JP2021044896A

JP2021044896A - 微小機械

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Publication number: JP2021044896A
Application number: JP2019164133A
Authority: JP
Inventors: 知意関; Tomooki Seki
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Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2021-03-18

Abstract

【課題】ブラウン運動を利用して動作する微小機械を提供する。【解決手段】本発明のある実施形態に係る微小機械１は、磁石１０と、コイル２０とを備える。磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイル２０に電圧が発生する。ブラウン運動を利用して磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石１０はコイル２０に相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ブラウン運動を利用する微小機械に関する。

環境から得られる微弱なエネルギーを集めて利用するエネルギーハーベスティング技術がある。エネルギーハーベスティング技術では、例えば、環境中の振動、熱および電磁波などの様々な形態のエネルギーを電力に変換する。

非特許文献１には、分子の熱運動から利用可能なエネルギーを得る装置（ブラウン・ラチェット：Ｂｒｏｗｎｉａｎｒａｔｃｈｅｔ）が提案されている。ブラウン・ラチェットは、ファインマンのラチェット（Ｆｅｙｎｍａｎ’ｓｒａｔｃｈｅｔ）、ファインマンのサーマルラチェット（Ｆｅｙｎｍａｎ’ｓｔｈｅｒｍａｌｒａｔｃｈｅｔ）などとも称される。

非特許文献２には、ブラウン運動により回転するナノスケールの粒子を監視し、マクスウェルの悪魔と呼ばれる物理現象を実現する方法を提案している。

ファインマン物理学ＩＩ光・熱・波動岩波書店１９８６年発行ＮａｔｕｒｅＰｈｙｓｉｃｓｖｏｌｕｍｅ６，ｐａｇｅｓ９８８-９９２（２０１０） "Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ−ｔｏ−ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＪａｒｚｙｎｓｋｉｅｑｕａｌｉｔｙ" ２０１０年１１月１４日公開

ブラウン・ラチェットモデルでは、微小な羽根車にラチェット機構が接続されている。羽根車の回転軸には、錘が付いた紐が取り付けられている。羽根車の周囲には気体または液体の流体が存在する。その流体中の多数の分子が羽根車にランダムに衝突し、羽根車を揺動させる。熱運動する分子が物体にランダムに衝突することによりその物体に発生する運動は、ブラウン運動と呼ばれる。ブラウン運動により羽根車が回転する方向はランダムに変化する。ラチェット機構は、分子が衝突する羽根車を概ね一方向に回転させるために、羽根車に接続されている。ブラウン・ラチェットモデルは、羽根車を一方向に回転させ、紐が回転軸に巻かれることにより、錘を持ち上げようとする機構である。すなわち、ブラウン・ラチェットモデルは、ブラウン運動を利用して錘に対して仕事を行おうとする機構である。

しかし、非特許文献１の中で、著者であるリチャード・フィリップス・ファインマンは、上記のようなブラウン・ラチェットモデルは物理学的には実現できないと考察している。具体的には、ラチェット機構の歯止め（爪）自体もブラウン運動により揺動し、歯止めが歯車から離れるため、羽根車の回転を一方向に制限することはできないとファインマンは考察している。ラチェット機構が機能せず、羽根車の回転方向がランダムに変化してしまうと、錘を継続的に上昇させることはできない。

非特許文献２では、ランダムに回転するナノスケールの粒子を監視し、粒子に印加する電場を制御することで、粒子の回転を一方向に偏らせている。非特許文献２に示す方法では、ナノスケールの粒子の運動をカメラ等で監視する必要があり、この監視によりエントロピーが増大するという課題があった。

本発明は、ブラウン運動を利用する微小機械を提供する。

本発明の実施形態に係る微小機械は、磁石と、コイルとを備え、前記磁石と前記コイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記コイルに電圧が発生する。

ブラウン運動を利用して磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石はコイルに相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記磁石は、前記ブラウン運動により前記コイルに対して移動してもよい。

ブラウン運動により磁石がランダムに移動する過程で、磁石はコイルに接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記微小機械は、前記コイルに接続された負荷をさらに備え、前記電磁誘導により前記コイルに流れる電流が前記負荷に供給されてもよい。

これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷で利用することができる。

ある実施形態において、前記電流が供給された前記負荷は、熱を発生させてもよい。

これにより、ブラウン運動から特定のエリアに熱を発生させることができる。

ある実施形態において、前記磁石および前記コイルは、第１エリアに位置し、前記負荷は、第１エリアとは異なる第２エリアに位置し、前記負荷が熱を発生させることで、前記第２エリアの温度は前記第１エリアの温度よりも高くなってもよい。

ブラウン運動から第２エリアに熱を発生させることができる。例えば、第１エリアおよび第２エリアの温度が均一であったとしても、そこから第１エリアと第２エリアとの間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてマクスウェルの悪魔（Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓｄｅｍｏｎ）と呼ばれている現象を実現できる。

ある実施形態において、前記第１エリアと前記第２エリアとの間には壁が設けられていてもよい。

第１エリアと第２エリアとの間の熱の移動を壁が抑制することにより、第１エリアと第２エリアとの間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。これにより、物理学においてＭａｘｗｅｌｌ’ｓｄｅｍｏｎと呼ばれている現象を実現できる。

ある実施形態において、前記微小機械は、熱電素子をさらに備え、前記熱電素子には前記負荷が発生させた熱が供給されてもよい。

前記熱電素子に熱を供給することで、熱電素子に電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記微小機械は、複数の前記磁石と、複数の前記コイルと、複数の前記負荷と、複数の第１エリアと、前記複数の第１エリアとは異なる第２エリアとを備え、前記複数の磁石は、前記複数の第１エリアのうちの互いに異なる第１エリアに位置し、前記複数のコイルは、前記複数の第１エリアのうちの互いに異なる第１エリアに位置し、前記複数の負荷は、前記第２エリアに位置し、前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させてもよい。

ブラウン運動から第２エリアに熱を発生させることができる。例えば、第１エリアおよび第２エリアの温度が均一であったとしても、そこから第１エリアと第２エリアとの間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてＭａｘｗｅｌｌ’ｓｄｅｍｏｎと呼ばれている現象を実現できる。

ある実施形態において、複数の前記コイルを備え、前記磁石と前記複数のコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記複数のコイルの少なくとも一つに電圧が発生してもよい。

磁石１個に対して複数のコイルを配置することで、磁石がいずれかのコイルに接近する機会を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。

ある実施形態において、前記微小機械は、前記複数のコイルに接続された複数の負荷をさらに備え、前記電磁誘導により少なくとも一つの前記コイルに流れる電流が、前記少なくとも一つのコイルに接続された少なくとも一つの前記負荷に供給されてもよい。

ブラウン運動により発生した電力を負荷で利用することができる。

ある実施形態において、前記磁石および前記複数のコイルは、第１エリアに位置し、前記複数の負荷は、前記第１エリアとは異なる第２エリアに位置し、前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させてもよい。

ある実施形態において、前記微小機械は、熱電素子をさらに備え、前記熱電素子には複数の前記負荷が発生させた熱が供給されてもよい。

熱電素子に熱を供給することで、電力を発生させることができる。複数の負荷が発生させた熱が熱電素子に供給されることで、より大きい電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、コーティング膜で被覆されていてもよい。

磁石がコイルに吸着することを抑制できる。あるいは、コイルが磁石に吸着することを抑制できる。

ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、分散剤で被覆されていてもよい。

ある実施形態において、前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、界面活性剤で被覆されていてもよい。

ある実施形態において、前記微小機械は、前記磁石に設けられた回転軸をさらに備え、前記磁石は、ブラウン運動により回転してもよい。

ブラウン運動により磁石が回転することで、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させることができる。回転は、１回転以上の回転、１回転未満の回転の両方の意味を含む。回転は、揺動も含む。例えば、ブラウン運動により磁石が回転することで、磁石のＮ極およびＳ極のうちのコイルに対向する極性が変化する。コイルに対向する磁石の極性が変化することで、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記微小機械は、回転可能な回転部材をさらに備え、前記磁石は、前記回転部材に設けられ、前記磁石は、ブラウン運動により前記回転部材とともに回転してもよい。

ブラウン運動により回転部材とともに磁石が回転することで、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により回転部材とともに磁石が回転することで、磁石のＮ極およびＳ極のうちのコイルに対向する極性が変化する。コイルに対向する磁石の極性が変化することで、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本発明の実施形態に係る微小機械は、エレクトレットと、第１電極と、前記エレクトレットに接続された第２電極とを備え、前記エレクトレットと前記第１電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。

ブラウン運動を利用してエレクトレットと第１電極との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレットと第１電極との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレットは第１電極に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記エレクトレットは、前記ブラウン運動により前記第１電極に対して移動してもよい。

ブラウン運動によりエレクトレットがランダムに移動する過程で、エレクトレットは第１電極に接近したり離れたりし、静電誘導により第１電極と第２電極との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、前記微小機械は、前記第１電極および前記第２電極に接続された負荷をさらに備え、静電誘導により発生した電流が前記負荷を流れてもよい。

ある実施形態において、前記エレクトレットは、回転軸に対して非対称に設けられていてもよい。

ブラウン運動によりエレクトレットが回転することで、エレクトレットと第１電極との間の距離を変化させることができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本発明のある実施形態に係る微小機械は、磁石と、コイルとを備える。磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイルに電圧が発生する。

本発明のある実施形態によれば、ブラウン運動を利用して磁石とコイルとの間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石とコイルとの間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石はコイルに相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイルに電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本発明のある実施形態に係る微小機械は、エレクトレットと、第１電極と、エレクトレットに接続された第２電極とを備える。エレクトレットと第１電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。

本発明のある実施形態によれば、ブラウン運動を利用してエレクトレットと電極との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレットと電極との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレットは電極に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本発明の実施形態に係る微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係る微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るブラウン運動により回転する磁石を示す図である。本発明の実施形態に係る第１の部屋を複数個備える微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係る熱電素子を備える微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るコイルを複数個備える微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係る微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るエレクトレットを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るブラウン運動により回転するエレクトレットを示す図である。本発明の実施形態に係るエレクトレットを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るブラウン運動により回転するコイルを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係る電極を示す図である。本発明の実施形態に係るブラウン運動により回転するコイルを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るブラウン運動により回転するコイルを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係るグラフェンを示す図である。本発明の実施形態に係るグラフェンを備えた微小機械を示す図である。本発明の実施形態に係る振動するグラフェンを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る微小機械を説明する。同様の構成要素には同様の参照符号を付し、詳細な説明の繰り返しは省略する。また、以下に説明する実施形態は例であり、本発明を限定するものではない。

実施形態の説明において例示する微小機械の各部材の材料は一例であり、本発明の実施形態はそれらに限定されない。

実施形態を分かりやすく説明するために、図中のｘ方向を左右方向、ｙ方向を奥行き方向、ｚ軸方向を上下方向として、各部材の形状および部材同士の位置関係などを説明する場合がある。但し、これは、実施形態を分かりやすく説明するためにそれらの方向を用いるのであって、微小機械の動作時の向きを限定するものではない。

また、実施形態を分かりやすく説明するために、図面において、微小機械の内部および各種構成要素の内部を透かして示している場合がある。

本発明の実施形態に係る装置を、本明細書中では微小機械（Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅ）と呼ぶが、この表現は装置のサイズを限定するものではない。実施形態に係る微小機械には、ナノマシン（Ｎａｎｏｍａｃｈｉｎｅ）および分子マシン（ＭｏｌｅｃｕｌａｒＭａｃｈｉｎｅ）も含まれる。実施形態に係る微小機械は、ブラウン運動による所望の物体の移動が得られる大きさに設定される。実施形態に係る微小機械は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）、ＮＥＭＳ（ＮａｎｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）または分子マシンと呼ぶこともできる。

本発明の実施形態に係る微小機械は、微細加工技術を用いて製造される。実施形態に係る微小機械は、例えば、マイクロマシン、ナノマシンおよび分子マシンの製造方法を用いて製造される。分子マシンの製造方法は合成方法とも称される。実施形態に係る微小機械は、例えば、半導体製造技術を用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、例えば、フォトリソグラフィを用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、例えば、光リソグラフィ、Ｘ線リソグラフィおよび極端紫外線リソグラフィ（Ｅｘｔｒｅｍｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などのリソグラフィ技術を用いて製造することができる。実施形態に係る微小機械は、任意の微細加工技術を組み合わせて製造され得る。

図１は、本発明の実施形態に係る微小機械１を示す斜視図である。特徴を分かり易く説明するために、図１では、微小機械１の内部を透かして示している。図２は、微小機械１の内部を示す図である。

微小機械１は、第１の部屋５１と第２の部屋５２とを備える。本明細書において、第１の部屋５１を第１エリア、第２の部屋５２は第２エリアとそれぞれ称する場合がある。微小機械１は、壁５３および５４を備える。壁５３で囲まれたエリアが第１の部屋５１である。壁５４で囲まれたエリアが第２の部屋５２である。第１の部屋５１と第２の部屋５２との間には、第１の部屋５１と第２の部屋５２とを隔てる隔壁６０が設けられている。第１の部屋５１下部の底部分も壁５３の一部であり得る。第２の部屋５２上部の天井部分も壁５４の一部であり得る。隔壁６０は壁５３の一部であってもよい。隔壁６０は壁５４の一部であってもよい。壁５３、５４および隔壁６０の材料は任意である。壁５３、５４および隔壁６０は、その材料として例えばシリコンを含む。壁５３、５４および隔壁６０は、その材料として例えばガラスを含む。壁５３、５４および隔壁６０の材料として、化合物半導体、不純物半導体などの半導体材料が用いられてもよい。壁５３、５４および隔壁６０の材料として、例えば熱伝導性が比較的小さい材料が用いられ得る。

第１の部屋５１の内部には、複数の流体の分子２が入っている。第２の部屋５２の内部にも分子２が入っていてもよいが、入っていなくてもよい。分子２としては、ブラウン運動を発生させることが可能な任意の分子を用いることができる。分子２は、単原子分子であってもよい。本明細書において、流体は、媒体とも称することができる。流体は、例えば、気体、液体、気体と液体の混合物のいずれかである。流体は、例えば、希ガス、窒素ガスなどの気体である。流体は、例えば、水、油、アルコールなどの液体である。流体は、例えば、有機溶媒および無機溶媒などの液体である。ここで挙げた流体および流体の分子は一例であり、本発明の実施形態はこれらに限定されない。分子２は、第１の部屋５１に内蔵されていてもよいし、微小機械１の周囲の環境から第１の部屋５１に供給されてもよい。

第１の部屋５１の天井部（例えば隔壁６０の下部）には、リンカー４を用いて回転部材３が取り付けられている。回転部材３は、リンカー４を用いて第１の部屋５１の天井部にピン止めされ得る。回転部材３の下部には磁石１０が取り付けられている。例えば、磁石１０は、回転部材３に回転可能に付着している。磁石１０は、例えば永久磁石である。

回転部材３およびリンカー４の材料は任意である。回転部材３は、例えば合成樹脂の粒子である。回転部材３は、例えばポリスチレンの粒子である。回転部材３の形状は任意である。例えば、回転部材３は、直径１００ｎｍ〜１０００ｎｍの球形状を有するが、本実施形態はそれに限定されない。リンカー４は、例えば蛋白質を含む。リンカー４は、例えばアビジン（ａｖｉｄｉｎ）を含む。リンカー４の形状は任意である。例えば、リンカー４は、紐形状を有するが、本実施形態はそれに限定されない。

非特許文献１には、２個連なったポリスチレン粒子を蛋白質のリンカーを用いてガラス基板の天井に１点でピン止めすることが記載されている。非特許文献１が開示するポリスチレン粒子の直径は約３００ｎｍである。非特許文献１には、２個連なったポリスチレン粒子のうちの下側のポリスチレン粒子が、ブラウン運動によりランダムに回転することが記載されている。

本実施形態では、回転部材３の下部に磁石１０が取り付けられている。非特許文献１のランダムに回転するポリスチレン粒子と同様に、本実施形態の磁石１０は、ブラウン運動によりランダムに回転する。回転部材３自身は、回転してもよいし、回転しなくてもよい。回転部材３は、磁石１０の回転軸になりうる。

特開２０１２−１４５５６７号公報には、日本の東京大学の研究者らが開発したサブミクロンサイズの永久磁石が開示されている。その永久磁石はイプシロン型酸化鉄系化合物を含む。特開２０１２−１４５５６７号公報には、太さ約１０〜１００ｎｍ、長さ約１００〜２０００ｎｍのロッド状の永久磁石を製造する方法が開示されている。この製造方法で製造された永久磁石の保磁力は、例えば約２０ｋＯｅと大きい。本実施形態では、例えば、特開２０１２−１４５５６７号公報に開示の方法で製造された永久磁石を磁石１０として用いることができる。本明細書では、特開２０１２−１４５５６７号公報を参考のために援用する。

なお、特開２０１２−１４５５６７号公報の製造方法は、サブミクロンサイズの永久磁石の製造方法の一例として挙げているのであり、本実施形態の磁石１０はこの製造方法で製造された磁石に限定されない。その他の方法で製造された永久磁石を磁石１０として用いてもよい。また、磁石１０の組成も、特開２０１２−１４５５６７号公報に開示の組成と異なっていてもよい。

磁石１０のサイズは、例えば、太さ約１０〜１００ｎｍ、長さ約１００〜１０００ｎｍであるが、それに限定されない。磁石１０はそれよりも大きくてもよいし、小さくてもよい。磁石１０は、微小機械１において所望のブラウン運動が得られるサイズに設定される。

第１の部屋５１のサイズは、磁石１０のランダムな運動が得られる大きさであればよい。例えば、幅、奥行き、高さのそれぞれの長さは、０．５μｍから１０μｍであるが、これに限定されない。第１の部屋５１は、微小機械１において所望のブラウン運動が得られるサイズに設定される。

流体の分子２は、熱運動として、第１の部屋５１内をランダムに動き回っている。動き回る複数の分子２は、磁石１０にランダムに衝突する。本明細書において、衝突とは、物体同士が接触することに限定されず、物体同士が実質的に接触したとみなされる距離まで接近することも含まれる。例えば、衝突には、ある物体が他の物体に運動エネルギーを提供する程度に接近することも含まれる。ここで言う“物体”には１個の分子および１個の原子も含まれる。

複数の分子２がランダムに衝突した磁石１０は、ランダムに運動する。熱運動する分子が物体にランダムに衝突することによりその物体に発生する運動は、ブラウン運動と呼ばれる。回転部材３に取り付けられている磁石１０は、ブラウン運動によりランダムに回転する。

本明細書において、回転は、１回転以上の回転、１回転未満の回転の両方の意味を含む。回転には、揺動も含まれる。回転には、振り子の運動のような揺動も含まれる。

第１の部屋５１には、コイル２０が設けられている。この例では、コイル２０は、隔壁６０に設けられた台２５に設けられている。コイル２０の配置位置は任意である。例えば、コイル２０は、壁５３に設けられていてもよい。

コイル２０は、例えば、空芯コイルである。図１に示す例では、コイル２０は、ソレノイドコイルである。コイル２０は渦巻き状の平面コイルなどの他の種類のコイルであってもよい。コイル２０の形状は、電磁誘導によって電圧を発生させることができる任意の形状でよい。コイル２０は、導電性材料を含む。導電性材料は、例えば金属材料である。金属材料は例えば、銅、アルミ、金、銀などであるが、これに限定されない。コイル２０の材料として、任意の導電性材料を用いることができる。導電性材料は、例えば、炭素であってもよい。コイルのサイズは、磁石１０のブラウン運動により電磁誘導が発生するサイズであればよい。例えば、コイルの直径は、０．１μｍから１０μｍであるが、これに限定されない。コイル２０は、例えば、カーボンナノコイルであってもよい。

コイル２０の端部には、電極２３および２４を介して、配線４１および４２が電気的に接続されている。配線４１および４２には負荷３０が電気的に接続されている。負荷３０は、第２の部屋５２の内部に位置している。負荷３０は、例えば抵抗器であるが、それに限定されない。負荷３０は、例えば、コイル２０の材料よりも電気抵抗値が大きい材料を含む。負荷３０は、例えば、コイル形状など、電気抵抗値が大きくなりやすい形状を有していてもよい。配線４１および４２が隔壁６０を貫通することで、第１の部屋５１内のコイル２０と、第２の部屋５２内の負荷３０とが電気的に接続されている。第２の部屋５２のサイズは、負荷３０を配置できる大きさであればよい。第２の部屋５２のサイズは任意であり、第１の部屋５１と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

図３は、ブラウン運動により、第１の部屋５１内でランダムに回転する磁石１０を示す図である。磁石１０は矢印１７として示すように、ランダムに回転する。図２に示す磁石１０に対して、図３に示す磁石１０では、Ｎ極およびＳ極の向きが反転するように回転している。

磁石１０のブラウン運動により、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイル２０には電圧が発生する。

ブラウン運動により、磁石１０が、ランダムに回転方向を変化させながら回転することで、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係を変化させることができる。本明細書において、相対的な位置関係の変化とは、一方の部材から見て、他方の部材が回転することも含む。例えば、相対的な位置関係の変化とは、磁石１０のＮ極およびＳ極のうちのコイル２０に対向する極性が変化することも含む。

例えば、磁石１０が回転することで、磁石１０のＮ極およびＳ極のうちのコイル２０に対向する極性が変化する。コイル２０に対向する磁石１０の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本実施形態では、コイル２０には、負荷３０が接続されている。電磁誘導によりコイル２０に流れる電流は、負荷３０に供給される。このように、ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

例えば、電流が供給された負荷３０は、熱を発生させる。これにより、ブラウン運動から特定のエリア（第２の部屋５２）に熱を発生させることができる。

負荷３０が熱を発生させることで、第２の部屋５２の温度は第１の部屋５１の温度よりも高くなる。例えば、第１の部屋５１および第２の部屋５２の温度が均一であったとしても、そこから第１の部屋５１と第２の部屋５２との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。元々温度が均一な二つの部屋に対して、物理学上の仕事をすることなしに、それら二つの部屋の間で温度差を発生させる現象は、物理学においてマクスウェルの悪魔（Ｍａｘｗｅｌｌ'ｓＤｅｍｏｎ）と呼ばれる。本実施形態では、マクスウェルの悪魔と呼ばれる現象を実現できる。本実施形態では、磁石１０のランダムな動きにより生じた電磁誘導現象を利用して、電力を発生させる。分子の運動および各部品の運動を監視する必要はない。情報を記録する必要がなく、情報をリセットする必要もないため、エントロピーは増大しない。

本実施形態では、第１の部屋５１と第２の部屋５２との間には隔壁６０が設けられている。第１の部屋５１と第２の部屋５２との間の熱の移動を隔壁６０が抑制することにより、第１の部屋５１と第２の部屋５２との間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。

なお、発生させた電力を微小機械１の外部へ出力し、その電力を外部装置で活用してもよい。

配線４１および４２の断面積は、第１の部屋５１では大きく、第２の部屋５２では小さくてもよい。第１の部屋５１内では、電気伝導性を高めるために配線４１および４２の断面積を大きくする。一方、第２の部屋５２内では、熱伝導性を小さくするために配線４１および４２の断面積を小さくする。これにより、負荷３０で発生した熱が第１の部屋５１の方へ伝導することが抑制できる。また、負荷３０にはヒートシンクが設けられていてもよい。負荷３０で発生した熱がヒートシンクの方へ伝導することにより、負荷３０で発生した熱が第１の部屋５１の方へ伝導することが抑制できる。

磁石１０の表面は、コーティング膜で被覆されていてもよい。コイル２０、壁５３、隔壁６０の表面は、コーティング膜で被覆されていてもよい。コーティング膜により、磁石１０が、コイル２０、壁５３および隔壁６０に吸着することを抑制することができる。

それぞれに部材において、コーティング膜は互いに同じ材料を含んでいてもよいし、互いに異なる材料を含んでいてもよい。コーティング膜は、例えば分散剤を含む。コーティング膜は、例えば界面活性剤を含む。例えば、磁性流体では、粒子の表面を界面活性剤で覆うことにより、凝集を防止している。磁性流体と同様に、微小機械１の構成要素の少なくとも一部をコーティング膜で覆うことにより、磁石１０が他の部材に吸着することを抑制できる。

コーティング膜の材料としては、吸着、凝集を抑制できる任意の材料を用いることができる。コーティング膜の材料として、分散剤、界面活性剤以外の材料が用いられてもよい。

磁石１０の形状は任意である。磁石１０の形状は、例えば、図１に示したような棒形状であってもよい。また、例えば、磁石１０は円盤形状であってもよい。

微小機械１は第１の部屋５１を複数個備えていてもよい。図４は、第１の部屋５１を複数個備える微小機械１を示す図である。

複数の第１の部屋５１のそれぞれの内部には、回転部材３、リンカー４、磁石１０、コイル２０および流体の分子２が入っている。磁石１０同士が互いに引き寄せられない程度に、部屋同士の距離は開けられ得る。

ここで、“磁石１０同士が互いに引き寄せられない”について説明する。磁石１０同士の間には磁力により互いに引き合う力（引力）が大なり小なり発生するものの、ブラウン運動により磁石１０を移動させる力の方がその引力よりも大きい場合は、磁石１０同士は離れることができる。例えば、部屋の壁を隔てて二つの磁石１０同士が最接近した状態で発生する引力よりも、ブラウン運動により磁石１０を移動させる力の方が大きい場合は、磁石１０同士は離れることができる。例えば、このような状態は、“磁石１０同士が互いに引き寄せられない”に該当する。

複数の磁石１０は、複数の第１の部屋５１のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数のコイル２０は、複数の第１の部屋５１のうちの互いに異なる部屋に位置している。複数の負荷３０は、第２の部屋５２に位置している。複数のコイル２０のそれぞれは、配線４１および４２を介して、負荷３０に電気的に接続されている。

例えば、複数の負荷３０のうちの電流が流れた負荷３０は熱を発生させる。ブラウン運動から第２の部屋５２に熱を発生させることができる。例えば、第１の部屋５１および第２の部屋５２の温度が均一であったとしても、そこから第１の部屋５１と第２の部屋５２との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてＭａｘｗｅｌｌ'ｓＤｅｍｏｎと呼ばれる現象を実現できる。

次に、熱電素子を備える微小機械１を説明する。図５は、熱電素子３３を備える微小機械１を示す図である。

熱電素子３３は、例えばゼーベック素子である。熱電素子３３は、配線４３および４４を介して負荷３１に接続されている。熱電素子３３は、その少なくとも一部が第２の部屋５２に位置するように配置される。熱電素子３３には複数の負荷３０が発生させた熱が供給される。熱電素子３３に熱を供給することで、熱電素子３３に電力を発生させることができる。熱が供給された熱電素子３３には電圧が発生し、負荷３１に電流が供給される。複数の負荷３０が発生させた熱が熱電素子３３に供給されることで、より大きい電力を発生させ得る。

なお、図１に示す微小機械１に熱電素子３３が設けられてもよい。この形態においても、負荷３０が発生させた熱が熱電素子３３に供給される。熱電素子３３に熱を供給することで、熱電素子３３に電力を発生させることができる。

次に、１個の磁石１０に対してコイル２０を複数個備える微小機械１の例を説明する。図６は、１個の磁石１０に対してコイル２０を複数個備える微小機械１を示す図である。図６に示す例では、第１の部屋５１に複数のコイル２０が設けられている。第２の部屋５２には、複数の負荷３０が位置している。複数のコイル２０のそれぞれは、配線４１および４２を介して、負荷３０に電気的に接続されている。

磁石１０と複数のコイル２０との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、複数のコイル２０の少なくとも一つに電圧が発生する。１個の磁石１０に対して複数のコイル２０を配置することで、電磁誘導を発生させる機会を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。

電磁誘導により少なくとも一つのコイル２０に流れる電流が、少なくとも一つの負荷３０に供給される。これにより、ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

上述の例では、磁石１０は回転部材３に取り付けられていた。磁石１０がリンカー４に直接取り付けられた場合でも磁石１０が回転可能な場合は、回転部材３は省略されてもよい。図７は、磁石１０がリンカー４に直接取り付けられた微小機械１を示している。磁石１０を支持する方法は任意であり、ブラウン運動により磁石１０が回転することが可能であればよい。

次に、エレクトレットを用いて発電する微小機械１を説明する。図８は、エレクトレット８０を備えた微小機械１を示す図である。図２に示す微小機械１と比較して、図８に示す微小機械１では、磁石１０およびコイル２０の代わりに、エレクトレット８０および電極８１を備える。

図８に示す微小機械１では、第１の部屋５１内において、回転部材３にエレクトレット８０が取り付けられている。例えば、二個の回転部材３が互いに相対回転可能に取り付けられており、下方の回転部材３の一部としてエレクトレット８０が設けられている。本実施形態では、回転部材３およびリンカー４は導電性を有する。例えば、回転部材３およびリンカー４が導電性材料を含んでいてもよい。例えば、回転部材３およびリンカー４の表面に導電性材料の膜が形成されていてもよい。

図８に示す微小機械１では、コイル２０の代わりに電極８１が設けられている。電極８１およびエレクトレット８０は、配線４１および４３を介して負荷３０に電気的に接続されている。

図８に示す例では、エレクトレット８０は、上側の回転部材３を回転軸として回転可能である。図９は、ブラウン運動により回転するエレクトレット８０を示す図である。

エレクトレット８０は、回転軸となる上側の回転部材３に対して非対称に設けられている。ブラウン運動によりエレクトレット８０を有する下側の回転部材３が回転することで、エレクトレット８０と電極８１との間の距離を変化させることができる。エレクトレット８０と電極８１との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化する。ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力を発生させることができる。この例では、エレクトレット８０は、ブラウン運動により電極８１に対して移動する。図８に示すエレクトレット８０に対して、図９に示すエレクトレット８０は、電極８１とは反対の側を向いている。

ブラウン運動により、エレクトレット８０と電極８１との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレット８０は電極８１に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により第１電極８１と第２電極３、４との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。本実施形態では、マクスウェルの悪魔と呼ばれる現象を実現できる。本実施形態では、エレクトレット８０のランダムな動きにより生じた静電誘導現象を利用して、電力を発生させる。分子の運動および各部品の運動を監視する必要はない。情報を記録する必要がなく、情報をリセットする必要もないため、エントロピーは増大しない。

第１電極８１と第２電極３、４は、配線４１および４２を介して負荷３０に電気的に接続されている。図２０に示す例では、回転部材３およびリンカー４は導電性を有している。静電誘導により発生した電流が負荷３０を流れる。ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

なお、電極８１の配置位置は任意であり、例えば、エレクトレット８０の下方に配置されていてもよい。

また、エレクトレット８０が固定され、電極８１が回転してもよい。図１０は、エレクトレット８０と電極８１とが入れ替わった微小機械１を示している。図８に示す微小機械１と比較して、図１０に示す微小機械１では、エレクトレット８０と電極８１とが入れ替わっている。下側の回転部材３に電極８１が設けられている。図１０に示す例では、下側の回転部材３のうちの電極８１以外の部分は絶縁体であり得る。

また、磁石１０が固定され、コイル２０がブラウン運動により回転してもよい。図１１は、ブラウン運動によりコイル２０が回転する微小機械１を示す図である。図１１に示す例では、回転部材３にコイル２０が設けられている。コイル２０の両端部には電極２３および２４がスライド可能に接触している。電極２３および２４は、例えば図１２に示すように、扇型形状を有する。ブラウン運動により、コイル２０はランダムに回転する。磁石１０とコイル２０との相対的な位置関係の変化により、コイル２０に電圧が発生する。発生した電圧は、電極２３および２４、配線４１および４２を介して負荷３０に供給される。

コイル２０は、電極２３および２４にスライド可能に接触する。電極２３および２４が扇型形状を有することにより、スライドするコイル２０が電極２３および２４が接触する機会を増やすことができる。これにより、発生した電圧を効率良く負荷３０に供給することができる。

また、コイル２０がリンカー４に直接取り付けられた場合でもコイル２０が回転可能な場合は、回転部材３は省略されてもよい。図１３は、コイル２０がリンカー４に直接取り付けられた微小機械１を示している。コイル２０を支持する方法は任意であり、ブラウン運動によりコイル２０が回転することが可能であればよい。

また、外部からコイル２０に磁場が供給されてもよい。図１４は外部から磁場が供給される微小機械１を示す図である。図１４に示す例では、第１の部屋５１の磁石１０は省略されている。代わりに、外部から磁場Ｈが供給される。例えば、大型の永久磁石から微小機械１に磁場Ｈが供給される。磁場Ｈの供給源として任意の磁石を用いることができ、大きな磁場を微小機械１に供給することができる。例えば、ネオジム磁石などの任意の永久磁石から微小機械１に磁場Ｈを供給することができる。大きな磁場をコイル２０に印加できることにより、電磁誘導の効率を高めることができる。

次に、グラフェンを備える微小機械１を説明する。図１５は、本実施形態に係るグラフェンシート１０１を示す図である。図１５に示す例では、二枚のグラフェンシートが重なっている。

Ｎａｔｕｒｅｖｏｌｕｍｅ５５６，ｐａｇｅｓ４３-５０（０５Ａｐｒｉｌ２０１８）に掲載された論文“Ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｉｎｍａｇｉｃ−ａｎｇｌｅｇｒａｐｈｅｎｅｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ”には、二枚のグラフェンが重なった状態における物性が記載されている。この論文には、二枚のグラフェンシートを重ね合うときの角度を変化させると、物性が変化することが記載されている。例えば、二枚のグラフェンシートを所定の角度ずらすことで、絶縁性を示すことが出記載されている。所定の角度は例えば１．１度であるがこれに限定されない。本実施形態では、絶縁性を示す角度で二枚のグラフェンシートを重ね合わせる。絶縁性のグラフェンシート１０１を正または負の電荷に帯電させる。

図１６は、そのような電荷を帯電させた絶縁性のグラフェンシート１０１を備える微小機械１を示す図である。本実施形態では、帯電させた絶縁性のグラフェンシート１０１をエレクトレット８０の代わりに用いて、静電発電を行う。

図１６に示す例では、第１の部屋５１内において、グラフェンシート１０１の両端は、台２５に固定されている。電極２３はグラフェンシート１０１の下方に配置され、電極２４はグラフェンシート１０１の情報に配置されている。

ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＬＥＴＴＥＲＳＰＲＬ１１７，１２６８０１（２０１６）に掲載された論文“ＡｎｏｍａｌｏｕｓＤｙｎａｍｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＦｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇＧｒａｐｈｅｎｅＭｅｍｂｒａｎｅｓ”には、グラフェンシートが周期的に揺らいでいることが記載されている。この論文の内容と同様に、本実施形態のグラフェンシート１０１は、周期的に上下に振動する。図１６および図１７に矢印１１７として示すように、グラフェンシート１０１は上下に振動する。図１６に示す状態では、グラフェンシート１０１は電極２４に接近し、静電発電により電極２４に電荷が誘導される。図１７に示す状態では、グラフェンシート１０１は電極２３に接近し、静電発電により電極２３に電荷が誘導される。このように、グラフェンシート１０１を用いて静電発電を行うことができる。

なお、上述した実施形態において、磁石１０およびコイル２０の両方が回転してもよい。また、エレクトレット８０および電極８１の両方が回転してもよい。また、配線４１および４２を長くし、コイル２０と負荷３０との間の距離を長くしてもよい。コイル２０から出力された電流が負荷３０に供給可能な範囲で、配線４１および４２を長くしてもよい。

以上、本発明の例示的な実施形態を説明した。

本発明の実施形態に係る微小機械１は、磁石１０と、コイル２０とを備える。磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、コイル２０に電圧が発生する。

ブラウン運動を利用して磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、磁石１０はコイル２０に相対的に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、磁石１０は、ブラウン運動によりコイル２０に対して移動してもよい。ブラウン運動により磁石１０がランダムに移動する過程で、磁石１０はコイル２０に接近したり離れたりし、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、微小機械１は、コイル２０に接続された負荷３０をさらに備え、電磁誘導によりコイル２０に流れる電流が負荷３０に供給されてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

ある実施形態において、電流が供給された負荷３０は、熱を発生させてもよい。ブラウン運動から特定のエリアに熱を発生させることができる。

ある実施形態において、磁石１０およびコイル２０は、第１エリア５１に位置し、負荷３０は、第１エリア５１とは異なる第２エリア５２に位置し、負荷３０が熱を発生させることで、第２エリア５２の温度は第１エリア５１の温度よりも高くなってもよい。

ブラウン運動から第２エリア５２に熱を発生させることができる。例えば、第１エリア５１および第２エリア５２の温度が均一であったとしても、そこから第１エリア５１と第２エリア５２との間で温度差を発生させることができる。すなわち、エントロピーを減少させることができる。これにより、物理学においてＭａｘｗｅｌｌ’ｓｄｅｍｏｎと呼ばれる現象を実現できる。

ある実施形態において、第１エリア５１と第２エリア５２との間には隔壁６０が設けられていてもよい。第１エリア５１と第２エリア５２との間の熱の移動を隔壁６０が抑制することにより、第１エリア５１と第２エリア５２との間の温度差を大きくすることができる。すなわち、エントロピーをより大きく減少させることができる。これにより、物理学においてＭａｘｗｅｌｌ’ｓｄｅｍｏｎと呼ばれる現象を実現できる。

ある実施形態において、微小機械１は、熱電素子３３をさらに備え、熱電素子３３には負荷３０が発生させた熱が供給されてもよい。熱電素子３３に熱を供給することで、熱電素子３３に電力を発生させることができる。

ある実施形態において、微小機械１は、複数の磁石１０と、複数のコイル２０と、複数の負荷３０と、複数の第１エリア５１と、複数の第１エリア５１とは異なる第２エリア５２と、を備える。複数の磁石１０は、複数の第１エリア５１のうちの互いに異なる第１エリア５１に位置し、複数のコイル２０は、複数の第１エリア５１のうちの互いに異なる第１エリア５１に位置し、複数の負荷３０は、第２エリア５２に位置し、複数の負荷３０のうちの電流が流れた負荷３０は熱を発生させてもよい。

ある実施形態において、複数のコイル２０を備え、磁石１０と複数のコイル２０との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、複数のコイル２０の少なくとも一つに電圧が発生してもよい。

１個の磁石１０に対して複数のコイル２０を配置することで、磁石１０とコイル２０との相対運動を増やすことができる。これにより、ブラウン運動による発電の機会を増やすことができる。

ある実施形態において、微小機械１は、複数のコイル２０に接続された複数の負荷３０をさらに備え、電磁誘導により少なくとも一つのコイル２０に流れる電流が、少なくとも一つのコイル２０に接続された少なくとも一つの負荷３０に供給されてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

ある実施形態において、磁石１０および複数のコイル２０は、第１エリア５１に位置し、複数の負荷３０は、第１エリア５１とは異なる第２エリア５２に位置し、複数の負荷３０のうちの電流が流れた負荷３０は熱を発生させてもよい。

ある実施形態において、微小機械１は、熱電素子３３をさらに備え、熱電素子３３には複数の負荷３０が発生させた熱が供給されてもよい。熱電素子３３に熱を供給することで、電力を発生させることができる。複数の負荷３０が発生させた熱が熱電素子３３に供給されることで、より大きい電力を発生させることができる。

ある実施形態において、磁石１０とコイル２０の少なくとも一方は、コーティング膜で被覆されていてもよい。磁石１０がコイル２０に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル２０が磁石１０に吸着することを抑制できる。

ある実施形態において、磁石１０とコイル２０の少なくとも一方は、分散剤で被覆されていてもよい。磁石１０がコイル２０に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル２０が磁石１０に吸着することを抑制できる。

ある実施形態において、磁石１０とコイル２０の少なくとも一方は、界面活性剤で被覆されていてもよい。磁石１０がコイル２０に吸着することを抑制できる。あるいは、コイル２０が磁石１０に吸着することを抑制できる。

ある実施形態において、微小機械１は、磁石１０に設けられた回転軸３をさらに備え、磁石１０は、ブラウン運動により回転してもよい。ブラウン運動により磁石１０が回転することで、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係を変化させることができる。回転は、１回転以上の回転、１回転未満の回転の両方の意味を含む。回転は、揺動も含む。例えば、ブラウン運動により磁石１０が回転することで、磁石１０のＮ極およびＳ極のうちのコイル２０に対向する極性が変化する。コイル２０に対向する磁石１０の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、微小機械１は、回転可能な回転部材３をさらに備え、磁石１０は、回転部材３に設けられ、磁石１０は、ブラウン運動により回転部材３とともに回転してもよい。

ブラウン運動により回転部材３とともに磁石１０が回転することで、磁石１０とコイル２０との間の相対的な位置関係を変化させることができる。例えば、ブラウン運動により回転部材３とともに磁石１０が回転することで、磁石１０のＮ極およびＳ極のうちのコイル２０に対向する極性が変化する。コイル２０に対向する磁石１０の極性が変化することで、電磁誘導によりコイル２０に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

本発明の実施形態に係る微小機械１は、エレクトレット８０と、第１電極８１と、エレクトレット８０に接続された第２電極３、４とを備える。エレクトレット８０と第１電極８１との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、ブラウン運動による相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する。

ブラウン運動を利用してエレクトレット８０と第１電極８１との間の相対的な位置関係を変化させる。ブラウン運動により、エレクトレット８０と第１電極８１との間の相対的な位置関係はランダムに変化する。位置関係がランダムに変化する過程で、エレクトレット８０は第１電極８１に相対的に接近したり離れたりし、静電誘導により発電することができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、エレクトレット８０は、ブラウン運動により第１電極８１に対して移動してもよい。ブラウン運動によりエレクトレット８０がランダムに移動する過程で、エレクトレット８０は第１電極８１に接近したり離れたりし、静電誘導により第１電極８１と第２電極３、４との間に電圧が発生する。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

ある実施形態において、微小機械１は、第１電極８１および第２電極３、４に接続された負荷３０をさらに備え、静電誘導により発生した電流が負荷３０を流れてもよい。ブラウン運動により発生した電力を負荷３０で利用することができる。

ある実施形態において、エレクトレット８０は、回転軸３に対して非対称に設けられていてもよい。ブラウン運動によりエレクトレット８０が回転することで、エレクトレット８０と第１電極８１との間の距離を変化させることができる。これにより、ブラウン運動から電力を発生させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明した。上述の実施形態の説明は、本発明の例示であり、本発明を限定するものではない。また、上述した各種実施形態を適宜組み合わせた形態も本発明に含まれる。本発明は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において、改変、置き換え、付加および省略などが可能である。

本発明は、例えば、熱エネルギーおよび電気エネルギーなどのエネルギーを発生させる技術分野において特に有用である。

１：微小機械（マイクロマシン）
２：流体の分子
３：回転部材（回転軸）
４：リンカー
１０：磁石
１７：矢印（回転、揺動）
２０：コイル
２３、２４：電極端子
２５：台
３０、３１：負荷（抵抗器）
３３：熱電素子（ゼーベック素子、熱電変換素子）
４１、４２、４３、４４：配線
５１、５２：部屋（空間）
５３、５４：壁
６０：隔壁（パーティション、仕切り、基板）
８０：エレクトレット
８１：第１電極
１０１：グラフェンシート
１１７：矢印（振動）

Claims

磁石と、
コイルと、
を備え、
前記磁石と前記コイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記コイルに電圧が発生する、微小機械。
前記磁石は、前記ブラウン運動により前記コイルに対して移動する、請求項１に記載の微小機械。
前記コイルに接続された負荷をさらに備え、
前記電磁誘導により前記コイルに流れる電流が前記負荷に供給される、請求項１または２に記載の微小機械。
前記電流が供給された前記負荷は、熱を発生させる、請求項３に記載の微小機械。
前記磁石および前記コイルは、第１エリアに位置し、
前記負荷は、第１エリアとは異なる第２エリアに位置し、
前記負荷が熱を発生させることで、前記第２エリアの温度は前記第１エリアの温度よりも高くなる、請求項４に記載の微小機械。
前記第１エリアと前記第２エリアとの間には壁が設けられている、請求項５に記載の微小機械。
熱電素子をさらに備え、
前記熱電素子には前記負荷が発生させた熱が供給される、請求項４から６のいずれかに記載の微小機械。
複数の前記磁石と、
複数の前記コイルと、
複数の前記負荷と、
複数の第１エリアと、
前記複数の第１エリアとは異なる第２エリアと、
を備え、
前記複数の磁石は、前記複数の第１エリアのうちの互いに異なる第１エリアに位置し、
前記複数のコイルは、前記複数の第１エリアのうちの互いに異なる第１エリアに位置し、
前記複数の負荷は、前記第２エリアに位置し、
前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させる、請求項３または４に記載の微小機械。
複数の前記コイルを備え、
前記磁石と前記複数のコイルとの間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じた電磁誘導により、前記複数のコイルの少なくとも一つに電圧が発生する、請求項１から６のいずれかに記載の微小機械。
前記複数のコイルに接続された複数の負荷をさらに備え、
前記電磁誘導により少なくとも一つの前記コイルに流れる電流が、前記少なくとも一つのコイルに接続された少なくとも一つの前記負荷に供給される、請求項９に記載の微小機械。
前記磁石および前記複数のコイルは、第１エリアに位置し、
前記複数の負荷は、前記第１エリアとは異なる第２エリアに位置し、
前記複数の負荷のうちの電流が流れた前記負荷は熱を発生させる、請求項１０に記載の微小機械。
熱電素子をさらに備え、
前記熱電素子には複数の前記負荷が発生させた熱が供給される、請求項８、１０および１１のいずれかに記載の微小機械。
前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、コーティング膜で被覆されている、請求項１から１２のいずれかに記載の微小機械。
前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、分散剤で被覆されている、請求項１から１３のいずれかに記載の微小機械。
前記磁石と前記コイルの少なくとも一方は、界面活性剤で被覆されている、請求項１から１４のいずれかに記載の微小機械。
前記磁石に設けられた回転軸をさらに備え、
前記磁石は、ブラウン運動により回転する、請求項１から１５のいずれかに記載の微小機械。
回転可能な回転部材をさらに備え、
前記磁石は、前記回転部材に設けられ、
前記磁石は、ブラウン運動により前記回転部材とともに回転する、請求項１から１５のいずれかに記載の微小機械。
エレクトレットと、
第１電極と、
前記エレクトレットに接続された第２電極と、
を備え、
前記エレクトレットと前記第１電極との間の相対的な位置関係はブラウン運動により変化し、
前記ブラウン運動による前記相対的な位置関係の変化に応じて電力が発生する、微小機械。
前記エレクトレットは、前記ブラウン運動により前記第１電極に対して移動する、請求項１８に記載の微小機械。
前記第１電極および前記第２電極に接続された負荷をさらに備え、
静電誘導により発生した電流が前記負荷を流れる、請求項１８または１９に記載の微小機械。
前記エレクトレットは、回転軸に対して非対称に設けられている、請求項１８から２０のいずれかに記載の微小機械。