(57)【要約】【課題】本発明の目的は、化石燃料に替わるクリーンなエネルギー獲得手段として、デバイスの作製が比較的容易であり、エネルギーの生産効率が高く、また暗所でも電力の供給が可能な自立型デバイスシステムを提供することにある。【解決手段】本発明にかかる応力発光発電システム１０は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む応力発光体１と、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部２並びに光電変換部２に電気的に接続され且つ対をなす電極３ａおよび３ｂを備える光電変換手段とを備え、応力発光体１と電極３ｂとが接するように配置されている。本発明にかかる応力発光発電システム１０は、機械的な外力が印加された応力発光体１が発する光を、光電変換手段で電気に変換して発電を行なう。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む応力発光体、および
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換手段を備え、
当該応力発光体からの発光によって生じた光エネルギーを、当該光電変換手段で電気エネルギーに変換させることを特徴とする応力発光発電システム。
【請求項２】
上記光電変換手段は、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電面を備えており、
上記応力発光体と、当該光電面とが対面するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の応力発光発電システム。
【請求項３】
上記光電変換手段は、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電面、および対をなす電極を備え、
上記応力発光体と、当該光電面とが、当該電極を介して対面するように配置されており、
当該応力発光体と当該光電面との間に介在している電極が、当該応力発光体から発せられた光を透過し得るものであることを特徴とする請求項１に記載の応力発光発電システム。
【請求項４】
上記光電変換手段は、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電変換部材を備えており、
当該光電変換部材は上記応力発光体を分散し得る材料からなり、
当該応力発光体は光電変換部材に分散されており、且つ
応力発光体は機械的な外力を印加され得る、請求項１に記載の応力発光発電システム。
【請求項５】
上記光電変換手段は、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電変換部材、対をなす電極、および当該電極と接する電解質層を備え、
当該光電変換部材および上記応力発光体が当該電解質層に包含されており、
当該光電変換部材がいずれか一方の電極と接しており、且つ
応力発光体は機械的な外力を印加され得る、請求項１に記載の応力発光発電システム。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の応力発光発電システムを用い、
上記応力発光体に機械的な外力を印加する工程を含むことを特徴とする発電方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
特定の物質が、外部からの様々な刺激（外部刺激）によって可視光を発する現象は、いわゆる蛍光現象として従来から知られている。このような蛍光現象を示す物質（蛍光体）は、ランプ、照明灯、ブラウン管、プラズマディスプレイパネルなどの各種ディスプレイ、および顔料等の様々な分野で用いられている。紫外線、電子線、Ｘ線、放射線、電界または化学反応などの外部刺激によって発光する物質（発光体）もまた、数多く知られている。
【０００２】
一方、本発明者らは、機械的な外力によって生じた歪みにより発光する応力発光材料を見出しており、その評価方法および利用方法を開発している。
【０００３】
具体的には、本発明者らは、このような応力発光材料として、スピネル構造、コランダム構造またはβアルミナ構造の応力発光体（特許文献１参照）、ケイ酸塩の応力発光体（特許文献２および３参照）、欠陥制御型アルミン酸塩の高輝度応力発光体（特許文献４参照）、エポキシ樹脂を含む複合材料および当該複合材料の塗布膜により作製した試験片に、圧縮、引張、摩擦、ねじりなどの機械的な力を加えることによって応力分布を可視化評価する方法（特許文献４および５参照）、ウルツ鉱型構造と閃亜鉛鉱型構造とが共存する構造を有し、酸化物、硫化物、セレン化物またはテルル化物を主成分として構成される高輝度メカノルミネッセンス材料（特許文献６参照）等を、開発している。
【０００４】
このような応力発光体は、肉眼で確認し得る程度の輝度を有しており、半永久的に繰り返し発光し得るものである。これらの応力発光体を用いれば、応力発光体を含む構造体の応力分布を測定することが可能となる。このような応力分布の測定方法としては、例えば、特許文献７および８を参照のこと。
【０００５】
ところで、化石燃料枯渇および地球温暖化等の問題から、化石エネルギーの代替エネルギーの利用が着目され、その開発が進められている。上記代替エネルギーを得るための手段として、例えば、光電変換素子（太陽電池）を用いて、光エネルギーを電気エネルギーに変換する技術が古くからから知られており、その一部が実用化されている。光電変換素子（太陽電池）は、クリーンで無尽蔵の太陽光エネルギーを利用できるという観点から、地球温暖化問題および化石燃料の枯渇問題を一挙に解決し得る手段として大いに期待されている。また、光電変換素子（太陽電池）は、小型化が可能であることから、分散型エネルギー源（ユビキタスエネルギー）としての利用が見込まれている。
【０００６】
また一般的に、生物または機械に関わらず、これらは様々なエネルギー源を元にして運動を行なうが（運動エネルギーへの変換）、その後は熱エネルギーとなり発散および消失していく。かかる熱エネルギーへの変換が、エネルギー損失につながっている。そこで運動エネルギーを熱エネルギーではなく、その他のエネルギーへ変換することができれば、エネルギーの有効利用に寄与すると考えられる。上記のごとく、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換する技術の一つとして、圧電素子を用いる技術が種々知られている。上記圧電素子およびその応用技術は、例えば、特許文献９〜１６に開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１１９６４７号公報（２０００（平成１２）年４月２５日公開）
【特許文献２】特開２０００−３１３８７８号公報（２０００（平成１２）年１１月１４日公開）
【特許文献３】特開２００３−１６５９７３号公報（２００３（平成１５）年６月１０日公開）
【特許文献４】特開２００１−４９２５１号公報（２００１（平成１３）年２月２０日公開）
【特許文献５】特開２００３−２９２９４９号公報（２００３（平成１５）年１０月１５日公開）
【特許文献６】特開２００４−４３６５６号公報（２００４（平成１６）年２月１２日公開）
【特許文献７】特開２００１−２１５１５７号公報（２００１（平成１３）年８月１０日公開）
【特許文献８】特開２００４−７７３９６号公報（２００４（平成１６）年３月１１日公開）
【特許文献９】特開平６−１４１５２４号公報（１９９４（平成６）年５月２０日公開）
【特許文献１０】特開平８−５６７２８号公報（１９９６（平成８）年３月５日公開）
【特許文献１１】特開２００４−２２２４１４号公報（２００４（平成１６）年８月５日公開）
【特許文献１２】特開２００５−５７９８２号公報（２００５（平成１７）年３月３日公開）
【特許文献１３】特開２００５−８６８５９号公報（２００５（平成１７）年３月３１日公開）
【特許文献１４】特開２００５−１４２４３８号公報（２００５（平成１７）年６月２日公開）
【特許文献１５】特開２００５−３１８７７４号公報（２００５（平成１７）年１１月１０日公開）
【特許文献１６】特開２００５−３５３０１５号公報（２００５（平成１７）年１２月２２日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記光電変換素子（太陽電池）を用いる技術では、光電変換素子（太陽電池）を駆動するためには光が必要であり、光が届かない場所では電気を発生させることができず、その使用場所が限定され、ユビキタス性を十分に発揮できないという問題がある。
【０００８】
また圧電素子を用いる技術では、外力により分離した電荷を圧電素子へ再結合（失活）させること無く、二つの電極間に移動させるためには、大面積の配向膜が必要となるため、圧電素子の作製には高度な技術が不可欠である。よって圧電素子を用いる技術では、製造コストが高くなること、および高効率で電気エネルギーを取得することは極めて困難であること等の問題点がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであり、化石燃料に替わるクリーンなエネルギー獲得手段として、デバイスの作製が比較的容易であり、エネルギーの生産効率が高く、また暗所でも電力の供給が可能な自立型デバイスシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行なった結果、上述の応力発光体から発せられる光によって、太陽電池が十分に駆動され得るということを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明にかかる応力発光発電システムは、上記課題を解決するために、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む応力発光体、および光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換手段を備え、当該応力発光体からの発光によって生じた光エネルギーを、当該光電変換手段で電気エネルギーに変換させることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、運動エネルギーを光エネルギーに変換し、さらに光エネルギーを電気エネルギーへと変換することが可能となる。よって光エネルギーを応力発光体から得るための光が届かない暗所においても発電可能である。また熱エネルギー変換によるエネルギー損失を少なくすることができ、高効率で発電することが可能となる。さらに応力発光体、および太陽電池等の光電変換手段の作製には特に高度な技術を要しないため、比較的容易かつ安価に発電システムを構築することが可能である。
【００１３】
上記本発明にかかかる応力発光発電システムの動作原理は以下の通りである。（１）機械的な外力（例えば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力など）が応力発光体に印加される。→（２）応力発光体が発光する。→（３）応力発光体から発せられた光が光電変換手段に伝達される。→（４）光電変換手段で光電変換反応が起こり、電気が発生する。
【００１４】
本発明にかかる応力発光発電システムに用いられる応力発光体は、機械的な外力に応じて発光し得るものであれば特に限定されるものではなく、機械的な外力に応じて発光し得る応力発光材料あるいはこれを必須として含有する成形体、若しくは物品が意図される。上記応力発光体は、発明者らが独自に開発した応力発光体（例えば、特許文献１〜６参照）であっても、新規開発される応力発光体であってもよい。また本発明には、種々の応力発光材料を組み合わせて作製された応力発光体も利用し得る。さらに本発明には、種々の応力発光体を組み合わせて利用してもよい。なお、本発明にかかる応力発光発電システムに用いられる応力発光体は、発光量の高いもの（単位時間当たりに放出される光子の量が多いもの）、長期間にわたって安定的に発光し得るもの（繰り返し利用性が高いもの）が好ましい。高い発電量が得られ、長期的な発電が可能だからである。
【００１５】
また本発明にかかる応力発光発電システムに用いられる、光電変換手段は上記応力発光体からの光によって駆動され、電気を発生させることができるものであれば特に限定されるものではなく、従来公知の太陽電池等の光電変換手段を適宜利用することが可能である。従来公知の太陽電池等の光電変換手段としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、シリコン系半導体太陽電池（アモルファスシリコン太陽電池）、化合物半導体太陽電池（多結晶系（ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ２等）、単結晶（ＧａＡｓ系））、色素増感型太陽電池、プラスチック太陽電池（主に導電性高分子から構成されているもの）、光化学電池（人工光合成型、光合成タンパク質使用型等）等が挙げられる。高光電変換効率および高信頼性の観点からは、特に単結晶シリコン太陽電池、単結晶化合物半導体太陽電池（特にＧａＡｓ系）等が好ましい。また低コストの観点からは、特に多結晶シリコン太陽電池、多結晶系化合物半導体太陽電池、色素増感型太陽電池、プラスチック太陽電池が好ましい。また高フレキシブル性の観点からは、特にアモルファスシリコン太陽電池、色素増感型太陽電池、プラスチック太陽電池が好ましい。また、ナノ領域でのユビキタスな電力供給の観点からは、人工光合成型分子、天然光合成タンパク質が好ましい。また光電変換手段は単層型であっても二層などの多層型であってもよい。本発明にかかる応力発光発電システムにおける光電変換手段は、上記種々の観点、および組み合わせる応力発光体の特性に応じて、適宜選択すればよい。
【００１６】
また本発明にかかる応力発光発電システムは、上記光電変換手段は、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電面を備えており、上記応力発光体と、当該光電面とが対面するように配置されている構成であることが好ましい。
【００１７】
上記構成によれば、応力発光体が発した光を、光電変換手段へ効率良く伝達することができ、高効率で発電することが可能となる。
【００１８】
また本発明にかかる応力発光発電システムは、上記応力発光体と、上記光電面とが、固定部材を介して対面するように配置されており、当該固定部材は、当該応力発光体から発せられた光を透過し得るものであってもよい。上記構成のごとく、応力発光体と光電面を含む光電変換手段との境界に固定部材が存在することによって、応力発光体に印加された機械的な外力が光電変換手段に伝達される割合が低くなる。よって、印加された機械的な外力が逃げることなく応力発光体に伝達され、応力発光体を効率良く発光させることができる。また機械的な外力による光電変換手段への物理的な悪影響を軽減することができるという効果をも奏する。この時、上記固定部材は、応力発光体に印加された機械的な外力に対して反作用を及ぼし得るもので構成されていることが好ましい。なお、応力発光体から発せられた光は、固定部材を透過して光電変換手段に伝達させる必要があるため、当該固定部材は、応力発光体から発せられた光を透過し得るもので構成されている必要がある。
【００１９】
また本発明にかかる応力発光発電システムは、上記光電変換手段が、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電面、および対をなす電極を備え、上記応力発光体と、当該光電面とが、当該電極を介して対面するように配置されており、当該応力発光体と当該光電面との間に介在している電極が、当該応力発光体から発せられた光を透過し得るものであってもよい。
【００２０】
上記構成によれば、応力発光体と光電面との間に介在している電極は、光電面で発生した電気を外部に導くものである。なお、応力発光体から発せられた光は、電極を透過して光電変換手段に伝達させる必要があるため、当該電極は応力発光体から発せられた光を透過し得るもので構成されている必要がある。すなわち上記電極は透明導電体が好ましい。
【００２１】
また本発明にかかる応力発光発電システムは、上記光電変換手段が、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電変換部材を備えており、当該光電変換部材は上記応力発光体を分散し得る材料からなり、当該応力発光体は光電変換部材に分散されており、且つ応力発光体は機械的な外力を印加され得るようになっている構成であってもよい。
【００２２】
ここで応力発光体を分散し得る材料からなる光電変換部材としては、例えば、プラスチック太陽電池におけるポリフェニレンビニレン系（ＰＰＶ系）のポリマー、ポリチオフェン系のポリマー、前述のポリマーにフラーレン類似体（C60,C70、カーボンナノチューブなど）や誘導体、ポルフィリン類等の色素を分散させたポリマー等が挙げられる。
【００２３】
上記構成は、ＰＰＶ系ポリマーのように光電変換部材が、応力発光体を分散し得る材料で構成されている場合に適用され得る。この時、光電変換部材に分散されている応力発光体を発光させるために、応力発光体に機械的な外力を印加し得るようになっている必要がある。より具体的には、応力発光体を内包する光電変換部がフレキシブル性を有していることが好ましい。光電変換部がフレキシブル性を有することによって、当該光電変換部を押す、捻る、引っ張る等の機械的な外力を印加することによって、応力発光体に機械的な外力を印加することができ、当該応力発光体を発光させることができる。
【００２４】
また本発明にかかる応力発光発電システムは、上記光電変換手段が、光エネルギーを受けて光電変換を行なう光電変換部材、対をなす電極、および当該電極と接する電解質層を備え、当該光電変換部材および上記応力発光体が当該電解質層に包含されており、当該光電変換部材がいずれか一方の電極と接しており、且つ応力発光体は機械的な外力を印加され得るものであってもよい。
【００２５】
上記構成は、光電変換手段が光電変換部材（Ｒｕ色素、クマリン系色素、ポリエン系色素、ポルフィリン系色素または上記色素が被覆されたＴｉＯ２、ＺｎＯ等）を用いる、いわゆる（湿式）色素増感型太陽電池である場合において、好適に適用され得る。
【００２６】
なおこの時、電解質層内に包含されている応力発光体を発光させるために、応力発光体に機械的な外力を印加し得るように構成されている必要がある。より具体的には、応力発光体を内包する光電変換層（ＴｉＯ２、ＺｎＯ等）、電解質層がフレキシブル性を有する密閉槽内に充填されていることが好ましい。光電変換層、電解質層がフレキシブル性を有する密閉槽内に充填されていれば、当該密閉槽を外部から押す、捻る、引っ張る等の機械的な外力を印加することによって、応力発光体に機械的な外力を印加することができ、当該応力発光体を発光させることができる。
【００２７】
一方、本発明にかかる発電方法は、上記本発明にかかる応力発光発電システムを用い、応力発光体に機械的な外力を印加する工程を含むことを特徴としている。よって、上記本発明にかかる応力発光発電システムに、機械的な外力を印加するための構成（外力印加手段）が備えられていてもよい。なお応力発光体への外力の印加は特に限定されるものではなく、人力によるものであっても、機械的に行なうものであってもよい。またその具体的な印加方法については、応力発光発電システムが設置される場所、用途等に応じて適宜最適な方法を決定の上、採用すればよい。さらに、外力の印加量は、外力が印加される応力発光体が発光し、その発光によって光電変換手段が駆動され得る程度であれば、特に限定されるものではない。ただし、応力発光体の発光量は、印加される外力の変化量に比例する場合が多いため、印加される外力の量と変化速度は大きいことが好ましい。なお、外力の印加量は、本発明にかかる応力発光システムが物理的に損傷しない程度であることが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、運動エネルギーを光エネルギーに変換し、さらに光エネルギーを電気エネルギーへと変換することが可能となる。よって光エネルギーを応力発光体から得るための光が届かない暗所においても発電可能である。また熱エネルギー変換によるエネルギー損失を少なくすることができ、高効率で発電することが可能となる。さらに応力発光体、および太陽電池等の光電変換手段の作製には特に高度な技術を要しないため、比較的容易かつ安価な発電方法を提供することが可能である。
【００２９】
なお、応力発光体と、太陽電池等の光電変換手段を用いた発電システムおよび発電方法は、従来全く知られていない。よって、本発明は、本発明者らの新規の技術思想に基づいて完成されたものであるといえる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、化石燃料に替わるクリーンなエネルギー獲得手段として、デバイスの作製が比較的容易であり、エネルギーの生産効率が高く、また暗所でも電力の供給が可能な自立型デバイスシステム、および当該デバイスを用いた発電方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の一形態について説明すれば、以下の通りである。なお、本発明は、これに限定されるものではない。
【００３２】
応力発光体は、機械的な外力（例えば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力など）が加えられることによって発光する。本発明者らは、応力発光体の発光強度が機械的な外力の性質に依存するが、加えた機械的な作用力が大きいほど発光強度が高くなること、機械作用力の変化速度が大きいほど発光が強くなるという傾向があることを見出している。
【００３３】
応力発光体は、変位、摩擦、衝撃などの力学的エネルギーを直接的に光に変換することができる有用な機能材料であり、本発明者らによって世界に先駆けて開発されてきた。さらなる研究を行なって来た結果、このような材料に関してこれまでに以下の結果を得た：１．母体・発光中心の結晶学的な最適化による圧光変換の高効率化；２．微粒子化（５０ｎｍ〜数十μｍ）；３．塗布技術の確立。
【００３４】
〔１〕実施形態１
本発明の第一の実施形態について図１に基づいて説明すると以下の通りである。ここで図１は本実施形態にかかる応力発光発電システム１０の模式図（側面図）である。
【００３５】
本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含む応力発光体１と、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部２並びに光電変換部２に電気的に接続され且つ対をなす電極３ａおよび３ｂを備える光電変換手段とを備え、応力発光体１と電極３ｂとが接するように配置されている。換言すれば、本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、応力発光体１が光電変換手段の電極３ｂにおいて接している態様である。
【００３６】
この時、光電発光手段における光電面は、応力発光体１と電極３ｂとが接触している面（接触面）である。なお図１においては上記光電面と応力発光体１とが接した態様を示しているが、応力発光体１からの発光によって生じた光エネルギーを、当該光電変換手段で電気エネルギーに変換し得る構成であれば両者は必ずしも接している必要はない。ただし、光電変換効率の観点から、応力発光体と光電面とが対面するように配置されていることが好ましく、さらに応力発光体と光電面とが近接していることが好ましく、応力発光体と光電面とが接していることが最も好ましい。
【００３７】
この時、電極３ｂは、応力発光体１から発せられた光を透過し得る程度の透明性を有するものである必要がある。例えば、上記電極３ｂとしては、公知の透明電極（ＩＴＯガラス電極、ＦＴＯガラス電極、ＺｎＯガラス電極、ＩＴＯ-ＰＥＴプラスチック電極等）が利用可能である。本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、応力発光体１から発せられた光を光電変換部２で電気に変換するシステムであり、応力発光体１から発せられた光が電極３ｂを通って光電変換部２に伝達される必要があるからである。なお電極が所望の透明性を有するか否かは、その電極を用いて応力発光発電システムを構築し、適当な外力を応力発光体に印加して、光電変換手段が作動するかどうかを確認すればよい。
【００３８】
また応力発光体１と電極３ｂとは接着性樹脂等の接着剤を介して接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。ただし、応力発光体１および／または電極３ｂに接着剤が部分的に塗布されることによって両者が接着されている場合においては、当該接着剤が応力発光体１から発せられた光を透過し得る程度の透明性を有するものであることが好ましい。さらに、応力発光体１および／または電極３ｂに接着剤が全面的に塗布されることによって両者が接着されている場合においては、当該接着剤が応力発光体１から発せられた光を透過し得る程度の透明性を有するものである必要がある。また本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、応力発光体１から発せられた光を光電変換部２で電気に変換するシステムであり、応力発光体１から発せられた光が接着剤の層および電極３ｂを通って光電変換部２に伝達される必要があるからである。なお接着剤が所望の透明性を有するか否かは、その接着剤を用いて応力発光発電システムを構築し、適当な外力を応力発光体に印加して、光電変換手段が作動するかどうかを確認すればよい。
【００３９】
本実施形態にかかる応力発光発電システム１０に利用され得る光電変換手段は、特に限定されるものではなく、従来公知の太陽電池等の光電変換手段が当該光電変換手段として利用され得る。上記光電変換手段としては、例えば単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、シリコン系半導体太陽電池（アモルファスシリコン太陽電池）、化合物半導体太陽電池（多結晶系（ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ２等）、単結晶（ＧａＡｓ系））、（湿式）色素増感型太陽電池、プラスチック太陽電池（主に導電性高分子から構成されているもの）、光化学電池（人工光合成型、光合成タンパク質使用型等）等が挙げられる。
【００４０】
また本実施の形態にかかる応力発光発電システムに利用され得る応力発光体１の具体的な態様は、機械的な外力に応じて発光する応力発光材料を含むものであれば特に限定されるものではなく、膜状であってもその他の形状であってもよい。また応力発光体１は、上記応力発光材料のみからなるものであって、応力発光材料とその他の物質との混合物であってもよい。さらに応力発光体１は、応力発光材料または応力発光材料を必須とする成形体が樹脂等に分散されたものであってもよい。
【００４１】
また本実形態にかかる応力発光発電システム１０を用いて発電を行なう場合には、応力発光体１に対して機械的な外力（例えば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力など）を印加すればよい。上記機械的な外力を印加する方法は特に限定されるものではなく、応力発光体１を押したり、引っ張ったりする等して、上記機械的な外力を直接的に印加してもよいし、またまた電極３ａ、電極３ｂおよび光電変換部２からなる光電変換手段に機械的な外力を印加することによって、応力発光体１に当該機械的な外力を間接的に印加してもよい。
【００４２】
なお、本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、応力発光体１と、電極３ｂとが固定部材を介して接するように配置されている態様であってもよい。換言すれば、図１において光電変換部２から応力発光体１に向かう方向を上方向とすれば、上から応力発光体１→固定部材→電極３ｂ→光電変換部２→電極３ａの順で配置された態様であってもよい。
【００４３】
この時、光電発光手段における光電面は、光電変換部２と電極３ｂとが接触している面である。なお上記光電面、応力発光体１、および固定部材は互いに接した態様であっても接していない態様であってもよい。すなわち応力発光体１からの発光によって生じた光エネルギーを、当該光電変換手段で電気エネルギーに変換し得る構成であれば、それぞれが必ずしも接している必要はない。ただし、光電変換効率の観点から、応力発光体と光電面とが対面するように配置されていることが好ましく、さらに応力発光体と光電面とが近接していることが好ましく、光電面と応力発光体と固定部とが互いに接していることが最も好ましい。
【００４４】
なお、固定部材は、応力発光体１から発せられた光を透過し得るもので構成されているある必要がある。たとえば、固定部材は、応力発光体１から発せられた光を透過し得る程度の透明性を有するガラスまたは樹脂から構成され得る。本実施形態にかかる応力発光発電システム１０は、応力発光体１から発せられた光を光電変換部２で電気に変換するシステムであり、応力発光体１から発せられた光が固定部材および電極３ｂを通って光電変換部２に伝達される必要があるからである。なお固定部材が所望の透明性を有するか否かは、その固定部材を用いて応力発光発電システムを構築し、適当な外力を応力発光体に印加して、光電変換手段が作動するかどうかを確認すればよい。
【００４５】
本実施の形態にかかる応力発光発電システム１０において、応力発光体１と光電変換手段との境界に固定部材が存在することによって、応力発光体１に印加された機械的な外力が光電変換手段に伝達される割合が低くなる。よって、印加された機械的な外力が逃げることなく応力発光体１に伝達され、応力発光体１を効率良く発光させることができる。また機械的な外力による光電変換手段への物理的な悪影響を軽減することができるという効果をも奏する。この時、上記固定部材は、応力発光体１に印加された機械的な外力に対して反作用を及ぼし得るもので構成されていることが好ましい。よって、固定部材は透明ガラス、または透明樹脂で構成されていることが好ましい。
【００４６】
なお応力発光体１、電極３ｂおよび固定部材は、互いに接着性樹脂等の接着剤を介して接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。この時用いられる接着剤の透明性に関しては、既述した通りである。
【００４７】
〔２〕実施形態２
本発明の第ニの実施形態について図２に基づいて説明すると以下の通りである。ここで図２は本実施形態にかかる応力発光発電システム２０の模式図（側面図）である。なお、実施形態１と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
本実施形態にかかる応力発光発電システム２０は、実施形態１にかかる応力発光発電システム１０の変形例であり、光電変換手段が、特に光電変換部材６（色素、色素が被覆されたＴｉＯ２等）、当該光電変換部材６に電気的に接続され且つ対をなす電極（アノード３ｃおよびカソード３ｄ）、並びに、当該電極（アノード３ｃおよびカソード３ｄ）と接する電解質層５を備え、当該電極（アノード３ｃおよびカソード３ｄ）と当該光電変換部材６が当該電解質層５に包含されており、且つ当該光電変換部材６がアノード３ｃと接している態様、例えば光電変換手段として湿式の光電変換手段（湿式色素増感型太陽電池、湿式光化学電池等）を採用した態様である。
【００４９】
ここで電解質層５の電解質は、公知の湿式の光電変換手段（例えば、湿式色素増感型太陽電池、湿式光化学電池等）に用いられているものが適宜利用され得る。
【００５０】
なお湿式の光電手段は、上記各構成に限られるものではなく、公知の手段（湿式色素増感太陽電池等）に含まれるその他の構成が含まれていてもよく、また公知の手段（湿式色素増感太陽電池等）の変形例であってもよい。
【００５１】
本実施形態にかかる応力発光発電システム２０に関するその他の説明は、実施の形態１の説明を適宜援用することができる。
【００５２】
〔３〕実施形態３
本発明の第三の実施形態について図３に基づいて説明すると以下の通りである。ここで図３は本実施形態にかかる応力発光発電システム３０の模式図（側面図）である。なお、実施形態１〜２と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５３】
本実施形態にかかる応力発光発電システム３０は、光電変換部２が応力発光体１を分散し得る光電変換部材からなり、当該応力発光体１は光電変換部２内に包含されており、且つ当該応力発光体１は機械的な外力を印加され得るように構成されている。
【００５４】
本実施形態にかかる応力発光発電システム３０は、プラスチック太陽電池のように光電変換部２が、応力発光体１を分散し得る材料（光電変換部材）で構成されている場合に適用され得る。プラスチック太陽電池は、ポリフェニレンビニレン系（ＰＰＶ系）ポリマーポリチオフェン系のポリマー、前述のポリマーにフラーレン類似体（C60、C70、カーボンナノチューブなど）や誘導体、ポルフィリン類等の色素を分散させたポリマー等を光電変換部材としているために、応力発光体を分散させることができる。
【００５５】
本実施形態にかかる応力発光発電システム３０は、例えば以下のようにして製造することができる。例えば、電極基板上３ａに応力発光体１を分散させた光電変換部材をスピンコート法により塗布し、その上に対極３ｂを蒸着することで、光源（応力発光体１）を含んだ単層のプラスチック太陽電池を製造し得る。
【００５６】
本実施の形態において、光電変換部２内に包含されている応力発光体１を発光させるために、応力発光体１に機械的な外力を印加し得る構成となっている必要がある。より具体的には、応力発光体１を内包する光電変換部２がフレキシブル性を有していることが好ましい。光電変換部２がフレキシブル性を有することによって、当該光電変換部２を押す、捻る、引っ張る等の機械的な外力を印加することによって、応力発光体に機械的な外力を印加することができ、当該応力発光体１を発光させることができる。光電変換部２がフレキシブル性を有するためには、光電変換部材がフレキシブル性を有する材料（例えば、ポリフェニレンビニレン系（ＰＰＶ系）ポリマーポリチオフェン系のポリマー、前述のポリマーにフラーレン類似体（C60、C70、カーボンナノチューブなど）や誘導体、ポルフィリン類等の色素を分散させたポリマー、等から製造されている必要がある。また電極３ａおよび３ｂもまたフレキシブル性を有する材料から製造されていてもよい。
【００５７】
本実形態にかかる応力発光発電システム３０を用いて発電を行なう場合には、電極３ａまたは３ｂ、あるいは光電変換部２に対して、機械的な外力（例えば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力など）を印加して、応力発光体１に当該機械的な外力を間接的に印加すればよい。
【００５８】
〔４〕実施形態４
本発明の第四の実施形態について図４に基づいて説明すると以下の通りである。ここで図４は本実施形態にかかる応力発光発電システム４０の模式図（側面図）である。なお、実施形態１〜３と同様の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
本実施形態にかかる応力発光発電システム４０は、実施の形態２にかかる応力発光発電システム２０の変形例であり、応力発光体１が電解質層５に包含されている態様である。
【００６０】
本実施形態にかかる応力発光発電システム４０は、例えば以下のようにして製造することができる。例えば、電極基板上に、応力発光体、ＴｉＯ２をブレンドさせたペーストをドクターブレード法（もしくはスクリーン印刷法、スプレー法）により塗布し、５５０℃で焼結し、光電変換層の中に応力発光体を閉じ込める。この後は公知の色素増感太陽電池の作製法と同様で、色素溶液に浸漬してＴｉＯ２表面への色素の固定化を行なった後、電解質溶液、対極を設置する。場合によっては、電解質溶液が蒸発乾燥しないように、樹脂で封止を行なってもよい。
【００６１】
また、本実施形態にかかる応力発光発電システム４０は、以下のようにして製造してもよい。例えば、電極基板上に、ＴｉＯ２をブレンドさせたペーストをドクターブレード法（もしくはスクリーン印刷法、スプレー法）により塗布し、５５０℃で焼結し、光電変換層を形成させる。光電変換層の上に、応力発光体を分散させた公知の固体電解質またはゲル電解質を、塗布浸透させた後に、対極を設置する。
【００６２】
本実施の形態において、電解質層５内に包含されている応力発光体１を発光させるために、応力発光体１に機械的な外力を印加し得る構成となっている必要がある。より具体的には、応力発光体１を内包する電解質層５がフレキシブル性を有する密閉槽内に充填されていることが好ましい。電解質層５がフレキシブル性を有する密閉槽内に充填されていれば、当該密閉槽を外部から押す、捻る、引っ張る等の機械的な外力を印加することによって、応力発光体１に機械的な外力を印加することができ、当該応力発光体１を発光させることができる。上記密閉槽がフレキシブル性を有するためには、当該密閉槽がフレキシブル性を有する材料（例えば、ポリチオフェン系ポリマー、ポリフェニレンビニレン系ポリマー、架橋剤（ポリビニルピリジン、テトラブロモメチルベンゼン、ナノ粒子）を含むイオン性液体によるゲル電解質、ＣｕＩ等）から製造されている必要がある。またアノード３ｃおよびカソード３ｄもまたフレキシブル性を有する材料から製造されていてもよい。
【００６３】
本実形態にかかる応力発光発電システム４０を用いて発電を行なう場合には、光電変換部２、あるいはアノード３ｃまたはカソード３ｄに対して、機械的な外力（例えば、摩擦力、せん断力、衝撃力、圧力など）を印加して、応力発光体１に当該機械的な外力を間接的に印加すればよい。
【００６４】
なお上記各実施の形態にかかる応力発光発電システムには、上記説示した以外の構成が含まれていてもよい。例えば、発電した電気を貯めるために、各電極が蓄電池に接続されていてもよい。
【００６５】
〔５〕本発明に用いられる応力発光体
上述したように、本発明にかかる応力発光発電システムにおいて用いられる応力発光体（応力発光材料）は、機械エネルギーにより発光するものであれば特に限定されない。よって上記応力発光体は、発明者らが独自に開発した応力発光体（例えば、特許文献１〜６参照）であっても、新規開発の応力発光体であってもよい。
【００６６】
ところで本発明者は、強い応力発光を示すのに必要な応力発光体の母体構造を見出している。この応力発光体の母体構造は、結晶構造の最小単位が、少なくともＡｌＯ４およびＳｉＯ４様構造の四面体から構成され、これらの多面体が、互いに頂点を共有することによって大きな空間とフレキシブルな結合を持つ３次元フレームワーク構造を有し、このフレームワーク構造が長石構造である。このような母体構造を有する応力発光体に特定の金属イオンを発光中心として添加することにより、特に強い発光を示すことも見出している。
【００６７】
すなわち、本発明において、強い応力発光の観点からより好適に用いられる応力発光体は、少なくともＡｌＯ４様構造およびＳｉＯ４様構造の四面体構造を有する複数の分子が、その四面体構造の頂点の原子を共有して結合することにより形成された母体構造の空間に、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方が挿入された基本構造を有し、上記母体構造は、さらに、非対称性のフレームワーク構造を有しており、上記空間に挿入されたアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方の一部が、希土類金属イオンおよび遷移金属イオンの少なくとも１種の金属イオンに置換されていることを特徴としている。
【００６８】
上記応力発光体において、上記基本構造は、長石構造であることことが好ましい。例えば、上記応力発光体において、上記基本構造は、アルミノケイ酸塩の組成を持ち、フェルドスパー様構造、より好ましくはアノーサイト様構造からなることが好ましい。また、上記応力発光体において、上記基本構造は、空間群Ｐ−１に属する三斜晶構造を有することが好ましい。
【００６９】
上記母体構造に形成された空間に挿入されているアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの一部が、イオン半径の異なる希土類金属イオンまたは遷移金属イオンにより置換されていることが好ましい。
【００７０】
上記応力発光体では、上記空間に、少なくともＥｕ（Ｅｕイオン）が挿入されていることが好ましい。なお、上記空間には、Ｅｕイオン以外の発光中心となるイオンが挿入されていてもよく、Ｅｕイオンと他の発光中心イオンとの混合物が挿入されていてもよい。
【００７１】
上記応力発光体は、Ｃａ１−ｙＱｙＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（ただし、Ｑは少なくとも１種類の発光中心であり、０．００１≦ｙ≦０．１である）で示されるものであることが好ましい。
【００７２】
また、このような応力発光体を製造する方法は、非対称性のフレームワーク構造を有する母体構造を含む基本構造を形成する工程であって、少なくともＡｌＯ４様構造およびＳｉＯ４様構造の四面体構造を有する複数の分子が、その四面体構造の頂点の原子を共有して結合することにより形成された母体構造の空間に、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方が挿入された基本構造を形成する工程を包含し、上記空間に挿入されたアルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方の一部が、希土類金属イオンおよび遷移金属イオンの少なくとも１種の金属イオンに、置換されていることを特徴としている。
【００７３】
本明細書中で使用される場合、「多面体構造」は、複数の原子からなる分子において、原子間を結ぶ仮想上の直線から構成された構造が多面体を形成する状態が意図される。すなわち、多面体は、仮想的なものであり、例えば、ＳｉＯ４は、Ｓｉと結合する４つの酸素原子とを結んだ仮想上の直線によって四面体構造が形成される「多面体構造の分子」である。
【００７４】
このような多面体構造の複数の分子が、各多面体の頂点の原子を共有して結合することによって、「母体構造」が形成される。母体構造を形成するための多面体構造の分子は、少なくとも四面体構造を有していれば、同一の分子であっても異なる分子であってもよい。
【００７５】
すなわち、「母体構造」は、少なくとも四面体構造を結晶の最小単位とする分子を、単独あるいは複数種組み合わせて、互いの分子が頂点の原子を共有して結合することによって形成されたものである。かように形成されることにより、母体構造は、大きな空間（間隙）を含む網目状の３次元構造を有する。応力発光体の母体構造（３次元構造）を構築するためには、少なくとも四面体構造を有する四面体分子または八面体分子が好ましい。
【００７６】
母体構造における空間（間隙）に、種々の陽イオン（例えば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属）が挿入されることにより、応力発光体のフレーム構造が形成される。このフレーム構造は、本発明において用いられる応力発光体の基本構造（基本骨格）である。
【００７７】
本発明において好適に用いられる応力発光体は、少なくともＡｌＯ４様構造およびＳｉＯ４様構造の四面体構造を有する複数の分子によって形成された３次元構造（３次元フレーム構造）と、非対称性のフレキシブルなフレーム構造とを有する基本構造に、発光中心が挿入された構成を有している。
【００７８】
上記基本構造は、少なくとも四面体構造を有する複数の分子が、その多面体の頂点の原子を共有して結合することにより形成された母体構造の空間に、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方が挿入された構造を有している。好ましくは、上記母体構造は、さらに、非対称性のフレームワーク構造を有している。
【００７９】
本明細書中で使用される場合、「非対称性のフレームワーク構造」は、フレーム構造に加えて、自発歪みまたは弾性異方性を示す構造が意図される。
【００８０】
このような母体構造は歪みやすく、その歪みエネルギーを効率よくフレームの中心にある発光中心の電子構造を変化させやすく、その結果、特に強い応力発光を示す構造となり得る。
【００８１】
本明細書中で使用される場合、「自発歪み」は、対称性のよい構造から、その構造と比較してどの程度歪んでいるかを示す指標であって、発光体自身が有する歪みが意図される。なお、「自発歪み」は、外力によって発光体に生じさせた歪みが含まれない。
【００８２】
本発明者らは、フレキシブルな３次元フレーム構造と、非対称性のフレキシブルなフレームワーク構造とを同時に備える応力発光体が、特に強い応力発光を示すことが可能となり、いずれか一方でも有さなければ応力発光を示さないことを見出している。すなわち、本発明において用いられる応力発光体は、上記２つの構造を併せ持つ母体構造を有していることが好ましい。
【００８３】
母体構造における空間（間隙）に挿入される陽イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が好ましい。上記空間には、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方が挿入されていればよく、そのイオンの種類は、１種類でも２種類以上でもよい。また、アルカリ金属イオンとアルカリ土類金属イオンとが、それぞれ少なくとも１つ挿入されていてもよい。すなわち、上記空間に挿入されるイオンは、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒなどのアルカリ土類金属、および、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、などのアルカリ金属の群より選択される金属のイオンの少なくとも１つであればよい。
【００８４】
母体構造をさらに歪みやすくするために、母体構造の空間に挿入されたアルカリ金属またはアルカリ土類金属の一部が、他のイオン（例えば、希土類金属イオンまたは遷移金属イオン）で置換されていてもよい。置換するイオンは、母体構造の結晶構造（非対称性のフレキシブルな３次元フレーム構造）を維持することができれば、特に限定されない。
【００８５】
母体構造の空間に挿入された上記イオンの一部が、希土類金属イオンおよび遷移金属イオンの少なくとも１つの金属イオンに置換されていることにより、この置換された希土類金属イオンまたは遷移金属イオンが、応力発光体における発光中心（発光中心イオン）となり、その結果、応力発光体は、発光する機能を有し得る。
【００８６】
上記希土類金属イオンおよび遷移金属イオンは、発光中心となり得るものであれば特に限定されず、例えば、希土類金属のイオンとしては、ユウロピウム（Ｅｕ）、ジプシロシウム（Ｄｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、セリウム（Ｃｅ）、サマリウム（Ｓｍ）、イットリウム（Ｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、プラセオジム（Ｐｒ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、プロメチウム（Ｐｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ルテチウム（Ｌｕ）などの希土類金属のイオンが挙げられる。また、遷移金属のイオンとしては、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニオビウム（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、およびタングステン（Ｗ）などの遷移金属のイオンが挙げられる。なお、これら希土類金属のイオンおよび遷移金属のイオンとしては、上記列挙したイオンの中から少なくとも１つのイオンを選択すればよい。
【００８７】
なお、本発明者らは、応力発光体における希土類金属イオンおよび遷移金属の含有量（発光中心の含有量）が発光に大きく影響することを見出している。上記含有量は、母体構造の３次元構造を維持し得る範囲内であれば特に限定されず、０．１ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、０．２ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、０．５ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下であることが特に好ましい。上記範囲内の発光中心を含有することにより、応力発光体は効果的に発光し得る。なお、上記の含有量が、０．１ｍｏｌ％未満の場合、効率的な発光が得られず、２０ｍｏｌ％を越えると母体構造が乱れ、発光効率が低下する。
【００８８】
上述したような応力発光体における母体構造は、例えば、長石族（feldspar group）と呼ばれる鉱物に分類される構造において、広く一般に見出される。長石の結晶構造の特徴は、ＳｉＯ４またはＡｌＯ４の四面体が連続的につながった３次元のフレーム状の構造であり、陽イオンがその隙間に入っている。この３次元のフレームの形状は、ＳｉおよびＡｌの分布状態や陽イオンの大きさに応じて少しずつ変化する。このため、形状が変化した３次元フレーム構造を表す固有名称は設けられておらず、鉱物名として組成比やカチオンの種類に応じて細かく分類されている。
【００８９】
例えば、斜長石系列が、（Ｎａ，Ｃａ）（Ｓｉ，Ａｌ）ＡｌＳｉ２Ｏ８で示されるの場合、ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８（Ａｂ）：からＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８（Ａｎ）に至るまでの系列に分類されている。そして、斜長石系列その組成範囲に応じて、次のような鉱物名が与えられている。
・Ab100An0−Ab90An10：アルバイト、    高温アルバイト、低温アルバイト（７００℃）
・Ab90An10−Ab70An30：オリコグレース
・Ab70An30−Ab50An50：アンデシン
・Ab50An50−Ab30An70：ラブラドライト
・Ab30An70−Ab10An90：バイトウナイト
・Ab10An90−Ab0An100：アノーサイト。
【００９０】
具体的には、この基本構造としては、例えば、アルミノケイ酸塩の組成を持つ長石（フェルドスパー）構造を挙げることができる。とりわけ、アノーサイト様構造は好適である。
【００９１】
ここで、上記応力発光体では、アルミノケイ酸塩は、アルミノケイ酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩を示す。アルミノケイ酸塩は、ポリケイ酸イオンの一部をアルミニウムで置換することにより得られる。アルミノケイ酸塩は、結晶構造の空間（隙間）に、アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類金属イオンの少なくとも一方が挿入されている。さらに、アルミノケイ酸塩は、３次元の網目構造を有している。このため、アルミノケイ酸塩は、上記応力発光体の基本構造として、利用できる。なお、基本構造がアルミノケイ酸塩であることは、上記母体構造が、ＡｌＳｉ３Ｏ８−（アルカリ金属塩の場合）またはＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８２―（アルカリ土類金属塩の場合）であるということもできる。
【００９２】
また、長石（フェルドスパー、ｆｅｌｄｓｐａｒ）様構造とは、例えば、図１１に示すように、基本構造の基本単位として、ＡｌＯ４の四面体と、ＳｉＯ４四面体から構成され、これらがお互いに頂点を共有することにより大きな空間を有し、なおかつ、お互いの結合がフレキシブルで、空間に挿入されたアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンのサイズに依存して、その構造を自由に歪みませることが可能な構造を指す。図１１は、ＣａＳｉ２Ａｌ２Ｏ８の結晶構造（基本構造）を示している。図１１のＣａＳｉ２Ａｌ２Ｏ８は、空間群Ｐ−１に属する三斜晶構造を有しており、かつ、アノーサイト様構造を有している。
【００９３】
より詳細には、フェルドスパー（feldspar）構造とは、長石の構造を示している。フェルドスパー構造は、理想化学組成がＺ（Ｓｉ，Ａｌ）４Ｏ８（ただし、Ｚはアルカリ金属またはアルカリ土類金属であり、０＜Ａｌ／Ｓｉ≦１）で示されるアルミノケイ酸塩である。このアルミノケイ酸塩では、（Ｓｉ，Ａｌ）Ｏ４で示されるＳｉＯ４およびＡｌＯ４は、中心にＳｉまたはＡｌを、頂点に酸素（Ｏ）を有する四面体構造を最小単位としている。そして、この四面体が、全ての頂点を共有して複数結合することにより、３次元構築体を形成している。さらに、フェルドスパー構造は、この３次元構築体に形成された空間（隙間）に、Ｚ（アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方）が挿入されている。長石は、通常、曹長石（albite)ＮａＡｌＳｉ３Ｏ８、灰長石（アノーサイト；anorthite)ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８、およびカリ長石ＫＡｌＳｉ３Ｏ８を端成分とする固溶体である。すなわち、フェルドスパー（feldspar）様構造とは、アノーサイト様構造を含む複数のアルミノケイ酸塩の混合物である。
【００９４】
なお、「アノーサイト様構造」とは、アノーサイト（灰長石；ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）のみを示すものではなく、発光体の３次元構造を形成する母体構造の空間に、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方を挿入できる範囲で、アノーサイト構造に類似する構造（類似の組成物）も包含する意味である。同様に、「フェルドスパー様構造」とは、フェルドスパー（長石）のみを示すものではなく、３次元構造の空間に、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも一方を挿入できる範囲で、アノーサイト構造に類似する構造（類似の組成物）も包含する意味である。上記構造の中のアルカリ金属は、別の１価の金属イオンにより置換、また、アルカリ土類金属は、その他の２価の金属イオンで置換することもできる。
【００９５】
また、上記基本構造は、上記基本構造は、空間群Ｐ−１に属する三斜晶構造を有することが好ましい。空間群Ｐ−１に属する三斜晶構造は、結晶中に、対称性を有していないため、応力発光体の基本構造として好適である。
【００９６】
また、上記基本構造は、長石構造を示す準長石（フェルドスパソイド；feldspathoid）であってもよい。この準長石も、長石と同様、アルミノケイ酸塩であり、かつ、ＡｌＯ４およびＳｉＯ４は、全ての頂点を共有して複数結合することにより、３次元構築体を形成している。準長石としては、例えば、リューサイト（leucite）ＫＡｌＳｉ２Ｏ６、ネフェリン(nepheline）ＮａＡｌＳｉＯ４およびこれらの組成物に結晶構造が類似する組成物などを挙げることができる。
【００９７】
このような基本構造は、例えば、下記（１）〜（４）式のいずれかで示されるアルミノケイ酸塩であることがより好ましい。
【００９８】
ＭｘＮ１−ｘＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８  ・・・（１）
ＸｘＹ１−ｘＡｌＳｉ３Ｏ８  ・・・（２）；
(ＸｘＭ１−ｘ)(ＳｉｘＡｌ１−ｘ)ＡｌＳｉ２Ｏ８  ・・・（３）；または
ＸｘＭｙＣａ１−ｘ−ｙＡｌ２−ｘＳｉ２＋ｘＯ８  ・・・（４）
ただし、式中ＭおよびＮは、２価の金属イオンであり、少なくとも１種類は、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｍｇ，またはＭｎであり、ＸおよびＹは、１価の金属イオンであり、少なくとも１種類は、Ｌｉ，Ｎａ，またはＫであり、０≦ｘ≦０．８，０≦ｙ≦０．８である。
【００９９】
上記（１）〜（４）式において、アルカリ金属またはアルカリ土類金属は、少なくとも１種類であればよく、２種類に限定されるものでもない。すなわち、例えば、（３）式では、２種類以上のアルカリ金属（Ｘ）と、２種類以上のアルカリ土類金属（Ｍ）とを有するものであってもよい。
【０１００】
また、例えば、上記（１）〜（４）式の場合のように、応力発光体が、アルカリ金属またはアルカリ土類金属を複数備える場合、それら複数のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属は、互いにイオン半径の異なるものであることが好ましい。これにより、単一のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の場合よりも、応力発光体の歪みが大きくなる。そのため、応力発光体が、発光しやすくなる。言い換えれば、応力発光体は、イオン半径が異なる複数のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属を有していれば、応力発光体の自発歪みも変化する。自発歪みを有する応力発光体は、自発歪みを有さない応力発光体よりも、発光しやすい。このため、イオン半径が異なる複数のアルカリ金属および／またはアルカリ土類金属を有する応力発光体は、発光しやすくなる。このように、応力発光体の自発歪みを調整すれば、応力発光体を容易に発光させることができる。
【０１０１】
本発明者らは、応力発光体に用いる希土類金属のイオンとしてＥｕのイオンを選択すれば、青色発光（発光波長５００ｎｍ付近）を呈する応力発光体となることを見出している。
【０１０２】
すなわち、本発明において好適に用いられる応力発光体は、発光中心イオンとして少なくともＥｕを含む。このような応力発光体は、本願発明に特有の結晶構造を有しているため、特に、青色から青紫色の強い発光を示す応力発光体等を提供することができる。
【０１０３】
より詳細には、特に強い青色発光を示す応力発光体は、下記（５）および（６）式
Ｍ１−ｘ−ｙＮｘＱｙＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８  ・・・（５）
Ｘ１−ｘ−ｙＹｘＱｙＡｌ２−ＸＳｉ２＋ＸＯ８  ・・・（６）
（ただし、式中のＭおよびＮはそれぞれ、２価の金属イオンであり、少なくとも１種類は、Ｃａ,Ｓｒ，ＭｇまたはＭｎであり、ＸおよびＹは、１価の金属イオンであり、少なくとも１種類は、Ｌｉ，Ｎａ，またはＫであり、Ｑは希土類金属イオンもしくは遷移金属イオンであり、０≦ｘ≦０．８、０．００１≦ｙ≦０．１を満たす数である。）
で示される発光体であることが好ましい。なお、Ｑは、１種類または複数種類の発光中心である。ｙは、１つの発光中心の含有量を示しており、複数の発光中心の場合、それぞれの発光中心の含有量を示している。
【０１０４】
ただし、（５）式のように、アルカリ土類金属の場合、ＡｌおよびＳｉはそれぞれ２のままで、式のｘにより変化はしない。一方、（６）式のように、アルカリ金属の場合、電荷バランスをとるために、１価のアルカリ金属の数ｘが増えた分、４価のＳｉの数が増え（２＋ｘ）に、また３価のＡｌが減り（２−ｘ）となっている。
【０１０５】
さらに、上記応力発光体において、アルカリ土類金属としてＣａを選択し、かつ、そのＣａサイトの一部を、少なくとも１種類の発光中心で置換した応力発光体がより好ましい。すなわち、
Ｃａ１−ｙＱｙＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８  ・・・（７）
ただし、式中のＱはＥｕのみ、または、Ｅｕと他の発光中心の少なくとも１種類、ｙは０．００１≦ｙ≦０．１を満たす数である。
【０１０６】
なお、式（７）で示される応力発光体は、Ｃａ以外に、２価の金属イオンを有していてもよい。このような応力発光体は、（８）式で表すことができる。すなわち、
Ｃａ１−ｍ−ｎＮｎＥｕｍＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８  ・・・（８）
と表すことができる。ただし、式中のｍおよびｎは、それぞれ、０＜ｍ≦０．１，０≦ｎ≦０．９を満たす数である。また、Ｎは、２価の金属イオン（例えば、アルカリ土類金属（Ｓｒ，ＭｇまたはＭｎ）など）である。また、（８）式の発光中心は、Ｅｕのみの場合を示しているが、他の発光中心の少なくとも１種類と組み合わせてもよい。
【０１０７】
発光中心がＥｕのみの場合、ｍは０より大きく０．１以下の範囲であり、発光中心がＥｕとその他の発光中心イオンの混合物である場合、混合物の発光中心としての含有量（ｍ）は０より大きく０．２以下の範囲であればよい。つまり、（７）（８）式では、１つの発光中心の含有量が、０より大きく０．１以下の範囲であって、発光中心の合計含有量が、０より大きく０．２以下の範囲であればよい。
【０１０８】
このような応力発光体は、従来得られなかった青色の発光を、特に強く示すことができる。なお、式（７）では、発光中心（Ｑ）が、少なくともＥｕを含んでいることが好ましい。すなわち、式（７）において、発光中心の希土類金属イオンとして、少なくともＥｕを含んでいることが好ましい。例えば、発光中心がＥｕのみ、またはＥｕとＤｙとの混合物であることがより好ましい。このように、発光中心としてＥｕを含んでいれば、青色発光を特に強く示す応力発光体となり得る。
【０１０９】
青色の発光は短波長であるためにエネルギーが高いので、青色光を発する応力発光体を用いれば、そのエネルギーを励起光として利用し得る。すなわち、青色発光を示す発光体と、青とは異なる色の発光体との複合材料を用いれば、青色の発光エネルギーを青以外の発光体を励起させるための励起エネルギーとして容易に利用することができる。
【０１１０】
本発明において用いられる応力発光体は、その塗膜を種々の基材の表面に設けることにより、積層材料とすることができる。塗膜法は溶射法、エアゾル法などの物理的手法、または噴霧熱分解法やスピンコーティング法などの化学的手法を利用することができる。この塗膜を熱分解法で作製する場合、所定の母体構造を形成しうる化合物、例えば硝酸塩やハロゲン化物やアルコキシ化合物などを溶剤に溶解して調製した塗布液を、耐熱性基材の表面に塗布したのち、焼成することにより形成される。この耐熱性基材については特に限定されないが、その材質として例えば石英、シリコン、グラファイト、石英ガラスやバイコールガラス等の耐熱ガラス、アルミナや窒化ケイ素や炭化ケイ素やケイ化モリブデン等のセラミックス、ステンレス鋼のような耐熱鋼やニッケル、クロム、チタン、モリブデン等の耐熱性金属又は耐熱性合金、サーメット、セメント、コンクリートなどが挙げられる。
【０１１１】
本発明において用いられる応力発光体は、他の無機材料または有機材料との複合材料として利用することもできる。この複合材料は、応力発光材料を含んでいるので、機械的な外力によって、この複合材料に歪みを与えると、発光する。例えば、応力発光材料を、樹脂またはプラスチックなどの有機材料に、任意の割合で混合および分散させた複合材料を形成する。この複合材料に、機械的な外力を加えると、複合材料中の応力発光材料に歪みが生じる。そして、この歪みが励起エネルギーとなり、複合材料は発光する。
【０１１２】
本発明において用いられる応力発光体は、他の材料表面に塗布して利用することができる。言い換えれば、応力発光材料は、他の材料表面に、応力発光材料を含む層（応力発光層）を形成して利用することができる。これにより、応力発光層を形成した材料に、機械的な外力を加えると、その応力発光層が変形し、発光する。このように、応力発光層を形成して利用すれば、少量の応力発光材料を用いて、大面積の発光を実現することができる。
【０１１３】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１１４】
また、本明細書中に記載された学術文献および特許文献の全てが、本明細書中において参考として援用される。
【０１１５】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例】
【０１１６】
（１．単結晶シリコン太陽電池の光電変換効率の波長依存性）
本実施例において光電変換手段として使用する単結晶シリコン太陽電池（名称：ソーラーパネル、日本イーテック社、最高性能３００ｍＡ、０．５Ｖ、以下単に「太陽電池」という）が動作する光の波長を検討した。
【０１１７】
＜方法＞
太陽電池に、波長が４００ｎｍ、４５０ｎｍ、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、６００ｎｍ、６５０ｎｍ、または７００ｎｍである光をそれぞれ照射し、電流計（ＡＬＳ６１０Ａ、ＢＡＳ社）を用いて電流を測定することによって、各波長の光を照射した時の太陽電池の光電変換効率を測定した。
【０１１８】
＜結果＞
太陽電池の光電変換効率の波長依存性を検討した結果を図５に示す。
【０１１９】
図５によれば、実施例に使用する太陽電池は、５００ｎｍ以上の波長域において動作するということが分かった。よって、この太陽電池は、本実施例に用いられる応力発光体、ＳＡＯ：Ｅ（Ｓｒ0.9Ａｌ2Ｏ4:Ｅｕ0.01、ユーロピウムをドープしたストロンチウムアルミネート）の発光波長である５００ｎｍ付近において十分動作することが確認された。
【０１２０】
（２．応力発光体の発光による太陽電池駆動）
本実施例において使用する応力発光体  ＳＡＯ：Ｅ（以下「応力発光体」という）の発光によって、太陽電池が動作するか否かを検討した。
【０１２１】
＜方法＞
本実施例には固相法にて作製したＳＡＯ：Ｅ粉末を用いた。ＳｒＣＯ3、Ａｌ2Ｏ3、Ｅｕ2Ｏ3を出発原料として用い、Ｓｒ0.9Ａｌ2Ｏ4:Ｅｕ0.01になるように秤量、混合した後、まず８００℃で空気中にて１時間を仮焼した後、還元雰囲気中（５％（ｖ/ｖ）Ｈ2希釈アルゴン）にて１３００℃で４時間焼成することによって応力発光体粉末（ＳＡＯ：Ｅ粉末）を作製した。
【０１２２】
上記で得られたＳＡＯ：Ｅ粉末を、シアノアクリレート系接着剤（ダイソー社製）で固めて応力発光体とした。
【０１２３】
上記で取得した応力発光体を図６（ａ）および（ｂ）に示す。図６（ａ）は外力を印加する前の応力発光体（同図中矢印で示す）の写真図であり、同図６（ｂ）は外力が印加されて発光している応力発光体（同図中の白色部分）の写真図である。
【０１２４】
応力発光体を太陽電池の光電面に貼付し、５秒毎に外力を応力発光体へ印加した。外力の印加は、応力発光体を指で圧迫することによって実施された。このときに太陽電池から発生する電流を電流計（ＡＬＳ６１０Ａ、ＢＡＳ社製）で測定した。また比較として、外力を応力発光体に印加せずに同様の実験を行なった。
【０１２５】
＜結果＞
応力発光体からの電流を測定した結果を図７に示す。図７において（ａ）を付した折れ線は応力発光体に外力を印加した場合の結果を示し、（ｂ）を付した折れ線は応力発光体に外力を印加しなかった場合の結果を示す。また図７中の下向き矢印「↓」は、応力発光体に外力を印加したタイミングを示している。
【０１２６】
図７によれば、５秒毎の外力印加に対応して電流の発生が確認された（同図（ａ）を付した折れ線中の灰色部分参照）。これに対して、応力発光体に外力を印加しなかった場合は、５秒毎の電流発生は観測されなかった（同図（ｂ）を付した折れ線参照）。
【０１２７】
上記の結果より、応力発光体と太陽電池とを組み合わせることによって、外力印加による発電が可能であるということが確認された。よって、上記結果によって、本発明の応力発光発電システムの実効性が示された。
【０１２８】
（３．印加外力量に対する発電量の検討）
応力発光体、および太陽電池を組み合わせた応力発光発電システムについて、応力発光体に印加する外力の量を種々変化させた時の発電量を測定した。
【０１２９】
＜方法＞
既述のＳＡＯ：Ｅ粉末を、エポキシ樹脂で固めて応力発光体（円柱形、直径約２４ｍｍ、高さ約１０ｍｍ）とした。
【０１３０】
上記で作製した応力発光体を材料試験機（オリエンテック社製、テンシロン万能試験機Ｕ-２１２９）のジグに挟んで固定し、垂直上方向から一定の圧縮応力（３００Ｎ、６００Ｎ、または１０００Ｎ）を印加した。この時、応力発光体の前に、太陽電池を光電面が応力発光体に向くように配置し、圧縮圧力が応力発光体に印加された時に太陽電池から発生した電流を電流計（ＡＬＳ６１０Ａ、ＢＡＳ社製）で測定した。
【０１３１】
図８（ａ）に応力発光体(同図中「１００」で示す)を材料試験機（同図中「２００」で示す）に固定した状態を示す写真図を示す。また図８（ｂ）に圧縮応力が印加された応力発光体の状態を示す写真図を示す。なお図１０（ａ）中の矢印は応力発光体にかかる圧縮応力の方向を示す。図８（ｂ）によれば、圧縮応力が印加された応力発光体が発光（発光波長  約５００ｎｍ）していることが分かる（同図中、円で囲まれた白色部分参照）。
【０１３２】
＜結果＞
図９に３００Ｎ、６００Ｎ、または１０００Ｎの圧縮応力を印加した際の、太陽電池からの発生電流量（ｎＡ）を示す折れ線図を示した。
【０１３３】
図９によれば、応力発光体への圧縮応力の印加に対応した電流発生が確認された。また印加する圧縮圧力が、３００Ｎ、６００Ｎ、１０００Ｎと増加するにしたがって、発生する電流量が増加することが示された。なお、同図において電流発生量は、灰色部分の面積に相当する。
【０１３４】
図１０に発生電流量（図９における灰色部分の面積）を、印加した圧縮応力の圧力に対してプロットした図を示す。同図によれば、印加した圧力と発生した電流量とが比例関係にあることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明によれば、化石燃料に替わるクリーンなエネルギー獲得手段として、デバイスの作製が比較的容易であり、エネルギーの生産効率が高く、また暗所でも電力の供給が可能な自立型デバイスシステム、および当該デバイスを用いた発電方法を提供することが可能となる。
【０１３６】
したがって、エネルギー産業への利用のみならず、本発明は電気エネルギーを利用する全ての産業において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】本発明の一実施形態にかかる応力発光発電システムの模式図（側面図）である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる応力発光発電システムの模式図（側面図）である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる応力発光発電システムの模式図（側面図）である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる応力発光発電システムの模式図（側面図）である。
【図５】実施例において使用した単結晶シリコン太陽電池（名称：ソーラーパネル、日本イーテック社製）の光電変換効率の波長依存性を検討した結果を示す折れ線図である。
【図６】実施例において使用した応力発光体の写真図であり、（ａ）は外力を印加する前の応力発光体を示し、（ｂ）は外力が印加されて発光している応力発光体を示す。
【図７】応力発光体に外力を印加した場合、および印加していない場合において、光電面に応力発光体が貼付された太陽電池からの電流発生を示す折れ線図である。
【図８】（ａ）は応力発光体を、材料試験機に固定した状態を示す写真図であり、（ｂ）は当該応力発光体に圧縮応力が印加された状態を示す写真図である。
【図９】応力発光体に３００Ｎ、６００Ｎ、または１０００Ｎの圧縮応力を印加した際の、印加圧力の量、および太陽電池からの発生電流量を示す折れ線図である。
【図１０】実施例の結果を示す図であり、印加した圧縮応力の圧力と発生電流量（エリア面積）との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明に使用され得る応力発光材料（ＣａＡｌ２Ｓｉ２Ｏ８）の結晶構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１    応力発光体
２    光電変換部
３ａ  電極
３ｂ  電極
３ｃ  アノード
３ｄ  カソード
５    電解質層
６    光電変換部材
１０  応力発光発電システム
２０  応力発光発電システム
３０  応力発光発電システム
４０  応力発光発電システム
【図１】
2007259606.tif 000003
【図２】
2007259606.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
2007259606.tif 000008
【図９】
2007259606.tif 000009
【図１０】
2007259606.tif 000010
【図１１】
2007259606.tif 000011
【図６】
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【図８】
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