JP2003153557A - 発電装置、デバイス、動作機械、発電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生体等の運動にともなって効率良く電気エネ
ルギーを得ることのできる発電装置、発電方法等を提供
することを主たる目的とする。 【解決手段】 発電装置１０の発電部１１Ａでは、人体
Ｈが歩行するときに変化する電位を第一電極１２Ａで得
て、エレクトレット等の定常分極材料からなりそれ自体
が所定の電位を維持する分極部１６を備える第二電極１
３Ａによって提供される基準電位との電位差から電気エ
ネルギーを得る構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電装置、発電機
能を備えたデバイスや動作機械、発電方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】人体の運動や体温を用いて発電する方法
には、従来から既に実用化されているものがある。例え
ば、人体の歩行時の運動によって振動子や回転子の機械
的な振動や回転を生じさせ、これによって発電を行う方
法や、体温と外気温との温度差を用いて熱電対によって
発電を行う方法等である。また、靴底にＰＶＤＦ(Poly
vinylidenefluoride：ポリフッ化ビニリデン)等の高分
子圧電体を用い、歩行時に靴底にかかる圧力を用いて発
電する方法も既に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、人体の
歩行時に生じる機械的な振動や回転を用いる方法では、
歩行時の運動を効率良く得るために、腕や腰等、人体へ
の装着場所に制約がある。また、人体の運動を振動や回
転に変換するための機構的メカニズムが必要であるた
め、このような方法で発電を行うデバイスの小型化には
限度があった。熱電対を用いる方法では、機構的メカニ
ズムは不要であるが、基本的に体温と外気温との温度差
によるエネルギーポテンシャルを用いるため、熱電対の
人体に接しない側は、外気に触れる一定の面積を有した
部分が必要となり、そのため物理的に一定以上の大きさ
が必要となっていた。圧電体を用いる方法では、靴底部
分で発電するため、発電した電気エネルギーを靴以外の
部分で利用しようとすると、電気エネルギーを搬送する
ための配線等が必要となる。そのため、身体への装着が
煩雑となり、また歩行時や走行時における影響により断
線が生じたり装着者の動作の妨げとなることもある。こ
のように、人体の運動によって発電する従来の方法は、
一長一短であり、フレキシブルに用いることのできる決
定的な技術は未だ提供されていないのが実状である。

【０００４】本発明は、このような技術的課題に基づい
てなされたもので、人体等の運動にともなって効率良く
電気エネルギーを得ることのできる発電装置、発電方法
等を提供することを主たる目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな課題を解決する手法を模索する際に、歩行時におけ
る歩行者の人体に生じる電位の変位に着目した。半導体
の製造等のためのクリーンルーム等においては静電気対
策が重要であり、この静電気の発生源の一つとして、ク
リーンルーム内で作業を行う作業者の人体への帯電があ
ることが知られている。作業者が歩行するときに、床面
と靴底との接触・摩擦・剥離による電荷の移動によっ
て、人体への帯電現象が生じるのである。図１５に示す
ものは、歩行時における人体の等価回路であり、図１５
(ａ)は両足着地状態、図１５(ｂ)は片足を上げ、片足の
みで着地した状態の等価回路である。図１５(ａ)に示す
ように、両足着地状態においては、両足の、履物(靴)の
静電容量Ｃｓおよび履物の直流抵抗Ｒｓと、歩行者の人
体の静電容量Ｃｂとが回路上に存在し、図１５(ｂ)の片
足着地状態においては、着地している片足の履物(靴)の
静電容量Ｃｓおよび履物の直流抵抗Ｒｓと、歩行者の人
体の静電容量Ｃｂとが回路上に存在する。このような等
価回路において、電源は人体の歩行等の対地運動の際に
履物と床面との接触・摩擦・剥離による電荷の移動であ
ると考えられており、片足が床面から離れる際の電荷移
動により人体が帯電し、着地している方の足から床面に
放電しながらも、人体の電位は上昇していく。そして、
床面から離れていた足が着地して図１５(ａ)に示すよう
な両足着地状態となると、両方の足から床面に放電す
る。このような現象自体は、例えば「三浦、岡崎、藤
原、阿座上；“連続歩行に伴う人体電位の特性測定”、
電子情報通信学会技術研究報告 ＥＭＣＪ９１−１８
Ｐ２９〜３４；１９９１年」等の文献に記載された技術
研究で既に把握されている。

【０００６】本発明は、上記のような現象を利用するも
ので、歩行時に生じる人体電位の変化から電気エネルギ
ーを得ようというものである。ここで、上記技術研究に
おいては、歩行に伴う人体電位の変化を拾うにあたり、
床面に一方の電極をグラウンドさせ、床面の電位を基準
とした人体の相対的な電位変化を拾っている。これと同
様にして、本発明においても人体電位を得ることも考え
られる。すなわち、一方の電極を人体に接触させて人体
の電位変化を拾い、他方の電極を床面に確実にグラウン
ドさせ、他方の電極の電位に対する一方の電極の電位差
から電気エネルギーを得るのである。しかしながら、こ
のような構成では、当然のことながら、他方の電極を床
面にグラウンドさせるために歩行者の自由歩行が妨げら
れ、実用的ではない。この他、他方の電極を大気側に向
ける等して、大気側の電位を基準電位とすることも考え
られるが、これでは、歩行を開始すると双方の電極が徐
々に帯電して飽和してしまい、ある時間が経過すると、
人体側の電極と大気側の電極の間における電位差が小さ
くなり、歩行に伴なう電位の変化を拾えなくなってしま
うこともある。これでは、発電を行うのに必要な電位差
を得ることができず、発電を安定して行うことができな
い。

【０００７】そこで、本発明に係る発電装置では、人体
を含む生体等の電位採取対象と電荷的に略等価となる検
出電極と、この検出電極と一定以上離間するように設け
られて一定電位を保持した基準電極とを用い、基準電極
と検出電極の電位差からエネルギー取得部にて電気エネ
ルギーを得る構成とした。このように一定電位を保持し
た基準電極により、帯電によって双方の電極が飽和する
のを回避できる。このような基準電極は、分極によって
一定電位を保持する、エレクトレット、トルマリン等の
圧電体や焦電体、酸化チタン等の光触媒材等、の材料で
形成するのが好ましい。なお、エレクトレットとは、例
えばＰＶＤＦ(Poly vinylidene fluoride：ポリフッ化
ビニリデン)や、ポリテトラフルオロエチレン(いわゆる
テフロン(登録商標))、ポリプロピレン等の誘電体ポリ
マー材料を加熱溶融し、これに直流の高電圧を印加しな
がら電極間で固化させた後に電極を取り去ったり、ある
いは誘電体ポリマー材料にコロナ放電を施すことによっ
て、電極に接していた面を正または負に帯電させたもの
で、それらの分極、つまり常に正または負に帯電した状
態は半永久的に保持される。また、トルマリン(いわゆ
る電気石)は結晶への電歪あるいは圧電による分極、酸
化チタンは表面に光があたったときの光触媒反応による
分極マイナスイオンが発生するものであり、これらの材
料も、分極によって一定の基準電位を保持するものであ
る。

【０００８】本発明の発電装置におけるエネルギー取得
部では、基準電極と検出電極との間で空気を媒体として
形成されるコンデンサの静電容量から電気エネルギーを
得ることができる。エネルギー取得部で得られた電気エ
ネルギーは、出力部から出力される。電気エネルギーの
出力先としては、この電気エネルギーを駆動エネルギー
とするデバイスや、あるいはこの電気エネルギーを蓄え
る蓄電池等がある。

【０００９】ところで、基準電極だけでなく、検出電極
も一定電位を保持した材料で形成する構成とすることも
できる。この場合、検出電極は、分極によって基準電極
とは極性が異なる一定電位に保持される。つまり、検出
電極と基準電極のいずれか一方が正の電位に保持され、
他方が負の電位に保持されるのである。このような構成
では、生体等の電位採取対象の電位が例えば正に帯電し
たときには、検出電極と基準電極のうち、負の電位に保
持された側を基準として電気エネルギーを得て、また負
に帯電したときには、正の電位に保持された側を基準と
して電気エネルギーを得るのである。また、上記したよ
うな発電装置のうち、少なくとも検出電極と基準電極
を、電位採取対象となる生体に装着される被服に備える
こともできる。ここで、被服としては、電位採取対象の
生体が着用できる衣類や下着、靴等が考えられる。

【００１０】本発明は、電位検出手段と基準電位付与手
段の電位差から電気エネルギーを得るエネルギー取得手
段と、その電気エネルギーを消費するエネルギー消費手
段とを備えるデバイスとして捉えることもできる。つま
りこのデバイスは、エネルギー取得手段で生体等の電位
採取対象から取得した電気エネルギーを、デバイスの作
動や駆動のためのエネルギー源として用いる(消費する)
のである。さらに、このデバイスでは、エネルギー取得
手段で得た電気エネルギーを出力する端子等からなるエ
ネルギー出力手段と、出力された電気エネルギーを受け
取ってエネルギー消費手段に供給するエネルギー受け取
り手段と、をさらに備えることもでき、エネルギー出力
手段では、電位採取対象を介してエネルギー出力手段と
エネルギー受け取り手段の電荷結合がなされたときに、
電気エネルギーを出力してエネルギー受け取り手段に転
送する構成とすることもできる。より具体的には、デバ
イスの利用者がエネルギー出力手段とエネルギー受け取
り手段に触れると、エネルギー取得手段側とエネルギー
消費手段側で電荷結合がなされ、利用者の人体を伝わっ
て電気エネルギーを含んだ電気信号(電波)を転送するこ
とが可能となる。

【００１１】ところで、自転車や自動車等においては、
車輪やエンジンクランクの回転運動を用いて発電機を回
し、これによって発電を行うのが一般的であった。上記
したような原理を用いる本発明は、このような自転車や
自動車等にも適用することが可能である。すなわち、本
発明は、接触面との接触にともなって動作する車輪等の
動作体を備える動作機械であって、動作体と電荷的に略
等価となる第一電極と、第一電極との間で電位差を持つ
第二電極とを備えて、これら第一電極と第二電極の電位
差からエネルギー取得部にて電気エネルギーを得て、エ
ネルギー消費対象に供給する。つまり、車輪等の動作体
が接触面に沿って回転したり、あるいは接触面に対して
圧力を加減するような動作を行う際に、接触面と動作体
の摩擦や圧電効果によってこの動作体の電位が変動する
ので、その電気エネルギーを取得するのである。ここ
で、第二電極として、分極等によって一定電位を保持し
ているものを採用すれば、第一電極との電位差を安定し
て得ることができる。

【００１２】また、動作体として、正に帯電する正帯電
動作体と、負に帯電する負帯電動作体と、を備える場
合、正帯電動作体および負帯電動作体のいずれか一方の
電位を第一電極で得て、他方の電位を第二電極で得るよ
うにすれば、第一電極と第二電極との間で正負の電位差
から電気エネルギーを得ることができる。この場合、発
電状態では、第二電極が、第一電極とは逆の極性の電位
を持ち、第一電極との間で電位差を持つことになるの
で、分極等によって基準となる一定電位を保持している
必要はなくなる。ところで、正帯電動作体と負帯電動作
体は、接触面との接触時に生じる摩擦や圧力に伴なう帯
電極性が、正となるような材質、あるいは負となるよう
な材質で形成すれば良い。

【００１３】本発明は、運動時における電位採取対象の
電位を得るステップと、分極による絶対電位に対する電
位採取対象の電位差から電気エネルギーを得るステップ
と、を有する発電方法として捉えることもできる。この
場合の運動は、生体の運動であっても良いし、動作機械
を構成する動作体の動作であっても良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
に基づいてこの発明を詳細に説明する。図１は、本実施
の形態における発電装置１０の基本的な回路構成を示す
もので、この発電装置１０は、エネルギー取得部、エネ
ルギー取得手段となる発電部１１Ａとして、発電エネル
ギー源となる人体(電位採取対象)Ｈに対向配置される第
一電極(検出電極、電位検出手段)１２Ａおよび第二電極
(基準電極、基準電位付与手段)１３Ａを備え、さらに、
第一電極１２Ａと第二電極１３Ａで得た電位の差を整流
する整流回路１４、および整流回路１４で整流した直流
電流を出力する出力端子(出力部)１５を備えている。

【００１５】発電部１１Ａは、所定の間隔を隔てて対向
配置された第一電極１２Ａと第二電極１３Ａとから構成
される。第一電極１２Ａは、通常の電極であり、発電エ
ネルギー源となる人体Ｈと電荷的に等価となる。第二電
極１３Ａは、定常的に正(プラス)または負(マイナス)に
分極して一定電位を保持する定常分極材料から形成され
た分極部１６と、その背面に設けられた背極１７とが一
体化されたものである。ここで、分極部１６を構成する
定常分極材料としては、いわゆるエレクトレットがあ
る。このエレクトレットは、例えばＰＶＤＦや、ポリテ
トラフルオロエチレン(いわゆるテフロン(登録商標))、
ポリプロピレン等の誘電体ポリマー材料を加熱溶融し、
これに直流の高電圧を印加しながら電極間で固化させた
後に電極を取り去ったり、あるいは誘電体ポリマー材料
にコロナ放電を施すことによって、電極に接していた面
を正または負に帯電させたもので、それらの分極、つま
り常に正または負に帯電した状態は半永久的に保持され
る。これにより第二電極１３Ａは、分極部１６が定常的
に所定の電位を保持しており、第一電極１２Ａに対する
基準電位を付与する構成となっている。

【００１６】このような構成の発電装置１０は、第一電
極１２Ａを人体Ｈに直接あるいは他の導電体を介して間
接的に接触させると、第一電極１２Ａが人体Ｈの皮膚表
面と電荷的に結合し、その電位が人体Ｈの皮膚表面と略
等価となる。一方、第二電極１３Ａの分極部１６は、自
らが有している電荷によって所定の電位を保持してお
り、これによって、人体Ｈと等価な第一電極１２Ａと分
極部１６との間に、図１５に示した等価回路と同様、静
電容量を有したコンデンサが形成されることになる。こ
のようにして、発電部１１Ａでは、分極部１６で保持し
ている電位を基準電位とし、第一電極１２Ａで得られた
電位、すなわち人体Ｈの相対電位を得るのである。ここ
で、発電部１１Ａで得られる人体Ｈの相対電位は、歩行
時(走行等を含む運動時)に、地面との摩擦や圧電効果に
よって変化することになる。図２は、このような発電装
置１０の発電部１１Ａにおいて得られる人体Ｈの歩行時
における相対電位の変化を示す波形Ｅｗの一例である。
発電部１１Ａでは、人体Ｈと分極部１６とが静電結合し
て直流成分を通さないため、電位波形Ｅｗは正負の両極
側に振れることになる。

【００１７】整流回路１４は、上記したように発電部１
１Ａの第一電極１２Ａと第二電極１３Ａの背極１７から
得られる電位差を整流するもので、本実施の形態では、
例えば全波整流回路が採用されている。この整流回路１
４で整流された電流は、出力端子１５に供給される。出
力端子１５には、図示しない電気エネルギー供給対象を
接続することができる。電気エネルギー供給対象として
は、供給された電気エネルギーを駆動・作動エネルギー
として消費するエネルギー消費手段を備えた、例えばラ
ジオ、電球、時計等の各種デバイスが適用できる。ま
た、電気エネルギー供給対象として、蓄電池を適用する
ことも可能であり、この場合は、周知の充電方式を用い
て、出力端子１５から出力される電気エネルギーを蓄電
池に蓄えれば良い。

【００１８】このような発電装置１０によれば、人体Ｈ
が歩行するときに変化する電位を発電部１１Ａで得るこ
とによって、発電を行うことが可能となる。このとき、
発電部１１Ａは、エレクトレット等の定常分極材料から
なりそれ自体が所定の電位を維持する分極部１６を備え
る第二電極１３Ａによって基準電位が提供されるので、
発電部１１Ａ自体が帯電して飽和することもなく、また
周囲の他の歩行者等の電位を受けることもないので、発
電機能を常に安定して発揮させることができる。しか
も、このような発電装置１０は、非常に簡易な回路構成
で実現でき、機械的な外力を用いることもないために、
機構的に小型化や集積化が可能である。したがって、装
着場所の制約が少なく、例えば腕時計や携帯型のラジオ
等、携帯型のデバイスの電源として組み込むことも容易
であり、しかも低コストでそれを実現できる。また、電
気的ポテンシャルを利用するため、例えば体温等の熱ポ
テンシャルを利用する場合に比較して放熱部等が不要で
ある点も有利である。加えて、熱ポテンシャルや機械的
ポテンシャルを用いる場合に比較して高い電圧を得るこ
とができるため、実際に電気エネルギーとして用いる場
合に昇圧回路等が不要であり、電力的ロスが少ないとい
う利点もある。さらには、人体Ｈ等の不要な帯電を吸収
することにもなるため、静電気放電を抑えることもでき
る。

【００１９】ところで上記実施の形態では、第一電極１
２Ａとして通常の電極を、第二電極１３Ａとして定常分
極材料からなる分極部１６を備えた構成のものを例に挙
げたが、これに限るものではない。以下にその変形例を
示す。なお、以下の変形例では、上記実施の形態と異な
る構成についてのみ説明し、上記実施の形態と共通する
構成についてはその説明を省略する。図３は、発電装置
１０の発電部１１Ｂとして、上記図１で示した第一電極
１２Ａと第二電極１３Ａを複数対備えた構成の例であ
る。このような構成の発電装置１０の発電部１１Ｂで
は、より高い電流電圧を得ることが可能となる。図４に
示すものは、第二電極１３Ｃとして、薄膜状あるいは薄
いプレート状に形成した分極部１６Ｃを複数枚積層して
背極１７に取り付けたものである。このように分極部１
６Ｃを積層することによって、発電部１１Ｃで得られる
電圧を高めることができ、また人体Ｈの帯電に対する許
容入力(帯電限界)を高めることが可能となる。図５に示
すものは、発電部１１Ｄの第二電極１３Ｄとして、薄膜
状とした分極部１６Ｄを折り畳む構成としたものであ
る。

【００２０】また、上記実施の形態では、第一電極１２
Ａとして通常の電極を、第二電極１３Ａとして定常分極
材料からなる分極部１６を備えたが、例えば図６に示す
ように、第一電極１２Ｅが正に分極した分極部１６Ｅ₁
を有し、第二電極１３Ｅが負に分極した分極部１６Ｅ₂
を有する構成とすることもできる。このような構成の発
電部１１Ｅでは、人体Ｈが正に帯電した場合には、第一
電極１２Ｅで人体Ｈの電位を拾い、負に分極した第二電
極１３Ｅを基準とした電位差から電気エネルギーを得
る。また、人体Ｈが負に帯電した場合には、第二電極１
３Ｅで人体Ｈの電位を拾い、正に分極した第一電極１２
Ｅを基準とした電位差から電気エネルギーを得る。この
ような構成の発電部１１Ｅでは、人体Ｈの電位の変化に
応じて効率良く電気エネルギーを得ることが可能となる
のである。このような構成においても、図７に示すよう
に、発電部１１Ｆを、正に分極した第一電極１２Ｆの分
極部１６Ｆ₁、負に分極した第二電極１３Ｆの分極部１
６Ｆ₂をそれぞれ薄膜状にして積層した構成としても良
いし、図８に示すように、発電部１１Ｇを、正に分極し
た第一電極１２Ｇの分極部１６Ｇ₁、負に分極した第二
電極１３Ｇの分極部１６Ｇ₂をそれぞれ薄膜状にして折
り畳んだ構成としても良い。

【００２１】さらに、上記実施の形態では、定常分極材
料として、いわゆるエレクトレットを例に挙げた。これ
以外にも、定常分極材料としては、例えばペロブスカイ
ト化合物を用いることができる。ペロブスカイト化合物
は、常温において、理想的な立方晶構造からわずかに歪
んだ構造を有しており、圧電性、焦電性(結晶の温度が
変化したときに自発分極の温度依存性に由来してその変
化分に相当する電荷が結晶表面に現れる性質)を有して
いる。このようなペロブスカイト化合物としては、例え
ば非常に抗電界が高い材料として知られるPbTiO₃があ
る。また、ペロブスカイト類似の結晶構造を有して、室
温でも歪みによって表面に正負の電荷を生じて自発分極
する、トルマリンや電気石等と称されるものも用いるこ
とができる。図９は、このようなペロブスカイト化合物
(あるいはそれに結晶構造が近く、同様の性質を有する
ものを含む)を用いて発電部１１Ｈを構成した例であ
り、この発電部１１Ｈは、通常電極からなる第一電極１
２Ｈと、ペロブスカイト化合物からなる分極部１６Ｈを
有した第二電極１３Ｈとを備えて構成されている。この
ような構成の発電部１１Ｈにおいては、上記実施の形態
の発電部１１Ａと同様、人体Ｈの電位と等価になる第一
電極１２Ｈの電位と、分極部１６Ｈの分極によって得ら
れる基準電位とから、電気エネルギーを得て発電するこ
とができる。この場合も、複数対の第一電極１２Ｈ、第
二電極１３Ｈを備える構成とすることもできる。また、
図１０に示すように、発電部１１Ｊを、第二電極１３Ｊ
の分極部１６Ｊを薄膜状として積層した構成としても良
い。さらには、図１１に示すように、発電部１１Ｋを、
第一電極１２Ｋの分極部１６Ｋ₁と第二電極１３Ｋの分
極部１６Ｋ₂の分極極性を逆にし、これらを対向させる
構成としても良い。

【００２２】［適用例］さて、図１２は、上記実施の形
態に示した発電装置１０の適用例を示すものである。す
なわち、発電装置１０の少なくとも発電部１１Ａを、例
えばベスト等の衣類(被服)３０に内蔵するのである。よ
り具体的には、衣類３０の前面３０ｆ側に第一電極１２
Ａを内蔵し、後面３０ｂ側に第二電極１３Ａを内蔵す
る。このとき、第一電極１２Ａは、導電性繊維３１を格
子状に編むことによって構成し、第二電極１３Ａは、図
１２(ｃ)に示すように、導電性繊維３２の周囲に繊維状
に成形したエレクトレット材(例えば高分子エレクトレ
ット材)３３を巻き付け、これを格子状に編むことによ
って構成する。図１に示した整流回路１４や出力端子１
５は、衣類３０に一体に備えても良いし、導電性繊維３
１および３２に接続されたコネクタを衣類３０に設け、
整流回路１４や出力端子１５については別体のユニット
とすることもできる。

【００２３】［他の実施の形態］上記実施の形態では、
人体Ｈの歩行時における電位変化を用いて発電する発電
装置１０を例に挙げた。これ以外にも、運動時に電気エ
ネルギーを採取できる対象であれば、同様の上記実施の
形態と同様の構成を適用することによって発電機能を備
えることができる。以下にその例を示す。なお、以下に
示す他の実施の形態は、電気エネルギーを採取する対象
が人体Ｈではなくなるのみで、発電装置１０の構成自体
については、上記実施の形態と同様であるので、その詳
細な説明を省略する。なお、以下の説明では、上記実施
の形態で示した発電部１１Ａを例に挙げるが、その変形
例である発電部１１Ｂ〜１１Ｋについても同様に適用す
ることが可能である。図１３(ａ)に示すように、電気エ
ネルギーの採取対象物、例えば自転車(動作機械)４０
は、ホイール４１に装着されたタイヤ(動作体)４２が、
走行時における路面(接触面)との摩擦や圧電効果により
正または負に帯電する。図１３(ｂ)に示すように、この
タイヤ４２の帯電によって生じる電位を、導電性材料か
らなるホイール４１や車軸４３等を介して発電部１１Ａ
の第一電極１２Ａに伝達し、定常分極材料からなる第二
電極１３Ａの電位を基準電位としてその電位差から電気
エネルギーを得るのである。

【００２４】このような構成によれば、自転車４０を走
行させるのみで電気エネルギーを得ることができ、例え
ばライト等を点灯させることが可能となる。しかも、こ
のような構成では、電気エネルギーを得るに際し、タイ
ヤ４２の回転に対するフリクションロスを生じさせな
い。すなわち、タイヤ４２の回転を利用して電気エネル
ギーを得る機構として、旧来より、ローラをタイヤ４２
に押し付けて回転させるダイナモ等があるが、旧来の機
構では、タイヤ４２の回転力に対して機械的なフリクシ
ョンロスが生じる。これに対し、上記したような構成で
は、フリクションロスが一切生じないため、自転車４０
の走行および発電を効率良く行うことができるのであ
る。

【００２５】図１４に示すものは、図１３に示した構成
の変形例である。この変形例では、自転車４０の前輪の
タイヤ(動作体、正帯電動作体)４２Ｆと後輪のタイヤ
(動作体、負帯電動作体)４２Ｒの材質を、走行時におけ
る路面との摩擦や圧電効果による帯電極性が逆となるよ
うな構成とする。例えば、前輪のタイヤ４２Ｆを塩化ビ
ニルやポリテトラフルオロエチレン(いわゆるテフロン
(登録商標))(を含む材料)で形成すれば、タイヤ４２Ｆ
は負に帯電し、後輪のタイヤ４２Ｒをナイロンやアクリ
ル(を含む材料)で形成すればタイヤ４２Ｒは正に帯電す
る。そして、タイヤ４２Ｆ、４２Ｒの電位を、ホイール
４１や車軸４３等を介して発電部１１Ａの第一電極１２
Ａおよび第二電極１３Ａに伝達し、その電位差から電気
エネルギーを得るのである。この場合、第一電極１２Ａ
と第二電極１３Ａは、常に正負に帯電することになるた
め、第一電極１２Ａだけでなく第二電極１３Ａについて
も通常電極を用いることができる。そして、発電部１１
Ａで得た電気エネルギーを、例えば冷陰極管ライト５０
に供給し、これを点灯させること等ができる。

【００２６】ところで、上記の実施の形態において、出
力端子１５には各種デバイスや蓄電池等の電気エネルギ
ー供給対象を、直接あるいは配線等を介して間接的に接
続する構成としているが、出力端子１５から出力される
電気エネルギーを、人体Ｈを介して電気エネルギー供給
対象に転送することも可能である。この場合、エネルギ
ー出力手段としての出力端子１５は、人体Ｈと電荷結合
して電気信号を出力するようにセットされる。一方、各
種デバイスや蓄電池等の電気エネルギー供給対象側に
も、人体Ｈと電荷結合して出力端子１５から出力される
電気信号を受け取るためのエネルギー受け取り手段とし
ての端子を備えておく。このような構成とすれば、発電
装置１０の発電部１１Ａで発電した電気エネルギーが、
出力端子１５から人体Ｈ(の皮膚表面)を介して電気エネ
ルギー供給対象側の端子に伝送される。なお、このよう
な人体を介した電気信号の伝送は、例えば特開平７−１
７０２１５号公報等に記載された技術等を適用すること
で実現できる。このような構成を発電装置１０に採用す
れば、電気エネルギー供給対象との間の配線を省略する
ことが可能となり、被認証者にとっての利便性が大幅に
向上する。これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない範
囲内であれば、上記実施の形態として示した構成を適宜
変更・追加・省略することが可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
効率良く電気エネルギーを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施の形態における発電装置の回路構成の
一例を示す図である。

【図２】 歩行時における人体の電位変化を示す図であ
る。

【図３】 第一電極および第二電極を複数対備えた構成
を示す図である。

【図４】 第二電極の分極部を積層した構成を示す図で
ある。

【図５】 第二電極の分極部を折り畳んで構成した図で
ある。

【図６】 第一電極と第二電極に逆極性の分極部を備え
た構成の例である。

【図７】 図６の変形例として、逆極性の分極部をそれ
ぞれ積層させた構成の図である。

【図８】 同、逆極性の分極部を折り畳んで構成した図
である。

【図９】 分極部としてペロブスカイト化合物を用いた
例を示す図である。

【図１０】 図９の変形例として、分極部を積層させた
構成の図である。

【図１１】 同、第一電極と第二電極に逆極性の分極部
を備えた構成の例である。

【図１２】 第一電極および第二電極を少なくとも内蔵
した衣類の一例を示す図であり、(ａ)は前面図、(ｂ)は
後面図、(ｃ)は第二電極を構成する繊維の一例である。

【図１３】 自転車のタイヤから電気エネルギーを得る
場合の例を示す図である。

【図１４】 図１３の変形例であり、前後輪で帯電極性
を逆にした場合の構成を示す図である。

【図１５】 歩行時における歩行者の等価回路を示す図
である。

【符号の説明】

１０…発電装置、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ、１
１Ｅ、１１Ｆ、１１Ｇ、１１Ｈ、１１Ｊ、１１Ｋ…発電
部(エネルギー取得部、エネルギー取得手段)、１２Ａ、
１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｋ…第一電極
(検出電極、電位検出手段)、１３Ａ、１３Ｃ、１３Ｄ、
１３Ｅ、１３Ｆ、１３Ｇ、１３Ｈ、１３Ｊ、１３Ｋ…第
二電極(基準電極、基準電位付与手段)、１４…整流回
路、１５…出力端子(出力部)、１６、１６Ｃ、１６Ｄ、
１６Ｅ₁、１６Ｅ₂、１６Ｆ₁、１６Ｆ₂、１６Ｇ₁、１６
Ｇ₂、１６Ｈ、１６Ｊ、１６Ｋ₁、１６Ｋ₂…分極部、３
０…衣類(被服)、４０…自転車(動作機械)、４２…タイ
ヤ(動作体)、４２Ｆ…タイヤ(動作体、正帯電動作体)、
４２Ｒ…タイヤ(動作体、負帯電動作体)、Ｈ…人体(電
位採取対象)

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電位採取対象と電荷的に略等価となる検
   出電極と、 前記検出電極と一定以上離間するように設けられ、一定
   電位を保持した基準電極と、 前記検出電極と前記基準電極の電位差から電気エネルギ
   ーを得るエネルギー取得部と、 前記エネルギー取得部で得た電気エネルギーを出力する
   出力部と、を備えることを特徴とする発電装置。
2. 【請求項２】 前記基準電極が、分極によって一定電位
   を保持する材料で形成されていることを特徴とする請求
   項１記載の発電装置。
3. 【請求項３】 前記検出電極が、分極によって前記基準
   電極とは極性が異なる一定電位を保持した材料で形成さ
   れていることを特徴とする請求項２記載の発電装置。
4. 【請求項４】 前記エネルギー取得部は、前記基準電極
   と前記検出電極との間で空気を媒体として形成されるコ
   ンデンサの静電容量から電気エネルギーを得ることを特
   徴とする請求項１記載の発電装置。
5. 【請求項５】 少なくとも前記検出電極と前記基準電極
   が、電位採取対象となる生体に装着される被服に備えら
   れていることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
6. 【請求項６】 電位採取対象と電荷的に略等価となる電
   位検出手段と、 前記電位検出手段と一定以上離間するように設けられ、
   分極によって一定電位を保持した基準電位付与手段と、 前記電位検出手段と前記基準電位付与手段の電位差から
   電気エネルギーを得るエネルギー取得手段と、 前記エネルギー取得手段で得た電気エネルギーを消費す
   るエネルギー消費手段と、を備えることを特徴とするデ
   バイス。
7. 【請求項７】 前記エネルギー取得手段で得た電気エネ
   ルギーを出力するエネルギー出力手段と、 前記エネルギー出力手段で出力された電気エネルギーを
   受け取り、前記エネルギー消費手段に供給するエネルギ
   ー受け取り手段と、をさらに備え、 前記エネルギー出力手段は、前記電位採取対象を介して
   当該エネルギー出力手段と前記エネルギー受け取り手段
   の電荷結合がなされたときに、前記電気エネルギーを出
   力して前記エネルギー受け取り手段に転送することを特
   徴とする請求項６記載のデバイス。
8. 【請求項８】 接触面との接触にともなって動作する動
   作体と、 前記動作体と電荷的に略等価となる第一電極と、 前記第一電極との間で電位差を持つ第二電極と、 前記第一電極と前記第二電極の電位差から電気エネルギ
   ーを得て、エネルギー消費対象に供給するエネルギー取
   得部と、を備えることを特徴とする動作機械。
9. 【請求項９】 前記第二電極は、一定電位を保持してい
   ることを特徴とする請求項８記載の動作機械。
10. 【請求項１０】 前記動作体として、 正に帯電する正帯電動作体と、 負に帯電する負帯電動作体と、を備え、 前記第一電極は前記正帯電動作体および前記負帯電動作
    体のいずれか一方と電荷的に略等価となり、 前記第二電極は前記正帯電動作体および前記負帯電動作
    体のいずれか他方と電荷的に略等価となることを特徴と
    する請求項８記載の動作機械。
11. 【請求項１１】 運動時における電位採取対象の電位を
    得るステップと、 分極による絶対電位に対する前記電位採取対象の電位差
    から電気エネルギーを得るステップと、を有することを
    特徴とする発電方法。