JP2016059234A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造で小型化が容易であり、優れた発電効率を備えた発電装置を提供する。【解決手段】所定形状の金属層を表面に有する第１の電極部材と所定形状の帯電層を表面に有する第２の電極部材とを有しており、金属層と帯電層とは所定の距離で離間して、双方が対向するように２つの電極部材は配置されている。第２の電極部材は、第１の電極部材と第２の電極部材とが相対移動する方向と直交する方向でその膜厚が異なる構成である。これにより、帯電層と金属層との重なり面積の変化量が増え、発電量が増加して優れた発電効率を備えた発電装置を提供できる。【選択図】図３

Description

本発明は、静電誘導を利用した発電装置に関し、特に誘電性を有する絶縁体を用いた発電装置に関する。

従来から、携帯型電子機器等の電源は小型軽量であることが求められ、小型の二次電池等が用いられているが、近年、小型電源として静電誘導を利用した発電装置が提案されている。

静電誘導を利用した発電装置は、エレクトレットを用いた例が広く知られている。エレクトレットとは、強い電場により誘電性を有する絶縁体が電気分極して帯電が保たれるようにしてなった物質のことである。強い磁場により強磁性体が磁化してなる磁石（マグネット）に対して、電石とも呼ばれる場合がある。

エレクトレットを用いた発電装置は、誘電性を有する絶縁体で形成された帯電層に電荷を保持させておき（エレクトレット化）、その帯電層に導電性の電極（例えば、金属層）を対向配置しておく。そして、発電装置に掛かる外力などを利用して双方を相対移動させる（無論、一方を移動させてもよい。）。

帯電層と金属層との相対移動に応じて帯電層と金属層との重なり面積が変化する。帯電層と金属層とが重なり合うと、金属層には、帯電層に保持された電荷とは反対極性の電荷が静電誘導により生じる。金属層に発生したこの電荷は、分極電荷や誘導電荷などと呼ばれるが、以下単に電荷と称することにする。

この帯電層と金属層との重なり面積の変化は、すなわち金属層に発生する電荷の変化であるから、その電荷の変化を電気エネルギとして取り出すのである。

このような発電装置は、磁石を用いた発電機による発電装置に比して、優れた発電効率を有しながら小型、軽量化できるというメリットがある。そして、周囲に磁界の影響を及ぼさないから、金属部品を用いる機器の発電装置として好しいという側面もある。

このように、省スペースで、且つ、優れた発電効率を有するエレクトレットを用いた発電装置は多くの提案を見るものである。近年の携帯型電子機器の高機能化に伴い、組み込まれる発電装置も、より発電効率を向上させる要求が出てきた。

そのような要求に対しては、帯電層と金属層との重なり面積の変化量を大きくすること、帯電層と金属層とのギャップ、相対移動速度などを適する値にすることなどが重要である。

一般に、帯電層と金属層とのギャップを狭くすると得られる電圧が高くなる。また、双方の相対移動速度を高くするとより多くの電荷の変化を取り出せる。これらは発電装置から得られる電力の仕様に鑑みて設計されるのである。

もちろん、帯電層や金属層をどのような構成にするかも重要であって、例えば、帯電層の面積や、帯電層と金属層との対向面積を増加させるという提案がある。また、帯電層と金属層との対を複数設け、一定の間隔で配置させることで、帯電層と金属層とが対向する機会を多くするという提案もある。

しかしながら、このような大きさや数を増やすという考え方は、発電装置としてサイズに制約があるため、おのずと上限が決まってしまう。特に発電装置を携帯型電子機器等の電源に用いることに鑑みれば、より小型であることが好ましいため、そのサイズの増加は好ましくない。

その解決策として、発電装置に掛かる外力を有効に用いる提案もなされた。
すなわち、発電装置にバネ等の弾性体を設け、その伸縮による運動を利用し、わずかな外力であっても相対移動が発生することができると共に、外力が途切れてもある一定時間であれば相対移動を継続するようにした技術である。

そのような技術の一例として、電極となる金属層を有する回動体と、その金属層に対向配置された帯電層を有する基体とを備え、回動体は渦巻きバネ等の弾性体を介して支持され、基体に対して往復周期回動することで、金属層と帯電層の間で電荷の移動が行われて発電する発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１の発電装置は、回動体が回動するので、基体に対する移動距離が大きく、水平移動する場合と比べて発電量が大きくなる特徴がある。また、回動体が渦巻きバネ等の弾性体によって支持されることで、わずかな外力でも回動体を共振させることができることで、金属層と帯電層の重なり面積の変化量も大きくなり、その結果、発電量が増えて発電効率が向上することが示されている。

特開２０１３−０５９１４９号公報（第６頁、図１）

しかしながら、特許文献１に示した従来技術は、渦巻きバネ等でなる弾性体が不可欠な構成であるので、発電装置として部品点数が増えて小型化することに制約が生じる問題がある。

また、搭載されている渦巻きバネは形状が小さく、且つ、損傷しやすいので、慎重な取り扱いが必要であり、発電装置の組み立て性や機器への組み込み性が悪いという課題がある。

さらに、渦巻きバネはその小さい形状から、発電装置を組み込んだ携帯型電子機器等が落下するなどして大きな衝撃が加わると、容易に破壊されてしまうことがある。

本発明の目的は上記課題を解決し、単純な構造で小型化が容易であり、優れた発電効率を備えた発電装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発電装置は下記記載の構成を採用する。

本発明の発電装置は、所定形状の金属層を表面に有する第１の電極部材と、所定形状の帯電層を表面に有する第２の電極部材と、金属層と帯電層とが所定の距離で離間して対向するように第１の電極部材と第２の電極部材とを配置し、第１の電極部材と第２の電極部材とが相対移動し、金属層と帯電層との平面的な重なり面積の変化に伴う金属層に生じる電荷の変化を電気エネルギとして取り出す発電装置において、第２の電極部材又は帯電層
は、相対移動方向と直交する方向でその厚みが異なることを特徴とする。

これにより、第２の電極部材又は帯電層の厚みが相対移動方向と直交する方向で異なることによって、帯電層の表面積を増やすことができる。この結果、第２の電極部材の表面に形成された帯電層と、この帯電層に対向する第１の電極部材の表面に形成された金属層との重なり面積の変化量が増えるので、発電量が増加して優れた発電効率を備えた発電装置を提供することができる。

また、第１の電極部材又は金属層は、相対移動方向と直交する方向でその厚みが異なるようにしてもよい。

これにより、第１の電極部材の表面の金属層と第２の電極部材の表面の帯電層との隙間を均一にできるので、発電量が増加して発電効率に優れた発電装置を提供することができる。

また、帯電層又は金属層は、相対移動方向と直交する方向でその表面が曲面又は斜面を有するようにしてもよい。

これにより、帯電層の表面状態を様々に構成することで、帯電層と金属層との重なり面積を増やして、発電効率を向上させることができる。

また、第１の電極部材と第２の電極部材とは回転可能に軸支されており、金属層と帯電層とは、回転中心から放射状に形成されてもよい。

これにより、第１の電極部材と第２の電極部材とは回転によって相対移動することで、狭いスペースであっても、金属層と帯電層との重なり面積の変化量が大きくなり、スペース効率と発電効率に優れた発電装置を提供できる。

また、帯電層は、回転中心より外周部の方がその膜厚が厚いように構成してもよい。

これにより、帯電層の表面が所定の角度で傾くので、帯電層の表面積が増えることになる。また、第２の電極部材又は帯電層の回転中心より外周部の膜厚を厚くすることで、外周部の質量が増加して、第２の電極部材が回転しやすくなる。この結果、第２の電極部材の帯電層と、第１の電極部材の金属層との重なり面積の変化量が増えるので、発電量が増加して優れた発電効率を備えた発電装置を提供することができる。

また、第１の電極部材と第２の電極部材とは直線状の前後方向に移動可能な直方体であり、金属層と帯電層とは、それぞれが対向するように第１の電極部材と第２の電極部材とに形成されていてもよい。

このようにすれば、第１の電極部材と第２の電極部材との相対移動方向を直線的にできる。組み込む携帯型電子機器等の仕様により発電装置の構成を変更できる。

金属層及び帯電層は、相対移動方向に沿って所定の間隔を空けて複数配置されているようにしてもよい。

これにより、金属層と帯電層とが重なる面積がさらに増えるので、発電量もさらに増加させることができる。

本発明の発電装置によれば、第２の電極部材の膜厚が相対移動方向と直交する方向で異なることによって、第２の電極部材の表面が所定の角度で傾くので、発電装置のサイズを増大させることなく、第２の電極部材の表面に形成された帯電層と、これに対向する第１の電極部材の表面に形成された金属層との重なり面積を増やすことができる。これにより、発電量を増加させることができる。

この結果、発電量を増加させるために従来例のような弾性体を配置する必要がなく、部品点数が少なく、単純な構成で小型化が容易であり、優れた発電効率を備えた発電装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係わる発電装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係わる発電装置の正面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる発電装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる発電装置の回路図である。 本発明の第１の実施形態に係わる発電装置の発電原理を説明する説明図である。 本発明の第１の実施形態の変形例１に係わる発電装置の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例２に係わる発電装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる発電装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係わる発電装置の斜視図と断面図である。 本発明の第４の実施形態に係わる発電装置の斜視図と断面図である。 本発明の第４の実施形態の変形例に係わる発電装置の斜視図と断面図である。

本発明の発電装置は、金属層を表面に有する第１の電極部材と帯電層を表面に有する第２の電極部材とを備えている。発電装置に掛る外力等により、第１の電極部材と第２の電極部材とは相対移動する。
第２の電極部材は、この相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なっている。このようにすることで、帯電層と金属層との重なり面積を増やすことができる。

帯電層と金属層との重なり面積が変化することで、金属層に発生する電荷の変化が起き、その電荷の変化を電気エネルギとして取り出すから、帯電層と金属層との対向面積が増えれば、より多くの電荷を取り出すことができるのである。

以下、図面に基づいて発電装置の具体的な実施形態を詳述する。なお、説明にあっては発明とは関係のない構成は省略している。例えば、電気的な配線や各部材を固定する係止機構、また、発電装置に掛る外力を、第１の電極部材と第２の電極部材とが相対移動するように変換する機構などである。また、同一の構成については同一の番号を付与するものとする。

［各実施形態の説明］
第１の実施形態は、第１及び第２の電極部材が回転可能に軸支され、双方が相対移動する例である。
第２の電極部材の表面に設ける帯電層が、相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるようにしており、これにより第２の電極部材の膜厚が異なるようにしている。

第２の実施形態は、第１及び第２の電極部材が回転可能に軸支され、双方が相対移動する例である。
第２の電極部材の表面に設ける帯電層の膜厚は均一であり、第２の電極部材自体が、相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるようにしている。

第３の実施形態は、第１及び第２電極部材が直方体で構成し、移動方向が直線的に相対移動する例である。
第２の電極部材の表面に設ける帯電層は、相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるようにしている。

第４の実施形態は、第１及び第２電極部材が直方体で構成し、移動方向が直線的に相対移動する例である。
第２の電極部材の表面に設ける帯電層は、相対移動方向と直交する方向で曲面又は斜面を有する形状となっている。

［第１の実施形態の発電装置の構成説明：図１、図２］
初めに第１の実施形態の発電装置の構成を図１と図２とを用いて説明する。
図１は第１の実施形態の分解斜視図であり、図２は正面図である。図１、図２において、符号１は第１の実施形態の発電装置である。発電装置１は、円板状の第１の電極部材１０と、円板状の第２の電極部材２０、及び、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０の回転中心を通り軸支する軸２などによって構成される。

軸２の一端２ａは第１の電極部材１０の回転中心に形成される貫通孔１２に嵌め込まれている。また、軸２の他方の一端２ｂは、第２の電極部材２０の回転中心に形成される貫通孔２３に嵌め込まれる。この構成によって、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とは、軸２によって軸支され、双方が独立して回転可能となる。

図２は、このように第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とを軸２により嵌合させたときに第１の電極部材１０の側から見た平面図となっている。なお、図２に示す切断線Ａ−Ａ´、Ｂ−Ｂ´については後述する。

第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とは絶縁材でなり、例えば、シリコン、セラミックス等で構成される。第１の電極部材１０が第２の電極部材２０と対向する面には、アルミニウム等によってなる複数の導電性の金属層１１が、回転中心から放射状に形成されている。この金属層１１は発生する電荷を取り出す電極として機能する。

この金属層１１は、第１の電極部材１０の表面に、例えば、知られているエッチング加工技術などによって形成することができる。なお、金属層１１は、図示した例では、説明をわかりやすく示すために８個としているが、この数は限定されず、隙間を狭めて金属層１１の数を増やしてもよい。また、第１の電極部材１０は、金属層１１を図示するために透視図として示している。

第２の電極部材２０には、第１の電極部材１０と対向する面には、複数の帯電層２１が、回転中心から放射状に形成されている。すなわち、帯電層２１は、後述する交流発電を行うために、周回状に所定の間隔を空けて形成されている。

第１の電極部材１０に設ける金属層１１と第２の電極部材２０に設ける帯電層２１との数は、一例として８個としているが、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とをどのような速度で回転させるか（相対移動する速度）により決まるものであって、発電装置１の仕様により決定される。

帯電層２１は、絶縁体で構成する。この絶縁体は帯電しやすい材料を用い、例えばマイ
ナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、フッ素樹脂材料などを用いるとよい。具体的には一例として、マイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるＣＹＴＯＰ（登録商標）などがある。

帯電層２１にフッ素樹脂材料を用いる場合、液状のフッ素樹脂材料を第２の電極部材２０の表面にディップ方式やポッティング方式などによって塗布した後、型押しによって所定の形状や膜厚に形成することができる。

また、帯電層２１に電荷を持たせる方法として、コロナ放電を用いることができる。このコロナ放電は、図示しないが、帯電層２１に対して数ｍｍ離した距離に固定したコロナ放電用ニードルに、例えば、−２０００Ｖから−８０００Ｖ程度の電圧を印加し、帯電層２１に対してマイナスの電荷を打ち込むことで帯電させる。なお、以下の実施形態では、帯電層はマイナスに帯電されているものとして説明を行う。

また、第２の電極部材２０の外周部には、錘２２が配置されている。この錘２２は、銅や鉛などの重い金属材料を用いて構成するとよい。第２の電極部材２０をシリコンなどで形成する場合は、錘２２と嵌合する溝などを設けておき、そこに錘２を嵌め込むなどすればよく、接着剤等で固定すればなおよい。

この錘２２によって第２の電極部材２０全体の重量バランスが偏るため、外部からの振動（外力）を受けることで、回転可能な第２の電極部材２０は、矢印Ｃの方向に軸２を中心として揺動運動が発生し、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とが相対移動する。

また、錘２２は第２の電極部材２０の外周部の外側に配置された構成となっているが、図示しないが第２の電極部材２０の外周部の内側に取り付けてもよい。例えば、第２の電極部材２０の第１の電極部材１０と対向する面とは反対側の面に設ける例、第２の電極部材２０の内部に組み込む例などがある。この場合、錘２２の分だけ第２の電極部材２０が占める平面積を大きくできる。

このように錘２２をどのように設けるか、どのような形状の錘２２を設けるなどは、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とをどのような速度で回転させるか（相対移動する速度）により決まるものであって、発電装置１の仕様により決定される。

以上の構成によって、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とは、軸２によって回転可能に軸支され、金属層１１と帯電層２１とが所定の距離で離間して対向するように配置される。そして、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とが矢印Ｃの方向に相対移動することで、金属層１１と帯電層２１との平面的な重なり面積の変化に伴う金属層１１に生じる電荷の変化を電気エネルギとして取り出すことができる。

以上の説明では、第２の電極部材２０に錘２２を設けて外力により回転させることで第１の電極部材１０との相対移動をする構成を説明した。もちろん、錘を第１の電極部材１０に設けて回転させてもよいが、後述する回路や配線により第１の電極部材１０の金属層１１から発生した電荷を取り出す必要があるため、そのような電気的な信号の取出しの必要がない第２の電極部材２０を回転させる方が都合がよいのである。

［第１の実施形態の帯電層と金属層の説明：図１、図３］
次に、図３を用いて第１の電極部材１０の金属層１１と第２の電極部材２０の帯電層２１の詳細を説明する。
ここで、図３（ａ）は図２で示す回転中心を通る切断線Ａ−Ａ´で切断された断面図で
あり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の破線で示す帯電層２１周辺の拡大断面図である。また、図３（ｃ）は、比較のために用いる従来の発電装置の帯電層周辺の拡大断面図である。なお、図３の縦方向の縮尺は、説明をわかりやすくするために拡大している。

図３（ａ）において、発電装置１は、前述したように、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０、及び、軸２などによって構成される。そして、第１の電極部材１０が第２の電極部材２０と対向する表面には金属層１１が形成され、第２の電極部材２０が第１の電極部材１０と対向する表面には帯電層２１が形成されている。

第２の電極部材２０の表面に形成されている帯電層２１の膜厚は、回転中心に位置する軸２の近傍の厚みより、第２の電極部材２０の外周部近傍の厚みの方が厚くなるように形成されている。

なお、帯電層２１の膜厚を回転中心近傍から外周部近傍にかけて変化させるには、前述したように、帯電材料にフッ素樹脂材料を用いる場合、液状のフッ素樹脂材料を第２の電極部材２０の所定の部分（つまり、帯電層２１を形成する部分）の表面に塗布した後、一例として型押しによって所定の膜厚に形成する方法を用いることができる。

第２の電極部材２０と帯電層２１とは、同材料で形成してもよい。その場合は、第２の電極部材２０と帯電層２１とが一体であるので、第２の電極部材２０全体の厚みが、回転中心近傍より外周部近傍の方が厚くなっている。

なお、第２の電極部材２０と帯電層２１とを同材料で形成する場合、帯電層２１の膜厚を厚くし、第２の電極部材２０の表面より帯電層２１をより突出させる形状が好ましい。

その理由は、すでに説明したように、帯電層２１に電荷を持たせる方法として、コロナ放電を用いると、帯電層２１がない第２の電極部材２０の表面にも電荷が帯電してしまうからである。

帯電層２１の膜厚が厚く、第２の電極部材２０の表面と帯電層２１の表面とで高さに差があれば、第２の電極部材２０の表面にも帯電が生じても、第１の電極部材１０との相対移動時に、第１の電極部材１０の金属層１１には、その高さの差に応じた電荷が生じるため、その電荷を電気エネルギとして発電に用いることができ、問題なく発電させることができる。

第２の電極部材２０の膜厚が異なる方向（膜厚が厚くなる方向）は、回転中心から外周部に向かう方向であり、この方向を図１の矢印Ｄで示している。すなわち、第２の電極部材２０の膜厚が異なる方向Ｄは、図１における相対移動方向Ｃと直交する方向である。

図３（ａ）に示す例では、第１の電極部材１０の表面に形成されている金属層１１の膜厚は、前述した第２の電極部材２０の帯電層２１の膜厚の変化（傾き）に沿って、回転中心に位置する軸２の近傍の厚みより、第１の電極部材１０の外周部近傍の厚みの方が薄くなるように形成されている。

金属層１１の膜厚を回転中心近傍から外周部近傍にかけて変化させるには、公知の加工技術を用いることができる。例えば、エッチング加工などによって金属層１１をパターン化した後、精密な研削作業などによる膜厚調整工程によって実施することができる。また、金属層１１の元となる金属膜を均一な膜厚で形成した後、複数回のエッチング加工により微細な階段状の傾斜面を形成し、ウェットエッチング等を施して傾斜面を滑らかにすればよい。

第１の電極部材１０の表面に形成された膜厚が異なる金属層１１は、第１の電極部材１０と一体であるので、第１の電極部材１０の膜厚が、回転中心近傍より外周部近傍の方が薄くなっている。

第１の電極部材１０の膜厚が異なる方向（膜厚が薄くなる方向）は、回転中心から外周部に向かう方向であり、この方向は前述した第２の電極部材２０の膜厚が変化している方向（図１：矢印Ｄ）と同一である。すなわち、第１の電極部材１０の膜厚が異なる方向Ｄは、図１における相対移動方向Ｃと直交する方向である。

このように、帯電層２１の膜厚も金属層１１の膜厚も、図３（ａ）に示すように、回転中心近傍から外周部近傍まで直線的に変化しており、且つ、帯電層２１も金属層１１も、その膜厚の変化の傾きが略等しいように形成されているので、帯電層２１と金属層１１とのギャップｔ０（回転中心近傍から外周部近傍までのギャップ）は略均一である。

帯電層２１周辺の拡大断面図である図３（ｂ）に示すように、前述したように、帯電層２１の膜厚は、回転中心近傍の厚みｔ１より、第２の電極部材２０の外周部近傍の厚みｔ２の方が厚く、この膜厚の変化は外周部に向かって直線的に厚くなるように形成されている。すなわち、帯電層２１の表面２１ｓは、第２の電極部材２０の表面２０ｓを基準にして、図示するように傾きθを有しており、この傾きθに沿って帯電層２１の膜厚が増加している。

比較のために用いる従来の発電装置の帯電層周辺の拡大断面図である図３（ｃ）に示すように、その帯電層２１´の膜厚は回転中心近傍と外周部近傍が同一である。したがって、帯電層２１´の傾きθはゼロである。

従来の帯電層２１´の長さをＬ０とすると、第１の実施形態の帯電層２１の表面２１ｓが傾きθを有している場合の帯電層２１の長さＬ１（図３（ｂ）参照）は、以下に示すようになる。

Ｌ１＝√（Ｌ０²+（ｔ２−ｔ１）²）＝Ｌ０/ｃｏｓθ

一例として、帯電層２１の表面２１ｓの傾きθを２５度とすれば、帯電層２１の長さＬ１は、従来の帯電層２１´の長さＬ０より約１割長くなる。

このように、第２の電極部材２０の表面に形成する帯電層２１の膜厚を回転中心近傍から外周部近傍にかけて変化させて、帯電層２１の表面２１ｓを第２の電極部材２０の表面２０ｓに対して所定の角度で傾けることにより、第２の電極部材２０の外形寸法（直径）を変えることなく、帯電層２１の回転中心近傍から外周部近傍までの長さＬ１を長くすることができるのである。

帯電層２１の個々のパターン形状は、前述したように、回転中心から放射状に形成されているので（図１参照）、回転中心近傍から外周部近傍までの長さＬ１が長くなると、その帯電層２１の個々の表面積も増加する。つまり、帯電層２１と金属層１１との対向面積も増える。

これにより、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０との相対移動に応じて金属層１１に発生する電荷の変化量も増えるから、発電装置１の外形寸法を増やすことなく、電気エネルギとしてより多くを取り出すことができるようになる。

ギャップｔ０は所定の距離を有するものであるが、一概にその距離を決めることはできない。
帯電層２１に蓄積した電荷に応じて金属層１１に発生する電荷が決まるため、このギャップｔ０の値が小さいほど金属層１１に発生する電荷が多くなる。すると、後述する整流回路３０や平滑回路４０（図４参照）に掛る電圧も高くなる。この電圧が高すぎると損失も大きくなるから、その電圧の値は整流回路３０や平滑回路４０の動作や仕様により決まる値となる。したがって、このギャップｔ０も、発電装置１の仕様により決めることができる。

図３に示す例では、第１の電極部材１０の金属層１１もまた第２の電極部材２０の帯電層２１と同様に双方の電極部材の相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるようになっており、金属層１１と帯電層２１とのギャップｔ０が略均一となるような形状である。

このギャップｔ０が均一であるほど金属層１１に発生する電荷の粗密が減り均一になるから、より効率よく電荷を取り出すことができる。このため、ギャップｔ０は、できるだけ均一にすることが好ましい。

また、図３に示すように、第２の電極部材２０の表面の帯電層２１の膜厚が、回転中心近傍より外周部近傍の方が厚くなるような構成にすれば、第２の電極部材２０の外周部の質量が帯電層２１によって増加し、第２の電極部材２０が回転しやすくなるという効果も有している。

以上の説明のように、第１の実施形態は、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０との膜厚を回転中心近傍から外周部近傍にかけて変化させ、その傾きよって金属層１１と帯電層２１との表面積を増やして発電効率を向上させることが大きな特徴である。

［第１の実施形態の発電装置の回路構成の説明：図１、図４］
次に、第１の実施形態の発電装置の回路構成の概略を、図４を用いて説明する。
図４において、符号１５は、発電装置１を含む発電機器である。発電装置１の第１の電極部材１０の表面には、前述したように、回転中心から放射状に複数の金属層１１が形成されている。この金属層１１は、図１と同様に一例として８個で構成され、隣接する金属層１１同士が電気的に分離されるように、配線によって１つずつ飛び飛びに電気的に接続されている。

すなわち、４個の金属層１１が配線１３ａによって１つずつ飛び飛びに接続され、他の４個の金属層１１が配線１３ｂによって１つずつ飛び飛びに接続される。この２本の配線１３ａ、１３ｂは後述する整流回路３０に接続している。これにより、金属層１１に誘起される電荷は、整流回路３０に交流電圧（例えば、数１０Ｖ）として入力されることになる。

符号３０は全波整流を行う整流回路であり、４つのダイオードによって構成される。
この整流回路３０は、一組の入力端子３０ａ、３０ｂと、一組の出力端子３０ｃ、３０ｄとを有している。前述の金属層１１に接続された一方の配線１３ａは、整流回路３０の入力端子３０ａに接続され、他方の配線１３ｂは、整流回路３０の入力端子３０ｂに接続される。この接続により配線１３ａ、１３ｂからの交流電圧は、整流回路３０によって全波整流される。

符号４０は平滑回路であり、信号を入力して平滑化する平滑回路ブロックと平滑化した電圧を所定の電圧に降圧する降圧回路ブロックとを有する、よく知られた回路である。
この平滑回路４０は、一組の入力端子４１ａ、４１ｂと、一組の出力端子４１ｃ、４１ｄとを有している。入力端子４１ａ、４１ｂは、整流回路３０の出力端子３０ｃ、３０ｄが接続されて、整流回路３０からの全波整流された整流電圧を入力する。

平滑回路４０は、図示しない平滑回路ブロックに整流電圧が入力されると、内部の図示しないコンデンサなどにより整流電圧を平滑化し、安定した直流電圧に変換する。さらに、内部の図示しない降圧回路ブロックによって所定の低電圧（例えば、３Ｖ）に変換し、出力端子４１ｃ、４１ｄから、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

符号１００は、発電装置１からの出力電圧Ｖｏｕｔの供給を受けて動作する外部の負荷回路である。負荷回路１００は、発電機器１５（発電装置１）が搭載される携帯型電子機器等の内部回路に相当する。例えば、携帯型電子機器等を腕時計とすると、負荷回路１００は、腕時計の発振回路や分周回路等で構成される電子回路に相当する。

発電機器１５（発電装置１）が腕時計に組み込まれている場合、腕時計の使用者（図示せず）が、歩いたりすることで腕が動き、それが外力になり発電装置１の第２の電極部材２０（図１参照）が、錘２２による重量バランスの偏りで揺動運動を行う。その結果、第１の電極部材１０の金属層１１に電荷が発生し、その電荷が交流電圧となり、整流回路３０及び平滑回路４０を経て低電圧の出力電圧Ｖｏｕｔとして出力され、腕時計の電子回路を動作させるのである。

［第１の実施形態の発電装置の動作原理の説明：図２、図５］
次に、第１の実施形態の発電装置の金属層に発生した電荷が電気エネルギとして取り出される様子を、図５を用いて詳述する。
ここで、図５（ａ）、図５（ｂ）は共に、図２の円弧状の切断線Ｂ−Ｂ´で切断した第１の電極部材１０と第２の電極部材２０との模式的な部分断面図と、前述した整流回路３０と平滑回路４０との接続を示している。

図５（ａ）では、発電機器１５には外力が印加されておらず、第２の電極部材２０は揺動運動をせず、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０とが相対移動していない場合を示している。図５（ｂ）では、発電機器１５に外力が印加され、第２の電極部材２０が揺動運動し矢印Ｃの方向に相対移動して、帯電層２１が対向する金属層１１の１つ分だけ移動した場合の様子を示している。

図５（ａ）に示す状態では、帯電層２１ａと帯電層２１ｂとは、常にマイナスに帯電しているので、帯電層２１ａに対向している金属層１１ａと、帯電層２１ｂに対向している金属層１１ｃとには、プラス電荷が発生している。一方、金属層１１ａと金属層１１ｃとの間に位置する金属層１１ｂは、帯電層２１と対向していないので電荷の発生はない。

図５（ｂ）に示す状態では、プラス電荷が誘導されている金属層１１ａと金属層１１ｃとは、相対移動により対向する帯電層２１がなくなったため、このプラス電荷は解放されて、配線１３ａを通って整流回路３０へ流れ込む。これにより、平滑回路４０から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。またこの状態では、新たに金属層１１ｂが帯電層２１ａと対向するので、この金属層１１ｂに新たにプラス電荷が発生する。

次に、第２の電極部材２０がさらに矢印Ｃの方向に相対移動すると、金属層１１と帯電層２１との位置関係は、図５（ａ）と同様になり、図示はしないが、プラス電荷が発生している金属層１１ｂは、対向する帯電層２１がないために、プラス電荷は解放されて、配線１３ｂを通って整流回路３０へ流れ込み、平滑回路４０からＶｏｕｔが出力される。
このとき、図５（ａ）と同様に、金属層１１ａと金属層１１ｃとは、帯電層２１に対向
するのでプラス電荷が誘導される。

このように、第２の電極部材２０が揺動運動によって相対移動すると、第１の電極部材１０の金属層１１と第２の電極部材２０の帯電層２１との位置関係が順次変化するので、金属層１１は交互に電荷の発生と解放とが起き、整流回路３０へ交流電圧が伝達されて、平滑回路４０から出力電圧Ｖｏｕｔが継続的に出力される。

以上のように、第１の実施形態の発電装置は、第１の電極部材１０と第２の電極部材２０が回転可能に軸支されて回転方向に相対移動すると共に、回転中心から放射状に形成された金属層１１と帯電層２１は、相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるように形成されるので、金属層１１と帯電層２１の表面積が増加して、狭いスペースであっても金属層１１と帯電層２１との重なり面積の変化量が大きくなり、発電量を増加させることができる。

また、金属層１１と帯電層２１とのギャップｔ０が均一であるので、金属層１１と帯電層２１との重なり面積全体のギャップを均一に狭くでき、これによって、発電効率がさらに向上する効果も備えている。この結果、部品点数が少なく、単純な構造で小型化が容易であり、スペース効率と発電効率に優れた発電装置を提供できる。

［第１の実施形態の変形例１の構成説明：図３、図６］
次に、第１の実施形態の変形例１の発電装置の構成を、図６を用いて説明する。
図６は図２で示す切断線Ａ−Ａ´で切断された断面図である。第１の実施形態の変形例１は、第１の実施形態と比較して金属層１１ａの膜厚の状態が異なるだけである。

図６に示すように、第２の電極部材２０の表面に形成されている帯電層２１の膜厚は、第１の実施形態と同様に、回転中心近傍の厚みより、第２の電極部材２０の外周部近傍の厚みの方が厚くなるように形成されている。また、第１の電極部材１０の表面に形成されている金属層１１ａの膜厚は、回転中心近傍の厚みも、第１の電極部材１０の外周部近傍の厚みも等しい。すなわち、金属層１１ａは所定の厚みの膜厚で形成されている。

このように、第１の実施形態の変形例１は、帯電層２１の膜厚は回転中心近傍が薄く、外周部近傍が厚く形成されて所定の傾きを有しているが、対向する金属層１１ａの膜厚は一定であることが特徴である。

このような構造であっても、帯電層２１の長さを従来技術に比して長くすることができるため、発電量を増加させることができる。

すでに説明したように金属層と帯電層とのギャップが均一であるほど金属層に発生する電荷の粗密が減り、より効率よく電荷を取り出すことができる。図６に示す変形例１の場合、帯電層２１と金属層１１ａとのギャップｔ０´が均一ではないから、第１の実施形態と比べると若干発電の効率は低下する。

しかし、金属層１１ａと帯電層２１とが最も接近する部分のギャップｔ０ａを第１の実施形態における金属層１１と帯電層２１とのギャップｔ０よりも小さくすれば、金属層１１ａから取り出してなる電圧が高くなるから、結果として第１の実施形態と遜色のない発電効率にすることができる。

また、金属層１１ａの膜厚が均一であるので、膜厚を変えるための膜厚調整工程が不要となり、発電装置の製造工程を簡略化できるという利点もある。

［第１の実施形態の変形例２の構成説明：図７］
次に、第１の実施形態の変形例２の発電装置の構成を、図７を用いて説明する。
図７は図２で示す切断線Ａ−Ａ´で切断された側断面図である。第１の実施形態の変形例２は、金属層１１と帯電層２１の膜厚の傾き方向が第１の実施形態と異なるだけである。

第１の電極部材１０の表面に形成されている金属層１１ｂの膜厚は、回転中心近傍の厚みが薄く、外周部近傍の厚みが厚くなるように形成されている。また、第２の電極部材２０の表面に形成されている帯電層２１ａの膜厚は、回転中心近傍の厚みが厚く、外周部近傍の厚みが薄くなるように形成されている。すなわち、変形例２の金属層１１ｂと帯電層２１ａの膜厚の傾きの方向が、第１の実施形態と反対であり、そのギャップｔ０´´は、第１の実施形態のギャップｔ０と同様に均一である。

このように、第１の実施形態の変形例２は、金属層１１ｂと帯電層２１ａとの膜厚の傾きの方向が逆ではあるが、その効果は、第１の実施形態と同様である。

すでに説明したように第２の電極部材の表面の帯電層の膜厚が、回転中心近傍より外周部近傍の方が厚くなるような構成にすれば、第２の電極部材の外周部の質量が帯電層によって増加し、第２の電極部材２０が回転しやすくなる。図７に示す変形例２の場合、回転中心近傍より外周部近傍の質量が少ないから、第１の実施形態と比べると若干第２の電極部材２０の回転はしにくくなる。

しかし、錘２２´を第１の実施形態の錘２２よりも重くするなどすれば、第２の電極部材２０が回転しやすくなりこともあるので、結果として第１の実施形態と遜色のない発電効率にすることができる。

［第１の実施形態の電池ケースへの組み込み説明：図４］
なお、第１の実施形態の発電装置１をボタン電池型ケースに組み込んで、発電装置をパッケージ化することができる。

このように、発電装置１をボタン電池型ケースに組み込むことで、見かけ上はボタン電池と同様だが、自己発電する発電機器とすることができる。したがって、１次電池のボタン電池等を使用する携帯型電子機器等に使用できるようになる。

すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔを、搭載する携帯型電子機器等が欲する電源電圧と同等にしておけば、その携帯型電子機器等が使用していた１次電池と取り替えるだけで、容易に、振動で発電して駆動する自己発電駆動型の携帯型電子機器等を実現できる。

なお、ボタン電池型ケースに組み込む発電装置は、前述の第１の実施形態の変形例１、２でもよく、また、後述する第２の実施形態の発電装置を組み込んでもよい。

［第２の実施形態の発電装置の説明：図８］
次に、第２の実施形態の発電装置の構成を、図８を用いて説明する。
図８（ａ）は図２で示す切断線Ａ−Ａ´と同様の切断線で切断された第２の実施形態の断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の破線で示す領域の拡大断面図である。第２の実施形態は、第１の実施形態と基本構成や材質等は同一であるので、重複する説明は省略し、第２の実施形態の特徴的な要素を中心に説明する。

図８（ａ）において、符号６０は第２の実施形態の発電装置である。発電装置６０は、第１の実施形態と同様に、円板状の第１の電極部材１０と、円板状の第２の電極部材６１
、及び第１の電極部材１０と第２の電極部材６１の回転中心を通り軸支する軸２などによって構成される。この構成によって、第１の電極部材１０と第２の電極部材６１は、軸２によって軸支され、双方が独立して回転可能となる。

第１の電極部材１０が第２の電極部材６１と対向する表面には、複数の金属層１１が回転中心から放射状に形成され、第２の電極部材６１が第１の電極部材１０と対向する表面には、複数の帯電層６２が回転中心から放射状に形成されている。

第１の電極部材１０の表面に形成されている金属層１１の膜厚は、第１の実施形態と同様に、回転中心近傍の厚みより、第１の電極部材１０の外周部近傍の厚みの方が薄くなるように形成されている。すなわち、金属層１１の表面は、後述する第２の電極部材６１の傾きに沿って所定の傾きを有している。

図８（ｂ）に示すように、第２の電極部材６１は、回転中心近傍は厚みが薄く（ｈ１）、外周部近傍は厚みが厚い（ｈ２）構成である。これにより、第２の電極部材６１の表面、すなわち、帯電層６２が形成される表面６１ａは、第２の電極部材６１の裏面６１ｂに対して所定の傾きθを有することになり、帯電層６２の表面６１ａの長さＬ２´は、第１の実施形態と同様に傾きθに応じて長くなるので、その表面積も傾きθに応じて広くなる。

第２の電極部材６１の表面に設ける帯電層６２は、その膜厚が均一である。前述のように、第２の電極部材６１の厚さが相対移動方向と直交する方向でその膜厚が異なるようになっているため、第１の実施形態と同様に、金属層１１と帯電層６２の重なり面積の変化量が増えるので発電効率に優れた発電装置を実現できる。

すなわち、第２の実施形態は、帯電層６２の表面積を増やすために、帯電層６２の膜厚を変えて傾きを得るのではなく、帯電層６２が形成される第２の電極部材６１自体の厚さを変えて、帯電層６２の表面の傾きを得ていることが大きな特徴である。そして、第２の電極部材６１の厚さが変化している（膜厚が異なる）方向は、第１の実施形態と同様に、第２の電極部材６１の相対移動方向と直交する方向である（図１の矢印ＣとＤ参照）。

なお、第２の電極部材６１の厚さを変えるには、精密研削加工や階段状エッチングなどによって実現でき、これは、薄い帯電層の膜厚を変えるよりも加工が容易となる利点がある。

また、第２の実施形態では、前述したように、金属層１１の膜厚を変えて、その表面の傾きを帯電層６２の傾きに合わせ、第１の電極部材１０と第２の電極部材６１とのギャップｔ０が均一になるように構成しているので、金属層１１と帯電層６２との重なり面積全体のギャップを均一に狭くでき、これによって、発電効率がさらに向上する効果も備えている。なお、金属層１１の加工を簡略化するために、第１の実施形態の変形例１のように、金属層１１の膜厚を一定にしてもよい。

以上のように、第２の実施形態の発電装置６０は、第２の電極部材６１自体の厚さを変えることで、帯電層６２の表面積を増やすことができ、この結果、第１の実施形態と同様の優れた効果を得ることができる。

［第３の実施形態の説明：図９］
次に、第３の実施形態の発電装置の構成を、図９を用いて説明する。
図９（ａ）は第３の実施形態の斜視図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の切断線Ｅ−Ｅ´による断面図である。図９において、符号７０は第３の実施形態の発電装置である。
発電装置７０は、それぞれ直方体形状の第１の電極部材７１と第２の電極部材７５が対向して配置されている。

第１の電極部材７１と第２の電極部材７５とは絶縁材でなり、例えば、シリコン、セラミックス等で構成される。第１の電極部材７１が第２の電極部材７５と対向する面には、アルミニウムなどによって成る導電性の金属層７２が、後述する直線状の相対移動方向に沿ってそれぞれ所定の距離を離間して複数形成されている。

この金属層７２は、すでに説明した第１の実施形態と同様に、第１の電極部材７１の表面に、例えば、エッチング加工などによって形成し、その後、膜厚を研削工程などによって調整する。なお、図９の金属層７２は２列であるが、要求される発電量に応じて任意に形成してよい。

第２の電極部材７５が第１の電極部材７１の金属層７２と対向する面には、帯電層７６が後述する直線状の相対移動方向に沿ってそれぞれ所定の距離を離間して複数形成されている。

この帯電層７６は、すでに説明した第１の実施形態と同様に、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、フッ素樹脂材料などを用いるとよい。なお、図９での帯電層７６は２列であるが、要求される発電量に応じて任意に形成してよい。

第２の電極部材７５は、発電装置７０に掛る外力を受け、図示しない手段によって、矢印Ｆで示す直線状の前後方向に第１の電極部材７１に対して相対移動するように構成されている。この相対移動によって、第１の電極部材７１の金属層７２と、第２の電極部材７５の帯電層７６との平面的な重なり面積が変化し、それによって金属層７２に生じる電荷の変化から電気エネルギが発生し、発電することができる。

図９（ｂ）に示す例では、第２の電極部材７５の表面に形成されている帯電層７６の膜厚は、第２の電極部材７５の中心近傍が薄く、第２の電極部材７５の外周部近傍が厚くなるように形成されている。すなわち、帯電層７６は、第２の電極部材７５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、第１の実施形態の帯電層２１と同様に、第２の電極部材７５の表面に対して所定の傾きを有している。

また、第１の電極部材７１の表面に形成されている金属層７２の膜厚は、第１の電極部材７１の中心近傍が厚く、第１の電極部材７１の外周部近傍が薄くなるように形成されている。すなわち、金属層７２は、第２の電極部材７５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、金属層７２の表面は、対向する帯電層７６の表面の傾きに沿って傾いている。

このように、帯電層７６と金属層７２との表面が、第２の電極部材７５と第１の電極部材７１との表面に対して所定の角度で傾いているので、第１の実施形態と同様に、帯電層７６と金属層７２とのそれぞれの表面積を広くすることができる。この結果、帯電層７６と金属層７２との重なり面積の変化量が増えるので発電効率に優れた発電装置を実現できる。

また、第３の実施形態は、帯電層７６に対向して配置される金属層７２の膜厚を帯電層７６の表面に沿って形成することで、帯電層７６と金属層７２とのギャップｔ０を均一に保つことができる。この結果、帯電層７６と金属層７２との重なり面積全体のギャップを均一に狭くでき、これによって、さらに発電効率に優れた発電装置を実現できる。

以上のように、第３の実施形態の発電装置７０は、第１の電極部材７１と第２の電極部材７５とが直方体であり、相対移動方向が直線という特徴を有しており、金属層７２と帯電層７６との膜厚を相対移動方向と直交する方向で変えることにより、金属層７２と帯電層７６との表面積を増やし、発電効率を向上させることができる。

なお、金属層７２に発生する交流電圧を整流、平滑、降圧させる回路の基本構成は、第１の実施形態の回路構成（図４参照）と同様であるので、説明は省略する。

また、第３の実施形態は、第１の電極部材７１と第２の電極部材７５とが板状の直方体であり、また、相対移動方向が直線状であるので、第１の実施形態で示したボタン電池型ケース等に組み込むことは不向きであるが、携帯電話など外形が直方体やそれに近い形状の携帯型電子機器等に組み込む場合は、内部のスペースを有効に用いることができるので、スペース効率に優れた発電装置を実現できる。

［第４の実施形態の説明：図１０］
次に、第４の実施形態の発電装置の構成を、図１０を用いて説明する。
図１０（ａ）は第４の実施形態の斜視図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の切断線Ｇ−Ｇ´による断面図である。図１０において、符号８０は第４の実施形態の発電装置である。発電装置８０は、それぞれ直方体形状の第１の電極部材８１と第２の電極部材８５が対向して配置されている。

第４の実施形態の特徴は、帯電層と金属層の形状である。その他の部分は図９に示す第３の実施形態と同様であるから、説明は省略する。

図１０に示すように、第２の電極部材８５の表面に形成されている帯電層８６の膜厚は、図示するように、両端部が薄く、中心付近が厚くなっており、帯電層８６の表面は凸曲面であり、所謂ドーム形状やかまぼこ形状と呼ばれる形状である。すなわち、帯電層８６は、第２の電極部材８５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、凸曲面である。

また、第１の電極部材８１の表面に形成されている金属層８２の膜厚は、図示するように、両端部が厚く、中心部が薄くなっており、金属層８２の表面は凹曲面であり、所謂すりばち形状や反かまぼこ形状などと呼ばれる形状である。すなわち、金属層８２は、第２の電極部材８５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、金属層８２の表面は、対向する帯電層８６の表面の凸曲面に沿って凹曲面である。

このように、第４の実施形態の帯電層８６と金属層８２との表面が曲面形状になっているので、表面が平面である場合と比較して帯電層８６と金属層８２とのそれぞれの表面積を広くすることができる。この結果、第１の実施形態と同様に、帯電層８６と金属層８２との重なり面積の変化量が増えるので発電効率に優れた発電装置を実現できる。

また、帯電層８６に対向して配置される金属層８２の膜厚も、帯電層８６の凸曲面に沿って変化させて凹曲面としているので、帯電層８６と金属層８２との全体のギャップｔ０を均一に保つことができる。この結果、帯電層８６と金属層８２との重なり面積全体のギャップを均一に狭くでき、これによって、さらに発電効率に優れた発電装置を実現できる。

以上のように、第４の実施形態の発電装置８０は、第１の電極部材８１と第２の電極部材８５とが直方体であり、相対移動方向が直線という特徴を有しており、金属層８２及び
帯電層８６の表面を曲面にして、その膜厚を相対移動方向と直交する方向で変えることにより、金属層８２と帯電層８６との表面積を増やし、発電効率を向上させることができる。なお、金属層８２に発生する交流電圧を整流、平滑、降圧させる回路の基本構成は、第１の実施形態の回路構成（図４参照）と同様であるので、説明は省略する。

また、第４の実施形態は、第３の実施形態と同様に各電極部材が板状の直方体であり、また、相対移動方向が直線状であるので、携帯電話など外形が直方体やそれに近い形状の携帯型電子機器等に組み込む場合は、内部のスペースを有効に用いることができ、スペース効率に優れた発電装置を実現できる。

金属層８２と帯電層８６とは、図１０に示す例に限定しない。例えば、金属層８２が凸曲面で、帯電層８６が凹曲面としてもよい。

［第４の実施形態の変形例の説明：図１１］
次に、第４の実施形態の変形例の発電装置の構成を、図１１を用いて説明する。
図１１（ａ）は第４の実施形態の変形例の斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の切断線Ｈ−Ｈ´による断面図である。図１１において、符号９０は第４の実施形態の変形例の発電装置である。発電装置９０は、それぞれ直方体形状の第１の電極部材９１と第２の電極部材９５が対向して配置されている。

第４の実施形態の変形例の特徴は、帯電層と金属層の形状である。その他の部分は図９に示す第３の実施形態、図１０に示す第４の実施形態と同様であるから、説明は省略する。

図１１（ｂ）に示すように、第２の電極部材９５の表面に形成されている帯電層９６の膜厚は、図示するように、帯電層９６の両端部が薄く、中心付近が厚くなった山形状である。すなわち、帯電層９６は、第２の電極部材９５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、斜面を有する山形状である。

また、第１の電極部材９１の表面に形成されている金属層９２の膜厚は、図示するように、金属層９２の両端部が厚く、中心部が薄くなった谷形状である。すなわち、金属層９２は、第２の電極部材９５の相対移動方向（矢印Ｆ）と直交する方向でその膜厚が異なっており、金属層９２の表面は、対向する帯電層９６の表面の山形状に沿って谷形状である。

このように、第４の実施形態の変形例の帯電層９６と金属層９２との表面が山形状と谷形状になっているので、表面が平面である場合と比較して帯電層９６と金属層９２とのそれぞれの表面積を広くすることができる。この結果、第１の実施形態と同様に、帯電層９６と金属層９２との重なり面積の変化量が増えるので発電効率に優れた発電装置を実現できる。

また、帯電層９６に対向して配置される金属層９２の膜厚を、帯電層９６の山形状に沿って変化させて谷形状としているので、帯電層９６と金属層９２との全体のギャップｔ０を均一に保つことができる。この結果、帯電層９６と金属層９２との重なり面積全体のギャップを均一に狭くでき、これによって、さらに発電効率に優れた発電装置を実現できる。

以上のように、第４の実施形態の変形例の発電装置９０は、第１の電極部材９１と第２の電極部材９５とが直方体であり、相対移動方向が直線という特徴を有しており、金属層９２と帯電層９６との表面をそれぞれ谷形状、山形状にして、その膜厚を相対移動方向と
直交する方向で変えることにより、金属層９２と帯電層９６の表面積を増やし、発電効率を向上させることができる。

また、金属層９２に発生する交流電圧を整流、平滑、降圧させる回路の基本構成は、第１の実施形態の回路構成（図４参照）と同様であるので、説明は省略する。

金属層９２と帯電層９６とは、図１１に示す例に限定しない。例えば、金属層９２が山形状で、帯電層９６が谷形状としてもよい。

このように第４の実施形態とその変形例では、帯電層と金属層の表面状態を様々に構成することで、帯電層と金属層との重なり面積を増やして、発電効率を向上させることができる。

以上、本発明の発電装置について４つの実施形態及びその変形例を説明した。もちろんその説明に際して用いた斜視図や断面図等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。

例えば、図３に示す第１の実施形態における、帯電膜２１及び金属層１１は、図示した例では、その膜厚を回転中心近傍から外周部近傍にかけて滑らかな傾斜面を有するように変化させる例を示したが、これに限定せず、階段形状を有するようにしてもよい。

例えば、図９に示す第３の実施形態の発電装置７０において、第１の電極部材７１又は第２の電極部材７５を、図８に示す第２の実施形態の発電装置６０を構成する第２の電極部材６１のような構成にしてもかまわない。すなわち、金属層７２や帯電層７６の膜厚を一定とし、その基台となる第１の電極部材７１や第２の電極部材７５の厚さを、相対移動方向と直交する方向で異なるようにしてもよいのである。

もちろん、そのような構成は、図１０に示す第４の実施形態及び図１１に示す第４の実施形態の変形例にも用いることができ、金属層８２、９２や帯電層８６、９６の膜厚を一定とし、基台となる第１の電極部材８１、９１や第２の電極部材８５、９５の厚さを、相対移動方向と直交する方向で異なるようにしてもよい。

説明した実施形態では、金属層及び帯電層は、相対移動方向に沿って所定の間隔を空けて複数配置されている例であったが、もちろん、発電装置は、金属層と帯電層との対が１つであってもよい。その場合の帯電層や金属層の面積などは、発電装置の仕様により自由に決めることができる。

また、本発明の発電装置を、特許文献１に示した従来技術のような、発電装置にバネ等の弾性体を設け、その伸縮による運動を２つの電極部材の相対移動に用いる構成と組み合わせてもよいことは無論である。

本発明の発電装置は、単純な構成で小型化が容易であり、優れた発電効率を有しているので、携帯型電子機器の電源装置として、幅広く利用することができる。特に、腕時計の電源装置として好適である。

１、６０、７０、８０、９０ 発電装置
２ 軸
１０、７１、８１、９１ 第１の電極部材
１１、７２、８２、９２ 金属層
１２、２３ 貫通孔
１５ 発電機器
２０、６１、７５、８５、９５ 第２の電極部材
２１、６２、７６、８６、９６ 帯電層
２２ 錘
３０ 整流回路
４０ 平滑回路
１００ 負荷回路

Claims (7)

1. 所定形状の金属層を表面に有する第１の電極部材と、
   所定形状の帯電層を表面に有する第２の電極部材と、
   前記金属層と前記帯電層とが所定の距離で離間して対向するように前記第１の電極部材と前記第２の電極部材とを配置し、
   前記第１の電極部材と前記第２の電極部材とが相対移動し、前記金属層と前記帯電層との平面的な重なり面積の変化に伴う前記金属層に生じる電荷の変化を電気エネルギとして取り出す発電装置において、
   前記第２の電極部材又は前記帯電層は、前記相対移動方向と直交する方向で、その厚みが異なる
   ことを特徴とする発電装置。
2. 前記第１の電極部材又は前記金属層は、前記相対移動方向と直交する方向でその厚みが異なる
   ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記帯電層又は前記金属層は、前記相対移動方向と直交する方向でその表面が曲面又は斜面を有する
   ことを特徴とする請求項1又は２に記載の発電装置。
4. 前記第１の電極部材と前記第２の電極部材とは回転可能に軸支されており、
   前記金属層と前記帯電層とは、回転中心から放射状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発電装置。
5. 前記第２の電極部材又は前記帯電層は、前記回転中心より外周部の方がその膜厚が厚い
   ことを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
6. 前記第１の電極部材と前記第２の電極部材とは直線状の前後方向に移動可能な直方体であり、
   前記金属層と前記帯電層とは、それぞれが対向するように前記第１の電極部材と前記第２の電極部材とに形成されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発電装置。
7. 前記金属層及び前記帯電層は、前記相対移動方向に沿って所定の間隔を空けて複数配置されている
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の発電装置。

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