Quantitative modelling of piezoelectric high-power characteristics

压电高功率特性的定量建模

• 批准号: 18J22170
• 负责人: 三宅 奏
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22170/
• 关键词: 圧電材料; 強力超音波; 非線形振動; 超音波デバイス; 高次弾性; 非鉛圧電材料; 温度依存性

本研究では、医療用超音波デバイスや超音波探傷用探触子のような強力超音波デバイスにおいて、大振幅励振においても高性能な入出力特性を維持可能な圧電デバイスの開発と、強力超音波応用分野における環境に配慮した非鉛系圧電材料の実用化を目指し、圧電材料のハイパワー特性の定量的評価方法の考案とその応用を目的としている。本年度は、これまで圧電非線形振動のモデル化で考慮してきた3次弾性振動に加えて、より大振幅の圧電振動の際に問題となる5次非線形振動を取り入れたモデル化を行うと共に、ハイパワー特性に優れる非鉛圧電材料を用いて作製した超音波モータの高トルク化のために、設計改良に取り組んだ。昨年度までに、独自考案した圧電ハイパワー特性の定量的評価方法を用いて、3次弾性定数絶対値が小さくハイパワー特性に優れた非鉛圧電材料である、チタン酸ビスマスナトリウム―チタン酸バリウム(Bi,Na)TiO3-BaTiO3 [BNBT]の積層振動子を用いて、小型超音波モータを製作し、実デバイスでの特性評価を行ってきた。しかし、非対称形状でありノード点を支持できていない点、積層振動子に予圧をかけられない構造になっている点、摩擦力によって直動変位を回転力に変換する弾性フィンのアラインメントが接着によりばらつきスムーズな回転が得られない点が問題であった。そこで本年度は、積層振動子を金属部材で挟み込みボルト締結によって予圧をかけ、弾性フィンをロータ側に配置してアラインメントを改善し、対称形状としてノード点を支持できる構造とした。この結果、予圧0.5 N,印加電圧90 Vppで418 rpmの高速な回転が得られた。これにより、ハイパワー特性に優れる非鉛圧電材料を選択することで、強力超音波デバイスの実現が可能になることが示された。

这项研究旨在开发打电器设备，即使在强大的超声设备（例如医用超声设备和超声缺陷检测探针）中，即使在大幅度激发中也可以保持高性能输入/输出特征，并实际使用环境友好的无铅铅材料，以在强大的超声应用程序中使用强大的量化功能，并使用强大的量化压电材料。压电材料。在今年，除了建模在建模的三级弹性振动外，直到现在为压电非线性振动进行了建模，直到现在到目前为止，我们还建模了第5阶非线性振动，这是一个问题，当压电振动的压电振动的振动振幅较大时，我们还可以通过较大的设计来改进使用高效率的型号的设计改进。直到去年，我们已经使用了一种定量评估方法来解决我们已经设计的压电高功率特征，并使用了一个小型的超声电机，并使用层压型二烷基二苯二酸钛酸钛钛酸钠（BI，NA）Tio3-batio3 [Bnbt]的层压型钛酸钠（BI，NA）[BNBT]，具有较高的优质材料和出色的质量质量的物质，并具有出色的质量质量的质量，并具有第三个质量质量的质量，以实现较高的质量，并具有出色的质量质量，以实现较高的质量，以实现较高的质量，并具有未来的质量较高的材料，并具有出色的标志性。已经使用实际设备对特性进行了评估。但是，存在一些问题，例如不对称形状和节点点不能支持，结构不能应用于层压式传感器，并且弹性鳍的比对将线性位移转化为旋转力的弹性鳍的比对因粘附而导致摩擦力变化，从而使其无法获得平滑的旋转。因此，今年，通过将层压振动器夹在金属成员和固定螺栓之间，并将弹性鳍放在转子侧以改善对齐方式，从而产生对称的形状，从而使节点点得到支持。结果，以0.5 n的预紧力获得了418 rpm的高速旋转，施加电压为90 VPP。这表明，通过选择具有出色高功率特性的无铅压电材料，可以实现强大的超声设备。

项目成果

(Bi,Na)TiO3-BaTiO3の 33 効果のハイパワー特性評価と弾性フィン型超音波モータへの応用

(Bi,Na)TiO3-BaTiO3 33效应高功率特性评价及其在弹性翅片式超声电机中的应用

• 发表时间: 2019
• 作者: 三宅奏;原田智宏;清水寛之;岸本純明;森田 剛
• 通讯作者: 森田 剛

圧電横効果および縦効果における5次非線形振動のモデル化

压电横向和纵向效应中五阶非线性振动的建模

• 发表时间: 2020
• 作者: 三宅奏;森田剛
• 通讯作者: 森田剛