值。
[0130] 针对使用了由上述制造方法制造出的超声波探头100进行的超声波的发送进行 说明。超声波探头100与被检体抵接。接着，对单晶压电振动元件106的超声波放射面中 的电极与单晶压电振动元件106的超声波放射面中的电极之间施加规定的电压。通过施加 规定的电压，单晶压电振动元件106共振，产生超声波。所产生的超声波经由第1声匹配层 108、第2声匹配层110、第3声匹配层111、以及声透镜114,向被检体发送。
[0131] 针对使用通过上述制造方法制造出的超声波探头100进行的超声波的接收进行 说明。在被检体内产生的超声波经由声透镜114、第1声匹配层108、第2声匹配层110、以 及第3声匹配层111，使单晶压电振动元件106振动。单晶压电振动元件106将超声波导 致的振动转换成电信号。电信号在每个通道中根据被检体的深度而延迟相加。延迟相加后 的信号被进行包络线检波以及对数变换，显示为图像。另外，通过将第1声匹配层108、第 2声匹配层110以及第3声匹配层111的声阻抗设定为在单晶压电振动元件106的声阻抗 (20~30MRayls)与被检体的声阻抗（1.5MRayls)之间，逐渐地接近被检体的声阻抗，从而 能够提高超声波的发送接收效率。
[0132] 图12是关于具有执行了基于交流电场的极化处理（以下，称为交流极化）的压电 振子的超声波探头1〇〇 (实施例31)，将相对于频率的灵敏度（以下，称为频谱）与比较例 (具有执行了基于直流电场的极化处理（直流极化）的压电振子的超声波探头）的频谱一 起示出的图。如图12所示，与基于实施例31的超声波探头100相关的频谱和与基于比较 例的超声波探头相关的频谱相比较，为宽频且为高灵敏度。
[0133] 图13是关于具有执行了交流极化的压电振子的超声波探头100(实施例4)，将基 于多个通道的输出（灵敏度）分布与比较例（具有执行了直流极化的压电振子的超声波探 头）的输出分布一起示出的图。如图13所示，基于实施例31的超声波探头100中的多个通 道的输出的偏差（图13的a)比基于比较例的超声波探头中的多个通道的输出的偏差（图 13的b)小。此外，基于实施例31中的超声波探头100的通道的输出比比较例的超声波探 头中的通道的输出大。即，实施例31的超声波探头100中的灵敏度进行平均，成为比较例 的灵敏度的1. 2倍。即，根据实施例31，与以往相比较，灵敏度提高20%。
[0134] 根据以上所述的结构以及方法，能够得到以下的效果。
[0135] 根据本实施方式的压电振子制造方法，通过制成单晶后的后处理（交流极化）能 够以低成本容易且在短时间内制作具有高介电常数和高压电常数的压电振子。在通过本压 电振子制造方法制作的压电振子、本实施方式所涉及的压电振子、以及本实施方式所涉及 的超声波探头中，相对于被交流极化的单晶压电体和未极化的单晶压电体，在以密勒指数 (400)执行的X射线衍射中，半高宽比包含于0. 22以上0. 4以下的范围中。另外，第2半高 宽是0.1°以上0.2°以下。衍射角比成为1.0005以上1.005以下的范围。
[0136] 另外，根据本实施方式的超声波探头制造方法，能够使用具有高介电常数和高压 电常数的压电振子来制作超声波探头。通过本超声波探头制造方法制造的超声波探头的 灵敏度或本实施方式所涉及的超声波探头的灵敏度与使用通过直流极化被极化后的压电 振子的超声波探头相比较提高。本实施方式所涉及的超声波探头中的通道间的特性（灵敏 度、输出）的偏差与使用执行了直流极化的压电振子的超声波探头相比较减少。此外，与本 实施方式所涉及的超声波探头相关的频带与使用执行了直流极化的压电振子的超声波探 头相比较变宽。另外，介电损耗也降低，因此，驱动超声波探头时的发热也减少。因此，通过 使用本实施方式所涉及的超声波探头，能够提高诊断性能。另外，本实施方式所涉及的压电 振子的利用并不限定于实施例31的超声波探头100,例如还能够适用于声纳（水中声波探 测装置）或无损检查装置、传送机构、能量收集元件等。
[0137] 将本实施方式中的相变温度Trm限定为80°C至150°C是由于在80°C以下，从室温 到70°C的介电常数温度变化率大，探头灵敏度的稳定性存在问题。另外，由于在具有150°C 以上的Trm的材料中，即使进行交流极化，在室温附近其介电常数或压电特性的提高也为 10%以下，较小。
[0138] 根据本实施方式，通过调整交流极化中的pp的值和施加次数，从而能够使通过 切割而制作的多个单晶压电振动元件的介电常数与规定的范围一致。另外，衍射角比是 1. 0005以上1. 005以下的范围，因此，压电振子的厚度变薄。随之，压电振子的体积为一定， 因此，设置有电极的面的面积增加。另外，在直流极化中，不会产生本实施方式所述的半高 宽比的范围、第2半高宽的范围、衍射角比的范围。
[0139] 另外，并不限定于上述（PIN)-PMN-PT类，在作为铌锌酸铅（PZN)类、钪铌酸铅 (PSN)等铅类的压电单晶材料、具有相同的晶体构造的非铅类的压电材料的钛酸钡以及铌 酸钾?钠单晶、铋钪单晶、铋-铁化合物中，容易地推理出生成作为本实施方式中的技术特 征的半高宽比以及衍射角比。从而，本方法也能够适合这些材料。另外，在被定向的厚膜、 陶瓷、粒径大的陶瓷、或与包含这些的树脂的复合材料中，本实施方式所涉及的极化方法也 合适。如以上叙述的那样，本实施方式所涉及的方法能够使用交流电源以低成本大幅度地 提高压电材料的介电常数或压电常数，因此，其在工业上的重要性也极高。
[0140] 另外，本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段中，在不脱离其要旨的范围内 能够对构成要素进行变形来具体化。另外，通过适当地组合上述实施方式所公开的多个构 成要素，能够形成各种发明。例如，也可以从实施方式所示的全部构成要素中删除几个构成 要素。另外，也可以适当地组合不同的实施方式所涉及的构成要素。
【主权项】
1. 一种压电振子，其特征在于包括： 单晶压电体，由具有氧化镁和氧化铟中的至少一方和氧化铌的铅复合钙钛矿化合物构 成，具有晶体取向为[100]面的第1面和与上述第1面对置且晶体取向为[100]面的第2 面，并被极化； 第1电极以及第2电极，上述第1电极设置在上述单晶压电体的上述第1面侧，上述第 2电极设置在上述单晶压电体的上述第2面侧， 相对于基于上述单晶压电体未极化或去极处理后的密勒指数（400)的衍射X射线的第 1半高宽，基于上述单晶压电体的密勒指数（400)的衍射X射线的第2半高宽为0. 22以上 0. 4以下。2. 根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于：相对于基于上述单晶压电体未极化 或去极处理后的密勒指数（400)的衍射X射线的强度成为峰的第1衍射角，基于上述单晶 压电体的密勒指数（400)的衍射X射线的强度成为峰的第2衍射角为1. 0005以上1. 005 以下。3. 根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于： 上述铅复合钙钛矿化合物具有xmol%的钛酸铅和（l-x)mol%的银镁酸铅或铟银酸 铅，X = 26以上33以下，其中，X为正值， 上述铅复合钙钛矿化合物的晶体构造的相变温度为80°C以上150°C以下。4. 根据权利要求1所述的压电振子，其特征在于：上述铅复合钙钛矿化合物具有 zmol %的铟银酸铅、ymol %的银镁酸铅、以及xmol %的钛酸铅，X = 26以上33以下，y = 24 以上59以下，z = 15以上50以下，并且x+y+z = 100,其中，z为正值，y为正值。5. 根据权利要求2所述的压电振子，其特征在于：与上述第2衍射角对应的X射线强 度分布的半高宽为0.1°以上0.2°以下。6. -种超声波探头，其特征在于包括： 单晶压电体，由具有氧化镁和氧化铟中的至少一个和氧化铌的铅复合钙钛矿化合物构 成，具有晶体取向为[100]面的第1面和与上述第1面对置且晶体取向为[100]面的第2 面； 第1电极以及第2电极，上述第1电极设置在上述单晶压电体的上述第1面侧，上述第 2电极设置在上述单晶压电体的上述第2面侧； 声匹配层，设置在上述第1电极的前面；以及 背衬材料，设置在上述第2电极的背面， 相对于基于上述单晶压电体未极化或去极处理后的密勒指数（400)的衍射X射线的第 1半高宽，基于上述单晶压电体的密勒指数（400)的衍射X射线的第2半高宽为0. 22以上 0. 4以下。7. -种压电振子制造方法，其特征在于包括： 制作由具有氧化镁和氧化铟中的至少一个和氧化铌的铅复合钙钛矿化合物构成的压 电单晶， 通过在上述压电单晶的晶体取向为[100]的面切断上述压电单晶，来制作单晶片，上 述单晶片具有晶体取向成为[100]面的第1面和与上述第1面对置且晶体取向为[100]面 的第2面， 分别在上述第1面侧和上述第2面侧设置第1电极以及第2电极， 在上述第1电极以及第2电极之间，施加交流电场。8. 根据权利要求7所述的压电振子制造方法，其特征在于：上述交流电场将具有 0. 5kV/mm以上3. 6kV/mm以下的峰到峰电场和规定的频率的交流电场施加规定的次数。9. 根据权利要求7所述的压电振子制造方法，其特征在于：在施加上述交流电场的前 后，在第1电极以及第2电极之间，施加0. 25kV/mm以上2. 5kV/mm以下的范围的直流电场 1秒以上30分钟以下。10. 根据权利要求9所述的压电振子制造方法，其特征在于： 上述规定的频率为〇. IHz以上IkHz以下， 上述规定的次数为2以上1000次以下， 上述峰到峰电场比上述直流电场大。11. 根据权利要求9所述的压电振子制造方法，其特征在于： 上述峰到峰电场是0. 8kV/mm以上2. OkV/mm以下， 上述直流电场是0. 5kV/mm以上I. 2kV/mm以下。12. 根据权利要求8所述的压电振子制造方法，其特征在于：上述交流电场的施加以低 于上述铅复合钙钛矿化合物的晶体构造的相变温度的温度来执行。13. -种超声波探头制造方法，其特征在于包括： 制作由具有氧化镁与氧化铟中的至少一个和氧化铌的铅复合钙钛矿化合物构成的压 电单晶， 通过在上述压电单晶的晶体取向成为[100]的面切断上述压电单晶，来制作单晶片， 上述单晶片具有晶体取向成为[100]面的第1面和与上述第1面对置且晶体取向成为 [100]面的第2面， 在上述第1面侧和上述第2面侧分别设置第1电极以及第2电极， 在上述第1电极以及第2电极之间施加交流电场， 在上述第1电极的前面设置声匹配层，以及 在上述第2电极的背面设置背衬材料。
【专利摘要】本实施方式所涉及的压电振子具备：单晶压电体，由具有氧化镁和氧化铟中的至少一方和氧化铌的铅复合钙钛矿化合物构成，具有晶体取向为[100]面的第1面和与上述第1面对置，并且晶体取向为[100]面的第2面，并被极化；第1电极以及第2电极，上述第1电极设置在上述单晶压电体的上述第1面侧，上述第2电极设置在上述单晶压电体的上述第2面侧。相对于基于上述单晶压电体未极化或去极处理后的密勒指数(400)的衍射X射线的第1半高宽，基于上述单晶压电体的密勒指数(400)的衍射X射线的第2半高宽为0.22以上0.4以下。
【IPC分类】G01N29/24, H01L41/09, C01G33/00, H01L41/113, H01L41/187, H01L41/257, H04R31/00, H04R17/00, A61B8/00
【公开号】CN105051926
【申请号】CN201480009780
【发明人】山下洋八, 山本纪子, 细野靖晴, 逸见和弘
【申请人】株式会社东芝, 东芝医疗系统株式会社
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2014年3月24日
【公告号】WO2014157050A1...