圧電発電技術動向と用途展開

第1部 圧電セラミックを用いたエコ、マイクロ発電の技術動向とアプリケーションの現状

(2013年5月29日 11:00〜12:30)

セラテックエンジニアリング (株) 代表取締役社長 岡本 正昭 氏

　圧電発電の特徴は自立型電源でバッテリーレスであることと、メンテナンスフリー、耐久性に優れており、防水加工処理をすることで耐水性を確保することが可能であることがあげられる。発生する電力はソーラー発電、風力発電等と比べると比較にならないほど小さな電力だが、アプリケーション次第でエネルギーハーベスト電源として限られた市場では便利エコマイクロ発電器となる。 　当社では、衝撃、振動を受けて発電するため、当社の圧電発電ユニットはインパクトバッテリー (INPACT BATTERY) として商標登録をしている、本セミナーでは、如何に効率良く発電させるかをアプリケーションに組み込んだサンプルで、インパクトバッテリーの応用例を説明する。

1. マイクロ発電 (IPB GENERATOR)
   1. 暗闇の誘導灯
   2. 自転車のペダル、サドル、泥除けの表示灯
   3. 工作機械、船舶、重機の振動発電ならびに充電
   4. ヘルメットの表示
      • アモルファスとハイブリット
   5. 光る杖、ランドセル、ジョギングウェアー等
2. 圧電センサー (IPB SENSOR)
   1. 車両接近警報センサー
   2. ベッド上の人の生体センサー
      • 心拍
      • 呼吸
      • 寝返り
   3. セキュリティセンサー
      • ピンポイントセンサー
   4. 風速計、水流系センサー
   5. 建造物ヘルスモニタリング
      • トンネル
      • 橋梁
      • ビル
      • 土砂
   6. 骨伝導マイクロホン
3. 圧電発電体 (IPB SOUND ACTUATOR)
   1. ヘルメット通信
      • ハイパーレスキュー
      • 消防
      • 土木
      • 建築
      • 鉄道
      • 他
   2. 骨伝導スピーカー
   3. 指向性スピーカー
   4. 平面スピーカー
      • 看板
      • テーブル
      • 机
      • 他
4. ACTUATOR
   1. 超音波モーター
      • 定在波型
   2. 織機用ACTUATOR
   3. 圧電式パーツフィーダー
   4. 圧電式シリンダー

• 質疑応答

第2部 非鉛系圧電材料の研究動向と新規材料探索の方針

(2013年5月29日 13:20〜14:50)
山梨大学 大学院 医学工学総合研究部 教授 和田 智志 氏

　PZTを超える圧電特性を非鉛系セラミックスで実現する、つい最近まで夢物語で絶対に無理だと考えられてきたこの定説が今覆されようとしている。 　そこで、この講演ではPZTの高い圧電特性の起源である微構造を説明し、その上でPZTの圧電特性を超える理想的な微構造を提案し、それを実現する手法を説明する。

1. 背景
   1. 圧電応用
   2. 材料
   3. 問題点
   4. 解決策
2. PZTの秘密
   1. 発見の歴史
   2. 相図
   3. 結晶構造
   4. 微構造
   5. ドメイン構造
   6. 分極回転機構
   7. 組成相境界 (MPB)
   8. ナノドメインとマクロドメイン
   9. 複合ドメイン構造
3. ドメインエンジニアリング
   1. ドメイン構造
   2. 巨大圧電特性の発見
   3. エンジニアード・ドメイン構造
   4. 巨大圧電特性の起源
   5. ドメイン壁の秘密
   6. Chargedドメイン壁と中性ドメイン壁
   7. 理想的なエンジニアード・ドメイン構造
   8. ナノドメイン構造への道
   9. PZTを超える複合ドメイン構造の提案
4. ナノドメインエンジニアリングの提案
   1. ナノドメイン導入のための指針
   2. 鉛系単結晶材料におけるナノドメイン導入の実績
   3. 非鉛系圧電材料への展開
   4. その実現
   5. ナノドメイン構造から複合ドメイン構造へ
   6. 非鉛系材料を用いた複合ドメイン構造における巨大圧電特性の発現
   7. 問題点と解決すべき課題
5. 今後の方針
   1. 非鉛圧電材料におけるナノドメインエンジニアリングの展開
   2. 設計指針
   3. その実現への道
6. まとめ
• 質疑応答

第3部 圧電ファイバ/アルミニウム複合材料の開発

～実用化に向けた圧電素子の高機能化を目指して ～

(2013年5月29日 15:00〜16:30)

千葉大学 機械工学科 教授 浅沼 博 氏

　最近、構造材料にセンサやアクチュエータ等の機能を同時に発現させる「スマート機械材料システム」が注目されている。その背景に有るのは、いわゆるスマート材料、インテリジェント材料であり、圧電材料はその代表的存在である。 　圧電セラミックスは、優れたセンサ・アクチュエータ材料、電気・機械エネルギー変換材料であるが、非常に脆弱であるという欠点がある。 　しかし、その用途は過酷な環境へと急速に拡大しつつあり、材料としての脆さの克服、デバイスとしての耐久性向上等が急務となっている。 　このような要請に応えるため、浅沼らは自ら発明した「界面層形成・接合法」により、圧電セラミックス繊維をアルミニウムに複合化することに世界で初めて成功し (日本、ドイツ、韓国で特許成立済) 、構造簡略化、金属マトリックスによるセラミックス保護のみならず、材料作製時に負荷される圧縮熱残留応力による動作ひずみの拡大をも実現し、NASA、Fraunhofer、産総研等に所属する内外の超一流研究者から、高い評価と研究協力を得ている。 　本セミナーでは、圧電素子の高機能化に向けた浅沼らの研究成果、すなわち新圧電複合材料の画期的創製プロセス、その特性および実用化に向けた取組みを中心に解説する。

1. はじめに
   1. スマート材料、スマート機械材料システムとは
   2. 圧電複合材料
2. 圧電ファイバ/アルミニウム複合材料
   1. 独創的創成法「界面層形成・接合法」
   2. 各種特性評価
   3. 圧縮残留応力の影響
3. 低コスト化への挑戦
   1. 中空圧電ファイバの利用
   2. スマートプレス
4. 実用化に向けて
   1. 動ひずみセンサ
   2. 粘性センサ
   3. タイヤセンサ
   4. その他
5. おわりに

• 質疑応答