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圧電材料の基礎と最新応用

  • Base and the Latest Application of Piezoelectric Materials
※こちらの書籍は,電子書籍(eBook)として販売をしております。
・価格4,000円(税抜)
丸善販売サイト「Knowledge Worker」にてPDF版販売中!
http://kw.maruzen.co.jp/ims/itemDetail.html?itmCd=1024390796

★ 注目の圧電材料の製造方法を詳述!
★ 最新の応用技術を分野別に紹介!
★ 国内およびEUでの有害物規制の調査結果も報告!

商品コード: T0592

  • 監修: 塩嵜忠
  • 発行日: 2008年8月
  • 価格(税込): 70,200 円
  • 体裁: B5判、246ページ
  • ISBNコード: 978-4-88231-954-2

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  • 電気エネルギー / 機械エネルギー / 周波数制御 / センサー / アクチュエーター / PZTセラミックス

刊行にあたって

 圧電材料はそれ自身の内的機能(物性)により電気エネルギーと機械エネルギーの相互変換を行うことができる。この電気機械相互変換機能と機械的振動体としての優れた特性とを併せ用いる周波数フィルターなどの周波数制御・電気通信用のエレクトロニクス部品への応用は圧電応用の最大の分野であったし、今後もこの傾向は続くであろう。さらに、電気機械相互変換機能は電子工学と機械工学の結合であるメカトロニクスの分野と密接に関連しており、センサーやアクチュエーターとしての応用がますます重要視されており、集積化・微小化技術と併せて急速にこの分野での応用が広がっている。
 圧電材料のスーパースターと認められているいわゆるPZTセラミックスはカチオン組成の半分が鉛であり、現在この鉛が電気電子機器・自動車用の部品から排斥されようとしている。EU(欧州連合)ならびに日本における鉛などの特定有害物規制について調査した結果が第4編に取り上げられている。わが国の電気電子機器・自動車の輸出にとってEUのマーケットはますます重要になろう。この機会にEUそのものとそれが何を目指し、どのような理念の元にその環境政策を進めているのかについても取り上げたので一読いただきたい。
 この「圧電材料の基礎と最新応用」の決定版ともいえる本書が材料メーカー・電子部品メーカー・機械部品メーカーの研究開発・企画調査担当の方々ならびに大学や研究機関の若い研究者のお役に立てれば幸甚である。
(「まえがき」より抜粋)

2008年8月  けいはんな学研都市にて
奈良先端科学技術大学院大学 塩嵜忠

著者一覧

塩嵜忠   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 教授
武田博明   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教 
木村雅彦   (株)村田製作所 技術・事業開発本部 材料開発統括部 
西田貴司   奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科 助教
竹内真一   桐蔭横浜大学 医用工学部 臨床工学科;大学院工学研究科 医用工学専攻 教授
田實佳郎   関西大学 システム理工学部 電気電子情報工学科 教授
柿本健一   名古屋工業大学 大学院工学研究科 物理工学専攻 准教授
小林健   (独)産業技術総合研究所 先進製造プロセス研究部門 ネットワークMEMS研究グループ 研究員
神野伊策   京都大学 大学院工学研究科 マイクロエンジニアリング専攻 准教授 
玉井誠一   日本電波工業(株) 技術統括室 主任技術員
鎌田弘志   沖電気工業(株) ディフェンスシステム本部 技術長 
宮入啓   CBC(株) CPA Div.計測器営業 部長
小田切努   (株)セコニック 機器事業部 第二開発部 次長
江鐘偉   山口大学 大学院理工学研究科 システム設計工学系専攻 教授
栗原和明   (株)富士通研究所 基盤技術研究所 主管研究員
近藤正男   (株)富士通研究所 R&D戦略室 主任研究員
北原強   セイコーエプソン(株) 生産技術開発本部 IJ工業応用開発部 部長
山下洋八   東芝リサーチコンサルティング(株) フェロー
細野靖晴   (株)東芝 研究開発センター
逸見和弘   (株)東芝 研究開発センター
中川亮   (株)タムラ製作所 セラミック複合デバイス事業部 CR複合技術統括部 圧電セラミックスG
松尾泰秀   (株)タムラ製作所 セラミック複合デバイス事業部 CR複合技術統括部 圧電セラミックスG
前野隆司   慶應義塾大学 大学院システムデザイン・マネジメント研究科 教授
竹中正   東京理科大学 理工学部 電気電子情報工学科 教授

目次

【 第 1 編 材料の特徴と製造方法 】

第1章 単結晶材料
1. 材料の特徴
2. 製造方法
2.1 水熱合成法(水晶、GaPO4)
2.2 チョクラルスキー(Czochralski:Cz)法(LiTaO3、LiNbO3、Li2B4O7、ランガサイト)
2.3 ブリッジマン法(PMN-PT、PZN-PT)

第2章 セラミックス材料
1. はじめに
2. チタン酸ジルコン酸鉛
3. チタン酸鉛
4. 圧電セラミックスの作製工程
5. 積層圧電セラミックス
6. 圧電セラミックスの微細構造制御

第3章 薄膜材料
1. はじめに
2. ZnO圧電薄膜
3. PZT系圧電薄膜
4. その他の圧電薄膜材料
5. 圧電薄膜の評価法
6. おわりに

第4章 水熱合成法
1. はじめに
2. 水熱合成PZT多結晶膜
3. 水熱合成法を用いたニードル形ハイドロホンの開発
4. 水熱合成法を用いた超小型一次元アレイ超音波プローブの開発
5. まとめ

第5章 高分子材料
1. はじめに―高分子の圧電性研究の歴史―
2. 高分子の圧電性
2.1 高分子フィルムの圧電性
3. 高分子圧電体の作製法概観
4. 新しい高分子研究の流れ―Molecular scienceと結晶制御―
5. おわりに

第6章 非鉛セラミック材料
1. はじめに
2. ニオブ系非鉛セラミック材料
2.1 ニオブ酸リチウム(LiNbO3)
2.2 ニオブ酸ナトリウム(NaNbO3)
2.3 ニオブ酸カリウム(KNbO3)
2.4 ニオブ酸ナトリウムカリウム((Na、K)NbO3)
3. おわりに

第7章 圧電薄膜
1. 概要
2. PZT薄膜を用いた圧電マイクロ光スキャナの開発
2.1 緒言
2.2 PZT薄膜、PZTカンチレバーの基本特性
2.3 圧電マイクロ光スキャナの開発
2.3.1 マイクロ光スキャナ
2.3.2 膜厚1μm以上の(100)配向PZT薄膜のウエハレベル形成
2.3.3 PZTカンチレバー作製プロセスによるダメージ
2.3.4 圧電マイクロ光スキャナの作製と評価
2.3.5 自己検知チューナブル圧電マイクロ光スキャナ
3. AlN薄膜を用いた圧電MEMSデバイス
3.1 c軸配向性AlN薄膜の作製
3.2 AlN薄膜を用いたチューナブルキャパシタ
4. 結言


【 第 2 編 先端的製造法 】

第1章 MEMSスイッチ
1. はじめに
1.1 RF-MEMS
1.2 MEMSスイッチ
1.3 マイクロアクチュエータ
1.4 圧電駆動MEMSスイッチの特徴
2. 圧電MEMSスイッチの作製プロセス
2.1 スパッタ法によるPZT薄膜の特徴
2.2 圧電特性評価
3. 圧電RF-MEMSアクチュエータ技術
3.1 MEMSスイッチの設計
3.2 アクチュエータ特性
4. スイッチング特性
5. まとめ

第2章 周波数制御通信分野
1. 水晶振動子
1.1 はじめに
1.2 水晶の性質
1.3 水晶振動子
1.4 エネルギー閉じ込め振動
1.5 音叉型水晶振動子
1.6 水晶振動子の高周波化
1.7 水晶振動子の小型化
1.8 水晶振動子の製造工程
1.9 おわりに


【 第 3 編 分野別 】

第1章 センサー応用分野

1. 水中音響センサー
1.1 はじめに
1.2 円筒形圧電セラミックスの応用
1.3 板状圧電セラミックスの応用
1.4 柱状圧電セラミックスの応用
1.5 複合圧電材料の応用
1.6 おわりに

2. 粘度計
2.1 振動式粘度計
2.2 回転振動粘度計の測定原理
2.3 圧電型アクチュエータと圧電型角加速度センサー

3. ヘルスモニタリング
3.1 はじめに
3.2 セラミック圧電センサ・アクチュエータ
3.3 圧電素子を用いた構造物損傷検出方法とヘルスモニタリング計測技術
3.3.1 AE法 (Acoustic Emission Method)
3.3.2 パルスエコー法(Pulse Echo Method)
3.3.3 インピーダンス計測法(Piezoelectric Impedance Based Measuring Technique)
3.4 おわりに

第2章 アクチュエータ応用分野

1. 積層アクチュエータ
1.1 はじめに
1.2 積層圧電アクチュエータ
1.2.1 積層圧電アクチュエータの構造
1.2.2 積層圧電アクチュエータの製造プロセス
1.3 高変位圧電セラミック材料
1.3.1 PNN-PT-PZセラミックスの組成と圧電特性
1.3.2 PNN-PT-PZセラミックスの低温焼成
1.4 おわりに

2. インクジェットヘッド
2.1 はじめに
2.2 ピエゾヘッドの高性能化の推移
2.3 Epsonインクジェットヘッドの構造
2.3.1 MLPタイプの構造
2.3.2 MLChipsタイプの構造
2.4 メニスカス制御技術
2.4.1 微小インク滴の形成技術
2.4.2 インク滴変調技術
2.5 おわりに

第3章 動力応用・超音波機器

1. 圧電材料及び音響材料の開発とその医用超音波診断装置への応用
1.1 緒言
1.2 医用超音波診断装置と超音波プローブ
1.3 リラクサ系圧電材料
1.3.1 圧電材料の歴史とリラクサ系圧電材料
1.3.2 新しい圧電材料
1.4 医用超音波プローブに用いられている各種の粉体材料
1.4.1 圧電材料に用いられている粉末原料
1.4.2 音響レンズに用いられている音響材料
1.5 まとめ

2. 圧電トランス
2.1 はじめに
2.2 圧電トランスの原理と特性
2.2.1 圧電トランスの原理
2.2.2 圧電トランスの特性
2.3 圧電トランスの製造プロセス
2.3.1 材料
2.3.2 粉砕
2.3.3 成形
2.3.4 脱脂および焼成
2.3.5 電極形成
2.3.6 分極
2.3.7 組立て実装
2.3.8 検査
2.4 圧電トランスの用途
2.4.1 CCFL用インバータ
2.4.2 電子写真機器用
2.4.3 イオン発生器用
2.5 おわりに

3. 超音波モータ
3.1 はじめに
3.2 特徴と駆動原理
3.3 応用例
3.4 おわりに


【 第 4 編 EUの規制動向 】

第1章 欧州における電子部品の鉛規制状況と無鉛圧電材料の研究開発動向
1. まえがき
2. EUの立法、行政、司法機関
3. 持続的発展と環境政策
4. 環境行政と環境行動プログラム
5. EUにおける鉛規制
5.1 電気電子機器中の特定有害物質使用制限指令の中の鉛規制
5.2 使用済み自動車に関する指令中の鉛含有電子セラミックスに関する規制
6. 鉛規制に対する非難
7. EUにおける鉛フリー圧電材料の研究
8. あとがき

第2章 日本の有害物質規制
1. まえがき
2. これまでの経過
3. 規制の基本的考え方
4. 有害物質削減目標

第3章 新規圧電材料と開発動向
1. はじめに
2. ペロブスカイト型非鉛強誘電体セラミックス
2.1 BaTiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3系
2.2 (Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3-BaTiO3三成分系
2.3 (Bi1/2Na1/2)TiO3-(Bi1/2Li1/2)TiO3-(Bi1/2K1/2)TiO3三成分系
2.4 KNbO3系強誘電体セラミックス
3. おわりに
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