TDK
Tech-Mag TDK Techno Magazine 〜テクマグ〜
サイト内検索
メールマガジン登録個人情報保護基本方針
home
電気と磁気の?館
じしゃく忍法帳
フェライト・ワールド
column
テクの雑学
アースサイエンス&TDKテクノロジー
パワーエレクトロニクス・ワールド
コンデンサ・ワールド
なるほどノイズ(EMC)入門2
なるほどノイズ(EMC)入門1
過去の読み物

TDKホームページ
 トップページテクの雑学 > 第89回 力で電気を生み出す仕掛け −身の周りにある圧電効果−
テクの雑学

第89回 力で電気を生み出す仕掛け −身の周りにある圧電効果−

 今年1月から3月まで、JR東日本が実施中の「発電床」の実証実験が話題になっています。人が歩く力を電気に変換して利用するものですが。その原理になっている「圧電効果」と「逆圧電効果」は、すでに日常生活のさまざまな場面で利用されています。

押すと電気が発生する?
 圧電効果とは、水晶や特定の種類のセラミックなどに圧力を加えることで生じるひずみに応じて、電圧が発生する現象をいいます。1880年に、ノーベル物理学賞受賞者のピエール・キュリーと兄のジャック・キュリーが発見しました。

 圧電効果を利用した身近なものとしては、ライターの着火石が挙げられます。圧力を加えて10000ボルト程度の高い電圧を発生することで、火花を発生させ、ガスに着火します。

 なぜ、固体に圧力をかけると電気が発生するのでしょうか。その理由は、固体結晶内のイオンの配置にあります。格子状の結晶の中に配置されたイオンの位置のずれが、圧力を加えることによって大きくなり、結晶の一方の端がプラスの電気を帯び、もう一方の端がマイナスの電気を帯びる「電気分極」という現象が起こり、電圧が発生するのです。

電気分極の原理

 また、圧電効果を発生する水晶やセラミックに電圧をかけると、結晶が変形します。これを、逆圧電効果とよびます。逆圧電効果は、圧電効果が発見された翌年の1981年、リップマンにより熱力学の法則から数学的に導かれ、キュリー兄弟により実験的に確認されました。

 逆圧電効果が最初に応用されたのは、潜水艦用のソナー(音波探知機)です。水中に超音波を放射し、その反射で障害物を探知するソナーは、1912年のタイタニック号沈没事故以後研究が進められてきました。1917年、第一次世界大戦中に、フランスのランジュヴァンが、水晶を鋼の電極で挟んで電圧をかけることで、十分に高い周波数の超音波を発生する「ランジュヴァン型振動子」を考案し、広く普及しました。

とても単純な圧電素子の構造
 圧電効果を利用して電気を取り出したり、逆に電圧をかけることで振動を取り出す電子部品が、「圧電素子」です。「ピエゾ素子」と呼ばれることもありますが、これは、ギリシャ語のpiezein(押す)に由来しています。

 圧電素子の基本的な構造は、圧電材料を電極で挟むだけの単純なものです。

圧電素子の構造

 構造が単純で、電圧を加えるだけで機械的な動作なしに微細な動きや振動が発生するため、丈夫で小型化も容易であり、精密機械の部品としてすぐれています。クォーツ時計の水晶振動子や超音波診断装置、携帯電話用小型スピーカ、ハードディスク読み取り装置、水槽内に置いた振動子の超音波の高速な振動で細かな蒸気を発生する超音波加湿器など、さまざまな製品に圧電素子が使われています。

※TDKの圧電製品情報はこちらから。
前のページへ | 1/2 | 次のページへ

ページtop
HOME 電気と磁気の?(はてな)館 アースサイエンス&TDKテクノロジー テクの雑学 コンデンサ・ワールド
Copyright(c) 1996-2014 TDK Corporation. All rights reserved.
※記事の内容は、記事掲載時点での情報に基づいたものです。一部、現在TDKで扱っていない製品情報等も含まれております。
TDKホームページは、Internet Explorer5.5以降、Netscape Navigator7.0以降でご覧いただくことを推奨しています。