圧電効果とは？

圧電効果（piezoelectric effect）とは、一部の結晶性材料において機械的な力（応力・歪み）と電気的な分極（電圧・電荷）が可逆的に変換される現象です。ギリシャ語で「圧力」を意味する「piezein」に由来します。1880年にジャック・キュリーとピエール・キュリー兄弟が石英結晶で初めて発見しました。

圧電効果は方向性があります。

• 正圧電効果：材料に機械的応力を加えると結晶内の正負電荷の重心がずれ、表面に電荷が現れて電圧が発生します（力→電気の変換）。
• 逆圧電効果：材料に電圧を印加すると結晶格子が変形し、膨張・収縮・ねじれなどの機械変位が生じます（電気→力の変換）。

圧電材料として代表的なものには石英（SiO₂）、チタン酸バリウム（BaTiO₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）、PVDF（ポリフッ化ビニリデン）などがあります。これらは対称性のない結晶構造を持つことが条件で、対称中心を持つ結晶では圧電効果は現れません。

圧電効果の応用範囲は非常に広く、以下の分野で欠かせない技術となっています。

• センサー：加速度センサー、振動センサー、超音波センサー、タッチパネル。
• アクチュエータ：インクジェットプリンターのノズル、ハードディスクのヘッド微動機構、精密位置決め装置。
• 発振子・フィルター：水晶振動子（時計・スマートフォンの基準周波数）。
• 医療超音波：超音波診断装置（エコー）の振動子。
• エネルギーハーベスティング：振動から電力を収穫し自立型センサーに利用。