JPS5941314B2 - 酸化物圧電材料 - Google Patents
酸化物圧電材料Info
- Publication number
- JPS5941314B2 JPS5941314B2 JP56153751A JP15375181A JPS5941314B2 JP S5941314 B2 JPS5941314 B2 JP S5941314B2 JP 56153751 A JP56153751 A JP 56153751A JP 15375181 A JP15375181 A JP 15375181A JP S5941314 B2 JPS5941314 B2 JP S5941314B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acoustic impedance
- piezoelectric material
- coupling coefficient
- oxide piezoelectric
- oxide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はＰｂ（ＹハＳｂ与）Ｏｓ−ＰｂＴｉＯ３一Ｐｂ
ＺｒＯ３で構成される三成分固溶体、およびその一部を
Ｂａ、Ｂｒ、Ｃａの少なくとも１種で１０ｍｏｌ％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。
ＺｒＯ３で構成される三成分固溶体、およびその一部を
Ｂａ、Ｂｒ、Ｃａの少なくとも１種で１０ｍｏｌ％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療超音波プローブ
が広く実用化されている。
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ＰｂＴ１０３
−ＰｂＺｒＯ３糸材料（ＰＺＴ）やＰｂＴｌＯ３−Ｐｂ
Ｚｒ０３−Ｐｂ（ＣｏハＷハ）０３糸材料（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。
−ＰｂＺｒＯ３糸材料（ＰＺＴ）やＰｂＴｌＯ３−Ｐｂ
Ｚｒ０３−Ｐｂ（ＣｏハＷハ）０３糸材料（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第１図に示した様に厚
み方向の面に電極４を設けた圧電振動子１をパッキング
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を設けた構造となつている。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二 ＺＯＺＴ Ｚｘ二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。
み方向の面に電極４を設けた圧電振動子１をパッキング
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を設けた構造となつている。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二 ＺＯＺＴ Ｚｘ二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千ツクや各
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２．５〜６（×１ｏ６ｋｇ／ｍｓｅｃ）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２．５〜６（×１ｏ６ｋｇ／ｍｓｅｃ）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（×１ｏ６ｋｇ／７７■ＳｅＣ）であるため上記の式
より、圧電セラミックス振動子の音響インピーダンスを
４．２〜２４（ＸＩＯ６ｋｇ×７７１’ｓｅｃ）とする
事が望ましい。
５（×１ｏ６ｋｇ／７７■ＳｅＣ）であるため上記の式
より、圧電セラミックス振動子の音響インピーダンスを
４．２〜２４（ＸＩＯ６ｋｇ×７７１’ｓｅｃ）とする
事が望ましい。
しかしながら、従来のＰＺＴや三成分糸材料では音響イ
ンピーダンスが約３０〜４０（×１０？ｋｇ／イ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衣す電気機
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（×１０６ｋｇ／イ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Ｋ３３（Ｋｔ）が５０％以下とＰＺＴや三成分糸
に比較して大幅に小さいという欠点を有していた。
ンピーダンスが約３０〜４０（×１０？ｋｇ／イ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衣す電気機
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（×１０６ｋｇ／イ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Ｋ３３（Ｋｔ）が５０％以下とＰＺＴや三成分糸
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Ｋ３３が６５％以上と大きく、音響インピーダンスが
２４〜２８（ＸｌＯ６ｋｇ／Ｗｌｓｅｃ）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Ｋ３３が６５％以上と大きく、音響インピーダンスが
２４〜２８（ＸｌＯ６ｋｇ／Ｗｌｓｅｃ）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。
本発明は七ル組成でＰｂＴｌＯ３３５．Ｏ〜５５．０％
と、ＰｂＺｒＯ３３５〜６４％と、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）
０３１．０〜１０％とからなる酸化物圧電材料であり、
さらにＰｂの一部Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａの少なくとも一種で
１０モル？以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、高電気機械結合係数（Ｋ３３の酸化物圧電材料が
得られるというものである。
と、ＰｂＺｒＯ３３５〜６４％と、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）
０３１．０〜１０％とからなる酸化物圧電材料であり、
さらにＰｂの一部Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａの少なくとも一種で
１０モル？以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、高電気機械結合係数（Ｋ３３の酸化物圧電材料が
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ＰｂＴｉＯ３ＰｂＺｒ
Ｏ３−Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３三元糸組成比をＰｂＴｌ
Ｏ，３５．Ｏ〜５５．０モル？、ＰｂＴｉＯ３３５−６
４モル？、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３１．０〜１０モル？
とそれぞれ限定したのは次の理由による。即ちＰｂＴｉ
Ｏ３は３５モル？未満でもまた５５モル％を越えても所
望の電気機械結合係数Ｋ３３６５？以上が得られず又、
音響インピーダンスも２８（×１０６ｋｇ／イＳｅｃ）
以上となるためである。又、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３の
モル？を１〜１０モル？を越えると焼結性が低下し、充
分な電気機械結合係数Ｋ３３を有する磁器が得られず、
又、１モル？未満では音響インピーダンスが２８（×１
０６ｋｇ／ｗ？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，Ｃａ，Ｓ
ｒの少なくとも１種の置換量を１０モル？以下としたも
のは１０モル？を越えると焼結性が低下し、電気機械結
合係数Ｋ３３が６５？以下となるためである。
Ｏ３−Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３三元糸組成比をＰｂＴｌ
Ｏ，３５．Ｏ〜５５．０モル？、ＰｂＴｉＯ３３５−６
４モル？、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３１．０〜１０モル？
とそれぞれ限定したのは次の理由による。即ちＰｂＴｉ
Ｏ３は３５モル？未満でもまた５５モル％を越えても所
望の電気機械結合係数Ｋ３３６５？以上が得られず又、
音響インピーダンスも２８（×１０６ｋｇ／イＳｅｃ）
以上となるためである。又、Ｐｂ（Ｙ％Ｓｂ％）０３の
モル？を１〜１０モル？を越えると焼結性が低下し、充
分な電気機械結合係数Ｋ３３を有する磁器が得られず、
又、１モル？未満では音響インピーダンスが２８（×１
０６ｋｇ／ｗ？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，Ｃａ，Ｓ
ｒの少なくとも１種の置換量を１０モル？以下としたも
のは１０モル？を越えると焼結性が低下し、電気機械結
合係数Ｋ３３が６５？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
難となるためである。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つて容易に製造する
ことができる。
難となるためである。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つて容易に製造する
ことができる。
例えばＰｂＯ，ｓｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２，Ｙ２
Ｏ３およよびＭｅＯ（但しＭｅ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ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つてよく混合
する。尚この際用いる原料は加熱によつて酸化物に転す
る化合物例えば水酸化物、炭酸塩、蓚酸塩などであつて
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つて
粉砕して調製粉末とする。
Ｏ３およよびＭｅＯ（但しＭｅ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ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つてよく混合
する。尚この際用いる原料は加熱によつて酸化物に転す
る化合物例えば水酸化物、炭酸塩、蓚酸塩などであつて
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つて
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
などの粘結剤を添加配合し、０．５〜２ｔ０ｎ／〜程度
の圧力で加圧成形してから１０００〜１２００℃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Ｐ
ｂＯ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
間程度で充分である。かくして得た酸化物成形焼結体に
周知の手般例えばその成形焼結体の両面に１対の電極を
設け、その電極に直流電流２０〜３０ｋＶ／ＣＴ！ｌを
４０〜８０℃程度の温度のシリコンオイル中で１時間程
度印加することによつて分極しうる。以上のようにして
分極を行つた後に１００℃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。
などの粘結剤を添加配合し、０．５〜２ｔ０ｎ／〜程度
の圧力で加圧成形してから１０００〜１２００℃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Ｐ
ｂＯ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
間程度で充分である。かくして得た酸化物成形焼結体に
周知の手般例えばその成形焼結体の両面に１対の電極を
設け、その電極に直流電流２０〜３０ｋＶ／ＣＴ！ｌを
４０〜８０℃程度の温度のシリコンオイル中で１時間程
度印加することによつて分極しうる。以上のようにして
分極を行つた後に１００℃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。
圧電性を評価するために棒の縦振動における結合係数Ｋ
３３を測定した。試料の大きさは５φ×１２．５ｍｍの
円柱状である。この測定はＩＲＥの標準回路の力法に従
つた。また、誘電率ε式／εｏはキヤパシタンスブリツ
ジを用いて１ＫＨｚ０周波数で測定した。音響インピー
ダンスは、試料の密度と音速を乗じたものであるのでそ
の測定法は、試料の密度は水中置換法で、音速は直径２
５ｍｍ、厚さ５ｍｍの試料を使い、音速測定装置（マテ
ツク社製モデル６０００）を使用し、５ＭＨｚにて測定
した、その結果を第１表に示す。
３３を測定した。試料の大きさは５φ×１２．５ｍｍの
円柱状である。この測定はＩＲＥの標準回路の力法に従
つた。また、誘電率ε式／εｏはキヤパシタンスブリツ
ジを用いて１ＫＨｚ０周波数で測定した。音響インピー
ダンスは、試料の密度と音速を乗じたものであるのでそ
の測定法は、試料の密度は水中置換法で、音速は直径２
５ｍｍ、厚さ５ｍｍの試料を使い、音速測定装置（マテ
ツク社製モデル６０００）を使用し、５ＭＨｚにて測定
した、その結果を第１表に示す。
次に上記試料中の実施例２５〜３２について組成変化に
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。
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ＰｂＴｌＯ３−ＰｂＺｒＯ３に０．５ω
ｔ％のＮｂ２Ｏ５を加えた酸化物圧電材料の音響インピ
ーダンスを曲線ｂとして示す。この結果本発明に係る酸
化物圧電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。
ｔ％のＮｂ２Ｏ５を加えた酸化物圧電材料の音響インピ
ーダンスを曲線ｂとして示す。この結果本発明に係る酸
化物圧電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Ａ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
は前述の各種整合層の音響インピーダンスを、又Ｄ領域
は人体の音響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、特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。
スを、Ｂ領域は本発明の音響インピーダンスを、Ｃ領域
は前述の各種整合層の音響インピーダンスを、又Ｄ領域
は人体の音響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、特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。
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。
Claims (1)
- １ モル組成でＰｂＴｉＯ＿３３５．０〜５５．０％と
ＰｂＺｒＯ＿３３５〜４６％とＰｂ（Ｙ＿１＿／＿２Ｓ
ｂ＿１＿／＿２）Ｏ＿３１．０〜１０％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、Ｃａの少なくとも１種で
１０モル％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 JPS5856375A (ja) | 1983-04-04 |
| JPS5941314B2 true 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) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60123079A (ja) * | 1983-12-06 | 1985-07-01 | Nippon Soken Inc | セラミック圧電材料 |
| 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5856375A (ja) | 1983-04-04 |
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