[go: up one dir, main page]

JP2000016900A - Method for producing piezoelectric single crystal - Google Patents

Method for producing piezoelectric single crystal

Info

Publication number
JP2000016900A
JP2000016900A JP19958898A JP19958898A JP2000016900A JP 2000016900 A JP2000016900 A JP 2000016900A JP 19958898 A JP19958898 A JP 19958898A JP 19958898 A JP19958898 A JP 19958898A JP 2000016900 A JP2000016900 A JP 2000016900A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
single crystal
piezoelectric
piezoelectric single
temperature
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.)
Pending
Application number
JP19958898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Senji Shimanuki
専治 嶋貫
Koichi Harada
耕一 原田
Yohachi Yamashita
洋八 山下
Takashi Kobayashi
剛史 小林
Shiro Saito
史郎 斉藤
Mamoru Izumi
守 泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP19958898A priority Critical patent/JP2000016900A/en
Publication of JP2000016900A publication Critical patent/JP2000016900A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組成変動を抑制して、優れた電気機械結合係
数を示す圧電体単結晶を製造できる方法を提供する。 【解決手段】 ヒーター(6)により局所的温度勾配を
形成してるつぼ(1)を加熱し、るつぼ(1)を移動さ
せて複合ペロブスカイト型酸化物からなる圧電体単結晶
(3)を製造するにあたり、るつぼ(1)内に酸化鉛の
固形体と圧電体単結晶を構成する原料の焼結体(5)と
を分離して収容し、酸化鉛の固形体を溶融させて融液
(4)を形成したときに、るつぼの口径をr(mm)、
融液の高さをh(mm)として、3≦h≦200、かつ
0.03≦h/r≦10の範囲となるように調整する。
(57) [Problem] To provide a method capable of manufacturing a piezoelectric single crystal exhibiting an excellent electromechanical coupling coefficient while suppressing composition fluctuation. SOLUTION: A crucible (1) is heated by forming a local temperature gradient by a heater (6), and the crucible (1) is moved to produce a piezoelectric single crystal (3) comprising a composite perovskite oxide. In this case, the solid body of lead oxide and the sintered body (5) of the raw material constituting the piezoelectric single crystal are separated and accommodated in the crucible (1), and the solid body of lead oxide is melted and melted (4). ), The diameter of the crucible is r (mm),
Assuming that the height of the melt is h (mm), it is adjusted so that 3 ≦ h ≦ 200 and 0.03 ≦ h / r ≦ 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置や
超音波探傷装置に用いられる圧電体単結晶の製造方法に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a piezoelectric single crystal used in an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic flaw detector.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波診断装置や超音波探傷装置などに
用いられる超音波プローブは、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
る界面から反射エコーを受信することにより、対象物の
内部状態を画像化するものである。超音波プローブは、
圧電素子を主体として構成され、厚さが数十〜数百μm
の短冊状の圧電素子を数十〜200個程度配列したアレ
イプローブが主流になっている。超音波プローブの分解
能を向上させるために圧電素子数は増加する傾向にあ
る。また、超音波プローブの高感度化や広帯域化のため
には、圧電体の圧電特性の向上が求められている。これ
は、圧電体の電気機械結合係数(k33’、kt など)が
大きいほど高感度の信号が得られるためである。また、
圧電体の誘電率が大きいと、送受信回路とのマッチング
が取り易くなり、ケーブルや装置の浮遊容量による損失
を低減できる。
2. Description of the Related Art An ultrasonic probe used in an ultrasonic diagnostic apparatus or an ultrasonic flaw detector irradiates an ultrasonic wave toward an object and receives reflected echoes from interfaces having different acoustic impedances in the object. Is used to image the internal state of the object. Ultrasonic probe
It is composed mainly of a piezoelectric element and has a thickness of several tens to several hundreds μm.
Array probes in which several tens to 200 rectangular piezoelectric elements are arranged have become mainstream. In order to improve the resolution of the ultrasonic probe, the number of piezoelectric elements tends to increase. Further, in order to increase the sensitivity and the bandwidth of the ultrasonic probe, improvement in the piezoelectric characteristics of the piezoelectric body is required. This is an electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric body (k 33 ', etc. k t) is because the larger the sensitivity signal is obtained. Also,
If the dielectric constant of the piezoelectric body is large, matching with the transmission / reception circuit can be easily achieved, and loss due to stray capacitance of a cable or device can be reduced.

【0003】これらの要求に対して、超音波プローブの
圧電体として、従来のチタン・ジルコン酸鉛(PZT)
系セラミックス(k33’=約70%)に代わり、大きな
電気機械結合係数を有するペロブスカイト型酸複合化合
物単結晶を使用することが期待されている。たとえば、
亜鉛・ニオブ酸鉛Pb(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタ
ン酸鉛PbTiO3 の固溶体酸化物単結晶であるPb
[(Zn1/3 Nb2/3 0.91Ti0.09]O3 は、85〜
90%の大きなk33’を示す。このような圧電体単結晶
を用いると、圧電素子を薄くしても低周波で動作させる
ことができ、高感度信号を得るのに有利である。圧電素
子が薄いと、短冊状に加工する際にダイシングマシーン
のブレードの切り込み深さを薄くでき、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。また、このような圧電体単結晶は、比誘電率が
従来のPZT系圧電セラミックス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であり、ケーブル
や装置の浮遊容量分による損失を低減できる。これらの
要因により、Pb[(Zn1/3 Nb2/3 0.91
0.09]O3 圧電体単結晶を用いた圧電素子を備えた超
音波プローブでは、従来のPZT系圧電セラミックスを
用いたものに比べて、6dB以上大きい高感度信号が得
られる。このため、身体の深部まで高分解能のBモード
像を得ることができ、小さな病変や空隙も明瞭に観察で
きる。
[0003] In response to these requirements, conventional titanium / zirconate lead (PZT) has been used as the piezoelectric material of the ultrasonic probe.
It is expected that a perovskite-type acid composite compound single crystal having a large electromechanical coupling coefficient will be used instead of the base ceramic (k 33 ′ = about 70%). For example,
Pb which is a solid solution oxide single crystal of zinc / lead niobate Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 and lead titanate PbTiO 3
[(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ] O 3
It shows a large k 33 ′ of 90%. When such a piezoelectric single crystal is used, it can be operated at a low frequency even if the piezoelectric element is made thin, which is advantageous for obtaining a high-sensitivity signal. When the piezoelectric element is thin, the cutting depth of the blade of the dicing machine can be reduced when processing into a strip, and the thin blade can be cut vertically, so that the production yield can be improved. Moreover, an ultrasonic probe with reduced side lobes can be provided. Further, since such a piezoelectric single crystal has a relative dielectric constant equal to or higher than that of a conventional PZT-based piezoelectric ceramic, matching with a transmission / reception circuit is good, and loss due to stray capacitance of a cable or device can be reduced. . Due to these factors, Pb [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 T
In the ultrasonic probe having a piezoelectric element using the i 0.09] O 3 piezoelectric single crystal, as compared with those using the conventional PZT piezoelectric ceramics, or 6dB greater sensitivity signal is obtained. For this reason, a high-resolution B-mode image can be obtained up to a deep part of the body, and small lesions and voids can be clearly observed.

【0004】超音波プローブの圧電素子に用いられる圧
電体は、大きさが10mm角以上の板状として得ること
ができ、これをアレイ加工したときに個々の圧電素子で
圧電特性および誘電特性が均一であることが要求され
る。
A piezoelectric body used for a piezoelectric element of an ultrasonic probe can be obtained in the form of a plate having a size of 10 mm square or more. When this is processed into an array, the piezoelectric characteristics and dielectric characteristics of each piezoelectric element are uniform. Is required.

【0005】Pb[(Zn1/3 Nb2/3 0.91
0.09]O3 を始めとするペロブスカイト型複合酸化物
からなる圧電体単結晶は、通常フラックス法やブリッジ
マン法などの溶液からの育成方法により、実用上必要な
レベルである10mm角以上の大きさの単結晶の育成が
可能である。しかし、10mm角を超える大きさの単結
晶を育成しようとすると、ペロブスカイト型複合酸化物
からなる圧電体単結晶とともに、Nb2 5 成分の比率
が大きく圧電特性に劣るパイロクロア型単結晶(Pb3
Nb4 13など)が成長しやすくなる。このNb2 5
の消耗に伴って、ペロブスカイト型複合酸化物の組成変
動が生じ、その圧電特性および誘電特性にばらつきがで
る。この結果、短冊状に加工される圧電振動子の製造歩
留りの低下、超音波プローブの感度の低下および帯域の
劣化を招く。
Pb [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 T
A piezoelectric single crystal composed of a perovskite-type composite oxide such as i 0.09 ] O 3 has a size of at least 10 mm square, which is a practically necessary level, by a method of growing from a solution such as a flux method or a Bridgman method. A single crystal can be grown. However, when trying to grow a single crystal having a size exceeding 10 mm square, a pyrochlore type single crystal (Pb 3) having a large Nb 2 O 5 component ratio and a poor piezoelectric characteristic together with a piezoelectric single crystal composed of a perovskite-type composite oxide.
Nb 4 O 13 ) easily grows. This Nb 2 O 5
With the exhaustion of, the composition of the perovskite-type composite oxide fluctuates, and its piezoelectric and dielectric properties vary. As a result, the production yield of the piezoelectric vibrator processed into a strip shape is reduced, the sensitivity of the ultrasonic probe is reduced, and the band is deteriorated.

【0006】たとえば、フラックス法で育成した40m
m角程度の大きさの単結晶から切り出して作製された圧
電素子を用いた超音波プローブのなかには、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
子を調べると、その電気機械結合係数k33’の値が他の
素子よりも低下していることがわかっている。さらに、
非常に低い信号レベルしか得られない圧電素子は、その
組成が目的の圧電体単結晶組成からずれており、本来の
優れた電気機械結合係数を示さないことがわかってい
る。これは、単結晶育成中に成分が偏析したためである
と考えられる。
[0006] For example, 40 m grown by the flux method
Among ultrasonic probes using a piezoelectric element cut out from a single crystal having a size of about m square, there are cases where a signal level is low and a high-resolution image cannot be obtained. Examination of the piezoelectric element constituting the low-sensitivity ultrasonic probe shows that the value of the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ is lower than that of the other elements. further,
It has been found that a piezoelectric element that can obtain only a very low signal level has a composition deviating from a target piezoelectric single crystal composition and does not exhibit an original excellent electromechanical coupling coefficient. This is considered to be because the components segregated during the growth of the single crystal.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、組成
変動を抑制して、優れた電気機械結合係数を示す圧電体
単結晶を製造できる方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method capable of producing a piezoelectric single crystal exhibiting an excellent electromechanical coupling coefficient while suppressing composition fluctuation.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電体単結晶の
製造方法は、酸化鉛、酸化ニオブおよび酸化チタンを含
む原料をるつぼに収容し、加熱源により局所的温度勾配
を形成して前記るつぼを加熱し、前記るつぼを移動させ
て複合ペロブスカイト型酸化物の圧電体単結晶を製造す
るにあたり、前記るつぼ内に酸化鉛の固形体と圧電体単
結晶を構成する原料の焼結体とを分離して収容し、前記
酸化鉛の固形体を溶融させて融液を形成したときに、前
記るつぼの口径をr(mm)、前記融液の高さをh(m
m)として、3≦h≦200、かつ0.03≦h/r≦
10の範囲となるように調整することを特徴とする。
According to the method of manufacturing a piezoelectric single crystal of the present invention, a raw material containing lead oxide, niobium oxide and titanium oxide is contained in a crucible, and a local temperature gradient is formed by a heating source. Heating the crucible and moving the crucible to produce a piezoelectric single crystal of a composite perovskite oxide, a solid body of lead oxide and a sintered body of the raw material constituting the piezoelectric single crystal in the crucible When the melt is formed by melting and separating the solid body of the lead oxide, the diameter of the crucible is r (mm), and the height of the melt is h (m).
m), 3 ≦ h ≦ 200 and 0.03 ≦ h / r ≦
It is characterized in that it is adjusted to be in the range of 10.

【0009】本発明の方法においては、結晶育成時のる
つぼの最高温度をTM 、るつぼが最高温度を示す位置か
らるつぼの口径rだけ離れた位置におけるるつぼの温度
をTR とするとき、るつぼの温度分布が、1050℃≦
M ≦1250℃、かつ50℃≦TM −TR ≦500℃
の範囲となるように設定することが好ましい。また、る
つぼとしては多重構造をなし、2種以上の材料で形成さ
れているものを用いることが好ましい。
[0009] In the method of the present invention, when the maximum temperature of the crucible during crystal growth T M, the temperature of the crucible at a position crucible is separated from the position showing the highest temperature just diameter r of the crucible and T R, the crucible Temperature distribution is 1050 ℃ ≦
T M ≦ 1250 ° C. and 50 ° C. ≦ T M −T R ≦ 500 ° C.
It is preferable to set so as to fall within the range. Further, it is preferable to use a crucible having a multi-layer structure and formed of two or more kinds of materials.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

【0011】本発明の対象となる複合ペロブスカイト型
酸化物からなる圧電体単結晶としては、2価または3価
の金属元素を含む複合酸化物が挙げられる。具体的に
は、Pb[(Zn1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O
3 (0.05≦x≦0.20)、Pb[(Mg1/3 Nb
2/3 1-x Tix ]O3 (0.20≦x≦0.40)、
Pb[(Ni1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O3 (0.3
0≦x≦0.50)、Pb[(Co1/3 Nb2/3 1-x
Tix ]O3 (0.10≦x≦0.30)、Pb[(A
1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O3 (AはSc,In,F
e,Yおよび希土類元素からなる群より選択される少な
くとも1種の元素、0.30≦x≦0.50)などであ
る。また、これらの複合酸化物の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も含まれる。
さらに、これらを組み合わせた複合酸化物なども含まれ
る。
The piezoelectric single crystal composed of a complex perovskite oxide, which is an object of the present invention, includes a complex oxide containing a divalent or trivalent metal element. Specifically, Pb [(Zn 1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x] O
3 (0.05 ≦ x ≦ 0.20), Pb [(Mg 1/3 Nb
2/3 ) 1-x Ti x ] O 3 (0.20 ≦ x ≦ 0.40),
Pb [(Ni 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x] O 3 (0.3
0 ≦ x ≦ 0.50), Pb [(Co 1/3 Nb 2/3 ) 1-x
Ti x ] O 3 (0.10 ≦ x ≦ 0.30), Pb [(A
1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x] O 3 (A is Sc, In, F
e, Y, and at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, 0.30 ≦ x ≦ 0.50). Also included are composite oxides of lead tantalate titanate in which a part of Nb of these composite oxides is substituted by Ta.
Further, a composite oxide or the like obtained by combining them is also included.

【0012】本発明においては、るつぼ内に酸化鉛の固
形体と圧電体単結晶を構成する原料の焼結体とを分離し
て収容する。圧電体単結晶を構成する原料の焼結体は、
上記で例示したような圧電体単結晶の組成とほぼ同一に
なるように原料を混合し、固形化した後、焼成したもの
である。また、酸化鉛(PbO)の固形体(ペレット)
はフラックスとして用いられる。
In the present invention, a solid body of lead oxide and a sintered body of a raw material constituting a piezoelectric single crystal are separately accommodated in a crucible. The sintered body of the raw material constituting the piezoelectric single crystal is
The raw materials are mixed so as to have almost the same composition as the piezoelectric single crystal as exemplified above, solidified, and then fired. In addition, solid body (pellet) of lead oxide (PbO)
Is used as a flux.

【0013】本発明では、管状の電気炉などにおいて加
熱源により局所的温度勾配を形成してるつぼを加熱し、
るつぼを上から下へ移動させてるつぼの底から圧電体単
結晶を成長させる、いわゆるブリッジマン法を用いる。
るつぼ内には、下からPbOペレット、圧電体単結晶原
料焼結体の順に分離して収容する。なお、PbOペレッ
トの下に圧電体単結晶の種結晶を収容してもよい。
In the present invention, a crucible is heated by forming a local temperature gradient by a heating source in a tubular electric furnace or the like,
A so-called Bridgman method is used in which the crucible is moved from top to bottom to grow a piezoelectric single crystal from the bottom of the crucible.
In the crucible, PbO pellets and a piezoelectric single crystal raw material sintered body are separated and accommodated in this order from below. Note that a seed crystal of a piezoelectric single crystal may be accommodated below the PbO pellet.

【0014】加熱源によりるつぼを加熱すると、900
℃以上でまずPbOが融解する。この融液の高さは、P
bOペレットの重量をW、PbO融液の密度をd(〜
9.5g/cm3 )とすると、h=4W/(πr2 d)
である。さらに、1050℃以上になると、原料焼結体
の一部が融解し始め、PbO融液中に溶け込んで飽和す
る。このとき、るつぼ内での融液の高さは、当初のPb
Oのみの融液の高さより高くなる。そして、るつぼの下
降に伴って冷却されると、るつぼの底から圧電体単結晶
が成長し始める。そして、温度勾配下でるつぼをゆっく
りと移動させると、圧電体単結晶の成長に応じて、原料
焼結体が融解して連続的に供給されるので、組成変動な
しに大型で長尺の圧電体単結晶を製造することができ
る。
When the crucible is heated by a heating source, 900
Above ° C, PbO first melts. The height of this melt is P
The weight of the bO pellet is W, and the density of the PbO melt is d (~
9.5 g / cm 3 ), h = 4 W / (πr 2 d)
It is. Further, when the temperature exceeds 1050 ° C., a part of the raw material sintered body starts to be melted, melts into the PbO melt and saturates. At this time, the height of the melt in the crucible is initially Pb.
It becomes higher than the height of the melt containing only O. When the crucible is cooled down, the piezoelectric single crystal starts to grow from the bottom of the crucible. When the crucible is slowly moved under a temperature gradient, the raw material sintered body is melted and supplied continuously according to the growth of the piezoelectric single crystal. A body single crystal can be produced.

【0015】本発明においては、上記のように原料焼結
体を融解させて圧電体単結晶の成長部位へ連続的に供給
するために、るつぼの口径(内径)をr(mm)、融液
の高さをh(mm)としたとき、3≦h≦200、かつ
0.03≦h/r≦10の範囲となるように調整する。
In the present invention, the diameter (inner diameter) of the crucible is set to r (mm) in order to melt the raw material sintered body as described above and to continuously supply the material to the piezoelectric single crystal growth site. Is adjusted to be in the range of 3 ≦ h ≦ 200 and 0.03 ≦ h / r ≦ 10, where h is the height (mm).

【0016】hが3mm未満またはh/rの比が0.0
3未満の場合には、圧電体単結晶にクラックやインクル
ージョンが入りやすくなり、超音波プローブに必要な1
0mm角以上の圧電素子を形成できなくなる。hが20
0mmを超えるかまたはh/rの比が10を超えると、
圧電体単結晶の成長部位と上部の原料焼結体とが離れす
ぎて、目的とする組成の原料が供給されにくくなり、パ
イロクロア型単結晶Pb3 (Nb,Ta)4 13が発生
してペロブスカイト型単結晶の組成変動が大きくなる。
この結果として、やはり10mm角以上の圧電体単結晶
を得ることが困難になる。なお、h/rの比は0.2〜
1.5の範囲であることがより好ましい。
H is less than 3 mm or h / r ratio is 0.0
If it is less than 3, cracks and inclusions are liable to occur in the piezoelectric single crystal, and the necessary 1
It becomes impossible to form a piezoelectric element of 0 mm square or more. h is 20
If it exceeds 0 mm or the h / r ratio exceeds 10,
The growth site of the piezoelectric single crystal and the upper raw material sintered body are too far apart to supply a raw material having a desired composition, and pyrochlore single crystal Pb 3 (Nb, Ta) 4 O 13 is generated. The composition fluctuation of the perovskite-type single crystal increases.
As a result, it becomes difficult to obtain a piezoelectric single crystal of 10 mm square or more. The h / r ratio is 0.2 to
More preferably, it is in the range of 1.5.

【0017】本発明の方法を用いれば、パイロクロア型
単結晶の発生を抑制することができ、組成変動なしに1
0mm角以上のペロブスカイト型複合酸化物圧電体単結
晶を育成できる。このため、得られた圧電体単結晶から
切り出した単結晶板をアレイ加工して短冊状圧電振動子
を作製しても、圧電特性および誘電特性のばらつきを小
さくできる。したがって、従来の圧電セラミックスを用
いた超音波プローブよりも、高感度で広帯域の超音波プ
ローブを実現できる。
By using the method of the present invention, the generation of a pyrochlore single crystal can be suppressed, and the generation of a pyrochlore single crystal can be suppressed without changing the composition.
A perovskite-type composite oxide piezoelectric single crystal of 0 mm square or more can be grown. For this reason, even if a single-crystal plate cut out from the obtained piezoelectric single crystal is array-processed to produce a strip-shaped piezoelectric vibrator, variations in piezoelectric characteristics and dielectric characteristics can be reduced. Therefore, it is possible to realize an ultrasonic probe having a higher sensitivity and a wider band than an ultrasonic probe using conventional piezoelectric ceramics.

【0018】本発明においては、融液の高さに関する上
記の条件を満たすために、るつぼの最高温度をTM 、る
つぼが最高温度を示す位置からるつぼの口径rだけ離れ
た位置におけるるつぼの温度をTR とするとき、るつぼ
の温度分布が、1050℃≦TM ≦1250℃、かつ5
0℃≦TM −TR ≦500℃の範囲となるような局所的
温度勾配に設定することが好ましい。
In the present invention, in order to satisfy the above condition relating to the height of the melt, the maximum temperature of the crucible is set to T M , and the temperature of the crucible at a position separated by a diameter r of the crucible from the position where the crucible shows the maximum temperature. when the the T R, the temperature distribution of the crucible, 1050 ℃ ≦ T M ≦ 1250 ℃, and 5
It is preferable to set the local temperature gradient such that 0 ℃ ≦ T M -T range R ≦ 500 ° C..

【0019】TM が1050℃未満の場合には、原料焼
結体の融解が不十分になって核発生が多くなり、10m
m角以上の圧電体単結晶が得られにくくなる。TM が1
250℃を超えると、圧電特性に劣るパイロクロア型単
結晶が生成しやすくなり、ペロブスカイト型単結晶の内
部での組成変動が大きくなる。
When T M is less than 1050 ° C., the melting of the raw material sintered body becomes insufficient and the number of nuclei increases, so that 10 m
It becomes difficult to obtain a piezoelectric single crystal having an m square or more. T M is 1
If the temperature exceeds 250 ° C., a pyrochlore type single crystal having poor piezoelectric properties is likely to be formed, and the composition fluctuation inside the perovskite type single crystal becomes large.

【0020】TM −TR (=ΔT)が50℃未満の場合
には、やはり核発生が多くなり、10mm角以上の圧電
体単結晶が得られにくくなる。ΔTが500℃を超える
と、温度勾配が急すぎるため圧電体単結晶にクラックや
インクルージョンが入りやすくなり、超音波プローブに
必要な10mm角以上の大きさの圧電素子を形成できな
くなる。
If T M -T R (= ΔT) is less than 50 ° C., nuclei are generated too much, making it difficult to obtain a piezoelectric single crystal of 10 mm square or more. When ΔT exceeds 500 ° C., the temperature gradient is too steep, so that cracks and inclusions are apt to occur in the piezoelectric single crystal, and it becomes impossible to form a piezoelectric element having a size of 10 mm square or more required for an ultrasonic probe.

【0021】なお、単結晶の成長過程では、るつぼ内に
おいて圧電体単結晶の成長部位の上に、単結晶原料を飽
和濃度で含有するPbO融液が存在すればよいので、P
bO固形体(ペレット)の代わりに、単結晶を構成する
成分の分量(CS )とフラックスとなるPbOの分量
(CF )との比(K=CS /CF )がモル比で4以下で
ある固形体を用いても、PbO固形体を用いた場合と同
じ効果が得られる。
In the process of growing a single crystal, it is sufficient that a PbO melt containing a single crystal raw material at a saturated concentration is present above the growth site of the piezoelectric single crystal in the crucible.
Instead of the bO solid (pellet), the ratio (K = C S / C F ) of the amount (C S ) of the component constituting the single crystal and the amount (C F ) of PbO to be the flux is 4 in molar ratio. The same effects as in the case of using a PbO solid can be obtained by using the following solid.

【0022】本発明において、るつぼとしては、白金な
どの貴金属からなるものを用いることができるが、るつ
ぼの構造は特に限定されない。たとえば、多重構造をな
し、2種以上の材料で形成されたるつぼを好適に用いる
ことができる。特に、貴金属またはその合金からなる内
壁と、耐火物からなる外壁を有するるつぼが好ましい。
なお、2種以上の金属で形成された多重るつぼ、または
2種以上の耐火物で形成された多重るつぼなどを用いて
もよい。このような多重るつぼでは、外壁または中間層
により、内壁と単結晶との熱膨張の差を緩和する作用
や、内壁の腐食によるピンホールの発生を抑制する作用
が得られる。
In the present invention, a crucible made of a noble metal such as platinum can be used, but the structure of the crucible is not particularly limited. For example, a crucible having a multiple structure and formed of two or more materials can be suitably used. In particular, a crucible having an inner wall made of a noble metal or an alloy thereof and an outer wall made of a refractory is preferable.
Note that a multiple crucible formed of two or more types of metals or a multiple crucible formed of two or more types of refractories may be used. In such a multiple crucible, the outer wall or the intermediate layer has an effect of reducing the difference in thermal expansion between the inner wall and the single crystal, and an effect of suppressing the generation of pinholes due to corrosion of the inner wall.

【0023】貴金属としては、Pt、Ir、Rhなどが
挙げられる。合金としては、Pt−Rh合金でRh/P
tの重量比が0.01〜1、より好ましくは0.1〜
0.4のもの、Pt−Ir合金でIr/Ptの重量比が
0.01〜1、より好ましくは0.2〜0.8のものが
挙げられる。また、Y2 3 やZrO2 を分散させた強
化白金を用いてもよい。他耐火物としては、高純度アル
ミナ、マグネシアなどの酸化物、窒化アルミニウムなど
の窒化物が挙げられる。
Examples of the noble metal include Pt, Ir, Rh and the like. The alloy is a Pt-Rh alloy with Rh / P
The weight ratio of t is from 0.01 to 1, more preferably from 0.1 to 1.
0.4, and a Pt-Ir alloy having a weight ratio of Ir / Pt of 0.01 to 1, more preferably 0.2 to 0.8. Further, reinforced platinum in which Y 2 O 3 or ZrO 2 is dispersed may be used. Other refractories include oxides such as high-purity alumina and magnesia, and nitrides such as aluminum nitride.

【0024】多重るつぼのより具体的な構造としては以
下のようなものが挙げられる。たとえば、内壁がPt、
外壁がアルミナまたはマグネシアからなるもの;内壁が
Pt、中間層がRh、外壁がZrO2 を分散させた強化
白金からなるもの;内壁がPt、中間層がAlN、外壁
がアルミナからなるものなどである。また、中間層とし
てグラスウールやバブルアルミナなどの断熱材を挿入し
てもよい。
More specific structures of the multiple crucible include the following. For example, the inner wall is Pt,
The outer wall is made of alumina or magnesia; the inner wall is made of Pt, the intermediate layer is Rh, the outer wall is made of reinforced platinum in which ZrO 2 is dispersed; the inner wall is made of Pt, the intermediate layer is AlN, the outer wall is made of alumina, and the like. . Further, a heat insulating material such as glass wool or bubble alumina may be inserted as the intermediate layer.

【0025】るつぼの形状は特に限定されず、一般的に
は円筒形が多く用いられるが、直方体や円錐などの形状
の筒体でもよい。また、円筒の底部が先尖しているもの
が一般的であるが、平坦なものでもよい。るつぼの底部
に結晶育成のための種結晶を入れるためのパイプや、冷
却のための棒を設けてもよい。種部や冷却棒は一層構造
でも多重構造でもよい。ただし、種部は熱伝導率の高い
金属のみで形成されていることが好ましい。
The shape of the crucible is not particularly limited. Generally, a cylindrical shape is often used, but a cylindrical shape such as a rectangular parallelepiped or a cone may be used. Further, the bottom of the cylinder is generally pointed, but may be flat. A pipe for putting a seed crystal for growing a crystal or a rod for cooling may be provided at the bottom of the crucible. The seed portion and the cooling rod may have a single-layer structure or a multi-layer structure. However, the seed portion is preferably formed only of a metal having a high thermal conductivity.

【0026】るつぼ内壁の金属層の厚さは特に限定され
ないが、たとえば口径40mmの円筒るつぼでは厚みは
0.1〜0.3mm程度が好ましい。るつぼ外壁の耐火
物は厚いほど強度的に有利であるが、厚すぎるとこれを
破って結晶を取り出すことが困難になるため、適度な厚
さを有することが好ましい。一般的には、0.3〜30
mm、さらに1〜10mmであることが好ましい。
The thickness of the metal layer on the inner wall of the crucible is not particularly limited. For example, in a cylindrical crucible having a diameter of 40 mm, the thickness is preferably about 0.1 to 0.3 mm. The thicker the refractory of the outer wall of the crucible is, the more advantageous it is in strength. However, if the thickness is too large, it is difficult to break the refractory and take out the crystal. Generally, 0.3 to 30
mm, more preferably 1 to 10 mm.

【0027】るつぼには蓋をすることが望ましい。蓋は
るつぼと同様の材料であることが望ましいが、白金のみ
からなるものでもよい。蓋は溶接により固定してもよい
し、重りにより固定したり、機械的に折り曲げて固定し
てもよい。
It is desirable to cover the crucible with a lid. The lid is preferably made of the same material as the crucible, but may be made of platinum alone. The lid may be fixed by welding, fixed by weight, or fixed by mechanical bending.

【0028】るつぼは上から吊るしても下から支えても
よく、るつぼの移動が容易であることが好ましい。るつ
ぼを保持する器具も特に限定されず、耐熱煉瓦や耐熱ガ
ラスのような耐熱製品またはPt−Rh合金などを用い
てもよい。
The crucible may be hung from above or supported from below, and it is preferable that the crucible can be easily moved. A tool for holding the crucible is not particularly limited, and a heat-resistant product such as a heat-resistant brick or heat-resistant glass, a Pt-Rh alloy, or the like may be used.

【0029】るつぼの移動方向も特に限定されない。通
常は上から下への移動であるが、下から上、水平方向、
斜め下方向、斜め上方向などいずれでもよいし、これら
を組み合わせてもよい。るつぼの移動速度は0.05〜
5mm/h、より好ましい0.2〜1mm/hである。
るつぼの移動速度は一定であることが望ましいが、育成
途中で速度を変化させてもよい。るつぼを回転させたり
振動を与えてもよい。加熱領域は特に限定されないが、
電気でコントロールできる電気炉のようなものが望まし
く、十分な大きさの単結晶を育成できるるつぼを収容で
きるサイズであることが望ましい。るつぼは加熱領域を
通過すればよいので必ずしもるつぼが移動する必要はな
く、電気炉自体が移動してもよいし、発熱体の電流をコ
ントロールして高温部の位置を移動させてもよい。発熱
体についても限定されないが、1000℃以上の高温が
実現できる合金系、SiC系、MoSi2 系、LaCr
3 系のヒーターを用いるのが一般的である。また、以
上は常圧雰囲気で結晶育成を行うことを前提として記載
しているが、雰囲気は特に限定されない。酸素や空気な
どの酸化性ガスを流入してもよいし、圧力を常圧(1気
圧)以上に上げてもよい。
The moving direction of the crucible is not particularly limited. Usually a top-to-bottom movement, but from bottom to top, horizontally,
Any of a diagonally downward direction, a diagonally upward direction, and the like may be used, or these may be combined. Crucible moving speed is 0.05 ~
5 mm / h, more preferably 0.2 to 1 mm / h.
It is desirable that the moving speed of the crucible be constant, but the speed may be changed during the growing. The crucible may be rotated or vibrated. The heating area is not particularly limited,
An electric furnace that can be controlled by electricity is desirably used, and desirably a size that can accommodate a crucible that can grow a single crystal having a sufficient size. Since the crucible only needs to pass through the heating area, the crucible does not necessarily need to move, and the electric furnace itself may move, or the position of the high-temperature portion may be moved by controlling the current of the heating element. The heating element is not limited, but alloys, SiC, MoSi 2 , LaCr capable of realizing a high temperature of 1000 ° C. or higher.
Generally, an O 3 -based heater is used. Although the above description has been made on the assumption that the crystal is grown in a normal pressure atmosphere, the atmosphere is not particularly limited. An oxidizing gas such as oxygen or air may flow in, or the pressure may be increased to normal pressure (1 atm) or more.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0031】実施例1 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9となるように原料粉を秤量した。こ
れらの原料粉をよく混合し、さらにバインダーとなるポ
リビニルアルコール5%溶液を入れてよく混合した。こ
の混合粉を静水圧プレスで固め、電気炉に入れて110
0℃で4時間焼成して、外径49mm×長さ200mm
の原料焼結体を得た。また、PbO粉を静水圧プレスで
固めて外径49mm×長さ50mmのPbOペレットを
作製した。
Example 1 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed so that the molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 was 91: 9. These raw material powders were mixed well, and a 5% solution of polyvinyl alcohol as a binder was added and mixed well. This mixed powder is hardened by an isostatic press and placed in an electric furnace for 110 minutes.
Baking at 0 ° C for 4 hours, outer diameter 49mm x length 200mm
Was obtained. The PbO powder was solidified by an isostatic press to produce PbO pellets having an outer diameter of 49 mm and a length of 50 mm.

【0032】図1に示すように、底部に冷却棒2を有す
る内径50mm×長さ300mmの円筒状の白金るつぼ
1内に下からPbOペレットおよび原料焼結体5を収容
し、るつぼ1を封じた。このるつぼ1を管状の電気炉の
中央部に吊り下げた。局所加熱が可能なヒーター6によ
り、1200℃の最高温度まで6時間で昇温し、PbO
ペレットを完全に融解するとともに原料焼結体5の一部
を融解して融液4を形成した。電気炉の最高温度を12
00℃に保持したまま、るつぼ1を10rpmで回転し
ながら0.3mm/hの降下速度で約600mm降下さ
せた後、電気炉を室温まで徐冷して圧電体単結晶3を育
成した。
As shown in FIG. 1, a PbO pellet and a raw material sintered body 5 are accommodated from below in a cylindrical platinum crucible 1 having an inner diameter of 50 mm and a length of 300 mm having a cooling rod 2 at the bottom, and the crucible 1 is sealed. Was. This crucible 1 was suspended at the center of a tubular electric furnace. With the heater 6 capable of local heating, the temperature is raised to the maximum temperature of 1200 ° C. in 6 hours, and PbO
The pellet was completely melted and a part of the raw material sintered body 5 was melted to form a melt 4. The maximum temperature of the electric furnace is 12
While maintaining the temperature at 00 ° C., the crucible 1 was lowered at a rate of 0.3 mm / h by about 600 mm while rotating at 10 rpm, and then the electric furnace was gradually cooled to room temperature to grow the piezoelectric single crystal 3.

【0033】予め育成中に電気炉内でのるつぼの温度勾
配を調べたところ、るつぼの最高温度は1200℃であ
り、その位置から上方または下方にるつぼの口径(50
mm)と同じ距離だけ離れた位置のるつぼの温度は、上
方側が1050℃、下方側が1000℃であった。この
温度条件でるつぼ1内の融液の高さ(h)を調べたとこ
ろ、h=40mmであった。また、1200℃で6時間
保持した後の融液の高さ(h’)は、原料焼結体4が一
部融解しているためh’=50mmと高くなった。した
がって、h/rは0.8〜1.0である。
When the temperature gradient of the crucible in the electric furnace was examined in advance during the growth, the maximum temperature of the crucible was 1200 ° C., and the diameter (50 mm) of the crucible was shifted upward or downward from that position.
mm), the temperature of the crucible at a position separated by the same distance was 1050 ° C. on the upper side and 1000 ° C. on the lower side. When the height (h) of the melt in the crucible 1 was examined under these temperature conditions, it was found that h = 40 mm. Further, the height (h ′) of the melt after holding at 1200 ° C. for 6 hours was as high as h ′ = 50 mm because the raw material sintered body 4 was partially melted. Therefore, h / r is 0.8 to 1.0.

【0034】育成終了後、るつぼを取り除いて内容物を
取り出すと、るつぼの底部側から50mm径×190m
m長の結晶が成長していた。この結晶をラウエ写真およ
びX線回折法により調べたところ、室温で菱面体のペロ
ブスカイト型構造の圧電体単結晶であることがわかっ
た。成長方位は<100>方向であった。この単結晶の
組成をICP法により分析したところ、Pb[(Zn
1/3 Nb2/3 1-x Tix]O3 で、x=0.091±
0.001以内であることがわかった。この圧電体単結
晶の誘電率の温度変化から、キュリー温度Tc =185
℃±3℃以内、転移温度Tx =65℃±2℃以内である
ことがわかった。パイロクロア型単結晶の発生はなかっ
た。
After the growth is completed, the crucible is removed and the contents are taken out. The diameter is 50 mm × 190 m from the bottom of the crucible.
An m-length crystal was growing. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. The growth orientation was <100> direction. When the composition of this single crystal was analyzed by the ICP method, Pb [(Zn
1/3 Nb 2/3 ) 1-x Ti x ] O 3 , x = 0.091 ±
It was found to be within 0.001. From the temperature change of the dielectric constant of the piezoelectric single crystal, the Curie temperature T c = 185
° C. ± 3 ° C. Within, it was found transition temperature T x = 65 ° C. is within ± 2 ° C.. No pyrochlore single crystal was generated.

【0035】圧電体単結晶のラウエ写真から{100}
面の方位を決定し、ダイヤモンドブレードにより厚さ
0.4mm、10mm×20mm角の大きさの圧電体単
結晶板を切り出した。この圧電体単結晶板の両面を#2
000のカーボランダム砥粒で厚さ0.26mmまで研
磨し洗浄した。その後、スパッタリングにより圧電体単
結晶板にTi/Au電極(Ti厚さ=100nm、Au
厚さ=1000nm)を形成し、圧電素子を得た。この
圧電素子を、シリコーンオイルを入れたオイルバスに浸
し、シリコーンオイルを250℃まで加熱し、両面の電
極により1kV/mmの電界を印加して30分保持し
た。電界を印加したまま、シリコーンオイルの温度を1
℃/minの速度で室温まで下げ、圧電素子を電界冷却
した。電界を解除し、シリコーンオイルから圧電素子を
取り出して洗浄した。このように分極処理を施した圧電
体単結晶板を、ダイサーにより幅0.15mm×長さ1
0mm×厚さ0.26mmの短冊状の圧電振動子に加工
した。このうち50本の圧電振動子について、アドミタ
ンスの周波数特性から、共振・反共振周波数を測定し、
これらの数値から電気機械結合係数k33’を求めた。そ
の結果、圧電振動子のk33’の値は90%〜91%と大
きく、ばらつきも小さいことがわかった。
From the Laue photograph of the piezoelectric single crystal, {100}
The orientation of the plane was determined, and a piezoelectric single crystal plate having a thickness of 0.4 mm, a size of 10 mm × 20 mm square was cut out with a diamond blade. Both sides of this piezoelectric single crystal plate are # 2
Polished and washed to a thickness of 0.26 mm with 000 carborundum abrasive grains. Thereafter, a Ti / Au electrode (Ti thickness = 100 nm, Au
(Thickness = 1000 nm) to obtain a piezoelectric element. This piezoelectric element was immersed in an oil bath containing silicone oil, the silicone oil was heated to 250 ° C., and an electric field of 1 kV / mm was applied by electrodes on both sides to hold the piezoelectric element for 30 minutes. While the electric field is applied, raise the temperature of the silicone oil to 1
The temperature was lowered to room temperature at a rate of ° C./min, and the piezoelectric element was subjected to electric field cooling. The electric field was released, and the piezoelectric element was taken out of the silicone oil and washed. The piezoelectric single crystal plate thus subjected to the polarization treatment is subjected to dicing with a dicer to a width of 0.15 mm × length 1
It was processed into a rectangular piezoelectric vibrator of 0 mm × 0.26 mm in thickness. The resonance and anti-resonance frequencies of 50 piezoelectric vibrators were measured from the frequency characteristics of admittance,
From these values, the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ was determined. As a result, it was found that the value of k 33 ′ of the piezoelectric vibrator was as large as 90% to 91%, and the variation was small.

【0036】圧電体単結晶から{100}面を有する厚
さ0.26mm、15mm×20mm角の大きさの別の
単結晶板を加工した。スパッタリングにより単結晶板の
上下両面と側面にTi/Au電極(Tiの厚さ:50n
m、Auの厚さ:500nm)を形成した。選択エッチ
ングにより単結晶板の側面に形成された電極および超音
波受信面と反対側の面に形成された電極の一部を除去し
た後、上記と同様にして分極した。単結晶板の超音波受
信面上に音響マッチング層を形成した後、バッキング材
の上に接着した。厚さ0.03mmのダイヤモンドブレ
ードを用いて音響マッチング層から単結晶板にわたって
切り込み、0.19mmピッチで短冊状に切断し、バッ
キング材の上に第1電極および第2電極を有する互いに
分離された100個の圧電振動子を形成した。音響マッ
チング層上に音響レンズを形成した。各々の第1電極に
フレキシブル印刷配線板の導電層を半田付けにより接続
し、第2電極にアース電極板を半田付けにより接続し
た。フレキシブル印刷配線板およびアース電極板にそれ
ぞれ110pF/m、長さ2mの複数のケーブルを接続
し、アレイ型超音波プローブを製造した。得られたアレ
イ型超音波プローブを用いて、パルスエコー法により反
射エコーを測定した。その結果、全素子で中心周波数
2.5MHzのエコーが得られた。
Another single crystal plate having a {100} plane and a thickness of 0.26 mm and a size of 15 mm × 20 mm square was processed from the piezoelectric single crystal. By sputtering, a Ti / Au electrode (Ti thickness: 50 n) is formed on both upper and lower surfaces and side surfaces of the single crystal plate.
m, Au thickness: 500 nm). After the electrode formed on the side surface of the single crystal plate and a part of the electrode formed on the surface opposite to the ultrasonic wave receiving surface were removed by selective etching, polarization was performed in the same manner as described above. After forming an acoustic matching layer on the ultrasonic receiving surface of the single crystal plate, it was adhered on the backing material. A single crystal plate was cut from the acoustic matching layer using a diamond blade having a thickness of 0.03 mm, cut into strips at a pitch of 0.19 mm, and separated from each other having a first electrode and a second electrode on a backing material. One hundred piezoelectric vibrators were formed. An acoustic lens was formed on the acoustic matching layer. The conductive layer of the flexible printed wiring board was connected to each first electrode by soldering, and the ground electrode plate was connected to the second electrode by soldering. A plurality of cables each having a length of 2 m and 110 pF / m were connected to the flexible printed wiring board and the ground electrode plate, thereby manufacturing an array type ultrasonic probe. Using the obtained array type ultrasonic probe, the reflection echo was measured by the pulse echo method. As a result, echoes having a center frequency of 2.5 MHz were obtained in all the elements.

【0037】実施例2 純度99.9%以上のPbO、MgO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Mg1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が70:30となるように原料粉を秤量した。
これらの原料粉をよく混合し、さらにバインダーとなる
ポリビニルアルコール5%溶液を入れてよく混合した。
この混合粉を静水圧プレスで固め、電気炉に入れて11
00℃で6時間焼成して、外径49mm×長さ250m
mの原料焼結体を得た。また、PbO粉を静水圧プレス
で固めて外径49mm×長さ40mmのPbOペレット
を作製した。
Example 2 Raw material powders of PbO, MgO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed such that the molar ratio between (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 and lead titanate PbTiO 3 was 70:30.
These raw material powders were mixed well, and a 5% solution of polyvinyl alcohol as a binder was added and mixed well.
This mixed powder was hardened by a hydrostatic press and placed in an electric furnace to obtain 11
Bake at 00 ° C for 6 hours, outer diameter 49mm x length 250m
m of the raw material sintered body was obtained. The PbO powder was solidified by an isostatic press to produce PbO pellets having an outer diameter of 49 mm and a length of 40 mm.

【0038】図1に示すように、底部に冷却棒2を有す
る内径50mm×長さ350mmの円筒状の白金るつぼ
1内に下からPbOペレットおよび原料焼結体5を収容
し、るつぼ1を封じた。このるつぼ1を管状の電気炉の
中央部に吊り下げた。局所加熱が可能なヒーター6によ
り、1220℃の最高温度まで10時間で昇温し、Pb
Oペレットを完全に融解するとともに原料焼結体5の一
部を融解して融液4を形成した。電気炉の最高温度を1
220℃に保持したまま、るつぼ1を5rpmで回転し
ながら0.4mm/hの降下速度で約600mm降下さ
せた後、電気炉を室温まで徐冷して結晶を育成した。
As shown in FIG. 1, a PbO pellet and a raw material sintered body 5 are accommodated from below in a cylindrical platinum crucible 1 having an inner diameter of 50 mm and a length of 350 mm having a cooling rod 2 at the bottom, and the crucible 1 is sealed. Was. This crucible 1 was suspended at the center of a tubular electric furnace. With the heater 6 capable of local heating, the temperature is raised to the maximum temperature of 1220 ° C. in 10 hours, and Pb
The O pellets were completely melted and a part of the raw material sintered body 5 was melted to form a melt 4. Set the maximum temperature of the electric furnace to 1
While maintaining the temperature at 220 ° C., the crucible 1 was lowered at a rate of 0.4 mm / h by about 600 mm while rotating at 5 rpm, and then the electric furnace was gradually cooled to room temperature to grow crystals.

【0039】予め育成中に電気炉内でのるつぼの温度勾
配を調べたところ、るつぼの最高温度は1220℃であ
り、その位置から上方または下方にるつぼの口径(50
mm)と同じ距離だけ離れた位置のるつぼの温度は、上
方側が1070℃、下方側が1020℃であった。この
温度条件でるつぼ1内の融液の高さ(h)を調べたとこ
ろ、h=30mmであった。また、1220℃で10時
間保持した後の融液の高さ(h’)は、h’=40mm
であった。したがって、h/rは0.6〜0.8であ
る。
When the temperature gradient of the crucible in the electric furnace was examined in advance during the growth, the maximum temperature of the crucible was 1220 ° C.
mm), the temperature of the crucible at the same distance from the crucible was 1070 ° C. on the upper side and 1020 ° C. on the lower side. When the height (h) of the melt in the crucible 1 was examined under these temperature conditions, it was found that h = 30 mm. The height (h ′) of the melt after holding at 1220 ° C. for 10 hours is h ′ = 40 mm
Met. Therefore, h / r is 0.6 to 0.8.

【0040】育成終了後、るつぼを取り除いて内容物を
取り出すと、るつぼの底部側から50mm径×210m
m長の結晶が成長していた。この結晶をラウエ写真およ
びX線回折法により調べたところ、室温で菱面体のペロ
ブスカイト型構造の圧電体単結晶であることがわかっ
た。この単結晶の組成をICP法により分析したとこ
ろ、Pb[(Mg1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O3 で、
x=0.315±0.005以内であることがわかっ
た。この圧電体単結晶の誘電率の温度変化から、キュリ
ー温度Tc =155℃±5℃以内、転移温度Tx =95
℃±3℃以内であることがわかった。パイロクロア型単
結晶の発生はなかった。
After the growing, the crucible was removed and the contents were taken out. The diameter of the crucible was 50 mm × 210 m from the bottom side.
An m-length crystal was growing. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. The composition of the single crystal was analyzed by the ICP method, with Pb [(Mg 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x] O 3,
It was found that x was within 0.315 ± 0.005. From the temperature change of the dielectric constant of the piezoelectric single crystal, the Curie temperature T c = 155 ° C. ± 5 ° C. and the transition temperature T x = 95
It was found that the temperature was within ± 3 ° C. No pyrochlore single crystal was generated.

【0041】圧電体単結晶のラウエ写真から{100}
面の方位を決定し、ダイヤモンドブレードにより厚さ
0.4mm、10mm×20mm角の大きさの圧電体単
結晶板を切り出した。この圧電体単結晶板の両面を#2
000のカーボランダム砥粒で厚さ0.26mmまで研
磨し洗浄した。その後、スパッタリングにより圧電体単
結晶板にTi/Au電極(Ti厚さ=100nm、Au
厚さ=1000nm)を形成し、圧電素子を得た。この
圧電素子を、実施例1と同様に分極処理およびダイシン
グして短冊状の圧電振動子に加工した。アドミタンスの
周波数特性から、共振・反共振周波数を測定し、これら
の数値から電気機械結合係数k33’を求めた。その結
果、圧電振動子のk33’の値は85%〜86%と大き
く、ばらつきも小さいことがわかった。
From the Laue photograph of the piezoelectric single crystal, {100}
The orientation of the plane was determined, and a piezoelectric single crystal plate having a thickness of 0.4 mm, a size of 10 mm × 20 mm square was cut out with a diamond blade. Both sides of this piezoelectric single crystal plate are # 2
Polished and washed to a thickness of 0.26 mm with 000 carborundum abrasive grains. Thereafter, a Ti / Au electrode (Ti thickness = 100 nm, Au
(Thickness = 1000 nm) to obtain a piezoelectric element. This piezoelectric element was processed into a strip-shaped piezoelectric vibrator by performing polarization treatment and dicing in the same manner as in Example 1. The resonance / anti-resonance frequency was measured from the frequency characteristics of the admittance, and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ was obtained from these values. As a result, it was found that the value of k 33 ′ of the piezoelectric vibrator was as large as 85% to 86%, and the variation was small.

【0042】また、実施例1と同様に、圧電体単結晶か
ら加工した別の単結晶板を用いてアレイ型超音波プロー
ブを製造した。得られたアレイ型超音波プローブを用い
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、全素子で中心周波数2.5MHzのエコーが得ら
れた。
In the same manner as in Example 1, an array type ultrasonic probe was manufactured using another single crystal plate processed from a piezoelectric single crystal. Using the obtained array type ultrasonic probe, the reflection echo was measured by the pulse echo method. As a result, echoes having a center frequency of 2.5 MHz were obtained in all the elements.

【0043】実施例3 純度99.9%以上のPbO、MgO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Mg1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が70:30となるように原料粉を秤量した。
これらの原料粉をよく混合し、さらにバインダーとなる
ポリビニルアルコール5%溶液を入れてよく混合した。
この混合粉を静水圧プレスで固め、電気炉に入れて11
00℃で6時間焼成して、外径49mm×長さ220m
mの原料焼結体を得た。また、PbO粉を静水圧プレス
で固めて外径49mm×長さ50mmのPbOペレット
を作製した。
Example 3 Raw material powders of PbO, MgO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed such that the molar ratio between (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3 and lead titanate PbTiO 3 was 70:30.
These raw material powders were mixed well, and a 5% solution of polyvinyl alcohol as a binder was added and mixed well.
This mixed powder was hardened by a hydrostatic press and placed in an electric furnace to obtain 11
Baking at 00 ° C for 6 hours, outer diameter 49mm x length 220m
m of the raw material sintered body was obtained. The PbO powder was solidified by an isostatic press to produce PbO pellets having an outer diameter of 49 mm and a length of 50 mm.

【0044】図2に示すような、内径50mm×長さ3
00mm×厚さ0.2mmの白金製の内壁11と、厚さ
3mmのアルミナ磁器製の外壁12と、内壁11の底面
中央部に設けられた太さ3mm×長さ100mmの白金
製の冷却棒13を有するるつぼ10を図1のるつぼ1の
代わりに用いた。このるつぼ10内に下からPbOペレ
ットおよび原料焼結体5を収容し、るつぼ10を封じ
た。このるつぼ10を管状の電気炉の中央部に吊り下げ
た。局所加熱が可能なヒーター6により、1220℃の
最高温度まで10時間で昇温し、PbOペレットを完全
に融解するとともに原料焼結体5の一部を融解して融液
4を形成した。電気炉の最高温度を1220℃に保持し
たまま、るつぼ1を5rpmで回転しながら0.4mm
/hの降下速度で約600mm降下させた後、電気炉を
室温まで徐冷して結晶を育成した。予め育成中に電気炉
内でのるつぼの温度勾配を調べたところ、るつぼの最高
温度は1220℃であり、その位置から上方または下方
にるつぼの口径(50mm)と同じ距離だけ離れた位置
のるつぼの温度は、上方側が1040℃、下方側が10
00℃であった。この温度条件でるつぼ1内の融液の高
さ(h)を調べたところ、h=35mmであった。ま
た、1220℃で10時間保持した後の融液の高さ
(h’)は、h’=60mmであった。したがって、h
/rは0.7〜1.2である。
As shown in FIG. 2, inner diameter 50 mm × length 3
An inner wall 11 made of platinum having a thickness of 00 mm × 0.2 mm, an outer wall 12 made of alumina porcelain having a thickness of 3 mm, and a cooling rod made of platinum having a thickness of 3 mm and a length of 100 mm provided at the bottom center of the inner wall 11. Crucible 10 having 13 was used in place of crucible 1 of FIG. The PbO pellets and the raw material sintered body 5 were accommodated in the crucible 10 from below, and the crucible 10 was sealed. This crucible 10 was hung at the center of a tubular electric furnace. The temperature was raised to the maximum temperature of 1220 ° C. in 10 hours by the heater 6 capable of local heating, and the PbO pellets were completely melted and a part of the raw material sintered body 5 was melted to form a melt 4. 0.4 mm while rotating the crucible 1 at 5 rpm while maintaining the maximum temperature of the electric furnace at 1220 ° C.
After lowering by about 600 mm at a descent rate of / h, the electric furnace was gradually cooled to room temperature to grow crystals. When the temperature gradient of the crucible in the electric furnace was examined in advance during the growth, the maximum temperature of the crucible was 1220 ° C., and the crucible was located at the same distance as the diameter (50 mm) of the crucible upward or downward from that position. The temperature of the upper side is 1040 ° C and the lower side is 1040 ° C.
00 ° C. When the height (h) of the melt in the crucible 1 was examined under these temperature conditions, it was found that h = 35 mm. The height (h ′) of the melt after holding at 1220 ° C. for 10 hours was h ′ = 60 mm. Therefore, h
/ R is 0.7 to 1.2.

【0045】育成終了後、るつぼを取り除いて内容物を
取り出すと、るつぼの底部側から50mm径×190m
m長の結晶が成長していた。この結晶をラウエ写真およ
びX線回折法により調べたところ、室温で菱面体のペロ
ブスカイト型構造の圧電体単結晶であることがわかっ
た。この単結晶の組成をICP法により分析したとこ
ろ、Pb[(Mg1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O3 で、
x=0.31±0.01以内であることがわかった。こ
の圧電体単結晶の誘電率の温度変化から、キュリー温度
c =155℃±7℃以内、転移温度Tx =95℃±5
℃以内であることがわかった。パイロクロア型単結晶の
発生はなかった。
After completion of the growth, the crucible was removed and the contents were taken out. The diameter of the crucible was 50 mm × 190 m from the bottom side.
An m-length crystal was growing. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. The composition of the single crystal was analyzed by the ICP method, with Pb [(Mg 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x] O 3,
It was found that x was within 0.31 ± 0.01. From the temperature change of the dielectric constant of the piezoelectric single crystal, the Curie temperature T c = 155 ° C. ± 7 ° C. and the transition temperature T x = 95 ° C. ± 5 ° C.
It was found to be within ° C. No pyrochlore single crystal was generated.

【0046】圧電体単結晶のラウエ写真から{100}
面の方位を決定し、ダイヤモンドブレードにより厚さ
0.4mm、10mm×20mm角の大きさの圧電体単
結晶板を切り出した。この圧電体単結晶板の両面を#2
000のカーボランダム砥粒で厚さ0.24mmまで研
磨し洗浄した。その後、スパッタリングにより圧電体単
結晶板にTi/Au電極(Ti厚さ=100nm、Au
厚さ=1000nm)を形成し、圧電素子を得た。この
圧電素子を、実施例1と同様に分極処理およびダイシン
グして短冊状の圧電振動子に加工した。アドミタンスの
周波数特性から、共振・反共振周波数を測定し、これら
の数値から電気機械結合係数k33’を求めた。その結
果、圧電振動子のk33’の値は85%〜87%と大き
く、ばらつきも小さいことがわかった。
From the Laue photograph of the piezoelectric single crystal, {100}
The orientation of the plane was determined, and a piezoelectric single crystal plate having a thickness of 0.4 mm, a size of 10 mm × 20 mm square was cut out with a diamond blade. Both sides of this piezoelectric single crystal plate are # 2
Polished to a thickness of 0.24 mm with 000 carborundum abrasives and washed. Thereafter, a Ti / Au electrode (Ti thickness = 100 nm, Au
(Thickness = 1000 nm) to obtain a piezoelectric element. This piezoelectric element was processed into a strip-shaped piezoelectric vibrator by performing polarization treatment and dicing in the same manner as in Example 1. The resonance / anti-resonance frequency was measured from the frequency characteristics of the admittance, and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ was obtained from these values. As a result, it was found that the value of k 33 ′ of the piezoelectric vibrator was as large as 85% to 87% and the variation was small.

【0047】また、実施例1と同様に、圧電体単結晶か
ら加工した別の単結晶板を用いてアレイ型超音波プロー
ブを製造した。得られたアレイ型超音波プローブを用い
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、全素子で中心周波数2.5MHzのエコーが得ら
れた。
In the same manner as in Example 1, an array type ultrasonic probe was manufactured using another single crystal plate processed from a piezoelectric single crystal. Using the obtained array type ultrasonic probe, the reflection echo was measured by the pulse echo method. As a result, echoes having a center frequency of 2.5 MHz were obtained in all the elements.

【0048】実施例4 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9、すなわち固溶体であるPb[(Z
1/3 Nb2/3 0.91Ti0.09]O3 の組成比となるよ
うに原料粉を秤量した。これらの原料粉をよく混合し、
さらにバインダーとなるポリビニルアルコール5%溶液
を入れてよく混合して、静水圧プレスでペレット(PZ
N−PT91/9ペレット)に成形した。このペレット
500gを1100℃で4時間焼成して、原料焼結体を
得た。
Example 4 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 is 91: 9, that is, Pb [(Z
The raw material powder was weighed so as to have a composition ratio of n 1/3 Nb 2/3 ) 0.91 Ti 0.09 ] O 3 . Mix these raw material powders well,
Further, a 5% solution of polyvinyl alcohol as a binder is added and mixed well, and pellets (PZ) are pressed with an isostatic press.
(N-PT91 / 9 pellets). 500 g of the pellets were fired at 1100 ° C. for 4 hours to obtain a raw material sintered body.

【0049】図2に示すような、内径40mm×長さ2
00mm×厚さ0.2mmの白金製の内壁11と、厚さ
3mmのアルミナ磁器製の外壁12と、内壁の底面中央
部に設けられた太さ5mm×長さ100mmの白金製の
冷却棒13を有する二重るつぼ10を用意した。このる
つぼ10にPbO350gおよび原料焼結体を充填し、
白金製の蓋をして1230℃に設定した管状炉内を通過
させた。移動速度は0.5mm/hとした。単結晶育成
に要した時間は20日間であった。
As shown in FIG. 2, inner diameter 40 mm × length 2
An inner wall 11 made of platinum having a size of 00 mm × 0.2 mm, an outer wall 12 made of alumina porcelain having a thickness of 3 mm, and a cooling rod 13 made of platinum having a thickness of 5 mm and a length of 100 mm provided at the bottom center of the inner wall. Was prepared. This crucible 10 is filled with 350 g of PbO and a raw material sintered body,
It was passed through a tube furnace set at 1230 ° C. with a platinum lid. The moving speed was 0.5 mm / h. The time required for growing the single crystal was 20 days.

【0050】るつぼをダイヤモンドカッターおよびペン
チで破り、結晶を取り出したところ、口径40mm×長
さ30mm、420gの結晶が析出していた。この結晶
をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、室
温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶であ
ることがわかった。この結晶を詳細に観察したところ、
割れや転位は観察されなかった。
The crucible was broken with a diamond cutter and pliers, and the crystal was taken out. As a result, 420 g of a crystal having a diameter of 40 mm × a length of 30 mm was deposited. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. When this crystal was observed in detail,
No cracks or dislocations were observed.

【0051】本実施例で用いた二重るつぼは、0.2m
m厚の白金製の内壁をアルミナからなる外壁で補強して
いるので、育成中の内壁にピンホールが発生するのを防
止することができる。また、アルミナは白金と結晶との
中間の熱膨張率を有するので、熱膨張率の差を緩和して
結晶の割れや転位を防止することができる。
The double crucible used in this embodiment is 0.2 m
Since the inner wall made of platinum having a thickness of m is reinforced by the outer wall made of alumina, it is possible to prevent the occurrence of pinholes on the inner wall being grown. Moreover, since alumina has a coefficient of thermal expansion intermediate between platinum and a crystal, the difference in the coefficient of thermal expansion can be reduced to prevent crystal cracking and dislocation.

【0052】実施例5 実施例4と同様にして、600gのPZN−PT91/
9ペレットを作製し、1100℃で4時間焼成して原料
焼結体を得た。内径40mm×長さ200mm×厚さ
0.2mmの白金製の内壁と、厚さ1mmのMgOから
なる中間層と、厚さ1mmのアルミナ磁器製の外壁と、
内壁の底面中央部に設けられた太さ3mm×長さ100
mmの白金製の冷却棒を有する三重るつぼを用意した。
このるつぼにPbO300gおよび原料焼結体を充填
し、白金製の蓋をして1200℃に設定した管状炉内を
通過させた。移動速度は0.2mm/hとした。単結晶
育成に要した時間は50日間であった。
Example 5 In the same manner as in Example 4, 600 g of PZN-PT91 /
Nine pellets were prepared and fired at 1100 ° C. for 4 hours to obtain a raw material sintered body. An inner wall made of platinum having an inner diameter of 40 mm x a length of 200 mm x a thickness of 0.2 mm, an intermediate layer made of MgO having a thickness of 1 mm, and an outer wall made of alumina porcelain having a thickness of 1 mm;
Thickness 3 mm x length 100 provided at the bottom center of the inner wall
A triple crucible having a mm cooling rod made of platinum was prepared.
This crucible was filled with 300 g of PbO and a raw material sintered body, passed through a tubular furnace set at 1200 ° C. with a platinum lid. The moving speed was 0.2 mm / h. The time required for growing the single crystal was 50 days.

【0053】るつぼをダイヤモンドカッターおよびペン
チで破り、結晶を取り出したところ、口径40mm×長
さ25mm、530gの結晶が析出していた。この結晶
をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、室
温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶であ
ることがわかった。この結晶を詳細に観察したところ、
割れや転位は観察されなかった。
The crucible was broken with a diamond cutter and pliers, and the crystals were taken out. As a result, 530 g of crystals having a diameter of 40 mm and a length of 25 mm were deposited. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. When this crystal was observed in detail,
No cracks or dislocations were observed.

【0054】本実施例で用いた三重るつぼでは、白金製
の内壁とアルミナ外壁との間にMgO中間層が存在する
ため、内壁にピンホールが発生しても外壁まで破損する
には至らない。これは、MgOがPbOと反応しにくい
ためである。MgO中間層がないと、内壁にピンホール
が発生した場合に、アルミナが原料中に混入してペロブ
スカイト単結晶を壊しパイロクロア単結晶を発生させる
だけでなく、アルミナがPbOと反応して外壁までが破
損するおそれがある。
In the triple crucible used in this embodiment, since the MgO intermediate layer exists between the inner wall made of platinum and the outer wall of alumina, even if a pinhole is generated in the inner wall, the outer wall is not damaged. This is because MgO hardly reacts with PbO. If there is no MgO intermediate layer, when pinholes are generated on the inner wall, not only is alumina mixed into the raw material to break the perovskite single crystal to generate a pyrochlore single crystal, but also the alumina reacts with PbO to reach the outer wall. It may be damaged.

【0055】実施例6 実施例4と同様にして、440gのPZN−PT91/
9ペレットを作製し、1100℃で4時間焼成して原料
焼結体を得た。内径40mm×長さ200mm×厚さ
0.2mmの白金製の内壁と、厚さ0.1mmの白金
(Pt)/ロジウム(Rh)(原子比でPt/Rh=9
/1)製の外壁と、内壁の底面中央部に設けられた太さ
1mm×長さ100mmの白金製の冷却棒を有する二重
るつぼを用意した。このるつぼにPbO350gおよび
原料焼結体を充填し、白金製の蓋をして1200℃に設
定した管状炉内を通過させた。移動速度は0.2mm/
hとした。単結晶育成に要した時間は50日間であっ
た。
Example 6 In the same manner as in Example 4, 440 g of PZN-PT91 /
Nine pellets were prepared and fired at 1100 ° C. for 4 hours to obtain a raw material sintered body. An inner wall made of platinum having an inner diameter of 40 mm, a length of 200 mm and a thickness of 0.2 mm, and a platinum (Pt) / rhodium (Rh) having a thickness of 0.1 mm (Pt / Rh = 9 in atomic ratio)
/ 1), and a double crucible having a platinum cooling rod of 1 mm in thickness and 100 mm in length provided at the center of the bottom surface of the inner wall. This crucible was filled with 350 g of PbO and a raw material sintered body, passed through a tubular furnace set at 1200 ° C. with a platinum lid. The moving speed is 0.2mm /
h. The time required for growing the single crystal was 50 days.

【0056】るつぼをダイヤモンドカッターおよびペン
チで破り、結晶を取り出したところ、口径40mm×長
さ30mm、330gの結晶が析出していた。この結晶
をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、室
温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶であ
ることがわかった。この結晶を詳細に観察したところ、
割れや転位は観察されなかった。
The crucible was broken with a diamond cutter and pliers, and the crystal was taken out. As a result, 330 g of a crystal having a diameter of 40 mm × a length of 30 mm was deposited. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. When this crystal was observed in detail,
No cracks or dislocations were observed.

【0057】本実施例で用いた二重るつぼは、高強度の
白金・ロジウム合金からなる薄い外壁を用いているの
で、結晶の割れを防止できる。
Since the double crucible used in this embodiment has a thin outer wall made of a high-strength platinum-rhodium alloy, the crystal can be prevented from cracking.

【0058】実施例7 実施例4と同様にして、500gのPZN−PT95/
5ペレットを作製し、1100℃で4時間焼成して原料
焼結体を得た。内径40mm×長さ200mm×厚さ
0.2mmの白金製の内壁と、厚さ1mmのマグネシア
からなる外壁と、内壁の底面中央部に設けられた太さ3
mm×長さ100mmの白金製の冷却棒を有する二重る
つぼを用意した。このるつぼにPbO330gおよび原
料焼結体を充填し、白金製の蓋をして1130℃に設定
した管状炉内を通過させた。移動速度は0.2mm/h
とした。単結晶育成に要した時間は50日間であった。
Example 7 In the same manner as in Example 4, 500 g of PZN-PT95 /
Five pellets were prepared and fired at 1100 ° C. for 4 hours to obtain a raw material sintered body. An inner wall made of platinum having an inner diameter of 40 mm, a length of 200 mm, and a thickness of 0.2 mm, an outer wall made of magnesia having a thickness of 1 mm, and a thickness 3 provided at the bottom center of the inner wall.
A double crucible having a cooling rod made of platinum and having a length of 100 mm and a length of 100 mm was prepared. This crucible was filled with 330 g of PbO and a raw material sintered body, passed through a tubular furnace set at 1130 ° C. with a platinum lid. The moving speed is 0.2mm / h
And The time required for growing the single crystal was 50 days.

【0059】るつぼをダイヤモンドカッターおよびペン
チで破り、結晶を取り出したところ、口径40mm×長
さ30mm、400gの結晶が析出していた。この結晶
をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、室
温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶であ
ることがわかった。この結晶を詳細に観察したところ、
割れや転位は観察されなかった。
When the crucible was broken with a diamond cutter and pliers and the crystal was taken out, 400 g of a crystal having a diameter of 40 mm × a length of 30 mm was deposited. When this crystal was examined by a Laue photograph and an X-ray diffraction method, it was found that it was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature. When this crystal was observed in detail,
No cracks or dislocations were observed.

【0060】本実施例で用いた二重るつぼは、実施例4
のものとは外壁である耐火物の種類が異なる。実施例4
で外壁を構成するアルミナは強度的には有利であるが、
PbOと反応しやすいため長時間の使用には不安があ
る。一方、本実施例で外壁を構成するマグネシアは強度
的にはアルミナよりも劣るが、PbOと反応しにくいの
で長時間の使用に耐えられる。
The double crucible used in this embodiment is the same as that of the fourth embodiment.
The type of refractory that is the outer wall is different from that of Example 4
Although the alumina constituting the outer wall is advantageous in strength,
Since it reacts easily with PbO, there is concern about long-term use. On the other hand, magnesia constituting the outer wall in the present embodiment is inferior to alumina in strength, but hardly reacts with PbO, so that it can be used for a long time.

【0061】比較例1 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9となるように原料粉を秤量した。こ
れらの原料粉をよく混合し、さらにバインダーとなるポ
リビニルアルコール5%溶液を入れてよく混合した。こ
の混合粉を静水圧プレスで固め、電気炉に入れて110
0℃で4時間焼成して、外径29mm×長さ150mm
の原料焼結体を得た。また、PbO粉を静水圧プレスで
固めて外径29mm×長さ300mmのPbOペレット
を作製した。
Comparative Example 1 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed so that the molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 was 91: 9. These raw material powders were mixed well, and a 5% solution of polyvinyl alcohol as a binder was added and mixed well. This mixed powder is hardened by an isostatic press and placed in an electric furnace for 110 minutes.
Fired at 0 ° C for 4 hours, outer diameter 29mm x length 150mm
Was obtained. The PbO powder was solidified by an isostatic press to produce PbO pellets having an outer diameter of 29 mm and a length of 300 mm.

【0062】図1と同様に、底部に冷却棒2を有する内
径30mm×長さ500mmの円筒状の白金るつぼ1内
に下からPbOペレットおよび原料焼結体5を収容し、
るつぼ1を封じた。このるつぼ1を管状の電気炉の中央
部に吊り下げた。局所加熱が可能なヒーター6により、
1200℃の最高温度まで6時間で昇温し、PbOペレ
ットを完全に融解するとともに原料焼結体5の一部を融
解して融液4を形成した。電気炉の最高温度を1200
℃に保持したまま、るつぼ1を10rpmで回転しなが
ら0.3mm/hの降下速度で約600mm降下させた
後、電気炉を室温まで徐冷して結晶を育成した。
As in FIG. 1, a PbO pellet and a raw material sintered body 5 are accommodated from below in a cylindrical platinum crucible 1 having an inner diameter of 30 mm × length of 500 mm having a cooling rod 2 at the bottom.
The crucible 1 was sealed. This crucible 1 was suspended at the center of a tubular electric furnace. By heater 6 which can do local heating,
The temperature was raised to the maximum temperature of 1200 ° C. in 6 hours, and the PbO pellets were completely melted and a part of the raw material sintered body 5 was melted to form a melt 4. Maximum temperature of electric furnace is 1200
The crucible 1 was lowered at about 0.3 mm / h at a rate of about 600 mm while rotating at 10 rpm while maintaining the temperature, and then the electric furnace was gradually cooled to room temperature to grow crystals.

【0063】予め育成中に電気炉内でのるつぼの温度勾
配を調べたところ、るつぼの最高温度は1200℃であ
り、その位置から上方または下方にるつぼの口径(50
mm)と同じ距離だけ離れた位置のるつぼの温度は、上
方側が1050℃、下方側が1000℃であった。この
温度条件でるつぼ1内の融液の高さ(h)を調べたとこ
ろ、h=260mmであった。また、1200℃で6時
間保持した後の融液の高さ(h’)はh’=300mm
であった。したがって、h/rは8.7〜10である。
When the temperature gradient of the crucible in the electric furnace was examined in advance during the growth, the maximum temperature of the crucible was 1200 ° C., and the diameter of the crucible was raised or lowered from that position (50 ° C.).
mm), the temperature of the crucible at a position separated by the same distance was 1050 ° C. on the upper side and 1000 ° C. on the lower side. When the height (h) of the melt in the crucible 1 was examined under these temperature conditions, it was found that h = 260 mm. The height (h ′) of the melt after holding at 1200 ° C. for 6 hours is h ′ = 300 mm
Met. Therefore, h / r is 8.7-10.

【0064】育成終了後、るつぼを取り除いて内容物を
取り出すと、るつぼの底部側から20mm径×20mm
長の黄褐色結晶とその上に10mm角の大きさの赤色結
晶が数個成長していた。これらの結晶をラウエ写真およ
びX線回折法により調べたところ、黄褐色結晶は室温で
菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶で、赤色
結晶はパイロクロア型単結晶(Pb3 Nb4 13)であ
ることがわかった。ペロブスカイト型圧電体単結晶の組
成をICP法により分析したところ、Pb[(Zn1/3
Nb2/3 1-x Tix ]O3 で、x=0.089〜0.
107の範囲にばらついていることがわかった。この圧
電体単結晶の誘電率の温度変化から、キュリー温度Tc
=170〜200℃、転移温度Tx =45〜110℃の
範囲にばらついていることがわかった。
After the growth, the crucible was removed and the contents were taken out. The crucible was 20 mm in diameter × 20 mm from the bottom side of the crucible.
Long yellow-brown crystals and several red crystals having a size of 10 mm square were grown thereon. When these crystals were examined by Laue photograph and X-ray diffraction method, the yellowish brown crystal was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature, and the red crystal was a pyrochlore single crystal (Pb 3 Nb 4 O 13 ). It turned out to be. When the composition of the perovskite-type piezoelectric single crystal was analyzed by the ICP method, Pb [(Zn 1/3
Nb 2/3 ) 1-x Ti x ] O 3 , where x = 0.089-0.
It was found that the variation was in the range of 107. From the temperature change of the dielectric constant of the piezoelectric single crystal, the Curie temperature T c
= 170 to 200 ° C, and the transition temperature T x = 45 to 110 ° C.

【0065】圧電体単結晶のラウエ写真から{100}
面の方位を決定し、ダイヤモンドブレードにより厚さ
0.4mm、10mm×20mm角の大きさの圧電体単
結晶板を切り出した。この圧電体単結晶板の両面を#2
000のカーボランダム砥粒で厚さ0.26mmまで研
磨し洗浄した。その後、スパッタリングにより圧電体単
結晶板にTi/Au電極(Ti厚さ=100nm、Au
厚さ=1000nm)を形成し、圧電素子を得た。この
圧電素子を、シリコーンオイルを入れたオイルバスに浸
し、シリコーンオイルを250℃まで加熱し、両面の電
極により1kV/mmの電界を印加して30分保持し
た。電界を印加したまま、シリコーンオイルの温度を1
℃/minの速度で室温まで下げ、圧電素子を電界冷却
した。電界を解除し、シリコーンオイルから圧電素子を
取り出して洗浄した。このように分極処理を施した圧電
体単結晶板を、ダイサーにより幅0.15mm×長さ1
0mm×厚さ0.26mmの短冊状の圧電振動子に加工
した。このうち50本の圧電振動子について、アドミタ
ンスの周波数特性から、共振・反共振周波数を測定し、
これらの数値から電気機械結合係数k33’を求めた。そ
の結果、圧電振動子のk33’の値は75%〜91%とば
らつきが大きかった。
From the Laue photograph of the piezoelectric single crystal, {100}
The orientation of the plane was determined, and a piezoelectric single crystal plate having a thickness of 0.4 mm, a size of 10 mm × 20 mm square was cut out with a diamond blade. Both sides of this piezoelectric single crystal plate are # 2
Polished and washed to a thickness of 0.26 mm with 000 carborundum abrasive grains. Thereafter, a Ti / Au electrode (Ti thickness = 100 nm, Au
(Thickness = 1000 nm) to obtain a piezoelectric element. This piezoelectric element was immersed in an oil bath containing silicone oil, the silicone oil was heated to 250 ° C., and an electric field of 1 kV / mm was applied by electrodes on both sides to hold the piezoelectric element for 30 minutes. While the electric field is applied, raise the temperature of the silicone oil to 1
The temperature was lowered to room temperature at a rate of ° C./min, and the piezoelectric element was electric field cooled. The electric field was released, and the piezoelectric element was taken out of the silicone oil and washed. The piezoelectric single crystal plate thus subjected to the polarization treatment is subjected to dicing with a dicer to a width of 0.15 mm × length 1
It was processed into a rectangular piezoelectric vibrator of 0 mm × 0.26 mm in thickness. The resonance and anti-resonance frequencies of 50 piezoelectric vibrators were measured from the frequency characteristics of admittance,
From these values, the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ was determined. As a result, the value of k 33 ′ of the piezoelectric vibrator varied greatly from 75% to 91%.

【0066】比較例2 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9となるように原料粉を秤量した。ま
た、単結晶原料粉とフラックス(PbO)とのモル比が
30/70となるように、PbOを秤量した。これらを
よく混合し、混合粉を静水圧プレスで固め、外径60m
m×長さ80mmのペレットを作製した。
Comparative Example 2 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed so that the molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 was 91: 9. PbO was weighed such that the molar ratio between the single crystal raw material powder and the flux (PbO) was 30/70. These are mixed well, and the mixed powder is hardened by an isostatic press, and the outer diameter is 60 m.
A pellet having a size of mx 80 mm in length was prepared.

【0067】内径70mm×長さ100mmの円筒状の
白金るつぼ内に上記のペレットを収容し、るつぼを封じ
た。このるつぼを管状の電気炉の中央部に吊り下げた。
局所加熱が可能なヒーターにより、1230℃の最高温
度まで12.5時間で昇温し、0.5℃/hの冷却速度
で850℃まで徐冷した後、室温まで炉冷した。このよ
うに通常のフラックス法で結晶を育成した。
The above pellets were placed in a cylindrical platinum crucible having an inner diameter of 70 mm × length of 100 mm, and the crucible was sealed. This crucible was hung at the center of a tubular electric furnace.
The temperature was raised to a maximum temperature of 1230 ° C. in 12.5 hours by a heater capable of locally heating, and gradually cooled to 850 ° C. at a cooling rate of 0.5 ° C./h, followed by furnace cooling to room temperature. Thus, the crystal was grown by the ordinary flux method.

【0068】予め1230℃に保持した融液を調べたと
ころ、単結晶原料粉は完全に融解していた。
When the melt held at 1230 ° C. was examined in advance, the single crystal raw material powder was completely melted.

【0069】育成終了後、るつぼを取り除いて内容物を
取り出すと、るつぼの底部に約30mm角の大きさの淡
黄褐色結晶2個とその周りに20mm角の大きさの赤色
結晶3個とが一緒にかたまりとなって成長していた。こ
れらの結晶をラウエ写真およびX線回折法により調べた
ところ、淡黄褐色結晶は室温で菱面体のペロブスカイト
型構造の圧電体単結晶で、赤色結晶はパイロクロア型単
結晶あることがわかった。ペロブスカイト型圧電体単結
晶の組成をICP法により分析したところ、Pb[(Z
1/3 Nb2/3 1-x Tix ]O3 で、x=0.93〜
0.115の範囲にばらついていることがわかった。こ
の圧電体単結晶の誘電率の温度変化から、キュリー温度
c =170〜190℃、転移温度Tx =40〜110
℃の範囲にばらついていることがわかった。
After the completion of the growth, the crucible was removed and the contents were taken out. Two light yellow-brown crystals of about 30 mm square and three red crystals of 20 mm square were placed around the bottom of the crucible. They were growing together as a lump. When these crystals were examined by Laue photograph and X-ray diffraction method, it was found that the pale yellowish brown crystal was a piezoelectric single crystal having a rhombohedral perovskite structure at room temperature, and the red crystal was a pyrochlore single crystal. When the composition of the perovskite-type piezoelectric single crystal was analyzed by the ICP method, Pb [(Z
In n 1/3 Nb 2/3) 1-x Ti x] O 3, x = 0.93~
It was found that the variation was in the range of 0.115. From the temperature change of the dielectric constant of the piezoelectric single crystal, the Curie temperature T c = 170 to 190 ° C. and the transition temperature T x = 40 to 110
It was found that the temperature varied in the range of ° C.

【0070】圧電体単結晶のラウエ写真から{100}
面の方位を決定し、ダイヤモンドブレードにより切り出
した後、研磨して0.26mmの厚さに仕上げ、洗浄し
た。スパッタリングにより圧電体単結晶板にTi/Au
電極(Ti厚さ=100nm、Au厚さ=1000n
m)を形成し、圧電素子を得た。この圧電素子を、シリ
コーンオイルを入れたオイルバスに浸し、シリコーンオ
イルを250℃まで加熱し、両面の電極により0.3k
V/mmの電界を印加して30分保持した。電界を印加
したまま、シリコーンオイルの温度を1℃/minの速
度で室温まで下げ、圧電素子を電界冷却した。電界を解
除し、シリコーンオイルから圧電素子を取り出して洗浄
した。このように分極処理を施した圧電体単結晶板を、
ダイサーにより幅0.15mm×長さ10mm×厚さ
0.26mmの短冊状の圧電振動子に加工した。このう
ち20本の圧電振動子について、アドミタンスの周波数
特性から、共振・反共振周波数を測定し、これらの数値
から電気機械結合係数k33’を求めた。その結果、圧電
振動子のk33’の値は75%〜83%と小さく、ばらつ
きも大きいことがわかった。
From the Laue photograph of the piezoelectric single crystal, {100}
The orientation of the surface was determined, cut out with a diamond blade, polished, finished to a thickness of 0.26 mm, and washed. Sputtering Ti / Au on piezoelectric single crystal plate
Electrode (Ti thickness = 100 nm, Au thickness = 1000 n)
m) was formed to obtain a piezoelectric element. This piezoelectric element is immersed in an oil bath containing silicone oil, the silicone oil is heated to 250 ° C., and 0.3 k
An electric field of V / mm was applied and held for 30 minutes. With the electric field applied, the temperature of the silicone oil was lowered to room temperature at a rate of 1 ° C./min, and the piezoelectric element was subjected to electric field cooling. The electric field was released, and the piezoelectric element was taken out of the silicone oil and washed. The piezoelectric single crystal plate thus subjected to the polarization treatment is
It was processed into a rectangular piezoelectric vibrator having a width of 0.15 mm, a length of 10 mm and a thickness of 0.26 mm by a dicer. The resonance / anti-resonance frequencies of the 20 piezoelectric vibrators were measured from the frequency characteristics of admittance, and the electromechanical coupling coefficient k 33 ′ was determined from these values. As a result, it was found that the value of k 33 ′ of the piezoelectric vibrator was as small as 75% to 83%, and the variation was large.

【0071】圧電体単結晶から{100}面を有する厚
さ0.26mm、15mm×20mm角の大きさの別の
単結晶板を加工した。スパッタリングにより単結晶板の
上下両面と側面にTi/Au電極(Tiの厚さ:50n
m、Auの厚さ:500nm)を形成した。選択エッチ
ングにより単結晶板の側面に形成された電極および超音
波受信面と反対側の面に形成された電極の一部を除去し
た後、上記と同様にして分極した。単結晶板の超音波受
信面上に音響マッチング層を形成した後、バッキング材
の上に接着した。厚さ0.03mmのダイヤモンドブレ
ードを用いて音響マッチング層から単結晶板にわたって
切り込み、0.19mmピッチで短冊状に切断し、バッ
キング材の上に第1電極および第2電極を有する互いに
分離された100個の圧電振動子を形成した。音響マッ
チング層上に音響レンズを形成した。各々の第1電極に
フレキシブル印刷配線板の導電層を半田付けにより接続
し、第2電極にアース電極板を半田付けにより接続し
た。フレキシブル印刷配線板およびアース電極板にそれ
ぞれ110pF/m、長さ2mの複数のケーブルを接続
し、アレイ型超音波プローブを製造した。得られたアレ
イ型超音波プローブを用いて、パルスエコー法により反
射エコーを測定した。その結果、全素子の80%で中心
周波数2.5MHzのエコーが認められただけであっ
た。短冊状に切断された素子のインピーダンス特性を測
定すると、20%の素子が不良であった。エコーが得ら
れた素子の感度は、従来のPZT系圧電セラミックスよ
りも約2dB高いが、実施例1よりも5〜7dB低く、
アレイ素子間での感度ばらつきも最大3dBと大きかっ
た。周波数帯域も−6dBで、比帯域の平均値が60%
と狭いことが確認された。
Another single crystal plate having a {100} plane and a thickness of 0.26 mm and a size of 15 mm × 20 mm square was processed from the piezoelectric single crystal. By sputtering, Ti / Au electrodes (Ti thickness: 50 n
m, Au thickness: 500 nm). After the electrode formed on the side surface of the single crystal plate and a part of the electrode formed on the surface opposite to the ultrasonic wave receiving surface were removed by selective etching, polarization was performed in the same manner as described above. After forming an acoustic matching layer on the ultrasonic receiving surface of the single crystal plate, it was adhered on the backing material. A single crystal plate was cut from the acoustic matching layer using a diamond blade having a thickness of 0.03 mm, cut into strips at a pitch of 0.19 mm, and separated from each other having a first electrode and a second electrode on a backing material. One hundred piezoelectric vibrators were formed. An acoustic lens was formed on the acoustic matching layer. The conductive layer of the flexible printed wiring board was connected to each first electrode by soldering, and the ground electrode plate was connected to the second electrode by soldering. A plurality of cables each having a length of 2 m and 110 pF / m were connected to the flexible printed wiring board and the ground electrode plate, thereby manufacturing an array type ultrasonic probe. Using the obtained array type ultrasonic probe, the reflection echo was measured by the pulse echo method. As a result, only an echo having a center frequency of 2.5 MHz was recognized in 80% of all the elements. When the impedance characteristics of the elements cut into strips were measured, 20% of the elements were defective. The sensitivity of the element from which the echo was obtained is about 2 dB higher than that of the conventional PZT-based piezoelectric ceramics, but 5 to 7 dB lower than that of Example 1,
The sensitivity variation between the array elements was as large as 3 dB at the maximum. The frequency band is also -6dB, and the average value of the fractional band is 60%
It was confirmed that it was narrow.

【0072】比較例3 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9となるように原料粉を秤量した。ま
た、単結晶原料粉(PZN−PT91/9)とフラック
ス(PbO)とのモル比が45/55となるように、P
bOを秤量した。これらをよく混合し、混合粉を静水圧
プレスで固め、1000gのペレットを作製した。
Comparative Example 3 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed so that the molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 was 91: 9. In addition, P was added such that the molar ratio between the single crystal raw material powder (PZN-PT91 / 9) and the flux (PbO) was 45/55.
bO was weighed. These were mixed well, and the mixed powder was solidified with an isostatic press to produce 1000 g of pellets.

【0073】内径40mm×長さ200mm×厚さ0.
5mmの白金製のるつぼで、底面中央部に設けられた太
さ3mm×長さ100mmの白金製の冷却棒を有するも
のを用意した。このるつぼに上記ペレットを充填し、白
金製の蓋をして1300℃に設定した管状炉内を通過さ
せた。移動速度は0.2mm/hとした。単結晶育成に
要した時間は50日間であった。
Inner diameter 40 mm × length 200 mm × thickness
A 5 mm platinum crucible having a platinum cooling rod with a thickness of 3 mm and a length of 100 mm provided at the center of the bottom surface was prepared. This crucible was filled with the pellets, covered with a platinum cover, and passed through a tubular furnace set at 1300 ° C. The moving speed was 0.2 mm / h. The time required for growing the single crystal was 50 days.

【0074】るつぼを取り除いたところ口径40mm×
長さ30mm、280gの結晶が析出していた。この結
晶をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、
室温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶で
あることがわかった。しかし、この結晶を詳細に観察し
たところ、多くの割れや転位が観察された。
When the crucible was removed, the caliber was 40 mm.
Crystals having a length of 30 mm and 280 g were precipitated. When this crystal was examined by Laue photograph and X-ray diffraction method,
It was found that the material was a rhombohedral perovskite-type piezoelectric single crystal at room temperature. However, when this crystal was observed in detail, many cracks and dislocations were observed.

【0075】比較例4 純度99.9%以上のPbO、ZnO、Nb2 5 およ
びTiO2 の原料粉を用意した。亜鉛ニオブ酸鉛Pb
(Zn1/3 Nb2/3 )O3 とチタン酸鉛PbTiO3
のモル比が91:9となるように原料粉を秤量した。ま
た、単結晶原料粉(PZN−PT91/9)とフラック
ス(PbO)とのモル比が45/55となるように、P
bOを秤量した。これらをよく混合し、混合粉を静水圧
プレスで固め、900gのペレットを作製した。
Comparative Example 4 Raw material powders of PbO, ZnO, Nb 2 O 5 and TiO 2 having a purity of 99.9% or more were prepared. Lead zinc niobate Pb
The raw material powder was weighed so that the molar ratio of (Zn 1/3 Nb 2/3 ) O 3 to lead titanate PbTiO 3 was 91: 9. In addition, P was added such that the molar ratio between the single crystal raw material powder (PZN-PT91 / 9) and the flux (PbO) was 45/55.
bO was weighed. These were mixed well, and the mixed powder was solidified with an isostatic press to produce 900 g of pellets.

【0076】内径40mm×長さ200mm×厚さ0.
2mmの白金製のるつぼで、底面中央部に設けられた太
さ2mm×長さ100mmの白金製の冷却棒を有するも
のを用意した。このるつぼに上記ペレットを充填し、白
金製の蓋をして1280℃に設定した管状炉内を通過さ
せた。移動速度は0.2mm/hとした。
An inner diameter of 40 mm × a length of 200 mm × a thickness of 0.1 mm.
A 2 mm platinum crucible having a platinum cooling rod having a thickness of 2 mm and a length of 100 mm provided at the bottom center was prepared. The crucible was filled with the above pellets, passed through a tubular furnace set at 1280 ° C. with a platinum lid. The moving speed was 0.2 mm / h.

【0077】ところが、育成開始後20日目に原料漏れ
が生じたため、室温まで降温してるつぼを詳細に観察し
たところ、ピンホールが発見された。これは、フラック
スとして用いたPbOが還元されて白金を腐食したため
である。
However, a leakage of raw materials occurred on the 20th day after the start of the growth, and the crucible was cooled down to room temperature and observed in detail, and a pinhole was found. This is because PbO used as a flux was reduced and corroded platinum.

【0078】るつぼを取り除いたところ口径40mm×
長さ30mm、280gの結晶が析出していた。この結
晶をラウエ写真およびX線回折法により調べたところ、
室温で菱面体のペロブスカイト型構造の圧電体単結晶で
あることがわかった。この結晶を詳細に観察したとこ
ろ、割れや転位は観察されながった。しかし、単結晶の
周りに圧電特性の小さいパイロクロア型単結晶が多く付
着しているのが観察された。これは、PbOが流出した
ため、ペロブスカイト構造が不安定になったためである
と考えられる。
When the crucible was removed, the caliber was 40 mm.
Crystals having a length of 30 mm and 280 g were precipitated. When this crystal was examined by Laue photograph and X-ray diffraction method,
It was found that the material was a rhombohedral perovskite-type piezoelectric single crystal at room temperature. When this crystal was observed in detail, cracks and dislocations were not observed. However, it was observed that a large number of pyrochlore-type single crystals having low piezoelectric properties were attached around the single crystal. This is considered to be because the perovskite structure became unstable due to the outflow of PbO.

【0079】比較例5 比較例4と同一のペレットを作製した。内径40mm×
長さ200mm×厚さ0.15mmの白金製のるつぼ
で、底面中央部に設けられた太さ2mm×長さ100m
mの白金製の冷却棒を有するものを用意した。このるつ
ぼに上記ペレットを充填し、比較例4と同一の条件で結
晶を育成した。
Comparative Example 5 The same pellet as in Comparative Example 4 was produced. Inner diameter 40mm ×
A 200 mm long x 0.15 mm thick platinum crucible, 2 mm thick x 100 m long provided at the bottom center
One having a cooling rod made of platinum of m was prepared. This crucible was filled with the pellets, and crystals were grown under the same conditions as in Comparative Example 4.

【0080】育成開始後15日目にるつぼに穴があき、
原料が流出したため、育成を中止した。結果的に単結晶
は得られなかった。これは、PbOが白金を腐食したた
めである。
On the 15th day after the start of the growth, a hole was made in the crucible,
The breeding was stopped due to the outflow of raw materials. As a result, no single crystal was obtained. This is because PbO corroded platinum.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上詳述したように本発明の方法を用い
れば、組成変動を抑制して、優れた電気機械結合係数を
示す圧電体単結晶を製造できる。
As described above in detail, the use of the method of the present invention makes it possible to produce a piezoelectric single crystal exhibiting an excellent electromechanical coupling coefficient while suppressing composition fluctuation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明における圧電体単結晶の製造方法を示す
断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a piezoelectric single crystal according to the present invention.

【図2】本発明において用いられる二重るつぼの断面
図。
FIG. 2 is a sectional view of a double crucible used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…るつぼ 2…冷却棒 3…圧電体単結晶 4…融液 5…原料焼結体 6…ヒーター 10…二重るつぼ 11…内壁 12…外壁 13…冷却棒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crucible 2 ... Cooling rod 3 ... Piezoelectric single crystal 4 ... Melt 5 ... Sintered raw material 6 ... Heater 10 ... Double crucible 11 ... Inner wall 12 ... Outer wall 13 ... Cooling rod

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 洋八 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)発明者 小林 剛史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 斉藤 史郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 泉 守 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 4G050 DA04 DB04 DB08 DB33 4G077 AA02 BC34 CD02 EG02 EG18 EH07 HA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yohachi Yamashita 70 Yanagicho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Yanagimachi Plant Co., Ltd. Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Shiro Saito 1st Kogashi Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Mamoru Izumi Toshiba Komukai, Saiyuki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture 1-cho, Toshiba R & D Center F-term (reference) 4G050 DA04 DB04 DB08 DB33 4G077 AA02 BC34 CD02 EG02 EG18 EH07 HA11

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化鉛、酸化ニオブおよび酸化チタンを
含む原料をるつぼに収容し、加熱源により局所的温度勾
配を形成して前記るつぼを加熱し、前記るつぼを移動さ
せて複合ペロブスカイト型酸化物の圧電体単結晶を製造
するにあたり、前記るつぼ内に酸化鉛の固形体と圧電体
単結晶を構成する原料の焼結体とを分離して収容し、前
記酸化鉛の固形体を溶融させて融液を形成したときに、
前記るつぼの口径をr(mm)、前記融液の高さをh
(mm)として、 3≦h≦200、かつ0.03≦h/r≦10の範囲と
なるように調整することを特徴とする圧電体単結晶の製
造方法。
1. A crucible containing a raw material containing lead oxide, niobium oxide and titanium oxide, forming a local temperature gradient by a heating source, heating the crucible, and moving the crucible to form a composite perovskite oxide In producing the piezoelectric single crystal, a solid body of lead oxide and a sintered body of a raw material constituting the piezoelectric single crystal are separately accommodated in the crucible, and the solid body of lead oxide is melted. When a melt is formed,
The diameter of the crucible is r (mm), and the height of the melt is h
A method for producing a piezoelectric single crystal, wherein (mm) is adjusted so as to be in the range of 3 ≦ h ≦ 200 and 0.03 ≦ h / r ≦ 10.
【請求項2】 前記るつぼの最高温度をTM 、前記るつ
ぼが最高温度を示す位置から前記るつぼの口径rだけ離
れた位置における前記るつぼの温度をTR とするとき、
るつぼの温度分布が、 1050℃≦TM ≦1250℃、かつ50℃≦TM −T
R ≦500℃の範囲となるように設定することを特徴と
する請求項1記載の圧電体単結晶の製造方法。
2. When the maximum temperature of the crucible is T M , and the temperature of the crucible at a position away from the position where the crucible exhibits the maximum temperature by the diameter r of the crucible is T R ,
The temperature distribution of the crucible is 1050 ° C. ≦ T M ≦ 1250 ° C. and 50 ° C. ≦ T M −T
2. The method for producing a piezoelectric single crystal according to claim 1, wherein the temperature is set so that R.ltoreq.500.degree.
【請求項3】 前記るつぼが多重構造をなし、2種以上
の材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載
の圧電体単結晶の製造方法。
3. The method for producing a piezoelectric single crystal according to claim 1, wherein said crucible has a multi-layered structure and is formed of two or more materials.
JP19958898A 1998-06-30 1998-06-30 Method for producing piezoelectric single crystal Pending JP2000016900A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19958898A JP2000016900A (en) 1998-06-30 1998-06-30 Method for producing piezoelectric single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19958898A JP2000016900A (en) 1998-06-30 1998-06-30 Method for producing piezoelectric single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000016900A true JP2000016900A (en) 2000-01-18

Family

ID=16410353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19958898A Pending JP2000016900A (en) 1998-06-30 1998-06-30 Method for producing piezoelectric single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000016900A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007100146A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-07 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. PROCESS FOR PRODUCING ZnO SINGLE CRYSTAL ACCORDING TO METHOD OF LIQUID PHASE GROWTH
JP2009280413A (en) * 2008-05-19 2009-12-03 Jfe Mineral Co Ltd Piezoelectric single crystal ingot, its manufacturing method, and piezoelectric single crystal element
JP2011126719A (en) * 2009-12-15 2011-06-30 Fuji Electric Co Ltd Apparatus for growing single crystal
JP2015189588A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 京セラ株式会社 Apparatus for manufacturing ingot, and method for manufacturing silicon ingot
JP2015189589A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 京セラ株式会社 Ingot manufacturing apparatus and silicon ingot manufacturing method
WO2018047445A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 Jfeミネラル株式会社 METHOD FOR PRODUCING PbTiO3-CONTAINING SINGLE CRYSTAL

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI404841B (en) * 2006-03-01 2013-08-11 三菱瓦斯化學股份有限公司 Method for producing ZnO single crystal according to liquid phase growth method
US7708831B2 (en) 2006-03-01 2010-05-04 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Process for producing ZnO single crystal according to method of liquid phase growth
WO2007100146A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-07 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. PROCESS FOR PRODUCING ZnO SINGLE CRYSTAL ACCORDING TO METHOD OF LIQUID PHASE GROWTH
CN101384756B (en) * 2006-03-01 2011-11-23 三菱瓦斯化学株式会社 Method for producing ZnO single crystal by liquid phase growth method
CN102251281B (en) * 2006-03-01 2013-01-16 三菱瓦斯化学株式会社 Process for producing Zno single crystal according to method of liquid phase growth
JP5146310B2 (en) * 2006-03-01 2013-02-20 三菱瓦斯化学株式会社 Method for producing ZnO single crystal by liquid phase growth method
JP2009280413A (en) * 2008-05-19 2009-12-03 Jfe Mineral Co Ltd Piezoelectric single crystal ingot, its manufacturing method, and piezoelectric single crystal element
JP2011126719A (en) * 2009-12-15 2011-06-30 Fuji Electric Co Ltd Apparatus for growing single crystal
JP2015189588A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 京セラ株式会社 Apparatus for manufacturing ingot, and method for manufacturing silicon ingot
JP2015189589A (en) * 2014-03-27 2015-11-02 京セラ株式会社 Ingot manufacturing apparatus and silicon ingot manufacturing method
WO2018047445A1 (en) * 2016-09-12 2018-03-15 Jfeミネラル株式会社 METHOD FOR PRODUCING PbTiO3-CONTAINING SINGLE CRYSTAL
CN109477243A (en) * 2016-09-12 2019-03-15 杰富意矿物股份有限公司 Preparation method of single crystal containing PbTiO3
KR20190045175A (en) * 2016-09-12 2019-05-02 제이에프이미네라르 가부시키가이샤 Process for producing single crystals containing PbTiO3
KR102342069B1 (en) * 2016-09-12 2021-12-21 제이에프이미네라르 가부시키가이샤 Method for producing single crystals containing PbTiO3
US11299818B2 (en) 2016-09-12 2022-04-12 Jfe Mineral Company, Ltd. Method for producing PbTiO3-containing single crystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6020675A (en) Ultrasonic probe
JP3345580B2 (en) Ultrasonic probe manufacturing method
JP5063606B2 (en) Piezoelectric single crystal and method for manufacturing the same, and piezoelectric applied parts and dielectric applied parts using the piezoelectric single crystal
Harada et al. Crystal growth and electrical properties of Pb ((Zn1/3Nb2/3) 0.91 Ti0. 09) O3 single crystals produced by solution Bridgman method
JP2011510898A (en) Method for producing ternary piezoelectric crystal
Harada et al. Piezoelectric Pb [(Zn1/3Nb2/3) 0.91 Ti0. 09] O3 single crystals with a diameter of 2 inches by the solution Bridgman method supported on the bottom of a crucible
US20100001619A1 (en) Perovskite-type oxide single crystal and method of manufacturing the same, composite piezoelectric material, piezoelectric vibrator, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus
JP2014187285A (en) Piezoelectric vibrator, ultrasound probe, method for manufacturing piezoelectric vibrator, and method for manufacturing ultrasound probe
JP7518827B2 (en) Piezoelectric material, piezoelectric member, piezoelectric element and pressure sensor
Harada et al. Crystal growth of Pb [(Zn1/3Nb2/3) 0.91 Ti0. 09] O3 using a crucible by the supported Bridgman method
Harada et al. Dielectric and piezoelectric properties of Pb [(Zn1/3Nb2/3) 0.91 Ti0. 09] O3 single crystal grown by solution Bridgman method
JP3397538B2 (en) Manufacturing method of oxide piezoelectric single crystal
JP2010013327A (en) Microstructure of perovskite-type oxide single crystal and method for manufacturing the same, composite piezoelectric material, laminated piezoelectric vibrator, ultrasonic probe, and ultrasonic diagnostic apparatus
JP2000016900A (en) Method for producing piezoelectric single crystal
JP2003267796A (en) Oxide having perovskite structure and method for producing the same
US20050072352A1 (en) Single crystals of lead magnesium niobate-lead titanate
JP4272830B2 (en) Method for producing BaTiO3-PbTiO3-based piezoelectric single crystal
Harada et al. Growth of Pb [(Zn1/3Nb2/3) 0.91 Tio. 09] 03 single crystal of ultrasonic transducer for medical application
JP7667664B2 (en) Piezoelectric vibrator and its manufacturing method
Harada et al. Growth of high‐quality Pb ((Zn1/3Nb2/3) 0.91 Ti0. 09) O3 single crystals by excess ZnO addition
JP3343014B2 (en) Method for producing oxide single crystal
JP3679957B2 (en) Ultrasonic probe and manufacturing method thereof
JP3844972B2 (en) Piezoelectric single crystal and piezoelectric vibrator
JP3477028B2 (en) Method for producing oxide single crystal and method for producing ultrasonic probe
JP3529600B2 (en) Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus using the same

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20031226

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20040323

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040713