JPS5948969A - 超音波探触子用酸化物圧電材料 - Google Patents

超音波探触子用酸化物圧電材料

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JPS5948969A
JPS5948969A JP57158896A JP15889682A JPS5948969A JP S5948969 A JPS5948969 A JP S5948969A JP 57158896 A JP57158896 A JP 57158896A JP 15889682 A JP15889682 A JP 15889682A JP S5948969 A JPS5948969 A JP S5948969A
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small
dielectric constant
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洋八 山下
Seiichi Yoshida
精一 吉田
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孝 高橋
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修次 鈴木
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    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は酸化物圧電材料〈関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
本発明は最近広く用いられている医療用の超音波診断装
置や、金属等の欠陥等を探傷する超音波探傷機の探触子
に用いられる圧電磁器振動子等に用いられる酸化物圧電
材料に関する。これらの装置の超音波変換子は振動モー
ドとして05〜J OMLh。
の縦波モードC1(ss振動)を用いており、電気エネ
ルギーを超音波振動に変え、′まだf、Ii召波振動を
電気エネルギーに変える1ユ気音η′1弓蜆イ匁能率は
和、気徐械結合係数Ks、の2乗に比例するために3.
の大きな拐料はど感度が良くなる。しかしながら横波モ
ード(Ka+)の値が大きい場合には横波の効果による
ス・プリアス(不要振動)の発生を抑制することが困難
となるため、K2Sが大きくに、1が小さい材料が望ま
れている。
さらに現在最も広く使用されている超音波診断装置等は
パルス反射方式である。このパルス式で々l は分解能を上げるために縄かいパルスを送受信する必要
があり、このためにはパルスの切れを良くするために探
触子材料の機械的品質係数(Qm)が小さいことが望1
れる。
又、最近の超音波診断装置のパルス駆動回路(パルサー
)は広帯域化をはかるため低インピーダンス化が行われ
ており探触子の材料としてもパルサー回路とのインピー
ダンスマツチングを取るため300〜2000程度の高
い誘電率を有する圧電材料が望まれている。
従来、この棟の探触子材料としては水晶、LiNbO3
゜チタン酸バリウム系磁器やジルコンチタン酸鉛系磁器
!複合三成分系磁器が使用されてきた。しかしながら、
水晶やLiNbO3では電気機械結合係数に、3が小さ
いしQmが大きい+ K% ゛)li’、率が小きい等
の理由でこの、神の探触子材料には適さず、チタン敏バ
リウム系磁器やP Z T系磁器複会三成分系磁器では
誘電率や電気機械結合係数に、3は40〜65%と太き
く Qmも200以下と小さいものも得られるものの横
効果の振動モードであるに31が20〜40%であるた
めKss /に3.+は2〜3にすぎず、1(3,の横
効果による影響をさけるため振動子の加工上の制約が生
じていた。これに対し7てに33/に9.の比が5〜1
0と大きいPbTi0.やPbNb2O,等の月料が知
られているがこれらの材料では誘電率は150〜300
にすぎず超音波診断装置のパルサー回路の低インピーダ
ンス化に対応が困難であった。又、  Pbi’i(J
、系材料。
PbNb2O,羽料は分極処理を高温、高電界のもとで
行う必快があり、分極時に起る放電のため大型の振動子
が得にくかった。
〔発明の目的〕
本発明は上記の欠点を改良したもので、電気機−械結合
係数に3.が5o%以上と大きく横効果の電気機械結合
係数1(3,が10%以下と小さいため1(ss鳴1が
5以上であり、なおQmが200以下と小さく誘電率汐
;300〜l 20 (lと大きい分極処理の容易な超
音波探触子材料として適する圧電磁器相料を提供するこ
とを目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は(Pb+−a Caa)[(Me’、gNb’
□x Ti、 、 JOs (ただしMeはMg 、 
Znのいずれか一種)の一般式においてs  L)、1
0(a≦0.35 、0.10(x≦0.30の組成か
らなることを特徴とするIJ:電磁器材料である。
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
金的方法によって容易に製造することができる。例えば
、PbU、 TiO2,CaC0,、MnC0,、Zn
O。
Nb2032Mg0なとの原料酸化物を所定の割合に秤
取し、こり、らをボールミルなどによってよく混合する
。なお、この除用いる原料は加熱によって敵化物に転す
る化合物例えば水酸化物、炭酸塩、シュウ取塩等であっ
てもよい。
次いでMjJ記混記動合物えば600〜900’C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
砕して調整粉末とする。しかる後この調整粉末に水ある
いはポリビニルアルコールなトノ粘結剤を添加配合して
、0,5〜2”n/cm2程度の圧力で加圧成形した後
、1100−1200’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。
〔発明の効果〕
かくして本発明に依り次に掲げるような効果を得ること
が出来る。第1に従来のPZTi料、三成分系材料では
縦方向の結合係数に38と横方向の結合係数に、1との
比は2〜3であるため、縦方向の撮動(K2S + K
t )を利用した撮動子を作成する場合に広がり方向の
振動(Ks+ 、Kp )による不要振動のため実用上
問題があったのに対し、本発明の材料では縦方向の結合
係数に33は50%以上と大きな値を示し、横方向の結
合係数に31は10%以下と小さな値のため、不要振動
が小さく、実用上有利なものである。第2に本発明の材
料はその誘電率が300〜1200と比較的大きいため
、超音波診断装置のパルザー駆動回路とのマツチングが
取りやすい。第3にQmが低いためパルスの減衰いわゆ
る切れが良く巾の短いパルスを送受信出来るため装置の
分解能が良くなる。第4に分極処理が100’C30〜
50KV%mで行なうことが出来るだめ、大型基板の作
成が容易である。
以上述べた様に本発明の材料は従来の圧電制料では得る
ことの出来なかった効果を有し、その優位性は明らかで
ある。
σらに本発明について詳述する。
捷ず(Pb、 、 Ca−)((へ4eJ5 Nb ’
3 )x T11− x :) 03基本組成(ただし
MeはMg、Znのいずれか1種)において0.10(
a≦0.35と限定した理由はa≦0.10では結合係
数に33が50%以下となり、さらに誘電率の値が30
0以下となり、a)(1,35ではキューリ温度が15
06C以下となり、分極後の探触子加工時における切断
、リード線のハンダ付けの工程において分極が消滅する
aJ能性が高くなるためである。
寸だ、0.10 (x ≦0.3oと限定L * 理I
tlは>(≦Q、10では磁器の結合係数Kssが50
係以下となるばかりでなく誘電率も300以下となり探
触子を構成した場合ニハルサー駆動回路とのインピーダ
ンスマツチングが困難となるためであり、x)0.30
ではキュリ一温度が150℃以下となり、瞥た■(31
が増加するためにに334i+が5以下となりP Z 
’1’磁器と大差なくなるためである。
〔発明の実施例〕
次に本発明の実施例について記載する。
焼結を終えた試料から20φX0.5mmの円板と2×
2 x 6 mmの角棒を切り出し、両面に銀ペースト
を700℃で焼き付けた。その後に50〜100 ’C
のシリコンオイル中で20〜40I(V4の直流電)γ
を印加 応して分極処理を行ないIILT標準回路方法
によって圧電特性を各々測定した。
これらの測定結果をそれらの組成比とともに第 褪1表
に示す。以下fI″色 これらの試料中実施例8と参考例6の試料を用いた直径
20 itrm共振周共振周波数2全H2る円板振動子
を使用【7同一のバッキング拐とコーテイング材により
同一条件で構成し、た超音波探触子の探傷波形特性につ
いて述べる。第1図及び第2図は、太きく Qlηが1
010と大きいため第1図に示すように入力パルス1に
リンキング2が生じ不感帯が太きくなる。父、欠陥の反
射波形3は波数が多く分解能がイC(下する。一方、車
施例8の拐料(/1K3Iが7.9%と小さく Qmが
92と低いため第2図に示すように探傷波形は人力パル
ス1′にリンギンか殆んど生じないので不感帯か小さい
。又、欠陥の反射波形3′は、波数が少なく高分解能特
性を示す。
以」二のような本発明の材料は、不感帯が小さく鋼材の
表面下の探傷に有効で高分解能特性を有する超音波探触
子に適している。
づらにす施例12(図中a)、参考例7(図中b)試料
についてl0FGにおける結合係数に、30分極亀界依
存性をか3図に示す。図から明らかな様に本発明の材料
である実施例12の試料においては■(33は30KV
/6nL、J、上で飽和するのに対し、参考例7の従来
)Pb’l’i03系材料T (d 100 KV/c
m以上を回加しないと飽和せず、そのに3.も45係以
下である。
ごのようにし、て本発明の材料は分極が従来のPbTi
O3材料と比較して大幅に容易となっており、実用的で
ある。
かくして本発明による圧電磁器材料は例えば次の様な片
途に適するものと肖λる。
■)医用超音波診断装置 従来のPZT系材料や複合三成分糸材料では横効果の結
合係数に31がメきいため、横波による不要振動のため
振動子の構成が制限されていた。本発明の材料は従来の
P Z ’1’系材料に比べてに、1が小さいため横波
による不要撮動が起りにくい。
又I QInが小さいためパルスの減貨が早く、いわゆ
るパルスの切れが良くなり短いパルスが送受出来る。父
、訪電1率が300〜1200と比較的大きいだめパル
サー、駆動回路と探触子とのインピーダンスマツチング
が取りやすい。
2)金属探傷用超音阪探傷機 最近、超音・波ケ用いで金属1中の浴接欠陥やボイド等
を非破壊で検査する超音波探偏機が(〃来のX線を用い
たタイプとおき換って使用され、る様になって来1’c
。?:す]、らの探触子材料としてはPZT系拐料林料
いられて来たが、横波の効果であるに31が太きいため
超音波の反射により正確なモード波形をイ替ることが出
来なかった。
木登り」の林料けり、3.が小さいためこれらの用達に
も有利で矛、る。
以上述ベフコように本発明の圧電磁器材料を使用すれば
、従来聾で問題となっていた用達にも有用であることが
わかる。
4 図jA+の簡単な詣5甲4 121面は本発明に係る圧電磁器材料の特性例を示すも
ので、第1図は参考例の探傷波形特性を示す曲線図、第
2図は本発明に係る圧電磁器材料の探傷波形特性を示す
曲線図、第3図は市、気機械結合係数の分極電圧依存性
をそれぞれ示す曲線図。
第1図 第3図 ?ρ の tρ み l〃 J#権曵五  ′V′1

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (”b+−a Can )(Me) Nb2/3)x 
    T+、  x)03 (ただしMeはMg、Znのいず
    れか−81)でXは0.10を越えて030以下aは0
    ゜10を越えて035以下と(〜九事を特徴とする酸化
    物圧電材料。
JP57158896A 1982-09-14 1982-09-14 超音波探触子用酸化物圧電材料 Granted JPS5948969A (ja)

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CA000436259A CA1248748A (en) 1982-09-14 1983-09-08 Piezoelectric oxide material
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EP0103304A3 (en) 1984-08-22
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