2014 Fiscal Year Annual Research Report
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
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24360043
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
浅沼 博 千葉大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40167888)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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．
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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