Review
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【特集】 振動発電技術の最新動向
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特集にあたって
Introduction
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桑野博喜(東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授)
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マイクロ振動発電
Vibration-driven Microenergy Harvesting
--------------------------------------------------------------------------------
岡本洋(秋田県立大学 システム科学技術学部 電子情報システム学科 准教授)
桑野博喜(東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授)
一般に振動発電機の出力はサイズが小さくなると減少するので,応用場面に合わせて適切に設計する必要がある。本稿では現在知られているマイクロ振動発電の応用分野を概観し,振動発電機の主な形式の長所と短所を明らかにする。なお,永久磁石,ピエゾ材料などを用いたいくつかのエネルギー変換技術についてもふれる。
【目次】
1. マイクロ振動発電を取り巻く状況
2. 要求される電力アウトプット
3. 主要なマイクロ振動発電の方式
3.1 環境中に相対的な運動が得られる場合
3.2 環境中に相対的な運動が得られない場合
4. 主要な機械電気エネルギー変換方式の概要
(1) 電磁的方法
(2) 静電的方法
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
歩行発電靴の研究開発
Research & Development of a Walking Power Generator
--------------------------------------------------------------------------------
鳥海陽平(日本電信電話(株) 環境エネルギー研究所 研究員)
NTTではユビキタス通信端末に向けた電力供給方法の一つとして人間の歩行動作を利用した発電の検討を行っている。靴に流体が入ったタンクとタービン,発電機を搭載し,歩行動作によりタンク内の流体がタービンに流れて発電する試作機を開発し発電量を測定した結果,平均約800mWの電力を得ることに成功した。
【目次】
1. はじめに
2. 歩行発電システム
3. 歩行発電靴の試作
4. 実験
4.1 発電量試験
4.2 携帯電話用電池充電試験
4.3 タービン特性測定試験
5. 実験結果と考察
5.1 発電量試験
5.2 携帯電話用電池充電試験
5.3 タービン特性測定試験
6. まとめと今後の展望
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エレクトレット材料を用いた小型環境振動発電デバイスの開発と応用
Development and Application of a Compact Vibration-Driven Micropower Generator using Electret Materials
--------------------------------------------------------------------------------
土居仁(オムロン(株) 技術本部 コアテクノロジーセンター 主幹)
大場正利(オムロン(株) 技術本部 コアテクノロジーセンター センター長)
エレクトレット材料を用いた静電誘導方式で,発電特性に優れた小型の環境振動発電デバイスの機能モデルを作製し,環境振動発電デバイスから自給される電力のみで無線センサーモジュールを駆動させることに成功した。本稿では開発した環境振動発電デバイスおよび無線センサーモジュールの駆動実験ならびに環境振動発電デバイスの応用について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. エレクトレットを用いた静電誘導方式
3. 発電電極部
4. 発電機構部
5. 整流・充電回路と蓄電素子
6. 無線センサーモジュールへの応用例
7. 高架橋のヘルスモニタリングシステムへの応用例
8. その他の応用例
9. おわりに
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ポリマー・エレクトレットを用いたMEMS振動発電器
Vibration-driven MEMS Generator using Polymer Electret
--------------------------------------------------------------------------------
鈴木雄二(東京大学 大学院 工学系研究科 機械工学専攻 教授)
近年,環境に存在する希薄エネルギーから微小電力を取り出し,有効活用するエナジー・ハーベスティング(Energy Harvesting)に注目が集まっている。本稿では,エレクトレットを用いた静電誘導により環境振動から電力を取り出すMEMS発電器と,それに用いる高性能ポリマー・エレクトレットの開発について,筆者らの取り組みを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 振動発電器のモデル
3. ポリマー・エレクトレットの開発
4. エレクトレットを用いた静電誘導発電
5. MEMSエレクトレット振動発電器
6. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
流れによる振動を利用した発電の現状と将来性
Review on Electricity Generation utilizing Flow Induced Vibrations
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高橋勉(長岡技術科学大学 工学部 機械系 准教授)
白樫正高(長岡技術科学大学 名誉教授)
自然現象や機械装置,構造物において,流れにより物体が振動する現象は非常に広範に見られ,その予測が困難で多くの事故原因となってきたので,これまでは有害なものとして取り扱われてきた。しかし近年,これを風や河川の流れから電気エネルギーを取り出すのに利用する提案がなされ,解析的検討およびいくつかの実験結果が報告されている。
【目次】
1. はじめに
1.1 流れによる振動とそのエネルギー利用の可能性
1.2 渦励振と流力弾性振動
(1) 渦励振
(2) ギャロッピングとフラッター
1.3 本稿の概要
2. 解析
2.1 振動からのエネルギー抽出
2.2 渦励振の場合
(1) 有効質量と有効減衰係数
(2) 取り出し動力の見積もり
2.3 無次元数を用いた一般化による性能予測
3. 円柱の渦励振と渦励振発電の例
3.1 円柱の渦励振
3.2 単独円柱のKVIV発電実験
3.3 十字交差円柱/平板系のTVIV発電実験
4. おわりに
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Material Report
--------------------------------------------------------------------------------
R&D
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リチウムイオン二次電池向け有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質
Organic-Inorganic Hybrid Type Ion-gel Electrolytes for Lithium Ion Secondary Batteries
--------------------------------------------------------------------------------
松見紀佳(名古屋大学 大学院 生命農学研究科 応用分子生命科学専攻 准教授)
難燃性のイオン液体の利用と有機・無機ハイブリッド化の2つの手法を併用することにより,各種リチウムイオン二次電池向け有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質を合成した。低温ゾル-ゲル法を利用したin-situ重合法によるガラス成分/高分子化イオン液体のナノハイブリッドのほか,多糖を利用した新たな系についても検討している。
【目次】
1. はじめに
2. 低温ゾル-ゲル法を利用したin-situ重合法による有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質の合成
3. イオン液体中におけるセルロースとホウ酸誘導体との縮合を利用した有機ホウ素系イオンゲル電解質の合成
4. イオン液体中での多糖とヒドロボランとの縮合による3級ホウ素を有するイオンゲル電解質の合成
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連載 人間×環境×マテリアル―ヒューマンアダプティブ・マテリアルの開拓(10)
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RFマグネトロンスパッタリング法によるZnO結晶性薄膜の作製とその光学特性
Preparation of ZnO Crystalline Thin Films by an RF Magnetron Sputtering Method and their Optical Properties
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中山正昭(大阪市立大学 大学院工学研究科 電子情報系専攻 応用物理学講座 教授)
RFマグネトロンスパッタリング法は,簡便な薄膜作製法として知られているが,高品位の結晶性薄膜を得るには不向きであると一般に考えられている。本稿では,近紫外域の光機能性材料として注目されているZnOを対象に,高品位の結晶性薄膜の作製方法を明らかにすることを目的として,成長条件,構造評価,ならびに,光学特性について,筆者らの研究成果を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. RFマグネトロンスパッタリング法の概略
3. ZnO結晶性薄膜作製の基板温度依存性
4. ZnO結晶性薄膜作製における低温バッファー層の効果
5. 最適条件で作製したZnO薄膜の光学特性
6. 強励起条件でのレーザー発
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
シリーズ 画像処理学のすすめ(1)
--------------------------------------------------------------------------------
イメージプロセッシング事始め
Introduction of Image Processing
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千原國宏(奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 教授)
自然科学だけが基礎研究ではなく,「ものづくり」のみが日本の特技ではない。イメージプロセッシングは純粋科学であり,アルゴリズムの発見につながる基礎研究であり,新しい「しくみづくり」に直結する実証研究でもある。本シリーズでは,新しい社会構造を創発するうえで不可欠の画像処理技術の根本的な概念を伝えたい。
【目次】
1. はじめに
2. バーチャルテレポート
2.1 情報医工学と「電脳どくた」
2.2 情報図書館学と「電脳がいど」
2.3 情報法科学と「電脳がーどまん」
3. バーチャルタイムマシーン
3.1 情報考古学と「電脳あすか」
3.2 情報道楽学と「電脳へいじょうきょう」
4. まとめ
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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中国における放射線防護繊維産業の動向
Current Trends in Anti-radiation Fabric Industry in China
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. 概況
2. 電磁放射概観
3. 中国における市場
(1) 金属繊維混紡生地
(2) 銀繊維生地
(3) めっき繊維
(4) マルチイオン抗電磁波織物
4. 代表メーカー
(1) 上海彩源紡織有限公司
(2) 北京友曙光紡織品経営部
(3) 江蘇省紡織研究所有限公司
注)誌面に於いて「紡織」「経営」「江蘇省」は簡体字で表記されておりますが,文字化け防止の為,ホームページ上では日本語漢字にしております。ご了承下さい。
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Market data
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地熱発電の市場動向
Market Trend of Geothermal Power Generation
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【目次】
1. 概要
2. 市場規模
3. 展望と課題
4. 企業動向
(1) 三菱重工業
(2) JFEエンジニアリング
(3) JX日鉱日石金属(旧 日鉱金属)
(4) Jパワー
(5) 住友商事,富士電機システムズ
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特集にあたって
Introduction
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桑野博喜(東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授)
--------------------------------------------------------------------------------
マイクロ振動発電
Vibration-driven Microenergy Harvesting
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岡本洋(秋田県立大学 システム科学技術学部 電子情報システム学科 准教授)
桑野博喜(東北大学 大学院 工学研究科 ナノメカニクス専攻 教授)
一般に振動発電機の出力はサイズが小さくなると減少するので,応用場面に合わせて適切に設計する必要がある。本稿では現在知られているマイクロ振動発電の応用分野を概観し,振動発電機の主な形式の長所と短所を明らかにする。なお,永久磁石,ピエゾ材料などを用いたいくつかのエネルギー変換技術についてもふれる。
【目次】
1. マイクロ振動発電を取り巻く状況
2. 要求される電力アウトプット
3. 主要なマイクロ振動発電の方式
3.1 環境中に相対的な運動が得られる場合
3.2 環境中に相対的な運動が得られない場合
4. 主要な機械電気エネルギー変換方式の概要
(1) 電磁的方法
(2) 静電的方法
5. おわりに
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歩行発電靴の研究開発
Research & Development of a Walking Power Generator
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鳥海陽平(日本電信電話(株) 環境エネルギー研究所 研究員)
NTTではユビキタス通信端末に向けた電力供給方法の一つとして人間の歩行動作を利用した発電の検討を行っている。靴に流体が入ったタンクとタービン,発電機を搭載し,歩行動作によりタンク内の流体がタービンに流れて発電する試作機を開発し発電量を測定した結果,平均約800mWの電力を得ることに成功した。
【目次】
1. はじめに
2. 歩行発電システム
3. 歩行発電靴の試作
4. 実験
4.1 発電量試験
4.2 携帯電話用電池充電試験
4.3 タービン特性測定試験
5. 実験結果と考察
5.1 発電量試験
5.2 携帯電話用電池充電試験
5.3 タービン特性測定試験
6. まとめと今後の展望
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エレクトレット材料を用いた小型環境振動発電デバイスの開発と応用
Development and Application of a Compact Vibration-Driven Micropower Generator using Electret Materials
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土居仁(オムロン(株) 技術本部 コアテクノロジーセンター 主幹)
大場正利(オムロン(株) 技術本部 コアテクノロジーセンター センター長)
エレクトレット材料を用いた静電誘導方式で,発電特性に優れた小型の環境振動発電デバイスの機能モデルを作製し,環境振動発電デバイスから自給される電力のみで無線センサーモジュールを駆動させることに成功した。本稿では開発した環境振動発電デバイスおよび無線センサーモジュールの駆動実験ならびに環境振動発電デバイスの応用について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. エレクトレットを用いた静電誘導方式
3. 発電電極部
4. 発電機構部
5. 整流・充電回路と蓄電素子
6. 無線センサーモジュールへの応用例
7. 高架橋のヘルスモニタリングシステムへの応用例
8. その他の応用例
9. おわりに
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ポリマー・エレクトレットを用いたMEMS振動発電器
Vibration-driven MEMS Generator using Polymer Electret
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鈴木雄二(東京大学 大学院 工学系研究科 機械工学専攻 教授)
近年,環境に存在する希薄エネルギーから微小電力を取り出し,有効活用するエナジー・ハーベスティング(Energy Harvesting)に注目が集まっている。本稿では,エレクトレットを用いた静電誘導により環境振動から電力を取り出すMEMS発電器と,それに用いる高性能ポリマー・エレクトレットの開発について,筆者らの取り組みを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 振動発電器のモデル
3. ポリマー・エレクトレットの開発
4. エレクトレットを用いた静電誘導発電
5. MEMSエレクトレット振動発電器
6. おわりに
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流れによる振動を利用した発電の現状と将来性
Review on Electricity Generation utilizing Flow Induced Vibrations
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高橋勉(長岡技術科学大学 工学部 機械系 准教授)
白樫正高(長岡技術科学大学 名誉教授)
自然現象や機械装置,構造物において,流れにより物体が振動する現象は非常に広範に見られ,その予測が困難で多くの事故原因となってきたので,これまでは有害なものとして取り扱われてきた。しかし近年,これを風や河川の流れから電気エネルギーを取り出すのに利用する提案がなされ,解析的検討およびいくつかの実験結果が報告されている。
【目次】
1. はじめに
1.1 流れによる振動とそのエネルギー利用の可能性
1.2 渦励振と流力弾性振動
(1) 渦励振
(2) ギャロッピングとフラッター
1.3 本稿の概要
2. 解析
2.1 振動からのエネルギー抽出
2.2 渦励振の場合
(1) 有効質量と有効減衰係数
(2) 取り出し動力の見積もり
2.3 無次元数を用いた一般化による性能予測
3. 円柱の渦励振と渦励振発電の例
3.1 円柱の渦励振
3.2 単独円柱のKVIV発電実験
3.3 十字交差円柱/平板系のTVIV発電実験
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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リチウムイオン二次電池向け有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質
Organic-Inorganic Hybrid Type Ion-gel Electrolytes for Lithium Ion Secondary Batteries
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松見紀佳(名古屋大学 大学院 生命農学研究科 応用分子生命科学専攻 准教授)
難燃性のイオン液体の利用と有機・無機ハイブリッド化の2つの手法を併用することにより,各種リチウムイオン二次電池向け有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質を合成した。低温ゾル-ゲル法を利用したin-situ重合法によるガラス成分/高分子化イオン液体のナノハイブリッドのほか,多糖を利用した新たな系についても検討している。
【目次】
1. はじめに
2. 低温ゾル-ゲル法を利用したin-situ重合法による有機・無機ハイブリッド型イオンゲル電解質の合成
3. イオン液体中におけるセルロースとホウ酸誘導体との縮合を利用した有機ホウ素系イオンゲル電解質の合成
4. イオン液体中での多糖とヒドロボランとの縮合による3級ホウ素を有するイオンゲル電解質の合成
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連載 人間×環境×マテリアル―ヒューマンアダプティブ・マテリアルの開拓(10)
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RFマグネトロンスパッタリング法によるZnO結晶性薄膜の作製とその光学特性
Preparation of ZnO Crystalline Thin Films by an RF Magnetron Sputtering Method and their Optical Properties
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中山正昭(大阪市立大学 大学院工学研究科 電子情報系専攻 応用物理学講座 教授)
RFマグネトロンスパッタリング法は,簡便な薄膜作製法として知られているが,高品位の結晶性薄膜を得るには不向きであると一般に考えられている。本稿では,近紫外域の光機能性材料として注目されているZnOを対象に,高品位の結晶性薄膜の作製方法を明らかにすることを目的として,成長条件,構造評価,ならびに,光学特性について,筆者らの研究成果を中心に解説する。
【目次】
1. はじめに
2. RFマグネトロンスパッタリング法の概略
3. ZnO結晶性薄膜作製の基板温度依存性
4. ZnO結晶性薄膜作製における低温バッファー層の効果
5. 最適条件で作製したZnO薄膜の光学特性
6. 強励起条件でのレーザー発
7. おわりに
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シリーズ 画像処理学のすすめ(1)
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イメージプロセッシング事始め
Introduction of Image Processing
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千原國宏(奈良先端科学技術大学院大学 情報科学研究科 教授)
自然科学だけが基礎研究ではなく,「ものづくり」のみが日本の特技ではない。イメージプロセッシングは純粋科学であり,アルゴリズムの発見につながる基礎研究であり,新しい「しくみづくり」に直結する実証研究でもある。本シリーズでは,新しい社会構造を創発するうえで不可欠の画像処理技術の根本的な概念を伝えたい。
【目次】
1. はじめに
2. バーチャルテレポート
2.1 情報医工学と「電脳どくた」
2.2 情報図書館学と「電脳がいど」
2.3 情報法科学と「電脳がーどまん」
3. バーチャルタイムマシーン
3.1 情報考古学と「電脳あすか」
3.2 情報道楽学と「電脳へいじょうきょう」
4. まとめ
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海外‘Niche’ビジネスレポート
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中国における放射線防護繊維産業の動向
Current Trends in Anti-radiation Fabric Industry in China
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Global IBIS 編集部
【目次】
1. 概況
2. 電磁放射概観
3. 中国における市場
(1) 金属繊維混紡生地
(2) 銀繊維生地
(3) めっき繊維
(4) マルチイオン抗電磁波織物
4. 代表メーカー
(1) 上海彩源紡織有限公司
(2) 北京友曙光紡織品経営部
(3) 江蘇省紡織研究所有限公司
注)誌面に於いて「紡織」「経営」「江蘇省」は簡体字で表記されておりますが,文字化け防止の為,ホームページ上では日本語漢字にしております。ご了承下さい。
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Market data
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地熱発電の市場動向
Market Trend of Geothermal Power Generation
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【目次】
1. 概要
2. 市場規模
3. 展望と課題
4. 企業動向
(1) 三菱重工業
(2) JFEエンジニアリング
(3) JX日鉱日石金属(旧 日鉱金属)
(4) Jパワー
(5) 住友商事,富士電機システムズ
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