JP6645161B2 - 発電装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電装置に関する。

従来から、道路、橋、建築物等の構造体の振動、自動車、鉄道車両等の移動体の振動、人の運動による振動、及び波力、風力による振動のエネルギーを電気エネルギーに変換して有効利用する技術が提案されている。

例えば、特許文献１、２には、振動によって動く硬質の球状体を圧電セラミック板からなる圧電素子に衝突させて発電する発電装置が提案されている。

しかしながら、圧電セラミック板からなる圧電素子に硬質の球状体が繰り返し衝突すると、衝撃により圧電素子が早期に破損・劣化し、発電量が大幅に低下する。
この問題を解消すべく、特許文献１では、圧電素子を保護するために、圧電素子の裏面側にクッション材を設けるとともに、硬質の球状体が衝突する部分に薄肉のプロテクタを設けて衝撃を減じている。
この種の圧電素子は衝撃の度合いに発電量が比例するため、上記の圧電素子の保護対策は発電量の低下を来すこととなる。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、移動部材の繰り返しの衝突による素子の劣化を抑制でき、長期に亘って良好な発電能力を維持できる発電装置の提供を、その主な目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の発電装置は、変形して発電する素子と、振動により動いて前記素子に当接する移動部材と、を備え、前記素子は、電極と、該電極とは異なる他の部材とを備え、且つ、前記移動部材が当接したときに変形するとともに該変形が元の状態に戻る弾性を有している。

本発明によれば、移動部材の繰り返しの衝突による素子の劣化を抑制でき、長期に亘って良好な発電能力を維持できる発電装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る発電装置を示す斜視図である。 素子の一部分の断面を示す図で、（ａ）は移動部材が衝突しない状態の図、（ｂ）は移動部材が衝突して変形した状態の図である。 素子の各形状を示す斜視図である。 表面改質処理、及び不活性化処理を行った中間層（シリコーンゴム）のＸＰＳ測定結果を示す特性図である。 図４で測定した中間層のＳｉ２ｐ結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフである。 未処理の中間層（シリコーンゴム）のＸＰＳ測定結果を示す特性図である。 図６で測定した中間層のＳｉ２ｐ結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフである。 表面改質処理、及び不活性化処理を行った中間層を有する素子の特性を説明するための断面模式図である。 第２の実施形態に係る発電装置を示す斜視図である。 第３の実施形態に係る発電装置を示す斜視図である。 第４の実施形態に係る発電装置を示す斜視図である。 振動試験機の構成を示す斜視図である。 本発明の発電装置の活用例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
図１乃至図３に基づいて第１の実施形態を説明する。図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る発電装置１は、密閉された箱形状をなし、変形して発電する素子２と、素子２内に転動可能に設けられ、外部から受ける振動により動いて素子２に当接（衝突の概念を含む）する球状の移動部材３とを有している。
発電装置１は、例えば自動車の荷台に設置され、走行時の振動で移動部材３が動いて素子２に衝突し、発電がなされる。

図１（ｂ）に示すように、振動の方向は基本的には、左右方向であるＸ方向、奥行き方向であるＹ方向、高さ方向であるＺ方向であるが、実際にはこれらの複合的な振動も存在する。
素子２は６つの内面２ａ〜２ｆを有し、移動部材３はランダムに転がって内面２ａ〜２ｅのいずれかに個別に、あるいは角部において２つ以上に同時に衝突する。
Ｚ方向の振動時に上面としての内面２ｆにも衝突するように、素子２の高さが設定されている。

素子２は、図２（ａ）に示すように、箱形状を規定するフレーム４と、フレーム４の最内面に配置された第２の電極８と、他の部材としての弾性を有する中間層７と、第１の電極６と、柔軟性を有するカバー部材５とを有している。
換言すれば、カバー部材５、第１の電極６、中間層７、第２の電極８がこの順で素子２の厚み方向に積層された積層構造を有している。中間層７の厚み方向における両側を挟むように配置された第１の電極６と第２の電極８とで一対の電極が構成されている。
図２（ａ）の矢印は、素子２の厚み内で箱形状の外側から内側に向かう方向を示している。すなわち、移動部材３は最も内側に位置するカバー部材５に衝突する内面構成となっている。

図２（ｂ）に示すように、移動部材３が素子２の或る内面に衝突すると、柔軟性を有するカバー部材５が変形するとともに、第１の電極６、中間層７及び第２の電極８が変形する。中間層７はその弾性により変形し、第１の電極６及び第２の電極８はその薄肉による追従変形性により変形する。
第１の電極６及び第２の電極８と中間層７との間は接合されていてもよく、また、接合されていなくてもよい。また、接合は一部だけでもよい。
また、中間層７はゴム又はゴム組成物からなり、積層方向における一方側が、該一方側と他方側とで同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なるように且つ電荷を蓄積できるように表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている。この点については後で詳細に説明する。

第１の電極６及び第２の電極８と中間層７との間の未接合部では、変形が生じると、中間層７とこれに対向する電極との間に摩擦ないし剥離帯電が生じ、電荷が蓄えられるとともに、中間層７と電極との間に静電容量の変化が生じて発電がなされる。また、第１の電極６及び第２の電極８と中間層７との間の接合部では、変形が生じると、中間層７と電極との間に静電容量の変化が生じて発電がなされる。移動部材３が他の部位に移動して素子２に対する押圧力が解除されると、変形が生じていた部分は中間層７の弾性により図２（ａ）に示す元の状態に戻る。
この戻り変形時にも衝突変形時と同様の原理で発電がなされる。

箱状をなす素子２の底面となる内面２ｅに移動部材３が載置された状態では、図２（ｂ）に示すようにその重量で変形が生じるが、移動部材３が動かない状態では電荷の移動は生じず、発電はなされない。
移動部材３の衝突による衝撃は、中間層７の弾性変形、ひいては素子２の弾性変形によって吸収され、且つ復元するので、移動部材３が繰り返し衝突しても衝撃によって素子２が破損することはない。このため、発電能力は低下することなく長期に亘って維持される。
移動部材３は箱状の閉鎖空間内に配置されているので、移動部材３がどの方向に移動しても発電可能であり、振動方向が不規則に変化する場合でも発電できる。

素子２の形状としては、特に制限はなく、直方体の他に、例えば図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、六角柱からなる八面体、円柱、半球などが挙げられる。
素子２の形状は上記のような閉鎖空間を有する形状に限られず、例えば一面が開放された形状でもよい。この場合、移動部材３は前記開放部から飛び出さないように素子２の内部空間内に紐状の部材で繋がれて移動範囲を制限される。

中間層７には、表面改質処理及び不活性化処理を施したシリコーンゴムを用いている。表面改質処理を施すと、中間層７の第１の電極側と第２の電極側とは同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なり、すなわち硬度がことなり、この特性により発電効率が向上する。
以下に、前記特性を発現させるための電極と中間層の材質等の詳細を説明する。

［第１の電極、及び第２の電極］
第１の電極、及び第２の電極の材質、形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第１の電極、及び第２の電極において、その材質、形状、大きさ、構造は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第１の電極、及び第２の電極の材質としては、例えば、金属、炭素系導電材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。

金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。炭素系導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーと、ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。
前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料（例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー（ＣＦ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンなど）、金属フィラー（金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケルなど）、導電性高分子材料（ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど）、イオン液体などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム（ラテックス）、エチレンプロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
第１の電極の形状、及び第２の電極の形状としては、例えば、薄膜などが挙げられる。第１の電極の構造、及び第２の電極の構造としては、例えば、織物、不織布、編物、メッシュ、スポンジ、繊維状の炭素材料が重なって形成された不織布であってもよい。

前記電極の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、導電性及び可撓性の点から、０．０１μｍ〜１ｍｍが好ましく、０．１μｍ〜５００μｍがより好ましい。前記平均厚みが、０．０１μｍ以上であると、機械的強度が適正であり、導電性が向上する。また、前記平均厚みが、１ｍｍ以下であると、素子が変形可能であり、発電性能が良好である。

［中間層］
中間層は、可撓性を有する。
中間層においては、以下の条件（１）及び条件（２）の少なくともいずれかを満たす。
条件（１）：中間層の面に対して直交する方向から中間層が加圧された際に、中間層における第１の電極側（一方側）の変形量と、中間層における第２の電極側（他方側）の変形量とが、異なる。
条件（２）：中間層の第１の電極側における１０μｍ押し込み時のユニバーサル硬度（Ｈ１）と、中間層の第２の電極側における１０μｍ押し込み時のユニバーサル硬度（Ｈ２）とが、異なる。

中間層においては、以上のように、両面での変形量、又は硬度が異なることにより、大きな発電量を得ることができる。
本発明において、変形量とは、以下の条件で中間層を押し付けた際の、圧子の最大押し込み深さである。

{測定条件}
測定機：フィッシャー社製、超微小硬度計ＷＩＮ−ＨＵＤ
圧子：対面角度１３６°の四角錐ダイヤモンド圧子
初期荷重：０．０２ｍＮ
最大荷重：１ｍＮ
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間：１０秒間

ユニバーサル硬度は、以下の方法により求められる。
{測定条件}
測定機：フィッシャー社製、超微小硬度計ＷＩＮ−ＨＵＤ
圧子：対面角度１３６°の四角錐ダイヤモンド圧子
押し込み深さ：１０μｍ
初期荷重：０．０２ｍＮ
最大荷重：１００ｍＮ
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間：５０秒間

ユニバーサル硬度（Ｈ１）と、ユニバーサル硬度（Ｈ２）との比（Ｈ１／Ｈ２）としては、１．０１以上が好ましく、１．０７以上がより好ましく、１．１３以上が特に好ましい。比（Ｈ１／Ｈ２）の上限値としては、特に制限はなく、例えば、使用状態において要求される可撓性の程度、使用状態における負荷等により適宜選択されるが、１．７０以下が好ましい。ここで、Ｈ１は、相対的に硬い面のユニバーサル硬度であり、Ｈ２は、相対的に柔らかい面のユニバーサル硬度である。

中間層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ゴム、ゴム組成物などが挙げられる。ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム（ラテックス）、ウレタンゴム、フッ素ゴム、エチレンプロピレンゴムなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、シリコーンゴムが好ましい。

前記シリコーンゴムとしては、オルガノポリシロキサン結合を有するゴムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、変性シリコーンゴム（例えば、アクリル変性、アルキッド変性、エステル変性、エポキシ変性）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記ゴム組成物としては、例えば、フィラーと前記ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。これらの中でも、前記シリコーンゴムを含有するシリコーンゴム組成物は発電性能が高いため好ましい。

前記フィラーとしては、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機無機複合フィラーなどが挙げられる。前記有機フィラーとしては、有機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記有機フィラーとしては、例えば、アクリル微粒子、ポリスチレン微粒子、メラミン微粒子、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂微粒子、シリコーンパウダー（シリコーンレジンパウダー、シリコーンゴムパウダー、シリコーン複合パウダー）、ゴム粉末、木粉、パルプ、デンプンなどが挙げられる。前記無機フィラーとしては、無機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記無機フィラーとしては、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、窒化物、炭素類、金属、又はその他の化合物などが挙げられる。

前記酸化物としては、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。
前記硫酸塩としては、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
前記ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸カルシウム（ウォラストナイト、ゾノトライト）、ケイ酸ジルコン、カオリン、タルク、マイカ、ゼオライト、パーライト、ベントナイト、モンモロナイト、セリサイト、活性白土、ガラス、中空ガラスビーズなどが挙げられる。

前記窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられる。
前記炭素類としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレン（誘導体を含む）、グラフェンなどが挙げられる。
前記金属としては、例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられる。
前記その他の化合物としては、例えば、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、炭化ケイ素、硫化モリブテン、などが挙げられる。なお、前記無機フィラーは、表面処理をしていてもよい。

前記有機無機複合フィラーとしては、有機化合物と無機化合物とを分子レベルで組み合わせた化合物であれば特に制限されずに用いることができる。
前記有機無機複合フィラーとしては、例えば、シリカ・アクリル複合微粒子、シルセスキオキサンなどが挙げられる。
前記フィラーの平均粒径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０１μｍ〜３０μｍが好ましく、０．１μｍ〜１０μｍがより好ましい。前記平均粒径が、０．０１μｍ以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記平均粒径が、３０μｍ以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。

前記平均粒径は、公知の粒度分布測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
前記フィラーの含有量は、ゴム１００質量部に対して、０．１質量部〜１００質量部が好ましく、１質量部〜５０質量部がより好ましい。前記含有量が、０．１質量部以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記含有量が、１００質量部以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば添加剤などが挙げられる。前記その他の成分の含有量は、本発明の目的を損なわない程度で適宜選定することができる。

前記添加剤としては、例えば、架橋剤、劣化防止剤、耐熱剤、着色剤などが挙げられる。
前記中間層を構成する材料の調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゴム組成物の調製方法としては、前記ゴム及び前記フィラー、更に必要に応じて前記その他の成分を混合し、混錬分散することにより調製することができる。
前記中間層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記ゴム組成物の薄膜の形成方法としては、前記ゴム組成物を、基材上にブレード塗装、ダイ塗装、ディップ塗装などで塗布し、その後、熱や電子線などで硬化する方法が挙げられる。

中間層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、変形追従性の点から、１μｍ〜１０ｍｍが好ましく、２０μｍ〜１ｍｍがより好ましい。また、平均厚みが、好ましい範囲内であると、成膜性が確保でき、かつ変形を阻害することもないため、良好な発電を行うことができる。

中間層は、絶縁性であることが好ましい。絶縁性としては、１０^８Ωｃｍ以上の体積抵抗率を持つことが好ましく、１０^１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を持つことがより好ましい。中間層は、複層構造であってもよい。

（表面改質処理、及び不活性化処理）
中間層において、両面での変形量、又は硬度を異ならせる方法としては、例えば、表面改質処理、不活性化処理などが挙げられる。これらの処理は、両方を行ってもよいし、片方のみを行ってもよい。

＜表面改質処理＞
表面改質処理としては、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン処理、放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、中性子線）照射処理などが挙げられる。これらの処理の中でも、処理スピードの点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理が好ましいが、ある程度の照射エネルギーを有し、材料を改質しうるものであれば、これらに限定されない。

《プラズマ処理》
プラズマ処理の場合、プラズマ発生装置としては、例えば、平行平板型、容量結合型、誘導結合型のほか、大気圧プラズマ装置でも可能である。耐久性の観点から、減圧プラズマ処理が好ましい。
プラズマ処理における反応圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０５Ｐａ〜１００Ｐａが好ましく、１Ｐａ〜２０Ｐａがより好ましい。
プラズマ処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス、希ガス、酸素などのガスが有効であるが、効果の持続性においてアルゴンが好ましい。

その際、酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
プラズマ処理における照射電力量は、（出力×照射時間）により規定される。前記照射電力量としては、５Ｗｈ〜２００Ｗｈが好ましく、１０Ｗｈ〜５０Ｗｈがより好ましい。照射電力量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。

《コロナ放電処理》
コロナ放電処理における印加エネルギー（積算エネルギー）としては、６Ｊ／ｃｍ^２〜３００Ｊ／ｃｍ^２が好ましく、１２Ｊ／ｃｍ^２〜６０Ｊ／ｃｍ^２がより好ましい。印加エネルギーが、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。

《電子線照射処理》
電子線照射処理における照射量としては、１ｋＧｙ以上が好ましく、３００ｋＧｙ〜１０ＭＧｙがより好ましい。照射量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
電子線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。

《紫外線照射処理》
紫外線照射処理における紫外線としては、波長３６５ｎｍ以下で２００ｎｍ以上が好ましく、波長３２０ｎｍ以下で２４０ｎｍ以上がより好ましい。
紫外線照射処理における積算光量としては、５Ｊ／ｃｍ^２〜５００Ｊ／ｃｍ^２が好ましく、５０Ｊ／ｃｍ^２〜４００Ｊ／ｃｍ^２がより好ましい。積算光量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。

紫外線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。

従来技術として、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などにより励起又は酸化させることで活性基を形成し、層間接着力を高めることが提案されている。しかし、その技術は、層間への適用に限定され、最表面への適用はむしろ離型性を低下させるため好ましくないことがわかっている。また、反応を酸素リッチな状態下で行い、効果的に反応活性基（水酸基）を導入している。そのため、そのような従来技術は、本発明の前記表面改質処理とは本質が異なる。

本発明の前記表面改質処理は、酸素が少なく減圧された反応環境による処理（例えば、プラズマ処理）のため、表面の再架橋及び結合を促し、例えば、「結合エネルギーの高いＳｉ−Ｏ結合の増加」に起因して耐久性が向上する。
さらに加えて「架橋密度向上による緻密化」に起因して離型性が向上すると考えられる。なお、本発明においても一部活性基は形成されてしまうが、後述するカップリング剤や風乾処理にて、活性基を不活性化させている。

＜不活性化処理＞
中間層の表面は、各種材料を用いて、適宜不活性化処理が施されてもよい。
不活性化処理としては、中間層の表面を不活性化させる処理であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性化剤を前記中間層の表面に付与する処理が挙げられる。不活性化とは、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などによる励起又は酸化によって発生した活性基（例えば、−ＯＨなど）を不活性化剤と反応させて、中間層の表面の活性度を下げることで、中間層の表面を、化学反応を起こしにくい性質に変化させることを意味する。

不活性化剤としては、例えば、非晶質樹脂、カップリング剤などが挙げられる。非晶質樹脂としては、例えば、主鎖にパーフルオロポリエーテル構造を有する樹脂などが挙げられる。
カップリング剤としては、例えば、金属アルコキシド、金属アルコキシドを含む溶液などが挙げられる。

金属アルコキシドとしては、例えば、下記一般式（１）で表される化合物や、重合度２〜１０程度のそれらの部分加水分解重縮合物又はそれらの混合物などが挙げられる。
Ｒ^１ _{（４−ｎ）}Ｓｉ（ＯＲ^２）_ｎ・・・一般式（１）
ただし、一般式（１）中、Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、炭素数１〜１０の直鎖状又は分枝状のアルキル基、アルキルポリエーテル鎖、及びアリール基のいずれかを表す。ｎは、２〜４の整数を表す。

不活性化処理は、例えば、ゴムなどの中間層前駆体に前記表面改質処理を行った後に、中間層前駆体の表面に不活性化剤を塗布又はディッピング等により含浸させることによって行うことができる。
中間層前駆体としてシリコーンゴムを用いた場合は、前記表面改質処理を行った後に、空気中に静置して風乾することにより、失活させてもよい。

中間層の厚み方向における酸素濃度のプロファイルは、極大値を有することが好ましい。中間層の厚み方向における炭素濃度のプロファイルは、極小値を有することが好ましい。
中間層において、酸素濃度のプロファイルが極大値を示す位置と、炭素濃度のプロファイルが極小値を示す位置とは、一致することがより好ましい。
酸素濃度のプロファイル、及び炭素濃度のプロファイルは、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）によって求めることができる。
測定方法は、例えば、以下の方法が挙げられる。

{測定方法}
測定装置：Ｕｌｖａｃ−ＰＨＩ ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭ、アルバック・ファイ株式会社製
測定光源：Ａｌ（ｍｏｎｏ）
測定出力：１００μｍφ、２５．１Ｗ
測定領域：５００μｍ×３００μｍ
パスエネルギー：５５ｅＶ（ｎａｒｒｏｗ ｓｃａｎ）
エネルギーｓｔｅｐ：０．１ｅＶ（ｎａｒｒｏｗ ｓｃａｎ）
相対感度係数：ＰＨＩの相対感度係数を使用
スパッタ源：Ｃ６０クラスターイオン
Ｉｏｎ Ｇｕｎ 出力：１０ ｋＶ、１０ ｎＡ
Ｒａｓｔｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ：（Ｘ＝０．５，Ｙ＝２．０）ｍｍ
スパッタレート：０．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ_２換算）
ＸＰＳでは、光電子効果により飛び出す電子を捕捉することにより、測定対象物中の原子の存在濃度比や結合状態を知ることができる。

シリコーンゴムは、シロキサン結合を有し、主成分がＳｉ、Ｏ、及びＣである。そのため、中間層において、その材質としてシリコーンゴムを用いた場合、ＸＰＳのワイドスキャンスペクトルを測定し、各元素の相対ピーク強度比から、表層から内部に存在する各原子（Ｓｉ、Ｏ、及びＣ）の深さ方向の存在濃度比（ａｔｏｍｉｃ％）を求めることができる。その一例を図４に示す。
図４は、シリコーンゴムを用い、更に前記表面改質処理（プラズマ処理）及び前記不活性処理を行って得られた中間層のサンプルである。図４において、横軸は表面から内部方向への分析深さであり、縦軸は存在濃度比である。

更に、シリコーンゴムの場合、Ｓｉの２ｐ軌道の電子が飛び出すエネルギーを測定することにより、ケイ素に結合している元素及び結合状態を知ることができる。そこで、Ｓｉの結合状態を示すＳｉ２ｐ軌道におけるナロースキャンスペクトルからピーク分離を行い、化学結合状態を求めた。
その結果を図５示す。図５の測定対象は、図４の測定に用いたサンプルである。図５において、横軸は結合エネルギーであり、縦軸は強度比である。また、下から上に向かっては深さ方向での測定スペクトルを示している。
一般に、ピークシフトの量は結合状態に依存することが知られており、本件に関するシリコーンゴムの場合、Ｓｉ２ｐ軌道において高エネルギー側にピークがシフトするということは、Ｓｉに結合している酸素の数が増えていることを示す。

これによれば、シリコーンゴムにおいて、表面改質処理及び不活性化処理を行うと、表層から内部に向かって酸素が多くなり極大値を持ち、また炭素が減少し極小値を持つ。さらに深さ方向に分析をすすめると酸素が減少して炭素が増加し、ほぼ未処理のシリコーンゴムと同等の原子存在濃度となる。
さらに図４のαの位置で検出された酸素の極大値は、Ｓｉ２ｐ結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトすることと一致（図５のαの位置）しており、酸素増加がＳｉに結合した酸素の数に起因することが示されている。

未処理のシリコーンゴムについて同様の分析をした結果を、図６及び図７に示す。
図６には、図４にみられたような酸素濃度の極大値、及び炭素濃度の極小値は見られない。更に、図７より、Ｓｉ２ｐ結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトする様子もみられないことから、Ｓｉに結合した酸素の数も変化していないことが確認された。

以上のように、カップリング剤等の不活性化剤を中間層の表面に塗布又はディッピングして浸透させることにより、不活性化剤が中間層に染み込んでいく。カップリング剤が、一般式（１）で表される化合物などの場合、中間層においては、ポリオルガノシロキサンが濃度分布をもって存在するようになり、この分布はポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が深さ方向に極大値を有するような分布となる。
結果として、中間層は、３つ〜４つの酸素原子と結合したケイ素原子を有するポリオルガノシロキサンを含有することとなる。

なお、不活性化処理の方法としては、ディッピング工法に限らない。例えば、ポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が、中間層の深さ方向（厚み方向）に極大値を有するような分布を実現できればよく、プラズマＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、真空蒸着、燃焼化学気相蒸着などの方法でもよい。

中間層は、静置状態において初期表面電位を持つ必要はない。なお、静置状態における初期表面電位は、以下の測定条件で測定できる。ここで、初期表面電位を持たないとは、下記測定条件で測定した際に、±１０Ｖ以下を意味する。

{測定条件}
前処理：温度３０℃相対湿度４０％雰囲気に２４ｈ静置後、除電を６０ｓｅｃ（Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＳＪ−Ｆ３００を使用）
装置：Ｔｒｅｃｋ Ｍｏｄｅｌ３４４
測定プローブ：６０００Ｂ−７Ｃ
測定距離：２ｍｍ
測定スポット径：直径１０ｍｍ

本実施形態の素子においては、摩擦帯電に似たメカニズムでの帯電と、内部電荷留保による表面電位差の発生とが、中間層の両面の硬度差に基づく変形量の差に起因して静電容量の偏りを生み出すことにより、電荷が移動して発電すると推測される。
素子は、中間層と、第１の電極及び第２の電極の少なくともいずれかとの間に空間を有することが好ましい。そうすることにより、発電量を増やすことができる。
前記空間を設ける方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、中間層と、第１の電極及び第２の電極の少なくともいずれかとの間にスペーサを配置する方法などが挙げられる。

前記スペーサとしては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記スペーサの材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
前記高分子材料としては、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、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム（ラテックス）などが挙げられる。

前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。前記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。前記導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料（例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど）、金属（例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなど、導電性高分子材料（例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど）、イオン液体などが挙げられる。

前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、変性シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ポリサルファイドゴム、ウレタンゴム、イソブチルゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンゴム、天然ゴム（ラテックス）などが挙げられる。
前記スペーサの形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
前記スペーサの形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子の構造に応じて適宜選択することができる。

図８に示すように、第１の電極をａ、中間層をｂ、第２の電極をｃと表示すると、中間層ｂの第１の電極ａ側に上記表面改質処理又は不活性化処理を行った場合、中間層ｂの第１の電極ａ側が第２の電極ｃ側よりも硬くなり、ユニバーサル硬度についてＨ１＞Ｈ２となる。
これにより、同じ変形付与力である加圧力Ｆが第１の電極ａ側と第２の電極ｃ側に作用した場合、中間層ｂの第１の電極ａ側の変形の度合いが、第２の電極ｃ側よりも小さくなる。

［カバー部材］
カバー部材５の材質、形状、大きさ、厚さ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記カバー材の材質としては、例えば、高分子材料、ゴムなどが挙げられる。
前記高分子材料としては、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、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、ニトリル、ポリサルファイドゴム、天然ゴム（ラテックス）などが挙げられる。

［移動部材］
移動部材３の材質としては、例えば、鉄、クロム鋼、ステンレス、アルミナ、ジルコニア、アクリル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、フッ素樹脂、ゴム、ガラスなどが挙げられる。
移動部材の形状としては、例えば、球、楕円球、円柱状、表面に凸部ないし突起を有する形状などが挙げられる。
移動部材の大きさとしては、素子２で囲まれた空間の内部に収まる大きさであれば制限はなく、適宜選択することができる。
移動部材の数としては、素子２で囲まれた空間の内部に収まる数であれば制限はなく、適宜選択することができる。

図９に基づいて、第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同一部分は同一符号で示し、既にした構成上及び機能上の説明は適宜省略する（以下の他の実施形態において同じ）。
図９（ａ）に示すように、本実施形態では第１の電極６と中間層７との間にスペーサ９が設けられており、空間１０が存在する。
図９（ｂ）に示すように、振動によって移動部材３が素子２に衝突すると、素子２が緩やかに凹んで中間層７に外力が加わり、発電する。素子２と移動部材３との接触が無くなると、図９（ａ）に示すように、素子２は元の形状に戻り、その際にも発電する。
空間１０によって、小さな外力でも素子２が容易に変形して発電する。

更には、第１の電極６と第２の電極８との間の距離が大きく変化して、素子の静電容量が大きく変化するので、発電性能が高くなる。
空間１０による緩やかな変形は、その曲率の小ささによって変形の範囲が広くなるので、この観点からも発電性能が高くなる。

図１０に第３の実施形態を示す。
本実施形態に係る発電装置１では、素子２の内部に移動部材３が２個配置されている。移動部材３が複数個あることにより、移動部材３が１個の場合よりも素子２と移動部材３との衝突回数が増えるので発電性能が高くなる。移動部材３の数は３個以上でもよい。

図１１に第４の実施形態を示す。
本実施形態に係る発電装置１では、素子２の内部に移動部材３と、移動部材３とは材質、形状、大きさのいずれかが異なる移動部材１１とが配置されている。移動部材３と移動部材１１とでは移動し始める振動周波数が異なるので、振動周波数に分布がある振動や、振動周波数が変化する振動の場合でも発電できる。
移動部材３と移動部材１１の数は各々２個以上でもよい。また、材質、形状、大きさのいずれかが異なる移動部材が３種類以上あってもよい。

［実施例］
（実施例１）
＜中間層の作製＞
中間層を、以下の手順で作製した。
ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ株式会社製、Ｓ１０ルミラー＃１００、厚み１００μｍ）上に、シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製、ＫＥ−１９３５）を塗布し、１２０℃で３０分間加熱硬化させて、厚み１５０μｍの薄膜を形成した。
更に、コロナ放電処理（印加電圧１００Ｖ、積算エネルギー：６０Ｊ／ｃｍ^２、反応雰囲気：空気）を実施した。
その後、シリコーンゴム薄膜をポリエチレンテレフタレートフィルムから剥がして、実施例１の中間層を作製した。

＜素子の作製＞
図２（ａ）に示す断面構成を有する素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図１と同じとした。
フレーム４（角型ケース；アズワン株式会社製、非帯電スチロールケース、Ｃ−３９、外寸法８０ｍｍ×８０ｍｍ×３２ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、第２の電極８（ニッケルメッキ不織布両面テープ；３Ｍ社製、ＣＮ４４９０、厚み５０μｍ）、中間層７（作製したシリコーンゴム薄膜、厚み１５０μｍ）、第１の電極６（銅＋ニッケルメッキ導電布；セーレン株式会社製、Ｓｕｉ−８０−Ｍ３０、厚み３５μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ２、厚み３０μｍ）の順に貼り合わせて、実施例１の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１（ａ）に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ステンレス球；アズワン株式会社製、ＳＵＳ−５／８、サイズφ１５．９ｍｍ）を１個入れて、実施例１の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
発電性能を、以下の手順で評価した。
作製した実施例１の発電装置１を図１２に示すサンプル台１２に載せてネジで固定し、リード線１３（太陽電線株式会社製、Ｃ３／ＲＶ−９０ ０．７５ＳＱ）を介して、オシロスコープ１４（ＬｅＣｒｏｙ社製、ＷａｖｅＡｃｅ１００１、抵抗１ＭΩ）に接続した。
サンプル台１２は、２枚のアクリル板１２ａ、１２ｂ（クラレ社製、コモグラス、板厚３ｍｍ、サイズ２５０ｍｍ×２５０ｍｍ）間にコイルばね１５（昌和発條製作所社製、ＡＳ０５０−０１０−０．４）を配置した振動台）を４隅に配置した構成である。

サンプル台１２に、振動試験機１６（旭製作所製、疲労耐久試験機ＦＲＤＳ２０−ＲＣ）で振動を加え、表１に示す振動条件１〜振動条件４で発生したピーク電圧量をオシロスコープ１４にて計測した。

後述する比較例１の測定値（振動条件２）を基準として、各振動条件での電圧量倍率を求め、表２の評価基準でランク判定した。結果を表３に示す。

（実施例２）
＜素子の作製＞
実施例１と同様にして、実施例２の素子を作製した。
《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ステンレス球；アズワン株式会社製、ＳＵＳ−５／８、サイズφ１５．９ｍｍ）を２個入れて、実施例２の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した実施例２の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例３）
＜素子の作製＞
実施例１と同様にして、実施例３の素子を作製した。
《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ジルコニアボール；アズワン株式会社製、ＹＴＺ−１０、サイズφ１０ｍｍ）を２０個入れて、実施例３の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した実施例３の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例４）
＜中間層の作製＞
実施例１と同様にして、実施例４の中間層を作製した。
＜素子の作製＞
図９（ａ）に示す断面構成を有する素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図１と同じとした。
フレーム４（角型ケース；アズワン株式会社製、非帯電スチロールケース、Ｃ−３９、外寸法８０ｍｍ×８０ｍｍ×３２ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、第２の電極８（ニッケルメッキ不織布両面テープ；３Ｍ社製、ＣＮ４４９０、厚み５０μｍ）、中間層７（作製したシリコーンゴム薄膜、厚み１５０μｍ）、スペーサ９（カプトンテープ；日東電工株式会社製、Ｐ−２２２、厚み１００μｍ、幅３ｍｍで素子の中央に貼り付け）、第１の電極６（銅＋ニッケルメッキ導電布；セーレン株式会社製、Ｓｕｉ−８０−Ｍ３０、厚み３５μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ２、厚み３０μｍ）の順に貼り合わせて、実施例４の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ジルコニアボール；アズワン株式会社製、ＹＴＺ−１０、サイズφ１０ｍｍ）を２０個入れて、実施例４の発電装置を作製した。
＜発電性能の評価＞
作製した実施例４の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例５）
＜中間層の作製＞
中間層を、以下の手順で作製した。
シリコーンゴム（モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製、ＩＶＳ４３１２）１００質量部、及びチタン酸バリウム（ＡＬＤＲＩＣＨ社製、２０８１０８）５０質量部を分散して、シリコーンゴム組成物を調製した。
次に、ポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ株式会社製、Ｓ１０ルミラー＃１００、厚み１００μｍ）上に、シリコーンゴム組成物を塗布し、１２０℃で３０分間加熱硬化させて、厚み１００μｍの薄膜を形成した。

更に、プラズマ処理（処理条件；ヤマト科学株式会社製、ＰＲ−５００、出力１００Ｗ、処理時間４分間、反応雰囲気：アルゴン９９．９９９％、反応圧力１０Ｐａ）を実施した。
その後、チタン酸バリウム配合シリコーンゴム薄膜をポリエチレンテレフタレートフィルムから剥がして、実施例５の中間層を作製した。

＜素子の作製＞
図９（ａ）に示す断面構成を有する素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図１と同じとした。
フレーム４（角型ケース；アズワン株式会社製、非帯電スチロールケース、Ｃ−３９、外寸法８０ｍｍ×８０ｍｍ×３２ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、第２の電極８（ニッケルメッキ不織布両面テープ；３Ｍ社製、ＣＮ４４９０、厚み５０μｍ）、中間層７（作製したチタン酸バリウム配合シリコーンゴム薄膜、厚み１００μｍ）、スペーサ９（カプトンテープ；日東電工株式会社製、Ｐ−２２２、厚み１００μｍ、幅３ｍｍで素子の中央に貼り付け）、第１の電極６（銅＋ニッケルメッキ導電布；セーレン株式会社製、Ｓｕｉ−８０−Ｍ３０、厚み３５μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ１、厚み５０μｍ）の順に貼り合わせて、実施例５の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−１０、サイズφ１９．１ｍｍ）を５個入れて、実施例５の発電装置を作製した。
＜発電性能の評価＞
作製した実施例５の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例６）
＜素子の作製＞
実施例５と同様にして、実施例６の素子を作製した。
《発電装置の作製》
図１１に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−１０、サイズφ１９．１ｍｍ）を３個と、移動部材１１（ジルコニアボール；アズワン株式会社製、ＹＴＺ−１０、サイズφ１０ｍｍ）を１５個入れて、実施例６の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した実施例６の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例７）
＜素子の作製＞
実施例５と同様にして、実施例７の素子を作製した。
《発電装置の作製》
図１１に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−１０、サイズφ１９．１ｍｍ）を３個と、移動部材１１ａ（ジルコニアボール；アズワン株式会社製、ＹＴＺ−１０、サイズφ１０ｍｍ）を１０個と、移動部材１１ｂ（ステンレス球；アズワン株式会社製、ＳＵＳ−５／８、サイズφ１５．９ｍｍ）を２個入れて、実施例７の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した実施例７の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例８）
＜中間層の作製＞
実施例５と同様にして、実施例８の中間層を作製した。
＜素子の作製＞
図９（ａ）に示す素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図３（ｂ）と同じとした。

フレーム４（円筒ケース；アズワン株式会社製、ユニックス・タイトロック、ＴＬＲ−２０Ａｇ、サイズφ１０７ｍｍ×５９ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、第２の電極８（ニッケルメッキ不織布両面テープ；３Ｍ社製、ＣＮ４４９０、厚み５０μｍ）、中間層７（作製したチタン酸バリウム配合シリコーンゴム薄膜、厚み１００μｍ）、スペーサ９（カプトンテープ；日東電工株式会社製、Ｐ−２２２、厚み１００μｍ、幅３ｍｍで素子の中央に貼り付け）、第１の電極６（銅＋ニッケルメッキ導電布；セーレン株式会社製、Ｓｕｉ−８０−Ｍ３０、厚み３５μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ２、厚み３０μｍ）の順に貼り合わせて、実施例８の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１１に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−１２、サイズφ２５．４ｍｍ）を１個と、移動部材１１ａ（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−１０、サイズφ１９．１ｍｍ）を３個と、移動部材１１ｂ（ナイロン球；アズワン株式会社製、ＮＤ−８、サイズφ１２．７ｍｍ）を１５個入れて、実施例８の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した実施例８の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（実施例９）
＜素子の作製＞
図２（ａ）に示す素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図１（ａ）と同じとした。
フレーム４（非帯電スチロールケース；アズワン株式会社製、Ｃ−３９、外寸法８０ｍｍ×８０ｍｍ×３２ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）ピエゾフィルム（東京センサ株式会社製、ＰＶＤＦの厚み１１０μｍ、銀電極の厚み６μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ２、厚み３０μｍ）の順に貼り合わせて、実施例９の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ステンレス球；アズワン株式会社製、ＳＵＳ−５／８、サイズφ１５．９ｍｍ）を２個入れて、実施例９の発電装置を作製した。
＜発電性能の評価＞
作製した実施例９の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（比較例１）
＜素子の作製＞
図２（ａ）に示す素子を、以下の手順で作製した。なお、素子で囲まれた空間の形状は図１（ａ）と同じとした。
フレーム４（非帯電スチロールケース；アズワン株式会社製、Ｃ−３９、外寸法８０ｍｍ×８０ｍｍ×３２ｍｍ、ケースの内側全面）の上に、圧電セラミックス（リードテクノ株式会社製、Ｌ−２Ｈ、ＰＺＴと金電極の総厚み５００μｍ）、カバー部材５（ポリ塩化ビニルフィルム；ユーロポート株式会社製、ＳＬＦ−ＣＯ２、厚み３０μｍ）の順に貼り合わせて、比較例１の素子を作製した。

《発電装置の作製》
図１０に示す発電装置を、以下の手順で作製した。
素子２で囲まれた空間の内部に、移動部材３（ステンレス球；アズワン株式会社製、ＳＵＳ−５／８、サイズφ１５．９ｍｍ）を２個入れて、比較例１の発電装置を作製した。
＜発電性能の評価＞
作製した比較例１の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

（比較例２）
＜素子の作製＞
実施例１と同様にして、比較例２の素子を作製した。
《発電装置の作製》
素子２で囲まれた空間の内部に移動部材を何も入れずに、比較例２の発電装置を作製した。

＜発電性能の評価＞
作製した比較例２の発電装置について、実施例１と同様にして、発電性能を評価した。結果を表３に示す。

周波数が同じで時間が異なる振動条件２と振動条件４との比較から明らかなように、実施例１〜８の発電装置は、振動を加え続けても電圧量がほとんど変化しない。
一方、比較例１の発電装置は、振動を加え続けると電圧量が大幅に低下する。
表４に、振動条件２から振動条件４での電圧量倍率の低下割合を示す。

よって、本発明の発電装置は繰り返しの衝突による素子の劣化を抑制でき、長期に亘って良好な発電能力を維持できるといえる。すなわち、繰り返し使用の発電能力の安定性に優れている。
実施例１〜８は中間層をシリコーンゴム又はシリコーンゴム系として表面改質処理を施したものであるが、これらについては実施例９との比較から明らかなように、時間が経っても電圧量がほとんど変化しない。

実施例９では、実施例１〜８に比べて電圧量倍率の低下が大きいものの、本発明の主目的である衝撃による素子の早期劣化に関しては、従来構成の比較例１よりも抑制効果が高い。
また、振動条件１〜３における比較から明らかなように、実施例１〜９の発電装置は、比較例１よりも電圧量が高い。
よって、本発明の発電装置は衝撃による素子の早期劣化を抑制しつつ高い発電性能を得ることができるといえる。
移動部材が複数存在する実施例６〜８の発電装置は、振動条件１における比較から明らかなように、１０Ｈｚの振動周波数でも電圧量が高い。
よって、振動周波数に分布がある振動や、振動周波数が変化する振動の場合でも発電できる。

本発明に係る発電装置は、環境振動を利用できる様々な現場で使用でき、例えばトラックの荷台に積まれるパレットの内部に取り付けて、物流資材の位置情報管理用電源とすることができる。
振動によって得られた電気を蓄電体に充電するようにしてもよい。

＜発電装置の活用例＞
ここで、本発明の発電装置をトラック輸送による振動発電に活用した例について説明する。
図１３に示すように、本発明の発電装置１を物流資材として使われているパレット１８の内部に取り付け、パレット１８をトラック輸送することで、発電を行うことができる。パレット１８にフォークリフトなどの差込口がある場合は、差込口を避けた場所に発電装置１を取り付けることが望ましい。発電装置１の数は２個以上でもよい。

上記各実施形態では、第１の電極６の表面にカバー部材５を設けて移動部材が第１の電極６に直に衝突することによる劣化を回避する構成としたが、第１の電極６自体が衝撃を吸収する材質で形成されている場合にはカバー部材５は不要である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 発電装置
２ 素子
３、１１ 移動部材
５ カバー部材
６ 電極としての第１の電極
７ 他の部材としての中間層
８ 電極としての第２の電極
Ｆ 変形付与力としての加圧力

特開２００３−２０９９８０号公報 特許第５１３３１０６号公報

Claims (7)

1. 変形して発電する素子と、
   振動により動いて前記素子に当接する移動部材と、
   を備え、
   前記素子は、弾性を有するゴム又はゴム組成物からなる中間層と、該中間層の厚み方向における両側を挟むように配置される一対の電極と、からなる積層構造を備え、且つ、前記移動部材が当接したときに変形するとともに該変形が元の状態に戻る弾性を有し、
   前記中間層は、積層方向における一方側が、該一方側と他方側とで同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なるように且つ電荷を蓄積できるように表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている発電装置。
2. 請求項１に記載の発電装置において、
   前記中間層の前記表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている側とこれに対向する電極とが、前記変形時に摩擦ないし剥離帯電が生じるように設けられている発電装置。
3. 請求項１又は２に記載の発電装置において、
   前記中間層がシリコーンゴムである発電装置。
4. 請求項３に記載の発電装置において、
   前記中間層は、オルガノポリシロキサン結合を有し、前記表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている側から内部に向かって酸素が増加して極大値を持ち、且つ、前記表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている側から内部に向かって炭素が減少して極小値を持つ濃度プロファイルを有している発電装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の発電装置において、
   前記電極の前記移動部材が当接する側が柔軟性を有するカバー部材で覆われている発電装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の発電装置において、
   前記移動部材が複数設けられている発電装置。
7. 請求項６に記載の発電装置において、
   前記移動部材は、材質、形状、大きさのいずれかが異なる発電装置。

Images