(57)【要約】【課題】対抗力発生部を設置して帯電膜と対向電極同士が引き寄せられないようにした静電誘導発電器を提供する。【解決手段】第１基板１と、第１基板１に対して相対移動可能に平行に配置された第２基板４と、第１基板１又は第２基板４の一方に設置された第１帯電膜２と、第１基板１又は第２基板４の他方に設置され、第１帯電膜２と対向して設置された第１対向電極３と、第１帯電膜２及び第１対向電極３間に発生するクーロン力に対して反対方向の対抗力を発生する対抗力発生部と、第１帯電膜２及び第１対抗電極３間で発生した電力を出力する第１出力部とを有することを特徴とする。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
前記第１基板に対して相対移動可能に平行に配置された第２基板と、
前記第１基板又は前記第２基板の一方に設置された第１帯電膜と、
前記第１基板又は前記第２基板の他方に設置され、前記第１帯電膜と対向して設置された第１対向電極と、
前記第１帯電膜及び前記第１対向電極間に発生するクーロン力に対して反対方向の対抗力を発生する対抗力発生部と、
前記第１帯電膜及び前記第１対抗電極間で発生した電力を出力する第１出力部と、
を有することを特徴とする静電誘導発電器。
【請求項２】
前記第１帯電膜又は前記第１対向電極の一方を、静止する第１基板に設置し、他方を回転又は並進運動する第２基板の第１対向面に設置し、
前記対抗力発生部が、前記第２基板における前記第１対向面とは裏側の第２対向面と、前記第２対向面に平行に対向させて設置した静止する第３基板と、前記第２対向面又は第３基板の一方に設置した第２帯電膜と、前記第２対向面又は前記第３基板の他方に設置した第２対向電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
【請求項３】
前記第２帯電膜及び前記第２対向電極間で発生した電力を出力する第２出力部を更に有する、請求項２に記載の静電誘導発電器。
【請求項４】
前記第２基板は、軸回りに回転運動を行い、前記第１帯電膜、前記第１対向電極、前記第２帯電膜、及び、前記第２対向電極の各パターンには、各々等しい角度の放射部が等間隔で形成されるとともに、前記第１帯電膜、前記第２帯電膜、前記第１対向電極、及び、前記第２対向電極の放射部の位相をそろえて配置され、前記第１帯電膜と前記第１対向電極間の前記第１出力部、及び、前記第２帯電膜と前記第２対向電極間の前記第２出力部は、同一の整流回路に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の静電誘導発電器。
【請求項５】
前記第１帯電膜又は前記第１対向電極の一方を、静止する第１基板に設置し、他方を回転又は並進運動する第２基板の第１対向面に設置し、
前記対抗力発生部が、前記第１基板側と前記第２基板のそれぞれに設けた反発力を発生する磁石から構成されることを特徴とする請求項１に記載の静電誘導発電器。
【請求項６】
前記磁石は、前記第１帯電膜又は前記第１対向電極の一方が設置された第１基板側と、第２基板の前記第１対向面とに設けたことを特徴とする請求項５に記載の静電誘導発電器。
【請求項７】
前記磁石は、前記第１帯電膜又は前記第１対向電極の一方が設置された第１基板の面の裏側と、前記第２基板における前記第１対向面とは裏側の第２対向面とに設けたことを特徴とする請求項５に記載の静電誘導発電器。
【請求項８】
前記第２基板は、軸回りに回転運動を行い、前記第２基板の軸は、重量バランスの偏りを有する回転錘が直接設置されているか、又は、回転錘の回転が歯車列を介して前記軸に回転伝動されるように構成されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の静電誘導発電器。
【請求項９】
重量バランスの偏りを有する回転錘の正逆両方向の回転、又は、正逆回転の一方回転のみが、前記第２基板に常に一方向に回転伝動されることを特徴とする請求項８に記載の静電誘導発電器。
【請求項１０】
前記第２基板に、重量バランスの偏りを生じさせる錘が設置されていることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の静電誘導発電器。
【請求項１１】
前記第２基板の面に垂直な方向の移動を、所定範囲に規制するストッパーを設けたことを特徴とする請求項２から１０のいずれか１項に記載の静電誘導発電器。
【請求項１２】
前記第２基板は、前記第２基板に取り付けた軸の回りに回転運動を行い、前記軸は軸受で支持されて、前記第２基板の前記軸の軸心方向の位置が規制されていることを特徴とする請求項２から１１のいずれか１項に記載の静電誘導発電器。
【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、発電器、携帯型電気機器、携帯型時計等に関する。本発明の発電器のエネルギー源としては、人体の運動、機械等の振動、その他環境に広く存在する運動エネルギーを利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレット材料による静電誘導を利用した実用的発電装置が、特許文献１〜３に開示されている。静電誘導とは、帯電した物体を導体に接近させると、帯電した物体とは逆の極性の電荷が引き寄せられる現象のことである。静電誘導現象を利用した発電装置とは、「電荷を保持する膜」（以下、帯電膜という）と「対向電極」を配置した構造において、この現象を利用して、両者を相対移動させて誘導された電荷を取り出す発電のことである。
【０００３】
図１は、静電誘導現象を利用した発電の原理を説明する説明図である。
【０００４】
エレクトレット材料による場合を例にとると、エレクトレットは、誘電体に電荷を打ち込んだものであり、半永久的に静電場を発生させるものである。このエレクトレットによる発電では、図１にみられるように、エレクトレットにより形成される静電場によって対向電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと対向電極の重なりの面積を変化（振動等）させれば、外部電気回路において交流電流を発生させることができる。このエレクトレットによる発電は、構造が比較的簡単で、電磁誘導によるものより、低周波領域において高い出力が得られ有利であって、近年いわゆる「環境発電（Energy Harvesting）」として注目されている。
【０００５】
特許文献１には、水平振動型のエレクトレット素子により、人体の動きによる低周波振動を、外部エネルギーとして利用した携帯用の振動発電器が開示されている。特許文献２には、機械式自動巻き腕時計に用いられるような回転錘の回転を、歯車機構を介して増速伝動させて、エレクトレット膜と電極の相対的な回転を行う静電誘導を利用した発電装置が開示されている。また、特許文献３には、エレクトレット膜と電極の往復周期回動を行う静電誘導を利用した発電装置において、回動体を弾性体を介して支持して回動体を共振させた発電装置が開示されている。特許文献３の従来技術は、弾性体で共振させて回動振幅を大きくさせ、発電効率を向上させるものである。しかしながら、これらの従来技術では、いずれもエレクトレット膜と電極間ギャップを狭くして発電効率を上げようとする技術思想は何ら示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３８５１４号公報
【特許文献２】特開２０１１−７２０７０号公報
【特許文献３】特開２０１３−５９１４９号公報
【特許文献４】特表２００５−５２９５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図２は、ジャスティン・ボーランドらの研究（特許文献４参照）に記載された負荷調整電力方程式に基づいて、帯電膜−対向電極間ギャップと発電量との関係に注目したグラフである。このグラフからわかるように、上記ギャップが小さくなるにつれ、発電量が増加することがわかる。しかしながら、発電量を上げるために上記ギャップを狭くすると、クーロン力が働いて帯電膜と対向電極同士が引き寄せ合うため、移動する側の電極の動きが渋くなる現象が発生していることがわかってきた。そのため、相対移動しなくなり発電ができなくなってしまったり、上記ギャップを小さくして発電効率を上げようとしても、電極を余り近づけられないことから発電量を大きくできないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る静電誘電発電器は、第１基板と、前記第１基板に対して相対移動可能に平行に配置された第２基板と、前記第１基板又は前記第２基板の一方に設置された第１帯電膜と、前記第１基板又は前記第２基板の他方に設置され、前記第１帯電膜と対向して設置された第１対向電極と、前記第１帯電膜及び前記第１対向電極間に発生するクーロン力に対して反対方向の対抗力を発生する対抗力発生部と、前記第１帯電膜及び前記第１対抗電極間で発生した電力を出力する第１出力部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
静電誘導発電器において、帯電膜（電極）と対向電極間に発生するクーロン力に対して、反対の方向の力を発生する対抗力発生部を設けたので、電極同士が引き寄せられて発電時に可動側の電極の動きが阻害されて発電量が下がるようなことがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】静電誘導現象を利用した発電の原理を説明する説明図である。
【図２】帯電膜−対向電極間ギャップと発電量との関係を示したグラフである。
【図３Ａ】本発明の第１実施形態を示す模式的断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第１実施形態を説明するための参考図である。
【図４】回転軸に回転錘を有する場合の帯電膜−対向電極の構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第１対向電極２と第１帯電膜３のパターンを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態のストッパーの一例としての詳細断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態を示す模式的断面図である。
【図１４】並進運動の場合の第５実施形態を示す模式的断面図である。
【図１５】並進運動の場合の第６実施形態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１２】
（第１実施形態）
図３Ａは、本発明の第１実施形態を示す模式的断面図である。図３Ｂは、本発明の第１実施形態を比較して説明するための参考図である。本実施形態は腕時計や携帯用電子電気機器などに適用できるが、これに限定されるものではない。
【００１３】
第１実施形態は、図３Ａにみられるように、静止する第１基板１に対して、第２基板が軸８を中心に回転する場合の実施形態である。軸８は、ハウジングを構成する地板３３、上下の受け部材３４、３５に、上下の軸受３２を介して取り付けられている。なお、ハウジングは、腕時計用のハウジングの限定されるものではない。
【００１４】
図３Ｂにみられるように、第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を回転する第２基板の第１対向面４１（下面）に配置している。この時、第１対向電極２と第１帯電膜３との距離、すなわち、帯電膜−対向電極間ギャップが小さくなってくると、帯電膜の負電荷と対向電極に静電誘導された正電荷との間に働くクーロン力が大きくなってくる。軸８が下部の軸受３２を押し付ける力が大きくなったりして、移動する側の第２基板の動きが渋くなることがわかってきた。また、クーロン力により第１対向電極２と第１帯電膜３との間で保持力が高まり、第２基板の回転量を低下させるため、それに伴い発電量も低下してしまう。
【００１５】
本実施形態の図３Ａの場合では、第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を回転する第２基板の第１対向面４１（下面）に配置しているが、帯電膜−対向電極間ギャップ（ＧＡＰ）が小さくなって、帯電膜の負電荷と対向電極に静電誘導された正電荷との間に働くクーロン力に対抗するように、反対の方向の力を発生する対抗力発生部が設けられている。
【００１６】
本実施形態では、この対抗力発生部は、第２基板の第２対向面４２（上面）に配置した第２帯電膜５と、第２対向面４２に平行に対向させて設置した静止する第３基板７と、第３基板７に設置した第２対向電極６とから構成されている。すなわち、発電用の第１対向電極２と第１帯電膜３と、同じサイズ、同じ形状で、引っ張り上げる方の第２対向電極６と第２帯電膜５を形成し、両方に働くクーロン力を同じ量にする。これにより、回転する第２基板の下側で発生した下側クーロン力（引力）は、上側で発生する上側クーロン力（引力）によって相殺されることになる。回転する第２基板を、下側クーロン力に対向する上側クーロン力で浮かせることができるので、回転する第２基板の動きを軽くすることができる。対抗力発生部による上側クーロン力は、必ずしも完全に下側クーロン力と釣り合う必要はなく、少なくとも下側クーロン力の一部を相殺すれば、上記効果を上げることができる。回転する第２基板は、上下に引っ張られているためどちらか一方にくっつこうとする力は弱くなる。また、上下の帯電膜−対向電極間ギャップ量が、適切に調整できるような調整機構（軸８の上下動調整など）を設置しても良い。
【００１７】
基板の材料としては、金属やガラスエポキシ基板など周知の基板材料を使用すると良い。また、第２基板自体を回転させたが、基板の代わりに、軸８に固定させた円板（無機材料や金属）にして、帯電膜をパターン形成した基板をこの円板の上下面に張り付けるようにしても良い。このような場合も第２基板として含めることにする（他の実施形態においても同様）。
【００１８】
上記説明においては、第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を回転する第２基板の第１対向面４１（下面）に配置し、第２帯電膜５を第２基板の第２対向面４２（上面）に、第２対向電極６を第３基板７に設置した場合で説明したが、これに限定されるものではない。帯電膜と対向電極を、逆にしてそれぞれ基板に取り付けて、第１帯電膜３を第１基板１に設置し、第１対向電極２を第２基板の第１対向面４１（下面）に配置し、第２対向電極６を第２基板の第２対向面４２（上面）に、第２帯電膜５を第３基板７に設置しても良い。なお、第２基板の第１、２対向面を同極にする場合のみならず、第２基板の第１、２対向面に、それぞれ帯電膜と対向電極の一方と他方を設置して、第１、３基板の極性をそれに対応させた構成であっても実施は可能である。
【００１９】
次に、本実施形態の一例としての腕時計に適用した場合の回転駆動について述べる。以下の回転駆動は、腕時計に限定されるものではなく、携帯用電子機器などの多くの用途にも適用可能である。
【００２０】
図４は、本実施形態の第１、３基板、対抗力発生部を省略した斜視図である。図５は、本発明の第１実施形態の第１対向電極２と第１帯電膜３のパターンを示す図である。
【００２１】
軸８には、重量バランスの偏りを有する回転錘１０が直接設置されている。歩行等の人体の運動によって、回転錘１０が駆動される。なお、軸８に直接回転錘１０を取り付ける代わりに、第２基板４に錘を取り付けて、第２基板４自体を回転錘１０とすることも可能である。
【００２２】
本実施形態の帯電膜にはエレクトレット膜が使用されている。図３Ａの断面図では、帯電膜２と対向電極３のパターン形状を図示していなかったが、図４、５に示すように、両図には、中心から等しい角度の放射部２’、３’が等間隔で形成されている。図示は省略しているが、対抗力発生部の第２基板４の第２対向面４２と、第３基板７においても同様である。本実施形態では、帯電膜は、図５の上部に示すような個別の放射部３’からなるパターンに形成されていて、帯電膜は導電部材の軸８に電気接点を介して接続されて出力されている（各放射部３’毎に軸８に接続するか、各放射部を連結配線後に軸８に接続するようにしても良い）。第２基板４が金属の場合には各放射部はそれぞれ基板を通して軸８と直接接続される。一方、対向電極も、図５の下部に示すようなパターンに形成されていて、外周側の電極部から出力が取り出される。両出力端子は、整流回路２０に接続している。
【００２３】
本実施形態では、第１対向電極２と第１帯電膜３間の第１出力部は、整流回路に接続されている。整流回路は、ブリッジ式であり、４個のダイオードを備え、入力側には、第１対向電極２と第１帯電膜３が接続されている。出力側には平滑回路を介して外部出力に接続されている。本実施形態における帯電膜および対向電極は放射状にパターニングされていたが、第１、第２基板に対して相対回動したときに、重なり面積が増減するのであれば、他の形状にパターニングされていても良い。
【００２４】
エレクトレット膜（帯電膜）の内面には、負電荷が保持されているので、それぞれの対向電極には、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。歩行等の人体の運動によって、回転錘１０が駆動されると、第１基板や第３基板に対して、軸８に固定された回転錘の回転に伴い、同じく軸８に固定された第２基板が回転する。これに伴い、エレクトレット膜と対向電極間との重なり面積が増減し、対向電極に引き寄せられる正電荷が増減して、エレクトレット膜と対向電極間に交流電流を発生させる。第１対向電極２と第１帯電膜３間の電流を、第１出力部として、整流回路２０を通し直流変換して、外部に取り出し発電させるものである。
【００２５】
第２基板の軸８の回転駆動は、上記軸８に固定された回転錘の回転のみならず、機械式腕時計においてこれまで公知の自動巻きの回転駆動技術を転用することが可能である。たとえば、特許文献２のように、軸８とは別に軸支された回転錘の回転を、歯車機構を介して増速伝動させて軸８に伝動して、エレクトレット膜と電極の相対的な回転行うこともできる。軸８とは別に軸支（この軸を以下ローター軸という）された回転錘の正逆両方向の回転を、常に一方向の回転に変換するようにすれば、発電効率を一層高めることができる。
【００２６】
このような変換クラッチ機構は、ツゥーウェイクラッチ機構として自動巻き腕時計の公知技術として、よく知られているので、これらの公知技術などを適用することが可能である。また、ロータ軸の回転や揺動の正逆一方向のみをワンウェイクラッチで軸８に伝動しても良い。第２基板の軸８の回転が逆回転する時の運動エネルギーの無駄がなくなり、発電効率を高めることができる。その他、特許文献３にみられるような、共振現象を軸８の回転振動に利用して、振幅を増加させて発電効率を上げることも可能である。以上の第１実施形態の回転駆動については、以下に述べる第２〜４実施形態においても同様のことが言える。
【００２７】
本発明で帯電膜として用いられるエレクトレット材料には、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）や、フッ素樹脂材料などを用いる。具体的には一例としてマイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるＣＹＴＯＰ（登録商標）などがある。
【００２８】
さらに、その他にもエレクトレット材料としては、高分子材料としてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などがあり、無機材料としては前述したシリコン酸化物（ＳｉＯ２）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）なども使用することができる。その他、周知の帯電膜を使用することができる。
【００２９】
(第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態を示す模式的断面図である。
【００３０】
第２実施形態は、第１対向電極２と第１帯電膜３間での発電に加えて、第２対向電極６と第２帯電膜５間でも発電することができるようにした実施形態である。その他の構成は第１実施形態と同じである。
【００３１】
本実施形態では、第２基板４の第１対向面４１と第２対向面４２の第１、２帯電膜３、５の放射部の位相（第１、２対向電極２、６も同様）をそろえて配置され、第１対向電極２と第１帯電膜３間の第１出力部、及び、第２対向電極６と第２帯電膜５間の第２出力部は、同一の整流回路２０に接続されている。第２基板の第１、２対向面には、帯電膜同士か対向電極同士にして、正または負の同極になるように構成すれば、単一配線で導電性の軸８から外部に取り出せて便利である。もちろん、第２基板の第１、２対向面が異極になるような構成であっても実施は可能である。
【００３２】
第１対向電極２と第１帯電膜３間（下）での発電（第１出力部）に加えて、第２対向電極６と第２帯電膜５間（上）でも発電（第２出力部）することができるので、クーロン力の相殺と発電量２倍の効果を同時に得ることができる。また、上下の第１、２出力部を同じ電極構成、すなわち、第１、２帯電膜及び第１、２対向電極のパターンの放射部の角度・位相を同一にすれば、出力される波形は同じ位相であるため、直流に変換するための整流回路を、それぞれ２つ用意する必要がなく、１つで良くなり構成が簡単になる。
【００３３】
（第３実施形態）
図７、８は、本発明の第３実施形態を示す模式的断面図である。
【００３４】
本実施形態は、図７にみられるように、対向力発生部に磁石１３、１４を使った実施形態である。第１実施形態と同様に、静止する第１基板１に対して、第２基板が軸８を中心に回転する場合の実施形態である。
【００３５】
第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を回転する第２基板の第１対向面４１（下面）に配置している。帯電膜−対向電極間ギャップが小さくなってくると、帯電膜の負電荷と対向電極に静電誘導された正電荷との間に働くクーロン力が大きくなってくる。このために、クーロン力とは反対の方向の力を発生する対抗力発生部に磁石１３を、軸８近傍において、第１基板側（第１基板自体又は第１基板を支持する受け部材３４）に設置している。この磁石１３に反発する磁石１４を、軸８近傍において、第２基板の第１対向面に設置している。第１対向電極２と第１帯電膜３は、クーロン力で下に引かれるものの、磁石１３、１４で反発して浮かせて、対抗力を発生させ、クーロン力をキャンセルする。磁石１３、１４の設置位置は、軸８近傍に限られるものではなく、第２基板の外周部に複数組設置しても良い。磁石１３は、ネジを使って上下位置を微量に調整することができるようにして、対抗する磁石１４との距離を調整することで、反発力を調整することができるが、軸８の方で上下動させるようにしても反発力を調整することができる。対抗する磁石１３、１４との距離で反発力を調整する場合には、調整する磁石はどちら側でもよいが、固定側の第１基板の磁石１３の方が調整が容易である。
【００３６】
本実施形態における磁石１３、１４の設置位置は、上記記載に限定されるものではなく、第１帯電膜３と第１対向電極２間に発生するクーロン力に対して、反対の方向の力を、磁石１３、１４によって発生できるように、設置位置を適宜任意に定めることができる。設置位置の他の一例としては、図８に示すように、磁石１３は、第１対向電極２が設置された第１基板１の面の裏側に設け、磁石１４は、第２基板４における第１対向面４１とは裏側の第２対向面４２とに設けて、磁石１３、１４で反発して浮かせて、対抗力を発生させるようにしても良い。このように、磁石１３、１４の設置位置は適宜任意に定めることができる。
【００３７】
（第４実施形態）
図９〜１１は、本発明の第４実施形態を示す模式的断面図である。図１２は、本発明の第４実施形態のストッパーの一例としての詳細断面図である。
【００３８】
第４実施形態は、第１帯電膜３と第１対向電極２間に発生するクーロン力に対して、反対の方向の力を発生する対抗力発生部を設けた場合、この対抗力によって、第１帯電膜３と第１対向電極２間の距離が必要以上に離れないようにストッパーで規制した実施態様である。それとともに、上記両者の距離を近接させた場合には、衝撃などによって両者が接触して各表面にダメージを与えないように、ストッパーで規制することも必要である。図９、１０は、第３実施形態の磁石の場合に本実施形態を適用した例であり、図１１は、第１、２実施形態の対抗力がクーロン力の場合に、本実施形態を適用した場合である。これらは、同様にストッパーで規制することができる。
【００３９】
図９、１０を参照して、この実施形態の磁石の場合を説明する。図９は、第３実施形態の磁石１３、１４が軸８近傍に設置された場合の例である。第１基板に位置調整可能にストッパー２１を設置して、第２基板４の第１対向面４１に設置した磁石１４の位置を規制している。ストッパー２１の磁石１４の対向面には、ＰＴＦＥなどの耐摩耗性材が設けられている。第２基板４の第２対向面４２にも、ＰＴＦＥなどの耐摩耗性材が設けられたストッパー２２が設置されている。ストッパー２２も、同様にＰＴＦＥなどの耐摩耗性材が設けられており、外部（図１３の地板３３や受け部材３４、３５などのハウジング、電子機器のケーシングなど）に調整可能に固定すると良い。ストッパー２１、２２は第２基板４の回転を阻害しないように、できれば摩擦力が発生しないように間隔を設けるようにすると良い。対抗力に応じて、ストッパー２１、２２のいずれか一方のみ設置しても有効である。
【００４０】
図９の場合では、ストッパー２１が、磁石１４の下面を規制したが、必ずしもこれに限定されるものではない。ストッパー２１が、軸８近傍の第２基板４の第１対向面４１を直接規制しても良い。また、図１０に示すように、第２基板４の第１対向面４１において、第１帯電膜３の外周側にストッパー２１を設置しても良い。この場合には、対抗力に対する位置規制のみならず、軸８や第２基板４が衝撃などで撓んだ場合にも各部材にダメージを与えることが皆無になる。
【００４１】
図１１は、第１、２実施形態に、第２基板の第１、２対向面４１、４２に対して、ストッパー１１による位置規制を適用した例である。その他の構成は、第１、２実施形態と同じであり、その効果は、上述した第４実施形態と同じである。ストッパー１１による位置規制位置は、図１１の軸８近傍に限定されるものではなく、第２基板の外周側であっても良い。ストッパー１１の接触面には、ＰＴＦＥなどの耐摩耗性樹脂は設けられている。
以上の第４実施形態の説明において、ストッパー２１、２２、１１の接触面に設置したＰＴＦＥの代わりに、図１２に示すような浮動ボール３１を凹部に設置して、摩擦を軽減させても良い。
【００４２】
第２基板の位置規制に関して、上述のストッパー２１、２２、１１によるものではなく、図１３に示すように、第１帯電膜３と第１対向電極２間に発生するクーロン力に対して、反対の方向の対抗力によって、第１帯電膜３と第１対向電極２間の距離が必要以上に離れないように、軸８の軸受３２で規制した場合の一実施形態である。通常、軸８は、上下にほぞ部を設けて、それらを上下に軸受で支持する。上下の軸受間距離と、上下のほぞ部を含めた軸の長さには、通常所定の遊び隙間量が存在する。第１帯電膜３と第１対向電極２間に発生するクーロン力と、反対の方向の対抗力（磁石や対向クーロン力）には力の大きさに差があれば、その差の力の方向の軸受位置を所定位置に定めれば、第１帯電膜３と第１対向電極２間の距離が必要以上に離れないように規制することができる。もちろん遊びを極力小さく設定して、上下の軸受位置で規制しても良い。この場合には、軸受位置の調整機構が必要になってくる。
【００４３】
（第５実施態様）
図１４は、並進運動の場合の第５実施形態を示す模式的断面図である。
【００４４】
これまで説明した第１〜４実施形態では、すべて軸８を中心に第２基板が回転する回転型の実施形態であったが、これらの特徴はすべて、第２基板が、静止する第１基板に対して、並進運動する第５実施態様に適用できるものである。以下の各実施態様について、第１〜４実施形態と同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４５】
図１４の第５実施形態は、第１実施形態と同様に、静止する第１基板１に対して、第２基板が並進運動する場合の実施形態である。第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を第２基板の第１対向面４１（下面）に配置している。対抗力発生部は、第２基板の第２対向面４２（上面）に配置した第２帯電膜５と、第２対向面４２に平行に対向させて設置した静止する第３基板７と、第３基板７に設置した第２対向電極６とから構成されている。この場合には、第２実施形態と同様に、第１対向電極２と第１帯電膜３間の第１出力部での発電に加えて、第２対向電極６と第２帯電膜５間の第２出力部でも発電することができ、第２実施形態と同様な効果を奏する。
【００４６】
（第６実施態様）
図１５は、並進運動の場合の第６実施形態を示す模式的断面図である。
【００４７】
先に説明した第３実施形態では、すべて軸８を中心に第２基板が回転する回転型の実施形態であったが、これらの特徴はすべて、第２基板が、静止する第１基板に対して、並進運動する第６実施態様に適用できるものである。本実施態様について、第３実施形態と同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４８】
図１５の第６実施形態は、第５実施形態と同様に、静止する第１基板１に対して、第２基板が並進運動する場合の実施形態である。第１対向電極２を第１基板１に設置し、第１帯電膜３を第２基板の第１対向面４１（下面）に配置している。対抗力発生部は、図８と同様に、磁石１３は、第１対向電極２が設置された第１基板１の面の裏側に設け、磁石１４は、第２基板４における第１対向面４１とは裏側の第２対向面４２とに設けて、磁石１３、１４で反発して浮かせて、対抗力を発生させている。磁石１３、１４の設置位置はこの場合に限定されず、第１対向電極２が設置された第１基板１の面と第２基板の第１対向面４１であっても良く、磁石１３、１４で反発して第２基板４を浮かせることができれば良い。第５、６実施形態においても、第４実施形態と同様にしてストッパーで規制すると良い。
【００４９】
本発明において、相対移動として、並進運動、回転運動、往復並進振動、回転振動が含まれる。ここでいう振動とは、規則的な振動のみならず、環境に広く存在するエネルギー源から電力を取り出す場合の不規則的な振動を含むものとして定義される。また、回転運動とは、一方向回転のみならず、回転振動、揺動運動を含めて使用される。
【００５０】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１    第１基板
２    第１対向電極
３    第１帯電膜
４    第２基板
５    第２帯電膜
６    第２対向電極
７    第３基板
８    軸
４１    第１対向面
４２    第２対向面
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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