JP2011250556A - 静電誘導型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面内の任意の方向に移動可能な可動電極を有する静電誘導型発電装置において、装置全体の発電効率を向上させることのできる静電誘導型発電装置を得る。
【解決手段】静電誘導型発電装置１０の固定部２１の表面２１ａに設けられた第１および第２固定電極２２，２３の形状を、第１の傾斜方向ａでとなり合う２つの領域を連結して形成される第１の辺部２２ｃ，２３ｃと、第２の傾斜方向ｂでとなり合う２つの領域を連結して形成される第２の辺部２２ｄ，２３ｄと、を交互に連結させた波形とした。そして、第１の辺部２２ｃ，２３ｃとＸ軸方向とのなす鋭角θ１および第２の辺部２２ｄ，２３ｄとＸ軸方向とのなす鋭角θ１を、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比に基づいて設定した。
【選択図】図３

Description

本発明は、静電誘導型発電装置に関する。

従来、静電誘導型発電装置として、エレクトレット電極を有する固定基板と、可動電極を有する可動基板と、を間隔を隔てて配置させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１では、可動基板は、固定基板上に設けられた固定構造体に、可動電極の一方向（Ｘ軸方向）への移動を許容する弾性部材と、一方向に直交する方向（Ｙ軸方向）への移動を許容する弾性部材とによって弾性的に支持されており、ＸＹ平面内の任意の方向に相対移動できるようになっている。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が、可動電極が主に移動する方向である主移動方向となっている。

そして、可動基板の固定基板に対する相対振動によってエレクトレット電極と可動電極との対向面積を増減させることで、可動電極に誘導される電荷量を変化させ、この電荷量の変化分を電気エネルギーとして取り出すようにしている。

特開２００８−８６１９０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、エレクトレット電極および可動電極が、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに交互に折れ曲がって延びるジグザグ状に形成されている。そのため、Ｘ軸方向やＹ軸方向へ移動した場合におけるエレクトレット電極と可動電極との対向面積の変化量が、斜め方向（Ｘ軸およびＹ軸に対して４５度交差した方向）へ移動した場合におけるエレクトレット電極と可動電極との対向面積の変化量よりも小さくなってしまう。すなわち、可動電極が主移動方向へ移動した場合の発電効率が、それ以外の方向へ移動した場合の発電効率よりも低くなってしまう。

このように、上記従来技術では、可動電極の移動しやすい方向である主移動方向へ移動した際の発電効率があまりよくないため、装置全体としての発電効率が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、平面内の任意の方向に移動可能な可動電極を有する静電誘導型発電装置において、装置全体の発電効率を向上させることのできる静電誘導型発電装置を得ることを目的とする。

本発明にあっては、表面に電極が設けられた固定部と、当該固定部の表面と対向する対向面に電極が設けられ、前記固定部に対して相対移動可能な可動部と、を備える静電誘導型発電装置であって、前記固定部の電極と前記可動部の電極のうちいずれか一方の電極は、エレクトレット部材を含むエレクトレット電極を備え、前記可動部は、前記固定部に対して、前記表面内の一方向および当該一方向と略直交する直交方向を主移動方向として、当該表面内の任意の方向に相対移動可能であり、前記エレクトレット電極および他方の電極は、前記一方向には第１の間隔で隔てられ、前記直交方向には第２の間隔で隔てられる４つの領域を頂点とする単位格子を少なくとも１つ有するように配置される格子状の第１の領域と、前記単位格子の対角線の交点を含むように配置される第２の領域と、を備えており、前記エレクトレット電極と前記他方の電極のうち少なくともいずれか一方の電極の形状が、前記一方向および前記直交方向と交差する第１の傾斜方向でとなり合う前記第１の領域と前記第２の領域とを連結して形成される第１の辺部と、前記一方向、前記直交方向および前記第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向でとなり合う前記第１の領域と前記第２の領域とを連結して形成される第２の辺部と、を交互に連結させた波形であり、前記第１の辺部と前記一方向とのなす鋭角および前記第２の辺部と前記一方向とのなす鋭角が、前記第１の間隔と第２の間隔との比に基づいて設定されていることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、主移動方向へ移動した際の発電効率の低下を抑制しつつ、主移動方向以外の方向へ移動した際にも発電を行うことができるようになるため、静電誘導型発電装置全体の発電効率を向上させることができる。

図１は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の構造を示す断面図である。 図２は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の可動部の構造を示す底面図である。 図３は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の固定部の構造を示す平面図である。 図４は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の動作を説明する断面図であって、（ａ）は、可動部が中立位置にある状態を示す断面図、（ｂ）はそのときの電極部分を示す拡大断面図である。 図５は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の動作を説明する断面図であって、（ａ）は、可動部がＸ軸方向へ移動した状態を示す断面図、（ｂ）はそのときの電極部分を示す拡大断面図である。 図６は、本発明の第１実施形態にかかる静電誘導型発電装置の動作を説明する断面図であって、（ａ）は、可動部が中立位置に戻った状態を示す断面図、（ｂ）はそのときの電極部分を示す拡大断面図である。 図７は、従来の固定電極を示す平面図である。 図８は、従来の固定電極とエレクトレット電極との対向状態の変化を模式的に示す図であって、（ａ）は、可動部が中立位置にある状態を示す図、（ｂ）は可動部が傾斜方向に移動した状態を示す図である。 図９は、本発明の第１実施形態にかかる固定電極とエレクトレット電極との対向状態の変化を模式的に示す図であって、（ａ）は、可動部が中立位置にある状態を示す図、（ｂ）は可動部が傾斜方向に移動した状態を示す図である。 図１０は、本発明の第１実施形態の第１変形例にかかる固定電極とエレクトレット電極との対向状態を模式的に示す図である。 図１１は、本発明の第１実施形態の第２変形例にかかる固定電極とエレクトレット電極との対向状態を模式的に示す図である。 図１２は、本発明の第２実施形態にかかる静電誘導型発電装置の構造を示す図であって、（ａ）は、可動部の構造を示す底面図、（ｂ）は固定部の構造を示す平面図である。 図１３は、本発明の第２実施形態にかかる固定電極とエレクトレット電極との対向状態の変化を模式的に示す図であって、（ａ）は、可動部が中立位置にある状態を示す図、（ｂ）は可動部が傾斜方向に移動した状態を示す図である。 図１４は、本発明の第３実施形態にかかる静電誘導型発電装置の構造を示す図であって、（ａ）は、可動部の構造を示す底面図、（ｂ）は固定部の構造を示す平面図である。 図１５は、本発明の第３実施形態にかかる固定電極とエレクトレット電極との対向状態の変化を模式的に示す図である。 図１６は、本発明にかかる静電誘導型発電装置の可動部の変形例の構造を模式的に示す底面図である。 図１７は、本発明にかかる静電誘導型発電装置の可動部の他の変形例の構造を模式的に示す底面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態ならびにその変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本実施形態にかかる静電誘導型発電装置１０は、図１に示すように、固定電極構造２０と、当該固定電極構造２０に対して間隔を隔てて略平行に配置され、相対的に平面移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）する可動部３４が形成された可動電極構造（可動構造）３０と、を備えている。この静電誘導型発電装置１０には、ブリッジ整流回路４０と、静電誘導型発電装置１０によって駆動される負荷５０と、が接続されている。

固定電極構造２０は、プリント配線基板（固定部）２１と、プリント配線基板２１の表面（図１中上面）２１ａに形成された第１固定電極２２および第２固定電極２３と、を備えている。さらに、プリント配線基板２１の表面２１ａにおける第１および第２固定電極２２，２３の周辺には、電極接触防止ストッパ２４が４つ設けられており、第１および第２固定電極２２，２３と、後述する第１および第２可動電極３５，３６とが接触するのを抑制できるようにしている。

本実施形態では、第１および第２固定電極２２，２３は、Ｘ軸方向（表面２１ａ内の一方向）に延在する波形をしており、これら波形の第１固定電極２２および第２固定電極２３がＹ軸方向（一方向と略直交する直交方向）に交互に複数配置されている。

そして、複数の波形の第１および第２固定電極２２，２３は、図３に示すように、連結部２２ａ，２３ａを介して電荷取出部２２ｂ，２３ｂに接続されており、この電荷取出部２２ｂ，２３ｂに配線７１，７２が接続されている。本実施形態では、この配線７１，７２を介して電荷を取り出せるようにしている。なお、図１は、便宜上、配線７１，７２を複数の第１および第２固定電極２２，２３にそれぞれ接続させた状態を図示したものであるが、この図１に示すように、配線７１，７２を複数の第１および第２固定電極２２，２３にそれぞれ接続させるようにしてもよい。

可動電極構造３０は、平面視略正方形状のガラスなどからなるキャップ基板３１と、キャップ基板３１の片面（図１中下面）に接合されるとともに、半導体素子ディバイスが形成される平面視略正方形状のシリコン基板（半導体基板）３２と、を備えている。本実施形態では、キャップ基板３１とシリコン基板３２とを陽極接合によって接合している。

シリコン基板３２には、図１および図２に示すように、シリコン基板３２に公知の半導体プロセスにより間隙を形成することで、周縁部に形成される枠状の枠部３３、枠部３３の内側に配置される平面視略正方形状の可動部３４および可動部３４を枠部３３に移動可能に連結するビーム（弾性部材：可動手段）３７が形成されている。さらに、本実施形態では、可動部３４が横方向（Ｘ軸方向やＹ軸方向）に過大に変位するのを抑制するストッパ３８が、当該可動部３４の周辺に４つ形成されている。なお、本実施形態では、可動部３４およびビーム３７は、比較的浅く形成されたギャップによって動作性が確保されている。また、枠部３３の下面側外周には、電気接続パッド３９が形成されている。

本実施形態では、ビーム３７は、四つ設けられており、枠部３３の内側の四隅から、ストッパ３８の外側を通るようにして枠部３３の各辺と平行に延び、中途で直角に折れ曲がりながらそれぞれ中心に向けて延びる渦巻き状をしている。このビーム３７は、それぞれ枠部３３の二辺分に亘って相互干渉することなく延設されるとともに、内側端部では可動部３４の隅部に接続されており、枠部３３に対して可動部３４を弾性的に可動支持するバネ要素（渦巻きバネ）として機能する。

すなわち、本実施形態では、可動部３４に、バネ要素としてのビーム３７によって可動支持される質量要素（マス）としての機能を与え、これらバネ要素と質量要素とによってバネ−マス系を構成している。

このように、可動部３４をビーム３７を介して枠部３３に連結することで、可動部３４は、枠部３３に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を主として平面内の任意の方向に移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）できるようになっている。また、枠部３３は、プリント配線基板（固定部）２１に固定されている。したがって、可動部３４は、プリント配線基板（固定部）２１に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を主として平面内の任意の方向に移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）できるようになっている。このように、本実施形態では、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が、可動部３４が主に移動する主移動方向となっている。

さらに、本実施形態では、四つのビーム３７は、形状がほぼ同一となるように形成されている。すなわち、可動電極構造（可動構造）３０のＸ軸方向（一方向）に対するばね係数（弾性係数）と可動電極構造（可動構造）３０のＹ軸方向（直交方向）に対するばね係数（弾性係数）とがほぼ同一になっている。

また、図２に示すように、可動部３４の表面（図１中下面：固定部の表面と対向する対向面）３４ａには、第１および第２可動電極３５，３６が設けられている。なお、第１および第２可動電極３５，３６は、可動部３４を介して接地されている。

本実施形態では、第１可動電極３５の表面（図１中下面）に、エレクトレット膜（エレクトレット部材）３５ａが形成されている。このエレクトレット膜３５ａとしては、公知のものを用いることができ、例えば、熱酸化法により形成されたＳｉＯ_２からなるものを用いることができる。そして、このエレクトレット膜３５ａに負電荷を蓄積させることでエレクトレット電極３５ｂを形成している。

本実施形態では、略正方形状（Ｘ軸方向の辺とＹ軸方向の辺との比が１：１）のエレクトレット電極３５ｂと略正方形状（Ｘ軸方向の辺とＹ軸方向の辺との比が１：１）の第２可動電極３６とが、Ｘ軸方向にそれぞれ交互に配置されるとともに、Ｙ軸方向にもそれぞれ交互に配置されている。すなわち、エレクトレット電極３５ｂおよび第２可動電極３６が、可動部３４の表面３４ａに碁盤の目状に形成されている。

そして、枠部３３をプリント配線基板２１に固定することで、可動電極構造３０を固定電極構造２０に固定している。このとき、枠部３３の下面側外周に設けた電気接続パッド３９が、電気接続部材（半田、導電性ペーストなど）６０を介してプリント配線基板２１に形成された配線パターン２１ｂに電気的に接続される。そして、上述の第１および第２固定電極２２，２３は、配線パターン２１ｂを介して接地されている。

さらに、本実施形態では、可動部３４が中立位置にあるとき、すなわち、外部振動を受けていないときに、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向し、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向するようになっている。

ブリッジ整流回路４０は、電力を整流するために設けられており、配線７１を介して第１固定電極２２と電気的に接続されている。また、ブリッジ整流回路４０は、配線７２を介して、第２固定電極２３と電気的に接続されている。さらに、ブリッジ整流回路４０には、静電誘導型発電装置１０によって発電された電力により駆動される負荷５０が配線７３および７４を介して接続されている。このとき、負荷５０を接地させるようにするのが好適である。

このブリッジ整流回路４０は、本実施形態では、４つのダイオード４１〜４４を有している。具体的には、ダイオード４１のアノードは、ダイオード４４のカソードと接続されているとともに、配線７１と接続されている。また、ダイオード４１のカソードは、ダイオード４３のカソードと接続されているとともに、配線７３を介して負荷５０と接続されている。

また、ダイオード４２のアノードは、ダイオード４４のアノードと接続されているとともに、配線７４を介して負荷５０と接続されている。また、ダイオード４２のカソードは、ダイオード４３のアノードと接続されているとともに、配線７２と接続されている。

また、ダイオード４３は、アノードが配線７２と接続されているとともに、カソードが配線７３を介して負荷５０と接続されている。また、ダイオード４４は、アノードが配線７４を介して負荷５０と接続されているとともに、カソードが配線７１と接続されている。

次に、静電誘導型発電装置１０の発電動作について、可動部３４がＸ軸方向に振動する場合を例示して説明する。

まず、図４に示すように、可動部３４が中立位置にあり、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向するとともに、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向した状態では、エレクトレット電極３５ｂに負電荷が与えられているため、対向する第１固定電極２２に正電荷が誘導される。なお、第２可動電極３６および第２固定電極２３は、ともに接地されているため、第２可動電極３６および第２固定電極２３のそれぞれとの対向面には、電荷は誘導されない。

そして、可動部３４が振動を受け、例えば、図５に示すように、Ｘ軸方向一方側（図４中左側）に移動すると、エレクトレット電極３５ｂが主に第２固定電極２３と対向するとともに、第２可動電極３６が主に第１固定電極２２と対向する。このとき、エレクトレット電極３５ｂには負電荷が与えられているため、対向する第２固定電極２３に正電荷が誘導される。

そして、第１固定電極２２および第２固定電極２３間に生じる電位差によって、第１固定電極２２からブリッジ整流回路４０に対して矢印Ａ方向の電流が流れる。そして、ブリッジ整流回路４０により整流が行われて負荷５０に矢印Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード４１、配線７３、負荷５０、配線７４およびダイオード４２の順に電流が流れる。

その後、図６に示すように、可動部３４がＸ軸方向他方側（図４中右側）に移動して中立位置にくると、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向するとともに、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向する。このとき、エレクトレット電極３５ｂには負電荷が与えられているため、対向する第１固定電極２２に正電荷が誘導される。そして、第１固定電極２２および第２固定電極２３間に生じる電位差によって、第２固定電極２３からブリッジ整流回路４０に対して矢印Ｃ方向の電流が流れ、ブリッジ整流回路４０により整流が行われて負荷５０に矢印Ｄ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード４３、配線７３、負荷５０、配線７４およびダイオード４４の順に電流が流れる。

なお、可動部３４がＸ軸方向他方側（図４中右側）に移動して中立位置に戻った場合にも、上記と同様の原理で電流が流れる。

このように、可動部３４がＸ軸方向に振動すると、上記動作が繰り返し行われ、発電が継続して行われる。

このことは、可動部３４がＹ軸方向に振動（移動）した場合や、Ｘ軸方向およびＹ軸方向以外のＸ−Ｙ平面内の任意の方向へ移動した場合であっても同様である。すなわち、エレクトレット電極３５ｂと対向する電極が第１固定電極２２から第２固定電極２３、若しくは、第２固定電極２３から第１固定電極２２に変化すれば、電流を得ることができる。このように、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積やエレクトレット電極３５ｂと第２固定電極２３との対向面積を増減させることで、第１および第２固定電極２２，２３に誘導される電荷量を変化させ、この電荷量の変化分を電気エネルギーとして取り出せるようになっている。

ここで、本実施形態では、エレクトレット電極３５ｂと第１および第２固定電極（他方の電極）２２，２３のうち少なくともいずれか一方の電極である第１および第２固定電極２２，２３の形状を波形としている。

具体的には、第１および第２固定電極２２，２３は、Ｘ軸方向（一方向）に、間隔（第１の間隔）ｄ１で隔てられ、Ｙ軸方向（直交方向）に、間隔（第２の間隔）ｄ２で隔てられる４つの領域８０ａを頂点とする単位格子を少なくとも１つ有するように配置される格子状の第１の領域８０を有している（図３参照）。本実施形態では、間隔（第１の間隔）ｄ１と間隔（第２の間隔）ｄ２とを、略一致させている。したがって、単位格子８１は、Ｘ軸方向に延在する２辺とＹ軸方向に延在する２辺とで正方形状に形成されている。

そして、第１および第２固定電極２２，２３は、それぞれの単位格子８１の内側で、単位格子８１の対角線の交点を含むように配置される第２の領域８２を有している。

なお、第１および第２固定電極２２，２３の形状は、単位格子８１を形成することのできる領域を任意に選択し、当該領域を第１の領域８０とした場合に、対角線の交点を含むように第２の領域８２が配置された形状であればよい。

すなわち、任意の一領域を第１の領域８０とすると、当該一領域は、Ｘ軸方向（一方向）に間隔（第１の間隔）ｄ１を隔てて第１の領域８０と隣り合い、Ｙ軸方向（直交方向）に間隔（第２の間隔）ｄ２を隔てて第１の領域８０と隣り合う。そして、Ｘ軸方向（一方向）に間隔（第１の間隔）ｄ１の半分（半ピッチ）ずらすとともに、Ｙ軸方向（直交方向）に間隔（第２の間隔）ｄ２の半分（半ピッチ）ずらした位置に第２の領域８２が配置される。

このように、一領域は、単位格子８１の対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ａまたは一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｂ）で第２の領域８２と隣り合っている。

なお、本実施形態のように、複数種類（２種類）の固定電極を形成した場合、単位格子８１は、同一種類（第１固定電極２２または第２固定電極２３）の固定電極で形成する必要がある。図３には、第１固定電極２２を用いた場合を例示している。第２固定電極２３にも、同様の領域が配置されている。

そして、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）と交差する第１の傾斜方向ａで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第１の辺部２２ｃ、２３ｃと、Ｘ軸方向（一方向）、Ｙ軸方向（直交方向）および第１の傾斜方向ａのそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｂで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第２の辺部２２ｄ、２３ｄと、を交互に連結させることで波形を形成している。

さらに、本実施形態では、第１の辺部２２ｃ、２３ｃの方向および第２の辺部２２ｄ、２３ｄの方向、すなわち、第１の辺部２２ｃ、２３ｃとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ１および第２の辺部２２ｄ、２３ｄとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ１を、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比に基づいて設定している。

具体的には、θ１＝ａｒｃｔａｎ（ｄ２／ｄ１）となるように、第１の辺部２２ｃ、２３ｃおよび第２の辺部２２ｄ、２３ｄを延設している。本実施形態では、ｄ１＝ｄ２となっているため、θ１＝４５°となるように第１の辺部２２ｃ、２３ｃおよび第２の辺部２２ｄ、２３ｄを延設している。なお、この方向は、単位格子８１の２つの対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ａと一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｂ）と一致している。

そして、本実施形態では、第１および第２固定電極２２，２３の形状を、それぞれ、Ｘ軸方向（表面２１ａ内の一方向）に延在する波形がＹ軸方向（一方向と略直交する直交方向）に複数配置された形状としている。

なお、第１および第２固定電極２２，２３の形状をこのような波形とすることで、図３に示すように、波の山部と谷部のうちいずれか一方（図３では、山部）が、第１の領域８０となり、他方（図３では、谷部）が第２の領域８２となる。

また、エレクトレット電極３５ｂおよび第２可動電極３６も、略正方形状のエレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６を、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）に交互に配置して、碁盤の目状に形成することで、Ｘ軸方向に延在する２辺とＹ軸方向に延在する２辺とで単位格子８４が形成されるように配置することができる。

このとき、図２に示すように、Ｘ軸方向（一方向）に、間隔（第１の間隔）ｄ１で隔てられ、Ｙ軸方向（直交方向）に、間隔（第２の間隔）ｄ２で隔てられる４つの領域８３ａを頂点とする単位格子８４を有するように第１の領域８３を格子状に配置するのが好ましい。こうすれば、可動部３４が中立位置にあるときに、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向し、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向するようにすることができる。

そして、単位格子８４の対角線の交点を含むように第２の領域８５が配置される。

次に、本実施形態にかかる第１および第２固定電極２２，２３ならびにエレクトレット電極３５ｂを用いた際の、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積の増減について説明する。

まず、図７および図８に基づいて、第１固定電極２２と第２固定電極２３とを、エレクトレット電極３５ｂや第２可動電極３６と同様に、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）に交互に配置して、碁盤の目状に形成したものを用いた場合を説明する。

このような電極を用いると、中立位置にあり、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向している状態にある可動部３４がＸ軸方向（一方向）またはＹ軸方向（直交方向）に移動する際には、エレクトレット電極３５ｂのほぼ全てを第２固定電極２３と対向させることができる。すなわち、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積を大きく増減させることができる。

しかしながら、可動部３４が第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに移動した際には、エレクトレット電極３５ｂは、主に第１固定電極２２と対向したままである。すなわち、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積の増減がほとんどない。

このように、第１固定電極２２と第２固定電極２３とが、図８に示す形状だと、可動部３４が第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに移動した際には、発電はほとんど行われない。

したがって、静電誘導型発電装置１０全体の発電効率を向上させることができない。

しかしながら、第１固定電極２２および第２固定電極２３の形状を、本実施形態のようにすれば、中立位置にあり、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向している状態にある可動部３４がＸ軸方向（一方向）またはＹ軸方向（直交方向）に移動する際には、エレクトレット電極３５ｂのほぼ全てを第２固定電極２３と対向させることができる。

さらに、可動部３４が第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに移動した際には、エレクトレット電極３５ｂの約半分は、第２固定電極２３と対向するようになる。

すなわち、可動部３４の主移動方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向への振動の際には、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積を大きく増減させることができる上、第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに振動した場合の、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積も増減させることができるようになる。したがって、主移動方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向への振動の際の発電効率を低減することなく、それ以外の平面内の任意の方向への振動（Ｘ−Ｙ平面に沿った振動）の際にも、より効率的に発電を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる静電誘導型発電装置１０を用いれば、振動しやすいＸ軸方向およびＹ軸方向への振動の際の発電効率の低下を抑制しつつ、他の方向への振動の際にも、より効率的に発電を行うことができる。したがって、本実施形態によれば、静電誘導型発電装置１０全体における発電効率を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、第１の辺部２２ｃ、２３ｃとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ１および第２の辺部２２ｄ、２３ｄとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ１を、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比に基づいて設定しているため、斜め方向（第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂ）へ振動した場合の、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積の増減をより大きくすることができるようになる。すなわち、斜め方向（第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂ）への振動時における発電効率をより一層高めることができ、静電誘導型発電装置１０全体における発電効率をより一層向上させることができる。

また、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比を１：１とすることで、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に配置可能な電極数を均等にすることができる上、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における発電効率のバランスがよくなるという利点もある。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

（第１変形例）
本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、エレクトレット電極３５ｂと第１および第２固定電極（他方の電極）２２，２３のうち少なくともいずれか一方の電極である第１および第２固定電極２２，２３の形状を波形としている。

具体的には、第１および第２固定電極（他方の電極）２２，２３は、図１０に示すように、Ｘ軸方向（一方向）に、間隔（第１の間隔）ｄ３で隔てられ、Ｙ軸方向（直交方向）に、間隔（第２の間隔）ｄ４で隔てられる４つの領域８０ａを頂点とする単位格子を少なくとも１つ有するように配置される格子状の第１の領域８０を有している。

そして、第１および第２固定電極２２，２３は、それぞれの単位格子８１の内側で、単位格子８１の対角線の交点を含むように配置される第２の領域８２を有している。

なお、図１０では、第１固定電極２２についての単位格子を例示しているが、第２固定電極２３についても同様である。

ここで、本変形例では、間隔（第１の間隔）ｄ３が間隔（第２の間隔）ｄ４よりも大きくなっている。すなわち、単位格子８１は、Ｘ軸方向を長辺とする長方形状に形成されている。

したがって、任意の一領域を第１の領域８０とすると、当該一領域は、単位格子８１の対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ｃまたは一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｄ）で第２の領域８２と隣り合っている。

そして、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）と交差する第１の傾斜方向ｃで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第１の辺部２２ｃ、２３ｃと、Ｘ軸方向（一方向）、Ｙ軸方向（直交方向）および第１の傾斜方向ｃのそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｄで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第２の辺部２２ｄ、２３ｄと、を交互に連結させることで波形を形成している。

本変形例においても、第１および第２固定電極２２，２３の形状は、それぞれ、Ｘ軸方向に延在する波形がＹ軸方向に複数配置された形状をしている。

また、略長方形状のエレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６（図１０では図示省略）を、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）に交互に配置して、碁盤の目状に形成することで、Ｘ軸方向に延在する２辺とＹ軸方向に延在する２辺とで単位格子８４が形成されるようにしている。すなわち、第１の領域８３が格子状に配置されるようにしている。そして、単位格子８４の対角線の交点を含むように第２の領域８５が配置されている。また、本変形例では、エレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６は、長辺（Ｘ軸方向の辺）と短辺（Ｙ軸方向の辺）との比が第１の間隔ｄ３と第２の間隔ｄ４との比となるように形成されている。なお、上記第１実施形態においては、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比が１：１であるため、エレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６の形状を正方形状にしている。このように、長辺（Ｘ軸方向の辺）と短辺（Ｙ軸方向の辺）との比が第１の間隔ｄ３と第２の間隔ｄ４との比となるように形成することで、第１固定電極２２または第２固定電極２３との対向面積の増減量が極力大きくなるようにしている。

そして、可動部３４が中立位置にあるときに、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向し、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向するようにしている。

さらに、第１の辺部２２ｃ、２３ｃの方向および第２の辺部２２ｄ、２３ｄの方向、すなわち、第１の辺部２２ｃ、２３ｃとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ２および第２の辺部２２ｄ、２３ｄとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ２を、第１の間隔ｄ３と第２の間隔ｄ４との比に基づいて設定している。

具体的には、θ２＝ａｒｃｔａｎ（ｄ４／ｄ３）となるように、第１の辺部２２ｃ、２３ｃおよび第２の辺部２２ｄ、２３ｄを延設している。なお、本変形例においても、この方向は、単位格子８１の２つの対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ｃと一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｄ）と一致している。

以上の本変形例によっても、上記第１実施形態とほぼ同様の作用、効果を奏することができる。

（第２変形例）
本変形例においても、上記第１実施形態と同様に、エレクトレット電極３５ｂと第１および第２固定電極（他方の電極）２２，２３のうち少なくともいずれか一方の電極である第１および第２固定電極２２，２３の形状を波形としている。

具体的には、第１および第２固定電極（他方の電極）２２，２３は、図１１に示すように、Ｘ軸方向（一方向）に、間隔（第１の間隔）ｄ５で隔てられ、Ｙ軸方向（直交方向）に、間隔（第２の間隔）ｄ６で隔てられる４つの領域８０ａを頂点とする単位格子を少なくとも１つ有するように配置される格子状の第１の領域８０を有している。

そして、第１および第２固定電極２２，２３は、それぞれの単位格子８１の内側で、単位格子８１の対角線の交点を含むように配置される第２の領域８２を有している。

なお、図１１では、第１固定電極２２についての単位格子を例示しているが、第２固定電極２３についても同様である。

ここで、本変形例では、間隔（第１の間隔）ｄ５が間隔（第２の間隔）ｄ６よりも小さくなっている。すなわち、単位格子８１は、Ｘ軸方向を短辺とする長方形状に形成されている。

したがって、任意の一領域を第１の領域８０とすると、当該一領域は、単位格子８１の対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ｅまたは一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｆ）で第２の領域８２と隣り合っている。

そして、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）と交差する第１の傾斜方向ｅで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第１の辺部２２ｃ、２３ｃと、Ｘ軸方向（一方向）、Ｙ軸方向（直交方向）および第１の傾斜方向ｅのそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｆで隣り合う２つの領域（第１の領域８０と第２の領域８２）を連結して形成される第２の辺部２２ｄ、２３ｄと、を交互に連結させることで波形を形成している。

本変形例においても、第１および第２固定電極２２，２３の形状は、それぞれ、Ｘ軸方向に延在する波形がＹ軸方向に複数配置された形状をしている。

また、略長方形状のエレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６（図１１では図示省略）を、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）に交互に配置して、碁盤の目状に形成することで、Ｘ軸方向に延在する２辺とＹ軸方向に延在する２辺とで単位格子８４が形成されるようにしている。すなわち、第１の領域８３が格子状に配置されるようにしている。そして、単位格子８４の対角線の交点を含むように第２の領域８５が配置されている。また、本変形例では、エレクトレット電極（一領域に相当）３５ｂおよび第２可動電極３６は、短辺（Ｘ軸方向の辺）と長辺（Ｙ軸方向の辺）との比が第１の間隔ｄ５と第２の間隔ｄ６との比となるように形成されている。

そして、可動部３４が中立位置にあるときに、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向し、第２可動電極３６が主に第２固定電極２３と対向するようにしている。

さらに、第１の辺部２２ｃ、２３ｃの方向および第２の辺部２２ｄ、２３ｄの方向、すなわち、第１の辺部２２ｃ、２３ｃとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ３および第２の辺部２２ｄ、２３ｄとＸ軸方向（一方向）とのなす鋭角θ３を、第１の間隔ｄ５と第２の間隔ｄ６との比に基づいて設定している。

具体的には、θ３＝ａｒｃｔａｎ（ｄ６／ｄ５）となるように、第１の辺部２２ｃ、２３ｃおよび第２の辺部２２ｄ、２３ｄを延設している。なお、本変形例においても、この方向は、単位格子８１の２つの対角線方向（一方向および直交方向と交差する第１の傾斜方向ｅと一方向、直交方向および第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｆ）と一致している。

以上の本変形例によっても、上記第１実施形態とほぼ同様の作用、効果を奏することができる。

（第２実施形態）
本実施形態にかかる静電誘導型発電装置１０は、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、固定電極構造２０と、当該固定電極構造２０に対して間隔を隔てて略平行に配置され、相対的に平面移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）する可動部３４が形成された可動電極構造３０と、を備えている。

そして、可動部３４は、プリント配線基板（固定部）２１に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を主として平面内の任意の方向に移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）できるようになっている。

ここで、本実施形態が、上記第１実施形態と主に異なる点は、エレクトレット電極３５ｂの形状と第１固定電極２２および第２固定電極２３の形状を変えたことにある。なお、本実施形態では、第２可動電極を設けていないものを例示するが、第２可動電極を設けるようにしてもよい。

具体的には、第１固定電極２２および第２固定電極２３の形状を、図１２（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）に交互に配置して、碁盤の目状に形成している。そして、第１の傾斜方向ａに並設された第１固定電極２２、第２固定電極２３同士を接続するとともに、連結部２２ａ，２３ａを介して電荷取出部２２ｂ，２３ｂに接続させている。

また、エレクトレット電極３５ｂの形状を、上記第１実施形態で示した波形とほぼ同一の形状としている。

具体的には、Ｘ軸方向（一方向）およびＹ軸方向（直交方向）と交差する第１の傾斜方向ａで隣り合う２つの領域を連結して形成される第１の辺部３５ｃと、Ｘ軸方向（一方向）、Ｙ軸方向（直交方向）および第１の傾斜方向ａのそれぞれと交差する第２の傾斜方向ｂで隣り合う２つの領域を連結して形成される第２の辺部３５ｄと、を交互に連結させることで波形を形成している。

そして、エレクトレット電極３５ｂは、Ｘ軸方向（表面２１ａ内の一方向）に延在する波形をしており、この波形のエレクトレット電極３５ｂがＹ軸方向（一方向と略直交する直交方向）に交互に複数配置されている。

このとき、上記第１実施形態と同様に、第１の辺部３５ｃの方向および第２の辺部３５ｄの方向は、第１の間隔ｄ１と第２の間隔ｄ２との比に基づいて設定されている。

以上の本実施形態によっても、可動部３４の主移動方向であるＸ軸方向およびＹ軸方向への振動の際には、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積を大きく増減させることができる上、第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに振動した場合の、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積も増減させることができるようになる。すなわち、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

なお、本実施形態においても、上記第１実施形態の第１変形例または第２変形例を適用することができる。

（第３実施形態）
本実施形態にかかる静電誘導型発電装置１０は、基本的に上記第１実施形態と同様の構成をしており、固定電極構造２０と、当該固定電極構造２０に対して間隔を隔てて略平行に配置され、相対的に平面移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）する可動部３４が形成された可動電極構造３０と、を備えている。

そして、可動部３４は、プリント配線基板（固定部）２１に対して、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を主として平面内の任意の方向に移動（Ｘ−Ｙ平面に沿って移動）できるようになっている。

ここで、本実施形態が、上記第１実施形態と主に異なる点は、エレクトレット電極３５ｂの形状と第１固定電極２２および第２固定電極２３の形状を変えたことにある。なお、本実施形態では、第２可動電極を設けていないものを例示するが、第２可動電極を設けるようにしてもよい。

具体的には、第１固定電極２２および第２固定電極２３の形状を上記第１実施形態で示した波形とするとともに、エレクトレット電極３５ｂの形状を、上記第２実施形態で示した波形としている。

すなわち、第１および第２固定電極２２，２３は、Ｘ軸方向（表面２１ａ内の一方向）に延在する波形をしており、これら波形の第１固定電極２２および第２固定電極２３がＹ軸方向（一方向と略直交する直交方向）に交互に複数配置されている。

また、エレクトレット電極３５ｂも、Ｘ軸方向（表面２１ａ内の一方向）に延在する波形をしており、この波形のエレクトレット電極３５ｂがＹ軸方向（一方向と略直交する直交方向）に交互に複数配置されている。

このように、本実施形態では、エレクトレット電極３５ｂの形状および第１，第２固定電極（他方の電極）２２，２３の形状が、同一方向（Ｘ軸方向）に延在する波形となっている。

さらに、本実施形態では、可動部３４が中立位置にあるときに、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向するようになっている。

このとき、図１５に示すように、中立位置にあり、エレクトレット電極３５ｂが主に第１固定電極２２と対向している状態にある可動部３４がＹ軸方向に移動する際には、エレクトレット電極３５ｂのほぼ全てを第２固定電極２３と対向させることができる。

そして、可動部３４が、Ｘ軸方向または第１の傾斜方向ａまたは第２の傾斜方向ｂに移動した際には、エレクトレット電極３５ｂの約半分（対向面積の変化量は、上記第１および第２実施形態と同様になる）が、第２固定電極２３と対向するようになる。

すなわち、本実施形態にかかる構成では、可動部３４がＸ軸方向へ移動した際の発電効率を上記第１および第２実施形態と同等にすることができる上、可動部３４がＹ軸方向へ移動した際には対向面積の変化量が上記第１および第２実施形態よりも増加するため、Ｙ軸方向への可動部３４の移動の際の発電効率は、上記第１および第２実施形態よりも高くなる。

このように、本実施形態によれば、主移動方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）へ移動した際の発電効率の低下を抑制しつつ、主移動方向以外の方向へ移動した際にも発電を行うことができるため、静電誘導型発電装置１０全体における発電効率を向上させることができる。

なお、本実施形態においても、上記第１実施形態の第１変形例または第２変形例を適用することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。

たとえば、上記各実施形態および各変形例では、可動部側にエレクトレット電極を設けたものを例示したが、固定部側にエレクトレット電極を設けるようにしてもよい。

また、上記各実施形態および各変形例では、可動電極構造（可動構造）３０のＸ軸方向（一方向）に対するばね係数（弾性係数）と可動電極構造（可動構造）３０のＹ軸方向（直交方向）に対するばね係数（弾性係数）とがほぼ同一のものを例示したが、それぞれの弾性係数を異ならせてもよい。

例えば、図１６に示すように、Ｘ軸方向に延在するばね３７Ａの数をＹ軸方向に延在するばね３７Ａの数よりも少なくすることで、可動電極構造（可動構造）３０のＸ軸方向（一方向）に対するばね係数（弾性係数）を可動電極構造（可動構造）３０のＹ軸方向（直交方向）に対するばね係数（弾性係数）よりも小さくなるようにしてもよい。

また、図１７に示すように、Ｘ軸方向に延在するばね３７Ａの数をＹ軸方向に延在するばね３７Ａの数よりも多くすることで、可動電極構造（可動構造）３０のＸ軸方向（一方向）に対するばね係数（弾性係数）を可動電極構造（可動構造）３０のＹ軸方向（直交方向）に対するばね係数（弾性係数）よりも大きくなるようにしてもよい。

このとき、それぞれの方向のばね係数（弾性係数）を、同一の場合も含めて、波形に形成された電極の形状に基づいて設定するのが好適である。

例えば、可動部３４をＸ軸方向にｄ１、ｄ３、ｄ５の半分だけ移動させる力と同じ大きさの力をＹ軸方向に加えた際に可動部３４がＹ軸方向にｄ２、ｄ４、ｄ６だけ移動するように、それぞれの方向のばね係数を設定すれば、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ同じ大きさの力が加わった際に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに、エレクトレット電極３５ｂと第１固定電極２２との対向面積を最大限増減させることができるようになり、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。

また、可動部３４をＸ軸方向にｄ１、ｄ３、ｄ５だけ移動させる力と同じ大きさの力をＹ軸方向に加えた際に可動部３４がＹ軸方向にｄ２、ｄ４、ｄ６の半分だけ移動するように、それぞれの方向のばね係数を設定しても、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。

また、可動部３４をＸ軸方向にｄ１、ｄ３、ｄ５だけ移動させる力と同じ大きさの力をＹ軸方向に加えた際に可動部３４がＹ軸方向にｄ２、ｄ４、ｄ６だけ移動するように、それぞれの方向のばね係数を設定しても、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。特に、上記第１実施形態のようにｄ１＝ｄ２の場合、それぞれの方向のばね係数が同一となり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向における発電効率のバランスがよくなるとともに、設計が容易になるという利点がある。

なお、図１６および図１７では、ばねの数を異ならせることで、可動電極構造（可動構造）３０のＸ軸方向（一方向）に対するばね係数（弾性係数）と可動電極構造（可動構造）３０のＹ軸方向（直交方向）に対するばね係数（弾性係数）を異ならせているが、ばねの太さや長さを変えることで、それぞれの方向のばね係数を異ならせるようにしてもよい。また、上記各実施形態および変形例で示したようなビーム３７を設ける際には、ビームの太さ、長さ、本数を適宜変えることで、それぞれの方向のばね係数を設定すればよい。

また、可動部や固定部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。

１０ 静電誘導型発電装置
２１ プリント配線基板（固定部）
２１ａ 表面
２２ 第１固定電極（電極）
２２ｃ 第１辺部
２２ｄ 第２辺部
２３ 第２固定電極（電極）
２３ｃ 第１辺部
２３ｄ 第２辺部
３０ 可動電極構造（可動構造）
３３ 枠部
３４ 可動部
３４ａ 表面（対向面）
３５ 第１可動電極
３５ａ エレクトレット膜（エレクトレット部材）
３５ｂ エレクトレット電極
３５ｃ 第１辺部
３５ｄ 第２辺部
３６ 第２可動電極（電極）
３７ ビーム（弾性部材）

Claims (3)

1. 表面に電極が設けられた固定部と、当該固定部の表面と対向する対向面に電極が設けられ、前記固定部に対して相対移動可能な可動部と、を備える静電誘導型発電装置であって、
   前記固定部の電極と前記可動部の電極のうちいずれか一方の電極は、エレクトレット部材を含むエレクトレット電極を備え、
   前記可動部は、前記固定部に対して、前記表面内の一方向および当該一方向と略直交する直交方向を主移動方向として、当該表面内の任意の方向に相対移動可能であり、
   前記エレクトレット電極および他方の電極は、前記一方向には第１の間隔で隔てられ、前記直交方向には第２の間隔で隔てられる４つの領域を頂点とする単位格子を少なくとも１つ有するように配置される格子状の第１の領域と、前記単位格子の対角線の交点を含むように配置される第２の領域と、を備えており、
   前記エレクトレット電極と前記他方の電極のうち少なくともいずれか一方の電極の形状が、前記一方向および前記直交方向と交差する第１の傾斜方向でとなり合う前記第１の領域と前記第２の領域とを連結して形成される第１の辺部と、前記一方向、前記直交方向および前記第１の傾斜方向のそれぞれと交差する第２の傾斜方向でとなり合う前記第１の領域と前記第２の領域とを連結して形成される第２の辺部と、を交互に連結させた波形であり、
   前記第１の辺部と前記一方向とのなす鋭角および前記第２の辺部と前記一方向とのなす鋭角が、前記第１の間隔と第２の間隔との比に基づいて設定されていることを特徴とする静電誘導型発電装置。
2. 前記エレクトレット電極および前記他方の電極の形状が、同一方向に延在する前記波形であることを特徴とする請求項１に記載の静電誘導型発電装置。
3. 前記静電誘導型発電装置は、前記可動部が弾性部材を介して枠部に相対移動可能に取り付けられた可動構造を備えており、
   前記可動構造の前記一方向に対する弾性係数および前記直交方向に対する弾性係数が、前記波形に形成された電極の形状に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電誘導型発電装置。

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