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本間 浩章大学院工学研究科 機械工学専攻准教授
研究者基本情報
■ 学位■ 研究キーワード
■ 研究分野
■ 委員歴
- 2024年07月 - 現在, 電気学会 時空間情報を活用したモビリティデバイスのスマートネットワーク構築に向けた素子技術とその応用に関する調査専門委員会, 幹事
- 2024年05月 - 現在, 電気学会 センサ・マイクロマシン部門役員会, 会計担当
- 2024年04月 - 現在, 公益財団法人セイコーインスツル新世代研究財団ナノメカニクス研究会, 会員
- 2024年04月 - 現在, 電気学会 マイクロマシン・センサシステム技術委員会, 1号委員
- 2023年08月 - 現在, エネルギーハーベスティングコンソーシアム, 正式オブザーバー
- 2022年04月 - 現在, 応用物理学会 集積化MEMS技術研究会, 副広報
- 2024年07月 - 2024年12月, 第41回センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム論文委員会, 委員
- 2023年08月 - 2023年12月, The 22th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2023), Technical Program Committee
- 2023年02月 - 2023年12月, センサシンポジウム(SS40)論文委員
- 2022年08月 - 2022年12月, The 21th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2022), Technical Program Committee
- 2022年02月 - 2022年12月, センサシンポジウム(SS39)論文委員
- 2021年12月 - 2021年12月, The 20th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2021), Technical Program Committee
- 2021年12月 - 2021年12月, The 20th International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (PowerMEMS 2021), Conference Chairs, Technical Co-Chairs
研究活動情報
■ 受賞- 2024年03月 応用物理学会 第15回集積化MEMSシンポジウム, 優秀論文賞, MEMS振動発電素子の発電特性に対する位相検出電極の影響
- 2023年02月 Editors, Sensors and Materials, Best S&M Young Researcher Paper Award 2022, Power Generation Demonstration of Electrostatic Vibrational Energy Harvester with Comb Electrodes and Suspensions Located in Upper and Lower Decks
- 2022年11月 電気学会センサ・マイクロマシン部門 第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文委員会, 電気学会・第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム 優秀技術論文賞, カリウムイオンエレクトレット製デバイス量産化のための長期信頼性技術
- 2022年03月 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会, 応用物理学会 第13回 集積化MEMSシンポジウム 優秀論文賞, エレクトレット帯電/陽極接合同時プロセスによるMEMS型振動発電素子
- 2021年11月 電気学会センサ・マイクロマシン部門 第38回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文委員会, 第38回センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム 優秀技術論文賞, MEMS振動発電型イベントドリブンセンサを用いた橋梁の低消費異常周波数監視システム
- 2020年10月 応用物理学会第12回集積化MEMSシンポジウム選考委員会, 研究奨励賞, ダブルデッキ構造とジャンパ配線を一体化したエレクトレットMEMS振動発電素子
- 2020年10月 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 優秀技術論文賞, 「MEMS振動エナジーハーベスタの実機における発電量最大化技術」
- 2020年04月 電気学会, 令和元年 電気学会優秀論文発表賞, 「1.3mW級MEMS環境振動発電素子とIoT応用大容量キャパシタへの高速充電」
- 2020年03月 集積化MEMS技術研究会, 第11回集積化MEMSシンポジウム 優秀論文賞, 「ダブルデッキ構造によるMEMS振動発電素子の小型化」
- 2019年11月 第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 五十嵐賞, 「1.3mW級MEMS環境振動発電素子とIoT応用大容量キャパシタへの高速充電」
- 2019年11月 第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 優秀技術論文賞, 「エネルギー回収効率92%のMEMS振動エナジーハーベスタ」
- 2019年07月 フジサンケイビジネスアイ(日本工業新聞社)先端技術大賞表彰制度委員会, 第33回 独創性を拓く先端技術大賞<社会人部門>経済産業大臣賞
- 2018年11月 第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 優秀ポスター発表賞, 「高パワー密度(31mW/cm3/G2)を実現したMEMS環境振動発電素子とそのIoT応用」
- 2018年09月 応用物理学会集積化MEMS技術研究会、第2回台湾-日本国際交流シンポジウム, 優秀ポスター賞, Power Density Enhancement of Electret Based Energy Harvester with Symmetric Comb-Electrode Structure
- 2018年03月 応用物理学会・第9回集積化MEMSシンポジウム, 優秀論文賞, 「左右対称構造により静電拘束力を抑制した低G用のMEMS振動発電素子」
- 2017年11月 電気学会・第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 優秀ポスター発表賞, 左右対称エレクトレットくし歯電極による広帯域振動エナジーハーベスタ応用
- 2016年10月 電気学会・第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 優秀平戸市長賞, 「インパルス振動に特化したコインサイズエナジーハーベスタ」
- 2012年06月 電子情報通信学会電子デバイス研究会, 論文発表奨励賞
- 2012年03月 第3回集積化MEMSワークショップ, 研究奨励賞
- MYU K.K., 2023年06月, Sensors and Materials, 35(6) (6), 1941 - 1941[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- Lowering internal impedance, i.e., stray capacitance and resistance, is essential to enhance the output power of microelectromechanical system (MEMS) vibrational energy harvesters particularly when the structure is made of a silicon-on-insulator (SOI) wafer which has a distributed stray capacitance across the buried oxide (BOX) layer. Instead of using silicon as a material for electrical interconnection, we used an out-of-plane aluminum bonding wire to complete the on-chip electrical interconnection between the contact pads on the chip frame and the suspended movable electrodes. Compared with the conventional design using silicon-based interconnections, the maximum deliverable power has been enhanced almost six-fold because of the reduced stray capacitance between the SOI layer and the substrate, as well as reduced internal electrical resistance. The mechanical stability of the bonded wire during the excitation vibration has also been experimentally confirmed. A typical power density of 763 µW/cm3 is obtained when excited by 0.5 G (1 G = 9.8 m/s2) sinusoidal vibrations at 157 Hz.The Institute of Electrical Engineers of Japan, 2022年09月, 電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌), 142(9) (9), 215 - 219, 英語[査読有り]
- Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan), 2022年07月, IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines, 142(7) (7), 139 - 146研究論文(学術雑誌)
- MYU K.K., 2022年05月, Sensors and Materials, 34(5) (5), 1889 - 1889, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- In this paper, a vibrational energy harvester formed in a double-deck structure is presented. Comb electrodes covered with an electret skin are located in the active layer of a silicon on insulator (SOI) wafer, and suspensions are formed in the handle layer, thereby reducing the footprint to 62% of that of the previous model. For electrical interconnection between the SOI and handle layers, part of the SOI layer is formed into a cantilever that is designed to adhere to the substrate. When the device is mechanically excited by sinusoidal acceleration of 0.18 G (1 G = 9.8 m/s(2)), it generates a power of 13.2 mu W, corresponding to a normalized power density (NPD) of 1.23 mW/cm(3)/G(2).MYU K.K., 2022年04月, Sensors and Materials, 34(4) (4), 1527 - 1527, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- Potassium-ion silicon electret (K-SiO2) is a promising material for electrostatic type vibrational energy harvesting device enabled by micro-electro-mechanical system (VEH-MEMS). The power generation of VEH-MEMS can be enhanced by increasing the potential of electret. In this work, we report an improvement of 49.3% in potential of K-SiO2 electret thin film compared to the existing method. This is achieved by controlling the feed gas flowrate during wet oxidation process and applying vacuum annealing before charging process.2022年, 2022 21st International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications, PowerMEMS 2022, 282 - 285研究論文(国際会議プロシーディングス)
- We report a design method to enhance the output power of vibrational microelectromechanical system (MEMS) electrostatic energy harvesters by reducing the reactive power that does not contribute to the net output. The mechanism of enhancing the active current while reducing the reactive current is analytically studied using an equivalent circuit model of electret-based velocity-damped resonant-generator. Reduction of the internal parasitic capacitance associated to the contact pads and electrical interconnections significantly improves the power factor and increases the deliverable power. The design strategy is applied to an actual device that produces 1.3 mW from the vibrations of 0.65 G (1 G = 9.8 m s(-2)) at 158 Hz, suggesting a 2.9-fold enhancement of output power by increasing the buried oxide layer thickness from 1 mu m to 3 mu m.IOP Publishing, 2021年10月, Journal of Micromechanics and Microengineering, 31(12) (12), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 一般社団法人 電気学会, 2021年, 電気学会論文誌E(センサ・マイクロマシン部門誌), 141(7) (7), 245 - 253, 日本語
A MEMS vibrational energy harvester is developed as a power source for infrastructures monitoring systems. The output power is maximized by appropriately choosing the load resistance in accordance with the vibration conditions of the vibration source. Output power of more than 500 µW is obtained from the vibrations caused by a vacuum pump used in a factory.
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37(7) (7), 5p - 232, 日本語
This paper presents an energy harvesting technique that generates effective DC power from non-stationary weak environmental vibrations. We employ a voltage-boost rectifier (VBR) circuit utilizing small output from a vibrational energy harvester under non-stationary vibrations, which cannot be utilized by conventional rectifiers. A VBR circuit is fabricated by the complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology and packaged as a chip. The VBR chip is combined with an electret-based MEMS vibrational energy harvester and experimentally evaluated under non-stationary vibration. Measurement results show that the proposed system can deliver an effective DC voltage over 5.6 V from non-stationary vibrations (0.3 m/s2RMS) while a conventional diode rectifier delivered 0.3 V or lower.
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37(7) (7), 5p - 259, 日本語
We propose a triboelectric nanogenerator with pyramidal microstructure array fabricated by 3D lithography at contact interface. Since the actual contact area of the periodic pyramidal structure is relatively easy to predict, we evaluated the relationship between the size of the pyramidal microstructure at the contact interface and the power generation performance in a vertical contact-separation mode.
- We build an equivalent Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis (SPICE) model for a vibrational energy harvester comprising comb electrodes coated with an electret film that is used to convert the vibrational kinetic energy into electrical output power by electrostatic induction. In the assembled module, sinusoidal and nonsinusoidal vibrations are imported into the nonlinear current sources as an inertial force, and the power-generating performances are simulated. The nonsinusoidal waves observed in an actual environment (highway duct) are used as an input sample. By quantitatively comparing the simulation and experimental results, we verify the applicability of the equivalent module for various vibrations. When the device is excited by sinusoidal vibration, the maximum output power is calculated to be 71 mu W at 0.044 G (1 G = 9.8 m/s(2)), which is close to the experimental result of the actual device, 68 mu W at 0.045 G. Furthermore, when importing a nonsinusoidal vibration, the two timings at the highest generating peak are obtained in accordance with the moment of resonance, and the amplitudes are experimentally and analytically obtained to be 0.80 and 0.63 V, respectively.MYU, SCIENTIFIC PUBLISHING DIVISION, 2020年07月, Sensors and Materials, 32(7) (7), 2475 - 2492, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 日本工業出版, 2020年05月, 超音波techno, 32(3) (3), 33 - 37, 日本語環境振動MEMS発電素子とIoT無線センサ応用 (特集 超音波等を適用したプラントの保守検査(1))[査読有り]
- © 1988-2012 IEEE. A high-speed measurement method has been developed to electrically determine the potential voltage of the permanent charge or electret formed in a MEMS (microelectromechanical systems) vibrational energy harvester. While the conventional admittance method requires long time to observe the waveforms of the output power in time domain that diminishes when the built-in electret potential is compensated by an external voltage, this work proposes a new method to uniquely and promptly determine the electret potential by using the FFT (fast Fourier transform) analysis on the vibrational energy harvester excited by the white-noise voltage; the resonant peak in the frequency domain diminishes when the electret potential is compensated by the applied external bias voltage. White noise has been used in conventional method to measure the frequency response of devices of linear characteristics. However, due to the randomness of the input signal, random noise is inherently introduced to the measurement result, which urges us to repeat the measurement and to perform time-averaging to smooth out the noise. Therefore we used a newly developed white noise so-called 'pure' white noise, which has a totally flat power spectrum, as it is synthesized from waveforms of a constant magnitude and random phases. We compute the inverse Fourier transform of such pure-white noises to instantly obtain the power spectrum without using mathematical averaging, and thus the throughput of measurement is enhanced ten-times faster.2020年05月, IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing, 33(2) (2), 180 - 186[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 日本工業出版, 2020年04月, クリーンテクノロジー, 67 - 72IoTセンサを駆動するMEMS振動エナジーハーベスタ
- 公益社団法人 日本表面真空学会, 2020年, 表面と真空, 63(5) (5), 223 - 228, 日本語
Electret or permanent electrical charge is used as a part of mechano-electric energy conversion system for vibrational energy harvesting device. Microscopic capacitors are produced by silicon micromachining or MEMS (microelectromechanical systems) fabrication process, and the surfaces are turned into impurity-rich silicon oxide, which is later processed to make an electret by displacing the impurity ions by the same mechanism as the anodic bonding. The built-in potential of the electret is used to produce electrical current through the electrostatic induction when the movable electrode is periodically shaken by the external vibrations. In this article, the fabrication processes for the electret as well as the MEMS vibrational energy harvester are discussed. The fundamental characteristics of the energy harvesters are reported, along with a demonstration result as an autonomous powerpack for an IoT (internet-of-things) type wireless sensor node.
[査読有り] - In this paper, we experimentally demonstrate a new approach to improve the output power of electrostatic energy harvester with an electret skin. A symmetric three-ports comb-electrode mechanism is used to reduce the binding electrostatic force, thereby allowing a smooth mechanical motion of the suspended electrodes of a high-aspect ratio in a small acceleration range. Given the same device footprint, two energy harvesters having different aspect ratios are prepared to compare the power generation performances. The output power is increased 6.4 times by increasing the aspect-ratio from the 7.1 to 33.3. At the same time, the volumetric power density is also improved from 62.5 mu W cm(-3) to 270.2 mu W cm(-3). These results suggest a possibility to further enhance the aspect ratio to shorten the charge time of a large storage capacitor for autonomous internet of things wireless sensor node.IOP PUBLISHING LTD, 2019年08月, JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, 29(8) (8), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- We develop an equivalent circuit model for a MEMS vibrational energy harvester that uses electrets or permanent electrical charges to generate electrostatic induction currents from mechanical vibrations. An electrode pair of periodically arranged comblike fingers is electrically biased by the built-in potential of an electret, and the distribution of electrostatically induced charges is altered by the relative mechanical motion of the electrodes. The electrostatic force as well as the induction charges are described as a function of the boundary condition and implemented into a multiphysics equivalent-circuit model by using the nonlinear current sources of the simulation software LTspice. As a practical solution for avoiding computational error, we have eliminated the use of polygonal approximations for the conditional analytical model and newly introduced a geometrical modulation function based on sigmoidal functions, by which the analytical model has become mathematically smooth and twice-differentiable with respect to the displacement. The short-circuit waveforms of vibrational energy harvesting are reproduced by simulation and are in good agreement with the experimental results.MYU, SCIENTIFIC PUBLISHING DIVISION, 2019年, SENSORS AND MATERIALS, 31(9) (9), 2779 - 2802, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- In this paper, we look into the fundamental mechanism to retrieve the power from physical vibrations by using microelectromechanical systems (MEMS) energy harvesters. An analytical model is presented for the velocity-damped resonant generator (VDRG) that delivers electrical power through the power enhancement mechanism using the mechanical resonance of a suspended mass. Deliverable power is also analytically discussed with respect to the theoretical limit, and a view to understand the VDRG behaviors is presented in association with the impedance matching condition and the quality factors. Mechano-electric power conversions including electrostatic induction, electromagnetic induction, and piezoelectric effect are discussed to study the scaling effect. Recent examples of MEMS VDRGs are reviewed and evaluated in terms of the power density.[GRAPHICS]TAYLOR & FRANCIS LTD, 2019年01月, SCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS, 20(1) (1), 124 - 143, 英語[査読有り]
- We introduce symmetric comb-electrode structures for the electrostatic vibrational MEMS energy harvester to lower the electrostatic constraint force attributed to the built-in electret potential, thereby allowing the harvester device to operate in a small acceleration range of 0.05 g or lower (1 g = 9.8 m s-2). Given the same device structure, two different potentials for the electret are tested to experimentally confirm that the output induction current is enhanced 4.2 times by increasing the electret potential from -60 V to -250 V. At the same time, the harvester effectiveness has been improved to as high as 93%. The device is used to swiftly charge a 470 F storage capacitor to 3.3 V in 120 s from small sinusoidal vibrations of 0.6 g at 124 Hz.Institute of Physics Publishing, 2018年04月, Journal of Micromechanics and Microengineering, 28(6) (6), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- We have developed a micro-electro-mechanical systems ( MEMS) electrostatic vibratory power generator with over 100 mu w(RMS) of (root-mean-square) output electric power under 0.03 G(RMS) (G: the acceleration of gravity) accelerations. The device is made of a silicon-on-insulator (SOI) wafer and is fabricated by silicon micromachining technology. An electret built-in potential is given to the device by electrothermal polarization in silicon oxide using potassium ions. The force factor, which is defined by a proportional coefficient of the output current with respect to the vibration velocity, is 2.34 x 10 (4) C/ m; this large value allows the developed vibration power generator to have a very high power efficiency of 80.7%. We have also demonstrated a charging experiment by using an environmental acceleration waveform with an average amplitude of about 0.03 GRMS taken at a viaduct of a highway, and we obtained 4.8 mJ of electric energy stored in a 44 mu F capacitor in 90 min.MDPI AG, 2017年10月, MICROMACHINES, 8(10) (10), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- We report a tunable plasmonic color filter consisting of a metamaterial periodic grating and microelectromechanical systems (MEMS) actuator. An aluminum subwavelength grating is integrated with electrostatic comb-drive actuators to expand the metal subwavelength period, which allows continuous control of the excitation wavelength of surface plasmons (SPs). We develop a batch fabrication process by employing a liftoff technique using an electron beam resist altered by the electron dose depending on different aspect ratios (length/width) for various components such as the subwavelength grating, nanohinge flexural suspensions, and comb fingers. We successfully demonstrate a continuous shift in the excitation wavelength over the 514-635 nm range by nanopitch expansion. The design margin of the grating period for SP excitation is evaluated by comparing the experimental pitch variation and theoretically calculated values. The resonance frequency of the tunable filter is optically measured to be approximately 10 kHz. The optically and mechanically obtained values agree well with the theory of electrostatic actuation and finite-difference time-domain simulation.IOP PUBLISHING LTD, 2017年03月, JOURNAL OF MICROMECHANICS AND MICROENGINEERING, 27(3) (3), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- In this paper, we report on the construction of a free-standing metal-insulator-metal (MIM) subwavelength grating by nanoimprint and lift-off techniques, which can be used as a plasmonic color filter for imaging a multicolor spectrum. The free-standing subwavelength grating was designed to be composed of Al (50 nm)-SiO2 (150 nm)-Al (50 nm) layers, and the thickness of the SiO2 layer determined the wavelength selectivity for the color filter. The residual-free nanoimprint with an aspect ratio of 6 : 1 was applied in the lift-off process to the formation of MIM gratings. We successfully developed subwavelength MIM gratings with heights of more than 200 nm. We also demonstrated the fabrication of a free-standing MIM grating without lateral stiction, which was expected to improve the wavelength selectivity of a free-standing plasmonic color filter. (C) 2016 The Japan Society of Applied PhysicsIOP PUBLISHING LTD, 2016年06月, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 55(6) (6), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- We report a new method for continuously controlling surface-plasmon (SP) excitation wavelengths using a nanomechanically stretched metal subwavelength grating. An aluminum subwavelength grating is integrated with electrostatic comb-drive actuators to expand the metal subwavelength period, which allows continuous control of the dependent excitation wavelength. We successfully demonstrated that the excitation wavelength over the 542-668 nm range varies continuously with the square of the applied voltage, which agrees well with the theory of electrostatic actuation. This new modulation method can provide the functions of readjustment and continuous tuning for SP-based devices. (C) 2016 The Japan Society of Applied PhysicsIOP PUBLISHING LTD, 2016年02月, APPLIED PHYSICS EXPRESS, 9(2) (2), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- In this study, we developed a thin plasmonic color sheet (TPCS) embedded with Al subwavelength gratings for use in flexible optical transmission filters, and experimentally demonstrated its transmission characteristics. Al subwavelength gratings were formed in a freestanding thin poly-para-xylylene (parylene-N) film less than 1-mu m thick by using electron beam (EB) direct writing and sacrificial etching. The fabricated TPCS contained Al subwavelength gratings with periods ranging from 400 nm to 600 nm, and succeeded in shifting the transmission peak wavelength from 510 nm to 650 nm in the visible range. The freestanding thin parylene-N film deposited by room-temperature chemical vapor deposition provided enough flatness to the TPCS with a height difference of 900 nm in a whole filter area, resulting in uniform transmission spectra. The experimentally obtained peak shift dependent on the grating period agreed well with theoretical calculation results. (C) 2016 Elsevier B.V. All rights reserved.電子情報通信学会, 2016年, 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報, 45(50) (50), 63 - 69, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- An energy harvester has been developed to efficiently earn energy from both cyclic and impulse vibrations by using a symmetric pair of comb-electrodes that are heavily doped with potassium-ions to form electrets. By equalizing the electromechanical forces on the opposing comb-drives, energy conversion efficiency is enhanced for both impulses and broad-frequency harmonic vibrations.IOP PUBLISHING LTD, 2016年, 16TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO AND NANOTECHNOLOGY FOR POWER GENERATION AND ENERGY CONVERSION APPLICATIONS (POWERMEMS 2016), 773, 英語研究論文(国際会議プロシーディングス)
- Presented is a fabrication process for the transmission of red-green-blue (RGB) colour filters based on surface plasmons (SPs) using aluminium (Al) nanowire arrays patterned through electron-beam lithography and the lift-off technique. An array of Al nanowires was deployed over a through hole formed by sacrificial silicon etching. The period of the Al nanowire arrays is the dominant structural parameter in determining the transmission peak position of SPs for a given material configuration. The Al nanowire arrays are designed with the same Al wire width under the assumption of operation using a microelectromechanical systems (MEMS) comb-drive actuator for the realisation of an RGB tunable colour filter. The peak wavelength of the transmitted light was red-shifted by increasing the period of the Al nanowire arrays from 450 to 600 nm, and RGB colours were demonstrated. A black pixel was produced using the 400 nm pitch Al nanowire array. The maximum measured transmittance of the peak wavelength was 56%. In addition, the number of nanowires sufficient for low-power operation by a MEMS comb-drive actuator was investigated and sufficient transmission light intensity was obtained from the pixel size of 10 mu m(2), including 20 Al nanowires.INST ENGINEERING TECHNOLOGY-IET, 2014年12月, MICRO & NANO LETTERS, 9(12) (12), 891 - 895, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- This paper describes a novel approach to construct and/or functionalize a microfluidic chip with discrete microparts that are microfabricated small enough to place them in a microchannel. A preliminary demonstration was shown as a passive mixer. Microparts of several hundred micrometers were fabricated by double-sided etching with ICP RIE. The parts were manually placed in a typical Y-shaped PDMS microchannel. Fluorescence observation revealed that the constructed microfluidics had the same mixing ability as a fully silicon MEMS mixer. The configuration that is unattainable by the normal preassembled structure can also be fabricated. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.ELSEVIER SCIENCE SA, 2014年04月, SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL, 194, 528 - 533, 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- This paper reports on the construction of a nano-electro-mechanical system (NEMS) tunable color filter based on a subwavelength grating with high color uniformity and a low drive voltage. We recently proposed a ground-voltage-ground (GVG)-type tunable color filter with a parallel-plate actuator with three pairs of electrodes to decrease the crosstalk due to the electrostatic attractive force between each pair of actuators. Our finite element method (FEM) simulation results indicate that the drive voltage is decreased by 10 V, as compared to that of the previously reported GV type. The proposed structure was fabricated using a silicon-on-insulator (SOI) wafer. The color tuning capability of the device was demonstrated by applying a drive voltage of 6.7 V. The reflected light intensity was decreased by 34% at a wavelength of 680 nm. Color uniformity was also obtained in the filter area by reducing the variation of the displacement on the one-dimensional actuator arrays. (C) 2012 The Japan Society of Applied PhysicsJAPAN SOC APPLIED PHYSICS, 2012年11月, JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 51(11) (11), 英語[査読有り]研究論文(学術雑誌)
- 2023年11月, in Proc. Innovative Non-Destructive Testing for Civil Engineers (INDTCE) and 4th International Workshop on Self-Healing & Intelligent Materials (SHIM)Low-Power Frequency Monitoring System for Bridge using MEMS Vibrational-Energy Harvesting Sensor[招待有り]
- 2023年06月, in Proc. 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2023), 284 - 287FREQUENCY TRACKING OF VIBRATIONAL ENERGY HARVESTER USING PHASE-LOCKED LOOP (PLL)
- 2023年06月, in Proc. 22nd International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2023), 1252 - 1255A MEMS VIBRATIONAL ENERGY HARVESTER CAPABLE OF RESTLESS CHARGING CAPACITOR FROM RANDOM VIBRATIONS
- 2023年05月, in Proc. Design, Test, Integration & Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP 2023)Bandwidth Extension for MEMS Vibrational Energy Harvester using High-Voltage Electret
- 2023年05月, in Proc. Design, Test, Integration & Packaging of MEMS/MOEMS (DTIP 2023)Characterization of Resonance Sensor Integrated in MEMS Vibrational Energy Harvester
- 2022年08月, in Proc. 2022 JSME-IIP/ASME-ISPS Joint International Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment (MIPE2022), C1-2-01(3P)MACHINE LEARNING-BASED EXPERIMENT PLANNING OF POTASSIUM-ION SiO2 ELECTRET FORMING
- 2022年08月, in Proc. 2022 JSME-IIP/ASME-ISPS Joint Conference on Micromechatronics for Information and Precision Equipment (MIPE2022), C1-2-02(3P)Autonomous IoT wireless sensor node driven by 1 mW MEMS electrostatic energy harvester
- Institute of Electrical Engineers of Japan (IEE Japan), 2022年06月01日, IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines, 142(6) (6), NL6_1 - NL6_1
- 2022年05月, in Proc. Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology 2022 (APCOT 2022)Vibrational MEMS Energy Harvester Capable of Monitoring Phase State Variables
- 2022年04月, Proc. 17th IEEE International Conference on Nano/Micro Engineerred & Molecular Systems (IEEE-NEMS 2022), 253 - 256
- In this paper, we propose a vibration energy harvester (VEH) based on a flexible printed circuit (FPC) capable of power generation using a polymer-based piezoelectric material, and designed a metamaterial elastic layer suitable for the VEH-FPC, which is both an FPC and a VEH. As a result of FEM analysis, we were able to reduce the resonance frequency by 20% and increase the power generation by 1.8 times compared to the conventional solid elastic structure while suppressing the stress generated at the sensor junction.IEEE, 2022年01月, Proc 35th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (IEEE MEMS 2022), 616 - 619, 英語
- 2021年12月, in Proc. Materials Research Meeting (MRM 2021)Temperature-tolerant electret material for MEMS vibrational energy harvester
- 2021年09月, in Proc. 2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2021)VIBRATIONAL ENERGY HARVESTER MADE BY SIMULTANEOUS PROCESS FOR ANODIC BONDING AND ELECTRET CHARGING
- A design strategy is presented to simultaneously enhance the bandwidth and the sensitivity of electrostatic vibrational energy harvester without excessively depending on the velocity amplification through mechanical resonance. Instead, the new design uses comb electrodes of very short-stroke that are finished with an extremely high density electret film, thereby enhancing the mechano-electric power conversion efficiency, leading to a 3.6-fold expansion of frequency bandwidth from 18 Hz to 64 Hz around a center frequency of around 100 Hz when the electret potential is 1.5-fold enhanced from -200 V to -300 V. Normalized power density as large as 700 mu W/cm(3)/G(2) is confirmed.IEEE, 2021年06月, in Proc. 21st International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (Transducers 2021), 132 - 135, 英語
- 2021年, 電気学会論文誌 E, 141(7) (7)低閾値整流昇圧回路を用いた非定常振動下における振動発電
- 2021年, 電気学会論文誌 E, 141(7) (7)3Dリソグラフィ法により作製した微細構造を接触界面に有するトライボ発電デバイス
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月26日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37, 5p, 日本語エレクトレット型振動発電素子の最適インピーダンスによる高出力化新手法
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月26日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37, 4p, 日本語エレクトレット型振動発電素子のプルイン⾃動解除システム構築に向けた検証
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月26日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37, 5p, 日本語ダブルデッキ構造とジャンパー配線を一体化したエレクトレット型振動発電素子 (第12回 集積化MEMSシンポジウム)
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月26日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37, 6p, 日本語IoT向けMEMSエレクトレット型エナジーハーベスタ (第12回 集積化MEMSシンポジウム)
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2020年10月26日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 37, 6p, 日本語MEMS振動エナジーハーベスタの実機における発電量最大化技術
- 2020年09月, in Proc. 2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2020)Enlargement of Frequency Bandwidth of Vibrational MEMS Energy Harvester by High Density Electrets
- 電気学会, 2020年07月06日, 電気学会研究会資料. MSS, 2020(20) (20), 53 - 56, 日本語閾値自己補償整流昇圧回路による振動発電素子の実効帯域向上 (マイクロマシン・センサシステム研究会 マイクロマシン・センサシステムとそのプロセス技術および一般)
- 電気学会, 2020年07月06日, 電気学会研究会資料. MSS, 2020(20) (20), 57 - 60, 日本語接触界面に微細ピラミッド構造配列を有するトライボ発電デバイス (マイクロマシン・センサシステム研究会 マイクロマシン・センサシステムとそのプロセス技術および一般)
- 一般社団法人 日本機械学会, 2020年, 年次大会, 2020, J22203, 日本語
In this study, the power generation function is effectively added to a printed circuit board which occupies a large area in the Internet of Things (IoT) components. We propose power generation flexible printed circuits (FPCs) capable of mounting MEMS sensors, and developed FPCs for performing power generation by vibration and the sensor measurement simultaneously. By wire bonding, MEMS sensors were mounted on the FPC consisting of a piezoelectric polymer vibration energy harvester, an insulating film, and electrical printed circuits. As a result of experiments and finite element analysis, the power generation characteristics of the proposed FPC were controlled by the mounting position of the MEMS sensors on the FPC.
- 一般社団法人 日本機械学会, 2020年, マイクロ・ナノ工学シンポジウム, 2020, 27P3 - MN3-5, 日本語
In this study, we propose a power generation flexible printed circuit (FPC) using polymer piezoelectric material. For the the power supply for IoT (Internet of Things) devices, the area of the printed circuit board that occupies a large area in the IoT components is effectively used, and the power generation function is added to the printed circuit board. In particular, We evaluated the vibration and power generation characteristics when the mechanical metamaterial structure was incorporated into the elastic layer of the printed circuit board. As a result of FEM analysis, the proposed vibration energy harvesting FPC incorporates a mechanical metamaterial structure, which reduces the resonance frequency by 12% and improves the power generation by 2.9 times in comparison to a flat plate structure.
- 一般社団法人 日本機械学会, 2020年, マイクロ・ナノ工学シンポジウム, 2020, 26P3 - MN2-3, 日本語
In this study, we propose an interposer with frequency conversion function using bistable structure for a vibration energy harvester (VEH). The bistable structure consists of a buckling beam having a two dimensional structure. Therefore, the proposed device has high compatibility with the micro electro mechanical systems (MEMS) process and it is easily miniaturized, integrated, and mass-produced. Vibration analysis using the finite element method (FEM) and vibration tests using prototype device were performed to evaluate the vibration behavior and the frequency conversion characteristics. As a result of the experiments and calculations, it is possible to generate an acceleration higher than the input acceleration, which suggested a design guideline for interposer of the VEH.
- © 2020 IEEE. The classical circuit theory tells us that the output from a power generator is maximized when a load resistance is set to match with the internal impedance of the power source. It is also believed that there exists one and only one impedance matching condition for a given power source system. In this paper, however, we discover another optimal condition that arises particularly when the mechano-electric conversion efficiency is enhanced in the electret based vibrational energy harvesting device. Such a condition is found to deliver more power than the conventional matching conditions do. In other words, the impedance matching condition is not a unique solution for the system but it changes with the excitation amplitude to the energy harvester.IEEE, 2020年01月, Proceedings of the IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2020-January, 594 - 597, 英語
- © Published under licence by IOP Publishing Ltd. Electrostatic microactuators require external DC biasing in order to achieve the widest possible range of displacements for a given AC input. This report proposes a novel microspeaker structure that utilizes a potassium-ion-electret to reduce the need for such DC voltage application. Electrets exhibiting quasi-permanent charges enable large fixed voltages to be integrated directly within the MEMS structure, acting as an ersatz DC bias. Prototype devices were fabricated and characterized to approximate the effects of electret incorporation on the device performance.2019年12月04日, Journal of Physics: Conference Series, 1407(1) (1)
- © Published under licence by IOP Publishing Ltd. We propose a VBR (voltage-boost rectifier) circuit based on the 0.18-μm Si CMOS (complementary metal oxide semiconductor) technology, which is designed for vibrational energy harvesters utilizing environmental vibrations. The VBR employs a single-end Dickson type charge-pump topology, and the circuit would be realized as a monolithic chip. The evaluation results obtained by multi-physics simulations on a circuit simulator reveal that the proposed circuit can deliver boosted DC voltage from the input of sub-threshold AC voltage.2019年12月04日, Journal of Physics: Conference Series, 1407(1) (1)
- © Published under licence by IOP Publishing Ltd. We have developed a high-efficiency MEMS vibrational energy harvester with a resonance-maintaining circuit. Of particular note, the circuit is capable of both (1) rectifying the output to compensate for the electret bias voltage in the harvester and (2) avoiding electromechanical feedback by maintaining a relatively stable apparent load and resonance state. These improvements to the control circuitry allow the energy harvester to achieve useable energy outputs of over 500μW with highly efficient energy conversion ratios (79%).2019年12月04日, Journal of Physics: Conference Series, 1407(1) (1)
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2019年11月19日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 36, 6p, 日本語1.3mW級MEMS環境振動発電素子とIoT応用大容量キャパシタへの高速充電
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2019年11月19日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 36, 5p, 日本語MEMS振動発電素子の浮遊容量削減法の検証
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2019年11月19日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 36, 5p, 日本語ダブルデッキ構造によるMEMS振動発電素子の小型化 (第11回 集積化MEMSシンポジウム)
- The power-recovery effectiveness of our MEMS vibrational energy harvester has been improved to 92% of the theoretical limit by increasing the mechanical Q-factor through vacuum packaging and by enhancing the mechano-electric power conversion through a high-density electret.Institute of Electrical Engineers of Japan, 2019年11月19日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 36, 4p, 日本語
- 電気学会, 2019年07月01日, 電気学会研究会資料. MSS, 2019(11) (11), 61 - 65, 日本語エレクトレット電位増強による非定常振動発電特性の向上 (マイクロマシン・センサシステム研究会 マイクロマシン・センサシステムとそのプロセス技術および一般)
- © 2019 IEEE. This paper reports a bandwidth enhancement technique using a voltage-boost rectifier (VBR) circuit for vibrational energy harvesters (VEHs). Unlike existing methods that focus on mechanical structures for resonance or tuning circuits, we employ the VBR circuit that rectifies and boosts small output AC voltages of VEHs (Vpp < 1 V) at low frequency (< 1 kHz) to a DC voltage of effective level for the operation of the subsequent circuitry. The developed VBR circuit is experimentally evaluated with a MEMS electret VEH. Compared with conventional diode rectifies, the developed circuit has nearly threefold bandwidth for both 1.0-V and 3.3-V DC outputs with the minimum excitation acceleration of 1 mG (G = 9.8 m/s2).IEEE, 2019年06月01日, 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems and Eurosensors XXXIII, TRANSDUCERS 2019 and EUROSENSORS XXXIII, 1463 - 1466, 英語
- © 2019 IEEE. This paper reports on a methodology to enhance the output power of vibrational MEMS energy harvesters by reducing the reactive power. An SOI wafer with a relatively thick BOX layer is used to reduce the internal stray capacitance, thereby reducing the reactive power. The active power is 2.4-fold improved by increasing the BOX layer from 1 μm to 3 μm, resulting in a power enhancement to 1.3 mW, without changing the device design or footprint.IEEE, 2019年06月01日, 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems and Eurosensors XXXIII, TRANSDUCERS 2019 and EUROSENSORS XXXIII, 362 - 365, 英語
- © 2019 IEEE. A high-throughput measurement method is developed to determine the electrical potential of electret embedded in a MEMS vibrational energy harvester. When a electret device is electrically excited with white noise voltage, the mechanical resonance disappears from the real-time FFT analysis when the superposed dc bias voltage compensates the electret potential, by which the magnitude of the electret potential is known.2019年03月, IEEE International Conference on Microelectronic Test Structures, 2019-March, 171 - 174[査読有り]
- 2019年02月25日, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 66th, ROMBUNNO.11a‐W242‐7, 日本語MEMSエレクトレット振動発電デバイスの産業化
- A MEMS VIBRATORY ENERGY HARVESTER CHARGED BY AN OFF-CHIP ELECTRETThis paper reports a MEMS vibratory energy harvester using an off-chip electret source. The proposed device allows, for the first time, to physically separate MEMS tunable capacitors and electret charge source in a MEMS electret energy harvester, which enables us to enhance the design and fabrication flexibility of both MEMS structures and electret. A proof-of-concept device is fabricated, and its performance is experimentally evaluated. The results confirm the energy harvesting operation of the proposed device architecture.IEEE, 2019年, 2019 IEEE 32ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON MICRO ELECTRO MECHANICAL SYSTEMS (MEMS), 1025 - 1028, 英語
- A Double-Deck Structured MEMS Electrostatic Vibrational Energy Harvester for Minimal FootprintThis paper presents electrostatic vibrational energy harvesters which use double-deck structures for minimal footprint. The double-deck structure allocates the suspensions and the comb-electrodes in different layers of an SOI wafer. For electrical interconnection between the both layers, a stiction bar is used to bring the SOI structure to the same potential as the substrate. With an input acceleration of 0.18 G at 521 Hz, output power of 13.2 mu W is obtained from the double-deck type, where the chip size of the equivalent device performance is reduced to 62% of the previous models.IEEE, 2019年01月, Int. Conf. on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS 2019), 1017 - 1020, 英語
- 2018年12月, International Conference on Micro and Nanotechnology for Power Generation and Energy Conversion Applications (Power MEMS 2018)A Power-Density-Enhanced MEMS Electrostatic Energy Harvester with Symmetrized High-Aspect Ratio Comb Electrodes
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2018年10月30日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 35, 4p, 日本語高パワー密度(31mW/cm³/G²)を実現したMEMS環境振動発電素子とそのIoT応用
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2018年10月30日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 35, 5p, 日本語ランダム環境振動加速度波形データを用いた振動発電素子の等価回路挙動解析
- © Published under licence by IOP Publishing Ltd. An energy harvester device is developed with a PDMS chamber that contains upper and bottom electrodes (Al foil and electret) to form an air-dielectric variable capacitor, which can be pushed in three different manners to generate power through the up-and-down motion of the PDMS membrane. The 3-way mechanisms are experimentally compared.2018年07月26日, Journal of Physics: Conference Series, 1052
- 2018年06月, Taiwan-Japan Joint Symposium (co-organized with the 2018 International Conference on Smart Sensors (ICSS 2018)Power Density Enhancement of Electret Based Energy Harvester with Symmetric Comb-Electrode Structure
- 2018年, センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM), 35th共振維持回路による高効率MEMS振動エナジーハーベスタ
- 2017年11月, Power MEMS 2017IMPROVEMENT OF EFFECTIVENESS AND OUTPUT OF ELECTRET ENERGY HARVESTER BY SYMMETRIC COMB-DRIVE STRUCTURES
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2017年10月31日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 34, 1 - 5, 日本語左右対称エレクトレットくし歯電極による広帯域振動エナジーハーベスタ応用
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2017年10月31日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 34, 4p, 日本語左右対称構造により静電拘束力を抑制した低G用のMEMS振動発電素子 (第9回 集積化MEMSシンポジウム)
- In this paper, we discuss on a new method to increase the output current of energy-harvesting device by using a symmetric three-ports electrostatic comb-drive mechanism that enables fast charging of battery. A symmetric electrodes layout is used to reduce the binding electrostatic force that constraints the movable electrodes, thereby allowing a formation of a high electret potential without electrostatic collapse. The output short-circuit current is increased by 2.8 times by increasing the electret potential from the -120 V to -300 V. At the same time, the output impedance is also decreased 5 MΩ. The lowered constraint force enables energy harvester operation at a low acceleration range of 0.1 G or less.Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2017年07月26日, TRANSDUCERS 2017 - 19th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, 2167 - 2170, 英語
- This paper presents a high-power energy-harvesting device based on a three-ports electrostatic comb-drive mechanism. A symmetric electrodes structure is used to reduce the binding electrostatic force, thereby allowing large displacement of the oscillator mass at a low acceleration. With an acceleration of 0.27 G at 125 Hz, output power of 150.3 μW was obtained, where mechanical stroke of over 209 μm was confirmed by using a high-speed camera.Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2017年07月18日, Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS, DTIP 2017, 英語
- We have developed a broad-band vibrational energy harvester by utilizing symmetrical comb-drive electrodes that were coated with solid-ion electrets made of potassium-doped thermal silicon oxide film. The device was sealed in a vacuum package for high energy conversion to eliminate mechanical losses. With this device, we capture vibrations of any frequency as well as of impulse motions for power generation.Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2017年07月18日, Symposium on Design, Test, Integration and Packaging of MEMS/MOEMS, DTIP 2017, 英語
- This paper presents a power management system of self-supplied wireless sensor node based on MEMS electret vibrational energy harvester. The storage and control policy of the management circuit is optimized for small ambient excitation conditions to reduce power dissipation and avoid failure in wireless data transmissions. Live acceleration data collected from a bridge as well as simulation results were used to confirm the feasibility of the proposed circuit operating in real case low vibration environment.IEEE, 2017年, 2017 SYMPOSIUM ON DESIGN, TEST, INTEGRATION AND PACKAGING OF MEMS/MOEMS (DTIP 2017), 英語
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2016年10月02日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 33, 1 - 5, 日本語インパルス振動に特化したコインサイズエナジーハーベスタ
- This paper reports an evaluation of electromechanical properties of the tunable plasmonic color filter by means of a nanomechanical in-plane motion of free-standing AI subwavelength grating. The maximum 707 nm pitch expansion was obtained at an applied voltage of 60 V, which provides a continuous peak shift of transmitted light. The frequency response was achieved up to 1 kHz.Institute of Electrical Engineers of Japan, 2016年10月02日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 33, 1 - 5, 日本語
- 電子情報通信学会, 2016年05月19日, 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報, 116(48) (48), 29 - 34, 日本語パリレン薄膜を用いたアルミサブ波長格子によるプラズモニックカラーシートの製作 (電子デバイス)
- 2016年03月03日, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 63rd, ROMBUNNO.20P-S622-1, 日本語MEMS技術による表面プラズモン異常透過現象の励起波長連続可変制御
- 2016年03月03日, 応用物理学会春季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 63rd, ROMBUNNO.19P-S423-1, 日本語ナノインプリント技術を用いた金属‐誘電体‐金属サブ波長格子の製作
- 2016年, センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM), 33rd, ROMBUNNO.25pm4‐PS‐112, 日本語MEMS静電アクチュエータを用いたナノ機械伸縮による可変プラズモニックカラーフィルタ
- 電子情報通信学会, 2015年08月03日, 電子情報通信学会技術研究報告 = IEICE technical report : 信学技報, 115(170) (170), 11 - 13, 日本語金属ナノ周期構造を利用したプラズモニックカラーシートの製作 (電子デバイス)
- 2015年07月03日, 電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料, MSS-15(15-34) (15-34), 55 - 59, 日本語静電櫛歯アクチュエータを用いた表面プラズモン可変カラーフィルタの製作
- This paper presents a surface-plasmons-based tunable color filter using aluminum (Al) subwavelength grating operated by an electrostatic comb-drive actuator. We also fabricate the actuator integrated with an Al hinge and a stretchable parylene-C hinge that are used to constantly change the period of the Al subwavelength grating. Freestanding Al subwavelength grating with 450 nm pitch performed extraordinary optical transmission at 450 nm wavelength by TM-polarized light. We obtained a 225 nm displacement of the actuator having the stretchable hinges by applied voltage of 45 V, and a 750 nm displacement of the actuator having the Al hinges by applied voltage of 12 V.IEEE, 2015年, 2015 TRANSDUCERS - 2015 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SOLID-STATE SENSORS, ACTUATORS AND MICROSYSTEMS (TRANSDUCERS), 2053 - 2056, 英語
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2014年10月20日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 31, 1 - 6, 日本語アルミナノワイヤアレイを用いた表面プラズモンカラーフィルタの製作と可変カラーフィルタへの検討 (第6回 集積化MEMSシンポジウム)
- 2014年09月01日, 応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 75th, ROMBUNNO.18P-A19-5, 日本語アルミ微細周期構造による表面プラズモンを利用したフレキシブルカラーフィルムの製作
- 2014年05月27日, 電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会資料, MSS-14(1-4.6-23) (1-4.6-23), 93 - 97, 日本語アルミナノワイヤを用いた透過型表面プラズモンカラーフィルタの製作
- In this paper, we discuss a minimum filter size and duty ratio (= width/period) of a subwavelength Al grating for a tunable RGB color filter based on surface plasmons. An array of Al gratings was deployed over a through hole by sacrificial release process. The peak wavelength of the transmitted light was red-shifted by increasing the period of the subwavelength grating from 450 nm to 600 nm. We obtained enough transmission light intensity from the 10 mu m square pixel-size including 20 Al nanowires. The noise-level was found to be dependent on the duty ratio and decreased with increase of the duty ratio.IEEE, 2014年, 2014 INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL MEMS AND NANOPHOTONICS (OMN), 143 - 144, 英語
- In this study, we propose a flexible color filter based on surface plasmon using aluminum nanowire and nanodot array. Aluminum subwavelength lattice was formed on a parylene-N film and coated with parylene-N to avoid detachment from the substrate film. Both Al nanowire width of 250 nm and nanodot of 250 nm were successfully fabricated on the thin parylene-N film of 200 nm. Green color from the Al nanowire period of 450 nm was demonstrated.IEEE, 2014年, 2014 INTERNATIONAL CONFERENCE ON OPTICAL MEMS AND NANOPHOTONICS (OMN), 17 - 18, 英語
- 2013年12月05日, 化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会講演要旨集, 28th, 27, 日本語ゲル包埋によるディスクリート型MEMS機能構造体の充填法
- Institute of Electrical Engineers of Japan, 2013年11月05日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 30, 1 - 4, 日本語微小ゲルカプセルを用いたMEMS構造物のスラリー充填配置
- This paper presents a nanoelectromechanical system (NEMS) variable transmission attenuator based on a gap variable subwavelength grating with a low drive voltage. An array of parallel-plate actuators is deployed over a through hole. The transmitted light intensity decreased from 63.3% to 46.5% with a drive voltage of 3.2 V at a wavelength of 775 nm. © 2013 IEEE.Institute of Electrical Engineers of Japan, 2013年11月05日, 「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム論文集 電気学会センサ・マイクロマシン部門 [編], 30, 1 - 5, 日本語
- 2013年08月31日, 応用物理学会秋季学術講演会講演予稿集(CD-ROM), 74th, ROMBUNNO.19A-B4-11, 日本語サブ波長格子を用いた透過型可変減衰器の製作
- 2013年05月23日, 化学とマイクロ・ナノシステム学会研究会講演要旨集, 27th, 15, 日本語ディスクリート型シリコンMEMSミキサの製作と評価
- 2013年03月05日, 電気学会全国大会講演論文集, 2013(3) (3), 148, 日本語ディスクリート型微小構造体を用いたマイクロ化学デバイスの新規製作法によるMEMSミキサ
- This paper reports a novel approach to construct and/or functionalize a microfluidic chip with discrete microparts which are microfabricated enough small to place them in a microchannel. Slurry packing method was applied to microparts placement to a certain position of a microchannel. In order to make a Si-MEMS structure suspension, the structure was encapsulated into a microcapsule of agarose gel. After the arrangement of the capsule, the introduction of hot water removed the gel resulting in the placement the structures at the designed position.2013年01月01日, 17th International Conference on Miniaturized Systems for Chemistry and Life Sciences, MicroTAS 2013, 2, 793 - 795
- This paper describes a novel approach to construct and/or functionalize a microfluidic chip with discrete microparts which are microfabricated enough small to place them in a microchannel. Preliminary demonstration was shown as a passive mixer. Microparts of several hundreds micrometers, were fabricated by double sides etching with ICP RIE. The parts were manually placed in a typical Y-shape PDMS microchannel. Fluorescence observation reveals that the constructed microfluidics has the same mixing ability as a fully silicon MEMS mixer. The configuration that is unable by the normal preassembled structure can be also fabricated. © 2013 IEEE.2013年, 2013 Transducers and Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems, TRANSDUCERS and EUROSENSORS 2013, 1958 - 1961, 英語
- 2012年09月18日, 電気関係学会東海支部連合大会講演論文集(CD-ROM), 2012, ROMBUNNO.M2-9, 日本語NEMS静電アクチュエータを用いた近赤外可変フィルタの設計
- 静電マイクロアクチュエータを用いたサブ波長格子可変カラーフィルタ本研究では、可変構造をもつサブ波長格子の周期構造をMEMS技術により作製し、導波モード共鳴を制御できるNEMS(Nano Electro Mechanical System)可変カラーフィルタを提案した。サブ波長格子はSOI(Silicon on Insulator)基板上に製作しBOX(Buried Oxide)層を犠牲層としてエッチングすることで中空構造とした.製作した周期900nm、格子幅500nmのNEMS可変カラーフィルタに駆動電圧20Vを印加することで構造色変化を確認した。さらに低電圧駆動を目指し、3本の電極を基本ユニットとして配置したNEMS可変カラーフィルタを作製した。この構造においては、駆動電圧として6.7Vを印加すると可視光領域である680nmの反射スペクトルが34%減少した。よって低電圧で可視光領域の反射スペクトルに変化を与えることができる可変カラーフィルタを開発することに成功した。一般社団法人電子情報通信学会, 2012年05月10日, 電子情報通信学会技術研究報告. CPM, 電子部品・材料, 112(33) (33), 111 - 115, 日本語
- 2012年02月29日, 応用物理学関係連合講演会講演予稿集(CD-ROM), 59th, ROMBUNNO.15P-GP3-7, 日本語サブ波長格子を利用した低電圧駆動NEMS可変カラーフィルタの製作
- This paper reports a NEMS (Nano Electro Mechanical Syetems) tunable color filter based on subwavelength grating with high color uniformity and low drive voltage. We newly proposed a GVG (Ground-Voltage-Ground) type tunable color filter deployed with a parallel-plate actuator with three pairs of electrode to decrease a crosstalk of an electrostatic attraction force between each actuator. The proposed structure was fabricated using an SOI wafer. The color tuning using was demonstrated by applying the drive voltage of 6.7 V. The reflected light intensity was decreased by 34% at 680 nm wavelength. The color uniformity was also obtained in the filter area by reducing the variation of the displacement on one-dimensional arrayed actuators. © 2012 Materials Research Society.2012年, Materials Research Society Symposium Proceedings, 1427, 68 - 73, 英語
- 2011年09月26日, センサ・マイクロマシンと応用システムシンポジウム(CD-ROM), 28th, ROMBUNNO.A1-3, 日本語NEMS可変カラーフィルタとLSI駆動回路の集積化
- 2011年07月01日, 電気学会研究会資料. MSS, マイクロマシン・センサシステム研究会, 2011(1) (1), 21 - 24, 日本語サブ波長格子を用いたNEMS可変カラーフィルタの製作
- This paper presents a NEMS (Nano Electro Mechanical System) tunable color filter integrated with MOS driver circuits on an SOI (Silicon on Insulator) wafer. The NEMS electrostatic actuator could be designed a high mechanical resonance frequency with a relatively low drive voltage. The sub-wavelength grating and MOS driver circuits were made in a top and a substrate layer of the SOI wafer, respectively. The tiny anchors and pre-fabricated MOS transistors were covered by parylene N during the sacrificial release process using buffered hydrofluoric acid. Various structural colors depended on the pitch of the sub-wavelength grating were observed from integrated NEMS-LSI chip and NEMS TEG area. The color tuning from yellow to green was demonstrated at 20 V operation. © 2011 IEEE.2011年, 2011 16th International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, TRANSDUCERS'11, 2928 - 2931, 英語
- 電気学会 電子材料研究会 「エコシステム材料の合成・プロセスと次世代デバイス応用への展開」, 2024年11月カリウムイオンエレクトレットを利用した振動エナジーハーベスタ[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 工学研究科 技術室 第169回 技術室研究会, 2024年09月マイクロマシン/MEMS技術の応用[招待有り]
- バイオセンサ夏季セミナー2024, 2024年09月MEMS技術を利用した振動エナジーハーベスタ[招待有り]
- 令和6年電気学会 基礎・材料・共通部門大会, 2024年09月振動エナジーハーベスタを利用した環境モニタリング[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- マイクロマシン・センサシステム/バイオ・マイクロシステム研究会, 2024年08月エレクトレット帯電/陽極接合同時プロセスで作製したMEMS振動発電素子の発電評価
- 第1回エッジデバイス・システム技術分科会, 2024年07月エレクトレットMEMSエナジーハーベスタと応用[招待有り]
- 第71回応用物理学会春季学術講演会, 2024年03月MEMS型エレクトレット振動エナジーハーベスタ[招待有り]
- 情報・知能・精密機器部門講演会 IIP2024, 2024年03月カリウムイオンエレクトレットによる振動発電ハーベスタ[招待有り]
- 有機機能材料のリソグラフィ加工コンソーシアム第50回記念定例会, 2023年12月環境振動から発電するMEMSエナジーハーベスタ[招待有り]
- 応用物理学会・第15回集積化MEMSシンポジウム, 2023年11月MEMS振動発電素子の発電特性に対する位相検出電極の影響
- 電気学会・第40回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2023年11月ランダム振動から高速充電可能なエレクトレットMEMS型エナジーハーベスタ
- 電気学会・第40回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2023年11月PLL制御によるMEMS振動発電素子の周波数自動追従
- 電気学会E部門マイクロマシン・センサシステム/バイオ・マイクロシステム合同研究会, 2023年08月ダブルデッキ構造とジャンパ配線を一体化したエレクトレット型振動発電素子の発電性能評価
- 第160回 フロンティア材料研究所学術講演会・第 27 回 未来産業技術研究所生体医歯工公開セミナー, 2023年07月非定常振動から発電するMEMSエナジーハーベスタ[招待有り]
- IIP2023(日本機械学会 情報・知能・精密機器部門講演会)インパルス加振に適した圧電ポリマー振動発電デバイスの開発
- 応用物理学会・第14回集積化MEMSシンポジウム1mW級出力エナジーハーベスタで駆動するIoT無線センサ端末の動作検証
- 電気学会・第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムEffect of H2O and H2 gas to the Lifetime of Vacuum-annealed Potassium-doped SiO2 Electret for MEMS Vibrational Energy Harvester
- 電気学会第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム位相情報を同時出力可能なMEMS振動発電素子
- 電気学会第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムエレクトレット振動発電用プルイン自動復旧のための自律昇圧回路
- 電気学会第39回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムカリウムイオンエレクトレット製デバイス量産化のための長期信頼性技術
- 日本機械学会・第13回マイクロ・ナノ工学シンポジウム圧電ポリマー振動発電デバイスのインパルス加振に対する発電特性
- France-Japan Workshop on Vibration Energy Harvesting, 2022年09月MEMS Vibrational Energy Harvester with Potassium-Ion-Electrets for IoT Applications[招待有り]
- 日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門主催第12回マイクロ・ナノ工学シンポジウム圧電ポリマーを用いた発電フレキシブルプリント基板のためのメタマテリアル弾性層の設計
- 日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門主催 第12回マイクロ・ナノ工学シンポジウム微小入力エネルギに対応したマイクロ界面構造を有するトライボ発電デバイス
- 第38回電気学会「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウムMEMS振動発電を用いた低消費異常周波数監視システム
- 第38回電気学会「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム短ストロークエレクトレット櫛歯電極を有する非共振型振動発電素子の非定常振動発電評価
- 応用物理学会・第13回集積化MEMSシンポジウムエレクトレット帯電/陽極接合同時プロセスによるMEMS型振動発電素子
- 日本機械学会年次大会 マイクロ・ナノ部門 先端技術フォーラム, 2021年09月シリコンMEMS振動発電から見たポリマー材料の可能性[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 第29回マイクロシステム融合研究会, 2021年03月IoT向けのMEMS環境振動発電素子[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 日本機械学会 群馬ブロック 研究・技術交流会, 2020年12月3Dリソグラフィ法により作製したマイクメートルオーダーの界面構造を有するトライボ発電デバイスの開発
- 日本機械学会 群馬ブロック 研究・技術交流会, 2020年12月MEMS振動発電デバイスのための周波数変換インターポーザの開発
- Vietnamese Academic Network in Japan Conference 2020 (VANJ 2020), 2020年11月MEMS vibrational energy harvester for IoT,[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門 第11回マイクロナノ工学シンポジウム, 2020年10月メカニカルメタマテリアル構造を有した発電フレキシブルプリント基板口頭発表(一般)
- 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会主催 第12回集積化MEMSシンポジウム, 2020年10月ダブルデッキ構造とジャンパ配線を一体化したエレクトレットMEMS振動発電素子口頭発表(一般)
- 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月エレクトレット型振動発電素子のプルイン自動解除システム構築に向けた検証口頭発表(一般)
- 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月エレクトレット型振動発電素子の最適インピーダンスによる高出力化新手法口頭発表(一般)
- 第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月IoT向けMEMSエレクトレット型エナジーハーベスタ[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月3Dリソグラフィ法により作製した微細ピラミッドアレイを接触界面に有するトライボ発電デバイス口頭発表(一般)
- 日本機械学会マイクロ・ナノ工学部門 第11回マイクロナノ工学シンポジウム, 2020年10月振動発電のための双安定構造を用いた周波数変換インターポーザの開発口頭発表(一般)
- 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月低閾値整流昇圧回路を用いた非定常環境振動下における振動発電口頭発表(一般)
- 電気学会・第37回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2020年10月MEMS振動エナジーハーベスタの実機における発電量最大化技術口頭発表(一般)
- 日本機械学会2020年度年次大会, 2020年09月ポリマー圧電材料を用いた発電フレキシブルプリント基板の開発口頭発表(一般)
- 令和2年度・電気学会E部門総合研究会, 2020年07月接触界面に微細ピラミッド構造配列を有するトライボ発電デバイス口頭発表(一般)
- 令和2年度・電気学会E部門総合研究会, 2020年07月閾値自己補償整流昇圧回路による振動発電素子の実効帯域向上口頭発表(一般)
- 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会・第11回集積化MEMSシンポジウム, 2019年11月ダブルデッキ構造によるMEMS振動発電素子の小型化口頭発表(一般)
- 電気学会・第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(センサ・マイクロマシン部門大会), 2019年11月MEMS振動発電素子の浮遊容量削減法の検証ポスター発表
- 電気学会・第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(センサ・マイクロマシン部門大会), 2019年11月1.3mW級MEMS環境振動発電素子とIoT応用大容量キャパシタへの高速充電口頭発表(一般)
- 電気学会・第36回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(センサ・マイクロマシン部門大会), 2019年11月エネルギー回収効率92%のMEMS振動エナジーハーベスタ口頭発表(一般)
- 電気学会E部門総合研究会(マイクロマシン・センサシステム研究会, 2019年07月エレクトレット電位増強による非定常振動発電特性の向上口頭発表(一般)
- 有機機能材料のリソグラフィ加工コンソーシアム第31回定例会, 2019年03月IEEE MEMS 2019参加報告 IoT関連(エナジーハーベスタ、バッテリーフリーセンサ)[招待有り]
- 第31回定例会 有機機能材料のリソグラフィ加工コンソーシアム, 2019年03月IEEE MEMS2019・参加報告 IoT関連(エナジーハーベスタ, バッテリーフリーセンサ)[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 第66回 応用物理学会春季学術講演会, 2019年03月MEMSエレクトレット振動発電デバイスの産業化[招待有り]口頭発表(招待・特別)
- 第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(センサ・マイクロマシン部門大会), 2018年11月共振維持回路による高効率MEMS振動エナジーハーベスタポスター発表
- 第35回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム(センサ・マイクロマシン部門大会), 2018年10月ランダム環境振動加速度波形データを用いた振動発電素子の等価回路挙動解析ポスター発表
- 2018年10月高パワー密度(31mW/cm3/G2)を実現したMEMS環境振動発電素子とそのIoT応用ポスター発表
- 応用物理学会 集積化MEMS技術研究会主催 第9回集積化MEMSシンポジウム, 2017年10月左右対称構造により静電拘束力を抑制した低G用のMEMS振動発電素子口頭発表(一般)
- 電気学会 第34回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム左右対称エレクトレットくし歯電極による広帯域振動エナジーハーベスタ応用
- 電気学会・第33回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2016年10月インパルス振動に特化したコインサイズエナジーハーベスタ口頭発表(一般)
- 第63回応用物理学会春季学術講演会, 2016年03月MEMS技術による表面プラズモン異常透過現象の励起波長連続可変制御口頭発表(一般)
- 第63回応用物理学会春季学術講演会, 2016年03月ナノインプリント技術を用いた金属-誘電体-金属サブ波長格子の製作口頭発表(一般)
- 電子情報通信学会, 2015年08月金属ナノ周期構造を利用したプラズモニックカラーシートの製作
- 電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会, 2015年07月静電櫛歯アクチュエータを用いた表面プラズモン可変カラーフィルタの製作
- 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会・第6回集積化MEMSシンポジウム, 2014年10月アルミナノワイヤアレイを用いた表面プラズモンカラーフィルタの製作と可変カラーフィルタへの検討
- 第75回応用物理学会関係連合講演会, 2014年09月アルミ微細周期構造による表面プラズモンを利用したフレキシブルカラーフィルムの製作
- 電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会, 2014年05月アルミナノワイヤを用いた透過型表面プラズモンカラーフィルタの製作
- 応用物理学会・集積化MEMS技術研究会・第5回集積化MEMSシンポジウム, 2013年11月サブ波長格子を用いた3.3 V駆動透過型可変減衰器
- 電気学会・第30回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2013年11月微小ゲルカプセルを用いたMEMS構造物のスラリー充填配置
- 第74回応用物理学会関係連合講演会, 2013年09月サブ波長格子を用いた透過型可変減衰器の製作
- 電気学会全国大会, 2013年03月ディスクリート型微小構造体を用いたマイクロ化学デバイスの新規製作法によるMEMSミキサ
- 電気関係学会東海支部連合大会, 2012年09月NEMS静電アクチュエータを用いた近赤外可変フィルタの設計
- 電子情報通信学会, 2012年05月静電マイクロアクチュエータを用いたサブ波長格子可変カラーフィルタ
- 第59回応用物理学会関係連合講演会, 2012年03月サブ波長格子を利用した低電圧駆動NEMS可変カラーフィルタの製作
- 電気学会・第28回「センサ・マイクロマシンと応用システム」シンポジウム, 2011年09月NEMS可変カラーフィルタとLSI駆動回路の集積化
- 電気学会マイクロマシン・センサシステム研究会, 2011年07月サブ波長格子を用いたNEMS可変カラーフィルタの製作
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 基盤研究(B), 神戸大学, 2024年04月 - 2027年03月共振の自己最適化機能により充電を継続可能なMEMS振動発電
- 公益財団法人 NSKメカトロニクス技術高度化財団, 研究助成, 神戸大学大学院工学研究科 機械工学専攻, 2024年04月 - 2026年02月
- 公益信託NEXCO関係会社高速道路防災対策等に関する支援基金, 研究助成, 神戸大学, 2024年04月 - 2025年03月, 研究代表者道路環境から常時発電するエナジーハーベスタと設備監視システムへの応用検討
- 公益財団法人 マツダ財団, マツダ研究助成, 神戸大学大学院工学研究科, 2023年09月 - 2025年03月エレクトレットにより帯域を拡張するゼロパワー加速度センサの実現
- 国立研究開発法人科学技術振興機構, 戦略的創造研究推進事業(ACT-X), 東京大学 生産技術研究所, 2022年10月 - 2025年03月, 研究代表者グラニュールMEMS振動発電(研究領域: リアル空間を強靭にするハードウェアの未来)
- 神戸大学工学振興会, 研究プロジ ェクト支援事業, 2023年07月 - 2024年03月エレクトレット型ゼロパワーMEMS 振動センサ
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 東京大学, 2021年04月01日 - 2023年03月31日, 研究代表者自動共振調整機能を有するMEMS振動発電素子本研究は、環境振動源の周波数変動に連動しMEMS振動発電素子の共振周波数をシフトさせるオートコントロールシステムの実現に挑戦する。特に、外部インピーダンス変化による振動発電素子の共振シフト効果を応用し、外部振動と共振周波数を比較する位相比較器により後段インピーダンスを自動で調整する、発電出力の自動調整システムを実証する。本研究の実現は、共振型振動発電素子の出力性能を維持したまま周波数への過敏さを緩和するため、刻一刻と変わる実環境でも振動発電素子の最大発電性能を発揮し続けることを可能にする。 研究代表者らはこれまでに、櫛歯構造の側面にエレクトレットを形成する技術を用いてエレクトレット型MEMS振動発電素子を実現し、共振時に最大発電電力が1.2ミリワットを超えることを実証した。この発電電力により無線回路を1分以下の間隔で間欠駆動させた。また、外部負荷により共振周波数を調整可能であることも実証している。 本年度は、発電出力と同時にMEMS発電機構の位相をモニタ可能なエレクトレットMEMS型振動発電素子を開発し、共振周波数付近での位相変化を実測することに成功した。櫛歯電極の一部が発電用と位相モニタ用に分離しており互いに影響はしない。さらに、2端子入力EX-OR回路を使った位相比較器を提案しシステム全体の等価回路モデルからその有効性を解析的に検証した。また、システムに必要な部品を選定しブレットボード上に試作を行った。現在、位相モニタ可能な振動発電素子とシステムを一体化し、発電出力の自動調整システム全体の実証実験に取り組んでいる。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 若手研究, 若手研究, 東京大学, 2019年04月01日 - 2021年03月31日非定常環境振動下でも効率良く発電するMEMSエナジーハーベスタ本研究は環境中に多く存在する加速度0.1 G(0.1 G=0.98 m/s2)以下、周波数帯域500 Hz以下の非定常振動からエネルギーを回収して発電するMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)型の振動発電素子の実現に挑戦する。特にエレクトレット(永久電荷)を用いた振動発電機構の電気的損失(=機械-電気変換による電気的出力)増強によって帯域幅を拡張することで、低加速度0.1 G以下の微弱な環境振動においても効率の良い振動発電を実証する。本研究により環境振動からの常時充電が可能となり、設置場所を選ばないIoT無線センサ端末の電源として、「トリリオン・センサ」社会の実現に貢献する。 本研究では、電気的損失を高めるために高電荷密度のエレクトレット櫛歯構造を製作し、非定常振動型発電素子の原理検証に取り組む。研究代表者らはこれまでに、櫛歯構造の側面にエレクトレットを形成する技術を用いてエレクトレット型MEMS振動発電素子を実現した。さらにSPICE等価回路モデルを作成し、エレクトレットの高密度化で電気的損失が増えると共に帯域が拡大する可能性を示した。 本年度は最初に、従来素子のエレクトレット電位を高めることで非定常振動への応答性向上を実験的に示した。しかし帯域拡張は不十分であり更なる高密度エレクトレットが必要だが、エレクトレット自身の静電拘束力により櫛歯の剛性が維持できない。 このため、剛性を維持し電気的損失を増強するために短いエレクトレット櫛歯構造(従来の1/10程度)を持つMEMS振動発電機構を製作した。これにより櫛歯幅を細くしても高密度エレクトレットを形成可能となった。 また、環境振動を再現可能な振動試験系を構築し、現場計測した高速道路高架橋の振動を研究室で再現することに成功した。これにより非定常振動においても同一条件で試験を行うことができる。
- 日本学術振興会, 科学研究費助成事業 特別研究員奨励費, 特別研究員奨励費, 豊橋技術科学大学, 2015年04月24日 - 2017年03月31日表面プラズモンを用いた可変カラーフィルタの製作本研究では、金属ナノ格子と周期構造を制御するMEMSアクチュエータの一体化により、表面プラズモン異常透過の励起波長の連続可変制御を達成した。 周期500 nmのアルミ格子と静電アクチュエータを微小バネにより接続し基板貫通孔上に配置した表面プラズモン可変フィルタを設計,製作した。静電アクチュエータに印加される駆動電圧を0 Vから60 Vへ増加させることで、静電アクチュエータの横変位が得られアルミ格子の周期は500 nmから642 nmへ拡張された。これにより、表面プラズモンの励起波長は周期に依存するため可視域において124 nmの連続シフトが得られた。また、可変フィルタからの透過光の色度は、電圧の増加に伴い円を描き色度図上をシフトした。 これらの結果はMEMSアクチュエータによる表面プラズモン励起波長の連続制御に成功したことを示しており,周囲の誘電率を変化させる既存の方法と比較し帯域が広く、100 nm以上の連続シフトを可視域に与えることに成功した。また、色度の変化は透過光の色変化を表しており、可視域の全色を電圧制御により選択的に透過させる機能を持つ可能性を示した。 さらに、彩度向上のため、表面プラズモン異常透過を強める金属と誘電体の中空積層格子をMEMSアクチュエータと一体化した可変プラズモニックカラーフィルタを提案した。予備検討として、アルミとシリコン酸化膜の積層格子を基板貫通孔上に配置した中空プラズモニックカラーフィルタを製作し、励起波長における90%以上の透過率を実現した。 よって、1素子で複数の波長帯域を選択的に透過させる可変プラズモニックカラーフィルタの実現の見通しが立ったと言える.これは、表示素子に限らず1 μm以下の微小領域においてカラースペクトルを得ることも可能になると予想され、バイオ・メディカル分野に新たな知見を与えることが期待できる.
- 環境発電装置特願2019-116310(P2019-116310), 2019年06月24日, 国立大学法人 東京大学, 特開2021-2963(P2021-2963A), 2021年01月07日特許権
- 静電型デバイス、静電型デバイス中間体および製造方法特願2019-106231(P2019-106231), 2019年06月06日, 国立大学法人 東京大学, 株式会社鷺宮製作所, 特開2020-202614(P2020-202614A), 2020年12月17日特許権
- 静電型デバイスおよび静電型デバイス製造方法特願2019-106230(P2019-106230), 2019年06月06日, 国立大学法人 東京大学, 株式会社鷺宮製作所, 特開2020-202613(P2020-202613A), 2020年12月17日特許権
- 振動発電素子特願2018-215630(P2018-215630), 2018年11月16日, 国立大学法人 東京大学, 株式会社鷺宮製作所, 特開2020-88935(P2020-88935A), 2020年06月04日, WO2020-153362, 2020年07月30日特許権
- 櫛歯型素子の製造方法特願2018-215631(P2018-215631), 2018年11月16日, 国立大学法人 東京大学, 株式会社鷺宮製作所, 特開2020-82223(P2020-82223A), 2020年06月04日, 特許第6927530号, 2021年08月10日特許権
- カラーフィルタならびにこれを使用する発光装置および表示装置特願2014-106462, 2014年05月22日, 国立大学法人豊橋技術科学大学, 特開2015-222331, 2015年12月10日, 特許第6598184号, 2019年10月11日, 2019年10月11日特許権
- 振動発電装置特願2018-130894(P2018-130894), 2018年07月10日, 国立大学法人東京工業大学, 国立大学法人 東京大学, 特開2020-010541, 2020年01月16日特許権
- カラーフィルタならびにこれを使用する発光装置および表示装置特願2014-106462, 2014年05月22日, 国立大学法人豊橋技術科学大学, 特開2015-222331, 2015年12月10日特許権
- 日経クロ ステック/日経エレクトロニクス, 2021年01月21日, ニュース解説屋内太陽電池に大差付けた振動発電、無線通信も視野 東大が開発新聞・雑誌
- 化学工業日報, 2019年12月11日, 第1面振動発電、高出力にー東大など最大1.3ミリワット IoT端末向け有望新聞・雑誌
- 2023年06月22日 - 2023年06月22日, 神戸市立科学技術高等学校
- 2018年11月12日 - 2018年11月12日, 早稲田大学・西早稲田キャンパス63号館2F03〜05会議室【動態展示】MEMSエナジーハーベスタによる環境振動発電のデモ大会・シンポジウム等
- 2018年11月07日 - 2018年11月08日, 早稲田大学・西早稲田キャンパス63号館エレクトレット型MEMS振動発電素子の実用化大会・シンポジウム等
- 2018年11月07日 - 2018年11月08日, 早稲田大学・西早稲田キャンパス63号館【動態展示】エレクトレットMEMS振動発電大会・シンポジウム等
- 2018年11月07日 - 2018年11月08日, 早稲田大学・西早稲田キャンパス63号館【ポスター展示】振動発電素子のエネルギー変換効率モデル大会・シンポジウム等