No.569

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2022.02.17

圧力や振動により発電する柔軟素材

発電ゴム

発電ゴムのコピー

概要

「発電ゴム」とは圧力や振動を加えることで電気が発生する柔軟素材。薄いゴムのシート状で、押したり曲げたりして変形すると瞬間的に数百ボルトの電圧を生じる。セラミックスや高分子樹脂といった重く壊れやすい従来の圧電材料とは異なり、柔軟性の高いフレキシブルなシートでありながら圧電材料と同等の高い発電性能を有し、水に濡れても乾燥させれば再利用できるなど活用範囲が広いのが特徴。小さな圧力にも反応する感度に加え数百万回の繰り返し負荷試験でも性能劣化がないという耐久性も有しており、センサーや環境発電(エナジー・ハーベスティング)、IoTなど様々な用途への応用が期待されている。

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なにがすごいのか?

  • 叩く、押すなどの圧力動作だけで数百ボルトを発電できる高い発電性能

  • ハサミで切ったり曲面に貼ったりと自在に加工可能

  • 水に濡れてもまた使える高い耐環境性と汎用性

なぜ生まれたのか?

「発電ゴム」は、複写機部品の開発に使われていた材料技術の応用検討を進める中での「気づき」を起点とした実験の中から生まれた知財従来知られている圧電材料としてはセラミックスや高分子樹脂などが知られているが、重く壊れやすいか、柔軟性がある素材であっても発電量が微弱であるなどの問題があり活動範囲が限られていた。セラミックスや高分子樹脂の課題を解決し、それぞれの利点である高出力と柔軟性を両立する、フレキシブルな新しい発電材料として「発電ゴム」は開発された。

妄想プロジェクト 妄想プロジェクト

発電ゴム

“モノ×電流”によるイノベーションを誰もが試せる実験場「ELECTRIC Lab.」

押す・握る・揺らすなどの動作で電流を発生させることができる「発電ゴム」は、IoTの分野をはじめとしたあらゆる製品の技術基盤となりうる可能性がある。この汎用性が高い「発電ゴム」の性能を誰もが試せるオープンな実験場「ELECTRIC Lab.」を開設すれば、さまざまなイノベーションが生まれるハブ・スポットとなるだろう。

この施設には研究者やクリエイターが職種を横断して集まり、プロトタイプによる実験とディスカッションを交わしながら新たなサービスや製品、ビジネスを検討することができる。ある人は発電ゴムを用いた電気信号による食べ物の味覚変動について実験し、ある人はスマートデバイスやIoT家具の開発、またある人は触覚デバイスへの応用を検討する・・・そんなジャンルを超えた実験とアイデアが日常的に繰り広げられる、イノベーティブな研究施設となるだろう。

知財図鑑

妄想家 知財図鑑

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妄想画家 ソノナカ

ソノナカ

妄想画家 ソノナカ

なぜできるのか?

高出力と柔軟性を両立

圧力による発電材料としては、セラミックスと高分子樹脂の二つが知られている。「チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)」をはじめとするセラミックスは、機器設備の圧力・振動センサーなどの電子部品として普及しており、高出力ではあるが重く壊れやすい。また「PVDF(ポリフッ化ビニリデン)」をはじめとする高分子樹脂は、薄くすることによる柔軟性はあるが、取り出せる電力は微量であり活用範囲が限られている。一方で「発電ゴム」は高出力で、5cm×10cmの発電ゴムシートを手で軽くたたくだけで数百V、数百μAの電力を生み出すことが可能。なおかつ軽量でハサミやカッターで裁断することもでき、曲面に張ることもできるなど、柔軟性にも優れている。

数百万回の使用にも対応する耐久性

従来の圧電材料は高出力ではあっても「壊れやすい」「鉛を含む」「重い」などの課題があったが、発電ゴムはこれらの課題を解決した上で数百万回の繰り返し負荷試験でも性能劣化がないという耐久性を有している。小さな圧力にも反応する感度と、大きな圧力への耐久性を実現しているため、あらゆる製品の電力基盤やセンサーとしての活用が可能となる。

センサーやIoT技術としての応用

「発電ゴム」は柔軟であることから加工しやすく、セラミックスのような高温加工が不要なため高い生産性を望むことができる。無給で自立発電が可能な「発電ゴム」はセンサーを始めとする多方面での活用への実用化開発に応用が可能であり、将来的には、さまざまなものが通信機能を持つIoT(Internet
of Things)社会の進展に伴う有効な発電材料としての活用が期待される。

相性のいい産業分野

流通・モビリティ

電車などの座席に設置することで、着席している人数・場所をセンシング

製造業・メーカー

触る・押す・握るなどの動作を電流を介して変換するメタバース用の触覚グローブに応用

医療・福祉

着席者の心と身体の状態をセンシングするスマート・ソファや、歩行から健康状態を可視化するスマートシューズ

スポーツ

発電して微弱電流でスポーツ選手の患部を癒すウェアラブル・スマートサポーター

IT・通信

災害時など緊急時に叩くとGPS探知機になる「電子お守り」

食品・飲料

ゴム部分の持ち手を握るとフードの塩味・酸味・甘みが変わる「味覚変動食器」

この知財の情報・出典

この知財は様々な特許や要素技術が関連しています。
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Top Image : © 株式会社リコー
※製品名・組織名は記事作成時点(2022年2月)のものです。

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