ＴＤＫ、過酷な車載向け試験に耐えうる圧電素子開発、振動４倍

ＴＤＫ、圧電素子で触覚デバイス―振動４倍、車載向け量産（ＮＥＸＴデバイス）

2017/01/13  日経産業新聞

ＴＤＫは振動で利用者に情報を伝える触覚デバイス「ピエゾアクチュエータ」を開発した。

構造を工夫して他社従来品よりも４倍ほど強い振動を発生できるようにしたのが特徴。路面からの振動が加わる自動車の操作パネルなどへの搭載を見込む。

既に自動車関連メーカーにサンプル出荷を開始しており、顧客の要望を受けて改良後に量産を始める計画だ。
触覚デバイスは現在、スマートフォン（スマホ）などに搭載されており、今後は自動車や産業機器などに用途が広がる見込み。ただし走行時の振動が加わる自動車では振動デバイスの振動が目立たなくなるため「より強い振動を生み出す触覚デバイスが求められていた」（ＴＤＫ製品戦略推進部の吉野誠人係長）。
振動を生み出す部品として、電圧を加えると収縮する圧電素子やモーターを利用するのが一般的だ。圧電素子はモーターに比べて薄くできるため様々な機器に搭載しやすい利点があるが、振動する力が弱いのが課題だった。今回ＴＤＫは、圧電素子の構造を工夫して強い振動を発生できるようにした。
具体的には圧電素子の上下に台形状の金属板を設置した。電圧を加えた際に圧電素子が左右方向にわずかに収縮する動きに合わせて金属板が上下方向に大きく動き、大きな振動を生み出す。
外形寸法が２６ミリメートル×２６ミリ×２・４ミリと、１２・７ミリ×１２・７ミリ×１・６ミリの大きさの異なる２品種を用意した。最大１２０ボルトの電圧を加えると、大型品では上下に２００マイクロ（マイクロは１００万分の１）メートル、小型品では１００マイクロメートル動く。
従来の圧電素子の動きは数十マイクロメートルだった。動きが大きくなったことで、指に加わる力が従来品に比べて約４倍になる。
自動車への搭載を目指して厳しい試験も実施している。振動を１億２０００万回発生させても異常が発生しないことを確かめた。セ氏マイナス４０度の環境に３０分、１２５度の環境に３０分放置することを５０回繰り返す試験にも合格した。
吉野係長は「触覚デバイスのほかにセンサーとしても使える可能性がある」と話す。電圧を加えて振動を生み出すのとは逆に、圧電素子を指で押すと電圧が発生するためだ。触覚デバイスとセンサーの両方の機能を使えば、指で押したことを検知して振動を返すといったこともできる。
ＴＤＫはこれまで自動車のエンジン内に投入する燃料の量を調整する部品として圧電素子を納入してきた実績がある。圧電素子で触覚デバイスの量産品を開発したのは今回が初めて。自動車関連メーカーからは「ここまで力強い振動を発生できる部品は初めて」と高い評価を得ているという。