単結晶圧電素子を用いた新しい小形・高性能機構デバイスの研究

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08305010
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中村 僖良 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00005365)
• 研究分担者: 佐藤 良夫 (株)富士通研究所, 部長(研究職) ; 曽根 秀昭 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (40134019) ; 玉井 輝夫 兵庫教育大学, 教授 (70053668) ; 若月 昇 石巻専修大学, 理工学部, 教授 (40275615) ; 沢 孝一郎 慶応大学, 理工学部, 教授 (10051674)
• キーワード: 機構デバイス / 圧電アクチュエータ / アーク放電 / 電極損傷 / リレー / 分極反転 / 圧電単結晶 / 有限要素法

研究概要

本研究では層状反転ドメインを利用した圧電アクチュエータを用いることにより、電磁コイル不要で、超小形・高集積化した機構デバイスの実現することを目指し、そのアクチュエータ機構、接点材料、駆動方法等の検討を行ってきた。本年度は、前年度の成果を踏まえ研究を行った結果、以下の成果が得られた。
1. 機構デバイスの基本となるアクチュエータの高性能化のために、LiNbO_3層状ドメインを利用したバイモルフ素子の変位と発生力の精密な制御方法を研究した。特に、屈曲共振モードを抑圧するための電極構造や駆動方法について新たな手法を提案した。
2. 分極反転型圧電アクチュエータを利用したサーボ形加速度センサの構成について検討を行った。有限要素法解析と電気機械等価回路解析により、先端質量不可を1.67gと増加させ高感度化をはかった。周波数が1Hzで振幅が0.4Galの加速度に対して10μVの高出力が得られた。
3. 開発した圧電バイモルフ形アクチュエータの応用として光変位センサと検出電極出力を用いて変位制御を行い、接点現象評価法の検討を行った。絶縁破壊電圧測定、接点間電流・電圧特性、及びロッキングによる吸着力測定の各々に本手法を用いたところ、接触圧力や変位量を精密に制御した評価試験ができることがわかった。
4. 層状反転ドメインを利用することにより極薄・高Qの屈曲振動子が得られる。このような振動子周辺には、エバネッセント音場と呼ばれる非放射音場が形成される。このエバネッセント音場を用いた近接センサを提案し、センサを試作するとともに物体検知実験を行った。その結果、この近接センサは0.1mm程度の極至近距離における近接度の検出が可能であること、また、検知対象物の依存性が少ないことが明らかとなった。

研究成果

• [文献書誌] N.Wakatsuki,H.Yokoyama,S.Kudo: "Piezoelectric Actuator of LiNbO_3 with an Integrated Displacement Seusor" Jpn.J.appl.Phys.37-1・5B. 2970-2973 (1998)
• [文献書誌] K.Nakamura,S.Hango: "Proximity Sensovs Utilizing an Evanescent Acoustic Field Formed by a Piezoelectric Beuding Vibrator" Jpn.J.appl.Phys.37-1・5B. 2853-2855 (1998)
• [文献書誌] Z.K.Chen,K.Sawa: "Effect of arc behavior on material transfer:A review" IEEE Trans on CPMT. (1998)
• [文献書誌] T.Tamai,H.Ohsaki,T.Kawano: "Improvement in Contact Resistance Characteristics of AgPd Allay due to a third Doping Agent" IEICE Trans.Electronics. E81-c・3. 362-368 (1998)
• [文献書誌] Y.Ebara,H.Sone,Y.Nemoto,T.Takagi: "A high-resolution measurement system for surface profile of electric contact" IEICE Trans.Electronics. E81-c・3. 432-434 (1998)
• [文献書誌] H.Yokoyama,N.Wakatsuki,S.Kudo: "A New Approach to Piezoelectric Gyroscope for higher Sensitivity" IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. (1998)