圧電セラミックスの新分野への応用(1)

1880年にキュリー兄弟がトルマリンの圧電効果を発見して以来、圧電セラミックスの歴史は石英とBaTiO3から始まり、セラミックスは圧電の歴史において重要な役割を果たしてきました。しかし、PZT 圧電セラミックスの発見以降、圧電セラミックスの応用速度は大幅に加速し、圧電セラミックスの応用は新たな局面を迎えました。

圧電セラミックスは、機械エネルギーと電気エネルギーを相互に変換し、圧電効果を示す機能性セラミックス材料です。いわゆる圧電効果とは、応力によって分極（または電場）が誘起される、または電場によって応力（または歪み）が誘起される現象を指します。前者は正の圧電効果、後者は負の圧電効果です。電気的効果。これまでのところ、この圧電効果は 圧電管トランスデューサは、 産業、軍事、医療、日常生活など、人々の生活に密接に関係する多くの分野で応用されています。圧電セラミックスの研究は非常に重要な意味を持つことがわかります。新しいプロセスや新しい材料の出現により、圧電セラミックスは日々変化しています。この論文では、圧電セラミックスのいくつかの新しい用途について説明します。圧電セラミックスは幅広い用途に使用されています。一般に、周波数制御、トランスデューサーセンシング、および光電子デバイスに分類できます。圧電セラミック周波数制御デバイスには、フィルター、共振器、遅延線が含まれます。これらのデバイスは、トラッカー、マイコン、およびカラー TV 遅延回路で使用されます。圧電セラミックシート（圧電振動子）は、外部交流電圧の作用により特定の周波数で機械振動を発生します。このような振動の振幅は一般に小さいですが、印加電圧の周波数が圧電振動子の機械固有振動周波数と同じになると共振が起こり、振幅が大きく増加します。このとき、交番電界により逆圧電効果により歪みが発生し、その歪みが正の圧電効果により電流を発生させる。

圧電デバイスは、産業用および民生用製品だけでなく、軍事用途にも広く使用されています。例えば、 ピエゾセラミックストランスデューサは 点火に長い間使用されてきました。 1969年、中国は圧電ヒューズに圧電材料を使用し、新型40ロケットに搭載して量産を開始した。年間最大生産量は300万個を超え、103年間の累計生産量は2,000万個を超えました。 103 種類近くの種類があり、主に徹甲弾​​に使用されます。レーダー、軍用通信、ナビゲーション機器などの他の重要な分野では、多数の圧電セラミック フィルターや圧電 SAW フィルターが必要です。米国の技術および市場評価会社が最近テイマーレポートで指摘したように、圧電フィルタは人々があまり注目しない基本コンポーネントですが、それがなければ重要です。最新の通信、ナビゲーション、防衛機器は機能しません。圧電フィルタのこの重要な役割は巨大な市場を形成し、その用途は拡大し続けています。私の場合を例に挙げてみましょう。長年にわたり、多くの種類の圧電セラミックフィルター、圧電SAWフィルター、SAW遅延線、振動子を開発、生産してきました。さまざまなタイプの圧電加速度計、圧電ジャイロ、圧力電気傾斜計などを開発、生産しており、軍事および民間用途で広く使用されています。

2 つの新しいデバイスと新しいアプリケーション

これらの新しいセラミック アクチュエータの一般的な用途には、リニア アクチュエータ、往復ポンプおよびキャビティ ポンプ、スイッチ、スピーカー、圧力計、バイブレータ、ウォーター ジェットおよび受信機、光偏向器、リレー、ノイズ低減および減算振動デバイス、インテリジェント システムなどがあります。特に、大理石とドームのアクチュエータは自動車産業において大きな可能性を秘めており、センサーやダンパー部品、バルブのスイッチング素子として使用できます。マーブルアクチュエータは、サイズが小さく、応答が速い用途に使用されます。光学スキャナーでの使用に成功しています。高密度メモリストレージドライブ。 CDROM ドライブや光磁気メモリ記憶ドライブなどのビーズ タイプのアクチュエータのもう 1 つの用途は、輸送時の正確な位置決めです。大理石とドームのアクチュエータは、ハイドロフォン、加速度計、航空音響トランスデューサーにも使用できます。さまざまなタイプの圧電セラミック アクチュエータの機能。圧電および電歪セラミックアクチュエータは、剛体変位デバイスと共振変位デバイスに分類できます。共振変位デバイスは、圧電超音波モーターなどの機械共振周波数での交流電場励起によって生成される交流歪みです。通常の電磁モーターからの置き換えに。研究者たちは、高出力超音波モーターを開発するために多くの努力を払ってきました。超音波モータは、電磁モータの高速・小トルクとは対照的に、「低速・高トルク」が特徴です。

現在開発中の超音波モータには定在波型と送信波型の定在波型があり、振動カプラ型とも呼ばれます。振動部材は圧電アクチュエータに結合されており、端から水平方向の楕円運動を生じます。一般に定在波型は効率が高いですが、クロックの正負の方向制御に問題がありません。今回、多層の圧電アクチュエーターと音叉状の金属脚を組み合わせたリニア超音波モーターを開発した。 2つの脚の機械的共振周波数はわずかに異なるため、駆動周波数を変更することで2つの脚を制御できます。屈曲振動間の位相差。滑る動きは馬の前脚と後脚の使い方に似ています。 98 kHz の 6 V 電圧で駆動した場合、サイズ 20 mm × 20 mm × 5 mm のテスト モーターは、最大速度 20 m/s、最大牽引力 2 N、最大効率 20% (作動電力 0.7 W) を示します。このモーターは精密 xY プラットフォームで使用されています。