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2014 年度 実績報告書

減災分野等極限環境用ロバスト圧電センサ・アクチュエータの創製

研究課題

研究課題/領域番号 24360043
研究機関千葉大学

研究代表者

浅沼 博  千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40167888)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード機械材料・材料力学 / 構造・機能材料 / 複合材料・物性 / 先端機能デバイス / 知的材料・構造システム / センサ / アクチュエータ / 圧電セラミックス
研究実績の概要

1)結晶方位解析による出力電圧向上メカニズム解明
先行研究では,界面層形成・接合法で作製した金属コア圧電セラミックスファイバ/アルミニウム複合材料(Piezo-Alと略称)は,圧縮残留応力を熱処理で緩和することにより出力電圧が向上することを明らかにした.今年度はその詳細なメカニズムの解明を試みた.具体的には,報告例が極めて少ない圧電セラミックスに対するEBSD(Electron Back Scatter Diffraction patterns)法を用いた結晶方位解析とそのPiezo-Alへの適用に成功し,その結果,分極と圧縮残留応力との関係および熱処理による出力電圧向上のメカニズムを明らかにした.
2)出力異方性解析および衝撃検知システム構築
Piezo-Alの出力電圧には,先行研究における振動試験,衝撃試験の結果から,ひずみ方向性依存があることが示され,このような有益な特性はPiezo-Al特有の電極構造に起因するものであることを,有限要素解析により示した.また,Piezo-Alの出力の距離減衰は,幾何減衰モデルで表すことが可能で,衝撃エネルギーの平方根に比例し,ひずみ方向に依存し位相が変化することが明らかになった.さらに,この出力電圧異方性を利用して衝撃検知システムの構築を試み,その結果,測定精度を維持しつつ従来型よりセンサ数を低減した衝撃検知システムの構築に成功した.また,ウェーブレット変換を用い推定誤差を5 mm以下にすることに成功した.
3)エネルギーハーベストのための出力電力評価
エネルギーハーベスターとしての能力を明らかにするため,Piezo-Alの出力電力の評価を行った.振動試験や圧縮振動試験を行い,出力電力は,ひずみの2乗と振動周波数の何れにも比例し増加すること,および外部抵抗と内部抵抗の値が一致する点で最大となることを示した.これにより最大3.4 mWの出力電力が得られることを試算できた.

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Fabrication of an aluminum matrix piezocomposite using hollow piezoelectric fiber2015

    • 著者名/発表者名
      H. Asanuma, Suprianto, T.Yanaseko, J. Kunikata, T. Chiba, K.Mizuuxhi H. Sato
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Journal

      巻: 2 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1299/mej.14-00372

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Characterization of a metal-core piezoelectric ceramics fiber/aluminum composite2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yanaseko, H. Asanuma, H. Sato
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Journal

      巻: 2 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1299/mej.14-00357

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Output voltage characteristics of piezoelectric fiber/aluminum composites fabricated by interphase forming/bonding method2015

    • 著者名/発表者名
      T. Yanaseko, H. Asanuma, T. Chiba, N. Takeda, H. Sato
    • 雑誌名

      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      巻: 39 ページ: 325-329

    • DOI

      10.14723/tmrsj.39.325

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of piezoelectric ceramic fiber/aluminum alloy composites2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yanaseko, H. Asanuma, H. Sato
    • 雑誌名

      Advances in Materials

      巻: 3 ページ: 22-26

    • DOI

      10.11648/j.am.20140304.11

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Applications of piezoelectric polymers in electrical power generation using ocean waves2015

    • 著者名/発表者名
      J.Su, H.Asanuma
    • 学会等名
      SPIE Smart Structures/NDE 2015
    • 発表場所
      San Diego, U.S.A
    • 年月日
      2015-03-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 圧電ファイバ/アルミニウム複合材料を用いた衝撃位置検知2014

    • 著者名/発表者名
      柳迫徹郎,佐藤宏司,平山祐輝,岡部真也,浅沼博
    • 学会等名
      第24回日本MRS年次大会
    • 発表場所
      横浜市,神奈川県
    • 年月日
      2014-12-11
  • [学会発表] Proposal Of Disaster Mitigation And Sustainable Engineering2014

    • 著者名/発表者名
      H. Asanuma, Y. Furuya, T. Yanaseko
    • 学会等名
      ASME conference on Smart Materials, Adapting Structure and Intelligent Systems 2014
    • 発表場所
      Newport, U.S.A
    • 年月日
      2014-09-10
  • [学会発表] 減災・サステナブル工学の今後の展望2014

    • 著者名/発表者名
      浅沼博
    • 学会等名
      2014年度機械学会年次大会ワークショップ
    • 発表場所
      足立区, 東京都
    • 年月日
      2014-09-08
    • 招待講演
  • [学会発表] スマート減波構造の創製に関する基礎的検討2014

    • 著者名/発表者名
      浅沼博,大嶋一輝,柳迫徹郎,鈴木啓,片山大輝
    • 学会等名
      2014年度機械学会年次大会
    • 発表場所
      足立区, 東京都
    • 年月日
      2014-09-08
  • [学会発表] 圧電ファイバ/アルミニウム複合材料の繊維体積率増加による性能向上2014

    • 著者名/発表者名
      芦田光,柳迫徹郎,浅沼博,佐藤宏司
    • 学会等名
      2014年度機械学会年次大会
    • 発表場所
      足立区, 東京都
    • 年月日
      2014-09-08
  • [学会発表] 金属コア圧電ファイバ/アルミニウム複合材料の出力電圧異方性を利用した衝撃検知の検討2014

    • 著者名/発表者名
      柳迫徹郎,浅沼博,佐藤宏司
    • 学会等名
      2014年度機械学会年次大会
    • 発表場所
      足立区, 東京都
    • 年月日
      2014-09-08
  • [学会発表] Fabrication of an aluminum piezocomposite using hollow piezoelectric ceramics fiber2014

    • 著者名/発表者名
      H. Asanuma, Suprianto, T. Yanaseko, J. Kunikata, T. Chiba and H. Sato
    • 学会等名
      International Conference of Materials and Processing 2014
    • 発表場所
      Detroit, U.S.A
    • 年月日
      2014-06-10
  • [学会発表] Characterization of a metal-core piezoelectric ceramics fiber/aluminum composite2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yanaseko, H. Asanuma and H. Sato
    • 学会等名
      International Conference of Materials and Processing 2014
    • 発表場所
      Detroit, U.S.A
    • 年月日
      2014-06-10

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公開日: 2016-06-01  

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