WO2020204069A1 - 発電素子および発電素子の製造方法 - Google Patents

発電素子および発電素子の製造方法 Download PDF

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WO2020204069A1
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polymer
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power generation
polymer fiber
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PCT/JP2020/015019
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佑弥 石井
大樹 延島
聖 植村
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国立大学法人京都工芸繊維大学
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/04—Dry spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
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    • D04H1/70—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres
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    • H10N30/857—Macromolecular compositions

Definitions

  • the present invention relates to a power generation element and a method for manufacturing the power generation element.
  • IOE Internet of Everything
  • piezoelectric element As the piezoelectric element, one using a ceramic-based piezoelectric material such as lead zirconate titanate (hereinafter referred to as "PZT") has become widespread due to its high piezoelectric characteristics. However, in sensing the movement of a living body such as the human body, a flexible and lightweight piezoelectric element having excellent comfort given to the living body when attached to the living body is required.
  • PZT lead zirconate titanate
  • piezoelectric elements using crystalline films of so-called piezoelectric polymers such as ferroelectric polymers and polylactic acid have been developed.
  • materials for this type of piezoelectric element include PVDF (poly (vinylidene fluoride)), PVDF-TrFE (PVDF poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene)), and PLLA (a simple substance of the optical isomer (L-form) of polylactic acid). Etc. are adopted.
  • the piezoelectric performance of this type of piezoelectric element is lower than that of the ceramic-based piezoelectric element. Further, in the manufacturing process of this type of piezoelectric element, it is necessary to perform the above-mentioned stretching, heating, polling treatment and the like of the crystalline film in order to exhibit the piezoelectric performance. Therefore, the manufacturing process of the piezoelectric element becomes complicated.
  • a piezoelectric element using a flexible porous polymer electret that exhibits higher piezoelectric performance than the above-mentioned crystalline film is being developed.
  • Polypropylene is often used as the material for this polymer electret.
  • a polypropylene film is stretched to produce a porous polypropylene film, and then the porous polypropylene film is subjected to a polling treatment using corona discharge to be contained in the polypropylene film. A positive and negative charge pair is trapped on each side of the hole in one direction.
  • a polymer electret is produced by forming the above-mentioned giant dipole group oriented in one direction in the porous polypropylene film. Further, it is considered that the porous polymer electret is softer than the above-mentioned crystalline film because of its porosity, and thereby exhibits higher piezoelectric performance than the above-mentioned crystalline film.
  • a polymer submicron fiber (also referred to as "polymasabmicron piezoelectric fiber”), which is a fiber made of a piezoelectric polymer and having a diameter of less than 1 ⁇ m, is being developed.
  • submicron fibers manufactured by an electrospinning method using piezoelectric polymers such as PVDF, PVDF-TrFE, and PLLA that forms chiral polymer crystals have been developed.
  • ferroelectric polymers such as PVDF and PVDF-TrFE
  • the piezoelectric performance of these submicron fibers is exhibited by using the electrospinning method. It is believed that the chain is oriented and polarization is induced by the relatively high voltage used in the electrospinning method.
  • Patent Document 1 an element in which electrodes are formed on both sides of a piezoelectric polymer film made of this type of polymer submicron piezoelectric fiber has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the element described in Patent Document 1 functions as a pressure-sensitive sensor or an actuator, and is composed of continuous fibers of piezoelectric polymers having a fiber diameter of 300 nm or less, and a portion formed by aligning the fiber axial directions and the portion thereof. It is provided with a piezoelectric polymer film including a portion located around the fiber and having a random fiber axis direction.
  • the piezoelectric polymer film used for the element includes a portion in which the fiber axis direction is aligned and a portion in which the fiber axis direction is random, so that the device manufacturing process is complicated. There is a risk of becoming.
  • the present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide a power generation element and a method for manufacturing the power generation element, which can simplify the manufacturing process.
  • the power generation element according to the present invention is It comprises a polymer fiber body in which fibers made of chargeable non-piezoelectric polymers are three-dimensionally deposited.
  • the polymer fiber body when divided by one virtual plane, positive charges are unevenly distributed on one side more than negative charges, and negative charges are unevenly distributed on the other side more than positive charges.
  • the method for manufacturing a power generation element according to the present invention from another point of view is A nozzle for ejecting a non-piezoelectric polymer solution or a non-piezoelectric polymer melt in which a chargeable non-piezoelectric polymer is dissolved, a collector arranged apart from the nozzle in the injection direction of the nozzle, and the nozzle and the collector.
  • a voltage applying means for applying a voltage between the two is used, and a preset voltage is applied between the nozzle and the collector by the voltage applying means, and the voltage is not applied from the nozzle toward the collector.
  • It includes a step of injecting a piezoelectric polymer solution or a non-piezoelectric polymer melt to three-dimensionally deposit the fibers of the non-piezoelectric polymer on the collector to perform an electrospinning method for producing a polymer fiber.
  • a polymer fiber body in which fibers made of chargeable non-piezoelectric polymers are three-dimensionally deposited. Then, in the polymer fiber body, when divided by one virtual plane, positive charges are unevenly distributed on one side more than negative charges, and negative charges are unevenly distributed on the other side more than positive charges.
  • the polyma fiber body includes a nozzle for ejecting a non-piezoelectric polymer solution or a non-piezoelectric polymer melt in which a chargeable non-piezoelectric polymer is dissolved, and a collector arranged apart from the nozzle in the ejection direction of the nozzle.
  • Non-piezoelectricity is applied from the nozzle to the collector in a state where a voltage applying means for applying a voltage between the nozzle and the collector is used and a preset voltage is applied between the nozzle and the collector by the voltage applying means. It is produced by injecting a polymer solution or a non-piezoelectric polymer melt to three-dimensionally deposit fibers of the non-piezoelectric polymer on a collector. As a result, the polymer fiber body can be produced only by performing the step of performing the electrospinning method of three-dimensionally depositing the fibers of the non-conductive polymer, so that the manufacturing process can be simplified.
  • the power generation element according to the first embodiment of the present invention is shown, (A) is a cross-sectional view in the first state, and (B) is a cross-sectional view in the second state. It is a figure for demonstrating the manufacturing method of the power generation element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. The power generation element according to the second embodiment of the present invention is shown, (A) is a cross-sectional view in the second state, and (B) is a cross-sectional view in the first state.
  • a power generation element according to a third embodiment of the present invention is shown, (A) is a cross-sectional view in the first state, and (B) is a plan view showing a conductive member and a holding member.
  • the power generation element according to the fourth embodiment of the present invention is shown, (A) is a plan view in the first state, and (B) is a plan view in the second state.
  • a measuring device for measuring the amount of electric charge generated in the polymer fiber is shown, (A) is a schematic view showing a state where the electrode terminal is in contact with the polymer fiber, and (B) is an electrode unit from the polymer fiber. It is a schematic diagram which shows the separated state. The result of measuring the amount of electric charge generated in the polyma fiber body which concerns on an Example is shown, and (A) is the figure which shows the measurement result when the electrode terminal is pushed in from the state where the electrode terminal is in contact with a polyma fiber body.
  • (B) is a diagram showing the measurement results when the electrode terminals are brought into contact with the polymer fibers from a state where the electrode terminals are separated from the polymer fibers, and then the electrode terminals are further pushed. It is a figure which shows the result of having measured the amount of electric charge generated in the polymer fiber body which concerns on an Example.
  • (A) is a diagram showing how the surface potential of the sample according to the example is measured
  • (B) is a diagram showing how the surface potential of the sample according to another example is measured
  • (C) is a diagram showing how the surface potential of the sample according to another example is measured. It is a figure which shows the state of measuring the surface potential of the sample which concerns on another Example.
  • the power generation element according to the present embodiment includes a polymer fiber body in which fibers made of a chargeable non-piezoelectric polymer, which are produced by an electrospinning method, are three-dimensionally deposited.
  • the fiber diameter (diameter) of the non-piezoelectric polymer constituting the polymer fiber body is 10 nm or more and 100 ⁇ m or less, preferably 100 nm or more and 10 ⁇ m or less.
  • This polymer fiber body is a so-called charged film having a bias in the positive and negative charge distribution in the polymer fiber body, and is not a charged film holding only one of positive charges and negative charges.
  • the positive charge is unevenly distributed on one side more than the negative charge when divided by one virtual plane, and the negative charge is unevenly distributed on the other side than the positive charge.
  • the virtual plane may pass through, for example, the central portion of the polymer fiber body.
  • the surface potential of this polymer fiber is 10 V or more and 1 ⁇ 10 5 V or less, preferably 10 V or more and 1 ⁇ 10 4 V or less.
  • the surface potential of the polymer fiber can be measured by, for example, a non-contact type surface electrometer (for example, KSD-3000 manufactured by Kasuga Electric Works Ltd.).
  • a non-contact type surface electrometer for example, KSD-3000 manufactured by Kasuga Electric Works Ltd.
  • the surface potential of the polymer fiber is measured while the electrode on which the polymer fiber is placed is maintained at the ground potential.
  • the Young's modulus of the polymer fiber is 1 Pa or more and 1 ⁇ 10 9 Pa or less, preferably 100 Pa or more and 1 ⁇ 10 5 Pa or less.
  • the thickness of the polymer fiber is 1 ⁇ m or more and 10 mm or less, preferably 1 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • the thickness direction of the polyma fiber body in other words, the arrangement direction of the portion in the polyma fiber body in which the positive charge is unevenly distributed more than the negative charge and the portion in which the negative charge is unevenly distributed more than the positive charge.
  • the absolute value of the piezoelectric d constant d1 corresponding to the amount of electric charge generated in the thickness direction of the polymer fiber per unit pushing load when pushed in the direction along is 10 pC / N ⁇ d1 ⁇ 1000000 pC / N ( d1 is a value within the range in which the relational expression of piezoelectric d constant) is established, and preferably a value within the range in which the relational expression of 150 pC / N ⁇ d1 ⁇ 1000000 pC / N is satisfied.
  • the absolute value of the piezoelectric d constant d2 corresponding to the amount of change in the thickness of the polymer fiber per unit voltage when a voltage is applied in the thickness direction of the polymer fiber is 10 pm / V ⁇ d2 ⁇ 1000000 pm /. It is a value within the range in which the relational expression of V (d2 is a piezoelectric d constant) is established, and is preferably a value within the range in which the relational expression of 150 pm / V ⁇ d1 ⁇ 1000000 pm / V is satisfied.
  • non-conductive polymer constituting the polymer fiber examples include polystyrene, polypropylene, polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, ethylene-ethyl acrylate copolymer, acrylonitrile-styrene copolymer, and the like.
  • PLLA poly
  • examples of the polyamide include nylon 12 (registered trademark), nylon 4, 6 (registered trademark), nylon 6, 6 (registered trademark), nylon 6 (registered trademark), and the like.
  • copolymers of amorphous fluororesin, non-strongly dielectric fluororesin, non-dielectric fluororesin derivative, and non-strong dielectric fluororesin include Cytop (registered trademark) and polytetrafluoro. Examples thereof include ethylene (PTFE) and perfluoroalkoxy alkane (PFA).
  • PTFE ethylene
  • PFA perfluoroalkoxy alkane
  • the non-piezoelectric polymer a mixture in which the above-mentioned plurality of types of non-piezoelectric polymers are combined may be adopted.
  • the power generation element 1 has a state in which the distance between the polymer fiber FB, the electrodes 121 and 122, and the electrodes 121 and 122 can be changed.
  • a holding member 11 for holding the electrodes 121 and 122 is provided.
  • the polymer fiber FB is interposed between the electrodes 121 and 122 in a state of being in contact with the electrodes 121.
  • positive charges are unevenly distributed on one side (for example, the upper side of FIG. 1 (A)) when divided by one virtual plane VPL passing through the central portion C1 than negative charges. On the other side (for example, the lower side of FIG. 1A), more negative charges are unevenly distributed than positive charges.
  • the electrode 121 is a first conductive member formed in the form of a foil or a film from a conductor such as aluminum or copper.
  • the electrode 122 is a second conductive member formed of a conductor such as aluminum or copper in a foil shape or a film shape and arranged so as to face the electrode 121.
  • the electrode 121 is arranged in a region facing one surface of the virtual plane VPL (for example, below FIG. 1A), and the electrode 122 is located in a region facing the other surface of the virtual plane VPL (for example, above FIG. 1A). Have been placed.
  • the holding member 11 holds the electrodes 121 and 122 in a state where the distance between the electrodes 121 and 122 can be changed, and the electrode 122 is in the first state separated from the polymer fiber FB and the electrode 122 is in the polymer fiber FB. It is possible to take a second state of contact.
  • the holding member 11 is formed of an elastic material such as rubber in an elliptical cylinder shape, an electrode 121 is arranged on a first portion 11a on the inner side surface, and the first portion 11a on the inner side surface and the cylinder shaft J1 of the holding member 11 are formed.
  • An electrode 122 is arranged at a second portion 11b that faces the sandwich.
  • the holding member 11 is urged to be in the first state by its restoring force. Then, when the holding member 11 is pressed so that the electrode 122 approaches the electrode 121 as shown by the arrow AR1 in the first state shown in FIG. 1 (A), the second state as shown in FIG. 1 (B).
  • the holding member 11 has a predetermined distance between the electrode 122 and the polymer fiber FB in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 in the above-mentioned first state.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to have one reference distance W3.
  • the first reference distance W3 is preferably within a range in which the relational expression of 0 ⁇ W3 ⁇ 500 ⁇ W0 is established, where W0 is the maximum thickness of the electrodes 121 and 122 of the polymer fiber FB in the opposite direction. Is within the range in which the relational expression of 0 ⁇ W3 ⁇ 10 ⁇ W0 holds.
  • the distance between the electrodes 121 and 122 in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 is the distance between the electrodes 121 and 122 of the polymer fiber FB in the above-mentioned first state in the opposite direction.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to be shorter than the maximum thickness W0 by a preset second reference distance W4.
  • the second reference distance W4 has a relational expression of 0 ⁇ W4 ⁇ 0.9 ⁇ W0, where W0 is the maximum thickness of the electrodes 121 and 122 of the polymer fiber FB in the above-mentioned first state in the opposite direction. It is within the range in which it holds, preferably within the range in which the relational expression of 0 ⁇ W4 ⁇ 0.5 ⁇ W0 holds.
  • the method for manufacturing a power generation element according to the present embodiment includes a step of producing a polymer fiber FB by an electrospinning method.
  • the polymer fiber is produced by the same method as the method for producing a plastic nanofiber described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-223055.
  • a non-piezoelectric polymer solution is prepared by dissolving a chargeable non-piezoelectric polymer in a solvent such as N, N-dimethylformamide and stirring the mixture.
  • a polymer fiber FB is produced from the produced non-piezoelectric polymer solution by an electrospinning method.
  • this electrospinning method for example, as shown in FIG. 2, a syringe 901 for storing a non-conductive polymer, a syringe pump 903, a nozzle 911 provided at the tip of the syringe 901 and ejecting a non-voltage polymer solution, and a nozzle 911.
  • An electrospinning device 900 including a flat plate-shaped collector 902 arranged apart from the nozzle 911 in the injection direction and separated from each other, and a voltage applying means E for applying a voltage between the nozzle 911 and the collector 902. use.
  • the voltage applying means E applies a preset DC voltage (for example, a voltage of 4.0 kV) between the nozzle 911 and the collector 902, with the nozzle 911 as the anode and the collector 902 as the cathode.
  • the voltage applying means E may use the nozzle 911 as a cathode and the collector 902 as an anode to apply a voltage between the nozzle 911 and the collector 902.
  • the syringe pump 903 supplies the non-piezoelectric polymer solution stored in the syringe 901 to the nozzle 911 at a preset supply rate (for example, 0.04 ml / hr).
  • the electrospinning device 900 injects a non-piezoelectric polymer solution from the nozzle 911 toward the collector 902 by applying a preset voltage between the nozzle 911 and the collector 902 by the voltage applying means E, and the collector 902. Fibers made of non-piezoelectric polymers are three-dimensionally deposited on the surface.
  • the injection of the non-piezoelectric polymer solution is caused by the electrical attraction due to the application of a voltage between the nozzle 911 and the collector 902 exceeding the surface tension of the non-piezoelectric polymer solution.
  • the solvent in the non-piezoelectric polymer solution volatilizes and the fibers of the non-piezoelectric polymer are deposited on the collector 902.
  • the power generation element 1 includes a polymer fiber body FB produced by an electrospinning method in which fibers made of a chargeable non-piezoelectric polymer are three-dimensionally deposited. Then, the polymer fiber FB is produced by the electrospinning method, so that the positive charge on one side (for example, the upper side of FIG. 1 (A)) when divided by one virtual plane VPL is higher than the negative charge. Negative charges are unevenly distributed on the other side (for example, the lower side of FIG. 1A) more than positive charges.
  • the polyma fiber body FB is arranged separately from the nozzle 911 that ejects the non-piezoelectric polymer solution or the non-piezoelectric polymer melt in which the chargeable non-piezoelectric polymer is dissolved, in the ejection direction from the nozzle 911 to the nozzle 911.
  • a voltage applying means for applying a voltage between the collector 902 and the nozzle 911 and the collector 902 is used, and a preset voltage is applied between the nozzle and the collector 902 by the voltage applying means. It is produced by injecting a non-piezoelectric polymer solution or a non-piezoelectric polymer melt from a nozzle 911 toward a collector 902 to three-dimensionally deposit fibers of the non-piezoelectric polymer on the collector.
  • the polymer fiber FB is divided by one virtual plane VPL, the positive charge is unevenly distributed on one side more than the negative charge, and the negative charge is unevenly distributed on the other side than the positive charge. .. That is, the polymer fiber FB has the above-mentioned positive charge and negative charge distributions inside the polymer fiber FB even if it is not separately polled.
  • the power generation element 1 is formed by three-dimensionally depositing fibers of a chargeable non-piezoelectric polymer produced by an electrospinning method, and passes through a central portion C1.
  • a polymer fiber FB having a positive charge unevenly distributed on one side more than a negative charge and a negative charge unevenly distributed on the other side more than a positive charge when divided by a virtual plane VPL is provided.
  • the polymer fiber FB is placed between the nozzle 911 for ejecting a non-piezoelectric polymer solution containing a chargeable non-piezoelectric polymer, the collector 902 arranged apart from the nozzle 911, and the nozzle 911 and the collector 902.
  • a non-piezoelectric polymer is applied from the nozzle 911 toward the collector 902 in a state where a voltage applying means E for applying a voltage is used and a preset voltage is applied between the nozzle 911 and the collector 902 by the voltage applying means E. It is produced by injecting a solution and three-dimensionally depositing fibers of a non-piezoelectric polymer on a collector 902.
  • the polymer fiber FB can be generated only by performing the step of performing the electrospinning method of three-dimensionally depositing the fibers of the non-conductive polymer, so that the manufacturing process can be simplified.
  • the polymer fiber FB according to the present embodiment is produced from a non-piezoelectric polymer which is cheaper than the piezoelectric polymer. As a result, the manufacturing cost of the power generation element 1 can be reduced as compared with the power generation element using the polymer fiber body generated from the piezoelectric polymer.
  • the holding member 11 is the first reference distance W3 in which the distance between the polymer fiber FB and the electrode 122 in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 is set in advance in the first state.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to.
  • the holding member 11 has a second reference in which the distance between the electrodes 121 and 122 in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 is set in advance with respect to the thickness of the polymer fiber FB in the first state.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to be shortened by the distance W4.
  • the holding member 11 is formed in a tubular shape from an elastic material, an electrode 121 is arranged on a first portion 11a on the inner side surface, and a cylinder of the first portion 11a and the holding member 11 on the inner side surface. An electrode 122 is arranged at a second portion 11b facing the shaft J1. Then, the holding member 11 is urged to the first state by the restoring force of the holding member 11. As described above, since the holding member 11 has a simple structure, there is an advantage that the power generation element 1 can be easily manufactured.
  • the power generation element according to the present embodiment includes a polymer fiber body in which fibers made of a chargeable non-piezoelectric polymer produced by an electrospinning method are three-dimensionally deposited.
  • the power generation element 2 according to the present embodiment has a state in which the distance between the polymer fiber FB, the electrodes 121 and 122, and the electrodes 121 and 122 can be changed.
  • a holding member 211 for holding the electrodes 121 and 122 is provided.
  • FIGS. 3A and 3B the same reference numerals as those in FIGS. 1A and 1B are attached to the same configurations as those in the first embodiment.
  • the polymer fiber FB is interposed between the electrodes 121 and 122 in a state of being in contact with both the electrodes 121 and 122. Further, in the polymer fiber body FB, positive charges are unevenly distributed on one side (for example, upper side of FIG. 3A) when divided by one virtual plane VPL passing through the central portion C1 than negative charges. On the other side (for example, the lower side of FIG. 3A), more negative charges are unevenly distributed than positive charges.
  • the method for producing the polymer fiber FB is the same as the method described in the first embodiment.
  • the electrode 121 is arranged in a region facing one surface of the virtual plane VPL (for example, below FIG. 3A), and the electrode 122 is located in a region facing the other surface of the virtual plane VPL (for example, above FIG. 3A). Have been placed.
  • the holding member 211 holds the electrodes 121 and 122 in a state where the distance between the electrodes 121 and 122 can be changed, and the electrode 122 is separated from the polymer fiber FB in the first state.
  • the second state in which the electrode 122 is in contact with the polymer fiber FB can be taken.
  • the holding member 211 has two sub-holding members 2111 and 2112 formed in a plate shape from an elastic material such as rubber and arranged so as to face each other.
  • the sub-holding member 2111 is a first sub-holding member in which an electrode 121 is arranged in a first region A11 on one surface side in the thickness direction thereof.
  • the sub-holding member 2112 is a second sub-holding member in which the electrode 122 is arranged in the second region A21 on the surface side facing the sub-holding member 2111 in the thickness direction. Further, the end portion of the sub-holding member 2111 is fixed to the end portion of the sub-holding member 2112. Here, the end portion of the sub-holding member 2111 fixed to the sub-holding member 2112 is located in the third region A12 excluding the first region A11 on the sub-holding member 2112 side of the sub-holding member 2111. Further, the end portion of the sub-holding member 2112 fixed to the sub-holding member 2111 is located in the fourth region A22 excluding the second region A21 on the sub-holding member 2111 side of the sub-holding member 2112.
  • the sub-holding member 2111 and the sub-holding member 2112 are not limited to those fixed at their respective ends, and are a portion of the sub-holding member 2111 other than the end portion in the third region A12, or a portion other than the end portion.
  • the sub-holding member 2112 may be fixed to each other at a portion other than the end portion in the fourth region A22.
  • the holding member 211 is urged to be in the second state by the restoring force of each of the sub holding members 2111 and 2112. Then, in the second state shown in FIG. 3A, the holding member 211 is pressed so that both ends of the holding member 211 come close to each other as shown by the arrow AR21 in FIG. 3B. Then, as shown by the arrow AR22 in FIG. 3B, the electrodes 121 and 122 are displaced in the direction away from each other, and the first state is obtained as shown in FIG. 3B.
  • the distance W51 between the electrodes 121 and 122 in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 is the polymer fiber in the above-mentioned first state.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to be shorter than the maximum thickness W50 of the electrodes 121 and 122 of the body FB in the opposite direction by a preset second reference distance W52.
  • the second reference distance W52 has a relational expression of 0 ⁇ W52 ⁇ 0.9 ⁇ W50, where W50 is the maximum thickness of the electrodes 121 and 122 of the polymer fiber FB in the above-mentioned first state in the opposite direction. It is within the range in which it holds, preferably within the range in which the relational expression of 0 ⁇ W52 ⁇ 0.5 ⁇ W50 holds.
  • the holding member 211 has a preset distance between the electrode 122 and the polymer fiber FB in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 in the first state described above.
  • the electrodes 121 and 122 are held so as to have one reference distance W53.
  • the first reference distance W53 is preferably within a range in which the relational expression of 0 ⁇ W53 ⁇ 500 ⁇ W50 is established, where W50 is the maximum thickness of the electrodes 121 and 122 of the polymer fiber FB in the opposite direction. Is within the range in which the relational expression of 0 ⁇ W53 ⁇ 10 ⁇ W50 is established.
  • the power generation element 2 can also be generated by simply performing an electrospinning method for three-dimensionally depositing fibers made of a non-conductive polymer, the polymer fiber FB can be generated in the manufacturing process. It can be simplified.
  • the holding member 211 has two sub-holding members 2111, 2111, which are formed in a plate shape from an elastic material and are arranged so as to face each other. Further, the sub-holding member 2111 is fixed to the end of the sub-holding member 2112 at its end. Then, the holding member 211 is urged to the second state by the restoring force of the sub holding members 2111 and 2112. As described above, since the holding member 211 has a simple structure in which the two plate-shaped sub-holding members 2111, 2112 are fixed to each other at the ends, there is an advantage that the power generation element 2 can be easily manufactured.
  • the power generation element according to the present embodiment includes a polymer fiber body FB produced by an electrospinning method and formed by three-dimensionally depositing chargeable non-ferroelectric polymer fibers. .. As shown in FIG. 4A, the power generation element 3 according to the present embodiment is located between the polymer fiber FB, the two conductive members 321 and 322 arranged to face each other, and the two conductive members. It includes a holding member 311 that holds two conductive members so that the distance can be changed. The polymer fiber body is interposed between the two conductive members 321 and 322. The method for producing the polymer fiber FB is the same as the method described in the first embodiment.
  • the conductive member 321 is a first conductive member formed of, for example, a conductive cloth formed by knitting a conductive thread, and the conductive member 322 is formed of a conductive cloth in the same manner as the conductive member 321. This is the second conductive member.
  • the holding member 311 has a seat member 3111 and a seat member 3112 arranged so as to face one surface of the seat member 3111.
  • the sheet member 3111 is a first sheet member formed of a non-conductive cloth, for example, as shown in FIG. 4B, in which the conductive member 321 is arranged in the fifth region A31 on the one side in the thickness direction. is there.
  • the sheet member 3112 is a second sheet member formed of a non-conductive cloth and in which the conductive member 322 is arranged in the sixth region A32 on the surface side facing the sheet member 3111 in the thickness direction. Then, as shown in FIG.
  • the seat member 3111 is located on the one-sided end 3111A and 3111B of the seat member 3111 facing the seat member 3112 on the surface side of the seat member 3112 facing the seat member 3111. It is fixed to the ends 3112A and 3112B.
  • the ends 3111A and 3111B of the seat member 3111 are located in the seventh region of the seat member 3111 excluding the fifth region A31.
  • the end portions 3112A and 3112B of the seat member 3112 are located in the eighth region of the seat member 3112 excluding the sixth region A32.
  • the sheet members 3111 and 3112 are not limited to those fixed at their respective ends, and are not limited to those fixed at their respective ends, but are not limited to those fixed at their respective ends, but are located in a portion other than the end portion in the seventh region of the seat member 3111 or in the eighth region of the seat member 3112. It may be fixed to each other at a portion other than the end portion of the above.
  • the holding member 311 can take a third state in which the two conductive members 321 and 322 are separated from each other as shown in FIG. 4 (A). Then, in the third state, the holding member 311 pulls the both end portions P31 and P32 of the sheet member 3111 and 3112 in the directions away from each other as shown by the arrow AR31 in FIG. 4A, thereby causing the two conductive members 321. The 322 are displaced toward each other, and the two conductive members 321 and 322 take a fourth state of contact with each other.
  • the power generation element 3 includes conductive members 321 and 322 formed of a conductive cloth, and holding members 311 in which cloth sheet members 3111 and 3112 are fixed to each other at their ends.
  • the flexibility can be increased as compared with the power generation elements 1 and 2 described in the first and second embodiments, so that the applicable range of the power generation element 3 can be expanded.
  • the power generation element 3 is mechanically flexible, lightweight, and excellent in breathability, it has an advantage that it can be easily applied to a wearable biomotion sensor whose demand is expected with the development of IOE in the future.
  • the power generation element according to the present embodiment includes a polymer fiber body obtained by three-dimensionally depositing chargeable non-piezoelectric polymer fibers produced by an electrospinning method.
  • the power generation element 4 according to the present embodiment has a polymer fiber FB, two conductive members 421 and 422 arranged to face each other, and two conductive members.
  • a holding member 411 that holds two conductive members 421 and 422 so that the distance between the members 421 and 422 can be changed is provided.
  • the polymer fiber FB is fixed to the conductive member 421.
  • the conductive member 421 is a third conductive member formed in a tubular shape from, for example, a conductive cloth formed by knitting a conductive thread, and the conductive member 422 is conductive like the conductive member 321. It is a fourth conductive member formed of cloth.
  • the holding member 411 is formed in an annular shape from an elastic material such as rubber.
  • the holding member 411 is inserted inside each of the two conductive members 421 and 422.
  • the holding member 411 can take a third state in which the two conductive members 421 and 422 are separated from each other as shown in FIG. 5 (A).
  • the holding member 411 is pulled to the arrow AR42 in FIG. 5B by pulling the ends P31 and P32 in the direction away from each other.
  • the two conductive members 421 and 422 are displaced toward each other.
  • the two conductive members 421 and 422 take a fourth state of contact with each other.
  • the power generation element 4 includes conductive members 421 and 422 formed in a tubular shape from a conductive cloth, and an annular holding member 411. As a result, since it has a simpler configuration than the power generation elements 1 and 2 described in the first and second embodiments, the manufacturing process of the power generation element 3 can be simplified.
  • the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiments.
  • the shape of the holding member 11 may be a cylindrical shape, a square tubular shape, or a tubular shape having another cross-sectional shape.
  • the holding member 211 may be one in which the ends of the two sub-holding members 2111, 2112 are connected to each other via a connecting member formed of an elastic material.
  • the present invention is not limited to this.
  • the polymer fiber FB when the holding member 11 is in the first state, the polymer fiber FB may be in contact with the electrode 122.
  • the polymer fiber FB when the holding member 11 is in the first state, the polymer fiber FB may not be in contact with any of the electrodes 121 and 122.
  • the holding member 11 in the first state, the holding member 11 is the sum of the distance between the electrode 121 and the polymer fiber FB in the opposite direction of the electrodes 121 and 122 and the distance between the electrode 122 and the polymer fiber FB.
  • the electrodes 121 and 122 may be held so that the corresponding distance becomes the first reference distance described above. Further, also in the second embodiment, when the holding member 211 is in the first state, the polymer fiber FB may not be in contact with any of the electrodes 121 and 122.
  • the polymer fiber FB is fixed only to the conductive member 421
  • the present invention is not limited to this, and for example, the polymer fiber FB is attached to both of the two conductive members 421 and 422. It may be fixed.
  • the conductive members 421 and 422 are formed in a tubular shape from a conductive cloth formed by knitting a conductive thread
  • the conductive members 421 and 422 may be formed in a tubular shape from a non-woven fabric containing conductive fibers.
  • the conductive members 421 and 422 may be in the form of a mesh formed of, for example, a metal wire.
  • the holding member 411 is formed in an annular shape from an elastic material has been described, but the present invention is not limited to this.
  • it may be a tubular member formed from the elastic material described in the first embodiment.
  • the polymer fiber FB may be a charged body having a porous structure having a Young's modulus of 1 Pa or more and 1 ⁇ 10 9 Pa or less, preferably 100 Pa or more and 1 ⁇ 10 5 Pa or less. .. Further, the fibers of the non-conductive polymer constituting the polymer fiber FB may have an elliptical cross section, a rectangular cross section, a star shape, or another shape.
  • the polymer fiber FB when the polymer fiber FB is divided by one virtual plane passing through the central portion of the polymer fiber FB, more positive charges are unevenly distributed on one side than negative charges on the other side. I explained that the negative charges are unevenly distributed more than the positive charges.
  • the virtual plane is not necessarily limited to passing through the central portion of the polymer fiber FB, and may, for example, pass through a position deviated from the central portion in the polymer fiber FB.
  • the polymer fiber body and the method for producing the polymer fiber body which form a part of the power generation element according to the present invention will be described based on Examples.
  • Example 1 Polystyrene was prepared by electrospinning using polystyrene as a non-piezoelectric polymer, and the characteristics of the prepared polymer were evaluated.
  • the polystyrene used in the electrospinning method had a weight average molecular weight of about 280,000, and N, N-dimethylformamide was used as a solvent.
  • 2.0269 g of polystyrene was dissolved in 4.7280 g of N, N-dimethylformamide.
  • the polystyrene was dissolved in a solvent at room temperature and under atmospheric pressure with stirring using a magnet stirrer.
  • the electrospinning apparatus the same one as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-223055 was used. Specifically, a metal nozzle (inner diameter 0.18 mm) was attached to the syringe. Further, as the syringe pump, KD-100 (manufactured by KD Scientific Inc.) was used. As the collector, a glass substrate coated with an ITO (Indium Tin Oxide) thin film electrode was used. The distance between the metal nozzle and the collector was 12 cm, and HARb-30R1 (manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.) was used as the voltage applying means.
  • HARb-30R1 manufactured by Matsusada Precision Co., Ltd.
  • the discharge rate of the non-piezoelectric polymer solution from the metal nozzle by the syringe pump when producing the polymer fiber is 0.25 ml / hr, and the voltage applied between the metal nozzle and the collector has a high potential on the metal nozzle side. And set it to 5.0 kV.
  • the deposition time of polystyrene fibers was set to 8 min. In this way, a polymer fiber composed of polystyrene fibers having an average fiber diameter of 3.88 ⁇ m could be obtained.
  • the electric charge generated in the polymer fiber body FB was measured using the measuring devices shown in FIGS. 6 (A) and 6 (B).
  • the measuring device includes a glass substrate 201, an electrode 202 formed of ITO (Indium Tin Oxide) provided on the glass substrate 201, an electrode terminal 101, and a generated charge measuring unit 100.
  • the generated charge measuring unit 100 outputs the amount of electric charge generated in the polymer fiber FB and input via the electrode 202 or the electrode terminal 101.
  • FIG. 7A shows the result when the electrode terminal 101 is pushed toward the electrode 202 by a distance W1 from the state where the electrode terminal 101 is in contact with the polymer fiber FB.
  • S11 is S14 when the pressing load is set to 0.05N
  • S12 is when the pressing load is set to 0.14N
  • S13 is when the pressing load is set to 0.21N.
  • the times T11, T12, T13, and T14 are the timings when the electrode terminals 101 are pushed in
  • the times T21, T22, T23, and T24 are the timings when the electrode terminals 101 are separated from the polymer fiber body FB.
  • FIG. 7A it was found that the larger the pressing force when pushing the electrode terminal 101 toward the electrode 202 side, the larger the amount of electric charge generated in the polymer fiber FB.
  • FIG. 6B shows the electrode terminal 101 .
  • the electrode terminal 101 is brought closer to the polymer fiber FB from a state separated by 87 ⁇ m from the surface of the polymer fiber FB to a preset position, and then again the original.
  • FIG. 7 (B) shows the results of measuring the amount of electric charge generated in the polymer fiber FB when the polymer fiber FB is returned to a state separated by 87 ⁇ m from the surface.
  • the electrode terminal 101 is brought closer to the polymer fiber FB to a distance W2 of 21 ⁇ m as shown in FIG. 6 (B)
  • the distance W2 shown in FIG. 6 (B) is 0 ⁇ m, that is, the polymer.
  • S23 shows the profile when the polymer FB is pushed to a distance W1 of 6 ⁇ m
  • S24 shows the profile when the polymer FB is pushed to a distance W1 of 14 ⁇ m.
  • the time T31, T32, T33, T34 is the timing when the electrode terminal 101 is brought close to or pushed into the polymer fiber FB
  • the time T41, T42, T43, T44 separates the electrode terminal 101 from the polymer fiber FB. It is the timing of letting or leaving. As shown in FIG.
  • FIG. 8 shows the results of measuring the amount of electric charge generated in the polymer fiber FB when the polymer fibers are returned to a state separated by 1 ⁇ m.
  • the electrode terminal 101 and the polymer fiber FB are in non-contact state, and when the distance W2 is less than 0, the electrode terminal 101 is in contact with the polymer fiber FB. It is in a state.
  • the rate of increase in the amount of electric charge generated in the polymer fiber FB per unit displacement of the electrode terminal 101 increases. It turned out that there was.
  • Example 2 Using the collector as an aluminum foil, a sample 500A according to Example 2 in which the polymer fiber FB was deposited on the aluminum foil 501 as shown in FIG. 9A was prepared by the same method as in Example 1. Then, with respect to the sample 500A according to Example 2, the surface potential of the sample 500A was measured using a non-contact type surface electrometer. At this time, as shown in FIG. 9A, the measurement probe 591 of the surface electrometer was placed at a position facing the polymer fiber FB of the sample 500A. Further, the aluminum foil 501 was maintained at the ground potential. As the surface electrometer, KSD-3000 manufactured by Kasuga Electric Works Ltd. was used. As a result of measuring the surface potential, the surface potential of the polymer fiber FB was 439 V.
  • samples 500B1 and 500B2 in which the polymer fibers FB1 and FB2 were deposited on the aluminum foils 521 and 522, respectively, were prepared by the same method as in Example 1 as shown in FIG. 9B. did. Then, as shown in FIG. 9B, the samples 500B1 and 500B2 are laminated to prepare the samples 500B1 and 500B2 so that the aluminum foils 521 and 522 and the polymer fibers FB1 and FB2 are arranged in the same direction. did.
  • the surface potential of the sample 500B on the polymer fiber FB side was measured using a non-contact type surface electrometer. At this time, as shown in FIG.
  • the measurement probe 591 of the surface electrometer was placed at a position facing the polymer fiber FB2 of the sample 500B2. Further, the aluminum foil 521 was maintained at the ground potential. The same surface electrometer as in Example 2 was used. As a result of measuring the surface potential, the surface potential of the polymer fiber FB2 was 536 V. That is, in the case of the sample 500B according to Example 3 of the so-called two-layer structure in which the samples 500B1 and 500B2 are stacked so that the aluminum foils 521 and 522 and the polymer fibers FB1 and FB2 are arranged in the same direction, the so-called single layer It was found that the surface potential increased as compared with the sample 500A according to Example 2 of the structure.
  • samples 500B1 and 500B2 in which the polymer fibers FB1 and FB2 were deposited on the aluminum foils 521 and 522, respectively, were prepared by the same method as in Example 1 as shown in FIG. 9C. did. Then, as shown in FIG. 9C, the samples 500B1 and 500B2 are arranged so that the aluminum foils 521 and 522 and the polymer fibers FB1 and FB2 are arranged in opposite directions so that the polymers FB1 and FB2 face each other. Sample 500C was prepared by superimposing on the above. With respect to the sample 500C according to Example 4, the surface potential of the sample 500C was measured using a non-contact type surface electrometer.
  • the measurement probe 591 of the surface electrometer was placed at a position facing the aluminum foil 522 of the sample 500B2. Further, the aluminum foil 521 was maintained at the ground potential. The same surface electrometer as in Example 2 was used. As a result of measuring the surface potential, the surface potential of the sample 500C was 21V. That is, an embodiment of a two-layer structure in which the samples 500B1 and 500B2 are stacked so that the aluminum foils 521 and 522 and the polymer fibers FB1 and FB2 are arranged in opposite directions and the polymers FB1 and FB2 face each other. It was found that in the case of the sample 500C according to No. 4, the surface potential was significantly lowered as compared with the sample 500A according to Example 2 having a so-called single-layer structure.
  • the polymer fiber FB is a unique carrier model that carries positive and negative charges in a state where the distribution of positive and negative charges is biased.
  • the surface potential of sample 500B according to Example 3 is larger than the surface potential of sample 500A according to Example 2, while the surface potential of sample 500C according to Example 4 is higher than the surface potential of sample 500A according to Example 2.
  • the electric charge distribution in the polymer fibers FB, FB1 and FB2 is as shown in FIGS. 9 (A) to 9 (C) in the polymer fibers FB, FB1 and FB2. It was found that this can be explained by a charge charging model in which positive charges are unevenly distributed more than negative charges on one side in the thickness direction of 501, 521, and 522, and negative charges are unevenly distributed on the other side more than positive charges.
  • the present invention is suitable as a sensor for sensing the movement of a living body or a power generation element that generates power from the movement of a living body.

Abstract

発電素子（１）は、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体（ＦＢ）と、電極（１２１、１２２）と、保持部材（１１）と、を備える。ポリマ繊維体（ＦＢ）は、一つの仮想平面（ＶＰＬ）で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。保持部材（１１）は、電極（１２１、１２２）の間の距離が変更可能な状態で電極（１２１、１２２）を保持する。ポリマ繊維体（ＦＢ）は、電極（１２１、１２２）の間に介在している。保持部材（１１）は、電極（１２１）がポリマ繊維体（ＦＢ）から離間した第１状態と、電極（１２１）がポリマ繊維体（ＦＢ）に接触した第２状態と、をとりうる。

Description

発電素子および発電素子の製造方法
　本発明は、発電素子および発電素子の製造方法に関する。
　近年、生体の動作をセンシングすることにより得られる動作情報を、インターネットを介して収集して解析するＩＯＥ（Internet of Everything）技術が大きな注目を集めている。この技術において、生体の動作を電気信号に変換することができる圧電素子が重要な役割を担う。
　圧電素子としては、圧電特性の高さからチタン酸ジルコン酸鉛（以下、「ＰＺＴ」と称する。)のようなセラミック系圧電材料を用いたものが広く普及してきている。但し、人体のような生体の動作のセンシングにおいては、生体への装着時における生体に与える快適性に優れているフレキシブルかつ軽量な圧電素子が求められる。
　これに対して、強誘電性ポリマ、ポリ乳酸等のいわゆる圧電ポリマの結晶性フィルムを用いたフレキシブルな圧電素子が開発されている。この種の圧電素子の材料としては、例えばＰＶＤＦ（poly (vinylidene fluoride）)、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ（PVDF poly(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene)）、ＰＬＬＡ（ポリ乳酸の光学異性体（Ｌ体）の単体）等が採用されている。
　しかしながら、この種の圧電素子は、圧電性能がセラミックス系の圧電素子の圧電性能に比べて低い。また、この種の圧電素子の製造工程では、圧電性能を発揮させるために前述の結晶性フィルムの延伸、加熱、ポーリング処理等を行うことが必要である。このため、圧電素子の製造工程が複雑になってしまう。
　これに対して、前述の結晶性フィルムよりも高い圧電性能を示すフレキシブルな多孔性ポリマエレクトレットを用いた圧電素子も開発されつつある。このポリマエレクトレットの材料としては，ポリプロピレンが用いられることが多い。このポリマエレクトレットの製造では、ポリプロピレンフィルムに延伸処理を施すことにより、多孔性のポリプロピレンフィルムを作製した後、この多孔性のポリプロピレンフィルムにコロナ放電を利用したポーリング処理を施すことにより、ポリプロピレンフィルムに含まれる空孔の一方向における両側それぞれに正と負の電荷対をトラップさせる。このようにして、多孔性のポリプロピレンフィルム内に前述の一方向に配向した巨大なダイポール群を形成することによりポリマエレクトレットが作製される。また、この多孔性のポリマエレクトレットは、多孔性であるために前述の結晶性フィルムよりも柔らかく、これにより前述の結晶性フィルムよりも高い圧電性能を示すと考えられる。
　しかしながら、多孔性のポリマエレクトレットを用いた圧電素子の製造では、やはり多孔性のポリプロピレンフィルムを作製した後、作製されたポリプロピレンフィルムにポーリング処理を施す必要がある。そこで、このポーリング処理を省略することにより、圧電素子の製造工を更に簡素化することが要請されつつある。
　これに対して、圧電ポリマからなる直径１μｍ未満の繊維であるポリマサブミクロンファイバ（「ポリマサブミクロン圧電ファイバ」とも言う。）が開発されつつある。例えば、ＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ、キラル高分子結晶を形成するＰＬＬＡ等のような圧電ポリマを用いてエレクトロスピニング法により作製されたサブミクロンファイバが開発されている。これらのサブミクロンファイバがポーリング処理を施さなくても圧電性能を発揮するのは、例えばＰＶＤＦ、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ等の強誘電性ポリマの場合、エレクトロスピニング法を利用することにより強誘電性ポリマの主鎖が配向し、さらにエレクトロスピニング法で使用する比較的高い電圧により分極が誘起されることが原因と考えられている。
　そして、この種のポリマサブミクロン圧電ファイバからなる圧電ポリマ膜の両面に電極を形成した素子が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された素子は、感圧センサまたはアクチュエータとして機能するものであり、繊維径が３００ｎｍ以下の圧電ポリマの連続する繊維からなり、繊維軸方向を揃えて形成された部分とその部分の周囲に位置し繊維軸方向がランダムな部分とを含む圧電ポリマ膜を備える。
特開２０１８－１３３３６８号公報
　ところで、特許文献１に記載された素子の場合、素子に用いられる圧電ポリマ膜が、繊維軸方向の揃った部分と繊維軸方向のランダムな部分とを含んでいるため、素子の製造工程が複雑になる虞がある。
　本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、製造工程の簡素化を図ることができる発電素子および発電素子の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る発電素子は、
　帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備え、
　前記ポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。
　他の観点から見た、本発明に係る発電素子の製造方法は、
　帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズルと、前記ノズルから前記ノズルの射出方向へ離間して配置されたコレクタと、前記ノズルと前記コレクタとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、前記電圧印加手段により前記ノズルと前記コレクタとの間に予め設定された電圧を印加した状態で、前記ノズルから前記コレクタに向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出して前記コレクタに前記非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることによりポリマ繊維体を生成するエレクトロスピニング法を行う工程を含む。
　本発明によれば、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。そして、ポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。ここで、ポリマ繊維体は、帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズルと、ノズルからノズルの射出方向へ離間して配置されたコレクタと、ノズルとコレクタとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、電圧印加手段によりノズルとコレクタとの間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズルからコレクタに向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出してコレクタに非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ポリマ繊維体を、非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。
本発明の実施の形態１に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における断面図であり、（Ｂ）は第２状態における断面図である。 実施の形態１に係る発電素子の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２に係る発電素子を示し、（Ａ）は第２状態における断面図であり、（Ｂ）は第１状態における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における断面図であり、（Ｂ）は導電部材および保持部材を示す平面図である。 本発明の実施の形態４に係る発電素子を示し、（Ａ）は第１状態における平面図であり、（Ｂ）は第２状態における平面図である。 ポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定する測定装置を示し、（Ａ）は電極端子をポリマ繊維体に接触させた状態を示す概略図であり、（Ｂ）は電極単位をポリマ繊維体から離間させた状態を示す概略図である。 実施例に係るポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定した結果を示し、（Ａ）は電極端子をポリマ繊維体に接触させた状態から電極端子を押し込んだ場合の測定結果を示す図であり、（Ｂ）は電極端子をポリマ繊維体から離間させた状態から電極端子をポリマ繊維体に接触させた後、更に、電極端子を押し込んだ場合の測定結果を示す図である。 実施例に係るポリマ繊維体に発生する電荷の量を測定した結果を示す図である。 （Ａ）は実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図であり、（Ｂ）は他の実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図であり、（Ｃ）は他の実施例に係る試料の表面電位を測定する様子を示す図である。
（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態に係る発電素子および発電素子の製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に係る発電素子は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。ポリマ繊維体を構成する非圧電ポリマの繊維径（直径）は、１０ｎｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。このポリマ繊維体は、ポリマ繊維体内において正負の電荷分布の偏りがあるいわゆる帯電膜であり、正電荷または負電荷のいずれか一方のみを保持した帯電膜ではない。言い換えると、本実施の形態に係るポリマ繊維体は、一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているものである。ここで、仮想平面は、例えばポリマ繊維体の中央部を通るものであってもよい。このポリマ繊維体の表面電位は、１０Ｖ以上１×１０５Ｖ以下であり、好ましくは１０Ｖ以上１×１０４Ｖ以下である。なお、ポリマ繊維体の表面電位は、例えば、非接触型の表面電位計（例えば春日電機社製ＫＳＤ－３０００）により測定することができる。ここで、表面電位の測定においては、ポリマ繊維体が載置される電極を接地電位に維持した状態でポリマ繊維体の表面電位を計測する。
　また、ポリマ繊維体のヤング率は、１Ｐａ以上１×１０９Ｐａ以下であり、好ましくは１００Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下である。更に、ポリマ繊維体の厚さは、１μｍ以上１０ｍｍ以下であり、好ましくは１μｍ以上１ｍｍ以下である。また、ポリマ繊維体をその厚さ方向、言い換えると、ポリマ繊維体内における、正の電荷が負の電荷よりも多く偏在する部分と負の電荷が正の電荷よりも多く偏在する部分との並び方向に沿った方向に押し込んだときの、単位押し込み荷重当たりのポリマ繊維体の厚さ方向に発生する電荷の量に相当する圧電ｄ定数ｄ１の絶対値は、１０ｐＣ／Ｎ≦ｄ１≦１００００００ｐＣ／Ｎ（ｄ１は圧電ｄ定数）の関係式が成立する範囲内の値であり、好ましくは１５０ｐＣ／Ｎ≦ｄ１≦１００００００ｐＣ／Ｎの関係式が成立する範囲内の値である。また、ポリマ繊維体の厚さ方向に電圧を印加したときの、単位電圧当たりのポリマ繊維体の厚さの変化量に相当する圧電ｄ定数ｄ２の絶対値は、１０ｐｍ／Ｖ≦ｄ２≦１００００００ｐｍ／Ｖ（ｄ２は圧電ｄ定数）の関係式が成立する範囲内の値であり、好ましくは１５０ｐｍ／Ｖ≦ｄ１≦１００００００ｐｍ／Ｖの関係式が成立する範囲内の値である。
　ポリマ繊維体を構成する非圧電ポリマとしては、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン－酢酸ビニル共重合体、エチレン－ビニルアルコール共重合体、エチレン－アクリル酸エチル共重合体、アクリロニトリル－スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン－アクリレート共重合体、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体、メタクリル酸メチル－スチレン共重合体、ポリアミド、ポリエステル、アラミド、ポリカーボネート、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体、ポリヒドロキシブチレート、ポリウレタン、ポリ酢酸ビニル、ポリブチレンサクシネート、シルク、ウール、天然ゴム、ポリエーテルケトン、ポリアリレンエーテルエーテルケトン、ポリアクリロニトリル－メタクリレート共重合体、ポリベンズイミダゾール、ポリエーテルイミド、ポリエチレンサルファイド、ポリエステルウレタン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルピロリドン、コラーゲン、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシアルカン酸、ポリグリコール酸、ポリメタクリル酸メチル、非晶性のポリ－ＤＬ－乳酸（ＰＤＬＬＡ）、ポリ乳酸の誘導体、ポリ乳酸－グリコール酸共重合体、セルロース、酢酸セルロース、セルロース誘導体、キトサン、キチン、ポリペプチド、タンパク質の中から選択することができる。ここで、ポリアミドとしては、ナイロン１２（登録商標）、ナイロン４，６（登録商標）、ナイロン６，６（登録商標）、ナイロン６（登録商標）等が挙げられる。また、非晶性のフッ素樹脂、非強誘電性のフッ素樹脂、非誘電性のフッ素樹脂の誘導体、非強誘電性のフッ素樹脂の共重合体としては、サイトップ（登録商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）等が挙げられる。また、非圧電ポリマとして、前述の複数種類の非圧電ポリマを組み合わせた混合体を採用してもよい。
　図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子１は、ポリマ繊維体ＦＢと、電極１２１、１２２と、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持する保持部材１１と、備える。ポリマ繊維体ＦＢは、電極１２１に接触した状態で、電極１２１、１２２の間に介在している。また、ポリマ繊維体ＦＢは、その中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図１（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方側（例えば図１（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。電極１２１は、アルミニウム、銅等の導電体から箔状または膜状に形成された第１導電部材である。電極１２２は、アルミニウム、銅等の導電体から箔状または膜状に形成され、電極１２１に対向して配置された第２導電部材である。電極１２１は、仮想平面ＶＰＬの一面が臨む領域（例えば図１（Ａ）の下方）に配置され、電極１２２は、仮想平面ＶＰＬの他面が臨む領域（例えば図１（Ａ）の上方）に配置されている。
　保持部材１１は、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持し、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢから離間した第１状態と、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢに接触した第２状態と、をとりうる。保持部材１１は、ゴムのような弾性材料から楕円筒状に形成され、内側面における第１部位１１ａに電極１２１が配設され、内側面における第１部位１１ａと保持部材１１の筒軸Ｊ１を挟んで対向する第２部位１１ｂに電極１２２が配設されている。保持部材１１は、その復元力により、第１状態となるように付勢されている。そして、保持部材１１が、図１（Ａ）に示す第１状態において、矢印ＡＲ１に示すように、電極１２２が電極１２１に近づくように押圧されると、図１（Ｂ）に示すような第２状態となる。
　また、保持部材１１は、図１（Ａ）に示すように、前述の第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ３となるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第１基準距離Ｗ３は、ポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ０とすると、０≦Ｗ３≦５００×Ｗ０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ３≦１０×Ｗ０の関係式が成立する範囲内である。
　更に、保持部材１１は、前述の第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離が前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さＷ０に比べて予め設定された第２基準距離Ｗ４だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第２基準距離Ｗ４は、前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ０とすると、０≦Ｗ４≦０．９×Ｗ０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ４≦０．５×Ｗ０の関係式が成立する範囲内である。
　次に、本実施の形態に係る発電素子１の製造方法について説明する。本実施の形態に係る発電素子の製造方法は、エレクトロスピニング法によりポリマ繊維体ＦＢを生成する工程を含む。このエレクトロスピニング法によりポリマ繊維体ＦＢを生成する工程では、例えば特開２０１６－２２３０５５号公報に記載されているプラスチックナノファイバの作製方法と同様の方法によりポリマ繊維体を生成する。具体的には、帯電可能な非圧電ポリマを例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミドのような溶媒に溶解させて撹拌することにより非圧電ポリマ溶液を作製する。そして、エレクトロスピニング法により、作製された非圧電ポリマ溶液からポリマ繊維体ＦＢを生成する。このエレクトロスピニング法では、例えば図２に示すように、非圧電ポリマを貯留するシリンジ９０１と、シリンジポンプ９０３と、シリンジ９０１の先端部に設けられ非圧電ポリマ溶液を射出するノズル９１１と、ノズル９１１からノズル９１１の射出方向へ離間し且つ互いに離間して配置された平板状のコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段Ｅと、を備えるエレクトロスピニング装置９００を使用する。電圧印加手段Ｅは、ノズル９１１を陽極とし、コレクタ９０２を陰極として、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された直流電圧（例えば４．０ｋＶの電圧）を印加する。なお、電圧印加手段Ｅは、ノズル９１１を陰極とし、コレクタ９０２を陽極として、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加するものであってもよい。また、シリンジポンプ９０３は、シリンジ９０１に貯留された非圧電ポリマ溶液を、予め設定された供給レート（例えば０．０４ｍｌ／ｈｒ）でノズル９１１へ供給する。このエレクトロスピニング装置９００は、電圧印加手段Ｅによりノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加することにより、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液を射出してコレクタ９０２に非圧電ポリマからなる繊維を３次元的に堆積させる。ここで、非圧電ポリマ溶液の射出は、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加することによる電気的引力が非圧電ポリマ溶液の表面張力を超えることにより生じるものである。そして、非圧電ポリマ溶液がノズル９１１からコレクタ９０２に到達する間に非圧電ポリマ溶液中の溶媒が揮発して非圧電ポリマの繊維がコレクタ９０２に堆積する。
　このように、本実施の形態に係る発電素子１は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体ＦＢを備える。そして、ポリマ繊維体ＦＢは、エレクトロスピニング法で作製されることにより、一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図１（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側（例えば図１（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。ここで、ポリマ繊維体ＦＢは、帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出するノズル９１１と、ノズル９１１からノズル９１１の射出方向へ離間して配置されたコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段と、を使用し、電圧印加手段によりノズルとコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体を射出してコレクタに非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ノズル９１１から射出される帯電可能な非圧電ポリマが溶解された非圧電ポリマ溶液もしくは非圧電ポリマ溶融体に、高い電圧が印加され、これに起因して、コレクタ９０２に捕集されたポリマ繊維体ＦＢが、一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在したものになる。つまり、ポリマ繊維体ＦＢは、別途ポーリング処理が施されなくても、その内部において前述のような正の電荷および負の電荷の分布が生じる。
　以上説明したように、本実施の形態に係る発電素子１は、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなり、中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているポリマ繊維体ＦＢを備える。ここで、ポリマ繊維体ＦＢは、帯電可能な非圧電ポリマを含む非圧電ポリマ溶液を射出するノズル９１１と、ノズル９１１から離間して配置されたコレクタ９０２と、ノズル９１１とコレクタ９０２との間に電圧を印加する電圧印加手段Ｅと、を使用し、電圧印加手段Ｅによりノズル９１１とコレクタ９０２との間に予め設定された電圧を印加した状態で、ノズル９１１からコレクタ９０２に向かって非圧電ポリマ溶液を射出してコレクタ９０２に非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させることにより生成される。これにより、ポリマ繊維体ＦＢを、非圧電ポリマの繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。
　また、本実施の形態に係るポリマ繊維体ＦＢは、圧電ポリマに比べて安価な非圧電ポリマから生成される。これにより，圧電ポリマから生成されたポリマ繊維体を用いた発電素子に比べて、発電素子１の製造コストを低減することができる。
　更に、本実施の形態に係る保持部材１１は、第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向におけるポリマ繊維体ＦＢと電極１２２との間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ３となるように電極１２１、１２２を保持している。そして、保持部材１１は、第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離が第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの厚さに比べて予め設定された第２基準距離Ｗ４だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持する。これにより、保持部材１１が第１状態から第２状態へ変形するとき、或いは、第２状態から第１状態へ変形するときに発生する電力を大きくすることができる。従って、発電素子１の用途範囲を広げることができる。
　また、本実施の形態に係る保持部材１１は、弾性材料から筒状に形成され、内側面における第１部位１１ａに電極１２１が配設され、内側面における第１部位１１ａと保持部材１１の筒軸Ｊ１を挟んで対向する第２部位１１ｂに電極１２２が配設されている。そして、保持部材１１が、保持部材１１の復元力により第１状態に付勢されている。このように、保持部材１１が簡素な構成を有することにより、発電素子１の作製が容易になるという利点がある。
（実施の形態２）
　本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマからなる繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子２は、ポリマ繊維体ＦＢと、電極１２１、１２２と、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持する保持部材２１１と、備える。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）において、実施の形態１と同様の構成については図１（Ａ）および（Ｂ）と同一の符号を付している。ポリマ繊維体ＦＢは、電極１２１、１２２の両方に接触した状態で、電極１２１、１２２の間に介在している。また、ポリマ繊維体ＦＢは、その中央部Ｃ１を通る一つの仮想平面ＶＰＬで区分されたときの一方側（例えば図３（Ａ）の上側）に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方側（例えば図３（Ａ）の下側）に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在している。なお、ポリマ繊維体ＦＢの製造方法は、実施の形態１で説明した方法と同様である。電極１２１は、仮想平面ＶＰＬの一面が臨む領域（例えば図３（Ａ）の下方）に配置され、電極１２２は、仮想平面ＶＰＬの他面が臨む領域（例えば図３（Ａ）の上方）に配置されている。
　保持部材２１１は、実施の形態１と同様に、電極１２１、１２２の間の距離が変更可能な状態で電極１２１、１２２を保持し、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢから離間した第１状態と、電極１２２がポリマ繊維体ＦＢに接触した第２状態と、をとりうる。保持部材２１１は、例えばゴムのような弾性材料から板状に形成され、互いに対向して配置された２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を有する。サブ保持部材２１１１は、その厚さ方向における一面側の第１領域Ａ１１に電極１２１が配設された第１サブ保持部材である。また、サブ保持部材２１１２は、厚さ方向におけるサブ保持部材２１１１に対向する面側の第２領域Ａ２１に電極１２２が配設された第２サブ保持部材である。また、サブ保持部材２１１１は、その端部がサブ保持部材２１１２の端部に固着されている。ここで、サブ保持部材２１１１におけるサブ保持部材２１１２に固着される端部は、サブ保持部材２１１１におけるサブ保持部材２１１２側の第１領域Ａ１１を除く第３領域Ａ１２に位置する。また、サブ保持部材２１１２におけるサブ保持部材２１１１に固着される端部は、サブ保持部材２１１２のサブ保持部材２１１１側における第２領域Ａ２１を除く第４領域Ａ２２に位置する。なお、サブ保持部材２１１１とサブ保持部材２１１２とは、それぞれの端部で固着されているものに限定されるものではなく、サブ保持部材２１１１の第３領域Ａ１２における端部以外の部位、或いは、サブ保持部材２１１２の第４領域Ａ２２における端部以外の部位で互いに固着されていてもよい。保持部材２１１は、サブ保持部材２１１１、２１１２それぞれの復元力により、第２状態となるように付勢されている。そして、保持部材２１１が、図３（Ａ）に示す第２状態において、図３（Ｂ）の矢印ＡＲ２１に示すように、保持部材２１１の両端部が互いに近づくように保持部材２１１が押圧されると、図３（Ｂ）の矢印ＡＲ２２に示すように、電極１２１、１２２が互いに離れる方向へ変位し、図３（Ｂ）に示すような第１状態となる。
　また、保持部材２１１は、図３（Ａ）に示すように、前述の第２状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１、１２２の間の距離Ｗ５１が前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さＷ５０に比べて予め設定された第２基準距離Ｗ５２だけ短くなるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第２基準距離Ｗ５２は、前述の第１状態におけるポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ５０とすると、０≦Ｗ５２≦０．９×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ５２≦０．５×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内である。
　更に、保持部材２１１は、図３（Ｂ）に示すように、前述の第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離が予め設定された第１基準距離Ｗ５３となるように電極１２１、１２２を保持している。ここで、第１基準距離Ｗ５３は、ポリマ繊維体ＦＢの電極１２１、１２２の対向方向の最大厚さをＷ５０とすると、０≦Ｗ５３≦５００×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内であり、好ましくは０≦Ｗ５３≦１０×Ｗ５０の関係式が成立する範囲内である。
　本実施の形態に係る発電素子２も、ポリマ繊維体ＦＢを、非圧電ポリマからなる繊維を３次元的に堆積させるエレクトロスピニング法を行う工程を行うだけで生成することができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。
　また、本実施の形態に係る保持部材２１１は、弾性材料から板状に形成され、互いに対向して配置された２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を有する。また、サブ保持部材２１１１は、その端部においてサブ保持部材２１１２の端部に固着されている。そして、保持部材２１１は、サブ保持部材２１１１、２１１２の復元力により、第２状態に付勢されている。このように、保持部材２１１が板状の２つのサブ保持部材２１１１、２１１２を端部同士で互いに固着させた簡素な構成を有することにより、発電素子２の作製が容易になるという利点がある。
（実施の形態３）
　本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非強誘電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体ＦＢを備える。図４（Ａ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子３は、ポリマ繊維体ＦＢと、互いに対向して配置された２つの導電部材３２１、３２２と、２つの導電部材の間の距離を変更可能に２つの導電部材を保持する保持部材３１１と、を備える。そして、ポリマ繊維体は、２つの導電部材３２１、３２２の間に介在している。なお、ポリマ繊維体ＦＢの製造方法は、実施の形態１で説明した方法と同様である。
　導電部材３２１は、例えば導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から形成された第１導電部材であり、導電部材３２２は、導電部材３２１と同様に、導電性の布から形成された第２導電部材である。
　保持部材３１１は、シート部材３１１１と、シート部材３１１１の一面に対向して配置されたシート部材３１１２と、を有する。シート部材３１１１は、非導電性の布から形成され、例えば図４（Ｂ）に示すように、厚さ方向における一面側の第５領域Ａ３１に導電部材３２１が配設された第１シート部材である。また、シート部材３１１２は、非導電性の布から形成され、厚さ方向におけるシート部材３１１１に対向する面側の第６領域Ａ３２に導電部材３２２が配設された第２シート部材である。そして、シート部材３１１１は、図４（Ａ）に示すように、シート部材３１１１におけるシート部材３１１２に対向する一面側の端部３１１１Ａ、３１１１Ｂにおいて、シート部材３１１２におけるシート部材３１１１に対向する面側における端部３１１２Ａ、３１１２Ｂに固着されている。ここで、シート部材３１１１の端部３１１１Ａ、３１１１Ｂは、シート部材３１１１における第５領域Ａ３１を除く第７領域に位置する。また、シート部材３１１２の端部３１１２Ａ、３１１２Ｂは、シート部材３１１２における第６領域Ａ３２を除く第８領域に位置する。なお、シート部材３１１１、３１１２は、それぞれの端部で固着されているものに限定されるものではなく、シート部材３１１１の第７領域における端部以外の部位、或いは、シート部材３１１２の第８領域における端部以外の部位で互いに固着されていてもよい。
　保持部材３１１は、図４（Ａ）に示すような、２つの導電部材３２１、３２２が互いに離間した第３状態をとりうる。そして、保持部材３１１は、第３状態において、図４（Ａ）の矢印ＡＲ３１に示すように、シート部材３１１１、３１１２の両端部Ｐ３１、Ｐ３２を互いに離れる方向へ引っ張ることにより、２つの導電部材３２１、３２２が互いに近づく方向へ変位し、２つの導電部材３２１、３２２が互いに接触した第４状態をとる。
　本実施の形態に係る発電素子３は、導電性の布から形成された導電部材３２１、３２２と、布製のシート部材３１１１、３１１２を端部同士で固着してなる保持部材３１１と、を備える。これにより、実施の形態１、２で説明した発電素子１、２に比べて、柔軟性を高めることができるので、発電素子３の適用範囲を広げることができる。
　また、発電素子３は、機械的に柔軟、軽量且つ通気性に優れているため、将来のＩＯＥの発展に伴い需要が予想されるウェアラブルな生体動作センサへ適用し易いという利点もある。
（実施の形態４）
　本実施の形態に係る発電素子は、実施の形態１と同様に、エレクトロスピニング法により作製された、帯電可能な非圧電ポリマの繊維が３次元的に堆積されてなるポリマ繊維体を備える。図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、本実施の形態に係る発電素子４は、ポリマ繊維体ＦＢと、互いに対向して配置された２つの導電部材４２１、４２２と、２つの導電部材４２１、４２２の間の距離を変更可能に２つの導電部材４２１，４２２を保持する保持部材４１１と、を備える。そして、ポリマ繊維体ＦＢは、導電部材４２１に固定されている。
　導電部材４２１は、例えば導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から筒状に形成された第３導電部材であり、導電部材４２２は、導電部材３２１と同様に、導電性の布から形成された第４導電部材である。
　保持部材４１１は、例えばゴムのような弾性材料から環状に形成されたものである。そして、保持部材４１１は、２つの導電部材４２１、４２２それぞれの内側に挿通されている。保持部材４１１は、図５（Ａ）に示すような、２つの導電部材４２１，４２２が互いに離間した第３状態をとりうる。そして、保持部材４１１は、第３状態において、図５（Ｂ）の矢印ＡＲ４１に示すように、その端部Ｐ３１、Ｐ３２が互いに離れる方向へ引っ張られることにより、図５（Ｂ）の矢印ＡＲ４２に示すように、２つの導電部材４２１、４２２が互いに近づく方向へ変位する。そして、２つの導電部材４２１、４２２が互いに接触した第４状態をとる。
　本実施の形態に係る発電素子４は、導電製の布から筒状に形成された導電部材４２１、４２２と、環状の保持部材４１１と、を備える。これにより、実施の形態１、２で説明した発電素子１、２に比べて簡素な構成を有するので、発電素子３の製造工程を簡素化できる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、実施の形態１において、保持部材１１の形状が、円筒状、角筒状、その他の断面形状を有する筒状であってもよい。また、実施の形態２において、保持部材２１１が、２つのサブ保持部材２１１１、２１１２の端部同士が弾性材料から形成された連結部材を介して連結されたものであってもよい。
　実施の形態１では、保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１に接触している発電素子１の例について説明したが、これに限定されない。例えば保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２２に接触しているものであってもよい。或いは、保持部材１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１、１２２のいずれにも接触していないものであってもよい。この場合、保持部材１１は、第１状態において、電極１２１、１２２の対向方向における電極１２１とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離と電極１２２とポリマ繊維体ＦＢとの間の距離との和に相当する距離が前述の第１基準距離となるように電極１２１、１２２を保持するようにすればよい。また、実施の形態２においても、保持部材２１１が第１状態にある場合、ポリマ繊維体ＦＢが電極１２１、１２２のいずれにも接触していないものであってもよい。
　実施の形態４では、ポリマ繊維体ＦＢは、導電部材４２１のみに固定されている例について説明したが、これに限らず、例えば、ポリマ繊維体ＦＢが、２つの導電部材４２１、４２２の両方に固定されているものであってもよい。
　実施の形態４では、導電部材４２１、４２２が、導電性の糸を編むことにより形成される導電製の布から筒状に形成されたものである例について説明したが、これに限らず、例えば導電部材４２１、４２２が、導電性の繊維を含む不織布から筒状に形成されたものであってもよい。或いは、導電部材４２１、４２２が例えば金属ワイヤから形成されたメッシュ状のものであってもよい。また、実施の形態４では、保持部材４１１が、弾性材料から環状に形成されたものである例について説明したが、これに限定されない。例えば実施の形態１で説明した弾性材料から形成された筒状の部材であってもよい。
　各実施の形態において、ポリマ繊維体ＦＢは、そのヤング率が１Ｐａ以上１×１０９Ｐａ以下であり、好ましくは１００Ｐａ以上１×１０５Ｐａ以下である多孔質構造の帯電体であってもよい。また、ポリマ繊維体ＦＢを構成する非圧電ポリマの繊維は、断面が楕円形状であってもよいし、断面が矩形、星形またはその他の形状であってもよい。
　実施の形態１、２では、ポリマ繊維体ＦＢが、ポリマ繊維体ＦＢの中央部を通る一つの仮想平面で区分されたときの一方側に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し他方側に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在しているものについて説明した。但し、仮想平面は、必ずしもポリマ繊維体ＦＢの中央部を通るものに限定されるものではなく、例えばポリマ繊維体ＦＢ内における中央部からずれた位置を通るものであってもよい。
　以上、本発明の各実施の形態および変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態及び変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。
　本発明に係る発電素子の一部を構成するポリマ繊維体およびポリマ繊維体の製造方法について、実施例に基づいて説明する。
（実施例１）
　非圧電ポリマとしてポリスチレンを使用してエレクトロスピニング法によりポリマ繊維体を作製し、作製したポリマ繊維体について特性を評価した。エレクトロスピニング法において使用するポリスチレンは、重量平均分子量が約２８万のものとし、溶媒にＮ，Ｎ－ジメチルホルムアミドを使用した。まず、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド４．７２８０ｇに、ポリスチレンを２．０２６９ｇ溶解させた。ポリスチレンの溶媒への溶解は、室温且つ大気圧下においてマグネットスターラを使用して撹拌した。
　エレクトロスピニング装置としては、特開２０１６－２２３０５５号公報に記載されているものと同様のものを使用した。具体的には、シリンジに金属ノズル（内径０．１８ｍｍ）を装着した。また、シリンジポンプは、ＫＤ－１００（ＫＤ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｉｎｃ．社製）を使用した。コレクタは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）薄膜電極がコートされたガラス基板を使用した。金属ノズルとコレクタ間の距離は１２ｃｍとし、電圧印加手段には、ＨＡＲｂ－３０Ｒ１（松定プレシジョン株式会社製）を使用した。なお、ポリマ繊維体を作製する際のシリンジポンプによる金属ノズルからの非圧電ポリマ溶液の吐出速度は、０．２５ｍｌ／ｈｒとし、金属ノズルとコレクタ間に印加する電圧は、金属ノズル側を高電位にして５．０ｋＶに設定した。また、ポリスチレンの繊維の堆積時間は、８ｍｉｎとした。このようにして、平均繊維径が３．８８μｍであるポリスチレンの繊維から構成されたポリマ繊維体を得ることができた。
　作製されたポリマ繊維体について、図６（Ａ）および（Ｂ）に示す測定装置を使用してポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷を計測した。測定装置は、ガラス基板２０１と、ガラス基板２０１上に設けられたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）から形成された電極２０２と、電極端子１０１と、発生電荷測定部１００と、を備える。発生電荷測定部１００は、ポリマ繊維体ＦＢで発生し、電極２０２または電極端子１０１を介して入力される電荷の量を出力する。図６（Ａ）に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに接触した状態から距離Ｗ１だけ電極２０２側へ押し込んだ場合の結果を図７（Ａ）に示す。図７（Ａ）において、Ｓ１１は、押圧荷重を０．０５Ｎに設定した場合、Ｓ１２は、押圧荷重を０．１４Ｎに設定した場合、Ｓ１３は、押圧荷重を０．２１Ｎに設定した場合、Ｓ１４は、押圧荷重を０．２８Ｎに設定した場合のプロファイルを示す。また、時刻Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４が、電極端子１０１を押し込んだタイミングであり、時刻Ｔ２１、Ｔ２２、Ｔ２３、Ｔ２４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢから離脱させたタイミングである。図７（Ａ）に示すように、電極端子１０１を電極２０２側へ押し込む際の押圧力が大きいほどポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷量が大きくなることが判った。
　次に、図６（Ｂ）に示すように、電極端子１０１を、ポリマ繊維体ＦＢの表面から８７μｍだけ離した状態から、予め設定された位置までポリマ繊維体ＦＢに近づけた後、再び元のポリマ繊維体ＦＢの表面から８７μｍだけ離した状態に復帰させたときに、ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量を測定した結果を図７（Ｂ）に示す。Ｓ２１は、図６（Ｂ）に示すように電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢに向かって距離Ｗ２が２１μｍまで近づけた場合、Ｓ２２は、図６（Ｂ）に示す距離Ｗ２が０μｍ、即ち、ポリマ繊維体に接触して押し込んでいない場合、Ｓ２３は、距離Ｗ１が６μｍまでポリマ繊維体ＦＢを押し込んだの場合、Ｓ２４は、距離Ｗ１が１４μｍまでポリマ繊維体ＦＢを押し込んだ場合のプロファイルを示す。また、時刻Ｔ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、Ｔ３４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢに近づけたもしくは押し込んだタイミングであり、時刻Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、Ｔ４４が、電極端子１０１をポリマ繊維体ＦＢから離間させたもしくは離脱させたタイミングである。図７（Ｂ）に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに近づきさらに接触してから押し込む際、電極端子１０１の総押し込み距離，すなわち（８７μｍ－Ｗ２＋Ｗ１）が大きいほど，ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷量が大きくなることが判った。
　次に、電極端子１０１を、ポリマ繊維体ＦＢの表面から３３５．１μｍだけ離した状態から、予め設定された位置までポリマ繊維体ＦＢに近づけた後、再び元のポリマ繊維体ＦＢの表面から３３５．１μｍだけ離した状態に復帰させたときに、ポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量を測定した結果を図８に示す。図８において、距離Ｗ２が０よりも大きい場合、電極端子１０１とポリマ繊維体ＦＢとが非接触の状態であり、距離Ｗ２が０未満の場合、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢとが接触した状態である。図８に示すように、電極端子１０１がポリマ繊維体ＦＢに接触してから押し込まれる際、電極端子１０１の単位変位量当たりのポリマ繊維体ＦＢに発生する電荷の量の増加率が上昇していることが判った。
（実施例２）
　コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ａ）に示すような、アルミニウム箔５０１上にポリマ繊維体ＦＢが堆積された実施例２に係る試料５００Ａを作製した。そして、実施例２に係る試料５００Ａについて、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ａの表面電位を計測した。このとき、図９（Ａ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ａのポリマ繊維体ＦＢに対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５０１は接地電位に維持した。表面電位計としては、春日電機社製ＫＳＤ－３０００を使用した。表面電位を計測した結果、ポリマ繊維体ＦＢの表面電位は、４３９Ｖであった。
（実施例３）
　コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ｂ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２それぞれの上にポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２が堆積された試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を作製した。そして、試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を図９（Ｂ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が同じになるように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねて試料５００Ｂを作製した。この実施例３に係る試料について、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ｂのポリマ繊維体ＦＢ側の表面電位を計測した。このとき、図９（Ｂ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ｂ２のポリマ繊維体ＦＢ２に対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５２１は接地電位に維持した。表面電位計は、実施例２の場合と同じものを使用した。表面電位を計測した結果、ポリマ繊維体ＦＢ２の表面電位は、５３６Ｖであった。つまり、 アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が同じになるように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねてなるいわゆる２層構造の実施例３に係る試料５００Ｂの場合、いわゆる単層構造の実施例２に係る試料５００Ａに比べて表面電位が増加することが判った。
（実施例４）
　コレクタをアルミニウム箔として、実施例１と同様の方法により、図９（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２それぞれの上にポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２が堆積された試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を作製した。そして、試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を図９（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が互いに逆向きでありポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２同士が対向するように重ねて試料５００Ｃを作製した。この実施例４に係る試料５００Ｃについて、非接触型の表面電位計を用いて試料５００Ｃの表面電位を計測した。このとき、図９（Ｃ）に示すように、表面電位計の測定プローブ５９１を、試料５００Ｂ２のアルミニウム箔５２２に対向する位置に配置した。また、アルミニウム箔５２１は接地電位に維持した。表面電位計は、実施例２の場合と同じものを使用した。表面電位を計測した結果、試料５００Ｃの表面電位は、２１Ｖであった。つまり、 アルミニウム箔５２１、５２２とポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２との並び方向が互いに逆向きでありポリマ繊維体ＦＢ１、ＦＢ２同士が対向するように試料５００Ｂ１、５００Ｂ２を重ねてなる２層構造の実施例４に係る試料５００Ｃの場合、いわゆる単層構造の実施例２に係る試料５００Ａに比べて表面電位が大きく低下することが判った。
　以上の結果から、ポリマ繊維体ＦＢは、正負の電荷の分布に偏りがある状態で正負の電荷を担持するという特異な担持モデルであると考察された。特に、実施例３に係る試料５００Ｂの表面電位が実施例２に係る試料５００Ａの表面電位に比べて大きく、一方、実施例４に係る試料５００Ｃの表面電位が実施例２に係る表面電位に比べて極端に小さいという結果から、ポリマ繊維体ＦＢ、ＦＢ１、ＦＢ２内の電荷の分布が、ポリマ繊維体ＦＢ、ＦＢ１、ＦＢ２内において、図９（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、アルミニウム箔５０１、５２１、５２２の厚さ方向における一方に正の電荷が負の電荷よりも多く偏在し、他方に負の電荷が正の電荷よりも多く偏在するという電荷帯電モデルで説明できることが判った。
　本出願は、２０１９年４月５日に出願された日本国特許出願特願２０１９－０７２４４８号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１９－０７２４４８号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。
　本発明は、生体の動作をセンシングするためのセンサもしくは生体の動作から発電する発電素子として好適である。
１，２，３，４：発電素子、１１，２１１，３１１，４１１：保持部材、１１ａ：第１部位、１１ｂ：第２部位、１００：発生電荷測定部、１０１：電極端子、１２１，１２２：電極、２０１：ガラス基板、２０２：電極、３２１，３２２，４２１，４２２：導電部材、５００Ａ，５００Ｂ，５００Ｃ，５００Ｂ１，５００Ｂ２：試料、５０１，５２１，５２２：アルミニウム箔、５９１：測定プローブ、９００：エレクトロスピニング装置、９０１：シリンジ、９０２：コレクタ、９０３：シリンジポンプ、９１１：ノズル、２１１１，２１１２：サブ保持部材、３１１１，３１１２：シート部材、３１１１Ａ，３１１１Ｂ，３１１２Ａ，３１１２Ｂ，Ｐ３１，Ｐ３２：端部、Ａ１１：第１領域、Ａ１２：第３領域、Ａ２１：第２領域、Ａ２２：第４領域、Ａ３１：第５領域、Ａ３２：第６領域、Ｃ１：中央部、Ｅ：電圧印加手段、ＦＢ，ＦＢ１，ＦＢ２：ポリマ繊維体、Ｊ１：筒軸、ＶＰＬ：仮想平面、Ｗ３，Ｗ５３：第１基準距離、Ｗ４，Ｗ５２：第２基準距離

Claims (13)

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