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公開番号2025062173
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-14
出願番号2023171060
出願日2023-10-02
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 30/50 20230101AFI20250407BHJP()
要約【課題】破断予定層を別途設ける必要がないので、目標駆動量にするために圧電素子を小さな体積で作製しつつ、駆動部にクラックが発生することを抑制する。
【解決手段】本開示の圧電素子10は、第1電極と、第1電極とは電位の異なる第2電極と、第1電極と第2電極とに挟まれた圧電体11,12と、が積層され、圧電体11,21が、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む無鉛圧電磁器組成物を主相とし、さらに主相とは異なる組成の酸化物を含む副相から構成される圧電素子10であって、圧電体11,12は、積層方向において圧電体11,12を挟んで隣り合う第1電極と第2電極との間に存在して圧電駆動する駆動部12と、駆動部12以外の駆動不活性部11と、から構成され、駆動不活性部11の破壊靭性は、駆動部12の破壊靭性よりも小さい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１電極と、前記第１電極とは電位の異なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体と、が積層され、
前記圧電体が、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む無鉛圧電磁器組成物を主相とし、さらに前記主相とは異なる組成の酸化物を含む副相から構成される圧電素子であって、
前記圧電体は、積層方向において前記圧電体を挟んで隣り合う前記第１電極と前記第２電極との間に存在して圧電駆動する駆動部と、前記駆動部以外の駆動不活性部と、から構成され、
前記駆動不活性部の破壊靭性は、前記駆動部の破壊靭性よりも小さい、圧電素子。
続きを表示（約 350 文字）【請求項２】
前記副相の酸化物は酸化物粒子を含み、
前記駆動不活性部の前記酸化物粒子の平均粒子径は、前記駆動部の前記酸化物粒子の平均粒子径よりも大きい、請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記副相の酸化物はマンガンを含む、請求項１または請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
１つの前記第１電極、１つの前記圧電体、および１つの前記第２電極がこの順に並んで積層されたものを１つのユニットＳ、１つの前記第２電極、１つの前記圧電体、および１つの前記第１電極がこの順に並んで積層されたものを１つのユニットＴと定義した場合に、前記第１電極あるいは前記第２電極を共有しながら前記ユニットＳとＴが交互に構成されている、請求項１または請求項２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 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
圧電セラミック電子部品として、例えば特表２００６－５１８９３４号公報（下記特許文献１）に記載の圧電式のアクチュエータが知られている。このアクチュエータは、複数のセラミック層を仮想の１つの縦軸線に沿って互いに上下に積層することによって形成されている。隣接する２つのセラミック層の間には電極層が配置されている。電極層は、一方の電極に対応して配置された電極層２ａと、他方の電極に対応して配置された電極層２ｂと、を備えている。電極層２ａは外側接点部材５２によって互いに導電接続され、電極層２ｂは外側接点部材５１によって互いに導電接続されている。不活性領域の範囲では、電極層２ａ，２ｂは互いにオーバーラップされておらず、１つの極の電極層のみが不活性領域に存在している。
【０００３】
不活性領域の内側の縁に生じる引っ張り応力がアクチュエータの内部へ伝播するのを防止するために、縦軸線方向に所定間隔を空けて複数の目標破断層が設けられている。引っ張り応力によって亀裂が発生した場合、その亀裂は目標破断層に向けて広がりやすくなっているため、亀裂が上方もしくは下方に向かって電極層２ａまたは電極層２ｂを破断して損傷させてしまうことを回避できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２００６－５１８９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のアクチュエータでは、目標破断層を別途設ける必要があり、単位体積当たりの駆動量が減少してしまうので、目標駆動量を達成するためにアクチュエータ自身の体積が大きくなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の圧電素子は、第１電極と、前記第１電極とは電位の異なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体と、が積層され、前記圧電体が、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む無鉛圧電磁器組成物を主相とし、さらに前記主相とは異なる組成の酸化物を含む副相から構成される圧電素子であって、前記圧電体は、積層方向において前記圧電体を挟んで隣り合う前記第１電極と前記第２電極との間に存在して圧電駆動する駆動部と、前記駆動部以外の駆動不活性部と、から構成され、前記駆動不活性部の破壊靭性は、前記駆動部の破壊靭性よりも小さい、圧電素子である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、破断予定層を別途設ける必要がないので、目標駆動量にするために圧電素子を小さな体積で作製しつつ、駆動部にクラックが発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態の圧電素子の構成を模式的に示す断面図である。
図２は、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、積層体のＷ－Ｔ断面図である。
図４は、積層体のＬ－Ｔ断面図である。
図５は、積層体のＷ－Ｔ断面図において破壊靭性の評価位置を示す図である。
図６は、積層体のＬ－Ｔ断面図において破壊靭性の評価位置を示す図である。
図７は、圧こんおよび亀裂の対角線長さを示す図である。
図８は、副相の平均粒子径の測定視野の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［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、第１電極と、前記第１電極とは電位の異なる第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とに挟まれた圧電体と、が積層され、前記圧電体が、ニオブ酸アルカリ系ペロブスカイト型酸化物を含む無鉛圧電磁器組成物を主相とし、さらに前記主相とは異なる組成の酸化物を含む副相から構成される圧電素子であって、前記圧電体は、積層方向において前記圧電体を挟んで隣り合う前記第１電極と前記第２電極との間に存在して圧電駆動する駆動部と、前記駆動部以外の駆動不活性部と、から構成され、前記駆動不活性部の破壊靭性は、前記駆動部の破壊靭性よりも小さい、圧電素子である。
【００１０】
圧電素子が駆動すると、駆動部が圧電駆動するのに対し、駆動不活性部が圧電駆動しないため、駆動部と駆動不活性部の境界に応力が発生する。ここで、駆動不活性部の破壊靭性が駆動部の破壊靭性よりも小さいため、応力によって亀裂が発生した場合にその亀裂は駆動不活性部に向けて広がる。したがって、駆動部に亀裂が発生することを回避できる。また、破断予定層を別途設ける必要がないので、目標駆動量にするために圧電素子を小さな体積で作製できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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