(57)【要約】【課題】従来技術に比して、帯電量の多いエレクトレット素子を得ること、また、かかる素子を用いて、小型且つ高出力・高効率の静電湯堂型変換器を得ること。【解決手段】少なくとも１の帯電済みエレクトレット材料基板２を含む、複数のエレクトレット材料基板２と、前記複数のエレクトレット材料基板２を積層した状態で保持する保持機構と、を有するエレクトレット素子１００。【選択図】図１
2020161593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの帯電済みエレクトレット材料基板を含む、複数のエレクトレット材料基板と、
前記複数のエレクトレット材料基板を積層した状態で保持する保持機構と、
を有するエレクトレット素子。
【請求項２】
前記複数のエレクトレット材料基板の下側に配置され、前記複数のエレクトレット材料基板とともに積層された状態で保持される基板を有する、
請求項１に記載のエレクトレット素子。
【請求項３】
前記保持機構は、
少なくとも、前記複数のエレクトレット材料基板をその厚み方向に互いに押し付ける機構である、
請求項１又は２に記載のエレクトレット素子。
【請求項４】
前記保持機構は、
前記複数のエレクトレット材料基板の面内方向の位置を保持する機構を有する、
請求項３に記載のエレクトレット素子。
【請求項５】
前記複数のエレクトレット材料基板の面内方向の位置を保持する機構は、前記複数のエレクトレット材料基板を厚み方向に貫通する柱状構造である、
請求項４に記載のエレクトレット素子。
【請求項６】
前記保持機構は、
前記複数のエレクトレット材料基板が積層された状態において、前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構を有する、
請求項３〜６のいずれか１項に記載のエレクトレット素子。
【請求項７】
前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構は、前記複数のエレクトレット材料基板の内、少なくとも一つのエレクトレット材料基板の剛性を他のエレクトレット材料基板より高いものとする機構である、
請求項６に記載のエレクトレット素子。
【請求項８】
前記一つのエレクトレット材料基板は、前記他のエレクトレット材料基板より厚みが厚い請求項７に記載のエレクトレット素子。
【請求項９】
前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構は、少なくとも一つのエレクトレット材料基板がその厚み方向に押し付けられた際に生じる弾性反発力を利用する機構である、
請求項６に記載のエレクトレット素子。
【請求項１０】
前記少なくとも一つのエレクトレット材料基板は、厚み方向の力が無負荷の状態で、厚み方向に突出する形状である、
請求項９に記載のエレクトレット素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載のエレクトレット素子を使用した静電誘導型変換器。
【請求項１２】
複数のエレクトレット材料基板を用意する工程と、
前記複数のエレクトレット材料基板の少なくとも一つに対し、個別に帯電処理を行う工程と、
帯電済みのエレクトレット材料基板を含む、複数のエレクトレット材料基板を積層した状態で保持する工程と、
を含む、エレクトレット素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット素子、静電誘導型変換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献には、比誘電率の異なる層を積層した積層体に電荷を注入することで、表面電荷密度の高いエレクトレットが得られることが記載されている。
【０００３】
特許文献３には、同文献中図１４、１５に示されるように、固定子と、エレクトレット材料からなる電極を用いた稼働子とを１つの駆動ユニットとして、回転軸の軸線方向に複数積層して第１の筐体内に配置した静電モータが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３８１９７９号公報
【特許文献２】特許第５２６７５５５号公報
【特許文献３】特許第６２３３００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エレクトレット材料を用いて、小型の静電型電動機又は静電型発電機である、静電誘導型変換器が得られることは、特許文献３に記載されているように既知である。そして、静電誘導型変換器の出力や変換効率は、エレクトレット材料の帯電量（表面電位）を増やすことにより向上できるが、上掲の特許文献１、特許文献２に開示された技術を採用したとしても、エレクトレット材料の帯電量には限界がある。
【０００６】
そこで特許文献３のように静電誘導型変換器を同軸上に複数設置すると、静電誘導型変換器自体が大型化し、また軸方向の厚みが増すため小型の機器、例えば、腕時計などに組み込むことができない。また、部品点数や製造のコストも増大するため、出力や変換効率の高い静電誘導型変換器を得ることは難しかった。
【０００７】
本発明は、上述の事情に基づいてなされたものであり、その目的は、従来技術に比して、帯電量の多いエレクトレット素子を得ること、また、かかる素子を用いて、小型且つ高出力・高効率の静電湯堂型変換器を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
（１）少なくとも１つの帯電済みエレクトレット材料基板を含む、複数のエレクトレット材料基板と、前記複数のエレクトレット材料基板を積層した状態で保持する保持機構と、を有するエレクトレット素子。
【００１０】
（２）（１）において、前記複数のエレクトレット材料基板の下側に配置され、前記複数のエレクトレット材料基板とともに積層された状態で保持される基板を有する、エレクトレット素子。
【００１１】
（３）（１）又は（２）において、前記保持機構は、少なくとも、前記複数のエレクトレット材料基板をその厚み方向に互いに押し付ける機構である、エレクトレット素子。
【００１２】
（４）（３）において、前記保持機構は、前記複数のエレクトレット材料基板の面内方向の位置を保持する機構を有する、エレクトレット素子。
【００１３】
（５）（４）において、前記複数のエレクトレット材料基板の面内方向の位置を保持する機構は、前記複数のエレクトレット材料基板を厚み方向に貫通する柱状構造である、エレクトレット素子。
【００１４】
（６）（３）〜（６）のいずれかにおいて、前記保持機構は、前記複数のエレクトレット材料基板が積層された状態において、前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構を有する、エレクトレット素子。
【００１５】
（７）（６）において、前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構は、前記複数のエレクトレット材料基板の内、少なくとも一つのエレクトレット材料基板の剛性を他のエレクトレット材料基板より高いものとする機構である、エレクトレット素子。
【００１６】
（８）（７）において、前記一つのエレクトレット材料基板は、前記他のエレクトレット材料基板より厚みが厚いエレクトレット素子。
【００１７】
（９）（６）において、前記複数のエレクトレット基板の厚み方向の変形を抑制する機構は、少なくとも一つのエレクトレット材料基板がその厚み方向に押し付けられた際に生じる弾性反発力を利用する機構である、エレクトレット素子。
【００１８】
（１０）（９）において、前記少なくとも一つのエレクトレット材料基板は、厚み方向の力が無負荷の状態で、厚み方向に突出する形状である、エレクトレット素子。
【００１９】
（１１）（１）〜（１０）のいずれかのエレクトレット素子を使用した静電誘導型変換器。
【００２０】
（１２）複数のエレクトレット材料基板を用意する工程と、前記複数のエレクトレット材料基板の少なくとも一つに対し、個別に帯電処理を行う工程と、帯電済みのエレクトレット材料基板を含む、複数のエレクトレット材料基板を積層した状態で保持する工程と、を含む、エレクトレット素子の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエレクトレット素子の断面模式図である。
【図２】積層した帯電済みエレクトレット材料基板の総厚みと、最上面に現れる面積当たりの帯電量との関係を実験的に求めたグラフである。
【図３】帯電処理を説明する図である。
【図４】帯電処理を説明する図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るエレクトレット素子の断面模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るエレクトレット素子の断面模式図及びその断面分解模式図である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るエレクトレット素子を使用した静電誘導型変換器の断面模式図である。
【図８】回転基板の平面形状を示す図である。
【図９】電極の平面形状を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態に係るエレクトレット素子を使用した静電誘導型変換器の断面模式図である。
【図１１】エレクトレット素子の平面形状を示す図である。
【図１２】回転基板とエレクトレット素子の組み立てを説明する斜視図である。
【図１３】電極の平面形状の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は本発明の第１の実施形態に係るエレクトレット素子１００の断面模式図である。エレクトレット素子１００は、基板１上に、複数のエレクトレット材料基板２、ここでは、３枚のエレクトレット材料基板２ａ、２ｂ及び２ｃがこの順に積層され、この積層された状態でケース３により保持された構造となっている。
【００２３】
ここで、基板１及びエレクトレット材料基板２の外形には特に制限はないが、本実施形態では、実質的に等しい円形の平面形状を持つものとして示している。図１において、紙面の上側を上方向、下側をした方向と呼ぶと、基板１が一番下側に配置され、その上に向かって、各エレクトレット材料基板２が積層された構造となっている。
【００２４】
基板１の中央上側には、絶縁性の柱状構造の柱４が固定されており、各エレクトレット材料基板２の同じく中央に開けられた穴に挿入されている。これにより、基板１及び各エレクトレット基板２は、その面内方向の位置決めがなされている。
【００２５】
ここで、基板１の材質には特に制限はないが、本実施形態では導電性の材料としており、例えばアルミニウムやステンレスなどの任意の金属である。なお、基板１は必ずしも導電性を有する材質でなくともよい。また、エレクトレット材料基板２の材質は、電荷を与えることにより、エレクトレットとして使用可能な材料であればどのようなものであってもよいが、代表的には、フッ素樹脂やポリアセタールである。これ以外の材料、例えば、他の合成樹脂やガラスであってもよい。また、複数のエレクトレット材料基板２の材料は、全て同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２６】
そして、複数のエレクトレット材料基板２は、その少なくとも一つは電荷が与えられ、エレクトレットとして機能している。本実施形態では、エレクトレット材料基板２ａ、２ｂ及び２ｃの全てに対し電荷が与えられ、帯電することによって表面電荷を有している。ここで重要なのは、電荷が与えられる各エレクトレット材料基板２は、それぞれ個別に放電処理などによって電荷が与えられるのであり、図１に示すような積層した状態で電荷が与えられるのではないという点である。このことについては後述する。
【００２７】
ケース３は、本実施形態では、おおむねボタン形状の容器であり、エレクトレット素子１００の上側においては、最上部に配置されたエレクトレット材料基板２ｃの周縁部を支持し、中央の大部分を露出するようになっている。また、エレクトレット素子１００の下側においては、基板１の周縁部をスナップ機構により支持するようになっており、基板１上に各エレクトレット材料基板２を積層した状態で、この積層体をケース３の下側から挿入することで、基板１と各エレクトレット材料基板２とは、互いに分離することなく、積層された状態で固定されるようになっている。
【００２８】
なお、ケース３のこの構造は一例である。ケース３に要求されるのは、基板１と各エレクトレット材料基板２とを、互いに分離することなく、積層された状態で固定することであり、本実施形態では、ケース３に設けられたスナップ機構が、基板１と各エレクトレット材料基板２を積層した状態で保持する保持機構となっている。この保持機構としては、その他の機構、例えば、柱４のような構造を利用した、いわゆるボルトナット機構を用いてもよいし、各基板間に接着層を設け、互いに接着固定する機構でも可能である。但し、接着の際には、各エレクトレット材料基板２に与えられた電荷の消失や減少がない又は少ない手法を選択することが望ましい。図１に示すような機械的固定は、エレクトレット材料基板２が保持する電荷が保全される点で好ましい保持方法である。
【００２９】
ケース３の材質は、絶縁性であれば特に限定されない。本実施形態では、ポリアセタールである。
【００３０】
柱４は、必須の構造ではなく、必要でなければ省略してよい。その場合、エレクトレット材料基板２には柱４を通すための穴を設ける必要はない。また、柱４を設ける位置にも限定はなく、図１に示すように中央でなく、いずれか偏った位置でもよく、また、その数も１か所ではなく複数個所に設けてもよい。柱４の材質も絶縁性であれば特に限定はなく、本実施形態では、ポリアセタールである。
【００３１】
本実施形態に係るエレクトレット素子１００が、図１に示すような構造をとっているのは、複数のエレクトレット材料基板２が、積層しようとすると、互いに反発力を生じ、単に重ねるだけでは安定した構造が得られないためである。したがって、ケース３に示したように、複数のエレクトレット材料基板２を積層した状態で保持する何らかの保持機構が必要である。また、エレクトレット素子１００の組み立ての際に、あるエレクトレット材料基板（例えば２ａ）の上に他のエレクトレット材料基板（例えば２ｂ）を重ねようとすると、両者間に働く反発力により、上側のエレクトレット基板（この場合２ｂ）が面内方向に滑り落ちてしまう。そのため、柱４のように、複数のエレクトレット材料基板４の面内方向の位置を保持する機構があると、組み立てが容易である。もちろん、適切な治具を用いたり、直接１枚ずつエレクトレット材料基板をケース３内に収容していくなど、別途の方法により、エレクトレット材料基板２間の面内の位置を規制できれば、そのような機構は必ずしも必要ではない。
【００３２】
また、エレクトレット材料基板２間に反発力が生じるため、エレクトレット材料基板２は、積層された状態で、厚み方向に互いに離れるように力が働くことになる。各エレクトレット材料基板２が、この反発力に対して十分な剛性を有していれば特段問題はないが、厚みが例えば０．０５ｍｍなど薄い場合には、エレクトレット材料基板２が厚み方向に変形してしまう問題が生じる場合がある。
【００３３】
そのため、そのような変形が問題となる場合には、エレクトレット材料基板２の厚み方向の変形を抑制する機構が必要である。本実施形態では、エレクトレット材料基板２の少なくとも一つの厚みを他のエレクトレット材料基板２より厚いものとして剛性を高くすることにより、エレクトレット材料基板２の厚み方向の変形を抑制している。剛性を高くするエレクトレット材料基板２としては、一番上に配置されている、エレクトレット材料基板２ｃが最適である。
【００３４】
もちろん、全てのエレクトレット材料基板２の厚みを厚くして十分な剛性を持たせることも可能であるが、エレクトレット素子１００全体の厚さが増大するため必ずしも好ましくない。また、エレクトレット材料基板２の剛性を高くする方法は、厚みを増大させるだけでなく、より硬い材料を用いたり、リブ構造など高剛性の、すなわち、断面係数の高い形状を採用するなどが考えられる。
【００３５】
本実施形態に係るエレクトレット素子は、上述した構成により、これまでにない高い表面電位を実現することができる。このことについて、以下説明する。
【００３６】
図２は、積層した帯電済みエレクトレット材料基板２の総厚みと、最上面に現れる面積当たりの帯電量との関係を実験的に求めたグラフである。ここで、厚み及び帯電量の単位は任意単位（Ａｒｂｉｔｒａｒｙ  Ｕｎｉｔ）であってよい。
【００３７】
図中曲線（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、次のサンプルを示している。
（ａ）帯電済みエレクトレット材料基板２単独での測定値
（ｂ）帯電済みエレクトレット材料基板２を２枚積層した場合の測定値
（ｃ）帯電済みエレクトレット材料基板２を３枚積層した場合の測定値
（ｄ）帯電済みエレクトレット材料基板２の上に、帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２を積層した場合の測定値
【００３８】
なお、同グラフにおいて、ここで、エレクトレット材料基板２の材質は全て同じ（例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂）であり、また、積層した場合における、エレクトレット材料基板２の厚みは全て等しい。さらに、エレクトレット材料基板２の帯電条件（帯電電圧、時間）もすべて同一である。
【００３９】
ここで、厚みｔのエレクトレット材料基板２を用いた場合を例として説明する。帯電済みのエレクトレット材料基板２の帯電量は、曲線（ａ）より明らかなように、厚みｔの時、σ１である。
【００４０】
この厚みｔの帯電済みエレクトレット材料基板２を２枚積層した場合、総厚みは２ｔとなり、その場合の帯電量は、曲線（ｂ）より、σ２となる。この時、σ２の大きさは、単純にσ１を２倍したものより大きい。すなわち、
【００４１】
【数１】
2020161593.tif 000003
となる。
【００４２】
同様に、厚みｔの帯電済みエレクトレット材料基板２を３枚積層した場合の総厚みは３ｔであり、帯電量は、曲線（ｃ）より、σ３であるが、この時、σ３の大きさは、単純にσ１を３倍したものより大きく、また、単純にσ２とσ１を合算したものより大きい。すなわち、
【００４３】
【数２】
2020161593.tif 000004
となる。
【００４４】
この現象は、帯電済みエレクトレット材料基板２同士を積層する際に、互いに反発力が生じることから説明される。すなわち、エレクトレット材料基板２同士を積層するためには、生じる反発力に反してエレクトレット材料基板２同士を密着またはそれに近い状態としなければならないが、その際になされる仕事の分、帯電量が増すものと考えられる。
【００４５】
同様の現象は、帯電済みエレクトレット材料基板２上に、帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２を積層する場合にも生じる。すなわち、厚みｔの帯電済みエレクトレット材料基板２上に、同じく厚みｔの帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２を積層した場合の総厚みは２ｔであり、曲線（ｄ）よりその帯電量はσ４であるが、このσ４の大きさは、σ１より大きく、
【００４６】
【数３】
2020161593.tif 000005
となる。この現象もまた、帯電済みエレクトレット材料基板２上に、帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２を積層する際に反発力に抗して行う仕事によりもたらされると考えられる。
【００４７】
そして、図２の曲線（ａ）より明らかなように、エレクトレット材料基板２の厚みを増すと、帯電量も緩やかに増大するが、その増大の程度は、例えば、厚みをｔから２ｔへと２倍にしたとしてもごくわずかにすぎない。これに対し、帯電済みのエレクトレット材料基板２を積層すれば、曲線（ｂ）に示されるように、総厚みを２倍の２ｔとした場合に、帯電量は２倍以上となり、総厚みの増体に対して、帯電量が著しく増大することが示されている。この現象は、３層、４層と積層数が多くなるほど顕著に表れると考えられる。
【００４８】
すなわち、エレクトレット材料基板２の総厚みが一定であれば、各エレクトレット材料基板２の厚みを薄くし、より多く積層した方が著しく大きい帯電量が得られるということが示されている。
【００４９】
さらに、曲線（ｄ）に示されるように、帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２を帯電済みのエレクトレット材料基板２に積層した場合であっても、帯電量の増加がみられる。すなわち、可能な限り、帯電済みのエレクトレット材料基板２を積層することにより効率的に帯電量を増加されることができるが、何らかの理由により、帯電処理を行っていないエレクトレット材料基板２が積層された場合であっても、帯電量の増大の効果が得られるのである。
【００５０】
一般には、エレクトレットの帯電量を増大させるには、図２の曲線（ａ）に示されるように、材料の厚みを増す方法の他、帯電処理時の電圧、例えば、コロナ放電処理における放電電極電圧を増大させる方法が知られている。しかしながら、帯電処理時の電圧を増大させたとしても、エレクトレット材料の表面電位が上昇するにつれ、帯電しにくくなり、また、極端に帯電処理時の電圧を上げると、絶縁破壊を生じるため、この方法には上限があり、あまり有効ではない。これに対し、本実施形態に係るエレクトレット素子１００では、エレクトレット材料基板２を積層することにより、容易に高い帯電量を得ることができる。
【００５１】
続いて、本実施形態に係るエレクトレット素子１００の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、各エレクトレット材料基板２を用意する。エレクトレット材料基板２は、例えば、エレクトレット材料のシートを打ち抜き加工などして切り抜き、あるいは射出成型・トランスファー成形などの適宜の樹脂成形法などにより形成する。
【００５３】
各エレクトレット材料基板２は、それぞれ個別に帯電処理を行う。帯電処理は、通常の方法でよく、例えば、コロナ放電処理などの放電表面処理である。図１の例で説明すると、エレクトレット材料基板２ｂ及びｂｃは、図３に示すように、接地電極５上に載置された状態で、その上側に配置された放電電極６に放電電圧を印可することにより、図中破線矢印で示したようにコロナ放電を行い帯電させる。帯電処理終了後は、エレクトレット材料基板２ｂ及びｂｃは接地電極５上から取り除かれる。
【００５４】
最も下側に配置されるエレクトレット材料基板２ａについても、エレクトレット材料基板２ｂ及びｂｃと同様の帯電処理を行ってもよいが、図４に示すように、基板１が導電性である場合、基板１上にエレクトレット基板２ａが固定された状態で基板１を接地し、放電表面処理を行ってもよい。なお、図３及び図４において、極性を逆にしても差し支えない。
【００５５】
ここでの帯電処理は、図２を参照して説明した事柄より明確なように、全てのエレクトレット材料基板２に対して個別に行う場合に、最も効率よく高帯電量が得られる。しかしながら、単層のエレクトレット材料基板２に帯電処理を行った場合との比較という観点からは、必ずしもすべてのエレクトレット材料基板２に対して個別に帯電処理を行う必要はなく、いくつかのエレクトレット材料基板２に対して帯電処理が行わなくても、また積層した状態で帯電処理が行われたエレクトレット材料基板２が含まれていても、帯電量が増大する効果は得られる。いずれにせよ、少なくとも一つのエレクトレット材料基板２に対しては個別に帯電処理が行われる。
【００５６】
その後、柱４を基板１に固定し、基板１、エレクトレット基板２ａ〜２ｃをこの順に積層し、ケース３内に収容して、エレクトレット基板２ａ〜２ｃを保持機構、ここではスナップ機構、により積層した状態で保持する。
【００５７】
図５は、第２の実施形態に係るエレクトレット素子２００の断面模式図である。エレクトレット素子２００の基本的な構造は、先の実施形態に係るエレクトレット素子１００と同様であるから、対応する構成には同符号を付し、重複する説明は省略するものとする。エレクトレット素子２００では、３枚のエレクトレット材料基板２ａ、２ｂ及び２ｃの厚みが互いに等しく、その厚み方向の変形に対する剛性に互いに差異がないこと、保持機構のケース３がエレクトレット素子２００の上側で開口しておらず、エレクトレット材料基板２がケース３により覆われていることが、先の実施形態に係るエレクトレット素子１００と異なっている。
【００５８】
エレクトレット素子２００では、複数のエレクトレット材料基板２間に働く反発力により生じるエレクトレット材料基板２の変形は、高剛性の基板１と、ケース３の上面の領域Ａによりエレクトレット材料基板２が物理的に挟み込まれることにより防止される。このようにすれば、エレクトレット材料基板２の厚みを増大させて剛性を高める必要がなく、エレクトレット素子２００自体の厚みの増大を抑制できる。あるいは、エレクトレット材料基板２に剛性の高い材料を必ずしも用いなくてよいため、帯電量の高い物理特性を持つ材料を選択できる。
【００５９】
エレクトレット素子２００では、最上部のエレクトレット材料基板２ｃが上部に露出しないことになるが、ケース３は前述したように、例えばポリアセタールで形成され、ポリアセタールはエレクトレット材料でもあるため、ケース３のエレクトレット材料基板２ｃを覆う上面部である領域Ａは、さらなるエレクトレット材料基板２ｄとしても機能することになる。ケース３には帯電処理は行われていないが、図２を参照して説明したように、帯電処理が行われていないエレクトレット材料基板ｄを積層すると、帯電量（表面電位）は若干増大するため、本実施形態に係るエレクトレット素子２００では、ケース３にエレクトレット材料基板２を収容することにより、さらに帯電量を増大させることができる。
【００６０】
図６（ａ）は、第３の実施形態に係るエレクトレット素子３００の断面模式図である。エレクトレット素子３００の基本的な構造は、第１の実施形態に係るエレクトレット素子１００と同様であるから、対応する構成には同符号を付し、重複する説明は省略するものとする。エレクトレット素子３００では、３枚のエレクトレット材料基板２ａ、２ｂ及び２ｃの厚みが互いに等しいか、おおむね同等であり、保持機構のケース３は、第１実施形態に係るエレクトレット素子１００と同様に、エレクトレット素子３００の上側に開口している。
【００６１】
図６（ａ）に示した構造では、エレクトレット材料基板２間に働く反発力によるエレクトレット材料基板２の厚み方向の変形、特に、最上部のエレクトレット材料基板２ｃが上側に浮き上がるように変形することが懸念されるが、本実施形態では、この厚み方向の変形を抑制する機構として、エレクトレット材料基板２の中の少なくとも一つのエレクトレット材料基板、ここでは最上部のエレクトレット基板２ｃの無負荷状態における形状を工夫することにより、その厚み方向に押し付けられた際に生じる弾性反発力を利用する機構を採用している。
【００６２】
この機構を説明するため、図６（ｂ）には、エレクトレット素子３００の断面分解模式図を示した。同図から見て取れるように、最上部のエレクトレット材料基板２ｃは、無負荷状態において、その厚み方向に対して立体的な構造を有している。より具体的には、ケース３によって支持され、下に向かう押圧力を受ける周縁部に対し、中央部が厚み方向の下側に突出するお椀形状をしている。
【００６３】
このような形状のエレクトレット材料基板２ｃをケース３に収容し、その周縁部を下に押し付け変形させると、図６（ａ）に示すように、エレクトレット材料基板２ｃはほぼ平板形状に変形するとともに、ケース３に支持されていない中央部においても、エレクトレット材料基板２間に働く反発力に抗する下向きの弾性反発力を生じるため、エレクトレット材料基板２の厚み方向の変形を抑制することができる。なお、図６（ａ）のように組み込んだ状態で中央部が上に凸となるのを防止するため、柱４にエレクトレット材料基板２ｃの中心部分のみを下に押し付け変形させる部材を装着させても良い。
【００６４】
もちろん、エレクトレット材料基板２の厚み方向の変形を抑制する機構としては、上述の実施形態１〜３に挙げた機構に限定されず、他の機構を採用しても差し支えない。
【００６５】
図７は第４の実施形態として示す、エレクトレット素子１００を使用した静電誘導型変換器４００の断面模式図である。エレクトレット素子１００は、第１の実施形態として説明したものであってよいし、第２及び第３の実施形態として説明したものであっても差し支えない。
【００６６】
静電誘導型変換器４００は、固定されたエレクトレット素子１００と、回転軸８により回転支持された導電性の回転基板７、基板９の下面に形成され、固定された電極１０からなっている。なお、かかる構造を適宜のケースに収容し一体的に取り扱えるようにすることは、何ら差し支えない。
【００６７】
エレクトレット素子１００は、上述したものであり、その上面、すなわち回転基板７に対向する面において所定の電位を保つ。エレクトレット素子１００の反対側の面（下面）は接地しておく。
【００６８】
回転基板７は、その平面形状は図８に示した通りであり、中央部から周縁に向かって放射状に延びる開口１１が所定角度毎に複数形成される形状となっている。なお、図８では、開口１１の数は２４示されているが、この数には特段の意味はなく、任意であってよい。また、図８では、回転基板７の外縁は接続されており、その外形は全体として多数のスポークとリムを有する車輪形状であるが、強度の点で問題がなければ、外縁を接続しなくともよい。回転基板７は導電性であり、例えばアルミニウムなどの金属により形成される。また、回転基板７は導電性でなくても非帯電の樹脂（例えばポリアセタールなど）であっても構わない。
【００６９】
図９は、電極１０の平面形状を示す図である。電極１０は、図８に示した回転基板７の開口１１と、隣接する開口１１間に延びるいわゆるスポークに相当する部分と相補的な形状を有しており、同図に示すように、中央部から周縁に向かって放射状に延びる多数の短冊形状となっている。また、円周方向に隣接する電極１０に交互に１０ａ、１０ｂと符号を付す（すべての符号を示すと図示が煩雑となるため、代表となる１つずつの電極１０ａ及び１０ｂのみに符号を示す）。
【００７０】
基板９は、絶縁性を有する物であれば特に限定はない。ガラスやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの上にＩＴＯ（酸化インジウム錫）などで電極パターンを形成した透明の材質を選択し、回転基板７を上部より視認可能としてもよい。
【００７１】
このような構造においては、エレクトレット素子１００の表面に保持される電荷により、電極１０に向かう電場が形成されるが、エレクトレット素子１００と電極１０の間に配置された回転基板７において、回転基板７が導体の場合は、回転基板７が存在する部分（すなわち、図８の「スポーク」に相当する部分」）と、開口１１の部分の比誘電率の差により、電気力線は専ら回転基板７が存在するスポーク部分を通過する。この結果、回転基板７の上面側において、回転基板７が存在する部分の電位と開口１１の部分の電位に差異が生じ、回転基板７はあたかも、図８に示した平面形状の帯電部、つまりエレクトレットがあるかのようにふるまう。また、回転基板７が樹脂の場合は、樹脂が誘電分極され、基板９により近い部分で電位をもつため、やはり回転基板７の樹脂の存在する部分と開口１１の部分とで電位に差異が生じるため、同じように機能する。
【００７２】
そこで、電極１０の隣接する電極１０ａ及び１０ｂに所定の交番電圧を印可すれば、回転基板７に回転動力を与えることができ、静電誘導型変換器４００を電動機として使用することができる。あるいは、何からの外力により回転基板７が回転させられた時に、電極１０ａ及び電極１０ｂに誘導される電荷を整流して取り出せば、静電誘導型変換器４００を起電機として使用することができる。
【００７３】
図１０は第５の実施形態として示す、エレクトレット素子１００を使用した静電誘導型変換器５００の断面模式図である。エレクトレット素子１００は、第１の実施形態として説明したものであってよいし、第２及び第３の実施形態として説明したものであっても差し支えない。
【００７４】
静電誘導型変換器５００は、回転軸８により回転支持された導電性の回転基板１２とその両面に固定されたエレクトレット素子１００、回転基板１２を挿むように上下に配置された基板９と、かかる基板９の回転基板１２側の面に形成され、固定された電極１０からなる。本実施形態においても、かかる構造を適宜のケースに収容し一体的に取り扱えるようにすることは、何ら差し支えない。
【００７５】
静電誘導型変換器５００においては、エレクトレット素子１００は、図１１に示すような平面形状を有している。すなわち、中心部から、放射状に延びる多数の腕を有する形状となっている。腕の数は、図１１では６つとして示したが、特に限定されず、製造の容易さ等を考慮して適宜設定すればよい。
【００７６】
そして、図１０に示したように、導体である回転基板１２の上下の両面にエレクトレット素子１００が、互いに逆向きとなるように取り付けられるが、その際、好ましくは、図１２に示すように、回転基板１２はエレクトレット基板１００と相補的な形状の凸部１３を有していることで剛性があがるため好ましい。図１２は回転基板１２とエレクトレット素子１００の組み立てを説明する斜視図である。
【００７７】
すなわち、エレクトレット素子１００を回転基板１２に固定する際に、エレクトレット素子１００の腕と腕の間の空間部分に、回転基板１２の凸部１３が挿入されるようにする。凸部１３の厚みは、エレクトレット素子１００の厚みと略等しいものとされる。
【００７８】
このようにすると、回転基板１２が接地された場合には、電極１０と対向するエレクトレット素子１００の面における電位を考えると、エレクトレット素子１００の腕が存在する領域では、エレクトレット素子１００の帯電電位がその電位となり、エレクトレット素子１００の腕が存在しない領域では、導電性の回転基板１２の凸部１３の電位である、接地電位となる。すなわち、エレクトレット素子１００の腕が存在する領域と、存在しない領域の間における電位差を明確に定めることができるため、静電誘導型変換器５００の変換効率が向上する。
【００７９】
なお、回転基板１２の凸部１３は必ずしも必須のものではなく、単なる円板状の平板形状であっても静電誘導型変換器５００は、運動エネルギー−電気エネルギー変換器として問題なく機能する。あるいは、回転基板１２がエレクトレット素子１００と同形状をしており、エレクトレット素子と同位相で積層されていたとしてもやはり回転方向に電位差を形成できるため、構わない。
【００８０】
また、ここでは、回転基板１２とエレクトレット素子１００はそれぞれ別々に作成したのち互いに固定するものとして説明したが、図１に示したエレクトレット素子１００の構成の内、基板１を回転基板１２とし、回転基板１２上に直接エレクトレット材料基板２を積層し固定することにより、回転基板１２上にエレクトレット素子１００を作成するようにしてもよい。その場合、別々に作成する方法に比べ、部品点数の削減及び、静電誘導型変換器５００全体の薄型化が期待できる。
【００８１】
図１３は、電極１０の平面形状の例を示す図である。電極１０は、図１１で示したエレクトレット素子１００の腕及び、回転基板１２の凸部１３の形状と同等の形状を有しており、中心部から、放射状に延びる多数の短冊形状である。また、円周方向に隣接する電極１０に交互に１０ａ、１０ｂと符号を付す（すべての符号を示すと図示が煩雑となるため、代表となる１つずつの電極１０ａ及び１０ｂのみに符号を示す）。回転基板１２の上下に配置された電極１０ａ、１０ｂそれぞれに適宜の交番電圧を印可することにより、静電誘導型変換器５００を電動機として機能させ、あるいは、外力により回転する回転基板１２により電極１０ａ、１０ｂに誘導される電荷を整流して取り出すことにより、静電誘導型変換器５００を起電機として機能させるものである。
【００８２】
以上、本明細書では、第４及び第５の実施形態において、エレクトレット素子１００の利用形態として、回転式の静電誘導型変換器を例示したが、エレクトレット素子１００の利用形態はこれらに限定されない。直動型モータや、その他、基本的電気素子として、種々の応用が可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１  基板、２  エレクトレット材料基板、３  ケース、４  柱、５  接地電極、６  放電回路、７  回転基板、８  回転軸、９  基板、１０  電極、１１  開口、１２  回転基板、１３  凸部、１００，２００，３００  エレクトレット素子、４００，５００  静電誘導型変換器。
【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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