JP2018064012A - 素子 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同等の発電をする複数の素子が段階的に発電することで、安定した出力を得ることを、その目的とする。
本発明に係る実施形態に係る素子は、外力を電力に変換する素子であって、同形状で積層された複数の素子が段階的変形することで、各層の素子の発電する電圧を等しく、発電出力を安定して持続可能としたものである。なお、本実施形態において、素子とは発電素子(積層素子)として説明するが、このような形態に限定するものではない。
第一電極102、及び第二電極104の材質、形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。第一電極102、及び第二電極104において、その材質、形状、大きさ、構造は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。炭素系導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーと、ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム・酸化亜鉛(IZO)、酸化亜鉛などが挙げられる。
前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料(例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー(CF)、カーボンナノファイバー(CNF)、カーボンナノチューブ(CNT)、グラフェンなど)、金属フィラー(金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケルなど)、導電性高分子材料(ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど)、イオン液体などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
第一電極102、及び第二電極104の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、導電性及び可撓性の点から、0.01μm〜1mmが好ましく、0.1μm〜500μmがより好ましい。このように平均厚みが、0.01μm以上であると、機械的強度が適正であり、導電性が向上する。また、このように平均厚みが、1mm以下であると、発電素子100が変形可能であり、発電性能が良好である。
つまり、中間層103の第一電極側と第二電極側とは同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なるように構成されている。
図2は、図1に示した発電素子100を用いて作製された素子としての積層素子である発電素子200の構成を示す図である。図2では、発電素子100に相当する素子201、202、203を3つ用いて3層構造の積層素子とした発電素子200を示すが、発電素子200の層構造としては3層に限定するものではなく、2以上の整数層の素子を有する発電素子200であればよい。なお、図2の説明では、素子201を第一層素子201とし、素子202を第二層素子202とし、素子203を第三層素子203とする。発電素子200は、第一層素子201から第三層素子203が並列配置されて積層されているが、互いに接着はされておらず、独立して変形可能に構成されている。第一層素子201から第三層素子203は、それぞれ変形することで発電するが、同一の力が加わり、同一の変形(変形率)が行われることで、同一の電圧が出力されるように構成されている。
図4は、第2の実施形態の構成を示す。本実施形態に係る素子としての発電素子300は、素子(層素子)としての第一層素子301、第二層素子302、第三層素子303を備えている。第一層素子301〜第三層素子303は、第一電極102A〜102C、中間層103A〜103C、第二電極104A〜104Cを積層した状態で備えている。この発電素子300の構成では、第一層素子301〜第三層素子303を構成する第一基板と第二基板を部分的に共通化している。すなわち、第一層素子301〜第三層素子303の三層で構成された発電素子300において、中間層となる第二層素子302の第一基板301Bは、前層であり第二層素子302と隣接する第一層素子301の第二基板305Aと共通な基板300Aとされている。第二層素子302の第二基板305Bは、後層となる第三層素子303の第一基板301Cと共通の基板300Bとされている。つまり、図4の左から2番目の共通な基板300Aは、第一層素子301の第二基板305Aであり、第二層素子302の第一基板301Bということになる。図4の左から3番目の基板300Bは、第一層素子301の第一基板301Cであり、第二層素子302の第二基板305Bということになる。
図6(a)に示した発電素子400(積層素子1)の各中間層と各第一電極及び各第二電極の大きさは、それぞれ縦40mm横50mmで、第一層素子201の第一基板201Aと第二基板205Bは縦80mm横100mmであり、以下第二層素子202、第三層素子203と縦の長さが1mmずつ短くした。図6(b)に示した発電素子500(積層素子2)は、各中間層と各第一電極と各第二電極の大きさが、縦40mm横50mmで、それぞれの第一基板と第二基板の大きさが縦80mm、横100mmの層素子を3層積層した。図6(b)では、これら三層の素子を第一層素子501、第二層素子502、第三層素子503とする。
オシロスコープはTPS2024を用いプローブはTPP0201(入力インピーダンス10M)を用いた。発電した出力は直接オシロスコープのプローブに入力して測定した。
波形Aは発電素子400(積層素子1)の発電波形を示し、波形Bは発電素子500(積層素子2)の発電波形を示す。長さの違う素子で構成された発電素子400(積層素子1)の波形Aは、長さの同じ素子で構成された発電素子500(積層素子2)の波形Bと比べて発電時間が長いことが分かる。このように素子の長さを変えて発電を段階的に起こすことで、より安定した出力が得られることが分かる。
積層素子3は、中間層の大きさが縦70mm、横105mmで、電極が縦65mm、横100mmであり、第一層素子の基板は縦100mm横110mmであり、以下第二層素子、第三層素子、第四層素子、第五層素子と縦の長さが1mmずつ短くした。積層素子4は、中間層の大きさが縦70mm、横105mmで、電極が縦65mm、横100mmであり、基板の大きさが縦100mm、横110mmの素子を5層積層した。
オシロスコープはTPS2024を用いプローブはP5150(入力インピーダンス40M)を用いた。発電した出力は直接オシロスコープのプローブに入力して測定した。
波形Cは積層素子3の発電波形を示し、波形Dは積層素子4の発電波形を示す。長さの違う素子で構成された積層素子3の波形Cは、長さの同じ素子で構成された積層素子4の波形Dとくらべ発電時間が長いことが分かる。このように素子の長さを変えて発電を段階的に起こすことで、より安定した出力が得られることが分かる。図5の波形と比較すると、接触帯電、剥離帯電による発電を行うものでは効果がより大きくなる。
このように、長さ違いの素子が段階的に変形することで、長時間の出力を得られるようになってことで、より短時間で充電部を充電することができる。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
202,302,402,502 素子(第二層素子)
203,303,403,503 素子(第三層素子)
200,300,400,500 素子(発電素子)
101A,101B,101C 基材(第一基板)
102A,102B,102C 電極(第一電極)
103A,103B,103C 中間層
104A,104B,104C 電極(第二電極)
105A,105B,105C 基材(第二基板)
300A,300B 共通な基板
400A,400B 共通な基板
500A,500B 共通な基板
Claims (4)
- 加圧することで発電する2以上の整数個の素子が積層された素子であって、
前記素子が加圧方向と垂直方向に変形可能であり、各素子の基材の長さが、1方向に順に短く形成されていて、加圧により、段階的に変形して発電することを特徴とする素子。 - 前記素子は、電極と、前記電極と接触する中間層を有し、
前記中間層は、前記電極との接触帯電または剥離帯電により発電することを特徴とする請求項1に記載の素子。 - 前記素子は、第一電極と、第二電極と、前記第一電極と第二電極の間に配置され前記第一電極と前記第二電極とに接触する中間層を有し、前記第一電極、前記中間層および前記第二電極はこの順序で積層されていて、
前記中間層は可撓性を有し、前記中間層の第一電極側と第二電極側とは同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なる請求項1に記載の素子。 - 前記複数の素子のうち、第一層素子と隣接された第二層素子以降の素子の第一基板は、前記第二層素子よりも一層上の層素子の第二基板と共通な基板となるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の素子。
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JP2016200808A JP2018064012A (ja) | 2016-10-12 | 2016-10-12 | 素子 |
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WO2019188658A1 (ja) | 2018-03-29 | 2019-10-03 | テルモ株式会社 | 撮像デバイス |
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2016
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