技術
圧電素子（ピエゾ素子）
圧電素子について
圧電素子とは、力を加えると電荷や電界を発生する「圧電効果」を示す素子です。反対に電圧を印加すると変位して力を生じます（逆圧電効果）。つまり圧電効果は、運動エネルギー（機械エネルギー）と電気エネルギーとが変換される現象といえます。
圧電効果はピエゾ効果（英：piezoelectric effect）とも呼ばれ、ピエゾとは「押す・圧縮する」を意味するギリシア語「piezein」が由来と言われています。
圧電効果は1880年、フランスの物理学者であるジャック・キュリーとピエール・キュリーの兄弟によって発見されました。弟ピエールは後に夫婦でノーベル物理学賞を受賞しています（妻は女性初のノーベル賞受賞者として名高いキュリー夫人です）。
圧電素子は、身近なところではライターなどの着火装置に使われています。スイッチを押し込むと内部の部品が圧電素子を叩いて電気の火花を発生させ、ガスやオイルに点火する仕組みです。
圧電素子の用途
圧電素子の材料は初期には水晶（石英）などが使われていましたが、研究が進んでより効率的な材料が作れるようになり、現在では高誘電体のセラミックスに高い電圧を加えて分極処理を行った圧電セラミックスが多く用いられています。
機械的な力や振動を電気に変換する圧電効果は、加速度センサ、フォースセンサ、振動ジャイロセンサ、超音波診断装置などで幅広く応用されています。踏むとLEDが点灯する床発電システムなど、発電用途での研究も行われています。
逆圧電効果（電気を機械的な力に変換する効果）は、高性能なピエゾアクチュエータの駆動源として応用されています。圧電素子は、高い分解能、高速動作、小型、大きな発生力、良好なエネルギー効率といった優れた特徴を持っています。
圧電素子は様々な形態で利用されています。単板形態（単板型圧電素子）や積層形態（積層型圧電素子）が代表的です。積層型圧電素子は、低電圧で駆動できるよう圧電材料の内部に多数の内部電極を同時焼成した素子で、多層に積層することで単板形態の欠点である変位の小ささを克服しています。
設計上考慮すべき特性
変位が小さい
圧電素子は印加電圧に応じて滑らかに伸長しますが、その量は長さの約0.1%にとどまります。積層方向に40mmの素子で、およそ40〜50µmです。
ヒステリシス
0Vから最大電圧へ上げるときと、最大電圧から下げるときとで変位の経路が異なります。これをヒステリシスと呼び、同じ電圧でも変位が一致しない場合があります。
温度とクリープ
圧電素子は温度によって伸縮し、一定電圧を保持し続けると変位が時間とともに少しずつ増加するクリープが生じます。オープンループ制御では補正できません。
熱と湿度の影響を受けやすい
常温かつ湿度40%以下の環境ではほぼ半永久的に動作しますが、高温多湿（湿度90%など）の環境では数週間で故障に至ることがあります。
当社は20年以上の設計・応用の実績がありますので、ご使用条件に応じた設計・駆動方法・取り扱いについてお気軽にご相談ください。