JP4338745B2 - 静電誘導型変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電誘導型変換装置に関し、特に、エレクトレット部材を備える静電誘導型変換装置に関する。

従来、エレクトレット部材を備える静電誘導型発電装置などの静電誘導型変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、電極が所定の間隔を隔てて複数形成された第１基板と、電荷保持材料であるエレクトレット膜が所定の間隔を隔てて複数形成された第２基板とを備える発電機（静電誘導型発電装置）が開示されている。この第１および第２基板は、互いに所定の距離を隔てて対向するように設けられている。また、上記特許文献１に開示された静電誘導型発電装置では、第１および第２基板を互いに相対的に振動させることにより、電極と対向する領域に位置するエレクトレット膜の面積を増減させることによって、エレクトレット膜に蓄積された電荷により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）するように構成されている。

特開２００６−１８０４５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の発電機では、振動により電極と対向する領域に位置するエレクトレット膜の面積を増減させるために、第１基板には電極が所定の間隔を隔てて複数形成されているとともに、第２基板にはエレクトレット膜が所定の間隔を隔てて複数形成されている。この場合、第１基板の隣接する電極間の領域は、直接発電には寄与しない。このため、第１基板の面積の約半分が直接発電に寄与していないので、発電機の発電効率を向上させるのが困難であるという問題点がある。つまり、従来では、発電機などの静電誘導型変換装置において、運動エネルギと電気エネルギとの変換効率を向上させ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、運動エネルギと電気エネルギとの変換効率を向上させることが可能な静電誘導型変換装置を提供することである。

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変換装置は、第１電極および第２電極を含み、第１電極および第２電極が少なくとも基板上で互いに電気的に分離された状態で設置される第１基板と、エレクトレット部材を含む第２基板とを備え、第１基板および第２基板は、間隔を隔てて対向するように設けられるとともに、互いに相対的に移動可能なように構成されている。

上記一の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第１電極は、間隔を隔てて形成された複数の第１電極部を含み、第２電極は、第１電極部の間に形成された複数の第２電極部を含む。

上記一の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、エレクトレット部材の表面上に、間隔を隔てて形成された複数の導電層をさらに備える。

この場合において、好ましくは、第１電極が導電層と対応する領域に位置する場合、第２電極が導電層が形成されていない領域と対応する領域に位置するとともに、第２電極が導電層と対応する領域に位置する場合、第１電極が導電層が形成されていない領域と対応する領域に位置するように構成されている。

上記一の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、エレクトレット部材の表面上には、電荷流出抑制膜が形成されている。

なお、上記目的を達成するために、以下のような他の局面による発明であってもよい。

他の局面における静電誘導型変換装置は、第１電極および電荷を蓄積することが可能な第１エレクトレット部材を含む第１基板と、第１基板と間隔を隔てて対向するように設けられ、第２電極および電荷を蓄積することが可能な第２エレクトレット部材を含む第２基板とを備え、第１基板および第２基板は、互いに相対的に移動可能なように構成されている。

上記他の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第１エレクトレット部材と第１基板との間に、第１エレクトレット部材の側面よりも側方に突出するように設けられた第１ガード電極をさらに備え、第１ガード電極は、第１エレクトレット部材に蓄積された電荷により、第１エレクトレット部材の側方の第１ガード電極と対向する領域の電位が影響されることを抑制するために設けられている。

上記他の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第２エレクトレット部材と第２基板との間に、第２エレクトレット部材の側面よりも側方に突出するように設けられた第２ガード電極をさらに備え、第２ガード電極は、第２エレクトレット部材に蓄積された電荷により、第２エレクトレット部材の側方の第２ガード電極と対向する領域の電位が影響されることを抑制するために設けられている。

上記他の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第１基板の第１電極が第２基板の第２エレクトレット部材と対向する領域に位置する場合、第１基板の第１エレクトレット部材が第２基板の第２電極と対向する領域に位置するとともに、第１基板の第１電極が第２基板の第２電極と対向する領域に位置する場合、第１基板の第１エレクトレット部材が第２基板の第２エレクトレット部材と対向する領域に位置するように構成されている。

上記他の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第１電極および第２電極に誘導された電荷を電流として出力するための回路部をさらに備え、第１エレクトレット部材および第２エレクトレット部材には、同じ極性の電荷が蓄積されており、回路部には、第１電極と第２電極とが電気的に接続された状態で、第１電極および第２電極が電気的に接続されている。

上記他の局面による静電誘導型変換装置において、好ましくは、第１電極および第２電極に誘導された電荷を電流として出力するための回路部と、第１電極と第２電極とが電気的に分離された状態で、第１電極と回路部とを電気的に接続するとともに、第２電極と回路部とを電気的に接続するための第２配線とをさらに備え、第１エレクトレット部材および第２エレクトレット部材は、異なる極性の電荷が蓄積されている。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明では、本発明による静電誘導型変換装置の一例として、エレクトレット部材を備える静電誘導型発電装置について説明する。

（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５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を説明するための図である。まず、図１〜図５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、ブリッジ整流回路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。

静電誘導型発電装置１の下側筐体１０の収納部１０ａには、図１および図２に示すように、一対のバネ部材１１（図２参照）と、一対のバネ部材１１によりＸ方向（図２参照）に移動可能に構成されたガラスまたはシリコン基板などからなる可動基板１２と、可動基板１２をガイドするためのガイド部１３と、可動基板１２の位置を規制するためのスペーサ１４および１５（図１参照）とが設けられている。バネ部材１１は、それぞれ、収納部１０ａのＸ方向の内側面と可動基板１２との間に配置されている。ガイド部１３およびスペーサ１４は、収納部１０ａの矢印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。また、ガイド部１３は、収納部１０ａの底面に設けられている。また、スペーサ１４は、可動基板１２のＹ方向の位置を規制する機能を有するとともに、ガイド部１３上に設けられている。スペーサ１５は、可動基板１２のＺ方向（図１参照）の位置を規制する機能を有する。

静電誘導型発電装置１の上側筐体２０は、図１に示すように、可動基板１２と対向するように設けられたガラスまたはシリコン基板などからなる固定基板２１と、可動基板１２をガイドするためのガイド部２２とを含んでいる。固定基板２１には、スペーサ１５と対応する領域に、可動基板１２のＺ方向の位置を規制する機能を有するスペーサ２３が設けられている。これにより、可動基板１２と固定基板２１とが所定の間隔を隔てて配置されるように構成されている。また、ガイド部２２は、ガイド部１３と対向するように、収納部１０ａのＹ方向の内側面に沿ってＸ方向（図２参照）に延びるように設けられている。

ここで、第１実施形態では、下側筐体１０に設けられた可動基板１２の固定基板２１側の主表面１２ａには、図２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電極１２１が形成されている。この電極１２１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１２１ａと、複数の電極部１２１ａ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１２１ｂとを有する。また、この電極部１２１ａは、図４に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第１実施形態では、電極１２１の電極部１２１ａ上には、図２および図４に示すように、電極部１２１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材１２２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材１２２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１２２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５μｍの厚みとを有する。

また、第１実施形態では、下側筐体１０に設けられた可動基板１２の固定基板２１側の主表面１２ａには、図２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１２３が形成されている。この集電電極１２３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１２３ａと、複数の集電部１２３ａを電極１２１の連結部１２１ｂ側と反対側の一方端部で連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部１２３ｂとを有する。また、この集電部１２３ａは、図４に示すように、電極１２１の電極部１２１ａ間に設けられているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、電極１２１の電極部１２１ａと集電電極１２３の集電部１２３ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ１を隔てて設けられている。

また、第１実施形態では、上側筐体２０に設けられた固定基板２１の可動基板１２側の主表面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電極２１１が形成されている。この電極２１１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２１１ａと、複数の電極部２１１ａ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２１１ｂとを有する。また、この電極部２１１ａは、図４に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第１実施形態では、電極２１１の電極部２１１ａ上には、図３および図４に示すように、電極部２１１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材２１２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材２１２は、図３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２１２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５μｍの厚みとを有する。

また、第１実施形態では、上側筐体２０に設けられた固定基板２１の可動基板１２側の主表面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２１３が形成されている。この集電電極２１３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２１３ａと、複数の集電部２１３ａを電極２１１の連結部２１１ｂ側と反対側の一方端部で連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部２１３ｂとを有する。また、この集電部２１３ａは、図４に示すように、電極２１１の電極部２１１ａ間に設けられているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、電極２１１の電極部２１１ａと集電電極２１３の集電部２１３ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ２を隔てて設けられている。

また、第１実施形態では、図４に示すように、可動基板１２のエレクトレット部材１２２が固定基板２１のエレクトレット部材２１２と対向する領域に位置する場合には、可動基板１２の集電部１２３ａが固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に位置するとともに、図５に示すように、可動基板１２のエレクトレット部材１２２が固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板１２の集電部１２３ａが固定基板２１のエレクトレット部材２１２と対向する領域に位置するように構成されている。

また、第１実施形態では、ブリッジ整流回路３０は、図４に示すように、発電された電力を整流するために設けられているとともに、配線４０を介して可動基板１２の集電電極１２３および固定基板２１の集電電極２１３と電気的に接続されている。また、ブリッジ整流回路３０は、配線４１を介して、接地されているとともに、可動基板１２の電極１２１および固定基板２１の電極２１１と電気的に接続されている。これにより、可動基板１２の電極１２１および固定基板２１の電極２１１は、接地されている。また、ブリッジ整流回路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が配線４２および４３を介して接続されている。また、負荷２は、接地されている。

ここで、ブリッジ整流回路３０は、図４に示すように、４つのダイオード３１〜３４を含んでいる。具体的には、ダイオード３１のアノードは、ダイオード３４のカソードと接続されているとともに、配線４１と接続されている。また、ダイオード３１のカソードは、ダイオード３３のカソードと接続されているとともに、配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のアノードは、ダイオード３４のアノードと接続されているとともに、配線４３を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のカソードは、ダイオード３３のアノードと接続されているとともに、配線４０と接続されている。また、ダイオード３３は、アノードが配線４０と接続されているとともに、カソードが配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３４は、アノードが配線４３を介して負荷２と接続されているとともに、カソードが配線４１と接続されている。

図６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１２のエレクトレット部材１２２と固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向するとともに、可動基板１２の集電部１２３ａと固定基板２１の集電部２１３ａとが対向しているので、可動基板１２の集電部１２３ａおよび固定基板２１の集電部２１３ａには、電荷が誘導されない。

次に、静電誘導型発電装置１にＸ方向の振動を加えることにより、図５に示すように、可動基板１２のエレクトレット部材１２２と固定基板２１の集電部２１３ａとが対向するとともに、可動基板１２の集電部１２３ａと固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向する位置まで、可動基板１２がＸ方向に移動する。このとき、エレクトレット部材２１２の負電荷により、可動基板１２の集電部１２３ａには、正電荷が誘導されるとともに、エレクトレット部材１２２の負電荷により、固定基板２１の集電部２１３ａには、正電荷が誘導される。この場合、可動基板１２の集電部１２３ａに誘導される正電荷は、配線４０および連結部１２３ｂを介して供給されるとともに、固定基板２１の集電部２１３ａに誘導される正電荷は、配線４０および連結部２１３ｂを介して供給される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ａ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３１、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３２の順に電流が流れる。

その後、図６に示すように、可動基板１２のエレクトレット部材１２２と固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向するとともに、可動基板１２の集電部１２３ａと固定基板２１の集電部２１３ａとが対向する位置まで、可動基板１２がＸ方向に移動する。このとき、可動基板１２の集電部１２３ａと対向する領域に固定基板２１のエレクトレット部材２１２が位置しないことにより、可動基板１２の集電部１２３ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部１２３ｂおよび配線４０を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動するとともに、固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に可動基板１２のエレクトレット部材１２２が位置しないことにより、固定基板２１の集電部２１３ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部２１３ｂおよび配線４０を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動する。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ｃ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３３、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３４の順に電流が流れる。

また、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、集電部１２３ａおよびエレクトレット部材１２２を含む可動基板１２と、集電部２１３ａおよびエレクトレット部材２１２を含む固定基板２１とを設けることによって、振動により可動基板１２をＸ方向に移動させることにより、可動基板１２の集電部１２３ａと対向する領域に位置する固定基板２１のエレクトレット部材２１２の面積を増減させて発電することができるとともに、固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に位置する可動基板１２のエレクトレット部材１２２の面積を増減させて発電することができる。これにより、可動基板１２の集電部１２３ａが形成された領域および固定基板２１のエレクトレット部材２１２が形成された領域と、可動基板１２のエレクトレット部材１２２が形成された領域および固定基板２１の集電部２１３ａが形成された領域との両方において直接発電することができるので、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、集電部１２３ａおよび２１３ａに誘導された正電荷を電流として出力するためのブリッジ整流回路３０を設けるとともに、集電部１２３ａと集電部２１３ａとが電気的に接続された状態で、集電部１２３ａおよび２１３ａとブリッジ整流回路３０とを配線４０を介して電気的に接続することによって、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材１２２および２１２により、集電部１２３ａおよび２１３ａに誘導された同じ極性の正電荷をブリッジ整流回路３０を介して容易に電流として出力することができる。

（第２実施形態）
図７および図８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成を示した概略図である。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、正電荷が蓄積されたエレクトレット部材６２が設けられた可動基板６１を含む静電誘導型発電装置６０の構成について説明する。

この第２実施形態による静電誘導型発電装置６０では、図７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６１の主表面６１ａの上面上に、上記第１実施形態と同様に、櫛形状を有する電極１２１および集電電極１２３が形成されている。

また、第２実施形態では、電極１２１の電極部１２１ａ上には、電極部１２１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材６２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材６２は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて複数形成されている。また、このエレクトレット部材６２は、正電荷が蓄積されているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第２実施形態では、図７に示すように、可動基板６１のエレクトレット部材６２が固定基板２１のエレクトレット部材２１２と対向する領域に位置する場合には、可動基板６１の集電部１２３ａが固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に位置するとともに、図８に示すように、可動基板６１のエレクトレット部材６２が固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板６１の集電部１２３ａが固定基板２１のエレクトレット部材２１２と対向する領域に位置するように構成されている。

また、第２実施形態では、ブリッジ整流回路３０は、図７に示すように、配線６３を介して固定基板２１の集電電極２１３と電気的に接続されているとともに、配線６４を介して可動基板６１の集電電極１２３と電気的に接続されている。また、可動基板６１の電極１２１および固定基板２１の電極２１１は、接地されている。

ここで、ブリッジ整流回路３０は、図７に示すように、４つのダイオード３１〜３４を含んでいる。具体的には、ダイオード３１のアノードは、ダイオード３４のカソードと接続されているとともに、配線６４と接続されている。また、ダイオード３１のカソードは、ダイオード３３のカソードと接続されているとともに、配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のアノードは、ダイオード３４のアノードと接続されているとともに、配線４３を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のカソードは、ダイオード３３のアノードと接続されているとともに、配線６３と接続されている。また、ダイオード３３は、アノードが配線６３と接続されているとともに、カソードが配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３４は、アノードが配線４３を介して負荷２と接続されているとともに、カソードが配線６４と接続されている。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

図９は、本発明の第２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７〜図９を参照して、本発明の第２実施形態による静電誘導型発電装置６０の発電動作について説明する。

まず、図７に示すように、可動基板６１のエレクトレット部材６２と固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向するとともに、可動基板６１の集電部１２３ａと固定基板２１の集電部２１３ａとが対向しているので、可動基板６１の集電部１２３ａおよび固定基板２１の集電部２１３ａには、電荷が誘導されない。

次に、静電誘導型発電装置６０にＸ方向の振動を加えることにより、図８に示すように、可動基板６１のエレクトレット部材６２と固定基板２１の集電部２１３ａとが対向するとともに、可動基板６１の集電部１２３ａと固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向する位置まで、可動基板６１がＸ方向に移動する。このとき、エレクトレット部材２１２の負電荷により、可動基板６１の集電部１２３ａには、正電荷が誘導されるとともに、エレクトレット部材６２の正電荷により、固定基板２１の集電部２１３ａには、負電荷が誘導される。この場合、可動基板６１の集電部１２３ａに誘導される正電荷は、配線６４および連結部１２３ｂを介して供給されるとともに、固定基板２１の集電部２１３ａに誘導される負電荷は、配線６３および連結部２１３ｂを介して供給される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ｃ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３３、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３４の順に電流が流れる。

その後、図９に示すように、可動基板６１のエレクトレット部材６２と固定基板２１のエレクトレット部材２１２とが対向するとともに、可動基板６１の集電部１２３ａと固定基板２１の集電部２１３ａとが対向する位置まで、可動基板６１がＸ方向に移動する。このとき、可動基板６１の集電部１２３ａと対向する領域に固定基板２１のエレクトレット部材２１２が位置しないことにより、可動基板６１の集電部１２３ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部１２３ｂおよび配線６４を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動するとともに、固定基板２１の集電部２１３ａと対向する領域に可動基板６１のエレクトレット部材６２が位置しないことにより、固定基板２１の集電部２１３ａに誘導されていた負電荷が開放されて連結部２１３ｂおよび配線６３を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動する。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ａ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３１、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３２の順に電流が流れる。

また、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２実施形態では、上記のように、集電部１２３ａに誘導された正電荷および集電部２１３ａに誘導された負電荷を電流として出力するためのブリッジ整流回路３０を設け、かつ、集電部１２３ａと集電部２１３ａとが電気的に分離された状態で、集電部１２３ａとブリッジ整流回路３０とを配線６４を介して電気的に接続するとともに、集電部２１３ａとブリッジ整流回路３０とを配線６３を介して電気的に接続することによって、正電荷が蓄積されたエレクトレット部材６２により集電部２１３ａに誘導された負電荷をブリッジ整流回路３０を介して容易に電流として出力することができるとともに、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材２１２により集電部１２３ａに誘導された正電荷をブリッジ整流回路３０を介して容易に電流として出力することができる。

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。

（第３実施形態）
図１０および図１１は、本発明の第３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。この第３実施形態では、上記第１実施形態と異なり、電極部８１ａの幅よりも小さい幅を有するエレクトレット部材８２が設けられた可動基板８０と、電極部９１ａの幅よりも小さい幅を有するエレクトレット部材９２が設けられた固定基板９０とを含む静電誘導型発電装置７０の構成について説明する。

この第３実施形態による静電誘導型発電装置７０では、図１０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８０の固定基板９０側の主表面８０ａ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電極８１が形成されている。この電極８１は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて形成された複数の電極部８１ａと、複数の電極部８１ａを連結する連結部８１ｂとを有する。また、この電極部８１ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第３実施形態では、電極８１の電極部８１ａ上には、電極部８１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材８２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材８２は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて複数形成されている。また、このエレクトレット部材８２は、負電荷が蓄積されているとともに、電極８１の電極部８１ａの幅よりも小さい幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。これにより、電極部８１ａのエレクトレット部材８２の側面よりも側方に突出する部分により、ガード電極部８１１ａが構成されている。このガード電極部８１１ａは、エレクトレット部材８２に蓄積された負電荷により、エレクトレット部材８２の側方のガード電極部８１１ａと対向する領域の電位が影響されるのを抑制する機能を有する。

また、第３実施形態では、可動基板８０の固定基板９０側の主表面８０ａ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集電電極８３が形成されている。この集電電極８３は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて形成された複数の集電部８３ａと、複数の集電部８３ａを連結する連結部８３ｂとを有する。また、この集電部８３ａは、電極８１の電極部８１ａ間に設けられているとともに、後述するエレクトレット部材９２の幅と実質的に同じ大きさの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、電極８１の電極部８１ａと集電電極８３の集電部８３ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ３を隔てて設けられている。

また、第３実施形態では、ガラスまたはシリコン基板などからなる固定基板９０の可動基板８０側の主表面９０ａに、図１０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電極９１が形成されている。この電極９１は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて形成された複数の電極部９１ａと、複数の電極部９１ａを連結する連結部９１ｂとを有する。また、この電極部９１ａは、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第３実施形態では、電極９１の電極部９１ａ上には、電極部９１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材９２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材９２は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて複数形成されている。また、このエレクトレット部材９２は、負電荷が蓄積されているとともに、電極９１の電極部９１ａの幅よりも小さい幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。これにより、電極部９１ａのエレクトレット部材９２の側面よりも側方に突出する部分により、ガード電極部９１１ａが構成されている。このガード電極部９１１ａは、エレクトレット部材９２に蓄積された負電荷により、エレクトレット部材９２の側方のガード電極部９１１ａと対向する領域の電位が影響されるのを抑制する機能を有する。

また、第３実施形態では、固定基板９０の可動基板８０側の主表面９０ａ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集電電極９３が形成されている。この集電電極９３は、Ｘ方向に所定の間隔を隔てて形成された複数の集電部９３ａと、複数の集電部９３ａを連結する連結部９３ｂとを有する。また、この集電部９３ａは、電極９１の電極部９１ａ間に設けられているとともに、エレクトレット部材８２の幅と実質的に同じ大きさの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、電極９１の電極部９１ａと集電電極９３の集電部９３ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ４を隔てて設けられている。

また、第３実施形態では、ブリッジ整流回路３０は、図１０に示すように、発電された電力を整流するために設けられているとともに、配線４０を介して可動基板８０の集電電極８３および固定基板９０の集電電極９３と電気的に接続されている。また、ブリッジ整流回路３０は、配線４１を介して、接地されているとともに、可動基板８０の電極８１および固定基板９０の電極９１と電気的に接続されている。これにより、可動基板８０の電極８１および固定基板９０の電極９１は、接地されている。

また、第３実施形態では、図１０に示すように、可動基板８０のエレクトレット部材８２が固定基板９０のエレクトレット部材９２と対向する領域に位置する場合には、可動基板８０の集電部８３ａが固定基板９０の集電部９３ａと対向する領域に位置するとともに、図１１に示すように、可動基板８０のエレクトレット部材８２が固定基板９０の集電部９３ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板８０の集電部８３ａが固定基板９０のエレクトレット部材９２と対向する領域に位置するように構成されている。

なお、第３実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

また、第３実施形態の静電誘導型発電装置７０の発電動作は、上記第１実施形態の発電動作と同様である。

第３実施形態では、上記のように、電極部８１ａのエレクトレット部材８２の側面よりも側方に突出する部分にガード電極部８１１ａを形成するとともに、電極部９１ａのエレクトレット部材９２の側面よりも側方に突出する部分にガード電極部９１１ａを形成することによって、ガード電極部８１１ａにより、エレクトレット部材８２の側方のガード電極部８１１ａと対向する領域の電位がエレクトレット部材８２の負電荷により影響されるのを抑制することができるので、エレクトレット部材８２と対向する領域の電位と、エレクトレット部材８２の側方のガード電極部８１１ａと対向する領域の電位との差を大きくすることができる。これにより、集電部９３ａがエレクトレット部材８２と対向する領域に位置する場合と、集電部９３ａがエレクトレット部材８２の側方のガード電極部８１１ａと対向する領域に位置する場合とにおいて、集電部９３ａに誘導される正電荷の量の差を大きくすることができる。また、ガード電極部９１１ａにより、エレクトレット部材９２の側方のガード電極部９１１ａと対向する領域の電位がエレクトレット部材９２の負電荷により影響されるのを抑制することができるので、エレクトレット部材９２と対向する領域の電位と、エレクトレット部材９２の側方のガード電極部９１１ａと対向する領域の電位との差を大きくすることができる。これにより、集電部８３ａがエレクトレット部材９２と対向する領域に位置する場合と、集電部８３ａがエレクトレット部材９２の側方のガード電極部９１１ａと対向する領域に位置する場合とにおいて、集電部８３ａに誘導される正電荷の量の差を大きくすることができる。これらによって、静電誘導型発電装置７０の発電効率をより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。

（第４実施形態）
図１２〜図１５は、本発明の第４実施形態による静電誘導型発電装置を示した図である。この第４実施形態では、上記第１実施形態と異なり、集電電極３２１および３２２が形成された固定基板３２０を含む静電誘導型発電装置３００の構成について説明する。

この第４実施形態による静電誘導型発電装置３００では、図１２および図１４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３１０の固定基板３２０側の主表面３１０ａ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電極３１１が形成されている。なお、可動基板３１０は、本発明の「第２基板」の一例である。この電極３１１は、図１４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形成された複数の電極部３１１ａと、複数の電極部３１１ａ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３１１ｂとを有する。また、この電極部３１１ａは、図１２に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第４実施形態では、電極３１１の電極部３１１ａ上には、図１２および図１４に示すように、電極部３１１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材３１２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材３１２は、図１４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３１２は、図１２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５μｍの厚みとを有する。

また、第４実施形態では、可動基板３１０の固定基板３２０側の主表面３１０ａには、図１４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ガード電極３１３が形成されている。このガード電極３１３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ガード電極部３１３ａと、複数のガード電極部３１３ａを電極３１１の連結部３１１ｂ側と反対側の一方端部で連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部３１３ｂとを有する。また、このガード電極部３１３ａは、図１２に示すように、電極３１１の電極部３１１ａ間に設けられているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、エレクトレット部材３１２の上面の高さよりも大きい高さとを有する。また、電極３１１の電極部３１１ａとガード電極３１３のガード電極部３１３ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ５を隔てて設けられている。

また、第４実施形態では、固定基板３２０の可動基板３１０側の主表面３２０ａには、図１５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３２１および３２２が形成されている。なお、固定基板３２０は、本発明の「第１基板」の一例である。また、集電電極３２１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３２１ａと、複数の集電部３２１ａ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３２１ｂとを有する。なお、集電電極３２１は、本発明の「第１電極」の一例であり、集電部３２１ａは、本発明の「第１電極部」の一例である。また、この集電部３２１ａは、図１２に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅Ｗ１と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、集電電極３２２は、図１５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形成された複数の集電部３２２ａと、複数の集電部３２２ａを集電電極３２１の連結部３２１ｂ側と反対側の一方端部で連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部３２２ｂとを有する。なお、集電電極３２２は、本発明の「第２電極」の一例であり、集電部３２２ａは、本発明の「第２電極部」の一例である。また、この集電部３２２ａは、図１２に示すように、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅Ｗ２と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、集電電極３２１の集電部３２１ａと集電電極３２２の集電部３２２ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ６を隔てて交互に設けられている。

また、第４実施形態では、ブリッジ整流回路３０は、図１２に示すように、配線３３０を介して固定基板３２０の集電電極３２１と電気的に接続されているとともに、配線３３１を介して固定基板３２０の集電電極３２２と電気的に接続されている。また、ブリッジ整流回路３０は、固定基板３２０に設けられている。また、可動基板３１０の電極３１１およびガード電極３１３は、接地されている。

ここで、ブリッジ整流回路３０は、図１２に示すように、４つのダイオード３１〜３４を含んでいる。具体的には、ダイオード３１のアノードは、ダイオード３４のカソードと接続されているとともに、配線３３０と接続されている。また、ダイオード３１のカソードは、ダイオード３３のカソードと接続されているとともに、配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のアノードは、ダイオード３４のアノードと接続されているとともに、配線４３を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３２のカソードは、ダイオード３３のアノードと接続されているとともに、配線３３１と接続されている。また、ダイオード３３は、アノードが配線３３１と接続されているとともに、カソードが配線４２を介して負荷２と接続されている。また、ダイオード３４は、アノードが配線４３を介して負荷２と接続されているとともに、カソードが配線３３０と接続されている。

また、第４実施形態では、図１２に示すように、可動基板３１０のエレクトレット部材３１２が固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板３１０のガード電極部３１３ａが固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置するとともに、図１３に示すように、可動基板３１０のエレクトレット部材３１２が固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板３１０のガード電極部３１３ａが固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置するように構成されている。

なお、第４実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

図１６は、本発明の第４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１２、図１３および図１６を参照して、第４実施形態による静電誘導型発電装置３００の発電動作について説明する。

まず、図１２に示すように、可動基板３１０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向するとともに、可動基板３１０のガード電極部３１３ａと固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向しているので、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２１ａには、正電荷が誘導されるとともに、固定基板３２０の集電部３２２ａには正電荷が誘導されない。

次に、静電誘導型発電装置３００にＸ方向の振動を加えることにより、図１３に示すように、可動基板３１０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向するとともに、可動基板３１０のガード電極部３１３ａと固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向する位置まで、可動基板３１０がＸ方向に移動する。このとき、ガード電極部３１３ａにより、固定基板３２０の集電部３２１ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部３２１ｂおよび配線３３０を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動するとともに、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２２ａには、配線３３１および連結部３２２ｂを介して正電荷が誘導される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ａ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３１、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３２の順に電流が流れる。

その後、図１６に示すように、可動基板３１０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向するとともに、可動基板３１０のガード電極部３１３ａと固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向する位置まで、可動基板３１０がＸ方向に移動する。このとき、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２１ａには、配線３３０および連結部３２１ｂを介して正電荷が誘導されるとともに、ガード電極部３１３ａにより、固定基板３２０の集電部３２２ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部３２２ｂおよび配線３３１を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動する。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ｃ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３３、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３４の順に電流が流れる。

また、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４実施形態では、上記のように、エレクトレット部材３１２を有する可動基板３１０と、集電電極３２１および３２２を有する固定基板３２０とを設けることによって、振動により、固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置する可動基板３１０のエレクトレット部材３１２の面積を増減させて発電することができるとともに、固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置する可動基板３１０のエレクトレット部材３１２の面積を増減させて発電することができる。これにより、固定基板３２０の集電部３２１ａが形成された領域と、固定基板３２０の集電部３２２ａが形成された領域との両方において直接発電することができるので、静電誘導型発電装置３００の発電効率を向上させることができる。

また、第4実施形態では、集電電極３２１および３２２を櫛形状に形成するとともに、集電部３２１ａおよび３２２ａを交互に配置することによって、容易に、固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置する可動基板３１０のエレクトレット部材３１２の面積を増加（減少）させながら、固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置する可動基板３１０のエレクトレット部材３１２の面積を減少（増加）させることができる。

また、第４実施形態では、集電電極３２１および３２２が接続されたブリッジ整流回路３０を固定基板３２０に設けることによって、可動基板３１０および固定基板３２０を電気的に接続することなく、発電を行うことができるので、静電誘導型発電装置３００の構造を簡素化することができるとともに、耐久性の向上を図ることができる。

また、第４実施形態では、エレクトレット部材３１２間にガード電極部３１３ａを設けることによって、エレクトレット部材３１２と対向する領域とガード電極部３１３ａと対向する領域との電位差を大きくすることができるので、可動基板３１０が振動した場合に、固定基板３２０の集電部３２１ａまたは３２２ａに誘導される電荷の量を大きくすることができる。これによっても、静電誘導型発電装置３００の発電効率を向上させることができる。

また、第４実施形態では、ガード電極部３１３ａの高さをエレクトレット部材３１２の上面の高さよりも大きくすることによって、エレクトレット部材３１２と対向する領域とガード電極部３１３ａと対向する領域との電位差をより大きくすることができる。

（第５実施形態）
図１７〜図１９は、本発明の第５実施形態による静電誘導型発電装置を示した図である。この第５実施形態では、上記第４実施形態と異なり、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材３１２および正電荷が蓄積されたエレクトレット部材３６２が形成された可動基板３６０を含む静電誘導型発電装置３５０の構成について説明する。

この第５実施形態による静電誘導型発電装置３５０では、図１７および図１９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３６０の固定基板３２０側の主表面３６０ａに、櫛形状を有する電極３１１が形成されている。なお、可動基板３６０は、本発明の「第２基板」の一例である。また、電極３１１の電極部３１１ａ上には、電極部３１１ａと対応する領域に、エレクトレット部材３１２が形成されている。

また、第５実施形態では、可動基板３６０の固定基板３２０側の主表面３６０ａ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３６１が形成されている。この電極３６１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３６１ａと、複数の電極部３６１ａを電極３１１の連結部３１１ｂ側と反対側の一方端部で連結するとともに、Ｘ方向に延びるように形成された連結部３６１ｂとを有する。また、この電極部３６１ａは、図１７に示すように、電極３１１の電極部３１１ａ間に設けられているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。また、電極３１１の電極部３１１ａと電極３６１の電極部３６１ａとは、約１０μｍ〜約１００μｍの間隔Ｌ７を隔てて設けられている。

また、第５実施形態では、電極３６１の電極部３６１ａ上には、図１７および図１９に示すように、電極部３６１ａと対応する領域に、ＳｉＯ_２からなるエレクトレット部材３６２が形成されている。具体的には、エレクトレット部材３６２は、図１９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３６２は、図１７に示すように、正電荷が蓄積されているとともに、約１００μｍ〜約１０００μｍの幅と、約３μｍ〜約５μｍの厚みとを有する。

また、第５実施形態では、図１７に示すように、可動基板３６０のエレクトレット部材３１２が固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板３６０のエレクトレット部材３６２が固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置するとともに、図１８に示すように、可動基板３６０のエレクトレット部材３１２が固定基板３２０の集電部３２２ａと対向する領域に位置する場合には、可動基板３６０のエレクトレット部材３６２が固定基板３２０の集電部３２１ａと対向する領域に位置するように構成されている。

なお、第５実施形態のその他の構成は、上記第４実施形態と同様である。

図２０は、本発明の第５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１７、図１８および図２０を参照して、第５実施形態による静電誘導型発電装置３５０の発電動作について説明する。

まず、図１７に示すように、可動基板３６０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向するとともに、可動基板３６０のエレクトレット部材３６２と固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向しているので、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２１ａには、正電荷が誘導されるとともに、エレクトレット部材３６２の正電荷により、固定基板３２０の集電部３２２ａには、負電荷が誘導される。

次に、静電誘導型発電装置３５０にＸ方向の振動を加えることにより、図１８に示すように、可動基板３６０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向するとともに、可動基板３６０のエレクトレット部材３６２と固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向する位置まで、可動基板３６０がＸ方向に移動する。このとき、エレクトレット部材３６２の正電荷により、固定基板３２０の集電部３２１ａには、配線３３０および連結部３２１ｂを介して負電荷が誘導されるとともに、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２２ａには、配線３３１および連結部３２２ｂを介して正電荷が誘導される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ａ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３１、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３２の順に電流が流れる。

その後、図２０に示すように、可動基板３６０のエレクトレット部材３１２と固定基板３２０の集電部３２１ａとが対向するとともに、可動基板３６０のエレクトレット部材３６２と固定基板３２０の集電部３２２ａとが対向する位置まで、可動基板３６０がＸ方向に移動する。このとき、エレクトレット部材３１２の負電荷により、固定基板３２０の集電部３２１ａには、配線３３０および連結部３２１ｂを介して正電荷が誘導されるとともに、エレクトレット部材３６２の正電荷により、固定基板３２０の集電部３２２ａには、配線３３１および連結部３２２ｂを介して負電荷が誘導される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ｃ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３３、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３４の順に電流が流れる。

また、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５実施形態では、上記のように、負電荷が蓄積されたエレクトレット部材３１２間に正電荷が蓄積されたエレクトレット部材３６２を設けることによって、エレクトレット部材３１２と対向する領域とエレクトレット部材３６２と対向する領域との電位差をより大きくすることができるので、可動基板３６０が振動した場合に、固定基板３２０の集電部３２１ａまたは３２２ａに誘導される電荷の量をより大きくすることができるので、静電誘導型発電装置３５０の発電効率をより向上させることができる。

なお、第５実施形態のその他の効果は、上記第４実施形態と同様である。

（第６実施形態）
図２１および図２２は、本発明の第６実施形態による静電誘導型発電装置を示した図である。この第６実施形態では、上記第４実施形態と異なり、可動基板４１０の主表面の全面にエレクトレット部材４１１が形成された静電誘導型発電装置４００の構成について説明する。

この第６実施形態による静電誘導型発電装置４００では、図２１に示すように、可動基板４１０の固定基板３２０側の主表面に、全面にわたってエレクトレット部材４１１が形成されている。可動基板４１０は、約６００μｍの厚みを有するシリコン基板などからなる。なお、可動基板４１０は、本発明の「第２基板」の一例である。エレクトレット部材４１１は、約２．４μｍの厚みを有するとともに、熱酸化法により形成されたＳｉＯ_２からなる。また、エレクトレット部材４１１は、後述する絶縁膜４１２が形成されていない領域と対応する部分４１１ａに負電荷が蓄積されている。

エレクトレット部材４１１の主表面上には、Ｘ方向に所定の間隔（たとえば、約１ｍｍ）を隔てて複数の絶縁膜４１２が形成されている。この絶縁膜４１２は、ＨＤＰ−ＣＶＤ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成されたＳｉＯ_２からなる。また、絶縁膜４１２は、約１ｍｍの幅と、約２μｍの厚みとを有する。また、絶縁膜４１２は、後述する導電層４１３をエレクトレット部材４１１と離間させるために設けられており、エレクトレット部材４１１に蓄積された負電荷が導電層４１３に流出するのを抑制する機能を有する。

また、絶縁膜４１２上には、Ａｌなどからなる導電層４１３が形成されている。この導電層４１３は、約０．３μｍの厚みを有するとともに、接地されている。また、エレクトレット部材４１１の主表面上には、絶縁膜４１２および導電層４１３を覆うように電荷流出抑制膜４１４が形成されている。この電荷流出抑制膜４１４は、約０．３μｍの厚みを有するとともに、ＭＳＱ（Ｍｅｔｈｙｌ Ｓｉｌｓｅｓ Ｑｕｉｏｘａｎｅ：メチルシルセスキオキサン）などからなる。また、電荷流出抑制膜４１４は、エレクトレット部材４１１に蓄積された負電荷が表面から流出するのを抑制するために設けられている。また、電荷流出抑制膜４１４は、集電電極３２１および３２２の表面（下面）から距離Ｄ（たとえば、約３０μｍ）を隔てて配置されている。

また、第６実施形態では、静電誘導型発電装置４００は、図２１に示すように、固定基板３２０の集電部３２１ａが可動基板４１０の導電層４１３と対応する領域に位置する場合には、固定基板３２０の集電部３２２ａが可動基板４１０の導電層４１３が形成されていない領域（エレクトレット部材４１１の部分４１１ａ）と対応する領域に位置するように構成されている。また、静電誘導型発電装置４００は、図２２に示すように、固定基板３２０の集電部３２１ａが可動基板４１０の導電層４１３が形成されていない領域（エレクトレット部材４１１の部分４１１ａ）と対応する領域に位置する場合には、固定基板３２０の集電部３２２ａが可動基板４１０の導電層４１３と対応する領域に位置するように構成されている。

なお、第６実施形態のその他の構成は、上記第４実施形態と同様である。

図２３は、本発明の第６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２１〜図２３を参照して、第６実施形態による静電誘導型発電装置４００の発電動作について説明する。

まず、図２１に示すように、固定基板３２０の集電部３２２ａが可動基板４１０のエレクトレット部材４１１の部分４１１ａと対応する領域に位置するので、エレクトレット部材４１１の負電荷により、集電部３２２ａには正電荷が誘導される。また、固定基板３２０の集電部３２１ａが可動基板４１０の導電層４１３と対応する領域に位置するので、集電部３２１ａには正電荷が誘導されない。

次に、図２２に示すように、静電誘導型発電装置４００にＸ方向の振動を加えることにより、可動基板４１０がＸ方向に移動する。このとき、固定基板３２０の集電部３２２ａが可動基板４１０の導電層４１３と対応する領域に位置するので、集電部３２２ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部３２２ｂおよび配線３３１を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動する。また、固定基板３２０の集電部３２１ａが可動基板４１０のエレクトレット部材４１１の部分４１１ａと対応する領域に位置するので、エレクトレット部材４１１の負電荷により、集電部３２１ａには、配線３３０および連結部３２１ｂを介して正電荷が誘導される。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ｃ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３３、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３４の順に電流が流れる。

その後、図２３に示すように、可動基板４１０がＸ方向に移動する。このとき、固定基板３２０の集電部３２２ａが可動基板４１０のエレクトレット部材４１１の部分４１１ａと対応する領域に位置するので、エレクトレット部材４１１の負電荷により、集電部３２２ａには、配線３３１および連結部３２２ｂを介して正電荷が誘導される。また、固定基板３２０の集電部３２１ａが可動基板４１０の導電層４１３と対応する領域に位置するので、集電部３２１ａに誘導されていた正電荷が開放されて連結部３２１ｂおよび配線３３０を介してブリッジ整流回路３０に向かって移動する。これにより、ブリッジ整流回路３０には、Ａ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Ｂ方向の電流が出力される。具体的には、ダイオード３１、配線４２、負荷２、配線４３およびダイオード３２の順に電流が流れる。

また、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６実施形態では、上記のように、所定の間隔を隔てて導電層４１３を形成することによって、エレクトレット部材４１１の部分４１１ａに蓄積された負電荷がエレクトレット部材４１１の導電層４１３と対応する部分に移動する場合にも、その移動した負電荷により導電層４１３と対応する領域（集電部３２１ａまたは３２２ａが位置する領域）が影響を受けるのを抑制することができる。これにより、導電層４１３が形成された領域と対応する領域と、導電層４１３が形成されていない領域（エレクトレット部材４１１の部分４１１ａ）と対応する領域との間に容易に電位差を発生させることができる。

また、第６実施形態では、エレクトレット部材４１１の主表面上に電荷流出抑制膜４１４を設けることによって、エレクトレット部材４１１の電位が低下するのを抑制することができるので、静電誘導型発電装置４００の発電効率が低下するのを抑制することができる。

なお、第６実施形態のその他の効果は、上記第４実施形態と同様である。

次に、上記第６実施形態の固定基板３２０に集電電極３２１および３２２を形成した効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、上記第６実施形態に対応する実施例による静電誘導型発電装置と、比較例による静電誘導型発電装置とを作製した。実施例による静電誘導型発電装置では、集電部３２１ａの幅Ｗ１および集電部３２２ａの幅Ｗ２を１ｍｍにするとともに、集電部３２１ａおよび３２２ａの間隔Ｌ６を３０μｍにした。また、比較例による静電誘導型発電装置では、固定基板３２０に集電電極３２１のみを形成したこと以外は、上記実施例による静電誘導型発電装置と同様である。そして、振幅（Ｘ方向の移動量）：１ｍｍ、周波数：３０Ｈｚ、測定面積：４ｃｍ^２、エレクトレット部材４１１の表面電位：−２７２Ｖの条件下で、実施例による静電誘導型発電装置および比較例による静電誘導型発電装置の単位面積当たりの発電量を測定した。

上記測定を４回行い、その平均は、実施例による静電誘導型発電装置では、５．２５μＷ／ｃｍ^２であり、比較例による静電誘導型発電装置では、２．５１μＷ／ｃｍ^２であった。上記測定結果から、固定基板３２０に集電電極３２１および３２２を形成した実施例による静電誘導型発電装置は、固定基板３２０に集電電極３２１のみを形成した比較例による静電誘導型発電装置に比べて、発電量が約２．１倍になることが判明した。

次に、固定基板３２０に形成した集電部３２１ａおよび３２２ａの間隔Ｌ６の影響を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、集電部３２１ａの幅Ｗ１および３２２ａの幅Ｗ２を１ｍｍに設定するとともに、集電部３２１ａおよび３２２ａの全体の幅を１０ｍｍに設定した。また、導電層４１３の幅を１ｍｍに設定するとともに、導電層４１３の間隔を１ｍｍに設定した。そして、集電部３２１ａおよび３２２ａの間隔Ｌ６と、発電量との関係を計算した。その結果を図２４に示す。

図２４に示したシミュレーション結果より、間隔Ｌ６が５０μｍのときに発電量が最大であった。すなわち、間隔Ｌ６が集電部３２１ａの幅Ｗ１および集電部３２２ａの幅Ｗ２の１／２０（＝５０μｍ／１ｍｍ）のときに発電量が最大になることが判明した。また、発電量のピーク値の７５％以上の発電量を確保するために、間隔Ｌ６は、１０μｍ〜１００μｍが好ましいと考えられる。つまり、間隔Ｌ６が集電部３２１ａの幅Ｗ１および集電部３２２ａの幅Ｗ２に対して１／１００（＝１０μｍ／１ｍｍ）〜１／１０（＝１００μｍ／１ｍｍ）であることが好ましいことが判明した。

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６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６実施形態では、静電誘導型変換装置の一例として静電誘導型発電装置を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット部材を含む静電誘導型変換装置であれば、静電誘導型アクチュエータなどのその他の静電誘導型変換装置にも適用可能である。

また、上記第１〜第６実施形態では、集電電極を櫛状に形成するとともに、エレクトレット部材を電極の電極部上に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、集電電極の集電部とエレクトレット部材とを、振動により対向する面積が変化する形状であれば他の形状に形成してもよい。

また、上記第１〜第６実施形態では、本発明の回路部としてブリッジ整流回路３０設ける例を示したが、本発明はこれに限らず、ブリッジ整流回路とＤＣ−ＤＣコンバータとからなる回路部を設けてもよいし、ＤＣ−ＤＣコンバータのみからなる回路部を設けてもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、可動基板および固定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、可動基板および固定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、可動基板および固定基板に負電荷が蓄積された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、可動基板および固定基板に正電荷が蓄積されたエレクトレット部材を形成してもよい。

また、上記第２実施形態では、可動基板６１に正電荷が蓄積されたエレクトレット部材６２を形成するとともに、固定基板２１に負電荷が蓄積されたエレクトレット部材２１２を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、可動基板に負電荷が蓄積されたエレクトレット部材を形成するとともに、固定基板に正電荷が蓄積されたエレクトレット部材を形成してもよい。

また、上記第３実施形態では、エレクトレット部材８２の上面よりも小さい高さを有するガード電極部８１１ａを可動基板８０に形成するとともに、エレクトレット部材９２の上面よりも小さい高さを有するガード電極部９１１ａを固定基板９０に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、エレクトレット部材の上面よりも大きい高さを有するガード電極部を可動基板および固定基板に形成してもよい。

また、上記第４〜第６実施形態では、可動基板にエレクトレット部材を形成するとともに、固定基板に集電電極を形成する例を示したが、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形成するとともに、可動基板に集電電極を形成してもよい。

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７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３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１０に示した第３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４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１２に示した第４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１２に示した第４実施形態による静電誘導型発電装置の可動基板の構造を示した平面図である。 図１２に示した第４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４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５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１７に示した第５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１７に示した第５実施形態による静電誘導型発電装置の可動基板の構造を示した平面図である。 本発明の第５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６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２１に示した第６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６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。 シミュレーションによって求めた、集電部の間隔と、発電量との関係を示したグラフである。

符号の説明

３００、３５０、４００ 静電誘導型発電装置（静電誘導型変換装置）
３１０、３６０、４１０ 可動基板（第２基板）
３１２、３６２、４１１ エレクトレット部材
３２０ 固定基板（第１基板）
３２１ 集電電極（第１電極）
３２１ａ 集電部（第１電極部）
３２２ 集電電極（第２電極）
３２２ａ 集電部（第２電極部）
４１３ 導電層
４１４ 電荷流出抑制膜

Claims (4)

1. 第１電極および第２電極を含み、前記第１電極および前記第２電極が少なくとも基板上で互いに電気的に分離された状態で設置される第１基板と、
   エレクトレット部材を含む第２基板とを備え、
   前記エレクトレット部材の表面上に、間隔を隔てて形成された複数の導電層をさらに備え、
   前記第１基板および前記第２基板は、間隔を隔てて対向するように設けられるとともに、互いに相対的に移動可能なように構成されている、静電誘導型変換装置。
2. 前記第１電極は、間隔を隔てて形成された複数の第１電極部を含み、
   前記第２電極は、前記第１電極部の間に形成された複数の第２電極部を含む、請求項１に記載の静電誘導型変換装置。
3. 前記第１電極が前記導電層と対応する領域に位置する場合、前記第２電極が前記導電層が形成されていない領域と対応する領域に位置するとともに、前記第２電極が前記導電層と対応する領域に位置する場合、前記第１電極が前記導電層が形成されていない領域と対応する領域に位置するように構成されている、請求項１または２に記載の静電誘導型変換装置。
4. 前記エレクトレット部材の表面上には、電荷流出抑制膜が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電誘導型変換装置。

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