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2021 年度 実績報告書

圧電アクチュエータの界面剥離発生機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K03855
研究機関大阪工業大学

研究代表者

上田 整  大阪工業大学, 工学部, 教授 (10176589)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード圧電材料 / 傾斜機能材料 / 破壊力学 / 弾性数理解析 / 電気的負荷
研究実績の概要

ユニモルフ型圧電アクチュエータは,機能・コスト両面で優れており,多方面で使用されているが、圧電材料と金属平板間の界面剥離が問題となっている。圧電アクチュエータは、微小変位制御において,空気圧式,油圧式,電気式などに比べて変位精度および応答速度に優位性を有しているが,変位レンジおよび発生力に関しては,十分と言い難い.このため,屈曲型や積層型が開発されているが,変位レンジおよびコストの両面から屈曲型が比較的多く使用されている.屈曲型の場合,一枚の金属板に一枚の圧電材料を張付けたユニモルフ型や二枚の圧電材料を用いて構成されるバイモルフ型が一般的であるが,金属板との接着層や金属電極層などの接合界面から剥離が発生することが知られている.
このため,傾斜機能圧電材料が開発され,ユニモルフ型やバイモルフ型圧電アクチュエータシステムの応力低減のために用いられている.最近は,屈曲型アクチュエータの信頼性向上を目的として傾斜機能圧電材料の開発が進められており,傾斜機能材料単体の強度評価は精力的に行われているが,上記のような接合界面が存在する傾斜機能圧電アクチュエータの破壊力学的挙動を詳細に調査した研究は数少ないのが現状である.
本研究では,微小き裂を有する圧電アクチュエータシステムをモデル化した傾斜機能圧電平板(FGPM)と金属平板から成る二層平板を対象に,一般の使用形態を模擬した電気的負荷が作用する場合を考え,微小き裂に起因する電気弾性破壊力学的挙動を解明し,微小き裂が界面まで進展した場合のき裂先端近傍の特異応力場・電気場を特定することに成功している.さらに、圧電アクチュエータには衝撃負荷が作用する場合もあり、衝撃破壊力学解析を実施した。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Dynamic response of a line crack perpendicular to the interface between a functionally graded piezoelectric strip and a homogeneous strip2022

    • 著者名/発表者名
      Sei Ueda and Ryousuke Naka
    • 雑誌名

      Bulletin of the JSME, Mechanical Engineering Journal

      巻: 9 ページ: 21-00385

    • DOI

      10.1299/mej.21-0-385

    • 査読あり
  • [学会発表] A crack normal to the interface between a functionally graded piezoelectric material strip and a homogeneous elastic layer under an electric load2021

    • 著者名/発表者名
      Y.Yamabata and S.Ueda
    • 学会等名
      7th Asian Conference on Mechanics of Functional Materials and Structures, ACMFMS2020+1
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2022-12-28  

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