圧電効果

圧電効果とは?

圧電効果(古代ギリシャ語の「piezein」(押す)に由来)は、ある物質に機械的負荷を加えた時に電荷が発生する現象のことです。物質に力を加えると、その微細構造が変化し、正と負の双極を形成して、その間に電界が発生します。逆に、電界を形成することで、圧電体(PE)が弾性変形します。その圧電体の代表的なものの1つが水晶 (SiO2) です。

水晶の圧電効果

圧電素子に力を加えると、その力に比例した電荷が発生します。この電荷は、チャージアンプを用いて計測しやすい信号に変換することができます。他の多くの圧電素子と異なり、水晶は焦電性ではないため、温度変化にも耐性があります。Walter P. Kistlerが圧電信号用のチャージアンプ(電荷電圧変換器)を発明し、1950年に特許を取得したことで、動的および準静的プロセスの測定特性を備えたセンサにつながる道が切り拓かれました。

圧電効果の用途

圧電効果は、幅広い用途に利用できる圧電式センサの基礎となります。その用途は、自動車製造、プラスチック射出成形などの工業プロセスのほか、医療技術、航空宇宙産業、鉄道技術、バイオメカニクス、熱音響分野など多岐にわたります。用途に合わせて特別に設計した圧電式センサは、データを分析して生産成果の最適化につなげるプロセスモニタシステムの基礎となります。

圧電式センサの利点

圧電効果は印加の方向や結晶の極軸の位置に応じて、縦方向、横方向、せん断方向に分かれます。従って、圧電式センサはさまざまな利用方法で機械に組み込むことができます。歪ゲージと比較した場合、圧電式センサは、非常に広い測定範囲、短い測定ストローク優れた過負荷保護、長期安定性(製品によっては数10年)といった利点があります。圧電効果は、いわゆるIEPE型センサと組み合わせた場合に特に使い易くなります。

圧電効果(ピエゾ効果)について、より詳細な日本語の資料はこちらからダウンロードしていただけます。
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