| 研究課題/領域番号 |
17K06805
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| 研究機関 | 長岡工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
梅田 幹雄 長岡工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (00342478)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 圧電縦効果素子 / 圧電横効果素子 / 反電界効果 / 共振-反共振 / 高調波 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は圧電縦効果セラミックス素子における振動レベル特性を測定する手法，及び圧電横効果素子の反共振下における振動レベル特性を測定する手法を提案し，それぞれの特性を測定することを目的としている。
電気的過渡応答法を用いて圧電縦効果素子単体の振動レベル特性の測定・算出を試みた。ここでは，電気的共振下における圧電縦効果素子の振動レベル特性を測定し，その結果を用いて電気的反共振特性，すなわち機械的共振特性を推定すると共に，主要定数の振動レベル特性を算出する方法を考案した。そして，その方法で測定・算出した結果を圧電横効果素子の特性と比較したところ，同じ振動速度で用いるならば，共振周波数や機械的品質係数の変化率が小さく，損失パワー密度の小さい圧電縦効果素子を用いる方が有利であることがわかった。この理由として，圧電縦効果素子の振動応力は反電界効果によって小さな値となっていると考察された。一方，同じ振動応力で用いるならば，共振周波数の変化率及び，機械的損失パワー密度は圧電縦効果素子，圧電横効果素子両者とも同じ傾向でほぼ同じ値の特性であることがわかった。
次いで，共振-反共振間における高振動レベル下での圧電横効果素子の高調波特性を測定するために，圧電横効果素子に外部キャパシタを直列接続して振動を励起し電気的過渡応答法で測定する方法を検討した。外部キャパシタ容量を小さくして電気的共振周波数を反共振周波数方向に移動させた場合に第三高調波成分が低下する傾向が確認できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
電気的共振下における圧電縦効果素子の振動レベル特性を測定し，その結果を用いて電気的反共振特性，すなわち機械的共振特性を推定すると共に，主要定数の振動レベル特性を算出する方法を考案したが，まだ一種類の材質の圧電素子しか測定解析していない状況である。他の材質の試料も測定しその傾向を確認する必要があるが，レーザドップラ速度計が故障してしまい，振動速度を測定できない状況となっている。
圧電横効果素子に外部キャパシタを直列接続して振動を励起し電気的過渡応答法で共振-反共振間における高振動レベル下での特性を測定する方法を検討しているが，こちらは外部キャパシタの特性変化とその影響については考察されていない状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度はまず，レーザドップラ速度計の修理を試みるが，古い機種のため難しいことが予想される。また，新しいレーザドップラ速度計を購入する予算調達も難しい。修理が可能であれば，他の圧電材料の圧電縦効果素子の振動レベル特性の測定を試みる。もし修理が不可能の場合や新しいレーザドップラ速度計の購入ができない場合は，レーザドップラ速度計を用いずに電流波形のみを用いて電気的過渡応答法にて簡易的に高振動レベル下での特性を測定算出する方法を検討する。
また，圧電横効果素子に外部キャパシタを直列接続して振動を励起し電気的過渡応答法で共振-反共振間における高振動レベル下での特性を測定する方法では，外部キャパシタの周波数特性や電圧電流特性を測定し，その影響について調査してこの方法での信頼性を確認する。
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