(57)【要約】【課題】エレクトレット基板１１０の位置を安定させる共に、小型化を実現可能な静電誘導型変換器を提供する。【解決手段】静電誘導型変換器は、周方向に互いに間隔を空けて並んで配置されると共に電荷を帯びた複数のエレクトレット膜１１１が設けられるエレクトレット基板１１０と、周方向に互いに間隔を空けて並んで配置される複数の電極部１２１が設けられる、エレクトレット基板１１０に対向して設けられる対向基板１２０と、エレクトレット基板１１０と対向基板１２０のうち一方と共に周方向に回転する回転軸１５０と、を有し、エレクトレット基板１１０は、複数のエレクトレット膜１１１に加えて、周方向に沿って延びる第１の電荷を帯びた付加帯電部１１４を含み、対向基板１２０は、複数の電極部１２１に加えて、周方向に沿って延びる第１電荷と逆極性の第２の電荷が誘起される付加電極部１２１１を含む。【選択図】図１０
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
周方向に互いに間隔を空けて並んで配置されると共に電荷を帯びた複数のエレクトレット部が設けられるエレクトレット基板と、
周方向に互いに間隔を空けて並んで配置される複数の電極部が設けられる、前記エレクトレット基板に対向して設けられる対向基板と、
前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方と共に周方向に回転する回転軸と、
を有し、
前記エレクトレット基板は、前記複数のエレクトレット部に加えて、周方向に沿って延びる第１の電荷を帯びた付加帯電部を含み、
前記対向基板は、前記複数の電極部に加えて、周方向に沿って延びる前記第１の電荷と逆極性の第２の電荷が誘起される付加電極部を含む、
静電誘導型変換器。
【請求項２】
前記付加帯電部と前記付加電極部とは、平面視において少なくとも一部が重なるように設けられている、
請求項１に記載の静電誘導型変換器。
【請求項３】
前記付加帯電部及び前記付加電極部は環状である、
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において、前記複数のエレクトレット部と前記付加帯電部との間には第１非帯電部が設けられている、
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】
前記エレクトレット基板において、前記付加帯電部の外縁には前記第１非帯電部である溝が形成されている、
請求項４に記載の静電誘導型変換器。
【請求項６】
前記付加帯電部の内縁には第２非帯電部である溝が形成されている、
請求項５に記載の静電誘導型変換器。
【請求項７】
前記第１非帯電部及び前記第２非帯電部は環状である、
請求項６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部及び前記付加帯電部は共にエレクトレット膜である、
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】
前記付加帯電部は、前記複数のエレクトレット部よりも径方向の内側に設けられており、
前記付加電極部は、前記複数の電極部よりも径方向の内側に設けられている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【請求項１０】
前記エレクトレット基板の上面及び下面に前記複数のエレクトレット部がそれぞれ設けられており、
前記対向基板は、前記エレクトレット基板の上面に対向して設けられる第１対向基板と、前記エレクトレット面の下面に対向して設けられる第２対向基板と、を含む、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の静電誘導型変換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、静電誘導型変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エレクトレット材料からなる電極が設けられる可動子と、導電部材からなる電極が設けられる固定子とを有する静電モータが開示されている。特許文献１においては、可動子と固定子とのそれぞれに、径方向にズレた位置に環状の電極をそれぞれ設けて、それら環状の電極間に働く斥力により固定子の中心と可動子の回転中心のズレを修正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２６５５７号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
径方向にズレた位置に環状の電極を設けている特許文献1の構成においては、可動子と固定子が径方向に大型化してしまう。
【０００５】
本考案は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、エレクトレット基板の位置を安定させる共に、小型化を実現可能な静電誘導型変換器を提供することにある。
【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考案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）周方向に互いに間隔を空けて並んで配置されると共に電荷を帯びた複数のエレクトレット部が設けられるエレクトレット基板と、周方向に互いに間隔を空けて並んで配置される複数の電極部が設けられる、前記エレクトレット基板に対向して設けられる対向基板と、前記エレクトレット基板と前記対向基板のうち一方と共に周方向に回転する回転軸と、を有し、前記エレクトレット基板は、前記複数のエレクトレット部に加えて、周方向に沿って延びる第１の電荷を帯びた付加帯電部を含み、前記対向基板は、前記複数の電極部に加えて、周方向に沿って延びる前記第１の電荷と逆極性の第２の電荷が誘起される付加電極部を含む、静電誘導型変換器。
【０００８】
（２）（１）において、前記付加帯電部と前記付加電極部とは、平面視において少なくとも一部が重なるように設けられている、静電誘導型変換器。
【０００９】
（３）（１）又は（２）において、前記付加帯電部及び前記付加電極部は環状である、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において、前記複数のエレクトレット部と前記付加帯電部との間には第１非帯電部が設けられている、静電誘導型変換器。
【００１１】
（５）（４）において、前記エレクトレット基板において、前記付加帯電部の外縁には前記第１非帯電部である溝が形成されている、静電誘導型変換器。
【００１２】
（６）（５）において、前記付加帯電部の内縁には第２非帯電部である溝が形成されている、静電誘導型変換器。
【００１３】
（７）（６）において、前記第１非帯電部及び前記第２非帯電部は環状である、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部及び前記付加帯電部は共にエレクトレット膜である、静電誘導型変換器。
【００１５】
（９）（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記付加帯電部は、前記複数のエレクトレット部よりも径方向の内側に設けられており、前記付加電極部は、前記複数の電極部よりも径方向の内側に設けられている、静電誘導型変換器。
【００１６】
（１０）（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記エレクトレット基板の上面及び下面に前記複数のエレクトレット部がそれぞれ設けられており、前記対向基板は、前記エレクトレット基板の上面に対向して設けられる第１対向基板と、前記エレクトレット面の下面に対向して設けられる第２対向基板と、を含む、静電誘導型変換器。
【００１７】
上記本考案の（１）〜（１０）の側面によれば、エレクトレット基板の位置を安定させる共に、小型化を実現可能な静電誘導型変換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る腕時計の全体構成を示す平面図である。
【図２】本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】本実施形態の静電誘導型変換器を示す断面図である。
【図４】本実施形態のエレクトレット基板を一方の対向基板側から見た様子を示す斜視図である。
【図５】本実施形態のエレクトレット基板を他方の対向基板側から見た様子を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の一方の対向基板を示す平面図である。
【図７】本実施形態の他方の対向基板を示す平面図である。
【図８】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９】静電誘導型変換器を静電モータ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１０】図３に示す破線の円で示す部分を拡大して示す拡大断面図である。
【図１１】静電誘導型変換器においてエレクトレット基板が径方向にズレを生じた様子を示す拡大断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、本考案の実施形態（以下、本実施形態）について図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
［腕時計１の全体構成の概要］
まず、図１、図２を参照して、本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、本実施形態に係る腕時計の全体構成を示す平面図である。図２は、本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。
【００２１】
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７１と、外装ケース７１内に配置された文字板７２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７２には略字７３や時字７４が設けられている。また、外装ケース７１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。
【００２２】
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７１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。
【００２３】
また、腕時計１は、図２に示すように、静電誘導型の発電装置である発電装置１００と、電源２２０と、制御回路２４０と、静電モータ駆動回路５０と、静電誘導型の駆動装置である静電モータ２００と、電磁モータ駆動回路６０と、電磁モータ７０とを含む。
【００２４】
制御回路２４０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２４０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２４０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。
【００２５】
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、本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。
【００２６】
電源２２０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。
【００２７】
また、図２に示すように、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。
【００２８】
なお、腕時計１は、図２に示す各構成に加えて、電源２２０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。
【００２９】
［静電誘導型変換器］
次に、図３〜図７を参照して、本実施形態の静電誘導型変換器について説明する。図３は、本実施形態の静電誘導型変換器を示す断面図である。図４は、本実施形態のエレクトレット基板を一方の対向基板側から見た様子を示す斜視図である。図５は、本実施形態のエレクトレット基板を他方の対向基板側から見た様子を示す斜視図である。図６は、本実施形態の一方の対向基板を示す平面図である。図７は、本実施形態の他方の対向基板を示す平面図である。
【００３０】
以下の説明において、図３に示す矢印Ｚ１が示す方向を上方向、矢印Ｚ２が示す方向を下方向、矢印Ｘ１が示す方向を右方向、矢印Ｘ２が示す方向を左方向と定義する。なお、これら方向は説明の便宜上定義したものであり、腕時計１のユーザから見た方向に対応するものである必要はない。
【００３１】
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、静電誘導型の発電装置又は静電誘導型の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、本実施形態においては、発電装置１００が静電誘導型の発電装置に相当し、静電モータ２００が静電誘導型の駆動装置に相当するものである。
【００３２】
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。
【００３３】
発電装置１００は、図３に示すように、エレクトレット基板１１０と、第１対向基板である対向基板１２０と、第２対向基板である対向基板１３０と、挿入方向の位置決めをする位置決め拡径部１５０ｃを備える回転軸１５０と、を有している。エレクトレット基板１１０及び回転軸１５０は金属等の導電部材からなるとよい。エレクトレット基板１１０は、図３に示す支持板１５１と支持板１５２に挟持されることで回転軸１５０に対して固定されており、回転軸１５０と共に回転するように設けられている。また、エレクトレット基板１１０の中心部には開口が形成されており、その開口内には回転力を伝達するための回転伝達部材１５３が設けられている。なお、エレクトレット基板１１０と回転軸１５０との固定構造は図３に示すものに限られないため、図３に示す固定構造の詳細な説明は省略する。
【００３４】
［静電誘導型変換器：エレクトレット基板］
エレクトレット基板１１０は、図４、図５に示すように、回転軸１５０が取り付けられる円板部１１４と、円板部１１４から径方向に放射状に延びると共に周方向に互いに間隔を空けて並ぶ複数の延伸部１１５と、を含んでいる。
【００３５】
図４に示すように、エレクトレット基板１１０の上面にはエレクトレット膜（エレクトレット部）１１１が設けられており、図５に示すように、エレクトレット基板１１０の下面にもエレクトレット膜（エレクトレット部）１１２が設けられている。エレクトレット膜１１１、１１２は、少なくともエレクトレット基板１１０の複数の延伸部１１５の上面及び下面に設けられているとよい。なお、エレクトレット膜１１２は、薄い膜からなり、図３においては、それらの図示を省略している。
【００３６】
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。なお、エレクトレット膜１１１、１１２の配置や、その機能の詳細については後述することとする。
【００３７】
エレクトレット基板１１０の材料は、例えば、アルミニウムなどからなる金属板であるとよい。または、エレクトレット基板１１０の材料は、シリコンを含む板材であってもよい。
【００３８】
［静電誘導型変換器：対向基板］
対向基板１２０と対向基板１３０とは、図３に示すように、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。対向基板１２０は、エレクトレット基板１１０の上面に対向するように設けられている。対向基板１３０は、エレクトレット基板１１０の下面に対向するように設けられている。対向基板１２０及び対向基板１３０は、例えば、腕時計１の各種回路や機構が組付けられる地板に対して直接又は間接的に固定されているとよい。なお、回転軸１５０は、対向基板１２０及び対向基板１３０に対して固定されておらず、対向基板１２０及び対向基板１３０に対して空転する。
【００３９】
図６に示すように、対向基板１２０には、周方向に互いに間隔を空けて並ぶ複数の電極部１２１が設けられている。対向基板１２０には、回転軸１５０が挿入される開口１２０ｈが形成されており、複数の電極部１２１は開口１２０ｈの周辺において、径方向の外側に向けて延伸するように設けられている。
【００４０】
図６においては、複数の電極部１２１が互いに電気的に分離される３つの電極群で構成されており、それら３つの電極群からそれぞれ引き出し配線１２１ｗが延びている例を示している。複数の電極部１２１は、互いに隣り合う電極部１２１と電気的に分離するように設けられている。なお、図６に示す電極部１２１の配置や形状は一例であって、これに限られず、少なくとも周方向に互いに間隔を空けて並ぶものであればよい。なお、図６においては、図面が煩雑になることを避けるため、３つの電極群にそれぞれ含まれる１つの電極部１２１と、１本の引き出し配線１２１ｗにのみ符号を付して、他の電極部及び引き出し配線については符号を省略して図示している。図７に示す電極部１３１及び引き出し配線１３１ｗについても同様である。
【００４１】
図７に示す対向基板１３０も対向基板１２０とほぼ同様の構成である。すなわち、対向基板１３０は、対向基板１３０は、周方向に互いに間隔を空けて並ぶ複数の電極部１３１が設けられている。対向基板１３０には、回転軸１５０が挿入される開口１３０ｈが形成されており、複数の電極部１３１は開口１３０ｈの周辺において、径方向の外側に向けて延伸するように設けられている。
【００４２】
図７においては、複数の電極部１３１が互いに電気的に分離される３つの電極群で構成されており、それら３つの電極群からそれぞれ引き出し配線１３１ｗが延びている例を示している。複数の電極部１３１は、互いに隣り合う電極部１３１と電気的に分離するように設けられている。なお、図７に示す電極部１３１の配置や形状は一例であって、これに限られず、少なくとも周方向に互いに間隔を空けて並ぶものであればよい。
【００４３】
対向基板１２０の材料としては、例えば、一般的にプリント基板に用いられるガラスエポキシ材やガラスコンポジット材などがある。また、吸湿性と平面度に優れるセラミックス基材などであればなおよい。また、対向基板１２０は、電極部１２１が一体的に形成された成形回路部品（ＭＩＤ：Ｍｏｌｄｅｄ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｄｅｖｉｃｅ）であってもよい。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、基板上に電極部１２１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。
【００４４】
［静電誘導型変換器：回転軸及び軸受機構］
回転軸１５０は、図３に示すように、その上端にほぞ部１５０ａを有しており、その下端にほぞ部１５０ｂを有している。ほぞ部１５０ａ、１５０ｂは、回転軸１５０が延びる方向における端面を含む部分であって、回転軸１５０の他の部分よりも径が小さい部分である。
【００４５】
ほぞ部１５０ａは軸受機構１１に支持されており、ほぞ部１５０ｂは軸受機構２１に支持されている。軸受機構１１及び軸受機構２１は、ほぞ部１５０ａ及びほぞ部１５０ｂの上下方向の位置を調整することにより、ほぞ部１５０ａ及びほぞ部１５０ｂの摺動性を調整する機能を備えている。なお、軸受機構１１及び軸受機構２１は、例えば地板に直接又は間接的に固定されているとよい。
【００４６】
軸受機構１１は、ねじ部１１ａと、ねじ受け部１１ｂと、樹脂部１１ｃと、ねじ受け部１１ｂ及び樹脂部１１ｃを収容する収容部１１ｄと、受石１１ｅと、穴石１１ｆとを有している。
【００４７】
受石１１ｅは、ねじ部１１ａの下端に固定されており、ほぞ部１５０ａの先端に当接している。ほぞ部１５０ａは、受石１１ｅにより上下方向における位置決めがなされている。受石１１ｅは、ほぞ部１５０ａとの摺動性が良く、回転動作や摩耗に対して有利な貴石であるとよい。具体的には、受石１１ｅはルビー等であるとよい。
【００４８】
穴石１１ｆは、収容部１１ｄの中央部に形成されている開口に嵌め込まれており、収容部１１ｄに対して固定されている。穴石１１ｆには、ほぞ部１５０ａが挿入される貫通穴が形成されている。ほぞ部１５０ａは、穴石１１ｆにより径方向における位置決めがなされている。
【００４９】
ねじ部１１ａは、ねじ受け部１１ｂに形成される雌ねじに噛み合う雄ねじを含む。ねじ部１１ａは回転することにより、上下方向に移動する。それにより、ほぞ部１５０ａの上下方向における位置が調整される。すなわち、ほぞ部１５０ａの上下方向における位置は、ねじ部１１ａとねじ受け部１１ｂとの上下方向における相対位置により決められる。
【００５０】
軸受機構２１は、ねじ部２１ａと、ねじ受け部２１ｂと、樹脂部２１ｃと、ねじ受け部２１ｂ及び樹脂部２１ｃを収容する収容部２１ｄと、受石２１ｅと、穴石２１ｆとを有している。軸受機構２１の構成及び機能は、上述の軸受機構１１と同様であるため、詳細な説明については省略する。
【００５１】
［静電誘導型変換器：発電装置として用いた際の作動原理］
図８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８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に設けられる電極部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に設けられる電極部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８においては、対向基板１２０、１３０の図示は省略している。また、図８の電極部１２１及び電極部１３１においては、図面が煩雑になることを避けるため、それぞれ２つの電極群のみを示している。
【００５２】
上述のように、対向基板１２０及び対向基板１３０は、電極部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。
【００５３】
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と電極部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と電極部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、ピニオンギヤを有しており、ピニオンギヤ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及びエレクトレット基板１１０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。
【００５４】
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。本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。
【００５５】
対向基板１２０の電極部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電極部１２１に反対極性の電荷が蓄積される。すなわち、正電荷が電極部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が電極部１２１に正対しない状態となると、電極部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。
【００５６】
同様に、対向基板１３０の電極部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電極部１３１に反対極性の電荷が蓄積される。すなわち、本実施形態においては、正電荷が電極部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が電極部１３１に正対しない状態となると、電極部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。
【００５７】
なお、図８においては、電極部１２１と電極部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、電極部１２１と電極部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。
【００５８】
［静電誘導型変換器：静電モータとして用いた際の作動原理］
図９は、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。なお、図９の電極部１２１及び電極部１３１においては、図面が煩雑になることを避けるため、それぞれ１つの電極群のみを示している。
【００５９】
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と電極部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と電極部１３１とが正対する状態とそうでない状態が入れ替わる。
【００６０】
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。本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、電極部１２１と電極部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２４０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。
【００６１】
電極部１２１と電極部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電極部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を適宜切り替えて電極部１２１と電極部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。
【００６２】
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、他の構成を採用してもよい。
【００６３】
［付加帯電部及び付加電極部］
次に、主に図４〜図７、図１０、図１１を参照して、本実施形態の付加電極部及び付加帯電部について説明する。図１０は、図３に示す破線の円で示す部分を拡大して示す拡大断面図であって、エレクトレット基板が安定位置にある様子を示す図である。図１１は、エレクトレット基板が安定位置からズレた様子を示す拡大断面図である。なお、図１１においては、図１０と同じ部分の断面を示している。本実施形態において、「安定位置」とは、回転軸１５０に振れが生じていない状態におけるエレクトレット基板１１０の位置である。
【００６４】
回転軸１５０は、上述のように、軸受機構１１及び軸受機構２１によりその端部が支持されることで、上下方向及び径方向の位置決めがされている。しかしながら、回転軸１５０は、外部衝撃などにより、径方向に振れが生じてしまう場合がある。回転軸１５０において径方向の振れが生じてしまうと、軸受機構１１、２１に支持される回転軸１５０のほぞ部１５０ａ、１５０ｂに端部に負荷がかかってしまう。また、回転軸１５０が径方向に振れると、回転軸１５０に取り付けられるエレクトレット基板１１０も径方向に振れることとなる。エレクトレット基板１１０において径方向の振れを生じてしまうと、発電装置として発電効率が低下したり、駆動装置として駆動伝達効率が低下したりしてしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、エレクトレット基板１１０及び回転軸１５０の径方向における位置を安定させる構成を採用した。
【００６５】
具体的には、図４、図１０に示すように、エレクトレット基板１１０の円板部１１４の上面に、環状の外溝１１１４ａと内溝１１１４ｂを形成することにより、外溝１１４１ａと内溝１１４１ｂとの間に付加帯電部１１４１を形成した。同様に、図５、図１０に示すように、エレクトレット基板１１０の円板部１１４の下面に、環状の外溝１１４２ａと内溝１１４２ｂを形成することにより、外溝１１４１ａと内溝１１４２ｂとの間に付加帯電部１１４２を形成した。
【００６６】
ここで、エレクトレット基板１１０の加工について説明する。エレクトレット基板材料には、その上面及び下面のほぼ全面にエレクトレット膜が設けられている。エレクトレット膜に対して帯電処理を行うことにより、エレクトレット基板材料の上面及び下面のほぼ全面が帯電状態となる。帯電処理が行われたエレクトレット基板材料に対してレーザ加工を行うことにより、外溝１１４１ａ、内溝１１４１ｂ、外溝１１４２ａ、及び内溝１１４２ｂを形成する。外溝１１４１ａ、内溝１１４１ｂ、外溝１１４２ａ、及び内溝１１４２ｂが形成された領域においては、エレクトレット膜が除去される。これにより、外溝１１４１ａ、内溝１１４１ｂ、外溝１１４２ａ、及び内溝１１４２ｂは、非帯電部となる。ここで、複数のエレクトレット膜１１１、１１２と付加帯電部１１４１、１１４２との間に設けられた外溝１１４１ａと外溝１１４２ａとが、第１非帯電部であり、付加帯電部１１４１、１１４２の外縁に形成されている。また、付加帯電部１１４１、１１４２の周方向の内縁には、第２非帯電部である内溝１１４１ｂと内溝１１４２ｂとが形成されている。
【００６７】
外溝１１４１ａと内溝１１４１ｂの間の環状の領域が、付加帯電部１１４１である。すなわち、付加帯電部１１４１は、帯電状態にあるエレクトレット膜１１１が残存した部分である。言い換えると、外溝１１４１ａは付加帯電部１１４１の外縁に形成されており、内溝１１４１ｂは付加帯電部１１４１の内縁に形成されている。同様に、外溝１１４２ａと内溝１１４２ｂの間の環状の領域が、付加帯電部１１４２である。すなわち、付加帯電部１１４２は、帯電状態にあるエレクトレット膜１１２が残存した部分である。言い換えると、外溝１１４２ａは付加帯電部１１４２の外縁に形成されており、内溝１１４２ｂは付加帯電部１１４２の内縁に形成されている。なお、付加帯電部１１４１と付加帯電部１１４２は、負の電荷を帯びたエレクトレット膜１１１、１１２が残存した部分なので、付加帯電部１１４１と付加帯電部１１４２も負の電荷（第１の電荷）を帯びている。
【００６８】
さらに、図６に示すように、対向基板１２０に環状の付加電極部１２１１を設けた。同様に、図７に示すように、対向基板１３０に環状の付加電極部１３１１を設けた。
【００６９】
付加電極部１２１１は、電極部１２１の内側であって、エレクトレット基板１１０が安定位置にある状態において、付加帯電部１１４１に対向するように設けられている。付加電極部１２１１は、負の電荷が帯電される付加帯電部１１４１と対向して設けられることにより、付加電極部１２１１には逆極性である正の電荷（第２の電荷）が誘起される。そのため、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１との間には引力Ｆ１が働くこととなる。
【００７０】
付加電極部１３１１は、電極部１３１の内側であって、エレクトレット基板１１０が安定位置にある状態において、付加帯電部１１４２に対向するように設けられている。付加電極部１３１１は、負の電荷が帯電される付加帯電部１１４２と対向して設けられることにより、付加電極部１３１１には逆極性である正の電荷（第２の電荷）が誘起される。そのため、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２との間には引力Ｆ２が働くこととなる。なお、引力Ｆ１と引力Ｆ２の大きさは同じであるとよい。
【００７１】
図１０においては、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１が対向して配置されており、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１との間に引力Ｆ１が働くことにより、エレクトレット基板１１０が対向基板１２０側（上側）に引っ張られる力を受けている様子を示している。
【００７２】
また、図１０においては、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２が対向して配置されており、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２との間に引力Ｆ２が働くことにより、エレクトレット基板１１０が対向基板１３０側（下側）に引っ張られる力を受けている様子を示している。
【００７３】
図１０に示すように引力Ｆ１、Ｆ２が働くことにより、エレクトレット基板１１０は、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１とが対向し、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２とが対向する位置を維持することとなる。
【００７４】
なお、付加電極部及び付加帯電部がエレクトレット基板１１０の上面側及び下面側のいずれかのみに設けられている場合、エレクトレット基板１１０が引っ張られる方向において回転軸１５０の端部に負荷が掛かることなる。本実施形態においては、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１との間に働く引力Ｆ１と、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２との間に働く引力Ｆ２とが、回転軸１５０の延びる方向において釣り合うため、回転軸１５０の端部に負荷が掛かることが抑制される。
【００７５】
図１１においては、回転軸１５０が径方向に振れることで、エレクトレット基板１１０の径方向における位置がズレた状態を示している。径方向における位置ズレが生じた状態において、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１との間には、回転軸１５０が延びる方向及び径方向に対して傾斜する方向に引力Ｆ１が働くこととなる。同様に、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２との間には、回転軸１５０が延びる方向及び径方向に対して傾斜する方向に引力Ｆ２が働くこととなる。
【００７６】
回転軸１５０が延びる方向に働く引力Ｆ１の分力Ｆ１ｃｏｓθと、回転軸１５０が延びる方向に働く引力Ｆ２の分力Ｆ２ｃｏｓθとは反対方向に働いているため互いに釣り合って打ち消し合う。
【００７７】
一方、径方向に働く引力Ｆ１の分力Ｆ１ｓｉｎθと、径方向に働く引力Ｆ２の分力Ｆ２ｓｉｎθとは同じ方向に働いているため互いに強め合う。これにより、エレクトレット基板１１０は、付加電極部１２１１と付加帯電部１１４１とが対向し、付加電極部１３１１と付加帯電部１１４２とが対向する位置に戻るように径方向（図１１中の左方向）に引っ張られる。そのため、エレクトレット基板１１０は、径方向における位置がズレた場合であっても図１０に示す状態に戻ることとなる。
【００７８】
以上説明した本実施形態においては、エレクトレット基板１１０の径方向における位置が安定する。それにより、回転軸１５０の径方向における位置が安定し、回転軸１５０のほぞ部１５０ａ、１５０ｂに負荷が掛かることが抑制される。すなわち、ほぞ部１５０ａが穴石１１ｆと絶えず摺動しながら回転しているために、ほぞ部１５０ａの側面は固い穴石１１ｆにより摩耗していくが、本実施形態のように径方向の動きが規制されることにより、ほぞ部１５０ａの耐摩耗性を高めることも可能となる。ほぞ部１５０ｂについても同様である。その結果、回転軸１５０、及び回転軸１５０の回転に伴い回転する輪列の耐久性を向上することができる。また、エレクトレット基板１１０の径方向における位置が安定することより、発電装置として発電効率が低下することを抑制し、駆動装置として駆動伝達効率が低下することを抑制することができる。また、付加電極部と付加帯電部とが互いに対向するように配置される構成を採用するため、付加電極部と付加帯電部とが径方向にズレて配置される構成と比較して、静電誘導型変換器が全体として径方向に大型化することを抑制できる。
【００７９】
なお、図１１においては、説明を分かりやすくするために、エレクトレット基板１１０が径方向にズレた様子を示したが、エレクトレット基板１１０は径方向にほぼズレを生じないものであってもよい。すなわち、回転軸１５０は径方向にほぼズレを生じないものであってもよい。そのような構成においても、本実施形態の付加電極部１２１１及び付加帯電部１１４１を採用することで、回転軸１５０のほぞ部１５０ａ、１５０ｂに掛かる負荷を低減するという効果を得られる。
【００８０】
［その他］
図４においては、エレクトレット基板１１０が、円板部１１４と、円板部１１４から径方向に延びる複数の延伸部１１５とを有しており、延伸部１１５の上面と下面にエレクトレット部であるエレクトレット膜が設けられる例を示したが、エレクトレット基板１１０の構成はこれに限られない。例えば、エレクトレット基板１１０は、延伸部を有しない円板状であって、その円板状の上面及び下面に径方向に延びる複数のエレクトレット膜が互いに間隔を空けて並んで設けられる構成であってもよい。この場合、付加電極部及び付加帯電部は、エレクトレット膜及び電極部の径方向の外側に設けられていてもよい。ただし、径方向の外側の方が回転トルクが大きいことより、付加電極部と付加帯電部との間に働く引力による影響が相対的に小さくなってしまう。そのため、本実施形態で示したように、付加帯電部及び付加帯電部は、エレクトレット膜及び電極部の内側に設けられる方が好ましい。
【００８１】
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と共に径方向に延びる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電極部を配置する構成であってもよい。
【００８２】
また、本実施形態においては、外溝１１４１ａ及び内溝１１４１ｂを形成することにより、付加帯電部１１４１を形成する例について説明したが、これに限られない。例えば、付加帯電部１１４１は、放射状に延びる複数のエレクトレット膜１１１から離間して、環状のエレクトレット膜を非帯電の基板上に別途設けて成るものであってもよい。付加帯電部１１４２においても同様である。
【００８３】
また、本実施形態においては、上述のように、付加帯電部は、レーザ加工によりエレクトレット部であるエレクトレット膜から電気的に分離された部分であり、エレクトレット膜と同じ材料からなる。このような構成を採用するため、引力を生じさせる付加電極部として、別部材をエレクトレット基板１１０に設ける必要がなく、製造が容易である。また、帯電状態を維持するエレクトレット膜を付加帯電部とし、付加電極部に反対極性の電荷を誘起させる構成を採用するため、積極的に電圧を印加して電荷を生じさせる必要がない。そのため、複雑な配線構造等が不要である。ただし、付加帯電部１１４１，１１４２は、エレクトレット膜に限られず、付加電極部１２１１、１３１１との間で引力が働くものであればよい。
【００８４】
また、本実施形態においては、付加帯電部及び付加電極部が環状である例を示した。付加帯電部及び付加電極部が環状であることより、径方向に向けて働く静電気力を周方向のいずれの位置においても均等にエレクトレット基板１１０に働かせることができ、よりエレクトレット基板１１０の位置が安定することとなる。また、付加帯電部を環状とすることで、発生の懸念のある渦電流による影響を抑制することができる。ただし、これに限られず、付加帯電部及び付加電極部は少なくとも周方向に沿うように延びる形状であるとよい。すなわち、環状の付加帯電部及び付加電極部が部分的に分断されたような形状であっても構わない。
【００８５】
また、付加電極部と付加帯電部の配置は、図示の例に限られるものではなく、引力が働くような配置であればよい。例えば、付加電極部と付加帯電部とは、エレクトレット基板１１０が安定位置にある状態において、平面視において少なくとも一部が重なるように配置されているとよい。すなわち、エレクトレット基板１１０が安定位置にある状態において、付加電極部と付加帯電部とは、径方向における位置、及び径方向における幅が一致するものでなくても構わない。さらには、引力を生じる配置であれば、エレクトレット基板１１０が安定位置にある状態において、付加電極部と付加帯電部とが平面視において重なっていなくてもよい。
【００８６】
また、図１０、図１１においては、エレクトレット基板１１０においてエレクトレット膜が完全に除去されて形成される溝を非帯電部とする例を示したが、付加電極部と付加帯電部との間に引力が働くものであればよく、非帯電部にはエレクトレット膜が薄く残っていてもよい。
【００８７】
さらに、付加電極部と付加帯電部との間に働く静電気力は、引力に限られず、斥力であってもよい。すなわち、付加電極部と付加帯電部とに同極性の電荷が帯電されていてもよい。この場合においては、付加電極部と付加帯電部とは、平面視において少なくとも一部が互いに重ならないように配置されているとよい。また、この場合においては、エレクトレット基板１１０の上面と下面の両面に付加帯電部が設けられており、付加電極部１２１１が設けられる対向基板１２０と、付加電極部１３１１が設けられる対向基板１３０とを含むとよい。このような構成を採用することで、エレクトレット基板１１０の位置を安定させると共に、回転軸１５０のほぞ部１５０ａ、１５０ｂに対して延伸方向（上下方向）に負荷が掛かることを抑制できる。また同様にほぞ部１５０ａが穴石１１ｆと絶えず摺動しながら回転しているために、ほぞ部１５０ａの側面は固い穴石１１ｆにより摩耗していくが、本構成のように径方向の動きが規制されることにより、ほぞ部１５０ａの耐摩耗性を高めることも可能となる。ほぞ部１５０ｂについても同様である。
【００８８】
なお、本実施形態においては、腕時計を例に挙げて説明したが、これに限られず、例えば、懐中時計等であってもよい。さらには、時計に限られるものではなく、他の電子機器であってもよい。電子機器は、例えば、ユーザが装着可能なウェアラブルデバイス等の携帯機器であるとよい。
【００８９】
以上、本考案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、本考案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考案の技術的範囲は、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】
【００９０】
１  腕時計、２  秒針、３  分針、４  時針、１５  回転錘、１１，２１  軸受機構、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、７１  外装ケース、７２  文字板、７３  略字、７４  時字、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、１１４  円板部、１１４１，１１４２  付加帯電部、１１４１ａ，１１４２ａ  外溝、１１４１ｂ，１１４２ｂ  内溝、１１５  延伸部、１２０，１３０  対向基板、１２１，１３１  電極部、１２１１，１３１１  付加電極部、１５０  回転軸、１５０ａ，１５０ｂ  ほぞ部、１５０ｃ  位置決め拡径部、１５０ｈ  軸孔、１５１  支持板、１５１ｈ  軸孔、１５２  支持板、１５２ｈ  軸孔、１５３  回転伝達部材、１５３ｈ  軸孔、２００  静電モータ、２２０  電源、２４０  制御回路。
【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】
0003232471.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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