JP2013219922A

JP2013219922A - 起電フィルムと発電装置

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Publication number: JP2013219922A
Application number: JP2012088396A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Murase; 将幸村瀬; Takayuki Nojima; 孝之野島
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Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: JP5994347B2

Abstract

【課題】磁力を必要とせずに回転運動を電気エネルギーに変換する発電装置を提供する。
【解決手段】基材フィルムの一方の面に、導電層が設けられるとともにその上に被接触物と剥離したときに帯電する帯電層１６が設けられており、導電層と導通する導電帯１４が他方の面に等間隔でストライプ状に設けられている起電フィルム１を用い、該起電フィルム１を、帯電層１６が外側になるとともに、導電帯１４が内側で周方向に間隔を置いて配されるように回転芯に巻き付けてなる一対の帯電回転体３１、３３を互いに接触した状態で反回転させ、回転している各帯電回転体３１、３３の導電帯１４に間歇接続可能に接続手段４８、４９を固定し、帯電回転体３１、３３の一方は接続手段４８、４９を介して外部回路の＋電極側に接続され、帯電回転体３１、３３の他方は接続手段４８、４９を介して外部回路の−電極側に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、起電フィルムと、これを利用した発電装置に関する。

近年、風力発電、太陽光発電、波力発電、地熱発電などの再生可能エネルギーの普及が切望されている。これらの再生可能エネルギーの中でも、資源が豊富、安価、無尽蔵、偏在している、クリーンであるという特徴から、風力がエネルギー源として非常に注目されている。

風力で風車を回し、その回転運動を電気エネルギーに変換する風力発電の原理としては、電磁誘導の原理が一般的に利用されている。このような技術は、例えば下記非特許文献１に記載されている。非特許文献１に記載されている発電機の原理的な構成について図１０に示す。図１０のように、磁石１１１のＮ極１１１ＮとＳ極１１１Ｓの間に磁気が生じており、その中で回転軸を持った導線（コイル）１１３を回転できるようにして、回転軸の方から導線１１３を取り出し、円周方向に半割れになった整流子１１５、１１５に接続されている。この整流子１１５、１１５は相互に絶縁されていて、両側から接触器１１７、１１７で挟まれている。コイル（導線１１３）の回転軸を外部の力で回転させると、導線１１３が磁気（磁束）の中を移動することになるので、導線１１９に電気（起電力）が発生し、外部回路に電流が流れる。

久保大次郎著，「マイクロ風力発電機の設計と製作」，（第３版），ＣＱ出版株式会社，２０１１年６月１日，ｐ．６１−６２

しかしながら、非特許文献１にある発電機のように、導線が磁気（磁束）の中を移動することで、導線に電気（起電力）を発生させる仕組みであると、永久磁石などのような磁気を発生させるものが必要となり、発電装置の重量が重くなってしまったり、発電装置が嵩張ってしまうという課題がある。

そこで、本発明は上記課題を解決するものであって、磁力を必要とせずに回転運動を電気エネルギーに変換して発電することができる起電フィルムと、これを利用した発電装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、基材フィルムの一方の面の全面に、導電層が設けられており、前記基材フィルムの他方の面には導電帯が等間隔でストライプ状に設けられ、前記導電層と前記導電帯は導通しており、前記導電層の上には、被接触物と剥離したときに帯電する帯電層が設けられている起電フィルムである。

このような起電フィルムによれば、帯電層が外側になるように円筒形の回転芯に巻き付けてなる２つの帯電回転体を相互の帯電層が接触した状態で反回転させると、両帯電層が連続的に剥離帯電する。それにより各帯電回転体の導電層が誘起帯電して両帯電回転体の導電層に電位差を生じる。そして、導電層には導電帯が導通しているため、導電層に蓄積された電荷を、導電帯を通じて取り出すことができる。

そこで、この起電フィルムを用い、起電フィルムを、前記帯電層が外側になるとともに、前記導電帯が内側で周方向に間隔を置いて配されるように回転芯に巻き付けてなる一対の帯電回転体と、前記一対の帯電回転体を外部回路に対してそれぞれ電気的に接続する一対の接続手段とを備え、前記一対の帯電回転体は、互いに接触した状態で反回転し、前記接続手段は、回転している各帯電回転体の導電帯に対して間歇接続可能に前記帯電回転体とは独立して固定されており、前記帯電回転体の一方は前記接続手段を介して外部回路の＋電極側に接続され、前記帯電回転体の他方は前記接続手段を介して外部回路の−電極側に接続される、発電装置を構成することができる。

前記導電層のシート抵抗が１０００Ω/□以下であると、より効率よく電流を発生させることができ好ましい。また、前記導電層―前記導電帯間の抵抗が１０００Ω以下である場合もより効率よく電流を発生させることができ好ましい。

また、発電装置において、帯電回転体の回転動力は風力であるのが好ましい。

本発明によれば、磁力を必要とせずに回転運動を電気エネルギーに変換して発電することができる。

本発明の実施形態に係る起電フィルムの斜視図である。本発明の実施形態に係る発電装置の斜視図である。（Ａ）は図２に示される発電装置を構成する帯電回転体を軸方向の一端側から見た斜視図であり、（Ｂ）は、その一端を拡大して示す図である。図３に示される帯電回転体を軸方向の他端側から見た斜視図である。図３に示される帯電回転体の正面図である。図３に示される帯電回転体の側面図である。図２に示される発電装置を構成する２つの帯電回転体の正面図である。本発明の他の実施形態に係る発電装置の斜視図である。本発明の実施例１−１の起電フィルムを作成する過程で作成される導電フィルムの断面図である。従来の発電機の原理的な構成の概略を示す図である。

＜起電フィルム＞
図１に示されるように、本実施形態の起電フィルム１は、基材フィルム１１を備え、その一方の面の全面に導電層１２を備えるとともに、該導電層１２の上に帯電層１６を備えている。そして、基材フィルム１１の他方の面には、ストライプ状（縞模様状）に複数本の導電帯１４を備え、該導電帯１４は、導電層１２と基材フィルム１１の端面の外側を跨いで導通している。なお、各図においては、起電フィルムの各構成要素を明示するために、各構成要素の厚み寸法の比例関係が実際とは大きく異なっている場合がある。この起電フィルム１の構成要素について順に説明する。

〔基材フィルム１１〕
基材フィルム１１の材質は柔軟性を有するものであれば特に限定せず、各種材質のプラスチックフィルムを用いることができる。プラスチックフィルム材料の具体例としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ナイロン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ウレタン、シクロオレフィン樹脂、フッ素系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）等を用いることができる。

基材フィルム１１には、各種の添加剤が含有されていてもよい。そのような添加剤として例えば、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、滑剤、難燃剤等が挙げられる。

尚、基材フィルム１１と導電層１２との密着力を高めるために、基材フィルム１１に易接着処理、具体的には、プラズマ処理、コロナ放電処理、又は短波長紫外線照射処理や、アルミナ等の金属酸化物を含む多孔質性のインキ受容層を設ける等の方法を予め施しても良い。

〔導電層１２〕
導電層１２は、シート抵抗が１Ｅ＋６Ω／□以下の導電性を有するものであれば、その材質は特に限定されない。この導電層のシート抵抗が１Ｅ＋６Ω／□を超えると、流れる電流が小さくなるため、効果的に電流を取り出すことが困難となる。また、大きい電流を取り出すためには、できるだけシート抵抗が低いほうが好ましく、１０００Ω／□以下、さらに好ましくは、１００Ω／□以下であることが好ましい。導電層１２の厚みは、０．００１μｍ〜３０μｍが好ましい。０．００１μｍ未満となると、導電性が損なわれやすくなり、３０μｍを超えると、屈曲性が悪化し導電層１２にクラックが入りやすくなるという問題が生じる。導電層１２は、単層又は複数層で構成することができる。

例えば、導電層１２は、特開２００９−２５４８６号公報に記載された方法などで作製することができる。すなわち、導電層１２はスパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）によって形成される金属層、該金属層と金属酸化物を用いて前記方法で形成される酸化物層とが多層に積層された積層体により形成される。金属としては金、銀、銅の金属またはこれらの合金が用いられ、金属酸化物としてはインジウム錫酸化物、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化インジウム等が用いられる。ＰＶＤの条件、金属層、酸化物層の厚みなどは常法に従って設定される。

さらに、導電層１２は、特開２００５−１９７２２６公報、特開２０１１−１４３６８９号公報及び特開２００９−２５４８６号公報に記載された方法などでも作製することもできる。すなわち、導電性粒子の分散体を単一または、樹脂バインダー成分と溶剤に分散させて導電層形成用塗布液を調整し、塗布、乾燥、必要に応じて、焼成や電離線によって硬化する方法することで形成される。導電性粒子としては、例えば、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、鉄、コバルト、タングステン、チタン、インジウム、イリジウム、ロジウム、アモルファス銅等の金属や、例えば、銀−銅合金等の合金、銀−銅複合体等の金属複合体、銀めっき銅等の金属をさらに他の金属で被覆したもの等が挙げられる。なかでも、金、銀、銅、ニッケル、白金、パラジウム、鉄が好ましく、更に、金、銀、銅、ニッケルが好ましく、更に、導電性、コストの点で銀が好ましい。また、その他の導電性粒子としては、例えば、上記金属で被覆した無機物粉末、酸化銀、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化スズ、錫アンチモン酸化物、インジウム−スズ複合酸化物、インジウム亜鉛酸化物、インジウム−タングステン酸化物、インジウム− チタン酸化物、インジウムジルコニウム酸化物、フッ素錫酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物、ガリウム亜鉛酸化物等の金属酸化物、またはカーボンブラック、グラファイト等が挙げられるが、これらに限定されない。導電性粒子は、1種を単独で用いても、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。2種類以上の導電性物質を組み合わせて用いる場合、これら複数の物質は、混合物、混融物、分散物、被覆物など任意の形態であってよい。

樹脂バインダー成分としては、例えば、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、アミノ樹脂、等が挙げられるが、これらに限定されない。

導電層形成用塗布液の材料として、具体的には、ハリマ化成株式会社製、商品名：NPS-J、NPS、NPS-J-HTB、NPS-HTB、NPG-J、SP、SD、ST、SF、SL、SI、藤倉化成工業株式会社製、商品名：ドータイトD-362、D-500、D-550、XA-9015、FE-107、FN-101、XC-12、XC-3、XC-32、SH-3A、XA-436、FA-301CA、FA-401CA、SN-8400C、SN-8800G、XB-114、太陽インキ株式会社製、商品名：AＦ5100、トーヨーケム株式会社製商品名：RAFS FD、RA FS、RA RS FD、RA RSなどが挙げられる。

また、導電層は、特開２００８−２２２８５０号公報に記載された方法などでも作製することができる。すなわち、導電性高分子／ドーパント錯体、ラジカル重合性基（ここでは、ビニル基等のラジカル重合することができる官能基のことをいう）を有するアミド系化合物さらにアミン類、ノニオン性界面活性剤等を導電層形成用塗布液として用いることにより、導電性塗膜を得る方法である。

導電層形成用塗布液の塗布方法としては、従来公知の塗布技術を適宜利用することができる。基材フィルムの全面に成膜する導電層１２の塗布方法としては、ロールコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、バーコート法、ナイフコート法、ダイコート法、グラビアコート法、カーテンフローコート法やリバースコート法、キスコート法、インクジェット法などを採用できる。

〔導電帯１４〕
導電帯１４は、材料、抵抗値、厚みについては導電層１２と同様であるが、基材フィルム１１上に帯状（線状）に設けられている点で形態が導電層１２とは異なる。導電帯１４は等間隔でストライプ状（縞模様状）で設けられている。ライン幅（帯幅）ｗは、０．００１μｍ以上であることが好ましい。０．００１μｍを下回ると導電性が保持しにくくなる。

導電帯１４は、基材フィルム１１の反対側の面に設けられた導電層１２と導通している。導電帯１４を起電フィルム１の端面まで延設し、導電帯１４が導電層１２の端面に跨ることで導電帯１４と導電層１２とを導通させることができる。導電層１２−導電帯１４間の抵抗は１０００Ω以下であるのが好ましい。導電層１２−導電帯１４間の抵抗が１０００Ωを超過すると、電流が流れにくくなるなどの問題が生じやすくなる。電流を流れやすくし、より効率よく電流を取り出しやすくするためには、できるだけ抵抗が低い方が好ましく、より好ましくは１０Ω以下、最も好ましくは１Ω以下である。

導電帯１４の形成方法としては、上記導電層形成用塗布液を導電帯形成用塗布液とし、当該導電層形成用塗布液を塗布する方法が挙げられる。例えば、グラビア印刷、凹版印刷、オフセット印刷法、活版印法刷、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、静電印刷法、インクジェット法などを採用できる。

〔帯電層１６〕
帯電層１６は、被接触物と接触及び剥離したときに帯電する（剥離帯電する）ものである。帯電層１６を形成する組成物としては、被接触物と接触・剥離を繰り返すことで静電気を帯びる（剥離帯電する）ことができるものであれば特に限定されることはなく、例えば、ナイロン、シリコン、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、アセテート、天然ゴム、紙等を利用できる。また、テフロン（登録商標）などの非晶質フッ素樹脂をコロナ処理し、半永久的にマイナスの電荷を帯びた材料（エレクトレット材料）を適用することもできる。帯電層１６は、単層または複層で構成することができる。帯電層１６の厚みは、０．１μｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。０．１μｍを下回ると、帯電層１６が帯電しにくくなり、１０ｍｍを超過すると帯電した帯電層１６によって導電層１２が静電誘導される効果が低下し、導電層１２ともう一方の帯電回転体の導電層１２の間で生じる電位差が小さくなるため、発生する電流も小さくなってしまうという問題が生じやすくなる。

帯電層を形成する方法としては、硬化性組成物を主成分とする帯電層形成用塗布液を調製し、この塗布液を導電層上の全面にロールコーターやダイコーター等のコーティング装置を用いて塗布し、乾燥、必要に応じて硬化することで形成する。硬化性組成物としては、例えば、単官能（メタ）アクリレート、多官能（メタ）アクリレート、単官能ウレタンアクリレート、多官能ウレタンアクリレート、エポキシド、オキセタン、テトラエトキシシラン等の反応性化合物が挙げられる。

帯電層形成用塗布液には、その他の成分として各種添加剤を含有させることもできる。当該添加剤としては、例えば、無機又は有機の微粒子状充填剤、無機又は有機の微粒子状顔料、及びそれ以外の無機又は有機微粒子、重合体、重合開始剤、重合禁止剤、酸化防止剤、分散剤、界面活性剤、光安定剤及びレベリング剤等の添加剤が挙げられる。さらに、帯電層が形成されたときの最表層に配向して防水性を付与する効果のある材料を添加することもできる。このような防水性を付与する効果のある材料としては、2,2ビス（アクリロイルオキシ）プロピオン酸２ヒドロキシ1H、1H、2H、3H、3Hパーフルオロウンデシル、１-アクリロイルオキシ-2-ヒドロキシ-4.4.5.5.6.6.7.7-オクタフロオロデカンなどが挙げられる。
また、ウェットコーティング法において成膜後乾燥させる限りは、任意の量の溶媒を添加することができる。

また、帯電層１６を帯電層形成用塗液を塗布して形成することができなければ、接着層を利用してフィルム状の帯電層組成物を導電層１２上に接着して設けることもできる。

＜発電装置＞
次に、起電フィルム１を利用した発電装置の実施の形態について、具体的に説明する。図２に示されるように、発電装置２１は、軸回りに回転する円筒形の回転芯２３に、起電フィルム１が巻きつけられて成る一対の帯電回転体３１、３３を備える。

各帯電回転体３１、３３において、起電フィルム１が巻きつけられている回転芯２３は、絶縁体からなる。本実施形態では、回転芯２３は、ゴム製ロールからなり、ＡＢＳ樹脂製のシャフト２５を軸芯とし、その軸方向の中間に保持されている。シャフト２５の両端はベアリング２７で回転可能に支持されている。起電フィルム１は、このゴム製の回転芯２３の外周に、導電帯１４が軸方向に平行になるとともに、導電帯１４が内側、帯電層１６が外側になるように巻き付けられて保持されている。本実施形態では、図６に示されるように、起電フィルム１の導電帯１４は、軸周りに１２０°間隔で配置されている。図３〜図５に示されるように、各帯電回転体３１、３３では、起電フィルム１は、回転芯２３に対し、その軸方向の一端２３ａでは回転芯２３からはみ出しており、他端２３ｂでは回転芯２３上に収まっている。

両帯電回転体３１、３３は、図２に示されるように平行に配され、シャフト２５の両端がゴムバンド２９で結束されて帯電層１６が互いに圧接した状態が保持されている。一方の帯電回転体３１は、軸芯（シャフト２５）の一端に一体的に風車（プロペラ）３９が設けられており、風力で風車３９が回ることで、この帯電回転体３１が回転する。そして、他方の帯電回転体３３は、回転する一方の帯電回転体３１との間に生じる摩擦力により従動回転する。

２つの帯電回転体３１、３３は、図７に示されるように、互いに接触する接線を対称軸として、導電帯１４が対称に配置されており、その回転位相が両帯電回転体３１、３３の間で等しい。各帯電回転体３１、３３のそれぞれに対しては、接続手段としてのカーボンブラシ４８、４９が、各帯電回転体３１、３３とは独立して固定手段５１、５２（図２）により固定されており、回転する帯電回転体３１、３３の導電帯１４に間歇的に接触するようになっているとともに、両カーボンブラシ４８、４９は、互いに同時に導電帯１４に接触するようになっている。そして、カーボンブラシ４８、４９にリード線４５を接続し、該リード線４５を通じて電気機器４７に電力を供給することができる。

この発電装置２１の発電機構について説明する。図２に示されるように、発電装置２１の風車（プロペラ）３９が風を受けて回転し、帯電回転体３１と帯電回転体３３とが回転すると、帯電回転体３１と帯電回転体３３の帯電層１６が接触・剥離を繰り返し、それぞれ剥離帯電する。すなわち、帯電回転体３１の帯電層がプラスに帯電した場合は、帯電回転体３３の帯電層１６はマイナスに帯電し、帯電回転体３１の帯電層１６がマイナスに帯電した場合は、帯電回転体３３の帯電層１６はプラスに帯電する。そして、図７に示されるように、帯電した帯電層１６によって、その下の導電層１２が誘起帯電するため、帯電回転体３１の導電層１２と帯電回転体３３の導電層１２には電位差が生じる。このように電位差が生じた帯電回転体３１の導電層１２と帯電回転体３３の導電層１２が、各々に導通する導電帯１４、１４、カーボンブラシ４８、４９を通じて接触することで、電流が流れる。その際、帯電層１４が導電層１２で覆われているため、帯電層１４から空気中への放電は抑制されており、導電層１２に蓄えられた電荷は、導電帯１４にカーボンブラシ４８、４９が接触したときにカーボンブラシ４８、４９を通じて一気に放出される。そこで、一対の帯電回転体３１、３３に接続されたカーボンブラシ４８、４９うち一方を外部回路の＋電極側に、他方を−電極側に接続して、外部回路中の電力消費手段としての電気機器４７に電力を供給することができる。

本実施形態の発電装置２１によれば、磁力を利用することなく電流を発生させることができる。また、この発電装置２１によれば、風車３９の周速（帯電回転体３１、３３の周速）が速いほど発電量を多くすることができるが、風車３９の周速が遅くても、帯電回転体３１、３３が回転してさえいれば、両帯電層１６が剥離帯電するため発電は可能である。つまり、発電量は、風車３９の周速（帯電回転体３１、３３の周速）に比例するとともに両帯電層１６の接触面積に比例するため、風車３９の周速が遅くても、両帯電層１６の接触面積を大きくすればある程度の発電が可能である。例えば、風速の小さい住宅地などに設置する場合など、風車３９（帯電回転体３１、３３）の回転速度が遅くなることが予測される場合であっても、帯電回転体３１、３３を長くして互いの接触面積を大きくすれば、一定の発電量を確保することができる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態の発電装置では、導電帯１４に対して接続手段のカーボンブラシ４８、４９を直に接触させることで、導電帯１４と接続手段とを直接電気的に接続した例を示したが、導電帯１４と接続手段とは、導線等を通じて間接的に接続してもよい。例えば、図８に示されるように、導電体１４と接続手段とを導電テープ３５を介して接続することができる。導電テープ３５は、アルミを基材とし、その片面に導電性の粘着剤が塗られた導電性を有する粘着テープであり、厚み方向及び面方向に電気を通すことができる。この実施形態では、導電テープ３５が、各導電帯１４を覆うように該導電帯１４に沿って貼付されているとともに、互いの間隔を保持したまま回転芯２３の端面上を経由してシャフト２５の外周面上に延設されている。そして、帯電回転体３１、３３の夫々に対応する接触手段としての銅板４１、４３が、シャフト２５上の導電テープ３５に対して同時に間歇的に接触するように、各帯電回転体３１、３３とは独立して固定手段５１、５２により固定されている。

なお、上記実施形態の発電装置では、帯電回転体の回転動力として風力を用いる例を示したが、回転動力は風力に限定されない。例えば、水力を動力としたり、あるいは、自動車等の回転動力を有する機器の回転軸に取り付けて該回転軸に従動して回転するようにすることもできる。

以下に、図１に示される起電フィルムの具体的な実施例を用いて図２に示される発電装置を構成し、その性能を評価した結果について説明するが、本発明は、以下の実施例により制限されるものではない。

先ず、実施例１−１〜１−３の起電フィルムを作成した。各起電フィルムの作成にあたり、予め以下の手順で帯電層形成用塗布液Ａ〜Ｃを調製した。

（１）帯電層形成用塗布液Ａの調製
多官能ウレタンアクリレート（日本合成化学工業（株）製、商品名「紫光ＵＶ−７６００Ｂ」）７０質量部と、光重合開始剤〔チバスペシャルティケミカルズ（株）製、イルガキュア９０７〕２質量部と、シリカ微粒子（平均粒子径：１０〜２０ｎｍ）３０質量部と、メチルイソブチルケトン２０００質量部とを混合し、帯電層形成用塗布液Ａを得た。

（２）帯電層形成用塗布液Ｂの調製
３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４'−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート１００質量部と、光重合開始剤〔三新化学工業（株）製、サンエイドＳＩ−４５Ｌ〕２質量部と、イソプロピルアルコール２０００質量部とを混合し、帯電層形成用塗布液Ｂを得た。

（３）帯電層形成用塗布液Ｃの調製
重合性反応基（アクリロイロキシ基）含有含フッ素樹脂（オプツールＡＲ−１１０、ダイキン工業(株)製）１００質量部と、重合性反応基（アクリロイロキシ基）を４つ有するポリエーテル変性ポリジメチルシロキサン添加剤〔商品名「ＢＹＫ−ＵＶ３５７０」、ビック・ケミー（株）製〕を８質量部混合し、光重合開始剤（商品名「ＩＲＧＡＣＵＲＥ９０７」、チバスペシャリティケミカルズ（株）製）５部及びＩＰＡ２０００部を混合して、イソプロピルアルコール２０００質量部とを混合し、帯電層形成用塗布液Ｃを得た。

［実施例１−１］
以下の工程１〜３を経て実施例１−１の起電フィルムを作成した。
（工程１）
＜導電層１２の形成＞
基材フィルム１１として厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の透明フィルムを準備し、図９に示される３層からなる導電層１２を形成した。
まず、基材フィルムの表面に対し、イオンビームソースによる乾式洗浄を行った。具体的には、Ａｒ（アルゴン）ガスに約３０体積％の酸素を混合して、１００Ｗの電力を投入し、イオン化されたＡｒイオン及び酸素イオンを生成した。イオンビームソースによりイオン化されたＡｒイオン及び酸素イオンを基材フィルム１１の表面に照射した。
続いて、乾式洗浄処理された基材フィルム１１の表面に、酸化亜鉛及び酸化チタン〔混合比、酸化亜鉛：酸化チタン＝９０．０：１０．０（質量比）〕ターゲットを用いてアルゴンガスに３体積％の酸素ガスを混合して導入し、０．７３Ｐａの圧力で、周波数５０ｋＨｚ、電力密度３．８Ｗ／ｃｍ^２、反転パルス幅２μｓｅｃのパルススパッタリングを行い、基材フィルム１１上に、厚さ３７ｎｍの酸化物層１２ａを形成した。
次いで、金を１．０質量％ドープした銀合金ターゲットを用いてアルゴンガスを導入し、０．７３Ｐａの圧力で、周波数５０ｋＨｚ、電力密度３．８Ｗ／ｃｍ^２、反転パルス幅１０μｓｅｃのパルススパッタリングを行い、酸化物層１２ａ上に、厚さ１３ｎｍの金属層１２ｂを形成した。
引き続き、酸化亜鉛及び酸化アルミニウム〔混合比、酸化亜鉛：酸化アルミニウム＝９５：５（質量比）〕ターゲットを用いてアルゴンガスを導入し、０．７３Ｐａの圧力で、周波数５０ｋＨｚ、電力密度２．５Ｗ／ｃｍ^２、反転パルス幅２μｓｅｃのパルススパッタリングを行い、金属層１２ｂ上に、厚さ１ｎｍの酸化物層１２ｃを形成した。基材フィルムの片面に３層の積層体で構成された導電層１２が設けられた図９に示すような導電フィルム３を得た。導電フィルム３の導電層１２が設けられた面のシート抵抗を非接触式シート抵抗測定器（ＮＡＧＹ社製ＳＲＭ−１２）を用いて測定したところ０．７Ω/□であった。

（工程２）
＜導電帯１４の形成＞
工程１で得られた導電フィルム３の導電層１２が設けられていない面に、銀微粒子からなる導電性ペーストインキ（藤倉化成株式会社製、商品名：ト゛ータイト D−362）を膜厚ｔ（図１参照）を７μｍ、ライン幅ｗを２００μｍ、隣接するライン間のスペースＳを５００ｍｍのストライプ状で、かつ、フィルムの端部で導電層１２と導電帯１４が接着するようパターン印刷し、その後、１８０℃で５分間乾燥し、導電帯１４を形成し、導電フィルム３に導電帯１４が設けられた導通フィルムを得た。得られた導通フィルムの導電帯１４と導電層１２間の抵抗を（デジタルマルチメータCD800aを用いて）測定したところ、０．７Ωであり、導通していることを確認した。

（工程３）
＜帯電層１６の形成＞
工程２で得られた導通フィルムに対し、導電層１２の表面に前記帯電層形成用塗布液Ａを、乾燥膜厚が１μｍになるようにグラビアコート法で塗布し、乾燥後、窒素雰囲気下で４００ｍＪ／ｃｍ^２の出力にて紫外線を照射して硬化させることにより、導電層１２上に帯電層１６が設けられた図１に示すような起電フィルム１を作製した。得られた起電フィルムの帯電層面上の表面抵抗率をデジタル絶縁計〔東亜ＤＫＫ（株）製、商品名：ＳＭ−８２２０〕を用いて測定したところ１．３Ｅ＋７Ω/□であった。

［実施例１-２］
実施例１-１の帯電層形成用塗布液Ａを、帯電層形成用塗布液Ｂへ変更し、乾燥後の膜厚が３μｍとなるように帯電層１６を形成する以外は、実施例１-１と同様にして起電フィルム１を作製した。得られた起電フィルムの帯電層面上の表面抵抗率をデジタル絶縁計〔東亜ＤＫＫ（株）製、商品名：ＳＭ−８２２０〕を用いて測定したところ３．５Ｅ＋１４Ω/□であった。

［実施例１-３］
実施例１-１の帯電層形成用塗布液Ａを、帯電層形成用塗布液Ｃへ変更し、乾燥後の膜厚が３μｍとなるように帯電層１６を形成する以外は、実施例１-１と同様にして起電フィルム１を作製した。得られた起電フィルムの帯電層面上の表面抵抗率をデジタル絶縁計〔東亜ＤＫＫ（株）製、商品名：ＳＭ−８２２０〕を用いて測定したところ１．２Ｅ＋１５Ω/□であった。

次に、得られた実施例１−１〜１−３の起電フィルムを用い、図２〜図７に示される発電装置の具体的な実施例２-１、２-２を作成した。

［実施例２−１］
＜帯電回転体３１の形成＞
外径２００ｍｍのＡＢＳ製のシャフトの中間に保持された、筒長さ５００ｍｍ、円半径２３９ｍｍのゴム状素材からなる円筒形回転体を回転芯とし、実施例１−１の起電フィルム（幅Ａ（図１）＝６００ｍｍ）を、導電帯の設けられた面が回転芯と密着するように取り付け、図３〜図６に示すような帯電回転体３１を得た。

＜帯電回転体３３の形成＞
実施例１−１の起電フィルムを実施例１−２の起電フィルムに変更する以外は、帯電回転体３１と同様にして帯電回転体３３を作製した。

＜発電装置２１の組み立て＞
図７に示すように帯電回転体３１の帯電層１６と帯電回転体３３の帯電層１６が接触するように配置させ、図２に示すよう発電装置２１を組み立てた。ここで、カーボンブラシ４８、４９としては電気抵抗率が０．０５μΩ・mのものを用いた。

［実施例２−２］
帯電回転体３３に取り付けた実施例１−２の起電フィルムを実施例１−３の起電フィルムに変更して発電装置を組み立てた。

＜性能評価＞
各発電装置について、取り付けた風車の周速が１m/min.（単位時間あたりに起電フィルムの帯電層を設けられた面が接触して剥離する面積：０．５〜０．６m^２/min）、の速度で回転するように風車に送風し、接続した発光ダイオードが点灯するかどうかを確認した。発光ダイオードが連続的に点滅した場合を○と評価し、その結果を各発電装置の構成とともに表１に示す。

表１から明らかなように、風車の周速が1m/min.と遅くとも、発光ダイオードが発光するほど発電できることを確認した。また、磁石などの磁力を有するものを設置せずとも、発電することを確認した。

１起電フィルム
１１基材フィルム
１２導電層
１４導電帯
１６帯電層
２１発電装置
２３回転芯
３１３３帯電回転体
３９風車
４８４９カーボンブラシ

Claims

基材フィルムの一方の面の全面に導電層が設けられており、前記基材フィルムの他方の面には導電帯が等間隔でストライプ状に設けられ、前記導電層と前記導電帯は導通しており、前記導電層の上には、被接触物と剥離したときに帯電する帯電層が設けられている起電フィルム。
前記導電層のシート抵抗が１０００Ω/□以下であることを特徴とする請求項１に記載の起電フィルム。
前記導電層―前記導電帯間の抵抗が１０００Ω以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の起電フィルム。
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の起電フィルムを、前記帯電層が外側になるとともに、前記導電帯が内側で周方向に間隔を置いて配されるように回転芯に巻き付けてなる一対の帯電回転体と、
前記一対の帯電回転体を外部回路に対してそれぞれ電気的に接続する一対の接続手段とを備え、
前記一対の帯電回転体は、互いに接触した状態で反回転し、
前記接続手段は、回転している各帯電回転体の導電帯に対して間歇接続可能に前記帯電回転体とは独立して固定されており、
前記帯電回転体の一方は前記接続手段を介して外部回路の＋電極側に接続され、前記帯電回転体の他方は前記接続手段を介して外部回路の−電極側に接続される、発電装置。
前記帯電回転体の回転動力が風力であることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。