ふしぎな石ころ

「圧電セラミックス」は、物理的な力を加えると電圧を発し、逆に電圧をかけると物理的に伸び縮みしたり振動する特性をもっています。この「ふしぎな石ころ」が秘めている可能性を解き放つこと。それが、富山村田製作所の使命です。


圧電セラミックスの特性

分極処理

圧電セラミックスは強誘電性を持つセラミックスからつくられる。セラミックスの結晶は正の電荷を持つ原子と負の電荷を持つ原子から構成されており、多くのセラミックスはこの正負の電荷のつり合いがとれた状態となっている。しかし強誘電性を持つセラミックスの中には、自然状態でも一つひとつの結晶中に電荷の偏り(自発分極)を生じているものがある。この強誘電セラミックスを焼き固めるのだが、そのままでは自発分極の向きがバラバラで、セラミックス全体としては見かけ上、電荷の偏りがないように見える。ところがこれに高い直流電圧をかけると、自発分極の向きが一方向にそろい、電圧を解いても元に戻らなくなる。この処理を分極処理という。強誘電セラミックスに分極処理を施すことで圧電セラミックスが生まれるのである。

分極処理


圧電特性

分極処理を施し結晶の自発分極の向きをそろえた圧電セラミックスに電圧をかけると、セラミックス内部の正負それぞれの電荷の中心が、外部電荷と引き合ったり、退け合ったりし、セラミックス本体が伸び縮みする。また圧力を加えると、結晶内部のイオン原子の偏りで片面には正の、反対面には負の電荷が現れる。逆に引っぱり伸ばすと、圧力を加えたときと逆の電荷が発生する。この圧電セラミックスに、時間によって正負が逆転する交流電圧をかけると、伸び縮みを繰り返すことになる。このように圧電セラミックスは結晶の分極を利用して電気エネルギーと機械エネルギーの変換を行うのである。

圧電特性


振動モード

セラミックス素材や分極処理の仕方によって、さまざまな形で伸び縮みする圧電セラミックスをつくることができる。この伸び縮みの種類を「振動モード」と言う。振動モードと、圧電セラミックスの材質や形状・寸法を組み合わせることで、目的とする周波数を発生する素子をつくるのである。

振動モード


圧電セラミックスの応用

電気エネルギーを物理的なエネルギーに、物理的なエネルギーを電気エネルギーに変換できる圧電セラミックス。この「圧電特性」を利用してさまざまな部品がつくり出されている。

圧電セラミックスの応用