(57)【要約】【課題】電極間の接触を防止しつつ発電効率の低下を抑えた発電装置を提供する。【解決手段】発電装置は、一面に複数の凹所２０ａが形成された固定基板２０と、固定基板２０との対向面に複数の凹所１２ａが形成され、固定基板２０に沿って移動自在に配置される可動基板１２と、負電荷が蓄積され、電極表面が基板表面から突出しないようにして可動基板１２の各凹所１２ａ内にそれぞれ配置される複数のエレクトレット電極３と、電極表面が基板表面から突出しないようにして固定基板２０の各凹所２０ａ内にそれぞれ配置される複数の対向電極４Ａ，４Ｂとを備えている。【選択図】図１
2010273510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面に複数の凹所が形成された固定基板と、当該固定基板との対向面に複数の凹所が形成され、前記固定基板に沿って移動自在に配置される可動基板と、少なくとも正電荷または負電荷の何れか一方が蓄積され、電極表面が基板表面から突出しないようにして前記固定基板または可動基板の何れか一方の各凹所内にそれぞれ配置される複数のエレクトレット電極と、電極表面が基板表面から突出しないようにして他方の基板の各凹所内にそれぞれ配置される複数の対向電極とを備えることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記複数のエレクトレット電極は、正電荷が蓄積された第１エレクトレット電極と、負電荷が蓄積された第２エレクトレット電極とからなり、前記第１エレクトレット電極と第２エレクトレット電極とが交互に配置されるとともに、第１および第２エレクトレット電極にそれぞれ対向して前記複数の対向電極が配置されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記複数のエレクトレット電極および対向電極の電極表面にそれぞれ絶縁膜が形成されたことを特徴とする請求項１または２の何れか１項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導を利用した発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、静電誘導を利用した発電装置が種々提供されている（例えば特許文献１〜４参照）。これらの発電装置は、電荷が蓄積されたエレクトレット電極を具備する第１基板と、電荷を誘導して発電するための対向電極を具備する第２基板とを備えており、エレクトレット電極と対向電極とが対向する形で第１および第２基板が配置されている。そして、一方の基板が、他方の基板に対して当該他方の基板に沿って移動自在となっており、外部から加えられる振動に応じて上記一方の基板が移動することによって、エレクトレット電極と対向電極との位置関係が変化するようになっている。
【０００３】
エレクトレット電極と対向電極とが対向する状態では、静電誘導によってエレクトレット電極の電荷と反対の電荷が対向電極に生じ、この状態から振動を加えて両者の位置関係を変化させると対向電極に生じた電荷の量が変化し、この変化量に応じた電流が生じることになる。そして、振動を加え続けることによって上記動作が繰り返され、その結果発電が継続して行われるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８６１９０号公報（［００１１］−［００１８］、及び、第１図−第３図）
【特許文献２】特開２００８−１４１１７１号公報（［００６１］−［００７１］、及び、第１４図−第１９図）
【特許文献３】特開２００８−１６１０３６号公報（［００２０］−［００３７］、及び、第１図−第６図）
【特許文献４】特開２００８−１６１０４０号公報（［０００９］−［００２４］、及び、第１図−第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１〜４に示した発電装置では、エレクトレット電極および対向電極が、それぞれ各基板の基板表面から突出する形で配置されているため、電極間のギャップが小さいと基板が移動する際に両電極が接触する虞があった。したがって、両電極の接触を防止するためには電極間のギャップを大きく設定する必要があり、その結果発電効率が低下するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、電極間の接触を防止しつつ発電効率の低下を抑えた発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、一面に複数の凹所が形成された固定基板と、当該固定基板との対向面に複数の凹所が形成され、固定基板に沿って移動自在に配置される可動基板と、少なくとも正電荷または負電荷の何れか一方が蓄積され、電極表面が基板表面から突出しないようにして固定基板または可動基板の何れか一方の各凹所内にそれぞれ配置される複数のエレクトレット電極と、電極表面が基板表面から突出しないようにして他方の基板の各凹所内にそれぞれ配置される複数の対向電極とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、複数のエレクトレット電極は、正電荷が蓄積された第１エレクトレット電極と、負電荷が蓄積された第２エレクトレット電極とからなり、第１エレクトレット電極と第２エレクトレット電極とが交互に配置されるとともに、第１および第２エレクトレット電極にそれぞれ対向して複数の対向電極が配置されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、複数のエレクトレット電極および対向電極の電極表面にそれぞれ絶縁膜が形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、電極表面が基板表面から突出しないようにしてエレクトレット電極および対向電極を各凹所内に配置しているので、可動基板を移動させた際にエレクトレット電極と対向電極とが接触するのを防止することができ、また電極間の距離を小さくすることができるので従来例に比べて発電効率を高めることができる。さらに、両電極の接触を防止するためのストッパーなども不要になることから、省スペース化が図れるとともにコストダウンを図ることもできるという効果がある。
【００１１】
請求項２の発明によれば、隣接する対向電極に互いに異なる電荷が誘導されることになり、その結果両電極間の電位差が大きくなるから、発電効率をさらに高めることができるという効果がある。
【００１２】
請求項３の発明によれば、エレクトレット電極および対向電極の各電極表面に絶縁膜を形成することによって、基板同士が接触した場合でも両電極間の電気的な接触を確実に防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の発電装置を模式的に表わしたものであり、（ａ）は側断面図、（ｂ）はその要部詳細図である。
【図２】（ａ）は同上の可動ブロックを下側から見た平面図、（ｂ）は同上の固定ブロックを上側から見た平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は同上の動作を説明するための説明図である。
【図４】実施形態２の発電装置を模式的に表わしたものであり、（ａ）は側断面図、（ｂ）はその要部詳細図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は実施形態３の発電装置を模式的に表わした側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る発電装置の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明に係る発電装置は静電誘導の原理を利用したものであり、例えば図３に示すように負荷５の駆動電力を発電するために用いられるものである。
【００１５】
（実施形態１）
図１（ａ）は実施形態１の発電装置を示す側断面図であり、本発電装置は、後述する可動基板１２を具備する可動ブロック１と、可動基板１２と対向する形で配置される後述の固定基板２０を具備する固定ブロック２と、発電された電力を整流するためのダイオードブリッジＤＢ（図３（ａ）参照）とを備えている。
【００１６】
可動ブロック１は、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、シリコン基板を加工して形成された矩形枠状のフレーム基板１０と、フレーム基板１０の厚み方向一端側（図１（ａ）中の上側）に被着される矩形板状のキャップ基板１１とを備えており、フレーム基板１０の枠内の略中央部には、同じく導電性材料からなる矩形板状の可動基板１２が配置されている。
【００１７】
可動基板１２の４隅には、略Ｌ字状に形成された４つの弾性片１４の一端側がそれぞれ固着されており、各弾性片１４の他端側はそれぞれフレーム基板１０に固着されている。また、可動基板１２と各弾性片１４の間には、それぞれ可動基板１２の移動を規制するためのストッパー１３が設けられている。すなわち、可動基板１２は、４つの弾性片１４により所定平面（図２（ａ）中のＸ方向およびＹ方向で規定される平面）内において移動自在であるが、その移動量は各ストッパー１３により所定量に規制されている。さらに、可動基板１２の一面（図１（ａ）中の下面）には、千鳥状に配置された複数（図２（ａ）では１８個）の凹所１２ａが設けられており、各凹所１２ａ内には後述のエレクトレット電極３がそれぞれ配置される。
【００１８】
エレクトレット電極３は、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなり、各エレクトレット電極３にはコロナ放電によって負電荷が蓄積されている。そして、各エレクトレット電極３は、図１（ｂ）に示すように、電極表面が可動基板１２の基板表面よりも内側となるようにして各凹所１２ａ内にそれぞれ配置されている。
【００１９】
なお、上記のフレーム基板１０の下面（キャップ基板１１と反対側の面）の外縁部分には、後述する固定ブロック２側の導電パッド２１と電気的に接続される導電パッド１５が全周に渡って設けられている（図２（ａ）参照）。
【００２０】
固定ブロック２は、図１（ａ）および図２（ｂ）に示すように、プリント配線板からなる矩形板状の固定基板２０と、固定基板２０の上面であって且つ外縁寄りに配置された矩形枠状の導電パッド２１とを備えている。なお、導電パッド２１は、例えば半田６を用いることで導電パッド１５と電気的に接続され、さらに導電パッド１５，２１を接続することで可動ブロック１と固定ブロック２とが機械的に固定されるのである。
【００２１】
固定基板２０の可動基板１２との対向面（図１（ａ）中の上面）には、マトリクス状に配置された複数（図２（ｂ）では３６個）の凹所２０ａが設けられており、各凹所２０ａ内には後述の対向電極４Ａ，４Ｂがそれぞれ配置される。
【００２２】
対向電極４Ａ，４Ｂは、例えばアルミニウムからなり、対向電極４Ａと対向電極４Ｂとが縦横何れの方向にも交互に並ぶように各凹所２０ａ内にそれぞれ配置されている（図２（ｂ）参照）。また、各対向電極４Ａ，４Ｂは、上記のエレクトレット電極３と同様に、電極表面が固定基板２０の基板表面よりも内側となるようにして各凹所２０ａ内にそれぞれ配置されている（図１（ｂ）参照）。なお、可動基板１２が中立位置にある状態では、対向電極４Ａに対向する位置にエレクトレット電極３が配置されている。
【００２３】
ダイオードブリッジＤＢは、静電誘導により対向電極４Ａ，４Ｂに発生する電流を整流するために設けられたものであり、図３（ａ）に示すように配線Ｌ１を介して固定基板２０の対向電極４Ａに電気的に接続されるとともに、配線Ｌ２を介して対向電極４Ｂに電気的に接続されている。また、ダイオードブリッジＤＢには、発電した電力によって駆動される負荷５が配線Ｌ３，Ｌ４を介して接続されている。
【００２４】
ここで、図１（ａ）および図１（ｂ）は、可動基板１２が中立位置にある状態（振動により変位していない状態）を示しており、各エレクトレット電極３は、それぞれ対向電極４Ａにのみ対向し、対向電極４Ｂには対向していない。したがって、この状態では、各対向電極４Ａには、それぞれエレクトレット電極３と逆極性の電荷、すなわち正電荷が誘導されるが、対向電極４Ｂには正電荷が誘導されないことになる。なお、可動基板１２と固定基板２０との間のギャップ寸法は、発電効率の低下を招かないような所定寸法に設定されている。
【００２５】
次に、発電装置の動作について図３に基づいて説明する。まず、図３（ａ）および図３（ｂ）は可動基板１２が中立位置にある状態を示しており、上述したように対向電極４Ａには正電荷が誘導され、対向電極４Ｂには正電荷が誘導されない状態となっている（図３（ｂ）参照）。この状態から発電装置に振動を加えて可動基板１２を左側に移動させると（図３（ｃ）参照）、可動基板１２の移動に伴って各エレクトレット電極３も左側に移動し、その結果、各エレクトレット電極３がそれぞれ対向電極４Ｂにのみ対向した状態となり、各対向電極４Ｂに正電荷が誘導されることになる（図３（ｄ）参照）。このとき、各対向電極４Ａでは、対応するエレクトレット電極３の移動に応じて正電荷の量が変化し、この変化量に応じた電流が生じる。そして、この電流は、図３（ｃ）に示すように配線Ｌ１を介して矢印Ａの向きに流れ、ダイオードブリッジＤＢで整流された後、矢印Ｂの向きで負荷５に流れる。
【００２６】
その後、左側に移動した可動基板１２が右側に移動して中立位置に戻ると（図３（ｅ）参照）、可動基板１２の移動に伴って各エレクトレット電極３も中立位置に戻り、その結果、各エレクトレット電極３がそれぞれ対向電極４Ａにのみ対向した状態となり、各対向電極４Ａに正電荷が誘導されることになる（図３（ｆ）参照）。このとき、各対向電極４Ｂでは、対応するエレクトレット電極３の移動に応じて正電荷の量が変化し、この変化量に応じた電流が生じる。そして、この電流は、図３（ｅ）に示すように配線Ｌ２を介して矢印Ｃの向きに流れ、ダイオードブリッジＤＢで整流された後、矢印Ｂの向きで負荷５に流れる。なお、以下同様に、上記動作を繰り返すことで発電が継続して行われ、負荷５に駆動電力が供給されるのである。また、上記説明では、可動基板１２が左右方向に振動した場合を例に説明したが、可動基板１２の振動方向は左右方向に限定されるものではなく、図２（ａ）中のＸ方向およびＹ方向で規定される平面内であれば、どの方向に振動した場合も同様に発電が可能である。
【００２７】
而して、本実施形態によれば、電極表面が基板表面よりも突出しないようにしてエレクトレット電極３および対向電極４Ａ，４Ｂを各凹所１２ａ，２０ａ内に配置しているので、可動基板１２を移動させた際にエレクトレット電極３と対向電極４Ａ，４Ｂとが接触するのを防止することができる。また、従来では両電極が接触しないように余裕を見てギャップを設定していたが、本実施形態では両電極が接触することはないので、電極間の距離を小さくすることができ、従来例に比べて発電効率を高めることができる。さらに、可動基板１２が下方向に移動するのを制限して両電極の接触を防止するためのストッパーなども不要になることから、省スペース化が図れるとともにコストダウンを図ることもできる。
【００２８】
なお、エレクトレット電極３および対向電極４Ａ，４Ｂの個数は本実施形態に限定されるものではなく、使用目的などに応じて適宜設定すればよい。また、本実施形態では、エレクトレット電極３に負電荷を蓄積した場合について説明したが、エレクトレット電極３に蓄積する電荷は正電荷であってもよい。さらに、本実施形態では、可動基板１２側にエレクトレット電極３を、固定基板２０側に対向電極４Ａ，４Ｂを設けているが、可動基板１２側に対向電極４Ａ，４Ｂを、固定基板２０側にエレクトレット電極３を設けてもよい。
【００２９】
（実施形態２）
本発明に係る発電装置の実施形態２を図４に基づいて説明する。実施形態１では、すべてのエレクトレット電極３に負電荷を蓄積し、且つ、中立位置において各エレクトレット電極３が対向電極４Ａにのみ対向するように配置しているが、本実施形態では、負電荷が蓄積されたエレクトレット電極３Ａと、正電荷が蓄積されたエレクトレット電極３Ｂとを交互に配置するとともに、中立位置において対向電極４Ａに対向してエレクトレット電極３Ａを配置し、さらに対向電極４Ｂに対向してエレクトレット電極３Ｂを配置している。なお、それ以外の構成については実施形態１と同様であるから、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３０】
本実施形態の発電装置は、可動基板１２を具備する可動ブロック１と、固定基板２０を具備する固定ブロック２と、ダイオードブリッジＤＢ（図３（ａ）参照）とを備えている。
【００３１】
可動基板１２に設けた複数の凹所１２ａには、負電荷が蓄積されたエレクトレット電極（第２エレクトレット電極）３Ａと、正電荷が蓄積されたエレクトレット電極（第１エレクトレット電極）３Ｂとが交互に配置されており、また固定基板２０に設けた複数の凹所２０ａには、対向電極４Ａがエレクトレット電極３Ａに対向する形で配置されるとともに、対向電極４Ｂがエレクトレット電極３Ｂに対向する形で配置されている（図４（ｂ）参照）。したがって、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す中立状態では、対向電極４Ａに正電荷が誘導され、対向電極４Ｂに負電荷が誘導された状態となっている。すなわち、隣接する対向電極４Ａ，４Ｂに互いに異なる電荷が誘導されているため、両電極４Ａ，４Ｂ間の電位差が実施形態１に比べて大きく（２倍）になっている。
【００３２】
なお、本実施形態の発電装置の動作については実施形態１と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００３３】
而して、本実施形態では、隣接する対向電極４Ａ，４Ｂに互いに異なる電荷が誘導されることになり、その結果両電極４Ａ，４Ｂ間の電位差が実施形態１に比べて大きくなるから、発電効率をさらに高めた発電装置を実現することができる。
【００３４】
なお、本実施形態においても、エレクトレット電極３Ａ，３Ｂおよび対向電極４Ａ，４Ｂの個数を限定するものではなく、使用目的などに応じて適宜設定すればよい。また、本実施形態においても、可動基板１２側に対向電極４Ａ，４Ｂを設け、固定基板２０側にエレクトレット電極３Ａ，３Ｂを設けてもよい。
【００３５】
（実施形態３）
本発明に係る発電装置の実施形態３を図５に基づいて説明する。本実施形態では、実施形態１，２で説明したエレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）および対向電極４Ａ，４Ｂの電極表面に絶縁膜７を形成しており、それ以外の構成については実施形態１，２と同様であるから、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。
【００３６】
本実施形態の発電装置は、可動基板１２を具備する可動ブロック１と、固定基板２０を具備する固定ブロック２と、ダイオードブリッジＤＢ（図３（ａ）参照）とを備えている。
【００３７】
可動基板１２に設けた複数の凹所１２ａには、エレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）が配置されるとともに、固定基板２０に設けた複数の凹所２０ａには対向電極４Ａ，４Ｂが配置されている。そして、各エレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）および各対向電極４Ａ，４Ｂの電極表面には、それぞれ絶縁膜（例えばＳｉＯ２絶縁膜など）７が形成されている（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。
【００３８】
なお、本実施形態の発電装置の動作についても実施形態１と同様であるから、ここでは説明を省略する。
【００３９】
而して、本実施形態によれば、エレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）および対向電極４Ａ，４Ｂの各電極表面に絶縁膜７を形成することによって、基板同士が接触した場合でも両電極間の電気的な接触を確実に防止することができる。
【００４０】
なお、本実施形態においても、エレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）および対向電極４Ａ，４Ｂの個数を限定するものではなく、使用目的などに応じて適宜設定すればよい。また、本実施形態においても、可動基板１２側に対向電極４Ａ，４Ｂを設け、固定基板２０側にエレクトレット電極３（またはエレクトレット電極３Ａ，３Ｂ）を設けてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
３  エレクトレット電極
４Ａ，４Ｂ  対向電極
１２  可動基板
１２ａ  凹所
２０  固定基板
２０ａ  凹所
【図１】
2010273510.tif 000003
【図２】
2010273510.tif 000004
【図３】
2010273510.tif 000005
【図４】
2010273510.tif 000006
【図５】
2010273510.tif 000007