エレクトレットを用いた超薄型口腔内発電システム

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本研究では，マウスガード型センサ等口腔内デバイスの電池に代わる電源として，人間の咬合力をエネルギー源とした口腔内発電システムを提案している．提案システムは，電荷を半永久的に保持するエレクトレットと誘電エラストマーを積層した薄型発電シートをマウスガード内部に埋め込むことで，日常生活中に作用する咬合力から静電誘導を利用して発電する．本年度はまず，昨年度までに確立した発電シート等価回路モデルに基づく発電シートの発電量最大化設計を実施し，厚さ82μmの薄型発電シートを試作した．本シートを埋め込んだマウスガード型デバイスを試作し，人間の咬合力を模擬可能な実験装置によってその発電性能を評価した結果，周波数1Hz，最大圧縮圧0.85MPaの咀嚼時相当の圧縮条件下で平均2.5μWの発電量を達成した．口腔内発電システムとしての実用を想定し，コンデンサへの蓄電性能についても同様に評価した結果，マウスガード型センサで計測したデータを約5分毎に外部デバイスへと送信可能な蓄電性能を有することを確認した．さらに，試作したマウスガード型デバイスを咬合力センサとして利用することを想定し，発電シートに負荷される咬合力とその際の出力電圧との関係を発電の機序に基づき理論的に導出することで，出力電圧から咬合力を推定可能な逆モデルを構築した．別途試作した厚型発電シートを用いた実験で，発電シートに負荷された圧縮力を，構築した逆モデルを用いて精度よく推定可能であることを確認した．その後，発電シートを埋め込んだマウスガード型デバイスに対しても同様に，試作した実験装置によって圧縮負荷を与えた場合でも，厚型試作シートと同様に逆モデルを用いて精度よく圧縮力を推定可能であることを確認した．これらの研究成果について，2報の国際学術誌への論文掲載，2件の学会発表を行った．