WO2015107878A1 - 摩擦帯電現象を利用する折り重ね式発電機 - Google Patents

摩擦帯電現象を利用する折り重ね式発電機 Download PDF

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WO2015107878A1
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long sheet
sheet
unit area
state
generator
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PCT/JP2015/000071
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English (en)
French (fr)
Inventor
悟 町田
友美 齊藤
英二 杉立
陽介 近藤
智之 原田
Original Assignee
株式会社デンソー
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/04—Friction generators

Definitions

  • This disclosure discloses a generator that generates electricity using the frictional charging phenomenon.
  • Non-Patent Document 1 discloses a power generator that generates electricity by a mechanical motion in which a polydimethylsiloxane layer and a gold layer repeat contact and separation.
  • the present disclosure provides a foldable generator that does not require external wiring that connects aluminum layers in parallel and does not require external wiring that connects base aluminum layers in parallel.
  • a generator includes a first long sheet in which a first material layer is exposed on both front and back surfaces, and a second long sheet in which a second material layer is exposed on both front and back surfaces. .
  • the first material and the second material are at different positions in the triboelectric train, and the first long sheet and the second long sheet are alternately folded alternately.
  • the generator does not require external wiring that connects the aluminum layers in parallel, and does not require external wiring that connects the base aluminum layers in parallel.
  • FIG. 1 is a diagram showing two long sheets used for orthogonal alternating folding
  • FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between two long sheets in a start state of orthogonal alternating folding
  • FIG. 3 is a diagram showing a state after the first folding
  • FIG. 4 is a diagram showing a state after the second turn-back
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state after the third turn-back.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state after the fourth folding
  • FIG. 7 is a diagram showing a state after the fifth turn-back
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state after the sixth folding
  • FIG. 1 is a diagram showing two long sheets used for orthogonal alternating folding
  • FIG. 2 is a diagram showing a positional relationship between two long sheets in a start state of orthogonal alternating folding
  • FIG. 3 is a diagram showing a state after the first folding
  • FIG. 4 is a diagram showing a state after the second turn-back
  • FIG. 5
  • FIG. 9 is a diagram showing a state after the seventh turn-back.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state after the eighth folding, that is, a state where the orthogonal alternating folding is completed, 11 is a diagram showing a cross section taken along line XI-XI in FIG.
  • FIG. 12A is a diagram schematically showing the generator of the first embodiment when no force is applied in the vertical direction;
  • FIG. 12B is a diagram schematically showing the generator of the first embodiment when a force is applied in the vertical direction;
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a change in current output by the generator of the first embodiment.
  • FIG. 14A is a diagram schematically showing the generator of the second embodiment.
  • FIG. 14B is a diagram schematically showing the generator of the second embodiment.
  • FIG. 15A is a diagram schematically illustrating the generator of the third embodiment.
  • FIG. 15B is a diagram schematically showing the generator of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram that displays a list of long sheet configurations and combinations thereof.
  • FIG. 17A is a diagram showing the front and back of the first long sheet of the reference example
  • FIG. 17B is a diagram showing the front and back of the second long sheet of the reference example
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a state after the long sheet of the reference example is folded
  • FIG. 19A is a diagram schematically showing how to fold a conventional folding generator
  • FIG. 19B is a diagram schematically showing how to fold a conventional folding generator
  • FIG. 19C is a diagram schematically showing how to fold a conventional folding generator.
  • the generator is preferably small.
  • One of the uses of this type of generator is to take advantage of the fact that when a generator is set on the insole of a shoe, a state where pressure is applied to the insole and a state where the pressure is released alternately occurs when a person walks. Applications for generating electricity are envisaged, and there is a strong demand for downsizing the generator.
  • Non-Patent Document 2 discloses a technique for securing a large contact area with a small generator.
  • the technique of Non-Patent Document 2 uses a long sheet 26 bent in a bellows shape as shown in FIG. 19A and a perspective view seen from the rear, as shown in FIG. 19A and FIG. 19B.
  • the long sheet 26 has a spring property, and in the state where the pressure in the vertical direction does not act, the long sheet 26 has a shape shown in FIGS. 19A and 19B (a shape in which the adjacent sheets are separated from each other with a space between the adjacent sheets secured).
  • FIGS. 19A and 19B a shape in which the adjacent sheets are separated from each other with a space between the adjacent sheets secured.
  • an aluminum layer 1 is provided on the surface of the long sheet 26, in a range indicated by reference symbol A in FIGS. 19A and 19B.
  • a base aluminum layer 4 and a polytetrafluoro-ethylene (PTFE) layer 3 formed on the surface thereof are provided.
  • PTFE polytetrafluoro-ethylene
  • an aluminum layer 1 (corresponding to the first material layer of the present disclosure) is provided at a plurality of locations on the long sheet 26, and a base aluminum layer 4 and a PTFE layer are disposed at the plurality of locations.
  • Three stacks are provided.
  • a plurality of aluminum layers 1 are connected in parallel using an external wiring (not shown).
  • a plurality of base aluminum layers 4 are connected in parallel using another external wiring (not shown).
  • a load such as an LED is connected between the former parallel wiring and the latter parallel wiring.
  • Non-Patent Document 2 a wide contact area is accommodated in a small-area generator by folding the long sheet 26 into a bellows shape.
  • Non-Patent Document 2 accommodates a wide contact area in a small-area generator, but the aluminum layer 1 and the base aluminum layer 4 are alternately arranged on the long sheet 26. Fold at the boundary between the two. In this structure, it is necessary to provide external wiring for connecting a plurality of aluminum layers 1 in parallel, and it is difficult to provide the external wiring. Similarly, it is necessary to provide external wiring for connecting a plurality of base aluminum layers 4 in parallel, and it is difficult to provide the external wiring.
  • FIG. 1 illustrates a first long sheet A and a second long sheet B used for orthogonal alternating folding.
  • Each of A1 to A5 and B1 to B5 shows a unit area that is separated from the contact.
  • FIG. 1 shows that five unit areas are arranged in a row, and the first long sheet A and the second long sheet B The example which forms is shown.
  • the number of unit areas constituting the long sheet is not limited.
  • An alternate long and short dash line at the boundary of the unit area indicates a fold line.
  • FIG. 2 shows a preparation stage before bending.
  • the first long sheet A and the second long sheet B are arranged so as to be orthogonal to each other, and the unit area A1 on one end side of the first long sheet A and the unit area B1 on one end side of the second long sheet B are overlapped.
  • FIG. 2 illustrates a case where the unit area B1 is overlaid on the unit area A1.
  • the long sheet in this case, the first long sheet A
  • the unit area A2 is overlaid above the unit area B1.
  • the back surface of the first long sheet A faces upward.
  • a state in which the back surface faces upward is indicated by a dash in the drawing.
  • the long sheet in this case, the second long sheet B in which the unit area is located below the unit area A2 superimposed on the outermost surface is folded as indicated by the arrow b.
  • the folded state is shown in FIG.
  • the unit area B2 is overlaid above the unit area A2.
  • the back surface of the second long sheet B faces upward. The same procedure is repeated below.
  • a long sheet in this case, the first long sheet A in which the unit area is located below the unit area B2 superimposed on the outermost surface is indicated by an arrow a ′. Wrap around.
  • the folded state is shown in FIG.
  • the unit area A3 is overlaid above the unit area B2.
  • the surface of the first long sheet A faces upward.
  • the long sheet in this case, the second long sheet B
  • the unit area B3 is overlaid above the unit area A3.
  • the surface of the second long sheet B faces upward.
  • the long sheet in this case, the first long sheet A
  • the unit area A4 is overlaid above the unit area B3.
  • the back surface of the first long sheet A faces upward.
  • the long sheet in this case, the second long sheet B in which the unit area is positioned below the unit area A4 superimposed on the outermost surface is folded as indicated by the arrow b.
  • the folded state is shown in FIG. In the state of FIG. 8, the unit area B4 is overlaid above the unit area A4. In this state, the back surface of the second long sheet B faces upward.
  • the long sheet in this case, the first long sheet A
  • the unit area A5 is overlaid above the unit area B4.
  • the surface of the first long sheet A faces upward.
  • the long sheet in this case, the second long sheet B
  • the unit area B5 is overlaid above the unit area A5.
  • the surface of the second long sheet B faces upward.
  • orthogonal alternating folding As described above, all unit areas are folded to complete orthogonal alternating folding.
  • the above folding method is referred to as orthogonal alternating folding in this specification.
  • FIG. 11 shows a XI-XI cross section of FIG.
  • the back surface of the long sheet before folding is shown with dashes.
  • a total of 10 unit areas are overlaid.
  • Both the first long sheet A and the second long sheet B have springiness, and have a stretched bellows shape unless a force in the vertical direction acts on an orthogonally folded object. In this state, an interval is secured between adjacent unit areas. Adjacent unit areas are separated.
  • FIG. 11 shows a shape in a state where no vertical force is applied.
  • the second long sheet B has a bellows shape folded in the direction perpendicular to the paper surface, and the unit areas are continuous. That is, the front side unit areas (B1, B2, B3, B4, B5) are continuous, and the back side unit areas (B1 ′, B2 ′, B3 ′, B4 ′, B5 ′) are also continuous.
  • the plurality of unit areas of the first material layer 1 are continuous, and the plurality of unit areas of the second material layer 3 are also continuous. If there is no need for external wiring for connecting a plurality of unit areas of the first material layer 1 in parallel, which is necessary in the technique of Non-Patent Document 2, a plurality of unit areas of the second material layer 3 are connected in parallel. External wiring to connect can also be made unnecessary.
  • the first long sheet is any one of a1 to a4 in FIG. 16 and the second long sheet is any one of b1 to b4 in FIG.
  • the first material and the second material are materials at different positions in the triboelectric charging series.
  • a combination in which the conductor is in direct contact with each other at the time of contact is not appropriate.
  • Four combinations of a1 ⁇ b1, a1 ⁇ b2, a2 ⁇ b1, a2 ⁇ b2 are excluded. Any other combination can be used.
  • an adjacent sheet when an adjacent sheet is separated from the contact, it does not mean that the sheet is in contact with the entire surface and separated from the entire surface. Even if some non-contact area remains or some non-separation part remains, if there is a part where the adjacent sheet changes between the contact state and the separation state, the adjacent sheet Is said to be separated from contact.
  • the first embodiment corresponds to the combination of a1 and b3 in FIG. That is, the first long sheet A is a1, and the second long sheet B is b3.
  • FIG. 12 shows a part of the overlap of the unit areas of the first long sheet and the second long sheet that are alternately folded alternately.
  • FIG. 12A shows a case where no force is applied in the vertical direction, and adjacent unit areas are separated from each other.
  • FIG. 12B shows a case where force is applied in the vertical direction, and adjacent unit areas are in contact with each other.
  • the first long sheet A is formed of a single sheet of aluminum. That is, the first material layer 1 of the first material (in this case, aluminum) is exposed on both the front and back surfaces of the first long sheet A.
  • the aluminum sheet has moderate plasticity and elasticity, and can be alternately folded, and when orthogonally folded, it returns to a shape in which adjacent unit areas are separated from each other as shown in FIG. When it acts, adjacent unit areas come into contact.
  • the 1st elongate sheet A is a conductor, and it is not necessary to provide an electrode sheet separately.
  • the first long sheet is a layer of a frictionally charged material, a layer having a spring property that separates from the contact, and an electrode layer for taking out current.
  • the second long sheet B is obtained by laminating the second material layer 3 of polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene, PTFE) on both the front and back surfaces of the aluminum sheet 2.
  • the aluminum sheet 2 has moderate plasticity and elasticity, has a spring property that separates unit areas from contact, and is also an electrode layer for taking out current.
  • PTFE is a nonconductor.
  • Aluminum sheet 2 corresponds to a conductive sheet having springiness.
  • the external wiring 14 is connected to the first long sheet A, the external wiring 16 is connected to the aluminum sheet 2 of the second long sheet B, and an electrical load 12 such as an LED is connected between the external wirings 14 and 16. .
  • the external wiring 14 since the conductive first long sheet A is continuous over a plurality of unit areas, the external wiring 14 may be connected to the first long sheet A at an arbitrary position. .
  • the aluminum sheet 2 of the second long sheet B is continuous over a plurality of unit areas, the external wiring 16 is connected to the aluminum sheet 2 of the second long sheet B at an arbitrary position. do it. Only the solid line shown in FIGS. 12A and 12B is sufficient.
  • the alternate long and short dash line shows the case of the prior art.
  • the unit area of the first material 1 and the unit area of the second material 3 appear alternately along the length direction of the long sheet. That is, the unit areas of the first material 1 are divided by the unit area of the second material 3, and the unit areas of the second material 3 are divided by the unit area of the first material 1. Therefore, it is necessary to connect external wiring to all the unit areas as indicated by a one-dot chain line. According to the technique of using the first long sheet A and the second long sheet B and orthogonally folding them, it is confirmed that the external wiring is simplified.
  • the first material 1 (aluminum) exposed on both front and back surfaces of the first long sheet A and the second material 3 (PTFE) exposed on both front and back surfaces of the second long sheet B have different triboelectric charging series. When in position and rub together, the first material 1 (aluminum) is positively charged and the second material 3 (PTFE) is negatively charged. This state is shown in FIG. 12B. When the first long sheet A and the second long sheet B are in contact with each other, a current I2 flows through the load 12.
  • FIG. 13 shows a current that flows through the load 12 when a state in which a force for crushing the generator in the vertical direction is applied and a state in which the generator is released alternately are repeated, and an alternating current flows through the load 12. It has been confirmed that when an LED is used for the load 12, the LED is lit.
  • reference numeral 1 is commonly used for the first material and the first material layer.
  • Reference numeral 1 may indicate a first material or a first material layer.
  • reference numeral 3 is commonly used for the second material and the second material layer.
  • Reference numeral 3 may indicate a second material or a second material layer.
  • the bellows shape at the time of pressure release that is, the angle formed by the unit areas shown in FIG. 11 is determined by the material of the sheet, and even if the first long sheet A and the second long sheet B are alternately folded, the first Even if only the long sheet A is accordion folded, it does not change. Regardless of the presence or absence of the second long sheet B, the bellows shape of the first long sheet A when the pressure is released is as shown in FIG. If the same length of elastic sheet is used for the second long sheet B, the bellows shape when the pressure of the second long sheet B is released is also as shown in FIG.
  • the bellows shape of the first long sheet A and the bellows shape of the second long sheet B are arranged in the same height range. According to this embodiment, within the same height range, (A1, B1 ′), (B1, A2), (A2 ′, B2), (B2 ′, A3 ′), (A3, B3 ′), (B3 , A4), (A4 ′, B4), (B4 ′, A5 ′), and (A5, B5 ′), nine contact separation surfaces are obtained.
  • FIGS. 14A and 14B corresponds to the combination of a1 and b4 in FIG. Only the points different from the first embodiment will be described below.
  • Laminated sheet of “second material (PTFE) layer 3 + base aluminum layer 4 + kapton (registered trademark, a kind of polyimide film) 6 + base aluminum layer 4 + second material (PTFE) layer 3” on the second long sheet B Is used.
  • the sheet 6 has appropriate plasticity and elasticity, and can be folded alternately in the orthogonal direction. When the orthogonal alternate folding is performed, the adjacent unit areas return to a separated shape, and when the force acts in the vertical direction, the adjacent unit areas Contact each other.
  • the base aluminum layer 4 is very thin. It is formed on the sheet 6 by spin coating or sputtering. Further, a second material (PTFE) layer 3 is formed by spin coating or material dropping.
  • This embodiment also allows an alternating current to flow through the load 12.
  • the base aluminum layer 4 corresponds to a conductive sheet
  • the sheet 6 corresponds to a spring sheet.
  • the first material 1 exposed on both the front and back surfaces of the first long sheet A may be a conductor or a nonconductor.
  • the first material 1 alone cannot be adjusted to appropriate plasticity and elasticity, it is effective to use the springy sheet 8 even if the first material 1 is a conductor (corresponding to a2 in FIG. 16). If the first material 1 is a nonconductor, the laminated structure a3 or a4 in FIG. 16 is adopted.
  • the spring sheet 8 corresponds to a conductive sheet having spring characteristics.
  • an alternating current can be supplied to the load 12.
  • the first long sheet can be composed of the first material itself (a1 in FIG. 16).
  • the first material is conductive
  • the second material is insulative. When an insulating second material is used, a second material layer is laminated on a conductive sheet to form a second long sheet (b3 or b4 in FIG. 16).
  • the insulating material can be the first material.
  • a conductive second material may be used, but the second material may also be insulative.
  • a second material layer is laminated on a conductive sheet to form a second long sheet (b3 and b4 in FIG. 16).
  • PTFE can be used for the insulating second material.
  • FIG. 17A and FIG. 17B show an example.
  • the first material 1 and the second material 3 are alternately exposed on the surface of the first long sheet A for each unit area A1, A2,.
  • the second material 3 and the first material 1 are alternately exposed for each unit area A1 ′, A2 ′, etc. (see FIG. 17A).
  • On the front surface the first material 1 and the second material 3 are alternately exposed for each unit area B1, B2,..., And on the back surface, the unit area B1 ′, The second material 3 and the first material 1 are alternately exposed for each B2 ′ (see FIG. 17B).
  • the second material exposed in the first unit area B1 ′ on the back surface of the second long sheet is exposed to the first material layer 1 exposed in the first unit area A1 on the front surface of the first long sheet A.
  • the material layers 3 are brought into contact with each other and then orthogonally folded. Then, as shown in FIG. 18, a structure is obtained in which the surface where the lower surface of the second material layer 3 contacts the upper surface of the first material layer 1 is folded up and down.
  • the first material layer 1 and the second material layer 3 appear alternately, there are wiring that connects the first material layer group in parallel and wiring that connects the second material layer group in parallel. Although required, a large number of unit areas can be efficiently folded.
  • the thickness of the generator when the pressure is released can be halved by orthogonally folding.
  • illustration of the material layers 1 and 3 and the material layers 4 and 10 in the vicinity of the folding line is omitted for clarity of illustration.
  • the material layers 4 and 10 are conductive base layers serving as a base for the material layers 1 and 3.
  • the material layers 4 and 10 correspond to a conductive sheet.
  • two long sheets of a first long sheet in which the first material layer is exposed on both the front and back surfaces and a second long sheet in which the second material layer is exposed on both the front and back surfaces are used.
  • first material and the second material for example, two kinds of materials at different positions in the triboelectric charge train such as polydimethylsiloxane and gold or polytetrafluoroethylene and aluminum are selected.
  • the first long sheet and the second long sheet are alternately folded and folded.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

　発電機は、表裏両面に第１素材層（１）が露出している第１長尺シート（Ａ）と、表裏両面に第２素材層（３）が露出している第２長尺シート（Ｂ）とを備える。第１素材と第２素材は摩擦帯電列において異なる位置にあり、第１長尺シート（Ａ）と第２長尺シート（Ｂ）が直交交互折りされている。

Description

摩擦帯電現象を利用する折り重ね式発電機 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年１月１６日に出願された日本国特許出願２０１４－５９３１号に基づくものであり、ここにその記載内容を参照により援用する。
　本開示は、摩擦帯電現象を利用して発電する発電機を開示する。
　２種類の素材を擦り合わせると、一方の素材が正に帯電して他方の素材が負に帯電する摩擦帯電現象が知られている。帯電する静電気の正負の順に素材を並べた摩擦帯電列が整理されており、例えばポリテトラフルオロエチレンは負に帯電しやすく、ガラスは正に帯電しやすく、金やアルミニウム等は中間に位置している。
　２枚のシートが接触と離反を繰り返す際に生じる摩擦帯電現象を利用して発電する発電機が開発されている。非特許文献１に、ポリジメチルシロキサン(polydimethylsiloxane)の層と、金の層が接触と離反を繰り返す機械的運動によって発電する発電機が開示されている。
Toward Large-Scale Energy Harvesting by a Nanoparticle-Enhanced Triboelectric Nanogenerator, Guang Zhu et. al,, NANO letters, 2013, 13, p847 Integrated Multilayered Triboelectric Nanogenerator for Harvesting Biomechanical Energy from Human Motions, Peng Bai et. al,, NANOletters, 2013, 7, p3713
　本開示は、アルミニウム層を並列に接続する外部配線も必要としなければ、ベースアルミニウム層を並列に接続する外部配線も必要としない折り重ね式発電機を提供する。
　本開示の一態様にかかる発電機は、表裏両面に第１素材層が露出している第１長尺シートと、表裏両面に第２素材層が露出している第２長尺シートとを備える。第１素材と第２素材は摩擦帯電列において異なる位置にあり、第１長尺シートと第２長尺シートが直交交互折りされている。　本開示の折り重ね式発電機によれば、発電機はアルミニウム層を並列に接続する外部配線も必要としなければ、ベースアルミニウム層を並列に接続する外部配線も必要としない。
　本開示についての上記および他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照した下記の詳細な説明から、より明確になる。添付図面において
図１は、直交交互折りに用いる２枚の長尺シートを示す図であり、 図２は、直交交互折りの開始状態での２枚の長尺シートの位置関係を示す図であり、 図３は、第１回の折り返し後の状態を示す図であり、 図４は、第２回の折り返し後の状態を示す図であり、 図５は、第３回の折り返し後の状態を示す図であり、 図６は、第４回の折り返し後の状態を示す図であり、 図７は、第５回の折り返し後の状態を示す図であり、 図８は、第６回の折り返し後の状態を示す図であり、 図９は、第７回の折り返し後の状態を示す図であり、 図１０は、第８回の折り返し後の状態、つまり、直交交互折りが完成した状態を示す図であり、 図１１は、図１０のXI－XI線断面を示す図であり、 図１２Ａは、上下方向に力が作用していない場合における、第１実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１２Ｂは、上下方向に力が作用した場合における、第１実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１３は、第１実施例の発電機が出力する電流変化を模式的に示す図であり、 図１４Ａは、第２実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１４Ｂは、第２実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１５Ａは、第３実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１５Ｂは、第３実施例の発電機を模式的に示す図であり、 図１６は、長尺シートの構成と、その組み合わせを一覧表示する図であり、 図１７Ａは、参考例の第１長尺シートの表裏を示す図であり、 図１７Ｂは、参考例の第２長尺シートの表裏を示す図であり、 図１８は、参考例の長尺シートの折り返し後の状態を示す図であり、 図１９Ａは、従来の折り重ね式発電機の折り方を模式的に示す図であり、 図１９Ｂは、従来の折り重ね式発電機の折り方を模式的に示す図であり、 図１９Ｃは、従来の折り重ね式発電機の折り方を模式的に示す図である。
　本願発明者らは、発電機に関して以下を見出した。
　機械的運動によって接触と離反を繰り返すシート面積（本明細書では接触面積という）が広いほど、大きな電流を引出すことができる。反面、発電機は小型であることが好ましい。この種の発電機の用途の一つに、靴の中敷きに発電機をセットすると、人が歩行する際に中敷きに圧力がかかる状態と圧力が開放される状態が交互に生じることを利用して発電する用途が想定されており、発電機を小型化したい要請が強い。
　非特許文献２に、小型の発電機で大きな接触面積を確保する技術が開示されている。非特許文献２の技術では、前方から見た斜視図を図１９Ａに示し、後方から見た斜視図を図１９Ｂに示すように、蛇腹状に折り曲げられた長尺シート２６を用いる。長尺シート２６はばね性を備えており、上下方向の圧力が作用しない状態では、図１９Ａと図１９Ｂに示す形状（隣接するシート間に間隔が確保されて隣接するシートが離反する形状）となり、上下方向の圧力が作用すると、隣接するシート間の間隔が狭まって隣接するシートが接触する形状となる。長尺シート２６は絶縁性である。
　長尺シート２６の表面において、図１９Ａと図１９Ｂにおいて参照符号Ａに示す範囲には、アルミニウムの層１を設ける。参照符号Ｂに示す範囲には、ベースアルミニウム層４と、その表面に形成されたポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro-ethylene, ＰＴＦＥ)層３を設ける。図１９Ｃでは、図示の明瞭化のために、折り返し線近傍における素材層１，３、４の図示を省略している。
　図１９Ａと図１９Ｂと図１９Ｃに示すように、長尺シート２６の複数個所にアルミニウム層１（本開示の第１素材層に相当する）が設けられ、複数個所にベースアルミニウム層４とＰＴＦＥ層３の積層が設けられる。図示しない外部配線を利用して、複数のアルミニウム層１どうしを並列に接続する。同様に、図示しない別の外部配線を利用して、複数のベースアルミニウム層４どうしを並列に接続する。前者の並列配線と後者の並列配線の間に、ＬＥＤ等の負荷を接続する。
　図１９Ａと図１９Ｂと図１９Ｃの折り重ね式発電機によると、下記の現象が生じる。（１）上下方向の圧力が作用すると、アルミニウム層１とＰＴＦＥ層３が接触して摩擦帯電現象が生じ、アルミニウム層１が正に帯電し、ＰＴＦＥ層３が負に帯電する。（２）上下方向の圧力が開放されると、アルミニウム層１とＰＴＦＥ層３が離反する。
　上記の現象が繰り返されると、負荷に電流が流れる。正確に言うと、アルミニウム層１とＰＴＦＥ層３が接触する際に負荷に電流が流れ、アルミニウム層１とＰＴＦＥ層３が離反する際にも負荷に電流が流れる。前者と後者では電流方向が反転する。負荷に交番電流が流れる。
　非特許文献２の発電機では、長尺シート２６を蛇腹状に折り重ねることで、小面積の発電機内に広い接触面積を収容している。
　非特許文献２の折り重ね式発電機は、小面積の発電機内に広い接触面積を収容しているが、長尺シート２６上に、アルミニウム層１とベースアルミニウム層４が交互に配置されており、両者の境界で折り重ねていく。この構造では、複数個のアルミニウム層１を並列に接続する外部配線を設ける必要があり、その外部配線を設けるのが難しい。同様に、複数個のベースアルミニウム層４を並列に接続する外部配線を設ける必要があり、その外部配線を設けるのが難しい。
　本開示の直交交互折りを説明する。
　図１は、直交交互折りに用いる第１長尺シートＡと第２長尺シートＢを例示している。Ａ１～Ａ５ならびにＢ１～Ｂ５の夫々は、接触と離反する単位エリアを示しており、図１は、５個の単位エリアが一列に配置されて第１長尺シートＡ，第２長尺シートＢを形成している例を示している。長尺シートを構成する単位エリアの個数は制限されない。単位エリアの境界に示す一点鎖線は、折り曲げ線を示している。
　図２は、折り曲げ前の準備段階を示している。第１長尺シートＡと第２長尺シートＢが直交するように配置し、第１長尺シートＡの一端側の単位エリアＡ１と第２長尺シートＢの一端側の単位エリアＢ１を重ね合わせる。図２は、単位エリアＡ１の上方に単位エリアＢ１を重ね合わせた場合を例示している。
　図２の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＢ１の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第１長尺シートＡ）を矢印ａに示すように折り返す。折り返した状態が図３に示される。図３の状態では、単位エリアＡ２が単位エリアＢ１の上方に重ね合わされる。この状態では、第１長尺シートＡの裏面が上方を向く。裏面が上方を向いている状態を、図面ではダッシュつきで示す。
　図３の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＡ２の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第２長尺シートＢ）を矢印ｂに示すように折り返す。折り返した状態が図４に示される。図４の状態では、単位エリアＢ２が単位エリアＡ２の上方に重ね合わされる。この状態では、第２長尺シートＢの裏面が上方を向く。以下は同様の手順を繰り返す。
　すなわち、図４の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＢ２の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第１長尺シートＡ）を矢印ａ´に示すように折り返す。折り返した状態が図５に示される。図５の状態では、単位エリアＡ３が単位エリアＢ２の上方に重ね合わされる。この状態では、第１長尺シートＡの表面が上方を向く。
　図５の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＡ３の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第２長尺シートＢ）を矢印ｂ´に示すように折り返す。折り返した状態が図６に示される。図６の状態では、単位エリアＢ３が単位エリアＡ３の上方に重ね合わされる。この状態では、第２長尺シートＢの表面が上方を向く。
　図６の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＢ３の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第１長尺シートＡ）を矢印ａに示すように折り返す。折り返した状態が図７に示される。図７の状態では、単位エリアＡ４が単位エリアＢ３の上方に重ね合わされる。この状態では、第１長尺シートＡの裏面が上方を向く。
　図７の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＡ４の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第２長尺シートＢ）を矢印ｂに示すように折り返す。折り返した状態が図８に示される。図８の状態では、単位エリアＢ４が単位エリアＡ４の上方に重ね合わされる。この状態では、第２長尺シートＢの裏面が上方を向く。
　図８の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＢ４の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第１長尺シートＡ）を矢印ａ´に示すように折り返す。折り返した状態が図９に示される。図９の状態では、単位エリアＡ５が単位エリアＢ４の上方に重ね合わされる。この状態では、第１長尺シートＡの表面が上方を向く。
　図９の状態となったら、最表面に重ね合わされた単位エリアＡ５の下方に単位エリアが位置している長尺シート（この場合は第２長尺シートＢ）を矢印ｂ´に示すように折り返す。折り返した状態が図１０に示される。図１０の状態では、単位エリアＢ５が単位エリアＡ５の上方に重ね合わされる。この状態では、第２長尺シートＢの表面が上方を向く。
　以上によって、全部の単位エリアが折り重ねられて直交交互折りが完成する。上記の折り方を、本明細書では直交交互折りという。
　図１１は、図１０のXI－XI断面を示している。図１１では、折り重ねる前の長尺シートの裏面をダッシュ付で示している。合計１０枚の単位エリアが重ね合わされている。
　第１長尺シートＡと第２長尺シートＢはともにばね性を備えており、直交交互折りされた物体に上下方向の力が作用しない限り、引き伸ばされた蛇腹形状となる。この状態では、隣接する単位エリア間に間隔が確保される。隣接する単位エリアは離反している。図１１は、上下方向の力が作用しない状態での形状を示している。
　それに対して上下方向の力が作用すると、蛇腹形状がつぶされる。蛇腹形状がつぶされると、隣接する単位エリアどうしが接触する。
　なお第２長尺シートＢは紙面垂直方向に折り返された蛇腹状であり、単位エリアは連続している。すなわち、表面側の単位エリア（Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５）は連続し、裏面側の単位エリア（Ｂ１´，Ｂ２´，Ｂ３´，Ｂ４´，Ｂ５´）も連続している。
　図１１の場合、下方から上方に向かって、機械的運動によって接触あるいは離反する面を観察すると、（Ａ１，Ｂ１´），（Ｂ１，Ａ２），（Ａ２´，Ｂ２），（Ｂ２´，Ａ３´），（Ａ３，Ｂ３´），（Ｂ３，Ａ４），（Ａ４´，Ｂ４），（Ｂ４´，Ａ５´），（Ａ５，Ｂ５´）の順に配置されていることがわかる。
　例えば、直交交互折りされた物体を靴の中敷きに仕込むと、人が歩行するのに合わせて、「隣接する単位エリアどうしが接触する状態」から「隣接する単位エリアどうしが離反する状態」を経て「再び接触する状態」までを単位とするサイクルが繰り返される。例えば「Ａ３単位エリアとＢ３´単位エリアが接触するとともにＢ３単位エリアとＡ４単位エリアが接触する状態」と「Ａ３単位エリアとＢ３´単位エリアが離反するとともにＢ３単位エリアとＡ４単位エリアが離反する状態」が繰り返される。
　表裏両面に第１素材層１が露出している第１長尺シートＡと、表裏両面に第２素材層３が露出している第２長尺シートＢを直交交互折りすると、第１素材層１の上下から第２素材層３が接触と離反するとともに、第２素材層３の上下から第１素材層１が接触と離反する関係が得られる。単位エリアが折り重ねられており、小さな単位エリアの発電機のなかに大きな接触面積を収容できる。
　しかも第１素材層１の複数個の単位エリアどうしは連続しており、第２素材層３の複数個の単位エリアどうしも連続している。非特許文献２の技術では必要であった第１素材層１の複数個の単位エリアどうしを並列に接続する外部配線も要らなければ、第２素材層３の複数個の単位エリアどうしを並列に接続する外部配線も不用化できる。
　表裏両面に第１素材層１が露出している第１長尺シートＡと表裏両面に第２素材層３が露出している第２長尺シートＢを直交交互折りすると、力が作用する状態と力が開放される状態が繰り返される機械的運動を利用して発電する発電機を実現することができる。しかも発電機の面積を小さくおさえながら、広い接触面積を確保することができる。さらに複数個の単位エリアどうしを接続する外部配線を不用化できる。発電機の構成を極めて単純化することができる。
　以下、本明細書で開示する技術の特徴を整理する。第１特徴として、第１長尺シートは図１６のａ１～ａ４のいずれかであり、第２長尺シートは図１６のｂ１～ｂ４のいずれかである。図１６において第１素材と第２素材は、摩擦帯電系列において異なる位置にある素材である。ただし、接触時に導体と導体が直接に接触する組み合わせは適当でない。ａ１・ｂ１、ａ１・ｂ２、ａ２・ｂ１、ａ２・ｂ２という４つの組み合わせは除外される。それ以外であれば、任意に組み合わせることができる。第２特徴として、隣接するシートが接触と離反するという場合、全面に亘って接触して全面に亘って離反することだけを意味するものでない。一部に非接触範囲が残っていても、あるいは一部に非離反部分が残っていても、隣接するシートが接触状態と離反状態の間で変化する部分が存在していれば、隣接するシートが接触と離反するという。
　（第１実施例）
　第１実施例は、図１６のａ１・ｂ３の組み合わせに対応する。つまり、第１長尺シートＡはa1であり、第２長尺シートＢはb3である。図１２は、直交交互折りされた第１長尺シートと第２長尺シートの単位エリアの重なり合いの一部を示している。図１２Ａは上下方向に力が作用していない場合を示し、隣接する単位エリアどうしが離反している。図１２Ｂは上下方向に力が作用した場合を示し、隣接する単位エリアどうしが接触している。
　第１長尺シートＡは、アルミニウムの単一シートで形成されている。すなわち第１長尺シートＡの表裏両面には第１素材（この場合はアルミニウム）の第１素材層１が露出している。アルミニウムシートは、適度な塑性と弾性を備えており、直交交互折りすることができ、直交交互折りすると図１２Ａに示すように隣接する単位エリアどうしが離反する形状に復帰し、上下方向に力が作用すると隣接する単位エリアどうしが接触する。第１長尺シートＡは導体であり、別に電極シートを設ける必要はない。第１長尺シートは、摩擦帯電素材の層であり、接触と離反させるばね性を備えた層であり、電流を取り出す電極層でもある。
　第２長尺シートＢは、アルミニウムシート２の表裏両面に、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoro-ethylene, ＰＴＦＥ)の第２素材層３を積層したものである。アルミニウムシート２は、適度な塑性と弾性を備えており、単位エリアどうしを接触と離反させるばね性を備えた層であり、電流を取り出す電極層でもある。ＰＴＦＥは、不導体である。
　アルミニウムシート２は、ばね性を備えた導電性シートに対応する。
　第１長尺シートＡに外部配線１４を接続し、第２長尺シートＢのアルミニウムシート２に外部配線１６を接続し、外部配線１４，１６の間にＬＥＤ等の電気的負荷１２を接続する。本実施例では、複数個の単位エリアに亘って導電性の第１長尺シートＡが連続していることから、外部配線１４は任意の１箇所で第１長尺シートＡに接続すればよい。同様に、複数個の単位エリアに亘って第２長尺シートＢのアルミニウムシート２が連続していることから、外部配線１６は任意の１箇所で第２長尺シートＢのアルミニウムシート２に接続すればよい。図１２Ａと図１２Ｂに示す実線の部分だけで済む。
　これに対して、一点鎖線は、従来技術による場合を示している。従来技術では、長尺シートの長さ方向にそって、第１素材１の単位エリアと第２素材３の単位エリアが交互に登場する。すなわち、第１素材１の単位エリアどうしの間は第２素材３の単位エリアで分断され、第２素材３の単位エリアどうしの間は第１素材１の単位エリアで分断されている。そのために、一点鎖線で示すように、すべての単位エリアに外部配線を接続する必要があった。第１長尺シートＡと第２長尺シートＢを用いるとともに、それらを直交交互折りする技術によると、外部配線が簡単化されることが確認される。
　第１長尺シートＡの表裏両面に露出している第１素材１（アルミニウム）と第２長尺シートＢの表裏両面に露出している第２素材３（ＰＴＦＥ）は、摩擦帯電系列の異なる位置にあり、両者を擦り合わせると、第１素材１（アルミニウム）は正に帯電し、第２素材３（ＰＴＦＥ）は負に帯電する。この状態が図１２Ｂに示されている。第１長尺シートＡと第２長尺シートＢが接触する際に、負荷１２には電流Ｉ２が流れる。
　発電機を上下方向に押しつぶす力から開放されると、第１長尺シートＡと第２長尺シートＢは、図１２Ａに示す離反位置に復帰する。第１長尺シートＡと第２長尺シートＢが離反する際に、負荷１２には電流Ｉ１が流れる。電流Ｉ１と電流Ｉ２では通電方向が逆となる。
　図１３は、発電機を上下方向に押しつぶす力を加えた状態と、その力から開放した状態を交互に繰り返したときに負荷１２に流れる電流を示し、負荷１２に交番電流が流れる。負荷１２にＬＥＤを用いると、ＬＥＤが点灯することが確認されている。
　なお本明細書では、第１素材と第１素材層に対して共通に参照符号１を用いる。参照符号１は、第１素材を示す場合もあれば第１素材層を示す場合もある。また、第２素材と第２素材層に対して共通に参照符号３を用いる。参照符号３は、第２素材を示す場合もあれば第２素材層を示す場合もある。
　圧力開放時の蛇腹形状、すなわち、図１１に示す単位エリアどうしがなす角は、シートの材質によってきまり、第１長尺シートＡと第２長尺シートＢを直交交互折りしても、第１長尺シートＡのみを蛇腹折りしても変わらない。第２長尺シートＢの有無にかかわらず、第１長尺シートＡの圧力開放時の蛇腹形状は、図１１に示すものとなる。第２長尺シートシートＢにも同程度の弾性のシートを用いれば、第２長尺シートＢの圧力開放時の蛇腹形状も、図１１に示すものとなる。
　従って、非特許文献２に記載されている従来の発電機の場合、圧力開放時には図１１から第２長尺シートＢを抜いた蛇腹形状に復帰する。第２長尺シートＢがない場合、（Ａ１，Ａ２）、（Ａ２´，Ａ３´）、（Ａ３，Ａ４）、（Ａ４´，Ａ５´）の４つの接触離反面が得られる。
　本実施例では、同じ高さ範囲内に、第１長尺シートＡの蛇腹形状と第２長尺シートＢの蛇腹形状が重複して配置されている。本実施例によると、同じ高さ範囲内に、（Ａ１，Ｂ１´），（Ｂ１，Ａ２），（Ａ２´，Ｂ２），（Ｂ２´，Ａ３´），（Ａ３，Ｂ３´），（Ｂ３，Ａ４），（Ａ４´，Ｂ４），（Ｂ４´，Ａ５´），（Ａ５，Ｂ５´）の９つの接触離反面が得られる。
　２枚の長尺シートを直交交互折りすると、同じ高さ範囲内に、２倍の枚数の単位エリアを重ね配置することができ、２倍の枚数の接触離反面を得ることができる。同じ発電容量であるとすると、直交交互折りすることで、圧力開放時の発電機の厚みを半減することができる。
　（第２実施例）
　図１４Ａと図１４Ｂに示す第２実施例は、図１６のａ１・ｂ４の組み合わせに対応する。以下では第１実施例と相違する点のみを説明する。
　第２長尺シートＢに、「第２素材（ＰＴＦＥ）層３＋ベースアルミニウム層４＋カプトン（登録商標、ポリイミドフィルムの一種）のシート６＋ベースアルミニウム層４＋第２素材（ＰＴＦＥ）層３」の積層シートを用いる。シート６は、適度な塑性と弾性を備えており、直交交互折りすることができ、直交交互折りすると隣接する単位エリアどうしが離反する形状に復帰し、上下方向に力が作用すると隣接する単位エリアどうしが接触する。ベースアルミニウム層４は極めて薄い。シート６上に、スピンコートないしはスパッタして形成する。さらにスピンコートないしは材料滴下して第２素材（ＰＴＦＥ）層３を形成する。
　この実施例によっても、負荷１２に交番電流を流すことができる。
　ベースアルミニウム層４は導電性シートに対応し、シート６はばね性シートに対応する。
　（第３実施例）
　図１５Ａと図１５Ｂに示す第３実施例では、第１長尺シートＡの表裏両面に露出する第１素材１が、導体であってもよいし不導体であってもよい。第１素材１だけでは適度な塑性と弾性に調整できない場合には、第１素材１が導体であっても、ばね性シート８を用いることが有効である（図１６のａ２に対応する）。第１素材１が不導体であれば、図１６のａ３またはａ４の積層構造を採用する。
　ばね性シート８は、ばね性を備えた導電性シートに対応する。
　第３実施例によっても、負荷１２に交番電流を流すことができる。
　図１２Ａと図１２Ｂと図１４Ａと図１４Ｂに例示したように、第１素材が導電性であれば、第１素材自体で第１長尺シートを構成することができる（図１６のａ１）。第１素材には、例えばアルミニウムを用いることができる。第１素材が導電性であれば、第２素材を絶縁性とする。絶縁性の第２素材を用いる場合は、導電性シートに第２素材層を積層して第２長尺シートとする（図１６のｂ３またはｂ４）。
　図１５Ａと図１５Ｂに示すように、導電性シートに第１素材層を積層して第１長尺シートとする場合は、絶縁性材料を第１素材とすることができる。この場合は導電性の第２素材を用いてもよいが、第２素材もまた絶縁性であってもよい。絶縁性の第２素材を用いる場合は、導電性シートに第２素材層を積層して第２長尺シートとする（図１６のｂ３、ｂ４）。絶縁性の第２素材には、例えばＰＴＦＥを用いることができる。
　（参考例）
　直交交互折りすることで、第１素材層と第２素材層が向かい合う面が折り重ねられた構造を得ることができる。図１７Ａと図１７Ｂは、その一例を示し、第１長尺シートＡの表面には、単位エリアＡ１，Ａ２・・毎に第１素材１と第２素材３が交互に露出しており、裏面には、単位エリア毎Ａ１´，Ａ２´・・毎に第２素材３と第１素材１が交互に露出している（図１７Ａ参照）。第２長尺シートＢも同様であり、表面には、単位エリアＢ１，Ｂ２・・毎に第１素材１と第２素材３が交互に露出しており、裏面には、単位エリアＢ１´，Ｂ２´・・毎に第２素材３と第１素材１が交互に露出している（図１７Ｂ参照）。最初に、第１長尺シートＡの表面の最初の単位エリアＡ１に露出している第１素材層１に、第２長尺シートの裏面の最初の単位エリアＢ１´に露出している第２素材層３が接触する関係におき、次いで直交交互折りする。すると図１８に示すように、第１素材層１の上面に第２素材層３の下面が接触する面が上下方向に折り重ねられた構造が得られる。各長尺シートでは、第１素材層１と第２素材層３が交互に登場するために、第１素材層群を並列に接続する配線と、第２素材層群を並列に接続する配線が必要とされるが、多数の単位エリアを効率よく折り重ねることはできる。参考例によっても、従来の発電機と比較すると、同じ高さ範囲内に、２倍の枚数の単位エリアを重ね配置することができ、２倍の枚数の接触離反面を得ることができる。同じ発電容量であるとすると、直交交互折りすることで、圧力開放時の発電機の厚みを半減することができる。図１８では、図示の明瞭化のために、折り返し線近傍における素材層１，３と素材層４，１０の図示を省略している。素材層４，１０は、素材層１，３のベースとなる導電性ベース層である。素材層４，１０は、導電性シートに対応する。
　以上、本開示の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
　本開示の発電機では、表裏両面に第１素材層が露出している第１長尺シートと、表裏両面に第２素材層が露出している第２長尺シートという２枚の長尺シートを利用する。第１素材と第２素材は、例えば、ポリジメチルシロキサンと金、あるいはポリテトラフルオロエチレンとアルミニウムのように、摩擦帯電列において異なる位置にある２種類の素材を選択する。
　本開示の発電機では、第１長尺シートと第２長尺シートを直交交互折りして折り重ねる。
　以上、本開示の実施形態、構成、態様を例示したが、本開示に係わる実施形態、構成、態様は、上述した各実施形態、各構成、各態様に限定されるものではない。例えば、異なる実施形態、構成、態様にそれぞれ開示された技術的部を適宜組み合わせて得られる実施形態、構成、態様についても本開示に係わる実施形態、構成、態様の範囲に含まれる。

Claims (5)

  1. 　表裏両面に第１素材層（１）が露出している第１長尺シート（Ａ）と、
    　表裏両面に第２素材層（３）が露出している第２長尺シート（Ｂ）とを備えており、
    　第１素材と第２素材は摩擦帯電列において異なる位置にあり、
    　前記第１長尺シート（Ａ）と前記第２長尺シート（Ｂ）が直交交互折りされている発電機。
  2. 　前記第１素材が導電性であり、
    　前記第１長尺シート（Ａ）が、前記第１素材層（１）で構成されており、
    　前記第２素材が絶縁性であり、
    　前記第２長尺シート（Ｂ）が、導電性シート（２）と、前記導電性シート（２）に積層された前記第２素材層（３）を備える請求項１に記載の発電機。
  3. 　前記第１素材がアルミニウムである請求項１または２に記載の発電機。
  4. 　前記第１素材が絶縁性であり、
    　前記第１長尺シート（Ａ）が、導電性シート（８）と、前記導電性シート（８）に積層された前記第１素材層（１）を備えおり、
    　前記第２素材が絶縁性であり、
    　前記第２長尺シート（Ｂ）が、別の導電性シート（２）と、前記別の導電性シート（２）に積層された前記第２素材層（３）を備える請求項１に記載の発電機。
  5. 　前記第２素材がポリテトラフルオロエチレンである請求項１～４のいずれかの1項に記載の発電機。
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