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エネルギーハーベスティング 技術解説

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TECHNOLOGY EXPLAINER

エネルギーハーベスティング
― 光・熱・振動から発電する素子の「出力」を、入力と負荷の条件つきで読む

電池の交換や配線をなくす手段として、身のまわりの光、温度差、振動や人の動きから、微小な電力を取り出す技術があります。圧電、摩擦帯電（TENG）、熱電、光（太陽電池）などの方式が、IoT のセンサーやウェアラブルの電源として研究されています。 この記事では、方式ごとの仕組みと材料、そして「出力密度」を比べるときに必ず確認する条件（周波数・加速度・負荷・照度・温度差）を、一次情報の範囲で整理します。

構成：査読論文（Nature Communications、Advanced Science、Smart Materials and Structures、Measurement Science and Technology ほか）、IEC・ISO・JIS の公式ページを使用／確認日 2026年10月10日

振動を受ける片持ち梁、電力管理回路、蓄電部、センサーを見分けてください
図1　概念画像（ImageGenで生成）。振動を受ける片持ち梁、電力管理回路、蓄電部、センサーを見分けてください。発電素子だけで無線機器が動くとは限らず、入力と消費電力の釣り合いが必要です。 実際の施設・製品・測定結果ではありません。
この記事の構成
  1. エネルギーハーベスティングとは何か（3行でつかむ）
  2. 全体の構成 ― エネルギー源から負荷まで
  3. 方式ごとの仕組みと材料 ― 圧電、摩擦帯電、熱電、光
  4. 出力密度は「どの入力、どの負荷」で読む
  5. IoT とウェアラブルへの応用
  6. 本稿の計算：1 日のエネルギー、入力への依存、材料条件への依存
  7. 限界と、確認できなかったこと
  8. 評価・標準の読み方
  9. 用語集
  10. 参考資料（一次情報）
  11. 主張と出典の対応表（監査）
本記事の表記ルール

事実＝公表資料に記載のある内容（出典リンクあり）
本稿の計算＝明示した前提をもとに本記事が算出した値
未確定／将来＝計画・予定であり、実績が確認できていない事項
このほか、材料設計上の読み取りは「解説」として区別しています。推測は太字で示します。

この記事の数値の読み方

ここに出てくる出力や出力密度は、素子の形、入力（振動の周波数と加速度、照度、温度差など）、負荷、測定法が引用元ごとに異なる代表値や研究室の結果です。製品の仕様や、他の素子の性能を示す値ではありません。研究室のチャンピオンデータを実用条件の性能として読まないでください。 材料や企業の優劣は論じません。医療・安全に関する個別の助言も書きません。

1. エネルギーハーベスティングとは何か（3行でつかむ）

  • 身のまわりの微小なエネルギーを電力にする技術です：光、温度差、振動・人の動きから取り出し、センサーや無線を動かします。IoT の通信方式の中には、消費電力が µW 級のものがある、と論文は述べています事実［参考資料5］
  • 方式ごとに、出力の性格が大きく違います：太陽電池は直流で約 1 V 級、熱電素子は直流で mV 級、摩擦帯電素子は交流のパルスで約 10² V 級、圧電素子は約 10¹ V 級、と総説は整理しています事実［参考資料1］。電力管理の設計が方式ごとに別になります
  • 「出力密度」は、条件を添えないと比べられません：同じ圧電素子でも、振動の加速度と周波数、負荷抵抗で出力が変わります。摩擦帯電素子では、材料の表面電荷密度の測り方（接触の相手）で数字が変わります事実［参考資料2］
この記事でいちばん大事な一行

ハーベスターの「出力」は、素子だけの性能ではなく、入力（光・熱・振動）と負荷、そして電力管理の組み合わせで決まります。 µW/cm² や mW/cm³ の数字は、どの入力、どの負荷、どの面積または体積あたりかを確認して初めて意味を持ちます。

2. 全体の構成 ― エネルギー源から負荷まで

Park らの総説は、ハーベスターを使う自立型のセンサーシステムが、ハーベスティング、センシング、蓄積、電力管理、読み出し、無線通信を組み合わせて設計されることを整理しています事実［参考資料1］。エネルギー源は、光、温度差、振動・人の動きなどで、それぞれを太陽電池（PV）、熱電素子（TEG）、圧電素子・摩擦帯電素子（TENG）・電磁式などで電力に変えます。

エネルギーハーベスティングの構成：エネルギー源から、センサー・無線までの流れ エネルギー源 光（屋内外） 温度差（体温、機械の排熱 ） 振動・人の動き 変換素子 太陽電池（PV） 熱電素子（TEG） 圧電素子、摩擦帯電素子（ TENG）、電磁式 電力管理 整流 昇圧・電圧調整 インピーダンス整合 蓄積 コンデンサ 小型の二次電池 負荷 センサー マイコン 無線通信 素子ごとの出力の性格（総説の整理） PV 直流、1 素子で約 1 V TEG 直流、1 素子で mV 級 PENG（圧電） 交流のパルス、約 10¹ V 級 TENG 交流のパルス、約 10² V 級 ※ 構成の整理は本記事の説明用の概念図です。出力の性格（直流か交流のパルスか、電圧の桁）は Park らの総説の表［参考資料1］の整理によります。 ※ 出力が断続的か連続的かで、電力管理と蓄積の設計が変わります（総説は「信号と電力の整合」として整理［参考資料1］）。
図2　概念図（ベクター作図）。エネルギー源から負荷までの構成と、素子ごとの出力の性格です。構成は説明用で、出力の性格は Park らの総説［参考資料1］の整理によります。

総説は、入力が連続的か断続的かで、設計の考え方が分かれるとしています。常時センシング（always-on）は平均電力の整合、イベント駆動（event-driven）は待機時の低消費電力と、短時間の大電力の供給で決まる、という整理です［参考資料1］。人の動きから取り出す電力は、歩く、たたく、曲げるといった動作のときだけ断続的に出るので、蓄積と電力管理が大きな役割を持ちます［参考資料1］。

3. 方式ごとの仕組みと材料 ― 圧電、摩擦帯電、熱電、光

圧電（振動）

Beeby らの総説は、振動を電力にする発電機の多くが、慣性型のばね・質量系で、取り出し方に圧電、電磁、静電の 3 つの方式があると整理しています事実［参考資料4］。Safaei らは、圧電素子は電気機械結合が大きく、電磁式や静電式の素子と比べて出力密度が高いとして、広く研究されてきたと述べています［参考資料3］。ただし、線形の圧電ハーベスターの周波数帯域は非常に狭く、振動源が不規則で広帯域であることが課題だと、別の総説は述べています［参考資料7］。振動の源は、人の動き、橋、産業機械、車両、家電などです［参考資料7］。 材料の圧電定数や無鉛化の事情は、本シリーズ「圧電材料と無鉛化」編で扱っています。

摩擦帯電（TENG）

摩擦帯電素子は、接触・分離や摺動で生じる摩擦帯電と静電誘導を組み合わせて発電します。Zi らは、4 つの基本の動作モード（垂直の接触・分離、水平の摺動、単電極、自由に動く摩擦層）があり、モードごとに構造と機械的な駆動の条件が違うので、性能を比べる共通の基準が必要だと述べています事実［参考資料2］。提案された性能指標は、構造に関わる指標と、材料の指標である表面電荷密度 σ の 2 乗の積です［参考資料2］。出力電力は負荷抵抗にも依存します［参考資料2］。

σ の測り方は、材料の比較を左右します。Zi らは、固体と固体の接触では表面の粗さで接触が不十分になり、測れる σ が最大に届かないとして、液体金属（ガリウム、ガリンスタン）を接触の相手にした標準的な測定を提案しました。FEP の σ は、ガリンスタンを相手にして 133.24 µC/m²、液体ガリウムを相手にして 218.64 µC/m² で、相手が違えば数字が変わります。測定は、アルゴンのグローブボックスの中、室温、1 気圧、相対湿度 0.006% でした［参考資料2］。摩擦帯電の順序は、論文の測定で FEP（最も負）、Kapton、PVDF、PE、天然ゴム、ガリンスタン、セルロース（最も正）の順でした［参考資料2］。

熱電

熱電素子は、温度差から直流の電圧を出します。総説の表は、1 素子の電圧が mV 級で、昇圧とインピーダンス整合、熱の接触の管理が課題になると整理しています事実［参考資料1］。材料の ZT や、素子と材料の違いは、本シリーズ「熱電変換材料」編で扱っています。ISO 24687:2023 は、バルクの熱電材料のゼーベック係数と電気伝導率を、300 K から 1200 K で同時に測る方法を定め、発電、エネルギーハーベスティング、冷却・加熱などに使う熱電材料が対象です［参考資料12］。

光（太陽電池）

屋内の光は、屋外の太陽光と違い、LED や蛍光灯の可視域（380〜780 nm）にスペクトルが限られ、照度は一般に 200〜1000 lux です事実［参考資料5］。同論文は、この条件では、一般的なシリコン、CdTe、CIGS の太陽電池は性能が低く、バンドギャップが 1.7〜1.9 eV 付近の材料（ペロブスカイトなど）が効率の限界が高い（約 56%）とし、Br 空孔を減らしたペロブスカイトの屋内光モジュールで、1000 lux、TL84 の下で認証された効率 36.36% を報告しています［参考資料5］。Mathews らの総説は、屋内の太陽電池が IoT の分散センサーやアクチュエーター、通信機器の電源になりうると述べています［参考資料6］。

素材技術者の視点①：素子の出力は、電力管理の入力としての「形」で読む

総説の整理では、太陽電池は約 1 V の直流、熱電素子は mV 級の直流、圧電素子は約 10¹ V の交流パルス、摩擦帯電素子は約 10² V の交流パルスです事実［参考資料1］。同じ「1 µW」でも、電圧が mV か 100 V か、連続か断続かで、必要な昇圧、整流、インピーダンス整合が全く違います。 素材から見ると、材料の最適化は、出力の大きさだけでなく、出力インピーダンスと電圧の「形」が電力管理回路に合うかを含みます。たとえば摩擦帯電素子は電圧が高く電流が小さい（高い出力インピーダンス）、熱電素子は電圧が低く電流が比較的大きい（低い内部抵抗）という傾向を、総説の電圧の桁から読み取れます（本記事による解説）。負荷抵抗に出力が依存することは、TENG の評価でも示されています［参考資料2］。

4. 出力密度は「どの入力、どの負荷」で読む

Park らの総説は、方式ごとの代表的な出力密度を次の表のようにまとめています。総説は、これらを「素子の形と動作条件が異なる報告から得た代表値で、特性的な出力の大きさを示すもの。機構間の直接の性能の順位づけではない」と注記しています事実［参考資料1］。

方式入力の条件代表的な出力密度（面積あたり）電力管理の論点（総説）
太陽電池屋内光／屋外10〜100 µW/cm²（屋内）、10〜30 mW/cm²（屋外）照度が変わるときの電圧調整と蓄積
熱電素子装着型／産業用10〜100 µW/cm²（装着型）、10〜1000 mW/cm²（産業用）低電圧の昇圧、インピーダンス整合、熱接触の管理
摩擦帯電素子低周波／高周波1〜10 µW/cm²（低周波）、1〜10 mW/cm²（高周波）整流、電荷の管理、一時的な蓄積
圧電素子低応力／高応力0.1〜1 µW/cm²（低応力）、1〜10 mW/cm²（高応力）整流と、瞬間的な入力のための緩衝蓄積

すべて事実（Park らの総説の表［参考資料1］）。入力の条件の区切り（屋内・屋外、低周波・高周波など）が方式ごとに違うため、同じ行でも同じ入力の比較ではありません。

代表的な出力密度の範囲：条件が違う値を並べた参考図（総説の表より） 横軸は対数目盛（µW/cm²）。範囲は素子の形・動作条件が異なる報告の代表値で、順位づけではありません。 太陽電池（屋内光） 10–100 µW 太陽電池（屋外） 10–30 mW 熱電素子（装着型） 10–100 µW 熱電素子（産業） 10–1000 mW 摩擦帯電（低周波） 1–10 µW 摩擦帯電（高周波） 1–10 mW 圧電（低応力） 0.1–1 µW 圧電（高応力） 1–10 mW 10⁻¹ 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ 出力密度（µW/cm²、対数目盛） ※ 範囲は Park らの総説の表［参考資料1］の「代表的な出力密度」を、µW/cm² にそろえて作図したものです（10 mW/cm² ＝ 10⁴ µW/cm²）。総説自身が「特 性的な出力の大きさを示すもので、機構間の直接の性能比較ではない」と注記しています。 ※ 屋内光・屋外光・低周波・高周波・低応力・高応力・装着型・産業用で、入力の条件が別です。同じ列に並べても、同じ入力での比較ではありません。
図3　概念図（ベクター作図）。総説の表［参考資料1］の代表的な出力密度を µW/cm² にそろえて並べた参考図です。入力の条件が違う値で、優劣・順位を示す図ではありません。

同じ圧電素子でも、出力は振動の周波数と加速度、負荷抵抗で変わります。IEC 62830-1 は、振動型の圧電ハーベスターの用語、記号、構成、試験法を定める規格で、用途と素子の大きさに制限をつけていません事実［参考資料10］。ISO 5712:2022 は、自立型電源に使う圧電共振デバイスについて、出力電力、機械的品質係数、電気機械結合係数、出力効率を評価・決定する測定法を定めています［参考資料9］。つまり、比較には、これらの量と、振動の条件を揃える必要があります。

また、面積あたり（µW/cm²）と体積あたり（µW/cm³）は、換算できません。靴底に入れる電磁式の発電機を調べた Ylli らは、スイング型で平均出力が最大 0.84 mW、素子の全体積 21 cm³ で 40 µW/cm³、衝撃型で最大 4.13 mW、全体積 48 cm³ で 86 µW/cm³ と報告しています（トレッドミル、2 人の被験者、動作の速さを変えた測定）事実［参考資料8］。ここでの分母は「ハウジングを含む全体積」で、面積あたりの表の値とは別の量です。

出力の数字は、「どの入力で、どの負荷で」測ったかで別物になる 圧電（振動） 測るもの 出力電力、機械的品質係数 Qm、結合 係数、出力効率（ISO 5712 の適用範 囲）［9］ 条件 振動の周波数と加速度、負荷 素子・形態 共振型の素子。共振の帯域は狭い［7 ］ 注意 加速度・周波数・負荷を書かない電力 密度は比べられない（解説） 摩擦帯電（TENG） 測るもの 出力電力、V–Q サイクル、表面電荷 密度 σ［2］ 条件 負荷抵抗、動作モード（接触・分離な ど）、動作の周波数［2］ 素子・形態 4 つの動作モード。性能指標は σ² に比例［2］ 注意 FEP の σ は、相手がガリンスタン で 133.24、液体ガリウムで 218.64 µC/m²［2］ 熱電 測るもの ゼーベック係数、電気伝導率（バルク ）、素子の発生電力［12・13］ 条件 温度差、高温側・低温側の温度、接触 の熱抵抗 素子・形態 材料単体と素子（モジュール）は別。 詳細は「熱電変換材料」編 注意 材料の ZT と、素子の出力は同じ値 ではない（別編） 光（屋内） 測るもの 変換効率、開放電圧［5］ 条件 照度（lux）と光源のスペクトル［5 ・11］ 素子・形態 屋内光は可視域のみ。効率の限界は約 56%［5］ 注意 1000 lux・TL84 の認証値 36.36%（ モジュール）は、屋外の AM1.5 の効 率とは別［5］ ※ 一覧は本記事による整理で、規格本文の条件を書いたものではありません。値は引用元の条件のもので、互いに比べるためのものではありません。
図4　概念図（ベクター作図）。方式ごとに、測るもの・条件・注意を整理した説明用の図です。値は引用元の条件のもので、規格本文の試験条件を書いたものではありません。
素材技術者の視点②：材料の指標も、測り方で数字が変わる

TENG の性能指標は表面電荷密度 σ の 2 乗に比例します事実［参考資料2］。ところが、σ 自体が、接触の相手（ガリンスタンか液体ガリウムか、固体の金属か）、環境（湿度）、接触の密着度（表面粗さ）で変わります［参考資料2］。FEP の σ は、相手を変えただけで 133.24 から 218.64 µC/m² に変わりました。この比は 1.64 で、σ² の比にすると約 2.7 倍です（第6章の計算）。 素材から見ると、「摩擦帯電しやすい材料」の優劣は、どの相手に対する σ かを揃えて初めて比較できます。圧電材料でも同じで、d33 は焼結体・単結晶・薄膜で別の値、g は誘電率で変わります（本シリーズ「圧電材料と無鉛化」編）。

5. IoT とウェアラブルへの応用

光の測定と振動の測定は別の治具で行います
図5　概念画像（ImageGenで生成）。光の測定と振動の測定は別の治具で行います。照度・加速度などの入力と、つないだ負荷を記録して初めて出力を比べられます。 実際の施設・製品・測定結果ではありません。

IoT の通信方式の中には、チップの消費電力が µW 級のものがあり、屋内の光が 1 cm² に届く量と同じ桁になる、と Zhang らは述べています事実［参考資料5］。Mathews らも、屋内の太陽電池が分散センサーや通信機器の電源になりうるとしています［参考資料6］。

ウェアラブルでは、体温を使う熱電、動きを使う圧電・摩擦帯電・電磁式が検討されています。総説は、体熱で動く熱電素子、エネルギー管理の電子回路、センサーと Bluetooth Low Energy の無線を組み合わせた装着型システムの例や、歩く・たたく・曲げるといった断続的な動きから取り出す電力を、蓄積と電力管理で時間的に再配分する必要があることを紹介しています事実［参考資料1］。Starner は、日常の動作で消費されるエネルギー（歩行、呼吸、血圧、体熱、指や手足の動き）を、コンピュータの電源にする可能性を整理しています［参考資料25］。

布やフィルムに組み込む素子（導電糸、センサー、洗濯耐久、皮膚との界面）は、本シリーズ「スマートテキスタイルとウェアラブル材料」編で扱います。

6. 本稿の計算：1 日のエネルギー、入力への依存、材料条件への依存

(1) 1 cm² の素子が 1 日に出すエネルギー

本稿の計算

総説の表の代表値［参考資料1］に 86,400 秒を掛けて、24 時間つづけて動いた場合の 1 日のエネルギーにします本稿の計算。1 回の測定・送信を 100 µJ と仮定します（例示）。

  • 太陽電池（屋内光）・熱電素子（装着型）：10〜100 µW/cm² → 0.864〜8.64 J/cm²/日 → 約 8,640〜86,400 回/日
  • 摩擦帯電（低周波）：1〜10 µW/cm² → 0.0864〜0.864 J/cm²/日 → 約 864〜8,640 回/日
  • 圧電（低応力）：0.1〜1 µW/cm² → 0.00864〜0.0864 J/cm²/日 → 約 86〜864 回/日

前提と限界：24 時間つづけて動く、変換・蓄積・電力管理の損失がゼロ、という強い仮定の上限です。屋内の照明も体の動きも、24 時間は続きません。100 µJ は本稿の例示で、特定の製品の値ではありません。出力密度の代表値は条件が異なる報告のまとめで、この計算は素子の性能の予測ではありません。 それでも、同じ 1 cm² でも、方式と入力で、送れる回数が 3 桁以上違うことは、表の代表値から読み取れます。

本稿の計算：1 cm² の素子が、24 時間つづけて動いたときの 1 日のエネルギーと、送れる回数 1 日のエネルギー ＝ 出力密度 × 86,400 秒。1 回の測定・送信を 100 µJ と仮定（例示）。 太陽電池（屋内光） 0.864–8.64 J 8,640–86,400回/日 熱電素子（装着型） 0.864–8.64 J 8,640–86,400回/日 摩擦帯電（低周波） 0.0864–0.864 J 864–8,640回/日 圧電（低応力） 0.00864–0.0864 J 86–864回/日 10⁻³ 10⁻² 10⁻¹ 10⁰ 10¹ 1 日あたりのエネルギー（J/cm²、対数目盛） ※ 出力密度は Park らの総説の表の代表値［参考資料1］。24 時間つづけて動く、変換・蓄積・電力管理の損失がゼロ、という強い仮定の上限です。照明や体の動 きは 24 時間は続かず、実際の損失もあります。 ※ 1 回 100 µJ は本稿の例示で、特定の製品・規格の値ではありません。回数は「1 日のエネルギー ÷ 100 µJ」です。
図6　本稿の計算を含む作図（ベクター作図）。総説の代表値［参考資料1］から、1 cm² の素子が 24 時間つづけて動いた場合の 1 日のエネルギーと、100 µJ と仮定した送信の回数を計算した図です。上限の計算で、素子の性能の予測ではありません。

(2) 靴底の発電機を 1 時間歩いたときのエネルギー

本稿の計算

Ylli らの最大の平均出力［参考資料8］を、1 時間（3,600 秒）つづけて得られると仮定します本稿の計算。スイング型は 0.84 mW × 3,600 s ＝ 約 3.0 J、衝撃型は 4.13 mW × 3,600 s ＝ 約 14.9 J。100 µJ の測定・送信なら、それぞれ約 30,000 回、約 149,000 回に当たります。体積あたりでは、0.84 ÷ 21 ＝ 40 µW/cm³、4.13 ÷ 48 ＝ 約 86 µW/cm³ で、論文の値と一致します。

前提と限界：「最大の平均出力」はトレッドミル上の特定の被験者・速さでの上限で、日常の歩行を代表しません。1 時間歩き続ける仮定も、損失ゼロの仮定も強いものです。素子は電磁式で、圧電や摩擦帯電の素子の値ではありません。

(3) 入力や材料の条件が少し変わると、出力はどれだけ変わるか

本稿の計算

共振型の振動発電では、質量・減衰・共振周波数・負荷が同じなら、出力は加速度の 2 乗に比例すると考えます（解説）。加速度が 0.5 倍なら出力は 0.25 倍、0.25 倍なら 0.0625 倍本稿の計算。

TENG は、性能指標が σ² に比例します［参考資料2］。FEP の σ を、液体ガリウム基準（218.64 µC/m²）に対してガリンスタン基準（133.24 µC/m²）で測ると、σ の比は 133.24 ÷ 218.64 ＝ 0.61、その 2 乗は 0.37本稿の計算。逆に見ると、液体ガリウム基準の σ は、ガリンスタン基準の約 1.64 倍で、σ² では 約 2.7 倍です。

前提と限界：共振型の関係は、慣性型の発電機の線形のモデルの一般的な比例関係で、式の出典の本文は確認していません。実際の素子は非線形で、共振の周波数も入力の周波数もずれます。TENG の指標は、Zi らの定義（構造の指標 × σ²）のうち材料の項だけを取り出した比で、同じ構造の素子の比較にのみ使えます。σ は測る相手で値が変わるので、異なる相手で測った σ を、同じ表で比べないでください。

本稿の計算：入力や材料の条件が少し変わると、出力はどれだけ変わるか 共振型の振動発電：出力 ∝ 加速度²（質量・減衰・周波数が同じとき） 加速度（基準に対する比） 出力（基準に対する比） 0 0.5 1 0.25 0.5 1 摩擦帯電：性能指標 ∝ 表面電荷密度 σ² σ（基準に対する比） 性能指標（基準に対する比） 0 0.5 1 0.4 0.7 1 0.5 → 0.25 σ の比 0.61 → 0.37 ※ 左は慣性型（質量とばね）の共振発電の一般的な関係の例示で、式の出典の本文は確認していません（解説。慣性型発電機の特性式の存在は Beeby らの総説の要 旨［参考資料4］）。質量・減衰・共振周波数・負荷が同じと仮定した比例関係です。 ※ 右は Zi らが示した「性能指標 FOM_P は σ² に比例」［参考資料2］から、σ の比の 2 乗を計算した図です。マーカーは、FEP の σ を液体ガリウム基準 （218.64 µC/m²）と、ガリンスタン基準（133.24 µC/m²）で測った場合の比（133.24 ÷ 218.64 ＝ 0.61）で、0.61² ＝ 0.37 です。
図7　本稿の計算を含む作図（ベクター作図）。共振型の出力が加速度の 2 乗に比例する関係（解説）と、TENG の性能指標が σ² に比例する関係［参考資料2］の例示です。

7. 限界と、確認できなかったこと

(1) 規格の本文

ISO 5712、ISO 24687、IEC 62830 の各部、IEC 62047-28、IEC TS 62607-7-2、JIS R 1762、JIS C 5630-28、JIS R 1650 の本文は確認していません（IEC Webstore、ISO、JSA のページに載っている題名と適用範囲を確認しました）。試験条件、手順、合否基準は記載していません。

(2) 出力密度の代表値

第4章の表は、総説の代表値で、元の論文ごとの条件（周波数、加速度、負荷、温度差、照度）は確認していません。総説自身が順位づけではないと注記しています。

(3) 共振型発電の式

共振型の出力が加速度の 2 乗に比例するという関係は、一般的な線形モデルにもとづく解説で、Williams と Yates などの式の本文は確認していません。

(4) 熱電・屋内光・TENG の規格

TENG の評価を定める ISO・JIS・ASTM は、調べた範囲では確認できませんでした（IEC 62830-6・-7 を確認）。屋内光に限った JIS も確認できていません。ASTM の該当規格は確認できませんでした（ASTM のサイトは開いていません）。

(5) 実用の電源としての評価

実機の電力管理回路の効率、蓄積素子の漏れ、無線の消費電力の実測、製品の寿命は扱っていません。市場規模や製品の出荷については、公的な統計を確認できなかったため記載していません。

この記事のまとめ
  • ハーベスターの出力は、素子・入力・負荷・電力管理の組み合わせで決まります。総説の代表値は、光・熱・摩擦帯電・圧電で µW/cm² から mW/cm² まで 6 桁以上に広がり、順位づけではありません事実
  • 方式ごとに出力の「形」が違います。直流の約 1 V（太陽電池）、mV 級（熱電）、交流パルスの約 10¹〜10² V（圧電・摩擦帯電）です事実
  • 材料の指標も条件つきです。TENG の指標は σ² に比例し、FEP の σ は相手が違うと 133.24 と 218.64 µC/m² になります事実／本稿の計算
  • 1 cm² で 1 日に出せる量の上限は、方式と入力で 3 桁以上違います。屋内光・装着型熱電で 8,640〜86,400 回/日（100 µJ と仮定）、圧電（低応力）で 86〜864 回/日です本稿の計算
  • 評価規格は整備が進んでいます。IEC 62830 に圧電・熱電・電磁・摩擦帯電、ISO 5712 と JIS R 1762 に圧電共振デバイスの発電特性があり、屋内光の IEC TS 62607-7-2 もあります事実

8. 評価・標準の読み方

ハーベスターの性能は、次の量で測ります。発電する電力（負荷抵抗と入力の条件つき）、電圧・電流の波形、エネルギー変換効率、共振型では共振周波数・機械的品質係数・結合係数、摩擦帯電では表面電荷密度と V–Q サイクル、熱電ではゼーベック係数・電気伝導率・温度差あたりの出力、太陽電池では照度とスペクトルを決めた効率です。2017 年以降、IEC に半導体デバイスとしての評価法の規格群（IEC 62830）が整い、ISO/TC 206 と日本の JIS には、圧電共振デバイスの発電特性の規格があります。

評価項目ISOIEC・IEEEJISASTM測定条件で値が変わる点
圧電共振デバイスの発電特性（振動型）
事実		ISO 5712:2022「Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Method for measuring the power generation characteristics of piezoelectric resonant devices for stand-alone power sources」（第1版、2022年5月。出力電力、機械的品質係数、電気機械結合係数、出力効率を評価）［9］IEC 62830-1:2017「Semiconductor devices – Semiconductor devices for energy harvesting and generation – Part 1: Vibration based piezoelectric energy harvesting」（第1版、2017年3月3日）［10］JIS R 1762:2020「ファインセラミックス―自立型電源用圧電デバイスの発電特性測定方法」［21］確認できなかった振動の周波数・加速度、負荷抵抗、共振の帯域
フレキシブルな圧電ハーベスター
事実		確認できなかったIEC 62830-4:2019「…Part 4: Test and evaluation methods for flexible piezoelectric energy harvesting devices」（第1版、2019年2月27日。ウェアラブルなども対象）［16］確認できなかった確認できなかった曲げの条件、変形の速さ、負荷
摩擦帯電ハーベスター（TENG）
事実		確認できなかったIEC 62830-6:2019「…Part 6: Test and evaluation methods for vertical contact mode triboelectric energy harvesting devices」（第1版、2019年7月25日）［17］
IEC 62830-7:2021「…Part 7: Linear sliding mode triboelectric energy harvesting」（第1版、2021年3月3日）［18］		確認できなかった確認できなかった動作モード、負荷抵抗、動作の周波数、表面電荷密度（接触の相手、湿度）［2］
電磁式、MEMS エレクトレット式
事実		確認できなかったIEC 62830-3:2017「…Part 3: Vibration based electromagnetic energy harvesting」［15］
IEC 62047-28:2017「Semiconductor devices – Micro-electromechanical devices – Part 28: Performance testing method of vibration-driven MEMS electret energy harvesting devices」（第1版、2017年1月20日）［19］		JIS C 5630-28:2020「マイクロマシン及びMEMS―第28部：MEMSエレクトレット振動発電デバイスの性能試験方法」。IEC 62047-28:2017 と一致（IDT）［20］確認できなかった振動の条件、電極のギャップ、負荷
熱電（発電と材料）
事実		ISO 24687:2023「Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Measurement of Seebeck coefficient and electrical conductivity of bulk-type thermoelectric materials at room and high temperatures」（第1版、2023年4月。300 K〜1200 K）［12］IEC 62830-2:2017「…Part 2: Thermo power based thermoelectric energy harvesting」（薄膜の熱電能。2017年1月20日）［14］
IEC 62830-5:2021「…Part 5: Test method for measuring generated power from flexible thermoelectric devices」（2021年1月21日）［13］		JIS R 1650-1:2002（熱電能）、-2:2002（抵抗率）、-3:2002（熱拡散率・比熱容量・熱伝導率）。題名は「ファインセラミックス熱電材料の測定方法」［22・23・24］確認できなかった温度差、高温側と低温側の温度、接触の熱抵抗。材料と素子は別（「熱電変換材料」編）
屋内光の太陽電池
事実		確認できなかったIEC TS 62607-7-2:2023「Nanomanufacturing – Key control characteristics – Part 7-2: Nano-enabled photovoltaics – Device evaluation method for indoor light」（第1版の技術仕様書、2023年7月27日。多接合を除くセルの屋内光での効率試験）［11］確認できなかった（屋内光に限った JIS は見つからなかった）確認できなかった照度（lux）、光源のスペクトル、色温度。論文は、屋内の効率の標準的な評価法は整備途上と記していた（2022年）［5］
整理（本稿）
本稿の計算		「規格の位置づけ」の整理：圧電共振デバイスは ISO 5712（2022年）、IEC 62830-1（2017年）、JIS R 1762（2020年）の 3 つがあり、JIS は ISO より前に制定され、JSA の規格ページに対応国際規格の記載は確認できませんでした。MEMS エレクトレットは IEC 62047-28 と JIS C 5630-28 が一致規格です。摩擦帯電は IEC 62830-6・-7 の IEC 規格のみで、ISO・JIS・ASTM は確認できませんでした。屋内光の効率は、論文が「評価法は整備途上」と述べた翌年（2023年）に IEC TS が発行されました。規格は評価の「条件」をそろえるためのもので、数値の優劣を決めるものではありません。

規格の本文は有料のため、番号・題名・版・発行日・適用範囲にとどめています。ASTM International のサイトは、AI による利用を認めない旨を示しているため、開いていません。ASTM の該当規格は、ASTM 以外の資料（IEC・ISO・JIS・論文）を調べた範囲で見つかりませんでした。

規格の読み方の注意

  • 規格は「試験方法」であり、素子の性能を保証しません。IEC 62830 は、評価に使う用語・記号・構成・試験法を定めるものです。規格に沿って測った値でも、振動の周波数・加速度・負荷が違えば別の値です
  • 同じ名前の量でも、方式で規格と測り方が違います。圧電の共振デバイス（ISO 5712、IEC 62830-1）、フレキシブルな圧電（IEC 62830-4）、摩擦帯電（IEC 62830-6・-7）、熱電（IEC 62830-2・-5、ISO 24687）は、別の規格で、出力の数字は直接比べられません
  • メーカーや論文の値は、準拠規格・版・条件を併記して読みます。屋内光の効率は、照度と光源のスペクトルを決めて初めて意味を持ち、1000 lux・TL84 の認証値［参考資料5］と、他の光源・照度の値は別です
  • 材料の指標（σ、ZT、d33）と、素子の出力は別の量です。規格は多くが素子・デバイスの評価法で、材料の優劣をそのまま決めません。素子の出力は、構造・負荷・電力管理にも依存します（本記事による解説）

9. 用語集

エネルギーハーベスティング
光・熱・振動などの周囲のエネルギーを微小な電力にする技術。
PV／TEG／PENG／TENG
太陽電池／熱電素子／圧電素子／摩擦帯電素子。
出力密度
素子の面積または体積あたりの出力。単位が違えば換算できない。
負荷抵抗
素子につなぐ負荷の抵抗。出力はこの値に依存する。
共振型
素子の固有振動数と入力の周波数を合わせて出力を得る方式。帯域は狭い。
表面電荷密度 σ
摩擦帯電で表面にたまる電荷の面密度。TENG の材料の指標。
V–Q サイクル
電圧と移動電荷の関係を 1 周期で描いた曲線。TENG の出力エネルギーを表す。
ゼーベック係数
温度差あたりに生じる電圧。熱電材料の基本の量。
照度（lux）
光の明るさの指標。屋内光の効率は照度とスペクトルで決まる。
常時センシング／イベント駆動
連続して測る方式／事象が起きたときだけ動く方式。電力の整合の考え方が違う。
電力管理
整流・昇圧・整合・蓄積など、素子の出力を負荷に合わせる回路。

10. 参考資料（一次情報）

  1. Park T. ほか “Self-Sustaining Sensing Systems: Integration Strategies and Signal–Power Matching in Energy-Harvesting Electronics”, Adv. Sci. e77712 (2026), DOI 10.1002/advs.77712（オープンアクセス） — doi.org/10.1002/advs.77712
  2. Zi Y. ほか “Standards and figure-of-merits for quantifying the performance of triboelectric nanogenerators”, Nat. Commun. 6, 8376 (2015), DOI 10.1038/ncomms9376（オープンアクセス） — doi.org/10.1038/ncomms9376
  3. Safaei M. ほか “A review of energy harvesting using piezoelectric materials: state-of-the-art a decade later (2008–2018)”, Smart Mater. Struct. 28, 113001 (2019), DOI 10.1088/1361-665X/ab36e4 — doi.org/10.1088/1361-665X/ab36e4
  4. Beeby S. P. ほか “Energy harvesting vibration sources for microsystems applications”, Meas. Sci. Technol. 17, R175–R195 (2006), DOI 10.1088/0957-0233/17/12/R01 — doi.org/10.1088/0957-0233/17/12/R01
  5. Zhang C. ほか “Br Vacancy Defects Healed Perovskite Indoor Photovoltaic Modules with Certified Power Conversion Efficiency Exceeding 36%”, Adv. Sci. 9, 2204138 (2022), DOI 10.1002/advs.202204138（オープンアクセス） — doi.org/10.1002/advs.202204138
  6. Mathews I. ほか “Technology and Market Perspective for Indoor Photovoltaic Cells”, Joule 3, 1415–1426 (2019), DOI 10.1016/j.joule.2019.03.026 — doi.org/10.1016/j.joule.2019.03.026
  7. Jiang X. ほか “A Review of Piezoelectric Vibration Energy Harvesting with Magnetic Coupling Based on Different Structural Characteristics”, Micromachines 12, 436 (2021), DOI 10.3390/mi12040436（オープンアクセス） — doi.org/10.3390/mi12040436
  8. Ylli K. ほか “Energy harvesting from human motion: exploiting swing and shock excitations”, Smart Mater. Struct. 24, 025029 (2015), DOI 10.1088/0964-1726/24/2/025029 — doi.org/10.1088/0964-1726/24/2/025029
  9. ISO “ISO 5712:2022 Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Method for measuring the power generation characteristics of piezoelectric resonant devices for stand-alone power sources”（ISO のページ） — iso.org/standard/81569.html
  10. IEC “IEC 62830-1:2017” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/27039
  11. IEC “IEC TS 62607-7-2:2023” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/61819
  12. ISO “ISO 24687:2023 Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Measurement of Seebeck coefficient and electrical conductivity of bulk-type thermoelectric materials at room and high temperatures”（ISO のページ） — iso.org/standard/80856.html
  13. IEC “IEC 62830-5:2021” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/26500
  14. IEC “IEC 62830-2:2017” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/30355
  15. IEC “IEC 62830-3:2017” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/30924
  16. IEC “IEC 62830-4:2019” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/26798
  17. IEC “IEC 62830-6:2019” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/60105
  18. IEC “IEC 62830-7:2021” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/62444
  19. IEC “IEC 62047-28:2017” 製品ページ（IEC Webstore） — webstore.iec.ch/en/publication/30684
  20. 日本規格協会（JSA） “JIS C 5630-28:2020 マイクロマシン及びＭＥＭＳ―第２８部：ＭＥＭＳエレクトレット振動発電デバイスの性能試験方法”（JSA Webdesk の規格ページ。IEC 62047-28:2017 と一致） — webdesk.jsa.or.jp/…bunsyo_id=JIS+C+5630-28:2020
  21. 日本規格協会（JSA） “JIS R 1762:2020 ファインセラミックス―自立型電源用圧電デバイスの発電特性測定方法”（JSA Webdesk の規格ページ） — webdesk.jsa.or.jp/…bunsyo_id=JIS+R+1762:2020
  22. 日本規格協会（JSA） “JIS R 1650-1:2002 ファインセラミックス熱電材料の測定方法―第１部：熱電能”（JSA Webdesk の規格ページ） — webdesk.jsa.or.jp/…bunsyo_id=JIS+R+1650-1:2002
  23. 日本規格協会（JSA） “JIS R 1650-2:2002 ファインセラミックス熱電材料の測定方法―第２部：抵抗率”（JSA Webdesk の規格ページ） — webdesk.jsa.or.jp/…bunsyo_id=JIS+R+1650-2:2002
  24. 日本規格協会（JSA） “JIS R 1650-3:2002 ファインセラミックス熱電材料の測定方法―第３部：熱拡散率・比熱容量・熱伝導率”（JSA Webdesk の規格ページ） — webdesk.jsa.or.jp/…bunsyo_id=JIS+R+1650-3:2002
  25. Starner T. “Human-powered wearable computing”, IBM Syst. J. 35, 618–629 (1996), DOI 10.1147/sj.353.0618 — doi.org/10.1147/sj.353.0618

11. 主張と出典の対応表（監査）

本文の主張根拠区分
ハーベスティング・センシング・蓄積・電力管理・読み出し・無線通信を組み合わせた設計、常時センシングは平均電力の整合・イベント駆動は待機の低消費電力と短時間の大電力、断続的な動き（歩く・たたく・曲げる）と蓄積、体熱の熱電と BLE の装着型システムの例、方式ごとの出力の性格（太陽電池 約 1 V 直流、熱電 mV 級 直流、摩擦帯電 約 10² V の交流パルス、圧電 約 10¹ V の交流パルス）、代表的な出力密度の表（太陽電池 屋内 10〜100 µW/cm²・屋外 10〜30 mW/cm²、熱電 装着型 10〜100 µW/cm²・産業用 10〜1000 mW/cm²、摩擦帯電 低周波 1〜10 µW/cm²・高周波 1〜10 mW/cm²、圧電 低応力 0.1〜1 µW/cm²・高応力 1〜10 mW/cm²）と、順位づけではないという注記、電力管理の論点Park ら（2026）の総説
出典1 https://doi.org/10.1002/advs.77712		事実
TENG の 4 つの動作モード、性能指標 ＝ 構造の指標 × σ²、出力電力の負荷抵抗への依存、液体金属を使った σ の標準的な測定、FEP の σ（ガリンスタン基準 133.24、液体ガリウム基準 218.64 µC/m²）、測定条件（アルゴンのグローブボックス、室温、1 気圧、相対湿度 0.006%）、摩擦帯電の順序Zi ら（2015）
出典2 https://doi.org/10.1038/ncomms9376		事実
圧電素子は電気機械結合が大きく、電磁式・静電式より出力密度が高いとして広く研究されていることSafaei ら（2019）の要旨
出典3 https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab36e4		事実
振動発電機の多くは慣性型のばね・質量系で、圧電・電磁・静電の 3 つの取り出し方があること、慣性型の特性式があることBeeby ら（2006）の要旨
出典4 https://doi.org/10.1088/0957-0233/17/12/R01		事実
IoT の通信方式の消費電力が µW 級のものがあること、屋内の照度 200〜1000 lux、可視域のスペクトル、理想のバンドギャップ 1.7〜1.9 eV と効率限界約 56%、一般的なシリコン・CdTe・CIGS は屋内光で性能が低いこと、1000 lux・TL84 の認証効率 36.36%（モジュール）、屋内の効率の標準評価法は整備途上という記述Zhang ら（2022）
出典5 https://doi.org/10.1002/advs.202204138		事実
屋内の太陽電池が IoT の分散センサー・アクチュエーター・通信機器の電源になりうることMathews ら（2019）の要旨
出典6 https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.03.026		事実
線形の圧電ハーベスターの周波数帯域が非常に狭く、振動源が不規則で広帯域であること、振動源の例（人の動き、橋、産業機械、車両、家電）Jiang ら（2021）
出典7 https://doi.org/10.3390/mi12040436		事実
靴底に入れる電磁式の発電機：スイング型の平均出力最大 0.84 mW・21 cm³・40 µW/cm³、衝撃型の最大 4.13 mW・48 cm³・86 µW/cm³、トレッドミルと 2 人の被験者Ylli ら（2015）の要旨
出典8 https://doi.org/10.1088/0964-1726/24/2/025029		事実
ISO 5712:2022 の題名・版・発行日と、出力電力・機械的品質係数・電気機械結合係数・出力効率の測定法を定めることISO のページ（2026年10月10日に確認）
出典9 https://www.iso.org/standard/81569.html		事実
IEC 62830-1:2017、-2:2017、-3:2017、-4:2019、-5:2021、-6:2019、-7:2021 の題名・版・発行日・適用範囲IEC Webstore
出典10 https://webstore.iec.ch/en/publication/27039
出典14 https://webstore.iec.ch/en/publication/30355
出典15 https://webstore.iec.ch/en/publication/30924
出典16 https://webstore.iec.ch/en/publication/26798
出典13 https://webstore.iec.ch/en/publication/26500
出典17 https://webstore.iec.ch/en/publication/60105
出典18 https://webstore.iec.ch/en/publication/62444		事実
IEC TS 62607-7-2:2023 の題名・発行日・適用範囲（多接合を除くセルの屋内光での効率試験）IEC Webstore
出典11 https://webstore.iec.ch/en/publication/61819		事実
ISO 24687:2023 の題名・発行日と、300 K〜1200 K のバルク熱電材料のゼーベック係数・電気伝導率の測定法で、発電・エネルギーハーベスティング・冷却・加熱に使う材料が対象であることISO のページ
出典12 https://www.iso.org/standard/80856.html		事実
IEC 62047-28:2017 の題名・発行日・適用範囲IEC Webstore
出典19 https://webstore.iec.ch/en/publication/30684		事実
JIS C 5630-28:2020 の題名と IEC 62047-28:2017 との一致（IDT）、JIS R 1762:2020 の題名、JIS R 1650-1・-2・-3:2002 の題名JSA Webdesk の規格ページ
出典20 https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=JIS+C+5630-28%3A2020
出典21 https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=JIS+R+1762%3A2020
出典22 https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=JIS+R+1650-1%3A2002
出典23 https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=JIS+R+1650-2%3A2002
出典24 https://webdesk.jsa.or.jp/books/W11M0090/index/?bunsyo_id=JIS+R+1650-3%3A2002		事実
日常の動作で消費されるエネルギー（歩行、呼吸、血圧、体熱、指や手足の動き）をコンピュータの電源にする可能性Starner（1996）の要旨
出典25 https://doi.org/10.1147/sj.353.0618		事実
第6章の計算：1 日のエネルギー（0.864〜8.64、0.0864〜0.864、0.00864〜0.0864 J/cm²）と回数（約 8,640〜86,400、864〜8,640、86〜864 回/日）、靴底発電の 1 時間のエネルギー（約 3.0 J、14.9 J）と体積あたり出力（40、86 µW/cm³）、加速度 0.5 倍で出力 0.25 倍・0.25 倍で 0.0625 倍、σ の比 0.61 とその 2 乗 0.37、逆の比 1.64 と 2.7 倍本稿の計算。前提と限界は第6章に記載（24 時間の連続動作と損失ゼロの上限、100 µJ は例示、共振型の比例関係は解説）本稿の計算
規格の本文、出力密度の代表値の元の論文ごとの条件、共振型発電の式の出典、摩擦帯電の ISO・JIS・ASTM、屋内光に限った JIS、実機の電力管理回路の効率、市場・出荷の統計本稿の調査範囲でアクセスできた一次情報では確認できなかったため記載していない解説
「素子の出力は電力管理の入力としての形で読む」「材料の指標も測り方で数字が変わる」という読み取り。規格の位置づけの整理（第8章）。共振型の出力が加速度の 2 乗に比例するという一般的な関係公表内容にもとづく本記事の整理・解説。各社・各機関が表明した見解ではない解説
図2・図3・図4・図6・図7が実際の観察像・実データそのものではなく説明のための作図であること。図1と図5がAI生成イメージであること本記事による注記解説

最終更新：2026年10月10日／出典は一次情報（査読論文と総説、規格団体のページ）に限定しています。規格の本文は有料のため確認できていません。 構造の整理や材料設計上の読み取りを含むため、それらは「解説」として出典付きの事実と区別しています。 規格の本文、出力密度の代表値の元の条件、共振型発電の式の出典、摩擦帯電の ISO・JIS・ASTM、屋内光に限った JIS、実機の電力管理回路の効率、市場の統計については、確認できなかったため記載していません。 出力・出力密度の数値は、素子の形・入力・負荷が引用元ごとに異なり、他の素子や製品に一般化できません。 図はすべて説明用の概念図です。図2・図3・図4・図6・図7はベクター作図、図1と図5はAI生成イメージであり、いずれも実際の断面写真・顕微鏡像・製品の実物を示すものではありません。