JPH1093154A - 圧電素子 - Google Patents
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- JPH1093154A JPH1093154A JP24505096A JP24505096A JPH1093154A JP H1093154 A JPH1093154 A JP H1093154A JP 24505096 A JP24505096 A JP 24505096A JP 24505096 A JP24505096 A JP 24505096A JP H1093154 A JPH1093154 A JP H1093154A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 脱分極の抑制および分極不足を改善した高い
電気機械結合係数を有する圧電素子を提供しようとする
ものである。 【解決手段】 ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶か
ら裁断された裁断面を有する圧電体に電極を形成した圧
電素子において、前記圧電体の電極形成面は、｛１０
０｝面であり、かつ前記圧電体の裁断面は｛１００｝面
または｛１１０｝面であることを特徴としている。
電気機械結合係数を有する圧電素子を提供しようとする
ものである。 【解決手段】 ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶か
ら裁断された裁断面を有する圧電体に電極を形成した圧
電素子において、前記圧電体の電極形成面は、｛１０
０｝面であり、かつ前記圧電体の裁断面は｛１００｝面
または｛１１０｝面であることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置や
超音波探傷装置などに用いられる圧電素子に関する。
超音波探傷装置などに用いられる圧電素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置や超音波探傷装置などの
に用いられる超音波プローブは、圧電素子を主体として
構成され、超音波を対象物に向けて照射し、その対象物
における音響インピーダンスの異なる界面からの反射エ
コーを受信することにより前記対象物の内部状態を画像
化することができる。従来、圧電素子としては、電気機
械結合係数（ｋ33´，ｋｔなど）が大きく、かつケーブ
ルや装置浮遊容量による損失が少ない送受信回路とのマ
ッチングが取りやすい誘電率の大きなチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックが用いられている。
に用いられる超音波プローブは、圧電素子を主体として
構成され、超音波を対象物に向けて照射し、その対象物
における音響インピーダンスの異なる界面からの反射エ
コーを受信することにより前記対象物の内部状態を画像
化することができる。従来、圧電素子としては、電気機
械結合係数（ｋ33´，ｋｔなど）が大きく、かつケーブ
ルや装置浮遊容量による損失が少ない送受信回路とのマ
ッチングが取りやすい誘電率の大きなチタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックが用いられている。
【０００３】現在、超音波プローブは厚さが数１０μｍ
〜数１００μｍの短冊状の圧電素子を数１０〜２００個
程度配列したアレイプローブが主流であり、圧電素子数
は高分解能化の要求と共に増加する傾向にある。また、
超音波プローブの高感度化や高帯域化の要求に対しても
圧電素子自体の圧電特性の向上が求められている。これ
らの要求に対しては大きな電気機械結合係数を有するＰ
ｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3 （ただし、
ｘは０．０５≦ｘ≦０．２０を示す）、Ｐｂ［（Ｍｇ
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （ただし、ｙは０．２
０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ［（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）1-z Ｔｉz ］Ｏ3 （ただし、ｚは０．３０≦ｚ≦
０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-u Ｔ
ｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦ｕ≦０．３０を示
す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w Ｔｉw ］Ｏ3 （た
だし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよび希土類元素から
選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦０．５０を示す）等
の２価または３価の金属元素を含む複合酸化物、これら
の複合酸化物においてＮｂの一部をＴａで置換したタン
タル酸−チタン酸鉛の複合酸化物、およびこれらを組み
合わせた複合酸化物などのペロブスカイト型酸化物単結
晶を圧電体として用いた超音波プローブが期待されてい
る。例えば、亜鉛酸ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 −チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ3 の固溶系単結晶で
は電気機械結合係数（ｋ33´）が８５〜９０％と大き
く、ＰＺＴ系圧電セラミックのｋ33´の７０％と比べて
圧電特性が優れていることが知られている。この単結晶
を用いると、高感度信号が得られる低周波でも圧電素子
を薄くできる。また、短冊状の圧電素子を作製するため
の裁断において、ダイシングマシンのブレードの切り込
み深さを浅くでき、薄いブレードでも垂直に切り込める
ので製造歩留まりを向上できる。その上、サイドローブ
が低減された超音波プローブを提供できる。さらに比誘
電率が従来のＰＺＴ系圧電セラミックと同等以上である
ため、送受信回路とのマッチングが良好になり、ケーブ
ルや装置浮遊容量分による損失が低減された高感度な信
号を得ることができる。特に、前記固溶体においてチタ
ン酸鉛のモル分率を２０％以下の組成からなる単結晶を
圧電体として用いた圧電素子を備えた超音波プローブは
従来のＰＺＴ系圧電セラミックを圧電体として用いた超
音波プローブに比べて６ｄＢ以上の大きい高感度な信号
が得られる。このため、Ｂモード像の場合、身体的変化
による小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見ることが可
能な高分解能の画像が得られる。また、ＣＦＭ像などを
得ることができるドプラモードの場合には、直径が数μ
ｍ程度の微小な血球からの反射エコーも大きい信号とし
て得られるようになる。
〜数１００μｍの短冊状の圧電素子を数１０〜２００個
程度配列したアレイプローブが主流であり、圧電素子数
は高分解能化の要求と共に増加する傾向にある。また、
超音波プローブの高感度化や高帯域化の要求に対しても
圧電素子自体の圧電特性の向上が求められている。これ
らの要求に対しては大きな電気機械結合係数を有するＰ
ｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3 （ただし、
ｘは０．０５≦ｘ≦０．２０を示す）、Ｐｂ［（Ｍｇ
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （ただし、ｙは０．２
０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ［（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）1-z Ｔｉz ］Ｏ3 （ただし、ｚは０．３０≦ｚ≦
０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-u Ｔ
ｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦ｕ≦０．３０を示
す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w Ｔｉw ］Ｏ3 （た
だし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよび希土類元素から
選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦０．５０を示す）等
の２価または３価の金属元素を含む複合酸化物、これら
の複合酸化物においてＮｂの一部をＴａで置換したタン
タル酸−チタン酸鉛の複合酸化物、およびこれらを組み
合わせた複合酸化物などのペロブスカイト型酸化物単結
晶を圧電体として用いた超音波プローブが期待されてい
る。例えば、亜鉛酸ニオブ酸鉛Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 −チタン酸鉛ＰｂＴｉＯ3 の固溶系単結晶で
は電気機械結合係数（ｋ33´）が８５〜９０％と大き
く、ＰＺＴ系圧電セラミックのｋ33´の７０％と比べて
圧電特性が優れていることが知られている。この単結晶
を用いると、高感度信号が得られる低周波でも圧電素子
を薄くできる。また、短冊状の圧電素子を作製するため
の裁断において、ダイシングマシンのブレードの切り込
み深さを浅くでき、薄いブレードでも垂直に切り込める
ので製造歩留まりを向上できる。その上、サイドローブ
が低減された超音波プローブを提供できる。さらに比誘
電率が従来のＰＺＴ系圧電セラミックと同等以上である
ため、送受信回路とのマッチングが良好になり、ケーブ
ルや装置浮遊容量分による損失が低減された高感度な信
号を得ることができる。特に、前記固溶体においてチタ
ン酸鉛のモル分率を２０％以下の組成からなる単結晶を
圧電体として用いた圧電素子を備えた超音波プローブは
従来のＰＺＴ系圧電セラミックを圧電体として用いた超
音波プローブに比べて６ｄＢ以上の大きい高感度な信号
が得られる。このため、Ｂモード像の場合、身体的変化
による小さな病変や空隙が明瞭に深部まで見ることが可
能な高分解能の画像が得られる。また、ＣＦＭ像などを
得ることができるドプラモードの場合には、直径が数μ
ｍ程度の微小な血球からの反射エコーも大きい信号とし
て得られるようになる。
【０００４】ところで、超音波プローブの圧電素子に用
いられる圧電材料は、大きさが１０ｍｍ角以上の面積を
持つ板状で、さらに大きい電気機械結合係数および高い
誘電率を有し、かつ個々の圧電素子において圧電・誘電
体の特性が均一であることが望まれている。ブリッジマ
ン法による単結晶の育成方法では、実用上、問題のない
レベルまで組成変動を抑制することができている。この
ように前述した単結晶からなる圧電体を用いて低周波数
駆動の超音波プローブを製造する場合では薄い単結晶を
用いることができ、薄いブレードにより寸法精度の高い
短冊状の圧電素子の作製が可能で製造歩留まりの向上、
高感度化、サイドローブの低減が可能になった。
いられる圧電材料は、大きさが１０ｍｍ角以上の面積を
持つ板状で、さらに大きい電気機械結合係数および高い
誘電率を有し、かつ個々の圧電素子において圧電・誘電
体の特性が均一であることが望まれている。ブリッジマ
ン法による単結晶の育成方法では、実用上、問題のない
レベルまで組成変動を抑制することができている。この
ように前述した単結晶からなる圧電体を用いて低周波数
駆動の超音波プローブを製造する場合では薄い単結晶を
用いることができ、薄いブレードにより寸法精度の高い
短冊状の圧電素子の作製が可能で製造歩留まりの向上、
高感度化、サイドローブの低減が可能になった。
【０００５】しかしながら、前述した方法で製造した超
音波プローブの中で信号レベルが低く、高分解能の画像
が得られないものが混在する場合がある。感度の低い超
音波プローブを構成する圧電素子は電気機械結合係数
（ｋ33´）の値が初期値より低下し、このｋ33´の低下
が信号レベルを小さくする原因になっている。信号レベ
ルの小さい圧電単結晶を有する圧電素子は脱分極されて
いたり、または分極不足であったりするため、圧電単結
晶本来の電気機械結合係数（ｋ33´）を示さない。この
ように超音波プローブを製造する際、短冊状の圧電素子
の圧電体が脱分極したり、分極不足が生じると、その感
度が実質的に低下したり、帯域が狭くなるという問題が
あった。したがって、前述したペロブスカイト型酸化物
単結晶は優れた電気機械結合係数を有するにもかかわら
ず、この単結晶から超音波プローブを量産的に製造する
ことが困難であった。
音波プローブの中で信号レベルが低く、高分解能の画像
が得られないものが混在する場合がある。感度の低い超
音波プローブを構成する圧電素子は電気機械結合係数
（ｋ33´）の値が初期値より低下し、このｋ33´の低下
が信号レベルを小さくする原因になっている。信号レベ
ルの小さい圧電単結晶を有する圧電素子は脱分極されて
いたり、または分極不足であったりするため、圧電単結
晶本来の電気機械結合係数（ｋ33´）を示さない。この
ように超音波プローブを製造する際、短冊状の圧電素子
の圧電体が脱分極したり、分極不足が生じると、その感
度が実質的に低下したり、帯域が狭くなるという問題が
あった。したがって、前述したペロブスカイト型酸化物
単結晶は優れた電気機械結合係数を有するにもかかわら
ず、この単結晶から超音波プローブを量産的に製造する
ことが困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】例えば、Ｐｂ［（Ｚｎ
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3 （ただし、ｘは０．０
５≦ｘ≦０．２０を示す）のようなペロブスカイト型鉛
複合酸化物単結晶を超音波プローブの圧電体として用い
ると、従来のＰＺＴ系圧電セラミックと異なり、裁断
時、または電極の形成時に電気機械結合係数の値がばら
ついたり、本来の値より低下する。このため、従来のＰ
ＺＴ系圧電セラミックを用いた超音波プローブと同程度
の感度しか得られない、または超音波プローブの性能の
ばらつきが生じるという問題があった。本発明は、脱分
極の抑制および分極不足を改善した高い電気機械結合係
数を有する圧電素子を提供しようとするものである。
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3 （ただし、ｘは０．０
５≦ｘ≦０．２０を示す）のようなペロブスカイト型鉛
複合酸化物単結晶を超音波プローブの圧電体として用い
ると、従来のＰＺＴ系圧電セラミックと異なり、裁断
時、または電極の形成時に電気機械結合係数の値がばら
ついたり、本来の値より低下する。このため、従来のＰ
ＺＴ系圧電セラミックを用いた超音波プローブと同程度
の感度しか得られない、または超音波プローブの性能の
ばらつきが生じるという問題があった。本発明は、脱分
極の抑制および分極不足を改善した高い電気機械結合係
数を有する圧電素子を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる圧電素子
は、ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶から裁断され
た裁断面を有する圧電体に電極を形成した圧電素子にお
いて、前記圧電体の電極形成面は、｛１００｝面であ
り、かつ前記圧電体の裁断面は｛１００｝面または｛１
１０｝面であることを特徴とするものである。
は、ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶から裁断され
た裁断面を有する圧電体に電極を形成した圧電素子にお
いて、前記圧電体の電極形成面は、｛１００｝面であ
り、かつ前記圧電体の裁断面は｛１００｝面または｛１
１０｝面であることを特徴とするものである。
【０００８】ここで、｛１００｝面とは（１００）面，
（０１０）面，（００１）面，（−１００）面，（０−
１０）面，（００−１）面を意味する。また、｛１１
０｝面とは（１１０）面，（１０１）面，（０１１）
面，（−１−１０）面，（−１０−１）面，（０−１−
１）面，（−１１０）面，（−１０１）面，（０−１
１）面，（１−１０）面，（１０−１）面，（０１−
１）面を意味する。
（０１０）面，（００１）面，（−１００）面，（０−
１０）面，（００−１）面を意味する。また、｛１１
０｝面とは（１１０）面，（１０１）面，（０１１）
面，（−１−１０）面，（−１０−１）面，（０−１−
１）面，（−１１０）面，（−１０１）面，（０−１
１）面，（１−１０）面，（１０−１）面，（０１−
１）面を意味する。
【０００９】このような本発明によれば、ペロブスカイ
ト型鉛複合酸化物単結晶からなる圧電体の電極形成面を
｛１００｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１０
０｝面または｛１１０｝面とすることによって脱分極を
抑制ないし防止できるため、高い電気機械結合係数を有
する圧電素子を得ることができる。このような圧電素子
は、例えば電気機械結合係数（ｋ33´）が８５％以上
で、個々の圧電素子間のばらつきも小さいが、前記裁断
面が｛１００｝面または｛１１０｝面を外れる圧電体を
有する圧電素子では電気機械結合係数（ｋ33´）が８０
％を低下すると同時に個々の圧電素子間のばらつきも大
きくなる。
ト型鉛複合酸化物単結晶からなる圧電体の電極形成面を
｛１００｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１０
０｝面または｛１１０｝面とすることによって脱分極を
抑制ないし防止できるため、高い電気機械結合係数を有
する圧電素子を得ることができる。このような圧電素子
は、例えば電気機械結合係数（ｋ33´）が８５％以上
で、個々の圧電素子間のばらつきも小さいが、前記裁断
面が｛１００｝面または｛１１０｝面を外れる圧電体を
有する圧電素子では電気機械結合係数（ｋ33´）が８０
％を低下すると同時に個々の圧電素子間のばらつきも大
きくなる。
【００１０】前記ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶
を用いると、高感度信号が得られる低周波でも圧電素子
を薄くできる。また、短冊状の圧電素子を作製するため
の裁断において、ダイシングマシンのブレードの切り込
み深さを浅くでき、薄いブレードでも垂直に切り込める
ので製造歩留まりを向上できる。その上、サイドローブ
が低減された超音波プローブを提供できる。さらに比誘
電率が従来のＰＺＴ系圧電セラミックと同等以上である
ため、送受信回路とのマッチングが良好になり、ケーブ
ルや装置浮遊容量分による損失が低減された高感度な信
号を得ることができる。
を用いると、高感度信号が得られる低周波でも圧電素子
を薄くできる。また、短冊状の圧電素子を作製するため
の裁断において、ダイシングマシンのブレードの切り込
み深さを浅くでき、薄いブレードでも垂直に切り込める
ので製造歩留まりを向上できる。その上、サイドローブ
が低減された超音波プローブを提供できる。さらに比誘
電率が従来のＰＺＴ系圧電セラミックと同等以上である
ため、送受信回路とのマッチングが良好になり、ケーブ
ルや装置浮遊容量分による損失が低減された高感度な信
号を得ることができる。
【００１１】したがって、圧電体の電極形成面を｛１０
０｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１００｝面ま
たは｛１１０｝面とすることによって、前記ペロブスカ
イト型鉛複合酸化物単結晶本来の圧電特性を損なうこと
なく、高感度で広帯域の超音波プローブを実現できる。
０｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１００｝面ま
たは｛１１０｝面とすることによって、前記ペロブスカ
イト型鉛複合酸化物単結晶本来の圧電特性を損なうこと
なく、高感度で広帯域の超音波プローブを実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる圧電素子を
詳細に説明する。この圧電素子は、ペロブスカイト型鉛
複合酸化物単結晶から裁断された裁断面を有する圧電体
に電極を形成した構造で、前記圧電体の電極形成面を
｛１００｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１０
０｝面または｛１１０｝面とした較正を有する。
詳細に説明する。この圧電素子は、ペロブスカイト型鉛
複合酸化物単結晶から裁断された裁断面を有する圧電体
に電極を形成した構造で、前記圧電体の電極形成面を
｛１００｝面とし、かつ前記圧電体の裁断面を｛１０
０｝面または｛１１０｝面とした較正を有する。
【００１３】前記ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶
は、例えばＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ
3 （ただし、ｘは０．０５≦ｘ≦０．２０を示す）、Ｐ
ｂ［（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （ただし、
ｙは０．２０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ［（Ｎｉ
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-z Ｔｉz ］Ｏ3 （ただし、ｚは０．３
０≦ｚ≦０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3 Ｎｂ
2/3 ）1-u Ｔｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦ｕ≦
０．３０を示す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w Ｔｉ
w ］Ｏ3 （ただし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよび希
土類元素から選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦０．５
０を示す）にて表される組成物、もしくは前記式中のＰ
ｂの一部を１０モル％以内の量でＮａ、Ｓｒ、Ｃａ、お
よびＬａの少なくとも１種で置換した組成物、または前
記式中のＮｂの一部をＴａで置換した組成物であること
が好ましい。
は、例えばＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ
3 （ただし、ｘは０．０５≦ｘ≦０．２０を示す）、Ｐ
ｂ［（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （ただし、
ｙは０．２０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ［（Ｎｉ
1/3 Ｎｂ2/3 ）1-z Ｔｉz ］Ｏ3 （ただし、ｚは０．３
０≦ｚ≦０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3 Ｎｂ
2/3 ）1-u Ｔｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦ｕ≦
０．３０を示す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w Ｔｉ
w ］Ｏ3 （ただし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよび希
土類元素から選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦０．５
０を示す）にて表される組成物、もしくは前記式中のＰ
ｂの一部を１０モル％以内の量でＮａ、Ｓｒ、Ｃａ、お
よびＬａの少なくとも１種で置換した組成物、または前
記式中のＮｂの一部をＴａで置換した組成物であること
が好ましい。
【００１４】前記ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶
は、１００℃以下の温度で菱面晶を示すものが好まし
い。前記単結晶からなる圧電体の厚さ（ｔ）は０．０５
ｍｍ≦ｔ≦０．５０ｍｍにすることが好ましい。
は、１００℃以下の温度で菱面晶を示すものが好まし
い。前記単結晶からなる圧電体の厚さ（ｔ）は０．０５
ｍｍ≦ｔ≦０．５０ｍｍにすることが好ましい。
【００１５】前記電極としては、導電性材料であれば特
に制限されず、例えばＴｉ／Ａｕ（Ｔｉ；１０〜５０ｎ
ｍ、Ａｕ１００〜１０００ｎｍ）電極、Ｃｒ／Ａｕ（Ｃ
ｒ；１０〜５０ｎｍ、Ａｕ；１００〜１０００ｎｍ）電
極等を用いることができる。これら電極は、スパッタ
法、蒸着法、塗布法等により形成される。
に制限されず、例えばＴｉ／Ａｕ（Ｔｉ；１０〜５０ｎ
ｍ、Ａｕ１００〜１０００ｎｍ）電極、Ｃｒ／Ａｕ（Ｃ
ｒ；１０〜５０ｎｍ、Ａｕ；１００〜１０００ｎｍ）電
極等を用いることができる。これら電極は、スパッタ
法、蒸着法、塗布法等により形成される。
【００１６】次に、本発明に係わる圧電素子を備える超
音波プローブ（アレー型超音波プローブ）を図１を参照
して詳細に説明する。ペロブスカイト型鉛複合酸化物単
結晶からなる複数の圧電体１は、バッキング材２上に互
いに分離して接着されている。前記各々の圧電体１は図
の矢印Ａ方向に振動する。第１電極３は、前記各々の圧
電体１の超音波送受信面からその側面および前記送受信
面と反対側の面の一部に亘ってそれぞれ形成されてい
る。第２電極４は、前記各々の圧電体１の前記送受信面
と反対側の面に前記第１電極３と所望の距離隔ててそれ
ぞれ形成されている。このような前記圧電体１、前記第
１、第２の電極３、４により圧電素子（超音波送受信素
子）が構成される。音響マッチング層５は、前記各々の
第１電極３を含む前記各圧電体１の超音波送受信面にそ
れぞれ形成されている。音響レンズ６は、前記各音響マ
ッチング層５の全体に亘って形成されている。フレキシ
ブル印刷配線板７は、前記各々の第１電極３に接続され
ている。アース電極板８は、前記各々の第２電極４に例
えばはんだ付けにより接続されている。図示しない複数
の導体（ケーブル）は前記フレキシブル印刷配線板７お
よびアース電極板８にそれぞれ接続される。
音波プローブ（アレー型超音波プローブ）を図１を参照
して詳細に説明する。ペロブスカイト型鉛複合酸化物単
結晶からなる複数の圧電体１は、バッキング材２上に互
いに分離して接着されている。前記各々の圧電体１は図
の矢印Ａ方向に振動する。第１電極３は、前記各々の圧
電体１の超音波送受信面からその側面および前記送受信
面と反対側の面の一部に亘ってそれぞれ形成されてい
る。第２電極４は、前記各々の圧電体１の前記送受信面
と反対側の面に前記第１電極３と所望の距離隔ててそれ
ぞれ形成されている。このような前記圧電体１、前記第
１、第２の電極３、４により圧電素子（超音波送受信素
子）が構成される。音響マッチング層５は、前記各々の
第１電極３を含む前記各圧電体１の超音波送受信面にそ
れぞれ形成されている。音響レンズ６は、前記各音響マ
ッチング層５の全体に亘って形成されている。フレキシ
ブル印刷配線板７は、前記各々の第１電極３に接続され
ている。アース電極板８は、前記各々の第２電極４に例
えばはんだ付けにより接続されている。図示しない複数
の導体（ケーブル）は前記フレキシブル印刷配線板７お
よびアース電極板８にそれぞれ接続される。
【００１７】このような図１に示す構造の超音波プロー
ブは、例えば次のような方法により作製される。まず、
直方体形状のペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶片に
導電膜をスパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術
により超音波送受信面および前記送受信面と反対側の面
に導電膜を残す。つづいて、前記単結晶片の超音波送受
信面となる面に音響マッチング層を形成し、これらをバ
ッキング材２上に接着する。ひきつづき、ブレードを用
いて前記音響マッチング層から前記単結晶片に亘って複
数回切断することにより前記バッキング材２上に第１、
第２電極３、４を有する互いに分離された複数の圧電体
１と前記各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響
マッチング層５が形成される。この時、図２に示すよう
に前記圧電体１の電極形成面は｛１００｝面、例えば
（００１）面、（００−１）面を示し、裁断面は｛１０
０｝面、例えば（１００）面、（−１００）面を示す。
ブは、例えば次のような方法により作製される。まず、
直方体形状のペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶片に
導電膜をスパッタ法により蒸着し、選択エッチング技術
により超音波送受信面および前記送受信面と反対側の面
に導電膜を残す。つづいて、前記単結晶片の超音波送受
信面となる面に音響マッチング層を形成し、これらをバ
ッキング材２上に接着する。ひきつづき、ブレードを用
いて前記音響マッチング層から前記単結晶片に亘って複
数回切断することにより前記バッキング材２上に第１、
第２電極３、４を有する互いに分離された複数の圧電体
１と前記各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響
マッチング層５が形成される。この時、図２に示すよう
に前記圧電体１の電極形成面は｛１００｝面、例えば
（００１）面、（００−１）面を示し、裁断面は｛１０
０｝面、例えば（１００）面、（−１００）面を示す。
【００１８】次いで、前記音響マッチング層５に音響レ
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
第１電極３にそれぞれ接続し、前記第２電極４にアース
電極板８を例えばはんだ付けにより接続し、さらに図示
しない複数の導体（ケーブル）を前記フレキシブル印刷
配線板７およびアース電極板８にそれぞれ接続すること
により超音波プローブを作製する。
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
第１電極３にそれぞれ接続し、前記第２電極４にアース
電極板８を例えばはんだ付けにより接続し、さらに図示
しない複数の導体（ケーブル）を前記フレキシブル印刷
配線板７およびアース電極板８にそれぞれ接続すること
により超音波プローブを作製する。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。 （実施例１）まず、純度が９９．９％以上のＰｂＯ、Ｚ
ｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 およびＴｉＯ2 を、亜鉛酸ニオブ酸鉛
（Ｐｂ［Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ］Ｏ3 ；ＰＺＮと略す）とチ
タン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ；ＰＴと略す）のモル比が９
１：９（つまりＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉ
x ］Ｏ3 ，ｘ＝０．０９、９１ＰＺＮ−９ＰＴと略す）
になるように秤量し、この秤量物にフラックスとして同
量の酸化鉛（ＰｂＯ）を加えた。これらの粉末に純水を
加え、ジルコニアボ−ルを用いてボールミルで１時間混
合した。この混合物を乾燥し、ライカイ機で十分に混合
粉砕した後、ゴム製容器に入れて２トン／ｃｍ2 の圧力
で静水圧プレスを行って成形した。この塊状物１１００
ｇを２５０ｃｃの有底筒状白金容器内に入れ、さらに前
記容器を電気炉に入れ、１２５０℃の温度まで５時間昇
温した後、０．８℃／ｈｒの冷却速度で８００℃まで徐
冷し、その後室温まで徐冷した。つづいて、前記白金容
器を２０％硝酸で８時間煮沸し、フラックスを溶かし出
して結晶を取り出した。
する。 （実施例１）まず、純度が９９．９％以上のＰｂＯ、Ｚ
ｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 およびＴｉＯ2 を、亜鉛酸ニオブ酸鉛
（Ｐｂ［Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ］Ｏ3 ；ＰＺＮと略す）とチ
タン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ；ＰＴと略す）のモル比が９
１：９（つまりＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉ
x ］Ｏ3 ，ｘ＝０．０９、９１ＰＺＮ−９ＰＴと略す）
になるように秤量し、この秤量物にフラックスとして同
量の酸化鉛（ＰｂＯ）を加えた。これらの粉末に純水を
加え、ジルコニアボ−ルを用いてボールミルで１時間混
合した。この混合物を乾燥し、ライカイ機で十分に混合
粉砕した後、ゴム製容器に入れて２トン／ｃｍ2 の圧力
で静水圧プレスを行って成形した。この塊状物１１００
ｇを２５０ｃｃの有底筒状白金容器内に入れ、さらに前
記容器を電気炉に入れ、１２５０℃の温度まで５時間昇
温した後、０．８℃／ｈｒの冷却速度で８００℃まで徐
冷し、その後室温まで徐冷した。つづいて、前記白金容
器を２０％硝酸で８時間煮沸し、フラックスを溶かし出
して結晶を取り出した。
【００２０】得られた単結晶は、約４０ｍｍ角×３０ｍ
ｍＬであるほぼ直方体のブロックであった。この結晶構
造をＸ線回折法により調べ、かつ組成をＩＣＰに組成分
析した。その結果、室温で菱面体のペロブスカイト型構
造で、かつＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3
，ｘが０．８９〜０．９１あることがわかった。
ｍＬであるほぼ直方体のブロックであった。この結晶構
造をＸ線回折法により調べ、かつ組成をＩＣＰに組成分
析した。その結果、室温で菱面体のペロブスカイト型構
造で、かつＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3
，ｘが０．８９〜０．９１あることがわかった。
【００２１】次いで、得られた単結晶についてＸ線ラウ
エカメラを用いて＜１００＞方位軸を出し、この軸に垂
直にスライスして厚さ０．８ｍｍの｛１００｝面単結晶
片を切り出した。さらに、全面が｛１００｝面でかつ平
面寸法が１１ｍｍ×２２ｍｍになるように切り出した。
つづいて、前記単結晶片の｛１００｝面を＃２０００の
砥粒により研磨して０．３ｍｍ厚さに仕上げた。ひきつ
づき、前記単結晶片の両面｛１００｝面にＴｉ／Ａｕ電
極をスパッタ法により形成し、１５０〜２５０℃の絶縁
オイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した後電
界冷却して分極を行なった。容量および共振、反共振周
波数を測定した。その結果、比誘電率が２２００、音速
２８５０ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´は８５〜８７
％であることが確認された。
エカメラを用いて＜１００＞方位軸を出し、この軸に垂
直にスライスして厚さ０．８ｍｍの｛１００｝面単結晶
片を切り出した。さらに、全面が｛１００｝面でかつ平
面寸法が１１ｍｍ×２２ｍｍになるように切り出した。
つづいて、前記単結晶片の｛１００｝面を＃２０００の
砥粒により研磨して０．３ｍｍ厚さに仕上げた。ひきつ
づき、前記単結晶片の両面｛１００｝面にＴｉ／Ａｕ電
極をスパッタ法により形成し、１５０〜２５０℃の絶縁
オイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した後電
界冷却して分極を行なった。容量および共振、反共振周
波数を測定した。その結果、比誘電率が２２００、音速
２８５０ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´は８５〜８７
％であることが確認された。
【００２２】さらに、前記単結晶を用いて前述した図１
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
５０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ３０μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、１９０μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は図２に示す
ように電極形成面は（００１）面、（００−１）面を示
し、対向する裁断面は（１００）面、（−１００）面を
示した。
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
５０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ３０μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、１９０μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は図２に示す
ように電極形成面は（００１）面、（００−１）面を示
し、対向する裁断面は（１００）面、（−１００）面を
示した。
【００２３】次いで、前記音響マッチング層５に音響レ
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
【００２４】得られたアレイ形超音波プローブについ
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子に亘
って得られた。
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子に亘
って得られた。
【００２５】（実施例２）まず、純度が９９．９％以上
のＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 およびＴｉＯ2 を、亜鉛
酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ［Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ］Ｏ3 ；ＰＺＮ
と略す）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ；ＰＴと略す）の
モル比が９１：９（つまりＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）
1-x Ｔｉx ］Ｏ3 ，ｘ＝０．０９、９１ＰＺＮ−９ＰＴ
と略す）になるように秤量し、この秤量物にフラックス
として同量の酸化鉛（ＰｂＯ）を加えた。これらの粉末
に純水を加え、ジルコニアボ−ルを用いてボールミルで
１時間混合した。この混合物を乾燥し、ライカイ機で十
分に混合粉砕した後、ゴム製容器に入れて２トン／ｃｍ
2 の圧力で静水圧プレスを行って成形した。この塊状物
１１００ｇを２５０ｃｃの有底筒状白金容器内に入れ、
さらに前記容器を電気炉に入れ、１２５０℃の温度まで
５時間昇温した後、０．８℃／ｈｒの冷却速度で８００
℃まで徐冷し、その後室温まで徐冷した。つづいて、前
記白金容器を２０％硝酸で８時間煮沸し、フラックスを
溶かし出して結晶を取り出した。
のＰｂＯ、ＺｎＯ、Ｎｂ2 Ｏ5 およびＴｉＯ2 を、亜鉛
酸ニオブ酸鉛（Ｐｂ［Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ］Ｏ3 ；ＰＺＮ
と略す）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3 ；ＰＴと略す）の
モル比が９１：９（つまりＰｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）
1-x Ｔｉx ］Ｏ3 ，ｘ＝０．０９、９１ＰＺＮ−９ＰＴ
と略す）になるように秤量し、この秤量物にフラックス
として同量の酸化鉛（ＰｂＯ）を加えた。これらの粉末
に純水を加え、ジルコニアボ−ルを用いてボールミルで
１時間混合した。この混合物を乾燥し、ライカイ機で十
分に混合粉砕した後、ゴム製容器に入れて２トン／ｃｍ
2 の圧力で静水圧プレスを行って成形した。この塊状物
１１００ｇを２５０ｃｃの有底筒状白金容器内に入れ、
さらに前記容器を電気炉に入れ、１２５０℃の温度まで
５時間昇温した後、０．８℃／ｈｒの冷却速度で８００
℃まで徐冷し、その後室温まで徐冷した。つづいて、前
記白金容器を２０％硝酸で８時間煮沸し、フラックスを
溶かし出して結晶を取り出した。
【００２６】得られた単結晶は、約４０ｍｍ角×３５ｍ
ｍＬであるほぼ直方体のブロックであった。この結晶構
造をＸ線回折法により調べ、かつ組成をＩＣＰに組成分
析した。その結果、室温で菱面体のペロブスカイト型構
造で、かつＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3
，ｘが０．８９〜０．９１あることがわかった。
ｍＬであるほぼ直方体のブロックであった。この結晶構
造をＸ線回折法により調べ、かつ組成をＩＣＰに組成分
析した。その結果、室温で菱面体のペロブスカイト型構
造で、かつＰｂ［（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3
，ｘが０．８９〜０．９１あることがわかった。
【００２７】次いで、得られた単結晶についてＸ線ラウ
エカメラを用いて＜１００＞方位軸を出し、この軸に垂
直にスライスして厚さ０．４ｍｍの｛１００｝面単結晶
片を切り出した。さらに、他の２つの側面が｛１１０｝
面でかつ平面寸法が１１ｍｍ×２２ｍｍになるように切
り出した。つづいて、前記単結晶片の｛１００｝面を＃
２０００の砥粒により研磨して０．２２ｍｍ厚さに仕上
げた。ひきつづき、前記単結晶片の両面｛１００｝面に
Ｔｉ／Ａｕ電極をスパッタ法により形成し、１５０〜２
５０℃の絶縁オイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間
印加した後電界冷却して分極を行なった。容量および共
振、反共振周波数を測定した。その結果、比誘電率が２
１００、音速２８００ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´
は８８〜８９％であることが確認された。
エカメラを用いて＜１００＞方位軸を出し、この軸に垂
直にスライスして厚さ０．４ｍｍの｛１００｝面単結晶
片を切り出した。さらに、他の２つの側面が｛１１０｝
面でかつ平面寸法が１１ｍｍ×２２ｍｍになるように切
り出した。つづいて、前記単結晶片の｛１００｝面を＃
２０００の砥粒により研磨して０．２２ｍｍ厚さに仕上
げた。ひきつづき、前記単結晶片の両面｛１００｝面に
Ｔｉ／Ａｕ電極をスパッタ法により形成し、１５０〜２
５０℃の絶縁オイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間
印加した後電界冷却して分極を行なった。容量および共
振、反共振周波数を測定した。その結果、比誘電率が２
１００、音速２８００ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´
は８８〜８９％であることが確認された。
【００２８】さらに、前記単結晶を用いて前述した図１
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
２０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ２５μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、２００μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は図２に示す
ように電極形成面は（００１）面、（００−１）面を示
し、対向する裁断面は（１１０）面、（−１−１０）面
を示した。
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
２０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ２５μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、２００μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は図２に示す
ように電極形成面は（００１）面、（００−１）面を示
し、対向する裁断面は（１１０）面、（−１−１０）面
を示した。
【００２９】次いで、前記音響マッチング層５に音響レ
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
【００３０】得られたアレイ形超音波プローブについ
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子に亘
って得られた。
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子に亘
って得られた。
【００３１】（比較例１）実施例２と同様な単結晶につ
いてＸ線ラウエカメラを用いて＜１００＞方位軸を出
し、この軸に垂直にスライスして厚さ０．４ｍｍの｛１
００｝面単結晶片を切り出した。さらに、他の２つの側
面が｛１００｝面から１０゜ずれた面になるように１１
ｍｍ×２２ｍｍの矩形状に切り出した。つづいて、前記
単結晶片の｛１００｝面を＃２０００の砥粒により研磨
して０．２５ｍｍ厚さに仕上げた。ひきつづき、前記単
結晶片の両面｛１００｝面にＴｉ／Ａｕ電極をスパッタ
法により形成し、１５０〜２５０℃の絶縁オイル中で１
ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した後電界冷却して分
極を行なった。容量および共振、反共振周波数を測定し
た。その結果、比誘電率が２３００〜２６００、音速２
８００〜３０００ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´は６
５〜７７％で、ｋ33´が小さく、各特性値もばらつくこ
とが確認された。
いてＸ線ラウエカメラを用いて＜１００＞方位軸を出
し、この軸に垂直にスライスして厚さ０．４ｍｍの｛１
００｝面単結晶片を切り出した。さらに、他の２つの側
面が｛１００｝面から１０゜ずれた面になるように１１
ｍｍ×２２ｍｍの矩形状に切り出した。つづいて、前記
単結晶片の｛１００｝面を＃２０００の砥粒により研磨
して０．２５ｍｍ厚さに仕上げた。ひきつづき、前記単
結晶片の両面｛１００｝面にＴｉ／Ａｕ電極をスパッタ
法により形成し、１５０〜２５０℃の絶縁オイル中で１
ｋＶ／ｍｍの電界を３０分間印加した後電界冷却して分
極を行なった。容量および共振、反共振周波数を測定し
た。その結果、比誘電率が２３００〜２６００、音速２
８００〜３０００ｍ／ｓ、電気機械結合係数ｋ33´は６
５〜７７％で、ｋ33´が小さく、各特性値もばらつくこ
とが確認された。
【００３２】さらに、前記単結晶を用いて前述した図１
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
５０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ２５μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、２００μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は電極形成面
が（００１）面、（００−１）面を示し、対向する裁断
面が（１１０）面、（−１−１０）面からそれぞれ１０
゜ずれたていた。また、前記切断後に切り込み部を上面
および側面から顕微鏡で観察した。その結果、蛇行や斜
めの切り込みは認められなかったが、部分的に幾つかの
割れや欠けが認められた。
に示すアレイ形超音波プローブを作製した。すなわち、
前記９１ＰＺＴ−９ＰＴの圧電単結晶を加工して厚さ２
５０μｍの角板を作製した。得られた角板の上下面およ
び側面にＴｉ／Ａｕ導体膜をスパッタ法により蒸着し、
選択エッチング技術により前記角板の一方の側面に位置
する前記導電膜部分および超音波送受信面となる面と反
対側の面に位置する前記導電膜の一部を除去した。つづ
いて、前記角板の超音波送受信面となる面に音響マッチ
ング層を形成し後、これらをバッキング材２上に接着し
た。ひきつづき、厚さ２５μｍのダイヤモンドブレード
を用いて前記音響マッチング層から前記角板に亘って切
り込み、２００μｍのピッチ短冊状に切断した。この切
断により、前記バッキング材２上に第１、第２電極３、
４を有する互いに分離された１００個の圧電体１と前記
各圧電体１上にそれぞれ配置された複数の音響マッチン
グ層５が形成された。なお、前記圧電体１は電極形成面
が（００１）面、（００−１）面を示し、対向する裁断
面が（１１０）面、（−１−１０）面からそれぞれ１０
゜ずれたていた。また、前記切断後に切り込み部を上面
および側面から顕微鏡で観察した。その結果、蛇行や斜
めの切り込みは認められなかったが、部分的に幾つかの
割れや欠けが認められた。
【００３３】次いで、前記音響マッチング層５に音響レ
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
ンズ６を形成した後、フレキシブル印刷配線板７を前記
各々の第１電極３にそれぞれ半田付け接続し、アース電
極板８を前記各第２電極４に半田付けにより接続し、さ
らに図示しない１１０ｐＦ／ｍ、長さ２ｍの複数の導体
（ケーブル）をフレキシブル印刷配線板７およびアース
電極板８にそれぞれ接続することにより前述した図１に
示す構造のアレイ形超音波プローブを製造した。
【００３４】得られたアレイ形超音波プローブについ
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子の９
０％しか認められなかった。短冊状に切断した後のイン
ピーダンス特性を測定すると、１０％の素子が不良であ
った。エコーが得られた素子でも感度は従来のＰＺＴ系
圧電セラミックよりも１ｄＢ高いが、実施例１、２より
も感度が３〜４ｄＢ低く、感度ばらつきもアレイ素子で
最大３ｄＢと大きかった。その結果、周波数帯域も−６
ｄＢで比帯域の平均値が８０％と狭いことが確認され
た。
て、パルスエコー法により反射エコーを測定した。その
結果、中心周波数が２．５ＭＨｚのエコーが全素子の９
０％しか認められなかった。短冊状に切断した後のイン
ピーダンス特性を測定すると、１０％の素子が不良であ
った。エコーが得られた素子でも感度は従来のＰＺＴ系
圧電セラミックよりも１ｄＢ高いが、実施例１、２より
も感度が３〜４ｄＢ低く、感度ばらつきもアレイ素子で
最大３ｄＢと大きかった。その結果、周波数帯域も−６
ｄＢで比帯域の平均値が８０％と狭いことが確認され
た。
【００３５】さらに、実施例１、２および比較例１の超
音波プローブについて音場測定を行い、印加パルスの遅
延時間を制御してビームを６０゜偏向させた状態でのサ
イドローブレベルを調べた。その結果、実施例１、２の
超音波プローブは比較例１の超音波プローブに比べて４
ｄＢサイドローブレベルが低く、良好な特性を示した。
音波プローブについて音場測定を行い、印加パルスの遅
延時間を制御してビームを６０゜偏向させた状態でのサ
イドローブレベルを調べた。その結果、実施例１、２の
超音波プローブは比較例１の超音波プローブに比べて４
ｄＢサイドローブレベルが低く、良好な特性を示した。
【００３６】なお、前記実施例ではペロブスカイト型鉛
複合酸化物単結晶として９１ＰＺＮ−９ＰＴを用いた
が、Ｐｂ［（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （た
だし、ｙは０．２０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ
［（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-z Ｔｉz］Ｏ3 （ただし、ｚ
は０．３０≦ｚ≦０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3
Ｎｂ2/3 ）1-u Ｔｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦
ｕ≦０．３０を示す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w
Ｔｉw ］Ｏ3 （ただし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよ
び希土類元素から選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦
０．５０を示す）の単結晶を用いた場合でも同様な優れ
た特性を有する圧電素子、超音波プローブを実現できる
ことを確認した。前記実施例では、単結晶をフラックス
法により作製したが、ブリッジマン法やキロプーロス
法、水熱育成法などで作製してもよい。
複合酸化物単結晶として９１ＰＺＮ−９ＰＴを用いた
が、Ｐｂ［（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （た
だし、ｙは０．２０≦ｙ≦０．４０を示す）、Ｐｂ
［（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-z Ｔｉz］Ｏ3 （ただし、ｚ
は０．３０≦ｚ≦０．５０を示す）、Ｐｂ［（Ｃｏ1/3
Ｎｂ2/3 ）1-u Ｔｉu ］Ｏ3 （ただし、ｕは０．１０≦
ｕ≦０．３０を示す）、Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w
Ｔｉw ］Ｏ3 （ただし、ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよ
び希土類元素から選ばれる１種、ｗは０．３０≦ｗ≦
０．５０を示す）の単結晶を用いた場合でも同様な優れ
た特性を有する圧電素子、超音波プローブを実現できる
ことを確認した。前記実施例では、単結晶をフラックス
法により作製したが、ブリッジマン法やキロプーロス
法、水熱育成法などで作製してもよい。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる圧
電素子は脱分極の抑制および分極不足を改善した高い電
気機械結合係数を有する。また、前記圧電素子は幅、長
さが２０ｍｍ以上の大面積にしても圧電特性のばらつき
を１％以下に抑えることができる。その結果、高感度、
広帯域の大型の超音波プローブを実現でき、ひいては超
音波診断装置や超音波探傷装置等に有効に利用できる等
顕著な効果を奏する。
電素子は脱分極の抑制および分極不足を改善した高い電
気機械結合係数を有する。また、前記圧電素子は幅、長
さが２０ｍｍ以上の大面積にしても圧電特性のばらつき
を１％以下に抑えることができる。その結果、高感度、
広帯域の大型の超音波プローブを実現でき、ひいては超
音波診断装置や超音波探傷装置等に有効に利用できる等
顕著な効果を奏する。
【図１】本発明に係わる圧電素子を備えたアレイ形超音
波プローブを示す斜視図。
波プローブを示す斜視図。
【図２】図１のアレイ形超音波プローブに組み込まれる
複数の圧電素子を示す斜視図。
複数の圧電素子を示す斜視図。
１…圧電体、 ２…バッキング材、 ３、４…電極、 ５…音響マッチング層、 ６…音響レンズ、 ７…フレキシブル印刷配線板、 ８…アース電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｚ
Claims (3)
- 【請求項１】 ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結晶か
ら裁断された裁断面を有する圧電体に電極を形成した圧
電素子において、 前記圧電体の電極形成面は、｛１００｝面であり、かつ
前記圧電体の裁断面は｛１００｝面または｛１１０｝面
であることを特徴とする圧電素子。 - 【請求項２】 前記ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結
晶は、 Ｐｂ［（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-x Ｔｉx ］Ｏ3 （ただ
し、ｘは０．０５≦ｘ≦０．２０を示す）、 Ｐｂ［（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-y Ｔｉy ］Ｏ3 （ただ
し、ｙは０．２０≦ｙ≦０．４０を示す）、 Ｐｂ［（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-z Ｔｉz ］Ｏ3 （ただ
し、ｚは０．３０≦ｚ≦０．５０を示す）、 Ｐｂ［（Ｃｏ1/3 Ｎｂ2/3 ）1-u Ｔｉu ］Ｏ3 （ただ
し、ｕは０．１０≦ｕ≦０．３０を示す）、 Ｐｂ［（Ａ1/2 Ｎｂ1/2 ）1-w Ｔｉw ］Ｏ3 （ただし、
ＡはＳｃ、Ｉｎ、Ｆｅ、Ｙおよび希土類元素から選ばれ
る１種、ｗは０．３０≦ｗ≦０．５０を示す）にて表さ
れる組成物、もしくは前記式中のＰｂの一部を１０モル
％以内の量でＮａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＬａの少なくと
も１種で置換した組成物または前記式中のＮｂの一部を
Ｔａで置換した組成物であることを特徴とする請求項１
記載の圧電素子。 - 【請求項３】 前記ペロブスカイト型鉛複合酸化物単結
晶は、１００℃以下の温度で菱面晶を示すものである請
求項１または２記載の圧電素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24505096A JP3413025B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 圧電素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24505096A JP3413025B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 圧電素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1093154A true JPH1093154A (ja) | 1998-04-10 |
| JP3413025B2 JP3413025B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=17127842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24505096A Expired - Lifetime JP3413025B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | 圧電素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3413025B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317831A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| JP2005322673A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| CN105200522A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 陕西师范大学 | 一种大面积钙钛矿薄片及其制备和应用 |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP24505096A patent/JP3413025B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005317831A (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| WO2005106986A1 (ja) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Jfe Mineral Company, Ltd. | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| JP4568529B2 (ja) * | 2004-04-30 | 2010-10-27 | Ｊｆｅミネラル株式会社 | 圧電単結晶素子 |
| JP2005322673A (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| WO2005109537A1 (ja) * | 2004-05-06 | 2005-11-17 | Jfe Mineral Company,Ltd. | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| CN100448048C (zh) * | 2004-05-06 | 2008-12-31 | 杰富意矿物股份有限公司 | 压电单晶元件及其制造方法 |
| JP4613032B2 (ja) * | 2004-05-06 | 2011-01-12 | Ｊｆｅミネラル株式会社 | 圧電単結晶素子およびその製造方法 |
| US7888848B2 (en) | 2004-05-06 | 2011-02-15 | Jfe Mineral Company, Ltd. | Piezoelectric single crystal device and fabrication method thereof |
| CN105200522A (zh) * | 2015-08-13 | 2015-12-30 | 陕西师范大学 | 一种大面积钙钛矿薄片及其制备和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3413025B2 (ja) | 2003-06-03 |
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