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公開番号2025141044
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024040776
出願日2024-03-15
発明の名称積層圧電セラミック素子及び装置
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人
主分類C04B 35/495 20060101AFI20250919BHJP(セメント;コンクリート;人造石;セラミックス;耐火物)
要約【課題】高温、高電界下でも高い絶縁性を有し、安価で無鉛の積層圧電セラミック素子及びそれを使用した装置を提供する。
【解決手段】Niを主成分とする内部電極104,105と、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む主相及び前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物とは異なる酸化物を含む副相からなる圧電セラミック層103と、が交互に積層された積層圧電セラミック素子100であって、前記副相の酸化物は、Mn及びNiを含有し、更にTi又はNbの少なくとも一方を含有する積層圧電セラミック素子100。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｎｉを主成分とする内部電極と、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む主相及び前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物とは異なる酸化物を含む副相からなる圧電セラミック層と、が交互に積層された積層圧電セラミック素子であって、
前記副相の酸化物は、Ｍｎ及びＮｉを含有し、更にＴｉ又はＮｂの少なくとも一方を含有することを特徴とする積層圧電セラミック素子。
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記副相の酸化物の結晶粒子に含まれるすべての金属元素に対する前記結晶粒子に含まれる金属元素Ｍのａｔｍ％を［Ｍ］としたとき、
０．１≦［Ｎｉ］≦１５．１
であることを特徴とする請求項１に記載の積層圧電セラミック素子。
【請求項３】
１．４≦［Ｎｉ］≦１５．１
であることを特徴とする請求項２に記載の積層圧電セラミック素子。
【請求項４】
前記副相は、Ｍｎ
２
ＴｉＯ
４
，ＭｎＴｉＯ
３
，ＭｎＴｉ
２
Ｏ
４
，Ｍｎ
４
Ｎｂ
２
Ｏ
９
，又はＭｎＮｂ
２
Ｏ
６
のいずれかの酸化物の金属元素の一部がＮｉに置換された構造の酸化物を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層圧電セラミック素子。
【請求項５】
前記副相の酸化物の結晶粒子に含まれるすべての金属元素に対する前記結晶粒子に含まれる金属元素Ｍのａｔｍ％を［Ｍ］とし、
［Ｔｉ］と［Ｎｂ］のうち大きい方を［Ｘ］とし、［Ｍｎ］／［Ｘ］、［Ｍｎ］＋［Ｎｉ］＋［Ｘ］の値をそれぞれα、βとしたときに、
０．４２≦α≦２．４
且つ、
６０≦β≦１００
であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層圧電セラミック素子。
【請求項６】
前記副相の酸化物は、更にＳｃを含有し、
前記副相の酸化物の結晶粒子に含まれるすべての金属元素に対する前記結晶粒子に含まれる金属元素Ｍのａｔｍ％を［Ｍ］としたとき、
０．１≦［Ｓｃ］≦５．０
であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層圧電セラミック素子。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の積層圧電セラミック素子を備える、装置。
【請求項８】
アクチュエータ、ハプティクス、ブザー、及び超音波センサからなる群より選択される、請求項７に記載の装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の印加により変位する積層圧電セラミック素子及びそれを使用した装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、小型かつ低電圧でも高変位で駆動することのできる積層型の圧電セラミックアクチュエータが注目されている。一般的な積層圧電セラミック素子は、環境に悪影響を及ぼす鉛を含んだＰＺＴ系（チタン酸ジルコン酸鉛系）の圧電セラミックおよび、内部電極に高価なＰｔやＰｄを含んでいる。
【０００３】
そのため、環境負荷が低く低コストな積層圧電セラミック部品が求められている。そこで、安価な卑金属であるＮｉを主成分とした無鉛積層圧電セラミックが提案されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５８６２９８３号公報
特許第６０９４６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アクチュエータにおいては、高温、高電界下（例えば、１００℃，３ｋＶ／ｍｍ）での使用が求められる場合があるため、こうした高温、高電界下における過酷な条件下でも高い絶縁性を有する必要がある。
【０００６】
例えば、特許文献１、特許文献２には、Ｎｉを主成分とする内部電極とニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を主成分とする圧電セラミック層とが交互に積層された積層圧電セラミック素子が提案されている。しかしながら、高温、高電界下における絶縁性については考慮されていない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高温、高電界下でも高い絶縁性を有し、安価で無鉛の積層圧電セラミック素子及びそれを使用した装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の積層圧電セラミック素子は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の積層圧電セラミック素子は、Ｎｉを主成分とする内部電極と、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む主相及び前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物とは異なる酸化物を含む副相からなる圧電セラミック層と、が交互に積層された積層圧電セラミック素子であって、前記副相の酸化物は、Ｍｎ及びＮｉを含有し、更にＴｉ又はＮｂの少なくとも一方を含有する。
【０００９】
（２）また、上記（１）の適用例の積層圧電セラミック素子において、前記副相の酸化物の結晶粒子に含まれるすべての金属元素に対する前記結晶粒子に含まれる金属元素Ｍのａｔｍ％を［Ｍ］としたとき、０．１≦［Ｎｉ］≦１５．１である。
【００１０】
（３）また、上記（１）又は（２）の適用例の積層圧電セラミック素子において、１．４≦［Ｎｉ］≦１５．１である。
（【００１１】以降は省略されています）

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