DuraActパッチトランスデューサーの活性層は圧電プレートで構成されています。これらのプレートは特許取得済みプロセスにより繊維強化プラスチック(GRP)に埋め込まれ、接着され合成物を形成しています。この積層プロセスは、注入法を用いて真空環境にてオートクレーブ内で行います。これにより、最高の品質を持ち気泡のまったくない積層板が得られます。 オートクレーブの硬化温度は、各使用材料の熱膨張係数からピエゾセラミックプレート内部に規定のプリロードが生じるように選択します。また、GRPのポリマーコーティングは、絶縁体および力学的プリロードの役割も果たします。この特許技術により、大量製造可能で頑丈であり、折り曲げられるトランスデューサー素子を実現しています。
DuraActパッチトランスデューサーの動作層は、電気接触のために表面を金属化した1枚以上のピエゾセラミックプレートで構成されています。これらのプレートの厚さは、通常200～500µmです。これらは特許取得済みプロセスにより、繊維強化プラスチック(GRP)に埋め込まれ、接着され複合物を形成します。ボンディングプロセスは、真空オートクレーブ内の射出プロセスで実行され、最高品質で完全に気泡のないラミネートを製造します。
オートクレーブの硬化温度は、各使用材料の熱膨張係数からピエゾセラミックプレート内部に規定の機械的プリロードが生じるよう選択されます。GRPのポリマーコーティングは、絶縁体としても機能します。この特許技術により、大量製造可能で頑丈であり、折り曲げられるトランスデューサー素子を実現しています。
DuraActパッチトランスデューサーは、可動部品のない固体アクチュエータです。これは、摩耗や故障の傾向を最小限にすることになります。電気接続は、アプリケーションによって、ワイヤーをはんだ付け、接着、あるいはクランプできる2つの接触点を介して行われます。
DuraActパッチトランスデューサの電界強度がセラミックの変位を決定するため、モジュールを簡単に制御することができます。この変形は、単純な結合を介して構造要素に効果的に伝達されます。従来のアクチュエータのように離散的な点ではなく、推力によってアクチュエータの表面全体に力が伝達されます。このため、大量の力伝達点は不要です。逆の言い方をすると、構造の変形がトランスデューサーにより電荷に変換されるため、素子をセンサーや発電機として利用可能です。センサーとアクチュエーターの機能を分割して、いくつかの層のアイソレーションコンタクトで実現しています。
電界の変化または変形に対する反応は非常に高速です。これにより、キロヘルツ領域の振動を発生させたり、測定したりすることができます。使用されているアクティブピエゾ素子とその寸法によって、アクチュエータの制御電圧と収縮量は異なる値になります。変形と制御電圧との関係は非線形的です。
ベンディングアクチュエータのパラメーター
DuraActアクチュエータは一般に基板に接着されており、収縮を数箇所の取付点だけでなく、面全体に伝達します。こうした構成では、DuraActと基板の組み合わせはベンディングアクチュエータとして動作します。ベンディングアクチュエータは再現性をもって迅速、高精度に変位を起こすことができ、プリンター、バルブ、繊維業界など幅広い用途に使用されています。 DuraActパッチトランスデューサーは横方向ピエゾ効果に基づいているため、電界を印加すると収縮します。このベンディングアクチュエータは図に示すように屈曲し、垂直抗力を発揮します。 自由で制止されていない曲がり素子の自由変位はW0で表します。変位を0に抑えるのに必要な力は、曲がり素子の発生力FBWと呼ばれます。この力は、アクチュエータの発生力より非常に小さくなります。これらの2点を通る曲線から、基板の厚さと弾性に対する曲がり素子の特性曲線が得られます。 図に、さまざまな素材の50 mm厚の基板サンプルとP-876 A15 DuraActパッチトランスデューサーを使用して測定した実際の変位と力を示します。 曲がり素子の特性曲線は、DuraAct単体の特性曲線と組み合わせることで、効率良く特定の用途におけるアクチュエータの性能を推定できる基準となります。このため、弊社では、すべてのデータシートにこれらの曲線を記載しています。
DuraAct パッチトランスデューサのパワー容量
アクチュエータの動作に必要な電気的要件を見積もるには、トランスデューサの静電容量が重要な役割を果たします。DuraActパッチトランスデューサの静電容量値は、一般的にナノファラッドの範囲であり、それぞれのケースでデータシートに記載されています。
ここで、静電容量Cは、使用する圧電セラミックスの種類、厚さ、面積に依存します。平均電気出力 Pmを推定するためには、制御周波数のほか、振動子の静電容量と電圧振幅が必要です。
Pm = C · f · Uh2
f: frequency, Uh: voltage swing
最大出力Pmax は、平均電気出力値ｘπで算出できます:
Pmax = Pm π