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公開番号2025039109
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-21
出願番号2023145961
出願日2023-09-08
発明の名称無鉛圧電磁気組成物、圧電素子、および装置
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人
主分類H10N 30/853 20230101AFI20250313BHJP()
要約【課題】圧電特性を高くすることができ、高電圧下の圧電特性の劣化を抑制することができる無鉛圧電磁気組成物、圧電素子、および装置を提供する。
【解決手段】ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物からなる主相と、タングステンブロンズ型化合物からなる副相と、を含み、前記主相の正方晶ピーク002/020比は1.52以上である。このように、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物からなる主相の正方晶ピーク002/020比が1.52以上であることで、無鉛圧電磁器組成物の圧電特性を高くすることができる。また、タングステンブロンズ型化合物からなる副相は、主相と混在することによって、無鉛圧電磁器組成物の高電圧下の圧電特性の劣化を抑制することができる。
【選択図】図1
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型酸化物からなる主相と、
タングステンブロンズ型化合物からなる副相と、を含み、
前記主相の正方晶ピーク００２／０２０比は１．５２以上である、無鉛圧電磁器組成物。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
前記タングステンブロンズ型化合物は、１３．２°±０．１°にピークを示す、請求項１に記載の無鉛圧電磁器組成物。
【請求項３】
前記タングステンブロンズ型化合物は、Ｎｂと、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｎａ，Ｋのうちの少なくとも１種以上を含む、請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電磁器組成物。
【請求項４】
前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物は、Ｍｎを含む、請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電磁器組成物。
【請求項５】
前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物は、組成式（Ａ１
ａ
Ｍ１
ｂ
）
ｃ
（Ｎｂ
ｄ１
，Ｍｎ
ｄ２
，Ｍ２
ｄ３
）Ｏ
３＋ｅ
（但し、元素Ａ１はアルカリ金属のうちの少なくとも１種であり、元素Ｍ１はＢａ，Ｃａ，Ｓｒのうち少なくとも１種であり、元素Ｍ２はＴｉ，Ｚｒのうち少なくとも１種であり、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１であり、ｃは０．８０＜ｃ＜１．１０を満たし、０＜ｄ１＜１、０＜ｄ２＜１、０＜ｄ３＜１、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＝１であり、ｅは酸素の欠損あるいは過剰を示す値）で表され、ｂ／（ｄ２＋ｄ３）＞１．０を満たす、請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電磁器組成物。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載の無鉛圧電磁器組成物からなる圧電体と、前記圧電体に接する電極とを備える、圧電素子。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電素子を備える、装置。
【請求項８】
超音波メス、超音波スケーラ、超音波洗浄機、超音波加工機、圧電トランスデューサー、超音波モータ、圧電ジャイロセンサ、圧電フィルタ、及びノック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】
本明細書によって開示される技術は、無鉛圧電磁気組成物、圧電素子、およびそれを用いた装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、圧電性を示すセラミックスとして、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が広く利用されてきた。しかし、ＰＺＴは成分に鉛を含むために、環境負荷が問題視されており、近年、無鉛圧電セラミック素材の開発が進められている。無鉛圧電セラミック素材の有力候補の１つとして、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を主相とする無鉛圧電磁器組成物がある。
【０００３】
特許文献１には、Ｎｂ（ニオブ）／Ｔａ（タンタル）酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む主相と、Ｔｉ（チタン）を含むスピネル化合物を含む副相と、を含み、Ｍｎ（マンガン）が含有され、Ｔｉの含有割合ｘは、０ｍｏｌ％より大きく４ｍｏｌ％以下であり、かつ前記Ｔｉの含有割合ｘとＭｎの含有割合ｙとは下記の関係式ｘ
２
／ｙ≦２０．０を満足する無鉛圧電磁器組成物が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、組成式（Ａ１
ａ
Ｍ１
ｂ
）
ｃ
（Ｎｂ
ｄ１
，Ｍｎ
ｄ２
，Ｍ２
ｄ３
）Ｏ
３＋ｅ
（但し、元素Ａ１はアルカリ金属のうちの少なくとも１種であり、元素Ｍ１はＢａ，Ｃａ，Ｓｒのうち少なくとも１種であり、元素Ｍ２はＴｉ，Ｚｒのうち少なくとも１種であり、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、ａ＋ｂ＝１であり、ｃは０．８０＜ｃ＜１．１０を満たし、０＜ｄ１＜１、０＜ｄ２＜１、０＜ｄ３＜１、ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＝１であり、ｅは酸素の欠損あるいは過剰を示す値）で表されるニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物からなる主相を含み、ｂ／（ｄ２＋ｄ３）＞１．０を満たす無鉛圧電磁器組成物が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０２２／２１５６６６号
国際公開第２０２３／０２６６１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の無鉛圧電磁器組成物を、例えば超音波メス、超音波スケーラのような、高負荷下で駆動するデバイスの圧電素子に適用する場合、高電圧下で圧電特性が劣化しないことが重要であり、無鉛圧電磁器組成物の特性をさらに改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の無鉛圧電磁器組成物は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の無鉛圧電磁器組成物は、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物からなる主相と、タングステンブロンズ型化合物からなる副相と、を含み、前記主相の正方晶ピーク００２／０２０比は１．５２以上である。
【０００８】
（２）また、上記（１）の適用例の無鉛圧電磁器組成物において、前記タングステンブロンズ型化合物は、１３．２°±０．１°にピークを示す。
【０００９】
（３）また、上記（１）または（２）の適用例の無鉛圧電磁器組成物において、前記タングステンブロンズ型化合物は、Ｎｂと、Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｎａ，Ｋのうちの少なくとも１種以上を含む。
【００１０】
（４）また、上記（１）から（３）のいずれかの適用例の無鉛圧電磁器組成物において、前記ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物は、Ｍｎを含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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