| 研究課題/領域番号 |
21K04703
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 |
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研究代表者 |
佐藤 宏司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70344166)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 圧電 / 分極反転疲労 / エナジーハーベスト / 圧電材料 / 分極 / 疲労 / 余寿命判断 / 余寿命診断 / 残留分極 / ヘルスモニタリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ビルや橋、一般家屋がこれまで地震等で受けてきた歪みの大きさや回数の履歴を強誘電性薄膜の残留分極の疲労特性として記録し、余寿命を診断するためのセンサの開発を行う。歪みエネルギーを電気エネルギーに変換する圧電デバイスと、変換された電気エネルギーを用いて分極反転を繰り返し、残留分極の疲労情報として振動の回数を記録する振動記録デバイスから成り立っており、外部から電気エネルギー供給無しに動作する。分極反転疲労情報を用いることにより10の5～10乗回といった膨大な歪み回数を記録可能であり、構造物がこれまで受けてきた疲労の蓄積を定量的に示し、余寿命を評価するときの指標に利用可能である。
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| 研究成果の概要 |
機械要素へ余寿命判断デバイスを応用するために、スラスト型転動試験機で駆動用圧電素子の出力検出試験を行った。ボールベアリング等の機械要素には直接駆動用圧電素子を設置することが困難なため、試験機周辺に駆動用の圧電材を取り付けたが、出力される信号は記録用のセンサを分極反転させるには極めて微弱であり、余寿命判断センサ自体の再設計が必要になった。またノイズが極めて高く、正確な振動履歴を記録することが困難なため、パッシブフィルタを駆動用圧電素子と記録用センタの間に加えた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
強誘電性薄膜の厚み、センササイズ、分極電圧、分極周波数等の様々なパラメータを変化させた場合の残留分極の疲労状況を評価し、データマップの作成を行った。このデータマップを利用することにより、強誘電体薄膜センサの分極反転疲労状況から、構造体にこれまで加わった振動履歴を同定することができ、算出した振動履歴から、構造体の余寿命を判断することが可能となる。
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