酸化物セラミックス―圧電セラミックス

電気機械トランデューサとしてのセラミック

圧電セラミックスは、圧力や加速度などの機械パラメータを電気パラメータに変換したり、反対に、電気信号を機械的動作や振動に変換するために使用されます。

圧電セラミックス材料は機能性セラミックスに分類されます。センサーでは結合力、圧力、加速度を電気信号に変換でき、音波と超音波トランスデューサ、アクチュエータでは電気電圧を振動やデフォーメーションに変換できます。圧電セラミック材料は一方では化学組成に応じて分類され、他方では特定の適用条件によって分類されます。CeramTecは次の材料カテゴリによって区別しています。

  • 電力トランデューサ用材料(超音波アプリケーション)
  • センサー用材料(超音波トランスミッタとレシーバ)
  • アクチュエータ用材料(高精度位置調整もしくは射出方式)
  • 特殊アプリケーション用材料

金属化圧電セラミックスの接点は、導電性接着剤、導電性ゴム、バネ接点もしくはハンダ付け等を使用して作ることができます。

知っておきたい情報:

圧電セラミックス特性の選択

  電力トランスデューサ センサー アクチュエータ
比誘電率 ε33 τ/ε0 1,000 – 1,300 1,500 – 1,850 1,800 – 3,800
誘電損率 tan δ 2x10-3
3x10-3
12x10-3
20x10-3
15x10-3
16x10-3
周波数定数NP,
KHz⋅mm
2,210 – 2,280 2,020 – 2,050 1,960 – 2,010
結合係数kP 0.55 – 0.57 0.59 – 0.62 0.65
充電定数d33,
10-12 C/N
240 – 310 390 – 450 475 – 680
電圧定数g33,
10-3 Vm/N
26.9 – 27.1 26.9 – 33.1 20.2 – 28.5
弾性コンプライアンスS11ε,
10-12 m2/N
11.4 – 14.9 16.3 – 18.5 15.8 – 17.9
弾性剛性C33D,
1010N/m2
15.9 – 16.2 14.5 – 15.8 14.7 – 15.2
密度g/cm2 7.65 – 7.70 7.65 – 7.80 7.70 – 7.83
質量Qm 500 – 1,000 60 – 90 75 – 80
経時変化率Cε, % -4.5 to -3.0 -2.3 to -0.3 - 1.6 to -0.8

圧電セラミックスには幅広い用途があります。圧電セラミックスは、自動車産業においては、ノックやオイルセンサー、もしくはエンジンの噴射プロセスを精密に制御するためのアクチュエータなどで、数多く適用され使用されています。医療技術においては、圧電セラミック部品が、砕石装置、プラーク除去機器、吸入器等で使用されています。機械工学における一般的なアプリケーションは、超音波洗浄、超音波溶着、アクティブ制振などです。楽器もしくは圧電ガス点火用としては、民生用アプリケーションの圧電技術の例があります。