圧電効果の解説：正圧電効果と逆圧電効果

はじめに

圧電性（Piezoelectricity）は、ギリシャ語の「piezein」（絞るまたは押す）に由来します。これは、特定の材料が機械的応力と電荷を変換する能力です。しかし、この変換は双方向であることをご存知でしたか？これを正圧電効果と逆圧電効果と呼びます。

これは、材料を機械的に変形させると電気が発生する現象です。

仕組み： 圧電結晶（石英など）またはセラミック（PZTなど）を押したり、伸ばしたり、ねじったりすると、結晶構造内の正と負の電荷中心がずれます。これにより、材料の表面に電荷の不均衡（電圧）が生じます。
主な用途：
- ガスライター： ボタンを押すと結晶が叩かれ、ガスに点火する火花が発生します。
- マイク： 音波がダイアフラムを振動させ、それが圧電素子を押して電気信号を生成します。
- センサー： 加速度計、圧力センサー、およびノックセンサーはすべて、物理的な力を電気データに変換するためにこれを使用します。

これはその逆で、材料に電気を流すと機械的に変形する現象です。

仕組み： 圧電材料に電圧（電界）を印加すると、双極子（電荷のペア）が電界と整列しようとします。これにより、材料の寸法が変化します（極性に応じて膨張または収縮します）。
主な用途：
- 超音波トランスデューサ： 高周波AC電圧により、材料が急速に振動し、音波が発生します（洗浄、溶接、ソナー用）。
- 精密アクチュエータ： 顕微鏡や光学機器の超精密な位置決めに使用されます。
- ブザーとスピーカー： グリーティングカードやアラームの小さなスピーカーは、多くの場合、単純な圧電ディスクです。

正圧電効果と逆圧電効果は、同じコインの裏表です。この可逆性こそが、圧電材料を非常に価値のあるものにしている理由です。それらは「感じる」（感知する）ことも「行動する」（動く）こともできます。

Yujie Technologyでは、この現象を利用して、世界クラスのセンサー（正効果）とトランスデューサ（逆効果）を作成しています。