JP2008218783A - 圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 - Google Patents
圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008218783A JP2008218783A JP2007055345A JP2007055345A JP2008218783A JP 2008218783 A JP2008218783 A JP 2008218783A JP 2007055345 A JP2007055345 A JP 2007055345A JP 2007055345 A JP2007055345 A JP 2007055345A JP 2008218783 A JP2008218783 A JP 2008218783A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- element structure
- joining member
- electrodes
- manufacturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
【解決手段】ピエゾ素子2に電極3,4が接合されている。圧縮変形させた状態にあるピエゾ素子2を電極3,4が拘束していることによって、当該ピエゾ素子2に圧縮残留応力を作用させている。
【選択図】 図1
Description
また、前記接合部材は前記圧電素子を両側から挟んで当該圧電素子と接合されているのが好ましい。これによれば、接合部材は、圧縮させた状態にある圧電素子を両側から拘束することができるので、圧電素子に反り(偏った変形)が生じることを防止できる。
また、前記圧電素子構造において、前記接合部材と前記圧電素子とは熱硬化性の接着剤により接合しているのが好ましい。これによれば、加熱することによって接合部材と圧電素子とを接着剤により接合することができる。このように加熱によって接合部材と圧電素子とを接合することができると共に、その加熱により接合部材を熱膨張させることができる。そして、圧電素子と接合され熱膨張していた接合部材が冷えることにより、当該接合部材が収縮することで圧電素子を圧縮させ、圧電素子に圧縮残留応力を付与することができる。または、前記接合部材と前記圧電素子とは圧接により接合しているのが好ましい。
また、この場合において、加熱することによって、前記接合部材を膨張させると共に、熱硬化性の接着剤により当該接合部材と前記圧電素子とを接合するのが好ましい。これによれば、加熱によって接合部材を膨張させると、熱硬化性の接着剤によってこの接合部材と圧電素子とが接着され一体となる。そして、圧電素子と一体となった接合部材が冷えることによって接合部材は収縮し圧電素子を圧縮させ、圧電素子に圧縮残留応力を付与することができる。
または、前記製造方法において、前記圧電素子と前記接合部材とを圧接により一体とするのが好ましい。
図1は、この発明のモニタリング装置の実施の一形態を示している概略構成図である。この発明のモニタリング装置は、タンク等の圧力容器や航空機の機体等の構造物(例えばCFRP材)における応力分布等を検出することができるものであり、構造物の健全性をリアルタイムに評価できるSHM技術に適用することができる。図1は構造物Sとして圧力容器の健全性を評価する場合を示している。このモニタリング装置Mは、複数の圧電素子構造1と、この圧電素子構造1の圧電効果によって出力される信号を処理する処理装置10とを備えている。
この製造方法は、ピエゾ素子2の両面に電極3,4を接合して圧電素子構造1を製造する方法である。シート状(薄い板状)の電極3,4がピエゾ素子2を両側から挟んだ状態で(図3(a))、これら電極3,4をその面方向に膨張させ(図3(b))、膨張した状態の当該電極3,4とピエゾ素子2とを一体とし(図3(c))、電極3,4を収縮させる(圧縮させる)ことによって行われる(図3(d))。このように、面方向に膨張した電極3,4とピエゾ素子2とを一体としてから、その電極3,4を収縮させることで、この電極3,4と一体となっているピエゾ素子2を圧縮し、ピエゾ素子2に圧縮残留応力が作用した状態とする。この圧縮残留応力が生じている方向は電極3,4の面方向(面方向に平行な方向)となる。また、図3(d)の状態で、ピエゾ素子2と電極3,4との輪郭形状は略同じ大きさである円形となっている。
この製造方法では、シート状の電極3,4(金属板)がピエゾ素子2を両側から挟んでいる状態とし、これら電極3,4とピエゾ素子2とを、その厚さ方向に加圧、加熱し圧接する。金属製である電極3,4の線膨張係数は、ピエゾ素子2の線膨張係数よりも大きいことから、加熱によって電極3,4はピエゾ素子2よりも膨張度が大きくなる。ピエゾ素子2よりも大きく膨張した電極3,4と当該ピエゾ素子2とは、圧接により一体とされるため、電極3,4とピエゾ素子2とは冷えると収縮するが、電極3,4がピエゾ素子2を圧縮させ、ピエゾ素子2を圧縮させた状態で電極3,4が拘束し、ピエゾ素子2に圧縮残留応力を付与することができる。
以上の製造方法によれば、ピエゾ素子2及び電極3,4を加熱することにより、ピエゾ素子2に圧縮残留応力を付与するための電極3,4の膨張、及び、電極3,4とピエゾ素子2との一体化を複合的に行うことができる。そして、ピエゾ素子2と一体となった電極3,4が冷えることによって電極3,4は収縮し、電極3,4はピエゾ素子2を圧縮し、ピエゾ素子2に圧縮残留応力を簡単に付与することができる。
特に、ピエゾ素子2に、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量と、圧縮方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量とがほぼ同等となるように圧縮残留応力(圧縮残留ひずみ)が作用している状態とするのが好ましい。具体的に説明すると、圧縮残留ひずみを−0.1%とする圧縮残留応力が、ピエゾ素子2に作用している状態とするのが好ましい。これは、前記のとおり、ピエゾ素子2の引張方向の破断ひずみは圧縮方向の破断ひずみよりも小さいため、引張方向の圧電効果(感度のレンジ)は圧縮方向に比べて小さくなるが、前記製造方法によって、圧縮残留ひずみを−0.1%とする圧縮残留応力が、ピエゾ素子2に作用している状態とすることにより、引張方向の圧電効果(感度のレンジ)を、圧縮方向の圧電効果と同等とすることができる。
これに対して、図4の実施例では、感度低下の臨界点はε=0.2%であり、従来例に比べて、引張方向の強度特性が大幅に向上していることが確認できる。つまり、引張方向の負荷に対する感度特性の低下の臨界ひずみが向上している。なお、ε=0.2%を越えると感度は低下しているが、一般的な鋼の永久ひずみが0.2%であることから、この圧電素子構造1を前記SHM技術に適用するためのセンサとする場合、ε=0.2%を越える部分については問題とならない。以上より、この発明によれば、ピエゾ素子2の強度特性と感度特性との両立が可能となる。
また、この圧電素子構造1を備えたモニタリング装置Mは、金属製の構造物S以外に、FRP(CFRP)等の複合材料からなる構造物Sに対しても適用することができる。
2 ピエゾ素子(圧電素子)
3 電極(接合部材)
4 電極(接合部材)
6 接着剤
10 処理装置
S 構造物
M モニタリング装置
Claims (13)
- 圧縮残留応力が作用している圧電素子を備えていることを特徴とする圧電素子構造。
- 前記圧電素子と接合されている接合部材を備え、圧縮させた状態にある前記圧電素子を前記接合部材が拘束していることによって、前記圧電素子に圧縮残留応力が作用している請求項1に記載の圧電素子構造。
- 前記接合部材は電極材料によって構成されている請求項1又は2に記載の圧電素子構造。
- 前記接合部材は前記圧電素子を両側から挟んで当該圧電素子と接合されている請求項2又は3に記載の圧電素子構造。
- 前記接合部材の厚さは、前記圧電素子の厚さよりも薄い請求項2〜4のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
- 前記接合部材と前記圧電素子とは熱硬化性の接着剤により接合している請求項2〜5のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
- 前記接合部材と前記圧電素子とは圧接により接合している請求項2〜5のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
- 前記圧電素子は、引張方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量と、圧縮方向の破断ひずみに達するまでのひずみ量とがほぼ同等となるように圧縮残留応力が作用している請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧電素子構造。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の複数の圧電素子構造と、この圧電素子構造の圧電効果によって出力される信号を処理する処理装置と、を備えたことを特徴とするモニタリング装置。
- 圧電素子と接合部材とを備えた圧電素子構造を製造する製造方法であって、
前記接合部材を膨張させ、膨張した状態の当該接合部材と前記圧電素子とを一体とし、当該接合部材を収縮させることを特徴とする圧電素子構造の製造方法。 - 加熱することによって前記接合部材を膨張させ、この加熱によって前記圧電素子と前記接合部材とを一体とする請求項10に記載の圧電素子構造の製造方法。
- 加熱することによって、前記接合部材を膨張させると共に、熱硬化性の接着剤により当該接合部材と前記圧電素子とを接合する請求項11に記載の圧電素子構造の製造方法。
- 前記圧電素子と前記接合部材とを圧接により一体とする請求項10に記載の圧電素子構造の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007055345A JP5263858B2 (ja) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | 圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007055345A JP5263858B2 (ja) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | 圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008218783A true JP2008218783A (ja) | 2008-09-18 |
JP5263858B2 JP5263858B2 (ja) | 2013-08-14 |
Family
ID=39838455
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007055345A Expired - Fee Related JP5263858B2 (ja) | 2007-03-06 | 2007-03-06 | 圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5263858B2 (ja) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02260582A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 圧電アクチュエータ |
JP2001036156A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Aloka Co Ltd | 積層型振動子用電極及びそれを用いた積層型振動子 |
JP2001088301A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-03 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びその製造方法並びにインクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタ |
JP2001326399A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-11-22 | Caterpillar Inc | アクチュエータ装置 |
JP2005308691A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Hitachi Ltd | 超音波探触子及び超音波検査装置 |
JP2006080318A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエーター |
-
2007
- 2007-03-06 JP JP2007055345A patent/JP5263858B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02260582A (ja) * | 1989-03-31 | 1990-10-23 | Honda Motor Co Ltd | 圧電アクチュエータ |
JP2001036156A (ja) * | 1999-07-16 | 2001-02-09 | Aloka Co Ltd | 積層型振動子用電極及びそれを用いた積層型振動子 |
JP2001088301A (ja) * | 1999-09-22 | 2001-04-03 | Seiko Epson Corp | 圧電体素子及びその製造方法並びにインクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタ |
JP2001326399A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-11-22 | Caterpillar Inc | アクチュエータ装置 |
JP2005308691A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Hitachi Ltd | 超音波探触子及び超音波検査装置 |
JP2006080318A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Nec Tokin Corp | 圧電アクチュエーター |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5263858B2 (ja) | 2013-08-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4850113B2 (ja) | 高温用超音波探触子及びその製造方法 | |
Aymerich et al. | Impact damage detection in composite laminates using nonlinear acoustics | |
Bar-Cohen et al. | Characterization of the electromechanical properties of ionomeric polymer-metal composite (IPMC) | |
Tuloup et al. | Integration of piezoelectric transducers (PZT and PVDF) within polymer-matrix composites for structural health monitoring applications: new success and challenges | |
US20210372896A1 (en) | Method and means for testing the strength of a bonding between two specimen elements | |
JP6287166B2 (ja) | 圧電センサの検査方法 | |
Tuloup et al. | Structural health monitoring of polymer-matrix composite using embedded piezoelectric ceramic transducers during several four-points bending tests | |
Deshpande et al. | A joint-scale test specimen for tensile properties of solder alloys | |
JP5865100B2 (ja) | 欠陥検査装置および検査方法 | |
Richter-Trummer et al. | Fibre Bragg grating sensors for monitoring the metal inert gas and friction stir welding processes | |
JP5263858B2 (ja) | 圧電素子構造、モニタリング装置、及び、圧電素子構造の製造方法 | |
JP2005354281A (ja) | 高温用超音波探触子 | |
US9689262B2 (en) | Thermographic inspection system for composite wind turbine blade | |
WO2017175851A1 (ja) | 監視装置 | |
Ochoa et al. | Effect of bonding layer on the electromechanical response of the cymbal metal-ceramic piezocomposite | |
Yao et al. | Real time monitoring of spot-welded joints under service load using lead zirconate titanate (PZT) transducers | |
Annamdas et al. | Fatigue growth analysis of pre induced surface defects using piezoelectric wafer based impedance method and digital image correlation system | |
Rathod et al. | Strength and fatigue life evaluation of composite laminate with embedded sensors | |
Hensel et al. | Modeling of the performance reduction of Macro Fiber Composites for use in numerical forming simulation of piezoceramic-metal-compounds | |
JP2010210366A (ja) | 導電性部材の損傷検出方法とその装置 | |
Watson et al. | Thermosonic inspection of carbon fibre reinforced polymer composites using an airborne haptic ultrasonic phased array | |
Kamimura et al. | Evaluation of ultrasonic bonding strength with optoacoustic methods | |
Tagarielli et al. | The shear response of a thin aluminum layer | |
Sokolowski et al. | Surface control of cold hibernated elastic memory self-deployable structure | |
Pieczonka et al. | Damage imaging in nonlinear vibro-acoustic modulation tests |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100305 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121018 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121023 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121220 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130416 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130425 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |