JP2020170813A - 発電素子および発電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程の簡素化を図ることができる発電素子および発電素子の製造方法を提供する。【解決手段】発電素子１は、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体ＦＢと、電極１２１、１２２と、保持部材１１と、を備える。ポリマ繊維体ＦＢは、一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。保持部材１１は、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持する。ポリマ繊維体ＦＢは、電極１２１、１２２の間に介在している。保持部材１１は、電極１２１がポリマ繊維体ＦＢから離間した第１状態と、電極１２１がポリマ繊維体ＦＢに接触した第２状態と、をとりうる。【選択図】図１

Description

本発明は、発電素子および発電素子の製造方法に関する。

近年、生体の動作をセンシングすることにより得られる動作情報を、インターネットを介して収集して解析するＩＯＥ（Internet of Everything）技術が大きな注目を集めている。この技術において、生体の動作を電気信号に変換することができる圧電素子が重要な役割を担う。

圧電素子としては、圧電特性の高さからチタン酸ジルコン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」と称する。)のようなセラミック系圧電材料を用いたものが広く普及してきている。但し、人体のような生体の動作のセンシングにおいては、生体への装着時における生体に与える快適性に優れているフレキシブルかつ軽量な圧電素子が求められる。

これに対して、強誘電性ポリマ、ポリ乳酸等のいわゆる圧電ポリマの結晶性フィルムを用いたフレキシブルな圧電素子が開発されている。この種の圧電素子の材料としては、例えばＰＶＤＦ（poly (vinylidene fluoride）)、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ（PVDF poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)）、ＰＬＬＡ（ポリ乳酸の光学異性体（Ｌ体）の単体）等が採用されている。

しかしながら、この種の圧電素子は、圧電性能がセラミックス系の圧電素子の圧電性能に比べて低い。また，この種の圧電素子の製造工程では、圧電性能を発揮させるために前述の結晶性フィルムの延伸、加熱、ポーリング処理等を行うことが必要である。このため、圧電素子の製造工程が複雑になってしまう。

これに対して、前述の結晶性フィルムよりも高い圧電性能を示すフレキシブルな多孔性ポリマエレクトレットを用いた圧電素子も開発されつつある。このポリマエレクトレットの材料としては，ポリプロピレンが用いられることが多い。このポリマエレクトレットの製造では、ポリプロピレンフィルムに延伸処理を施すことにより、多孔性のポリプロピレンフィルムを作製した後、この多孔性のポリプロピレンフィルムにコロナ放電を利用したポーリング処理を施すことにより、ポリプロピレンフィルムに含まれる空孔の一方向における両側それぞれに正と負の電荷対をトラップさせる。このようにして、多孔性のポリプロピレンフィルム内に前述の一方向に配向した巨大なダイポール群を形成することによりポリマエレクトレットが作製される。また、この多孔性のポリマエレクトレットは、多孔性であるために前述の結晶性フィルムよりも柔らかく、これにより前述の結晶性フィルムよりも高い圧電性能を示すと考えられる。

しかしながら、多孔性のポリマエレクトレットを用いた圧電素子の製造では、やはり多孔性のポリプロピレンフィルムを作製した後、作製されたポリプロピレンフィルムにポーリング処理を施す必要がある。そこで、このポーリング処理を省略することにより、圧電素子の製造工を更に簡素化することが要請されつつある。

これに対して、圧電ポリマからなる直径１μｍ未満の繊維であるポリマサブミクロンファイバ（「ポリマサブミクロン圧電ファイバ」とも言う。）が開発されつつある。例えば、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ、キラル高分子結晶を形成するＰＬＬＡ等のような圧電ポリマを用いてエレクトロスピニング法により作製されたサブミクロンファイバが開発されている。これらのサブミクロンファイバがポーリング処理を施さなくても圧電性能を発揮するのは、例えばＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ−ＴｒＦＥ等の強誘電性ポリマの場合、エレクトロスピニング法を利用することにより強誘電性ポリマの主鎖が配向し、さらにエレクトロスピニング法で使用する比較的高い電圧により分極が誘起されることが原因と考えられている。

そして、この種のポリマサブミクロン圧電ファイバからなる圧電ポリマ膜の両面に電極を形成した素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された素子は、感圧センサまたはアクチュエータとして機能するものであり、繊維径が３００ｎｍ以下の圧電ポリマの連続する繊維からなり、繊維軸方向を揃えて形成された部分とその部分の周囲に位置し繊維軸方向がランダムな部分とを含む圧電ポリマ膜を備える。

特開２０１８−１３３３６８号公報

ところで、特許文献１に記載された素子の場合、素子に用いられる圧電ポリマ膜が、繊維軸方向の揃った部分と繊維軸方向のランダムな部分とを含んでいるため、素子の製造工程が複雑になる虞がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、製造工程の簡素化を図ることができる発電素子および発電素子の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る発電素子は、
帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備え、
前記ポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。

他の観点から見た、本発明に係る発電素子の製造方法は、
帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズルと、前記ノズルから前記ノズルの射出方向へ離間して配置されたコレクタと、前記ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、前記電圧印加手段により前記ノズルと前記コレクタとの間に予め設定された電圧を印加した状態で、前記ノズルから前記コレクタに向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出して前記コレクタに前記非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることによりポリマ繊維体を生成するエレクトロスピニング法を行う工程を含む。

本発明によれば、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。そして、ポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。ここで、ポリマ繊維体は、帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズルと、ノズルからノズルの射出方向へ離間して配置されたコレクタと、ノズルとコレクタとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、電圧印加手段によりノズルとコレクタとの間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズルからコレクタに向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出してコレクタに非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ポリマ繊維体を、非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における断面図であり、（Ｂ）は第２状態における断面図である。 実施の形態１に係る発電素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る発電素子を示し、（Ａ）は第２状態における断面図であり、（Ｂ）は第１状態における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における断面図であり、（Ｂ）は導電部材および保持部材を示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における平面図であり、（Ｂ）は第２状態における平面図である。 ポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定する測定装置を示し、（Ａ）は電極端子をポリマ繊維体に接触させた状態を示す概略図であり、（Ｂ）は電極単位をポリマ繊維体から離間させた状態を示す概略図である。 実施例に係るポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定した結果を示し、（Ａ）は電極端子をポリマ繊維体に接触させた状態から電極端子を押し込んだ場合の測定結果を示す図であり、（Ｂ）は電極端子をポリマ繊維体から離間させた状態から電極端子をポリマ繊維体に接触させた後、更に、電極端子を押し込んだ場合の測定結果を示す図である。 実施例に係るポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定した結果を示す図である。 （Ａ）は実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図であり、（Ｂ）は他の実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図であり、（Ｃ）は他の実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係る発電素子および発電素子の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に係る発電素子は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。ポリマ繊維体を構成する非圧電ポリマの繊維径（直径）は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。このポリマ繊維体は、ポリマ繊維体内において正負の電荷分布の偏りがあるいわゆる帯電膜であり、正電荷または負電荷のいずれか一方のみを保持した帯電膜ではない。言い換えると、本実施の形態に係るポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているものである。ここで、仮想平面は、例えばポリマ繊維体の中央部を通るものであってもよい。このポリマ繊維体の表面電位は、１０Ｖ以上１×１０^５Ｖ以下であり、好ましくは１０Ｖ以上１×１０^４Ｖ以下である。なお、ポリマ繊維体の表面電位は、例えば、非接触型の表面電位計（例えば春日電機社製ＫＳＤ−３０００）により測定することができる。ここで、表面電位の測定においては、ポリマ繊維体が載置される電極を接地電位に維持した状態でポリマ繊維体の表面電位を計測する。

また、ポリマ繊維体のヤング率は、１Ｐａ以上１×１０^９Ｐａ以下であり、好ましくは１００Ｐａ以上１×１０^５Ｐａ以下である。更に、ポリマ繊維体の厚さは、１μｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上１ｍｍ以下である。また、ポリマ繊維体をその厚さ方向、言い換えると、ポリマ繊維体内における、正の電荷が負の電荷よりも多く偏在する部分と負の電荷が正の電荷よりも多く偏在する部分との並び方向に沿った方向に押し込んだときの、単位押し込み荷重当たりのポリマ繊維体の厚さ方向に発生する電荷の量に相当する圧電ｄ定数ｄ１の絶対値は、１０ｐＣ／Ｎ≦ｄ１≦１００００００ｐＣ／Ｎ（ｄ１は圧電ｄ定数）の関係式が成立する範囲内の値であり、好ましくは１５０ｐＣ／Ｎ≦ｄ１≦１００００００ｐＣ／Ｎの関係式が成立する範囲内の値である。また、ポリマ繊維体の厚さ方向に電圧を印加したときの、単位電圧当たりのポリマ繊維体の厚さの変化量に相当する圧電ｄ定数ｄ２の絶対値は、１０ｐｍ／Ｖ≦ｄ２≦１００００００ｐｍ／Ｖ（ｄ２は圧電ｄ定数）の関係式が成立する範囲内の値であり、好ましくは１５０ｐｍ／Ｖ≦ｄ１≦１００００００ｐｍ／Ｖの関係式が成立する範囲内の値である。

ポリマ繊維体を構成する非圧電ポリマとしては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、ポリカーボネート、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体、ポリヒドロキシブチレート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリブチレンサクシネート、シルク、ウール、天然ゴム、ポリエーテルケトン、ポリアリレンエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリエチレンサルファイド、ポリエステルウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカン酸、ポリグリコール酸、ポリメタクリル酸メチル、非晶性のポリ−ＤＬ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ乳酸の誘導体、ポリ乳酸−グリコール酸共重合体、セルロース、酢酸セルロース、セルロース誘導体、キトサン、キチン、ポリペプチド、タンパク質の中から選択することができる。ここで、ポリアミドとしては、ナイロン１２（登録商標）、ナイロン４，６（登録商標）、ナイロン６，６（登録商標）、ナイロン６（登録商標）等が挙げられる。また、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体としては、サイトップ（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等が挙げられる。また、非圧電ポリマとして、前述の複数種類の非圧電ポリマを組み合わせた混合体を採用してもよい。

図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子１は、ポリマ繊維体ＦＢと、電極１２１、１２２と、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持する保持部材１１と、備える。ポリマ繊維体ＦＢは、電極１２１に接触した状態で、電極１２１、１２２の間に介在している。また、ポリマ繊維体ＦＢは、その中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図１（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方側（例えば図１（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。電極１２１は、アルミウム、銅等の導電体から箔状または膜状に形成された第１導電部材である。電極１２２は、アルミウム、銅等の導電体から箔状または膜状に形成され、電極１２１に対向して配置された第２導電部材である。電極１２１は、仮想平面ＶＰＬの一面が臨む領域（例えば図１（Ａ）の下方）に配置され、電極１２２は、仮想平面ＶＰＬの他面が臨む領域（例えば図１（Ａ）の上方）に配置されている。

保持部材１１は、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持し、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢから離間した第１状態と、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢに接触した第２状態と、をとりうる。保持部材１１は、ゴムのような弾性材料から楕円筒状に形成され、内側面における第１部位１１ａに電極１２１が配設され、内側面における第１部位１１ａと保持部材１１の筒軸Ｊ１を挟んで対向する第２部位１１ｂに電極１２２が配設されている。保持部材１１は、その復元力により、第１状態となるように付勢されている。そして、保持部材１１が、図１（Ａ）に示す第１状態において、矢印ＡＲ１に示すように、電極１２２が電極１２１に近づくように押圧されると、図１（Ｂ）に示すような第２状態となる。

また、保持部材１１は、図１（Ａ）に示すように、前述の第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ３となるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第１基準距離Ｗ３は、ポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ０とすると、０≦Ｗ３≦５００×Ｗ０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ３≦１０×Ｗ０の関係式が成立する範囲内である。

更に、保持部材１１は、前述の第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離が前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さＷ０に比べて予め設定された第２基準距離Ｗ４だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第２基準距離Ｗ４は、前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ０とすると、０≦Ｗ４≦０．９×Ｗ０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ４≦０．５×Ｗ０の関係式が成立する範囲内である。

次に、本実施の形態に係る発電素子１の製造方法について説明する。本実施の形態に係る発電素子の製造方法は、エレクトロスピニング法によりポリマ繊維体ＦＢを生成する工程を含む。このエレクトロスピニング法によりポリマ繊維体ＦＢを生成する工程では、例えば特開２０１６−２２３０５５号公報に記載されているプラスチップナノファイバの作製方法と同様の方法によりポリマ繊維体を生成する。具体的には、帯電可能な非圧電ポリマを例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドのような溶媒に溶解させて撹拌することにより非圧電ポリマ溶液を作製する。そして、エレクトロスピニング法により、作製された非圧電ポリマ溶液からポリマ繊維体ＦＢを生成する。このエレクトロスピニング法では、例えば図２に示すように、非圧電ポリマを貯留するシリンジ９０１と、シリンジポンプ９０３と、シリンジ９０１の先端部に設けられ非圧電ポリマ溶液を射出するノズル９１１と、ノズル９１１からノズル９１１の射出方向へ離間し且つ互いに離間して配置された平板状のコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段Ｅと、を備えるエレクトロスピニング装置９００を使用する。電圧印加手段Ｅは、ノズル９１１を陽極とし、コレクタ９０２を陰極として、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された直流電圧（例えば４．０ｋＶの電圧）を印加する。なお、電圧印加手段Ｅは、ノズル９１１を陰極とし、コレクタ９０２を陽極として、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加するものであってもよい。また、シリンジポンプ９０３は、シリンジ９０１に貯留された非圧電ポリマ溶液を、予め設定された供給レート（例えば０．０４ｍｌ／ｈｒ）でノズル９１１へ供給する。このエレクトロスピニング装置９００は、電圧印加手段Ｅによりノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加することにより、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液を射出してコレクタ９０２に非圧電ポリマからなる繊維を３次元的に堆積させる。ここで、非圧電ポリマ溶液の射出は、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加することによる電気的引力が非圧電ポリマ溶液の表面張力を超えることにより生じるものである。そして、非圧電ポリマ溶液がノズル９１１からコレクタ９０２に到達する間に非圧電ポリマ溶液中の溶媒が揮発して非圧電ポリマの繊維がコレクタ９０２に堆積する。

このように、本実施の形態に係る発電素子１は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体ＦＢを備える。そして、ポリマ繊維体ＦＢは、エレクトロスピニング法で作製されることにより、一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図１（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側（例えば図１（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。ここで、ポリマ繊維体ＦＢは、帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズル９１１と、ノズル９１１からノズル９１１の射出方向へ離間して配置されたコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、電圧印加手段によりノズルとコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出してコレクタに非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ノズル９１１から射出される帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体に、高い電圧が印加され、これに起因して、コレクタ９０２に捕集されたポリマ繊維体ＦＢが、一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在したものになる。つまり、ポリマ繊維体ＦＢは、別途ポーリング処理が施されなくても、その内部において前述のような正の電荷および負の電荷の分布が生じる。

以上説明したように、本実施の形態に係る発電素子１は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなり、中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているポリマ繊維体ＦＢを備える。ここで、ポリマ繊維体ＦＢは、帯電可能な非圧電ポリマを含む非圧電ポリマ溶液を射出するノズル９１１と、ノズル９１１から離間して配置されたコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段Ｅと、を使用し、電圧印加手段Ｅによりノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液を射出してコレクタ９０２に非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ポリマ繊維体ＦＢを、非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。

また、本実施の形態に係るポリマ繊維体ＦＢは、圧電ポリマに比べて安価な非圧電ポリマから生成される。これにより，圧電ポリマから生成されたポリマ繊維体を用いた発電素子に比べて、発電素子１の製造コストを低減することができる。

更に、本実施の形態に係る保持部材１１は、第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向におけるポリマ繊維体ＦＢと電極１２２との間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ３となるように電極１２１、１２２を保持している。そして、保持部材１１は、第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離が第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの厚さに比べて予め設定された第２基準距離Ｗ４だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持する。これにより、保持部材１１が第１状態から第２状態へ変形するとき、或いは、第２状態から第１状態へ変形するときに発生する電力を大きくすることができる。従って、発電素子１の用途範囲を広げることができる。

また、本実施の形態に係る保持部材１１は、弾性材料から筒状に形成され、内側面における第１部位１１ａに電極１２１が配設され、内側面における第１部位１１ａと保持部材１１の筒軸Ｊ１を挟んで対向する第２部位１１ｂに電極１２２が配設されている。そして、保持部材１１が、保持部材１１の復元力により第１状態に付勢されている。このように、保持部材１１が簡素な構成を有することにより、発電素子１の作製が容易になるという利点がある。

（実施の形態２）
本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子２は、ポリマ繊維体ＦＢと、電極１２１、１２２と、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持する保持部材２１１と、備える。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）において、実施の形態１と同様の構成については図１（Ａ）および（Ｂ）と同一の符号を付している。ポリマ繊維体ＦＢは、電極１２１、１２２の両方に接触した状態で、電極１２１、１２２の間に介在している。また、ポリマ繊維体ＦＢは、その中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図３（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方側（例えば図３（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。なお、ポリマ繊維体ＦＢの製造方法は、実施の形態１で説明した方法と同様である。電極１２１は、仮想平面ＶＰＬの一面が臨む領域（例えば図３（Ａ）の下方）に配置され、電極１２２は、仮想平面ＶＰＬの他面が臨む領域（例えば図３（Ａ）の上方）に配置されている。

保持部材２１１は、実施の形態１と同様に、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持し、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢから離間した第１状態と、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢに接触した第２状態と、をとりうる。保持部材２１１は、例えばゴムのような弾性材料から板状に形成され、互いに対向して配置された２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を有する。サブ保持部材２１１１は、その厚さ方向における一面側の第１領域Ａ１１に電極１２１が配設された第１サブ保持部材である。また、サブ保持部材２１１２は、厚さ方向におけるサブ保持部材２１１１に対向する面側の第２領域Ａ２１に電極１２２が配設された第２サブ保持部材である。また、サブ保持部材２１１１は、その端部がサブ保持部材２１１２の端部に固着されている。ここで、サブ保持部材２１１１におけるサブ保持部材２１１２に固着される端部は、サブ保持部材２１１１におけるサブ保持部材２１１２側の第１領域Ａ１１を除く第３領域Ａ１２に位置する。また、サブ保持部材２１１２におけるサブ保持部材２１１１に固着される端部は、サブ保持部材２１１２のサブ保持部材２１１１側における第２領域Ａ２１を除く第４領域Ａ２２に位置する。なお、サブ保持部材２１１１とサブ保持部材２１１２とは、それぞれの端部で固着されているものに限定されるものではなく、サブ保持部材２１１１の第３領域Ａ１２における端部以外の部位、或いは、サブ保持部材２１１２の第４領域Ａ２２における端部以外の部位で互いに固着されていてもよい。保持部材２１１は、サブ保持部材２１１１、２１１２それぞれの復元力により、第２状態となるように付勢されている。そして、保持部材２１１が、図３（Ａ）に示す第２状態において、図３（Ｂ）の矢印ＡＲ２１に示すように、保持部材２１１の両端部が互いに近づくように保持部材２１１が押圧されると、図３（Ｂ）の矢印ＡＲ２２に示すように、電極１２１、１２２が互いに離れる方向へ変位し、図３（Ｂ）に示すような第１状態となる。

また、保持部材２１１は、図３（Ａ）に示すように、前述の第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離Ｗ５１が前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さＷ５０に比べて予め設定された第２基準距離Ｗ５２だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第２基準距離Ｗ５２は、前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ５０とすると、０≦Ｗ５２≦０．９×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ５２≦０．５×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内である。

更に、保持部材２１１は、図３（Ｂ）に示すように、前述の第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ５３となるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第１基準距離Ｗ５３は、ポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ５０とすると、０≦Ｗ５３≦５００×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ５３≦１０×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内である。

本実施の形態に係る発電素子２も、ポリマ繊維体ＦＢを、非圧電ポリマからなる繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。

また、本実施の形態に係る保持部材２１１は、弾性材料から板状に形成され、互いに対向して配置された２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を有する。また、サブ保持部材２１１１は、その端部においてサブ保持部材２１１２の端部に固着されている。そして、保持部材２１１は、サブ保持部材２１１１、２１１２の復元力により、第２状態に付勢されている。このように、保持部材２１１が板状の２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を端部同士で互いに固着させた簡素な構成を有することにより、発電素子２の作製が容易になるという利点がある。

（実施の形態３）
本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非強誘電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体ＦＢを備える。図４（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子３は、ポリマ繊維体ＦＢと、互いに対向して配置された２つの導電部材３２１、３２２と、２つの導電部材の間の距離を変更可能に２つの導電部材を保持する保持部材３１１と、を備える。そして、ポリマ繊維体は、２つの導電部材３２１、３２２の間に介在している。なお、ポリマ繊維体ＦＢの製造方法は、実施の形態１で説明した方法と同様である。

導電部材３２１は、例えば導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から形成された第１導電部材であり、導電部材３２２は、導電部材３２１と同様に、導電性の布から形成された第２導電部材である。

保持部材３１１は、シート部材３１１１と、シート部材３１１１の一面に対向して配置されたシート部材３１１２と、を有する。シート部材３１１１は、非導電性の布から形成され、例えば図４（Ｂ）に示すように、厚さ方向における一面側の第５領域Ａ３１に導電部材３２１が配設された第１シート部材である。また、シート部材３１１２は、非導電性の布から形成され、厚さ方向におけるシート部材３１１１に対向する面側の第６領域Ａ３２に導電部材３２２が配設された第２シート部材である。そして、シート部材３１１１は、図４（Ａ）に示すように、シート部材３１１１におけるシート部材３１１２に対向する一面側の端部３１１１Ａ、３１１１Ｂにおいて、シート部材３１１２におけるシート部材３１１１に対向する面側における端部３１１２Ａ、３１１２Ｂに固着されている。ここで、シート部材３１１１の端部３１１１Ａ、３１１１Ｂは、シート部材３１１１における第５領域Ａ３１を除く第７領域に位置する。また、シート部材３１１２の端部３１１２Ａ、３１１２Ｂは、シート部材３１１２における第６領域Ａ３２を除く第８領域に位置する。なお、シート部材３１１１、３１１２は、それぞれの端部で固着されているものに限定されるものではなく、シート部材３１１１の第７領域における端部以外の部位、或いは、シート部材３１１２の第８領域における端部以外の部位で互いに固着されていてもよい。

保持部材３１１は、図４（Ａ）に示すような、２つの導電部材３２１、３２２が互いに離間した第３状態をとりうる。そして、保持部材３１１は、第３状態において、図４（Ａ）の矢印ＡＲ３１に示すように、シート部材３１１１、３１１２の両端部Ｐ３１、Ｐ３２を互いに離れる方向へ引っ張ることにより、２つの導電部材３２１、３２２が互いに近づく方向へ変位し、２つの導電部材３２１、３２２が互いに接触した第４状態をとる。

本実施の形態に係る発電素子３は、導電性の布から形成された導電部材３２１、３２２と、布製のシート部材３１１１、３１１２を端部同士で固着してなる保持部材３１１と、を備える。これにより、実施の形態１、２で説明した発電素子１、２に比べて、柔軟性を高めることができるので、発電素子３の適用範囲を広げることができる。

また、発電素子３は、機械的に柔軟、軽量且つ通気性に優れているため、将来のＩＯＥの発展に伴い需要が予想されるウェアラブルな生体動作センサへ適用し易いという利点もある。

（実施の形態４）
本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子４は、ポリマ繊維体ＦＢと、互いに対向して配置された２つの導電部材４２１、４２２と、２つの導電部材４２１、４２２の間の距離を変更可能に２つの導電部材４２１，４２２を保持する保持部材４１１と、を備える。そして、ポリマ繊維体ＦＢは、導電部材４２１に固定されている。

導電部材４２１は、例えば導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から筒状に形成された第３導電部材であり、導電部材４２２は、導電部材３２１と同様に、導電性の布から形成された第４導電部材である。

保持部材４１１は、例えばゴムのような弾性材料から環状に形成されたものである。そして、保持部材４１１は、２つの導電部材４２１、４２２それぞれの内側に挿通されている。保持部材４１１は、図５（Ａ）に示すような、２つの導電部材４２１，４２２が互いに離間した第３状態をとりうる。そして、保持部材４１１は、第３状態において、図５（Ｂ）の矢印ＡＲ４１に示すように、その端部Ｐ３１、Ｐ３２が互いに離れる方向へ引っ張られることにより、図５（Ｂ）の矢印ＡＲ４２に示すように、２つの導電部材４２１、４２２が互いに近づく方向へ変位する。そして、２つの導電部材４２１、４２２が互いに接触した第４状態をとる。

本実施の形態に係る発電素子４は、導電製の布から筒状に形成された導電部材４２１、４２２と、環状の保持部材４１１と、を備える。これにより、実施の形態１、２で説明した発電素子１、２に比べて簡素な構成を有するので、発電素子３の製造工程を簡素化できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、実施の形態１において、保持部材１１の形状が、円筒状、角筒状、その他の断面形状を有する筒状であってもよい。また、実施の形態２において、保持部材２１１が、２つのサブ保持部材２１１１、２１１２の端部同士が弾性材料から形成された連結部材を介して連結されたものであってもよい。

実施の形態１では、保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１に接触している発電素子１の例について説明したが、これに限定されない。例えば保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２２に接触しているものであってもよい。或いは、保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１、１２２のいずれにも接触していないものであってもよい。この場合、保持部材１１は、第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離と電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離との和に相当する距離が前述の第１基準距離となるように電極１２１、１２２を保持するようにすればよい。また、実施の形態２においても、保持部材２１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１、１２２のいずれにも接触していないものであってもよい。

実施の形態４では、ポリマ繊維体ＦＢは、導電部材４２１のみに固定されている例について説明したが、これに限らず、例えば、ポリマ繊維体ＦＢが、２つの導電部材４２１、４２２の両方に固定されているものであってもよい。

実施の形態４では、導電部材４２１、４２２が、導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から筒状に形成されたものである例について説明したが、これに限らず、例えば導電部材４２１、４２２が、導電性の繊維を含む不織布から筒状に形成されたものであってもよい。或いは、導電部材４２１、４２２が例えば金属ワイヤから形成されたメッシュ状のものであってもよい。また、実施の形態４では、保持部材４１１が、弾性材料から環状に形成されたものである例について説明したが、これに限定されない。例えば実施の形態１で説明した弾性材料から形成された筒状の部材であってもよい。

各実施の形態において、ポリマ繊維体ＦＢは、そのヤング率が１Ｐａ以上１×１０^９Ｐａ以下であり、好ましくは１００Ｐａ以上１×１０^５Ｐａ以下である多孔質構造の帯電体であってもよい。また、ポリマ繊維体ＦＢを構成する非圧電ポリマの繊維は、断面が楕円形状であってもよいし、断面が矩形、星形またはその他の形状であってもよい。

実施の形態１、２では、ポリマ繊維体ＦＢが、ポリマ繊維体ＦＢの中央部を通る一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているものについて説明した。但し、仮想平面は、必ずしもポリマ繊維体ＦＢの中央部を通るものに限定されるものではなく、例えばポリマ繊維体ＦＢ内における中央部からずれた位置を通るものであってもよい。

以上、本発明の各実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同
様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施
の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本発明に係る発電素子の一部を構成するポリマ繊維体およびポリマ繊維体の製造方法について、実施例に基づいて説明する。

（実施例１）
非圧電ポリマとしてポリスチレンを使用してエレクトロスピニング法によりポリマ繊維体を作製し、作製したポリマ繊維体について特性を評価した。エレクトロスピニング法において使用するポリスチレンは、重量平均分子量が約２８万のものとし、溶媒にＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドを使用した。まず、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド４．７２８０ｇに、ポリスチレンを２．０２６９ｇ溶解させた。ポリスチレンの溶媒への溶解は、室温且つ大気圧下においてマグネットスターラを使用して撹拌した。

エレクトロスピニング装置としては、特開２０１６−２２３０５５号公報に記載されているものと同様のものを使用した。具体的には、シリンジに金属ノズル（内径０．１８ｍｍ）を装着した。また、シリンジポンプは、ＫＤ−１００（ＫＤ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｃ．社製）を使用した。コレクタは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）薄膜電極がコートされたガラス基板を使用した。金属ノズルとコレクタ間の距離は１２ｃｍとし、電圧印加手段には、ＨＡＲｂ−３０Ｒ１（松定プレシジョン株式会社製）を使用した。なお、ポリマ繊維体を作製する際のシリンジポンプによる金属ノズルからの非圧電ポリマ溶液の吐出速度は、０．２５ｍｌ／ｈｒとし、金属ノズルとコレクタ間に印加する電圧は、金属ノズル側を高電位にして５．０ｋＶに設定した。また、ポリスチレンの繊維の堆積時間は、８ｍｉｎとした。このようにして、平均繊維径が３．８８μｍであるポリスチレンの繊維から構成されたポリマ繊維体を得ることができた。

作製されたポリマ繊維体について、図６（Ａ）および（Ｂ）に示す測定装置を使用してポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷を計測した。測定装置は、ガラス基板２０１と、ガラス基板２０１上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成された電極２０２と、電極端子１０１と、発生電荷測定部１００と、を備える。発生電荷測定部１００は、ポリマ繊維体ＦＢで発生し、電極２０２または電極端子１０１を介して入力される電荷の量を出力する。図６（Ａ）に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに接触した状態から距離Ｗ１だけ電極２０２側へ押し込んだ場合の結果を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）において、Ｓ１１は、押圧荷重を０．０５Ｎに設定した場合、Ｓ１２は、押圧荷重を０．１４Ｎに設定した場合、Ｓ１３は、押圧荷重を０．２１Ｎに設定した場合、Ｓ１４は、押圧荷重を０．２８Ｎに設定した場合のプロファイルを示す。また、時刻Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４が、電極端子１０１を押し込んだタイミングであり、時刻Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢから離脱させたタイミングである。図７（Ａ）に示すように、電極端子１０１を電極２０２側へ押し込む際の押圧力が大きいほどポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷量が大きくなることが判った。

次に、図６（Ｂ）に示すように、電極端子１０１を、ポリマ繊維体ＦＢの表面から８７μｍだけ離した状態から、予め設定された位置までポリマ繊維体ＦＢに近づけた後、再び元のポリマ繊維体ＦＢの表面から８７μｍだけ離した状態に復帰させたときに、ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量を測定した結果を図７（Ｂ）に示す。Ｓ２１は、図６（Ｂ）に示すように電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢに向かって距離Ｗ２が２１μｍまで近づけた場合、Ｓ２２は、図６（Ｂ）に示す距離Ｗ２が０μｍ、即ち、ポリマ繊維体に接触して押し込んでいない場合、Ｓ２３は、距離Ｗ１が６μｍまで繊維体ＦＢを押し込んだの場合、Ｓ２４は、距離Ｗ１が１４μｍまで繊維体ＦＢを押し込んだ場合のプロファイルを示す。また、時刻Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢに近づけたもしくは押し込んだタイミングであり、時刻Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、Ｔ４４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢから離間させたもしくは離脱させたタイミングである。図７（Ｂ）に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに近づきさらに接触してから押し込む際、電極端子１０１の総押し込み距離，すなわち（８７μｍ−Ｗ２＋Ｗ１）が大きいほど，ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷量が大きくなることが判った。

次に、電極端子１０１を、ポリマ繊維体ＦＢの表面から３３５．１μｍだけ離した状態から、予め設定された位置までポリマ繊維体ＦＢに近づけた後、再び元のポリマ繊維体ＦＢの表面から３３５．１μｍだけ離した状態に復帰させたときに、ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量を測定した結果を図８に示す。図８において、距離Ｗ２が０よりも大きい場合、電極端子１０１とポリマ繊維体ＦＢとが非接触の状態であり、距離Ｗ２が０未満の場合、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢとが接触した状態である。図８に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに接触してから押し込まれる際、電極端子１０１の単位変位量当たりのポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量の増加率が上昇していることが判った。

（実施例２）
コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ａ）に示すような、アルミニウム箔５０１上にポリマ繊維体ＦＢが堆積された実施例２に係る試料５００Ａを作製した。そして、実施例２に係る試料５００Ａについて、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ａの表面電位を計測した。このとき、図９（Ａ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ａのポリマ繊維体ＦＢに対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５０１は接地電位に維持した。表面電位計としては、春日電機社製ＫＳＤ−３０００を使用した。表面電位を計測した結果、ポリマ繊維体ＦＢの表面電位は、４３９Ｖであった。

（実施例３）
コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ｂ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２それぞれの上にポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２が堆積された試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を作製した。そして、試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を図９（Ｂ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が同じになるように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねて試料５００Ｂを作製した。この実施例３に係る試料について、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ｂのポリマ繊維体ＦＢ側の表面電位を計測した。このとき、図９（Ｂ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ｂ２のポリマ繊維体ＦＢ２に対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５２１は接地電位に維持した。表面電位計は、実施例２の場合と同じものを使用した。表面電位を計測した結果、ポリマ繊維体ＦＢ２の表面電位は、５３６Ｖであった。つまり、 アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が同じになるように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねてなるいわゆる２層構造の実施例３に係る試料５００Ｂの場合、いわゆる単層構造の実施例２に係る試料５００Ａに比べて表面電位が増加することが判った。

（実施例４）
コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２それぞれの上にポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２が堆積された試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を作製した。そして、試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を図９（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が互いに逆向きでありポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２同士が対向するように重ねて試料５００Ｃを作製した。この実施例４に係る試料５００Ｃについて、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ｃの表面電位を計測した。このとき、図９（Ｃ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ｂ２のアルミニウム箔５２２に対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５２１は接地電位に維持した。表面電位計は、実施例２の場合と同じものを使用した。表面電位を計測した結果、試料５００Ｃの表面電位は、２１Ｖであった。つまり、 アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が互いに逆向きでありポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２同士が対向するように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねてなる２層構造の実施例４に係る試料５００Ｃの場合、いわゆる単層構造の実施例２に係る試料５００Ａに比べて表面電位が大きく低下することが判った。

以上の結果から、ポリマ繊維体ＦＢは、正負の電荷の分布に偏りがある状態で正負の電荷を担持するという特異な担持モデルであると考察された。特に、実施例３に係る試料５００Ｂの表面電位が実施例２に係る試料５００Ａの表面電位に比べて大きく、一方、実施例４に係る試料５００Ｃの表面電位が実施例２に係る表面電位に比べて極端に小さいという結果から、ポリマ繊維体ＦＢ、ＦＢ１、ＦＢ２内の電荷の分布が、ポリマ繊維体ＦＢ、ＦＢ１、ＦＢ２内において、図９（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５０１、５２１、５２２の厚さ方向における一方に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在するという電荷帯電モデルで説明できることが判った。

本発明は、生体の動作をセンシングするためのセンサもしくは生体の動作から発電する発電素子として好適である。

１，２，３，４：発電素子、１１，２１１，３１１，４１１：保持部材、１１ａ：第１部位、１１ｂ：第２部位、１００：発生電荷測定部、１０１：電極端子、１２１，１２２：電極、２０１：ガラス基板、２０２：電極、３２１，３２２，４２１，４２２：導電部材、５００Ａ，５００Ｂ，５００Ｃ，５００Ｂ１，５００Ｂ２：試料、５０１，５２１，５２２：アルミニウム箔、５９１：測定プローブ、９００：エレクトロスピニング装置、９０１：シリンジ、９０２：コレクタ、９０３：シリンジポンプ、９１１：ノズル、２１１１，２１１２：サブ保持部材、３１１１，３１１２：シート部材、３１１１Ａ，３１１１Ｂ，３１１２Ａ，３１１２Ｂ，Ｐ３１，Ｐ３２：端部、Ａ１１：第１領域、Ａ１２：第３領域、Ａ２１：第２領域、Ａ２２：第４領域、Ａ３１：第５領域、Ａ３２：第６領域、Ｃ１：中央部、Ｅ：電圧印加手段、ＦＢ，ＦＢ１，ＦＢ２：ポリマ繊維体、Ｊ１：筒軸、ＶＰＬ：仮想平面、Ｗ３，Ｗ５３：第１基準距離、Ｗ４，Ｗ５２：第２基準距離

Claims (13)

1. 帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備え、
   前記ポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している、
   発電素子。
2. 第１導電部材と、
   前記第１導電部材に対向して配置された第２導電部材と、
   前記第１導電部材と前記第２導電部材との間の距離が変更可能な状態で前記第１導電部材と前記第２導電部材とを保持する保持部材と、を更に備え、
   前記ポリマ繊維体は、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に介在し、
   前記第１導電部材は、前記仮想平面の一面が臨む領域に配置され、
   前記第２導電部材は、前記仮想平面の他面が臨む領域に配置され、
   前記保持部材は、前記第１導電部材と前記第２導電部材との少なくとも一方が前記ポリマ繊維体から離間した第１状態と、前記第１導電部材と前記第２導電部材とが前記ポリマ繊維体に接触した第２状態と、をとりうる、
   請求項１に記載の発電素子。
3. 前記保持部材は、前記第１状態において、前記第１導電部材と前記第２導電部材との対向方向における前記第１導電部材と前記ポリマ繊維体との間の距離と前記第２導電部材と前記ポリマ繊維体との間の距離との和に相当する距離が予め設定された第１基準距離となるように前記第１導電部材と前記第２導電部材とを保持し、前記第２状態において、前記対向方向における前記第１導電部材と前記第２導電部材との間の距離が前記第１状態における前記ポリマ繊維体の前記対向方向の厚さに比べて予め設定された第２基準距離だけ短くなるように前記第１導電部材と前記第２導電部材とを保持する、
   請求項２に記載の発電素子。
4. 前記保持部材は、前記第１状態に付勢されている、
   請求項２または３に記載の発電素子。
5. 前記保持部材は、弾性材料から筒状に形成され、内側面における第１部位に前記第１導電部材が配設され、内側面における前記第１部位と前記保持部材の筒軸を挟んで対向する第２部位に前記第２導電部材が配設されている、
   請求項４に記載の発電素子。
6. 前記保持部材は、前記第２状態に付勢されている、
   請求項２または３に記載の発電素子。
7. 前記保持部材は、弾性材料から板状に形成され厚さ方向における一面側の第１領域に前記第１導電部材が配設された第１サブ保持部材と、弾性材料から板状に形成され前記第１サブ保持部材に対向して配置されるとともに、厚さ方向における前記第１サブ保持部材側の第２領域に前記第２導電部材が配設された第２サブ保持部材と、を有し、
   前記第１サブ保持部材は、前記第１サブ保持部材における一面側の前記第１領域を除く第３領域において、前記第２サブ保持部材における前記第１サブ保持部材の前記一面に対向する面側における前記第２領域を除く第４領域に固着されている、
   請求項６に記載の発電素子。
8. 前記第１導電部材と前記第２導電部材とは、導電性の布から形成され、
   前記保持部材は、布製であり厚さ方向における一面側の第５領域に前記第１導電部材が配設された第１シート部材と、布製であり前記第１シート部材の前記一面に対向して配置されるとともに、厚さ方向における前記第１シート部材側の第６領域に前記第２導電部材が配設された第２シート部材と、を有し、
   前記第１シート部材は、前記第１シート部材における前記第５領域を除く第７領域において、前記第２シート部材における前記第１シート部材側における前記第６領域を除く第８領域に固着されている、
   請求項２に記載の発電素子。
9. 第３導電部材と、
   前記第３導電部材に対向して配置された第４導電部材と、
   前記第３導電部材と前記第４導電部材との間の距離を変更可能に前記第３導電部材と前記第４導電部材とを保持する保持部材と、を更に備え、
   前記ポリマ繊維体は、前記第３導電部材と前記第４導電部材と少なくとも一方に固定され、
   前記保持部材は、前記第３導電部材と前記第４導電部材とが互いに離間した第３状態と、前記第３導電部材と前記第４導電部材とのうちの前記一方に固定された前記ポリマ繊維体に、前記第３導電部材と前記第４導電部材とのうちの他方が接触した第４状態と、をとりうる、
   請求項１に記載の発電素子。
10. 前記第３導電部材と前記第４導電部材とは、導電性の布から筒状に形成され、
    前記保持部材は、弾性材料から環状に形成され、前記第３導電部材の内側と前記第４導電部材の内側とに挿通されている、
    請求項９に記載の発電素子。
11. 前記非圧電ポリマは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、ポリカーボネート、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体、ポリヒドロキシブチレート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリブチレンサクシネート、シルク、ウール、天然ゴム、ポリエーテルケトン、ポリアリレンエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリエチレンサルファイド、ポリエステルウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカン酸、ポリグリコール酸、ポリメタクリル酸メチル、非晶性のポリ−ＤＬ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ乳酸の誘導体、ポリ乳酸−グリコール酸共重合体、セルロース、酢酸セルロース、セルロース誘導体、キトサン、キチン、ポリペプチド、タンパク質の中から選択される少なくとも１つのポリマである、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の発電素子。
12. 帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズルと、前記ノズルから前記ノズルの射出方向へ離間して配置されたコレクタと、前記ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、前記電圧印加手段により前記ノズルと前記コレクタとの間に予め設定された電圧を印加した状態で、前記ノズルから前記コレクタに向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出して前記コレクタに前記非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることによりポリマ繊維体を生成するエレクトロスピニング法を行う工程を含む、
    発電素子の製造方法。
13. 前記非圧電ポリマは、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン−アクリレート共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、ポリカーボネート、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体、ポリヒドロキシブチレート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリブチレンサクシネート、シルク、ウール、天然ゴム、ポリエーテルケトン、ポリアリレンエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル−メタクリレート共重合体、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリエチレンサルファイド、ポリエステルウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカン酸、ポリグリコール酸、ポリメタクリル酸メチル、非晶性のポリ−ＤＬ−乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ乳酸の誘導体、ポリ乳酸−グリコール酸共重合体、セルロース、酢酸セルロース、セルロース誘導体、キトサン、キチン、ポリペプチド、タンパク質の中から選択される少なくとも１つのポリマである、
    請求項１２に記載の発電素子の製造方法。