JP5480414B2 - Vibration power generation cable, manufacturing method thereof, and vibration power generation body - Google Patents

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    • H02N1/06Influence generators
    • H02N1/08Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines

Description

本発明は、エレクトレット誘電体を用いた振動発電ケーブル等に関するものである。   The present invention relates to a vibration power generation cable or the like using an electret dielectric.

従来から、道路や橋梁、建築物、産業機械などの構造体の振動や、自動車や鉄道車両、航空機などの移動体の振動、人体の運動や環境に普遍的に存在する環境振動などを電気エネルギーに変換して有効利用する試みがなされている。   Conventionally, electrical energy includes vibrations of structures such as roads, bridges, buildings, and industrial machines, vibrations of moving bodies such as automobiles, railway vehicles, and aircraft, and environmental vibrations that are universally present in human movement and the environment. Attempts have been made to make effective use by converting to.

このような振動エネルギーを電気に変換する発電方式としては、電磁誘導を利用する方式、圧電素子を利用する方式、静電誘導を利用する方式に大きく分けられる。電磁誘導を利用する方式は、振動によってコイルと磁石との相対的な位置を変化させ、この際にコイルに生じる電磁誘導によって発電する方式である。また、圧電素子を利用する方式は、主としてセラミックス系の圧電素子を用い、振動によって圧電素子に歪が加わる際に、圧電素子の表面に電荷が誘起される現象を利用するものである。   Such power generation methods for converting vibration energy into electricity can be broadly divided into a method using electromagnetic induction, a method using piezoelectric elements, and a method using electrostatic induction. The system using electromagnetic induction is a system in which the relative position between the coil and the magnet is changed by vibration and power is generated by electromagnetic induction generated in the coil. The method using a piezoelectric element mainly uses a ceramic-based piezoelectric element and utilizes a phenomenon in which charges are induced on the surface of the piezoelectric element when strain is applied to the piezoelectric element by vibration.

また、静電誘導を利用する方式には、一般的に、半永久的に電荷を保持するエレクトレット誘電体が用いられる。エレクトレット誘電体と、これと距離を置いて配置された電極との相対位置を、振動等によって変化させることで、電荷が電極に静電誘導され、発電が行われるものである。このような原理を用いた発電装置は、例えば特許文献1、特許文献2に記載されている。   In general, an electret dielectric that holds a charge semipermanently is used for a system that uses electrostatic induction. By changing the relative position of the electret dielectric and the electrode disposed at a distance from the dielectric by vibration or the like, electric charges are electrostatically induced in the electrode, and power generation is performed. A power generation device using such a principle is described in, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2.

特開2010−136598号公報JP 2010-136598 A 特開2000−50394号公報JP 2000-50394 A

特許文献1に記載された振動発電装置は、固定基板の上面に短冊状の複数本のベース電極が平行に配列され、各ベース電極上には、それぞれエレクトレットが形成される。また、可動基板は、固定基板のエレクトレットが配置される側の面に対向し、所定のギャップをあけて平行に配置される。さらに、可動基板の対向面には、ベース電極と対向するように短冊状の対向電極が形成される。振動が付与されると、可動基板は、固定基板との距離を保った状態で、平行に移動する。したがって、エレクトレットと対向電極との相対位置が平行な方向に変化する。この際、各電極に電荷が静電誘導されて発電することができる。   In the vibration power generation apparatus described in Patent Document 1, a plurality of strip-shaped base electrodes are arranged in parallel on the upper surface of a fixed substrate, and electrets are formed on the respective base electrodes. The movable substrate faces the surface of the fixed substrate on which the electret is disposed, and is disposed in parallel with a predetermined gap. Further, a strip-shaped counter electrode is formed on the counter surface of the movable substrate so as to oppose the base electrode. When vibration is applied, the movable substrate moves in parallel while maintaining a distance from the fixed substrate. Therefore, the relative position between the electret and the counter electrode changes in a parallel direction. At this time, electric power can be electrostatically induced in each electrode to generate power.

また、特許文献2には、音波を電気信号に変換するエレクトレットコンデンサマイクロホンが記載されている。エレクトレットコンデンサマイクロホンは、固定電極であるカップ状背極にエレクトレット誘電体膜が形成され、エレクトレット誘電体膜と対向する側に対向電極である振動膜が形成される。また、エレクトレット誘電体膜と振動膜とのギャップはスペーサで保持される。中心孔から音波が伝播して振動膜が振動すると、振動膜とエレクトレット誘電体膜との相対位置が変化する。この際、各電極に電荷が静電誘導される。このようにして得られた電気信号を信号増幅およびインピーダンス変換して出力することができる。   Patent Document 2 describes an electret condenser microphone that converts sound waves into electrical signals. In an electret condenser microphone, an electret dielectric film is formed on a cup-shaped back electrode that is a fixed electrode, and a vibration film that is a counter electrode is formed on the side facing the electret dielectric film. Further, the gap between the electret dielectric film and the vibration film is held by a spacer. When the sound wave propagates from the center hole and the vibration film vibrates, the relative position between the vibration film and the electret dielectric film changes. At this time, a charge is electrostatically induced in each electrode. The electric signal thus obtained can be output after signal amplification and impedance conversion.

しかしながら、前述した発電方式は、広範囲かつ様々な取り付け部位の形態に対応させることが困難である。例えば、特許文献1、2に記載された装置や、電磁誘導や圧電素子を利用する方式では、各部材が略リジッドに形成されるため、取り付け部位に応じて形状を変える等のフレキシブル性に劣る。   However, it is difficult for the power generation method described above to correspond to a wide range and various forms of attachment sites. For example, in the devices described in Patent Documents 1 and 2, and methods using electromagnetic induction and piezoelectric elements, each member is formed in a substantially rigid manner, so that it is inferior in flexibility such as changing the shape according to the attachment site. .

また、セラミックス製の圧電素子や高分子系の圧電フィルムは高価であるため、大面積に配置するには不向きである。また、大面積に配置するためには、多数の発電体を配置する必要があり、部品点数も多くなりコスト増および重量増を招く。   In addition, ceramic piezoelectric elements and polymer piezoelectric films are expensive and are not suitable for placement in a large area. Moreover, in order to arrange | position in a large area, it is necessary to arrange | position many electric power generation bodies, the number of parts increases, and it causes a cost increase and a weight increase.

また、特許文献2のようなエレクトレットコンデンサマイクロホンは、入力される音波と出力される電気信号との線形性が重要であるため、得られる電気信号が小さく、かつ、発電部のインピーダンスが高い。このため、発電部で発電された電気は、半導体回路によって増幅され、インピーダンス変換される。したがって、半導体回路を駆動する外部電源が必要であり、そもそも発電した電気エネルギーを有効に利用できるものではない。   Moreover, since the linearity of the input sound wave and the output electric signal is important for the electret condenser microphone as in Patent Document 2, the obtained electric signal is small and the impedance of the power generation unit is high. For this reason, the electricity generated by the power generation unit is amplified by the semiconductor circuit and subjected to impedance conversion. Therefore, an external power source for driving the semiconductor circuit is necessary, and the generated electric energy cannot be effectively used in the first place.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、様々な形態の設置場所へ適用することが可能であり、発電効率の高い振動発電ケーブル等を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a vibration power generation cable or the like that can be applied to various forms of installation locations and has high power generation efficiency.

前述した目的を達成するため、第1の発明は、中心電極と、前記中心電極の外周に設けられ、電荷を保持したエレクトレット誘電体層と、前記エレクトレット誘電体層の外周に設けられる外部電極と、前記外部電極の外周を被覆する被覆部と、を具備し、外力が付与された際、少なくとも一部において、前記中心電極と前記外部電極との距離が変化可能であることを特徴とする振動発電ケーブルである。   In order to achieve the above-described object, the first invention includes a center electrode, an electret dielectric layer that is provided on the outer periphery of the center electrode and retains electric charge, and an external electrode that is provided on the outer periphery of the electret dielectric layer. And a covering portion that covers the outer periphery of the external electrode, and when an external force is applied, at least part of the distance between the center electrode and the external electrode can be changed. It is a power generation cable.

このような構成とすることで、設置自由度が高い振動発電ケーブルを得ることができる。また、外力によって、少なくとも外部電極とエレクトレット誘電体層の互いの界面形状の部分的な変形が可能であるため、中心電極と外部電極との相対位置の変化による発電を行うことができる。   By setting it as such a structure, the vibration electric power generation cable with a high installation freedom can be obtained. Moreover, since at least partial deformation of the interface shape between the external electrode and the electret dielectric layer is possible by an external force, power generation can be performed by changing the relative position between the center electrode and the external electrode.

なお、外力とは、機械的に他の物質が振動発電ケーブルと接触して、振動発電ケーブルを変形させる力には限られない。例えば、振動発電ケーブルの取り付け部に生じる構造体自体の振動や、外部からの音波や空気圧変化、風(気流)、水流など、振動発電ケーブルに繰り返し付与され、振動発電ケーブルを変形させることが可能な外部から振動発電ケーブルへ作用する力を指すものである。この外力は微小なものであってもよい。また、振動発電ケーブルにおける振動とは、その振幅や周波数などが一定であるようなものに限られず、定期的または不定期に繰り返しの外力(慣性力などを含む)を付与可能であるものを指す。   The external force is not limited to a force that mechanically contacts another substance with the vibration power generation cable and deforms the vibration power generation cable. For example, it is possible to deform the vibration power generation cable by repeatedly applying it to the vibration power generation cable, such as vibration of the structure itself generated at the vibration power generation cable attachment part, external sound wave or air pressure change, wind (air flow), water flow, etc. It refers to the force acting on the vibration power generation cable from the outside. This external force may be minute. In addition, the vibration in the vibration power generation cable is not limited to the one whose amplitude or frequency is constant, but refers to one that can apply external force (including inertial force) repeatedly or irregularly. .

また、前記中心電極または前記外部電極の少なくとも一方と、前記エレクトレット誘電体層との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、外力が付与された際、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体層と、前記中心電極または前記外部電極との距離が変化可能であることが望ましい。   In addition, a non-joining portion that is not joined to each other is formed between at least one of the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer, and when an external force is applied, at least a part of the non-joining portion. The distance between the electret dielectric layer and the center electrode or the external electrode is preferably variable.

このような構成とすることで、振動発電ケーブルが外力を受けたとき、エレクトレット誘電体層と中心電極または外部電極との非接合部において、エレクトレット誘電体層と中心電極または外部電極との距離がそれらの厚み方向に変化し、これに応じて各電極に電荷が静電誘導され、発電を行うことができる。   With such a configuration, when the vibration power generation cable receives an external force, the distance between the electret dielectric layer and the center electrode or the external electrode is reduced at the non-joint portion between the electret dielectric layer and the center electrode or the external electrode. They change in the thickness direction, and according to this, electric charge is electrostatically induced in each electrode, and power generation can be performed.

また、前記中心電極は、中空の導体で形成されてもよい。また、前記中心電極は、弾性体と、前記弾性体の外周に設けられた導体部とで形成されてもよい。   The center electrode may be formed of a hollow conductor. Moreover, the said center electrode may be formed with an elastic body and the conductor part provided in the outer periphery of the said elastic body.

このような構成とすることで、中心電極は容易に変形できるものになる。この結果、外力によって振動発電ケーブルが変形しやすくなり、これにより発電出力が高まる。また、内部に弾性体が設けられれば、より高い形状復元力を得ることができる。   With such a configuration, the center electrode can be easily deformed. As a result, the vibration power generation cable is easily deformed by an external force, thereby increasing the power generation output. Moreover, if an elastic body is provided inside, a higher shape restoring force can be obtained.

また、前記エレクトレット誘電体層は、電気的な絶縁性を有するテープ状部材を前記中心電極の外周に巻いて形成されてもよい。   The electret dielectric layer may be formed by winding an electrically insulating tape-like member around the outer periphery of the center electrode.

また、テープ状部材を巻いたとき、巻きつけたテープ状部材同士の層間に空隙を形成し、エレクトレット誘電体層の厚み方向に電界(電圧)を加えた際に、エレクトレット誘電体層内の空隙部において空気放電を生じさせやすくして、エレクトレット誘電体層の帯電処理を容易に行えるようにすることができる。   Further, when the tape-like member is wound, a gap is formed between the wound tape-like members, and when an electric field (voltage) is applied in the thickness direction of the electret dielectric layer, the gap in the electret dielectric layer It is easy to cause air discharge in the portion, and the electret dielectric layer can be easily charged.

また、前記中心電極または前記外部電極の少なくとも一方と、前記エレクトレット誘電体層との間に、部分的にスペーサを設けることによって空隙(ギャップ)を形成してもよい。   Further, a gap (gap) may be formed by partially providing a spacer between at least one of the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer.

このようにすることで、中心電極または外部電極の少なくとも一方と、エレクトレット誘電体層との間に、所定のギャップ長を保持することができる。このため、外力による中心電極または外部電極とエレクトレット誘電体層との距離(ギャップ長)の変化代を確保することができる。また、スペーサの配置する間隔や厚みを適正化することで、外力に対して中心電極または外部電極と、エレクトレット誘電体層との距離変化量を向上させ、互いに接触および剥離を繰り返させることもできる。したがって、振動発電ケーブルに外力や振動が付与された際に、中心電極または外部電極と、エレクトレット誘電体層との間の距離変化(ギャップ長の変化)が大きくなるため、発電効率の向上を図ることができる。   By doing so, a predetermined gap length can be maintained between at least one of the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer. For this reason, it is possible to secure an allowance for changing the distance (gap length) between the center electrode or external electrode and the electret dielectric layer due to external force. In addition, by optimizing the spacing and thickness of the spacers, the distance change amount between the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer can be improved with respect to the external force, and contact and peeling can be repeated. . Therefore, when an external force or vibration is applied to the vibration power generation cable, a change in distance (change in gap length) between the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer becomes large, so that power generation efficiency is improved. be able to.

また、前記スペーサは、前記中心電極と前記エレクトレット誘電体層との間、または、前記外部電極と前記エレクトレット誘電体層との間の少なくとも一方の間に設けられた線材であってもよい。   The spacer may be a wire provided between the center electrode and the electret dielectric layer or between at least one of the external electrode and the electret dielectric layer.

このようにすることで、中心電極とエレクトレット誘電体層との間、または、外部電極とエレクトレット誘電体層との間に、容易にスペーサを配置することができる。   By doing in this way, a spacer can be easily arrange | positioned between a center electrode and an electret dielectric material layer, or between an external electrode and an electret dielectric material layer.

また、前記スペーサは、前記中心電極と前記エレクトレット誘電体層の対向面の少なくとも一方の表面、または、前記外部電極と前記エレクトレット誘電体層の対向面の少なくとも一方の表面に、部分的に形成された凸部であってもよい。   The spacer is partially formed on at least one surface of the opposing surface of the center electrode and the electret dielectric layer or at least one surface of the opposing surface of the external electrode and the electret dielectric layer. It may be a convex part.

このようにすることで、エレクトレット誘電体層または電極自体の表面に形成される凸部によってスペーサを形成することができるため、スペーサを構成する部材を別途用いる必要がない。したがって、部品点数を削減することができ、スペーサの形成、配置も容易である。   By doing so, since the spacer can be formed by the convex portion formed on the surface of the electret dielectric layer or the electrode itself, it is not necessary to separately use a member constituting the spacer. Therefore, the number of parts can be reduced, and the formation and arrangement of spacers are easy.

第2の発明は、第1の発明にかかる振動発電ケーブルを、一対の板状部材の間に挟んだことを特徴とする振動発電体である。   2nd invention is the vibration electric power generation body characterized by sandwiching the vibration electric power generation cable concerning 1st invention between a pair of plate-shaped members.

このような構成とすることで、振動発電ケーブルの全体に対して均一に外力を付与することができる。このため、発電効率が高い。   By setting it as such a structure, an external force can be uniformly provided with respect to the whole vibration electric power generation cable. For this reason, power generation efficiency is high.

また、一対の前記板状部材の間に、複数の前記振動発電ケーブルを併設した状態で挟んでもよい。   Further, a plurality of the vibration power generation cables may be sandwiched between a pair of the plate-like members.

このような構成とすることで、板状部材に対して付与される外力が部位によって異なる場合や、外力が加わるタイミングが異なる場合において、それぞれの部位に配置された振動発電ケーブルがそれぞれの外力に応じて発電することができる。このため、板状部材の間に全体にわたって一つの振動発電ケーブルを配置して挟んだ場合に予想される、発電出力の打ち消し合いを防止することができる。   By adopting such a configuration, when the external force applied to the plate-like member differs depending on the part, or when the timing at which the external force is applied is different, the vibration power generation cables arranged at the respective parts are applied to the respective external forces. Power can be generated accordingly. For this reason, it is possible to prevent the cancellation of the power generation output, which is expected when one vibration power generation cable is disposed and sandwiched between the plate-like members.

また、一対の前記板状部材の間に、前記振動発電ケーブルを厚み方向に複数積層して挟んでもよい。   A plurality of the vibration power generation cables may be stacked in the thickness direction between the pair of plate-like members.

このような構成とすることで、限られた領域にも多くの振動発電ケーブルを設置することができる。したがって、効率良く発電を行うことができる。   With such a configuration, many vibration power generation cables can be installed in a limited area. Therefore, power generation can be performed efficiently.

第3の発明は、振動発電ケーブルの製造方法であって、管状の高圧電極と、前記高圧電極の内周面に形成される複数の放電電極と、前記高圧電極の内側に前記放電電極を含む前記高圧電極と同軸状に所定の距離を保持して配置される管状のグリッド電極とを用い、中心電極と、前記中心電極の外周に設けられるエレクトレット誘電体層とを具備するケーブル素材を、前記グリッド電極の内側に前記グリッド電極と同軸状に所定の距離を保持して配置し、前記中心電極を基準電位とし、前記中心電極と前記グリッド電極との間に第1の電源を接続し、前記中心電極と前記高圧電極との間に第2の電源を接続し、前記第1の電源と前記第2の電源は、出力電圧を同一極性とし、前記第2の電源の出力電圧を前記第1の電源の出力電圧よりも高くし、前記高圧電極と前記グリッド電極との間にコロナ放電を発生させてエレクトレット誘電体層を帯電処理することを特徴とする振動発電ケーブルの製造方法である。   3rd invention is a manufacturing method of a vibration electric power generation cable, Comprising: A tubular high voltage electrode, a plurality of discharge electrodes formed in the inner peripheral surface of the high voltage electrode, and the discharge electrode inside the high voltage electrode A cable material comprising a center electrode and an electret dielectric layer provided on the outer periphery of the center electrode, using a tubular grid electrode disposed coaxially with the high-voltage electrode and maintaining a predetermined distance, The grid electrode is arranged inside the grid electrode while maintaining a predetermined distance coaxially, the center electrode is set as a reference potential, a first power source is connected between the center electrode and the grid electrode, A second power source is connected between a center electrode and the high-voltage electrode, the first power source and the second power source have the same polarity of output voltage, and the output voltage of the second power source is the first voltage. Higher than the output voltage of the power supply Wherein a method for manufacturing a vibration power cable, which comprises charged electret dielectric layer by generating corona discharge between the high voltage electrode and the grid electrode.

このような構成とすることで、振動発電ケーブルのエレクトレット誘電体層に対して、振動発電ケーブルの長手方向に均一にかつ確実に帯電させることができる。また、振動発電ケーブルの中心電極の外周にエレクトレット誘電体層を形成した後に、一連の工程としてエレクトレット誘電体層の帯電処理を行うことができるため、製造性に優れる。   With such a configuration, the electret dielectric layer of the vibration power generation cable can be uniformly and reliably charged in the longitudinal direction of the vibration power generation cable. Further, since the electret dielectric layer can be charged as a series of steps after the electret dielectric layer is formed on the outer periphery of the center electrode of the vibration power generation cable, the productivity is excellent.

なお、本願において「エレクトレット誘電体層」という用語は、帯電処理された状態のものについてだけではなく、帯電処理前の基材についても用いることがある。   In the present application, the term “electret dielectric layer” may be used not only for the charged state but also for the base material before the charging process.

本発明によれば、様々な形態の設置場所へ適用することが可能であり、発電効率の高い振動発電ケーブル等を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to apply to the installation place of various forms, and a vibration electric power generation cable etc. with high electric power generation efficiency can be provided.

振動発電ケーブル1を示す断面図。Sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 1. FIG. エレクトレット誘電体層5の帯電状態を示す図。The figure which shows the electrification state of the electret dielectric material layer 5. FIG. エレクトレット誘電体層5aの帯電状態を示す拡大図。The enlarged view which shows the electrification state of the electret dielectric material layer 5a. 外部電極7の変形状態を示す概念図。The conceptual diagram which shows the deformation | transformation state of the external electrode. エレクトレット誘電体層5と外部電極7との非接合部における双方の間の距離変化を示す概念図。The conceptual diagram which shows the distance change between both in the non-joining part of the electret dielectric material layer 5 and the external electrode 7. FIG. 振動発電ケーブルの発電出力電圧の変化を示す図。The figure which shows the change of the electric power generation output voltage of a vibration electric power generation cable. (a)は振動発電ケーブル1aを示す断面図、(b)は振動発電ケーブル1bを示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 1a, (b) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 1b. エレクトレット誘電体層5を樹脂テープ11で形成する構成を示す図。The figure which shows the structure which forms the electret dielectric material layer 5 with the resin tape 11. FIG. 帯電処理装置20を示す正面断面図。FIG. 3 is a front sectional view showing the charging processing device 20. 帯電処理装置20を示す断面図で、図9のF−F線断面図。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the charging apparatus 20 and is a cross-sectional view taken along the line FF of FIG. 振動発電ケーブル1、整流回路47、蓄電回路49で構成される振動発電装置50を示す図。The figure which shows the vibration electric power generation apparatus 50 comprised by the vibration electric power generation cable 1, the rectifier circuit 47, and the electrical storage circuit 49. FIG. 振動発電体40を示す図で、(a)は側面図、(b)は(a)のG−G線断面図。It is a figure which shows the vibration electric power generation body, (a) is a side view, (b) is the GG sectional view taken on the line of (a). 振動発電体40aを示す図。The figure which shows the vibration electric power generation body 40a. 振動発電体40bを示す図。The figure which shows the vibration electric power generation body 40b. 振動発電装置50aを示す図。The figure which shows the vibration electric power generating apparatus 50a. (a)は振動発電ケーブル60aを示す断面図、(b)は振動発電ケーブル60bを示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60a, (b) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60b. (a)は振動発電ケーブル60cを示す断面図、(b)は振動発電ケーブル60dを示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60c, (b) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60d. (a)は振動発電ケーブル60eを示す断面図、(b)は振動発電ケーブル60fを示す断面図。(A) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60e, (b) is sectional drawing which shows the vibration electric power generation cable 60f.

<実施形態1>
以下、本発明の実施の形態にかかる振動発電ケーブル1について説明する。図1に示すように、振動発電ケーブル1は、主に、中心電極3、エレクトレット誘電体層5、外部電極7、被覆部9等から構成される。
<Embodiment 1>
Hereinafter, a vibration power generation cable 1 according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the vibration power generation cable 1 mainly includes a center electrode 3, an electret dielectric layer 5, an external electrode 7, a covering portion 9, and the like.

振動発電ケーブル1の中心には、中心電極3が設けられる。中心電極3の外周にはエレクトレット誘電体層5が設けられる。また、エレクトレット誘電体層5の外周には、外部電極7が設けられる。すなわち、エレクトレット誘電体層5は、中心電極3と外部電極7とで挟まれる。また、外部電極7の外周には、被覆部9が設けられる。このように、振動発電ケーブル1は、中心電極3、エレクトレット誘電体層5、外部電極7、被覆部9が同軸状に配置され、構成されたケーブルである。   A center electrode 3 is provided at the center of the vibration power generation cable 1. An electret dielectric layer 5 is provided on the outer periphery of the center electrode 3. An external electrode 7 is provided on the outer periphery of the electret dielectric layer 5. That is, the electret dielectric layer 5 is sandwiched between the center electrode 3 and the external electrode 7. A covering portion 9 is provided on the outer periphery of the external electrode 7. Thus, the vibration power generation cable 1 is a cable in which the center electrode 3, the electret dielectric layer 5, the external electrode 7, and the covering portion 9 are arranged coaxially.

外力を付与した際、少なくとも外部電極7とエレクトレット誘電体層5の互いの界面形状は、振動発電ケーブル1の長さ方向と直交する断面において、その部分的な変形が可能である。また、中心電極3、エレクトレット誘電体層5、外部電極7は、それぞれ可撓性を有し、振動発電ケーブル1を任意の形態に曲げて変形させることが可能である。   When an external force is applied, at least the interface shape between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 can be partially deformed in a cross section orthogonal to the length direction of the vibration power generation cable 1. Moreover, the center electrode 3, the electret dielectric layer 5, and the external electrode 7 have flexibility, respectively, and the vibration power generation cable 1 can be bent and deformed into an arbitrary form.

中心電極3、外部電極7としては、導電性が高い材料が望ましいが、半導電性の材料でも良い。導電性材料としては、例えばアルミニウム、銅、錫、鉄あるいはこれらの合金等の金属を用いることができる。また、これらの金属の表面に、錫、銀、亜鉛、ニッケル等のめっき処理を施しても良い。   The center electrode 3 and the external electrode 7 are preferably made of a material having high conductivity, but may be a semiconductive material. As the conductive material, for example, a metal such as aluminum, copper, tin, iron, or an alloy thereof can be used. In addition, the surface of these metals may be plated with tin, silver, zinc, nickel or the like.

なお、中心電極3は、例えば、単心の導体素線や、複数の導体素線を撚り合わせて形成すれば良い。また、外部電極7は、例えば、金属製の編組線や、金属テープ巻き、導体素線の螺旋巻きなどで形成することができるが、外力による柔軟性や耐久性を考慮すると、金属製の編組線であることが望ましい。   The center electrode 3 may be formed by, for example, twisting a single core conductor wire or a plurality of conductor strands. Further, the external electrode 7 can be formed by, for example, a metal braided wire, a metal tape winding, a spiral winding of a conductor wire, or the like, but considering flexibility and durability due to external force, a metal braid A line is desirable.

図2(a)に示すように、エレクトレット誘電体層5は、内面側である中心電極3側が正に帯電し、外面側である外部電極7側が負に帯電している。すなわち、エレクトレット誘電体層5の両面は、互いに逆極性の電荷で半永久的に帯電している。また、図2(b)に示すように、エレクトレット誘電体層5は、内面側である中心電極3側を負に帯電させ、外面側である外部電極7側を正に帯電させてもよい。なお、エレクトレット誘電体層5の内面と外面との間に表面電位差がある状態であればよく、例えば、エレクトレット誘電体層5の片面にのみ、いずれか一方の極性の電荷が帯電していても良く、あるいは、エレクトレット誘電体層5の両面に、いずれか一方の極性の電荷が帯電していてもよい。このようなエレクトレット誘電体層5は、所定の帯電処理を施すことで形成することができ、帯電処理の詳細は後述する。   As shown in FIG. 2A, the electret dielectric layer 5 is positively charged on the center electrode 3 side, which is the inner surface side, and negatively charged on the outer electrode 7 side, which is the outer surface side. That is, both surfaces of the electret dielectric layer 5 are semi-permanently charged with charges of opposite polarities. Further, as shown in FIG. 2B, the electret dielectric layer 5 may be negatively charged on the center electrode 3 side which is the inner surface side and positively charged on the outer electrode 7 side which is the outer surface side. Note that it is sufficient that there is a surface potential difference between the inner surface and the outer surface of the electret dielectric layer 5. For example, even if only one surface of the electret dielectric layer 5 is charged with one polarity. Alternatively, the charge of either polarity may be charged on both surfaces of the electret dielectric layer 5. Such an electret dielectric layer 5 can be formed by performing a predetermined charging process, and details of the charging process will be described later.

エレクトレット誘電体層5の材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどの樹脂を用いることができる。また、使用条件に応じて、例えば高温特性に優れるポリイミド系の樹脂やフッ素系の樹脂(例えばフルオロエチレンプロピレンやポリテトラフルオロエチレン)を用いることができる。また、ゴム材料として、例えばニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなどを用いることができる。   As a material of the electret dielectric layer 5, for example, a resin such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, or polyvinyl chloride can be used. Further, depending on the use conditions, for example, a polyimide-based resin or a fluorine-based resin (for example, fluoroethylenepropylene or polytetrafluoroethylene) having excellent high-temperature characteristics can be used. As the rubber material, for example, nitrile rubber, ethylene propylene rubber, acrylic rubber, urethane rubber, chloroprene rubber, silicone rubber, fluorine-based rubber, and the like can be used.

なお、図3に示すように、多孔質材からなるエレクトレット誘電体層5aを用いることもできる。内部に微細な空孔4が存在する多孔質材の両面に電圧を付与すると、空孔4内において容易にコロナ放電が生じる。このコロナ放電によって空孔壁面および空孔壁面近傍にも帯電したエレクトレット誘電体層5aを容易に製造できる。なお、エレクトレット誘電体層5aの空孔壁面および空孔壁面近傍の帯電状態は、図3に示すように、電圧印加方向(この場合にはエレクトレット誘電体層5aの厚さ方向)に正電荷と負電荷に帯電した領域が形成される状態になっていると考えられる。また、エレクトレット誘電体層5aの内部に空孔4が存在すると、エレクトレット誘電体層5aの変形が容易となる。このため、エレクトレット誘電体層5aの厚さを、より小さな外力で容易に変化させることができる。このため、発電効率を向上させることができる。なお、以下の説明では、エレクトレット誘電体層5を用いる例について示す。   In addition, as shown in FIG. 3, the electret dielectric material layer 5a which consists of a porous material can also be used. When voltage is applied to both surfaces of a porous material having fine pores 4 therein, corona discharge easily occurs in the pores 4. By this corona discharge, the electret dielectric layer 5a charged also in the hole wall surface and in the vicinity of the hole wall surface can be easily manufactured. As shown in FIG. 3, the electret dielectric layer 5a is charged with positive charges in the voltage application direction (in this case, the thickness direction of the electret dielectric layer 5a). It is considered that a negatively charged region is formed. Further, if the holes 4 are present inside the electret dielectric layer 5a, the electret dielectric layer 5a can be easily deformed. For this reason, the thickness of the electret dielectric layer 5a can be easily changed with a smaller external force. For this reason, power generation efficiency can be improved. In the following description, an example using the electret dielectric layer 5 will be described.

次に、振動発電ケーブル1の発電機構について説明する。図4(a)に示すように、例えば定常状態(外力が付与されていない状態。以下同様。)では、中心電極3と外部電極7との間には、エレクトレット誘電体層5の厚み分の距離が保たれている。   Next, the power generation mechanism of the vibration power generation cable 1 will be described. As shown in FIG. 4A, for example, in a steady state (a state in which no external force is applied; the same applies hereinafter), the thickness of the electret dielectric layer 5 is between the center electrode 3 and the external electrode 7. The distance is kept.

これに対し、図4(b)に示すように、例えば外方から圧縮力(図中矢印A方向の力)が付与されると、外部電極7およびエレクトレット誘電体層5の互いの界面形状が部分的に変形する。したがって、中心電極3と外部電極7との距離が変化する。この際、中心電極3と外部電極7との相対位置変化に応じて、それぞれの電極に互いに極性を異にする電荷が誘起され、発電する。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, for example, when a compressive force (force in the direction of arrow A in the figure) is applied from the outside, the mutual interface shape of the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 is changed. Partially deform. Therefore, the distance between the center electrode 3 and the external electrode 7 changes. At this time, according to the relative position change between the center electrode 3 and the external electrode 7, electric charges having different polarities are induced in the respective electrodes to generate electric power.

このように、中心電極3と外部電極7とに電荷が誘起されるメカニズムとしては、以下のように考えられる。エレクトレット誘電体層5の両面において、極性を異にして帯電する電荷によって形成される双極子の双極子モーメントが、エレクトレット誘電体層5の変形に伴い変化する。この際、エレクトレット誘電体層5の内面側と外面側に配置される中心電極3と外部電極7とに逆極性の電荷がそれぞれ誘起されるものと考えられる。   As described above, the mechanism by which charges are induced in the center electrode 3 and the external electrode 7 is considered as follows. On both surfaces of the electret dielectric layer 5, the dipole moment of the dipole formed by charges charged with different polarities changes as the electret dielectric layer 5 is deformed. At this time, it is considered that charges having opposite polarities are induced in the center electrode 3 and the external electrode 7 disposed on the inner surface side and the outer surface side of the electret dielectric layer 5, respectively.

また、中心電極3と外部電極7との相対的な位置が部分的に変化するため、中心電極3と外部電極7との間の静電容量が変化する。したがって、エレクトレット誘電体層5の存在によって、各電極に誘起される電荷量に変化が生じ、発電されるものと考えられる。   Moreover, since the relative position of the center electrode 3 and the external electrode 7 changes partially, the electrostatic capacitance between the center electrode 3 and the external electrode 7 changes. Therefore, it is considered that the electric charge induced in each electrode changes due to the presence of the electret dielectric layer 5 to generate power.

なお、実際には、エレクトレット誘電体層5の内面側と外面側とで帯電する電荷量が異なる点や、各構成部材が同軸状に配置されている点などから、中心電極3と外部電極7とに電荷が誘起されるメカニズムは複雑である。しかし、いずれのメカニズムを想定しても、中心電極3および外部電極7にそれぞれ誘起される電荷の極性は、中心電極3と外部電極7との距離が近づく方向に変形していく場合と離れる方向に変形していく場合とで逆極性となる。例えば、振動発電ケーブル1が押圧(圧縮方向であって図4(b)のA方向)されて変形していく過程で各電極に誘起される電荷の極性と、押圧が開放されて元の状態(図4(a)の状態)に戻っていく過程で各電極に誘起される電荷の極性とでは逆極性となる。   Actually, the center electrode 3 and the external electrode 7 are different from each other in that the amount of charge to be charged is different between the inner surface side and the outer surface side of the electret dielectric layer 5 and that the constituent members are arranged coaxially. The mechanism by which charges are induced is complicated. However, regardless of which mechanism is assumed, the polarities of the charges induced in the center electrode 3 and the external electrode 7 are different from those in the case where the distance between the center electrode 3 and the external electrode 7 is deformed. It becomes reverse polarity when it is deformed. For example, in the process in which the vibration power generation cable 1 is pressed (in the compression direction, direction A in FIG. 4B) and deformed, the polarity of the charge induced in each electrode, and the pressure is released to the original state In the process of returning to (the state of FIG. 4A), the polarity is opposite to the polarity of the charge induced in each electrode.

一方、振動発電ケーブル1に外力が加わっていても、振動発電ケーブル1の形状に変化がない状態(変形が止まっている状態)では、中心電極3と外部電極7とに誘起される電荷量には変化が生じない。したがって、振動発電ケーブル1は発電しない。例えば、中心電極3と外部電極7とに電気的に接続された外部回路のインピーダンスが非常に高い場合、仮にインピーダンスが無限大の場合には外部回路を介して電荷が流れないため、中心電極3と外部電極7との電位差は維持されるが、発電は行われない。一方、中心電極3と外部電極7との間に接続された外部回路のインピーダンスが低い場合には、外部回路を介して電荷が流れるため、中心電極3と外部電極7との電位差はゼロとなり、発電は行われない。以上のことから、繰り返しの外力変化(振動含む)を与えた際の振動発電ケーブル1から得られる出力電圧は交流電圧となる。   On the other hand, even when an external force is applied to the vibration power generation cable 1, the amount of charge induced in the center electrode 3 and the external electrode 7 is reduced in a state where the shape of the vibration power generation cable 1 does not change (a state in which the deformation stops). Does not change. Therefore, the vibration power generation cable 1 does not generate power. For example, when the impedance of the external circuit electrically connected to the center electrode 3 and the external electrode 7 is very high, if the impedance is infinite, the charge does not flow through the external circuit. The potential difference between the external electrode 7 and the external electrode 7 is maintained, but no power generation is performed. On the other hand, when the impedance of the external circuit connected between the center electrode 3 and the external electrode 7 is low, charge flows through the external circuit, so the potential difference between the center electrode 3 and the external electrode 7 becomes zero. There is no power generation. From the above, the output voltage obtained from the vibration power generation cable 1 when a repeated external force change (including vibration) is applied is an AC voltage.

また、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7の少なくとも一方との間には非接合部が形成されることが望ましい。すなわち、エレクトレット誘電体層5は、中心電極3、外部電極7に対して、容易に剥離可能であることが望ましい。また、エレクトレット誘電体層5は、中心電極3あるいは外部電極7と、完全に接触していなくてもよく、部分的に空隙が形成されていても良い。   In addition, it is desirable that a non-bonded portion is formed between the electret dielectric layer 5 and at least one of the center electrode 3 or the external electrode 7. That is, it is desirable that the electret dielectric layer 5 can be easily peeled from the center electrode 3 and the external electrode 7. Further, the electret dielectric layer 5 may not be completely in contact with the center electrode 3 or the external electrode 7, and a gap may be partially formed.

例えば、図5(a)に示すように、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との間の非接合部には、部分的に空隙(ギャップ)が形成されていても良い。例えば、図5(a)のC部は、外部電極7とエレクトレット誘電体層5とが剥離してその間に空隙6が生じている状態を示す。   For example, as shown in FIG. 5A, a gap (gap) may be partially formed in the non-joint portion between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5. For example, part C in FIG. 5A shows a state in which the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 are separated and a gap 6 is generated therebetween.

この状態から、例えば振動発電ケーブル1の径方向(図中矢印B方向)の外力変化が生じて外部電極7とエレクトレット誘電体層5の互いの界面形状が部分的に変形すると、図5(b)に示すように、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との非接合部における接触状態が変化する。例えば、図5(b)のC部では、図5(a)のC部で示す外部電極7とエレクトレット誘電体層5とが剥離している状態から接触する状態へと変化した状態を示している。すなわち、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの距離が部分的に変化し、したがって、中心電極3と外部電極7との互いの距離が部分的に変化する。   From this state, for example, when an external force change in the radial direction (in the direction of arrow B in the figure) of the vibration power generation cable 1 occurs and the mutual interface shape between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 is partially deformed, FIG. ), The contact state at the non-joined portion between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 changes. For example, part C of FIG. 5B shows a state in which the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 shown in part C of FIG. Yes. That is, the mutual distance between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 partially changes, and thus the mutual distance between the center electrode 3 and the external electrode 7 partially changes.

このようにすることで、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との非接合部における界面において、振動発電ケーブル1の変形時に、互いに接触及び剥離または摩擦が生じる領域を形成することができる。この際、中心電極3および外部電極7に電荷が誘起され、発電を行うことができる。   By doing in this way, in the interface in the non-junction part of the electret dielectric material layer 5, and the center electrode 3 or the external electrode 7, the area | region where a mutual contact and peeling or friction arise at the time of a deformation | transformation of the vibration power generation cable 1 is formed. Can do. At this time, electric charges are induced in the center electrode 3 and the external electrode 7, and power generation can be performed.

このように、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との非接合部における接触状態が変化することで、各電極に電荷が誘起されるメカニズムとしては、以下のように考えられる。   As described above, the mechanism by which the charge is induced in each electrode by changing the contact state at the non-junction portion between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 is considered as follows.

第1は、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との非接合部において、互いに接触及び剥離を繰り返すことで、エレクトレット誘電体層5の表面と中心電極3あるいは外部電極7の表面との間の距離が繰り返し変化する。また、互いに剥離と接触とを繰り返すことで、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間において、空隙の形成及び消失が繰り返される。それらの際に、静電誘導によって、各電極に極性を異にする電荷が誘起されるものと考えられる。   The first is that the surface of the electret dielectric layer 5 and the surface of the center electrode 3 or the external electrode 7 are repeatedly contacted and separated from each other at the non-joint portion between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7. The distance between and changes repeatedly. Further, by repeating peeling and contact with each other, formation and disappearance of voids are repeated between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7. At that time, it is considered that charges having different polarities are induced in each electrode by electrostatic induction.

第2は、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との非接合部において、互いに接触及び剥離または摩擦が生じする際に、帯電する現象(剥離帯電、接触帯電、摩擦帯電など)が発生し、中心電極3および外部電極7にそれぞれ電荷が誘起されて発電するものである。なお、異種物質同士が接触、剥離、摩擦をする際の帯電現象は、その時の状態や条件によって、帯電量や極性が異なり、複雑な現象である。したがって、本発明においては、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との接触状態の変化に伴い、各電極に電荷が誘起されるメカニズムは、前者が支配的であると考えられる。   Second, a phenomenon in which charging occurs when contact, peeling, or friction occurs between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 when they contact each other, peeling, or friction (such as peeling charging, contact charging, friction charging). Is generated, and electric charges are respectively induced in the center electrode 3 and the external electrode 7 to generate electric power. Note that the charging phenomenon when different substances come into contact with each other, peel off, and friction is a complicated phenomenon because the charge amount and polarity differ depending on the state and conditions at that time. Therefore, in the present invention, it is considered that the former is dominant in the mechanism in which charges are induced in each electrode in accordance with the change in the contact state between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7.

なお、発明者らは、エレクトレット誘電体層5と中心電極3および外部電極7とを完全に接合したものよりも、非接合状態として、エレクトレット誘電体層5と各電極とが互いに接触および剥離が可能な状態とした場合の方が、発電出力電圧が大きいことを見出した。したがって、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間に非接合部を設けた振動発電ケーブル1では、前述したエレクトレット誘電体層5の変形に伴う双極子モーメントの変化に起因した発電よりも、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との非接合部における接触状態の変化(空隙のギャップ長の変化)に伴う発電の方が支配的であると考えられる。   In addition, the inventors contacted and peeled the electret dielectric layer 5 and each electrode from each other in a non-bonded state, rather than the case where the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 and the external electrode 7 are completely bonded. It has been found that the power generation output voltage is larger when it is possible. Therefore, in the vibration power generation cable 1 in which the non-junction portion is provided between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7, it is caused by the change of the dipole moment accompanying the deformation of the electret dielectric layer 5 described above. It is considered that the power generation accompanying the change in the contact state (change in the gap length of the gap) at the non-joined portion between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 is more dominant than the power generation.

図6は、振動発電ケーブル1の変形と発電出力電圧との関係を評価した結果を示す図であり、横軸が時間、縦軸が発電出力電圧である。なお、振動発電ケーブル1としては、中心電極3に直径1mmの銅線を用い、エレクトレット誘電体層5は、厚さ約1mmのポリエチレンを中心電極上に押し出し被覆して設けた。外部電極7には、錫メッキ銅編組線を用い、被覆部9としては厚さ約0.5mmのポリ塩化ビニルを用いた。なお、エレクトレット誘電体層5には、ポリエチレンの他に、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴムを厚さ約1mmで中心電極3上に押し出して、同一構成とした振動発電ケーブル1についても同様に評価した。   FIG. 6 is a diagram showing a result of evaluating the relationship between the deformation of the vibration power generation cable 1 and the power generation output voltage, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the power generation output voltage. In the vibration power generation cable 1, a copper wire having a diameter of 1 mm was used for the center electrode 3, and the electret dielectric layer 5 was provided by extruding and covering polyethylene having a thickness of about 1 mm on the center electrode. A tin-plated copper braided wire was used for the external electrode 7, and polyvinyl chloride having a thickness of about 0.5 mm was used for the covering portion 9. In addition to the polyethylene, the electret dielectric layer 5 is made of polypropylene, polyvinyl chloride, silicone rubber, and ethylene propylene rubber extruded on the center electrode 3 with a thickness of about 1 mm, and the vibration power generation cable 1 having the same configuration is used. Was similarly evaluated.

得られた振動発電ケーブル1には、常温にて中心電極3と外部電極7との間に、直流電圧30kVを1時間印加して、エレクトレット誘電体層5の分極帯電処理を施した。なお、直流電圧の極性に関しては、中心電極3側を負極、外部電極7側を正極とした場合と、その逆とした場合の両方について評価した。また、いずれの振動発電ケーブル1においても、エレクトレット誘電体層5と中心電極3および外部電極7とは非接合状態であり、振動発電ケーブル1の変形によって、互いに接触及び剥離あるいは摩擦が生じることが可能である。ここでは、簡単のため、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状および接触状態の変化(空隙のギャップ長の変化)に着目して、図6の振動発電ケーブル1の変形と発電出力電圧の関係を説明する。   The obtained vibration power generation cable 1 was subjected to polarization charging of the electret dielectric layer 5 by applying a DC voltage of 30 kV for 1 hour between the center electrode 3 and the external electrode 7 at room temperature. Regarding the polarity of the DC voltage, both the case where the center electrode 3 side is the negative electrode and the external electrode 7 side is the positive electrode and the opposite case are evaluated. Further, in any vibration power generation cable 1, the electret dielectric layer 5, the center electrode 3, and the external electrode 7 are in a non-joined state, and deformation, deformation, or friction between the vibration power generation cable 1 may occur. Is possible. Here, for the sake of simplicity, the deformation of the vibration power generation cable 1 in FIG. 6 will be described by focusing on the change in the interface shape and contact state between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 (change in gap length of the gap). The relationship of the power generation output voltage will be described.

図6は、振動発電ケーブル1に対し、押圧力を付与し、一定時間保持後にその押圧を取り除いた際の発電出力波形をオシロスコープにて観測したものの一例である。ここで、オシロスコープの入力インピーダンスはDC1MΩとした。また、振動発電ケーブルの発電出力電圧としては、エレクトレット誘電体層5の負電荷が帯電する表面側に対向する電極の電位を基準電位とした。   FIG. 6 shows an example in which a power generation output waveform is observed with an oscilloscope when a pressing force is applied to the vibration power generation cable 1 and the pressing force is removed after holding for a certain time. Here, the input impedance of the oscilloscope was DC 1 MΩ. In addition, as the power generation output voltage of the vibration power generation cable, the potential of the electrode facing the surface side where the negative charge of the electret dielectric layer 5 is charged was used as the reference potential.

まず、定常状態において、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状および接触状態が変化していない場合には、発電が行われない。この状態から、振動発電ケーブル1を押圧して変形させていくと、押圧を受けた領域の外部電極7とエレクトレット誘電体層5との界面形状が変化し、例えば図5(a)のC部に示すように空隙が形成されていた部分では、図5(b)のC部に示すように外部電極7とエレクトレット誘電体層5との間の距離が小さくなり、いずれは接触するように変化する。また、同時に、押圧を受けた領域では、外部電極7と中心電極3との間の距離も小さくなる方向に変化していく。この際、振動発電ケーブル1の発電出力電圧としては、正極性の電圧が発生する(図中I)。   First, in the steady state, power generation is not performed when the interface shape and the contact state between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 are not changed. From this state, when the vibration power generation cable 1 is pressed and deformed, the interface shape between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 in the area subjected to the pressure changes, for example, part C in FIG. As shown in FIG. 5, in the portion where the gap is formed, the distance between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 becomes small as shown in part C of FIG. To do. At the same time, in the pressed area, the distance between the external electrode 7 and the center electrode 3 also changes in the direction of decreasing. At this time, a positive voltage is generated as the power generation output voltage of the vibration power generation cable 1 (I in the figure).

その後、振動発電ケーブル1に押圧が付与された状態で、振動発電ケーブル1の形状変化が止まり、したがって、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状および接触状態の変化が止まり、その界面形状および接触状態が保持されると、振動発電ケーブル1では発電が行われなくなるとともに、双方の電極に誘起されていた電荷がオシロスコープの入力インピーダンスを介して流れてしまうため、振動発電ケーブル1の発電出力電圧は0となる(図中II)。この状態から、押圧を開放すると、押圧を受けた領域の振動発電ケーブル1の形状はもとの定常状態における形状に戻る方向に変形していくため、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状および接触状態も、定常状態における界面形状および接触状態に戻る方向に変形していく。すなわち、外部電極7とエレクトレット誘電体層5は剥離する方向に変形(空隙のギャップ長が長くなる方向に変化)していく。また、同時に、押圧が開放された領域では、外部電極7と中心電極3との間の距離も大きくなる方向に変化していく。この際の発電出力電圧としては、前述とは逆極性である負電圧が振動発電ケーブル1で発生する(図中III)。続いて、押圧を開放してから振動発電ケーブル1の形状変化が止まり、外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状および接触状態の変化が止まると、前述と同様に振動発電ケーブル1の発電出力電圧は0となる。   Thereafter, in the state where the vibration power generation cable 1 is pressed, the shape change of the vibration power generation cable 1 is stopped, and accordingly, the change in the interface shape and the contact state between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 is stopped. When the interface shape and the contact state are maintained, the vibration power generation cable 1 does not generate power, and the charges induced in both electrodes flow through the input impedance of the oscilloscope. The generated power output voltage becomes 0 (II in the figure). When the pressure is released from this state, the shape of the vibration power generation cable 1 in the area subjected to the pressure is deformed in a direction to return to the shape in the original steady state, so that the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 The mutual interface shape and contact state are also deformed in a direction to return to the interface shape and contact state in the steady state. That is, the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 are deformed in a peeling direction (changed in a direction in which the gap gap length is increased). At the same time, in the region where the pressure is released, the distance between the external electrode 7 and the center electrode 3 also changes in the increasing direction. As a power generation output voltage at this time, a negative voltage having a polarity opposite to that described above is generated in the vibration power generation cable 1 (III in the figure). Subsequently, when the shape of the vibration power generation cable 1 stops after releasing the pressure, and the change in the mutual interface shape and contact state between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 stops, the vibration power generation cable is the same as described above. The generated output voltage of 1 is 0.

このように、本発明では、振動発電ケーブル1におけるエレクトレット誘電体層5と外部電極7あるいは中心電極3との互いの界面形状および接触状態の変化(接触と剥離あるいは空隙のギャップ長の変化)によって、高い効率で発電を行うことができる。なお、このような傾向は、エレクトレット誘電体層5の材質を変えても同様であった。また、エレクトレット誘電体層5の帯電の極性を逆にしても、同様の傾向であった。また、エレクトレット誘電体層5の材質として、図3に示すような多孔質材(例えば発泡樹脂)を用いても、同様の傾向を得ることができた。   Thus, in the present invention, the change in the interface shape and contact state between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 or the center electrode 3 in the vibration power generation cable 1 (contact and peeling or change in gap gap length). Power generation can be performed with high efficiency. Such a tendency was the same even when the material of the electret dielectric layer 5 was changed. Further, even when the electret dielectric layer 5 was charged with the opposite polarity, the same tendency was observed. Further, even when a porous material (for example, foamed resin) as shown in FIG. 3 was used as the material of the electret dielectric layer 5, the same tendency could be obtained.

なお、振動発電ケーブル1が外力により変形を繰り返す場合、中心電極3あるいは外部電極7とエレクトレット誘電体層5との互いの界面形状が変化して接触および剥離を繰り返すが、その際に、中心電極3あるいは外部電極7とエレクトレット誘電体層5との間の空隙部で空気放電が生じることが考えられる。このような空気放電が生じると、エレクトレット誘電体層5の外表面と内表面との電位差が低下する恐れがある。したがって、振動発電ケーブル1を使用するにつれて発電が行われなくなる恐れがある。しかし、発明者らは、このような中心電極3あるいは外部電極7とエレクトレット誘電体層5とが互いに接触と剥離とを繰り返しても、振動発電ケーブル1の発電出力が直ちに低下して、発電が行われなくなることは生じないことを見出した。中心電極3あるいは外部電極7とエレクトレット誘電体層5との間の空隙部における空気放電の発生は、空隙部における電極表面とエレクトレット誘電体層5の表面との間の電位差と距離との関係で決まり、パッシェンの法則におよそ従うと考えられる。したがって、空隙部における中心電極3あるいは外部電極7とエレクトレット誘電体層5との間の距離と、エレクトレット誘電体層5の帯電電位(エレクトレット誘電体層5の外表面と内表面との電位差)とを、パッシェンの法則において空気放電が発生しない範囲に設定することが望ましい。   When the vibration power generation cable 1 is repeatedly deformed by an external force, the interface shape between the center electrode 3 or the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 is changed, and contact and peeling are repeated. 3 or the air gap between the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 may occur. When such air discharge occurs, the potential difference between the outer surface and the inner surface of the electret dielectric layer 5 may be reduced. Therefore, power generation may not be performed as the vibration power generation cable 1 is used. However, even if the inventors repeatedly contact and peel the center electrode 3 or the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 from each other, the power generation output of the vibration power generation cable 1 immediately decreases and power generation is performed. We found that it never happened. The occurrence of air discharge in the gap between the center electrode 3 or the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 is due to the relationship between the potential difference between the electrode surface and the surface of the electret dielectric layer 5 and the distance in the gap. It is determined that it will approximately follow Paschen's law. Therefore, the distance between the center electrode 3 or the external electrode 7 and the electret dielectric layer 5 in the gap and the electrification potential of the electret dielectric layer 5 (potential difference between the outer surface and the inner surface of the electret dielectric layer 5) Is preferably set in a range where no air discharge occurs in Paschen's law.

<実施形態2>
前述のように、本発明の振動発電ケーブル1は、外力による変形に応じて発電を行うことができる。したがって、振動発電ケーブル1は、容易に変形するものであることが望ましい。このため、図7(a)に示すように、中空の中心電極3を有する振動発電ケーブル1aを用いても良い。振動発電ケーブル1aでは、中心電極3の内部に空間33が形成されているため、外力による振動発電ケーブル1aの断面の変形が容易である。
<Embodiment 2>
As described above, the vibration power generation cable 1 of the present invention can generate power according to deformation caused by an external force. Therefore, it is desirable that the vibration power generation cable 1 be easily deformed. For this reason, you may use the vibration electric power generation cable 1a which has the hollow center electrode 3, as shown to Fig.7 (a). In the vibration power generation cable 1a, since the space 33 is formed inside the center electrode 3, the cross section of the vibration power generation cable 1a can be easily deformed by an external force.

また、図7(b)に示すように、中空の中心電極3の内部に弾性体35を配置した振動発電ケーブル1bを用いても良い。弾性体としては、容易に変形が可能であり、形状の復元力が高いものが望ましく、例えば、ゴム製の紐部材または線部材を用いることができる。この場合、弾性体35の外表面に、金属蒸着、金属メッキ等を施して中心電極3を形成しても良い。また、弾性体35の外周に、金属テープや金属素線を巻きつけて、中心電極3を形成しても良い。また、弾性体35の外周に、例えば管状に銅編組線を被せて中心電極3を形成しても良い。なお、中心電極3の断面形状は、真円でなくてもよく、楕円等のその他の形状であっても良い。   Further, as shown in FIG. 7B, a vibration power generation cable 1b in which an elastic body 35 is disposed inside the hollow center electrode 3 may be used. As the elastic body, one that can be easily deformed and has a high shape restoring force is desirable. For example, a rubber string member or a wire member can be used. In this case, the center electrode 3 may be formed on the outer surface of the elastic body 35 by metal deposition, metal plating, or the like. Alternatively, the center electrode 3 may be formed by winding a metal tape or a metal wire around the outer periphery of the elastic body 35. Further, the center electrode 3 may be formed by covering the outer circumference of the elastic body 35 with, for example, a copper braided wire in a tubular shape. The cross-sectional shape of the center electrode 3 does not have to be a perfect circle, but may be another shape such as an ellipse.

次に、振動発電ケーブル1の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、振動発電ケーブル1について説明するが、他の振動発電ケーブルも同様である。前述の通り、エレクトレット誘電体層5は、中心電極3の外周に押し出し被覆して形成することができる。エレクトレット誘電体層5を押し出し被覆後、さらに外周に外部電極7を形成し、被覆部9によって押し出し被覆すればよい。その後、中心電極3と外部電極7との間に直流電圧を付与し、エレクトレット誘電体層5の帯電処理を行えばよい。また、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間に空隙部が存在する場合や、エレクトレット誘電体層5の内部に空隙や空孔が分散して存在する場合には、中心電極3と外部電極7との間に交流電圧を付与することでもエレクトレット誘電体層5の帯電処理を行うことができる。この場合には、空隙部や空孔部において、直流電圧と比較して、交流電圧の方が空気放電を発生させやすいため、エレクトレット誘電体層5内に帯電領域を形成しやすくなる。   Next, a method for manufacturing the vibration power generation cable 1 will be described. In the following description, the vibration power generation cable 1 will be described, but the same applies to other vibration power generation cables. As described above, the electret dielectric layer 5 can be formed by extrusion covering the outer periphery of the center electrode 3. After the electret dielectric layer 5 is extruded and covered, an external electrode 7 is further formed on the outer periphery, and the covering portion 9 may be extruded and covered. Thereafter, a DC voltage may be applied between the center electrode 3 and the external electrode 7 to charge the electret dielectric layer 5. Further, when there is a gap between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7, or when voids or holes are dispersed inside the electret dielectric layer 5, the center The electret dielectric layer 5 can also be charged by applying an AC voltage between the electrode 3 and the external electrode 7. In this case, since the AC voltage is more likely to generate air discharge than the DC voltage in the voids and holes, it is easy to form a charged region in the electret dielectric layer 5.

<実施形態3>
また、エレクトレット誘電体層5は、他の方法で形成しても良い。例えば、樹脂テープ11を中心電極3の周囲に1層または複数層となるように巻き付けることで形成しても良い。この場合、図8(a)に示すように、樹脂テープ11が、互いの端部同士がラップするように螺旋状に巻きつけられてもよい。また、図8(b)に示すように、樹脂テープ11同士が、互いの端部間にギャップが形成されるように空隙6を空けて螺旋状に巻きつけられても良い。さらに、図8(c)に示すように、樹脂テープ11が互いの端部にラップ部やギャップ部が形成されないように隙間なく突き合わされて螺旋状に巻きつけられても良い。また、中心導体に樹脂テープ11を縦添えして1層または複数層巻いてもよい。
<Embodiment 3>
The electret dielectric layer 5 may be formed by other methods. For example, the resin tape 11 may be formed by winding the resin tape 11 around the center electrode 3 so as to form one layer or a plurality of layers. In this case, as shown to Fig.8 (a), the resin tape 11 may be wound helically so that each edge part may wrap. Further, as shown in FIG. 8B, the resin tapes 11 may be spirally wound with a gap 6 therebetween so that a gap is formed between the end portions. Further, as shown in FIG. 8 (c), the resin tape 11 may be abutted with no gap so as not to form a lap portion or a gap portion at each end, and may be wound spirally. Alternatively, the resin tape 11 may be vertically attached to the center conductor and wound in one or more layers.

図8(a)、図8(b)のように樹脂テープ11を複数回巻きつけると、エレクトレット誘電体層5の内部に微小な空隙6を形成することができる。同様に、エレクトレット誘電体層5と中心電極3および外部電極7との間にも微小な空隙6を形成することができる。このため、前述したエレクトレット誘電体層5a(図3)と同様に、エレクトレット誘電体層5の厚さ方向に電界(電圧)を加えた時にエレクトレット誘電体層5内の空隙部で空気放電が発生しやすくなるため、エレクトレット誘電体層5の帯電処理が容易となる。また、エレクトレット誘電体層5の変形が容易となる。また、振動発電ケーブル1が外力によって変形を繰り返す場合、エレクトレット誘電体層5と中心電極3及び外部電極7との間に形成される空隙部において、エレクトレット誘電体層5と各電極との互いの界面形状および接触状態の変化(接触と剥離あるいは空隙のギャップ長の変化)、すなわちエレクトレット誘電体層5と各電極との間の距離変化が繰り返し発生しやすくなるため、効率よく各電極に電荷が誘起され、発電を得ることができる。   When the resin tape 11 is wound a plurality of times as shown in FIGS. 8A and 8B, the minute gap 6 can be formed inside the electret dielectric layer 5. Similarly, a minute gap 6 can be formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 and the external electrode 7. For this reason, as with the electret dielectric layer 5a (FIG. 3) described above, air discharge is generated in the voids in the electret dielectric layer 5 when an electric field (voltage) is applied in the thickness direction of the electret dielectric layer 5. Therefore, the electret dielectric layer 5 can be easily charged. Further, the electret dielectric layer 5 can be easily deformed. Further, when the vibration power generation cable 1 is repeatedly deformed by an external force, in the gap formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 and the external electrode 7, the electret dielectric layer 5 and each electrode Changes in interface shape and contact state (contact and delamination or change in gap gap length), that is, changes in distance between the electret dielectric layer 5 and each electrode are likely to occur repeatedly. Induced and can generate electricity.

なお、樹脂テープ11の材質は、前述したエレクトレット誘電体層5の材質と同様のものを用いることができる。また、樹脂テープ11として、多孔質材(例えば発泡樹脂)を用いることもできる。   The material of the resin tape 11 can be the same as that of the electret dielectric layer 5 described above. Moreover, a porous material (for example, foamed resin) can also be used as the resin tape 11.

<実施形態4>
次に、エレクトレット誘電体層5に対する帯電処理の方法について説明する。前述のように、外部電極7を形成後に、中心電極3と外部電極7との間に直流電圧を付与することで、エレクトレット誘電体層5の帯電処理を行うことができる。この場合、振動発電ケーブル1の製造後に、帯電処理を行うため、製造設備等は既存のものを使用することができる。なお、各電極とエレクトレット誘電体層5との間には、空隙(非接合部)が形成されていても良く、接合されていても良い。
<Embodiment 4>
Next, a charging method for the electret dielectric layer 5 will be described. As described above, the electret dielectric layer 5 can be charged by applying a DC voltage between the center electrode 3 and the external electrode 7 after forming the external electrode 7. In this case, since the charging process is performed after the vibration power generation cable 1 is manufactured, existing manufacturing equipment can be used. Note that a gap (non-bonded portion) may be formed or bonded between each electrode and the electret dielectric layer 5.

エレクトレット誘電体層5と中心電極3及び外部電極7との間に空隙がない場合、あるいはエレクトレット誘電体層5と各電極とが接合されている場合において、エレクトレット誘電体層5が帯電されるのは、主として、各電極からエレクトレット誘電体層5に電荷が注入されて空間電荷蓄積層が形成される場合と、エレクトレット誘電体層5内に含まれる添加剤やイオン性不純物が直流電界によって電極近傍に移動して空間電荷蓄積層が形成される場合とが考えられる。実際には、現象は複雑であるが、一般的に、前者のメカニズムにおいては、エレクトレット誘電体層5内に形成される空間電荷蓄積層の極性は、エレクトレット誘電体層5と接する電極の極性と同極性となる傾向にある。一方、後者の場合には、エレクトレット誘電体層5と接する電極の極性に対して、空間電荷蓄積層の極性は逆極性となる傾向にある。   When there is no gap between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 and the external electrode 7, or when the electret dielectric layer 5 and each electrode are joined, the electret dielectric layer 5 is charged. In the case where a charge is injected from each electrode into the electret dielectric layer 5 to form a space charge storage layer, the additive and ionic impurities contained in the electret dielectric layer 5 are caused by the DC electric field in the vicinity of the electrode. It can be considered that the space charge storage layer is formed by moving to. In practice, the phenomenon is complicated, but generally, in the former mechanism, the polarity of the space charge storage layer formed in the electret dielectric layer 5 is the same as the polarity of the electrode in contact with the electret dielectric layer 5. It tends to be the same polarity. On the other hand, in the latter case, the polarity of the space charge storage layer tends to be opposite to the polarity of the electrode in contact with the electret dielectric layer 5.

なお、中心電極3と外部電極7との間に印加する直流電圧および印加時間は、エレクトレット誘電体層5に空間電荷蓄積層が形成されるのに十分な電圧および時間を設定すればよい。また、印加する直流電圧の極性に関しては、電極近傍での空間電荷蓄積層が形成される特性に極性効果があり、振動発電ケーブル1の発電特性に影響が出る場合には、発電効率が高くなる極性を選択すればよい。また、帯電処理を行う温度は常温でも良いが、振動発電ケーブル1の許容温度範囲内で空間電荷蓄積層が形成されやすい温度がある場合には、例えば、振動発電ケーブル1を加熱して所定の温度を保った状態で帯電処理を行い、その後冷却しても良い。   The DC voltage and application time applied between the center electrode 3 and the external electrode 7 may be set to a voltage and time sufficient to form the space charge storage layer in the electret dielectric layer 5. In addition, with respect to the polarity of the DC voltage to be applied, there is a polarity effect on the characteristic of forming the space charge storage layer in the vicinity of the electrode, and the power generation efficiency is increased when the power generation characteristic of the vibration power generation cable 1 is affected. What is necessary is just to select polarity. The temperature at which the charging process is performed may be room temperature, but when there is a temperature at which the space charge storage layer is easily formed within the allowable temperature range of the vibration power generation cable 1, for example, the vibration power generation cable 1 is heated to a predetermined temperature. The charging process may be performed while maintaining the temperature and then cooled.

なお、エレクトレット誘電体層5内に空隙や空孔が分散して形成されている場合や、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間に空隙部が形成されている場合には、これら空隙等がない場合と比較して、より低い直流電圧で帯電処理を行うことができる。これは、空隙内や空孔内で空気放電が発生し、印加電圧方向に沿ってエレクトレット誘電体層5内の空隙や空孔近傍に、帯電される領域が形成されるためである(図3)。すなわち、エレクトレット誘電体層5内において、空隙や空孔近傍に分極帯電した双極子が形成され、この分極方向が印加電圧(電界)方向に揃っているため、エレクトレット誘電体層5がマクロ的に分極した状態となるためである。   In the case where voids and holes are dispersedly formed in the electret dielectric layer 5, or in the case where voids are formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7. Can be charged with a lower DC voltage than when these gaps are not present. This is because air discharge occurs in the voids and holes, and a charged region is formed in the vicinity of the voids and voids in the electret dielectric layer 5 along the applied voltage direction (FIG. 3). ). That is, in the electret dielectric layer 5, polarization-charged dipoles are formed in the vicinity of the voids and holes, and the polarization direction is aligned with the applied voltage (electric field) direction. This is because it becomes a polarized state.

したがって、エレクトレット誘電体層5内に空隙や空孔が形成されている場合や、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間に空隙部が形成されている場合におけるエレクトレット誘電体層5の帯電処理に必要な印加電圧および印加時間は、空隙等において空気放電が生じ、エレクトレット誘電体層5内の空隙等の近傍に、帯電した領域が形成されるのに十分な電圧および時間であれば良い。   Therefore, the electret dielectric in the case where voids or holes are formed in the electret dielectric layer 5 or the void is formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 The applied voltage and application time required for the charging treatment of the layer 5 are a voltage and a time sufficient to generate a charged region in the vicinity of the voids in the electret dielectric layer 5 by causing air discharge in the voids. If it is good.

また、エレクトレット誘電体層5内に空隙等が形成されている場合や、エレクトレット誘電体層5と中心電極3あるいは外部電極7との間に空隙部が形成されている場合には、中心電極3と外部電極7との間に直流電圧ではなく交流電圧を加えても良い。この場合には、空隙等において、直流電圧と比較して、交流電圧の方が空気放電を発生させやすいため、エレクトレット誘電体層5内に帯電領域を形成させやすくなる。以上のように、振動発電ケーブル1を形成後に、中心電極3と外部電極7との間に電圧(直流電圧あるいは交流電圧)を印加することで、特別な設備を用いることなく、エレクトレット誘電体層5の帯電処理を行うことができるため、生産性に優れる。   Further, when a gap or the like is formed in the electret dielectric layer 5, or when a gap is formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7, the center electrode 3 Instead of a DC voltage, an AC voltage may be applied between the external electrode 7 and the external electrode 7. In this case, in the air gap or the like, the AC voltage is more likely to generate air discharge than the DC voltage, so that it becomes easier to form a charged region in the electret dielectric layer 5. As described above, after the vibration power generation cable 1 is formed, the electret dielectric layer can be used without applying special equipment by applying a voltage (DC voltage or AC voltage) between the center electrode 3 and the external electrode 7. 5 is excellent in productivity.

また、本発明では、図9、図10に示すような、帯電処理装置20を用いてエレクトレット誘電体層5の帯電処理を行うこともできる。帯電処理装置20は、高圧電極21、放電電極23、絶縁スペーサ25、グリッド電極27、電流計29、電源31a、31b等から構成される。また、中心導体の外周にエレクトレット誘電体層5を押出成形する装置と帯電処理装置20とを一連の製造工程として機能するように設けることにより、エレクトレット誘電体層5を連続して形成しながら、エレクトレット誘電体層5が形成された部分に対して一連の製造工程としてエレクトレット誘電体層5の帯電処理を行うことができるため、生産性に優れる。   Further, in the present invention, the electret dielectric layer 5 can be charged using the charging device 20 as shown in FIGS. 9 and 10. The charging device 20 includes a high voltage electrode 21, a discharge electrode 23, an insulating spacer 25, a grid electrode 27, an ammeter 29, power supplies 31a and 31b, and the like. Further, by continuously forming the electret dielectric layer 5 by providing the device for extruding the electret dielectric layer 5 on the outer periphery of the central conductor and the charging device 20 so as to function as a series of manufacturing steps, Since the electret dielectric layer 5 can be charged as a series of manufacturing steps on the portion where the electret dielectric layer 5 is formed, the productivity is excellent.

図10に示すように、高圧電極21は管状の電極である。高圧電極21の内周面には、複数の突起状の放電電極23が形成される。高圧電極21の内側には、前記高圧電極21と同軸状に管状のグリッド電極27が配置される。グリッド電極27と放電電極23を含む高圧電極21との間は、絶縁スペーサ25によって所定の距離で保持される。グリッド電極27の内側には、中心電極3の外周にエレクトレット誘電体層5が形成されたケーブル素材が、グリッド電極27に対して同軸状に所定の距離を保持して配置される。   As shown in FIG. 10, the high voltage electrode 21 is a tubular electrode. A plurality of protruding discharge electrodes 23 are formed on the inner peripheral surface of the high-voltage electrode 21. Inside the high voltage electrode 21, a tubular grid electrode 27 is arranged coaxially with the high voltage electrode 21. The insulating spacer 25 holds the grid electrode 27 and the high-voltage electrode 21 including the discharge electrode 23 at a predetermined distance. Inside the grid electrode 27, a cable material having the electret dielectric layer 5 formed on the outer periphery of the center electrode 3 is arranged coaxially with the grid electrode 27 while maintaining a predetermined distance.

図9に示すように、中心電極3の外周にエレクトレット誘電体層5が押し出し被覆されたケーブル素材が帯電処理装置20内に導入される(図中矢印E方向)。この際、エレクトレット誘電体層5とグリッド電極27の間には、所定の距離が保持される。なお、エレクトレット誘電体層5は、樹脂の押し出しに代えて、前述した樹脂テープ11を連続して巻きつけて形成してもよい。   As shown in FIG. 9, a cable material in which the electret dielectric layer 5 is extruded and coated on the outer periphery of the center electrode 3 is introduced into the charging device 20 (in the direction of arrow E in the figure). At this time, a predetermined distance is maintained between the electret dielectric layer 5 and the grid electrode 27. The electret dielectric layer 5 may be formed by continuously winding the resin tape 11 described above instead of extruding the resin.

中心電極3は、直接接地電位に接続されるか、必要に応じて配置される電流計29を介して接地電位に接続される。また、電源31bは、中心電極3を基準電位として、高圧電極21に電圧を付与する。また、電源31aは、中心電極3を基準電位として、グリッド電極27に電圧を付与する。なお、各電極に印加する電圧は、振動発電ケーブル1の全長にわたって帯電処理を連続して行う際、エレクトレット誘電体層5の帯電極性を制御することが容易な直流電圧であることが望ましい。   The center electrode 3 is directly connected to the ground potential or connected to the ground potential via an ammeter 29 arranged as necessary. The power supply 31b applies a voltage to the high-voltage electrode 21 with the center electrode 3 as a reference potential. The power supply 31a applies a voltage to the grid electrode 27 with the center electrode 3 as a reference potential. Note that the voltage applied to each electrode is preferably a DC voltage that makes it easy to control the charging polarity of the electret dielectric layer 5 when charging is performed continuously over the entire length of the vibration power generation cable 1.

ここで、電源31aの出力電圧V1よりも、電源31bの出力電圧V2の方が大きくなるように電圧を設定する。また、電源31aと電源31bの出力電圧の極性は一致させる。以下、電源31aと電源31bの極性が負極性とする場合について説明するが、正極性としても同様である。   Here, the voltage is set so that the output voltage V2 of the power supply 31b is larger than the output voltage V1 of the power supply 31a. In addition, the polarities of the output voltages of the power supply 31a and the power supply 31b are matched. Hereinafter, although the case where the polarity of the power supply 31a and the power supply 31b is made into negative polarity is demonstrated, it is the same also as positive polarity.

この場合には、中心電極3と、グリッド電極27との間には、電圧V1が付与される。また、グリッド電極27と高圧電極21との間には、V3=V2−V1の電圧が付与される。したがって、高圧電極21の内周面に設けられている放電電極23とグリッド電極27との間でコロナ放電が発生するのに十分な電圧V3を設定することで、高圧電極21とグリッド電極27との間にコロナ放電を発生させることができる。なお、放電電極23の先端を針状とすることで、コロナ放電を生じさせやすくすることができる。また、放電電極23は、例えば、一本または複数本の細線で構成されていてもよく、放電電極23の先端を針状とする場合と同様に放電電極23近傍の電界を高めてコロナ放電を発生させやすくする効果が得られる。この場合、例えば、細線を高圧電極21の内側に保持部材等を用いて所定の距離を保持して複数配置させ、高圧電極21と細線とが同電位となるように電気的に接続させればよい。   In this case, the voltage V <b> 1 is applied between the center electrode 3 and the grid electrode 27. Further, a voltage of V3 = V2−V1 is applied between the grid electrode 27 and the high voltage electrode 21. Therefore, by setting a voltage V3 sufficient to generate corona discharge between the discharge electrode 23 and the grid electrode 27 provided on the inner peripheral surface of the high-voltage electrode 21, the high-voltage electrode 21 and the grid electrode 27 During this period, corona discharge can be generated. In addition, it can make it easy to produce a corona discharge by making the front-end | tip of the discharge electrode 23 into a needle shape. Further, the discharge electrode 23 may be composed of, for example, one or a plurality of fine wires. Similarly to the case where the tip of the discharge electrode 23 has a needle shape, the electric field in the vicinity of the discharge electrode 23 is increased to cause corona discharge. The effect of facilitating the generation is obtained. In this case, for example, if a plurality of fine wires are arranged inside the high voltage electrode 21 by using a holding member or the like while maintaining a predetermined distance, and the high voltage electrode 21 and the fine wires are electrically connected so as to have the same potential, Good.

一方、中心電極3とグリッド電極27との間には、電圧V1が付与されているため、高圧電極21とグリッド電極27との間のコロナ放電によって発生した荷電粒子のうち、負極性の荷電粒子(例えば電子や負極性イオンなど)が中心電極3側に向かって加速される。この際、加速された負極性の荷電粒子は、グリッド電極27とエレクトレット誘電体層5の外表面との間で、空気中の気体分子との衝突や、衝突による電離を繰り返しながら、エレクトレット誘電体層5の外表面に到達する。したがって、エレクトレット誘電体層5の外表面に負極性の帯電層(空間電荷蓄積層)が形成される。   On the other hand, since the voltage V <b> 1 is applied between the center electrode 3 and the grid electrode 27, among the charged particles generated by corona discharge between the high-voltage electrode 21 and the grid electrode 27, negative charged particles (For example, electrons and negative ions) are accelerated toward the center electrode 3 side. At this time, the accelerated negative charged particles are collided with gas molecules in the air between the grid electrode 27 and the outer surface of the electret dielectric layer 5, and are repeatedly ionized by the collision. The outer surface of layer 5 is reached. Therefore, a negatively charged layer (space charge storage layer) is formed on the outer surface of the electret dielectric layer 5.

このようなグリッド電極27とエレクトレット誘電体層5との間の負電荷の流れと、これによるエレクトレット誘電体層5の帯電は、エレクトレット誘電体層5の表面電位がグリッド電極27の電位と略一致するまで継続する。したがって、エレクトレット誘電体層5の帯電電位は、グリッド電極27の電圧V1によって制御することができる。   The flow of negative charge between the grid electrode 27 and the electret dielectric layer 5 and the electrification of the electret dielectric layer 5 due to this flow cause the surface potential of the electret dielectric layer 5 to substantially match the potential of the grid electrode 27. Continue until Therefore, the electrification potential of the electret dielectric layer 5 can be controlled by the voltage V 1 of the grid electrode 27.

一方、エレクトレット誘電体層5の内表面側には、外表面とは逆極性の帯電層(上述の例では正極性の帯電層)が形成されやすい。すなわち、エレクトレット誘電体層5には、内表面と外表面とで逆極性の帯電層が形成されやすい。また、この際の、エレクトレット誘電体層5の内表面と外表面との表面電位差は、およそV1となる。   On the other hand, on the inner surface side of the electret dielectric layer 5, a charging layer having a polarity opposite to that of the outer surface (positive charging layer in the above example) is easily formed. That is, the electret dielectric layer 5 is likely to be formed with a charged layer having opposite polarities on the inner surface and the outer surface. At this time, the surface potential difference between the inner surface and the outer surface of the electret dielectric layer 5 is approximately V1.

ここで、エレクトレット誘電体層5の外表面の電位が、グリッド電極27の電圧V1と略等しくなるまでの時間をt(s)とし、帯電処理装置20の長さをL(m)とし、ケーブル素材の送り出し速度をS(m/s)とする。この際、S<L/tの関係式が成立する条件でエレクトレット誘電体層5の帯電処理を実施すれば、振動発電ケーブル1の全長にわたって、エレクトレット誘電体層5の帯電処理を連続して行うことができる。   Here, the time until the electric potential of the outer surface of the electret dielectric layer 5 becomes substantially equal to the voltage V1 of the grid electrode 27 is t (s), the length of the charging device 20 is L (m), and the cable The material feed speed is S (m / s). At this time, if the electret dielectric layer 5 is charged under the condition that the relational expression S <L / t is satisfied, the electret dielectric layer 5 is continuously charged over the entire length of the vibration power generation cable 1. be able to.

ここで、帯電時間tを求める方法としては、中心電極3と接地との間に接続された電流計29を用いればよい。高圧電極21とグリッド電極27との間でコロナ放電が開始した時点から、グリッド電極27と中心電極3との間に流れる電流が、十分小さな値で飽和するまでの時間を計測することで、エレクトレット誘電体層5を十分に帯電するまでに要する時間tを求めることができる。なお、この他、帯電時間をパラメータとして、各時間で帯電処理を行ったエレクトレット誘電体層5の表面電位を表面電位計によって計測し、目的とする表面電位に達するまでの時間を求めても良い。   Here, as a method for obtaining the charging time t, an ammeter 29 connected between the center electrode 3 and the ground may be used. By measuring the time from when corona discharge starts between the high-voltage electrode 21 and the grid electrode 27 until the current flowing between the grid electrode 27 and the center electrode 3 is saturated at a sufficiently small value, the electret The time t required to sufficiently charge the dielectric layer 5 can be obtained. In addition, using the charging time as a parameter, the surface potential of the electret dielectric layer 5 subjected to the charging process at each time may be measured by a surface potentiometer, and the time required to reach the target surface potential may be obtained. .

上述したケーブル素材におけるエレクトレット誘電体層5の帯電処理が終了した後は、エレクトレット誘電体層5の外周に、外部電極7を設けて、さらにその外周に被覆部9を形成することで、振動発電ケーブル1を製造することができる。なお、外部電極7は、前述のように、エレクトレット誘電体層5の外周に金属線を編んで管状に編組線を設けることにより、あるいは導体素線を螺旋巻きすることにより、あるいは金属テープを巻くことにより形成できる。被覆部9は、プラスチック(ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂など)やゴム(エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなど)を押し出し被覆すればよい。
ここで、帯電処理が終了したエレクトレット誘電体層5の外周に外部電極7を設ける過程で、空気放電が発生することによって、エレクトレット誘電体層5の帯電電位が低下する場合がある。この空気放電の発生は、エレクトレット誘電体層5の外表面に外部電極7が接近、接触する過程におけるエレクトレット誘電体層5の外表面と外部電極7との電位差と距離との関係で決まり、パッシェンの法則におよそ従う。したがって、エレクトレット誘電体層5の外表面の帯電電位は、エレクトレット誘電体層5の外表面に外部電極7を設ける過程において、空気放電が発生しない範囲に設定することが望ましい。
After the electret dielectric layer 5 is charged in the cable material described above, the external electrode 7 is provided on the outer periphery of the electret dielectric layer 5, and the covering portion 9 is further formed on the outer periphery. The cable 1 can be manufactured. As described above, the external electrode 7 is formed by braiding a metal wire on the outer periphery of the electret dielectric layer 5 to provide a tubular braided wire, or by spirally winding a conductor wire, or winding a metal tape. Can be formed. The covering portion 9 may be formed by extruding and covering plastic (polyethylene, polyvinyl chloride, fluorine resin, etc.) or rubber (ethylene propylene rubber, silicone rubber, fluorine rubber, etc.).
Here, in the process of providing the external electrode 7 on the outer periphery of the electret dielectric layer 5 that has been subjected to the charging process, the electric potential of the electret dielectric layer 5 may decrease due to the occurrence of air discharge. The occurrence of this air discharge is determined by the relationship between the potential difference and the distance between the outer surface of the electret dielectric layer 5 and the outer electrode 7 in the process in which the outer electrode 7 approaches and contacts the outer surface of the electret dielectric layer 5. Follow the law of Therefore, it is desirable to set the charging potential of the outer surface of the electret dielectric layer 5 within a range where no air discharge occurs in the process of providing the external electrode 7 on the outer surface of the electret dielectric layer 5.

以上、本実施の形態によれば、振動発電ケーブル1がケーブル状であるため、設置場所に対する自由度が大きい。また、中心電極3および外部電極7、エレクトレット誘電体層5がいずれも可撓性を有する材質で構成されるため、設置部の形態に応じて設置することができる。   As mentioned above, according to this Embodiment, since the vibration electric power generation cable 1 is cable shape, the freedom degree with respect to an installation place is large. In addition, since the center electrode 3, the external electrode 7, and the electret dielectric layer 5 are all made of a flexible material, they can be installed according to the form of the installation portion.

特に、エレクトレット誘電体層5が、中心電極3および外部電極7に接合されず、振動発電ケーブル1の変形時にエレクトレット誘電体層5と中心電極3または外部電極7とが互いに接触及び剥離を繰り返すことが可能であれば、すなわちエレクトレット誘電体層5と中心電極3または外部電極7との間の距離を繰り返し大きく変化させることが可能であれば、より効率よく発電を行うことができる。また、エレクトレット誘電体層5を多孔質材(例えば発泡樹脂)で形成するか、中心電極3を管状(中空)としてその内側を空間33または弾性体35で満たすことで、振動発電ケーブルを外力に対しより容易に変形させることができ、発電効率を向上させることができる。   In particular, the electret dielectric layer 5 is not joined to the center electrode 3 and the external electrode 7, and the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 repeatedly contact and peel from each other when the vibration power generation cable 1 is deformed. If it is possible, that is, if the distance between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 can be repeatedly changed greatly, power generation can be performed more efficiently. Further, the electret dielectric layer 5 is formed of a porous material (for example, foamed resin), or the center electrode 3 is tubular (hollow) and the inside thereof is filled with the space 33 or the elastic body 35, so that the vibration power generation cable can be used as an external force. On the other hand, it can be deformed more easily, and the power generation efficiency can be improved.

<実施形態5>
次に、本発明にかかる振動発電ケーブル1で発電した発電出力を蓄電する方法について説明する。図11に示すように、振動発電装置50は、振動発電ケーブル1、整流回路47、蓄電回路49等から構成される。
<Embodiment 5>
Next, a method for storing the power generation output generated by the vibration power generation cable 1 according to the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the vibration power generation device 50 includes the vibration power generation cable 1, a rectifier circuit 47, a power storage circuit 49, and the like.

整流回路47には、4つのダイオード41を組み合わせた全波整流回路が用いられる。整流回路47は、振動発電ケーブル1からの出力電圧を整流する。また、蓄電回路49は、コンデンサや充電可能なバッテリーなどの蓄電部43とスイッチ45から構成される。なお、ダイオード41は、順方向の抵抗が小さく、逆方向の抵抗が大きく、かつ、時間応答速度が速く、ロスの少ないものが望ましい。また、コンデンサあるいはバッテリーは、充電状態での漏れ電流が小さく、充電ロスの小さなものが望ましい。   As the rectifier circuit 47, a full-wave rectifier circuit in which four diodes 41 are combined is used. The rectifier circuit 47 rectifies the output voltage from the vibration power generation cable 1. The power storage circuit 49 includes a power storage unit 43 such as a capacitor and a rechargeable battery, and a switch 45. The diode 41 preferably has a small forward resistance, a large reverse resistance, a fast time response speed, and a small loss. Further, it is desirable that the capacitor or the battery has a small leakage current in a charged state and a small charging loss.

前述の通り、繰り返しの外力が付与された際の振動発電ケーブル1の出力電圧は交流となる。したがって、振動発電ケーブル1の出力電圧を整流回路47で整流し、整流回路47の出力を蓄電回路49に蓄電することが望ましい。なお、振動発電ケーブル1に代えて、後述する各種の振動発電体としても良い。   As described above, the output voltage of the vibration power generation cable 1 when a repeated external force is applied is alternating current. Therefore, it is desirable that the output voltage of the vibration power generation cable 1 is rectified by the rectifier circuit 47 and the output of the rectifier circuit 47 is stored in the storage circuit 49. Instead of the vibration power generation cable 1, various vibration power generation bodies described later may be used.

また、複数の振動発電ケーブル1を用いる場合には、全ての振動発電ケーブル1の中心電極3同士と外部電極7同士を接続した後に整流回路47に接続してもよいが、個々の振動発電ケーブル1に対して整流回路47を設けることが望ましい。すなわち、個々の振動発電ケーブル1に対して整流回路47を設けて接続し、各整流回路47からの出力を極性を合わせて並列に蓄電回路49に接続することが望ましい。これは、各振動発電ケーブル1における発電のタイミングや発電出力電圧の極性が一致しない場合に、互いの発電出力の打ち消しあいによる発電出力の低下を防止するためである。また、互いの発電出力の打ち消しあいがない場合でも、発電しない振動発電ケーブル1が含まれる場合には、発電しない振動発電ケーブル1が他の発電している振動発電ケーブル1に対して外部負荷として機能してしまうことによる発電出力の低下を防止するためである。   When a plurality of vibration power generation cables 1 are used, the center electrodes 3 and the external electrodes 7 of all the vibration power generation cables 1 may be connected to each other and then connected to the rectifier circuit 47. 1 is preferably provided with a rectifier circuit 47. That is, it is desirable to provide a rectifier circuit 47 for connection to each vibration power generation cable 1 and connect the output from each rectifier circuit 47 to the storage circuit 49 in parallel with the same polarity. This is to prevent a decrease in power generation output due to cancellation of each other's power generation output when the timing of power generation in each vibration power generation cable 1 and the polarity of the power generation output voltage do not match. Even if there is no mutual cancellation of the power generation output, when the vibration power generation cable 1 that does not generate power is included, the vibration power generation cable 1 that does not generate power is an external load with respect to the other vibration power generation cables 1 that generate power. This is to prevent a decrease in power generation output due to functioning.

<実施形態6>
次に、振動発電ケーブル1を用いた振動発電体について説明する。図12に示すように、振動発電体40は、一対の板状部材51に振動発電ケーブル1が挟まれて形成される。板状部材51は、例えば一辺が300mm程度の床タイルや床マットである。なお、板状部材51としては、例えば板厚3mm程度のプラスチックまたはゴム部材を用いることができる。
<Embodiment 6>
Next, a vibration power generation body using the vibration power generation cable 1 will be described. As shown in FIG. 12, the vibration power generation body 40 is formed by sandwiching the vibration power generation cable 1 between a pair of plate-like members 51. The plate-like member 51 is, for example, a floor tile or a floor mat having a side of about 300 mm. As the plate member 51, for example, a plastic or rubber member having a plate thickness of about 3 mm can be used.

振動発電ケーブル1は、板状部材51の中心近傍から外側に向かって渦巻状に配置される。すなわち、振動発電ケーブル1は、板状部材51の大部分の面積を占めるように配置される。一方の板状部材51上において、振動発電ケーブル1の外方の端部は、整流回路47に接続される。整流回路47の出力側には、出力端子53が設けられる。更には、振動発電体40の前記出力端子53へ蓄電回路49(図11)を接続することにより、振動発電装置50(図11)を構成することができる。   The vibration power generation cable 1 is spirally arranged from the vicinity of the center of the plate-like member 51 toward the outside. That is, the vibration power generation cable 1 is arranged so as to occupy the most area of the plate-like member 51. On one plate-like member 51, the outer end of the vibration power generation cable 1 is connected to the rectifier circuit 47. An output terminal 53 is provided on the output side of the rectifier circuit 47. Furthermore, the vibration power generation apparatus 50 (FIG. 11) can be configured by connecting a power storage circuit 49 (FIG. 11) to the output terminal 53 of the vibration power generation body 40.

板状部材51で振動発電ケーブル1を挟み込むことで、外力を振動発電ケーブル1の全体に分散させることができる。すなわち、振動発電ケーブル1の局所的な変形ではなく、振動発電ケーブル1の略全体を略同時に変形させることができる。このため、発電効率を高めることができる。   By sandwiching the vibration power generation cable 1 with the plate-like member 51, the external force can be dispersed throughout the vibration power generation cable 1. That is, not the local deformation of the vibration power generation cable 1, but the entire vibration power generation cable 1 can be deformed substantially simultaneously. For this reason, power generation efficiency can be improved.

<実施形態7>
また、図13に示すように、板状部材51の間に、渦巻状に形成した振動発電ケーブル1を複数層積層して配置した振動発電体40aとしても良い。この場合、それぞれの振動発電ケーブル1の端部において、中心電極3同士および外部電極7同士をそれぞれ接続すればよい。一方の板状部材51上において、振動発電ケーブル1の外方の端部には、整流回路47が接続される。整流回路47の出力側には、出力端子53が設けられる。なお、複数の振動発電ケーブル1のそれぞれに整流回路47を接続して、その出力を極性を合わせて並列に接続して出力端子53に接続してもよい。また、1本の振動発電ケーブル1を渦巻状に積層しても良い。
<Embodiment 7>
Moreover, as shown in FIG. 13, it is good also as the vibration electric power generation body 40a arrange | positioned by laminating | stacking multiple layers of the vibration electric power generation cables 1 formed in the spiral shape between the plate-shaped members 51. FIG. In this case, the center electrodes 3 and the external electrodes 7 may be connected to each other at the ends of the vibration power generation cables 1. On one plate-like member 51, a rectifier circuit 47 is connected to the outer end of the vibration power generation cable 1. An output terminal 53 is provided on the output side of the rectifier circuit 47. Note that the rectifier circuit 47 may be connected to each of the plurality of vibration power generation cables 1, and the outputs thereof may be connected in parallel with the same polarity to be connected to the output terminal 53. Further, one vibration power generation cable 1 may be laminated in a spiral shape.

複数の振動発電ケーブル1を積層することで、所定の設置範囲内に、より長い振動発電ケーブル1を配置することができる。したがって、限られた設置範囲内においても効率よく発電を行うことができる。   By laminating a plurality of vibration power generation cables 1, a longer vibration power generation cable 1 can be disposed within a predetermined installation range. Therefore, power generation can be performed efficiently even within a limited installation range.

<実施形態8>
また、図14に示すように、板状部材51の間に、渦巻状に形成した振動発電ケーブル1を複数併設して配置した振動発電体40bとしても良い。この場合、それぞれの振動発電ケーブル1の端部に整流回路47が接続される。整流回路47からの出力は、電圧極性を合わせて並列に接続されて出力端子53に接続される。なお、複数の振動発電ケーブル1の中心電極3同士と外部電極7同士を接続して、その一端に整流回路47を接続してもよい。なお、振動発電ケーブル1の併設数および配置は、図示した例には限られない。
<Eighth embodiment>
Moreover, as shown in FIG. 14, it is good also as the vibration electric power generation body 40b which arrange | positioned the vibration electric power generation cable 1 formed in the spiral shape between the plate-shaped members 51 side by side. In this case, the rectifier circuit 47 is connected to the end of each vibration power generation cable 1. The output from the rectifier circuit 47 is connected in parallel with the same voltage polarity and connected to the output terminal 53. Note that the center electrodes 3 and the external electrodes 7 of the plurality of vibration power generation cables 1 may be connected to each other, and the rectifier circuit 47 may be connected to one end thereof. The number and arrangement of the vibration power generation cables 1 are not limited to the illustrated example.

例えば、振動発電体40(図12)を配置し、その上を人や車両が通過する際に、板状部材51に挟まれた振動発電ケーブル1の長手方向の各部において、必ずしも同じ外力を受ける訳ではない。したがって、板状部材51で挟まれている振動発電ケーブル1の各部によって、発電のタイミングや、発電出力電圧の極性等が一致しない場合がある。このような場合には、発電出力が互いに打ち消しあい、全体として発電出力が低下する恐れがある。   For example, when the vibration power generation body 40 (FIG. 12) is arranged and a person or vehicle passes over the vibration power generation body 40, the same external force is always applied to each part in the longitudinal direction of the vibration power generation cable 1 sandwiched between the plate-like members 51. Not a translation. Therefore, the power generation timing, the polarity of the power generation output voltage, and the like may not match due to the portions of the vibration power generation cable 1 sandwiched between the plate-like members 51. In such a case, the power generation outputs cancel each other, and the power generation output may decrease as a whole.

また、このような発電出力の打ち消しあいがない場合でも、振動発電ケーブル1が局所的に変形した場合には、他の部位では発電が行われず、発電が行われない部位は発電が行われる部位に対して見かけ上外部負荷として機能するために、結果的に発電出力が低下する恐れがある。   In addition, even when there is no cancellation of such power generation output, when the vibration power generation cable 1 is locally deformed, power generation is not performed in other parts, and parts where power generation is not performed are parts where power generation is performed. On the other hand, since it apparently functions as an external load, the power generation output may decrease as a result.

これに対し、振動発電体40b(図14)として、一対の板状部材51の間に、複数の振動発電ケーブル1を併設し、振動発電ケーブル1のそれぞれに整流回路47を接続することで、板状部材51を、複数の振動発電ケーブル1のそれぞれの領域に分割することができる。このようにすれば、各領域ごとに独立した振動発電ケーブル1が配置されるため、各振動発電ケーブル1における発電のタイミングや発電出力電圧の極性が一致しない等による発電出力の打ち消しあいによる発電出力の低下を抑制することができる。また、このように分割することで、発電しない振動発電ケーブル1が存在する場合においても、発電している振動発電ケーブル1に対して外部負荷として機能することによる発電出力の低下を抑制することができる。   On the other hand, as a vibration power generation body 40b (FIG. 14), a plurality of vibration power generation cables 1 are provided between a pair of plate-like members 51, and a rectifier circuit 47 is connected to each of the vibration power generation cables 1. The plate-like member 51 can be divided into respective regions of the plurality of vibration power generation cables 1. In this way, since the independent vibration power generation cable 1 is arranged for each region, the power generation output by canceling the power generation output due to the timing of power generation in each vibration power generation cable 1 and the polarity of the power generation output voltage not matching, etc. Can be suppressed. In addition, by dividing in this way, even when there is a vibration power generation cable 1 that does not generate power, it is possible to suppress a decrease in power generation output due to functioning as an external load for the vibration power generation cable 1 that is generating power. it can.

なお、振動発電体40bにおいても、振動発電体40aと同様に、振動発電ケーブル1を複数層積層させても良い。   In the vibration power generation body 40b as well, the vibration power generation cable 1 may be laminated in a plurality of layers as in the vibration power generation body 40a.

<実施形態9>
また、本発明では、前述した一対の板状部材51に振動発電ケーブル1が挟まれて形成される振動発電体同士をさらに複数接続してもよい。例えば、図15に示すように、振動発電体40の各出力端子53同士を出力電圧の極性に合わせて並列に接続してもよい。この場合には、各振動発電体40の出力端子53からの出力を蓄電回路49に接続することで、振動発電装置50aを構成することができる。なお、振動発電体40に代えて、他の振動発電体を用いることができることは言うまでもない。このようにすることで、大面積の設置場所にも対応することができる。
<Ninth Embodiment>
In the present invention, a plurality of vibration power generation bodies formed by sandwiching the vibration power generation cable 1 between the pair of plate-like members 51 described above may be further connected. For example, as shown in FIG. 15, the output terminals 53 of the vibration power generator 40 may be connected in parallel according to the polarity of the output voltage. In this case, the vibration power generation device 50 a can be configured by connecting the output from the output terminal 53 of each vibration power generation body 40 to the power storage circuit 49. In addition, it cannot be overemphasized that it replaces with the vibration electric power generation body 40, and another vibration electric power generation body can be used. By doing in this way, it can respond also to the installation place of a large area.

本発明によれば、設置自由度の高い振動発電ケーブル1(およびこれを用いた振動発電体、振動発電装置、以下同様)を得ることができる。本発明の振動発電ケーブル1としては、例えば、道路下や橋梁、高速道路等に設置される防音壁、鉄道のレールや枕木などの車両等が通行することで振動する対象物等へ設置することができる。この際、得られた電力によって、振動対象物の周囲の状態(温度、湿度、明るさ、振動加速度、歪、変位、風速、車両の通行速度や重量など)を感知し、計測するセンサを駆動させることができる。また、センサで得られた情報を有線または無線によって送信する情報収集システムや監視システムの電源として使用することができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a vibration power generation cable 1 (and a vibration power generation body, a vibration power generation apparatus, and so on) using a high degree of freedom in installation. As the vibration power generation cable 1 of the present invention, for example, it is installed on an object that vibrates when a vehicle such as a soundproof wall, a railroad rail, or a sleeper is installed under a road, a bridge, or an expressway. Can do. At this time, the obtained electric power senses the surrounding conditions (temperature, humidity, brightness, vibration acceleration, distortion, displacement, wind speed, vehicle speed and weight, etc.) of the vibration object, and drives the sensor for measurement. Can be made. Further, it can be used as a power source for an information collecting system or a monitoring system that transmits information obtained by a sensor by wire or wireless.

また、得られる電力が大きい場合には、道路等の照明や信号機の補助電源や、スマートグリッド構想での分散電源の一つとして使用することもできる。また、道路等において、車両や人が通行した際の振動によって発電させ、これによって車両や人が通過したという情報と周囲の明るさを感知させてもよい。この場合、周囲が暗い場合にのみ、貯蔵していた電力を利用して車両や人の前方の照明や、案内板、誘導灯等を点灯させることもできる。   Moreover, when the electric power obtained is large, it can also be used as one of distributed power sources for lighting such as roads, auxiliary power sources for traffic lights, and smart grid concepts. In addition, on a road or the like, power may be generated by vibration when a vehicle or a person passes, thereby sensing information that the vehicle or person has passed and ambient brightness. In this case, only when the surroundings are dark, the stored power can be used to light the front of the vehicle or person, the guide plate, the guide light, and the like.

また、本発明の振動発電ケーブル1は、それ自体が振動等の外力変化を検知するセンサとして用いることもできる。例えば、敷地や通路などに振動発電ケーブル1を設置し、不審人物が侵入した際の振動で発電させ、不審人物侵入情報を送信するセキュリティシステムに使用することもできる。   Further, the vibration power generation cable 1 of the present invention can itself be used as a sensor for detecting a change in external force such as vibration. For example, the vibration power generation cable 1 can be installed in a site, a passage, or the like, and can be used for a security system that generates power by vibration when a suspicious person enters and transmits suspicious person intrusion information.

また、本発明は、車両や航空機、人、動物などのそれ自体が振動する移動体に適用することもできる。例えば、自動車の車体やサスペンション、タイヤ(タイヤのゴム内部あるいはゴム内面、ホイール部など)などに振動発電ケーブル1を設置し、発電した電力で、各種センサを駆動させることもできる。また、得られる電力が大きい場合には、自動車の二次電池への補助充電用の電源としても使用できる。同様に、鉄道車両の車体、車両内部、車輪、ダンパー部、サスペンションなどに適用し、各種センサを駆動させて車両各部の健全性を監視するシステム用の電源、車内照明、非常灯、広告用表示パネル等の(補助)電源として使用することもできる。   Further, the present invention can also be applied to a moving body that itself vibrates, such as a vehicle, an aircraft, a person, or an animal. For example, it is possible to install the vibration power generation cable 1 in a car body, a suspension, a tire (such as the inside of the tire, the inner surface of the rubber, or the wheel portion) of an automobile, and drive various sensors with the generated electric power. Moreover, when the electric power obtained is large, it can also be used as a power source for auxiliary charging to a secondary battery of an automobile. Similarly, it is applied to the body of a railway vehicle, the inside of a vehicle, wheels, dampers, suspensions, etc., and power for systems that monitor various parts of the vehicle by driving various sensors, interior lighting, emergency lights, advertising displays It can also be used as an (auxiliary) power source for panels and the like.

また、車両等の座席に振動発電ケーブル1を設置し、人が着座した際または着座中の振動によって発電させ、人の着座を検知し、運転席や操縦席に情報を知らせるシステムのセンサおよび電源として使用することもできる。   In addition, a vibration power generation cable 1 is installed in a seat of a vehicle or the like, and a sensor and a power source of a system that detects power when a person is seated or vibrates while seated, detects a person's seating, and informs a driver seat or a cockpit seat It can also be used as

また、ビルや工場、住宅等の建築構造物あるいは建築構造物に内包される構造物に振動発電ケーブル1を適用することもできる。例えば、上述の建築構造物は、地面の振動、風の影響、内部の人の移動、内部に設置された機械装置(例えば、モータなどの回転機や工場内の生産設備、エレベータやエスカレータなどの昇降機、空調ファンなど)が作動する際の振動等を受けて、それ自体が振動する。したがって、このような振動を受けやすい部位に振動発電ケーブル1を設置して発電させ、非常用電源や各種センサや通信用電源等の駆動電源として使用することもできる。   In addition, the vibration power generation cable 1 can be applied to a building structure such as a building, factory, or house, or a structure included in the building structure. For example, the above-mentioned building structure includes the vibration of the ground, the influence of wind, the movement of people inside, the mechanical devices installed inside (for example, rotating machines such as motors, production equipment in factories, elevators and escalators, etc. In response to vibration when an elevator, an air conditioning fan, etc.) are operating, it itself vibrates. Therefore, the vibration power generation cable 1 can be installed in a site that is susceptible to such vibration to generate electric power, and can be used as a drive power source such as an emergency power source, various sensors, and a communication power source.

<実施形態10>
また、前述した振動発電ケーブル1、1a、1bに代えて、図16に示すような振動発電ケーブル60aを使用することもできる。振動発電ケーブル60aは、振動発電ケーブル1と略同様の構成であるが、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間に、部分的にスペーサ63が配置される。スペーサ63としては、例えば、導電性、半導電性または絶縁性の線材を用いることができる。この場合、複数本の線材をエレクトレット誘電体層5の外周へ周方向に略等間隔に配置し、エレクトレット誘電体層5の外周に螺旋状に巻きつけることでスペーサ63を形成しても良い。または、複数本の線材をエレクトレット誘電体層5の外周へ周方向に略等間隔に配置し、振動発電ケーブル60aの長手方向に沿って縦添え巻きすることでスペーサ63を形成しても良い。
<Embodiment 10>
Moreover, it can replace with the vibration electric power generation cable 1, 1a, 1b mentioned above, and the vibration electric power generation cable 60a as shown in FIG. 16 can also be used. The vibration power generation cable 60 a has substantially the same configuration as the vibration power generation cable 1, but a spacer 63 is partially disposed between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7. As the spacer 63, for example, a conductive, semiconductive, or insulating wire can be used. In this case, the spacer 63 may be formed by arranging a plurality of wires on the outer periphery of the electret dielectric layer 5 at substantially equal intervals in the circumferential direction and spirally winding the outer periphery of the electret dielectric layer 5. Alternatively, the spacer 63 may be formed by arranging a plurality of wires on the outer periphery of the electret dielectric layer 5 at substantially equal intervals in the circumferential direction, and vertically winding along the longitudinal direction of the vibration power generation cable 60a.

スペーサ63を用いることで、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間に、スペーサ63の配置する間隔(線材を配置する間隔)及び厚さ(線材の径)に応じた空隙61を形成することができる。したがって、スペーサ63の配置する間隔及び厚みを調整することで、空隙61のギャップ長を調節することができ、スペーサ63の間隔及び厚みは、所望のギャップ長が確保できるように適宜設計される。例えば、振動発電ケーブル60aに外力、振動が付与された際に、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間の距離が繰り返し大きく変化するように、あるいは互いに接触と剥離を繰り返すように、スペーサ63の配置する間隔及び厚みを調整すればよい。なお、外力が付与されない状態での空隙61(非接合部)におけるエレクトレット誘電体層5と外部電極7との距離(ギャップ長)は、スペーサ63の配置する間隔(線材の本数と間隔)を調整することによって略スペーサ63の厚みに保持されることができる。その場合、例えばスペーサ63の厚みを30μm〜100μmとすれば、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間の空隙61のギャップ長を略30μm〜100μmの範囲にすることができる。   By using the spacer 63, a gap 61 is formed between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 according to the spacing (interval for arranging the wire) and the thickness (diameter of the wire) of the spacer 63. be able to. Therefore, the gap length of the gap 61 can be adjusted by adjusting the interval and thickness of the spacer 63, and the interval and thickness of the spacer 63 are appropriately designed so as to ensure a desired gap length. For example, when an external force or vibration is applied to the vibration power generation cable 60a, the distance between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 is repeatedly greatly changed, or the spacer is repeatedly contacted and separated from each other. What is necessary is just to adjust the space | interval and thickness which 63 arrange | positions. In addition, the distance (gap length) between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 in the gap 61 (non-joined portion) in a state where no external force is applied is adjusted by the interval (number of wires and interval) at which the spacer 63 is arranged. By doing so, the thickness of the spacer 63 can be maintained. In this case, for example, if the thickness of the spacer 63 is 30 μm to 100 μm, the gap length of the gap 61 between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 can be set in a range of approximately 30 μm to 100 μm.

なお、定常状態におけるエレクトレット誘電体層5と外部電極7との空隙61の距離(ギャップ長)を30μm未満とすると、振動発電ケーブル60aへの外力付与時にエレクトレット誘電体層5と外部電極7とが接触するまでのギャップ長の変化量(ギャップ長の変化可能な範囲)も30μm未満となる。しかし、この場合の発電量は顕著に低下する。また、ギャップ長が100μmを超えると、エレクトレット誘電体層5と外部電極7とが接触するまでのギャップ長の変化量(ギャップ長の変化可能な範囲)が100μmを超えることとなる。しかし、この場合には、ギャップ長の変化量の増加に伴う発電量の増加量が小さくなる。また、エレクトレット誘電体層5と外部電極7とを接触させるまでに必要な外力が大きくなる。このようなことから、空隙61のギャップ長は30μm以上100μm以下とすることが望ましい。また、スペーサ63の厚み(線材の直径)は、30μm以上100μm以下とすることが望ましい。   If the distance (gap length) of the air gap 61 between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 in the steady state is less than 30 μm, the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 are separated when an external force is applied to the vibration power generation cable 60a. The amount of change in the gap length until contact (the range in which the gap length can be changed) is also less than 30 μm. However, the power generation amount in this case is significantly reduced. On the other hand, if the gap length exceeds 100 μm, the amount of change in the gap length (the range in which the gap length can be changed) until the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 come into contact exceeds 100 μm. However, in this case, the amount of increase in power generation accompanying the increase in the change in gap length is small. Moreover, the external force required until the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 are brought into contact with each other increases. For this reason, it is desirable that the gap 61 has a gap length of 30 μm or more and 100 μm or less. The thickness of the spacer 63 (the diameter of the wire) is desirably 30 μm or more and 100 μm or less.

外部電極7は、スペーサ63が設けられたエレクトレット誘電体層5の外周に金属箔テープを螺旋巻きして形成することができる。また、金属箔テープを長手方向に縦添え巻きして前記スペーサ63が設けられたエレクトレット誘電体層5の外周を包み込み、包み込んだ金属箔テープ同士のラップ部を接着することで形成することができる。金属箔テープとしては、例えば、アルミ箔、銅箔、錫箔、その他の金属箔を用いることができる。また、金属箔テープを金属箔層(導電層)と樹脂層(絶縁層)の2層構造としてもよい。この場合、エレクトレット誘電体層5との対向面(内周面)に金属箔層がくるように、金属箔テープを巻きつければよい。   The external electrode 7 can be formed by spirally winding a metal foil tape around the outer periphery of the electret dielectric layer 5 provided with the spacer 63. Alternatively, the metal foil tape can be vertically wound in the longitudinal direction so as to wrap around the outer periphery of the electret dielectric layer 5 provided with the spacer 63, and to adhere the wrap portion between the wrapped metal foil tapes. . As the metal foil tape, for example, aluminum foil, copper foil, tin foil, and other metal foils can be used. Further, the metal foil tape may have a two-layer structure of a metal foil layer (conductive layer) and a resin layer (insulating layer). In this case, a metal foil tape may be wound so that the metal foil layer comes to the surface (inner peripheral surface) facing the electret dielectric layer 5.

なお、スペーサ63(線材)の断面形状は、図示したような円形に限られず、楕円形、長方形、正方形などいずれでもよい。また、スペーサ63は、線材に限られず、例えば、ドット状に間隔をあけてスペーサ部材を配置しても良い。例えば、エレクトレット誘電体層5の外周面または外部電極7の内周面の少なくとも一方の表面に、スペーサ部材をドット状に繰り返し配置させても良い。この場合、スペーサ63は、インク、接着剤、粘着材、ペースト剤などをエレクトレット誘電体層5の外周面または外部電極7の内周面に塗布あるいは印刷することで形成すれば良い。この際、インク、接着剤、粘着材、ペースト剤などの厚さがスペーサ63の高さとなる。   In addition, the cross-sectional shape of the spacer 63 (wire material) is not limited to the circular shape as illustrated, and may be any shape such as an oval, a rectangle, and a square. Further, the spacer 63 is not limited to a wire, and for example, a spacer member may be arranged with a dot-like interval. For example, a spacer member may be repeatedly arranged in a dot shape on at least one surface of the outer peripheral surface of the electret dielectric layer 5 or the inner peripheral surface of the external electrode 7. In this case, the spacer 63 may be formed by applying or printing ink, adhesive, adhesive, paste, or the like on the outer peripheral surface of the electret dielectric layer 5 or the inner peripheral surface of the external electrode 7. At this time, the thickness of the spacer 63 is the thickness of the ink, adhesive, adhesive, paste, or the like.

また、スペーサ63は、エレクトレット誘電体層5の外周面と外部電極7の内周面との双方に接合されていても良いが、少なくとも一方の表面とは接合されていない方が望ましい。このようにすることで、振動発電ケーブル60aに外力、振動が付与された際のエレクトレット誘電体層5と外部電極7との間のギャップ長の変化を大きくすることができる。したがって、発電効率の向上が図れ、振動発電ケーブル60aの製造性も向上する。   The spacer 63 may be bonded to both the outer peripheral surface of the electret dielectric layer 5 and the inner peripheral surface of the external electrode 7, but it is desirable that the spacer 63 not be bonded to at least one surface. By doing in this way, the change of the gap length between the electret dielectric material layer 5 and the external electrode 7 at the time of external force and vibration being given to the vibration electric power generation cable 60a can be enlarged. Accordingly, the power generation efficiency can be improved and the manufacturability of the vibration power generation cable 60a is also improved.

なお、スペーサ63は、図16(b)に示す振動発電ケーブル60bのように、エレクトレット誘電体層5と中心電極3との間に、配置されてもよい。中心電極3は、1本の導体素線であっても良く、複数の導体素線の撚り線であってもよい。また、中心電極3の材質は限定されないが、例えば銅、アルミニウム、またはこれらにめっき処理したものを使用することができる。なお、エレクトレット誘電体層5と中心電極3との間に、スペーサ63を配置する方法や、スペーサ63の態様は、振動発電ケーブル60aと同様である。また、エレクトレット誘電体層5は、押出し成形で形成しても良く、図8で示したように、樹脂テープ11を1層または複数層巻いて形成しても良い。また、樹脂製の熱収縮チューブを被せた後、加熱収縮して形成しても良い。   In addition, the spacer 63 may be arrange | positioned between the electret dielectric material layer 5 and the center electrode 3, like the vibration electric power generation cable 60b shown in FIG.16 (b). The center electrode 3 may be a single conductor strand or a stranded wire of a plurality of conductor strands. Moreover, although the material of the center electrode 3 is not limited, For example, copper, aluminum, or what plated these can be used. In addition, the method of arrange | positioning the spacer 63 between the electret dielectric material layer 5 and the center electrode 3, and the aspect of the spacer 63 are the same as that of the vibration electric power generation cable 60a. The electret dielectric layer 5 may be formed by extrusion molding, or may be formed by winding one or more layers of the resin tape 11 as shown in FIG. Alternatively, it may be formed by covering with a resin heat-shrinkable tube and then heat-shrinking.

このようにスペーサ63を用いることで、定常状態においてエレクトレット誘電体層5と中心電極3または外部電極7との間の空隙61(ギャップ長)を保持することが容易となる。したがって、外力に応じて、より確実にエレクトレット誘電体層5と中心電極3または外部電極7との距離(ギャップ長)を変化させることができる。   By using the spacer 63 in this way, it becomes easy to maintain the gap 61 (gap length) between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 in a steady state. Therefore, the distance (gap length) between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 can be changed more reliably according to the external force.

<実施形態11>
また、図17(a)に示す振動発電ケーブル60cのように、スペーサ63に代えて、エレクトレット誘電体層5に対し、エレクトレット誘電体層5が外部電極7と対向する表面(外周面)を加工して凸部と凹部とからなる凹凸パターンを形成し、その凸部65aをスペーサとしてもよい。この際、凸部65aの高さがスペーサの厚みとなる。また、エレクトレット誘電体層5の外周面の凹部において、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間に空隙61が形成される。この場合、凸部65aの配置する間隔及び高さによって、空隙61のギャップ長が調節される。
<Embodiment 11>
Further, as in the vibration power generation cable 60c shown in FIG. 17A, the surface (outer peripheral surface) where the electret dielectric layer 5 faces the external electrode 7 is processed with respect to the electret dielectric layer 5 instead of the spacer 63. Then, a concavo-convex pattern composed of convex portions and concave portions may be formed, and the convex portions 65a may be used as spacers. At this time, the height of the convex portion 65a becomes the thickness of the spacer. Further, a gap 61 is formed between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 in the concave portion on the outer peripheral surface of the electret dielectric layer 5. In this case, the gap length of the gap 61 is adjusted according to the interval and height at which the convex portions 65a are arranged.

エレクトレット誘電体層5の外周面に繰返しの凹凸形状を形成し、凸部65aを設けるための加工方法は、特に限定されるものではない。例えば、エレクトレット誘電体層5の外表面の一部を切削して凸部65aを形成してもよい。また、凹凸パターンを有する型によって、エレクトレット誘電体層5の外表面にプレス加工やエンボス加工等により凸部65aを形成してもよい。また、エレクトレット誘電体層5の外表面に、エッチング処理によって凹凸パターンを形成しても良い。また、樹脂の押出でエレクトレット誘電体層5を形成する場合には、押出し時の口金の形状を凹凸形状とすることで、押出し後のエレクトレット誘電体層5の外表面に振動発電ケーブル60cの長手方向に沿った凹凸パターンを形成することもできる。   There is no particular limitation on the processing method for forming a repetitive uneven shape on the outer peripheral surface of the electret dielectric layer 5 and providing the convex portion 65a. For example, a part of the outer surface of the electret dielectric layer 5 may be cut to form the convex portion 65a. Moreover, you may form the convex part 65a in the outer surface of the electret dielectric material layer 5 by press work, embossing, etc. with the type | mold which has an uneven | corrugated pattern. Further, an uneven pattern may be formed on the outer surface of the electret dielectric layer 5 by an etching process. Further, when the electret dielectric layer 5 is formed by extrusion of resin, the shape of the die at the time of extrusion is made uneven so that the length of the vibration power generation cable 60c is formed on the outer surface of the electret dielectric layer 5 after extrusion. An uneven pattern along the direction can also be formed.

なお、凸部65aの形態は、特に限定されない。例えば、凸部65aの繰り返しパターンが、所定の間隔で配置されたドット状、ライン状、螺旋状、格子状などであってもよい。また、凸部65aの配置する間隔や高さは前述したスペーサ63と同様に設計すればよい。   In addition, the form of the convex part 65a is not specifically limited. For example, the repeating pattern of the convex portions 65a may be a dot shape, a line shape, a spiral shape, a lattice shape, or the like arranged at a predetermined interval. Further, the interval and height at which the convex portions 65a are arranged may be designed in the same manner as the spacer 63 described above.

また、図17(b)に示す振動発電ケーブル60dのように、外部電極7に対し、外部電極7がエレクトレット誘電体層5と対向する表面(内周面)を加工して凸部と凹部とからなる凹凸パターンを形成し、その凸部65bをスペーサとしてもよい。この際、凸部65bの高さがスペーサの厚みとなる。また、外部電極7の凹部において、エレクトレット誘電体層5と外部電極7との間に空隙61が形成される。また、凸部65bの配置する間隔や高さによって、空隙61のギャップ長が調節される。   Further, as in the vibration power generation cable 60d shown in FIG. 17B, the surface of the external electrode 7 facing the electret dielectric layer 5 (inner peripheral surface) is processed with respect to the external electrode 7 so that a convex portion and a concave portion An uneven pattern composed of At this time, the height of the convex portion 65b becomes the thickness of the spacer. Further, a gap 61 is formed between the electret dielectric layer 5 and the external electrode 7 in the concave portion of the external electrode 7. Moreover, the gap length of the space | gap 61 is adjusted with the space | interval and height which the convex part 65b arrange | positions.

この場合、例えば、表面加工によって繰り返し凹凸パターンが設けられた金属箔テープ(アルミ箔、銅箔、錫箔、その他金属箔)を、エレクトレット誘電体層5と対向する面(内周面側)に凹凸パターンがくるように、エレクトレット誘電体層5の外周に螺旋巻き、または長手方向に縦添え巻きすればよい。なお、外部電極7を前述したように樹脂層と金属箔層とからなる2層構造とする場合には、金属箔層側に凹凸パターンを形成し、エレクトレット誘電体層5との対向面(内周面)に金属箔層がくるように、金属箔テープをエレクトレット誘電体層5の外周に巻きつければよい。   In this case, for example, a metal foil tape (aluminum foil, copper foil, tin foil, or other metal foil) provided with a concavo-convex pattern by surface processing is concavo-convex on the surface (inner peripheral surface side) facing the electret dielectric layer 5. What is necessary is just to spirally wind around the outer periphery of the electret dielectric material layer 5, or to carry out lengthwise winding in the longitudinal direction so that a pattern may come. When the external electrode 7 has a two-layer structure composed of a resin layer and a metal foil layer as described above, a concave / convex pattern is formed on the metal foil layer side and the surface facing the electret dielectric layer 5 (inner What is necessary is just to wind a metal foil tape around the outer periphery of the electret dielectric material layer 5 so that a metal foil layer may come to a surrounding surface.

金属箔テープに凹凸パターンを形成するための加工方法は特に限定されない。例えば、凹凸パターンを有する型によって、金属箔テープの表面にプレス加工、エンボス加工を施しても良い。また、金属箔テープ表面に、エッチング処理によって凹凸を形成しても良い。なお、凸部65bの形態は、凸部65aと同様に決定すればよい。   The processing method for forming an uneven | corrugated pattern in a metal foil tape is not specifically limited. For example, the surface of the metal foil tape may be pressed or embossed with a mold having an uneven pattern. Moreover, you may form an unevenness | corrugation by the etching process on the metal foil tape surface. In addition, what is necessary is just to determine the form of the convex part 65b similarly to the convex part 65a.

<実施形態12>
また、図18(a)に示す振動発電ケーブル60eのように、エレクトレット誘電体層5に対し、エレクトレット誘電体層5が中心電極3と対向する表面(内周面)を加工して凸部と凹部とからなる凹凸パターンを形成し、その凸部65cをスペーサとしてもよい。この際、凸部65cの高さがスペーサの厚みとなる。また、エレクトレット誘電体層5の凹部において、エレクトレット誘電体層5と中心電極3との間に空隙61が形成される。この場合、凸部65cの配置する間隔や高さによって、空隙61のギャップ長が調節される。なお、エレクトレット誘電体層5の内周面への凸部65cの形成方法や形態は、振動発電ケーブル60cと同様である。
<Twelfth embodiment>
Further, as in the case of the vibration power generation cable 60e shown in FIG. 18A, the surface (inner peripheral surface) where the electret dielectric layer 5 faces the center electrode 3 is processed with respect to the electret dielectric layer 5 A concave / convex pattern including concave portions may be formed, and the convex portions 65c may be used as spacers. At this time, the height of the convex portion 65c becomes the thickness of the spacer. In addition, a gap 61 is formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 in the recess of the electret dielectric layer 5. In this case, the gap length of the gap 61 is adjusted according to the interval and height at which the convex portions 65c are arranged. In addition, the formation method and form of the convex part 65c to the inner peripheral surface of the electret dielectric layer 5 are the same as those of the vibration power generation cable 60c.

また、図18(b)に示す振動発電ケーブル60fのように、中心電極3の外周面を加工して凹凸パターンを形成し、その凸部65dをスペーサとしてもよい。この際、凸部65dの高さがスペーサの厚みとなる。また、中心電極3の凹部において、エレクトレット誘電体層5と中心電極3の間に空隙61が形成される。この場合、凸部65dの配置する間隔や高さによって、空隙61のギャップ長が調節される。なお、中心電極3の外周面への凸部65dの形成方法(加工方法)や形態は、振動発電ケーブル60cと同様である。また、中心電極3に撚り線を使用する場合には、導体素線の撚りあわせで生じる中心電極3の外周面の素線の凹凸を利用し、その凸部65dをスペーサとすることもできる。   Further, as in the vibration power generation cable 60f shown in FIG. 18B, the outer peripheral surface of the center electrode 3 may be processed to form a concavo-convex pattern, and the convex portion 65d may be used as a spacer. At this time, the height of the convex portion 65d becomes the thickness of the spacer. Further, a gap 61 is formed between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 in the recess of the center electrode 3. In this case, the gap length of the gap 61 is adjusted according to the interval and height at which the convex portions 65d are arranged. In addition, the formation method (processing method) and form of the convex portion 65d on the outer peripheral surface of the center electrode 3 are the same as those of the vibration power generation cable 60c. Moreover, when using a stranded wire for the center electrode 3, the unevenness | corrugation of the strand of the outer peripheral surface of the center electrode 3 which arises by twisting of a conductor strand can be utilized, and the convex part 65d can also be used as a spacer.

このように、エレクトレット誘電体層5、中心電極3または外部電極7の表面を加工して凹凸形状を設けることで、別途スペーサを形成するための部材が不要となる。したがって、部品点数を削減することができ、スペーサの形成や配置も容易となる。また、凸部65a〜65dの高さの調整も容易である。   As described above, by processing the surfaces of the electret dielectric layer 5, the center electrode 3, or the external electrode 7 to provide an uneven shape, a member for separately forming a spacer becomes unnecessary. Therefore, the number of parts can be reduced, and the formation and arrangement of spacers are facilitated. Further, the heights of the convex portions 65a to 65d can be easily adjusted.

以上のように、エレクトレット誘電体層5と、中心電極3または外部電極7の間に、空隙を維持するためのスペーサを設けることで、各振動発電ケーブルに外力や振動が付与された際に、エレクトレット誘電体層5と、中心電極3または外部電極7との間のギャップ長の変化が大きくなるため、発電効率の向上を図ることができる。なお、エレクトレット誘電体層5の帯電処理方法は特に限定されない。先述した実施形態のように、例えば、エレクトレット誘電体層5を形成後に、コロナ放電によるエレクトレット誘電体層5の帯電処理を行い、その後、エレクトレット誘電体層5の外周に外部電極7、被覆部9を順次設けても良い。なお、エレクトレット誘電体層5の外周にスペーサ部材を配置する場合には、エレクトレット誘電体層5の帯電処理後に、スペーサ部材を配置すればよい。また、エレクトレット誘電体層5の外表面の表面加工によってスペーサを形成する場合には、エレクトレット誘電体層5の表面加工によるスペーサ形成後に帯電処理を行えばよい。また、振動発電ケーブルを製造後に、中心電極3と外部電極7との間に電圧を印加することによってエレクトレット誘電体層5の帯電処理を行ってもよい。   As described above, by providing a spacer for maintaining a gap between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7, when an external force or vibration is applied to each vibration power generation cable, Since the change in the gap length between the electret dielectric layer 5 and the center electrode 3 or the external electrode 7 becomes large, it is possible to improve the power generation efficiency. In addition, the electrification process method of the electret dielectric material layer 5 is not specifically limited. As in the above-described embodiment, for example, after the electret dielectric layer 5 is formed, the electret dielectric layer 5 is charged by corona discharge, and then the outer electrode 7 and the covering portion 9 are disposed on the outer periphery of the electret dielectric layer 5. May be provided sequentially. When the spacer member is disposed on the outer periphery of the electret dielectric layer 5, the spacer member may be disposed after the electret dielectric layer 5 is charged. When the spacer is formed by surface processing of the outer surface of the electret dielectric layer 5, the charging process may be performed after the spacer is formed by surface processing of the electret dielectric layer 5. Alternatively, the electret dielectric layer 5 may be charged by applying a voltage between the center electrode 3 and the external electrode 7 after the vibration power generation cable is manufactured.

また、図16〜図18の振動発電ケーブル60a〜60fも、図1に示した振動発電ケーブル1と同様に図11〜図15に示した振動発電装置50、50a、振動発電体40、40a、40bを構成することができる。   Also, the vibration power generation cables 60a to 60f in FIG. 16 to FIG. 18 are similar to the vibration power generation cable 1 illustrated in FIG. 1 in the vibration power generation devices 50 and 50a, the vibration power generation bodies 40 and 40a, and 40b can be configured.

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

1、1a、1b、60a、60b、60c、60d、60e、60f………振動発電ケーブル
3………中心電極
4………空孔
5、5a………エレクトレット誘電体層
6………空隙
7………外部電極
9………被覆部
11………樹脂テープ
20………帯電処理装置
21………高圧電極
23………放電電極
25………絶縁スペーサ
27………グリッド電極
29………電流計
31a、31b………電源
33………空間
35………弾性体
40、40a、40b………振動発電体
41………ダイオード
43………蓄電部
45………スイッチ
47………整流回路
49………蓄電回路
50、50a………振動発電装置
51………板状部材
61………空隙
63………スペーサ
65a、65b、65c、65d………凸部
1, 1a, 1b, 60a, 60b, 60c, 60d, 60e, 60f ......... Vibration power generation cable 3 ......... Center electrode 4 ......... Hole 5, 5a ......... Electret dielectric layer 6 ......... Void 7... External electrode 9... Covering section 11... Resin tape 20... Charge processing device 21... High-voltage electrode 23 ... Discharge electrode 25 ... Insulating spacer 27 ... Grid electrode 29 ......... ammeters 31a, 31b ......... power supply 33 ......... space 35 ......... elastic bodies 40, 40a, 40b ......... vibrating power generator 41 ......... diode 43 ...... power storage unit 45 ......... switch 47 ......... Rectifier circuit 49 ......... Power storage circuit 50, 50a ......... Vibration power generation device 51 ......... Plate-like member 61 ......... Gap 63 ......... Spacers 65a, 65b, 65c, 65d ......... Protrusions

Claims (12)

中心電極と、
前記中心電極の外周に設けられ、電荷を保持したエレクトレット誘電体層と、
前記エレクトレット誘電体層の外周に設けられる外部電極と、
前記外部電極の外周を被覆する被覆部と、
を具備し、
外力が付与された際、少なくとも一部において、前記中心電極と前記外部電極との距離が変化可能であることを特徴とする振動発電ケーブル。
A center electrode;
An electret dielectric layer that is provided on the outer periphery of the center electrode and retains electric charge;
An external electrode provided on the outer periphery of the electret dielectric layer;
A covering portion covering the outer periphery of the external electrode;
Comprising
A vibration power generation cable characterized in that the distance between the center electrode and the external electrode can be changed at least partially when an external force is applied.
前記中心電極または前記外部電極の少なくとも一方と、前記エレクトレット誘電体層との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、
外力が付与された際、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体層と、前記中心電極または前記外部電極との距離が変化可能であることを特徴とする請求項1記載の振動発電ケーブル。
Between at least one of the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer, a non-joined portion that is not joined to each other is formed,
2. The vibration according to claim 1, wherein when an external force is applied, a distance between the electret dielectric layer and the center electrode or the external electrode can be changed in at least a part of the non-joining portion. Power generation cable.
前記中心電極は、中空の導体で形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の振動発電ケーブル。   The vibration power generation cable according to claim 1, wherein the center electrode is formed of a hollow conductor. 前記中心電極は、弾性体と、前記弾性体の外周に形成された導体部とで構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の振動発電ケーブル。   The vibration power generation cable according to claim 1, wherein the center electrode includes an elastic body and a conductor portion formed on an outer periphery of the elastic body. 前記エレクトレット誘電体層が、テープ状部材を前記中心電極の外周に巻いて形成されたものであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の振動発電ケーブル。   5. The vibration power generation cable according to claim 1, wherein the electret dielectric layer is formed by winding a tape-shaped member around the outer periphery of the center electrode. 6. 前記中心電極または前記外部電極の少なくとも一方と、前記エレクトレット誘電体層との間に、部分的にスペーサが設けられ、空隙が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の振動発電ケーブル。   6. The structure according to claim 1, wherein a spacer is partially provided between at least one of the center electrode or the external electrode and the electret dielectric layer, and a gap is formed. The vibration power generation cable described in Crab. 前記スペーサは、前記中心電極と前記エレクトレット誘電体層との間、または、前記外部電極と前記エレクトレット誘電体層との間の少なくとも一方の間に設けられた線材であることを特徴とする請求項6記載の振動発電ケーブル。   The spacer is a wire provided between the central electrode and the electret dielectric layer or between at least one of the external electrode and the electret dielectric layer. 6. The vibration power generation cable according to 6. 前記スペーサは、前記中心電極と前記エレクトレット誘電体層の対向面の少なくとも一方の表面に、または、前記外部電極と前記エレクトレット誘電体層の対向面の少なくとも一方の表面に、少なくとも一部に形成された凸部であることを特徴とする請求項6記載の振動発電ケーブル。   The spacer is formed on at least a part of at least one surface of the opposing surface of the center electrode and the electret dielectric layer or at least one surface of the opposing surface of the external electrode and the electret dielectric layer. The vibration power generation cable according to claim 6, wherein the vibration power generation cable is a convex portion. 請求項1から請求項8のいずれかに記載の前記振動発電ケーブルを一対の板状部材の間に挟んだことを特徴とする振動発電体。   9. A vibration power generator comprising the vibration power generation cable according to claim 1 sandwiched between a pair of plate-like members. 一対の前記板状部材の間に、複数の前記振動発電ケーブルを併設した状態で挟んだことを特徴とする請求項9記載の振動発電体。   The vibration power generator according to claim 9, wherein a plurality of the vibration power generation cables are sandwiched between a pair of the plate-like members. 一対の前記板状部材の間に、前記振動発電ケーブルを厚み方向に複数積層して挟んだことを特徴とする請求項9記載の振動発電体。   The vibration power generator according to claim 9, wherein a plurality of the vibration power generation cables are stacked in a thickness direction between the pair of plate-like members. 振動発電ケーブルの製造方法であって、
管状の高圧電極と、前記高圧電極の内周面に形成される複数の放電電極と、前記高圧電極の内側に前記放電電極を含む前記高圧電極と同軸状に所定の距離を保持して配置される管状のグリッド電極と、を用い、
中心電極と、前記中心電極の外周に設けられるエレクトレット誘電体層とを具備するケーブル素材を、前記グリッド電極の内側に前記グリッド電極と同軸状に所定の距離を保持して配置し、
前記中心電極を基準電位とし、前記中心電極と前記グリッド電極との間に第1の電源を接続し、前記中心電極と前記高圧電極との間に第2の電源を接続し、
前記第1の電源と前記第2の電源は、出力電圧を同一極性とし、前記第2の電源の出力電圧を前記第1の電源の出力電圧よりも高くし、前記高圧電極と前記グリッド電極との間にコロナ放電を発生させてエレクトレット誘電体層を帯電処理することを特徴とする振動発電ケーブルの製造方法。
A method of manufacturing a vibration power generation cable,
A tubular high-voltage electrode, a plurality of discharge electrodes formed on the inner peripheral surface of the high-voltage electrode, and arranged at a predetermined distance coaxially with the high-voltage electrode including the discharge electrode inside the high-voltage electrode. A tubular grid electrode,
A cable material comprising a center electrode and an electret dielectric layer provided on the outer periphery of the center electrode is disposed inside the grid electrode while maintaining a predetermined distance coaxially with the grid electrode,
The center electrode is set as a reference potential, a first power source is connected between the center electrode and the grid electrode, a second power source is connected between the center electrode and the high-voltage electrode,
The first power supply and the second power supply have the same polarity of output voltage, the output voltage of the second power supply is higher than the output voltage of the first power supply, the high-voltage electrode, the grid electrode, A method for producing a vibration power generation cable, wherein a corona discharge is generated between the electret layers to charge the electret dielectric layer.
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