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2005 年度 実績報告書

水熱合成法を用いた超小型医用超音波トランスデューサの基礎研究

研究課題

研究課題/領域番号 17500339
研究種目

基盤研究(C)

研究機関桐蔭横浜大学

研究代表者

竹内 真一  桐蔭横浜大学, 医用工学部, 助教授 (50267647)

研究分担者 黒澤 実  東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (70170090)
川島 徳道  桐蔭横浜大学, 医用工学部, 教授 (90112888)
キーワード水熱合成法 / 超音波 / PZT / 超音波アレイプローブ / 超音波照射装置 / ハイドロフォン / BNT / PTFE
研究概要

圧電多結晶膜の材料特性の評価(圧電定数、弾性定数、誘電率、電気機械結合係数等)
水熱合成法で成膜した圧電多結晶膜の材料定数を測定した。測定に際しては、厚さ40mmのチタン基板に、水熱意合成法で15回から30数回PZTを成膜してバイモルフ振動子を作製した。その結果、出発原料に用いる酸化チタンとして平均粒径300nmのルチル型結晶を用いた場合は圧電定数d_<31>が10pm/V d_<33>が72pm/V、ヤング率は3X10^<10>N/m、非誘電率は940、電気機械結合係数k_tは21%であった。一方、平均粒径6nmのアナターゼ型酸化チタン結晶を用いた場合は、d_<31>が78pm/V d_<33>が44pm/V、ヤング率は0.7X10^<10>N/m、非誘電率は390、電気機械結合係数k_tは28%であった。測定結果は、PZTの膜厚や表面処理の有無にも依存するので、今後さらに詳細な検討が必要である。
超音波診断用の超小型超音波プローブの研究
(1)水熱合成時の強アルカリ、高温(150℃)、高圧(約4気圧)の環境かでもに対応可能なマスキング法について検討した結果、マスキング材としてテフロン系のPTFEを用いることが有効であることがわかった。
(2)ハイドロキシアパタイト基板上にスパッタ法によりチタンをス成膜して、フォトエッチングによりストリップ電極アレーとした。このチタン膜電極アレー上に水熱合成法でPZT多結晶膜を成膜して超音波診断装置用超小型一次元アレー超音波プローブのコア部分を作製した。
(3)直径0.6mmのチタンワイヤ上に水熱合成法でPZT多結晶膜を成膜して小型超音波プローブを作製して、反射法による受信波形とその周波数スペクトラムを測定し、中心周波数約20MHzで、80mm以上の高い距離分解能を有することがわかった
(4)直径0.3mmおよび0.6mmのチタンワイヤ上にPZT多結晶膜を成膜して超小型ニードル型ハイドロフォンを作製して、周波数1MHz以下から20MHz以上にわたって受波感度を有することがわかった。指向性に問題があったが、ハイドロフォンの先端形状を工夫することで解決した。
低浸襲治療用超音波照射装置の開発
直径0.125mm、0.3mmおよび0.6mmの細経チタンワイヤを音響導波路として用いこれらのワイヤの一端にPZT多結晶膜を成膜した低浸襲治療用超音波照射装置の機能モデルを作製して、チタンワイヤの多端面を水中に挿入して音響放射端から放射される超音波パルス波形の観測を行った。
非鉛系圧電多結晶膜の成膜技術
水熱合成法を用いて非鉛系圧電多結晶膜BNTを成膜するために、鉱化剤の種類と濃度及び出発原料の種類と濃度の検討を行ってきたが、結晶中のBiとNaの比を1:1に制御できずNaの比率が著しく少なく、圧電特性が同条件で成膜した水熱PZTの30%程度であると行った問題点がある。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2005 その他

すべて 雑誌論文 (16件)

  • [雑誌論文] Lead zirconate titanate thick-film ultrasonic transducer for 1 to 20 MHz frequency bands fabricated by hydrothermal polycrystal growth2005

    • 著者名/発表者名
      Mutsuo Ishikawa, Minoru Kuribayashi Kurosawa, Akito Endoh, Shinichi Takeuchi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of applied physics 44(6B)

      ページ: 4342-44346

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [雑誌論文] Development of miniature hydrophone with hydro-thermally synthesized PZT poly- crystalline film2005

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Takeuchi, Hiroshi Kitsunai, Takahiro Suzuki, Mutsuo Ishikawa, Norimichi Kawashima, Etsuzo Ohadaira, Shinichi Takeuchi
    • 雑誌名

      Papers of twelfth international congress on sound and vibration Paper 150(CD-ROM)

      ページ: Paper 150

  • [雑誌論文] Hydrothermal polycrystalline PZT thick film transducer for high intensity ultrasound radiation at 1 to 20 KHz2005

    • 著者名/発表者名
      Mutsuo Ishikawa, Minoru Kuribayashi Kurosawa, Akito Endoh, Etsuzo Ohdaira, Shinichi Takeuchi
    • 雑誌名

      Papers of twelfth international congress on sound and vibration Paper 316(CD-ROM)

      ページ: Paper 316

  • [雑誌論文] 水熱合成PZT多結晶膜を用いた超広帯域超音波トランスデューサ-成膜条件の最適化へ向けて-2005

    • 著者名/発表者名
      石河睦生, 黒澤 実, 長谷川智仁, 遠藤聡人, 竹内真一
    • 雑誌名

      電子情報通信学会技術研究報告 US2005-30

      ページ: 47-50

  • [雑誌論文] 酸化チタンを用いた水熱合成法によるPZT結晶の成膜と振動特性に関する検討=圧電性多結晶の超音波トランスデューサへの応用2005

    • 著者名/発表者名
      石河睦生, 黒澤 実, 遠藤聡人, 竹内真一
    • 雑誌名

      超音波テクノ(日本工業出版) 17(3)

      ページ: 56-60

  • [雑誌論文] 水熱合成PZT多結晶膜を用いた1〜40MHz帯超音波トランスデューサ2005

    • 著者名/発表者名
      石河睦生, 黒澤実, 遠藤聡人, 竹内真一
    • 雑誌名

      日本超音波医学会第78回学術集会

  • [雑誌論文] 水熱合成法を用いた小型ニードル形ハイドロフォンの試作2005

    • 著者名/発表者名
      橘内洋, 竹内真一, 川島徳道, 大平悦三, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      日本超音波医学会第78回学術集会

  • [雑誌論文] 水熱合成PZT多結晶膜を用いた厚み振動超音波トランスデューサ-高感度化及び広帯域化を目的とした成膜プロセス-2005

    • 著者名/発表者名
      石河睦生, 高瀬真宏, 黒澤実, 橘内洋, 長谷川智仁, 鈴木崇洋, 遠藤聡人, 竹内真一
    • 雑誌名

      日本音響学会2005年秋季研究発表会

  • [雑誌論文] 水熱合成法を用いた小口径ハイドロフォンに関する研究〜ハイドロフォンの改良による受波感度の指向性の改善〜2005

    • 著者名/発表者名
      橘内洋, 鈴木崇洋, 川島徳道, 竹内真一, 大平悦三, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      日本音響学会2005年秋季研究発表会

  • [雑誌論文] 水熱合成法による非鉛系圧電膜の材料定数の測定2005

    • 著者名/発表者名
      長谷川智仁, 遠藤聡人, 川島徳道, 竹内真一, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      日本音響学会2005年秋季研究発表会

  • [雑誌論文] 水熱合成法を用いた微小ニードル形ハイドロフォンの開発-受音部構造と指向性の関係-2005

    • 著者名/発表者名
      橘内洋, 川島徳道, 竹内真一, 大平悦三, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      第26回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム

  • [雑誌論文] 水熱合成法における圧電多結晶膜の成膜プロセスに関する基礎検討-過酸化水素を用いたTi基板表面処理が圧電多結晶膜の特性に及ぼす影響-2005

    • 著者名/発表者名
      遠藤聡人, 川島徳道, 竹内真一, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      第26回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム

  • [雑誌論文] 水熱合成法を用いた微細カテーテル形超音波トランスデューサ作製の基礎検討-水熱合成環境下で用いるマスキング材と耐熱導電性接着剤の検討-2005

    • 著者名/発表者名
      鈴木崇洋, 川島徳道, 竹内真一, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      2005年度材料技術研究協会討論会

  • [雑誌論文] Basic study on lead free BNT piezoelectric fil deposited by hydrothermal method

    • 著者名/発表者名
      Tomohito Hasegawa, Norimichi Kawashima, Shinichi Takeuchi Mutsuo Ishikawa, Minoru Kurosawa
    • 雑誌名

      2005 IEEE international ultrasonics symposium

  • [雑誌論文] Hydrothermal PZT thick film ultrasonic transducer for 2 to 40 MHz frequency band

    • 著者名/発表者名
      Mutsuo Ishikawa, Minoru Kurosawa, Akito Endoh, Tomohito Hasegawa, Shinichi Takeuchi
    • 雑誌名

      2005 IEEE international ultrasonics symposium

  • [雑誌論文] 水熱合成法による非鉛系圧電膜の圧電定数d_<31>の測定

    • 著者名/発表者名
      長谷川智仁, 遠藤聡人, 川島徳道, 竹内真一, 石河睦生, 黒澤実
    • 雑誌名

      2005年度材料技術研究協会討論会

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公開日: 2007-04-02   更新日: 2016-04-21  

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