Micro cryogenic piezoelectric transducers for non contact drive actuator

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02054
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: Kanda Takefumi 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (30346449)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 大介 岡山大学, 自然科学学域, 助教 (00735657)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 圧電アクチュエータ / 圧電振動子 / 極低温 / マイクロアクチュエータ

Outline of Final Research Achievements

In this research, a micro piezoelectric transducer using a novel preload mechanism which can be used under ultra-low temperature condition, a levitation mechanism using an acoustic radiation pressure in helium under cryogenic condition, and a small non-contact driving mechanism using acoustic viscous force in the condition have been studied. Based on analyses for a principle verification and design, fabricated piezoelectric transducers and mechanisms have been evaluated in an experimental setup using a cryostat with optical and mechanical measuring system. Those analytical and experimental results show the effectiveness of the proposed structure of piezoelectric transducer and small driving systems using piezoelectric actuators although the use of piezoelectric material in the cryogenic condition has difficulty in general.

Free Research Field

精密機能要素

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エネルギー関係などの産業応用分野や先端的な科学計測の分野では、20 Kから4.5 K程度の低温領域で用いることのできる小型アクチュエータが必要とされ、圧電素子などの小型の固体アクチュエータを駆動源とすることによる機器の大幅な小型化や高度な制御性の実現は、極めて重要な課題である。低温、特に極低温下では、圧電アクチュエータの性能は大きく低下する。本研究では、極低温環境での使用に適しマイクロ化が可能な予圧印加構造を持つ圧電振動子の有効性を示し、さらに非接触式の駆動を可能とする機構を実現するうえで重要な知見を得た。これらの成果は、低温環境用の小型の非磁性・非接触駆動機構の実現に寄与すると考えられる。