JP6656055B2 - 電気機械変換器 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械変換器に関する。

帯電膜とそれに対向する対向電極との間で発生する静電誘導や静電気力のような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が知られている。

例えば、特許文献１には、半永久的に電荷を保持する性質を持つエレクトレット材料により略円盤型の第１基板上にそれぞれ面状にかつ互いに間隔を空けて形成された複数のエレクトレット電極と、略円盤型の第２基板上にエレクトレット電極と対向するように配置されたエレクトレット電極と略同型かつ同数の対向電極とを有する発電装置が記載されている。この発電装置は、回転軸の周りに第２基板を回転させることでエレクトレット電極と対向電極とを相対移動させ、このとき両者の重なり面積が変化することによって生じる静電誘導を利用して発電する。

また、特許文献２には、Ｓｉ基板の表面にウェット酸化によりＫ＋イオンを含むＳｉＯ_２層を形成し、その基板を上下から電極で挟んでヒーターで加熱しながらバイアス電圧を印加して、Ｋ＋イオンをＳｉＯ_２層の表面に移動させることで、Ｋ＋イオンを含むＳｉＯ_２層のエレクトレットを備えたエレクトレット基板を形成する方法が記載されている。

特開２０１５−１９２５７７号公報 特開２０１４−０４９５５７号公報

例えば、互いに対向する複数の帯電膜と複数の対向電極との一方を回転軸の周りに回転させることで静電誘導を利用して発電する電気機械変換器では、帯電膜と対向電極の面積が大きいほど、より大きな静電気力によってそれらが互いに引き寄せられる。この静電気力は、回転軸に伝わって回転軸と軸受けとの間に働く摩擦力を増加させるため、装置の変換効率、寿命などに悪影響を及ぼすおそれがある。

このことは、電気機械変換器が電力から動力を取り出すものである場合も同様である。極性が交互に切り替わる電圧を複数の対向電極に印加して、それらの対向電極と対向する複数の帯電膜との間で発生する静電気力により回転部材を回転させる電気機械変換器でも、帯電膜と対向電極の面積が大きいほど、それらの間に働く静電気力は大きくなる。このため、回転軸と軸受けとの間に働く摩擦力が増加して、同様に、装置の変換効率、寿命などに悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、静電的な相互作用により電気機械変換器の可動部材の移動方向に発生する力を極力変化させずに、移動方向に直交する方向に働く摩擦力を低減させ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、可動支持部とともに移動可能な可動部材と、可動部材に対向して固定配置された固定基板と、可動部材と固定基板のうちの一方の同一面上に、可動部材の移動方向に間隔を空けて移動方向に配置された複数の帯電部と、可動部材と固定基板のうちの他方における複数の帯電部に対向する面上に、移動方向に配置された複数の対向電極とを有し、複数の帯電部のそれぞれは、複数の帯電領域に分割されており、個々の帯電部における複数の帯電領域の面積の合計がその帯電部の総面積よりも小さい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、個々の帯電部における複数の帯電領域は、共通のシリコン基板上に形成されていることが好ましい。

上記の電気機械変換器では、個々の帯電部における複数の帯電領域の面積は、その帯電部の総面積の５０％〜７０％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、可動支持部である回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、個々の帯電部における複数の帯電領域は、その帯電部上で回転軸を中心として放射状に配置されているか、あるいは、その帯電部上で格子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は、極性が交互に切り替わる電圧を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で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、静電的な相互作用により可動部材の移動方向に発生する力を極力変化させずに、移動方向に直交する方向に働く摩擦力を低減させることが可能である。

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の斜視図である。 回転部材１２の部分拡大図である。 エレクトレット部１４の製造工程を説明するための図である。 エレクトレット部１４の面積比とアクチュエータ１０で発生する力の大きさとの関係を示すグラフである。 電気機械変換器２の概略構成図である。 発電部１０’の斜視図である。 別のエレクトレット部１４Ａを有する回転部材１２の部分拡大図である。 別のエレクトレット部１４Ｂを有する回転部材１２の部分拡大図である。 さらに別のエレクトレット部１４Ｃを有する回転部材１２の部分拡大図である。 さらに別のエレクトレット部１４Ｄを有する回転部材１２の部分拡大図である。 さらに別のエレクトレット部１４Ａ’を有する回転部材１２の部分拡大図である。 さらに別のエレクトレット部１４Ａ’’を有する回転部材１２の部分拡大図である。

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。また、図２は、アクチュエータ１０の斜視図である。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、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、エレクトレット部１４および対向電極１５，１６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１４と対向電極１５，１６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モータである。

回転軸１１は、可動支持部の一例であり、回転部材１２の回転中心となる軸である。その上下端は、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。

回転部材１２は、可動部材の一例であり、金属、ガラスまたはシリコン基板などの周知の基板材料で構成される。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１４と対向電極１５，１６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の矢印Ｃ方向（すなわち、時計回りおよび反時計回り）に回転可能である。回転部材１２には、重量を軽くするために、円周方向に沿って等間隔に、略台形状の複数の貫通孔１２２が形成されている。

固定基板１３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た部材である。固定基板１３は、例えば円板状の形状を有し、回転部材１２の下側で回転部材１２に対向して配置され、その中心を回転軸１１が貫通している。ただし、固定基板１３は、回転部材１２とは異なり、回転可能な部材ではなく、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１４は、帯電層を備えた帯電部の一例であり、固定基板１３に対向する回転部材１２の下面１２１に形成されている。アクチュエータ１０では、回転部材１２の下面１２１に、略台形状の複数のエレクトレット部１４が、略台形状の貫通孔１２２を間に挟んで、回転部材１２の回転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ている。

対向電極１５，１６は、回転部材１２に対向する固定基板１３の上面１３１に形成されている。アクチュエータ１０では、固定基板１３の上面１３１に、エレクトレット部１４と同じ略台形状の対向電極１５，１６が、回転軸１１の周りに交互に配置されている。エレクトレット部１４と対向電極１５の個数、およびエレクトレット部１４と対向電極１６の個数は、それぞれ同じである。

なお、エレクトレット部１４は回転部材１２と固定基板１３のいずれか一方に配置し、対向電極１５，１６は回転部材１２と固定基板１３のうちの他方に配置すればよい。このため、上記とは逆に、エレクトレット部１４を固定基板１３の上面１３１に配置し、対向電極１５，１６を回転部材１２の下面１２１に配置してもよい。

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複数の対向電極１５，１６に印加して、複数のエレクトレット部１４と複数の対向電極１５，１６と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。

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の出力は複数の対向電極１５に、比較器２３の出力は複数の対向電極１６に、それぞれ接続されている。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１５は＋Ｖ、対向電極１６は−Ｖの電位になり、入力信号がＬのときには、対向電極１５は−Ｖ、対向電極１６は＋Ｖの電位になる。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１５と対向電極１６の間に印加する。

例えば、エレクトレット部１４と対向電極１５とが対向しているときに、エレクトレット部１４と対向電極１５とが同じ極性を、エレクトレット部１４と対向電極１６とが互いに逆の極性を有したとする。このとき、エレクトレット部１４と対向電極１５との間には斥力が、エレクトレット部１４と対向電極１６との間には引力がそれぞれ働くため、これらの力に起因して回転部材１２は回転する。続いて、エレクトレット部１４と対向電極１６とが対向したときに対向電極１５，１６の極性を切り換えると、エレクトレット部１４と対向電極１６との間には斥力が、エレクトレット部１４と対向電極１５との間には引力がそれぞれ働くため、これらの力に起因して回転部材１２はさらに回転する。

こうして、対向電極１５，１６の極性を交互に切り替えることにより、回転部材１２を回転させることができる。電気機械変換器１は、小型で厚さも薄く、消費電力も少ないことから、微小機械用のモータとして利用可能である。

図３は、回転部材１２の部分拡大図である。図３では、回転部材１２の下面１２１において、３つのエレクトレット部１４と３つの貫通孔１２２が形成されている部分を拡大して示している。

個々のエレクトレット部１４は、複数の対向電極１５，１６に対応する略台形の外形１４１を有する。また、個々のエレクトレット部１４には、回転軸１１を中心として放射状に（径方向に）延びる複数の溝部１４３が形成されている。個々のエレクトレット部１４は、複数の溝部１４３によって、径方向に延びる複数の縞状の帯電領域１４２に分割されている。帯電領域１４２は、図３では白色で示す領域であり、エレクトレット部１４上で回転軸１１を中心として放射状に配置されている。

個々のエレクトレット部１４における複数の帯電領域１４２の面積の合計は、複数の溝部１４３の分だけ、外形１４１で囲まれるエレクトレット部１４の総面積よりも小さい。また、個々のエレクトレット部１４の外形１４１は、個々の対向電極１５，１６の外形と同じである。したがって、個々のエレクトレット部１４における複数の帯電領域１４２の総面積は、個々の対向電極１５，１６の面積よりも小さい。特に、個々のエレクトレット部１４における複数の帯電領域１４２の面積は、そのエレクトレット部１４の総面積の５０％〜７０％であることが好ましい。

図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は、エレクトレット部１４の製造工程を説明するための図である。

エレクトレット部１４の製造時には、まず、図４（Ａ）に示すように、例えばＳｉ（シリコン）基板４１上の複数箇所を深堀エッチングで掘ることにより、Ｓｉ基板４１に複数の溝部１４３を形成する。Ｓｉ基板４１の上面は、複数の溝部１４３によって、後に複数の帯電領域１４２となる部分に分割される。その後、図４（Ｂ）に示すように、Ｓｉ基板４１上の溝部１４３以外の部分に被覆層４２として樹脂層または酸化膜（ＳｉＯ_２層）を形成し、被覆層４２にコロナ放電で電子を打ち込むことにより、被覆層４２を帯電させる。図４（Ｂ）の記号「−」は電子を表す。

あるいは、図４（Ｃ）に示すように、Ｋ＋イオンを含む水蒸気雰囲気でＳｉ基板４１上に酸化膜４３を形成して、酸化膜４３にＫ＋イオンを浸透させた後で、図４（Ｄ）に示すように、Ｓｉ基板４１上の複数箇所を深堀エッチングで掘ることにより、Ｓｉ基板４１に複数の溝部１４３を形成してもよい。Ｓｉ基板４１の上面は、複数の溝部１４３によって、後に複数の帯電領域１４２となる部分に分割される。続いて、図４（Ｅ）に示すように、Ｓｉ基板４１に電極４４，４５を介して高電圧を掛けることで、Ｋ＋イオンを酸化膜４３の上面に移動させ、上面から飛散させる。なお、図４（Ｃ）〜図４（Ｆ）の記号「＋」はＫ＋イオンを表し、「−」はＳｉＯ−イオンを表す。

こうして、図４（Ｆ）に示すように、Ｓｉ基板４１上の帯電膜４６が複数の溝部１４３によって複数の帯電領域１４２に分割され、共通のＳｉ基板４１上に複数の帯電領域１４２が形成されたエレクトレット部１４が得られる。

図５は、エレクトレット部１４の面積比とアクチュエータ１０で発生する力の大きさとの関係を示すグラフである。グラフの横軸ｒは、各エレクトレット部１４の総面積に対する帯電領域１４２の面積の比率を表し、グラフの縦軸Ｆは、駆動部２０でアクチュエータ１０を駆動したときに発生する力の大きさを表す。縦軸の力の大きさは、溝部１４３がなく帯電領域１４２の面積が１００％の場合の値を１として規格化した値で示している。また、曲線Ａは、発生する力のうちで円周方向の成分（駆動力）を、曲線Ｂは、発生する力のうちで軸方向の成分を、それぞれプロットしたものである。

電気機械変換器１では、エレクトレット部１４の帯電領域１４２を縞状にしているため、１つのエレクトレット膜における帯電領域１４２の面積比は、各帯電領域１４２の幅に応じて１００％よりも小さい値になる。この面積比が小さくなるにつれて、エレクトレット部１４の帯電領域１４２と対向電極１５，１６との間に働く引力と斥力も小さくなる。このため、図５のグラフに示すように、円周方向の駆動力と軸方向の力は、帯電領域１４２の面積比とともに両方とも減少する。

しかしながら、エレクトレット部１４の全面が円周方向の駆動力の発生に寄与しているわけではないので、帯電領域１４２の面積比が減少したときの円周方向の駆動力の減少率は、軸方向の力の減少率に比べて小さい。特に、帯電領域１４２の面積比が５０〜７０％（ｒ＝０．５〜０．７）の間では、面積比が減少すると軸方向の力（曲線Ｂ）は面積比にほぼ比例して単調に減少していくのに対し、円周方向の駆動力（曲線Ａ）は、８０％程度を保ったままほとんど減少しない。

電気機械変換器としての変換効率を損なわないためには、円周方向の駆動力の大きさは、帯電領域１４２の面積比が１００％のときと比べて８０％程度以上であることが好ましい。図５のグラフから、帯電領域１４２の面積比を５０〜７０％にすれば、帯電領域１４２の面積比が１００％のときと比べて、８０％程度の駆動力は確保でき、しかも軸方向の力を６０％程度以下に抑えることができる。帯電領域１４２の面積比が５０〜７０％の範囲内であれば、円周方向の駆動力の減少率に対して軸方向の力の減少率が大きいので、回転軸１１と軸受けとの間の摩擦力は相対的に小さくなる。帯電領域１４２の面積比がこの範囲であることにより、円周方向の駆動力と軸方向の力とのバランスが最適となるので、電気機械変換器１の変換効率は、帯電領域１４２の面積比が１００％の場合と比べて向上する。

なお、上記では、回転部材１２の片面にエレクトレット部１４を有する例を示したが、回転部材１２の両面にエレクトレット部１４を有し、回転部材１２の上下にそれぞれ固定基板１３を有する構造にしてもよい。このように、回転部材１２の両面にエレクトレット部１４を有する場合には、軸方向の力が両面で相殺するように、それぞれの面の帯電領域の面積比を同等にすることが好ましい。

図６は、電気機械変換器２の概略構成図である。また、図７は、発電部１０’の斜視図である。電気機械変換器２は、発電部１０’および蓄電部３０を有する。発電部１０’は、主要な構成要素として、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、エレクトレット部１４、対向電極１５，１６および回転錘１７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１０’内で静電誘導により静電気を発生させることにより、動力から電力を取り出す発電装置である。

発電部１０’の構成要素のうち、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３およびエレクトレット部１４、対向電極１５，１６は、アクチュエータ１０のものと同じである。電気機械変換器２が電気機械変換器１と異なるのは、対向電極１５，１６に接続される蓄電部３０のみである。

発電部１０’のエレクトレット部１４も、アクチュエータ１０のものと同様に、回転部材１２の下面１２１において、図３に示したように、複数の溝部１４３によって、径方向に延びる複数の縞状の帯電領域１４２に分割されている。また、個々のエレクトレット部１４における複数の帯電領域１４２の面積は、そのエレクトレット部１４の総面積の５０％〜７０％である。

対向電極１５，１６は、回転部材１２に対向する固定基板１３の上面１３１に形成されている。発電部１０’では、固定基板１３の上面１３１に、エレクトレット部１４と同じ略台形状かつ同数の対向電極１５，１６が、回転軸１１の周りに等間隔に配置されている。これらの対向電極１５，１６は、それぞれ電気配線によって蓄電部３０に接続されている。

回転錘１７は、回転軸１１の周りを図７の矢印Ｃ方向に回転可能な、重量バランスの偏りを有する錘であり、回転部材１２の上側に配置されている。回転錘１７は、外部環境の運動エネルギーによって回転駆動されて、この回転駆動の動力により、回転部材１２を矢印Ｃ方向に回転させる。なお、回転軸１１に回転錘１７を取り付ける代わりに、回転部材１２に錘を取り付けて、回転部材１２自体を回転錘としてもよい。

発電部１０’のエネルギー源は、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である。この「振動」には、規則的な振動に限らず、不規則的な振動も含まれる。また、電気機械変換器２の場合、「回転」には、一方向の回転に限らず、回転振動および揺動運動も含まれる。

回転錘１７が回転駆動されると、それに伴い、回転部材１２が回転して、エレクトレット部１４と対向電極１５，１６の間の重なり面積が増減する。例えば、エレクトレット部１４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１５，１６に引き寄せられる正電荷が増減して、対向電極１５と対向電極１６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１０’は静電誘導を利用した発電を行う。

蓄電部３０は、回転部材１２の回転に応じて複数のエレクトレット部１４と複数の対向電極１５，１６との間で静電誘導により発生した電力を蓄積する。蓄電部３０は、整流回路３１および二次電池３２を有する。対向電極１５と対向電極１６からの出力は整流回路３１に接続され、整流回路３１は二次電池３２に接続されている。整流回路３１は、対向電極１５と対向電極１６の間で生成された電流を整流するための、４個のダイオードを有するブリッジ式の回路である。二次電池３２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１０’によって発電された電力を蓄積する。二次電池３２は、この電力を消費して動作する図示しない駆動対象の回路に、必要に応じて電力を供給する。

エレクトレット部１４の面積比と発電部１０’で発生する力との関係は、図５に示した電気機械変換器１の場合と同様である。すなわち、発電部１０’でも、エレクトレット部１４の総面積に対する帯電領域１４２の面積比を５０〜７０％にすることにより、その面積比が１００％のときと比べて、回転軸１１の方向に働く力を６０％程度以下に抑えることができる。したがって、回転軸１１と軸受けとの間の摩擦力が相対的に小さくなるので、電気機械変換器２の変換効率も、帯電領域１４２の面積比が１００％の場合と比べて向上する。

図８〜図１１は、それぞれ、別のエレクトレット部１４Ａ〜１４Ｄを有する回転部材１２の部分拡大図である。エレクトレット部１４Ａ〜１４Ｄの外形１４１Ａ〜１４１Ｄは、いずれも、エレクトレット部１４の外形１４１と同じ略台形状である。しかしながら、アクチュエータ１０および発電部１０’のエレクトレット部１４における帯電領域１４２のパターンは、図３に示した径方向に直線状に延びるものに限らず、図８〜図１１に示すような別のパターンであってもよい。

図８に示すエレクトレット部１４Ａでは、エレクトレット部１４と同様に、径方向に直線状に延びる複数の溝部１４３Ａが形成され、それらの間に直線状の帯電領域１４２Ａが形成されているが、径方向の中間で溝部１４３Ａおよび帯電領域１４２Ａの本数が変化している。回転部材１２の外周側に近付くにつれて円周方向の幅が広くなることから、エレクトレット膜に直線状の溝部および帯電領域を形成する場合には、それらの本数を、径方向の全域で同一にせず、外周側に近付くほど多くしてもよい。このように、内周側の溝を広く、外周側の溝を狭くしても、回転軸方向の摩擦力を低減させる効果は変わらず、製作が容易になる。

図９に示すエレクトレット部１４Ｂでは、複数の矩形の溝部１４３Ｂと、複数の矩形の帯電領域１４２Ｂとが、市松模様を形成するように配置されている。このように、個々のエレクトレット部における複数の帯電領域は、そのエレクトレット部上で格子状に配置されていてもよい。このように、エレクトレット部を市松模様状に配置すると、回転部材が回転した際に帯電領域と対向電極との重なり部分の変化が滑らかになり、滑らかな動作が可能になる。

図１０に示すエレクトレット部１４Ｃでは、複数の楕円形の溝部１４３Ｃが一様に配置されており、それらの間に帯電領域１４２Ｃが形成されている。このようにすると、市松模様としたときと同様に帯電領域と対向電極との重なり部分の変化が滑らかとなり、滑らかな動作が可能になるとともに、隣り合った帯電領域が繋がるので、帯電が一定になりやすい。

図１１に示すエレクトレット部１４Ｄでは、径方向に波線状に延びる複数の溝部１４３Ｄが形成され、それらの間に同じ波線状の帯電領域１４２Ｄが形成されている。このようにすると、回転部材が回転した際に帯電領域と対向電極との重なり部分の変化が滑らかとなり、滑らかな動作が可能になる。このように、各エレクトレット部の帯電領域の形状は、矩形または直線上のものに限らず、どのような形状でもよい。

図１２に示すエレクトレット部１４Ａ’では、エレクトレット部１４と同様に、径方向に直線状に延びる複数の溝部１４３Ａ’が形成され、それらの間に直線状の帯電領域１４２Ａ’が形成されているが、径方向で溝部１４３Ａ’および帯電領域１４２Ａ’の割合が変化している。このように、径方向の位置によって帯電領域の割合に変化があってもよく、同様に回転軸方向の摩擦力を低減させる効果を期待できる。

図１３に示すエレクトレット部１４Ａ’’では、エレクトレット部１４と同様に、径方向に直線状に延びる複数の溝部１４３Ａ’’が形成され、それらの間に直線状の帯電領域１４２Ａ’’が形成されているが、円周方向の位置によって溝部１４３Ａ’’および帯電領域１４２Ａ’’の割合（円周方向の幅）が変化している。このように、円周方向に帯電領域の割合に変化があってもよく、同様に回転軸方向の摩擦力を低減させる効果が期待できる。

また、必ずしも回転部材１２上のすべてのエレクトレット部で帯電領域の形状は同一でなくてもよく、エレクトレット部ごとに帯電領域の形状は異なっていてもよい。その場合には、例えば、図３および図８〜図１３に示した複数のパターンの組合せを用いてもよい。

なお、図３、図８、図１２および図１３では、複数の溝部はすべて径方向に延びている。これらの例とは異なり、溝部が円周方向に沿って同心円状に形成されている場合には、単にエレクトレット部の面積が小さくなるだけであり、駆動力と軸方向力の両方が同じ割合で小さくなるので、回転部材の回転方向に発生する力を変化させずに回転軸方向の摩擦力を低減させる効果は得られない。

また、可動部材と固定基板は、円形に限らず、四角形などの他の形状でもよい。例えば、電気機械変換器は、箱型の固定子と、固定子の底面に配置された固定基板と、固定基板の上方で固定子に対して左右方向に移動可能な矩形の可動部材と、可動部材を移動可能に支持する可動支持部とを有し、可動部材の底面にその移動方向と直交する方向に帯状の複数の帯電部が形成され、固定基板の上面に各帯電部と平行に帯状の複数の対向電極が形成されたものであってもよい。この場合でも、各帯電部を、可動部材の移動方向と直交する方向に延びる複数の帯電領域に分割することで、可動部材の移動方向に発生する力を変化させずに、移動方向に直交する方向に働く摩擦力を低減させることが可能である。

また、エレクトレット部の各帯電部は、必ずしも溝部によって複数の帯電領域に分割されていなくてもよい。例えば、各帯電部の複数箇所をマスキングしたり、あるいは何らかの非帯電部材を間に挟んだりすることにより、複数の帯電領域を形成してもよい。

１，２ 電気機械変換器
１０ アクチュエータ
１０’ 発電部
１１ 回転軸
１２ 回転部材
１３ 固定基板
１４，１４Ａ，１４Ａ’，１４Ａ’’，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ エレクトレット部
１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ 外形
１４２，１４２Ａ，１４２Ａ’，１４２Ａ’’，１４２Ｂ，１４２Ｃ，１４２Ｄ 帯電領域
１４３，１４３Ａ，１４３Ａ’，１４３Ａ’’，１４３Ｂ，１４３Ｃ，１４３Ｄ 溝部
１５，１６ 対向電極
２０ 駆動部
３０ 蓄電部

Claims (7)

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、
   可動支持部とともに移動可能な可動部材と、
   前記可動部材に対向して固定配置された固定基板と、
   前記可動部材と前記固定基板のうちの一方の同一面上に、前記可動部材の移動方向に間隔を空けて前記移動方向に配置された複数の帯電部と、
   前記可動部材と前記固定基板のうちの他方における前記複数の帯電部に対向する面上に、前記移動方向に配置された複数の対向電極と、を有し、
   前記複数の帯電部は前記複数の対向電極にそれぞれ対応する外形および大きさを有し、
   個々の帯電部は前記移動方向に交互に配置された帯電領域と非帯電領域とで構成され、
   個々の帯電部における前記帯電領域の面積の合計が当該帯電部の総面積よりも小さい
   ことを特徴とする電気機械変換器。
2. 個々の帯電部における前記帯電領域は前記非帯電領域によって複数に分割されており、
   個々の帯電部における前記複数の帯電領域は、共通のシリコン基板上に形成されている、請求項１に記載の電気機械変換器。
3. 個々の帯電部における前記複数の帯電領域の面積は、当該帯電部の総面積の５０％〜７０％である、請求項２に記載の電気機械変換器。
4. 前記可動部材は、前記可動支持部である回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、
   個々の帯電部における前記複数の帯電領域は、当該帯電部上で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２または３に記載の電気機械変換器。
5. 個々の帯電部における前記複数の帯電領域は、当該帯電部上で格子状に配置されている、請求項２または３記載の電気機械変換器。
6. 極性が交互に切り替わる電圧を前記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１〜５のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
7. 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で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１〜５のいずれか一項に記載の電気機械変換器。

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