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公開番号2025047156
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2023155480
出願日2023-09-21
発明の名称圧電素子
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H10N 30/05 20230101AFI20250326BHJP()
要約【課題】圧電素子のうち内部電極の角部付近の応力を緩和する。
【解決手段】本開示の圧電素子1は、圧電性を有する無鉛圧電磁器組成物で形成された圧電体2と、内部電極3,4と、が交互に複数層積層された圧電素子1であって、圧電素子1のうち内部電極3,4を積層方向と直交する方向に切断した断面の外縁は、複数の辺20と、隣り合う一対の辺20をそれぞれ連結する複数の応力緩和部30と、を有し、応力緩和部30は、隣り合う一対の辺20,20をそれぞれ延長させた部分21,21が交わる点を仮想頂点22とした場合に、仮想頂点22よりも内部電極3,4の中心側に位置するように形成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
圧電性を有する無鉛圧電磁器組成物で形成された圧電体と、内部電極と、が交互に複数層積層された圧電素子であって、
前記圧電素子のうち前記内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面の外縁は、複数の辺と、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ連結する複数の応力緩和部と、を有し、
前記応力緩和部は、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ延長させた部分が交わる点を仮想頂点とした場合に、前記仮想頂点よりも前記内部電極の中心側に位置するように形成されている、圧電素子。
続きを表示（約 160 文字）【請求項２】
前記応力緩和部は、外側に凸となる曲面で構成されている、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記応力緩和部は、内側に凸となる曲面で構成されている、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記応力緩和部は、テーパ形状をなすＣ面で構成されている、請求項１に記載の圧電素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電素子に関する。
続きを表示（約 1,800 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。一般に無鉛圧電セラミック素材等の圧電体には、有鉛無鉛を問わずに高い絶縁特性が求められる。圧電体は、印加電圧に応じて伸縮するようになっており、圧電体と内部電極とを交互に複数積層した構造の積層型圧電アクチュエータ素子が開発され、実用化されている。
【０００３】
積層型圧電アクチュエータ素子では、内部電極で挟まれた部分の圧電体は圧電活性部となり、内部電極で挟まれていない部分は圧電不活性部となる。このため、圧電活性部と圧電不活性部との境界部分で変位分布が大きく変化しこの部分に応力が集中する。この応力集中により、長期間駆動するとクラックが発生する可能性が増大し、耐久性が低下してしまう。
【０００４】
このような応力を緩和するため、応力緩和層を形成した積層型圧電アクチュエータが知られている。例えば、特開２０１１－１８１９５８号公報（下記特許文献１）に記載の積層型圧電アクチュエータは、圧電セラミックス層と内部電極が交互に積層され、内部電極が１層毎に外部電極に接続されている。この積層型圧電アクチュエータは、１０層から４０層の圧電セラミックス層の中に、その層内に応力緩和層が形成された圧電セラミックス層が存在する構造を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１１－１８１９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無鉛圧電セラミック素材はＰＺＴに比べて変形しにくく、剛性が大きいため、応力緩和層を設けるだけでは応力緩和が十分でない可能性がある。特に、内部電極角部付近の応力集中によって圧電セラミックス層にクラックが発生するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の圧電素子は、圧電性を有する無鉛圧電磁器組成物で形成された圧電体と、内部電極と、が交互に複数層積層された圧電素子であって、前記圧電素子のうち前記内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面の外縁は、複数の辺と、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ連結する複数の応力緩和部と、を有し、前記応力緩和部は、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ延長させた部分が交わる点を仮想頂点とした場合に、前記仮想頂点よりも前記内部電極の中心側に位置するように形成されている、圧電素子である。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、圧電素子のうち内部電極の角部付近の応力を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施形態１の圧電素子の構成を模式的に示す断面図である。
図２は、図１の積層体の一部を積層方向に分解して示す斜視図である。
図３は、実施形態１圧電素子のうち内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面を示す断面図である。
図４は、実施形態２の圧電素子のうち内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面を示す断面図である。
図５は、実施形態３の圧電素子のうち内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施形態の概要］
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。
（１）本開示の圧電素子は、圧電性を有する無鉛圧電磁器組成物で形成された圧電体と、内部電極と、が交互に複数層積層された圧電素子であって、前記圧電素子のうち前記内部電極を積層方向と直交する方向に切断した断面の外縁は、複数の辺と、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ連結する複数の応力緩和部と、を有し、前記応力緩和部は、隣り合う一対の前記辺をそれぞれ延長させた部分が交わる点を仮想頂点とした場合に、前記仮想頂点よりも前記内部電極の中心側に位置するように形成されている、圧電素子である。
（【００１１】以降は省略されています）

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