(57)【要約】【課題】静電誘導型変換器における発電性能や駆動性能を向上する。【解決手段】静電誘導型変換器は、電荷を帯びたエレクトレット膜１１１が設けられるエレクトレット面１１１ａを有するエレクトレット基板１１０と、対向電極１２１が設けられると共にエレクトレット面１１１ａに対向して配置される電極面１２１ａを有する対向基板１２０と、を有し、前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方は、他方に対して相対的に回転し、電極面１２１ａは、電極面１２１ａの周縁部１２０ａをその内側よりも他方から離間させる傾斜又は段差を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷を帯びたエレクトレット膜が設けられるエレクトレット面を有するエレクトレット基板と、
対向電極が設けられると共に前記エレクトレット面に対向して配置される電極面を有する対向基板と、
を有し、
前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方は、他方に対して相対的に回転し、
前記エレクトレット面と前記電極面のうち少なくとも一方は、該一方の周縁部をその内側よりも他方から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、
静電誘導型変換器。
【請求項２】
前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方を、他方に対して相対的に回転させる回転軸を有し、
前記傾斜又は段差は、前記回転軸の周方向に沿って形成されている、
請求項１に記載の静電誘導型変換器。
【請求項３】
前記傾斜又は段差により、前記エレクトレット面と前記電極面のうち一方の周縁部がその内側よりも他方から離間している、
請求項１又は２に記載の静電誘導型変換器。
【請求項４】
前記エレクトレット基板は両面に前記エレクトレット面を有し、
一方の前記エレクトレット面に対向して配置される前記電極面を有する第１の対向基板と、
他方の前記エレクトレット面に対向して配置される前記電極面を有する第２の対向基板と、
を有する、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項５】
前記第１の対向基板の前記電極面は、該電極面の周縁部をその内側よりも前記一方のエレクトレット面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含み、
前記第２の対向基板の前記電極面は、該電極面の周縁部をその内側よりも前記他方のエレクトレット面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、
請求項４に記載の静電誘導型変換器。
【請求項６】
前記一方のエレクトレット面は、該一方のエレクトレット面の周縁部をその内側よりも前記第１の対向基板の前記電極面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含み、
前記他方のエレクトレット面は、該他方のエレクトレット面の周縁部をその内側よりも前記第２の対向基板の前記電極面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、
請求項４又は５に記載の静電誘導型変換器。
【請求項７】
前記電極面が前記傾斜又は段差を少なくとも含み、
前記対向基板は、前記電極面の周縁部を含む領域の厚みが、その内側の領域よりも薄い、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項８】
前記エレクトレット面が前記傾斜又は段差を少なくとも含み、
前記エレクトレット基板は、前記エレクトレット面の周縁部を含む領域の厚みが、その内側の領域よりも薄い、
請求項１〜７のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項９】
前記エレクトレット基板及び前記対向基板は、円板形状であり、
前記エレクトレット膜は、前記エレクトレット面に周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数配置されており、
前記対向電極は、前記電極面に周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数配置されている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置や駆動装置として用いられる静電誘導型変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エレクトレット膜が設けられる回転部材と、エレクトレット膜に対向して配置される対向電極が設けられる対向基板とを有する、静電誘導型の発電装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１８５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１の発電装置においては、発電量を増加させるために、回転部材の径を大きくし、発電面積を大きくすることや、回転部材と対向基板との隙間を狭くし、帯電膜から対向基板への帯電電圧の影響を大きくすることが考えられる。しかしながら、そのような構成とした場合においては、製造上の誤差により回転部材に傾きや反り等が生じてしまった際に、回転部材の周縁部が対向基板に対して接触するなどの機械的な干渉が起きやすくなってしまう。回転部材が対向基板に干渉してしまうと、回転部材が適切な回転を行うことができず、発電装置において得られる発電量が低下してしまったり、エレクトレット膜に帯電した電荷が抜けてしまったりする可能性がある。また、静電誘導型変換器を駆動装置として用いる場合においても同様の問題が生じうる。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、静電誘導型変換器における発電性能や駆動性能を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下の通りである。
【０００７】
（１）電荷を帯びたエレクトレット膜が設けられるエレクトレット面を有するエレクトレット基板と、対向電極が設けられると共に前記エレクトレット面に対向して配置される電極面を有する対向基板と、を有し、前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方は、他方に対して相対的に回転し、前記エレクトレット面と前記電極面のうち少なくとも一方は、該一方の周縁部をその内側よりも他方から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、静電誘導型変換器。
【０００８】
（２）（１）において、前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方を、他方に対して相対的に回転させる回転軸を有し、前記傾斜又は段差は、前記回転軸の周方向に沿って形成されている、静電誘導型変換器。
【０００９】
（３）（１）又は（２）において、前記傾斜又は段差により、前記エレクトレット面と前記電極面のうち一方の周縁部がその内側よりも他方から離間している、静電誘導型変換器。
【００１０】
（４）（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記エレクトレット基板は両面に前記エレクトレット面を有し、一方の前記エレクトレット面に対向して配置される前記電極面を有する第１の対向基板と、他方の前記エレクトレット面に対向して配置される前記電極面を有する第２の対向基板と、を有する、静電誘導型変換器。
【００１１】
（５）（４）において、前記第１の対向基板の前記電極面は、該電極面の周縁部をその内側よりも前記一方のエレクトレット面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含み、前記第２の対向基板の前記電極面は、該電極面の周縁部をその内側よりも前記他方のエレクトレット面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、静電誘導型変換器。
【００１２】
（６）（４）又は（５）において、前記一方のエレクトレット面は、該一方のエレクトレット面の周縁部をその内側よりも前記第１の対向基板の前記電極面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含み、前記他方のエレクトレット面は、該他方のエレクトレット面の周縁部をその内側よりも前記第２の対向基板の前記電極面から離間させる、傾斜又は段差を少なくとも含む、静電誘導型変換器。
【００１３】
（７）（１）〜（６）のいずれかにおいて、前記電極面が前記傾斜又は段差を少なくとも含み、前記対向基板は、前記電極面の周縁部を含む領域の厚みが、その内側の領域よりも薄い、静電誘導型変換器。
【００１４】
（８）（１）〜（７）のいずれかにおいて、前記エレクトレット面が前記傾斜又は段差を少なくとも含み、前記エレクトレット基板は、前記エレクトレット面の周縁部を含む領域の厚みが、その内側の領域よりも薄い、静電誘導型変換器。
【００１５】
（９）（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記エレクトレット基板及び前記対向基板は、円板形状であり、前記エレクトレット膜は、前記エレクトレット面に周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数配置されており、前記対向電極は、前記電極面に周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数配置されている、静電誘導型変換器。
【発明の効果】
【００１６】
上記本発明の（１）〜（９）の側面によれば、静電誘導型変換器における発電性能や駆動性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る腕時計の全体構成の概要を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る腕時計の構成の概要を示すブロック図である。
【図３】第１の実施形態の静電誘導型変換器を模式的に示す模式図である。
【図４】第１の実施形態のエレクトレット基板を示す平面図である。
【図５】第１の実施形態の対向基板を示す平面図である。
【図６】静電誘導型変換器が発電装置として用いられる際の作動原理の一例を説明する概略回路図である。
【図７】静電誘導型変換器が静電モータとして用いられる際の作動原理の一例を説明する概略回路図である。
【図８】エレクトレット基板が対向基板に対して傾斜した状態を示す図である。
【図９】第２の実施形態の静電誘導型変換器を示す図である。
【図１０】第３の実施形態の静電誘導型変換器を示す図である。
【図１１】第３の実施形態の対向基板を示す平面図である。
【図１２】第４の実施形態の静電誘導型変換器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る腕時計の全体構成の概要について説明する。図１は、第１の実施形態に係る腕時計の全体構成の概要を示す平面図である。図２は、第１の実施形態に係る腕時計の構成の概要を示すブロック図である。
【００２０】
腕時計１は、図１に示すように、胴や裏蓋を含む外装ケース３１と、外装ケース３１内に配置された文字板３２と、時刻を示す指針である秒針２、分針３、時針４を有する。文字板３２には略字３３や時字３４が設けられている。また、外装ケース３１の３時側の側面にはユーザが種々の操作を行うための竜頭１８が配置されている。
【００２１】
なお、図１に示した腕時計１のデザインは一例である。ここで示したもの以外にも、例えば、外装ケース３１を丸型でなく角型にしてもよいし、数や配置が任意のボタンを設けてもよい。また、図１においては、指針を秒針２、分針３、時針４の３本としているが、これに限定されず、曜日、タイムゾーンやサマータイムの有無、電波の受信状態や電池の残量、各種の表示を行う指針（以下、表示針ともいう）や、日付表示等を追加したりしてもよい。
【００２２】
また、腕時計１は、図２に示すように、静電誘導型変換器である発電装置１００と、電源２０と、制御回路４０と、静電モータ駆動回路５０と、静電誘導型変換器である静電モータ２００と、電磁モータ駆動回路６０と、電磁モータ７０とを含む。
【００２３】
制御回路４０は、メモリ等を内蔵するマイクロコンピュータであって、メモリに記憶されるプログラムに従って、腕時計１に含まれる各種回路等の動作を制御する。静電モータ駆動回路５０は、制御回路４０により動作が制御され、静電モータ２００を駆動する。静電モータ２００は、輪列５を介して秒針２を運針させる。電磁モータ駆動回路６０は、制御回路４０により動作が制御され、電磁モータ７０を駆動する。電磁モータ７０は、輪列６を介して分針３と時針４を運針させる。
【００２４】
ここで、秒針２は、時刻を示す時刻針としてのみでなく、表示針として使用される場合がある。秒針２を表示針として使用する場合であっても、分針３と時針４は時刻針として機能する。そのため、秒針２は、分針３、時針４と互いに連動しないように、分針３、時針４と異なるモータや輪列を介して運針する構成とするのが好ましい。また、指針を連続的に流れるように運針させるモータとしては静電モータ２００が好ましく、指針をステップ運針させるモータとしては電磁モータ７０が好ましい。そのため、第１の実施形態においては、図２に示すように、秒針２を静電モータ２００により運針させ、分針３及び時針４を電磁モータ７０で運針させる構成を採用した。ただし、これに限られるものではなく、腕時計１は、いずれかの指針を運針させる静電誘導型変換器としての静電モータ２００を少なくとも含んでいるとよい。
【００２５】
電源２０は、発電装置１００において生じると共に整流回路６１、６２により整流された電気エネルギーにより駆動する。
【００２６】
また、発電装置１００は、エレクトレット基板１１０と、対向基板１２０、１３０とを含む。また、静電モータ２００は、エレクトレット基板１１０と、対向基板１２０、１３０とを含む。これら静電誘導型変換器としての発電装置１００及び静電モータ２００の詳細について後述する。
【００２７】
なお、腕時計１は、図２に示す各構成に加えて、電源２０からの出力電圧を一定にする定電圧源や、低電圧で静電モータ駆動回路５０を駆動させるための昇圧回路などを含んでいてもよい。
【００２８】
次に、図３〜図７を参照して、第１の実施形態の静電誘導型変換器について説明する。図３は、第１の実施形態の静電誘導型変換器を模式的に示す模式図である。図４は、第１の実施形態のエレクトレット基板を示す平面図である。図５は、第１の実施形態の対向基板を示す平面図である。図５においては、静電誘導型変換器を発電装置として用いた場合の対向基板を示している。なお、図３及び後述の図８においては、静電誘導型変換器の側面、及び後述の支持板８１、８２の断面を示している。また、図３及び後述の図８においては、後述のエレクトレット膜１１１、１１２と、対向電極１２１、１３１の図示を省略している。
【００２９】
ここで、静電誘導型変換器とは、静電誘導を用いて、運動エネルギーと電気エネルギーとを相互に変換する機器を意味しており、発電装置又は駆動装置を指している。その原理は後述するが、静電誘導型変換器に外力を作用させ、運動エネルギーを与えるとそのエネルギーを電気エネルギーに変換して取り出すことができ、これはすなわち発電装置である。また、静電誘導型変換器に電気エネルギーを与えると、そのエネルギーを運動エネルギーとして取り出すことができ、これはすなわち、駆動装置である。なお、第１の実施形態においては、発電装置１００が発電装置に相当し、静電モータ２００が駆動装置に相当するものである。
【００３０】
静電誘導型変換器は、機械的な回転運動を電気エネルギーに変え、又は電気エネルギーを機械的な回転運動として取り出す。以下、発電装置１００の基本的な構造について説明する。なお、静電モータ２００についても基本的な構造は同様であるため、説明を省略する。
【００３１】
発電装置１００は、エレクトレット基板１１０と、対向基板１２０と、対向基板１３０と、回転軸１５０とを有している。
【００３２】
エレクトレット基板１１０は、円板形状であって、一方の面にエレクトレット膜１１１が設けられており、他方の面にエレクトレット膜１１２が設けられている。以下、エレクトレット基板１１０のうちエレクトレット膜１１１、１１２が設けられる面を、エレクトレット面１１１ａ、１１２ａと呼ぶ。なお、ここで、円板形状とは、その部材が全体としておおむね平坦な円板形状をしていることを指しており、その面内に、適宜の貫通孔が設けられたり、外周部に切り欠きや凸部その他の加工が施されたりすることは差し支えない。
【００３３】
図４に示すように、エレクトレット膜１１１は、周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数設けられている。なお、図示は省略するが、エレクトレット膜１１２も同様に、周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数設けられている。
【００３４】
ここで、エレクトレット膜の材料には、帯電しやすい材料を用い、例えば負電荷に帯電する材料としては酸化珪素や、フッ素樹脂等がある。かかる材料の具体的な一例として、旭硝子株式会社製のフッ素樹脂であるＣＹＴＯＰ（登録商標）が挙げられる。さらに、その他にもエレクトレット膜の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルデンジフルオライド、ポリビニルフルオライド等の高分子材料や、前述の酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の無機材料も使用することができる。
【００３５】
また、回転軸１５０は、支持板８１の軸受け８１ａと、支持板８２の軸受け８２ａとによって、その両端が支持されている。図３においては、回転軸１５０の一端が軸受け８１ａに嵌って支持されており、回転軸１５０の他端が軸受け８２ａに嵌って支持された状態を示している。なお、支持板８１、８２は、例えば、腕時計１に内蔵される地板や適宜のハウジング等であるとよい。なお、図示の例は一例であって、回転軸１５０の両端は、対向基板１２０、１３０に形成される軸受けに支持される構成であってもよい。
【００３６】
エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とは互いに固定されている。回転軸１５０は、例えば、エレクトレット基板１１０の中心に形成される軸孔に圧入されることにより、エレクトレット基板１１０に対して固定されているとよい。発電装置１００においては、エレクトレット基板１１０は回転軸１５０の回転に伴い回転する。一方、後述のように、静電モータ２００においては、回転軸１５０はエレクトレット基板１１０の回転に伴い回転する。
【００３７】
対向基板１２０は、円板形状であって、エレクトレット基板１１０のエレクトレット面１１１ａに対向する面に対向電極１２１が設けられている。以下、対向基板１２０のうち対向電極１２１が設けられると共にエレクトレット面１１１ａに対向して配置される面を、電極面１２１ａと呼ぶ。図５に示すように、対向電極１２１は、周方向に互いに間隔を空けて並ぶように複数設けられている。また、対向基板１２０は、その中心に軸孔１２３を有する。軸孔１２３には、回転軸１５０が挿通される。回転軸１５０は、対向基板１２０に対して固定されておらず、対向基板１２０に対して空転する。
【００３８】
なお、図示は省略するが、対向基板１３０も対向基板１２０と同様の構成である。すなわち、対向基板１３０は、円板形状であって、エレクトレット基板１１０のエレクトレット面１１２ａに対向する面に対向電極１３１が設けられている。以下、対向基板１３０のうち対向電極１３１が設けられると共にエレクトレット面１１２ａに対向して配置される面を、電極面１３１ａと呼ぶ。また、対向基板１３０は、回転軸１５０が挿通される軸孔１３３（図３参照）を有している。回転軸１５０は、対向基板１３０に対しても固定されておらず、対向基板１３０に対して空転する。
【００３９】
なお、対向基板１２０は、例えば、対向電極１２１が一体的に形成された成形回路部品（ＭＩＤ：Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）であるとよい。ただし、これに限られるものではなく、対向基板１２０は、例えば、円板形状の基板上に、対向電極がパターニングされたフレキシブル回路基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）が貼り付けられてなるものであっても構わない。対向基板１３０についても同様である。
【００４０】
対向基板１２０と対向基板１３０とは、回転軸１５０が延伸する方向において、エレクトレット基板１１０に対して所定の間隔を空けて、エレクトレット基板１１０を挟むように配置されている。
【００４１】
なお、エレクトレット膜や対向電極の平面形状は、図４、図５に示したものに限られるものではない。また、例えば、エレクトレット基板１１０や対向基板１２０、１３０に周方向に所定の間隔を空けて並ぶ複数の貫通孔を形成し、それら貫通孔が形成されない領域に、エレクトレット膜や対向電極を配置する構成であってもよい。
【００４２】
図６は、静電誘導型変換器を発電装置として用いた際の作動原理の一例を説明する概略回路図である。図６に示すように、エレクトレット基板１１０に設けられるエレクトレット膜１１１と、対向基板１２０に設けられる対向電極１２１とは所定のわずかな間隔を空けて配置されている。同様に、エレクトレット基板１１０に設けられるエレクトレット膜１１２と、対向基板１３０に設けられる対向電極１３１とは所定のわずかな間隔を空けて配置されている。なお、図６においては、対向基板１２０、１３０の図示は省略している。
【００４３】
また、上述のように、対向基板１２０及び対向基板１３０は、電極が存在する領域と存在しない領域とが周方向に交互に配置される構成であり、エレクトレット基板１１０は、エレクトレット膜が設けられる領域と設けられない領域とが周方向に交互に配置される構成である。また、エレクトレット基板１１０は、回転軸１５０に対して固定されており、回転軸１５０の回転に伴い回転する。一方、対向基板１２０及び対向基板１３０は、回転軸１５０に対して固定されていない。そのため、エレクトレット基板１１０及び回転軸１５０は、対向基板１２０及び対向基板１３０に対して相対的に回転する。
【００４４】
回転軸１５０の回転に伴いエレクトレット基板１１０が回転し、エレクトレット膜１１１と対向電極１２１とが正対する状態とそうでない状態が入れ替わり、かつ、エレクトレット膜１１２と対向電極１３１とが正対する状態とそうでない状態が入れ替わる。なお、回転軸１５０は、例えば、不図示のカナを有しており、カナに噛み合う不図示の輪列を介して回転錘１５の回転が伝達されるとよい。そして、回転軸１５０は、回転錘１５の回転に伴い回転するとよい。回転錘１５は、例えば、腕時計１を腕に着用したユーザが歩行等する際のユーザの腕の動きに伴って回転するように設けられているとよい。
【００４５】
また、エレクトレット膜１１１、１１２は、所定の帯電状態となるように形成されている。第１の実施形態においては、エレクトレット膜１１１、１１２は、共に負電荷を持つように帯電している。
【００４６】
対向基板１２０の対向電極１２１がエレクトレット膜１１１に正対している状態では、エレクトレット膜１１１の表面電荷に誘導されて対向電極１２１に反対極性の電荷が蓄積される（第１の実施形態においては、正電荷が対向電極１２１に蓄積される）。その後、エレクトレット基板１１０が回転し、エレクトレット膜１１１が対向電極１２１に正対しない状態となると、対向電極１２１に誘導され蓄積された電荷が掃き出され、整流回路６１により整流されて電気エネルギーとして取り出される。
【００４７】
同様に、対向基板１３０の対向電極１３１がエレクトレット膜１１２に正対している状態では、エレクトレット膜１１２の表面電荷に誘導されて対向電極１３１に反対極性の電荷が蓄積される（第１の実施形態においては、正電荷が対向電極１３１に蓄積される）。その後、エレクトレット基板１１０が回転し、エレクトレット膜１１２が対向電極１３１に正対しない状態となると、対向電極１３１に誘導され蓄積された電荷が掃き出され、整流回路６２により整流されて電気エネルギーとして取り出される。
【００４８】
なお、図６においては、対向電極１２１と対向電極１３１とが周方向についての位相が異なるように、対向基板１２０及び対向基板１３０に配置されている例について示している。ただし、これに限られるものではなく、対向電極１２１と対向電極１３１は、周方向についての位相が同じになるように配置されていてもよい。
【００４９】
図７は、図３から図５に図示した静電誘導型変換器を静電モータ２００として用いた際の作動原理の一例を説明する概略回路図である。この場合においても、エレクトレット基板１１０と対向基板１２０、１３０とは、所定のわずかな間隔を空けて対向して配置されている。また、エレクトレット基板１１０が回転することにより、エレクトレット膜１１１と対向電極１２１とが正対する状態とそうでない状態が入れ替わり、かつ、エレクトレット膜１１２と対向電極１３１とが正対する状態とそうでない状態が入れ替わる。
【００５０】
エレクトレット膜１１１、１１２は、所定の帯電状態となるように形成されている。第１の実施形態においては、エレクトレット膜１１１、１１２は、共に負電荷を持つように帯電している。また、対向電極１２１と対向電極１３１は、周方向についての位相が異なるように対向基板１２０及び対向基板１３０に配置されている。制御回路４０は、エレクトレット膜１１１、１１２の帯電状態の逆電荷が所定のタイミングで印加されるように静電モータ駆動回路５０に含まれるスイッチ６３を制御する。
【００５１】
対向電極１２１と対向電極１３１のいずれか片方にエレクトレット膜１１１、１１２の帯電状態の逆電荷が印加されると、静電気力により、エレクトレット膜１１１又はエレクトレット膜１１２が、逆電荷が印加された対向電極に正対するようエレクトレット基板１１０が回転する。スイッチ６３を適宜切り替えて対向電極１２１と対向電極１３１の逆電荷の印加の有無を交互にタイミングよく切り替えると、エレクトレット基板１１０を連続的に回転運動させることができる。エレクトレット基板１１０の回転に伴い回転軸１５０が回転することとなる。これにより、静電モータ２００において回転運動を取り出すことができる。
【００５２】
以上説明した静電誘導型変換器を発電装置１００又は静電モータ２００として使用するための回路構成は一例であり、各種部材の配置を含め、他の構成を採用してもよい。
【００５３】
発電装置１００においては、発電量を増加させるために、エレクトレット基板１１０の径を大きくすることにより、エレクトレット膜１１１、１１２が設けられる面積を広くすることが好ましい。また、発電量を増加させるために、エレクトレット膜１１１、１１２と、対向電極１２１、１３１との間隔を狭くすることが好ましい。すなわち、エレクトレット基板１１０と、対向基板１２０、１３０との隙間Ｇ（図３参照）を狭くすることが好ましい。同様に、静電モータ２００においても、大きな動力を得るために、エレクトレット基板１１０の径を大きくし、隙間Ｇを狭くすることが好ましい。
【００５４】
ここで、軸受け８１ａ、８２ａの寸法・加工精度や、回転軸１５０の寸法・加工精度や、回転軸１５０の組み付けの精度によっては、回転軸１５０が、対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまう可能性がある。回転軸１５０が傾くと、回転軸１５０に対して固定されるエレクトレット基板１１０が、対向基板１２０、１３０に対して傾くこととなる。このように、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまうと、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａが、対向基板１２０、１３０に干渉してしまうおそれがある。
【００５５】
特に、エレクトレット基板１１０の径を大きくしたり、エレクトレット基板１１０と対向基板１２０、１３０との隙間Ｇを狭くしたりした場合において、エレクトレット基板１１０が、対向基板１２０、１３０に対して傾くと、対向基板１２０、１３０と機械的な干渉がしやすくなってしまう。エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０と干渉してしまうと、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０との間で摩擦が生じ、所望の発電量や、所望の動力を得られなくなってしまう可能性がある。また、エレクトレット基板１１０が、対向基板１２０、１３０に対して傾くことを想定してエレクトレット基板１１０と対向基板１２０、１３０との隙間Ｇを広げるとエレクトレット膜１１１、１１２と、対向電極１２１、対向電極１３１間で発生する静電気力の影響が小さくなり、所望の発電量や、所望の動力を得られなくなってしまう可能性がある。
【００５６】
そこで、第１の実施形態においては、図３に示すように、電極面１２１ａが、電極面１２１ａの周縁部１２０ａをその内側よりもエレクトレット面１１１ａから離間させる傾斜を含むこととした。すなわち、電極面１２１ａが傾斜面１２１ａ１を含むこととした。
【００５７】
また、第１の実施形態においては、対向基板１２０を、径方向において内側から外側に向かうに従い厚みが薄くなる構成とした。具体的には、傾斜面１２１ａ１の最も内側における対向基板１２０の厚みをｔ１、周縁部１２０ａにおける対向基板１２０の厚みをｔ２とし、ｔ１＞ｔ２とした。なお、傾斜面１２１ａ１は、周方向に沿うように形成されており、対向基板１２０の厚みは周方向において同じとなっている。このような構成のため、エレクトレット面１１１ａと、電極面１２１ａとの隙間Ｇの広さが周方向で同じである状態、すなわち図３に示すようにエレクトレット基板１１０が対向基板１２０に対して傾いていない状態において、エレクトレット面１１１ａと、電極面１２１ａとの隙間Ｇは、径方向において内側から外側に向かうに従い広くなっている。
【００５８】
同様に、電極面１３１ａが、電極面１３１ａの周縁部１３０ａをその内側よりもエレクトレット面１１２ａから離間させる傾斜を含むこととした。すなわち、電極面１３１ａが傾斜面１３１ａ１を含むこととした。第１の実施形態においては、対向基板１３０を、径方向において内側から外側に向かうに従い厚みが薄くなる構成とした。なお、対向基板１３０の厚みや径の大きさは、対向基板１２０と同様であるとよい。このような構成のため、エレクトレット面１１２ａと、電極面１３１ａとの隙間Ｇの広さが周方向で同じである状態、すなわち図３に示すようにエレクトレット基板１１０が対向基板１３０に対して傾いていない状態において、エレクトレット面１１２ａと、電極面１３１ａとの隙間Ｇは、径方向において内側から外側に向かうに従い広くなっている。
【００５９】
図８は、第１の実施形態の静電誘導型変換器において、エレクトレット基板１１０が、対向基板１２０、１３０に対して傾いた状態を示している。具体的には、回転軸１５０の組み付け精度等を原因として、回転軸１５０が所望の位置からずれることにより、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いた状態を示している。なお、図８中の破線は、対向基板１２０、１３０に対して傾いていない状態にあるエレクトレット基板１１０を示している。
【００６０】
第１の実施形態においては、図３に示すような構成を採用するため、図８に示すように、対向基板１２０、１３０に対するエレクトレット基板１１０の傾きの許容量が大きくなる。すなわち、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いた場合であっても、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａが、対向基板１２０、１３０に干渉しにくい。そのため、第１の実施形態においては、エレクトレット基板１１０の径を大きくすることや、対向基板１２０、１３０との隙間Ｇを狭くすることができる。その結果、発電装置１００においては、発電量を増加させることができる。また、静電モータ２００においては、回転トルクを向上し、大きな動力を得ることができる。このように、第１の実施形態においては、静電誘導型変換器において、発電性能や駆動性能を向上することができる。また、第１の実施形態の構成においては、回転軸１５０の組み付け精度等が十分でない場合であっても、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して干渉する等の不具合の発生を抑制することができるため、回転軸１５０、エレクトレット基板１１０、対向基板１２０、１３０等の組み付けに要するコストや時間を抑制することが可能となる。
【００６１】
なお、エレクトレット基板１１０が、対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまった場合、隙間Ｇは広くなる領域と狭くなる領域が生じることとなる。隙間Ｇが狭くなった領域においては電荷が誘起されやすくなり、隙間Ｇが広くなった領域においては電荷が誘起されにくくなり、全体としては理想的な状態と比較して、発電性能や駆動性能は若干低下する可能性がある。しかしながら、上述のように、第１の実施形態においては、エレクトレット基板１１０の径を大きくしたり隙間Ｇを狭くしたりすることができる分、発電性能や駆動性能を向上させることができるため、全体として発電性能や駆動性能の維持向上を図ることが可能となる。
【００６２】
なお、図３に示す例においては、対向基板１２０の電極面１２１ａの中心付近を平面とした。すなわち、電極面１２１ａの外周側のみに傾斜面１２１ａ１を形成した。このように電極面１２１ａの一部の領域を傾斜面１２１ａ１とすることにより、電極面１２１ａの全体を傾斜面とする場合と比較して、径方向の外側における隙間Ｇが必要以上に広くなってしまうことを抑制しつつ、対向基板１２０の中心付近におけるエレクトレット基板１１０との隙間Ｇを狭くすることができる。
【００６３】
次に、図９を参照して、第２の実施形態の静電誘導型変換器について説明する。図９は、第２の実施形態の静電誘導型変換器を模式的に示す模式図である。なお、図９においては、図３と同様に、静電誘導型変換器の側面、及び支持板８１、８２の断面を示している。また、図９においては、エレクトレット膜１１１、１１２と、対向電極１２１、１３１の図示は省略している。なお、図３等を参照して説明した第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００６４】
第１の実施形態においては、対向基板１２０、１３０に傾斜面を形成した例について示したが、第２の実施形態においては、エレクトレット基板１１０に傾斜面１１１ａ１、１１２ａ１を形成した例について説明する。
【００６５】
第２の実施形態においては、エレクトレット面１１１ａが、エレクトレット面１１１ａの周縁部１１０ａをその内側よりも電極面１２１ａから離間させる傾斜を含むこととした。同様に、エレクトレット面１１２ａが、エレクトレット面１１２ａの周縁部１１０ａをその内側よりも電極面１３１ａから離間させる傾斜を含むこととした。すなわち、エレクトレット面１１１ａが傾斜面１１１ａ１を含み、エレクトレット面１１２ａが傾斜面１１２ａ１を含むこととした。第２の実施形態においては、エレクトレット基板１１０を、径方向において内側から外側に向かうに従い厚みが薄くなる構成とした。第２の実施形態においては、径方向の最も内側のエレクトレット基板１１０の厚みをｔ３とし、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａにおける厚みをｔ４とし、ｔ３＞ｔ４とした。なお、傾斜面１１１ａ１、１１２ａは、周方向に沿うように形成されており、エレクトレット基板１１０の厚みは周方向において同じとなっている。
【００６６】
このような構成のため、エレクトレット面１１１ａと、電極面１２１ａとの隙間Ｇの広さが周方向で同じである状態、すなわち図９に示すようにエレクトレット基板１１０が対向基板１３０に対して傾いていない状態において、エレクトレット面１１１ａと、電極面１２１ａとの隙間Ｇは、径方向において内側から外側に向かうに従い広くなっている。同様に、エレクトレット面１１１ａと、電極面１３１ａとの隙間Ｇは、径方向において内側から外側に向かうに従い広くなっている。
【００６７】
第２の実施形態の構成においても、第１の実施形態と同様に、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまった場合であっても、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａが対向基板１２０、１３０に干渉しにくい。そのため、エレクトレット基板１１０の径を大きくしたり、隙間Ｇを狭くしたりすることができる。その結果、発電装置１００において発電量を増加させ、静電モータ２００において大きな動力を得ることが可能となる。
【００６８】
なお、図９においては、エレクトレット基板１１０のエレクトレット面１１１ａ、１１２ａの全ての領域が傾斜している例について示したが、これに限られるものではなく、傾斜面１１１ａ１、１１２ａ１を一部に含む構成であってもよい。
【００６９】
次に、図１０、図１１を参照して、第３の実施形態の静電誘導型変換器について説明する。図１０は、第３の実施形態の静電誘導型変換器を示す図である。図１１は、第３の実施形態の対向基板を示す平面図である。図１１においては、静電誘導型変換器を発電装置として用いた場合の対向基板を示している。なお、図３等を参照して説明した第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００７０】
第１の実施形態及び第２の実施形態においては、エレクトレット基板１１０又は対向基板１２０、１３０が傾斜を有する例について示したが、第３の実施形態においては、対向基板１２０、１３０が段差を有する例について説明する。
【００７１】
具体的には、図１０に示すように、対向基板１２０において、電極面１２１ａは、電極面１２１ａの周縁部１２０ａをその内側よりもエレクトレット面１１１ａから離間させる段差を含むこととした。すなわち、電極面１２１ａは、周縁部１２０ａと同一の平面から起立した起立面１２１ａ２を有する。起立面１２１ａ２は、図１１に示すように、周方向に連続的に形成されているとよい。このように起立面１２１ａ２を有するため、対向基板１２０は、径方向において起立面１２１ａ２を介して厚みが異なっている。具体的には、径方向において起立面１２１ａ２よりも内側の対向基板１２０の厚みをｔ５とし、起立面１２１ａ２よりも外側の対向基板１２０の厚みをｔ６とし、ｔ５＞ｔ６とした。また、対向基板１３０についても同様に、起立面１３１ａ２を形成した。
【００７２】
第３の実施形態の構成においては、起立面１２１ａ２、１３１ａ２よりも径方向の内側における隙間Ｇよりも、起立面１２１ａ２、１３１ａ２よりも径方向の外側における隙間Ｇの方が広くなっている。そのため、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまった場合であっても、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａが対向基板１２０、１３０に干渉しにくい。そのため、エレクトレット基板１１０の径を大きくしたり、隙間Ｇを狭くしたりすることができる。その結果、発電装置１００において発電量を増加させ、静電モータ２００において大きな動力を得ることが可能となる。
【００７３】
次に、図１２を参照して、第４の実施形態の静電誘導型変換器について説明する。図１２は、第４の実施形態の静電誘導型変換器を示す図である。なお、図３等を参照して説明した第１の実施形態と同様の構成については同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００７４】
第３の実施形態においては、対向基板１２０、１３０が段差を有する例について示したが、第４の実施形態においては、エレクトレット基板１１０が段差を有する例について説明する。
【００７５】
具体的には、図１２に示すように、エレクトレット基板１１０において、エレクトレット面１１１ａは、エレクトレット面１１１ａの周縁部１１０ａをその内側よりも電極面１２１ａから離間させる段差を含むこととした。同様に、エレクトレット面１１２ａは、エレクトレット面１１２ａの周縁部１１０ａをその内側よりも電極面１３１ａから離間させる段差を含むこととした。すなわち、エレクトレット面１１１ａは、周縁部１１０ａと同一の平面から起立した起立面１１１ａ２を有し、エレクトレット面１１２ａは、周縁部１１０ａと同一の平面から起立した起立面１１２ａ２を有する。起立面１１１ａ２、１１２ａ２は、周方向に連続的に形成されているとよい。このように起立面１１１ａ２、１１２ａ２を有するため、エレクトレット基板１１０は、径方向において、起立面１１１ａ２、１１２ａ２を介して厚みが異なっている。具体的には、径方向において起立面１１１ａ２、１１２ａ２よりも内側のエレクトレット基板１１０の厚みをｔ７とし、起立面１１１ａ２、１１２ａ２よりも内側のエレクトレット基板１１０の厚みをｔ８とし、ｔ７＞ｔ８とした。
【００７６】
第４の実施形態の構成においては、起立面１１１ａ２、１１２ａ２よりも径方向の内側における隙間Ｇよりも、起立面１１１ａ２、１１２ａ２よりも径方向の外側における隙間Ｇの方が広くなっている。そのため、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０、１３０に対して傾いてしまった場合であっても、エレクトレット基板１１０の周縁部１１０ａが対向基板１２０、１３０に干渉しにくい。そのため、エレクトレット基板１１０の径を大きくしたり、隙間Ｇを狭くしたりすることができる。その結果、発電装置１００において発電量を増加させ、静電モータ２００において大きな動力を得ることが可能となる。
【００７７】
なお、上記各実施形態においては、静電誘導型変換器である発電装置１００と静電モータ２００の双方を含む腕時計１について示したが、いずれか一方のみを含むものであっても構わない。
【００７８】
また、上記各実施形態においては、エレクトレット基板１１０が回転駆動する構成について示したが、これに限られるものではなく、互いに対向して配置されるエレクトレット膜と対向電極とが、正対する状態と正対しない状態とが入れ替わる構成であるとよい。すなわち、エレクトレット基板１１０と対向基板１２０、１３０とが相対的に移動する構成であればよく、例えば、エレクトレット基板１１０が固定基板であり、対向基板１２０、１３０が回転運動する回転基板であってもよい。
【００７９】
また、上記各実施形態においては、エレクトレット基板１１０の両面側に対向基板がそれぞれ配置される構成について示したが、片面側のみに対向基板が配置される構成であってもよい。すなわち、例えば、第１の実施形態において、図３に示す対向基板１３０が設けられておらず、対向基板１２０のみが設けられる構成であってもよい。この場合、エレクトレット基板１１０の面のうち対向基板１２０と対向する側の面にのみエレクトレット膜１１１を設けるとよい。
【００８０】
また、上記各実施形態の構成を適宜組み合わせてもよい。すなわち、例えば、第１の実施形態で示した傾斜が形成される電極面を有する対向基板と、第２の実施形態で示した傾斜が形成されるエレクトレット面を有するエレクトレット基板とを含む構成としてもよい。また、例えば、第１の実施形態で示した傾斜が形成される電極面を有する対向基板と、第４の実施形態で示した段差が形成されるエレクトレット面を有するエレクトレット基板とを含む構成としてもよい。
【００８１】
また、第３の実施形態及び第４の実施形態においては、周方向に沿って形成される１つの起立面が形成される例について示したが、起立面は複数形成されていてもよい。すなわち、エレクトレット面又は電極面の一方は、径方向の外側に向かうに従い断続的に、他方の面から離間する構成としてもよい。また、エレクトレット面及び電極面は、傾斜又は段差のいずれか一方を含むものに限られるものではなく、傾斜と段差の双方を含むものであってもよい。
【００８２】
さらに、発電装置１００は、腕時計１内に組み込まれる小型軽量の発電機として使用されるものに限らず、例えば、外部の運動により発電し、電力を供給する屋外センサーや小型照明用の発電機として使用してもよく、その他の用途に用いてもよい。また、静電モータ２００は、秒針２を運針させるものに限られるものではなく、その他の表示針を運針させるものであってもよい。
【００８３】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、この実施形態に示した具体的な構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。
【符号の説明】
【００８４】
１  腕時計、２  秒針、３  分針、４  時針、５，６  輪列、１５  回転錘、１８  竜頭、２０  電源、３１  外装ケース、３２  文字板、３３  略字、３４  時字、４０  制御回路、５０  静電モータ駆動回路、６０  電磁モータ駆動回路、６１，６２  整流回路、６３  スイッチ、７０  電磁モータ、８１，８２  支持板、８１ａ，８２ａ  軸受け、１００  発電装置、１１０  エレクトレット基板、１１０ａ  周縁部、１１１，１１２  エレクトレット膜、１１１ａ，  １１２ａ  エレクトレット面、１１１ａ１，１１２ａ１  傾斜面、１１１ａ２，１１２ａ２  起立面、１２０，１３０  対向基板、１２０ａ，１３０ａ  周縁部、１２１，１３１  対向電極、１２１ａ１，１３１ａ１  電極面、１２１ａ１，１３１ａ１  傾斜面、１２１ａ２，１３１ａ２  起立面、１２３，１３３  軸孔、２００  静電モータ。
【図１】
2020129883.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020129883.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2020129883.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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