(57)【要約】【課題】静電誘導型発電機においてエレクトレット基板１１０にかかる負荷を抑制する。【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基板１１０と、エレクトレット膜１１１に対向して配置される対向電極１２１が設けられる対向基板１２０と、エレクトレット基板１１０と共に回転する、導電性を有する回転軸１５０と、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０を導通させる板バネ部材８０と、を有し、エレクトレット基板１１０は、回転軸１５０の周面よりも径方向の外側で端面を形成する溝１１０２を有しており、板バネ部材８０は、溝１１０２により形成される端面と回転軸１５０に接触することで、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とを導通させる。【選択図】図９
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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導電基板と、
前記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、
前記導電基板と共に回転する、導電性を有する回転軸と、
前記導電基板と前記回転軸を導通させる導通部材と、
を有し、
前記導電基板は、前記回転軸の周面よりも径方向の外側で端面を形成する溝又は切り欠きを有しており、
前記導通部材は、前記端面と前記回転軸に接触することで、前記導電基板と前記回転軸とを導通させる、
静電誘導型変換器。
【請求項２】
前記導通部材は、前記端面に圧接される弾性部材である、
請求項１に記載の静電誘導型変換器。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記回転軸が挿通される挿通孔を有する円板部と、前記円板部から径方向の外側に延伸する板バネとを有しており、該板バネの先端が前記端面に圧接されるように配置されている、
請求項２に記載の静電誘導型変換器。
【請求項４】
前記導通部材は、導電性を有する接着剤である、
請求項１に記載の静電誘導型変換器。
【請求項５】
前記溝又は切り欠きに嵌ると共に、前記導電基板の回転力を前記回転軸に伝達する、又は前記回転軸の回転力を前記導電基板に伝達する伝達部材を有する、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項６】
前記導電基板は、第１の溝又は切り欠きと、第２の溝又は切り欠きを含む複数の前記溝又は切り欠きを有している、
請求項５に記載の静電誘導型変換器。
【請求項７】
前記伝達部材は、前記第１の溝又は切り欠きに嵌っており、
前記導通部材は、前記第２の溝又は切り欠きにより形成される前記端面に接触している、
請求項６に記載の静電誘導型変換器。
【請求項８】
前記伝達部材は、前記第１の溝又は切り欠きに嵌っており、
前記導通部材は、前記第１の溝又は切り欠きにより形成される前記端面に接触している、
請求項６に記載の静電誘導型変換器。
【請求項９】
前記回転軸の延伸する方向において、前記伝達部材と共に前記導通部材を挟むように配置される押さえ部材を有する、
請求項５〜８のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項１０】
前記回転軸は、径方向において前記端面よりも外側に延伸する拡径部を有し、
前記回転軸が延伸する方向において、前記拡径部と共に前記導電基板を挟むように配置される押さえ部材を有する、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項１１】
前記押さえ部材は、前記導通部材を外部から視認可能にする孔を有している、
請求項９又は１０に記載の静電誘導型変換器。
【請求項１２】
前記導電基板は、両面に前記エレクトレット膜が設けられており、
前記対向基板は、前記導電基板の面のうち前記エレクトレット膜が設けられる一方の面に対向して配置される前記対向電極が設けられる第１の対向基板と、他方の面に対向して配置される前記対向電極が設けられる第２の対向基板とを有する、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項１３】
電荷を帯びたエレクトレット膜が設けられる導電基板と、
前記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、
前記導電基板と共に回転する、導電性を有する回転軸と、
前記導電基板と前記回転軸を導通させる導通部材と、
を有する静電誘導型変換器。
【請求項１４】
前記導通部材は、導電性を有する接着剤である、
請求項１３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の図８には、エレクトレット膜が設けられる回動板（以下、エレクトレット基板という）と、エレクトレット膜に対向して配置される電極が設けられる基板とを有する、静電誘導型の発電装置が開示されている。静電誘導型の発電装置においては、エレクトレット基板をグラウンド電位とし、エレクトレット基板と回転軸を導通させて、コロナ放電を用いてエレクトレット膜を所望の帯電状態にすることが知られている。このような構成においては、エレクトレット基板の軸孔に回転軸を圧入することにより、エレクトレット基板と回転軸の導通をとることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−５９１４９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、回転軸がエレクトレット基板の軸孔に圧入される構成においては、エレクトレット基板が圧入による負荷（応力）を受けて、エレクトレット基板の形状が変形したり、エレクトレット板に傾きが生じたりする可能性がある。エレクトレット基板の形状が変形等した場合、エレクトレット膜と電極との隙間にばらつきが生じ、所望の発電量を得ることができない可能性がある。特に、エレクトレット膜を用いた静電誘導型変換器においては、エレクトレット膜と電極との隙間には高い精度が求められ、エレクトレット基板が僅かにでも歪んでしまうと所望の発電量を得られなくなってしまう。なお、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、静電誘導型発電機においてエレクトレット基板にかかる負荷を抑制することにある。
【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導電基板と、前記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、前記導電基板と共に回転する、導電性を有する回転軸と、前記導電基板と前記回転軸を導通させる導通部材と、を有し、前記導電基板は、前記回転軸の周面よりも径方向の外側で端面を形成する溝又は切り欠きを有しており、前記導通部材は、前記端面と前記回転軸に接触することで、前記導電基板と前記回転軸とを導通させる、静電誘導型変換器。
【０００８】
（２）（１）において、前記導通部材は、前記端面に圧接される弾性部材である、静電誘導型変換器。
【０００９】
（３）（２）において、前記弾性部材は、前記回転軸が挿通される挿通孔を有する円板部と、前記円板部から径方向の外側に延伸する板バネとを有しており、該板バネの先端が前記端面に圧接されるように配置されている、静電誘導型変換器。
【００１０】
（４）（１）において、前記導通部材は、導電性を有する接着剤である、静電誘導型変換器。
【００１１】
（５）（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記溝又は切り欠きに嵌ると共に、前記導電基板の回転力を前記回転軸に伝達する、又は前記回転軸の回転力を前記導電基板に伝達する伝達部材を有する、静電誘導型変換器。
【００１２】
（６）（５）において、前記導電基板は、第１の溝又は切り欠きと、第２の溝又は切り欠きを含む複数の前記溝又は切り欠きを有している、静電誘導型変換器。
【００１３】
（７）（６）において、前記伝達部材は、前記第１の溝又は切り欠きに嵌っており、前記導通部材は、前記第２の溝又は切り欠きにより形成される前記端面に接触している、静電誘導型変換器。
【００１４】
（８）（６）において、前記伝達部材は、前記第１の溝又は切り欠きに嵌っており、前記導通部材は、前記第１の溝又は切り欠きにより形成される前記端面に接触している、静電誘導型変換器。
【００１５】
（９）（５）〜（８）のいずれかにおいて、前記回転軸の延伸する方向において、前記伝達部材と共に前記導通部材を挟むように配置される押さえ部材を有する、静電誘導型変換器。
【００１６】
（１０）（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記回転軸は、径方向において前記端面よりも外側に延伸する拡径部を有し、前記回転軸が延伸する方向において、前記拡径部と共に前記導電基板を挟むように配置される押さえ部材を有する、静電誘導型変換器。
【００１７】
（１１）（９）又は（１０）において、前記押さえ部材は、前記導通部材を外部から視認可能にする孔を有している、静電誘導型変換器。
【００１８】
（１２）（１）〜（１１）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膜が設けられており、前記対向基板は、前記エレクトレット基板の面のうち前記エレクトレット膜が設けられる一方の面に対向して配置される前記対向電極が設けられる第１の対向基板と、他方の面に対向して配置される前記対向電極が設けられる第２の対向基板とを有する、静電誘導型変換器。
【００１９】
（１３）電荷を帯びたエレクトレット膜が設けられる導電基板と、前記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、前記導電基板と共に回転する、導電性を有する回転軸と、前記導電基板と前記回転軸を導通させる導通部材と、を有する静電誘導型変換器。
【００２０】
（１４）（１３）において、前記導通部材は、導電性を有する接着剤である、静電誘導型変換器。
【発明の効果】
【００２１】
上記本発明の（１）〜（１４）の側面によれば、静電誘導型発電機においてエレクトレット基板にかかる負荷を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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】第１の実施形態における板バネ部材が組み付けられた状態のエレクトレット基板の中心付近を示す拡大平面図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】第１の実施形態のエレクトレット基板の中心付近の拡大平面図である。
【図１２】第１の実施形態の伝達部材を示す斜視図である。
【図１３】第１の実施形態の板バネ部材を示す平面図である。
【図１４】第２の実施形態におけるエレクトレット基板と回転軸との組み付け構造を説明するための断面図である。
【図１５】第３の実施形態におけるエレクトレット基板と回転軸との組み付け構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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においては、静電誘導型変換器の側面、及び後述の支持板３１０、３２０の断面を示している。また、図３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。また、図３において、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０との組み付け構造については簡略化して図示している。エレクトレット基板１１０と回転軸１５０との組み付け構造の詳細については後述することとする。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
発電装置１００は、導電基板であるエレクトレット基板１１０と、対向基板１２０と、対向基板１３０と、導電性を有する回転軸１５０とを有している。エレクトレット基板１１０及び回転軸１５０は金属からなるとよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、回転軸１５０は、支持板３１０の軸受け３１０ａと、支持板３２０の軸受け３２０ａ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３１０ａに嵌って支持されており、回転軸１５０の他端が軸受け３２０ａに嵌って支持された状態を示している。なお、支持板３１０、３２０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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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Ｇ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
ここで、上述のように、エレクトレット膜１１１、１１２は、所定の帯電状態となるようにエレクトレット基板１１０上に形成されている。エレクトレット膜１１１、１１２の帯電処理は、所望の帯電量を得られるようにエレクトレット基板１１０を回転軸１５０と導通した状態で行うことが好ましい。帯電処理としては、例えば、コロナ放電処理を採用するとよい。すなわち、回転軸１５０と導通をとることにより、エレクトレット基板１１０のエレクトレット面１１１ａ、１１２ａをグラウンド電位にした状態で、コロナ放電により電子をエレクトレット膜１１１、１１２に対して打ち込み、帯電させることによってより高い帯電圧を得ることができる。
【００５９】
回転軸１５０とエレクトレット基板１１０とを導通させるために、回転軸１５０をエレクトレット基板１１０に形成される軸孔に圧入することが考えられる。しかしながら、圧入により導通をとる構造においては、エレクトレット基板１１０に負荷（応力）がかかり、エレクトレット基板１１０の形状が変形したり、回転軸１５０に対して傾きが生じたりする可能性がある。エレクトレット基板１１０の形状が変形等した場合、エレクトレット膜１１１、１１２と電極１２１、１３１との隙間にばらつきが生じ、所望の発電量又は駆動量を得ることができない可能性がある。
【００６０】
そこで、第１の実施形態においては、回転軸１５０をエレクトレット基板１１０の軸孔に圧入することにより導通をとるのではなく、回転軸１５０及びエレクトレット基板１１０とは別部材である導通部材として弾性部材である板バネ部材８０を用いて、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０との導通をとる構成とした。また、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０を共に回転させるために、回転力を伝達する伝達部材９０を用いる構成とした。以下、図８〜図１３を参照して、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０との組み付け構造の詳細について説明する。
【００６１】
図８は、第１の実施形態における板バネ部材が組み付けられた状態のエレクトレット基板の中心付近を示す拡大平面図である。なお、図８においては、後述の押さえ部材９５が紙面手前にあり、押さえ部材９５よりも紙面奥にある伝達部材９０及び板バネ部材８０を二点鎖線で示している。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。図１０は、図８のＸ−Ｘ断面図である。図１１は、第１の実施形態のエレクトレット基板の中心付近の拡大平面図である。図１２は、第１の実施形態の伝達部材９０を示す斜視図である。図１３は、第１の実施形態の板バネ部材８０を示す平面図である。
【００６２】
エレクトレット基板１１０は、その中心に貫通孔１１００を有する。貫通孔１１００は、図１１に示すように、半径ｒの周面を有する筒状孔１１０１と、貫通孔１１００の中心Ｏから端面までの長さが長さＲ（＞ｒ）の溝１１０２とを含む形状である。溝１１０２は、平面視において、第１の方向（図中のＸ方向）に延伸する第１の溝１１０２ａ及び第２の溝１１０２ｂと、第１の方向に直交する方向（図中のＹ方向）に延伸する第３の溝１１０２ｃ及び第４の溝１１０２ｄとを含む。
【００６３】
伝達部材９０は、図１２に示すように、筒部９１と、筒部９１から突出する伝達部９２とを有する。伝達部９２は、筒部９１からＸ方向に突出する第１の伝達部９２ａと、第１の伝達部９２ａと反対方向に突出する第２の伝達部９２ｂとを含む。筒部９１は、その中心に貫通孔９１ａを有する。
【００６４】
伝達部材９０の筒部９１は、エレクトレット基板１１０の筒状孔１１０１に嵌め込まれる。筒部９１の外形の寸法は、筒状孔１１０１の寸法と略同じであるとよい。また、伝達部材９０の伝達部９２は、エレクトレット基板１１０の溝１１０２に嵌め込まれる。図８においては、第１の伝達部９２ａが第１の溝１１０２ａに嵌め込まれ、第２の伝達部９２ｂが第２の溝１１０２ｂに嵌め込まれた状態を示している。
【００６５】
また、伝達部材９０の貫通孔９１ａには、回転軸１５０が挿通される。貫通孔９１ａの径と、回転軸１５０の一部の径は略同じであるとよい。回転軸１５０は、貫通孔９１ａに圧入等されることにより、伝達部材９０に対して固定されている。そのため、回転軸１５０の回転に伴い伝達部材９０も回転する。なお、第１の実施形態においては、回転軸１５０と伝達部材９０とを別部材としたが、これらは一体に形成されるものであっても構わない。
【００６６】
エレクトレット基板１１０の回転は、伝達部材９０を介して回転軸１５０に伝達される。または、回転軸１５０の回転は、伝達部材９０を介してエレクトレット基板１１０に伝達される。ここで、発電装置１００において、回転錘１５の回転に伴い回転軸１５０が回転し、回転軸１５０の回転がエレクトレット基板１１０に伝達される場合の動作について説明する。
【００６７】
まず、回転錘１５の回転が不図示の輪列を介して回転軸１５０に伝達され、回転軸１５０が回転する。回転軸１５０の回転に伴い、回転軸１５０に対して固定される伝達部材９０が回転する。この際、伝達部材９０の第１の伝達部９２ａの側面が、エレクトレット基板１１０の第１の溝１１０２ａにより形成される面に接触し、第１の伝達部９２ａがエレクトレット基板１１０に対して、回転軸１５０の回転方向に力を加えることとなる。同様に、伝達部材９０の第２の伝達部９２ｂの側面が、エレクトレット基板１１０の第２の溝１１０２ｂにより形成される面に接触し、第２の伝達部９２ｂがエレクトレット基板１１０に対して、回転軸１５０の回転方向の力を加えることとなる。これにより、エレクトレット基板１１０は、回転軸１５０の回転方向に回転することとなる。すなわち、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こととなる。
【００６８】
さらに、発電装置１００は、中心に軸孔が形成される円板形状の押さえ部材９５を有している。押さえ部材９５の軸孔には、回転軸１５０が挿通される。押さえ部材９５の半径Ｒ１は、貫通孔１１００における長さＲよりも長いとよい。また、回転軸１５０は、拡径部１５１を有する。なお、拡径部１５１は、回転錘１５からの回転運動を伝達する不図示の輪列と噛み合う歯車（カナ）であるとよい。拡径部１５１の半径Ｒ２は、貫通孔１１００における長さＲより長いとよい。図９等に示すように、エレクトレット基板１１０は、回転軸１５０の延伸する方向において、押さえ部材９５と、回転軸１５０の拡径部１５１とによって挟まれている。このような構成により、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０は、回転軸１５０の延伸する方向における位置決めがなされている。
【００６９】
さらに、発電装置１００は、導電性を有する導通部材としての板バネ部材８０を有する。板バネ部材８０は、図１３に示すように、円板形状の円板部８１と、円板部８１から突出する板バネ８２とを有する。板バネ８２は、円板部８１からＹ方向に突出する第１の板バネ８２ａと、第１の板バネ８２ａと反対方向に突出する第２の板バネ８２ｂとを含む。円板部８１は、その中心に挿通孔８１ａを有する。
【００７０】
円板部８１の挿通孔８１ａには、回転軸１５０が挿通される。挿通孔８１ａの径は、その内周面が回転軸１５０の外周面に接触する大きさである。また、図９、図１０に示すように、板バネ部材８０は、回転軸１５０の延伸する方向において、伝達部材９０と押さえ部材９５とによって挟まれるように配置される。
【００７１】
また、板バネ部材８０の板バネ８２は、エレクトレット基板１１０の溝１１０２内に配置されており、その先端が溝１１０２により形成される端面に圧接している。すなわち、板バネ８２は、溝１１０２により形成される端面に弾性的に接触している。図８及び図９においては、第１の板バネ８２ａが、エレクトレット基板１１０の第３の溝１１０２ｃ内に配置されており、その先端が第３の溝１１０２ｃにより形成される端面に圧接している。また、第２の板バネ８２ｂが、エレクトレット基板１１０の第４の溝１１０２ｄ内に配置されており、その先端が第４の溝１１０２ｄにより形成される端面に圧接している。
【００７２】
以上のような構成により、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とは、板バネ部材８０を介して導通可能となっている。具体的には、エレクトレット基板１１０の溝１１０２により形成される端面に、板バネ部材８０の板バネ８２の先端が接触すると共に、回転軸１５０の外周面に、板バネ部材８０の円板部８１の内周面が接触することで、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とが板バネ部材８０を介して導通可能となっている。
【００７３】
第１の実施形態においては、エレクトレット基板１１０は、圧入による負荷（応力）を受けることなく、回転軸１５０と導通可能である。したがって、エレクトレット基板１１０と対向基板１２０、１３０との間隔Ｇの精度を維持することができる。その結果、発電装置１００においては、所望の発電量を得ることができ、静電モータ２００においては、所望の駆動量を得ることができる。
【００７４】
また、エレクトレット基板１１０の両面にエレクトレット膜を設ける構成においては、エレクトレット基板１１０の表面から導通をとり、グラウンド電位とすることは困難であるところ、第１の実施形態で示した構成を採用することにより、簡易な構成で、エレクトレット基板１１０の表面をグラウンド電位とすることが可能である。
【００７５】
なお、図９においては、板バネ部材８０の板バネ８２が、回転軸１５０の延伸する方向において、押さえ部材９５側から回転軸１５０の拡径部１５１側へ屈曲して配置される例について示すが、これに限られるものではない。すなわち、板バネ部材８０の板バネ８２は、回転軸１５０の延伸する方向において、図９に示す向きとは反対側に屈曲して配置されていてもよい。その場合、板バネ部材８０は、伝達部材９０と、回転軸１５０の拡径部１５１との間に挟まれる位置に配置されていてもよい。
【００７６】
また、図１３においては、板バネ部材８０として、板バネ８２を２つ有する例について示したが、これに限られるものではない。板バネ部材８０は、少なくとも１つ以上の板バネ８２を有するものであればよい。なお、板バネ８２を複数有することにより、より確実に、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０とを導通させることが可能となる。
【００７７】
また、第１の実施形態においては、押さえ部材９５は、回転軸１５０の延伸する方向に貫通する孔９５ａを有しているとよい。図８においては、押さえ部材９５が、６つの孔９５ａを有する例について示している。孔９５ａが形成されていることにより、板バネ部材８０の板バネ８２が外部から視認可能となっている。これにより、板バネ部材８０が、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とを導通できるように配置されていることを確認することが可能となる。
【００７８】
次に、図１４を参照して、第２の実施形態について説明する。図１４は、第２の実施形態におけるエレクトレット基板と回転軸との組み付け構造を説明するための断面図である。なお、第１の実施形態で説明した構成と同様の構成について同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００７９】
第１の実施形態においては、エレクトレット基板１１０に４つの溝１１０２ａ、１１０２ｂ、１１０２ｃ、１１０２ｄを形成し、そのうちの２つの溝１１０２ａ、１１０２ｂ内に伝達部材９０の伝達部９２ａ、９２ｂをそれぞれ配置し、他の２つの溝１１０２ｃ、１１０２ｄ内に板バネ部材８０の板バネ８２ａ、８２ｂをそれぞれ配置する例について説明した。第２の実施形態においては、伝達部材９０の伝達部９２と、板バネ部材８０の板バネ８２を、同じ溝に配置することとした。
【００８０】
すなわち、図１４に示すように、第１の溝１１０２ａ内に、伝達部材９０の第１の伝達部９２ａと板バネ部材８０の第１の板バネ８２ａの双方を配置した。また、第２の溝１１０２ａ内に、伝達部材９０の第２の伝達部９２ｂと板バネ部材８０の第２の板バネ８２ｂの双方を配置した。
【００８１】
第２の実施形態においては、伝達部材９０において、筒部９１の厚みよりも伝達部９２の厚みを薄くした。このような構成のため、伝達部材９０をエレクトレット基板１１０の貫通孔１１００に嵌め込んだ際に、回転軸１５０の延伸する方向において、空間Ｅが形成される。第２の実施形態においては、図１４に示すように、溝１１０２のうち、空間Ｅ内に、板バネ部材８０の板バネ８２を配置した。
【００８２】
第２の実施形態においては、エレクトレット基板１１０において、第１の実施形態と比較して溝１１０２の数を少なくすることができる。そのため、エレクトレット基板１１０の貫通孔１１００の形成が容易となる。
【００８３】
なお、第１の実施形態においては溝１１０２が４つ形成される例について示し、第２の実施形態においては溝１１０２が少なくとも２つ形成される例について示したが、溝１１０２は１つだけ形成されるものであっても構わない。
【００８４】
次に、図１５を参照して、第３の実施形態について説明する。図１５は、第３の実施形態におけるエレクトレット基板と回転軸との組み付け構造を説明するための断面図である。なお、第１の実施形態で説明した構成と同様の構成について同じ符号を用いてその説明は省略する。
【００８５】
第１の実施形態及び第２の実施形態においては、導通部材として板バネ部材８０を用いた例について説明したが、導通部材は板バネ部材８０に限られるものではない。第３の実施形態においては、導通部材として導電性を有する接着剤１８０を用いることとした。
【００８６】
図１５に示すように、接着剤１８０は、回転軸１５０の延伸する方向において、伝達部材９０と押さえ部材９５との間に設けられており、少なくとも、回転軸１５０の周面と、エレクトレット基板１１０の溝１１０２ａ、１１０２ｂにより形成される端面に対して接触するように設けられている。これにより、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０は、接着剤１８０を介して導通されている。
【００８７】
なお、接着剤１８０を用いる場合、接着剤１８０は、回転軸１５０の周面と、エレクトレット基板１１０とを接触させることで、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０を導通してもよく、エレクトレット基板１１０は必ずしも溝１１０２ａ、１１０２ｂを有している必要はない。例えば、接着剤１８０は、回転軸１５０の周面と、エレクトレット基板１１０の軸孔の内周面とに接触することで、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０を導通してもよい。また、例えば、接着剤１８０は、回転軸１５０の周面と、エレクトレット基板１１０の表面のうちエレクトレット膜が設けられていない領域とに接触することで、回転軸１５０とエレクトレット基板１１０を導通してもよい。
【００８８】
なお、上記各実施形態においては、導通部材として金属性の板バネ部材８０又は導電性を有する接着剤１８０を示したが、これらに限られるものではなく、導通可能な部材であれば他の部材を用いても構わない。すなわち、金属片や半田などを用いても構わない。また、伝達部材９０を導電材料で形成すれば、板バネ部材８０や接着剤１８０と同様な機能を示すため、板バネ部材や接着剤１８０に替えて伝達部材９０を導通部材としても構わない。なお、板バネ部材８０のような弾性部材の導通部材を用いることで、エレクトレット基板１１０に形成される端面に導通部材が圧接されることになり、導通状態をより安定させることができる。
【００８９】
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、筒状孔１１０１と、筒状孔１１０１と繋がって形成される溝１１０２とを含む貫通孔１１００を有する例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、貫通孔１１００が溝１１０２を含まず、筒状孔１１０１から離間して、筒状孔１１０１よりも径方向の外側に切り欠き等が別途形成される構成であってもよい。その場合においても、導通部材としての板バネ部材８０の板バネ８２等が、切り欠きにより形成される端面に対して圧接するように配置されているとよい。
【００９０】
また、従来、エレクトレット基板をグラウンド電位にした状態で、帯電したエレクトレット膜とエレクトレット基板との電位差に基づいて電流を取り出し、発電動作を行う静電誘導型の発電装置が知られている。上記各実施形態においては、帯電処理を行う際に、エレクトレット基板１１０のエレクトレット面１１１ａ、１１２ａをグラウンド電位にするために、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とを導通する例について説明した。しかしながら、帯電処理を行う際に限らず、上記各実施形態の構成においては、発電装置１００の発電動作時に、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０とを導通し、エレクトレット基板１１０をグラウンド電位にできるという利点もある。
【００９１】
また、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。
【００９２】
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。
【００９３】
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、振動その他の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。
【００９４】
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】
【００９５】
１  腕時計、２  秒針、３  分針、４  時針、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、７０  電磁モータ、８０  板バネ部材、８１  円板部、８２，８２ａ，８２ｂ  板バネ、９０  伝達部材、９１  円板部、９２，９２ａ，９２ｂ  伝達部、９５  押さえ部材、１００  発電装置、１１０  エレクトレット基板、１１１，１１２  エレクトレット膜、１１００  貫通孔、１１０１  筒状孔、１１０２，１１０２ａ，１１０２ｂ，１１０２ｃ，１１０２ｄ  溝、１２０，１３０  対向基板、１２１，１３１  対向電極、２００  静電モータ、３１０，３２０  支持板、３１０ａ，３２０ａ  軸受け。
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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