JP2018191454A - Power generation body, power generator and pressure sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電体、発電装置及び圧力センサに関する。 The present invention relates to a power generator, a power generator, and a pressure sensor.
従来から、接触帯電を利用した発電体が知られている。このような発電体としては、例えば特開2016−88473号公報(特許文献1)に記載の発電体及び特表2016−510206号公報(特許文献2)に記載の発電体が知られている。 Conventionally, power generators using contact charging are known. As such a power generation body, for example, a power generation body described in JP-A-2006-88473 (Patent Document 1) and a power generation body described in JP-A-2006-510206 (Patent Document 2) are known.
特許文献1に記載の発電体は、第1電極構造体と、第2電極構造体とを有している。第1電極構造体及び第2電極構造体は、帯電体を有している。第1電極構造体及び第2電極構造体は、帯電体が設けられている面が対向するように互いに離間して配置されている。特許文献1に記載の発電体は、外部から印加される圧力で第1電極構造体の帯電体と第2電極構造体の帯電体とが接触することにより、発電が行われる。
The power generation body described in
特許文献2に記載の発電体は、導電層と、摩擦層とを有している。導電層は、導電層の下面が摩擦層の上面と対向するように配置されている。特許文献2に記載の発電体においては、導電層の下面が摩擦層の上面上において相対的にスライドすることにより、発電が行われる。
The power generation element described in
特許文献1に記載の発電体においては、第1電極構造体と第2電極構造体とを離間して配置する必要があるため、発電体の構造が複雑となる。特許文献2に記載の発電体においては、導電層の下面を摩擦層の上面に対して相対的にスライド可能な構造を有する必要があるため、発電体の構造が複雑となる。
In the power generation body described in
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。具体的には、本発明は、構造をシンプル化させることが可能な発電体、発電装置及び圧力センサを提供するものである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. Specifically, the present invention provides a power generator, a power generator, and a pressure sensor capable of simplifying the structure.
本発明の一態様に係る発電体は、第1面を有する第1部材と、第2面を有する第2部材とを備える。第1部材は、第1面を構成する第1絶縁膜を有する。第2部材は、第2面を構成し、かつ第1絶縁膜と接することにより第1絶縁膜と逆の極性に帯電する第2絶縁膜を有する。第1部材と前記第2部材とは、第1面と第2面とが対向して接するように配置される。第1部材及び第2部材が相対的に近づくように圧力が加わることにより、第1面と第2面との真実接触面積が変化する。本発明の一態様に係る発電体によると、発電体の構造をシンプル化させることができる。 The power generation body according to one aspect of the present invention includes a first member having a first surface and a second member having a second surface. The first member has a first insulating film constituting the first surface. The second member includes a second insulating film that forms the second surface and is charged to a polarity opposite to that of the first insulating film by contacting the first insulating film. The first member and the second member are arranged so that the first surface and the second surface are in contact with each other. By applying pressure so that the first member and the second member are relatively close to each other, the true contact area between the first surface and the second surface is changed. According to the power generator according to one embodiment of the present invention, the structure of the power generator can be simplified.
上記の発電体において、第1部材は、第1絶縁膜に接する導電性の第1可撓部をさらに有していてもよい。第2部材は、第2絶縁膜に接する導電性の第2可撓部をさらに有していてもよい。第1可撓部の弾性率は、前記第1絶縁膜よりも低くてもよい。第2可撓部の弾性率は、第2絶縁膜よりも低くてもよい。第1面及び第2面の少なくとも一方には、凹凸が設けられる。 In the above power generator, the first member may further include a conductive first flexible portion in contact with the first insulating film. The second member may further include a conductive second flexible portion in contact with the second insulating film. The elastic modulus of the first flexible part may be lower than that of the first insulating film. The elastic modulus of the second flexible part may be lower than that of the second insulating film. Concavities and convexities are provided on at least one of the first surface and the second surface.
上記の発電体において、第1可撓部及び第2可撓部は、導電性のエラストマー又は表面が導電膜で被覆された絶縁性のエラストマーにより構成されていてもよい。 In the above power generator, the first flexible portion and the second flexible portion may be made of a conductive elastomer or an insulating elastomer whose surface is covered with a conductive film.
上記の発電体は、第1部材及び第2部材のうち、上方に位置する方に取り付けられるおもりをさらに備えていてもよい。この場合、発電量を上昇させることができる。 Said electric power generation body may further be equipped with the weight attached to the direction located upward among the 1st member and the 2nd member. In this case, the power generation amount can be increased.
上記の発電体において、第1面及び第2面の少なくとも一方は、100μm以上2mm以下の十点平均粗さを有していてもよい。この場合、発電量を上昇させることができる。 In the above power generator, at least one of the first surface and the second surface may have a ten-point average roughness of 100 μm to 2 mm. In this case, the power generation amount can be increased.
上記の発電体は、第3部材をさらに備えていてもよい。第3部材は、第1可撓部の第1絶縁膜とは反対側及び第2可撓部の第2絶縁膜とは反対側に取り付けられていてもよい。第3部材の弾性率は、第1可撓部及び第2可撓部よりも小さくてもよい。この場合、発電量を上昇させることができる。 The power generator may further include a third member. The third member may be attached to the side of the first flexible part opposite to the first insulating film and the side of the second flexible part opposite to the second insulating film. The elastic modulus of the third member may be smaller than that of the first flexible part and the second flexible part. In this case, the power generation amount can be increased.
上記の発電体において、第1部材は、導電性の第1繊維をさらに有していてもよい。第2部材は、導電性の第2繊維をさらに有していてもよい。第1繊維の外周面は、第1絶縁膜により被覆され、第2繊維の外周面は、第2絶縁膜により被覆されていてもよい。第1部材及び第2部材が相対的に近づくように圧力が加わることにより、第2部材が第1面に沿って変形することにより第1面と第2面との真実接触面積が変化してもよい。 In the above power generation body, the first member may further include a conductive first fiber. The second member may further have a conductive second fiber. The outer peripheral surface of the first fiber may be covered with a first insulating film, and the outer peripheral surface of the second fiber may be covered with a second insulating film. When pressure is applied so that the first member and the second member are relatively close to each other, the second member is deformed along the first surface, whereby the true contact area between the first surface and the second surface is changed. Also good.
上記の発電体においては、第1絶縁膜及び第2絶縁膜を構成する材料は、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリイソプチレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリクロロプレン、天然ゴム、ポリアクリロニトリル、ポリジフェノールカーボネート、塩化ポリエーテル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレン共重合体からなる群から選択されてもよい。上記の発電体においては、第1絶縁膜及び第2絶縁膜を構成する材料は互いに異なっていてもよい。 In the above power generator, the materials constituting the first insulating film and the second insulating film are polymethyl methacrylate, nylon, polyvinyl alcohol, polyester, polyisobutylene, polyurethane, polyethylene terephthalate, polyvinyl butyral, polychloroprene, natural rubber, poly Group consisting of acrylonitrile, polydiphenol carbonate, polyether chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyimide, polyvinyl chloride, polydimethylsiloxane, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene copolymer May be selected. In the above power generator, the materials constituting the first insulating film and the second insulating film may be different from each other.
上記の発電体においては、第1絶縁膜及び第2絶縁膜のうち正に帯電する方は、ダイヤモンドライクカーボン膜であってもよい。この場合、発電量の経時変化を抑制することができる。 In the power generator described above, the positively charged one of the first insulating film and the second insulating film may be a diamond-like carbon film. In this case, a change with time in the amount of power generation can be suppressed.
上記の発電体においては、第1絶縁膜及び第2絶縁膜のうち負に帯電する方は、パーフルオロポリエーテル膜であってもよい。この場合、発電量の経時変化を抑制することができる。 In the power generator described above, the negatively charged one of the first insulating film and the second insulating film may be a perfluoropolyether film. In this case, a change with time in the amount of power generation can be suppressed.
上記の発電体においては、第1絶縁膜及び第2絶縁膜の少なくとも一方は、厚さが20μm以下であってもよい。この場合、発電量を上昇させることができる。 In the above power generator, at least one of the first insulating film and the second insulating film may have a thickness of 20 μm or less. In this case, the power generation amount can be increased.
本発明の一態様に係る発電装置は、上記の発電体を、複数備える。複数の発電体の各々は、第1部材から第2部材に向かう方向に沿って積層される。本発明の一態様に係る発電装置によると、シンプルな構造により発電量を増加させることができる。 A power generator according to one embodiment of the present invention includes a plurality of the power generators described above. Each of the plurality of power generators is stacked along a direction from the first member toward the second member. With the power generation device according to one embodiment of the present invention, the amount of power generation can be increased with a simple structure.
本発明の一態様に係る圧力センサは、上記の発電体と、上記の発電体に接続される検知部とを備える。検知部は、発電体から出力される電流及び電圧の少なくとも一方を検知する。本発明の一態様に係る圧力センサによると、発電体に外部から印加される圧力を検知することができる。 The pressure sensor which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with said electric power generation body and the detection part connected to said electric power generation body. The detection unit detects at least one of a current and a voltage output from the power generator. With the pressure sensor according to one aspect of the present invention, it is possible to detect the pressure applied to the power generator from the outside.
本発明の一態様に係る発電体、発電装置及び圧力センサによると、構造をシンプル化することができる。 According to the power generator, the power generator, and the pressure sensor according to one embodiment of the present invention, the structure can be simplified.
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(第1実施形態)
以下に、第1実施形態に係る発電体の構成について説明する。
(First embodiment)
Below, the structure of the electric power generation body which concerns on 1st Embodiment is demonstrated.
図1は、第1実施形態に係る発電体の断面図である。図1に示すように、第1実施形態に係る発電体は、第1部材1と、第2部材2とを有している。第1部材1は、第1面1aを有している。第2部材2は、第2面2aを有している。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the power generator according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the power generation body according to the first embodiment includes a
第1部材1は、第1絶縁膜11を有している。第1絶縁膜11は、第1部材1の第1面1aを構成している。すなわち、第1絶縁膜11は、第1部材1の最も第1面1a側に位置している。第2部材2は、第2絶縁膜21を有している。第2絶縁膜21は、第2部材2の第2面2aを構成している。すなわち、第2絶縁膜21は、第2部材2の最も第2面2a側に位置している。
The
第1絶縁膜11は、第2絶縁膜21と接することにより、第2絶縁膜21と逆の極性に帯電する材料により構成されている。例えば、第1絶縁膜11が第2絶縁膜21との接触により正に帯電する場合、第2絶縁膜21は、第1絶縁膜11との接触により、負に帯電する。第1絶縁膜11及び第2絶縁膜21を構成する材料は、例えば、ポリメチルメタクリレート、ナイロン、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリイソプチレン、ポリウレタン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルブチラール、ポリクロロプレン、天然ゴム、ポリアクリロニトリル、ポリジフェノールカーボネート、塩化ポリエーテル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリ塩化ビニル、ポリジメチルシロキサン、ポリテトラフルオロエチレン、四フッ化エチレン及び六フッ化プロピレン共重合体からなる群から選択される。
The first insulating
第1絶縁膜11を構成する材料と第2絶縁膜21を構成する材料とは、互いに異なっている。第1絶縁膜11を構成する材料は、帯電列上において、第2絶縁膜を構成する材料から離れた位置にあることが好ましい。
The material constituting the first insulating
第1絶縁膜11は厚さT1を有しており、第2絶縁膜21は厚さT2を有している。厚さT1及び厚さT2の少なくとも一方は、20μm以下であることが好ましい。厚さT1及び厚さT2の双方は、20μm以下であることがさらに好ましい。
The first insulating
第1部材1と第2部材2とは、第1面1aと第2面2aとが対向して接するように配置されている。但し、第1面1a及び第2面2aは、一部においては接しているが、全部においては接していない。第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくように圧力(図2参照)が加えられることにより、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積が変化する。なお、第1面1aと第2面2aとの接触は、例えばコの字型を有し、第1部材1及び第2部材2を挟持する挟持部材5により確保される。但し、第1面1aと第2面2aとの接触を確保するための構成は、これに限られるものではない。
The
第1部材1は、第1可撓部12を有していてもよい。第1可撓部12は、第1絶縁膜11に接するように配置されている。より具体的には、第1可撓部12は、第1絶縁膜11の第1面1aとは反対側の面に接して配置されている。第1可撓部12は、可撓性を有している。すなわち、第1可撓部12は、第1絶縁膜11よりも弾性率が低い。第1可撓部12を構成する材料は、エラストマーであることが好ましい。すなわち、第1可撓部12を構成する材料は、ゴム弾性を有していることが好ましい。
The
第1可撓部12は、導電性を有している。第1可撓部12は、例えば導電性を有するエラストマーにより構成されている。第1可撓部12は、表面が導電膜で被覆された絶縁性のエラストマーにより構成されていてもよい。絶縁性のエラストマーは、例えばニトリルゴム、シリコンゴムである。絶縁性のエラストマーの表面を被覆する導電膜を構成する材料は、例えばAg(銀)、Cu(銅)である。
The first
第1面1aには、凹凸が設けられていてもよい。第1面1aの十点平均粗さは、100μm以上2mm以下であることが好ましい。なお、第1面1aの十点平均粗さは、JIS B 0601:2001にしたがって測定される。例えば、第1可撓部12の第1絶縁膜11側の面に凹凸が設けられることにより、第1面1aの凹凸が形成されている。
The
第2部材2は、第2可撓部22を有していてもよい。第2可撓部22は、第2絶縁膜21に接するように配置されている。より具体的には、第2可撓部22は、第2絶縁膜21の第2面2aとは反対側の面に接して配置されている。第2可撓部22は、可撓性を有している。すなわち、第2可撓部22は、第2絶縁膜21よりも弾性率が低い。第2可撓部22を構成する材料は、エラストマーであることが好ましい。すなわち、第2可撓部22を構成する材料は、ゴム弾性を有していることが好ましい。
The
第2可撓部22は、導電性を有している。第2可撓部22は、例えば導電性を有するエラストマーにより構成されている。第2可撓部22は、表面が導電膜で被覆された絶縁性のエラストマーにより構成されていてもよい。絶縁性のエラストマーは、例えばニトリルゴム、シリコンゴムである。絶縁性のエラストマーの表面を被覆する導電膜を構成する材料は、例えばAg、Cuである。
The second
なお、第1実施形態に係る発電体から電流を取り出す際、第1可撓部12と第2可撓部22とは、電気的に接続される。
In addition, when taking out an electric current from the electric power generation body which concerns on 1st Embodiment, the 1st
第2面2aには、凹凸が設けられていてもよい。第2面2aの十点平均粗さは、100μm以上2mm以下であることが好ましい。なお、第2面2aの十点平均粗さは、第1面1aの十点平均粗さと同様の方法により測定される。例えば、第2可撓部22の第2絶縁膜21側の面に凹凸が設けられることにより、第2面2aの凹凸が形成されている。
Concavities and convexities may be provided on the
なお、第1面1a及び第2面2aの十点平均粗さは、双方が100μm以上2mm以下でなくてもよい。第1面1aの十点平均粗さ及び第2面2aの十点平均粗さのいずれか一方が、100μm以上2mm以下であればよい。
Note that the ten-point average roughness of the
以下に、第1実施形態に係る発電体の効果を説明する。
上記のとおり、第1面1a及び第2面2aは、一部においては接しているが、全部においては接していない。そのため、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくように圧力が印加されていない状態においては(以下においては、第1状態という。)、第1可撓部12及び第2可撓部22に誘導される電荷量は相対的に小さい。
Below, the effect of the electric power generation body which concerns on 1st Embodiment is demonstrated.
As described above, the
図2は、第1実施形態に係る発電体に外部から圧力が印加された状態を示す模式図である。図2に示すように、第1実施形態に係る発電体には、外部から、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくように圧力が印加される(この圧力が印加された状態を、以下においては、第2状態という。)。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a state in which pressure is applied from the outside to the power generation body according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, pressure is applied to the power generator according to the first embodiment from the outside so that the
上記のとおり、第1可撓部12及び第2可撓部22は、可撓性を有している。したがって、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくように圧力が印加されることにより、第1部材1及び第2部材2は、第1面1a及び第2面2aの凹凸が平坦になるように変形する。その結果、第2状態においては、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積が増加する。これに伴い、第2状態においては、第1可撓部12及び第2可撓部22に誘導される電荷量が相対的に増加する。
As described above, the first
第1部材1及び第2部材2に対する圧力が除去されることにより、再び発電体は第1状態に戻る。すなわち、第1部材1及び第2部材2に対する圧力が除去されることにより、第1面1a及び第2面2aの真実接触面積が減少する。その結果、第1可撓部12及び第2可撓部22に誘導される電荷量が再び相対的に減少する。そのため、第1可撓部12と第2可撓部22とが電気的に接続されている場合、第2状態において誘導された電荷が、第1可撓部12と第2可撓部22との間で移動し、第1可撓部12と第2可撓部22との間で電流が流れる。このように、第1実施形態に係る発電体によると、シンプルな構造により接触帯電による発電を行うことが可能となる。このような発電体の構造がシンプル化により、発電体の小型化、耐久性を向上及び製造コストを行うことが可能となる。
When the pressure on the
以下に、第1面1a及び第2面2aの表面粗さの影響を評価した試験結果を説明する。この試験においては、第1可撓部12として、50mm×50mmのシリコンゴムの表面に、厚さ0.5μmのAgを蒸着したものを用いた。第1絶縁膜11として、厚さが7μmのポリウレタンを用いた。第2可撓部22として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に厚さが74μmのCu箔を接着したものを用いた。第2絶縁膜21として、厚さが12μmのフッ素樹脂(FEP)を用いた。
Below, the test result which evaluated the influence of the surface roughness of the
図3は、第1面1aの十点平均粗さを変化させた場合の発電量の変化を示すグラフである。第1面1aの十点平均粗さは、30μmから3mmの範囲で変化させた。図3に示すように、第1面1aの十点平均粗さが100μmから2mmの範囲において発電量が立ち上がっていることが確認された。このように、第1実施形態に係る発電体においては、第1面1a及び第2面2aの十点平均粗さの少なくとも一方を100μm以上2mm以下とすることにより、発電量が増加することが実験的に確認された。
FIG. 3 is a graph showing changes in the amount of power generated when the ten-point average roughness of the
図4は、厚さT1と第1実施形態に係る発電体の発電量との関係を示す模式的なグラフである。図4においては、厚さT1が20μmである場合の第1実施形態に係る発電体の発電量を1として、発電量を相対的に表示してある。図4に示すように、第1実施形態に係る発電体の発電量は、厚さT1が小さくなるにしたがって増加する。特に、第1実施形態に係る発電体の発電量は、20μm以下で急激に増加する。このように、厚さT1(厚さT2)を20μm以下とすることにより、発電量の増加が実験的に確認された。 FIG. 4 is a schematic graph showing the relationship between the thickness T1 and the power generation amount of the power generator according to the first embodiment. In FIG. 4, the power generation amount of the power generation body according to the first embodiment when the thickness T1 is 20 μm is set to 1, and the power generation amount is relatively displayed. As shown in FIG. 4, the power generation amount of the power generator according to the first embodiment increases as the thickness T1 decreases. In particular, the power generation amount of the power generation body according to the first embodiment increases rapidly at 20 μm or less. Thus, an increase in the amount of power generation was experimentally confirmed by setting the thickness T1 (thickness T2) to 20 μm or less.
(第2実施形態)
以下に、第2実施形態に係る発電体を説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る発電体と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
(Second Embodiment)
The power generator according to the second embodiment will be described below. In the following, differences from the power generation body according to the first embodiment will be mainly described, and overlapping description will not be repeated.
図5は、第2実施形態に係る発電体の断面図である。図5に示すように、第2実施形態に係る発電体は、第1部材1と、第2部材2とを有している。第1部材1と第2部材2とは、第1面1aと第2面2aとが対向して接するように配置されている。第1面1aと第2面2aとの真実接触面積は、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が加わることにより、変化する。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the power generator according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the power generator according to the second embodiment includes a
第1部材1は、第1絶縁膜11と、第1可撓部12とを有している。第2部材2は、第2絶縁膜21と、第2可撓部22とを有している。これらの点において、第2実施形態に係る発電体の構成は、第1実施形態に係る発電体の構成と共通している。
The
第2実施形態に係る発電体は、第3部材3をさらに有している。この点において、第2実施形態に係る発電体の構成は、第1実施形態に係る発電体の構成と異なっている。
The power generator according to the second embodiment further includes a
第3部材3は、第1可撓部12の第1絶縁膜11とは反対側の面に取り付けられる。第3部材3は、第2可撓部22の第2絶縁膜21とは反対側の面に取り付けられていてもよい。すなわち、第3部材3は、第1可撓部12の第1絶縁膜11とは反対側の面及び第2可撓部22の第2絶縁膜21とは反対側の面の少なくとも一方に取り付けられていればよい。
The
第3部材3は、可撓性を有している。第3部材3は、弾性率が第1可撓部12及び第2可撓部22よりも小さい。第3部材3を構成する材料は、例えばニトリルゴムである。
The
第3部材3は、可撓性があり、第1可撓部12及び第2可撓部22よりも弾性率が低いため、第1可撓部12及び第2可撓部22よりも緩やかに変形する。第2実施形態に係る発電体においては、第3部材3が第1可撓部12の第1絶縁膜11とは反対側の面(第2可撓部22の第2絶縁膜21とは反対側の面)に取り付けられているため、第1状態から第2状態に移行するのに要する時間及び第2状態から第1状態に復元するのに要する時間が長くなる。すなわち、発電に寄与する時間が長くなる。したがって、第2実施形態に係る発電体によると、発電量を増加させることができる。
Since the
図6は、第2実施形態に係る発電体における発電量の時間変化を示す模式的なグラフである。なお、図6に示される試験においては、第1可撓部12として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に、厚さ7μmのAgを蒸着したものを用いた。第1絶縁膜11として、厚さが0.5μmのポリウレタンを用いた。図6に示される試験においては、第2可撓部22として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に厚さが74μmのCu箔を接着したものを用いた。第2絶縁膜21として、厚さが12μmのフッ素樹脂(FEP)を用いた。第3部材3として、第1可撓部12の第1絶縁膜11と反対側の面に、厚さが3mm、弾性率が3MPaの低弾性ゴムシートが取り付けられた。第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力は、発電体を靴のかかとで踏みつけることにより加えられた。図6中においては、比較例として、第3部材3が取り付けられていない場合の発電量が点線により示されている。
FIG. 6 is a schematic graph showing a temporal change in the amount of power generation in the power generation body according to the second embodiment. In the test shown in FIG. 6, as the first
図6に示すように、第2実施形態に係る発電体においては、発電開始から発電終了までの時間(発電時間)が、比較例と比べて長くなっている。また、比較例における圧力印加1回あたりの発電量が0.3μWであったのに対し、第2実施形態に係る発電体における圧力印加1回あたりの発電量は、6.1μWまで上昇した。このように、第2実施形態に係る発電体によると、発電量が増加することが、実験的にも確認された。 As shown in FIG. 6, in the power generation body according to the second embodiment, the time from the start of power generation to the end of power generation (power generation time) is longer than that in the comparative example. In addition, the power generation amount per pressure application in the comparative example was 0.3 μW, whereas the power generation amount per pressure application in the power generation body according to the second embodiment increased to 6.1 μW. Thus, according to the electric power generation body which concerns on 2nd Embodiment, it was confirmed experimentally that electric power generation amount increases.
(第3実施形態)
以下に、第3実施形態に係る発電体を説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る発電体と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
(Third embodiment)
Below, the electric power generation body which concerns on 3rd Embodiment is demonstrated. In the following, differences from the power generation body according to the first embodiment will be mainly described, and overlapping description will not be repeated.
図7は、第3実施形態に係る発電体の断面図である。図7に示すように、第3実施形態に係る発電体は、第1部材1と、第2部材2とを有している。第1部材1と第2部材2とは、第1面1aと第2面2aとが対向して接するように配置されている。第1面1aと第2面2aとの真実接触面積は、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が加わることにより、変化する。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a power generator according to the third embodiment. As shown in FIG. 7, the power generation body according to the third embodiment includes a
第1部材1は、第1絶縁膜11と、第1可撓部12とを有している。第2部材2は、第2絶縁膜21と、第2可撓部22とを有している。これらの点において、第3実施形態に係る発電体の構成は、第1実施形態に係る発電体の構成と共通している。
The
第3実施形態に係る発電体は、おもり4を有している。この点において、第3実施形態に係る発電体は、第1実施形態に係る発電体と異なっている。 The power generator according to the third embodiment has a weight 4. In this respect, the power generation body according to the third embodiment is different from the power generation body according to the first embodiment.
おもり4は、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力を印加するように配置される。より具体的には、おもり4は、第1部材1及び第2部材2のうち、上方(重力方向と反対方向)に位置する方に取り付けられている。図7の例においては、第2部材2が第1部材1の上方に位置し、おもり4は第2部材2に取り付けられている。
The weight 4 is arrange | positioned so that the
第3実施形態に係る発電体は、第1面1aと第2面2aとの間の真実接触面積の変化を利用することにより発電を行う。おもり4が設けられることで、第3実施形態に係る発電体には、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が印加される(以下においては、この圧力を初期押し付け圧力という。)。初期押し付け圧力が大きいほど、外部から第3実施形態に係る発電体に加速度が作用した際、第1部材1及び第2部材2に作用する圧力が大きく変動する。そして、第1部材1及び第2部材2に作用する圧力の変動が大きくなるにしたがい、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積の変動も大きくなる。したがって、第3実施形態に係る発電体によると、発電量を増加させることができる。
The power generation body according to the third embodiment generates power by utilizing the change in the true contact area between the
図8は、第3実施形態に係る発電体における初期押し付け圧力と発電量との関係を示す模式的なグラフである。図8に示される試験においては、第1可撓部12として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に、厚さ0.5μmのAgを蒸着したものを用いた。第1絶縁膜11として、厚さが7μmのポリウレタンを用いた。図5に示される試験においては、第2可撓部22として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に厚さが74μmのCu箔を接着したものを用いた。第2絶縁膜21として、厚さが12μmのフッ素樹脂(FEP)を用いた。
FIG. 8 is a schematic graph showing the relationship between the initial pressing pressure and the power generation amount in the power generation body according to the third embodiment. In the test shown in FIG. 8, the first
おもり4の重量は、初期押し付け圧力が14.1kPa、20.8kPa、34.3kPa、41.1kPa、47.8kPa、54.5kPaとなるように設定された。図8に示される試験においては、第3実施形態に係る発電体は、周波数40Hz、加速度2Gにて加振された。 The weight of the weight 4 was set so that the initial pressing pressure was 14.1 kPa, 20.8 kPa, 34.3 kPa, 41.1 kPa, 47.8 kPa, and 54.5 kPa. In the test shown in FIG. 8, the power generator according to the third embodiment was vibrated at a frequency of 40 Hz and an acceleration of 2G.
図8に示されるように、第3実施形態に係る発電体の発電量は、初期押し付け圧力が増加するにしたがい、増加している。このように、第3実施形態に係る発電体によると発電量が増加することは、実験的にも確認された。 As shown in FIG. 8, the power generation amount of the power generator according to the third embodiment increases as the initial pressing pressure increases. Thus, it has also been experimentally confirmed that the power generation amount increases according to the power generation body according to the third embodiment.
(第4実施形態)
以下に、第4実施形態に係る発電体を説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る発電体と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
(Fourth embodiment)
The power generator according to the fourth embodiment will be described below. In the following, differences from the power generation body according to the first embodiment will be mainly described, and overlapping description will not be repeated.
図9は、第4実施形態に係る発電体の断面図である。図9に示すように、第4実施形態に係る発電体は、第1部材1と、第2部材2とを有している。第1部材1と第2部材2とは、第1面1aと第2面2aとが対向して接するように配置されている。第1面1aと第2面2aとの真実接触面積は、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が加わることにより、変化する。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the power generator according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 9, the power generating body according to the fourth embodiment includes a
第1部材1は、第1絶縁膜11と、第1可撓部12とを有している。第2部材2は、第2絶縁膜21と、第2可撓部22とを有している。これらの点において、第4実施形態に係る発電体の構成は、第1実施形態に係る発電体の構成と共通している。
The
第4実施形態に係る発電体においては、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜21のうち、正に帯電する方が、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜となっている。この点において、第4実施形態に係る発電体は、第1実施形態に係る発電装置と異なっている。第4実施形態に係る発電体においては、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜21のうち、負に帯電する方が、パーフルオロポリエーテル膜であってもよい。
In the power generator according to the fourth embodiment, the positively charged one of the first insulating
第1実施形態に係る発電体は、上記のとおり、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積の変化を利用して発電を行うため、第1面1a及び第2面2aに摩耗が生じる。そのため、第1実施形態に係る発電体においては、このような摩耗に伴い、発電量が経時劣化するおそれがある。
As described above, since the power generation body according to the first embodiment generates power by using the change in the true contact area between the
他方、第3実施形態に係る発電体においては、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜21のうち、正に帯電する方が、DLC膜となっている。DLC膜は、高い硬度を有する。また、DLC膜は、摩擦係数が低い。そのため、第3実施形態に係る発電体においては、第1面1a及び第2面2aの摩耗に伴う発電量の経時劣化が生じにくい。
On the other hand, in the power generating body according to the third embodiment, the positively charged one of the first insulating
図10は、第4実施形態に係る発電体の発電回数と発電量との関係を示す模式的なグラフである。なお、図10に示される試験においては、第1可撓部12として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に、厚さ0.5μmのAgを蒸着したものを用いた。第1絶縁膜11としては、厚さが2μmのDLC膜を用いた。図10に示される試験においては、第2可撓部22として、50mm×50mmのニトリルゴムの表面に厚さが74μmのCu箔を接着したものを用いた。第2絶縁膜21としては、厚さが12μmのフッ素樹脂(FEP)を用いた。図10中においては、比較例として、第1絶縁膜11としてポリウレタンを用いた場合の発電回数と発電量との関係が、点線により示されている。なお、図10中において、相対発電量は、初回発電時の発電量を100パーセントとして評価した。
FIG. 10 is a schematic graph showing the relationship between the number of power generations and the amount of power generated by the power generation body according to the fourth embodiment. In the test shown in FIG. 10, the first
図10に示されるように、比較例においては、発電回数が増加するにしたがって、発電量が低下した。より具体的には、比較例においては、発電回数が60万回以上の範囲内において、発電量が20パーセント程度低下した。他方、第4実施形態に係る発電体においては、発電回数が増加しても、発電量の低下は特になかった。このように、第4実施形態に係る発電体によると、発電量の経時変化が抑制されることが、実験的にも確認された。 As shown in FIG. 10, in the comparative example, the power generation amount decreased as the number of power generations increased. More specifically, in the comparative example, the power generation amount decreased by about 20 percent within the range where the number of power generations was 600,000 times or more. On the other hand, in the power generator according to the fourth embodiment, there was no particular decrease in the amount of power generated even when the number of power generations increased. As described above, according to the power generation body according to the fourth embodiment, it was experimentally confirmed that the temporal change in the power generation amount is suppressed.
パーフルオロエーテル膜は、潤滑性が高い。そのため、第4実施形態に係る発電体において、第1絶縁膜11及び第2絶縁膜21のうち、負に帯電する方が、パーフルオロポリエーテル膜である場合も、第1面1a及び第2面2aの摩耗に伴う発電量の経時劣化が生じにくい。
A perfluoroether film has high lubricity. Therefore, in the power generating body according to the fourth embodiment, even when the negatively charged one of the first insulating
(第5実施形態)
以下に、第5実施形態に係る発電体を説明する。なお、以下においては、第1実施形態に係る発電体と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
(Fifth embodiment)
The power generator according to the fifth embodiment will be described below. In the following, differences from the power generation body according to the first embodiment will be mainly described, and overlapping description will not be repeated.
図11は、第5実施形態に係る発電体の平面図である。図12は、図11のXII−XIIにおける断面図である。図11及び図12に示すように、第5実施形態に係る発電体は、第1部材1と、第2部材2とを有している。第1部材1と第2部材2とは、第1面1aと第2面2aとが対向して接するように配置されている。第1面1aと第2面2aとの真実接触面積は、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が加わることにより変化する。これらの点において、第5実施形態に係る発電体は、第1実施形態に係る発電体と共通している。
FIG. 11 is a plan view of a power generator according to the fifth embodiment. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. As shown in FIGS. 11 and 12, the power generating body according to the fifth embodiment includes a
第5実施形態に係る発電体において、第1部材1及び第2部材2は、繊維状の部材である。第1部材1及び第2部材2は、織り込まれることにより、織物状になっている。これらの点において、第5実施形態に係る発電体は、第1実施形態に係る発電体と異なっている。なお、第5実施形態に係る発電体においては、繊維状の部材である第1部材1及び第2部材2の外周面が、第1面1a及び第2面2aにそれぞれ対応している。
In the power generator according to the fifth embodiment, the
第5実施形態に係る発電体において、第1部材1は、第1繊維13を有している。第1繊維13は、導電性を有している。好ましくは、第1繊維13は、可撓性を有している。第1繊維13は、例えばCu線、ステンレス鋼線である。第1繊維13は、外周面13aを有している。外周面13aは、第1絶縁膜11により被覆されている。第5実施形態に係る発電体において、第2部材2は、第2繊維23を有している。第2繊維23は、導電性を有している。好ましくは、第2繊維23は、可撓性を有している。第2繊維23は、例えばCu線、ステンレス鋼線である。第2繊維23は、外周面23aを有している。外周面23aは、第2絶縁膜21により被覆されている。
In the power generation body according to the fifth embodiment, the
図13は、第5実施形態に係る発電体に外部から圧力が印加された状態を示す模式図である。図13に示すように、第5実施形態に係る発電体に、第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が外部から加えられることにより、第2部材2(第1部材1)は、第1部材1の第1面1a(第2部材2の第2面2a)の形状に沿って変形する。これにより、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積が変化する。そのため、第5実施形態に係る発電体においては、この第1面1aと第2面2aとの真実接触面積の変化に起因して、第1実施形態に係る発電体と同様に、シンプルな構造で発電を行うことができる。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a state in which pressure is applied from the outside to the power generation body according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 13, the second member 2 (first member) is applied to the power generating body according to the fifth embodiment by applying a pressure such that the
第5実施形態に係る発電体の実施例として、第1部材1と第2部材2とを編み込んで30mm×40mmの織物を準備した。なお、この実施例においては、第1絶縁膜11は、厚さ30μmのポリエステルであり、第1繊維13は、0.2mm径のCu線であった。また、この実施例においては、第2絶縁膜21は、厚さ3μmのパーフルオロエーテルであり、第2繊維23は、0.2mmのステンレス鋼線であった。この織物全体をアルミニウム板で挟んで荷重を印加したところ、この織物から約0.45Vの最大電圧を取り出すことができた。このように、第5実施形態に係る発電体によると、シンプルな構造で発電が可能であることが、実験的にも確認された。
As an example of the power generation body according to the fifth embodiment, a 30 mm × 40 mm woven fabric was prepared by weaving the
(第6実施形態)
以下に、第6実施形態に係る発電装置を説明する。
(Sixth embodiment)
The power generator according to the sixth embodiment will be described below.
図14は、第6実施形態に係る発電装置の断面図である。図14に示すように、第6実施形態に係る発電装置は、複数の第1部材1と、複数の第2部材2とを有している。第2部材2は、第1部材1の間に配置されている。第2面2aは、第2部材2の両面に設けられている。第2部材2は、第2面2aが第1面1aと対向して接するように、第1部材1の間に配置されている。
FIG. 14 is a cross-sectional view of the power generator according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 14, the power generation device according to the sixth embodiment includes a plurality of
このことを別の観点からいえば、第6実施形態に係る発電装置は、上記の第1実施形態ないし第5実施形態に係る発電体が、第1部材1から第2部材2に向かう方向に複数積層された構造を有している。
From another viewpoint, the power generator according to the sixth embodiment is such that the power generator according to the first to fifth embodiments is directed from the
第6実施形態に係る発電装置によると、第1面1aと第2面2aとの真実接触面積が変化することによる発電が、複数箇所において行われる。そのため、第6実施形態に係る発電装置によると、発電量を増加させることができる。
According to the power generation device according to the sixth embodiment, power generation is performed at a plurality of locations by changing the true contact area between the
(第7実施形態)
以下に、第6実施形態に係る圧力センサを説明する。
(Seventh embodiment)
The pressure sensor according to the sixth embodiment will be described below.
図15は、第7実施形態に係る圧力センサの模式図である。図15に示すように、第7実施形態に係る圧力センサは、発電体100と、検知部200とを有している。発電体100は、第1実施形態ないし第5実施形態に係る発電体である。検知部200は、発電体100から出力される電流を検知する。なお、検知部200は、発電体100から出力される電圧を検知してもよい。検知部200は、発電体100に接続されている。より具体的には、検知部200は、第1可撓部12及び第2可撓部22(又は第1繊維13及び第2繊維23)に接続されている。検知部200としては、例えばオペアンプを用いたコンパレータ回路が用いられる。
FIG. 15 is a schematic diagram of a pressure sensor according to the seventh embodiment. As shown in FIG. 15, the pressure sensor according to the seventh embodiment includes a
上記のとおり、発電体100に第1部材1及び第2部材2が相対的に近づくような圧力が外部から加わった場合、発電体100は、電流及び電圧を出力する。そのため、この電流又は電圧を検知部200で検知することにより、発電体100に外部から印加された圧力を検知することができる。
As described above, when a pressure that causes the
以上のように、本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。 As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the above-described embodiment can be variously modified. Further, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
上記の各実施形態は、発電体、発電装置及び圧力センサに特に有利に適用される。 Each of the above embodiments is particularly advantageously applied to a power generator, a power generator, and a pressure sensor.
1 第1部材、1a 第1面、2 第2部材、2a 第2面、3 第3部材、4 おもり、5 挟持部材、11 第1絶縁膜、12 第1可撓部、13 第1繊維、13a 外周面、21 第2絶縁膜、22 第2可撓部、23 第2繊維、23a 外周面、100 発電体、200 検知部、T1,T2 厚さ。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
第2面を有する第2部材とを備え、
前記第1部材は、前記第1面を構成する第1絶縁膜を有し、
前記第2部材は、前記第2面を構成し、かつ前記第1絶縁膜と接することにより前記第1絶縁膜と逆の極性に帯電する第2絶縁膜を有し、
前記第1部材と前記第2部材とは、前記第1面と前記第2面とが対向して接するように配置され、
前記第1部材及び前記第2部材が相対的に近づくように圧力が加わることにより、前記第1面と前記第2面との真実接触面積が変化する、発電体。 A first member having a first surface;
A second member having a second surface,
The first member has a first insulating film constituting the first surface,
The second member includes a second insulating film that constitutes the second surface and is charged to a polarity opposite to that of the first insulating film by being in contact with the first insulating film,
The first member and the second member are arranged so that the first surface and the second surface are in contact with each other,
A power generating body in which a true contact area between the first surface and the second surface is changed by applying pressure so that the first member and the second member are relatively close to each other.
前記第2部材は、前記第2絶縁膜に接する導電性の第2可撓部をさらに有し、
前記第1可撓部の弾性率は、前記第1絶縁膜よりも低く、
前記第2可撓部の弾性率は、前記第2絶縁膜よりも低く、
前記第1面及び前記第2面の少なくとも一方には、凹凸が設けられる、請求項1に記載の発電体。 The first member further includes a conductive first flexible portion in contact with the first insulating film,
The second member further includes a conductive second flexible portion in contact with the second insulating film,
The elastic modulus of the first flexible part is lower than that of the first insulating film,
The elastic modulus of the second flexible part is lower than that of the second insulating film,
The power generator according to claim 1, wherein unevenness is provided on at least one of the first surface and the second surface.
前記第3部材は、前記第1可撓部の前記第1絶縁膜とは反対側及び前記第2可撓部の前記第2絶縁膜とは反対側に取り付けられ、
前記第3部材の弾性率は、前記第1可撓部及び前記第2可撓部よりも小さい、請求項2〜5のいずれか1項記載の発電体。 A third member;
The third member is attached to a side of the first flexible portion opposite to the first insulating film and a side of the second flexible portion opposite to the second insulating film,
6. The power generator according to claim 2, wherein an elastic modulus of the third member is smaller than that of the first flexible part and the second flexible part.
前記第2部材は、導電性の第2繊維をさらに有し、
前記第1繊維の外周面は、前記第1絶縁膜により被覆され、
前記第2繊維の外周面は、前記第2絶縁膜により被覆され、
前記第1部材及び前記第2部材が相対的に近づくように圧力が加わることにより、前記第2部材が前記第1面に沿って変形することにより前記第1面と前記第2面との真実接触面積が変化する、請求項1に記載の発電体。 The first member further has a conductive first fiber,
The second member further has a conductive second fiber,
The outer peripheral surface of the first fiber is covered with the first insulating film,
The outer peripheral surface of the second fiber is covered with the second insulating film,
The fact that the first member and the second member are deformed along the first surface by applying pressure so that the first member and the second member are relatively close to each other causes the truth of the first surface and the second surface. The power generator according to claim 1, wherein the contact area changes.
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜を構成する材料は、互いに異なる、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発電体。 Materials constituting the first insulating film and the second insulating film are polymethyl methacrylate, nylon, polyvinyl alcohol, polyester, polyisobutylene, polyurethane, polyethylene terephthalate, polyvinyl butyral, polychloroprene, natural rubber, polyacrylonitrile, polydiphenol carbonate. Selected from the group consisting of polyether chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyimide, polyvinyl chloride, polydimethylsiloxane, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene copolymer,
The power generator according to any one of claims 1 to 7, wherein materials constituting the first insulating film and the second insulating film are different from each other.
前記複数の前記発電体の各々は、前記第1部材から前記第2部材に向かう方向に沿って積層される、発電装置。 A plurality of the power generators according to any one of claims 1 to 11,
Each of the plurality of power generators is stacked along a direction from the first member toward the second member.
前記発電体に接続される検知部とを備え、
前記検知部は、前記発電体から出力される電流及び電圧の少なくとも一方を検知する、圧力センサ。 The power generator according to any one of claims 1 to 11,
A detector connected to the power generator,
The said detection part is a pressure sensor which detects at least one of the electric current and voltage which are output from the said electric power generation body.
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