(57)【要約】発電装置及び方法であって、該装置は第１の領域を含む第１の電極及び第２の領域を含む第２の電極を備える。該第２の電極は、好適には、該第１の電極に結合され、該第１の電極と該第２の電極の間にはエレクトレットが連結されている。該装置は該第１の電極における第１の領域と該第２の電極における第２の領域の間に設けられた空間域を有する。又、該第１の領域と該第２の領域の間には（例えば、液体、液体と固体、気体と液体、固体と気体といった）定量の流体が介在する。該流体は、該流体の少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。
2008507250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電を行うための装置であって、
第１の領域を含む第１の電極と、
第２の領域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の領域と該第２の電極における該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
を含む、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記空間域の部分が該空間域の全てである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記空間域の大きさが固定されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記定量の流体が前記空間域の容積より少ない、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記電圧の変化が交流電圧と関連する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記定量の流体が連続している、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を入ったり出たりする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を通って動く、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含み、且つ、該複数個の固形構成要素が流体と同様の性質を有するようになっている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記空間域が気体部分を含み、該気体部分が、前記流体の容積に応じて変位可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記空間域が、空間(spatial volume)である、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の電極が、少なくとも、導電性の素子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２の電極が、少なくとも、導電性の素子を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記定量の流体が液体から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記定量の流体が蒸気から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記定量の流体が導電性を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記定量の流体が、実質的には金属液体である、請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記定量の流体が、単一の、連続する金属構成要素であって、該金属構成要素が液体金属である、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
前記空間域が、複数の室状領域を含み、該室状領域の各々が室状空間(cell spatial volume)によって特徴付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項２１】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含み、該複数個の固形構成要素の各々が前記空間域の一部を通って動くことができる、請求項１に記載の装置。
【請求項２２】
前記定量の流体が、該流体における流体密度を上回る１以上の構成要素を含み、該１以上の構成要素が、前記空間域の一部を通って動くことができる、請求項１に記載の装置。
【請求項２３】
前記エレクトレットが高抵抗ポリマーを被覆して成る材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２４】
前記エレクトレットが高抵抗ポリマーを被覆して成る材料を含み、該高抵抗ポリマーを被覆して成る材料が、デュポン社製造の、Teflon TMと呼ばれる材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項２５】
前記エレクトレットが高抵抗酸化物を被覆して成る材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
前記エレクトレットが高抵抗酸化物を被覆して成る材料を含み、該高抵抗酸化物を被覆して成る材料が、二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項２７】
前記エレクトレットが１の材料から成る、請求項１に記載の装置。
【請求項２８】
前記エレクトレットが２以上の材料の層を被覆して成る、請求項１に記載の装置。
【請求項２９】
前記エレクトレットが、該エレクトレット中に介在する複数の空洞を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
前記エレクトレットが、該エレクトレット中に介在する複数の空洞を含み、該複数の空洞の各々が間隙域であって、且つ、該間隙域が固形発泡材料に設けられた、請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
前記エレクトレットが精密機械加工によって特徴付けられた、請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
発電を行うための方法であって、
第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に空間域を設けつつ該空間域に定量の流体を介在させ、該第１の領域と該第２の領域の間に連結されたエレクトレットを備え、
該定量の流体の少なくとも一部を該第１の領域と該第２の領域の間に位置する該空間域内で移動させて、該流体の少なくとも一部を少なくとも移動させることに伴う、該空間域内での電界特性の変化を生じさせ、且つ、
少なくとも、該流体の少なくとも一部を移動させることに伴う電界特性の変化により該第１の電極と該第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化を生じさせる、
ことを特徴とする方法。
【請求項３３】
前記空間域の部分が該空間域の全てである、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記空間域の大きさが固定されている、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記定量の流体が前記空間域の容積より少ない、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記電圧の変化が交流電圧と関連する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記定量の流体が連続している、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を入ったり出たりする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を通って動く、請求項３２に記載の方法。
【請求項４０】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含み、且つ、該複数個の固形構成要素が流体と同様の性質を有するようになっている、請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
前記空間域が気体部分を含み、該気体部分が、前記流体の容積に応じて変位可能である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４３】
前記空間域が、空間(spatial volume)である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４４】
エレクトレットに連結された液体誘電体を用いた、発電を行うための装置であって、
第１の表面域を含む第１の電極と、
第２の表面域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の表面域と該第２の電極における該第２の表面域の間に設けられた空間(spatial volume)と、
該第１の表面域と該第２の表面域の間を移動できる流体であって、該流体の一部の移動が、該空間(spatial volume)の一部内における電界特性を変化させる流体と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項４５】
前記第１の電極が、少なくとも１個の均質な導電素子を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記第２の電極が、少なくとも１個の均質な導電素子を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項４７】
前記流体が液体から成る、請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
前記流体が蒸気から成る、請求項４４に記載の装置。
【請求項４９】
前記流体が導電性を有する、請求項４４に記載の装置。
【請求項５０】
前記流体が、実質的には金属液体である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５１】
前記流体が、単一の、連続する金属構成要素であって、該金属構成要素が液体金属である、請求項４４に記載の装置。
【請求項５２】
前記空間(spatial volume)が、複数の室状領域を含み、該室状領域の各々が室状空間(cell spatial volume)によって特徴付けられる、請求項１に記載の装置。
【請求項５３】
前記流体が、定量の流体内に複数個の固形構成要素を含み、該複数個の固形構成要素の各々が前記空間(spatial volume)の一部を通って動くことができる、請求項４４に記載の装置。
【請求項５４】
前記流体が、該流体における流体密度を上回る１以上の構成要素を含み、該１以上の構成要素が、前記空間(spatial volume)の一部を通って動くことができる、請求項４４に記載の装置。
【請求項５５】
前記エレクトレットが高抵抗ポリマーを被覆して成る材料を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項５６】
前記該高抵抗ポリマーを被覆して成る材料が、デュポン社製造の、Teflon TMと呼ばれる材料である、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
前記エレクトレットが高抵抗酸化物を被覆して成る材料を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項５８】
前記高抵抗酸化物を被覆して成る材料が二酸化ケイ素を含む、請求項５７に記載の装置。
【請求項５９】
前記エレクトレットが１の材料から成る、請求項４４に記載の装置。
【請求項６０】
前記エレクトレットが、２以上の材料の層を被覆して成る、請求項４４に記載の装置。
【請求項６１】
前記エレクトレットが、該エレクトレット中に介在する複数の空洞を含む、請求項４４に記載の装置。
【請求項６２】
前記エレクトレットが、該エレクトレット中に介在する複数の空洞を含み、該複数の空洞の各々が間隙域であって、且つ、該間隙域が固形発泡材料に設けられた、請求項４４に記載の装置。
【請求項６３】
前記エレクトレットが精密機械加工によって特徴付けられた、請求項４４に記載の装置。
【請求項６４】
複数の発電機構を備える、発電を行うための装置であって、該発電機構の各々が、
第１の領域を含む第１の電極と、
第２の領域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の領域と該第２の電極における該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
を含むことを特徴とする、装置。
【請求項６５】
前記空間域の部分が該空間域の全てである、請求項６４に記載の装置。
【請求項６６】
前記空間域の大きさが固定されている、請求項６４に記載の装置。
【請求項６７】
前記定量の流体が前記空間域の容積より少ない、請求項６４に記載の装置。
【請求項６８】
前記電圧の変化が交流電圧と関連する、請求項６４に記載の装置。
【請求項６９】
前記定量の流体の容積が連続している、請求項６４に記載の装置。
【請求項７０】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を入ったり出たりする、請求項６４に記載の装置。
【請求項７１】
前記定量の流体が前記第１の領域と前記第２の領域の間に位置する領域を通って動く、請求項６４に記載の装置。
【請求項７２】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含む、請求項６４に記載の装置。
【請求項７３】
前記定量の流体が複数個の固形構成要素を含み、且つ、該複数個の固形構成要素が流体と同様の性質を有するようになっている、請求項６４に記載の発電装置。
【請求項７４】
前記空間域が気体部分を含み、該気体部分が、前記流体の容積に応じて変位可能である、請求項６４に記載の装置。
【請求項７５】
前記空間域が、空間(spatial volume)である、請求項６４に記載の装置。
【請求項７６】
前記複数の機構が、列を成すよう配列され、該列が、符号１からＮまでが付された複数の横列と、符号１からＭまでが付された複数の縦列から成る配列である、請求項６４に記載の装置。
【請求項７７】
前記複数の機構が、三次元の列を成すよう配列され、該列が、符号１からＮまでが付された複数の横列と、符号１からＭまでが付された複数の縦列から成る配列であって、該横列及び該縦列の各々が、符号１からＺまでが付された複数のレイヤーの少なくともひとつを占め、且つ、該Ｚが、整数２若しくは整数２より大きい、請求項６４に記載の装置。
【請求項７８】
前記機構の各々が、他の何れかの機構と並列に電気配列された、請求項６４に記載の装置。
【請求項７９】
前記機構の各々が、他の何れかの機構と直列に電気配列された、請求項６４に記載の装置。
【請求項８０】
少なくとも２個以上の電極を備える、発電を行うための装置であって、
該電極の各々が、表面域と、
該電極の何れか２個の間に連結されたエレクトレットと、
該表面域の何れか２の表面域の間に設けられつつ囲まれた空間(spatial volume)と、
該表面域の何れか２の表面域の間に設けられつつ囲まれた空間(spatial volume)の一部分内を移動でき、該移動によって該空間(spatial volume)の一部で電界特性の変化を生じさせる定量の流体を含む、装置。
【請求項８１】
請求項８０に記載の発電装置であって、更に、第１の電気接続及び第２の電気接続を含み、該第１の電気接続及び該第２の電気接続が、前記２個以上の電極から成る１個又は１個以上の電極対に連結され、且つ、前記囲まれた空間(spatial volume)が、気密された環境に保たれている、装置。
【請求項８２】
三次元空間(three dimensional spatial volume)を含むエンクロージャーと、該エンクロージャーにおける該三次元空間(three dimensional spatial volume)の一部分に設けられた複数個の発電機構を含む、発電を行うための装置であって、該複数個の発電機構の各々が、
第１の領域を含む第１の電極と、
第２の領域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の領域と該第２の電極における該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
を含むことを、装置。
【請求項８３】
前記エンクロージャーがバッテリー機構の一部内に設けられている、請求項８２に記載の装置。
【請求項８４】
前記装置が発電機及びバッテリーである、請求項８２に記載の装置。
【請求項８５】
前記エンクロージャーがバッテリー機構全ての中に設けられている、請求項８２に記載の装置。
【請求項８６】
構成要素の動きを検出する機構であって、
第１の領域を含む第１の電極と、
第２の領域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の領域と該第２の電極における該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されつつ該流体の少なくとも一部が空間(spatial volume)の中で移動することで生じる該空間(spatial volume)の一部内における電界特性の変化に伴う１又は複数の指示を転送する機能を備える出力機構と、
を含むことを特徴とする機構。
【請求項８７】
前記流体の一部の動きが振幅特性を含み、該振幅特性が、該機構の空間運動を量化する目的で関連付けられる、請求項８６に記載の装置。
【請求項８８】
前記流体の一部の動きが振幅特性を含み、前記１又は複数の指示が、少なくとも該振幅特性と関連付けられ、該振幅特性が、該機構の空間運動を量化する目的で関連付けられる、請求項８６に記載の装置。
【請求項８９】
前記装置が、発電機でもある、請求項８６に記載の装置。
【請求項９０】
電力を発電及び活用するための装置であって、
第１の領域を含む第１の電極と、
第２の領域を含みつつ該第１の電極に結合された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極における該第１の領域と該第２の電極における該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
該第１の電極と該第２の電極に連結された出力機構と、
少なくとも、該出力機構からの電圧ポテンシャルの変化と関連する第１の信号群を受信すること並びに該第１の信号群を関連する電力をもつ１以上の信号に変換する目的で利用される抽出回路と、
該１以上の信号と関連する電力の少なくとも一部を消費する目的で利用される電荷機構と、
を含むことを特徴とする、装置。
【請求項９１】
前記電荷機構が、コンデンサー又はバッテリーから選択された、請求項９０に記載の機構。
【請求項９２】
前記電荷機構が、少なくとも、１以上の信号と関連する電力を利用して再充電される、請求項９０に記載の機構。
【請求項９３】
前記移動が、地穀変動、風、熱傾斜、引力による運動、海上の波又はこれらを組み合わせた運動から得られる、請求項９０に記載の装置。
【請求項９４】
前記移動が、機械から発生する運動エネルギーから得られる、請求項９０に記載の装置。
【請求項９５】
前記移動が、機械から発生する運動エネルギーから得られ、該運動エネルギーが、少なくとも、振動エネルギーを含む、請求項９０に記載の装置。
【請求項９６】
前記移動が、機械から発生する運動エネルギーから得られ、該運動エネルギーが、少なくとも、振動エネルギーを含み、該振動エネルギーが、エアコン、自動車、つり橋、航空機、航空機の翼、運動能力を有するあらゆる物体から提供される振動エネルギーである、請求項９０に記載の装置。
【請求項９７】
発電を行うための遠隔装置であって、
三次元空間(three dimensional spatial volume)である三次元空間(three dimensional spatial volume)を有するハウジングと、
該ハウジングに連結され、且つ、第１の領域を有する第１の電極と、
該ハウジングに連結され、且つ、第２の領域を有し、且つ、該第１の電極に連結された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極の該第１の領域と該第２の電極の該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
を含むことを特徴とする遠隔装置。
【請求項９８】
前記ハウジングが人体に埋め込まれている、請求項９７に記載の遠隔装置。
【請求項９９】
前記ハウジングが人に着用されている、請求項９７に記載の遠隔装置。
【請求項１００】
前記第１の電極、前記第２の電極、前記エレクトレット、前記空間域及び前記定量の流体が全面的に前記ハウジングの中に設けられた、請求項９７に記載の遠隔装置。
【請求項１０１】
構成要素に発電を行うための方法であって、
三次元空間(three dimensional spatial volume)を有するハウジングを備え、
前記ハウジングは、
ハウジングに連結され、且つ、第１の領域を有する第１の電極と
ハウジングに連結され、且つ、第２の領域を有し、且つ、該第１の電極に連結された第２の電極と、
該第１の電極と該第２の電極の間に連結されたエレクトレットと、
該第１の電極の該第１の領域と該第２の電極の該第２の領域の間に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、該第１の領域と該第２の領域の間を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体を備え、
該ハウジングを生物学的構成要素に連結する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０２】
前記連結が、前記ハウジングを人体に埋め込むこと若しくは人体に着用することを指す、請求項１０１に記載の方法。
【請求項１０３】
発電を行うための装置であって、
領域を含む電極と、
該電極に連結されたエレクトレットと、
該領域の近傍に設けられた空間域と、
少なくとも一部が該空間域内で移動することで、該領域の近傍を移動して該空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される定量の流体と、
を含むことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、下記米国出願に対して優先権を主張する。
出願番号 ６０／５７７，９０４ (CIT No. ４１２５−Ｐ) 出願日  ２００４年６月７日
出願番号 ６０／５７８，１１７ (CIT No. ４１２６−Ｐ) 出願日  ２００４年６月７日及び出願番号 ６０／５７７，８６４ (CIT No. ４１２７−Ｐ) 出願日  ２００４年６月７日。何れもJustin Boland 及び Yu-Chong Tai 両氏共有の発明であって、この参照によりあらゆる目的における開示に含まれる。
【０００２】
〈連邦の後援による研究開発に基づく発明者の権利に関する陳述〉
本調査は、一部、DARPAの支援によって実施された。
裁定番号 DAAH０１-０１-R００２
【０００３】
〈コンパクトディスクとして提出された「連番一覧(Sequence Listing)」、表若しくはコンピュータプログラム一覧の付録〉
適用なし
【背景技術】
【０００４】
本発明は、一般的には、電気の発電に関する。更に詳しくは、本発明では、発電を行うための液体誘電要素を備えるエレクトレット機構を製造する方法及び演算装置が提供される。一例にすぎないが、そのようなエレクトレットは、これまでは、精密機械加工を含むパターニングを用いて製造された。しかしながら、成形、鋳造、レーザー・アブレーション、直接染色等のプロセスも利用可能であることは理解されるものである。
【０００５】
これまで、静電発電機は、多種多様の用途において電力を供給する手段として用いられてきた。ダムによって管理される大きな川を流れる水の動きを利用して電気を供給するような、きわめて大型の発電機も存在する。一例にすぎないが、ホーバーダムでは、アメリカ合衆国カリフォルニア州のロサンゼルスで使用する電気が供給される。それとは別に、自動車や家庭向けの電子機構に並びに個人向けの電子機構を操作するための電力を供給するような小型の発電機もあればそれ以外の発電機もある。
【０００６】
一例にすぎないが、電磁発電機には直流電流による発電機もある。そのような直流発電機では、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する回転部材が起用されることが多い。そのようなエネルギー変換は、導体を担持する、アーマチュアと呼ばれる回転部材によってもたらされる。その回転部材は磁界内にある。電力を発生させるには、その磁界の中で回転するアーマチュアに機械的な力を加える。ここで、そのアーマチュアは磁界に沿って延びる軸の周りを回転する。アーマチュアが磁界の中で回転するか若しくはねじれることで電圧及び電流を伴う電気エネルギーが発生する。その電圧及び電流は外部の負荷回路によって供給される。電磁発電機は、我々が電磁力として理解するものによって発電する。電磁発電機の理論及び操作性の詳細については海軍人事部「電気の基本(BASIC ELECTRICITY) (１９６９年発行) 改訂増補第２版、ドーバー出版、ニューヨーク並びにその他の情報源を参照されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したような電磁発電は、特定の用途では大きな有効性を発揮する反面、益々小型化されるにつれて制約もある。一例にすぎないが、電磁発電機は、形状因子が１立方センチメートル未満である用途に電力を供給する手段としては効果的でなかった。従来の電磁発電機では、携帯電話、個人向けデジタル支援機器、ポケットベル、ペースメーカーといった近代的な電子機構を運転しようとすると、アーマチュアの大きさを１インチ未満としなければならないことから十分な電力を供給できないことが多い。
【０００８】
一例にすぎないが、現在使用されている公知の最も小型の商業用電磁発電機は在アメリカ合衆国セイコー株式会社（以下「セイコー」という）がSEIKO Kinetic（登録商標）シリーズの腕時計用に開発したものである。その発電機のピーク出力は４０マイクロワット未満であって腕時計の針を常時動かすには十分でない。そのような問題を強調する意味で述べるが、セイコーでは、しばしば、時間を継続的に示すことができるよう腕時計の中にバックアップ機構を組み込むと同時に電力を節約するための様々な技術を投入することが必要となる。十分な電力が供給されなければ腕時計の機能性が犠牲となる。したがって、近代的な電子機器は今でもって、寿命が決まっているだけでなく充電が困難で、しかもかさばるバッテリーに依存している。
【０００９】
したがって、エレクトレット発電機においては、ポータブル及びリモートエレクトロニクスの小規模の発電に関する需要を満たすことが目的である。そのようなエレクトレット発電機は、従来の電磁発電機に利用されているような電磁力よりもむしろ電気そのものである起電力に依存する。エレクトレット発電機の理論及び実験についてはO. D. JefimenkoがIEEE Trans. lnd. Appl.,( １９７８年版) 第１Ａ−１４巻第５３７〜５４０頁の中で、又、Y. TadaがTrans. Elect. lnsul. Ｅ１−２１ (１９８６年版) 第４５７〜４６４頁の中で報告している。又、半径４５mmのエレクトレット発電機についてはY. Tadaによる研究がJpn. J. Appl. Phys.,(１９９２年版) 第８４６〜第８５１頁の第３１巻第１部第３番に取り上げられている。ここで、報告されたエレクトレット発電機の最大電気出力は１.０２mWであった。残念ながら、従来のエレクトレット発電機は、更なる小型化並びに更なる効率の改善を図ることができる状態になく、商業分野での利用は見られない。上述したような制限並びにそれ以外の制限については本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００１０】
上記から、発電に係る技術改良が強く望まれることが明らかである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、発電に係る技術が提供される。更に詳しくは、本発明では、発電を目的に空間域内を移動できる液体誘電体を備えるエレクトレットを製造する方法及び演算装置が提供される。一例にすぎないが、そのようなエレクトレットは、これまでは、精密機械加工を含むパターニングを用いて製造された。しかしながら、成形、鋳造、レーザー・アブレーション、直接染色等のプロセスも利用可能であることは理解される。したがって、その液体誘電体はあらゆる移動可能な流体（又は他の一定の流体）若しくは流体と同様の性質を有する固形構成要素若しくは上述したような流体と固形構成要素を組み合わせて成るもの若しくはそれらと同等のものであってよい。
【００１２】
本発明の特定の実施例では、発電装置が提供される。その装置は第１の領域を含む第１の電極及び第２の領域を含む第２の電極を備える。第２の電極は、好適には、第１の電極に結合され、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結されている。その装置は第１の電極における第１の領域と第２の電極における第２の領域の間に設けられた空間域を有する。又、第１の領域と第２の領域の間には（例えば、液体、液体と固体、気体と液体、固体と気体、固体、液体及び気体といった組み合わせや液体と同様の性質を有するか若しくは流体と同様の特性を有する固体の集合体から成る）定量の流体が介在する。その流体は、その流体の少なくとも一部が上記空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、上記第１の領域と第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。
【００１３】
本発明の特定の実施例では、発電の方法が提供される。その方法には、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けられた空間域内に定量の流体を介在させることが含まれる。好適な実施例では、上記第１の領域及び第２の領域の間にエレクトレットが連結されている。その方法では、上述した定量の流体の少なくとも一部を上記第１の領域と第２の領域の間に位置する空間域内で移動させて、上述した流体の少なくとも一部を少なくとも移動させることに伴う、上記空間域内での電界特性の変化を生じさせる。電圧ポテンシャルの変化は、上記第１の電極と第２の電極の間で、上述した流体の少なくとも一部を少なくとも移動させることに伴う電界特性の変化によってもたらされる。
【００１４】
本発明の、変形例では、エレクトレットに結合された液体誘電体を利用して発電する装置が提供される。その装置は第１の表面域を含む第１の電極と第２の表面域を含む第２の電極を備える。好適な実施例では、上記第２の電極は上記第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結されている。尚、第１の電極の第１の表面域と第２の電極の第２の表面域の間には空間(spatial volume)が設けられている。上述の装置には上記第１の表面域と第２の表面域の間を移動できる流体が介在する。好適な実施例では、その流体の一部を移動させることでその空間(spatial volume)の一部における電界特性が変化する。
【００１５】
本発明の、特定の変形例では、発電装置が提供される。その装置は複数の発電機構を備える。それらの発電機構の各々が第１の領域を有する第１の電極及び第２の領域を有する第２の電極を備える。好適には、第２の電極が第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結されている。第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。上述した機構の各々に、定量の流体が介在する。その流体は、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、第１の領域と該第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。特定の実施例では、上述した複数の機構は、二次元或いは三次元又はその他の形に配列されている。二次元の配列は、符号１からＮまでが付された複数の横列と符号１からＭまでが付された複数の縦列から成る配列である。三次元の配列は、符号１からＮまでが付された複数の横列と符号１からＭまでが付された複数の縦列から成る配列である。上述した横列及び縦列の各々が、符号１からＺまでが付された複数のレイヤーの少なくともひとつを占めている。因みに、Ｚは整数２若しくはそれより大きい。
【００１６】
本発明の更なる変形例では、少なくとも２個又はそれより多数の電極及びそれらの電極の間に連結されたエレクトレットが使用される発電装置が提供される。その装置は少なくとも２個若しくはそれより多数の電極を備える。電極の各々が表面域を含む。又、上記電極の何れか２個の間にエレクトレットが連結されている。又、それぞれの電極の何れか２の表面域の間には空間が設けられている。その装置は上記２の表面域の間に位置する空間の一部分内を移動できる定量の流体を有する。好適な実施例では、上述した流体の移動によってその空間の一部で電界特性の変化が生じる。好適には、多次元（例えば、三次元）の配列は、特定の実施例によれば、エレクトレットに連結された各々の電極対を利用した配列である。
【００１７】
本発明では、更に、発電及び電力を蓄積する装置が提供される。その装置は三次元空間(three dimensional spatial volume)を含むエンクロージャーを有する。その三次元空間(three dimensional spatial volume)は、特定の実施例によれば、全面的にエンクロージャー内若しくは部分的にエンクロージャー内に設けられている。上述した装置はエンクロージャーの中の三次元空間(three dimensional spatial volume)の一部内に設けられた複数の発電機構を有する。その発電機構の各々が第１の領域を含む第１の電極及び第２の領域を含む第２の電極を備える。好適な実施例では、第２の電極は第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結されている。第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。好適な実施例では、上述した機構の各々に、定量の流体が介在する。その流体は、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、第１の領域と該第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。実施例によっては、エンクロージャーがバッテリー機構の一部内に設けられているか、若しくは、エンクロージャーがバッテリー機構を包含する態様となっている。
【００１８】
本発明の更に別な実施例では、ある構成要素の特別な動きを検出する機構が提供される。その機構は、第１の領域を含む第１の電極及び第２の領域を含む第２の電極を備える。第２の電極は第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結され、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。その機構には、定量の流体が介在する。その流体は、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することで第１の領域と該第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。その機構は第１の電極と第２の電極の間に連結された出力機構を有する。本発明の好適な実施例では、その出力機構は、流体の少なくとも一部が空間(spatial volume)の中で移動することで生じる空間の一部内における電界特性の変化に伴う１又は複数の指示を転送する機能を備える。本発明の特定の実施例では、一部の流体の移動によって、機構の空間移動の定量化に関連する振幅特性が構成される。
【００１９】
本発明の変形例では、電力を発電及び使用する装置が提供される。その装置は、第１の領域を含む第１の電極及び第２の領域を含む第２の電極を備える。第２の電極は第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結され、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。その流体は、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、第１の領域と該第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。本発明の好適な実施例では、第１の電極及び第２の電極に出力機構が連結されている。又、その出力機構には抽出回路が連結されている。本発明の好適な実施例では、その抽出回路は、少なくとも、出力機構からの電圧ポテンシャルの変化と関連する第１の信号群を受信すること並びにその第１の信号群を関連する電力をもつ１以上の信号に変換する目的で利用される。抽出回路には電荷機構（例えば、バッテリー、コンデンサー、モータ、ライト、ヒーター）が連結される。好適な実施例では、その電荷機構は、上述した１以上の信号と関連する電力の少なくとも一部を消費する目的で利用される。
【００２０】
ひとつの選択肢として、本発明による装置及び方法は、特定の実施例によれば巨視現象から得られる空間運動において大規模に実行できる。そのような巨視現象は、地穀変動、風、熱傾斜、引力による運動、海上の波又はこれらを組み合わせた運動若しくはそれと同様の運動を含んでよい。それに加えて、上記した巨視現象は、例えば、エアコン、自動車、つり橋、航空機、航空機の翼、運動能力を有するあらゆる物体が発生させる振動エネルギー及び/又は並進エネルギー及び/又は回転エネルギーからも得られる。
【００２１】
ひとつの選択肢として、本発明による装置及び方法は、特定の実施例によれば、遠隔の用途又は運動性を有する用途において実行できる。その装置は、三次元空間(three dimensional spatial volume)を含むハウジングの中に設けられている。特定の実施例では、そのハウジングは、人体又はその他の生物のに植め込まれているか若しくは人体又はその他の生き物が着用している。特定の実施例では、そのハウジングはシールされた上、耐磨耗性及び耐裂傷性を有すると同時に、実質上、化学物質及び/又は熱にも反応せず、一般的には、機械、化学、熱、物理といった外部要素に対しても抵抗力を有する。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００２２】
本発明では、更に、例えば、人間、動物、機械要素といった構成要素に起用できる発電方法が提供される。その方法は、三次元空間(three dimensional spatial volume)を有するハウジングの提供を含む。そのハウジングは、そのハウジングに連結された第１の電極及びそのハウジングに連結された第２の電極を有する。好適な実施態様では、第２の電極は第１の電極に連結されている。又、第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレットが連結され、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。定量の流体が、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、第１の領域と該第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。好適な実施例では、この方法においてハウジングが生物学的構成要素に連結される。その実施例によっては、埋込型、取付型若しくはその他の取付機構及び同様の機構であって、ハウジングを先述の構成要素の中に設けるか若しくはその構成要素に着用たらしめる何れかの機構若しくはそのような機構を複数組み合わせた上で用いつつ上述した連結を行う。
【００２３】
本発明では、更に、発電を行うための装置が提供される。その装置は１の領域を有する電極及びその電極に連結されたエレクトレットを備える。その領域の近傍には空間域が設けられている。又、定量の流体が、その流体の少なくとも一部がその空間域内で移動することでその領域の近傍内を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。本発明は、本発明による装置と関連する方法も含む。
【００２４】
本発明を利用することで、従来の技術にまさる数々の利点が得られる。本発明は、従来の処理技術を利用して実行できる。本発明における他の実施例では、本発明によって多種多様の用途に対応する、精密機械加工されたエレクトレット構造が提供される。本発明では、好適には、従来の技術に遥かに勝る、高均質のエレクトレット部材が提供される。本発明では、５％未満の電界の均一性が得られ、ある実施例では、ピークからピークで１％さえ可能である。そのような機構や装置は摩滅しにくく、ある実施例によれば、高い信頼性を有する。実施例にもよるが、上述したような利点の一つ又は複数が得られる。それらの利点又はそれ以外の利点について本明細書の全体を通して、次に更に詳しく説明する。
【００２５】
本発明の更なる数々の対象、特徴及び利点は、下記する詳細な説明及び添付される図面との関連においてより完全に認識されるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明では、電力を供給する技術が提供される。更に詳しくは、本発明では、発電を行うための液体誘電体を備えるエレクトレットを製造する方法及び演算装置が提供される。一例にすぎないが、そのようなエレクトレットは、これまでは、精密機械加工を含むパターニングを用いて製造された。しかしながら、成形、鋳造、レーザー・アブレーション、直接染色等のプロセスも利用可能であることは理解されるものである。それに加えて、液体誘電体はあらゆる移動可能な流体（又はある種のその他の流体）若しくは流体と同様の性質を有する固形構成要素若しくは上述したような流体と固形構成要素を組み合わせて成るもの若しくはそれらと同等のものであってよい。
【００２７】
図１は、本発明の１の実施例によるエレクトレット発電装置１００を簡略的に示す図である。尚、この図は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。図示されているように、その機構は第１の領域１０２を含む第１の電極１０１を備える。好適な実施例では、第１の電極は、一重の層、多層若しくはこれらを組み合わせて成る導電性の材質から作られる。その機構は、第２の領域１０６を含む第２の電極１０５も備える。好適な実施例では、第１の電極は、一重の層、多層若しくはこれらを組み合わせて成る導電性の材質から作られる。上述した導電性の材質は、当該用途に適切と考えられる（「素子周期一覧表」に掲載の）あらゆる金属、あらゆる合金、導電性のポリマー、導電性半導体或いはそれらを組み合わせて成る材質又は同様の材質であってよい。一例にすぎないが、電極は、ニッケル、ニッケル合金、アルミニウム、アルミニウム合金又はその他の適切な金属から作られてよい。実施例によっては、各々の電極に多種多様の形状及び大きさを与えるようにしてもよい。すなわち、電極は、平面型、湾曲型、環型或いはこれらを組み合わせた型若しくはそれ以外の型であってよく、何れにしても本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱するものではない。図示したように、第２の電極は第１の電極に連結されている。
【００２８】
エレクトレット１０７が第１の電極と第２の電極の間に連結されている。特定の実施例では、エレクトレットが第１の電極をオーバーレーしている。特定の実施例では、「エレクトレット」という言い回しは、準永久的に電荷を成す導電部材を指すと考えてよい。尚「準永久的」とは、電荷の壊変に係る時定数が、エレクトレットに関する研究に費やされた時限より遥かに長いことを意味する。これとは別に、実施例によっては、エレクトレットに関して上記とは異なる定義を、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくして使用できる。
【００２９】
本発明の特定の実施例では、適切なエレクトレット機構が提供される。そのエレクトレット機構は、接触領域を有する基材料の厚さを有する。導電性フロート域が、基材料の厚みをオーバーレーするようにして構成されている。その導電性フロート域は接触域と物理的に接触しないようになっている。又、保護層が、導電性フロート域をオーバーレーするようにして構成されている。その保護層は表面域を備えつつ導電性フロート域をシールしている。基材料、導電性フロート域及び保護層の厚みによって、少なくとも１×１０−４ Coulombs/m２の見掛け電荷密度及びピークからピークにおける電界非均一性が５％（保護層の真上からの測定では測定それ以下）であるサンドイッチ構造物が形成される。先に述べたようなエレクトレットは、例えば、２００３年６月４日に出願された米国特許出願１０／４５５，２２６(弁理事務所事件番号０２０８５９−００１７１０ＵＳ)に記載された技術を用いて作ることができる。上記米国出願についてはこの参照により、開示に含まれる。特定の実施例にもよるが、別の電荷方法としては、摩擦電気による電荷及びその他が考えられる。
【００３０】
本発明の特定の実施例では、機構は、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けられた空間域１１３を備える。その空間域は、特定の実施例によれば、領域１１５も含む。その空間域は全域１０９に包含されている。図示されているように、空間域は、実施例にもよるが、第１の部分１１３及び第２の部分１１５並びに、その他の部分を含んでよい。本発明の、特定の実施例では、空間域は、２個の電極の間に形成された間隙又は空間を成す領域である。図示されているように、その、空間を成す領域は、実質的には、各々の電極と平行に配設され、特定の実施例によれば、幅、長さ及び深さによって特徴付けられている。その、空間を成す領域は、特定の実施例によれば、好適には、三次元空間(three dimensional spatial volume)である。尚、我々は「空間域(spatial region)」との言い回しは、本発明を何ら限定するものではないと認識し、当該技術分野に関して専門的知識を有する者の理解による本来の意味を持って解釈されるべきものとする。特定の実施例では、空間域は、シールされた空洞であって、中には流体が介在する。その、シールされた空洞は、特定の実施例によれば、単一の空間域の中に介在してもよいし、複数の空間域の中に介在してもよい。流体の種類によるが、全面的に包含或いはシールされない１又はそれ以上の空間域が介在してもよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００３１】
図中の符号１１１についてであるが、特定の実施例によれば、（例えば、液体、液体と固体、気体と液体、液体と蒸気、これらを組み合わせて成る）定量の流体が第１の領域と第２の領域の間に介在する。その、定量の流体は、電界特性の変化をもたらすよう、その、第１の領域と第２の領域の間を移動するようになっている。上記した定量の流体は、その流体の少なくとも一部分が空間域の一部分内を移動することで空間域の一部分内を移動する。好適な実施例では、その、定量の流体が動くことで、第１の電極と第２の電極の間における電圧ポテンシャルの変化が生じる。特定の実施例では、その流体は、用途に応じて、水銀、ガリウム或いはその他の液状共晶金属であってよい。それに加えて、その液体は、固形構成要素を含んでよく、若しくは、特定の実施例による液体と同様の性質を有する１又はそれ以上の固形構成要素であってもよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００３２】
尚、上記は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。又、ここに説明された実施例や態様は一例として取り上げられているにすぎず、それらに鑑みた改良や変更例は当該分野に関して専門的知識を有する者に対して示唆されつつも本願の趣旨及び本発明とこれに付随する請求項の範囲に含まれると理解されるものである。それに加えて、ここに記載された要素と本明細書外の要素は上記した実施例に係る要素と組み合わされてよい。本発明による装置に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００３３】
図２は、本発明の変形例によるエレクトレット発電装置２００を簡略的に示す図である。尚、この図は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。同様の符号が図中で用いられているが、限定を意図するものではない。それに加えて、上記並びに本明細書の全体にわたって説明されているあらゆる要素は、ここに記載の請求項の範囲から逸脱することなくして本願によるエレクトレット発電機２００と組み合わせ可能である。言うまでもなく、当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。
【００３４】
図示されているように、その機構は、第１のエレクトレット発電装置２１０及び第２のエレクトレット発電装置２２０を備える。それらの装置の各々が、全域１０９に動作可能に連結されている。又、それらの装置の各々が、特定の実施例によれば、定量の流体とともに作動する。
【００３５】
図示されているように、第１の機構は第１の領域１０２を含む第１の電極１０１を備える。好適な実施例では、第１の電極は、一重の層、多層若しくはこれらを組み合わせて成る導電性の材質から作られる。その機構は、第２の領域１０６を含む第２の電極１０５も備える。好適な実施例では、「第１の電極は」、一重の層、多層若しくはこれらを組み合わせて成る導電性の材質から作られる。図示されているように、第２の電極は第１の電極に連結されている。
【００３６】
第１の電極と第２の電極の間にはエレクトレット１０７が連結されている。特定の実施例では、エレクトレットが第１の電極をオーバーレーしている。特定の実施例では、「エレクトレット」という言い回しは、準永久的に電荷を成す導電部材を指すと考えてよい。尚、「準永久的」とは、電荷の壊変に係る時定数が、エレクトレットに関する研究に費やされた時限より遥かに長いことを意味する。これとは別に、実施例によっては、エレクトレットに関して上記とは異なる定義を、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくして使用できる。
【００３７】
本発明の特定の実施例では、適切なエレクトレット機構が提供される。そのエレクトレット機構は、接触領域を有する基材料の厚さを有する。導電性フロート域が、基材料の厚みをオーバーレーするようにして構成されている。その導電性フロート域は接触域と物理的に接触しないようになっている。又、保護層が、導電性フロート域をオーバーレーするようにして構成されている。その保護層は表面域を備えつつ導電性フロート域をシールしている。基材料、導電性フロート域及び保護層の厚みによって、少なくとも１ × １０−４ Coulombs/m２の見掛け電荷密度及びピークからピークにおける電界非均一性が５％（保護層の真上からの測定では測定それ以下）であるサンドイッチ構造物が形成される。
【００３８】
本発明の特定の実施例では、第１の機構は、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けられた空間域１１３を備える。その空間域は、特定の実施例によれば、領域１１５も含む。その空間域は全域１０９に包含されている。図示されているように、空間域は、実施例にもよるが、第１の部分１１３及び第２の部分１１５並びに、その他の部分を含んでよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００３９】
図中の符号１１１についてであるが、特定の実施例によれば、（例えば、液体、液体と固体、気体と液体から成る）定量の流体が第１の領域と第２の領域の間に介在する。その、定量の流体は、電界特性の変化をもたらすよう、その、第１の領域と第２の領域の間を移動するようになっている。上記した定量の流体は、その流体の少なくとも一部分が空間域の一部分内を移動することで空間域の一部分内を移動する。好適な実施例では、その、定量の流体が動くことで、第１の電極と第２の電極の間における電圧ポテンシャルの変化が生じる。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００４０】
再度、図２について述べるが、空間域１１５が第３の電極及び第４の電極２０３に連結されている。第３の電極は第３の領域を有し、第４の電極は第４の領域を有する。第３の電極と第４の電極は動作可能に独立し、特定の実施例によれば、第１の電極と第２の電極から離れている。本実施例によれば、第３の電極の第３の領域に第２のエレクトレット２０５が形成されている。図示されているように、第３の電極と第４の電極は第２のエレクトレット発電機構に相応する。因みに、第１の電極と第２の電極は、特定の実施例によれば、第１のエレクトレット発電機構に相応する。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００４１】
尚、上記は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。又、ここに説明された実施例や態様は一例として取り上げられているにすぎず、それらに鑑みた改良や変更例は当該分野に関して専門的知識を有する者に対して示唆されつつも本願の趣旨及び本発明とこれに付随する請求項の範囲に含まれると理解されるものである。それに加えて、ここに記載された要素と本明細書外の要素は上記した実施例に係る要素と組み合わされてよい。本発明による装置に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００４２】
本発明の１の実施例による、発電方法を下記する。
１.第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けら
れた空間域に定量の流体を介在させ、第１の領域と第２の領域の間にエレクトレットを連結する。
２.流体と、第１の電極と、第２の電極と、エレクトレットを包含するハウジングの空間運動を起こす。
３.流体の少なくとも一部を、第１の領域と第２の領域の間に介在する空間域の一部内で移動させる。
４. 少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることで、空間域の一部内における電界特性を変化させる。
５. 少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることに伴う空間域の一部内における電界特性を変化によって、第１の電極と第２の電極の間の電圧ポテンシャルを変化させる。
６. 上記ステップを繰り返すことで電圧ポテンシャルの変化を継続させる。
７. 必要に応じて他のステップを実行する。
【００４３】
上述したステップを上記順序によって実行することで、本発明の１の実施例による方法が提供される。ここに示されているとおり、上述した方法では、液体及びエレクトレット発電機構を用いてエネルギーを発生させる手段を含む、いくつものステップが組み合わされて用いられる。他のステップを追加したり、１以上のステップを削除したり、或いは、１以上のステップを上記とは異なる順序で実行するといった別の選択肢も、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくして実行可能である。本方法に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００４４】
図３は、本発明の１の実施例による発電方法の、簡略化されたフローチャート３００である。そのフローチャートは一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。図示されているとおり、その方法は、ステップ３０１「開始」から開始される。特定の実施態様では、その方法は、定量の流体を、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けられた空間域に介在させるステップ（ステップ３０３）を含む。好適な実施例では、第１の領域と第２の領域は、その、第１の領域と第２の領域の間に連結されたエレクトレットを備える。
【００４５】
特定の実施例では、上記方法において、第１の領域と第２の領域の間に設けられた空間域の一部内に介在する定量の流体の少なくとも一部が移動させられる（ステップ３０７）。実施例にもよるが、その移動は、電極、エレクトレット及び流体アッセンブリ全体の空間運動や、流体との関連における相対運動や、それらの運動を組み合わせて成るあらゆる運動によるものである。その運動は、予め定められた、空間上に位置付けられたx方向、y方向並びにz方向に沿った運動又はそれらの方向の組み合わせによる運動或いは、特定の実施例によれば、無作為な運動であってよい。
【００４６】
図を参照するが、本方法では、少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることで空間域の一部内における電界特性の変化が引き起こされる（ステップ３０９）。電界の変化は、特定の実施例によれば、空間域の一部分内におけるキャパシタンスの変化によって引き起こされる。電界の変化は、少なくとも、流体の少なくとも一部が移動することに少なくとも伴う電界特性の変化によってもたらされる、第１の電極と第２の電極の間の電圧ポテンシャルの変化（ステップ３１１）を引き起こす。特定の実施例では、それらのステップは、電圧ポテンシャルの変化を継続させる目的で繰り返される（ステップ３１３）。その方法はステップ３１５をもって中止される。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００４７】
上述した方法は選択されたステップの順序によって示されているが、多種多様の変形例、選択肢並びに形態があることは認識されるものである。例えば、それらのステップの幾つかを組み合わせることも考えられる。別の選択肢として、それらのステップのうち、あるものについては分離することも考えられる。又、別のステップを、上述したステップの前、中或いは後に追加することも考えられる。又、その方法では、本願の請求範囲における請求の趣旨をを逸脱することなくしてステップの順序を変更することも可能である。
【００４８】
本発明の変形例では、次のような発電方法が提供される。
１.第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けら
れた空間域に定量の流体を介在させ、第１の領域と第２の領域の間にエレクトレットを連結する。
２.流体と、第１の電極と、第２の電極と、エレクトレットを包含するハウジングの空間運動を起こす。
３. 流体の少なくとも一部を、第１の領域と第２の領域の間に介在する空間域の一部内で移動させる。
４. 少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることで、空間域の一部内における電界特性を変化させる。
５. 少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることに伴う空間域の一部内における電界特性を変化によって、第１の電極と第２の電極の間の電圧ポテンシャルを変化させる。
７. 電圧ポテンシャルの変化と関連する１以上の信号を直流電流に変換する。
８. 上記ステップを繰り返すことで直流電流の発生を継続させる。
９. 直流電流との関連で得られたエネルギーを蓄積する。
１０. 必要に応じて他のステップを実行する。
【００４９】
上述したステップを上記順序によって実行することで、本発明の１の実施例による方法が提供される。ここに示されているとおり、上述した方法では、液体及びエレクトレット発電機構を用いてエネルギーを発生及び蓄積する手段を含む、いくつものステップが組み合わされて用いられる。他のステップを追加したり、１以上のステップを削除したり、或いは、１以上のステップを上記とは異なる順序で実行するといった別の選択肢も、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくして実行可能である。本方法に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００５０】
図４は、本発明の変形例による発電方法の、簡略化されたフローチャート４００である。そのフローチャートは一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。図示されているとおり、その方法は、ステップ４０１「開始」から開始される。特定の実施態様では、その方法は、定量の流体を、第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間に設けられた空間域に介在させるステップ（ステップ４０３）を含む。好適な実施例では、第１の領域と第２の領域は、その、第１の領域と第２の領域の間に連結されたエレクトレットを備える。
【００５１】
特定の実施例では、上記方法において、第１の領域と第２の領域の間に設けられた空間域の一部内に介在する定量の流体の少なくとも一部が移動させられる（ステップ４０７）。実施例にもよるが、その移動は、電極、エレクトレット及び流体アッセンブリ全体の空間運動や、流体との関連における相対運動や、それらの運動を組み合わせて成るあらゆる運動によるものである。その運動は、予め定められた、空間上に位置付けられたx方向、y方向並びにz方向に沿った運動又はそれらの方向の組み合わせによる運動或いは、特定の実施例によれば、無作為な運動であってよい。
【００５２】
図を参照するが、本方法では、少なくとも、流体の少なくとも一部を移動させることで空間域の一部内における電界特性を変化が引き起こされる（ステップ４０９）。電界の変化は、特定の実施例により、空間域の一部分内におけるキャパシタンスの変化によって引き起こされる。電界の変化は、少なくとも、流体の少なくとも一部が移動することに少なくとも伴う電界特性の変化によってもたらされる、第１の電極と第２の電極の間の電圧ポテンシャルの変化（ステップ４１１）を引き起こす。
【００５３】
特定の実施例では、本方法によって、交流電流による電圧ポテンシャルの変化が直流電流に変換される（ステップ４１３）。特定の実施例では、その変換は、数ある従来の変換機構の何れかによって実行される。一例として、そのような機構は、同期整流機構、交換電源、ダイオードブリッジ機構、半波及び全波整流器又はその他の適切な技術による機構であってよい。言うまでもなく、当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。
【００５４】
特定の実施例では、本方法によって、上記ステップによってもたらされたエネルギーが蓄積される（ステップ４１５）。実施例にもよるが、上述したエネルギーの蓄積は、コンデンサー構造、電池若しくはこれらを組み合わせて成る構造によって実行されてもよい。特定の実施例では、電池は、リチウムマンガン、リチウムポリマー或いはその他を含むリチウムイオン型電池であってよい。特定の実施例によれば、ニッケル系（他種の金属水素化合物やニッケルそのものを含む）の電池も使用可能である。特定の実施例では、上述したステップは、エネルギーを蓄積して、後に多種多様の用途に利用できるよう、繰り返される（ステップ４１７）。その方法はステップ４１９をもって中止される。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００５５】
上述した方法は選択されたステップの順序によって示されているが、多種多様の変形例、選択肢並びに形態があることは認識されるものである。例えば、それらのステップの幾つかを組み合わせることも考えられる。別の選択肢として、それらのステップのうち、あるものについては分離することも考えられる。又、別のステップを、上述したステップの前、中或いは後に追加することも考えられる。又、その方法では、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくしてステップの順序を変更することも可能である。
【００５６】
例えば、人間、動物、機械要素といった構成要素に起用できる、本発明の実施例による発電方法のアウトラインを下記する。
１. 三次元の空間域及び発電機構を包含するハウジングを用意する。
２. そのハウジングを生物学的構成要素に連結する。
３. 生物学的構成要素をハウジングとともに動かす。
４.発電機構に上記と関連した動きを引き起こす。
５.発電機構から電力を発生させる。
６.発電機構を電荷する。
７.発電機構から得られたエネルギーを蓄積する。
８.必要に応じて他のステップを実行する。
【００５７】
上述したステップを上記順序によって実行することで、本発明の１の実施例による方法が提供される。ここに示されているとおり、上述した方法では、発電機構を、生物学的構成要素における使用を目的に生物学的構成要素に連結する手段を含む、いくつものステップが組み合わされて用いられる。他のステップを追加したり、１以上のステップを削除したり、或いは、１以上のステップを上記とは異なる順序で実行するといった別の選択肢も、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくして実行可能である。本方法に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００５８】
図５は、本発明の別な変形例による発電方法の、簡略化されたフローチャート５００である。そのフローチャートは一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。図示されているとおり、その方法は、ステップ５０１「開始」から開始される。本方法は、例えば、人間、動物、機械要素といった構成要素のための発電を行うことを目的とする。
【００５９】
特定の実施例では、三次元の空間域を備えるハウジングを用意するステップ（ステップ５０３）が含まれる。そのハウジングは、そのハウジングに連結された第１の電極とそのハウジングに連結された第２の電極を備える。好適な
実施例では、第２の電極は第１の電極に連結され、第１の電極と第２の電極の間にエレクトレットが連結されている。第１の電極の第１の領域と第２の電極の第２の領域の間には空間域が設けられている。定量の流体が、その流体の少なくとも一部が上記空間域内で移動することで第１と第２の電極間の電圧ポテンシャルの変化がもたらされるよう、上記第１の領域と第２の領域の間を移動して空間域の一部内における電界特性を変化させるために利用される。ハウジング、電極、エレクトレット及び流体は、本発明の１の実施例による発電機構に起用すべく提供される。
【００６０】
次いで、本方法では、ハウジングが構成要素に連結される。本発明の特定の実施例では、生物学的構成要素、機械的構成要素又はこれらの構成要素を組み合わせて成る構成要素又はそれと同様の構成要素が提供される。実施例によっては、埋込型、取付型若しくはその他の取付機構及び同様の機構であって、ハウジングを先述の構成要素の中に設けるか若しくはその構成要素に着用たらしめる何れかの機構若しくは同様の機構を用いつつ上述した連結を行う。別の選択肢として、ハウジングは、実施例により、物体の中あるいは物体の外に介在するする部分若しくは構成要素を備えてよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００６１】
特定の実施例では、本方法によって、発電機構を用いつつ電力が発生する（ステップ５０７）。特定の実施例では、電力発電は、人的構成要素、機械的構成要素又はそれらの構成要素を組み合わせて成る構成要素の運動を介してもたらされる。実施例にもよるが、その電力は、ペースメーカー、モニター機構、疼痛緩和用スティミュレータ、ナーブ・スティミュレータ、内部カージオバータ・デファイブレータ、網膜移植機構、人口すい臓、蝸牛移植、肢体（例えば、腕、脚、指、膝）移植（例えば、義肢）及びその他の多種多様の用途に利用できる。言うまでもなく、当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。
【００６２】
特定の実施例では、本方法によって、上記ステップによってもたらされたエネルギーが蓄積される（ステップ５１１）。実施例にもよるが、上述したエネルギーの蓄積は、コンデンサー構造、電池若しくはこれらを組み合わせて成る構造によって実行されてもよい。特定の実施例では、上述したステップは、エネルギーを蓄積して、後に多種多様の用途に利用できるよう、繰り返される（ステップ５１３）。その方法はステップ５１５をもって中止される。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【００６３】
上述した方法は選択されたステップの順序によって示されているが、多種多様の変形例、選択肢並びに形態があることは認識されるものである。例えば、それらのステップの幾つかを組み合わせることも考えられる。別の選択肢として、それらのステップのうち、あるものについては分離することも考えられる。又、別のステップを、上述したステップの前、中或いは後に追加することも考えられる。又、その方法では、本願の請求範囲における請求の趣旨を逸脱することなくしてステップの順序を変更することも可能である。実施例にもよるが、本方法及び本装置に関する更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００６４】
液体発電方法及び機構の例
【００６５】
本発明に係る原則及び作用を提供すべく、我々はいくつかの実験を行った。これらの実験は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。上述したような実験では、特定の実施例によれば、少なくとも２個の電極の間で作用する液体を用いた発電機が利用された。その発電機は、上述したようなエレクトレットを用いて作られたが、他種のエレクトレットを用いることも差し支えない。本発明による発電機に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００６６】
本実施例では、我々は、低周波の低周波の機械的振動から電力が得られるよう設計された液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）を紹介する。その機構（図６）は、空気が満たされた間隙及び、振動によって動く液体の小滴が介在する、固定充電されたテフロン-エレクトレットコンデンサーを含む。その液体が間隙の中に向かって移動したり間隙の外に向かって移動したりすると、２個の電極における、（エレクトレットによって誘導された）イメージチャージが液体の小滴の位置に応じて再分配されて、そのコンデンサーに跨って正味電圧が発生する。実験によって、我々はそのような機構の実行性を証明した。因みに、我々の試作品では３０Vppを上回る開路電圧を発生させることができ、（２８Hz / Rload=２１MΩの）抵抗負荷時では０.４３μWの出力が得られた。上述した液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）は、振動環境から得られた電力を、特定の実施例による、遠隔検出機構に送る手段としては経済的な手段であると考えられる。
【００６７】
もうひとつの背景情報として、我々は、ポータブル電子機器及び遠隔電子機器が、しばしば、一般的には、使い捨て電池又は充電式電池から供給される電力を必要とすることに着目した。しかしながら、そのような電力源は、取り替えたり、補充したりする必要がある。電力源を取り替えたり補充したりする間、その電力現に依存する機構を使用することができない。それでは、センサーネットノードやバイオ移植機構のような遠隔電子機器にセンサーを設けるような場合、深刻な問題が生じる。ここで、利用可能なエネルギーを電力に変換する、改良された機構が必要となる。そのような問題の解決策としてあげられるのが光起電力トランス及び圧電トランスである。S. Roundy、B. Otis、Y-H. Chee、J. Rabaey、P. K. Wright「環境にやさしい清浄エネルギーを利用したA １.９ GHz型送信ビーコン」(“A１.９ GHz Transmit Beacon using Environmentally Scavenged Energy”) ISPLED ２００３、２００３年８月２３日から２７日於大韓民国。
【００６８】
他の例では、我々は、Seikoが、Kinetic（登録商標）シリーズの腕時計用に具備された電磁発電機の回転トルクからエネルギーを収集できるのを証明したことに気付いた。我々は、これと同じことを、MEMSプロセスの効率を利用しつつ４０ボルトを上回る出力電圧スイングを発生する静電手段を用いて証明した。我々の発電機は、固定充電式可変面積型コンデンサーを用いつつ回転エネルギーを電気エネルギーに変換できる。下記の式から示される関係を基礎に、我々は、電力を得る目的で可変面積を可変電圧に変換することができた。
【数１】
2008507250.tif 000003
【００６９】
直線振動を利用するため、我々は、先の機構の幾何学的配置を簡単に変更して、スプリングで吊られた移動物体を作ることができた。これは相変わらず固定充電式可変面積型コンデンサーである。固定充電式可変距離コンデンサーは、基本的には、先に報告されたようなマイクロホンである。W. Hsieh、T. HsuとY. Tai共著「精密加工された薄膜テフロンエレクトレットマイクロホン (A Micromachined Thin-Film Teflon Electret Microphone)」 TRANSDUCERS ’９７、ソリッドステートセンサー及びアクチュエータ、於イリノイ州シカゴ; １９９７年６月(１９９７)発行, 第２B２.０２頁から；  W. H. Hsieh、T. -J. YaoとY. -C. Tai共著「高性能Mems薄膜テフロンエレクトレットマイクロホン (A High Performance Mems Thin-Film Teflon Electret Microphone)」TRANSDUCERS ’９９ ソリッドステートセンサー及びアクチュエータに係る第１０回国際大会  １９９９年  於仙台（日本国）日本電気技術者学会発行(１９９９),第１０６４-１０６７頁から；及び、T. -Y. Hsu、W. H. Hsieh、K. FurutaniとY.-C. Tai共著「マイクロホンに使用される薄膜テフロンエレクトレット技術 (A Thin Film Teflon Electret Technology for Microphone Applications)」１９９６年ソリッドステートセンサー及びアクチュエータのワークショップのテクニカルダイジェスト、於ヒルトンヘッドサウスカロライナ州、アイランド、１９９６年６月トランスデューサ研究財団、クリーブランド (１９９６)発行, 第２３５-２３８頁から。
【００７０】
ここに示した例では、可変誘導率コンデンサーに係る探査がなされている。
【数２】
2008507250.tif 000004
【００７１】
可変誘導率に係る探査については、フレッシュマンE & Mブックス D. J. Griffiths著「エレクトロダイナミックス入門 (Introduction to Electrodynamics)」、プレンティスホール、０-１３-４８１３６７-７, (１９８９)から。但し、ここに記載の例の中で起用されているのは固体誘電体である。その固体誘電体は、相対運動の最中は間隙を維持する手段が起用されない限り、Teflon（登録商標）の名称で販売されているデュポン社製の材質の表面を簡単に破壊してしまう。その表面が破壊されるとより多くの摩擦が生じて貴重なエネルギーが消費されてしまうことになる。マイクロスプリングやスライダーを作るために固体を使用したり、プロセスのステップを増やしたりする代わりに、我々が提供する解決策では、誘電体における、高い接触角を有する液滴の摩擦量はゼロに近い。
【００７２】
液体水による実験は、液体が電気湿潤を経験した時点で停止された。 H. Moos、S. Cho、R. GarrellとC. Kin「誘電体における低圧電気湿潤 (Low Voltage Electrowetting-on-Dielectric)」Applied Physics ジャーナル、９２, [７], ４０８０-４０８７ (２００２)から。電気湿潤を避ける目的でシリコンオイルを起用した場合、水の使用は可能になるが、このことが、求められる固定充電に対してどんな影響を及ぼすかは定かでない。水銀は、室温では液体であって、電気湿潤によって損なわれることはないようである。水銀の接触角は、テフロンの上では〜１５０°である。導電性金属である水銀は、無限の誘電率を有する誘電体と同等である。
【００７３】
水銀は質量が重く、摩擦が少ないため、我々がコンデンサーを直線振動にさらしても固定状態を保つ。
【００７４】
液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）は、テフロンに組み込まれた定常電荷が、特定の実施例によれば、上側の電極と下側の電極の間でイメージ電荷を生み出す電束電流機構とみなすことができる。
【数３】
2008507250.tif 000005
【００７５】
ここで、図６からわかるように、Qは、組み込まれた総電荷量を、q１及びq２は電極において利用できる自由電荷を、σは測定された電荷密度を、L及びWは活性化された系統の長さと幅をそれぞれあらわす。組み込まれた定常電荷の位置を固定し、電荷深さが均一であると仮定した場合、その電極は、均一性を有する中間電極として働く。第１の近似式では、電荷は全面的にテフロン層の表面に集中するものと仮定される。この中間電極によって、我々は、本装置を分離した４個のコンデンサーとみなすことができる。
【００７６】
単一のコンデンサーＣ０からはじめて、我々は、断面積比α(t)による間隙に入り込む誘電体を備える誘電体の可変コンデンサーc０’に係る式を展開した。
【数４】
2008507250.tif 000006
【数５】
2008507250.tif 000007
ここで、XliquidはKliquid-１である。
【００７７】
ここで、我々は、深さΔにおける電荷を考慮すべく第２のコンデンサーをCoに直列に追加する。
【数６】
2008507250.tif 000008
【００７８】
図６ｂに示されているように、移動する誘電体を編入することで、下記が得られる。
【数７】
2008507250.tif 000009
【００７９】
４個のコンデンサーは上側の電極と組み込まれた電荷層の間に介在し、下記のように、単一の同等のコンデンサーに変わる。
【数８】
2008507250.tif 000010
【００８０】
同等のコンデンサーは下記の式で表される。
【数９】
2008507250.tif 000011
【００８１】
これは、単一の可変コンデンサー（数５）と類似する。別のあらわし方を下記する。
【数１０】
2008507250.tif 000012
【００８２】
t=oとして系統全体を占める小滴の振動運動に係り、液体の影響を受ける回線の領域は下記であらわす。
【数１１】
2008507250.tif 000013
【００８３】
簡略化のため、小滴の、球としての性質については無視する。
【００８４】
V=Q/Cの関係を活用しつつ、ループ電圧は次のようにして表すことができる。
【数１２】
2008507250.tif 000014
ここで、q１は上側の電極への電荷を、q２は下側の電極への電荷を、C２は埋め込まれた電荷層と下側の電極の間に介在するキャパシタンスをそれぞれあらわす。因みに、q２は、定常電荷Qのために、q１は、(数３)を(数１２)に代入することでそれぞれ削除された。
【００８５】
【数１３】
2008507250.tif 000015
上記が自明であることを踏まえつつ、(数１２)を(数１３)に代入することでVoutは削除される。
【数１４】
2008507250.tif 000016
【００８６】
標準形では、これは直線の、第１位のODEである。
【数１５】
2008507250.tif 000017
ここで、下記式を活用する
【数１６】
2008507250.tif 000018
【数１７】
2008507250.tif 000019
【数１８】
2008507250.tif 000020
【００８７】
この方程式を解くには数値的な手段を用いる必要がある。そうすると、電流、出力電圧及び電力は下記のようにあらわすことができる。
【数１９】
2008507250.tif 000021
【００８８】
特定の実施例では、液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）のつくりは図７に示されている。パターン金属層を有するガラスプレートが始動用コンデサーの電極である。下側のプレートには厚さ８μmのテフロンAFが、上側のプレートTには厚さ０.５μmのテフロンがそれぞれ紡ぎ込まれている。T. -Y. Hsu、W. H. Hsieh、K. FurutaniとY.-C. Tai共著「マイクロホンに使用される薄膜テフロンエレクトレット技術 (A Thin Film Teflon Electret Technology for Microphone Applications)」１９９６年ソリッドステートセンサー及びアクチュエータのワークショップのテクニカルダイジェスト、於サウスカロライナ州ヒルトンヘッドアイランド 、１９９６年６月トランスデューサ研究財団、クリーブランド (１９９６)発行, 第２３５-２３８頁から。」次いで、下側のプレートに被覆されたテフロン層は、エレクトレットを構成すべくバックライトを備えるサイラトロンからのエレクトロンとともに埋め込まれる。T. Y.  Hsu著「バックライトを備えるサイラトロンを基礎とする新しい電子ビーム源 (A Novel Electron Beam Source Based on the Back-lighted Thyratron)」 Ph.D. 南カリフォルニア大学、学術論文から。（液体室をも成す）スペーサーは、シルガード１８４PDMSをCNC加工されたモールドに鋳造して作り（図８）、これをエポキシで下側の電極に接着する。これを示威する目的で液体水銀の小滴によって下側の電極の室を部分的に満たす。次いで、上側の電極プレートをスペーサーに接着して機構を仕上げる（図９）。機構３の空洞寸法は、小滴がおよそ６００μLである場合、W=２.３mm、L=４.８１２mm及びH=２.３mmである。
【００８９】
発電実験は、パワーアンプを介して、HP３３１２０A型機能発生器によって正弦方向に駆動するLabworks Inc.製ET-１３２-２型エレクトロダイナミック振動機（図１０）に取り付けられた遮蔽ボックスを用いて実施される。発電機の加速度はEndevco２５６HX-１０型加速度計を用いて測定される。加速度波形と発電機電圧波形の何れもが２５６を超えるデータを平均してとられたものである。実験の最中は、ms加速が一定に保たれている一方で揺動周波数は１０Hzから６０Hzの範囲で変動する。液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）は抵抗負荷に接続され、その負荷に跨る電圧は、１０１２オーム入力インピーダンス電圧バッファとして用いられるNational Semiconductor製LF３５６N型op-アンプから測定される。
【００９０】
本例では、大きさが異なる２個の液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）からの発電電力対周波数の関係からして、揺動パラメータに関して機構の幾何学的配置を最適化できることが示唆される（図１１）。このグラフから、我々は、最大電力０.２５μWが、図９に示されているのと同一である機構３によって得られたことを見出す。機構３の波形は、機構gから見て１９Hzほど変位した周波数であると見られる。尚、二次ピークは振幅がより大である。このような周波数の変位が予期されるのは、機構gの回線が機構３の回線より〜５０%長いためである。尚、測定された質量は、機構３が２.７g、機構gが５g（水銀を含む）である。
【００９１】
図１２も、単一の機構では、発電対周波数の関係は負荷に左右されることを示す。図１２は、電力がスケールはされているものの種々の負荷に係る周波数に換算はされていないことを示す。極端な場合、十分な試験が行われないと、本発明の例に従って最適な負荷を決定することが不可能になる。
【００９２】
図１３は、開回路の電圧が、単一の機構においては加速を伴って１６Hzにまで上昇することを示す。１６Hzから２４Hzでは、電圧出力はバッファアンプの出力電圧範囲（３０Vpp）を超える。２４Hzを超える周波数では、水銀の小滴は、駆動周波数とは異なる周波数において複数のモードで振動し始める。これによってms出力電圧が下がる。振動機においては、ｙ軸とｚ軸に若干の共振モードが見られるが、そのような現象は全てのテストサンプルに見られ、空洞及び/又は液体の大きさに関係があると思われる（図１１参照）。
【００９３】
図１４の電圧レスポンスはクリップされているが、装置のレスポンスが駆動機能と関連することは明らかである。振動機に供給されるその駆動機能は正弦方向の駆動機能であるが、その周波数は加速度計に列挙された仕様を下回る。振動機を観察すると、その動きは目で見る限り正弦方向の動きではない。加速が最大値を通ると、出力電圧はゼロを通る。それに相当して、電流は速度に比例する。
【００９４】
機構gには寿命試験が実施された。その寿命試験では、２週間にわたって、１から６０Hｚの範囲で、３０秒のインターバルを置きつつ直線状の周波数掃引が繰り返された。この期間、電力出力又は波形に、注目すべき変化は見られなかった。
【００９５】
特定の実施例では、我々は、０.２５μWの最大出力電力と３０Vppの開回路電圧を有する可変誘電率発電機を提示した。小型の機構のための発電量の上昇と周波数の上昇が見られる。負荷抵抗に係る試験でも、負荷抵抗に応じた最大電気出力の変動は確認されなかった。更なる努力を重ね、計数機構の大きさと変動する液体の体積分数による影響を調べる必要がある。比誘電率が無限大を下回る液体誘電体についても調査する必要がある。本実施例に係る更なる詳細並びに本発明のその他の側面については本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００９６】
配列型液体発電方法及び機構の例
【００９７】
我々は、先に、特定の実施例により、機械的運動から電力を発生させるために、エレクトレットコンデンサーに介在する液体誘電体をどのように活用したら良いのかを説明した。電力出力を増加させるため、我々は、１のチップに複数の機構を並列又は直列に連結する。複数の機構を並列に構成することでその機構の電流出力を増加させることができ、それに伴って電力出力も大きくなる。それに加えて、我々は、同じパッケージの中で、ある機構は並列に、別な機構は直列に構成できる。そうすることで、密集する機構の電流出力と電圧出力の何れをも増加させることができる。ここまで、二次元の整列機構について述べたが、それらの系統を、ある機構を並列、直列又は別な機構についてはそれらの配列を組み合わせて成る配列によって配しつつ、三次元にスタックすれば、更に多くの電力を発生させることができる。複数の機構を用いて実施される本実施例の更なる詳細ついては本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００９８】
図１５は、本発明の１の実施例による、エレクトレット発電機の整列構成を簡略的に示す図である。尚、この図は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。図示されているように、その整列機構では１８の系統が並列に配され、系統の両側には、その系統における液体誘電体の最大限の動きから発生するエネルギーを収集する電極が設けられている。本機構の更なる詳細ついては本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【００９９】
本例では、我々は、特定の実施例により、電力出力を増加させるべく、液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）に具備される複数の直列及び並列の整列機構を提供した。並列に配された整列機構の電力出力と機構の番号は直線状にあって、予測のとおり、およそ１０μＷに達する電力出力を生じる。言うまでもなく、上記以外の改良、選択肢、並びにバリエーションもある。
【０１００】
もうひとつの背景情報として、我々は、遠隔配設されたセンサー、アクチュエータ及び電子機器が拡散し、自立した電源が必要とされることに着目した。センサーネットノード及びバイオ移植機構といった特殊な例では、バッテリーを交換することの難しさ及び取替えを決して必要としない電源の必要性が浮き彫りにされている。エネルギーの収集や電力掃気には大気エネルギーを電気エネルギーに変換することが必然的に伴う。運動エネルギー、光エネルギー及び熱エネルギーを活用可能な電力に変換しようと、これまで多くの努力がなされた。 [J. S. Boland とY.-C Taiの「液体ロータエレクトレットマイクロパワー発電機 (“Liquid-Rotor Electret Micropower Generator”)」ソリッドステートセンサー、アクチュエータ及びマイクロシステムワークショップ、２００４年、於サウスカロライナ州ヒルトンヘッドアイランド にて発表]の液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）が、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する機構としては最新のものである。
【０１０１】
本例では、我々は、図１６に示された系統の左半分に位置する上側の電極と下側の電極をモデルとする。ここでは、コンデンサー構造は簡単なものであると仮定して下記の定義を制定する。
【数２０】
2008507250.tif 000022
上記の式は図１７と対応し、x(t)は、液体に対するコンデンサーの相対運動をあらわす無単位の量である。
【０１０２】
振幅Xoを正弦方向の振幅と仮定し、周波数をωとして下記が得られる。
【数２１】
2008507250.tif 000023
ここで、キルヒホッフの電圧の法則を適用する。
【数２２】
2008507250.tif 000024
ここで、Q１、Q２、Q３、及びQ４はそれぞれのコンデンサーに蓄積された電荷に対応する。組み込まれた電荷ρ及びコンデンサーの領域Ａから下記が得られる。
【数２３】
2008507250.tif 000025
次いで、導関数
【数２４】
2008507250.tif 000026
【数２５】
2008507250.tif 000027
が得られ、
キルヒホッフの電流の法則から
【数２６】
2008507250.tif 000028
が得られる。
ここで、導関数 (数２４)及び (数２５)をとって数２６に代入できる。これを簡略化したところで相互に作用可能な直線一次式ODEにたどり着く。
【数２７】
2008507250.tif 000029
コンデンサーが定常状態の場合、数２７ がよく知られたRCタンク回路の状態に変わることは簡単に立証できる。複数の機構によって構成される装置及び方法については本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【０１０３】
特定の実施例では、我々は、ある種の材料やプロセスを用いつつ本機構を作り上げた。一例として、パターン金属層を有するガラスプレートをもってコンデンサーの電極を形成した（図１８）。厚さ２５μmの、良好な接着性を持たないTeflon AFを用いて成るテフロンFPE皮膜が、下側のプレートに接着されている。又、上側のプレートには、上側の電極を水銀から守る目的で厚さ０.５μmのテフロンAF皮膜が紡ぎ込まれている。次いで、下側のプレートに被覆されたテフロンのPTFE層にWelt製イオン発生器からのエレクトロンを埋め込んでエレクトレットを形成する。発電実験に先立って表面の電圧を測定したところ、〜８５０Vであった。又、（液体室をも成す）スペーサーは、シルガード１８４PDMSをCNC加工されたモールドに鋳造して作る。液体水銀の小滴若しくは鋼材から成るビード群が下側の電極プレートにおける室の半分を満たすために用いられる（J. S. Boland、J. D. M. MessengerとY. -C. Taiの「液体ロータエレクトレット発電装置の設計における別の選択 (“Alternative Design of Liquid Rotor Electret Power Generator System”)」於京都（日本国）、発電とエネルギー変換のためのマイクロ及びナノテクノロジーに係る第４回国際ワークショップ、２００４年にて発表）。次いで、上側の電極プレートをスペーサーの上に配設して機構を完成させる（図１８）。空洞の寸法は、W=１mm、L=２mm及びH=１mmであって、小滴の容積は１μLである。このとき、１のダイに、各々６の空洞から成る３の列がある。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【０１０４】
発電実験は、Labworks Inc.製PA-１４１型パワーアンプを介して、HP３３１２０A型機能発生器によって駆動するLabworks Inc.製ET-１３９型エレクトロダイナミック振動機（図１９）を用いて実施される。発電機の加速度は、本発明の特定の実施例によれば、Endevco製２５６HX-１０型加速度計を用いて測定される。尚、変位量は加速度波形の２倍の積分から得られる。又、揺動周波数は２０Hzから１００Hzの範囲で変動し、変位量はピークからピークで０から５mmの範囲と考えられる。負荷抵抗器に跨る液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）の出力電圧は、１０１２オーム入力インピーダンス電圧バッファとして用いられるNational Semiconductor製LF３５６N型op-アンプによって測定される。加速度波形と発電機電圧波形の何れもがHewlett Packard製オシロスコープによる２５６を超えるデータを平均してとられたものである。それらのデータは、IntuiLink製ソフトウェアーによってGP１Bを介してHPからコンピュータに読み込まれる。尚、これは、試験装置においては共通の通信基準である。
【０１０５】
本例では、我々は、本発明の特定の実施例により、ある種の結果を出すことができた。上側の電極を、高速ビデオ装置を用いてガラススライドと交換することで、系統の動き及び中に介在する水銀小滴の動きを鮮明に見ることができる。系統を引力と垂直に保ちつつ低い振幅、しかも、２０Hz以上の振幅で振動させると、水銀小滴は、系統がその周りを移動しても定位置から動かない。振幅を、少なくとも系統長さの半分の大きさに上昇させると、それらの小滴の中心が好適に同調しつつも、もはや静止はしていない様子を見ることができる。空洞の端部に衝撃力が作用すると水銀の小滴に、表面を変形させるエネルギーが印加される（図２０を参照せよ）。壁面と小滴の相対速度がゼロの場合、表面を変形させるエネルギーは再び小滴の運動エネルギーに変換される。そのプロセスによって小滴の相対運動が拡大し、フェーズラグとして出力波形に反映される（図２３）。負荷サイクルは小さくなりつつも電力はより大きくなる。このオーバードライブモードにおける電力出力の上昇率は入力エネルギーの上昇率より低く抑えられている。振幅をオーバードライブすることで確実に同期を得ることができる一方で、系統が引力に対して全く垂直であることは稀であり、オーバードライブは必要ないこともあり得る。水銀を鋼材から成るビード群に代えるとフェーズラグが起こらず、しかも、オーバードライブによる有効性も得られる。（J. S. Boland、J. D. M. MessengerとY. -C. Taiの「液体ロータエレクトレット発電装置の設計における別の選択 (“Alternative Design of Liquid Rotor Electret Power Generator System”)」於京都（日本国）、発電とエネルギー変換のためのマイクロ及びナノテクノロジーに係る第４回国際ワークショップ、２００４年にて発表）。
【０１０６】
設計により、整列機構は、各々が並列に配された６の機構を有する３の列を備えるようにして構成されている（図１６及び１７）。その整列における機構の各々が、それぞれの系統の半分に跨る電極対を備える。この試験の目的を考慮して、それらの系統の左側に位置する電極のみをテストする。尚、データは、１列、２列又は３列から並行に採る（図２１参照）。データでは、電力出力と機構の番号は直線状に並行している。１の列に４や５の機構が配されたより小さな整列機構を用いた試験でも同様の結果が得られた。
【０１０７】
試験によって、各列における電力出力が直線状に並行することが示されたところで、我々は、６個の電極を有する同一の列を起用したが、今回は、各々の列の間の電極は直列に接続した。この場合に見られる関係は直線状どころではなく、直列接続された列から得られる電力出力は単一の列から得られる電力出力より低かった。尚、波形は図２２に示されているが、それらの波形は、各々の列と、それらの列を組み合わせて成る列における電圧と時間の関係を表している。これらの結果は、各列の間で若干の位相差及びフィードバック作用と関連すると思われる複雑な干渉があることをほのめかす。４と５の電極列における試験でも同様の結果が得られた。
【０１０８】
本例により、多数の液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）を並列接続できること及び、特定の実施例により、複数の多数の液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）を直列に接続した場合の難点が立証された。複数の機構を並列接続することで電力出力を増加させることができるばかりか、更に小型化された埋込型発電機を考案する可能性も開ける。本発明の更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【０１０９】
特定の実施例において、我々は、機械的運動から電力を発生させるために、エレクトレットコンデンサーに介在する液体誘電体をどのように活用したら良いのかを説明した。我々が行った実験から、本発明の特定な実施例により、液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）の迷容量を減らすには比誘電率が低い絶縁体が必要であることは明らかである。このため、シルガード１８４及び同等品が、系統の形状を成すようモールドすることが容易であり、しかも、比誘電率が低いゆえに好適な絶縁体を成すことからして好適な選択肢であることは既に述べたとおりである。その他の選択肢としてはアクリル系プラスチック、その他、モールド加工や機械加工が可能なプラスチック、フォトパターン化できるシリコンゴム、フルオロシリコンゴム、SU-８及びその他のフォトレジスト並びに多種多様のガラスがあげられる。
【０１１０】
迷容量を減らすことに関して更に付け加えるが、ゴムは、系統を容易にシールする性質を備えるだけでなく漏れを防ぐ働きもする。或いは、ＳＵ-８のような、フォトパターン化できる材質やフォトパターン化できるシリコンゴムを用いることで、機構の少なくとも片側をシールできる一方、スペーサー/系統の材質は液体であることからしてスペーサーが乾燥してからそのインターフェースにおいて漏れが発生する事態が回避される。
【０１１１】
一例にすぎないが、図２４は鋳造シリコン及びその鋳造シリコンを作るために用いられたアルミニウム製の反型を示す。尚、この図は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や改良並びに選択肢を見出すものである。
【０１１２】
液体ロータ型エレクトレット発電機に係る方法及び機構に関するその他の例
【０１１３】
これまで、我々は、特定の実施例により、機械的運動から電力を発生させるために、エレクトレットコンデンサーに介在する液体誘電体をどのように活用したら良いのかを説明した。我々は、特定の実施例において、液体水銀がエレクトレットコンデンサーの誘電率を変化させるのに好適であるとの結論を得た。その他に、水銀のような液体も利用できる。他の系列と併せて、固形金属から成るビードも、その他の実施例によれば、好適に利用できる材質であることも立証できた。単一のビードは、特定の実施例では、系統において利用可能である。別の実施例では、本方法及び装置において、同じ系統の中で多数のビードを用いて液体金属を近接させている。この意味において、これは相変わらず液体誘電型静電発電機であるか、若しくは、特定の実施例によれば、液体誘電体としての「働き」をする。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。上述したビード群は、エレクトレットコンデンサーの誘電率を変えることができる限り、テフロンビード又はシリカビードといったあらゆる誘電材料から作られてもよい。それに加えて、それらのビードは、系統の磨耗を減らす目的で、フルオロポリマー又はシリコンといった軟性材料で被覆されてよい。強いては被覆されるべきである。同様に、それらのビードは固体であってもよいし、層状材料や中空材料であってもよい。気孔を有するビードも使用できる。
【０１１４】
上述したビードは、磨耗を減らす目的で、液状媒体の中で懸濁してもよい。その意味で、我々は、静電発電において液体誘電体、固形誘電体の双方についてその使用を請求するものである。
【０１１５】
図２５についてであるが、我々は、各々サイズが異なり、特定の実施例により、半分、鋼から成る誘電体としてのビード群で満たされた５個の系統を示した。図２６（右上）は、別の実施例により、それらの系統の１個から発電された電気を示す。図示されているように、ワットで表された電力を縦軸に、液体ロータ型発電機（LPG）に係る変位を横軸に置く。図２７（右下）は、上述した系統の何れか１個から発電された電力と時間の経過に伴う二つの異なる揺動幅の関係を、青で示された機構における加速度とあわせて示している。ここで、電圧は、水平軸に置かれている時間との関係においてプロットされている。言うまでもなく、これらの図は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。本方法及び機構に係る更なる詳細事項は本明細書全体の中で、特に、次に更に詳しく説明する。
【０１１６】
我々は、その他の液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）[J. S. Boland とY.-C Taiの「液体ロータエレクトレットマイクロパワー発電機 (“Liquid-Rotor Electret Micropower Generator”)」ソリッドステートセンサー、アクチュエータ及びマイクロシステムワークショップ、２００４年、於サウスカロライナ州ヒルトンヘッドアイランド にて発表]を提供する。それらの液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）では、鋼材から成るビードを集めたものを、異なる電極構造からの液体及び電力出力の概略的基準を得る目的で利用している。液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）は、基本的には、空気が満たされた間隙及び、振動によって動く液体の小滴が介在する、固定充電されたテフロンーエレクトレットコンデンサーである。その液体が間隙の中に向かって移動したり間隙の外に向かって移動したりすると、２個の電極における、（エレクトレットによって誘導された）イメージチャージが液体の小滴の位置に応じて再分配されて、そのコンデンサーに跨って正味電圧が発生する。高速ビデオ装置により、系統に介在するビードの、液体と同様の特性が明らかにされる。それに加えて、我々は、特定の実施例により、電極をある種の仕方で接続することでより多くの電力出力がもたらされることを見出した。このような新たなる働きにおいて重要なことに、１つの系統における多数のビードの使用は水銀の使用に取って代わる選択肢であること、又、電極を様々に組み合わせることで、当初設計と比べてより多くの電力が得られることが証明された。
【０１１７】
特定の実施例では、我々は、ある種の材質及び方法を用いつつ液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）を作り上げた。その様子は図２８に示されている。パターン金属層を有するガラスプレートが始動用コンデンサーの電極である。下側のプレートには、良好な接着性を有さないテフロンAFを用いて成る厚さ１２５μmのテフロンPTFEの皮膜が接着されている。又、上側のプレートには、上側の電極を水銀から守る目的で厚さ０.５μmのテフロンAF皮膜が紡ぎ込まれている。次いで、下側のプレートに被覆されたテフロンのPTFE層にWelty社扱いのイオン発生器からのエレクトロンを埋め込んでエレクトレットを形成する。発電実験終了後に表面の電圧を測定したところ、〜９５０Vであった。又、（液体室をも成す）スペーサーは、シルガード１８４PDMSをCNC加工されたモールドに鋳造して作る（図２９）。液体水銀の小滴若しくは鋼材から成るビード群が下側の電極プレートにおける室の半分を満たすために用いられる。次いで、上側の電極プレートをスペーサーの上に配設して機構を完成させる（図３０）。空洞の寸法は、W=２.６mm、L=５.２mm及びH=２.６mmであって、小滴の容積は２０μLである。
【０１１８】
特定の実施例では、ある種の実験データが提供された。発電実験は、Labworks Inc.製PA-１４１型パワーアンプを介して、HP３３１２０A型機能発生器によって駆動するLabworks Inc.製ET-１３９型エレクトロダイナミック振動機（図１９）を用いて実施される。発電機の加速度はEndevco製２５６HX-１０型加速度計を用いて測定される。尚、変位量は加速度波形の２倍の積分から得られる。又、揺動周波数は２０Hzから１００Hzの範囲で変動し、変位量はピークからピークで０から５mmの範囲と考えられる。負荷抵抗器に跨る液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）の出力電圧は、１０１２オーム入力インピーダンス電圧バッファとして用いられるNational Semiconductor製LF３５６N型op-アンプによって測定される。加速度波形と発電機電圧波形の何れもがHewlett Packard製オシロスコープによる２５６を超えるデータを平均してとられたものである。それらのデータは、IntuiLink製ソフトウェアーによってGP１Bを介してHPからコンピュータに読み込まれる。
【０１１９】
高速ビデオ装置によって、我々は、水銀において駆動運動と相対的なフェーズラグが見られることを見出す。これは、壁との衝突によるものであって、そのような衝突ではエネルギーが表面張力に変換され、次いで、再び運動エネルギーに戻される。しかしながら、鋼から成るビードにおいては、中心にまとまる量があって、それは、室がその周りを動く間にも定位置にあって動かない。これは、ビードと室の間で効率的な表面摩擦が十分に生じていないことを暗示している。尚、ビードの動きについては表面張力との関係を用いずして説明がつき、これは、加速度が、その衝撃エネルギーが水銀に新たな表面を作るに十分なほど高い場合において好都合である。図３１及び３２からわかるように、水銀を利用するか或いは鋼から成るビードを利用するかで、低い加速度における電力の発生量が比較できるほどに異なる。
【０１２０】
ビードによる電力出力や水銀による電力出力は、特定な実施例によれば、興味深い特徴を示す。ビードによる電力出力は試験範囲の周波数と直線状にあるように見受けられる。電力は抵抗の増加に合わせて劇的に改善し、５.１MΩで１３nWであったのが２２MΩでは２２nWとなっている。これは、２２MΩにおいて電力と抵抗が調和していることを暗示するものである。上記と同一の抵抗による、水銀における電力の変化は１０nWと１８nWであって、これは、この場合、電荷抵抗は理想とは程遠いことを暗示するものである。
【０１２１】
特定の実施例により、液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）に属する電極を様々な組み合わせで接続して試験が行われた。平均的に見て、互いに直に向かい合う上側の電極と下側の電極が試験されたとき、電力出力が最も低かった。最も高い電力が得られたのは、４個全ての電極の間で電流を印加すべく、同種である３個の抵抗を同時に接続した時であった。
【０１２２】
図３３を注意深く調べると、V１-V２及びV３-V４の信号がちょうどよい時に逆転及び反転していることが明らかになる。V３-V２信号は最も大きい信号であって、その近正弦形状並びにより大きな電圧量からして発電には最も有用であるかもしれない。しかしながら、図３４は、V１-V２及びV３-V４抵抗が取り除かれて、装置全体において電流を印加できない場合、V３-V２信号の重要性が減少することを示す。
【０１２３】
我々が提供する、改良された液体ロータ型エレクトレット発電機（LEPG）は、振動環境から得られた電力を、遠隔検出機構に送る経済的な方法を約束するものである。鋼から成るビードは流体の性質に近く、水銀より多くの電力を発生できる。他の実施例では、ビードをパリレン又は他種の軟性ポリマーで被覆してビードが系統を磨耗させるのを防ぐようにしてよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【０１２４】
上述した事柄は特定の実施例及び/又は例において示されたものではあるが、多種多様の変形例、選択肢並びに形態があることは認識されるものである。例えば、実施例にもよるが、これまでに述べた方法及び機構では様々な接続が考えられる。それに加えて、他の実施例によれば、多種多様な電極の設計が考えられる。更に、同一平面状にある２個の電極が最大の電力を発生することから、他の実施例により、電極の数を減らして、より簡素な機構を作ることも考えられる。それに加えて、ある種の実施例において試験された液体は水銀であるが、他種の液体金属も利用可能である。それに加えて、上述した液体は、鋼から成る球体及び/又はビードといった１又はそれ以上の固形構成要素及び/又は、他の実施例により、液体と同様の性質を有する固形構成要素を含んでよい。言うまでもなく、上記以外のバリエーション、改良並びに選択肢もある。
【０１２５】
尚、上記は一例にすぎず、ここに記載の請求項の範囲を不当に限定するものではない。当該技術分野に関して専門的知識を有する者は、他の形態や変形例並びに選択肢を見出すものである。又、ここに説明された実施例や態様は一例として取り上げられているにすぎず、それらに鑑みた改良や変更例は当該分野に関して専門的知識を有する者に対して示唆されつつも本願の趣旨及び本発明とこれに付随する請求項の範囲に含まれると理解されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】本発明の１の実施例によるエレクトレット発電装置を簡略的に示す図である。
【図２】本発明の変形例によるエレクトレット発電装置を簡略的に示す図である。
【図３】本発明の１の実施例による発電方法の、簡略化されたフローチャートである。
【図４】本発明の変形例による発電方法の、簡略化されたフローチャートである。
【図５】本発明の別な変形例による発電方法の、簡略化されたフローチャートである。
【図６】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図７】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図８】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図９】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１０】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１１】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１２】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１３】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１４】本発明の１の実施例による、液体ロータ型エレクトレット発電機の、簡略化された図である。
【図１５】本発明の１の実施例による、エレクトレット発電機の整列構成を簡略的に示す図である。
【図１６】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図１７】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図１８】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図１９】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２０】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２１】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２２】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２３】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２４】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２５】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２６】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２７】本発明の１の実施例による液体エレクトレット発電機の配列を簡略的に示す図である。
【図２８】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図２９】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図３０】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図３１】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図３２】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図３３】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図３４】本発明の変形例による液体エレクトレット発電機を簡略的に示す図である。
【図１】
2008507250.tif 000030
【図２】
2008507250.tif 000031
【図３】
2008507250.tif 000032
【図４】
2008507250.tif 000033
【図５】
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【図６】
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【図７】
2008507250.tif 000036
【図８】
2008507250.tif 000037
【図１０】
2008507250.tif 000038
【図１１】
2008507250.tif 000039
【図１２】
2008507250.tif 000040
【図１３】
2008507250.tif 000041
【図１４】
2008507250.tif 000042
【図１５】
2008507250.tif 000043
【図１６】
2008507250.tif 000044
【図１７】
2008507250.tif 000045
【図１９】
2008507250.tif 000046
【図２０】
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【図２１】
2008507250.tif 000048
【図２２】
2008507250.tif 000049
【図２３】
2008507250.tif 000050
【図２４】
2008507250.tif 000051
【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
2008507250.tif 000060
【図３４】
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【図９】
2008507250.tif 000062
【図１８】
2008507250.tif 000063