体のキュリー温度を低
下させ半田付け等探触子の組立作業時半田付けのコテ先
温度で圧電体が脱分極し、圧電体の機能を消失させてし
まう懸念があった。このため、キュリー温度が半田付け
作業に耐え得る誘電率の大きい圧電体が望まれていた。
また、特に７．５ＭＨｚ，１０ＭＨｚ等高周波で使用す
る超音波探触子に用いる圧電体は０．２ｍｍ程度に薄く
作業時圧電体基板が割れ易い問題点があった。このた
め、従来よりも曲げ強度の大きい圧電体材料の開発が要
望されていた。
１）を大きくすると画像の分解能が悪くなり血管等の撮
像が困難となる。また、電極の奥行きｂ（図１）を長く
すると２次元的画面に対し、３次元的情報が多く含まれ
てくるので画像の精度や鮮鋭度が低下する問題点があっ
た。また、ＰＴ圧電体の鉛サイト、あるいはチタンサイ
トを過剰の元素で置換し誘電率を改善する方法も試みら
れる。しかし、過剰の置換は圧電体のキュリー温度を低
下させ半田付け等探触子の組立作業時半田付けのコテ先
温度で圧電体が脱分極し、圧電体の機能を消失させてし
まう懸念があった。このため、キュリー温度が半田付け
作業に耐え得る誘電率の大きい圧電体が望まれていた。
また、特に７．５ＭＨｚ，１０ＭＨｚ等高周波で使用す
る超音波探触子に用いる圧電体は０．２ｍｍ程度に薄く
作業時圧電体基板が割れ易い問題点があった。このた
め、従来よりも曲げ強度の大きい圧電体材料の開発が要
望されていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
なセラミック圧電体における問題点に鑑み、超音波探触
子として用いられる圧電体として必要な性能、すなわ
ち、縦振動の電気機械結合係数が大きく、かつ横振動の
電気機械結合係数を小さくして、画像の輪郭を不鮮明に
するスプリアス振動を抑制することができ、更に、圧電
体のキュリー温度が２００℃以上で、比誘電率が大き
く、使用する周波数における電気的インピーダンスを小
さく、曲げ強度を高くすることができる超音波探触子用
圧電体組成物を提供することにある。
なセラミック圧電体における問題点に鑑み、超音波探触
子として用いられる圧電体として必要な性能、すなわ
ち、縦振動の電気機械結合係数が大きく、かつ横振動の
電気機械結合係数を小さくして、画像の輪郭を不鮮明に
するスプリアス振動を抑制することができ、更に、圧電
体のキュリー温度が２００℃以上で、比誘電率が大き
く、使用する周波数における電気的インピーダンスを小
さく、曲げ強度を高くすることができる超音波探触子用
圧電体組成物を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記諸目的は、一般式
（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である圧電体組成物によって達
成される。
（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である圧電体組成物によって達
成される。
【００１１】本発明の圧電体組成物は、一般式（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である。ａの値が０．２４未満
であると圧電体の比誘電率（ε33 T ／ε0 ）が３５０以
下となり、共振周波数における電気的インピーダンスが
大きくなる。また、縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）
が４５％以下となり、感度が低下し、Ｋｔ／Ｋｐ比も
３．５以下となる等の不具合が生じ、０．３６を越える
と圧電体のキュリー温度が２００℃以下になり、組み立
て時の半田付け作業により脱分極し、圧電体機能が劣化
する。また、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下する等好ましく
ない。また、ｂの値が１．４未満であると圧電体の比誘
電率（ε33 T ／ε0 ）やＫｔが低下する等の不具合が生
じ、３．０を越えると圧電体のキュリー温度が２００℃
以下になり、さらに曲げ強度が低下し、圧電体機能が劣
化する。また、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下する等好まし
くない。また、ｃの値が１．４未満であるとＫｔやＫｔ
／Ｋｐ比も低下し、３．０を越えると圧電体のキュリー
温度が２００℃以下になり、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下
する等好ましくない。
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である。ａの値が０．２４未満
であると圧電体の比誘電率（ε33 T ／ε0 ）が３５０以
下となり、共振周波数における電気的インピーダンスが
大きくなる。また、縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）
が４５％以下となり、感度が低下し、Ｋｔ／Ｋｐ比も
３．５以下となる等の不具合が生じ、０．３６を越える
と圧電体のキュリー温度が２００℃以下になり、組み立
て時の半田付け作業により脱分極し、圧電体機能が劣化
する。また、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下する等好ましく
ない。また、ｂの値が１．４未満であると圧電体の比誘
電率（ε33 T ／ε0 ）やＫｔが低下する等の不具合が生
じ、３．０を越えると圧電体のキュリー温度が２００℃
以下になり、さらに曲げ強度が低下し、圧電体機能が劣
化する。また、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下する等好まし
くない。また、ｃの値が１．４未満であるとＫｔやＫｔ
／Ｋｐ比も低下し、３．０を越えると圧電体のキュリー
温度が２００℃以下になり、ＫｔやＫｔ／Ｋｐ比も低下
する等好ましくない。
【００１２】本発明の圧電体組成物の製造は、原料とし
て酸化鉛ＰｂＯ（またはＰｂ3 Ｏ4） ０．６４〜０．
７６モル、炭酸カルシウムＣａＣＯ3 ０．２４〜０．
３６モル、二酸化チタンＴｉＯ2 １．００モルと、酸
化タングステンＷＯ3 １．４〜３．０モルと、酸化シ
リコンＳｉＯ2、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化コバルトＣｏ
Ｏ、酸化第１鉄ＦｅＯ、酸化ニッケルＮｉＯよりなる群
から選ばれた少なくとも１種の金属酸化物０．６〜１．
５モルを、例えばボールミル等を用いて、必要により水
等を加えて、十分に混合し、脱水、乾燥したのち８００
〜１０００℃で２〜７時間仮焼して粉末を得る。次に得
られた粉末に、水およびポリビニルアルコールの１０％
水溶液を添加して粉砕、混合し、更に乾燥、造粒を行
い、この造粒粉末を金型に充填し、プレス圧力５００〜
１，０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加えて、直径３０ｍｍ
の円盤を形成し、１３００〜１３５０℃で焼結して磁器
を得る。この磁器円盤上の両面に、銀ペーストをスクリ
ーン印刷機等により塗布し、乾燥後約６００℃の温度で
１時間焼き付けて電極を形成し、これをシリコーンオイ
ル槽の中で１１０℃で、５ｋＶ／ｍｍ、２０分の条件で
分極処理を行うことにより圧電体組成物を得ることがで
きる。
て酸化鉛ＰｂＯ（またはＰｂ3 Ｏ4） ０．６４〜０．
７６モル、炭酸カルシウムＣａＣＯ3 ０．２４〜０．
３６モル、二酸化チタンＴｉＯ2 １．００モルと、酸
化タングステンＷＯ3 １．４〜３．０モルと、酸化シ
リコンＳｉＯ2、酸化亜鉛ＺｎＯ、酸化コバルトＣｏ
Ｏ、酸化第１鉄ＦｅＯ、酸化ニッケルＮｉＯよりなる群
から選ばれた少なくとも１種の金属酸化物０．６〜１．
５モルを、例えばボールミル等を用いて、必要により水
等を加えて、十分に混合し、脱水、乾燥したのち８００
〜１０００℃で２〜７時間仮焼して粉末を得る。次に得
られた粉末に、水およびポリビニルアルコールの１０％
水溶液を添加して粉砕、混合し、更に乾燥、造粒を行
い、この造粒粉末を金型に充填し、プレス圧力５００〜
１，０００ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を加えて、直径３０ｍｍ
の円盤を形成し、１３００〜１３５０℃で焼結して磁器
を得る。この磁器円盤上の両面に、銀ペーストをスクリ
ーン印刷機等により塗布し、乾燥後約６００℃の温度で
１時間焼き付けて電極を形成し、これをシリコーンオイ
ル槽の中で１１０℃で、５ｋＶ／ｍｍ、２０分の条件で
分極処理を行うことにより圧電体組成物を得ることがで
きる。
【００１３】本発明の圧電体組成物は、従来のチタン酸
鉛系圧電体に比べ、縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）
が４５％以上有し、（３）式で示されるように電気機械
結合係数の縦横感度比（Ｋ）が３．５以上有する。
鉛系圧電体に比べ、縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）
が４５％以上有し、（３）式で示されるように電気機械
結合係数の縦横感度比（Ｋ）が３．５以上有する。
【００１４】 Ｋ＝Ｋｔ／Ｋｐ （３） この圧電体組成物は従来のチタン酸ジルコン酸鉛系圧電
体やチタン酸鉛系圧体に比べキュリー温度２００℃以上
の性能を持つ圧電体に於いて圧電体の比誘電率が３５０
以上の値を有し、且つ縦方向の電気機械結合係数（Ｋ
ｔ）が４５％、（３）式で示される電気機械結合係数の
縦横性能比が３．５以上有し、更に圧電体の３点曲げ強
度が１５００Kg/mm2 以上有する。
体やチタン酸鉛系圧体に比べキュリー温度２００℃以上
の性能を持つ圧電体に於いて圧電体の比誘電率が３５０
以上の値を有し、且つ縦方向の電気機械結合係数（Ｋ
ｔ）が４５％、（３）式で示される電気機械結合係数の
縦横性能比が３．５以上有し、更に圧電体の３点曲げ強
度が１５００Kg/mm2 以上有する。
【００１５】従って、本発明により供する圧電体組成物
は超音波診断装置の超音波探触子用圧電体として最適で
ある。
は超音波診断装置の超音波探触子用圧電体として最適で
ある。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。
的に説明する。
【００１７】実施例１〜８および比較例１〜６ 原料として酸化鉛ＰｂＯ（またはＰｂ3Ｏ4）、炭酸カル
シウムＣａＣＯ3、酸化チタンＴｉＯ2、酸化タングステ
ンＷＯ3 、酸化シリコンＳｉＯ2を用いて、表１に示す
組成比率となるように秤量し、ポットミルで湿式混合し
た後、脱水・乾燥して８００℃〜１０００℃で４時間の
仮焼を行った。
シウムＣａＣＯ3、酸化チタンＴｉＯ2、酸化タングステ
ンＷＯ3 、酸化シリコンＳｉＯ2を用いて、表１に示す
組成比率となるように秤量し、ポットミルで湿式混合し
た後、脱水・乾燥して８００℃〜１０００℃で４時間の
仮焼を行った。
【００１８】次いで仮焼粉末に有機バインダーを５％添
加し、粉砕・混合し、更に乾燥・造粒を行った。この造
粒粉末を約１０００Ｋｇ/ｃｍ2の圧力で直径３０ｍｍ，
厚さ１ｍｍの円板に成形した後、円板を１１５０℃〜１
２００℃で２時間焼結して磁器を得た。この磁器の両面
に銀電極をスクリーン印刷機で塗布し、乾燥後６５０℃
１時間の焼付けサイクルで電極を形成した。これを１１
０℃シリコーンオイル槽中で５ｋＶ／ｍｍ、２０分の条
件で分極処理を行った。分極処理を施した磁器は両電極
間を短絡処理し、３０分室温にて冷却し安定化安定化し
た後静電容量を測定し（４）式から比誘電率（ε33 T／
ε0 ）を求めた。
加し、粉砕・混合し、更に乾燥・造粒を行った。この造
粒粉末を約１０００Ｋｇ/ｃｍ2の圧力で直径３０ｍｍ，
厚さ１ｍｍの円板に成形した後、円板を１１５０℃〜１
２００℃で２時間焼結して磁器を得た。この磁器の両面
に銀電極をスクリーン印刷機で塗布し、乾燥後６５０℃
１時間の焼付けサイクルで電極を形成した。これを１１
０℃シリコーンオイル槽中で５ｋＶ／ｍｍ、２０分の条
件で分極処理を行った。分極処理を施した磁器は両電極
間を短絡処理し、３０分室温にて冷却し安定化安定化し
た後静電容量を測定し（４）式から比誘電率（ε33 T／
ε0 ）を求めた。
【００１９】 （ε33 T／ε0 ）＝ｔ・Ｃ／ε0 ・Ｓ （４） ただし、（４）式中、 ｔ：圧電体の厚み（ｍ） Ｃ：測定した静電容量値（Ｆ） ε0：真空中の誘電率（8.854×10-12 Ｆ／ｍ） Ｓ：圧電体の電極面積（ｍ2） である。
【００２０】また、厚み縦振動の電気機械結合係数（Ｋ
ｔ）は圧電体の共振周波数、反共振周波数を測定し
（５）式から求めた。
ｔ）は圧電体の共振周波数、反共振周波数を測定し
（５）式から求めた。
【００２１】 １／Ｋｔ2＝ 0.405 ・ｆｒ／（ｆａ−ｆｒ）＋0.810 （５） ただし、（５）式中、 ｆｒ：共振周波数（ＭＨｚ） ｆａ：反共振周波数（ＭＨｚ） である。
【００２２】同様に、横方向の電気機械結合係数（Ｋ
ｐ）は（６）式から求めた。
ｐ）は（６）式から求めた。
【００２３】 １／Ｋｐ2 ＝ 0.395 ・ｆｒ／（ｆａ−ｆｒ）＋0.574 （６） ただし、（６）式中、 ｆｒ：共振周波数（ＭＨｚ） ｆａ：反共振周波数（ＭＨｚ） である。
【００２４】また、キュリー温度は電気式恒温槽に圧電
体を設置し、徐々に温度を上昇し、測定される静電容量
値の最大値で求められる温度をキュリー温度とした。
体を設置し、徐々に温度を上昇し、測定される静電容量
値の最大値で求められる温度をキュリー温度とした。
【００２５】また、圧電体の抗折力はＪＩＳ（Ｒ１６０
１）「ファインセラックスの曲げ強さ試験方法」に則り
３点曲げ方法により測定し、結果を（７）式に代入し求
めた。
１）「ファインセラックスの曲げ強さ試験方法」に則り
３点曲げ方法により測定し、結果を（７）式に代入し求
めた。
【００２６】 σb3＝３・Ｐ・Ｌ／（２・ｗ・ｔ2） （７） ただし、（７）式中 Ｐ：圧電体が破壊されるまでの荷重（Ｋｇ） Ｌ：圧電体の長さ（ｍｍ） ｗ：圧電体の幅（ｍｍ） ｔ：圧電体の厚さ（ｍｍ） を表す。
【００２７】厚み縦振動の電気機械結合係数（Ｋｔ）お
よび横振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）より前記（３）
式から電気機械結合係数の縦横感度比（Ｋ）を求めた。
よび横振動の電気機械結合係数（Ｋｐ）より前記（３）
式から電気機械結合係数の縦横感度比（Ｋ）を求めた。
【００２８】また、キュリー温度は電気式恒温槽に圧電
体を設置し、徐々に温度を上昇し測定される静電容量値
の最大値で求められる温度をキュリー温度とした。これ
らの結果を表１に示す。
体を設置し、徐々に温度を上昇し測定される静電容量値
の最大値で求められる温度をキュリー温度とした。これ
らの結果を表１に示す。
【００２９】比較例７〜８ 表１に従来の代表的なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
系圧電体および代表的なチタン酸鉛（ＰＴ）系圧電体の
電気的特性を示す。
系圧電体および代表的なチタン酸鉛（ＰＴ）系圧電体の
電気的特性を示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】実施例９〜１５および比較例９〜１４ 酸化シリコンＳｉＯ2の代わりに酸化亜鉛ＺｎＯを用い
て、表２に示す組成比率となるようにした以外は、実施
例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧電体
を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動の電
気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係数
（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
て、表２に示す組成比率となるようにした以外は、実施
例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧電体
を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動の電
気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係数
（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
【００３２】これらの結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】実施例１６〜２３および比較例１５〜２０ 酸化シリコンＳｉＯ2の代わりに酸化コバルトＣｏＯを
用いて、表３に示す組成比率となるようにした以外は、
実施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧
電体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動
の電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係
数（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
用いて、表３に示す組成比率となるようにした以外は、
実施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧
電体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動
の電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係
数（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
【００３５】これらの結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
【００３７】実施例２４〜３０および比較例２１〜２６ 酸化シリコンＳｉＯ2の代わりに酸化第１鉄ＦｅＯを用
いて、表４に示す組成比率となるようにした以外は、実
施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧電
体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動の
電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係数
（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
いて、表４に示す組成比率となるようにした以外は、実
施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧電
体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動の
電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係数
（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
【００３８】これらの結果を表４に示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】実施例３１〜３７および比較例２７〜３２ 酸化シリコンＳｉＯ2の代わりに酸化ニッケルＮｉＯを
用いて、表５に示す組成比率となるようにした以外は、
実施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧
電体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動
の電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係
数（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
用いて、表５に示す組成比率となるようにした以外は、
実施例１〜８および比較例２の項記載と同様な方法で圧
電体を形成し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、厚み縦振動
の電気機械結合係数（Ｋｔ）、横方向の電気機械結合係
数（Ｋｐ）、キュリー温度および曲げ強度を求めた。
【００４１】これらの結果を表５に示す。
【００４２】
【表５】
【００４３】
【発明の効果】上記実施例から明らかなように一般式 Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である圧電体組成物はキュリー
温度が２００℃以上あり、且つ高い比誘電率と厚み方向
の大きな電気機械結合係数を有し、電気機械結合係数の
縦横比が大きい特徴を有すると共に機械的に優れた曲げ
強度を有するため、超音波探触子用圧電体に必要とされ
る有用な性能を備えた圧電体組成物を提供することがで
きる。
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である圧電体組成物はキュリー
温度が２００℃以上あり、且つ高い比誘電率と厚み方向
の大きな電気機械結合係数を有し、電気機械結合係数の
縦横比が大きい特徴を有すると共に機械的に優れた曲げ
強度を有するため、超音波探触子用圧電体に必要とされ
る有用な性能を備えた圧電体組成物を提供することがで
きる。
【図１】は超音波探触子用圧電体の短冊状の配置を示す
概略図である。
概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 潤一郎 神奈川県足柄上郡中井町井ノ口1500番地 テルモ株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式（１） Ｐｂ(1-a)Ｃａ(a)ＴｉＯ3 ＋ｂＷＯ3 ＋ｃＸ （１） （ただし、式中、ａは０．２４≦ａ≦０．３６であり、
ｂは１．４≦ｂ≦３．０であり、ｃは１．４≦ｃ≦３．
０であり、Ｘは金属酸化物を示す）で表され、一般式
（１）中の金属酸化物が酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化
コバルト、酸化第１鉄、酸化ニッケルから選ばれた少な
くとも１種の金属酸化物である圧電体組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3210914A JPH06128030A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 圧電体組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3210914A JPH06128030A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 圧電体組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06128030A true JPH06128030A (ja) | 1994-05-10 |
Family
ID=16597159
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3210914A Pending JPH06128030A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 圧電体組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06128030A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101364546B1 (ko) * | 2012-09-05 | 2014-02-18 | 부산대학교 산학협력단 | 대면적 마이크로/나노 하이브리드 구조체 및 이를 이용한 고신뢰성 압전소자의 제조 방법 |
| CN112919906A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-06-08 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 一种基于3d打印的高性能pzt压电陶瓷及其制备方法 |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP3210914A patent/JPH06128030A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101364546B1 (ko) * | 2012-09-05 | 2014-02-18 | 부산대학교 산학협력단 | 대면적 마이크로/나노 하이브리드 구조체 및 이를 이용한 고신뢰성 압전소자의 제조 방법 |
| CN112919906A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-06-08 | 苏州攀特电陶科技股份有限公司 | 一种基于3d打印的高性能pzt压电陶瓷及其制备方法 |
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