(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板との間、及び前記第２固定基板と前記可動基板との間には、前記第１及び第２固定基板と前記可動基板とを弾性支持する弾性部材が介装されており、
前記弾性部材の弾性力によって、前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に前記直交軸の方向に振動するように構成されていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記弾性部材はバネ部材であることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１及び第２固定基板を所定の間隔に保持する保持部材を備え、
前記可動基板には、前記可動基板の周縁に対して突出する形状の突片が一体的に形成されており、
前記可動基板の突片が、前記保持部材に点接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記突片の平面形状が三角形状、または前記突片の立体形状が円錐形状であることを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記保持部材又は前記可動基板は絶縁材料により形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記一対の電極が備える内面側の面のうち、前記可動基板を介さずに前記エレクトレット部材と対向する面に、絶縁性の材料からなる放電防止膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記エレクトレット部材の移動に応じて前記一対の電極に誘導された電荷を取り出すための配線が、前記一対の電極に接続されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の発電装置。
【請求項８】
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板と、
前記第１及び第２固定基板を所定の間隔に保持する保持部材とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板とには、同じ極が向き合うようにそれぞれ磁石が備えられており、
前記第２固定基板には、前記可動基板に設けられた磁石と同じ極が向き合うように磁石が備えられており、
前記磁石の反発力によって前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に、前記直交軸の方向に振動するように構成され、
前記可動基板には、前記可動基板の周縁に対して突出する形状の突片が一体的に形成されており、
前記可動基板の突片が、前記保持部材に点接触していることを特徴とする発電装置。
【請求項９】
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板とには、同じ極が向き合うようにそれぞれ磁石が備えられており、
前記第２固定基板には、前記可動基板に設けられた磁石と同じ極が向き合うように磁石が備えられており、
前記磁石の反発力によって前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に、前記直交軸の方向に振動するように構成され、
前記一対の電極が備える内面側の面のうち、前記可動基板を介さずに前記エレクトレット部材と対向する面に、絶縁性の材料からなる放電防止膜が設けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項１０】
前記磁石は交換可能に備えられていることを特徴とする請求項８又は９に記載の発電装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーを備え、前記バッテリーに蓄えられた電力を用いて動作することを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１〜１０の何れか一項に記載の発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーと、
前記バッテリーに蓄えられた電力を他の電子機器に供給する電力出力部と、
を備えていることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置及びそれを用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、短冊状のエレクトレットと櫛歯状の動作電極を対向させて配置し、エレクトレットに対して動作電極が水平方向に振動することで、静電誘導による発電を可能にした静電誘導型の発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この発電装置では、図９（ａ）に示すように、エレクトレット３と動作電極１とが近接すると動作電極１に電荷が誘導され、その状態から動作電極１とエレクトレット３を水平方向に相対移動させると、図９（ｂ）に示すように、動作電極１の誘導電荷量が変化し、その変化分が外部回路（負荷Ｒ）に電流として出力されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８０４５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術の場合、エレクトレット３が下地電極２上に形成されているため、エレクトレット３の電荷から発する電気力線の大半が下地電極２に向かってしまう。よって、肝心な動作電極１にはごく一部しか向かわないため、動作電極１に誘導される電荷は下地電極２に比べて非常に少なく、エレクトレット３の表面電荷を有効に利用できていないという問題があった。
具体的には、図１０に示すように、エレクトレット３の表面電荷密度をσ、動作電極１に誘導される電荷密度をσ１、下地電極２に誘導される電荷密度をσ２とすると、動作電極１とエレクトレット３が最接近して正面で対向した際の動作電極１と下地電極２に誘導される電荷密度はそれぞれ、下記の式で表される。
σ１＝−σ・（ｄ２’）／（ｄ１＋ｄ２’）
σ２＝−σ・（ｄ１）／（ｄ１＋ｄ２’）
ｄ２’＝ｄ２／εｓ
（εｓは、エレクトレットの比誘電率）
通常のエレクトレット３の膜厚ｄ２は、動作電極１との距離ｄ１に比べて遥かに小さい。例えば、ｄ２＝１０μｍ、ｄ１=１００μｍ、またεｓ＝２とすると、大気中において、σ１≒−０．０５σ、σ２≒−０．９５σとなる。この例では、動作電極１に誘導される電荷は下地電極２に誘導される電荷の約１／１９となる。
このように、下地電極２に誘導される電荷に比べて、実際に発電に寄与する動作電極１に誘導される電荷が少なく、エレクトレット３の表面電荷が有効に利用されていないことがわかる。
【０００５】
また、この発電装置から取り出すことができる最大電力Ｐｍａｘは下記の一般式（１）で表され、その出力はエレクトレット３の表面電荷密度σの２乗に比例している。
また、エレクトレット３の表面電荷密度σは、下記の一般式（２）で表され、エレクトレット３の表面電位Ｖに比例している。
ゆえに、発電量はエレクトレット３の表面電位を高めるほど多くなる。
【数１】
0005304877.tif 000002
σ：エレクトレットの表面電荷密度
ｎ：極数すなわちエレクトレットの数
Ａ：動作電極とエレクトレットが重なる最大面積
ｆ：動作電極の往復運動の周波数
ｄ２：エレクトレットの厚さ
ｄ１：エレクトレットと動作電極との距離
εｓ：エレクトレットの比誘電率
ε０：真空の比誘電率
Ｖ：エレクトレットの表面電位
しかし、従来技術のように、エレクトレット３を短冊状に細線化して配線密度を高めると、コロナ放電によって電子をエレクトレット３に打ち込む際に、エッジ効果によって短冊状のエレクトレット３の端部の電界が強くなり、電子が反発する。よって、エレクトレット３が帯電し難くなり、エレクトレット３に高い表面電位を与えられず発電量を上げることが難しいという問題があった。
【０００６】
さらに、従来技術のエレクトレット発電装置（静電誘導型発電装置）には、次のような問題点もあった。
・動作電極１を櫛歯状にするため誘導電荷を発生させる動作電極１のエレクトレット３と対向する面の表面積が小さくなり、装置面積に対する発電効率が悪い。
・振動して動く動作電極１から配線を引き出す必要があり、安定して電力を取り出すために装置構造が複雑になる。
・一般式（１）（２）からもわかるように、エレクトレット３と動作電極１の間のギャップ（ｄ１）は狭い方が発電には効果的であるが、ギャップを狭くするほどエレクトレット３と動作電極１の間の静電吸着力が大きくなるため、エレクトレット３と動作電極１とが接触しないようにギャップを精度よく維持する機構が必要となり、装置構造が複雑になる。
【０００７】
本発明の目的は、簡易な構成で効率よく発電できる発電装置と、その発電装置を用いた電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の発電装置は、
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板との間、及び前記第２固定基板と前記可動基板との間には、前記第１及び第２固定基板と前記可動基板とを弾性支持する弾性部材が介装されており、
前記弾性部材の弾性力によって、前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に前記直交軸の方向に振動するように構成されていることを特徴としている。
また、本発明の発電装置は、
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板と、
前記第１及び第２固定基板を所定の間隔に保持する保持部材とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板とには、同じ極が向き合うようにそれぞれ磁石が備えられており、
前記第２固定基板には、前記可動基板に設けられた磁石と同じ極が向き合うように磁石が備えられており、
前記磁石の反発力によって前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に、前記直交軸の方向に振動するように構成され、
前記可動基板には、前記可動基板の周縁に対して突出する形状の突片が一体的に形成されており、
前記可動基板の突片が、前記保持部材に点接触していることを特徴としている。
また、本発明の発電装置は、
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板とには、同じ極が向き合うようにそれぞれ磁石が備えられており、
前記第２固定基板には、前記可動基板に設けられた磁石と同じ極が向き合うように磁石が備えられており、
前記磁石の反発力によって前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に、前記直交軸の方向に振動するように構成され、
前記一対の電極が備える内面側の面のうち、前記可動基板を介さずに前記エレクトレット部材と対向する面に、絶縁性の材料からなる放電防止膜が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の電子機器は、上記発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーを備え、前記バッテリーに蓄えられた電力を用いて動作することを特徴としている。
また、本発明の電子機器は、上記発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーと、前記バッテリーで蓄えられた電力を他の電子機器に供給する電力出力部と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成の発電装置で効率よく発電できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る発電装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１のII−II切断線から見た発電装置を示す縦断面図である。
【図３】図１のIII−III切断線から見た発電装置を示す横断面図である。
【図４】発電装置を示す説明図であり、エレクトレット膜の振動（ａ）と、エレクトレット膜の振動に応じた電荷の移動（ｂ）を示している。
【図５】発電装置の発電量を説明するための説明図である。
【図６】発電装置の変形例を示す横断面図である。
【図７】発電装置の変形例を示す縦断面図である。
【図８】発電装置の変形例を示す縦断面図である。
【図９】従来の発電装置を示す説明図であり、電荷が誘導された状態（ａ）と、誘導された電荷が外部負荷に流れる状態（ｂ）を示している。
【図１０】従来の発電装置の発電量を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の発電装置を用いた腕時計の概略構成を示す平面図である。
【図１２】本発明の発電装置を用いた携帯電話の概略構成を示す平面図である。
【図１３】本発明の発電装置を用いた発電マットの概略構成を示す平面図である。
【図１４】図１３のXIV−XIV切断線から見た発電マットの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る発電装置の詳細について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１３】
図１は、本発明に係る発電装置を示す分解斜視図である。図２は、図１のII−II切断線に沿った発電装置を示す縦断面図である。図３は、図１のIII−III切断線に沿った発電装置を示す横断面図である。
【００１４】
発電装置１００は、図１〜図３に示すように、一対の固定基板である上基板１０及び下基板２０と、その上基板１０及び下基板２０を所定間隔に保持するように四方側面に配された保持部材である４つの側面板４０と、を備えて略直方体形状を呈する筐体を外枠（フレーム）に有する装置である。
上基板１０と下基板２０と側面板４０とは、絶縁性の材料からなる板状部材であり、本実施形態では、上基板１０と下基板２０と側面板４０とにより筐体内部に湿気が入らない密閉構造体を形成するように組み付けられている。
【００１５】
この発電装置１００は、対向して配置された一対の電極１１、２１を備えている。一方の電極１１は上基板１０の下面（内面側）に設けられ、他方の電極２１は下基板２０の上面（内面側）に設けられており、対を成す上基板１０及び下基板２０が一対の電極１１、２１を支持している。一対の電極１１、２１はそれぞれ矩形形状を呈する電極である。
また、上基板１０の下面に配設されている一方の電極１１の表面（内面側）には、放電防止膜１２が設けられている。放電防止膜１２は、絶縁性の材料からなるフィルム状部材である。なお、放電防止膜１２は電極１１からの気中放電を好適に防止するため、ピンホールの無い絶縁性フィルム材料である。
【００１６】
また、発電装置１００における一方の電極１１には、電極１１に誘導された電荷を取り出すための配線５１が接続されており、他方の電極２１には、電極２１に誘導された電荷を取り出すための配線５２が接続されている（図４（ａ）参照）。
【００１７】
また、発電装置１００は、一対の電極１１、２１間にその一対の電極１１、２１と離間して配されるとともに、一対の電極１１、２１を通る軸に沿う方向、即ち図２に示すように、電極１１が備える面のうち電極２１に対向する面及び電極２１が備える面のうち電極１１に対向する面に直交する軸Ａ（直交軸）の方向に移動可能に備えられたエレクトレット膜３１を備えている。エレクトレット膜３１は、上基板１０と下基板２０の間に配されている可動基板３０の上面に設けられており、可動基板３０がエレクトレット膜３１を支持している。
可動基板３０は、絶縁性の材料からなる板状部材である。また、略矩形の可動基板３０の周縁に対して突出する平面形状が略三角形状、より好ましくは立体形状が略円錐形状であるように突き出た突片３０ａが各辺２つずつ一体的に形成されている。
エレクトレット膜３１は、例えば、コロナ放電により注入された正電荷や負電荷を半永久的に保持することができる電荷保持材料からなり、矩形形状を呈する部材である。
【００１８】
このエレクトレット膜３１として使用可能な電荷保持材料としては、例えば、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）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、及びポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）のような高分子電荷保持材料や、シリコン酸化物（ＳｉＯ２）及びシリコン窒化物（ＳｉＮ）のような無機電荷保持材料を挙げることができる。
具体的には、旭硝子株式会社製「サイトップ（ＣＹＴＯＰ）」などを、本発明のエレクトレット膜３１に適用できる。
【００１９】
また、発電装置１００の上基板１０及び下基板２０と可動基板３０には、同じ極が向き合うように、それぞれ基板の四隅に磁石Ｍが備えられている。各磁石Ｍは、各基板に交換可能に備えられている。
具体的に、可動基板３０の四隅には、上基板１０側にＳ極、下基板２０側にＮ極を向けた磁石Ｍが設けられている。各磁石Ｍは、可動基板３０に形成されている取付孔に埋め込まれており、可動基板３０とほぼ面一に配設されている。
また、上基板１０の四隅には、可動基板３０側にＳ極を向けた磁石Ｍが設けられている。各磁石Ｍは、上基板１０に形成されている取付孔に埋め込まれており、上基板１０とほぼ面一に配設されている。
また、下基板２０の四隅には、可動基板３０側にＮ極を向けた磁石Ｍが設けられている。各磁石Ｍは、下基板２０に形成されている取付孔に埋め込まれており、下基板２０とほぼ面一に配設されている。
そして、磁石Ｍの反発力によって可動基板３０が上基板１０及び下基板２０から浮遊しており、可動基板３０に設けられているエレクトレット膜３１が、一対の電極１１、２１を通る軸の方向に移動し振動するように構成されている。
なお、可動基板３０に設けられた複数（本実施形態では８つ）の突片３０ａのうち、何れかの突片３０ａの先端が側面板４０の内面に当接しており、この可動基板３０は側面板４０に点接触した状態で、上基板１０と下基板２０の間に浮遊している。尚、突辺３０ａの全ての突辺３０ａの先端が側面板４０に点接触していてもよい。
【００２０】
このように構成された発電装置１００に外部振動が作用すると、図４に示すように、磁石Ｍの反発力によって浮遊している可動基板３０と一体のエレクトレット膜３１が、一対の電極１１、２１を通る軸の方向に移動し振動するようになっている。
この可動基板３０がエレクトレット膜３１とともに上下に移動（振動）する際、可動基板３０は側面板４０と点接触するように極僅かに接触しているため、可動基板３０と側面板４０との間に摩擦は殆ど生じない。つまり、発電装置１００に外部振動が作用した際、摩擦によって可動基板３０の上下振動の動きが妨げられることがないので、微小な外部振動が可動基板３０の上下振動に変換されるようになっている。
なお、可動基板３０と側面板４０の間の摩擦がより一層生じないようにするため、可動基板３０と側面板４０の少なくとも一方が、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））のような、摩擦係数の小さな絶縁材料で形成されていることが好ましい。
【００２１】
次に、本実施形態の発電装置１００における発電のメカニズムについて説明する。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、発電装置１００に外部振動が作用することに伴い、磁石Ｍの反発力によって浮遊している可動基板３０が上下に振動する。そして、可動基板３０と一体のエレクトレット膜３１が、一対の電極１１、２１を通る軸の方向に上下に移動するように振動する。
【００２３】
そして、図４（ｂ）に示すように、発電装置１００のエレクトレット膜３１が負の電荷を保持している場合、エレクトレット膜３１が上下に振動した際、近接した側の電極に正の電荷が静電誘導され、離れた側の電極では正の電荷が放電される。
具体的に、可動基板３０と一体のエレクトレット膜３１が上基板１０側に近接した際、配線５１を通じて電極１１に正の電荷が静電誘導される。一方、下基板２０側の電極２１からは誘導された正の電荷が配線５２を通じて放電されて外部負荷Ｒ２に電力が供給される。
同様に、可動基板３０と一体のエレクトレット膜３１が下基板２０側に近接した際、配線５２を通じて電極２１に正の電荷が静電誘導される。一方、上基板１０側の電極１１からは誘導された正の電荷が配線５１を通じて放電されて外部負荷Ｒ１に電力が供給される。
このように、エレクトレット膜３１の振動に応じて誘導電荷量が変化し、その変化分を外部負荷Ｒ１、Ｒ２に電流として取り出すことができる。なお、電極１１と電極２１とでは、電荷の誘導と放電が逆の動作となるため位相の反転した電流が取り出されることになる。
【００２４】
次に、本実施形態の発電装置１００における発電量について説明する。
【００２５】
図５に示すように、エレクトレット膜３１と電極１１との距離ｄ１、エレクトレット膜３１と電極２１との距離ｄ３、エレクトレット膜３１の厚みｄ２、エレクトレット膜３１の比誘電率εｓとし、エレクトレット膜３１の電荷が膜の厚さ方向の中央に電荷密度σにて分布しているとすると、電極１１の電荷密度σ１は、下記の一般式（３）で表される。
【数２】
0005304877.tif 000003
【００２６】
このエレクトレット膜３１が、角周波数ωで上下に振動しているとすると、ギャップｄ３、ｄ２は、下記の一般式（４）（５）で表される。
【数３】
0005304877.tif 000004
【００２７】
よって、電極１１に誘導される電荷密度σ１は、下記の一般式（６）で表される。
【数４】
0005304877.tif 000005
【００２８】
ここで、電極１１の面積をＳとすると、電極１１に誘導される総電荷量Ｑ１は、下記の一般式（７）で表される。
Ｑ１＝σ１・Ｓ  ・・・（７）
【００２９】
そして、総電荷量Ｑ１を時間で微分したものが電極１１に出入りする電流ｉとなる。
ｉ＝ｄＱ１／ｄｔ
∴ｉ＝−（σ／２）・Ｓ・ω・ｋ・ｃｏｓ（ωｔ）
ｋ＝（ｄ−ｄ２）／（ｄ−ｄ２・（１−１／εｓ））
よって、出力電力Ｐは、下記の一般式（８）で表される。
Ｐ＝ｉ２・Ｒ
＝Ｒ・σ２・Ｓ２・ω２・ｋ２・ｃｏｓ２（ωｔ）／４  ・・・（８）
【００３０】
上記した一般式（８）から分かるように、発電装置１００の電極１１での発電量は、エレクトレット膜３１の電荷密度σの２乗、電極面積Ｓの２乗、周波数ωの２乗に比例することが分かる。
また、発電装置１００では、電極１１と電極１２の両方での発電が可能であるから、一般式（８）の２倍の発電量を得ることが期待できる。
【００３１】
以上のように、本発明に係る発電装置１００は、一対の電極１１、２１から離間した可動基板３０にエレクトレット膜３１を備えているため、電荷が注入されて帯電しているエレクトレット膜３１から発する電気力線の全てを電極１１及び電極１２に向かわせることができるので、エレクトレット膜３１の表面電荷を有効に利用でき、発電効率を向上させることができる。
【００３２】
また、同一面積の可動基板上にエレクトレット膜を形成した、従来の発電装置と本発明の発電装置１００とを比較した場合、本発明の発電装置１００は、エレクトレット膜３１を矩形形状としたことにより、短冊状に細線化したエレクトレットを用いる従来の発電装置に比べて、エレクトレット膜への電荷の打ち込み効率が高まり、表面電位を高くすることができ、発電能力を高めることができる。
【００３３】
また、同一面積の基板上に電極を形成した従来の発電装置と、本発明の発電装置１００と、を比較した場合、本発明の発電装置１００は、一対の電極１１、２１を矩形形状としたことによって、従来の櫛歯状の電極を備える従来の発電装置よりも電極面積を大きく取れるので、誘電電荷量が多くなり、発電能力を高めることができる。
また、エレクトレット膜３１の上下に電極１１、２１を備えることにより、１つのエレクトレット膜３１に対し、２倍の電極面積を確保できるので、発電能力を高めることができる。
【００３４】
また、磁石Ｍによる磁気浮遊力を利用してエレクトレット膜３１を振動させる振動構造としたことにより、長期に亘って発電装置を使用する場合でも、その振動する周波数などは殆ど変化しないので、その振動構造の耐久性が上がり、長期間安定した発電を行うことが可能になる。
【００３５】
また、各基板に対して磁石Ｍを交換可能に備えているので、磁石Ｍを交換して磁石Ｍの磁力強度を変更することによって、可動基板３０及びエレクトレット膜３１が上下に振動する共振周波数を容易に変えることができる。そして、発電装置の設置箇所や用途に応じて適正な共振周波数に調整し、可動基板３０及びエレクトレット膜３１の振動を適正に調整することが可能になる。
例えば、通行人の歩行時の振動を発電に利用する場合、数Ｈｚの振動周期に対応する磁石Ｍに交換し、また、高速道路などの高架を走行する自動車の振動を発電に利用する場合、２０〜３０Ｈｚの振動周期に対応する磁石Ｍに交換することで、それぞれの振動条件に対応することができる。
【００３６】
また、エレクトレット膜３１の移動に応じた静電誘導により一対の電極１１、２１に誘導された電荷を取り出すための配線５１、５２が、それぞれ電極１１、２１に接続されているので、従来技術の発電装置のように振動する電極から配線を引き出す必要がないため装置構造が簡単になり、電力を取り出しやすくなり発電の信頼性が向上する。
【００３７】
また、発電装置１００を設置する場所が、例えば高速道路などの高架や鉄道の鉄橋などの鉄筋・鉄骨部分であれば、発電装置１００に内蔵している磁石Ｍの磁力によって貼り付けて設置することができるので、固定冶具や接着剤などを使用する必要がなく、その設置作業が容易になる。
【００３８】
また、放電防止膜１２を一対の電極１１、２１のそれぞれが備える内面側の面のうち、可動基板３０を介さずにエレクトレット膜３１と対向する面に設けたので、電極１１からの気中放電を好適に防止することが出来る。また、振動が大きくなり過ぎたとしても、エレクトレット膜３１が一方の電極に接触してしまうことを防ぐことができるので、エレクトリック膜と電極との接触によって電極に貯めた電荷を消滅させてしまうことを防ぐことができる。
【００３９】
このように、本発明に係る発電装置１００は、簡易な構成で効率よく発電できる発電装置であるといえる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、図６に示す発電装置１０１のように、上基板１０と下基板２０を所定間隔に保持する保持部材が、上基板１０と下基板２０の四隅をそれぞれ繋ぐように設けられた４つの保持柱４４である場合、その保持柱４４に当接するように、略十字形状の可動基板３３の縁から略三角形状（好ましくは略円錐形状）に突き出た突片３０ｂを設けるようにしてもよい。
このような発電装置１０１であっても、可動基板３３は保持柱４４と点接触するように極僅かに接触しているため、可動基板３３と保持柱４４の間に摩擦は殆ど生じないので、発電装置１０１に外部振動が作用した際、摩擦によって可動基板３３の上下振動の動きが妨げられることがなく、微小な外部振動も可動基板３３に伝達され、可動基板３３及びエレクトレット膜３１の上下振動に変換されるようになっている。また、このような構成にすることで、一対の電極１１、２１の電極面積及びエレクトレット膜の表面積を広くとることが出来る。
【００４１】
また、図７に示す発電装置１０２のように、可動基板３０の上下両面にエレクトレット膜３１を設けてもよい。この場合、上基板１０側の一方の電極１１の表面（下面側）に設けた放電防止膜１２と同様の放電防止膜２２を、下基板２０の上面に配設されている他方の電極２１の表面（上面側）にも設ける。
このような発電装置１０２であれば、上下の電極１１、２１に対して、それぞれ同じ程度の距離にエレクトレット膜３１が接近することができ、電極１１と電極２１での発電効率がほぼ同じになる。
【００４２】
また、図８に示す発電装置１０３のように、磁石Ｍによる磁気浮遊力を利用した振動構造ではなく、弾性部材としてのバネ部材であるコイルばねＢで可動基板３０及びエレクトレット膜３１を弾性支持した振動構造としてもよい。コイルばねＢには、任意の形状・素材を適用でき、例えば、絶縁材料からなるコイルばねを用いることができる。
このような発電装置１０３であれば、電極１１とエレクトレット膜３１の間にコイルばねＢが介装されているため、電極１１とエレクトレット膜３１との間に一定以上の空気層が確保できる。この空気層によって放電が開始するほどにまで電極１１とエレクトレット膜３１とが近づくことがなく、放電を防止することができる。よって放電防止膜１２は不要となる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態においては、上基板１０及び下基板２０と可動基板３０との四隅に磁石Ｍを備えるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁石Ｍの数や形状は任意である。また、磁石Ｍを各基板に埋め込まずに、その表面に貼り付けてもよい。
【００４４】
また、エレクトレット膜３１は負電荷を保持していることに限らず、正電荷を保持していてもよい。また、エレクトレット膜３１の一方の面に負電荷、他方の面に正電荷を保持した両極性のエレクトレット膜であってもよい。
【００４５】
また、エレクトレット膜３１の表面を覆う防湿膜を設けてもよい。エレクトレット膜３１を防湿膜で被覆すれば、空気中の水分によりエレクトレット膜３１の電荷が減衰してしまうことを低減することができ、発電効率が向上する。
【００４６】
また、エレクトレット膜３１が適度な厚みを有し、適正な強度を有する板状部材である場合、可動基板３０が不要になり、その板状のエレクトレット膜３１に磁石Ｍを備えるようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、一対の電極１１、２１及びエレクトレット膜３１は矩形形状としたが、それに限らず例えば、それぞれを円板形状など種々の形状に成形してもよい。
また、エレクトレット膜３１を一対の電極１１、２１を通る軸の方向に振動させることが出来れば、電極１１、２１はどのように配置してもかまわず、例えば、エレクトレット膜３１を水平に移動するように振動させるものであっても良い。
【００４８】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００４９】
次に、上記実施形態の発電装置を用いた電子機器を例示して説明する。
【００５０】
図１１は、本発明の発電装置１００を用いた電子機器としての腕時計２００の概略構成を示す平面図である。
腕時計２００は、図１１に示すように、ケース２０１と、ケース２０１に繋がれたバンド２０２を備えている。そのケース２０１内に発電装置１００、バッテリー５００、時計モジュール２０３が搭載されている。発電装置１００とバッテリー５００と時計モジュール２０３とは電気的に接続されている。
【００５１】
このように、腕時計２００に上記した発電装置１００を搭載したので、腕時計２００を身につけた人間が腕を振ることで発電装置１００が発電し、発電した電力をバッテリー５００に蓄え、バッテリーに蓄えられた電力を時計モジュール２０３に供給することができる。よって、使用中の腕時計２００の電池切れを確実に防止できる。
【００５２】
図１２は、本発明の発電装置１００を用いた電子機器としての携帯電話３００の概略構成を示す平面図である。
携帯電話３００は、図１２に示すように、ケース３０１と、ケース３０１の各部に設置された表示画面３０２、ダイヤルボタン３０３、マイク３０４及びイヤホン３０５を備えている。そして、ケース３０１内に発電装置１００、バッテリー５００及び携帯電話３００を制御する制御回路が設けられた制御板（図示省略）が設けられている。発電装置１００とバッテリー５００と図示しない制御回路が設けられた制御板とは電気的に接続されている。
【００５３】
このように、携帯電話３００に上記した発電装置１００を搭載したので、携帯電話３００を振ることで発電装置１００が発電し、発電した電力をバッテリー５００に蓄え、バッテリー５００に蓄えられた電力を用いて携帯電話３００を動作させることができる。よって、外部電源から充電することが出来ない場合であっても、内蔵している発電装置１００によって携帯電話を充電することができる。
【００５４】
図１３は、本発明の発電装置１００を用いた電子機器としての発電マット４００の概略構成を示す平面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ切断線から見た発電マット４００の概略構成を示す断面図である。
発電マット４００は、図１３、図１４に示すように、マットの端部にケース部４０４が設けられており、そのケース部４０４内にバッテリー５００と、プラグソケットやＵＳＢ接続部等の端子部４０５と、を有する電力出力部４０３を備えている。
また、発電マット４００は、図１４に示すように、布地部４０１と、布地部４０１の下部に配された発電装置設置部４０２を備えている。この発電装置設置部４０２内に発電装置１００が複数台設置されている。
そして、ケース部４０４内のバッテリー５００および電力出力部４０３と、発電装置設置部４０２内の発電装置１００とが電気的に接続されている。発電装置１００で発電した電力はバッテリー５００に蓄えられる。
【００５５】
このように、発電マット４００に上記した発電装置１００を搭載したので、発電マット４００上を人が歩くなどして生じる振動を電力に変換し、その発電した電力をバッテリー５００に充電することができる。そして、バッテリー５００に充電した電力は電力出力部４０３の端子部４０５を介して他の電子機器に供給することができる。
つまり、この発電マット４００を、人の往来がある場所に設置することで自然と発電でき、発電した電力を蓄電することが可能となる。また、発電マット４００は、持ち運びが容易であるので、効率よく発電が出来る場所に簡単に配置しなおすことができる。尚、人の歩行時の振動を発電に利用することになるので、発電装置１００には、数Ｈｚの振動周期に対応する磁石Ｍを利用すると良い。
【００５６】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
［付記］
［請求項１］
対向して配置された一対の電極と、
前記一対の電極間に当該一対の電極と離間して配されるとともに、前記一対の電極を通る直交軸の方向に移動可能に備えられたエレクトレット部材と、
を備えていることを特徴とする発電装置。
［請求項２］
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板とには、同じ極が向き合うようにそれぞれ磁石が備えられており、
前記第２固定基板には、前記可動基板に設けられた磁石と同じ極が向き合うように磁石が備えられており、
前記磁石の反発力によって前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に、前記直交軸の方向に振動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
［請求項３］
前記磁石は交換可能に備えられていることを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
［請求項４］
前記一対の電極のうち一方が設けられた第１固定基板と、前記一対の電極のうち他方が設けられた第２固定基板と、前記エレクトレット部材が設けられた可動基板とを備え、
前記第１固定基板と前記可動基板との間、及び前記第２固定基板と前記可動基板との間には、前記第１及び第２固定基板と前記可動基板とを弾性支持する弾性部材が介装されており、
前記弾性部材の弾性力によって、前記可動基板が前記エレクトレット部材と共に前記直交軸の方向に振動するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
［請求項５］
前記弾性部材はバネ部材であることを特徴とする請求項４に記載の発電装置。
［請求項６］
前記第１及び第２固定基板を所定の間隔に保持する保持部材を備え、
前記可動基板には、前記可動基板の周縁に対して突出する形状の突片が一体的に形成されており、
前記可動基板の突片が、前記保持部材に点接触していることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の発電装置。
［請求項７］
前記突片の平面形状が三角形状、または前記突片の立体形状が円錐形状であることを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
［請求項８］
前記保持部材又は前記可動基板は絶縁材料により形成されていることを特徴とする請求項６または７に記載の発電装置。
［請求項９］
前記一対の電極が備える内面側の面のうち、前記可動基板を介さずに前記エレクトレット部材と対向する面に、絶縁性の材料からなる放電防止膜が設けられていることを特徴とする請求項２〜８の何れか一項に記載の発電装置。
［請求項１０］
前記エレクトレット部材の移動に応じて前記一対の電極に誘導された電荷を取り出すための配線が、前記一対の電極に接続されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の発電装置。
［請求項１１］
請求項１〜１０の何れか一項に記載の発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーを備え、前記バッテリーに蓄えられた電力を用いて動作することを特徴とする電子機器。
［請求項１２］
請求項１〜１０の何れか一項に記載の発電装置が発電した電力を蓄えるバッテリーと、
前記バッテリーに蓄えられた電力を他の電子機器に供給する電力出力部と、
を備えていることを特徴とする電子機器。
【符号の説明】
【００５７】
１０    上基板（第１固定基板）
１１    電極
１２    放電防止膜
２０    下基板（第２固定基板）
２１    電極
２２    放電防止膜
３０、３３  可動基板
３０ａ、３０ｂ  突片
３１    エレクトレット膜（エレクトレット部材）
４０    側面板（保持部材）
４４    保持柱（保持部材）
５１    配線
５２    配線
１００  発電装置
１０１、１０２、１０３  発電装置
２００  腕時計（電子機器）
３００  携帯電話（電子機器）
４００  発電マット（電子機器）
４０３  電力出力部
５００  バッテリー
Ｍ      磁石
Ｒ１、Ｒ２  外部負荷
Ｂ      コイルばね（弾性部材、バネ部材）
Ａ      軸（直交軸）
【図１】
0005304877.tif 000006
【図２】
0005304877.tif 000007
【図３】
0005304877.tif 000008
【図４】
0005304877.tif 000009
【図５】
0005304877.tif 000010
【図６】
0005304877.tif 000011
【図７】
0005304877.tif 000012
【図８】
0005304877.tif 000013
【図９】
0005304877.tif 000014
【図１０】
0005304877.tif 000015
【図１１】
0005304877.tif 000016
【図１２】
0005304877.tif 000017
【図１３】
0005304877.tif 000018
【図１４】
0005304877.tif 000019