JP2018068065A - 電気機械変換器 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部が形成された可動部材が受ける空気抵抗を抑えて電力と動力の間の変換効率を向上させた電気機械変換器を提供する。
【解決手段】帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器（１）は、固定基板（１３）と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能であり、固定基板に対向する面（１２１）において移動方向に間隔を空けて形成された複数の溝部（１２５）を有する可動部材（１２）と、複数の溝部にそれぞれ埋め込まれるように可動部材上に形成された複数の帯電部（１５）と、固定基板の可動部材に対向する面（１３２）において可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された複数の対向電極（１７）とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器に関する。

半永久的に電荷を保持する性質を持つエレクトレットを利用することで発生する静電的な相互作用により電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器が知られている。例えば、特許文献１には、互いに絶縁され、その中心に対し放射する方向に延在し、周方向に間隔を設けて配置された、導電部材からなる第１の電極を有する固定子と、互いに絶縁され、その回転中心に対し放射する方向に延在し、周方向に間隔を設けて配置された、エレクトレット材料からなる第２の電極を有する可動子とを有し、固定子と可動子が対向して配置され、第１の電極に所定の電圧パターンを印加し、固定子と可動子との間の静電気によるクーロン力で可動子を回転させる静電電動機が記載されている。

また、特許文献２には、回転力を発生させる板状の回転体と、回転体の両面にそれぞれ設けられた第１および第２の各発電機構を備え、第１および第２の各発電機構は、第１および第３の各電極と、これらの各電極と対向する位置にそれぞれ設けられた第２および第４の各電極と、第１および第３の各電極および第２および第４の各電極のいずれか一方に設けられた電荷保持体とを備え、第１および第３の各電極と第２および第４の各電極との相対的な回転により電荷保持体に電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出す発電装置が記載されている。

上記のような電気機械変換器では、例えば、可動部材（可動子、回転体）に複数の帯電部が形成され、固定基板（固定子）に複数の対向電極が形成される。可動部材としては、例えば、回転軸の周りに回転可能な回転部材がある。複数の帯電部および対向電極は、それぞれ、可動部材の移動方向に間隔を空けて配置されている。

図９（Ａ）および図９（Ｂ）は、従来の電気機械変換器における回転部材１２Ｅの上面図および端面図である。図９（Ａ）は回転部材１２Ｅの上面を示し、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った回転部材１２Ｅの切断面を示す。回転部材１２Ｅには、上面に帯電部１５’が、下面に帯電部１６’が、それぞれ円周方向に等間隔、かつ回転軸１１を中心として放射状に配置されている。回転部材１２Ｅは、凹凸のない平坦な基板で構成されたものであり、帯電部１５’，１６’の部分は、回転部材１２Ｅの上面および下面においてそれぞれ突出している。

特開２０１５−１２６５５７号公報 特開２０１１−０７８２１４号公報

電気機械変換器では、帯電部の厚さが大きいほど、得られる駆動力または電力は大きくなるが、可動部材の両面における突出部分の厚さも大きくなる。例えば、数百μｍ程度の厚さの可動部材に数十μｍ程度の厚さの帯電部が設けられている場合には、帯電部の厚さが可動部材の厚さの１０％を超えることがあり、帯電部の厚さは決して無視できるほど小さくはない。この場合、帯電部による凹凸が可動部材の表面に形成されていることにより、可動部材の移動に伴って気流が発生し、それにより可動部材が受ける空気抵抗が増加するため、その分、電力と動力の間の変換効率が低下する。

そこで、本発明は、帯電部が形成された可動部材が受ける空気抵抗を抑えて電力と動力の間の変換効率を向上させた電気機械変換器を提供することを目的とする。

帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器であって、固定基板と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能であり、固定基板に対向する面において移動方向に間隔を空けて形成された複数の溝部を有する可動部材と、複数の溝部にそれぞれ埋め込まれるように可動部材上に形成された複数の帯電部と、固定基板の可動部材に対向する面において可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された複数の対向電極とを有することを特徴とする電気機械変換器が提供される。

上記の電気機械変換器では、複数の帯電部が複数の溝部を満たすように形成されており、可動部材の固定基板に対向する面は、複数の帯電部および複数の溝部による凹凸がない平坦面であることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、固定基板とは反対側の面に、移動方向に間隔を空けて形成された第２の複数の溝部を有し、可動部材を挟んで固定基板とは反対側に配置された第２の固定基板と、第２の複数の溝部にそれぞれ埋め込まれるように可動部材上に形成された第２の複数の帯電部と、第２の固定基板の可動部材に対向する面において可動部材の移動方向に間隔を空けて形成された第２の複数の対向電極とをさらに有することが好ましい。

上記の電気機械変換器では、複数の溝部および第２の複数の溝部と複数の対向電極および第２の複数の対向電極との一方は可動部材の移動方向における同じ位置に揃って配置され、他方は移動方向に互い違いに配置されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、複数の溝部、第２の複数の溝部、複数の対向電極および第２の複数の対向電極は、それぞれ回転軸を中心として放射状に配置されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、可動部材は、固定基板および第２の固定基板に平行な方向に往復移動可能なスライド板であり、複数の溝部、第２の複数の溝部、複数の対向電極および第２の複数の対向電極は、それぞれ可動部材の移動方向に垂直に延びる直線状の形状を有することが好ましい。

上記の電気機械変換器は、極性が交互に切り替わる電圧を複数の対向電極および第２の複数の対向電極に印加して、複数の帯電部と複数の対向電極との間および第２の複数の帯電部と第２の複数の対向電極との間で発生する静電気力により可動部材を移動させる駆動部をさらに有することが好ましい。

上記の電気機械変換器は、可動部材の移動に応じて複数の帯電部と複数の対向電極との間および第２の複数の帯電部と第２の複数の対向電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに有することが好ましい。

上記の電気機械変換器によれば、帯電部が形成された可動部材が受ける空気抵抗を抑えられ、電力と動力の間の変換効率が向上する。

電気機械変換器１の概略構成図である。 アクチュエータ１０の模式的な斜視図および側面図である。 回転部材１２の上面図および端面図である。 回転部材１２の製造工程の例を説明するための断面図である。 回転部材１２’の上面図および端面図である。 他のアクチュエータ１０’の模式的な側面図である。 電気機械変換器２の概略構成図である。 電気機械変換器３の概略構成図である。 従来の電気機械変換器における回転部材１２Ｅの上面図および端面図である。

以下、図面を参照して、電気機械変換器について詳細に説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１は、電気機械変換器１の概略構成図である。図１に示すように、電気機械変換器１は、アクチュエータ１０および駆動部２０を有する。アクチュエータ１０は、主要な構成要素として、回転部材１２、固定基板１３，１４、エレクトレット部１５，１６および対向電極１７，１８を有する。電気機械変換器１は、駆動部２０に入力された電気信号をもとに、エレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８との間の静電気力を利用して回転部材１２を回転させることにより電力から動力を取り出す駆動装置（エレクトレットモータ）である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、それぞれ、アクチュエータ１０の模式的な斜視図および側面図である。図２（Ａ）に示すように、アクチュエータ１０は、円板状の回転部材１２が２枚の固定基板１３，１４に挟まれて構成される。また、図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０では、回転部材１２の上面１２１側にエレクトレット部１５と対向電極１７の組が、回転部材１２の下面１２２側にエレクトレット部１６と対向電極１８の組が、それぞれ配置されている。図２（Ｂ）では、図示を簡単にするために、図の横方向が回転部材１２，固定基板１３，１４の円周方向（図２（Ａ）の矢印Ｃ方向）に相当するように変形された側面図を示している。また、図１では、アクチュエータ１０として、図の上から順に、固定基板１３の下面１３２、回転部材１２の上面１２１、回転部材１２の下面１２２、および固定基板１４の上面１４１を並べて示している。

図２（Ａ）に示す回転軸１１は、回転部材１２の回転中心となる軸であり、回転軸１１は回転部材１２の中心を貫通している。回転軸１１の上下端は、軸受けを介して、図示しない電気機械変換器１の筐体に固定されている。なお、図１と図２（Ｂ）では、回転軸１１の図示を省略している。

回転部材１２は、可動部材の一例であり、ガラスまたはシリコン（Ｓｉ）などの周知の基板材料で構成される。図２（Ａ）に示すように、回転部材１２は、例えば円板状の形状を有し、その中心で回転軸１１に接続している。回転部材１２は、駆動部２０に入力された電気信号に応じてエレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８との間で発生する静電気力により、回転軸１１の周りを、図２（Ａ）の矢印Ｃ方向（時計回りおよび反時計回り）に回転可能である。すなわち、回転部材１２は、固定基板１３，１４との間で一定の距離を保って移動可能である。

固定基板１３，１４は、ガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成される。図２（Ａ）に示すように、固定基板１３，１４は、例えば円板状の形状を有する。固定基板１３は、回転部材１２の上面１２１（一方の面）に対向して回転部材１２の上側に配置され、固定基板１４は、回転部材１２の下面１２２（他方の面）に対向して回転部材１２の下側に配置されている。すなわち、固定基板１４は、回転部材１２を挟んで固定基板１３とは反対側に配置されている。なお、回転軸１１が固定基板１３，１４の中心を貫通しているが、固定基板１３，１４は、回転部材１２とは異なり、電気機械変換器１の筐体に対して固定されている。

エレクトレット部１５，１６は、それぞれ、静電荷を保持する複数の帯電部で構成される。これらの帯電部は、図１に示すように、略台形の形状を有する。図１および図２（Ｂ）に示すように、エレクトレット部１５は、回転部材１２の上面１２１側に形成され、エレクトレット部１６は、回転部材１２の下面１２２側に形成されている。エレクトレット部１５，１６は、回転部材１２の回転方向（円周方向、矢印Ｃ方向）に間隔を空けて回転軸１１の周りに等間隔に配置され、かつ回転軸１１を中心として放射状に配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０では、エレクトレット部１５のパターンとエレクトレット部１６のパターンとは、円周方向に互い違いに配置されている。

対向電極１７，１８はそれぞれ複数の電極で構成され、これらの電極は、図１に示すように、エレクトレット部１５，１６と同様に略台形の形状を有する。対向電極１７は、エレクトレット部１５に対向するように、固定基板１３の下面１３２に形成され、対向電極１８は、エレクトレット部１６に対向するように、固定基板１４の上面１４１に形成されている。対向電極１７，１８も、円周方向に間隔を空けて回転軸１１の周りに等間隔に配置され、かつ回転軸１１を中心として放射状に配置されている。また、図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０では、対向電極１７のパターンと対向電極１８のパターンとは、円周方向における同じ位置に揃って配置されている。

なお、エレクトレット部１５を構成する帯電部と対向電極１７を構成する電極の個数は互いに等しく、かつエレクトレット部１６を構成する帯電部と対向電極１８を構成する電極の個数も互いに等しい。図１および図２（Ｂ）では、エレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８をそれぞれ４個ずつしか記載していないが、実際には、これらはより多数の帯電部または電極で構成される。

駆動部２０は、アクチュエータ１０を駆動するための回路であり、クロック２１および比較器２２，２３を有する。駆動部２０は、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極１７，１８に印加して、複数のエレクトレット部１５と対向電極１７の間およびエレクトレット部１６と対向電極１８の間で発生する静電気力により、回転部材１２を回転させる。

図１に示すように、クロック２１の出力は比較器２２，２３の入力に接続され、比較器２２の出力は対向電極１７に、比較器２３の出力は対向電極１８に、それぞれ電気配線を介して接続されている。比較器２２，２３は、それぞれクロック２１からの入力信号の電位と接地電位とを比較し、その結果を２値で出力するが、比較器２２，２３の出力信号は互いに逆の符号である。クロック２１からの入力信号がＨのときには、対向電極１７は＋Ｖ、対向電極１８は−Ｖの電位になり、入力信号がＬのときには、対向電極１７は−Ｖ、対向電極１８は＋Ｖの電位になる。

図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０の駆動時には、駆動部２０は、一方のエレクトレット部１５と円周方向における同じ位置にある対向電極１７には、エレクトレット部１５の帯電と同じ符号の電圧を印加する。このとき、他方の対向電極１８は、他方のエレクトレット部１６とは円周方向における位置がずれた状態にある。駆動部２０は、対向電極１８には、エレクトレット部１６の帯電とは異なる符号の電圧を印加する。図２（Ｂ）では、エレクトレット部１５，１６が負に帯電し、対向電極１７には−の、対向電極１８には＋の電圧が印加されるときの状態を示している。こうして、駆動部２０は、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極１７と対向電極１８の間に印加することにより、回転部材１２を回転させる。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、回転部材１２の上面図および端面図である。図３（Ａ）は回転部材１２の上面を示し、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ線に沿った回転部材１２の切断面を示す。

図３（Ｂ）に示すように、回転部材１２では、上面１２１に複数の溝部１２５が、下面１２２に複数の溝部１２６が、それぞれ円周方向に間隔を空けて形成されている。特に、溝部１２５，１２６は、それぞれ円周方向に等間隔かつ放射状に形成されている。回転軸１１を中心とする同一円周上では、上面１２１における溝部１２５の部分と溝部１２５以外の部分、および下面１２２における溝部１２６の部分と溝部１２６以外の部分の幅は、それぞれ同じである。

溝部１２５の個数とエレクトレット部１５を構成する帯電部の個数は同じであり、エレクトレット部１５は溝部１２５に埋め込まれるように形成されている。同様に、溝部１２６の個数とエレクトレット部１６を構成する帯電部の個数は同じであり、エレクトレット部１６は溝部１２６に埋め込まれるように形成されている。これにより、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、回転部材１２では、エレクトレット部１５，１６がそれぞれ円周方向に等間隔かつ放射状に配置されている。

例えば、回転部材１２の直径は５〜２０ｍｍ程度である。また、例えば、エレクトレット部１５，１６を除いた回転部材１２の基板部分の厚さは１００〜５００μｍ程度であり、エレクトレット部１５，１６の厚さは１５〜２０μｍ程度である。

回転部材１２では、エレクトレット部１５，１６は溝部１２５，１２６を満たすように形成されている。より詳細には、エレクトレット部１５の上面は溝部１２５以外の部分における上面１２１と同一平面であり、エレクトレット部１６の上面（図における下面）は溝部１２６以外の部分における下面１２２と同一平面である。このため、回転部材１２の上面１２１と下面１２２は、エレクトレット部１５，１６および溝部１２５，１２６による凹凸がない平坦面になっている。なお、回転部材１２の上面および下面において回転軸１１を取り囲む円環状の中央部１２１ｃは、エレクトレット部も溝部も形成されていない平坦な領域である。

回転部材１２では、エレクトレット部１５，１６の厚さに応じて溝部１２５，１２６の深さを大きくすれば、エレクトレット部１５，１６の厚さにかかわらず、上面１２１と下面１２２は平坦面になる。このため、回転部材１２を使用する電気機械変換器１では、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示した回転部材１２Ｅを使用する場合と比べて、回転時に気流の影響を受けにくく、回転部材１２が受ける空気抵抗が少ないため、その分、電力と動力の間の変換効率が向上する。

また、図３（Ｂ）に示すように、回転部材１２では、溝部１２５と溝部１２６は円周方向に互い違いに配置されており、したがって、エレクトレット部１５のパターンとエレクトレット部１６のパターンも円周方向に互い違いに配置されている。より詳細には、円周方向に関して、上面１２１における溝部１２５の位置と下面１２２における溝部１２６以外の位置とが一致し、かつ、上面１２１における溝部１２５以外の位置と下面１２２における溝部１２６の位置とが一致している。また、図２（Ｂ）に示すように、回転部材１２では、対向電極１７のパターンと対向電極１８のパターンとは、円周方向における同じ位置に揃って配置されている。

仮に、エレクトレット部１５とエレクトレット部１６が円周方向における同じ位置に揃って配置され、かつ対向電極１７と対向電極１８も円周方向における同じ位置に揃って配置されていると、回転部材が回転したときに、静電的な相互作用が両面側で同時に発生する期間とどちらの面でも発生しない期間とが交互に繰り返される。すなわち、電気機械変換器により駆動力が発生する期間と発生しない期間とが交互に繰り返されるため、エレクトレットモータの回転中の駆動力が間欠的になり、スムーズな回転が得られない。

しかしながら、回転部材１２では、図２（Ｂ）に示すように、エレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８のうちで、エレクトレット部１６のパターンだけが、エレクトレット部１５のパターンに対して半ピッチだけずれて配置されている。これにより、回転部材１２の回転中には、エレクトレット部１５および対向電極１７の間の静電気力と、エレクトレット部１６および対向電極１８の間の静電気力とが交互に発生するので、連続的な駆動力が得られる。したがって、回転部材１２を使用することにより、エレクトレットモータの回転をスムーズにすることができる。

図４（Ａ）〜図４（Ｅ）は、回転部材１２の製造工程の例を説明するための断面図である。これらの図は、図示を簡単にするために、図の横方向が回転部材の円周方向（図２（Ａ）の矢印Ｃ方向）に相当するように変形されたものである。

回転部材１２の製造時には、まず、図４（Ａ）に示すように、Ｓｉ基板またはガラス基板などの基板９０の上面と下面に、フォトリソグラフィまたは電子ビーム加工などにより、レジストなどのマスク層９１，９２がそれぞれパターニングされる。次に、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、深掘りエッチングまたはブラスト加工などにより、基板９０の両面を削り取ることで、上面側に複数の溝部９３が形成され、下面側に複数の溝部９４が形成される。このとき、溝部９３，９４の深さは、形成予定のエレクトレット部１５，１６の厚さと同じになるようにする。

続いて、図４（Ｄ）に示すように、マスク層９１，９２が形成された基板９０の上面と下面に、塗布またはスプレーコートなどにより、エレクトレット膜１５’’，１６’’がそれぞれ形成される。さらに、図４（Ｅ）に示すように、マスク層９１，９２を除去することにより、エレクトレット膜１５’’，１６’’のうちでマスク層９１，９２の上に形成されていた部分も併せて除去されて（リフトオフ）、エレクトレット部１５，１６のパターンが形成される。以上の工程により、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示す回転部材１２が得られる。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、回転部材１２’の上面図および端面図である。図５（Ａ）は回転部材１２’の上面を示し、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線に沿った回転部材１２’の切断面を示す。回転部材１２’は、溝部が形成されている位置のみが回転部材１２とは異なり、その他の点では回転部材１２と同じ構成を有する。アクチュエータ１０の回転部材１２としては、回転部材１２’を用いてもよい。

図５（Ｂ）に示すように、回転部材１２’では、回転部材１２と同様に、上面１２１に複数の溝部１２５’が、下面１２２に複数の溝部１２６’が、それぞれ円周方向に等間隔かつ放射状に形成されている。また、エレクトレット部１５は溝部１２５’に、エレクトレット部１６は溝部１２６’に、それぞれ埋め込まれるように形成されている。回転部材１２’でも、エレクトレット部１５，１６は溝部１２５’，１２６’を満たすように形成されており、上面１２１と下面１２２は凹凸がない平坦面である。ただし、回転部材１２’では、回転部材１２とは異なり、溝部１２５’と溝部１２６’（すなわち、エレクトレット部１５とエレクトレット部１６）は、円周方向における同じ位置に揃って配置されている。

図６は、他のアクチュエータ１０’の模式的な側面図である。この図は、図２（Ｂ）と同様に、横方向が回転部材１２’の円周方向に相当するように変形された側面図である。アクチュエータ１０’は、エレクトレット部１５，１６が回転部材１２’の回転方向（円周方向、矢印Ｃ方向）における同じ位置に揃って配置され、かつ対向電極１７，１８が円周方向に互い違いに配置されている点が、図２（Ｂ）に示したアクチュエータ１０とは異なる。その他の点では、アクチュエータ１０’はアクチュエータ１０と同様の構成を有する。回転部材１２’を用いる場合には、図２（Ｂ）のアクチュエータ１０に代えて、図６のアクチュエータ１０’を用いるとよい。

回転部材１２’を有するアクチュエータ１０’を有する場合にも、回転時に気流の影響を受けにくく、回転部材１２’が受ける空気抵抗が少ないため、その分、電力と動力の間の変換効率が向上する。また、エレクトレット部１５および対向電極１７の間の静電気力と、エレクトレット部１６および対向電極１８の間の静電気力とが回転中に交互に発生するので、連続的な駆動力が得られ、エレクトレットモータの回転をスムーズにすることができる。

図７は、電気機械変換器２の概略構成図である。図７に示すように、電気機械変換器２は、発電部３０および蓄電部４０を有する。発電部３０は、アクチュエータ１０と同様に、主要な構成要素として、回転部材１２、固定基板１３，１４、エレクトレット部１５，１６および対向電極１７，１８を有する。電気機械変換器２は、外部環境の運動エネルギーを用いて回転部材１２を回転させ、発電部３０内で静電誘導により静電気を発生させることで動力から電力を取り出す発電装置（エレクトレット発電機）である。

回転部材１２、固定基板１３、エレクトレット部１５および対向電極１７，１８は、アクチュエータ１０のものと同じであるが、例えば、発電部３０の回転部材１２には、重量バランスの偏りを有する図示しない回転錘が取り付けられる。また、電気機械変換器２の対向電極１７，１８は、それぞれ電気配線を介して蓄電部４０に接続されている。発電部３０では、例えば電気機械変換器２を携帯する人体の運動または電気機械変換器２が取り付けられた機械などの振動を動力源として、回転錘付きの回転部材１２がその円周方向に回転する。

回転部材１２が回転すると、それに伴い、エレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８の間の重なり面積が増減する。例えば、エレクトレット部１５，１６の内面に負電荷が保持されているとすると、回転部材１２の回転に伴い、対向電極１７，１８に引き寄せられる正電荷が増減して、対向電極１７と対向電極１８の間に交流電流が発生する。このようにして電流を発生させることにより、発電部３０は静電誘導を利用した発電を行う。

蓄電部４０は、整流回路４１および二次電池４２を有し、回転部材１２の回転に応じてエレクトレット部１５と対向電極１７との間およびエレクトレット部１６と対向電極１８との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する。対向電極１７と対向電極１８からの出力は整流回路４１に接続され、整流回路４１は二次電池４２に接続されている。整流回路４１は、４個のダイオードを有するブリッジ式の回路であり、対向電極１７と対向電極１８の間で生成された電流を整流する。二次電池４２は、リチウム二次電池などの充放電可能な電池であり、発電部３０によって発電された電力を蓄積し、図示しない駆動対象の回路にその電力を供給する。

発電部３０でも、アクチュエータ１０と同様に、回転部材１２が回転時に気流の影響を受けにくく、回転部材１２’が受ける空気抵抗が少ないという効果が得られる。また、発電部３０は、上記した回転部材１２’を有するアクチュエータ１０’と同様のものであってもよく、この場合でも同様の効果が得られる。

なお、発電部３０では、アクチュエータ１０，１０’とは異なり、エレクトレット部１５とエレクトレット部１６が円周方向における同じ位置に揃って配置され、かつ対向電極１７と対向電極１８も円周方向における同じ位置に揃って配置されていてもよい。しかしながら、発電部３０でも、エレクトレット部１５，１６と対向電極１７，１８との一方が回転部材１２，１２’の回転方向における同じ位置に揃って配置され、他方が回転方向に互い違いに配置されていれば、エレクトレット部１５および対向電極１７の間の静電誘導と、エレクトレット部１６および対向電極１８の間の静電誘導とが交互に発生するので、結果として、静電誘導の発生期間が連続する。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、電気機械変換器３の概略構成図である。図８（Ａ）に示すように、電気機械変換器３は、アクチュエータ５０および駆動部２０を有する。アクチュエータ５０は、主要な構成要素として、筐体５１、スライド板５２、固定基板５３，５４、エレクトレット部５５，５６および対向電極５７，５８を有する。図８（Ｂ）および図８（Ｃ）は、エレクトレット部５５，５６および対向電極５７，５８の配置、ならびにスライド板５２の移動方向を示す平面図である。

電気機械変換器３は、駆動部２０に入力された電気信号をもとに、エレクトレット部５５，５６と対向電極５７，５８との間の静電気力を利用して、スライド板５２を往復移動させることにより、電力から動力を取り出す駆動装置である。電気機械変換器の可動部材は、電気機械変換器１，２の回転部材１２のように回転するものに限らず、電気機械変換器３のスライド板５２のようにスライド移動するものであってもよい。

図８（Ａ）に示すように、固定基板５３，５４は、箱型の筐体５１の上面および底面にそれぞれ配置されている。スライド板５２は、可動部材の一例であり、筐体５１内において、図示しない可動支持部により支持され、固定基板５３と固定基板５４の間を、固定基板５３，５４に平行な方向（水平方向）に往復移動可能である。スライド板５２の上面および下面には、それぞれスライド板５２の移動方向（矢印Ａ方向）に間隔を空けて、その移動方向と直交する方向に帯状（直線状）に延びる複数の溝部が形成されている。

図８（Ａ）〜図８（Ｃ）に示すように、エレクトレット部５５，５６は、スライド板５２の上面および下面における溝部に埋め込まれるように形成されている。このため、エレクトレット部５５，５６は、スライド板５２の移動方向に間隔を空けて、その移動方向と直交する方向に帯状に配置されている。アクチュエータ５０のスライド板５２でも、エレクトレット部５５，５６は各溝部を満たすように形成されており、スライド板５２の上面と下面は凹凸がない平坦面である。これにより、アクチュエータ５０でも、上記したアクチュエータ１０，１０’と同様に、気流の影響が軽減してスライド板５２の空気抵抗が少なくなる。また、スライド板５２でも、上面側のエレクトレット部５５および溝部と、下面側のエレクトレット部５６および溝部とは、互い違いに配置されている。

対向電極５７，５８は、それぞれ、固定基板５３の下面および固定基板５４の上面に、スライド板５２の移動方向に間隔を空けて、その移動方向と直交する方向に帯状に形成されている。アクチュエータ５０では、対向電極５７，５８は、スライド板５２の移動方向における同じ位置に配置されている。

駆動部２０は、アクチュエータ５０を駆動するための回路であり、複数の対向電極５７，５８に電気配線を介して接続されている。駆動部２０は、電気機械変換器１のものと同様の構成を有し、極性が交互に切り替わる電圧を複数の対向電極５７，５８に印加することにより、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、スライド板５２を筐体５１内で水平方向（矢印Ａ方向）にスライド移動させる。

なお、スライド板５２の上面側の溝部と下面側の溝部（エレクトレット部５５とエレクトレット部５６）とがスライド板５２の移動方向における同じ位置に揃って配置され、対向電極５７と対向電極５８とがその移動方向に互い違いに配置されていてもよい。すなわち、アクチュエータ５０でも、スライド板５２の両面の溝部（エレクトレット部５５，５６）と対向電極５７，５８との一方がスライド板５２の移動方向における同じ位置に配置され、他方はその移動方向に互い違いに配置されているとよい。これにより、スライド板５２の移動中には、エレクトレット部５５および対向電極５７の間の静電気力と、エレクトレット部５６および対向電極５８の間の静電気力とが交互に発生するので、連続的な駆動力が得られ、エレクトレットモータの回転をスムーズにすることができる。

また、エレクトレット部は可動部材（回転部材１２，１２’およびスライド板５２）の片面側のみに配置され、対向電極はそのエレクトレット部に対向する片側の固定基板のみに配置されていてもよい。例えば、図２（Ｂ）に示したアクチュエータ１０において、回転部材１２の下面１２２側のエレクトレット部１６、固定基板１４および対向電極１８を省略してもよい。この場合でも、可動部材の溝部に埋め込まれるようにエレクトレット部を形成すれば、上記したアクチュエータ１０，１０’，５０などと同様に、気流の影響が軽減して可動部材の空気抵抗が少なくなる。

１，２，３ 電気機械変換器
１０，１０’，５０ アクチュエータ
１１ 回転軸
１２，１２’，１２Ｅ 回転部材
１２１，１４１ 上面
１２２，１３２ 下面
１２５，１２５’，１２６，１２６’ 溝部
１３，１４，５３，５４ 固定基板
１５，１６，５５，５６ エレクトレット部
１７，１８，５７，５８ 対向電極
２０ 駆動部
３０ 発電部
４０ 蓄電部
５２ スライド板

Claims (8)

1. 帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器であって、
   固定基板と、
   前記固定基板との間で一定の距離を保って移動可能であり、前記固定基板に対向する面において移動方向に間隔を空けて形成された複数の溝部を有する可動部材と、
   前記複数の溝部にそれぞれ埋め込まれるように前記可動部材上に形成された複数の帯電部と、
   前記固定基板の前記可動部材に対向する面において前記可動部材の前記移動方向に間隔を空けて形成された複数の対向電極と、
   を有することを特徴とする電気機械変換器。
2. 前記複数の帯電部が前記複数の溝部を満たすように形成されており、
   前記可動部材の前記固定基板に対向する面は、前記複数の帯電部および前記複数の溝部による凹凸がない平坦面である、請求項１に記載の電気機械変換器。
3. 前記可動部材は、前記固定基板とは反対側の面に、前記移動方向に間隔を空けて形成された第２の複数の溝部を有し、
   前記可動部材を挟んで前記固定基板とは反対側に配置された第２の固定基板と、
   前記第２の複数の溝部にそれぞれ埋め込まれるように前記可動部材上に形成された第２の複数の帯電部と、
   前記第２の固定基板の前記可動部材に対向する面において前記可動部材の前記移動方向に間隔を空けて形成された第２の複数の対向電極と、
   をさらに有する、請求項１または２に記載の電気機械変換器。
4. 前記複数の溝部および前記第２の複数の溝部と前記複数の対向電極および前記第２の複数の対向電極との一方は前記可動部材の前記移動方向における同じ位置に揃って配置され、他方は前記移動方向に互い違いに配置されている、請求項３に記載の電気機械変換器。
5. 前記可動部材は、回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、
   前記複数の溝部、前記第２の複数の溝部、前記複数の対向電極および前記第２の複数の対向電極は、それぞれ前記回転軸を中心として放射状に配置されている、請求項３または４に記載の電気機械変換器。
6. 前記可動部材は、前記固定基板および前記第２の固定基板に平行な方向に往復移動可能なスライド板であり、
   前記複数の溝部、前記第２の複数の溝部、前記複数の対向電極および前記第２の複数の対向電極は、それぞれ前記可動部材の前記移動方向に垂直に延びる直線状の形状を有する、請求項３または４に記載の電気機械変換器。
7. 極性が交互に切り替わる電圧を前記複数の対向電極および前記第２の複数の対向電極に印加して、前記複数の帯電部と前記複数の対向電極との間および前記第２の複数の帯電部と前記第２の複数の対向電極との間で発生する静電気力により前記可動部材を移動させる駆動部をさらに有する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
8. 前記可動部材の移動に応じて前記複数の帯電部と前記複数の対向電極との間および前記第２の複数の帯電部と前記第２の複数の対向電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部をさらに有する、請求項３〜６のいずれか一項に記載の電気機械変換器。

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