圧電デバイス市場 – 世界の業界規模、シェア、トレンド、機会、予測。製品別（センサー、アクチュエーター、モーター、ジェネレーター、トランスデューサー、トランスフォーマー、共振器）、材料別（ポリマー、クリスタル、セラミック、複合材料）、要素別（ディスク、リング、プレート）、エンドユーザー別（自動車、ヘルスケア、ITおよび通信、消費財、航空宇宙および防衛、その他）、地域別、競合予測および機会別、2018～2028年

市場概要

世界の圧電デバイス市場は、2022年に308億7,000万米ドルと評価され、予測期間中に7.50％のCAGRで成長しています。圧電デバイスは、機械や装置内のデジタル革命を調整し、無数の産業を再形成する変革の力として浮上しています。これらの目立たない技術的接続性は、産業資産のデジタルツインを作成するための基礎として機能し、高度な制御、最適化、予測メンテナンスの時代を先導します。世界の圧電デバイス市場は、影響力のある要因の収束によって、大幅な成長の瀬戸際にあります。圧電デバイスの需要を刺激する最も重要な要因は、産業プロセス全体にわたるコスト最適化と運用効率の向上の絶え間ない追求にあります。

製造業から農業に至るまで、さまざまな業界では、業務を合理化し、ダウンタイムを軽減するための革新的な方法を熱心に模索しています。機械状態監視システム (MCS) 技術の武器により、組織は機械や装置をデジタルで複製できるようになり、パフォーマンスを監視し、潜在的な問題を特定し、壊滅的な故障を積極的に回避する全知の能力が得られます。MCS 技術の統合は加速しており、主にセンサー、IoT デバイス、産業機械の広範なネットワークから発生する大量のデータによって推進されています。これらのデータ トリビュタリーは、機械のパフォーマンスに関する貴重な洞察の宝庫を提供し、データ主導の意思決定と予測メンテナンス戦略の戦略的展開への道筋を示します。その結果、製造、建設、農業、鉱業など、さまざまな分野で圧電デバイスの採用が拡大しています。さらに、業界の重鎮や専門家が圧電デバイスの採用を熱烈に歓迎していることから、市場の見通しが高まっています。さまざまな分野の熟練した専門家は、MCS テクノロジーの変革の可能性をすぐに認め、運用効率を高め、安全基準を高め、全体的な生産性を高めるための手段となると考えています。

この共鳴する楽観主義により、圧電デバイスへの投資が急増し、従来の産業に革命を起こしてイノベーションの時代へと押し進めるという共通の決意が生まれました。MCS テクノロジーの注目すべき側面の 1 つは、特定の産業向けに特注のソリューションをカスタマイズできることです。その好例が建設分野で、圧電デバイスによって建設現場や機械のデジタル レプリカを作成できます。この精密工学により、整地、掘削、建設プロセスなどの厳密な作業が容易になり、プロジェクトの効率と品質基準が向上します。要約すると、世界の圧電デバイス市場は、コスト最適化、運用の卓越性、および業界の専門家の揺るぎない信念への絶え間ない探求によって推進され、目覚ましい成長を遂げる態勢が整っています。業界がデジタル変革に向けて絶え間なく歩み続ける中、圧電デバイスは要として確固たる地位を占め、機械操作と産業プロセスの将来の輪郭を綿密に形作っています。圧電デバイスの輝かしい可能性は、世界中の業界にとってまさに指針となり、前例のない効率と革新の時代への道を照らしています。

主要な市場推進要因

センサー技術の進歩

センサー技術の進歩は、世界の圧電デバイス市場の急速な成長の強力な触媒として機能しています。圧電デバイスは、機械的な応力や圧力が加わると電荷を発生し、逆に電界が加わると変形する材料です。これらのデバイスは、さまざまな業界で幅広い用途に使用されており、最近のセンサー技術の進歩により、その有用性はさらに拡大しています。圧電デバイス市場を牽引する主な要因の 1 つは、感度と精度が向上した高性能センサーの需要が高まっていることです。センサー技術の進歩により、圧力、力、加速度、ひずみなどのさまざまな物理的パラメーターの測定において優れた精度を提供する圧電センサーが開発されました。

これらのセンサーは、自動車システム、産業機械、ヘルスケア機器、家電製品などのアプリケーションにおいて、安全性、効率性、機能性のために正確な測定が不可欠な重要なコンポーネントです。さらに、圧電センサー技術では、小型化と統合機能が大幅に向上しています。小型化された圧電センサーは、コンパクトでポータブルなデバイスに組み込むことができるため、ウェアラブルな健康モニタリング ガジェット、IoT デバイス、スマートフォンに適しています。高品質のデータをリアルタイムで提供できる機能により、ヘルスケア、スポーツ分析、環境モニタリングなどの分野で新たな可能性が開かれています。もう 1 つの原動力は、エネルギー ハーベスティングと持続可能性への重点が高まっていることです。圧電材料は、機械的な振動や動きを電気エネルギーに変換できるため、エネルギー ハーベスティング アプリケーションに最適です。最近の進歩により、より効率的で耐久性の高い圧電エネルギー ハーベスターが実現し、さまざまな分野で導入され、リモート センサー、ワイヤレス センサー ネットワーク、さらには低電力電子機器に電力を供給しています。

これらの開発は、バッテリーの環境への影響を軽減し、自律型デバイスの寿命を延ばすことに貢献しています。さらに、圧電デバイス市場は、製造プロセスの革新の恩恵を受けています。製造技術の向上により、コスト効率に優れた高品質の圧電デバイスを大規模に生産できるようになりました。これにより、圧電センサーとアクチュエーターは、コスト効率が最も重要である自動車、航空宇宙、民生用電子機器など、より幅広い業界で利用しやすくなりました。ヘルスケア分野では、超音波装置などの医療用画像機器で高度な圧電センサーが使用されており、診断目的でより鮮明で詳細な画像を提供しています。最小限の侵襲で高解像度の画像をキャプチャできることが、医療分野での圧電技術の採用を促進しています。さらに、5G テクノロジーの出現と高周波、高速通信システムの需要により、高周波フィルターや共振器に使用される圧電材料の革新が促進されました。これらのコンポーネントは、5G ネットワークやその他の高度な無線通信システムの信頼性とパフォーマンスを確保するために不可欠です。

結論として、センサー テクノロジーの進歩により、感度、小型化、エネルギー ハーベスティング機能、製造効率が向上し、世界の圧電デバイス市場が新たな高みへと押し上げられました。これらの改善により、ヘルスケア、民生用電子機器、産業オートメーション、通信など、幅広いアプリケーションで圧電センサーとアクチュエータが広く採用されるようになりました。世界がますます精密で効率的なセンサー技術に依存するようになるにつれて、圧電デバイスの需要は上昇傾向を維持し、このダイナミックな市場のさらなる革新と成長を促進すると予想されます。

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エネルギーハーベスティング技術の成長

世界の圧電デバイス市場は、エネルギーハーベスティング技術の採用拡大に大きく後押しされ、堅調な成長を遂げています。機械的な振動と歪みから電気エネルギーを生成する圧電デバイスは、その効率性と汎用性により、エネルギーハーベスティングの分野で極めて重要なコンポーネントとなっています。エネルギーハーベスティングソリューションの需要の急増は、圧電デバイス市場の大きな原動力となっています。

この成長の主な原動力の 1 つは、持続可能性とエネルギー効率への重点が高まっていることです。世界が化石燃料への依存を減らし、気候変動と闘おうとする中、代替エネルギー源と再生可能エネルギー源の必要性が高まっています。圧電エネルギーハーベスティングは、周囲の振動や機械的な動きを利用して、それらを使用可能な電気エネルギーに変換することで、魅力的なソリューションを提供します。これらのエネルギーハーベスターは、産業オートメーション、輸送、ビルオートメーション、さらには家庭用電化製品など、さまざまな分野で応用されており、低エネルギーデバイスやセンサーに電力を供給しています。環境から電力を生成する機能は、環境フットプリントを削減するだけでなく、バッテリー駆動のデバイスの寿命を延ばし、コスト削減と利便性をもたらします。

さらに、圧電材料とエンジニアリングの進歩により、より効率的で信頼性の高いエネルギーハーベスティングソリューションが実現しました。研究者とエンジニアは、感度と耐久性が向上した圧電材料を開発し、エネルギーハーベスターがより幅広い機械的ソースからエネルギーを捕捉し、さまざまな環境で動作できるようにしました。この効率の向上により、圧電エネルギーハーベスティングは、ワイヤレスセンサーネットワーク、IoTデバイス、構造ヘルスモニタリングシステムなどのリモートシステムや自律システムにとって実行可能なオプションになりました。

IoT（モノのインターネット）テクノロジーの成長により、圧電デバイスを先頭に、エネルギーハーベスティングソリューションの需要がさらに高まっています。 IoT デバイスは、バッテリーの交換や継続的な電源の供給が難しい場所に配置されることがよくあります。圧電エネルギー ハーベスターは、これらのデバイスにとって信頼性が高くメンテナンス不要の電源として機能し、長期にわたる自律動作を可能にします。これは、IoT センサーを広範囲かつ遠隔地に分散させる必要があるスマート農業、環境モニタリング、資産追跡などのアプリケーションで特に役立ちます。さらに、自動車や航空宇宙などの業界では、圧電エネルギー ハーベスティング システムを設計に組み込むケースが増えています。自動車アプリケーションでは、これらのシステムは車両の振動からエネルギーを捕捉し、それを電力に変換して補助デバイスを充電したり、車両の電気システムを補完したりできます。

航空宇宙では、圧電エネルギー ハーベスティングを使用して航空機のセンサーや航空電子システムに電力を供給できるため、重くてメンテナンスの手間がかかるバッテリーの必要性が軽減されます。圧電デバイス市場は、製造技術の進歩の恩恵も受けており、その結果、コスト効率が高くスケーラブルな生産が可能になっています。これにより、圧電エネルギー ハーベスターは、より幅広い業界やアプリケーションで利用しやすくなりました。製造プロセスが合理化されるにつれて、これらのデバイスのコストは低下し、持続可能なエネルギーソリューションを求めるさまざまな企業やセクターにとって魅力的な選択肢になります。結論として、世界の圧電デバイス市場は、エネルギーハーベスティング技術の拡大に牽引されて大幅な成長を遂げています。機械エネルギーを効率的に捕捉して電気に変換する圧電デバイスの能力は、持続可能性とエネルギー効率に対する世界的な推進力と一致しています。これらのデバイスは、IoT、自動車、航空宇宙、産業オートメーションなど、幅広い分野で応用されており、その継続的な開発と統合は、持続可能なエネルギーソリューションの未来を形作り、明日のデバイスに電力を供給する上で極めて重要な役割を果たすことになっています。

小型化と統合のトレンド

小型化と統合のトレンドにより、業界全体で圧電デバイスの採用が進んでいます。コンパクトで高性能なセンサーとアクチュエーターを作成できる能力は、スペースの制約と精度が重要な分野で新たな可能性を切り開いています。 民生用電子機器では、より小型でポータブルなデバイスへの傾向により、小型圧電部品の需要が生まれています。 これらの部品は、スマートフォンで触覚フィードバック、タッチスクリーン、指紋認識に使用されています。 さらに、小型圧電モーターは、カメラのオートフォーカス システムやウェアラブルに使用されています。

マイクロ流体工学とラボオンチップ技術の分野では、圧電アクチュエーターにより正確な流体制御とサンプル操作が可能になります。 これらのアプリケーションは、医療診断、創薬、分析化学など、精度と自動化が最も重要である分野で不可欠です。 圧電デバイスは、ロボット工学と精密製造で広く使用されています。 圧電アクチュエーターはナノスケールの位置決めと動作制御を提供するため、半導体製造、光学アライメント、原子間力顕微鏡などのアプリケーションに最適です。 結論として、世界の圧電デバイス市場は、センサー技術の進歩、エネルギー ハーベスティング技術の成長、小型化と統合のトレンドによって推進されています。これらの推進要因は、業界を変革するだけでなく、イノベーションと効率化の新たな機会も生み出しています。圧電デバイスが進化を続け、新しい用途が見つかるにつれて、さまざまな分野への影響は大きく、テクノロジーとオートメーションの未来を形作るものとなるでしょう。

主要な市場の課題

材料の制限とパフォーマンスのトレードオフ

世界の圧電デバイス市場では、メーカーと研究者の両方が直面する大きな課題の 1 つが、材料の制限と圧電技術に伴う避けられないパフォーマンスのトレードオフを乗り越えることです。機械的応力または振動を電気エネルギーに変換したり、その逆を行ったりする圧電デバイスは、結晶、セラミック、ポリマーなどの圧電材料の特性に大きく依存しています。これらの材料には独自の利点がある一方で、デバイスのパフォーマンスと設計に影響を与える固有の制限もあります。材料の制限は、効率と有効性の点で大きな課題となります。たとえば、圧電材料の選択は、感度、エネルギー変換効率、周波数応答などのデバイスのパフォーマンス特性に大きな影響を与えます。異なる材料には異なる圧電特性があり、特定の用途に最も適した材料を選択するには、多くの場合、トレードオフが必要になります。石英などの結晶材料は感度と安定性に優れているため、電子機器の正確なタイミング用途に最適です。ただし、高価で、特定の機械的変形への適応性が低い場合があります。

一方、セラミック材料はより汎用性が高く、コスト効率に優れていますが、一部のアプリケーションに必要な感度が不足する場合があります。材料関連のもう 1 つの課題は、圧電材料が材料疲労や故障を起こすまでに耐えられる歪みや変位が限られていることです。過度の機械的ストレスはデバイスの信頼性の低下や寿命の短縮につながり、特定の高ストレス環境での圧電ソリューションの長期的な実行可能性が制限されます。研究者は、これらの制限に対処するために機械的特性が改善された材料の開発に継続的に取り組んでいますが、そのような進歩には他のパフォーマンス面でのトレードオフが伴うことがよくあります。パフォーマンスのトレードオフは、圧電デバイス市場における基本的な課題です。設計者は、サイズ、感度、出力などのさまざまなデバイス パラメータの最適化を目指しているため、ある領域で改善を実現するために別の領域でトレードオフを行うことがよくあります。たとえば、圧電センサーの感度を高めるには、物理​​的サイズを大きくする必要がある場合がありますが、これはコンパクトでポータブルなアプリケーションには実用的ではありません。逆に、デバイスのサイズを小さくすると感度が低下し、電気信号を正確に生成または検出する能力に影響する可能性があります。さらに、圧電デバイスでは、エネルギー変換効率と帯域幅または周波数応答の間にトレードオフがあります。高いエネルギー変換効率向けに設計されたデバイスは、帯域幅が制限される傾向があり、急速な機械的振動や動的応答を必要とするアプリケーションには適さない場合があります。逆に、高周波応答に最適化されたデバイスは、エネルギー変換効率をある程度犠牲にする可能性があります。環境要因も圧電デバイスのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

温度感度は一般的な制限であり、圧電材料は温度変化によって電気的および機械的特性が変化することがよくあります。これにより、測定の不正確さやエネルギー収集能力の変動につながる可能性があります。これらの課題に対処するために、高度な圧電材料、新しいデバイス設計、革新的な統合技術の開発に継続的な研究努力が集中しています。制限を緩和しながらパフォーマンスを向上させるために、多機能材料と複合材料が研究されています。さらに、新しい製造プロセスと材料工学技術は、相反するデバイス属性のバランスをとることを目的としています。結論として、材料の制限とパフォーマンスのトレードオフは、世界の圧電デバイス市場における固有の課題です。感度、エネルギー変換効率、サイズ、信頼性の望ましい組み合わせを実現するには、デバイス設計における材料の選択とトレードオフを慎重に検討する必要があります。技術が進歩し、研究が進むにつれて、これらの課題は徐々に解決され、エネルギーハーベスティングからセンサーまで、幅広いアプリケーションで圧電デバイスの新しい機会が開かれると予想されます。

環境と持続可能性の懸念

世界の圧電デバイス市場における顕著な課題の 1 つは、これらのデバイスの製造、使用、廃棄に関連する環境と持続可能性の懸念から生じています。圧電技術は、エネルギー効率や汎用性など、多くの利点を提供しますが、原材料の抽出、製造プロセス、および耐用年数終了時の廃棄に伴う環境への影響から逃れることはできません。業界と消費者が選択において持続可能性と環境への配慮を優先するにつれて、これらの懸念に対処することがますます重要になっています。

圧電デバイス市場における 1 つの重要な環境課題は、圧電材料、特に圧電セラミックの抽出と処理に起因しています。これらの材料には、望ましい特性のためさまざまな圧電アプリケーションで一般的に使用されている鉛などの希少元素や貴金属が含まれていることがよくあります。ただし、これらの材料の抽出と処理は、特に鉛などの有害物質が関係している場合は、環境の悪化や健康被害につながる可能性があります。その結果、鉛フリーの圧電材料の開発と採用を推進し、製造に伴う環境リスクと健康リスクを軽減することがますます求められています。

さらに、センサー、トランスデューサー、アクチュエーターなどの圧電デバイスの作成に関連する製造プロセスでは、かなりのエネルギーとリソースが消費される可能性があります。エネルギーを大量に消費するプロセスは、特殊な機器の必要性と相まって、かなりの二酸化炭素排出量につながる可能性があります。圧電デバイスの製造による環境への影響を減らすには、エネルギー効率を改善し、廃棄物の発生を最小限に抑える革新的なアプローチが必要です。これらの課題を軽減するために、リーン生産やグリーン材料の使用などの持続可能な製造方法が、メーカーによってますます検討されています。もう 1 つの懸念は、圧電デバイスのライフサイクルの終わりに生成される潜在的な電子廃棄物 (e-waste) です。圧電技術の採用がさまざまな業界で拡大するにつれ、これらのデバイスの廃棄が重大な問題になっています。一部の圧電コンポーネントには有害物質が含まれているため、不適切な廃棄方法は環境汚染や健康リスクにつながる可能性があります。圧電デバイスのリサイクルと責任ある廃棄方法は、環境への影響を最小限に抑え、環境規制に準拠するために不可欠です。

さらに、圧電デバイスの性能と耐久性は、温度、湿度、化学物質への曝露などの環境要因によって影響を受ける可能性があります。環境条件によってデバイスの早期故障や効率の低下が発生する可能性があり、より頻繁な交換やメンテナンスが必要になる場合があります。これにより、全体的な環境フットプリントが増加するだけでなく、これらのデバイスに依存しているユーザーや業界に経済的な課題も生じます。

主要な市場動向

小型化とナノテクノロジーの統合

世界の圧電デバイス市場で最も顕著な傾向の 1 つは、ナノテクノロジーの進歩によって促進された小型化と統合への絶え間ない推進力です。従来、機械的振動を生成および感知する能力で知られていた圧電デバイスは、劇的な変化を遂げました。この傾向は、民生用電子機器から医療機器など、さまざまなアプリケーションで、より小型でコンパクトなデバイスに対する需要の高まりによって推進されています。民生用電子機器の分野では、より薄く軽いデバイスに対する需要により、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルに圧電コンポーネントが統合されています。圧電アクチュエータは触覚フィードバックに使用され、ユーザーは振動やクリックなどの触覚を体験できます。これらのアクチュエータは非常にコンパクトなので、現代のガジェットの限られたスペースに最適です。

小型化は、精度と非侵襲性が最優先されるヘルスケアおよび医療機器では特に重要です。圧電センサーとトランスデューサーは現在、ポータブル診断ツール、医療用画像装置、さらには埋め込み型医療機器にまで組み込まれています。そのコンパクトなサイズと優れた感度により、侵襲的な手順なしで正確な測定と監視が可能になります。科学研究​​分野では、圧電アクチュエータとセンサーをマイクロ流体デバイスとラボオンチップシステムに統合することで、実験に革命をもたらしています。研究者は、流体の流れを正確に制御し、粒子を操作し、小型で化学分析を実行できるため、創薬やポイントオブケア診断などの分野で進歩がもたらされます。小型圧電アクチュエータは、精密製造やロボット工学で広く使用されています。これらのデバイスはナノスケールの位置決めと動作制御を提供し、半導体製造、光学アライメント、材料試験における高精度のプロセスを可能にします。

エネルギーハーベスティングと持続可能な電源

世界の圧電デバイス市場におけるもう 1 つの重要なトレンドは、エネルギーハーベスティング技術の探求です。機械エネルギーを電気エネルギーに変換する能力で知られる圧電材料は、持続可能な発電の最前線にあります。このトレンドは、再生可能エネルギー源と環境に優しいソリューションへの世界的な移行と一致しています。圧電デバイスを使用したエネルギーハーベスティングは、ワイヤレス センサー ネットワークで注目を集めています。遠隔地やアクセスできない場所に設置されたセンサーは、振動、動き、または周囲の機械的ソースからエネルギーを回収して電力を供給できます。これにより、頻繁なバッテリー交換が不要になり、環境への影響が軽減されます。ウェアラブル エレクトロニクスとモノのインターネット (IoT) デバイスには、圧電エネルギーハーベスティング ソリューションがますます組み込まれています。これらのデバイスは、周囲のエネルギーを利用してバッテリー寿命を延ばしたり、自律的に動作したりできます。たとえば、圧電材料は体の動きから電力を生成できるため、自己発電型のウェアラブル健康モニターや IoT センサーが可能になります。圧電エネルギーの収集は小規模な用途にとどまりません。研究者は、再生可能エネルギー生成の大規模展開を模索しています。圧電材料は、風、海の波、歩行者などの発生源からエネルギーを捕捉できます。これらの材料は、再生可能で持続可能な発電方法を提供し、グリーンエネルギーイニシアチブに貢献します。

セグメント別インサイト

圧電モーターセグメントの市場は、予測期間中に大幅な CAGR で成長すると予想されます。

地域別インサイト

アジア太平洋地域は最も急速に成長している市場です。中国、日本、台湾、インド、韓国が製造能力の増強に注力する中、アジア太平洋地域は電子機器および消費財の製造拠点として浮上しています。アジア太平洋地域の政府は、COVID-19による景気減速を受けて、同地域に新たな製造施設を設立する電子機器メーカーに減税やインセンティブを提供し、予測期間中に市場規模の拡大を目指しています。北米では、米国が宇宙空間でのターゲット検出や宇宙船部品の遠隔操作に圧電材料を使用する大規模な宇宙探査プログラムを計画しており、市場の成長機会を提供しています。欧州の自動車産業は、コロナパンデミックによる景気減速からの回復が見込まれています。この地域では無人自動運転車の研究も拡大しており、市場に活気をもたらしています。

最近の動向

• 2019年7月 - PI Ceramic GmbHは、テューリンゲン州レーダーホスの生産施設の拡張を発表しました。拡張により、施設の面積は12,000平方メートル増加します。19,500平方メートルの拡張エリアには、多層圧電材料の製造ラインと管理センターが追加されます。
•  2020 年 4 月CTS Corporation は、自動車用水晶共振器に使用される 4 つの水晶ファミリを導入し、製品ポートフォリオを拡張すると発表しました。新開発の製品は、自動車、産業、医療、電気通信などの分野で応用されています。航空宇宙および防衛産業では、幅広い動作温度範囲があり、近い将来に会社にとって優れた成長機会を提供します。

主要市場プレーヤー

• PI Ceramics GmbH
• APC INTERNATIONAL, LTD
• CTS Corporation
• L3Harris Technologies, Inc.
• CeramTec
• ARKEMA
• Solvay
• Mad City Labs, Inc.
• Piezosystem jena GmbH
• Sparkler Ceramics