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公開番号2025021632
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-14
出願番号2023125466
出願日2023-08-01
発明の名称無鉛圧電組成物、及び圧電素子
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人弁理士法人暁合同特許事務所
主分類C04B 35/495 20060101AFI20250206BHJP(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】製造時の燒結温度が低く抑えられた無鉛圧電組成物等の提供。
【解決手段】本発明の無鉛圧電組成物は、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物からなる第1結晶相で形成された主相と、M-Ti-O系スピネル化合物(元素Mは1～4価の金属元素)からなる第2結晶相を含む副相とを有し、前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物は、以下の組成式(1)で表される無鉛圧電組成物。(K_aNa_bLi_cCa_dC_e)_f(D_gE_h)O_i・・・・・(1)ただし、元素Cは、Sr、Baのうちの少なくとも1種以上、元素Dは、Nb、Ti、Zrのうちの少なくともNbを含む1種以上、元素Eは、Fe、Co、Znのうちの少なくとも1種以上、a+b+c+d+e=1、0.004≦d≦0.020、fは任意の値、g+h=1、iはペロブスカイト型結晶構造を維持し得る任意の値
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物からなる第１結晶相で形成された主相と、
Ｍ－Ｔｉ－Ｏ系スピネル化合物（元素Ｍは１～４価の金属元素）からなる第２結晶相を含む副相とを有し、
前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物は、以下の組成式（１）で表される無鉛圧電組成物。
（Ｋ
ａ
Ｎａ
ｂ
Ｌｉ
ｃ
Ｃａ
ｄ
Ｃ
ｅ
）
ｆ
（Ｄ
ｇ
Ｅ
ｈ
）Ｏ
ｉ
・・・・・（１）
ただし、元素Ｃは、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種以上、元素Ｄは、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくともＮｂを含む１種以上、元素Ｅは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎのうちの少なくとも１種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０．００４≦ｄ≦０．０２０、ｆは任意の値、ｇ＋ｈ＝１、ｉはペロブスカイト型結晶構造を維持し得る任意の値
続きを表示（約 190 文字）【請求項２】
前記第１結晶相の粒度分布のＤ５０値であるｒ
５０
［μｍ］が、０．５７以上である請求項１に記載の無鉛圧電組成物。
【請求項３】
比重が４．４以上である請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電組成物。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電組成物と電極とが交互に積層された構造を有する圧電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、無鉛圧電組成物、及び圧電素子に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子の多くは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）系の材料で構成されていた。しかしながら、ＰＺＴに含まれる鉛成分が、環境負荷の原因となるため、問題視されており、近年、鉛を含まない無鉛材料からなる圧電素子の開発が進められている。
【０００３】
この種の無鉛材料としては、例えば、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物からなる第１結晶相で形成された主相と、Ｍ－Ｔｉ－Ｏ系スピネル化合物（元素Ｍは１～４価の金属元素）からなる第２結晶を含む副相とを有する無鉛圧電組成物が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
主相を構成するニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物は、もともと、圧電特性の低下の原因となる空隙が形成され易い物質であるものの、その主相中の空隙が、第２結晶を含む副相で充填されることにより、主相（第１結晶相）の構造が安定化されている。そのため、上記無鉛圧電組成物は、圧電特性に優れている。このような無鉛圧電組成物に対して力が加えられると電圧を発生し、また電圧が印加されると、無鉛圧電組成物の寸法の伸縮や形状の変化が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開２０１４／１５６０１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記無鉛圧電組成物は、圧電特性に優れるものの、製造時の燒結温度が比較的高い（例えば、１１００℃以上）という問題があった。例えば、そのような無鉛圧電組成物を使用して圧電素子を作製する場合、圧電素子の電極として使用可能な材料が、融点の高い金属材料（例えば、白金）に限られてしまう。そのような金属材料は、一般的に、貴重でコストが高いため、低コスト化等の観点より、使用量を少なくすることが望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、製造時の燒結温度が低く抑えられた無鉛圧電組成物等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物からなる第１結晶相で形成された主相と、Ｍ－Ｔｉ－Ｏ系スピネル化合物（元素Ｍは１～４価の金属元素）からなる第２結晶相を含む副相とを有し、前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト酸化物は、以下の組成式（１）で表される無鉛圧電組成物。
（Ｋ
ａ
Ｎａ
ｂ
Ｌｉ
ｃ
Ｃａ
ｄ
Ｃ
ｅ
）
ｆ
（Ｄ
ｇ
Ｅ
ｈ
）Ｏ
ｉ
・・・・・（１）
ただし、元素Ｃは、Ｓｒ、Ｂａのうちの少なくとも１種以上、元素Ｄは、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのうちの少なくともＮｂを含む１種以上、元素Ｅは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎのうちの少なくとも１種以上、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１、０．００４≦ｄ≦０．０２０、ｆは任意の値、ｇ＋ｈ＝１、ｉはペロブスカイト型結晶構造を維持し得る任意の値
【０００９】
＜２＞前記第１結晶相の粒度分布のＤ５０値であるｒ
５０
［μｍ］が、０．５７以上である前記＜１＞に記載の無鉛圧電組成物。
【００１０】
＜３＞比重が４．４以上である前記＜１＞又は＜２＞に記載の無鉛圧電組成物。
（【００１１】以降は省略されています）

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