(57)【要約】【課題】柔軟かつ圧力を多段検知できるセンサを提供する。【解決手段】本発明に係るセンサ４は、一対の電極１、２と、一対の電極の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成される中間層３とを有し、変形することで発電する素子４を、絶縁層５を介して複数積層して構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極と、前記一対の電極の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成される中間層とを有し、変形することで発電する素子を、絶縁層を介して複数積層して構成されるセンサ。
【請求項２】
前記絶縁層が、前記素子の間に配置される支持体により形成される間隙である請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記絶縁層が弾性体で請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記中間層がシリコーンゴムである請求項１ないし３の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記シリコーンゴムが、シロキサン結合を有し、前記中間層の一方側と他方側のうち変形の度合いが小さい側から内部に向かって酸素が増加して極大値を持ち、且つ、変形の度合いが小さい側から内部に向かって炭素が減少して極小値を持つ濃度プロファイルを有する請求項１ないし４の何れか１項に記載のセンサ。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１項に記載のセンサと、
前記センサに外力が加わった際、前記センサから出力される出力信号を処理する処理部を有するセンサシステム。
【請求項７】
前記センサから出力される出力信号から人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する判定部を有する請求項６に記載のセンサシステム。
【請求項８】
前記センサから出力される出力信号に基づき、人の存在と、加圧変化による人の動静であるかを分離して判定する判定部を有する請求項６に記載のセンサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ及びセンサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サービスロボットや協働ロボットと呼ばれる人と近い場所で利用されるロボットが増加している。そのため周囲の人の安全性を確保する機能がロボットには求められる。安全性確保のための技術としては、例えば人や物体と衝突したことを検知するためのセンサを設けることが挙げられる。センサとしては、例えば圧電素子を用いた接触センサが挙げられ、圧電素子としてはセラミック（ＰＺＴ）や高分子（ＰＶＤＦ）などがある。ロボットに接触センサ（センサ）を設ける場合、多くの場合でその表面に取り付けることになるが、取り付け場所を選ばずに備えることを考慮すると、センサは柔軟であることが望ましい。また、安全性の観点から考えるとロボット表面もできる限り柔らかい方が望ましい。柔軟な面に接触センサを取り付けるとなると、接触センサ自身も柔らかい方が良く、大きな変形に耐えられる特性も必要になってくる。これらの観点から上記ＰＺＴやＰＶＤＦなどの圧電体は好ましくない。
一方、柔軟な接触検知センサとして特許文献１にあるような接触帯電を利用したセンサが提案されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１では物質同士の接触帯電現象を利用しているため、圧力の変化に対して信号を得ることはできない。例えば、接客を行うサービスロボットのボディ全体に特許文献１に記載のセンサを設けた場合、人と衝突したことを検知することは可能だが、人に頭部を撫でられた場合でも衝突したと判断してしまう。ロボットのより高度な制御、人とのインタラクションを考えると、圧力の大きさを多段階で検知できることが求められる。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、柔軟かつ圧力を多段検知できるセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明に係るセンサは、一対の電極と、一対の電極の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成される中間層とを有し、変形することで発電する素子を、絶縁層を介して複数積層して構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、柔軟かつ圧力の大きさを多段的に検知できるセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発電素子を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る接触センサを示す側面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る発電素子を示す側面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る接触センサを示す側面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る接触センサを示す側面図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る接触センサを示す側面図。
【図７】同接触センサの評価構成図。
【図８】同接触センサに弱い力で圧力を与えたときの変形を表す模式図。
【図９】（実施例１の評価結果）同接触センサに弱い力で荷重を与えたときの発生電圧波形図。
【図１０】同接触センサに強い力で圧力を与えたときの変形を表す模式図。
【図１１】（実施例１の評価結果）同接触センサに強い力で圧力を与えたときの発生電圧波形図。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る接触検知システムを示す側面図。
【図１３】表面改質処理、及び不活性処理化処理を行った中間層（シリコーンゴム）のＸＰＳ測定結果を示す特性図。
【図１４】図１３で測定した中間層のＳｉ２ｐ結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフ。
【図１５】未処理の中間層（シリコーンゴム）のＸＰＳ測定結果を示す特性図。
【図１６】図１５で測定した中間層のＳｉ２ｐ結合エネルギーの厚み方向の変化を示すグラフ。
【図１７】表面改質処理、及び不活性処理化処理を行った中間層を有する素子の特性を説明するための断面模式図。
【図１８】第５の実施形態で説明した接触検知システムを採用した1つの形態を説明する図。
【図１９】第５の実施形態で説明した接触検知システムを採用した別な形態を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて説明する。実施形態において、同一機能や同一構成を有するものには同一の符号を付し、重複説明は適宜省略する。図面は一部構成の理解を助けるために部分的に省略する場合もある。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１、図２に基づいて第１の実施形態を説明する。
素子である発電素子４は、図１に示すように、第１の電極１と第２の電極２とにより一対の電極が形成され、第１の電極１と第２の電極２の間に挟まれるように中間層３が設けられている。便宜的に、第１の電極１を上部電極、第２の電極２を下部電極と称する場合がある。
中間層３はゴム又はゴム組成物からなり、積層方向（厚み方向）における一方側３ａ（本実施形態では上部電極側）が、該一方側３ａと他方側３ｂ（本実施形態では下部電極側）とで同じ変形付与力（外力とも称する）に対する変形の度合いが異なるように、且つ電荷を蓄積できるように表面改質処理及び／又は不活性化処理がなされている。この点については後で詳細に説明する。
【０００９】
図２は、本実施形態に係る発電素子４を用いたセンサ１０の構成を示す。センサ１０は、絶縁層５を介して発電素子４を複数積層させて構成されている。本実施形態では、２つの発電素子４の間に絶縁層５を配置した構成とされている。図２中、絶縁層５よりも上方に配置された発電素子４を上層発電素子６と称し、絶縁層５よりも下方に配置された発電素子４を下層発電素子７と称する場合がある。
絶縁層５としては、材質、形状、大きさ、厚さ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
絶縁層５の材質としては、例えば、高分子材料、弾性体であるゴムなどが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレンなどが挙げられる。
【００１０】
（第２の実施形態）
図３、図４に基づいて第２の実施形態を説明する。
素子である発電素子４Ａは、図３に示すように、第１の実施形態で説明した発電素子をカバー８で覆っている。つまり、発電素子４Ａは、第１の電極１と第２の電極２とにより一対の電極が形成され、第１の電極１と第２の電極２の間に挟まれるように中間層３が設けられているとともに、第１の電極１、第２の電極２及び中間層３を覆うカバー８を有している。
カバー８は、第１の電極１と第２の電極２と中間層３の保護を主たる目的としており、材質、形状、大きさ、厚さ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
図４は、本実施形態に係る発電素子４Ａを用いたセンサ１０Ａの構成を示す。このセンサ１０Ａは、絶縁層５を介して発電素子４Ａを複数積層させて構成されている。本実施形態では、２つの発電素子４Ａの間に絶縁層５を配置した構成とされている。図４中、絶縁層５よりも上方に配置された発電素子４を上層発電素子６Ａと称し、絶縁層５よりも下方に配置された発電素子４を下層発電素子７Ａと称する場合がある。
【００１１】
（第３の実施形態）
図５に基づいて第３の実施形態を説明する。
本実施形態に係るセンサ１０Ｂは、発電素子４Ａと発電素子４Ａの間に支持体１１を配置して空気層を形成して絶縁層５Ａを形成している。つまり、本実施形態に係る絶縁層５Ａは、複数の発電素子４Ａの間に配置される支持体１１と、支持体１１によって生じる間隙９からなる空気層で形成されている。
【００１２】
支持体１１としては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。支持体１１の材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
【００１３】
前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。前記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。前記導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料（例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど）、金属（例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなど、導電性高分子材料（例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど）、イオン液体などが挙げられる。
【００１４】
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
前記支持体１１の形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
前記支持体１１の形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子の構造に応じて適宜選択することができる。
【００１５】
（第４の実施形態）
図６に基づいて第４の実施形態を説明する。
本実施形態に係るセンサ１０Ｃは、発電素子４Ａと発電素子４Ａの間に絶縁層として発泡体１２を配置し、積層して構成されている。
発泡体１２としては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記発泡体の材質としては、ウレタン、ポリエチレン、シリコーンなどが挙げられる。
【００１６】
図７乃至図１１に基づいて、第４の実施形態における接触時の信号の評価結果を説明する。
【実施例１】
【００１７】
以下、第４の実施形態における実施例を説明する。「部」は、特に明示しない限り「質量部」を表す。「％」は、特に明示しない限り「質量％」を表す。
［中間層］
中間層３は、表面改質処理を施したシリコーンゴムの作製
ベース材料としてのシリコーンゴム（ＴＳＥ３０３３：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）１００部に、添加剤としてのチタン酸バリウム（和光純薬株式会社製、９３−５６４０）４０部を混合した。得られた混合物を、平均厚み１５０±２０μｍ、縦４０ｍｍ×横４０ｍｍを狙いとして、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム上に、ブレード塗装を実施し、中間層前駆体を得た。
−表面改質処理−
それを、約１２０℃で３０分間焼成した後、表面改質処理として、以下の条件でプラズマ処理を行った。
［プラズマ処理条件］
装置：ヤマト科学製：ＰＲ−５００
出力：１００Ｗ
処理時間：４分間
反応雰囲気：アルゴン９９．９９９％
反応圧力：１０Ｐａ
【００１８】
［電極］
電極１、２には平均厚み３０μｍの不織布導電シート（セーレン製、サイズ３０ｍｍ×３０ｍｍ）を用いた。
［カバー］
カバー８としては、厚さ７５μｍのＰＥＴラミネートフィルム（フェローズ製、サイズ５０ｍｍ×５０ｍｍ）を用いた。
前記中間層３を前記電極１、２の２枚で挟み、さらに前記ＰＥＴラミネートフィルムで挟み、８０℃でラミネートを施し、発電素子４Ａを得た。
［絶縁層］
絶縁層１２には、発泡体であるウレタンフォーム（富士ゴム産業製、厚さ２ｃｍ）を用いた。
【００１９】
［評価］
図７に評価構成を示す。上層発電素子６Ａと下層発電素子７Ａのそれぞれの電極間に１ＭΩの負荷抵抗２１、２２を接続し、抵抗間の電圧をオシロスコープ２０で記録する。
撫でるような弱い力（５．７ｋＰａ）で圧力Ｆを上層発電素子６Ａ側から与えたときのセンサ１０Ｃの模式図を図８に、そのときの発生信号を図９に示す。図９において、縦軸は上層発電素子６Ａと下層発電素子７Ａからの出力（電圧Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓ）を示す。
図８に示すように、弱い力を加えた場合は、上層発電素子６Ａのみが変形する。そのため図９に示すように上層発電素子６Ａのみ信号を発生し、下層発電素子７Ａからは信号が発生しない。
【００２０】
一方、強い力（５７ｋＰａ）で圧力Ｆを上層発電素子６Ａ側から与えたときのセンサ１０Ｃの模式図を図１０に、そのときの発生信号を図１１に示す。図１０において、縦軸は上層発電素子６Ａと下層発電素子７Ａからの出力（電圧Ｖ）を示し、横軸は時間（ｓ）を示す。
図１０に示すように、強い力で圧力Ｆを与えた場合は上層発電素子６Ａも下層発電素子７Ａも変形する。そのため、図１１に示すように信号は両方の発電素子から発生する。
【００２１】
このような評価結果から、一対の電極である第１の電極１と第２の電極２と、第１の電極１と第２の電極２の間に配置され、ゴム又はゴム組成物から形成される中間層３とを有して変形することで発電する発電素子４、４Ａを、絶縁層５、５Ａ、（発泡体１２）を介して複数積層してセンサ１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃとして構成すると、単層の場合に比べて圧力Ｆに応じた発電素子４、４Ａの変形が大きくなるので、圧力Ｆの大きさを１つのセンサで多段的に検知することができる。
また、発電素子４、４Ａは可撓性を有し、絶縁体も弾性を有しているので、発電素子４、４Ａを積層しても、センサに加わる圧力Ｆ（荷重）に対応して下層発電素子７、７Ａも十分に変形させることができる。このため、圧力Ｆの大きさをより安定して多段的に検知することができる。さらに、中間層３はゴム又はゴム組成物で構成されているので体積変形率が大きく、発電素子４、４Ａからの出力が金属材を用いる場合よりも大きくなり、より確実な検知を行える。
【００２２】
図７乃至図１１において、センサ１０Ｃの発電素子４Ａは２層構成で示しているが、層の数はそれ以上でも構わない。層の数を増やせば、その分だけ力の強さを判別する階調性を上げることが可能となる。
【００２３】
（第５の実施形態）
図１２を用いて第５の実施形態に係るセンサシステム１００について説明する。
図１２に示すように、本実施形態に係るセンサシステム１００は、絶縁体であり中間層を構成する発泡体（弾性体）としてスポンジ１２Ａを用い、スポンジ１２Ａを介して積層された２つの発電素子４Ａ、４Ａを備えたセンサ１０Ｄと、センサ１０Ｄに外力である圧力Ｆが加わった際、センサ１０Ｄ（発電素子４Ａ、４Ａ）から出力される出力信号を処理する処理部（以下「信号処理部と称す）３０を備えている。図中、スポンジ１２Ａよりも上方に位置する発電素子４Ａは上層発電素子６Ａであり、スポンジ１２Ａよりも下方に位置する発電素子４Ａは下層発電素子７Ａとなる。
信号処理部３０には、発電素子４Ａ、４Ａ（センサ１０Ｄ）が信号線を介して接続されている。信号処理部３０としては、発電素子４Ａ、４Ａそれぞれの出力信号を取り入れる入力端子を持ち、発電素子４Ａ、４Ａそれぞれの出力信号を処理できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
センサ１０Ｄは、多段的に圧力Ｆに応じた信号（電圧）を出力するので、ロボットなどの表面に設置して、表面に接触したものの判定に用いてもよい。あるいは、車両にセンサ１０Ｄを装着し、車両に物体が接触あるいは衝突した際の検知に用いるようにしてもよい。
【００２４】
図１８は、上記のセンサシステムをロボットアーム装置２００に適用した形態を示す。
図１８において、ロボットアーム装置２００は、多関節型のロボットアーム２０１と、ロボットアーム２０１の動作を制御するアーム制御部２１０を備えている。ロボットアーム２０１は、所定の位置でワークを把持して、別な位置で解放することでワークの搬送処理を行なうものである。ロボットアーム２０１の動作は、アーム制御部２１０によって、アーム駆動源の動作が制御されることで行なわれる。
ロボットアーム装置２００が設置される場所において、ロボットアーム２０１の稼働領域内には人の侵入が禁止されているが、メンテナンス時には、その可動範囲内に入って作業する場合や、誤って人が侵入してしまう場合がある。また、ロボットアーム装置２００が複数台、隣接設置されている場合、ロボットアーム同士の接触（干渉）も考慮しなくてはならない。
【００２５】
そこで、このロボットアーム装置２００は、上記センサ１０Ｄをロボットアーム２０１の周辺に設置している。具体的には、ロボットアーム２０１の関節部２０２、２０３、２０４によって接続されているアームロッド２０５、２０６、２０７の表面にセンサ１０Ｄをそれぞれ装着している。本実施形態において、センサ１０Ｄは可撓性を備えているので、アームロッド２０５〜２０７の表面に巻き付けるように装着している。各センサ１０Ｄは、整流回路３２を介して信号処理部３０に接続されている。
信号処理部３０には、信号処理部３０で信号処理された各センサ１０Ｄの出力に基づきロボットアーム２０１に接触した物体の種類を判定する判定部３１が信号線を介して接続されている。判定部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたコンピュータで構成されている。判定部３１の判定結果は、アーム制御部２１０に送信され、ロボットアーム２０１の動作制御にフィートバックされる。
判定部３１には、ロボットアーム２０１に接触した物体や状態を判定するための判定値が設定されている。判定部３１は、この判定値と信号処理部３０から送られる出力信号とを比較することで、ロボットアーム２０１に接触した物体や近接している存在を判別する。図１８の構成の場合、接触対象となるのは、人（人体）、人以外の物体とする。なお、ここでいう接触とは、センサ１０Ｄに直に触れるだけでなく、センサ１０Ｄの外側に保護層を備えている場合、当該保護層を介してセンサ１０Ｄに接触する間接接触も含まれる。
【００２６】
すなわち、センサ１０Ｄは、中間層が柔らかいゴムやスポンジ１２Ａ等の弾性体で形成されているため、人の脈動を含む人体の微細動を検出することが可能である。また下層発電素子７Ａは、上層発電素子６Ａを介して変形することにより、微細動よりも大きな圧力変化などを選択的に検知することが可能になる。このため、検知対象物に合わせた判定値を設定し、検出された微細動の値と判定値とを比較することで、人やモノの動静を判定することができる。つまり、判定部３１は人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する。
例えば、「ロボットアーム同士の軽い接触はロボットアーム装置２００を停止させずに回避動作をとる」、「ロボットアーム同士の強い接触は即時停止」、「人との接触（人の存在検知）は全て即時停止」などロボットアーム２０１を停止させるための接触状態（存在状態）の閾値を段階的に判断することができ、結果としてロボットアーム装置２００の運用上の安全を確保した上で、生産性を向上させることに寄与することができる。
【００２７】
また、図１９に示すように、椅子３００の着座部３０１に座ったときに人の臀部が近傍に位置するようにセンサ１０Ｄを設置してもよい。この場合でも、センサ１０Ｄは、図１８で説明したように、整流回路３２を介して信号処理部３０に接続されていて、センサ１０Ｄからの出力信号を信号処理部３０で取り込む。信号処理部３０には、判定部３１が信号線を介して接続されていて、各センサ１０Ｄからの出力に応じて接触対象物を判定する。つまり、判定部３１は人体の脈動を含めた微細動の情報を取得し、当該取得した微細動の情報に基づき人の存在を判定する。
図１９の構成のように、センサシステムを椅子３００に適用する場合、判定部３１は、予め設定されている判定値と信号処理部３０から送られる出力信号とを比較することで、着座部３０１上でセンサ１０Ｄに接触あるいは近接している物体を判別する。この接触、対象となるのは、人（人体）、人以外の物体である。検知する状態は、「人の存在（接触状態）」、「人とモノの判別」の２つの状態である。
すなわち、センサ１０Ｄは、中間層が柔らかいゴムやスポンジ１２Ａ等の弾性体で形成されているため、人の脈動を含む人体の微細動を検出することが可能である。また下層発電素子７Ａは、上層発電素子６Ａを介して変形することにより、微細動よりも大きな圧力変化などを選択的に検知することが可能になる。このため、検知対象物に合わせた判定値を設定し、検出された微細動の値と判定値とを比較することで、人やモノの動静を判定して、座ったときの重心変化や荷重変化を検知できる。つまり、判定部３１は、センサ１０Ｄから出力される出力信号に基づき、人の存在と、加圧変化による人の動静であるかを分離して判定する。ここでいう接触とは、センサ１０Ｄに直に臀部が触れるだけでなく、着座部３０１の表皮材やクッション材を介してセンサ１０Ｄに接触する間接接触も含まれる。
図１８、図１９では、信号処理部３０と判定部３１と整流回路３２を個別な構成として説明したが、信号処理部に判定部や整流回路３２を組み込んで構成してもよい。また、整流回路３２はセンサ自体に設けてもよい。
【００２８】
上記各実施形態において、中間層３には、表面改質処理及び不活性化処理を施したシリコーンゴムを用いている。表面改質処理を施すと、中間層の第１の電極側（上部電極側）３ａと第２の電極側（下部電極側）３ｂとは同じ変形付与力に対する変形の度合いが異なり、すなわち硬度が異なり、この特性により発電効率が向上する。
【００２９】
以下に、前記特性を発現させるための電極と中間層の材質等の詳細を説明する。
［第１の電極、及び第２の電極］
第１の電極、及び第２の電極の材質、形状、大きさ、構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
第１の電極、及び第２の電極において、その材質、形状、大きさ、構造は、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。
第１の電極、及び第２の電極の材質としては、例えば、金属、炭素系導電材料、導電性ゴム組成物、導電性高分子、酸化物などが挙げられる。
金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。炭素系導電材料としては、例えば、カーボンナノチューブ、炭素繊維、黒鉛などが挙げられる。導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーと、ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール、ポリアニリンなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム・酸化亜鉛（ＩＺＯ）、酸化亜鉛などが挙げられる。
前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料（例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー（ＣＦ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェンなど）、金属フィラー（金、銀、白金、銅、アルミニウム、ニッケルなど）、導電性高分子材料（ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど）、イオン液体などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
第１の電極の形状、及び第２の電極の形状としては、例えば、薄膜などが挙げられる。第１の電極の構造、及び第２の電極の構造としては、例えば、織物、不織布、編物、メッシュ、スポンジ、繊維状の炭素材料が重なって形成された不織布であってもよい。
前記電極の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、導電性及び可撓性の点から、０．０１μｍ〜１ｍｍが好ましく、０．１μｍ〜５００μｍがより好ましい。前記平均厚みが、０．０１μｍ以上であると、機械的強度が適正であり、導電性が向上する。また、前記平均厚みが、１ｍｍ以下であると、素子が変形可能であり、発電性能が良好である。
【００３０】
［中間層］
中間層は、可撓性を有する。
中間層においては、以下の条件（１）及び条件（２）の少なくともいずれかを満たす。
条件（１）：中間層の面に対して直交する方向から中間層が加圧された際に、中間層における第１の電極側（一方側）の変形量と、中間層における第２の電極側（他方側）の変形量とが、異なる。
条件（２）：中間層の第１の電極側における１０μｍ押し込み時のユニバーサル硬度（Ｈ１）と、中間層の第２の電極側における１０μｍ押し込み時のユニバーサル硬度（Ｈ２）とが、異なる。
中間層においては、以上のように、両面での変形量、又は硬度が異なることにより、大きな発電量を得ることができる。
本発明において、変形量とは、以下の条件で中間層を押し付けた際の、圧子の最大押し込み深さである。
【００３１】
｛測定条件｝
測定機：フィッシャー社製、超微小硬度計ＷＩＮ−ＨＵＤ
圧子：対面角度１３６°の四角錐ダイヤモンド圧子
初期荷重：０．０２ｍＮ
最大荷重：１ｍＮ
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間：１０秒間
【００３２】
ユニバーサル硬度は、以下の方法により求められる。
｛測定条件｝
測定機：フィッシャー社製、超微小硬度計ＷＩＮ−ＨＵＤ
圧子：対面角度１３６°の四角錐ダイヤモンド圧子
押し込み深さ：１０μｍ
初期荷重：０．０２ｍＮ
最大荷重：１００ｍＮ
初期荷重から最大荷重までの荷重増加時間：５０秒間
【００３３】
ユニバーサル硬度（Ｈ１）と、ユニバーサル硬度（Ｈ２）との比（Ｈ１／Ｈ２）としては、１．０１以上が好ましく、１．０７以上がより好ましく、１．１３以上が特に好ましい。比（Ｈ１／Ｈ２）の上限値としては、特に制限はなく、例えば、使用状態において要求される可撓性の程度、使用状態における負荷等により適宜選択されるが、１．７０以下が好ましい。ここで、Ｈ１は、相対的に硬い面のユニバーサル硬度であり、Ｈ２は、相対的に柔らかい面のユニバーサル硬度である。
中間層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ゴム、ゴム組成物などが挙げられる。ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、シリコーンゴムが好ましい。
前記シリコーンゴムとしては、シロキサン結合を有するゴムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記シリコーンゴムとしては、例えば、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、変性シリコーンゴム（例えば、アクリル変性、アルキッド変性、エステル変性、エポキシ変性）などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記ゴム組成物としては、例えば、フィラーと前記ゴムとを含有する組成物などが挙げられる。これらの中でも、前記シリコーンゴムを含有するシリコーンゴム組成物は発電性能が高いため好ましい。
【００３４】
前記フィラーとしては、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機無機複合フィラーなどが挙げられる。前記有機フィラーとしては、有機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記有機フィラーとしては、例えば、アクリル微粒子、ポリスチレン微粒子、メラミン微粒子、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂微粒子、シリコーンパウダー（シリコーンレジンパウダー、シリコーンゴムパウダー、シリコーン複合パウダー）、ゴム粉末、木粉、パルプ、デンプンなどが挙げられる。前記無機フィラーとしては、無機化合物であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００３５】
前記無機フィラーとしては、例えば、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、ケイ酸塩、窒化物、炭素類、金属、又はその他の化合物などが挙げられる。
前記酸化物としては、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。
前記炭酸塩としては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。
前記硫酸塩としては、例えば、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
前記ケイ酸塩としては、例えば、ケイ酸カルシウム（ウォラストナイト、ゾノトライト）、ケイ酸ジルコン、カオリン、タルク、マイカ、ゼオライト、パーライト、ベントナイト、モンモロナイト、セリサイト、活性白土、ガラス、中空ガラスビーズなどが挙げられる。
前記窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素などが挙げられる。
前記炭素類としては、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、フラーレン（誘導体を含む）、グラフェンなどが挙げられる。
前記金属としては、例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられる。
前記その他の化合物としては、例えば、チタン酸カリウム、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ジルコン酸鉛、炭化ケイ素、硫化モリブテン、などが挙げられる。なお、前記無機フィラーは、表面処理をしていてもよい。
【００３６】
前記有機無機複合フィラーとしては、有機化合物と無機化合物とを分子レベルで組み合わせた化合物であれば特に制限されずに用いることができる。
前記有機無機複合フィラーとしては、例えば、シリカ・アクリル複合微粒子、シルセスキオキサンなどが挙げられる。
前記フィラーの平均粒径は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０１μｍ〜３０μｍが好ましく、０．１μｍ〜１０μｍがより好ましい。前記平均粒径が、０．０１μｍ以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記平均粒径が、３０μｍ以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。
【００３７】
前記平均粒径は、公知の粒度分布測定装置、例えば、マイクロトラックＨＲＡ（日機装株式会社製）などを用いて、公知の方法に従って測定することができる。
前記フィラーの含有量は、ゴム１００質量部に対して、０．１質量部〜１００質量部が好ましく、１質量部〜５０質量部がより好ましい。前記含有量が、０．１質量部以上であると、発電性能が向上することがある。また、前記含有量が、１００質量部以下であると、中間層が変形可能であり、発電性能の増加を図ることができる。
前記その他の成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば添加剤などが挙げられる。前記その他の成分の含有量は、本発明の目的を損なわない程度で適宜選定することができる。
【００３８】
前記添加剤としては、例えば、架橋剤、反応制御剤、充填剤、補強材、老化防止剤、導電性制御剤、着色剤、可塑剤、加工助剤、難燃剤、紫外線吸収剤、粘着付与剤、チクソ性付与剤などが挙げられる。
前記中間層を構成する材料の調製方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記ゴム組成物の調製方法としては、前記ゴム及び前記フィラー、更に必要に応じて前記その他の成分を混合し、混錬分散することにより調製することができる。
前記中間層の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。例えば、前記ゴム組成物の薄膜の形成方法としては、前記ゴム組成物を、基材上にブレード塗装、ダイ塗装、ディップ塗装などで塗布し、その後、熱や電子線などで硬化する方法が挙げられる。
中間層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、変形追従性の点から、１μｍ〜１０ｍｍが好ましく、２０μｍ〜１ｍｍがより好ましい。また、平均厚みが、好ましい範囲内であると、成膜性が確保でき、かつ変形を阻害することもないため、良好な発電を行うことができる。
中間層は、絶縁性であることが好ましい。絶縁性としては、１０８Ωｃｍ以上の体積抵抗率を持つことが好ましく、１０１０Ωｃｍ以上の体積抵抗率を持つことがより好ましい。中間層は、複層構造であってもよい。
【００３９】
（表面改質処理、及び不活性化処理）
中間層において、両面での変形量、又は硬度を異ならせる方法としては、例えば、表面改質処理、不活性化処理などが挙げられる。これらの処理は、両方を行ってもよいし、片方のみを行ってもよい。
＜表面改質処理＞
表面改質処理としては、例えば、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理、紫外線照射処理、オゾン処理、放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線、中性子線）照射処理などが挙げられる。これらの処理の中でも、処理スピードの点から、プラズマ処理、コロナ放電処理、電子線照射処理が好ましいが、ある程度の照射エネルギーを有し、材料を改質しうるものであれば、これらに限定されない。
《プラズマ処理》
プラズマ処理の場合、プラズマ発生装置としては、例えば、平行平板型、容量結合型、誘導結合型のほか、大気圧プラズマ装置でも可能である。耐久性の観点から、減圧プラズマ処理が好ましい。
プラズマ処理における反応圧力としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０５Ｐａ〜１００Ｐａが好ましく、１Ｐａ〜２０Ｐａがより好ましい。
プラズマ処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性ガス、希ガス、酸素などのガスが有効であるが、効果の持続性においてアルゴンが好ましい。
その際、酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
プラズマ処理における照射電力量は、（出力×照射時間）により規定される。前記照射電力量としては、５Ｗｈ〜２００Ｗｈが好ましく、１０Ｗｈ〜５０Ｗｈがより好ましい。照射電力量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
【００４０】
《コロナ放電処理》
コロナ放電処理における印加エネルギー（積算エネルギー）としては、６Ｊ／ｃｍ２〜３００Ｊ／ｃｍ２が好ましく、１２Ｊ／ｃｍ２〜６０Ｊ／ｃｍ２がより好ましい。印加エネルギーが、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
【００４１】
《電子線照射処理》
電子線照射処理における照射量としては、１ｋＧｙ以上が好ましく、３００ｋＧｙ〜１０ＭＧｙがより好ましい。照射量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
電子線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
【００４２】
《紫外線照射処理》
紫外線照射処理における紫外線としては、波長３６５ｎｍ以下で２００ｎｍ以上が好ましく、波長３２０ｎｍ以下で２４０ｎｍ以上がより好ましい。
紫外線照射処理における積算光量としては、５Ｊ／ｃｍ２〜５００Ｊ／ｃｍ２が好ましく、５０Ｊ／ｃｍ２〜４００Ｊ／ｃｍ２がより好ましい。積算光量が、好ましい範囲内であると、中間層に発電機能を付与でき、かつ照射過剰により耐久性を低下させることもない。
紫外線照射処理における反応雰囲気としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アルゴン、ネオン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスが充填し酸素分圧を５，０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。反応雰囲気における酸素分圧が、５，０００ｐｐｍ以下であると、オゾンの発生を抑制でき、オゾン処理装置の使用を控えることができる。
【００４３】
従来技術として、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などにより励起又は酸化させることで活性基を形成し、層間接着力を高めることが提案されている。しかし、その技術は、層間への適用に限定され、最表面への適用はむしろ離型性を低下させるため好ましくないことがわかっている。また、反応を酸素リッチな状態下で行い、効果的に反応活性基（水酸基）を導入している。そのため、そのような従来技術は、本発明の前記表面改質処理とは本質が異なる。
【００４４】
本発明の前記表面改質処理は、酸素が少なく減圧された反応環境による処理（例えば、プラズマ処理）のため、表面の再架橋及び結合を促し、例えば、「結合エネルギーの高いＳｉ−Ｏ結合の増加」に起因して耐久性が向上する。
さらに加えて「架橋密度向上による緻密化」に起因して離型性が向上すると考えられる。なお、本発明においても一部活性基は形成されてしまうが、後述するカップリング剤や風乾処理にて、活性基を不活性化させている。
【００４５】
＜不活性化処理＞
中間層の表面は、各種材料を用いて、適宜不活性化処理が施されてもよい。
不活性化処理としては、中間層の表面を不活性化させる処理であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、不活性化剤を前記中間層の表面に付与する処理が挙げられる。不活性化とは、中間層の表面を、化学反応を起こしにくい性質に変化させることを意味する。この変化は、プラズマ処理、コロナ放電処理、紫外線照射処理、電子線照射処理などによる励起又は酸化によって発生した活性基（例えば、−ＯＨなど）を不活性化剤と反応させて、中間層の表面の活性度を下げることで得られる。
不活性化剤としては、例えば、非晶質樹脂、カップリング剤などが挙げられる。非晶質樹脂としては、例えば、主鎖にパーフルオロポリエーテル構造を有する樹脂などが挙げられる。
【００４６】
カップリング剤としては、例えば、金属アルコキシド、金属アルコキシドを含む溶液などが挙げられる。
金属アルコキシドとしては、例えば、下記一般式（１）で表される化合物や、重合度２〜１０程度のそれらの部分加水分解重縮合物又はそれらの混合物などが挙げられる。
Ｒ１（４−ｎ）Ｓｉ（ＯＲ２）ｎ・・・一般式（１）
ただし、一般式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、炭素数１〜１０の直鎖状又は分枝状のアルキル基、アルキルポリエーテル鎖、及びアリール基のいずれかを表す。ｎは、２〜４の整数を表す。
【００４７】
不活性化処理は、例えば、ゴムなどの中間層前駆体に前記表面改質処理を行った後に、中間層前駆体の表面に不活性化剤を塗布又はディッピング等により含浸させることによって行うことができる。
中間層前駆体としてシリコーンゴムを用いた場合は、前記表面改質処理を行った後に、空気中に静置して風乾することにより、失活させてもよい。
中間層の厚み方向における酸素濃度のプロファイルは、極大値を有することが好ましい。中間層の厚み方向における炭素濃度のプロファイルは、極小値を有することが好ましい。
中間層において、酸素濃度のプロファイルが極大値を示す位置と、炭素濃度のプロファイルが極小値を示す位置とは、一致することがより好ましい。
酸素濃度のプロファイル、及び炭素濃度のプロファイルは、Ｘ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）によって求めることができる。
測定方法は、例えば、以下の方法が挙げられる。
【００４８】
｛測定方法｝
測定装置：Ｕｌｖａｃ−ＰＨＩ  ＱｕａｎｔｅｒａＳＸＭ、アルバック・ファイ株式会社製
測定光源：Ａｌ（ｍｏｎｏ）
測定出力：１００μｍφ、２５．１Ｗ
測定領域：５００μｍ×３００μｍ
パスエネルギー：５５ｅＶ（ｎａｒｒｏｗ  ｓｃａｎ）
エネルギーｓｔｅｐ：０．１ｅＶ（ｎａｒｒｏｗ  ｓｃａｎ）
相対感度係数：ＰＨＩの相対感度係数を使用
スパッタ源：Ｃ６０クラスターイオン
Ｉｏｎ  Ｇｕｎ  出力：１０  ｋＶ、１０  ｎＡ
Ｒａｓｔｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ：（Ｘ＝０．５、Ｙ＝２．０）ｍｍ
スパッタレート：０．９ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ２換算）
ＸＰＳでは、光電子効果により飛び出す電子を捕捉することにより、測定対象物中の原子の存在濃度比や結合状態を知ることができる。
【００４９】
シリコーンゴムは、シロキサン結合を有し、主成分がＳｉ、Ｏ、及びＣである。そのため、中間層において、その材質としてシリコーンゴムを用いた場合、ＸＰＳのワイドスキャンスペクトルを測定し、各元素の相対ピーク強度比から、表層から内部に存在する各原子の深さ方向の存在濃度比を求めることができる。その一例を図１３に示す。ここで、各原子はＳｉ、Ｏ、及びＣであり、存在濃度比は（ａｔｏｍｉｃ％）である。
図１３は、シリコーンゴムを用い、更に前記表面改質処理（プラズマ処理）及び前記不活性処理を行って得られた中間層のサンプルである。図１３において、横軸は表面から内部方向への分析深さであり、縦軸は存在濃度比である。
【００５０】
更に、シリコーンゴムの場合、Ｓｉの２ｐ軌道の電子が飛び出すエネルギーを測定することにより、ケイ素に結合している元素及び結合状態を知ることができる。そこで、Ｓｉの結合状態を示すＳｉ２ｐ軌道におけるナロースキャンスペクトルからピーク分離を行い、化学結合状態を求めた。
その結果を図１４に示す。図１４の測定対象は、図１３の測定に用いたサンプルである。図１４において、横軸は結合エネルギーであり、縦軸は強度比である。また、下から上に向かっては深さ方向での測定スペクトルを示している。
一般に、ピークシフトの量は結合状態に依存することが知られており、本件に関するシリコーンゴムの場合、Ｓｉ２ｐ軌道において高エネルギー側にピークがシフトするということは、Ｓｉに結合している酸素の数が増えていることを示す。
【００５１】
これによれば、シリコーンゴムにおいて、表面改質処理及び不活性化処理を行うと、表層から内部に向かって酸素が多くなり極大値を持ち、また炭素が減少し極小値を持つ濃度プロファイルを有している。さらに深さ方向に分析をすすめると酸素が減少して炭素が増加し、ほぼ未処理のシリコーンゴムと同等の原子存在濃度となる。
さらに図１３のαの位置で検出された酸素の極大値は、Ｓｉ２ｐ結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトすることと一致（図１４のαの位置）しており、酸素増加がＳｉに結合した酸素の数に起因することが示されている。
【００５２】
未処理のシリコーンゴムについて同様の分析をした結果を、図１５及び図１６に示す。
図１５には、図１３にみられたような酸素濃度の極大値、及び炭素濃度の極小値は見られない。更に、図１６より、Ｓｉ２ｐ結合エネルギーシフトが高エネルギー側にシフトする様子もみられないことから、Ｓｉに結合した酸素の数も変化していないことが確認された。
【００５３】
以上のように、カップリング剤等の不活性化剤を中間層の表面に塗布又はディッピングして浸透させることにより、不活性化剤が中間層に染み込んでいく。カップリング剤が、一般式（１）で表される化合物などの場合、中間層においては、ポリオルガノシロキサンが濃度分布をもって存在するようになり、この分布はポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が深さ方向に極大値を有するような分布となる。
結果として、中間層は、３つ〜４つの酸素原子と結合したケイ素原子を有するポリオルガノシロキサンを含有することとなる。
【００５４】
なお、不活性化処理の方法としては、ディッピング工法に限らない。例えば、ポリオルガノシロキサンに含まれる酸素原子が、中間層の深さ方向（厚み方向）に極大値を有するような分布を実現できればよく、プラズマＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、真空蒸着、燃焼化学気相蒸着などの方法でもよい。
中間層は、静置状態において初期表面電位を持つ必要はない。なお、静置状態における初期表面電位は、以下の測定条件で測定できる。ここで、初期表面電位を持たないとは、下記測定条件で測定した際に、±１０Ｖ以下を意味する。
【００５５】
｛測定条件｝
前処理：温度３０℃相対湿度４０％雰囲気に２４ｈ静置後、除電を６０ｓｅｃ（Ｋｅｙｅｎｃｅ製のＳＪ−Ｆ３００を使用）
装置：Ｔｒｅｃｋ  Ｍｏｄｅｌ３４４
測定プローブ：６０００Ｂ−７Ｃ
測定距離：２ｍｍ
測定スポット径：直径１０ｍｍ
【００５６】
本実施形態の素子においては、摩擦帯電に似たメカニズムでの帯電と、内部電荷留保による表面電位差の発生とが、中間層の両面の硬度差に基づく変形量の差に起因して静電容量の偏りを生み出すことにより、電荷が移動して発電すると推測される。
素子は、中間層と、第１の電極及び第２の電極の少なくともいずれかとの間に空間を有することが好ましい。そうすることにより、発電量を増やすことができる。
前記空間を設ける方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、中間層と、第１の電極及び第２の電極の少なくともいずれかとの間にスペーサを配置する方法などが挙げられる。
【００５７】
前記スペーサとしては、その材質、形態、形状、大きさなどについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記スペーサの材質としては、例えば、高分子材料、ゴム、金属、導電性高分子材料、導電性ゴム組成物などが挙げられる。
前記高分子材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
【００５８】
前記金属としては、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレス、タンタル、ニッケル、リン青銅などが挙げられる。前記導電性高分子材料としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリンなどが挙げられる。前記導電性ゴム組成物としては、例えば、導電性フィラーとゴムとを含有する組成物などが挙げられる。前記導電性フィラーとしては、例えば、炭素材料（例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンファイバー、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど）、金属（例えば、金、銀、白金、銅、鉄、アルミニウム、ニッケルなど、導電性高分子材料（例えば、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、及びポリパラフェニレンビニレンのいずれかの誘導体、又は、これら誘導体にアニオン若しくはカチオンに代表されるドーパントを添加したものなど）、イオン液体などが挙げられる。
【００５９】
前記ゴムとしては、例えば、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン・ブタジエンゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、ポリイソブチレン、変成シリコーンなどが挙げられる。
前記スペーサの形態としては、例えば、シート、フィルム、織布、不織布、メッシュ、スポンジなどが挙げられる。
前記スペーサの形状、大きさ、厚み、設置場所は、素子の構造に応じて適宜選択することができる。
【００６０】
図１７に示すように、第１の電極をａ、中間層をｂ、第２の電極をｃと表示すると、中間層ｂの第１の電極ａ側に上記表面改質処理又は不活性化処理を行った場合、中間層ｂの第１の電極ａ側が第２の電極ｃ側よりも硬くなる。従って、ユニバーサル硬度についてＨ１＞Ｈ２となる。
これにより、同じ変形付与力である加圧力Ｆが第１の電極ａ側と第２の電極ｃ側に作用した場合、中間層ｂの第１の電極ａ側の変形の度合いが、第２の電極ｃ側よりも小さくなる。
【００６１】
上述の各実施形態においては、同一構成で同一出力の発電素子４または発電素子４Ａを、絶縁層５、５Ａ、発泡体１２、スポンジ１２Ａを介して複数積層することでセンサ１０〜１０Ｄを構成したが、センサ１０〜１０Ｄに用いる  （素子）としては、出力の異なる素子を、絶縁層５、５Ａ、発泡体１２、スポンジ１２Ａを介して積層してセンサを構成してもよい。
各発電素子の第１の電極１と第２の電極２の間に介装したゴム又はゴム組成物からなる中間層３の暑さ、材質などを上層発電素子６、６Ａ側と下層発電素子７、７Ａ側で異なるようにしてもよい。
【００６２】
このようにセンサ１０〜１０Ｄの上層発電素子６、６Ａと下層発電素子７、７Ａを構成する素子の特性を異ならせることで、１つのセンサでありながら出力形態の一層の多段化や快調化を図ることができるので好ましい。特に、下層発電素子７、７Ａの検知感度となる出力が大きくなるように構成することで、強い圧力（過重）Ｆがセンサ加わった際の出力を大きくすることができる。このため、例えばこのセンサを衝突検知センサとして利用した場合に、センサに対して衝撃力が強くなるに従い、強い出力が得られるため、この出力信号に応じて危険度合いを判定するようにしてもよい。
【００６３】
以上本発明の好ましい実施の形態と実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態や実施例に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
１、２      一対の電極
３          中間層
４、４Ａ    素子
５、５Ａ、１２、１２Ａ    絶縁層
９    間隙
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ  センサ
１１        支持体
３０        信号処理部
３１        判定部
１００      センサシステム
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６５】
【特許文献１】特開２００８−１９０９０２号公報
【図１】
2018087801.tif 000003
【図２】
2018087801.tif 000004
【図３】
2018087801.tif 000005
【図４】
2018087801.tif 000006
【図５】
2018087801.tif 000007
【図６】
2018087801.tif 000008
【図７】
2018087801.tif 000009
【図８】
2018087801.tif 000010
【図９】
2018087801.tif 000011
【図１０】
2018087801.tif 000012
【図１１】
2018087801.tif 000013
【図１２】
2018087801.tif 000014
【図１３】
2018087801.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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