JP2008167231A - 静電誘導型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の向上を図ることが可能な静電誘導型発電装置を提供する。
【解決手段】この静電誘導型発電装置１は、集電部２２ａが設けられた固定基板２１と、固定基板２１と対向するように配置されるとともに、エレクトレット部材１６が設けられた可動基板１１と、可動基板１１を固定基板２１に対して移動可能に支持する線材１２とを備えている。そして、線材１２は、可動基板１１が固定基板２１に対して水平方向（Ｘ方向）に移動する際に、可動基板１１が固定基板２１に対して垂直方向（Ｚ方向）にも移動するように、可動基板１１を支持するように構成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、静電誘導型発電装置に関し、特に、エレクトレット部材を備えた静電誘導型発電装置に関する。

従来、エレクトレット部材を備えた静電誘導型発電装置が知られている（たとえば、非特許文献１参照）。

上記非特許文献１には、電荷保持材料であるエレクトレット部材と、エレクトレット部材と所定の間隔を隔てて対向するように配置された対向電極（集電電極）とを備えた発電器（静電誘導型発電装置）が開示されている。この発電器は、対向電極をエレクトレット部材に対して水平方向に移動させることによって、対向電極とエレクトレット部材との間の距離を変化させて、エレクトレット部材による対向電極の位置する領域の電位を変化させるように構成されている。したがって、この発電器では、対向電極の位置する領域の電位を変化させることにより、対向電極に誘導される電荷量を変化させて、その変化分を電流として出力（発電）することが可能である。

鶴見行功・堤野匠・鈴木雄二・笠木伸英・坂根好彦，「アモルファスフッ素樹脂を用いたマイクロ・エレクトレット発電器の開発」，第１１回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集，ｐｐ.２３−２４（２００６）

しかしながら、上記非特許文献１に開示された従来の発電器では、対向電極の水平方向の移動のみにより対向電極とエレクトレット部材との間の距離を変化させているので、対向電極とエレクトレット部材との間の距離を大きく変化させることが困難であるという不都合がある。したがって、対向電極の位置する領域の電位の変化量を大きくすることが困難であるので、対向電極に誘導される電荷量を大きく変化させることが困難であるという不都合がある。このため、発電器の発電効率の向上を図ることが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発電効率の向上を図ることが可能な静電誘導型発電装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における静電誘導型発電装置は、集電電極および電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材のいずれか一方が設けられた固定基板と、固定基板と対向するように配置されるとともに、集電電極およびエレクトレット部材の他方が設けられた可動基板と、可動基板を固定基板に対して揺動可能に支持する支持部材とを備えている。なお、揺動可能とは、水平方向の位置および垂直方向の位置が変化するように移動可能であることをいう。

この発明の一の局面による静電誘導型発電装置では、上記のように、揺動可能に可動基板を支持する支持部材を設けることによって、支持部材により、可動基板の固定基板に対する水平方向の位置および垂直方向の位置が変化するように可動基板を揺動させれば、可動基板が水平方向のみに移動する場合に比べて、可動基板と固定基板との間の距離の変化量を大きくすることができる。すなわち、固定基板に設けられた集電電極およびエレクトレット部材のいずれか一方と、可動基板に設けられた集電電極およびエレクトレット部材の他方との間の距離の変化量を大きくすることができる。これにより、エレクトレット部材による集電電極の位置する領域の電位の変化量を大きくすることができるので、集電電極に誘導される電荷量を大きく変化させることができる。その結果、静電誘導型発電装置の発電効率を向上させることができる。

上記一の局面による静電誘導型発電装置において、好ましくは、支持部材は、所定の長さを有するとともに、可動基板の固定基板側とは反対側を支持しており、かつ、伸長圧縮方向には変形しにくく、曲げ方向には弾性変形しやすいように構成されている。このように構成すれば、支持部材により、可動基板を振り子状に移動させることができるので、容易に、可動基板の固定基板に対する水平方向の位置および垂直方向の位置が変化するように可動基板を揺動させることができる。また、支持部材を、伸長圧縮方向には変形しにくいように形成することによって、支持部材により、可動基板が固定基板に対して垂直方向（伸長圧縮方向）にがたつくのを抑制することができるので、可動基板が固定基板に当接するのを抑制することができる。これにより、可動基板および固定基板が損傷するのを抑制することができる。

この場合において、好ましくは、支持部材は、曲げ方向に弾性変形可能なバネ性を有する線材を含む。このように構成すれば、線材により、容易に、可動基板を振り子状に移動させることができる。

上記一の局面による静電誘導型発電装置において、好ましくは、支持部材は、所定の長さを有するとともに、可動基板の固定基板側とは反対側を支持しており、かつ、ヒンジ部を有する。このように構成すれば、支持部材により、可動基板を振り子状に移動させることができるので、容易に、可動基板の固定基板に対する水平方向の位置および垂直方向の位置が変化するように可動基板を揺動させることができる。

上記一の局面による静電誘導型発電装置において、好ましくは、可動基板が基準位置に向かうように、可動基板および支持部材の少なくともいずれか一方を付勢する付勢部材をさらに備える。このように構成すれば、付勢部材により、基準位置を中心にして振動可能に可動基板を配置することができる。

上記一の局面による静電誘導型発電装置において、好ましくは、支持部材は、複数設けられている。このように構成すれば、支持部材により、可動基板を複数箇所で支持することができるので、容易に、可動基板を固定基板に対して水平な状態で移動させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。図２〜図６は、図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の構造を説明するための図である。まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置１の構造について説明する。

この第１実施形態による静電誘導型発電装置１は、図１に示すように、収納部１０ａが形成された下側筐体１０と、収納部１０ａを塞ぐように下側筐体１０の上面に取り付けられた上側筐体２０と、整流回路３０（図４参照）とを備えている。また、静電誘導型発電装置１には、静電誘導型発電装置１によって駆動される負荷２（図４参照）が接続されている。

ここで、第１実施形態では、下側筐体１０の収納部１０ａには、図２に示すように、ガラスまたはシリコン基板などからなる可動基板１１と、可動基板１１を移動可能に支持するための複数の線材１２（図１参照）と、可動基板１１のＹ方向の位置を規制するための一対のスペーサ１３と、可動基板１１がＸ方向に移動する際の移動量を規制するための一対のバネ部材１４とが設けられている。なお、線材１２は、本発明の「支持部材」の一例である。

可動基板１１の表面（上面）１１ａには、ＡｌまたはＴｉなどからなる平面的に見て櫛形状を有する電極１５が形成されている。この電極１５は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて、Ｙ方向に延びるように形成された複数の電極部１５ａと、複数の電極部１５ａの一方端部を連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部１５ｂとを有する。また、この電極部１５ａは、図４に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

電極１５の電極部１５ａ上には、図２および図４に示すように、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材１６が形成されている。具体的には、エレクトレット部材１６は、図２に示すように、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて、Ｙ方向に延びるように複数形成されている。また、このエレクトレット部材１６は、図４に示すように、負電荷が蓄積されているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

また、第１実施形態では、線材１２は、ピアノ線からなるとともに、収納部１０ａの底面１０ｂから上方（Ｚ方向）に突出するように設けられている。具体的には、図５に示すように、底面１０ｂには、テーパ部１０ｄを有するとともに、線材１２が挿入される取付孔１０ｃが形成されている。また、線材１２は、金属製のリング１７ａおよびねじ１７ｂに挿入されているとともに、リング１７ａは、ねじ１７ｂによりテーパ部１０ｄに押し込まれている。このため、ねじ１７ｂおよびテーパ部１０ｄに押圧されたリング１７ａが線材１２を締め付けることにより、線材１２が底面１０ｂに取り付けられている。

また、第１実施形態では、線材１２は、所定の長さを有するとともに、可動基板１１の表面（下面）１１ｂを支持するように形成されている。具体的には、表面（下面）１１ｂには、テーパ部１１ｄを有するとともに、線材１２が挿入される取付孔１１ｃが形成されている。また、線材１２は、金属製のリング１８ａおよびねじ１８ｂに挿入されているとともに、リング１８ａは、ねじ１８ｂによりテーパ部１１ｄに押し込まれている。このため、ねじ１８ｂおよびテーパ部１１ｄに押圧されたリング１８ａが線材１２を締め付けることにより、線材１２が可動基板１１の表面（下面）１１ｂに取り付けられている。

また、第１実施形態では、バネ材としてのピアノ線からなる線材１２は、伸長圧縮方向（Ｚ方向）には変形しにくく、曲げ方向（Ｘ方向およびＹ方向）には弾性変形しやすいように構成されている。具体的には、線材１２は、曲げ方向に弾性変形可能なバネ性を有する。これにより、線材１２は、図６に示すように、静電誘導型発電装置１に水平方向（Ｘ方向）の振動が加わることに起因して、可動基板１１がＲ１方向（Ｒ２方向）に移動するように可動基板１１を支持するように構成されている。すなわち、線材１２は、可動基板１１の固定基板２１に対する水平方向（Ｘ方向）の位置および垂直方向（Ｚ方向）の位置が変化するように揺動可能に可動基板１１を支持するように構成されている。

また、一対のスペーサ１３は、図２に示すように、それぞれ、収納部１０ａのＹ方向の内側面に沿ってＸ方向に延びるように設けられている。一対のバネ部材１４は、それぞれ、収納部１０ａのＸ方向の内側面と可動基板１１との間に配置されている。具体的には、バネ部材１４は、平面的に見て、内側面と隣接するように配置されているとともに、可動基板１１と所定の間隔を隔てて配置されている。

上側筐体２０には、図１に示すように、可動基板１１と平行に対向するようにガラスまたはシリコン基板などからなる固定基板２１が設けられている。固定基板２１の表面（下面）２１ａには、図３に示すように、ＡｌまたはＴｉなどからなる平面的に見て櫛形状を有する集電電極２２が形成されている。この集電電極２２は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて、Ｙ方向に延びるように形成された複数の集電部２２ａと、複数の集電部２２ａの一方端部を連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部２２ｂとを有する。この集電部２２ａは、図４に示すように、可動基板１１が基準位置に配置された状態で、エレクトレット部材１６と対向する位置に配置されている。なお、基準位置とは、線材１２が底面１０ｂに対して垂直な状態の場合に、可動基板１１が配置される位置である。また、この集電部２２ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。また、集電部２２ａとエレクトレット部材１６とは、図４に示した可動基板１１が基準位置に配置された状態で、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔を隔てて設けられている。

また、整流回路３０は、図４に示すように、発電された電力を整流して負荷２に供給するために設けられている。具体的には、整流回路３０は、集電電極２２と電気的に接続されているとともに、接地された電極１５と電気的に接続されている。整流回路３０には、静電誘導型発電装置１によって発電された電力により駆動される負荷２が接続されている。また、負荷２は、接地されている。

図７は、本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の発電動作を説明するための図である。次に、図４、図６および図７を参照して、本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置１の発電動作について説明する。

まず、図４に示すように、可動基板１１のエレクトレット部材１６と、固定基板２１の集電部２２ａとが対向配置された状態（可動基板１１（エレクトレット部材１６）が基準位置に配置された状態）では、固定基板２１の集電部２２ａには、正電荷が誘導されている。

次に、静電誘導型発電装置１にＸ方向（水平方向）の振動を加えることにより、図６に示すように、エレクトレット部材１６と集電部２２ａとが対向しない位置まで、可動基板１１がＲ１方向に移動する。このとき、集電部２２ａとエレクトレット部材１６との間の距離が大きくなることに起因して、集電部２２ａの位置する領域の電位が上昇するので、集電部２２ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部２２ｂを介して整流回路３０に向かって移動する。これにより、整流回路３０には、矢印Ａ１方向の電流が流れることにより、整流が行われて負荷２に矢印Ｂ方向の電流が出力される。

その後、図７に示すように、線材１２の復元力により、エレクトレット部材１６と集電部２２ａとが対向する基準位置まで、可動基板１１がＲ２方向に移動する。このとき、集電部２２ａとエレクトレット部材１６との間の距離が小さくなることに起因して、集電部２２ａの位置する領域の電位が低下するので、連結部２２ｂを介して集電部２２ａに正電荷が誘導される。これにより、整流回路３０には、矢印Ａ２方向の電流が流れることにより、整流が行われて負荷２に矢印Ｂ方向の電流が出力される。

そして、上記動作が繰り返し行われることにより、発電が継続して行われる。

第１実施形態では、上記のように、可動基板１１の固定基板２１に対する水平方向（Ｘ方向）の位置および垂直方向（Ｚ方向）の位置が変化するように揺動可能に可動基板１１を支持する線材１２を設けることによって、線材１２により、可動基板１１をＲ１方向（Ｒ２方向）に移動させることができるので、可動基板が水平方向のみに移動する場合に比べて、可動基板１１と固定基板２１との間の距離の変化量を大きくすることができる。すなわち、固定基板２１に設けられた集電部２２ａと、可動基板１１に設けられたエレクトレット部材１６との間の距離の変化量を大きくすることができる。これにより、エレクトレット部材１６による集電部２２ａの位置する領域の電位の変化量を大きくすることができるので、集電部２２ａに誘導される電荷量を大きく変化させることができる。その結果、静電誘導型発電装置１の発電効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、線材１２を、所定の長さを有するとともに、可動基板１１の表面（下面）１１ｂを支持しており、かつ、伸長圧縮方向（Ｚ方向）には変形しにくく、曲げ方向（Ｘ方向）には弾性変形しやすいように構成することによって、線材１２により、可動基板１１を振り子状にＲ１方向（Ｒ２方向）に移動させることができるので、容易に、可動基板１１の固定基板２１に対する水平方向（Ｘ方向）の位置および垂直方向（Ｚ方向）の位置が変化するように可動基板１１を揺動させることができる。また、線材１２を、伸長圧縮方向（Ｚ方向）には変形しにくいように形成することによって、線材１２により、可動基板１１が固定基板２１に対して垂直方向（Ｚ方向）にがたつくのを抑制することができるので、可動基板１１が固定基板２１に当接するのを抑制することができる。これにより、可動基板１１および固定基板２１が損傷するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、線材１２を、曲げ方向（Ｘ方向）に弾性変形可能なバネ性を有するように構成することによって、線材１２により、容易に、可動基板１１を振り子状にＲ１方向（Ｒ２方向）に移動させることができる。

また、第１実施形態では、複数の線材１２を設けることによって、線材１２により、可動基板１１を複数箇所で支持することができるので、容易に、可動基板１１を固定基板２１に対して水平な状態で移動させることができるので、可動基板１１と固定基板２１との間の間隔を小さくすることができる。

図８は、本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の一対のエレクトレット部材および集電部の発電量について説明するための図であり、図９は、本発明の第１実施形態の比較例による静電誘導型発電装置の一対のエレクトレット部材および集電部の発電量について説明するための図である。図８および図９を参照して、第１実施形態による静電誘導型発電装置１の一対のエレクトレット部材１６および集電部２２ａの発電量について説明する。

まず、第１実施形態による静電誘導型発電装置１では、図８に示すように、一対の集電部２２ａおよびエレクトレット部材１６において、エレクトレット部材１６が集電部２２ａと対向する基準位置から振り子状にＲ１方向に移動した場合の発電量Ｐ_１は、以下の式（１）により示すことができる。

Ｐ_１＝｛Ｓ_１ε_２ε_０Ｖ^２／４（ε_２ｄ_１＋ｔ）
−Ｓ_２ε_２ε_０Ｖ^２／４（ε_２ｄ_２＋ｔ）｝ ・・・（１）
なお、Ｓ_１は、移動前にエレクトレット部材１６の電荷により影響を受ける集電部２２ａの面積であり、Ｓ_２は、移動後にエレクトレット部材１６の電荷により影響を受ける集電部２２ａの面積である。また、ε_０は、真空の誘電率であり、ε_２は、エレクトレット部材１６の比誘電率である。また、ｄ_１は、移動前のエレクトレット部材１６と集電部２２ａとの間の距離であり、ｄ_２は、移動後のエレクトレット部材１６と集電部２２ａとの間の距離である。また、Ｖは、エレクトレット部材１６の表面電位であり、ｔは、エレクトレット部材１６の厚みである。

その一方、エレクトレット部材１６が集電部２２ａと対向する基準位置から平行にＸ１方向（水平方向）のみに移動する比較例による静電誘導型発電装置５００では、図９に示すように、一対の集電部２２ａおよびエレクトレット部材１６において、エレクトレット部材１６が集電部２２ａと対向する基準位置から平行にＸ１方向（水平方向）に移動した場合の発電量Ｐ_２は、以下の式（２）により示すことができる。

Ｐ_２＝｛Ｓ_１ε_２ε_０Ｖ^２／４（ε_２ｄ_１＋ｔ）
−Ｓ_２ε_２ε_０Ｖ^２／４（ε_２ｄ_１＋ｔ）｝ ・・・（２）
そして、第１実施形態による静電誘導型発電装置１では、エレクトレット部材１６がＲ１方向に移動することにより、ｄ_２＞ｄ_１の関係が成り立つので、上記式（１）および（２）からＰ_１＞Ｐ_２であることが示された。すなわち、比較例による静電誘導型発電装置５００のように、エレクトレット部材１６が基準位置からＸ１方向（水平方向）のみに移動する場合に比べて、第１実施形態による静電誘導型発電装置１のように、エレクトレット部材１６が基準位置からＲ１方向に移動する場合には、発電量が大きくなることが示された。

図１０は、本発明の第１実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の構造を示した斜視図である。図１０を参照して、この第１実施形態の変形例では、図１に示した第１実施形態と異なり、可動基板１１を移動可能に支持するための複数の板バネ部材４２が形成された静電誘導型発電装置４１の構造について説明する。なお、板バネ部材４２は、本発明の「支持部材」の一例である。

この第１実施形態の変形例では、板バネ部材４２は、図１０に示すように、下側筐体１０の底面１０ｂから上方（Ｚ方向）に突出するように設けられている。また、板バネ部材４２は、所定の長さを有するとともに、可動基板１１の表面（下面）１１ｂを支持するように形成されている。また、板バネ部材４２は、伸長圧縮方向（Ｚ方向）には変形しにくく、曲げ方向（Ｘ方向）には弾性変形しやすいように構成されている。具体的には、板バネ部材４２は、曲げ方向に弾性変形可能なバネ性を有する。これにより、板バネ部材４２は、静電誘導型発電装置４１に水平方向（Ｘ方向）の振動が加わることに起因して、可動基板１１が固定基板２１に対してＸ方向に移動する場合に、可動基板１１が固定基板２１に対してＺ方向にも移動するように可動基板１１を支持するように構成されている。その一方、板バネ部材４２は、静電誘導型発電装置４１に水平方向（Ｙ方向）の振動が加わる場合には、可動基板１１が固定基板２１に対してＹ方向に移動しないように可動基板１１を支持するように構成されている。

なお、第１実施形態の変形例のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

第１実施形態の変形例では、上記のように、可動基板１１をＸ方向に移動可能で、かつ、Ｙ方向に移動しないように支持する板バネ部材４２を設けることによって、上記第１実施形態と異なり、可動基板１１のＹ方向の位置を規制するための一対のスペーサ１３を設ける必要がないので、その分、部品点数が増加するのを抑制することができる。

なお、第１実施形態の変形例のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態）
図１１は、本発明の第２実施形態による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。図１２〜図１５は、図１１に示した第２実施形態による静電誘導型発電装置の構造を説明するための図である。図１１〜図１５を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、可動基板１１を移動可能に支持するための複数の支持部材５２が２つのヒンジ部５２ａを有するように形成された静電誘導型発電装置５０の構造について説明する。

この第２実施形態では、下側筐体５１の収納部５１ａには、図１１および図１２に示すように、可動基板１１と、２つのヒンジ部５２ａを有する支持部材５２（図１１参照）と、可動基板１１が基準位置に向かうように付勢するための一対のバネ部材５３とが設けられている。なお、基準位置とは、図１１に示すように、支持部材５２が底面５１ｂに対して垂直な状態の場合に、可動基板１１が配置される位置である。また、一対のバネ部材５３は、それぞれ、収納部５１ａのＸ方向の内側面と可動基板１１との間に配置されている。これにより、バネ部材５３は、可動基板１１が基準位置に向かうように、可動基板１１を付勢するように構成されている。なお、バネ部材５３は、本発明の「付勢部材」の一例である。

ここで、第２実施形態では、支持部材５２は、図１３に示すように、所定の長さを有するとともに、可動基板１１の表面（下面）１１ｂに形成されたコの字形状を有する軸部５４と、下側筐体５１の底面５１ｂに形成されたコの字形状を有する軸部５５と、軸部５４および５５が挿入される孔部５６ａを有する板部材５６とにより構成されている。軸部５４および５５は、金属などからなるとともに、板部材５６は、金属または樹脂などからなる。この孔部５６ａに軸部５４および５５がそれぞれ挿入されることにより、ヒンジ部５２ａが形成されている。

また、第２実施形態では、支持部材５２は、図１５に示すように、静電誘導型発電装置５０に水平方向（Ｘ方向）の振動が加わることに起因して、可動基板１１がＲ１方向（Ｒ２方向）に移動するように可動基板１１を支持するように構成されている。すなわち、支持部材５２は、可動基板１１が固定基板２１に対してＸ方向に移動する場合に、可動基板１１が固定基板２１に対してＺ方向（下方向）にも移動するように可動基板１１を支持するように構成されている。なお、可動基板１１は、図１５に示した領域に位置する場合には、バネ部材５３により、図１４に示した基準位置に移動するように付勢されている。その一方、支持部材５２は、静電誘導型発電装置５０に水平方向（Ｙ方向）の振動が加わる場合には、可動基板１１が固定基板２１に対してＹ方向に移動しないように可動基板１１を支持するように構成されている。

なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

また、第２実施形態の発電動作は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、上記のように、支持部材５２を、所定の長さを有するとともに、可動基板１１の表面（下面）１１ｂを支持しており、かつ、ヒンジ部５２ａを有するように構成することによって、支持部材５２により、可動基板１１を振り子状にＲ１方向（Ｒ２方向）に移動させることができるので、容易に、可動基板１１の固定基板２１に対する水平方向（Ｘ方向）の位置および垂直方向（Ｚ方向）の位置が変化するように可動基板１１を揺動させることができる。

また、第２実施形態では、可動基板１１が基準位置に向かうように、可動基板１１を付勢するバネ部材５３を設けることによって、バネ部材５３により、基準位置を中心にして振動可能に可動基板１１を配置することができる。

また、第２実施形態では、２つのヒンジ部５２ａを有する支持部材５２を複数設けることによって、容易に、可動基板１１を固定基板２１に対して水平な状態で移動させることができるので、可動基板１１と固定基板２１との間の間隔を小さくすることができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

図１６は、本発明の第２実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。図１６を参照して、この第２実施形態の変形例では、図１１に示した第２実施形態と異なり、可動基板１１が基準位置に向かうように付勢するための一対の付勢部材６２が磁石６３および６４により構成された静電誘導型発電装置６１の構造について説明する。

この第２実施形態の変形例では、付勢部材６２は、図１６に示すように、可動基板１１のＸ方向の両端部に固定された磁石６３と、収納部５１ａのＸ方向の内側面に磁石６３に対向するように固定された磁石６４とにより構成されている。また、付勢部材６２の磁石６３および６４は、同じ極性側が対向するように配置されている。これにより、付勢部材６２は、可動基板１１が基準位置に向かうように、可動基板１１を付勢するように構成されている。

なお、第２実施形態の変形例のその他の構造は、上記第２実施形態と同様である。

また、第２実施形態の変形例の効果は、上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図１７は、本発明の第３実施形態による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。図１８は、図１７に示した第３実施形態による静電誘導型発電装置の固定基板の構造を示した平面図である。図１７および図１８を参照して、この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、可動基板７２がＸ方向に加えて、Ｙ方向にも移動可能に構成された静電誘導型発電装置７０の構造について説明する。

この第３実施形態では、下側筐体７１の収納部７１ａには、図１７に示すように、ガラスまたはシリコン基板などからなる可動基板７２と、可動基板７２を移動可能に支持するための複数の線材１２（図示せず）と、可動基板７２がＹ方向に移動する際の移動量を規制するための一対のバネ部材７３と、可動基板７２がＸ方向に移動する際の移動量を規制するための一対のバネ部材１４とが設けられている。

可動基板７２の表面（上面）７２ａには、ＡｌまたはＴｉなどからなる電極７４が形成されている。この電極７４は、平面的に見て、Ｘ方向に延びる部分とＹ方向に延びる部分とが交互に形成されることにより、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延びるように形成された複数の電極部７４ａと、複数の電極部７４ａの一方端部を連結するように形成された連結部７４ｂとを有する。この電極部７４ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

電極７４の電極部７４ａ上には、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材７５が形成されている。具体的には、エレクトレット部材７５は、Ｘ方向に延びる部分とＹ方向に延びる部分とが交互に形成されることにより、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延びるように複数形成されている。また、このエレクトレット部材７５は、負電荷が蓄積されているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

一対のバネ部材７３は、それぞれ、収納部７１ａのＹ方向の内側面と可動基板７２との間に配置されている。具体的には、バネ部材７３は、平面的に見て、内側面と隣接するように配置されているとともに、可動基板７２と所定の間隔を隔てて配置されている。

上側筐体（図示せず）には、可動基板７２と対向するようにガラスまたはシリコン基板などからなる固定基板７６が設けられている。固定基板７６の表面（下面）７６ａには、図１８に示すように、ＡｌまたはＴｉなどからなる集電電極７７が形成されている。この集電電極７７は、平面的に見て、Ｘ方向に延びる部分とＹ方向に延びる部分とが交互に形成されることにより、Ｘ方向およびＹ方向と交差する方向に延びるように形成された複数の集電部７７ａと、複数の集電部７７ａの一方端部を連結するように形成された連結部７７ｂとを有する。この集電部７７ａは、可動基板７２が基準位置に配置された状態で、エレクトレット部材７５と対向する位置に配置されている。また、集電部７７ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。また、集電部７７ａとエレクトレット部材７５とは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔を隔てて設けられている。

なお、第３実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

第３実施形態では、上記のように、Ｘ方向に加えてＹ方向にも移動可能な可動基板７２を設けることによって、静電誘導型発電装置７０にＹ方向の振動が加わる場合にも発電することができるので、静電誘導型発電装置７０に加わる振動に対する発電効率を向上させることができる。

なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

図１９は、本発明の第３実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。図２０は、図１９に示した第３実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の固定基板の構造を示した平面図である。図１９および図２０を参照して、この第３実施形態の変形例では、図１７に示した第３実施形態と異なり、エレクトレット部材８３および集電部８４ａが実質的に円弧状に形成された静電誘導型発電装置８１の構造について説明する。

この第３実施形態の変形例では、可動基板７２の表面（上面）７２ａには、図１９に示すように、ＡｌまたはＴｉなどからなる電極８２が形成されている。この電極８２は、平面的に見て、実質的に円弧状に形成された複数の電極部８２ａと、複数の電極部８２ａを連結するように形成された連結部８２ｂとを有する。この電極部８２ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

電極８２上の所定領域には、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材８３が形成されている。また、このエレクトレット部材８３は、負電荷が蓄積されているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。

固定基板７６の表面（下面）７６ａには、図２０に示すように、ＡｌまたはＴｉなどからなる集電電極８４が形成されている。この集電電極８４は、平面的に見て、実質的に円弧状に形成された複数の集電部８４ａと、複数の集電部８４ａを連結するように形成された連結部８４ｂとを有する。この集電部８４ａは、可動基板７２が基準位置に配置された状態で、エレクトレット部材８３と対向する位置に配置されている。また、集電部８４ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約１０μｍの厚みとを有する。また、集電部８４ａとエレクトレット部材８３とは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔を隔てて設けられている。

なお、第３実施形態の変形例のその他の構造は、上記第３実施形態と同様である。

また、第３実施形態の変形例の効果は、上記第３実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）およびポリエチレン（ＰＥ）などの有機高分子化合物またはＳｉＮなどのシリコン化合物からなるエレクトレット部材を用いてもよい。なお、ポリテトラフルオロエチレンとしては、テフロン（登録商標）およびサイトップ（登録商標）などがある。

また、上記第１〜第３実施形態では、上側筐体に固定基板を設けるとともに、下側筐体に可動基板を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、上側筐体に可動基板を設けるとともに、下側筐体に固定基板を設けるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、固定基板に集電電極を設けるとともに、可動基板にエレクトレット部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、固定基板にエレクトレット部材を設けるとともに、可動基板に集電電極を設けるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、正電荷が蓄積されたエレクトレット部材を用いるようにしてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、整流回路を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、整流回路を設けることなく、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して負荷に電力を供給するようにしてもよいし、直接負荷に電力を供給するようにしてもよい。また、整流回路を設けるとともに、整流回路と負荷との間にＤＣ−ＤＣコンバータを設けてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、可動基板の電極の電極部上に複数のエレクトレット部材を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、可動基板の電極の電極部および連結部上に櫛形状のエレクトレット部材を１つ形成してもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、ねじにより、リングを取付孔のテーパ部に押し込むことによって、線材を可動基板および下側筐体に取り付ける例を示したが、本発明はこれに限らず、接着剤などにより線材を可動基板および下側筐体に取り付けてもよいし、線材を可動基板および下側筐体に圧入することにより、線材を可動基板および下側筐体に取り付けてもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、ピアノ線からなる線材を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、ピアノ線以外のその他の線材を用いてもよい。

また、上記第２実施形態では、可動基板が基準位置に向かうように、可動基板を付勢する付勢部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、可動基板が基準位置に向かうように、可動基板および支持部材を付勢する付勢部材を設けてもよいし、可動基板が基準位置に向かうように、支持部材のみを付勢する付勢部材を設けてもよい。

また、上記第２実施形態の変形例では、付勢部材６２の磁石６３および６４を、同じ極性側が対向するように配置する例を示したが、本発明はこれに限らず、付勢部材６２の磁石６３および６４を、異なる極性側が対向するように配置するようにしてもよい。

また、上記第１および第３実施形態では、可動基板がＸ方向に移動する際の移動量を規制するためのバネ部材を設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、可動基板がＸ方向に移動する際の移動量を規制するためのバネ部材を設ける代わりに、可動基板が基準位置に向かうように、可動基板および線材（板バネ部材）を付勢する付勢部材を設けてもよい。

また、上記第２実施形態では、２つのヒンジ部５２ａを有する支持部材５２を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、３つ以上のヒンジ部を有する支持部材を用いてもよい。

本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。 図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。 図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の固定基板の構造を示した平面図である。 図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の構成を示した概略図である。 図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の線材の取付構造を示した断面図である。 図１に示した第１実施形態による静電誘導型発電装置の構成を示した概略図である。 本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の発電動作を説明するための図である。 本発明の第１実施形態による静電誘導型発電装置の一対のエレクトレット部材および集電部の発電量について説明するための図である。 本発明の第１実施形態の比較例による静電誘導型発電装置の一対のエレクトレット部材および集電部の発電量について説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の構造を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。 図１１に示した第２実施形態による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。 図１１に示した第２実施形態による静電誘導型発電装置の支持部材を示した斜視図である。 図１１に示した第２実施形態による静電誘導型発電装置の構成を示した概略図である。 図１１に示した第２実施形態による静電誘導型発電装置の構成を示した概略図である。 本発明の第２実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の構造を示した断面図である。 本発明の第３実施形態による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。 図１７に示した第３実施形態による静電誘導型発電装置の固定基板の構造を示した平面図である。 本発明の第３実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の下側筐体の構造を示した平面図である。 図１９に示した第３実施形態の変形例による静電誘導型発電装置の固定基板の構造を示した平面図である。

符号の説明

１、４１、５０、６１、７０、８１ 静電誘導型発電装置
１１、７２ 可動基板
１２ 線材（支持部材）
１６、７５、８３ エレクトレット部材
２１、７６ 固定基板
２２、７７、８４ 集電電極
４２ 板バネ部材（支持部材）
５２ 支持部材
５２ａ ヒンジ部
５３ バネ部材（付勢部材）
６２ 付勢部材

Claims (6)

1. 集電電極および電荷を蓄積することが可能なエレクトレット部材のいずれか一方が設けられた固定基板と、
   前記固定基板と対向するように配置されるとともに、前記集電電極および前記エレクトレット部材の他方が設けられた可動基板と、
   前記可動基板を前記固定基板に対して揺動可能に支持する支持部材とを備えた、静電誘導型発電装置。
2. 前記支持部材は、所定の長さを有するとともに、前記可動基板の前記固定基板側とは反対側を支持しており、かつ、伸長圧縮方向には変形しにくく、曲げ方向には弾性変形しやすいように構成されている、請求項１に記載の静電誘導型発電装置。
3. 前記支持部材は、曲げ方向に弾性変形可能なバネ性を有する線材を含む、請求項２に記載の静電誘導型発電装置。
4. 前記支持部材は、所定の長さを有するとともに、前記可動基板の前記固定基板側とは反対側を支持しており、かつ、ヒンジ部を有する、請求項１に記載の静電誘導型発電装置。
5. 前記可動基板が基準位置に向かうように、前記可動基板および前記支持部材の少なくともいずれか一方を付勢する付勢部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電誘導型発電装置。
6. 前記支持部材は、複数設けられている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の静電誘導型発電装置。

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