JP2012139066A - Overhead cable monitoring system - Google Patents

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JP2012139066A
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Fumiko Nakayama
史子 中山
Akihiko Asakawa
昭彦 浅川
Kimiaki Kashiwagi
王明 柏木
Tetsuya Yanoshita
哲也 矢ノ下
Yoshiki Hamaya
芳樹 濱谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an overhead cable monitoring system applicable to a wide range of overhead cables, and in which the maintenance load is low.SOLUTION: The overhead cable monitoring system comprises a plurality of sensor nodes 100 installed in an overhead cable 200, detecting the information indicating the situation of the overhead cable and transmitting that information by radio, and a receiver which receives the information transmitted from the sensor node by radio. The sensor node includes a vibration power generator with an electrostatic induction power generation element as a power source. The electrostatic induction power generation element includes a first electrode, an electret provided on the first electrode, and a second electrode arranged separately from the electret, and is configured so that one of the electret or the second electrode moves relatively to the other by the vibration of an overhead cable. The electret is formed by injecting charges into (a) a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring in the main chain or a resin film containing (a') a material derived from the (a)fluorine-containing polymer.

Description

本発明は、架空ケーブルモニタリングシステムに関する。   The present invention relates to an overhead cable monitoring system.

架空通信線、架空送電線等の架空ケーブルは、断線等の故障が生じると広範囲に影響が出るため、定期的な保守メンテナンスを行う必要がある。また、故障が生じた際にはその故障地点を早急に見つける必要がある。しかし架空ケーブルはその線路が長く、架設場所も多岐にわたっていることから、保守メンテナンスや故障地点の発見に人手や時間がかかってしまう。
このような問題に対し、センサおよび無線通信手段を備えたセンサ装置を架空ケーブルに設置し、架空ケーブルの断線による異常(異常振動等)をセンサにより検知し、無線により送信するように構成したシステムが提案されている。
Since overhead cables such as overhead communication lines and overhead power transmission lines are affected in a wide range when a failure such as disconnection occurs, it is necessary to perform regular maintenance. In addition, when a failure occurs, it is necessary to quickly find the failure point. However, the overhead cable has a long track and a wide range of installation locations, so it takes manpower and time to find maintenance and trouble spots.
To solve such problems, a system configured to install a sensor device including a sensor and wireless communication means on an aerial cable, detect an abnormality (abnormal vibration, etc.) due to disconnection of the aerial cable, and transmit it wirelessly. Has been proposed.

上記のようなシステムに用いられるセンサ装置は、通常、センサと、無線通信手段と、センサからの情報の処理および無線通信手段の動作の制御を行う制御手段と、それらの駆動に必要な電力を供給する電源とを備えており、その電源としては、従来、電池が用いられていた。しかしこの場合、定期的に電池の点検や交換を行う必要がある。近年、低消費電力の無線通信技術の開発は進んでいるが、たとえば、消費電力の大きい通信頻度を1回/日程度に抑え、電池容量の大きいリチウム一次電池を使用しても、5年以上安定的にかつ長期にわたる動作は難しい。また、交換による廃電池は環境上の問題にもなる。
そこで、センサ装置の電源として、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池を用いることが提案されている(たとえば特許文献1〜2)。
The sensor device used in the system as described above usually includes a sensor, wireless communication means, control means for processing information from the sensor and controlling the operation of the wireless communication means, and power necessary for driving them. A battery is conventionally used as the power supply. However, in this case, it is necessary to periodically check and replace the battery. In recent years, the development of low-power-consumption wireless communication technology has progressed. For example, even if a lithium primary battery with a large battery capacity is used for over 5 years even if the communication frequency with high power consumption is reduced to about once / day. Stable and long-term operation is difficult. Moreover, the waste battery by replacement | exchange also becomes an environmental problem.
Thus, it has been proposed to use a solar cell that converts light energy into electrical energy as a power source for the sensor device (for example, Patent Documents 1 and 2).

一方、従来、コンデンサマイクロフォンや静電誘導型振動発電器に、絶縁材料に電荷を注入したエレクトレット(Electret)を使用した静電誘導型変換素子が用いられている。エレクトレットを構成する絶縁材料としては、従来、主に、二酸化ケイ素等の無機材料が用いられている(たとえば特許文献3)。また、有機系の絶縁材料として、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等の鎖状の高分子化合物も使用されている。
最近、エレクトレット材料として、主鎖に脂肪族環構造を有する含フッ素重合体を用いることが提案されている(特許文献4)。また、このような含フッ素重合体を用いたエレクトレットの表面電荷密度の向上のために、アミノ基を有するシランカップリング剤を配合することが提案されている(特許文献5)。
On the other hand, electrostatic induction conversion elements using electrets in which electric charges are injected into an insulating material are conventionally used for condenser microphones and electrostatic induction vibration power generators. Conventionally, inorganic materials such as silicon dioxide have been mainly used as the insulating material constituting the electret (for example, Patent Document 3). In addition, chain polymer compounds such as polycarbonate, polypropylene, and polytetrafluoroethylene are also used as organic insulating materials.
Recently, it has been proposed to use a fluorine-containing polymer having an aliphatic ring structure in the main chain as an electret material (Patent Document 4). In addition, in order to improve the surface charge density of electrets using such a fluoropolymer, it has been proposed to blend a silane coupling agent having an amino group (Patent Document 5).

特許4155356号Japanese Patent No. 4155356 特開2007−093342号公報JP 2007-093342 A 国際公開第2010/047076号International Publication No. 2010/047076 特開2006−180450号公報JP 2006-180450 A 国際公開第2008/114489号International Publication No. 2008/114489

電源として太陽電池を用いた場合は、その発電に光が必要で、光が当たる場所に設置する必要があるため、適用できる架空ケーブルが限定される。たとえば屋根や覆いの下、地下空間等の暗所の場合、太陽電池ではセンサの駆動や無線送信に必要な電力が得られないため、このような場所に架設されたケーブルに対しては適用できない。また、光が当たる場所であっても、天候によって発電量が左右され、安定した電力供給が行われない問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、保守メンテナンスの負荷が少なく、広範な架空ケーブルに適用できる架空ケーブルモニタリングシステムを提供する。
When a solar cell is used as a power source, light is necessary for the power generation, and it is necessary to install the solar cell in a place where the light hits. Therefore, applicable aerial cables are limited. For example, in a dark place such as under a roof or cover, underground space, etc., the solar cell cannot provide the power required for sensor drive and wireless transmission, so it cannot be applied to cables installed in such places. . In addition, there is a problem that even if the place is exposed to light, the amount of power generation is affected by the weather and stable power supply is not performed.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an aerial cable monitoring system that can be applied to a wide range of aerial cables with less maintenance load.

本発明は、以下の[1]〜[7]である。
[1]架空ケーブルに設置され、架空ケーブルの状況を示す情報を検知してその情報を無線送信する複数のセンサノードと、前記センサノードから無線送信された情報を受信する受信装置とを備える架空ケーブルモニタリングシステムであって、
前記センサノードが、独立した電源として振動発電器を備え、
前記振動発電器が、第一の電極と、前記第一の電極上に設けられたエレクトレットと、前記エレクトレットから離間配置された第二の電極とを備え、架空ケーブルの振動によって前記エレクトレットおよび前記第二の電極の一方が他方に対して相対的に運動するように構成された静電誘導型発電素子を備え、
前記エレクトレットが、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する樹脂膜に電荷を注入してなるものであることを特徴とする架空ケーブルモニタリングシステム。
[2]前記エレクトレットおよび前記第二の電極の一方が、他方に対して平行に配置され、前記架空ケーブルの中心方向に向かって垂直方向に往復運動するように構成されている、[1]に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
[3]前記静電誘導型発電素子が、前記架空ケーブルの外周上に複数設置されている、[1]または[2]に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
[4]前記架空ケーブルの状況を示す情報が、温度、振動および加速度から選ばれる少なくとも1種である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
[5]前記架空ケーブルが通信用ケーブルまたは送電線である、[1]〜[4]のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
[6]前記含フッ素重合体(a)が、末端基としてカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する、[1]〜[5]のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
[7]前記材料(a’)が、前記含フッ素重合体(a)と、アミノ基を有するシランカップリング剤との混合物または反応生成物を含む、[1]〜[6]のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。
The present invention includes the following [1] to [7].
[1] An aerial system provided with a plurality of sensor nodes that are installed in an aerial cable and detect information indicating the status of the aerial cable and wirelessly transmit the information, and a receiving device that receives information wirelessly transmitted from the sensor node. A cable monitoring system,
The sensor node includes a vibration power generator as an independent power source,
The vibration power generator includes a first electrode, an electret provided on the first electrode, and a second electrode spaced apart from the electret, and the electret and the first by vibration of an aerial cable. Comprising an electrostatic induction power generating element configured such that one of the two electrodes moves relative to the other;
The electret is formed by injecting electric charge into a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a resin film containing a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a). An aerial cable monitoring system characterized by being.
[2] One of the electret and the second electrode is arranged in parallel to the other, and is configured to reciprocate in a vertical direction toward the center direction of the overhead cable. The aerial cable monitoring system described.
[3] The aerial cable monitoring system according to [1] or [2], wherein a plurality of the electrostatic induction power generation elements are installed on an outer periphery of the aerial cable.
[4] The aerial cable monitoring system according to any one of [1] to [3], wherein the information indicating the status of the aerial cable is at least one selected from temperature, vibration, and acceleration.
[5] The aerial cable monitoring system according to any one of [1] to [4], wherein the aerial cable is a communication cable or a power transmission line.
[6] The aerial cable monitoring system according to any one of [1] to [5], wherein the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group as a terminal group.
[7] Any one of [1] to [6], wherein the material (a ′) includes a mixture or a reaction product of the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent having an amino group. The overhead cable monitoring system described in the section.

本発明によれば、保守メンテナンスの負荷が少なく、広範な架空ケーブルに適用できる架空ケーブルモニタリングシステムを提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide an aerial cable monitoring system that can be applied to a wide range of aerial cables with less maintenance load.

本発明の一実施形態の架空ケーブルモニタリングシステムの概略構成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining schematic structure of the aerial cable monitoring system of one Embodiment of this invention. 図1に示す架空ケーブルモニタリングシステムを構成するセンサノード100の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the sensor node 100 which comprises the aerial cable monitoring system shown in FIG. 図2に示すセンサノード100の電源部の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the power supply part of the sensor node 100 shown in FIG. センサノード100の振動発電器を架空ケーブル200に設置した状態を示す概略側面図である。FIG. 3 is a schematic side view showing a state where the vibration power generator of the sensor node 100 is installed on the overhead cable 200. 電源部に用いられる振動発電器の一実施形態を示す斜視分解図である。It is a perspective exploded view showing one embodiment of a vibration power generator used for a power supply part. 図3に示す振動発電器1の部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the vibration power generator 1 shown in FIG. 3. 図3に示す振動発電器1を構成する可動電極部10の、第一の電極11およびエレクトレット12が設けられている側の平面図である。It is a top view of the side by which the 1st electrode 11 and the electret 12 are provided of the movable electrode part 10 which comprises the vibration power generator 1 shown in FIG. 整流回路の回路構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the circuit structural example of a rectifier circuit.

本発明の架空ケーブルモニタリングシステムは、架空ケーブルに設置され、架空ケーブルの状況を示す情報を検知してその情報を無線送信する複数のセンサノード(センサ付き無線端末)と、前記センサノードから無線送信された情報を受信する受信装置とを備える架空ケーブルモニタリングシステムであって、前記センサノードが、電源として振動発電器を備え、前記振動発電器が、第一の電極と、前記第一の電極上に設けられたエレクトレットと、前記エレクトレットから離間配置された第二の電極とを備え、架空ケーブルの振動によって前記エレクトレットおよび前記第二の電極の一方が他方に対して相対的に運動するように構成された静電誘導型発電素子を備え、前記エレクトレットが、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する樹脂膜に電荷を注入してなるものであることを特徴とする。
ここで、本明細書および特許請求の範囲において「架空ケーブル」とは、複数の支持物(電柱、鉄塔等)によって空中に架設されたケーブルを意味する。架空ケーブルが架設されている空間は、地上であっても地下であってもよい。
架空ケーブルとしては、通信用ケーブル(電話回線等の有線電気通信用ケーブル、光ケーブル等)、送電線(高圧線)等が挙げられる。これらの中でも、平常時でも災害時でもライフラインとして常時監視が必須の点で、通信用ケーブルまたは送電線が好適である。
The aerial cable monitoring system of the present invention is installed in an aerial cable, detects information indicating the status of the aerial cable and wirelessly transmits the information, and wirelessly transmits the information from the sensor node. An aerial cable monitoring system comprising a receiving device for receiving the received information, wherein the sensor node comprises a vibration power generator as a power source, the vibration power generator comprising a first electrode and a first electrode on the first electrode. And the second electrode spaced apart from the electret, and one of the electret and the second electrode is moved relative to the other by vibration of the overhead cable. A fluorinated polymer having an aliphatic ring in the main chain (a Or wherein the resin film containing the material (a ') derived from the fluoropolymer (a) is made by injecting the charge.
Here, in the present specification and claims, the “aerial cable” means a cable constructed in the air by a plurality of supports (electric poles, steel towers, etc.). The space where the overhead cable is installed may be on the ground or underground.
Examples of overhead cables include communication cables (wired telecommunication cables such as telephone lines, optical cables, etc.), power transmission lines (high voltage lines), and the like. Among these, a communication cable or a power transmission line is preferable in that constant monitoring is indispensable as a lifeline even during normal times and disasters.

本発明によれば、架空ケーブルの状況(たとえば異常な振動や過熱の有無)のモニタリングを、センサノードの保守メンテナンスを行わなくても、長期(たとえば5年以上)にわたって実施できる。
すなわち、環境中には風のゆらぎ、移動体の振動等による低周波数の振動、いわゆる環境振動が存在している。架空ケーブルは、張力をかけて架設されていることから、環境振動によって常にある程度振動している。前記静電誘導型発電素子を備える振動発電器は、エレクトレットに特定の材料が用いられていることにより、低周波数の振動での発電効率が高い。そのため、該静電誘導型発電素子を電源として用いることにより、架空ケーブルの振動によって、センサノードの駆動に充分な電力が得られる。そのため、このセンサノードは、電源として太陽電池を採用する場合のように設置場所が限定されることがなく、たとえば地下のような光源のない場所に架設された架空ケーブルにも適用できる。
また、振動発電器としては、エレクトレットを用いた静電誘導型のもののほか、電磁誘導型のものや圧電型のものが知られているが、前者はコイルが必須であるために発電器自身が重くなり、設置上の制約がある。後者は振動子のスペースを確保する必要があり、かつ材料の耐久性が低いため発電器の寿命に問題があった。さらに、これらは低周波数の振動での発電効率が、同じ容積の静電誘導型の発電器と比較して低く、架空ケーブルの振動が微細である場合には充分な電力が得られない。そのため、センサノードの駆動に必要な電力を得るためには、低周波数の振動を増幅して発電器に伝達する増幅機構を設けたり、発電器を大型化する必要があり、重量、コスト等が増大する。また、圧電型の場合、圧電素子を取り付けた振動板が変形することによって発電が行われるため、部品の劣化が生じやすい。これに対し、静電誘導型、特に上記特定材料で構成したエレクトレットを備えるものを用いる場合は、増幅機構がなくても低周波数の振動で充分な発電量が得られるため、他の振動発電器を採用する場合に比べて、軽量化や薄型化が可能で、コストも低い。また、前記静電誘導型発電素子は、エレクトレット自体の寿命が長い(電荷保持安定性が高い)こと、エレクトレットを変形させたり他の部材と接触させる必要がないことなどから、全体としての耐久性も優れている。
According to the present invention, the status of an aerial cable (for example, whether there is abnormal vibration or overheating) can be monitored over a long period (for example, five years or more) without maintenance of the sensor node.
That is, there are low-frequency vibrations due to wind fluctuations, moving body vibrations, etc., so-called environmental vibrations in the environment. Since the aerial cable is installed with tension, it always vibrates to some extent due to environmental vibration. The vibration power generator including the electrostatic induction power generation element has high power generation efficiency at low-frequency vibration because a specific material is used for the electret. Therefore, by using the electrostatic induction power generation element as a power source, sufficient electric power for driving the sensor node can be obtained by the vibration of the overhead cable. For this reason, the sensor node is not limited in installation location as in the case of employing a solar cell as a power source, and can be applied to an aerial cable installed in a place where there is no light source such as underground.
In addition to the electrostatic induction type using an electret, an electromagnetic induction type and a piezoelectric type are known as vibration power generators. However, since the former requires a coil, It becomes heavier and there are restrictions on installation. The latter has a problem in the life of the generator because it is necessary to secure a space for the vibrator and the durability of the material is low. Furthermore, they have low power generation efficiency at low frequency vibration compared to electrostatic induction generators of the same volume, and sufficient power cannot be obtained when the vibration of the overhead cable is fine. Therefore, in order to obtain electric power necessary for driving the sensor node, it is necessary to provide an amplification mechanism that amplifies low-frequency vibrations and transmits the vibration to the generator, or to increase the size of the generator. Increase. Further, in the case of the piezoelectric type, power generation is performed by deforming the diaphragm to which the piezoelectric element is attached, so that the components are likely to deteriorate. On the other hand, when using an electrostatic induction type, particularly one equipped with an electret composed of the above specific material, a sufficient amount of power can be obtained with low-frequency vibration even without an amplification mechanism. Compared to the case of adopting, the weight can be reduced and the thickness can be reduced, and the cost is low. In addition, the electrostatic induction power generating element has a long life span (high charge retention stability), and it is not necessary to deform the electret or to contact other members. Is also excellent.

本発明の架空ケーブルモニタリングシステムの一実施形態を、図面を用いて説明する。
図1に、本実施形態の架空ケーブルモニタリングシステムの概略構成を説明する概念図を示す。
本実施形態の架空ケーブルモニタリングシステムは、架空ケーブルの状況を示す情報を検知してその情報を無線送信する複数のセンサノード100と、無線送信された情報を受信して無線送信する複数の中継ノード(受信装置)110と、中継ノード110から有線または無線で送信された情報を受信するゲートウェイ(受信装置)120とから構成される無線ネットワークを備える。
複数のセンサノード100はそれぞれ、図示しない支持物によって架設された架空ケーブル200に設置されている。
ゲートウェイ120は、図示しない有線または無線の通信回線(インターネット等)を介して図示しないサーバに接続されている。
An embodiment of the overhead cable monitoring system of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIG. 1, the conceptual diagram explaining schematic structure of the aerial cable monitoring system of this embodiment is shown.
The aerial cable monitoring system of this embodiment includes a plurality of sensor nodes 100 that detect information indicating the status of an aerial cable and wirelessly transmit the information, and a plurality of relay nodes that receive the wirelessly transmitted information and wirelessly transmit the information. The wireless network includes a (receiving device) 110 and a gateway (receiving device) 120 that receives information transmitted from the relay node 110 by wire or wirelessly.
Each of the plurality of sensor nodes 100 is installed in an aerial cable 200 installed by a support (not shown).
The gateway 120 is connected to a server (not shown) via a wired or wireless communication line (not shown).

本実施形態では、上記無線ネットワークおよびサーバにより、架空ケーブル200の状況の監視が行われる。
まず、センサノード100が、当該センサノード100が設置された場所の架空ケーブル30の状況を示す情報(以下、単にデータということがある。)を検知し、無線送信する。センサノード100から無線送信されたデータは、中継ノード110を介してゲートウェイ120に無線送信される。ゲートウェイ120で受信されたデータは、有線または無線の通信回線を介してサーバに送られる。
サーバは、送られたデータの処理(記録、解析等)を行い、必要に応じて、サーバに接続された周辺機器(警報装置等)を作動させる。たとえばセンサノード100から送られたデータを、当該データを発信したセンサノード100の設置位置または該センサノード100が備えるセンサの識別番号と対応させて記録する。また、データを解析し、該データが異常値であると判定した場合(たとえば架空ケーブル200の温度や振動が予め設定された値(閾値)を超える値、直前のデータからの変動幅が設定値を超えた場合等)、警報装置を作動させ、表示(文字、画像、発光等)や音(アラーム、音声等)により警報を告知させる。また、架空ケーブル30の断線が生じた場合、断線箇所またはその近傍に設置されたセンサノード100から送られるデータは大きく変動するため、複数のセンサノード100からのデータを解析することで、断線箇所を早期発見できる。
本実施形態において、センサノード100以外の構成は特に限定されず、従来、センサネットワークシステムを構成する中継ノード、ゲートウェイ、サーバ等として提案されているものが利用できる。
In the present embodiment, the status of the overhead cable 200 is monitored by the wireless network and the server.
First, the sensor node 100 detects information indicating the status of the overhead cable 30 at the location where the sensor node 100 is installed (hereinafter sometimes simply referred to as data) and wirelessly transmits the detected information. Data wirelessly transmitted from the sensor node 100 is wirelessly transmitted to the gateway 120 via the relay node 110. The data received by the gateway 120 is sent to the server via a wired or wireless communication line.
The server performs processing (recording, analysis, etc.) of the sent data, and activates peripheral devices (alarm devices, etc.) connected to the server as necessary. For example, the data sent from the sensor node 100 is recorded in correspondence with the installation position of the sensor node 100 that transmitted the data or the sensor identification number of the sensor node 100. In addition, when the data is analyzed and it is determined that the data is an abnormal value (for example, a value in which the temperature or vibration of the overhead cable 200 exceeds a preset value (threshold value), the fluctuation range from the immediately preceding data is a set value. The alarm device is activated and the alarm is notified by display (characters, images, light emission, etc.) or sound (alarm, voice, etc.). In addition, when the aerial cable 30 is disconnected, the data sent from the sensor node 100 installed at or near the disconnection location greatly fluctuates. Therefore, by analyzing the data from the plurality of sensor nodes 100, the disconnection location Can be detected early.
In the present embodiment, the configuration other than the sensor node 100 is not particularly limited, and those conventionally proposed as relay nodes, gateways, servers, and the like that configure the sensor network system can be used.

本発明によれば、架空ケーブルの状況のモニタリングを長期にわたって実施できる。また、通常の架空ケーブルの振動状態における発電パターン自体を基準とすることにより、素早く異常を発見することができる。   According to the present invention, it is possible to monitor the status of an aerial cable over a long period of time. Also, abnormalities can be quickly discovered by using the power generation pattern itself in the vibration state of a normal overhead cable as a reference.

≪センサノード100≫
図2に、センサノード100の概略構成を説明するブロック図を示す。
センサノード100は、電源部101と、センサ102と、通信部103と、アンテナ104と、センサ102からの出力信号の処理および通信部103の制御を行う制御部105とを備える。
センサノード100においては、電源部101から制御部105に対し、各部の駆動に必要な電力が供給されるようになっている。すなわち、制御部105の駆動に必要な電力は電源部101から直接供給され、通信部103の駆動に必要な電力は、制御部105を介して供給されるようになっている。センサ102がその駆動に電力を要するものである場合は、その電力も制御部105を介して供給される。
<< Sensor node 100 >>
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the sensor node 100.
The sensor node 100 includes a power supply unit 101, a sensor 102, a communication unit 103, an antenna 104, and a control unit 105 that processes an output signal from the sensor 102 and controls the communication unit 103.
In the sensor node 100, power necessary for driving each unit is supplied from the power supply unit 101 to the control unit 105. That is, the power required for driving the control unit 105 is directly supplied from the power supply unit 101, and the power required for driving the communication unit 103 is supplied via the control unit 105. When the sensor 102 requires power for driving, the power is also supplied via the control unit 105.

電源部101は、3つの振動発電器1a、1b、1c(以下、これらをまとめて振動発電器1ということがある。)と、電力制御回路2と、振動発電器1で発電された電力を充電するための蓄電部5とを備える。
3つの振動発電器1を備えることで、電源部101を、1つで3軸全ての振動を認識できるように構成することができる。つまり、後述するようにエレクトレットの振動方向と架空ケーブル200の振動方向が一致すると、発電効率が向上する。1つの振動発電器1が1つのエレクトレットを備える場合、3つの振動発電器1を、それぞれのエレクトレットの振動方向が互いに直交する3方向(X軸、Y軸、Z軸)と一致するように配置することで、架空ケーブル200の振動方向が変化した場合でも、電源部101が3軸全ての振動を認識し、効率よく発電が行われる。
なお、ここでは3つの振動発電器1を備える例を示したが本発明はこれに限定されるものではない。電源部101が備える振動発電器1の数は必ずしも3つである必要はなく、1個以上であればよい。上限は特に限定されないが、架空ケーブル200のX、Y、Zの3軸の振動を確実に認識するためには、12個以下が好ましく、6個以下がより好ましい。コストの点から3つが特に好ましい。
振動発電器1が複数の場合、全てを使用する必要はなく、いずれか1つ以上を使用すればよい。
The power supply unit 101 includes three vibration power generators 1a, 1b, and 1c (hereinafter, collectively referred to as vibration power generator 1), a power control circuit 2, and power generated by the vibration power generator 1. And a power storage unit 5 for charging.
By providing the three vibration power generators 1, the single power supply unit 101 can be configured to recognize vibrations of all three axes. That is, as will be described later, when the vibration direction of the electret and the vibration direction of the overhead cable 200 coincide, the power generation efficiency is improved. When one vibration power generator 1 includes one electret, the three vibration power generators 1 are arranged so that the vibration directions of the respective electrets coincide with three directions (X axis, Y axis, Z axis) perpendicular to each other. As a result, even when the vibration direction of the aerial cable 200 changes, the power supply unit 101 recognizes the vibrations of all three axes and efficiently generates power.
In addition, although the example provided with the three vibration power generators 1 was shown here, this invention is not limited to this. The number of vibration power generators 1 included in the power supply unit 101 is not necessarily three, and may be one or more. The upper limit is not particularly limited, but is preferably 12 or less, more preferably 6 or less, in order to reliably recognize the vibrations of the three axes X, Y, and Z of the overhead cable 200. Three are particularly preferable from the viewpoint of cost.
When there are a plurality of vibration power generators 1, it is not necessary to use all of them, and any one or more may be used.

図3に、振動発電器1の概略構成を説明するブロック図を示す。
振動発電器1は、静電誘導型発電素子3と電力変換回路部4とを備える。
詳細は後で図5〜6を用いて説明するが、静電誘導型発電素子3は、エレクトレット12が設けられた第一の電極11と、該エレクトレット12から離間配置された第二の電極21とを備え、架空ケーブル200の振動によってエレクトレット12が第二の電極21に対して相対的に運動するように構成されているものである。この相対的な運動によって交流電力が発電される。
電力変換回路部4は、整流回路41と、電圧変換回路42とを備える。整流回路41は、静電誘導型発電素子3で発電された交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。電圧変換回路42は、整流回路41で整流された直流電流の電圧値を使用される二次電池の充電に最適な電圧に変換する回路であり、整流回路41から入力された直流電流の電圧値が、振動発電器1からの出力電圧値に変換される。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the vibration power generator 1.
The vibration power generator 1 includes an electrostatic induction power generation element 3 and a power conversion circuit unit 4.
Although details will be described later with reference to FIGS. 5 to 6, the electrostatic induction power generating element 3 includes a first electrode 11 provided with the electret 12 and a second electrode 21 spaced from the electret 12. And the electret 12 is configured to move relative to the second electrode 21 by the vibration of the overhead cable 200. AC power is generated by this relative movement.
The power conversion circuit unit 4 includes a rectification circuit 41 and a voltage conversion circuit 42. The rectifier circuit 41 is a circuit that rectifies the AC power generated by the electrostatic induction power generation element 3 and converts it into DC power. The voltage conversion circuit 42 is a circuit that converts the voltage value of the direct current rectified by the rectification circuit 41 into an optimum voltage for charging the secondary battery to be used, and the voltage value of the direct current input from the rectification circuit 41. Is converted into an output voltage value from the vibration power generator 1.

電力制御回路2は、1つ以上の振動発電器1から出力される直流電圧値に応じて、高効率かつ安全に蓄電部5に電力供給するために、それら直流電力をミキシングして、蓄電部5に電力供給する回路である。たとえば振動発電器1が3つ備わっている場合、設置された環境条件によっては、静電誘導型発電素子3の交流発電量が大きく異なり、各振動発電器1の内部に備わっている電圧変換回路42では調整しきれず、各振動発電器1からの出力電圧に大きな差が生じる。各振動発電器1から出力される電圧を、電力制御回路2内部に構成される電圧検出回路でモニターして、高効率かつ安全な出力回路構成に切り替える。   The power control circuit 2 mixes the DC power in order to supply power to the power storage unit 5 with high efficiency and safety according to the DC voltage value output from the one or more vibration power generators 1, 5 is a circuit for supplying power to the power source 5. For example, when three vibration power generators 1 are provided, the AC power generation amount of the electrostatic induction power generation element 3 varies greatly depending on the installed environmental conditions, and the voltage conversion circuit provided inside each vibration power generator 1. In 42, it cannot adjust and a big difference arises in the output voltage from each vibration power generator 1. FIG. The voltage output from each vibration power generator 1 is monitored by a voltage detection circuit configured in the power control circuit 2 to switch to a highly efficient and safe output circuit configuration.

蓄電部5は、図示しない二次電池および充放電制御回路を備える。
充放電制御回路は、振動発電器1から出力された直流電力を二次電池に充電あるいは二次電池から放電する時に、二次電池を保護するための過充電、過放電を防止するための制御回路と、効率良く充電、放電するための制御回路とを備える。
The power storage unit 5 includes a secondary battery and a charge / discharge control circuit (not shown).
The charge / discharge control circuit is a control for preventing overcharge and overdischarge for protecting the secondary battery when the DC power output from the vibration power generator 1 is charged to the secondary battery or discharged from the secondary battery. A circuit and a control circuit for efficiently charging and discharging.

センサ102は、架空ケーブル200の状況を示す情報を検知し、その情報を、制御部105で処理可能な信号(振動による発電出力そのまま、あるいは0/1等)に変換して出力するものである。
センサ102により検知する「架空ケーブル200の状況を示す情報」としては、たとえば、架空ケーブル200のヘルスモニタリング(ケーブルの導通状態や振動、加速度、温度、湿度など)および、その周囲環境(気温、湿度など)等が挙げられる。これらの中でも、常時センシングして状況監視するためには、少なくともケーブルの導通状態と周囲環境の気温を検知することが好ましい。なお、ヘルスモニタリングが振動または加速度である場合には、振動発電器1がセンサ102を兼ねていてもよい。
1つのセンサノード100が備えるセンサ102の数は1個でも2個以上でもよい。また、複数個のセンサ102を備える場合、各センサ102の種類は同じであっても異なってもよい。複数種のセンサを組み合わせることで、1つのセンサノード100で複数の情報を検知するように構成できる。
The sensor 102 detects information indicating the state of the aerial cable 200, converts the information into a signal that can be processed by the control unit 105 (the power generation output by vibration as it is or 0/1, etc.), and outputs the signal. .
Examples of the “information indicating the status of the aerial cable 200” detected by the sensor 102 include health monitoring (cable continuity, vibration, acceleration, temperature, humidity, etc.) of the aerial cable 200 and its surrounding environment (temperature, humidity). Etc.). Among these, in order to constantly sense and monitor the situation, it is preferable to detect at least the continuity of the cable and the ambient temperature. When health monitoring is vibration or acceleration, the vibration power generator 1 may also serve as the sensor 102.
The number of sensors 102 included in one sensor node 100 may be one or two or more. When a plurality of sensors 102 are provided, the type of each sensor 102 may be the same or different. By combining a plurality of types of sensors, a single sensor node 100 can be configured to detect a plurality of information.

通信部103およびアンテナ104はそれぞれ限定されず、従来、無線通信に用いられている通信機およびアンテナが利用できる。
制御部105は、センサ102からの出力信号に基づく情報がそのまま通信部103から無線送信されるように構成されてもよく、センサ102からの出力信号に基づき架空ケーブル200の状況の異常(たとえば異常振動、過熱等)の有無を判定する判定手段を設け、その判定結果が通信部103から無線送信されるように構成されてもよい。
前記異常の有無を判定する判定手段としては、たとえば、コンパレータ、ダイオード等が挙げられる。たとえばコンパレータを用いると、入力された信号(電圧値または電流値)が予め設定された閾値以下(正常値)である場合と閾値超(異常値)である場合とで、異なる信号が出力されるように構成できる。ダイオードを用いると、閾値超(異常値)である場合のみ信号が出力されるように構成できる。また常時センシングを行う場合でも、数秒から数分に1回の割合でセンシングすれば充分な時には、センサ102と、センサ102からの出力信号を処理する制御部105内の回路をタイマーによって間歇動作させることにより、低消費電力化が図られ、電源部のさらなる小型化を図ることが可能となる。
The communication unit 103 and the antenna 104 are not limited to each other, and a communication device and an antenna conventionally used for wireless communication can be used.
The control unit 105 may be configured so that information based on the output signal from the sensor 102 is wirelessly transmitted from the communication unit 103 as it is, and an abnormal condition (for example, abnormal condition) of the overhead cable 200 based on the output signal from the sensor 102. A determination means for determining the presence or absence of vibration, overheating, etc. may be provided, and the determination result may be wirelessly transmitted from the communication unit 103.
Examples of the determination means for determining the presence or absence of abnormality include a comparator and a diode. For example, when a comparator is used, different signals are output depending on whether the input signal (voltage value or current value) is equal to or lower than a preset threshold value (normal value) and exceeds the threshold value (abnormal value). It can be configured as follows. When a diode is used, a signal can be output only when the threshold is exceeded (abnormal value). In addition, even when performing continuous sensing, when it is sufficient to sense at a rate of once every few seconds to several minutes, the sensor 102 and the circuit in the control unit 105 that processes the output signal from the sensor 102 are intermittently operated by a timer. As a result, power consumption can be reduced and the power supply unit can be further reduced in size.

センサ102として静電誘導型の加速度センサを採用し、前記判定手段としてコンパレータを採用した場合を例に挙げて上記の判定動作を説明する。
静電誘導型の加速度センサは、加速度に対応して生じる運動エネルギーを電気エネルギーに変換するセンサであり、生じた電気エネルギーの大きさが加速度に比例することを利用して加速度が求められる。電気エネルギーの大きさは電圧値として表される。
加速度センサからコンパレータに電圧値が入力されると、コンパレータは、加速度センサから入力された電圧値と、予め設定されている設定電圧値(閾値)とを比較し、その比較結果において、入力された電圧値が設定電圧値以下である場合(加速度が正常な値である場合)、入力された電圧値が設定電圧値を超える場合(加速度が異常な値である場合)それぞれに応じた信号を出力する。
The determination operation will be described by taking as an example a case where an electrostatic induction type acceleration sensor is employed as the sensor 102 and a comparator is employed as the determination means.
The electrostatic induction type acceleration sensor is a sensor that converts kinetic energy generated corresponding to acceleration into electric energy, and acceleration is obtained by utilizing the fact that the magnitude of the generated electric energy is proportional to the acceleration. The magnitude of electrical energy is expressed as a voltage value.
When a voltage value is input from the acceleration sensor to the comparator, the comparator compares the voltage value input from the acceleration sensor with a preset voltage value (threshold value). When the voltage value is less than or equal to the set voltage value (when the acceleration is normal), when the input voltage value exceeds the set voltage value (when the acceleration is abnormal), a signal corresponding to each is output. To do.

センサノード100において、振動発電器1、センサ102、通信部103、制御部105、電力制御回路2および蓄電部5は、筐体6内に収納されている。なお、振動発電器1は設置の都合上、筐体6内に収納しなくてもよい。また、図2には、センサノード100が、振動発電器1、センサ102、通信部103、制御部105、電力制御回路2および蓄電部5を収納した筐体6を1個備える例を示したが、該筐体6を複数備えてもよい。
センサノード100は、この筐体6を架空ケーブル200に取り付け、振動発電器1を架空ケーブル200の外周上に配置することにより架空ケーブル200に設置される。
振動発電器1は架空ケーブル200のどの位置に取り付けられても発電可能であるが、強風時に振動発電器1が風の抵抗となって風切音が発生することを避けるためには、電柱等の支持物から1m以内、望ましくは0.5m以内に設置されることが好ましい。
筐体6の好ましい設置場所は、上記振動発電器1の好ましい設置場所と同様である。また、筐体6は、架空ケーブル200のX、Y、Zの3軸の振動を確実に認識するために、12個以下が好ましく、6個以下がより好ましい。コストの点から、3つ設置することが特に好ましい。ただし電源部101が1つで3軸全ての振動を認識できるように構成されている場合は、設置される筐体6が1つであってもよい。この場合、1つで3軸全ての振動を認識できるため、設置する筐体6の数は1つであることが好ましい。
In the sensor node 100, the vibration power generator 1, the sensor 102, the communication unit 103, the control unit 105, the power control circuit 2, and the power storage unit 5 are housed in a housing 6. Note that the vibration power generator 1 may not be stored in the housing 6 for the convenience of installation. FIG. 2 shows an example in which the sensor node 100 includes one housing 6 that houses the vibration power generator 1, the sensor 102, the communication unit 103, the control unit 105, the power control circuit 2, and the power storage unit 5. However, a plurality of the casings 6 may be provided.
The sensor node 100 is installed on the aerial cable 200 by attaching the casing 6 to the aerial cable 200 and placing the vibration power generator 1 on the outer periphery of the aerial cable 200.
The vibration power generator 1 can generate power regardless of where it is attached to the overhead cable 200. However, in order to avoid wind noise due to the vibration power generator 1 acting as a wind resistance in strong winds, a utility pole or the like is used. It is preferable to be installed within 1 m, preferably within 0.5 m from the support.
A preferable installation location of the housing 6 is the same as the preferable installation location of the vibration power generator 1. In addition, the number of housings 6 is preferably 12 or less, and more preferably 6 or less, in order to reliably recognize the vibrations of the three axes X, Y, and Z of the overhead cable 200. From the viewpoint of cost, it is particularly preferable to install three. However, when the power supply unit 101 is configured to be able to recognize vibrations of all three axes, the number of housings 6 to be installed may be one. In this case, since the vibration of all three axes can be recognized with one, it is preferable that the number of housings 6 to be installed is one.

図4に、センサノード100として、振動発電器1、センサ102、通信部103、制御部105、電力制御回路2および蓄電部5を収納した筐体6を3個備えるものを用い、該3個の筐体6a、6b、6cを架空ケーブル200に設置した状態を示す概略側面図を示す。図4に示す態様において、筐体6a、6b、6cはそれぞれ、振動発電器1を1つずつ収納している。
筐体6a、6b、6cは、それぞれに収納された振動発電器1が備えるエレクトレット12の振動方向(後述する図5〜6中の矢印D方向)が、筐体6a、6b、6cの設置位置と架空ケーブル200の中心Pとを結ぶ直線La、Lb、Lcに一致するように設置されている。これにより、エレクトレット12が、架空ケーブル200の中心P方向に向かって垂直方向に(架空ケーブル200の長手方向に対して垂直に)往復運動(振動)するようになっている。エレクトレット12が上記のように振動するように配置されていると、エレクトレット12の振動方向と架空ケーブル200の振動方向とが一致しやすい。これらの振動方向が一致すると、架空ケーブル200の振動エネルギーが効率よく振動発電器1に伝達され、発電効率が向上する。
また、各筐体6a、6b、6cは、架空ケーブル200の長手方向に対して垂直な断面の円周上に等間隔に設置されている。架空ケーブル200の振動方向は通常、一定ではない。上記のように複数の筐体6a、6b、6cをそれぞれ架空ケーブル200の中心Pから見て異なる方向に設置することで、架空ケーブル200の振動方向が変化しても6a〜6cのうちのいずれかの筐体に収納された振動発電器1で効率よく発電が行われる。そのため、制御部105に電力を安定供給できる。
In FIG. 4, the sensor node 100 includes three cases 6 including the vibration power generator 1, the sensor 102, the communication unit 103, the control unit 105, the power control circuit 2, and the power storage unit 5. The schematic side view which shows the state which installed the housing | casing 6a, 6b, 6c of the overhead cable 200 is shown. In the embodiment shown in FIG. 4, the housings 6 a, 6 b, 6 c each house one vibration power generator 1.
The casings 6a, 6b, and 6c have the vibration directions of the electrets 12 included in the vibration power generator 1 housed in each of the casings 6a, 6b, and 6c (the direction of arrow D in FIGS. And the straight line La, Lb, Lc connecting the center P of the overhead cable 200. As a result, the electret 12 reciprocates (vibrates) in the vertical direction (perpendicular to the longitudinal direction of the aerial cable 200) toward the center P direction of the aerial cable 200. If the electret 12 is arranged so as to vibrate as described above, the vibration direction of the electret 12 and the vibration direction of the overhead cable 200 are likely to coincide. When these vibration directions coincide with each other, the vibration energy of the overhead cable 200 is efficiently transmitted to the vibration power generator 1 and the power generation efficiency is improved.
The casings 6a, 6b, and 6c are installed at equal intervals on the circumference of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the overhead cable 200. The direction of vibration of the overhead cable 200 is usually not constant. As described above, the plurality of casings 6a, 6b, and 6c are installed in different directions when viewed from the center P of the aerial cable 200, so that any of 6a to 6c can be obtained even if the vibration direction of the aerial cable 200 changes. Electric power is efficiently generated by the vibration power generator 1 housed in the casing. Therefore, power can be stably supplied to the control unit 105.

筐体6の外形寸法は、特に限定されず、収納する振動発電器1、センサ102等の大きさや数、取り付ける架空ケーブル200の大きさ等に応じて適宜設定できる。
なお、図4には筐体6として3個の筐体6a、6b、6cを前述のように設置した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。
たとえば筐体6の数は1個以上であればよい。上限は特に限定されないが、コスト等を考慮すると、12個以下が好ましく、6個以下がより好ましく、3個以下が特に好ましい。
また、複数の筐体6を設置するのは、架空ケーブル200の長手方向に対して垂直な断面の円周上でなくてもよい。たとえば架空ケーブル200の外周面上に螺旋状に配置してもよい。ただしこの場合においても、各筐体6はそれぞれ架空ケーブル200の中心Pから見て異なる方向に設置されることが好ましい。
The external dimensions of the housing 6 are not particularly limited, and can be appropriately set according to the size and number of the vibration power generator 1 and the sensor 102 to be housed, the size of the overhead cable 200 to be attached, and the like.
Although FIG. 4 shows an example in which three housings 6a, 6b, and 6c are installed as the housing 6 as described above, the present invention is not limited to this.
For example, the number of housings 6 may be one or more. The upper limit is not particularly limited, but considering the cost and the like, it is preferably 12 or less, more preferably 6 or less, and particularly preferably 3 or less.
The plurality of housings 6 may not be installed on the circumference of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the aerial cable 200. For example, you may arrange | position helically on the outer peripheral surface of the overhead cable 200. FIG. However, even in this case, it is preferable that each housing 6 is installed in a different direction when viewed from the center P of the overhead cable 200.

振動発電器1の概略構造を、図5〜6に示す。図5は、振動発電器1の斜視分解図であり、図6は振動発電器1の部分断面図である。
本実施形態において、振動発電器1は、第一の電極11およびエレクトレット12を備える上部ユニットAと、第二の電極21を備える下部ユニットBとから構成される。
上部ユニットAは、第一の電極11、エレクトレット12および表面が平滑な長方形状の第一の基板13から構成される可動電極部10と、矩形の枠部材14と、第一の基板13を枠部材14に取り付けるばね部材15a、15bとから構成される。
上部ユニットAにおいて、可動電極部10は、枠部材14の枠内に配置され、第一の基板13の長辺側の両側縁がそれぞればね部材15a、15bによって枠部材14に取り付けられている。これにより、可動電極部10が、枠部材14の枠内で一定方向(図5〜6中の矢印D方向)に往復運動(振動)できるようになっている。
下部ユニットBは、第二の電極21および表面が平滑な長方形状の第二の基板22から構成される固定電極部20と、電力変換回路部4と、固定部材23とから構成される。
本実施形態においては、可動電極部10および固定電極部20により静電誘導型発電素子3が構成されている。
静電誘導型発電素子3の第一の電極11および第二の電極21はそれぞれ電力変換回路部4の整流回路41に接続されている。
なお、上部ユニットAと下部ユニットBとが入れ替わってもよい。
A schematic structure of the vibration power generator 1 is shown in FIGS. FIG. 5 is an exploded perspective view of the vibration power generator 1, and FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the vibration power generator 1.
In the present embodiment, the vibration power generator 1 includes an upper unit A including a first electrode 11 and an electret 12 and a lower unit B including a second electrode 21.
The upper unit A includes a movable electrode portion 10 including a first electrode 11, an electret 12 and a rectangular first substrate 13 having a smooth surface, a rectangular frame member 14, and a first substrate 13. It comprises spring members 15 a and 15 b attached to the member 14.
In the upper unit A, the movable electrode portion 10 is disposed in the frame of the frame member 14, and both side edges on the long side of the first substrate 13 are attached to the frame member 14 by spring members 15a and 15b, respectively. Thereby, the movable electrode part 10 can be reciprocated (vibrated) in a fixed direction (arrow D direction in FIGS. 5 to 6) within the frame of the frame member 14.
The lower unit B includes a fixed electrode portion 20 including a second electrode 21 and a rectangular second substrate 22 having a smooth surface, a power conversion circuit portion 4, and a fixing member 23.
In the present embodiment, the electrostatic induction power generating element 3 is configured by the movable electrode portion 10 and the fixed electrode portion 20.
The first electrode 11 and the second electrode 21 of the electrostatic induction power generating element 3 are each connected to a rectifier circuit 41 of the power conversion circuit unit 4.
The upper unit A and the lower unit B may be interchanged.

<上部ユニットA>
図7に、可動電極部10の、第一の電極11およびエレクトレット12が設けられている側の平面図を示す。
図7に示すように、第一の電極11は、櫛形状のパターンで形成されたパターン電極であり、複数のライン状の櫛歯部分11aと、各櫛歯部分11aの一端を連絡する直線部11bとから構成される。
櫛歯部分11aは、ラインの長手方向が、可動電極部10の振動方向Dに交差するように形成されている。
直線部11bの末端は、図示しない配線によって電力変換回路部4の整流回路41に接続されている。
<Upper unit A>
In FIG. 7, the top view of the side by which the 1st electrode 11 and the electret 12 are provided of the movable electrode part 10 is shown.
As shown in FIG. 7, the first electrode 11 is a pattern electrode formed in a comb-like pattern, and a linear portion that connects a plurality of line-like comb-tooth portions 11 a and one end of each comb-tooth portion 11 a. 11b.
The comb tooth portion 11 a is formed such that the longitudinal direction of the line intersects the vibration direction D of the movable electrode portion 10.
The end of the straight line portion 11b is connected to the rectifier circuit 41 of the power conversion circuit portion 4 by a wiring (not shown).

櫛歯部分11aの幅(振動方向Dにおける長さ)は、特に限定されないが、該幅が小さいほど、小さな相対運動(振動)によって運動エネルギーから電気エネルギーへの変換を行うことができ、変換効率が向上するため好ましい。そのため、櫛歯部分11aの幅は、それぞれ、1,000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、300μm以下がさらに好ましい。該幅の下限は特に限定されないが、耐久性、生産性、エレクトレットとしての特性(表面電荷密度の高さやその安定性、静電反発特性、寄生静電容量等)等を考慮すると、50μm以上が好ましく、100μm以上がより好ましい。
第一の電極11は、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよく、組成に分布のある構造を形成していてもよい。
第一の電極11の厚さ(複数の層よりなる場合は合計の厚さ)は、それぞれ、10〜1,000nmが好ましく、100〜500nmがより好ましい。該厚さが上記範囲内であると、導電性、生産性に優れる。
第一の電極11の厚さは、触針式表面形状測定器(ULVAC社製DEKTAK8等)により測定できる。
The width (length in the vibration direction D) of the comb-tooth portion 11a is not particularly limited. However, the smaller the width, the smaller the relative motion (vibration), the more kinetic energy can be converted into electrical energy, and the conversion efficiency. Is preferable. Therefore, the width of each comb tooth portion 11a is preferably 1,000 μm or less, more preferably 500 μm or less, and even more preferably 300 μm or less. The lower limit of the width is not particularly limited, but in consideration of durability, productivity, characteristics as an electret (high surface charge density, its stability, electrostatic repulsion characteristics, parasitic capacitance, etc.), the width is 50 μm or more. Preferably, 100 μm or more is more preferable.
The first electrode 11 may be composed of a single layer, may be composed of a plurality of layers, or may form a structure having a distribution in composition.
The thickness of the first electrode 11 (total thickness in the case of a plurality of layers) is preferably 10 to 1,000 nm, and more preferably 100 to 500 nm. When the thickness is within the above range, the conductivity and productivity are excellent.
The thickness of the first electrode 11 can be measured by a stylus type surface shape measuring instrument (such as DEKTAK8 manufactured by ULVAC).

第一の電極11を構成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。該材料の抵抗値としては体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下が好ましく、0.01Ωcm以下がより好ましい。
導電性材料として具体的には、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等が挙げられる。また、ITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)などの金属酸化物導電膜、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン系導電性ポリマー(PEDOT/PSS)、カーボンナノチューブなどから成る有機導電膜も例示できる。
The material constituting the first electrode 11 is not particularly limited as long as it has conductivity. The resistance value of the material is preferably 0.1 Ωcm or less, more preferably 0.01 Ωcm or less in terms of volume resistivity.
Specific examples of the conductive material include gold, silver, copper, nickel, chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, tin, cobalt, palladium, platinum, and alloys containing at least one of these as a main component. Can be mentioned. Moreover, organic conductive films made of metal oxide conductive films such as ITO (Indium Tin Oxide) and IZO (Indium Zinc Oxide), polyaniline, polypyrrole, polythiophene-based conductive polymer (PEDOT / PSS), carbon nanotubes, and the like can also be exemplified.

第一の電極11の形成方法としては、特に限定されず、公知の方法を利用できる。具体的には、たとえば基板(第一の基板13または第二の基板22)上に導電性薄膜を形成し、該導電性薄膜をパターニングする方法が挙げられる。
導電性薄膜の形成方法は特に限定されず、物理的蒸着法、無電解めっき法等の、導電性薄膜の形成方法として公知の方法を利用できる。
物理蒸着法としては、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等が挙げられる。
無電解めっき法とは、金属塩、還元剤等を含む無電解めっき液に、表面に触媒が付着した基板を浸漬し、還元剤から生じる電子の還元力によって、触媒が付着した基板表面において選択的に金属を析出させ、無電解めっき膜を形成する方法である。
無電解めっき液に含まれる金属塩としては、ニッケル塩(硫酸ニッケル、塩化ニッケル、次亜リン酸ニッケル等。)、第二銅塩(硫酸銅、塩化銅、ピロリン酸等。)、コバルト塩(硫酸コバルト、塩化コバルト等。)、貴金属塩(塩化白金酸、塩化金酸、ジニトロジアンミン白金、硝酸銀等。)等が挙げられる。
無電解めっき液に含まれる還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム、ホルムアルデヒド、テトラヒドロほう酸ナトリウム、ジアルキルアミンボラン、ヒドラジン等が挙げられる。
無電解めっき法により導電性薄膜を形成する場合、導電性薄膜を形成する前に、予め、基板の表面に触媒を付着させておくことが好ましい。該触媒としては、金属微粒子、金属を担持した微粒子、コロイド、有機金属錯体等が挙げられる。
A method for forming the first electrode 11 is not particularly limited, and a known method can be used. Specifically, for example, there is a method of forming a conductive thin film on a substrate (first substrate 13 or second substrate 22) and patterning the conductive thin film.
The method for forming the conductive thin film is not particularly limited, and a known method such as physical vapor deposition or electroless plating can be used as a method for forming the conductive thin film.
Examples of physical vapor deposition include sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating.
The electroless plating method is selected on the surface of the substrate on which the catalyst has adhered by immersing the substrate with the catalyst on the surface in an electroless plating solution containing a metal salt, reducing agent, etc., and the reducing power of electrons generated from the reducing agent. In this method, a metal is deposited to form an electroless plating film.
As metal salts contained in the electroless plating solution, nickel salts (nickel sulfate, nickel chloride, nickel hypophosphite, etc.), cupric salts (copper sulfate, copper chloride, pyrophosphoric acid, etc.), cobalt salts ( Cobalt sulfate, cobalt chloride, etc.), noble metal salts (chloroplatinic acid, chloroauric acid, dinitrodiammine platinum, silver nitrate, etc.).
Examples of the reducing agent contained in the electroless plating solution include sodium hypophosphite, formaldehyde, sodium tetrahydroborate, dialkylamine borane, hydrazine and the like.
When forming a conductive thin film by an electroless plating method, it is preferable to attach a catalyst to the surface of the substrate in advance before forming the conductive thin film. Examples of the catalyst include metal fine particles, metal-supported fine particles, colloids, and organometallic complexes.

導電性薄膜のパターニングは、フォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせ、ナノメタルインク等を印刷することによる配線形成、等により実施できる。たとえばフォトリソグラフィー法とウェットエッチング法の組み合わせによるパターニングは、導電性薄膜上にフォトレジストを塗布してレジスト膜を形成した後、該レジスト膜に対し、露光、現像を行うことでパターン(レジストマスク)を形成し、該レジストマスクをマスクとして導電性薄膜をエッチングすることにより実施できる。導電性薄膜のエッチングは、たとえばエッチング液として導電性薄膜を溶解する液体(通常は酸性溶液)を用いたウェットエッチングにより実施できる。また、ナノメタルインク等を印刷する方法としてはスクリーン印刷法、インクジェット法またはマイクロコンタクトプリンティング法等を用いることができる。ナノメタルインクとは前述の導電性材料のナノ粒子を有機溶媒や水等に分散させたインクのことをいう。   The patterning of the conductive thin film can be performed by a combination of a photolithography method and a wet etching method, wiring formation by printing nanometal ink, or the like. For example, patterning by a combination of a photolithography method and a wet etching method is performed by applying a photoresist on a conductive thin film to form a resist film, and then exposing and developing the resist film (resist mask). And etching the conductive thin film using the resist mask as a mask. Etching of the conductive thin film can be performed by, for example, wet etching using a liquid (usually an acidic solution) that dissolves the conductive thin film as an etchant. Further, as a method for printing nano metal ink or the like, a screen printing method, an ink jet method, a micro contact printing method, or the like can be used. The nano metal ink refers to an ink in which nanoparticles of the conductive material described above are dispersed in an organic solvent, water, or the like.

エレクトレット12は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する樹脂膜(以下、樹脂膜(A)ということがある。)を形成し、該樹脂膜(A)に電荷を注入することにより形成される。
樹脂膜(A)およびその形成方法ならびに電荷の注入方法についての詳細は後述する。
エレクトレット12は、第一の電極11の複数の櫛歯部分11aそれぞれの上面に、櫛歯部分11aに対応するパターンで形成されている。すなわち、樹脂膜(A)として、櫛歯部分11aと略同一の幅および長さのライン状のパターンのパターン膜を形成し、これに電荷を注入することにより形成されている。
各エレクトレット12の幅は特に限定されないが、第一の電極11の櫛歯部分11aの幅と同じかそれよりも大きいことが好ましく、櫛歯部分11aの幅よりも大きいことがより好ましい。エレクトレット12の幅が櫛歯部分11aの幅よりも大きいと、エレクトレット化した際の表面電位値や電荷保持の安定性(常温安定性、加熱時の安定性の両方)を高くできる。
エレクトレット12の厚さ(第一の電極11の上面からエレクトレット12の頂部までの最短距離)は、発電出力、加工しやすさ等を考慮すると、1〜200μmが好ましく、5〜20μmがより好ましい。
エレクトレット12の厚さの厚さは、光干渉式膜厚測定装置により測定できる。
The electret 12 is a resin film (hereinafter referred to as a resin film (A)) containing a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a). And the resin film (A) is injected with electric charges.
Details of the resin film (A), its formation method, and charge injection method will be described later.
The electret 12 is formed in the pattern corresponding to the comb-tooth part 11a on the upper surface of each of the several comb-tooth part 11a of the 1st electrode 11. As shown in FIG. That is, the resin film (A) is formed by forming a pattern film having a line pattern having substantially the same width and length as the comb-tooth portion 11a and injecting electric charges into the pattern film.
Although the width | variety of each electret 12 is not specifically limited, It is preferable that it is the same as that of the comb-tooth part 11a of the 1st electrode 11, or it is larger than it, and it is more preferable that it is larger than the width | variety of the comb-tooth part 11a. When the width of the electret 12 is larger than the width of the comb tooth portion 11a, the surface potential value and the charge retention stability (both normal temperature stability and stability during heating) when electretized can be increased.
The thickness of the electret 12 (the shortest distance from the upper surface of the first electrode 11 to the top of the electret 12) is preferably 1 to 200 μm, more preferably 5 to 20 μm, taking into account the power generation output, ease of processing, and the like.
The thickness of the electret 12 can be measured by an optical interference type film thickness measuring device.

第一の基板13を構成する材料としては、絶縁材料が好ましい。該絶縁材料の抵抗値としては体積固有抵抗値で1010Ωcm以上が好ましく、1012Ωcm以上がより好ましい。
絶縁材料として具体的には、ガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の有機高分子材料等が挙げられる。
An insulating material is preferable as a material constituting the first substrate 13. The resistance value of the insulating material is preferably 10 10 Ωcm or more, more preferably 10 12 Ωcm or more in terms of volume specific resistance.
Specific examples of the insulating material include inorganic materials such as glass, organic polymer materials such as polyethylene terephthalate, polyimide, polycarbonate, and acrylic resin.

枠部材14の材質は特に限定されず、金属のような導電材料を用いることもできるし、基板13と同様の絶縁材料を用いることもできる。発電器の軽量化および、エレクトレットの耐久性(放電しにくさ)の観点から絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁材料としては、有機高分子材料を用いるのが特に好ましい。
バネ部材15a、15bの材質(バネ材料)についても、枠部材14同様に、金属のような導電材料を用いることもできるし、基板13と同様の絶縁材料を用いることもできる。バネ材料として金属材料を用いる場合は、利用する振動の周波数に合わせた共振周波数に対応できるバネ定数を有するバネ材料が用いられる。バネ材料として絶縁材料、特に高分子材料を用いた場合に広い振動周波数域に対応できる共振周波数を有するバネを作製することができる。
高分子材料としては、ポリパラキシリレンまたはその誘導体(ポリパラキシリレン類ともいう。)が好ましい。該ポリパラキシリレン類は、常温の気相中で重合できる特殊なポリマーである。例えば、以下に示されるダイマーを160℃程度で昇華させた後、690℃で熱分解してモノマーとし、常温の真空容器(4Pa程度)に導入して固体表面で重合させることでポリマー(ポリパラキシリレン)が得られる。
The material of the frame member 14 is not particularly limited, and a conductive material such as a metal can be used, or an insulating material similar to that of the substrate 13 can be used. It is preferable to use an insulating material from the viewpoint of reducing the weight of the power generator and durability of the electret (difficult to discharge). It is particularly preferable to use an organic polymer material as the insulating material.
As for the material (spring material) of the spring members 15 a and 15 b, a conductive material such as a metal can be used like the frame member 14, or an insulating material similar to that of the substrate 13 can be used. When a metal material is used as the spring material, a spring material having a spring constant that can correspond to a resonance frequency matched to the frequency of vibration to be used is used. When an insulating material, particularly a polymer material, is used as the spring material, a spring having a resonance frequency that can accommodate a wide vibration frequency range can be produced.
As the polymer material, polyparaxylylene or a derivative thereof (also referred to as polyparaxylylene) is preferable. The polyparaxylylenes are special polymers that can be polymerized in a gas phase at room temperature. For example, the dimer shown below is sublimated at about 160 ° C., then thermally decomposed at 690 ° C. to form a monomer, introduced into a vacuum container (about 4 Pa) at room temperature, and polymerized on the solid surface. Xylylene) is obtained.

Figure 2012139066
Figure 2012139066

ポリパラキシリレン類には幾つかの種類がある。ベンゼン環に塩素が付いた分子構造を有する化合物(商品名parylene−C)は、絶縁破壊強度及び耐薬品性が高く、バネ材料として好適である。
上記parylene−Cを含め、バネ材料として使用できるポリパラキシリレン類の例を以下に示す。なお、各構造式の下には商品名を示している。
There are several types of polyparaxylylenes. A compound having a molecular structure in which chlorine is attached to a benzene ring (trade name: parylene-C) has high dielectric breakdown strength and chemical resistance and is suitable as a spring material.
Examples of polyparaxylylenes that can be used as a spring material, including the above-mentioned parylene-C, are shown below. The product name is shown below each structural formula.

Figure 2012139066
Figure 2012139066

ポリパラキシリレン類を用いたバネには特開2008−174811号公報に記載の方法により導電材料を導入しても良い。   A conductive material may be introduced into the spring using polyparaxylylene by the method described in JP-A-2008-174811.

<下部ユニットB>
第二の電極21は、第一の電極11と面対称となるパターンで形成された櫛形状のパターン電極であり、第一の電極11と同様、複数のライン状の櫛歯部分と、各櫛歯部分の一端を連絡する直線部とから構成され、直線部の末端が、図示しない配線によって電力変換回路部4の整流回路41に接続されている。
第二の電極21の櫛歯部分11aの幅、第二の電極21の厚さの好ましい範囲は、それぞれ、第一の電極11と同様である。
第二の電極21を構成する材料としては、第一の電極11の説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
第二の電極21は、単一の層からなるものであってもよく、複数の層からなるものであってもよく、組成に分布のある構造を形成していてもよい。
第二の電極21の組成(材料、層構成等)は、第一の電極11の組成と同じであっても異なってもよい。
第二の電極21の形成方法としては、特に限定されず、第一の電極11と同様の手順で形成できる。
<Lower unit B>
The second electrode 21 is a comb-shaped pattern electrode formed in a pattern that is plane-symmetric with the first electrode 11. Like the first electrode 11, a plurality of line-shaped comb-tooth portions and each comb The linear part which connects the end of a tooth | gear part is comprised, and the terminal of a linear part is connected to the rectifier circuit 41 of the power converter circuit part 4 by the wiring which is not shown in figure.
The preferable ranges of the width of the comb tooth portion 11 a of the second electrode 21 and the thickness of the second electrode 21 are the same as those of the first electrode 11.
Examples of the material constituting the second electrode 21 include the same materials as those described in the description of the first electrode 11.
The second electrode 21 may be composed of a single layer, may be composed of a plurality of layers, or may form a structure having a distribution in composition.
The composition (material, layer configuration, etc.) of the second electrode 21 may be the same as or different from the composition of the first electrode 11.
A method for forming the second electrode 21 is not particularly limited, and the second electrode 21 can be formed by the same procedure as that for the first electrode 11.

第二の基板22を構成する材料としては、第一の基板13の説明で挙げたものと同様のものが挙げられる。
固定部材23は、片面に固定電極部20に対応する凹部が設けられ、一角に電力変換回路部4に対応する切り欠き部が設けられている。ただし、電力変換回路部4の設置場所は限定的ではなく、たとえば第二の基板22の背面に設置されてもよい。
固定部材23の材質は特に限定されず、金属のような導電材料を用いることもできるし、基板13と同様の絶縁材料を用いることもできる。発電器の軽量化および、エレクトレットの耐久性(放電しにくさ)の観点から絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁材料としては、有機高分子材料を用いるのが特に好ましい。
Examples of the material constituting the second substrate 22 include the same materials as those described in the description of the first substrate 13.
The fixing member 23 has a concave portion corresponding to the fixed electrode portion 20 on one side, and a notch portion corresponding to the power conversion circuit portion 4 at one corner. However, the installation place of the power conversion circuit unit 4 is not limited, and may be installed on the back surface of the second substrate 22, for example.
The material of the fixing member 23 is not particularly limited, and a conductive material such as a metal can be used, or an insulating material similar to that of the substrate 13 can be used. It is preferable to use an insulating material from the viewpoint of reducing the weight of the power generator and durability of the electret (difficult to discharge). It is particularly preferable to use an organic polymer material as the insulating material.

電力変換回路部4は、上述したとおり、整流回路41と、電圧変換回路42とを備える。
整流回路41、電圧変換回路42それぞれの回路構造は特に限定されず、従来、静電誘導型の振動発電器に用いられているものが利用できる。たとえば整流回路41の回路構成は、一般的なAC−DCコンバータの回路構成と同様であってよい。電圧変換回路42の回路構成は、一般的なDC−DCコンバータの回路構成と同様であってよい。
As described above, the power conversion circuit unit 4 includes the rectification circuit 41 and the voltage conversion circuit 42.
The circuit structures of the rectifier circuit 41 and the voltage conversion circuit 42 are not particularly limited, and those conventionally used for electrostatic induction type vibration power generators can be used. For example, the circuit configuration of the rectifier circuit 41 may be the same as the circuit configuration of a general AC-DC converter. The circuit configuration of the voltage conversion circuit 42 may be the same as the circuit configuration of a general DC-DC converter.

図8に、整流回路41の回路構成例を示す。本例の整流回路41は、ダイオードD1〜D4で構成されたダイオードブリッジと、このダイオードブリッジの出力端子TOUT1およびTOUT2の間に設けられたコンデンサChにより構成されている。整流回路の入力端子TIN1およびTIN2にはそれぞれ、静電誘導型発電素子の第一の電極11および第二の電極21が接続されている。
整流回路41では、静電誘導型発電素子から入力される交流電力がダイオードブリッジで全波整流され、かつコンデンサCHで平滑されて、直流電力として出力される。
なお、ここでは全波整流用の回路構成例を示したが、半波整流用の回路構成としてもよい。
FIG. 8 shows a circuit configuration example of the rectifier circuit 41. The rectifier circuit 41 of this example is constituted by a diode bridge constituted by diodes D1 to D4 and a capacitor Ch provided between output terminals TOUT1 and TOUT2 of the diode bridge. The first electrode 11 and the second electrode 21 of the electrostatic induction power generating element are connected to the input terminals T IN1 and T IN2 of the rectifier circuit, respectively.
In the rectifier circuit 41, AC power input from the electrostatic induction power generation element is full-wave rectified by a diode bridge, smoothed by a capacitor CH, and output as DC power.
Although an example of a circuit configuration for full-wave rectification is shown here, a circuit configuration for half-wave rectification may be used.

下部ユニットBは、固定部材23の凹部に固定電極部20を取り付け、切り欠き部に電力変換回路部4を取り付けることにより構成される。このとき、固定電極部20は、第二の電極21の櫛歯部分のラインの長手方向が、可動電極部20の振動方向Dに交差するように、つまり第一の電極11の櫛歯部分のラインの長手方向と一致するように取り付けられる。
上述したように、上部ユニットAの可動電極部10は、枠部材14の枠内で一定方向(図5〜7中の矢印D方向)に往復運動(振動)できるようになっている。この上部ユニットAの枠部材14を、下部ユニットBの固定部材23上に固定することで、エレクトレット12と第二の電極21とが一定の間隔を開けて対向する。
The lower unit B is configured by attaching the fixed electrode portion 20 to the concave portion of the fixing member 23 and attaching the power conversion circuit portion 4 to the notch portion. At this time, the fixed electrode portion 20 is arranged so that the longitudinal direction of the line of the comb tooth portion of the second electrode 21 intersects the vibration direction D of the movable electrode portion 20, that is, the comb tooth portion of the first electrode 11. It is attached so as to coincide with the longitudinal direction of the line.
As described above, the movable electrode portion 10 of the upper unit A can reciprocate (vibrate) in a fixed direction (the direction of arrow D in FIGS. 5 to 7) within the frame of the frame member 14. By fixing the frame member 14 of the upper unit A on the fixing member 23 of the lower unit B, the electret 12 and the second electrode 21 are opposed to each other with a certain interval.

振動発電器1の外形寸法は、特に限定されず、必要とされる電力量や架空ケーブル200に取り付け可能な最大寸法等に応じて適宜設定できる。振動発電器1の厚さ(固定部材23の厚さ+枠部材14の厚さ)は、1〜20mmが好ましく、横幅(振動方向Dにおける長さ)および縦幅(振動方向Dに対して垂直方向における長さ)は、それぞれ、1〜100mmが好ましい。   The external dimensions of the vibration power generator 1 are not particularly limited, and can be appropriately set according to the required electric energy, the maximum dimension that can be attached to the overhead cable 200, and the like. The thickness of the vibration power generator 1 (thickness of the fixing member 23 + thickness of the frame member 14) is preferably 1 to 20 mm, and the lateral width (length in the vibration direction D) and vertical width (perpendicular to the vibration direction D). The length in the direction is preferably 1 to 100 mm.

<電源部101の動作>
電源部101においては、架空ケーブル200の振動によって振動発電器1が振動すると、静電誘導型発電素子3で交流電力が発電される。すなわち、架空ケーブル200が振動すると、これに取り付けられた振動発電器1全体が振動するが、下部ユニットBの固定電極部20よりも上部ユニットAの可動電極部10の方が、振動の幅が大きい。そのため相対的には、可動電極部10が固定電極部20に対して平行に、一定方向(図5〜7中の矢印D方向)に振動していることとなる。
固定電極部20の第二の電極21は、可動電極部10が振動していない状態では、可動電極部10のエレクトレット12と対向する位置にある。このとき、第二の電極21では、対向する位置にあるエレクトレット12の表面電荷によって、エレクトレット12の表面電荷とは逆の極性を持つ電荷が静電誘導される。可動電極部10が振動し、エレクトレット12が移動してエレクトレット12と第二の電極21との重なり部分の面積が減少すると、先に誘導された電荷に対向する逆電荷が無くなり、第二の電極21の電荷の量が減少する。エレクトレット12の位置が元の位置に戻り、第二の電極21との重なり部分の面積が増大すると、再度電荷が静電誘導され、第二の電極21の電荷の量が増大する。このように、第二の電極21とエレクトレット12と相対的な位置の変化により第二の電極21の電荷の量が変化すると、生じた電位差を打ち消すために電流が流れる。この繰り返しを電圧の波として取り出すことで交流電力が得られる。
静電誘導型発電素子3で発電された交流電力は、電力変換回路部4の整流回路41で整流され、直流電力として電力変換回路部4から出力される。出力された直流電力は、電力制御回路2および蓄電部5を介して制御部105に供給されて、センサ102、通信部103、制御部105等を駆動させるための電力(駆動電力)として消費される。
<Operation of Power Supply Unit 101>
In the power supply unit 101, when the vibration power generator 1 vibrates due to the vibration of the overhead cable 200, AC power is generated by the electrostatic induction power generation element 3. That is, when the aerial cable 200 vibrates, the entire vibration power generator 1 attached thereto vibrates. However, the movable electrode portion 10 of the upper unit A has a width of vibration larger than the fixed electrode portion 20 of the lower unit B. large. Therefore, relatively, the movable electrode part 10 is oscillating in a fixed direction (arrow D direction in FIGS. 5 to 7) in parallel with the fixed electrode part 20.
The second electrode 21 of the fixed electrode portion 20 is at a position facing the electret 12 of the movable electrode portion 10 when the movable electrode portion 10 is not vibrating. At this time, in the second electrode 21, a charge having a polarity opposite to the surface charge of the electret 12 is electrostatically induced by the surface charge of the electret 12 at the opposite position. When the movable electrode portion 10 vibrates and the electret 12 moves and the area of the overlapping portion of the electret 12 and the second electrode 21 decreases, the reverse charge opposite to the previously induced charge disappears, and the second electrode The amount of charge of 21 is reduced. When the position of the electret 12 returns to the original position and the area of the overlapping portion with the second electrode 21 increases, the charge is electrostatically induced again, and the amount of charge on the second electrode 21 increases. Thus, when the amount of charge in the second electrode 21 changes due to a change in the relative position between the second electrode 21 and the electret 12, a current flows to cancel the generated potential difference. AC power can be obtained by taking this repetition as a voltage wave.
The AC power generated by the electrostatic induction power generating element 3 is rectified by the rectifier circuit 41 of the power conversion circuit unit 4 and output from the power conversion circuit unit 4 as DC power. The output DC power is supplied to the control unit 105 via the power control circuit 2 and the power storage unit 5 and consumed as power (drive power) for driving the sensor 102, the communication unit 103, the control unit 105, and the like. The

振動発電器1によれば、その外形寸法を、架空ケーブル200に設置可能な大きさまで小型化した場合でも、架空ケーブル200の振動によって、センサノード100の駆動に充分な電力が得られる。
たとえば架空ケーブル200が地上に架設されている場合、架空ケーブル200は、風の動き、支持物の振動等によって常時数Hz以上、数10Hz以下の周波数で振動している。上記構成の振動発電器1によれば、上記の低周波数の振動でも、10〜100μW程度の電力が得られる。通信条件にもよるがセンサノード100の消費電力は、1〜50μW程度であるため、振動発電器1以外の電源を設けなくても充分に駆動する。
According to the vibration power generator 1, even when the external dimensions are reduced to a size that can be installed on the overhead cable 200, sufficient power for driving the sensor node 100 can be obtained by the vibration of the overhead cable 200.
For example, when the aerial cable 200 is installed on the ground, the aerial cable 200 constantly vibrates at a frequency of several Hz or more and tens of Hz or less due to wind movement, vibration of the support, or the like. According to the vibration power generator 1 having the above configuration, electric power of about 10 to 100 μW can be obtained even with the above-described low-frequency vibration. Although it depends on the communication conditions, the power consumption of the sensor node 100 is about 1 to 50 μW, so that the sensor node 100 is sufficiently driven even if a power source other than the vibration power generator 1 is not provided.

ここで、振動発電器1の最大発電出力Pmaxは、以下の数式で表すことができる。
max=2πσnAf/{εε/d×(εg/d+1)}
[式中、σはエレクトレット12の表面電荷密度、nは極数(第一の基板13の振動方向Dに配置された第二の電極21の数(つまりエレクトレット12の数))、Aはエレクトレット12と第二の電極21との最大重なり面積、fはエレクトレット12の往復運動の周波数、εは比誘電率、εは真空の誘電率、dはエレクトレット12の厚さ、gはエレクトレット12と第二の電極21との距離である。]
Here, the maximum power generation output P max of the vibration power generator 1 can be expressed by the following mathematical formula.
P max = 2πσ 2 nAf / {εε 0 / d × (εg / d + 1)}
[In the formula, σ is the surface charge density of the electret 12, n is the number of poles (the number of the second electrodes 21 arranged in the vibration direction D of the first substrate 13 (that is, the number of the electrets 12)), and A is the electret. 12 is the maximum overlapping area of the second electrode 21, f is the frequency of the reciprocating motion of the electret 12, ε is the relative dielectric constant, ε 0 is the vacuum dielectric constant, d is the thickness of the electret 12, and g is the electret 12. This is the distance from the second electrode 21. ]

上記数式に示されるように、エレクトレット12の表面積(複数の場合は合計の表面積)が同じである場合、エレクトレット12の表面電荷密度が高いほど、または厚さdが大きいほど、または振動方向Dにおけるエレクトレット12の数が多いほど、発電出力も大きくなる。従来、エレクトレットの材料としてはシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の無機材料が汎用されているが、このような無機材料の場合、強度等の点から、厚さdを2μm以上とすることは難しく、微細加工も難しい。そのため、発電出力を大きくすることが難しく、センサノード100の消費電力をエレクトレットのみで賄うことが難しい。
これに対し、本発明で用いられる樹脂膜(A)は、含フッ素重合体(a)または材料(a’)を含有することにより、高い電荷保持性能を有しており、樹脂膜(A)に電荷を注入してなるエレクトレットは高い表面電荷密度を有する。また、たとえば厚さ10μm以上のエレクトレット12を容易に形成できる。また、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜に比べてより微細な加工が可能である。そのため、高い発電出力が得られ、センサノード100の駆動に必要な電力を充分に賄うことができる。
As shown in the above formula, when the surface area of the electret 12 (the total surface area in the case of plural electrets) is the same, the higher the surface charge density of the electret 12, the larger the thickness d, or the vibration direction D. The greater the number of electrets 12, the greater the power generation output. Conventionally, inorganic materials such as silicon oxide films and silicon nitride films have been widely used as electret materials, but in the case of such inorganic materials, it is difficult to make the thickness d 2 μm or more from the viewpoint of strength and the like. Fine processing is also difficult. Therefore, it is difficult to increase the power generation output, and it is difficult to cover the power consumption of the sensor node 100 only by the electret.
On the other hand, the resin film (A) used in the present invention has high charge retention performance by containing the fluoropolymer (a) or the material (a ′), and the resin film (A) The electret formed by injecting electric charges into has a high surface charge density. For example, the electret 12 having a thickness of 10 μm or more can be easily formed. Further, finer processing is possible as compared with silicon oxide films and silicon nitride films. Therefore, a high power generation output can be obtained and the power necessary for driving the sensor node 100 can be sufficiently covered.

<樹脂膜(A)>
樹脂膜(A)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する。
材料(a’)としては、詳しくは後述するが、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との混合物、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。樹脂膜(A)が前記反応生成物を含む場合、該樹脂膜(A)中には、前記反応生成物の形成に用いた含フッ素重合体(a)または他の成分の一部が未反応のまま残留していてもよい。
<Resin film (A)>
The resin film (A) contains a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a).
The material (a ′), which will be described in detail later, is a mixture of the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a), the fluoropolymer (a) and the fluoropolymer. The reaction product with other components other than (a), etc. are mentioned. When the resin film (A) contains the reaction product, the fluoropolymer (a) used for forming the reaction product or a part of other components is unreacted in the resin film (A). It may remain as it is.

[含フッ素重合体(a)]
含フッ素重合体(a)は、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体である。
ここで、「含フッ素重合体」は、その構造中にフッ素原子を有する重合体である。
含フッ素重合体(a)において、フッ素原子は、主鎖を構成する炭素原子に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。低吸水率・低誘電率で絶縁破壊電圧が高く、体積抵抗率の高いエレクトレット化に適していることから、フッ素原子が、主鎖を構成する炭素原子に結合していることが好ましい。
[Fluoropolymer (a)]
The fluorinated polymer (a) is a fluorinated polymer having an aliphatic ring in the main chain.
Here, the “fluorinated polymer” is a polymer having a fluorine atom in its structure.
In the fluorine-containing polymer (a), the fluorine atom may be bonded to the carbon atom constituting the main chain or may be bonded to the side chain. The fluorine atom is preferably bonded to the carbon atom constituting the main chain because it is suitable for electretization with a low water absorption and low dielectric constant, high dielectric breakdown voltage, and high volume resistivity.

「主鎖に脂肪族環を有する」とは、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子のうち、少なくとも1つが、含フッ素重合体(a)の主鎖を構成する炭素原子であることを意味する。
たとえば含フッ素重合体(a)が、重合性二重結合を有する単量体の重合により得られたものである場合、重合に用いられた単量体が有する重合性二重結合に由来する炭素原子のうちの少なくとも1つが、前記主鎖を構成する炭素原子となる。たとえば含フッ素重合体(a)が、後述するような環状単量体を重合させて得た含フッ素重合体の場合は、該環状単量体が有する重合性二重結合を構成する2個の炭素原子が主鎖を構成する炭素原子となる。また、2個の重合性二重結合を有する単量体を環化重合させて得た含フッ素重合体の場合は、2個の重合性二重結合を構成する4個の炭素原子のうちの少なくとも2個が主鎖を構成する炭素原子となる。
“Having an aliphatic ring in the main chain” means that at least one of the carbon atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is a carbon atom constituting the main chain of the fluoropolymer (a). means.
For example, when the fluoropolymer (a) is obtained by polymerization of a monomer having a polymerizable double bond, carbon derived from the polymerizable double bond of the monomer used for the polymerization At least one of the atoms becomes a carbon atom constituting the main chain. For example, when the fluorine-containing polymer (a) is a fluorine-containing polymer obtained by polymerizing a cyclic monomer as described later, two polymerizable double bonds constituting the cyclic monomer are included. The carbon atom becomes the carbon atom constituting the main chain. Further, in the case of a fluorinated polymer obtained by cyclopolymerizing a monomer having two polymerizable double bonds, among the four carbon atoms constituting the two polymerizable double bonds At least two are carbon atoms constituting the main chain.

「脂肪族環」とは、芳香族性を有さない環を示す。脂肪族環は、飽和であってもよく、不飽和であってもよい。脂肪族環は、環骨格が、炭素原子のみから構成される炭素環構造のものであってもよく、環骨格に、炭素原子以外の原子(ヘテロ原子)を含む複素環構造のものであってもよい。該ヘテロ原子としては酸素原子、窒素原子等が挙げられる。
脂肪族環の環骨格を構成する原子の数は、4〜7個が好ましく、5〜6個であることがより好ましい。すなわち、脂肪族環は4〜7員環であることが好ましく、5〜6員環であることがより好ましい。
脂肪族環は置換基を有していてもよく、有さなくてもよい。「置換基を有していてもよい」とは、該脂肪族環の環骨格を構成する原子に置換基(水素原子以外の原子または基)が結合してもよいことを意味する。
“Aliphatic ring” refers to a ring having no aromaticity. The aliphatic ring may be saturated or unsaturated. The aliphatic ring may have a carbocyclic structure in which the ring skeleton is composed only of carbon atoms, and has a heterocyclic structure that includes atoms other than carbon atoms (heteroatoms) in the ring skeleton. Also good. Examples of the hetero atom include an oxygen atom and a nitrogen atom.
The number of atoms constituting the ring skeleton of the aliphatic ring is preferably 4 to 7, and more preferably 5 to 6. That is, the aliphatic ring is preferably a 4- to 7-membered ring, and more preferably a 5- to 6-membered ring.
The aliphatic ring may or may not have a substituent. The phrase “which may have a substituent” means that a substituent (an atom or group other than a hydrogen atom) may be bonded to an atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring.

脂肪族環は、非含フッ素脂肪族環であってもよく、含フッ素脂肪族環であってもよい。
非含フッ素脂肪族環は、構造中にフッ素原子を含まない脂肪族環である。非含フッ素脂肪族環として、具体的には、飽和または不飽和の脂肪族炭化水素環、該脂肪族炭化水素環における炭素原子の一部が酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子で置換された脂肪族複素環等が挙げられる。
含フッ素脂肪族環は、構造中にフッ素原子を含む脂肪族環である。含フッ素脂肪族環としては、脂肪族環の環骨格を構成する炭素原子に、フッ素原子を含む置換基(以下、含フッ素基という。)が結合した脂肪族環が挙げられる。含フッ素基としては、フッ素原子、パーフルオロアルキル基、パーフルオロアルコキシ基、=CF等が挙げられる。
該含フッ素脂肪族環または非含フッ素脂肪族環は、含フッ素基以外の置換基を有していてもよい。
脂肪族環としては、電荷保持性能に優れることから、含フッ素脂肪族環が好ましい。
The aliphatic ring may be a non-fluorinated aliphatic ring or a fluorinated aliphatic ring.
The non-fluorinated aliphatic ring is an aliphatic ring that does not contain a fluorine atom in the structure. Specifically, as the non-fluorinated aliphatic ring, a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon ring, and a part of carbon atoms in the aliphatic hydrocarbon ring is substituted with a hetero atom such as an oxygen atom or a nitrogen atom. An aliphatic heterocyclic ring etc. are mentioned.
The fluorine-containing aliphatic ring is an aliphatic ring containing a fluorine atom in the structure. Examples of the fluorinated aliphatic ring include an aliphatic ring in which a substituent containing a fluorine atom (hereinafter referred to as a fluorinated group) is bonded to a carbon atom constituting the ring skeleton of the aliphatic ring. Examples of the fluorine-containing group include a fluorine atom, a perfluoroalkyl group, a perfluoroalkoxy group, and ═CF 2 .
The fluorine-containing aliphatic ring or non-fluorine-containing aliphatic ring may have a substituent other than the fluorine-containing group.
As the aliphatic ring, a fluorine-containing aliphatic ring is preferable because of excellent charge retention performance.

好ましい含フッ素重合体(a)として、下記含フッ素環状重合体(I)、含フッ素環状重合体(II)が挙げられる。
含フッ素環状重合体(I):環状含フッ素単量体に基づく単位を有する重合体。
含フッ素環状重合体(II):ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する重合体。
「環状重合体」とは環状構造を有する重合体を意味する。
「単位」は、重合体を構成する繰り返し単位を意味する。
以下、式(1)で表される化合物を「化合物(1)」とも記す。他の式で表される単位、化合物等についても同様に記し、たとえば式(3−1)で表される単位を「単位(3−1)」とも記す。
Preferred fluorine-containing polymers (a) include the following fluorine-containing cyclic polymers (I) and fluorine-containing cyclic polymers (II).
Fluorinated cyclic polymer (I): a polymer having units based on a cyclic fluorinated monomer.
Fluorine-containing cyclic polymer (II): a polymer having units formed by cyclopolymerization of a diene fluorine-containing monomer.
“Cyclic polymer” means a polymer having a cyclic structure.
“Unit” means a repeating unit constituting a polymer.
Hereinafter, the compound represented by the formula (1) is also referred to as “compound (1)”. The same applies to units, compounds and the like represented by other formulas. For example, the unit represented by formula (3-1) is also referred to as “unit (3-1)”.

含フッ素環状重合体(I)は、環状含フッ素単量体に基づく単位を有する。
「環状含フッ素単量体」とは、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子間に重合性二重結合を有する単量体、または、含フッ素脂肪族環を構成する炭素原子と含フッ素脂肪族環外の炭素原子との間に重合性二重結合を有する単量体である。
環状含フッ素単量体としては、下記の化合物(1)または化合物(2)が好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (I) has units based on a cyclic fluorinated monomer.
“Cyclic fluorine-containing monomer” means a monomer having a polymerizable double bond between carbon atoms constituting a fluorine-containing aliphatic ring, or a carbon atom constituting a fluorine-containing aliphatic ring and a fluorine-containing fat. It is a monomer having a polymerizable double bond with a carbon atom outside the group ring.
As the cyclic fluorine-containing monomer, the following compound (1) or compound (2) is preferable.

Figure 2012139066
[式中、X、X、X、X、YおよびYは、それぞれ独立に、フッ素原子、酸素原子が介在してもよいペルフルオロアルキル基、または酸素原子が介在してもよいペルフルオロアルコキシ基である。XおよびXは相互に結合して環を形成してもよい。]
Figure 2012139066
[Wherein, X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 are each independently a fluorine atom, a perfluoroalkyl group that may be intervened by an oxygen atom, or an oxygen atom. A good perfluoroalkoxy group. X 3 and X 4 may be bonded to each other to form a ring. ]

、X、X、X、YおよびYにおけるペルフルオロアルキル基は、炭素数が1〜7であることが好ましく、炭素数が1〜4であることがより好ましい。該ペルフルオロアルキル基は、直鎖状または分岐鎖状が好ましく、直鎖状がより好ましい。具体的には、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基等が挙げられ、特にトリフルオロメチル基が好ましい。
、X、X、X、YおよびYにおけるペルフルオロアルコキシ基としては、前記ペルフルオロアルキル基に酸素原子(−O−)が結合したものが挙げられ、トリフルオロメトキシ基が特に好ましい。
前記ペルフルオロアルキル基またはペルフルオロアルコキシ基の炭素数が2以上である場合、該ペルフルオロアルキル基またはペルフルオロアルコキシ基の炭素原子間に酸素原子(−O−)が介在してもよい。
The perfluoroalkyl group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 preferably has 1 to 7 carbon atoms, and more preferably 1 to 4 carbon atoms. The perfluoroalkyl group is preferably linear or branched, and more preferably linear. Specific examples include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a heptafluoropropyl group, and the like, and a trifluoromethyl group is particularly preferable.
Examples of the perfluoroalkoxy group in X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , Y 1 and Y 2 include those in which an oxygen atom (—O—) is bonded to the perfluoroalkyl group, and a trifluoromethoxy group is particularly preferred. preferable.
When the perfluoroalkyl group or perfluoroalkoxy group has 2 or more carbon atoms, an oxygen atom (—O—) may be interposed between the carbon atoms of the perfluoroalkyl group or perfluoroalkoxy group.

式(1)中、Xは、フッ素原子であることが好ましい。
は、フッ素原子、トリフルオロメチル基、または炭素数1〜4のペルフルオロアルコキシ基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメトキシ基であることがより好ましい。
およびXは、それぞれ独立に、フッ素原子または炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であることが好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基であることがより好ましい。
およびXは相互に結合して環を形成してもよい。前記環の環骨格を構成する原子の数は、4〜7個が好ましく、5〜6個であることがより好ましい。
化合物(1)の好ましい具体例として、化合物(1−1)〜(1−5)が挙げられる。
In formula (1), X 1 is preferably a fluorine atom.
X 2 is preferably a fluorine atom, a trifluoromethyl group, or a perfluoroalkoxy group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a fluorine atom or a trifluoromethoxy group.
X 3 and X 4 are each independently preferably a fluorine atom or a perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and more preferably a fluorine atom or a trifluoromethyl group.
X 3 and X 4 may be bonded to each other to form a ring. The number of atoms constituting the ring skeleton of the ring is preferably 4 to 7, and more preferably 5 to 6.
Preferable specific examples of compound (1) include compounds (1-1) to (1-5).

Figure 2012139066
Figure 2012139066

式(2)中、YおよびYは、それぞれ独立に、フッ素原子、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基または炭素数1〜4のパーフルオロアルコキシ基が好ましく、フッ素原子またはトリフルオロメチル基がより好ましい。
化合物(2)の好ましい具体例として、化合物(2−1)〜(2−2)が挙げられる。
In formula (2), Y 1 and Y 2 are each independently preferably a fluorine atom, a C 1 -C 4 perfluoroalkyl group or a C 1 -C 4 perfluoroalkoxy group, and a fluorine atom or a trifluoromethyl group Is more preferable.
Preferable specific examples of compound (2) include compounds (2-1) to (2-2).

Figure 2012139066
Figure 2012139066

含フッ素環状重合体(I)は、上記環状含フッ素単量体により形成される単位のみから構成されてもよく、該単位と、それ以外の他の単位とを有する共重合体であってもよい。
ただし、該含フッ素環状重合体(I)中、環状含フッ素単量体に基づく単位の割合は、該含フッ素環状重合体(I)を構成する全繰り返し単位の合計に対し、20モル%以上が好ましく、40モル%以上がより好ましく、100モル%であってもよい。
該他の単量体としては、上記環状含フッ素単量体と共重合可能なものであればよく、特に限定されない。具体的には、ジエン系含フッ素単量体、側鎖に反応性官能基を有する単量体、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、ペルフルオロ(メチルビニルエーテル)等が挙げられる。ジエン系含フッ素単量体としては、後述する含フッ素環状重合体(II)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。側鎖に反応性官能基を有する単量体としては、重合性二重結合および反応性官能基を有する単量体が挙げられる。重合性二重結合としては、CF=CF−、CF=CH−、CH=CF−、CFH=CF−、CFH=CH−、CF=C−、CF=CF−等が挙げられる。反応性官能基としては、後述する含フッ素環状重合体(II)の説明で挙げるものと同様のものが挙げられる。
なお環状含フッ素単量体とジエン系含フッ素単量体との共重合により得られる重合体は含フッ素環状重合体(I)として考える。
The fluorinated cyclic polymer (I) may be composed only of units formed by the cyclic fluorinated monomer, or may be a copolymer having the units and other units. Good.
However, the proportion of units based on the cyclic fluorinated monomer in the fluorinated cyclic polymer (I) is 20 mol% or more based on the total of all repeating units constituting the fluorinated cyclic polymer (I). Is preferable, 40 mol% or more is more preferable, and 100 mol% may be sufficient.
The other monomer is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the cyclic fluorine-containing monomer. Specific examples include diene fluorine-containing monomers, monomers having a reactive functional group in the side chain, tetrafluoroethylene, chlorotrifluoroethylene, perfluoro (methyl vinyl ether), and the like. Examples of the diene-based fluorine-containing monomer include the same as those mentioned in the description of the fluorine-containing cyclic polymer (II) described later. Examples of the monomer having a reactive functional group in the side chain include monomers having a polymerizable double bond and a reactive functional group. The polymerizable double bond, CF 2 = CF-, CF 2 = CH-, CH 2 = CF-, CFH = CF-, CFH = CH-, CF 2 = C-, include CF = CF-, etc. . Examples of the reactive functional group include the same functional groups as those described in the explanation of the fluorine-containing cyclic polymer (II) described later.
A polymer obtained by copolymerization of a cyclic fluorine-containing monomer and a diene-based fluorine-containing monomer is considered as a fluorine-containing cyclic polymer (I).

含フッ素環状重合体(II)は、ジエン系含フッ素単量体の環化重合により形成される単位を有する。
「ジエン系含フッ素単量体」とは、2個の重合性二重結合およびフッ素原子を有する単量体である。該重合性二重結合としては、特に限定されないが、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。
ジエン系含フッ素単量体としては、下記化合物(3)が好ましい。
CF=CF−Q−CF=CF ・・・(3)。
式(3)中、Qは、エーテル性酸素原子を有していてもよく、フッ素原子の一部がフッ素原子以外のハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜5、好ましくは1〜3の、分岐を有してもよいペルフルオロアルキレン基である。該フッ素以外のハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子等が挙げられる。
Qはエーテル性酸素原子を有するペルフルオロアルキレン基であることが好ましい。その場合、該ペルフルオロアルキレン基におけるエーテル性酸素原子は、該基の一方の末端に存在していてもよく、該基の両末端に存在していてもよく、該基の炭素原子間に存在していてもよい。環化重合性の点から、該基の一方の末端に存在していることが好ましい。
The fluorinated cyclic polymer (II) has units formed by cyclopolymerization of a diene fluorinated monomer.
The “diene fluorine-containing monomer” is a monomer having two polymerizable double bonds and fluorine atoms. Although it does not specifically limit as this polymerizable double bond, A vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, and a methacryloyl group are preferable.
As the diene fluorine-containing monomer, the following compound (3) is preferable.
CF 2 = CF-Q-CF = CF 2 ··· (3).
In formula (3), Q may have an etheric oxygen atom, and a part of fluorine atoms may be substituted with a halogen atom other than fluorine atoms, preferably 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 1 carbon atoms. 3 is a perfluoroalkylene group which may have a branch. Examples of halogen atoms other than fluorine include chlorine atom and bromine atom.
Q is preferably a perfluoroalkylene group having an etheric oxygen atom. In that case, the etheric oxygen atom in the perfluoroalkylene group may be present at one end of the group, may be present at both ends of the group, and is present between the carbon atoms of the group. It may be. From the viewpoint of cyclopolymerizability, it is preferably present at one end of the group.

化合物(3)の具体例としては、下記化合物が挙げられる。
CF=CFOCFCF=CF
CF=CFOCF(CF)CF=CF
CF=CFOCFCFCF=CF
CF=CFOCFCF(CF)CF=CF
CF=CFOCF(CF)CFCF=CF
CF=CFOCFClCFCF=CF
CF=CFOCClCFCF=CF
CF=CFOCFOCF=CF
CF=CFOC(CFOCF=CF
CF=CFOCFCF(OCF)CF=CF
CF=CFCFCF=CF
CF=CFCFCFCF=CF
CF=CFCFOCFCF=CF
Specific examples of the compound (3) include the following compounds.
CF 2 = CFOCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFOCF (CF 3 ) CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCFClCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFOCCl 2 CF 2 CF = CF 2,
CF 2 = CFOCF 2 OCF = CF 2 ,
CF 2 = CFOC (CF 3) 2 OCF = CF 2,
CF 2 = CFOCF 2 CF (OCF 3 ) CF═CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 CF 2 CF = CF 2 ,
CF 2 = CFCF 2 OCF 2 CF = CF 2.

化合物(3)の環化重合により形成される単位として、下記単位(3−1)〜(3−4)等が挙げられる。   Examples of the unit formed by the cyclopolymerization of the compound (3) include the following units (3-1) to (3-4).

Figure 2012139066
Figure 2012139066

含フッ素重合体(a)は、反応性官能基を有することが好ましい。
「反応性官能基」とは、加熱等を行った際に、当該含フッ素重合体(a)の分子間、または含フッ素重合体(a)とともに配合されている他の成分と反応して結合を形成し得る反応性を有する基を意味する。
たとえば該他の成分として、後述するシランカップリング剤または極性官能基を2個以上有する分子量50〜2,000の化合物(ただしシランカップリング剤は除く。)(以下、多価極性化合物という。)を混合し、それらを反応させて反応生成物とする場合は、含フッ素重合体(a)が、シランカップリング剤が有する官能基または多価極性化合物が有する極性官能基と反応し得る反応性官能基を有することが好ましい。
含フッ素重合体(a)が有する反応性官能基としては、重合体中への導入のしやすさ、シランカップリング剤または多価極性化合物との相互作用の強さ等を考慮すると、カルボキシ基、酸ハライド基、アルコキシカルボニル基、カルボニルオキシ基、カーボネート基、スルホ基、ホスホノ基、ヒドロキシ基、チオール基、シラノール基およびアルコキシシリル基からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、カルボキシ基またはアルコキシカルボニル基が特に好ましい。
反応性官能基は、含フッ素重合体(a)の主鎖末端に結合していてもよく、側鎖に結合していてもよい。
The fluorinated polymer (a) preferably has a reactive functional group.
The “reactive functional group” is bonded by reacting with other components blended between the molecules of the fluoropolymer (a) or together with the fluoropolymer (a) when heating or the like is performed. Means a reactive group capable of forming.
For example, as the other component, a silane coupling agent described later or a compound having a molecular weight of 50 to 2,000 having two or more polar functional groups (excluding the silane coupling agent) (hereinafter referred to as a polyvalent polar compound). When the fluorinated polymer (a) is reacted with the functional group possessed by the silane coupling agent or the polar functional group possessed by the polyvalent polar compound, It preferably has a functional group.
As the reactive functional group possessed by the fluoropolymer (a), in view of ease of introduction into the polymer, strength of interaction with the silane coupling agent or the polyvalent polar compound, etc., a carboxy group , An acid halide group, an alkoxycarbonyl group, a carbonyloxy group, a carbonate group, a sulfo group, a phosphono group, a hydroxy group, a thiol group, a silanol group, and an alkoxysilyl group, preferably at least one selected from the group consisting of a carboxy group or an alkoxy group A carbonyl group is particularly preferred.
The reactive functional group may be bonded to the end of the main chain of the fluoropolymer (a) or may be bonded to a side chain.

含フッ素重合体(a)の比誘電率は1.8〜8が好ましく、1.8〜5がより好ましく、1.8〜3がさらに好ましく、1.8〜2.7が特に好ましく、1.8〜2.3が最も好ましい。該比誘電率が上記範囲の下限値以上であると、エレクトレットとして蓄え得る電荷量が高く、上限値以下であると、電気絶縁性、およびエレクトレットとしての電荷保持安定性に優れる。該比誘電率は、ASTM D150に準拠し、周波数1MHzにおいて測定される。
また、樹脂膜(A)はエレクトレットとしての電荷保持を担う部分であることから、含フッ素重合体(a)としては、体積固有抵抗が高く、絶縁破壊強度が大きいものが好ましい。
含フッ素重合体(a)の体積固有抵抗は1010〜1020Ωcmが好ましく、1016〜1019Ωcmがより好ましい。該体積固有抵抗は、ASTM D257により測定される。
含フッ素重合体(a)の絶縁破壊強度は10〜25kV/mmが好ましく、15〜22kV/mmがより好ましい。該絶縁破壊強度は、ASTM D149により測定される。
含フッ素重合体(a)の屈折率は、基板との屈折率差を小さくし、複屈折等による光の干渉を抑え、透明性を確保する点から、1.2〜2が好ましく、1.2〜1.5がより好ましい。
The relative dielectric constant of the fluoropolymer (a) is preferably 1.8 to 8, more preferably 1.8 to 5, further preferably 1.8 to 3, particularly preferably 1.8 to 2.7. .8 to 2.3 is most preferable. When the relative dielectric constant is not less than the lower limit of the above range, the amount of charge that can be stored as an electret is high, and when it is not more than the upper limit, the electrical insulation and the charge retention stability as an electret are excellent. The relative dielectric constant is measured at a frequency of 1 MHz in accordance with ASTM D150.
In addition, since the resin film (A) is a part responsible for charge retention as an electret, the fluoropolymer (a) preferably has a high volume resistivity and a high dielectric breakdown strength.
The volume resistivity of the fluoropolymer (a) is preferably 10 10 to 10 20 Ωcm, and more preferably 10 16 to 10 19 Ωcm. The volume resistivity is measured according to ASTM D257.
The dielectric breakdown strength of the fluoropolymer (a) is preferably 10 to 25 kV / mm, and more preferably 15 to 22 kV / mm. The dielectric breakdown strength is measured according to ASTM D149.
The refractive index of the fluorinated polymer (a) is preferably 1.2 to 2 from the viewpoint of reducing the difference in refractive index from the substrate, suppressing light interference due to birefringence and the like, and ensuring transparency. 2-1.5 is more preferable.

含フッ素重合体(a)の重量平均分子量(Mw)は、5万以上が好ましく、15万以上がより好ましく、20万以上がさらに好ましく、25万以上が特に好ましい。Mwが5万以上であると、製膜しやすい。特に20万以上であると、膜の耐熱性が向上し、エレクトレットとした際、保持した電荷の熱安定性が向上する。一方、Mwが大きすぎると、溶媒に溶けにくくなり、製膜プロセスが制限される等の問題が生じるおそれがある。したがって、含フッ素重合体(a)のMwは、100万以下が好ましく、85万以下がより好ましく、65万以下がさらに好ましく、55万以下が特に好ましい。
本明細書において、含フッ素重合体(a)のMwは、日本化学会誌、2001,NO.12,P.661に記載される、Mwと固有粘度[η](30℃)との関係式([η]=1.7×10−4×Mw0.60)を用いて算出される値である。
固有粘度[η](30℃)(単位:dl/g)は、30℃で、ペルフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)を溶媒として、ウベローデ型粘度計により測定される値である。
The weight average molecular weight (Mw) of the fluoropolymer (a) is preferably 50,000 or more, more preferably 150,000 or more, further preferably 200,000 or more, and particularly preferably 250,000 or more. When Mw is 50,000 or more, film formation is easy. In particular, when it is 200,000 or more, the heat resistance of the film is improved, and the thermal stability of the retained charge is improved when an electret is formed. On the other hand, if Mw is too large, it is difficult to dissolve in a solvent, and there is a possibility that problems such as limitation of the film forming process may occur. Therefore, Mw of the fluoropolymer (a) is preferably 1 million or less, more preferably 850,000 or less, further preferably 650,000 or less, and particularly preferably 550,000 or less.
In the present specification, Mw of the fluorine-containing polymer (a) is the chemical journal of the Chemical Society of Japan, 2001, NO. 12, p. It is a value calculated using the relational expression ([η] = 1.7 × 10 −4 × Mw 0.60 ) between Mw and intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) described in 661.
Intrinsic viscosity [η] (30 ° C.) (unit: dl / g) is a value measured by an Ubbelohde viscometer at 30 ° C. using perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) as a solvent.

含フッ素重合体(a)は、前述した単量体を重合させることにより合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。
主鎖にエーテル性酸素原子を含む含フッ素脂肪族環を有し、主鎖の末端にカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する含フッ素重合体の市販品としては、CYTOP(登録商標、旭硝子社製)が挙げられる。
As the fluoropolymer (a), one synthesized by polymerizing the above-described monomers may be used, or a commercially available product may be used.
CYTOP (registered trademark, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) is a commercially available fluoropolymer having a fluorine-containing aliphatic ring containing an etheric oxygen atom in the main chain and having a carboxy group or an alkoxycarbonyl group at the end of the main chain. Is mentioned.

[材料(a’)]
材料(a’)としては、上述したように、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との混合物、含フッ素重合体(a)と含フッ素重合体(a)以外の他の成分との反応生成物、等が挙げられる。
前記反応生成物としては、たとえば含フッ素重合体(a)および前記他の成分を溶媒に溶解したコーティング液を加熱(溶媒を揮発させて成膜する際のベーク等)した際に、各成分が反応して生成するものが挙げられる。
含フッ素重合体(a)と混合または反応させる他の成分としては、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。これにより、形成される樹脂膜(A)の電荷保持性能(保持した電荷の熱安定性、経時安定性等)が向上する。電荷保持性能の向上効果は、特に、含フッ素重合体(a)が末端基としてカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する場合に顕著である。
電荷保持性能の向上効果は、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤または多価極性化合物とがナノ相分離を引き起こし、シランカップリング剤または多価極性化合物由来のナノクラスタ構造が形成され、当該ナノクラスタ構造が、エレクトレットにおける電荷を蓄える部位として機能するためであると推察される。
材料(a’)中、シランカップリング剤または多価極性化合物は、分子同士が反応した状態で存在していてもよい。
[Material (a ′)]
As the material (a ′), as described above, a mixture of the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a), the fluoropolymer (a) and the fluoropolymer ( Reaction products with other components other than a) and the like can be mentioned.
As the reaction product, for example, when the coating liquid in which the fluoropolymer (a) and the other components are dissolved in a solvent is heated (e.g., when the solvent is evaporated to form a film), each component is What is produced | generated by reacting is mentioned.
As other components to be mixed or reacted with the fluoropolymer (a), a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is particularly preferable. As a result, the charge retention performance (thermal stability of the retained charge, stability over time, etc.) of the formed resin film (A) is improved. The effect of improving the charge retention performance is particularly remarkable when the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group as a terminal group.
The effect of improving the charge retention performance is that the fluoropolymer (a) and the silane coupling agent or polypolar compound cause nanophase separation, and a nanocluster structure derived from the silane coupling agent or polypolar compound is formed. The nanocluster structure is presumed to function as a site for storing charges in the electret.
In the material (a ′), the silane coupling agent or the polyvalent polar compound may be present in a state in which molecules react with each other.

シランカップリング剤としては、特に限定されず、従来公知または周知のものを含めて広範囲にわたって利用できる。
シランカップリング剤としては、アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
入手の容易性等を考慮すると、特に好ましいシランカップリング剤は、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、およびN−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、から選択される1種以上である。
It does not specifically limit as a silane coupling agent, It can utilize over a wide range including a conventionally well-known or well-known thing.
As the silane coupling agent, a silane coupling agent having an amino group is preferable.
Considering availability, etc., particularly preferred silane coupling agents are γ-aminopropylmethyldiethoxysilane, γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltrimethoxysilane, N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropylmethyldimethoxysilane, and N- (β-aminoethyl) -γ-aminopropyltriethoxy One or more selected from silane.

シランカップリング剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シランカップリング剤の配合量は、含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤との合計量に対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.3〜10質量%がより好ましく、0.5〜5質量%が最も好ましい。この範囲にあると、含フッ素重合体(a)とともに溶媒に溶解してコーティング液とした際に、容易に均一な溶液とすることができる。
A silane coupling agent may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
0.1-20 mass% is preferable with respect to the total amount of a fluoropolymer (a) and a silane coupling agent, and, as for the compounding quantity of a silane coupling agent, 0.3-10 mass% is more preferable, 0.5-5 mass% is the most preferable. When it is in this range, when it is dissolved in a solvent together with the fluoropolymer (a) to form a coating solution, a uniform solution can be easily obtained.

多価極性化合物は、極性官能基を2個以上有する分子量50〜2,000の化合物(ただし前記シランカップリング剤は除く。)が好ましい。分子量は100〜2,000がより好ましい。多価極性化合物の分子量が上記範囲の下限値以上であると、分子量が高いために揮発しにくく、製膜後に膜中に残存させることが容易になる。また、上記範囲の上限値以下であると、含フッ素重合体(a)との相溶性が良好になる。
「極性官能基」とは、下記の(1a)および(1b)の何れか一方または両方の特性を有する官能基である。
(1a)電気陰性度の異なる2種類以上の原子を含み、当該官能基中に分極による極性を有する。
(1b)当該官能基と結合した炭素との電気陰性度の差により分極を生じさせる。
The polyvalent polar compound is preferably a compound having a molecular weight of 50 to 2,000 having two or more polar functional groups (excluding the silane coupling agent). The molecular weight is more preferably 100 to 2,000. When the molecular weight of the polyvalent polar compound is not less than the lower limit of the above range, the molecular weight is high, so that it is difficult to volatilize and it is easy to remain in the film after film formation. Moreover, compatibility with a fluoropolymer (a) becomes favorable as it is below the upper limit of the said range.
The “polar functional group” is a functional group having one or both of the following properties (1a) and (1b).
(1a) Two or more types of atoms having different electronegativity are included, and the functional group has polarity due to polarization.
(1b) Polarization is caused by the difference in electronegativity with carbon bonded to the functional group.

上記特性(1a)のみを有する極性官能基の具体例としては、ヒドロキシフェニル基等が挙げられる。
上記特性(1b)のみを有する極性官能基の具体例としては、1級アミノ基(−NH)、2級アミノ基(−NH−)、ヒドロキシル基、チオール基等が挙げられる。
上記特性(1a)および(1b)の両方を有する極性官能基の具体例としては、スルホ基、ホスホノ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、酸ハライド基、ホルミル基、イソシアナート基、シアノ基、カルボニルオキシ基(−C(O)−O−)カーボネート基(−O−C(O)−O−)等が挙げられる。
Specific examples of the polar functional group having only the above characteristic (1a) include a hydroxyphenyl group.
Specific examples of the polar functional group having only the characteristic (1b) include a primary amino group (—NH 2 ), a secondary amino group (—NH—), a hydroxyl group, and a thiol group.
Specific examples of the polar functional group having both the above characteristics (1a) and (1b) include sulfo group, phosphono group, carboxyl group, alkoxycarbonyl group, acid halide group, formyl group, isocyanate group, cyano group, carbonyl group. And an oxy group (—C (O) —O—) carbonate group (—O—C (O) —O—).

多価極性化合物としては、ペンタン−1,5−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、シクロヘキサン−1,2−ジアミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、シクロヘキサン−1,4−ジアミン、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、トリアミノメチルアミン、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3,5−トリアミン、シクロヘキサン−1,2,4−トリアミン、1,3,5−トリアミノベンゼン、1,2,4−トリアミノベンゼン、2,4,6−トリアミノトルエン、1,3,5−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、1,2,4−トリス(2−アミノエチル)ベンゼン、2,4,6−トリス(2−アミノエチル)トルエン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、トリス(2−アミノエチル)アミン、トリス(3−アミノプロピル)アミン、シクロヘキサン−1,3−ジアミン、ヘキサン−1,6−ジアミン、ジエチレントリアミンおよびポリエチレンイミンからなる群から選ばれる少なくとも1種が最も好ましい。   Examples of the polyvalent polar compound include pentane-1,5-diamine, hexane-1,6-diamine, cyclohexane-1,2-diamine, cyclohexane-1,3-diamine, cyclohexane-1,4-diamine, and 1,2. -Diaminobenzene, 1,3-diaminobenzene, 1,4-diaminobenzene, triaminomethylamine, tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1,3,5-triamine , Cyclohexane-1,2,4-triamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 2,4,6-triaminotoluene, 1,3,5-tris (2 -Aminoethyl) benzene, 1,2,4-tris (2-aminoethyl) benzene, 2,4,6-tris (2-aminoethyl) to More preferred is at least one selected from the group consisting of ene, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine and polyethyleneimine, and tris (2-aminoethyl) amine, tris (3-aminopropyl) amine, cyclohexane-1, Most preferred is at least one selected from the group consisting of 3-diamine, hexane-1,6-diamine, diethylenetriamine and polyethyleneimine.

多価極性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。たとえば、極性官能基を2個有する化合物と、極性官能基を3個以上有する化合物とを混合して用いてもよい。
多価極性化合物の配合量は、含フッ素重合体(a)の配合量の0.01〜30質量%であることが好ましく、0.05〜10質量%であることがより好ましい。該配合量が0.01質量%以上であると、多価極性化合物を配合することによる効果が充分に得られる。該配合量が30質量%以下であると、含フッ素重合体(a)との混和性が良好であり、コーティング液中での分布が均一となる。
A polyvalent polar compound may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. For example, a compound having two polar functional groups and a compound having three or more polar functional groups may be mixed and used.
The blending amount of the polyvalent polar compound is preferably 0.01 to 30% by weight, more preferably 0.05 to 10% by weight, based on the blending amount of the fluoropolymer (a). The effect by mix | blending a polyvalent polar compound as this compounding quantity is 0.01 mass% or more is fully acquired. When the blending amount is 30% by mass or less, the miscibility with the fluoropolymer (a) is good, and the distribution in the coating liquid becomes uniform.

<樹脂膜(A)の形成方法>
樹脂膜(A)の形成方法としては特に限定されず、公知の方法を利用できる。たとえば、第一の電極11が形成された第一の基板13の、第一の電極11側の表面上にコーティング膜を形成し、該コーティング膜を、第一の電極11に対応するパターンにパターニングする方法が挙げられる。
コーティング膜の形成方法としては、たとえば、含フッ素重合体(a)を溶媒に溶解してなるコーティング液、または含フッ素重合体(a)と該含フッ素重合体(a)以外の他の成分とを溶媒に溶解してなるコーティング液を用いてコーティング膜を製膜する方法が挙げられる。前記他の成分としては、上述したとおり、シランカップリング剤または多価極性化合物が好ましく、シランカップリング剤が特に好ましい。
<Method for Forming Resin Film (A)>
It does not specifically limit as a formation method of a resin film (A), A well-known method can be utilized. For example, a coating film is formed on the surface of the first substrate 13 on which the first electrode 11 is formed on the first electrode 11 side, and the coating film is patterned into a pattern corresponding to the first electrode 11. The method of doing is mentioned.
As a method for forming the coating film, for example, a coating solution obtained by dissolving the fluoropolymer (a) in a solvent, or the fluoropolymer (a) and other components other than the fluoropolymer (a) There is a method of forming a coating film using a coating solution obtained by dissolving in a solvent. As said other component, as above-mentioned, a silane coupling agent or a polyvalent polar compound is preferable, and a silane coupling agent is especially preferable.

溶媒としては、少なくとも含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が用いられ、他の成分を含む場合、前記含フッ素重合体(a)を溶解する溶媒が、該他の成分を溶解するものであれば、該溶媒単独で均一な溶液とすることができる。また、該他の成分を溶解する他の溶媒を併用してもよい。
溶媒として具体的には、プロトン性溶媒、非プロトン性溶媒等が挙げられ、それらの中から当該コーティング液に配合される成分を溶解するものを適宜選択すればよい。
「プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有する溶媒である。「非プロトン性溶媒」とは、プロトン供与性を有さない溶媒である。
As the solvent, a solvent that dissolves at least the fluoropolymer (a) is used, and when it contains other components, the solvent that dissolves the fluoropolymer (a) dissolves the other components. If present, the solvent alone can be a uniform solution. Moreover, you may use together the other solvent which melt | dissolves this other component.
Specific examples of the solvent include a protic solvent, an aprotic solvent, and the like, and a solvent that dissolves a component to be blended in the coating liquid may be appropriately selected.
The “protic solvent” is a solvent having a proton donating property. An “aprotic solvent” is a solvent that does not have proton donating properties.

プロトン性溶媒としては、たとえば以下に示すプロトン性非含フッ素溶媒、プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
メタノール、エタノール、1−プロパノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタオール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、1−オクタノール、2−オクタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコール、乳酸メチル等のプロトン性非含フッ素溶媒。
2−(パーフルオロオクチル)エタノールなどの含フッ素アルコール、含フッ素カルボン酸、含フッ素カルボン酸のアミド、含フッ素スルホン酸等のプロトン性含フッ素溶媒。
Examples of the protic solvent include the following protic non-fluorinated solvents and protic fluorinated solvents.
Methanol, ethanol, 1-propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, t-butanol, pentanol, hexanol, 1-octanol, 2-octanol, ethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene Protic non-fluorinated solvents such as glycol monobutyl ether, propylene glycol, and methyl lactate.
Protic fluorine-containing solvents such as 2- (perfluorooctyl) ethanol and other fluorine-containing alcohols, fluorine-containing carboxylic acids, amides of fluorine-containing carboxylic acids, and fluorine-containing sulfonic acids.

非プロトン性溶媒としては、たとえば以下に示す非プロトン性非含フッ素溶媒、非プロトン性含フッ素溶媒等が挙げられる。
ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン、デカリン、アセトン、シクロヘキサノン、2−ブタノン、ジメトキシエタン、モノメチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ジグライム、トリグライム、プロピレングリコールモノメチルエーテルモノアセテート(PGMEA)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA)、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、アニソール、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、メシチレン、テトラリン、メチルナフタレン等の非プロトン性非含フッ素溶媒。
Examples of the aprotic solvent include the following aprotic non-fluorinated solvents and aprotic fluorinated solvents.
Hexane, cyclohexane, heptane, octane, decane, dodecane, decalin, acetone, cyclohexanone, 2-butanone, dimethoxyethane, monomethyl ether, ethyl acetate, butyl acetate, diglyme, triglyme, propylene glycol monomethyl ether monoacetate (PGMEA), N, N-dimethylformamide (DMF), N, N-dimethylacetamide (DMA), N-methylpyrrolidone, tetrahydrofuran, anisole, dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, chlorobenzene, dichlorobenzene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, Aprotic non-fluorine-containing solvents such as mesitylene, tetralin and methylnaphthalene.

1,4−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン等のポリフルオロ芳香族化合物、パーフルオロトリブチルアミン等のポリフルオロトリアルキルアミン化合物、パーフルオロデカリン等のポリフルオロシクロアルカン化合物、パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)等のポリフルオロ環状エーテル化合物、パーフルオロポリエーテル、ポリフルオロアルカン化合物、ハイドロフルオロエーテル(HFE)等の非プロトン性含フッ素溶媒。   Polyfluoroaromatic compounds such as 1,4-bis (trifluoromethyl) benzene, polyfluorotrialkylamine compounds such as perfluorotributylamine, polyfluorocycloalkane compounds such as perfluorodecalin, perfluoro (2-butyltetrahydrofuran) Aprotic fluorine-containing solvents such as polyfluoro cyclic ether compounds such as), perfluoropolyethers, polyfluoroalkane compounds, and hydrofluoroethers (HFE).

これらの溶媒は、いずれか1種を単独で使用してもよく、2種以上を混合して使用してもよい。またこれらの他にも広範な化合物が使用できる。
これらのうち、含フッ素重合体(a)の溶解の用いる溶媒としては、含フッ素重合体(a)の溶解度が大きく、良溶媒であることから、非プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
シランカップリング剤または多価極性化合物を溶解する溶媒としては、プロトン性含フッ素溶媒が好ましい。
該溶媒の沸点は、コーティングの際に均一な膜を形成しやすいことから、65〜220℃が好ましく、100〜220℃が好ましい。
Any one of these solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. In addition to these, a wide range of compounds can be used.
Among these, the solvent used for dissolving the fluoropolymer (a) is preferably an aprotic fluorine-containing solvent because the solubility of the fluoropolymer (a) is large and a good solvent.
The solvent for dissolving the silane coupling agent or the polyvalent polar compound is preferably a protic fluorine-containing solvent.
The boiling point of the solvent is preferably 65 to 220 ° C., and preferably 100 to 220 ° C., because a uniform film can be easily formed during coating.

コーティング液の調製に用いる溶媒は、水分含量が少ないことが好ましい。該水分含量は、100質量ppm以下が好ましく、20質量ppm以下がより好ましい。
コーティング液における含フッ素重合体(a)の濃度は、0.1〜30質量%が好ましく、0.5〜20質量%がより好ましい。
コーティング液の固形分濃度は、形成しようとする膜厚に応じて適宜設定すればよい。通常、0.1〜30質量%であり、0.5〜20質量%が好ましい。
なお固形分は、質量を測定したコーティング液を常圧下200℃で1時間加熱することで、溶媒を留去し、残存する固形分の質量を測定して算出する。
The solvent used for preparing the coating liquid preferably has a low water content. The moisture content is preferably 100 mass ppm or less, and more preferably 20 mass ppm or less.
The concentration of the fluoropolymer (a) in the coating liquid is preferably from 0.1 to 30% by mass, and more preferably from 0.5 to 20% by mass.
What is necessary is just to set the solid content concentration of a coating liquid suitably according to the film thickness to form. Usually, it is 0.1-30 mass%, and 0.5-20 mass% is preferable.
The solid content is calculated by heating the coating liquid whose mass was measured at 200 ° C. for 1 hour under normal pressure to distill off the solvent and measuring the mass of the remaining solid content.

コーティング液は、各成分を含む組成物を予め調製し、これを溶媒に溶解して得てもよく、各成分をそれぞれ溶媒に溶解し、各溶液を混合して得てもよい。
各成分を含む組成物を予め調製する場合の該組成物の製造方法としては、固体と固体、または固体と液体を混練、共融押し出し法等により混合してもよく、それぞれを可溶な溶媒に溶解した各溶液を混合してもよい。これらの中でも、各溶液を混合することがより好ましい。
たとえば含フッ素重合体(a)とシランカップリング剤とを併用する場合、コーティング液は、含フッ素重合体(a)を非プロトン性含フッ素溶媒に溶解した重合体溶液と、シランカップリング剤をプロトン性含フッ素溶媒に溶解したシランカップリング剤溶液とを各々調製し、該重合体溶液とシランカップリング剤溶液とを混合することによって得ることが好ましい。
The coating liquid may be obtained by preparing a composition containing each component in advance and dissolving it in a solvent, or by dissolving each component in a solvent and mixing each solution.
As a method for producing the composition in the case of preparing a composition containing each component in advance, the solid and the solid, or the solid and the liquid may be mixed by kneading, eutectic extrusion, etc. Each solution dissolved in may be mixed. Among these, it is more preferable to mix each solution.
For example, when the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent are used in combination, the coating liquid comprises a polymer solution obtained by dissolving the fluoropolymer (a) in an aprotic fluorine-containing solvent, and a silane coupling agent. A silane coupling agent solution dissolved in a protic fluorine-containing solvent is preferably prepared, and the polymer solution and the silane coupling agent solution are preferably mixed.

コーティング膜の製膜は、たとえば、コーティング液を基板の表面にコーティングし、ベーク等により乾燥させることにより実施できる。
コーティング方法としては、溶液から膜を形成させる従来公知の方法が利用でき、特に限定されない。かかる方法の具体例としては、スピンコート法、ロールコート法、キャスト法、ディッピング法、水上キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法等が挙げられる。また、凸版印刷法、グラビア印刷法、平板印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法などの印刷技術も用いることができる。
乾燥は、常温での風乾により行ってもよいが、加熱してベークすることにより行うことが好ましい。ベーク温度は、溶媒の沸点以上であることが好ましく、特に230℃以上の高温で行うことが、添加したシランカップリング剤や多価極性化合物と含フッ素重合体(a)との反応を充分に完結させる点で特に好ましい。
The coating film can be formed, for example, by coating the surface of the substrate with a coating liquid and drying it by baking or the like.
As the coating method, a conventionally known method for forming a film from a solution can be used and is not particularly limited. Specific examples of such a method include a spin coating method, a roll coating method, a casting method, a dipping method, a water casting method, a Langmuir-Blodget method, a die coating method, an ink jet method, and a spray coating method. Printing techniques such as letterpress printing, gravure printing, lithographic printing, screen printing, and flexographic printing can also be used.
Drying may be performed by air drying at normal temperature, but is preferably performed by heating and baking. The baking temperature is preferably equal to or higher than the boiling point of the solvent, and particularly at a high temperature of 230 ° C. or higher, the reaction between the added silane coupling agent or polyvalent polar compound and the fluoropolymer (a) is sufficiently performed. It is particularly preferable in terms of completion.

コーティング膜のパターニング方法としては、特に限定されず、公知のパターニング技術を利用できる。
具体例としては、前記コーティング膜上に、所定のパターンのマスクを形成し、エッチングする方法が挙げられる。
該マスクは、たとえば第一の電極11と同様の方法により形成できる。ただしマスクを構成する材料は、コーティング膜に対し、ある程度のエッチング選択比を有するものであればよく、導電性材料でなくてもよい。たとえば該マスクとして、第一の電極11に対応するパターンにパターニングされたレジスト膜を用いてもよい。レジスト膜のパターニングは、公知のリソグラフィー法により実施できる。
The patterning method for the coating film is not particularly limited, and a known patterning technique can be used.
As a specific example, there is a method of forming a mask having a predetermined pattern on the coating film and performing etching.
The mask can be formed, for example, by the same method as that for the first electrode 11. However, the material constituting the mask only needs to have a certain etching selectivity with respect to the coating film, and may not be a conductive material. For example, a resist film patterned in a pattern corresponding to the first electrode 11 may be used as the mask. The resist film can be patterned by a known lithography method.

<電荷の注入>
樹脂膜(A)に電荷を注入することでエレクトレット12とすることができる。
電荷の注入方法としては、一般的に絶縁体を帯電させる方法であれば手段を選ばずに用いることができる。たとえば、G.M.Sessler, Electrets Third Edition,pp20,Chapter2.2“Charging and Polarizing Methods”(Laplacian Press, 1998)に記載のコロナ放電法、電子ビーム衝突法、イオンビーム衝突法、放射線照射法、光照射法、接触帯電法、液体接触帯電法等が適用可能である。本発明においては特にコロナ放電法、電子ビーム衝突法を用いることが好ましい。
電荷を注入する際の温度条件としては、樹脂膜(A)に含まれる含フッ素重合体(a)または材料(a’)のガラス転移温度(Tg)以上で行うことが、注入後に保持される電荷の安定性の面から好ましく、該Tg+10℃〜該Tg+20℃程度の温度条件で行うことが特に好ましい。
電荷を注入する際の印加電圧としては、樹脂膜(A)の絶縁破壊電圧以下であれば、高圧を印加することが好ましい。本発明において、樹脂膜(A)への印加電圧は、正電荷では6〜30kV、好ましくは8〜15kVであり、負電荷では−6〜−30kV、好ましくは−8〜−15kVである。
含フッ素重合体(a)または材料(a’)は、正電荷より負電荷をより安定に保持できることから、印加電圧は負電荷であることが好ましい。この場合、エレクトレット12の表面電位はマイナスとなる。
<Injection of charge>
The electret 12 can be formed by injecting electric charge into the resin film (A).
As a method for injecting electric charge, any method can be used as long as it is a method for charging an insulator. For example, the corona discharge method described in GMSessler, Electrets Third Edition, pp20, Chapter 2.2 “Charging and Polarizing Methods” (Laplacian Press, 1998), electron beam collision method, ion beam collision method, radiation irradiation method, light irradiation method, A contact charging method, a liquid contact charging method, or the like is applicable. In the present invention, it is particularly preferable to use a corona discharge method or an electron beam collision method.
The temperature condition for injecting the charge is maintained after the injection at a temperature equal to or higher than the glass transition temperature (Tg) of the fluoropolymer (a) or the material (a ′) contained in the resin film (A). It is preferable from the viewpoint of charge stability, and it is particularly preferable to carry out under a temperature condition of about Tg + 10 ° C. to Tg + 20 ° C.
As an applied voltage at the time of injecting electric charges, it is preferable to apply a high voltage as long as it is not higher than the dielectric breakdown voltage of the resin film (A). In the present invention, the applied voltage to the resin film (A) is 6 to 30 kV, preferably 8 to 15 kV for a positive charge, and -6 to -30 kV, preferably -8 to -15 kV for a negative charge.
Since the fluoropolymer (a) or the material (a ′) can hold a negative charge more stably than a positive charge, the applied voltage is preferably a negative charge. In this case, the surface potential of the electret 12 is negative.

なお、ここでは、表面に第一の電極11が形成された第一の基板13の第一の電極11上に直接樹脂膜(A)を形成し、電荷を注入する例を示したが、エレクトレット12の作製方法はこれに限定されない。たとえば、任意の基板上に樹脂膜(A)を形成し、基板から剥離した後、表面に第一の電極11が形成された第一の基板13上に配置し、電荷を注入してエレクトレット12としてもよい。また、任意の基板上に樹脂膜(A)を形成し、電荷を注入してエレクトレット12とした後、該エレクトレット12を基板から剥離し、これを、表面に第一の電極11が形成された第一の基板13上に配置してもよい。
第一の基板13とは別の基板に樹脂膜(A)を形成する場合であって該基板上で電荷の注入を行わない場合、該基板としては、特に材質を選ばずに用いることができる。
第一の基板13とは別の基板に樹脂膜(A)を形成する場合であって該基板上で電荷の注入を行う場合、該基板としては、得られた積層体に電荷を注入する際にアースに接続できるような基板が用いられる。好ましい材質としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、クロム、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、錫、コバルト、パラジウム、白金、これらのうちの少なくとも1種を主成分とする合金等の導電性の金属が挙げられる。また、材質が導電性の金属以外のもの、たとえばガラス等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の高分子化合物材料等の絶縁性の材料の基板(絶縁性基板)であっても、その表面にスパッタリング、蒸着、ウエットコーティング等の方法で金属膜、またはITO(Indium Tin Oxide)、IZO(Indium Zinc Oxide)、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化スズ等の金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、PEDOT/PSS、カーボンナノチューブなどから成る有機導電材料などをコーティングしたものであれば用いることができる。またシリコン等の半導体材料も同様の表面処理を行ったものであるか、または半導体材料そのものの抵抗値が低いものであれば、基板として用いることができる。基板材料の抵抗値としては、体積固有抵抗値で0.1Ωcm以下であることが好ましく、特に0.01Ωcm以下であることがより好ましい。このような低抵抗値の基板材料であれば、当該基板上に形成された積層体にそのまま電荷を注入してエレクトレットとすることができる。
Here, an example in which the resin film (A) is directly formed on the first electrode 11 of the first substrate 13 having the first electrode 11 formed on the surface and the charge is injected has been shown. The manufacturing method of 12 is not limited to this. For example, after the resin film (A) is formed on an arbitrary substrate and peeled off from the substrate, the resin film (A) is disposed on the first substrate 13 on the surface of which the first electrode 11 is formed. It is good. Moreover, after forming the resin film (A) on an arbitrary substrate and injecting electric charge into the electret 12, the electret 12 was peeled from the substrate, and the first electrode 11 was formed on the surface thereof. You may arrange | position on the 1st board | substrate 13. FIG.
In the case where the resin film (A) is formed on a substrate different from the first substrate 13 and no charge is injected on the substrate, the substrate can be used without any particular material. .
When the resin film (A) is formed on a substrate different from the first substrate 13 and the charge is injected on the substrate, the substrate is used when the charge is injected into the obtained laminate. A substrate that can be connected to ground is used. Preferred materials include, for example, conductivity such as gold, silver, copper, nickel, chromium, aluminum, titanium, tungsten, molybdenum, tin, cobalt, palladium, platinum, and an alloy containing at least one of these as a main component. These metals are mentioned. The substrate is made of an insulating material other than a conductive metal, for example, an inorganic material such as glass, a polymer compound material such as polyethylene terephthalate, polyimide, polycarbonate, or acrylic resin (insulating substrate). In addition, a metal film or a metal oxide such as ITO (Indium Tin Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), zinc oxide, titanium dioxide, or tin oxide by a method such as sputtering, vapor deposition, or wet coating on the surface; polyaniline, polypyrrole , PEDOT / PSS, an organic conductive material made of carbon nanotubes, or the like may be used. Further, a semiconductor material such as silicon can be used as a substrate if the same surface treatment is performed or the semiconductor material itself has a low resistance value. The resistance value of the substrate material is preferably 0.1 Ωcm or less, more preferably 0.01 Ωcm or less, in terms of volume resistivity. With such a low resistance substrate material, it is possible to produce an electret by injecting a charge as it is into the laminate formed on the substrate.

以上、図1〜8を用いて本発明の架空ケーブルモニタリングシステムの構成を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
たとえば、上記実施形態では、センサノード100から無線送信されたデータを受信する受信装置(中継ノード110、ゲートウェイ120)とは別に、データの処理(記録、解析等)を行う処理装置(サーバ)を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、受信装置として、処理装置の機能を兼ね備えたものを用いてもよい。
センサノード100の通信部103は、受信機能も兼ね備えたものでもよい。この機能により双方向の通信が可能となり、処理装置(サーバ)からセンシングに関しての条件(例えば異常を判定するための閾値)を変更することが可能となる。
また、センサノード100を1つの中継ノード110の周囲に複数配置したスター型のネットワーク構造の例を示したが、センサノード100間の同期化をとるネットワーク構造としてもよい。この場合、センサノード間のホッピング通信が可能となり、これによって中継ノード110の削減を図ることができる。あるいはメッシュ型のネットワーク構造にすることで、より信頼性の高いシステム構築が可能となる。
As mentioned above, although the structure of the aerial cable monitoring system of this invention was demonstrated using FIGS. 1-8, this invention is not limited to this.
For example, in the above embodiment, a processing device (server) that performs data processing (recording, analysis, etc.) is provided separately from the receiving device (relay node 110, gateway 120) that receives data wirelessly transmitted from the sensor node 100. Although the example provided is shown, the present invention is not limited to this, and a reception device having the function of a processing device may be used.
The communication unit 103 of the sensor node 100 may also have a reception function. This function enables two-way communication, and it is possible to change a sensing condition (for example, a threshold for determining abnormality) from the processing device (server).
Further, although an example of a star-type network structure in which a plurality of sensor nodes 100 are arranged around one relay node 110 is shown, a network structure that synchronizes the sensor nodes 100 may be used. In this case, hopping communication between the sensor nodes is possible, thereby reducing the number of relay nodes 110. Alternatively, a more reliable system can be constructed by using a mesh type network structure.

本発明の架空ケーブルモニタリングシステムが備えるセンサノードの構成は、上記実施形態に示すセンサノード100の構成に限定されるものではない。たとえば振動発電器1は、静電誘導型発電素子として、含フッ素重合体(a)または材料(a’)を含有するエレクトレットを備えるものを用いる以外は、公知の静電誘導型の振動発電器の構成を適宜採用できる。
たとえば上記実施形態では、エレクトレット12と第二の電極21との相対的な運動が、第一の基板13の振動により実現されているが、これに限られるものではない。たとえば、第一の基板13と第二の基板22とを入れ替えて、第二の基板22が振動するようにしてもよい。
また、本実施形態では、エレクトレット12が第一の電極11の上面を被覆する例を示したが本発明はこれに限定されず、エレクトレット12が、第一の電極11の上面および側面を被覆してもよい。
The configuration of the sensor node provided in the aerial cable monitoring system of the present invention is not limited to the configuration of the sensor node 100 shown in the above embodiment. For example, the vibration power generator 1 is a known electrostatic induction vibration generator, except that an electrostatic induction power generation element is used which includes an electret containing a fluoropolymer (a) or a material (a ′). The configuration can be appropriately adopted.
For example, in the above embodiment, the relative movement between the electret 12 and the second electrode 21 is realized by the vibration of the first substrate 13, but is not limited thereto. For example, the first substrate 13 and the second substrate 22 may be interchanged so that the second substrate 22 vibrates.
Moreover, in this embodiment, although the electret 12 showed the example which coat | covers the upper surface of the 1st electrode 11, this invention is not limited to this, The electret 12 coat | covers the upper surface and side surface of the 1st electrode 11. May be.

また、第一の電極、第二の電極がそれぞれ櫛形状のパターンで形成されたパターン電極(第一の電極11、第二の電極21)であり、エレクトレットを構成する樹脂膜(A)が、第一の電極11の櫛歯部分に対応するパターン、つまり複数のラインが平行に配置されたパターンで形成されたパターンで形成されたパターン膜である例を示したが本発明はこれに限定されない。
たとえば第一の電極、第二の電極、エレクトレットを、他のパターンで形成してもよい。該他のパターンとしては、たとえば従来、静電誘導型発電素子に用いられているパターン電極の形状を適宜採用できる。櫛形状およびライン状以外の形状としては、たとえばリング状、市松模様状等が挙げられる。基板表面に形成されるパターン電極およびパターン膜の数は、それぞれ1つであってもよく、複数であってもよい。
また、第一の電極、第二の電極、エレクトレットが、それぞれ、パターニングされておらず、第一の基板13、第二の基板22それぞれの全面を被覆していてもよい。
Further, the first electrode and the second electrode are pattern electrodes (first electrode 11 and second electrode 21) each formed in a comb-shaped pattern, and the resin film (A) constituting the electret is Although the pattern film formed by the pattern corresponding to the comb-tooth portion of the first electrode 11, that is, the pattern formed by the pattern in which a plurality of lines are arranged in parallel is shown, the present invention is not limited to this. .
For example, the first electrode, the second electrode, and the electret may be formed in other patterns. As the other pattern, for example, the shape of a pattern electrode conventionally used for an electrostatic induction power generation element can be appropriately employed. Examples of shapes other than the comb shape and the line shape include a ring shape and a checkered pattern. The number of pattern electrodes and pattern films formed on the substrate surface may be one or plural, respectively.
The first electrode, the second electrode, and the electret may not be patterned, and may cover the entire surfaces of the first substrate 13 and the second substrate 22, respectively.

上記実施形態では、第一の基板13および第二の基板22がそれぞれ、表面が平滑な平板であり、その表面にそれぞれ第一の電極11、第二の電極21が形成された例を示したが、第一の基板13または第二の基板22として、表面に凹凸が形成された基板を用いてもよい。たとえば第二の基板22として、表面に、第二の電極21に対応するパターンの凹凸が形成された基板を用いてもよい。該基板には、その他のパターンの凹凸が形成されていてもよい。
表面に凹凸が形成された基板の作製方法としては、真空プロセス、湿式プロセス等の従来公知の方法が利用でき、特に限定されない。真空プロセスとしては、マスクを介したスパッタリング法、マスクを介した蒸着法等が挙げられる。湿式プロセスとしては、ロールコーター法、キャスト法、ディッピング法、スピンコート法、水上キャスト法、ラングミュア・ブロジェット法、ダイコート法、インクジェット法、スプレーコート法等が挙げられる。また、凸版印刷法、グラビア印刷法、平板印刷法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法などの印刷技術も用いることができる。さらに、表面に微細な凹凸が形成された基板の作製方法として、ナノインプリント法、フォトリソグラフィー法なども挙げられる。
In the said embodiment, the 1st board | substrate 13 and the 2nd board | substrate 22 were respectively flat surfaces, and the example in which the 1st electrode 11 and the 2nd electrode 21 were each formed in the surface was shown. However, as the first substrate 13 or the second substrate 22, a substrate having irregularities formed on the surface may be used. For example, as the second substrate 22, a substrate having a surface with uneven patterns corresponding to the second electrode 21 may be used. The substrate may be provided with other pattern irregularities.
As a method for producing a substrate having a surface with unevenness, a conventionally known method such as a vacuum process or a wet process can be used, and is not particularly limited. Examples of the vacuum process include a sputtering method through a mask and a vapor deposition method through a mask. Examples of the wet process include a roll coater method, a cast method, a dipping method, a spin coat method, a water cast method, a Langmuir / Blodget method, a die coat method, an ink jet method, and a spray coat method. Printing techniques such as letterpress printing, gravure printing, lithographic printing, screen printing, and flexographic printing can also be used. Furthermore, examples of a method for manufacturing a substrate having fine unevenness on the surface include a nanoimprint method and a photolithography method.

第一の電極11が有する複数の櫛歯部分の間に、ガード電極を形成してもよい。エレクトレット12と対向することにより静電誘導が生じた第二の電極21が、相対的な位置が変動した際にガード電極と対向することで、第二の電極21に生じる電位の変化が大きくなり、発電量が増大する。同様の理由から、第二の電極21が有する複数の櫛歯部分の間に、ガード電極を形成してもよい。ガード電極は、第一の電極11と同様にして形成できる。ガード電極は通常接地される。   A guard electrode may be formed between the plurality of comb-tooth portions of the first electrode 11. When the second electrode 21 in which electrostatic induction has occurred by facing the electret 12 faces the guard electrode when the relative position fluctuates, a change in potential generated in the second electrode 21 increases. The amount of power generation increases. For the same reason, a guard electrode may be formed between the plurality of comb-tooth portions of the second electrode 21. The guard electrode can be formed in the same manner as the first electrode 11. The guard electrode is usually grounded.

1…振動発電器、2…電力制御回路、3…静電誘導型発電素子、4…電力変換回路部、5…蓄電部、6…筐体、10…可動電極部、11…第一の電極、12…エレクトレット、13…第一の基板、14…枠部材、15…ばね部材、20…固定電極部、21…第二の電極、22…第二の基板、23…固定部材、41…整流回路、42…電圧変換回路、100…センサノード、101…電源部、102…センサ、103…通信部、104…アンテナ、105…制御部、110…中継ノード、120…ゲートウェイ、200…架空ケーブル   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibration generator, 2 ... Power control circuit, 3 ... Electrostatic induction type power generation element, 4 ... Power conversion circuit part, 5 ... Power storage part, 6 ... Case, 10 ... Movable electrode part, 11 ... First electrode , 12 ... electret, 13 ... first substrate, 14 ... frame member, 15 ... spring member, 20 ... fixed electrode portion, 21 ... second electrode, 22 ... second substrate, 23 ... fixed member, 41 ... rectification Circuit, 42 ... Voltage conversion circuit, 100 ... Sensor node, 101 ... Power supply unit, 102 ... Sensor, 103 ... Communication unit, 104 ... Antenna, 105 ... Control unit, 110 ... Relay node, 120 ... Gateway, 200 ... Aerial cable

Claims (7)

架空ケーブルに設置され、架空ケーブルの状況を示す情報を検知してその情報を無線送信する複数のセンサノードと、前記センサノードから無線送信された情報を受信する受信装置とを備える架空ケーブルモニタリングシステムであって、
前記センサノードが、独立した電源として振動発電器を備え、
前記振動発電器が、第一の電極と、前記第一の電極上に設けられたエレクトレットと、前記エレクトレットから離間配置された第二の電極とを備え、架空ケーブルの振動によって前記エレクトレットおよび前記第二の電極の一方が他方に対して相対的に運動するように構成された静電誘導型発電素子を備え、
前記エレクトレットが、主鎖に脂肪族環を有する含フッ素重合体(a)または該含フッ素重合体(a)に由来する材料(a’)を含有する樹脂膜に電荷を注入してなるものであることを特徴とする架空ケーブルモニタリングシステム。
An aerial cable monitoring system comprising a plurality of sensor nodes that are installed in an aerial cable, detect information indicating the status of the aerial cable, and wirelessly transmit the information, and a receiving device that receives information wirelessly transmitted from the sensor node Because
The sensor node includes a vibration power generator as an independent power source,
The vibration power generator includes a first electrode, an electret provided on the first electrode, and a second electrode spaced apart from the electret, and the electret and the first by vibration of an aerial cable. Comprising an electrostatic induction power generating element configured such that one of the two electrodes moves relative to the other;
The electret is formed by injecting electric charge into a fluoropolymer (a) having an aliphatic ring in the main chain or a resin film containing a material (a ′) derived from the fluoropolymer (a). An aerial cable monitoring system characterized by being.
前記エレクトレットおよび前記第二の電極の一方が、他方に対して平行に配置され、前記架空ケーブルの中心方向に向かって垂直方向に往復運動するように構成されている、請求項1に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The aerial according to claim 1, wherein one of the electret and the second electrode is arranged parallel to the other and configured to reciprocate in a vertical direction toward a center direction of the aerial cable. Cable monitoring system. 前記静電誘導型発電素子が、前記架空ケーブルの外周上に複数設置されている、請求項1または2に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The aerial cable monitoring system according to claim 1, wherein a plurality of the electrostatic induction power generation elements are installed on an outer periphery of the aerial cable. 前記架空ケーブルの状況を示す情報が、温度、振動および加速度から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The aerial cable monitoring system according to any one of claims 1 to 3, wherein the information indicating the status of the aerial cable is at least one selected from temperature, vibration, and acceleration. 前記架空ケーブルが通信用ケーブルまたは送電線である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The aerial cable monitoring system according to claim 1, wherein the aerial cable is a communication cable or a power transmission line. 前記含フッ素重合体(a)が、末端基としてカルボキシ基またはアルコキシカルボニル基を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The aerial cable monitoring system according to any one of claims 1 to 5, wherein the fluoropolymer (a) has a carboxy group or an alkoxycarbonyl group as a terminal group. 前記材料(a’)が、前記含フッ素重合体(a)と、アミノ基を有するシランカップリング剤との混合物または反応生成物を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の架空ケーブルモニタリングシステム。   The fictive according to any one of claims 1 to 6, wherein the material (a ') includes a mixture or a reaction product of the fluoropolymer (a) and a silane coupling agent having an amino group. Cable monitoring system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160204655A1 (en) * 2013-09-19 2016-07-14 Remoni Aps Energy Harvesting Device
WO2020032099A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-13 株式会社てつでん Inspection device and overhead line maintenance management system
JP2020117964A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 日本地工株式会社 Facility state determining system, facility state determining method, and monitoring device
JP2020178447A (en) * 2019-04-18 2020-10-29 中国電力株式会社 Power supply system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05191909A (en) * 1992-01-13 1993-07-30 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Monitoring equipment for vibration of overhead line
JP2004274843A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Tokyo Electric Power Co Inc:The Abnormal oscillation detecting system
JP2005147907A (en) * 2003-11-18 2005-06-09 Chugoku Electric Power Co Inc:The Abnormal vibration detecting mechanism for overhead power transmission line

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05191909A (en) * 1992-01-13 1993-07-30 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd Monitoring equipment for vibration of overhead line
JP2004274843A (en) * 2003-03-06 2004-09-30 Tokyo Electric Power Co Inc:The Abnormal oscillation detecting system
JP2005147907A (en) * 2003-11-18 2005-06-09 Chugoku Electric Power Co Inc:The Abnormal vibration detecting mechanism for overhead power transmission line

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014027096; '環境発電アプリケーションのための低共振周波数マイクロエレクトレット発電器' NanotechJapan Bulletin Vol. 3,No.4, 20100804, p.8-1〜p.8-5, 独立行政法人物質・材料研究機構 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160204655A1 (en) * 2013-09-19 2016-07-14 Remoni Aps Energy Harvesting Device
JP2016533699A (en) * 2013-09-19 2016-10-27 リモニ エイピーエスRemoni Aps Energy harvesting device
US10862334B2 (en) 2013-09-19 2020-12-08 Remoni Aps Energy harvesting device
WO2020032099A1 (en) * 2018-08-07 2020-02-13 株式会社てつでん Inspection device and overhead line maintenance management system
JP2020024129A (en) * 2018-08-07 2020-02-13 株式会社てつでん Detection device and wiring maintenance and management system
JP2020117964A (en) * 2019-01-25 2020-08-06 日本地工株式会社 Facility state determining system, facility state determining method, and monitoring device
JP2020178447A (en) * 2019-04-18 2020-10-29 中国電力株式会社 Power supply system
JP7275799B2 (en) 2019-04-18 2023-05-18 中国電力株式会社 power supply system

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