(57)【要約】  帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う静電式電気機械変換機の出力を増大させるとともに、可動基板に作用する摩擦力を軽減する。静電式電気機械変換機は、固定基板と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動基板と、可動基板の固定基板との対向面において可動基板の移動方向に間隔を空けて配置された複数の帯電部と、固定基板の可動基板との対向面において移動方向に配置された複数の対向電極と、可動基板の対向面とは反対側の面に対向して配置された接地電極とを有する。
2017159813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う静電式電気機械変換機であって、
固定基板と、
前記固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動基板と、
前記可動基板の前記固定基板との対向面において前記可動基板の移動方向に間隔を空けて配置された複数の帯電部と、
前記固定基板の前記可動基板との対向面において前記移動方向に配置された複数の対向電極と、
前記可動基板の前記対向面とは反対側の面に対向して配置された接地電極と、
を有することを特徴とする静電式電気機械変換機。
【請求項２】
前記接地電極は、前記複数の帯電部の配置位置に対応する前記可動基板の前記反対側の面上の領域全体を覆っている、請求項１に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項３】
前記可動基板と前記固定基板との距離は、３０μｍ以上かつ１５０μｍ以下である、請求項１又は２に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項４】
前記可動基板と前記固定基板とは、天板と地板との間に配置され、
前記接地電極は、前記天板又は前記地板の前記可動基板との対向面に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項５】
前記可動基板と前記固定基板とは、天板と地板との間に配置され、
前記天板又は前記地板を前記接地電極としている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項６】
前記可動基板は、前記可動基板の中心を通る回転軸の周りに回転可能であり、
前記複数の帯電部と前記複数の対向電極とは、それぞれ前記回転軸を中心として放射状に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項７】
極性が交互に切り替わる電圧を前記複数の対向電極に印加して、前記複数の帯電部と前記複数の対向電極との間で発生する静電気力により前記可動基板を回転させる駆動部と、
前記接地電極を挟んで前記可動基板とは反対側において前記回転軸に連結され、前記可動基板とともに回転して前記可動基板の回転運動を外部に伝達する歯車列と、
をさらに有する、請求項６に記載の静電式電気機械変換機。
【請求項８】
前記接地電極を挟んで前記可動基板とは反対側において前記回転軸に連結され、外部の動力源により駆動されて前記回転軸及び前記可動基板を回転させる歯車列と、
前記可動基板の回転に応じて前記複数の帯電部と前記複数の対向電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部と、
をさらに有する、請求項６に記載の静電式電気機械変換機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット材料を利用した静電式電気機械変換機に関する。
【背景技術】
【０００２】
半永久的に電荷を保持する性質を持つ帯電層を利用した静電モータや発電装置などの静電式電気機械変換機がある（例えば特許文献１を参照）。この静電式電気機械変換機は、エレクトレット材料により構成された帯電層、及びこれと対向する対向電極を備えており、静電モータの場合には両者の静電引力によって駆動力を発生させ、発電装置の場合には両者の重なり面積が変化することによって生じる静電誘導を利用して発電する。このような静電式電気機械変換機は比較的小型であり、例えば腕時計のように人が身につけたり持ち運んだりする携帯型の電気機器への採用が検討されている。【０００３】
図１２は、従来の静電式電気機械変換機２００の主要部を示す断面図である。静電式電気機械変換機２００は、複数の連結部１２３で構成される可動基板１０１と、その下方に可動基板１０１に平行に配置された固定基板１０３と、可動基板１０１の各連結部１２３の下面に設けられた帯電層１２５と、これに対向して固定基板１０３の上面に互いに間隔を空けて配置された複数の対向電極１２９Ａ，１２９Ｂとを有する。静電式電気機械変換機２００が静電モータの場合には、各対向電極１２９Ａ，１２９Ｂから各帯電層１２５に働く静電引力の合力が駆動力となる。また、静電式電気機械変換機２００が発電装置の場合には、各帯電層１２５を各対向電極１２９Ａ，１２９Ｂに対して相対運動させることによって、複数の対向電極１２９Ａ，１２９Ｂから同時に電力が取り出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４１６７５号公報（第１頁、図２）
【発明の概要】
【０００５】
エレクトレット材料を用いた静電モータの駆動力ｆは、帯電層（帯電部）の電位Ｖｔと対向電極の印加電圧Ｖｂとの積に比例することが知られている。従って、帯電層の電位Ｖｔ又は対向電極の印加電圧Ｖｂを増大させれば、駆動力ｆを増大させることができる。しかしながら、対向電極の印加電圧Ｖｂを増大させるには昇圧が必要であり、エネルギー損失を伴う。また、帯電層の電位Ｖｔを増大させるには帯電層に蓄える電荷量を増加させなければならないが、それには限界がある。
【０００６】
また、帯電層と対向電極との間には可動基板の面に垂直に引力が作用するため、この引力が大きいほど可動基板を支える軸と軸受けとの間の摩擦力が大きくなり、可動基板の動きを妨げてしまう。この点は、エレクトレット材料を用いた発電装置の場合でも同様である。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、その目的は、大きなエネルギー損失を生じることなく出力を増大させるとともに、可動基板に作用する摩擦力を軽減することが可能な静電式電気機械変換機を提供することにある。
【０００８】
帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う静電式電気機械変換機であって、固定基板と、固定基板との間で一定の距離を保って移動可能な可動基板と、可動基板の固定基板との対向面において可動基板の移動方向に間隔を空けて配置された複数の帯電部と、固定基板の可動基板との対向面において移動方向に配置された複数の対向電極と、可動基板の対向面とは反対側の面に対向して配置された接地電極とを有することを特徴とする静電式電気機械変換機が提供される。
【０００９】
上記の静電式電気機械変換機では、接地電極は、複数の帯電部の配置位置に対応する可動基板の反対側の面上の領域全体を覆っていることが好ましい。
【００１０】
上記の静電式電気機械変換機では、可動基板と固定基板との距離は、３０μｍ以上かつ１５０μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
上記の静電式電気機械変換機では、可動基板と固定基板とは、天板と地板との間に配置され、接地電極は、天板又は地板の可動基板との対向面に形成されていてもよい。あるいは、可動基板と固定基板とは、天板と地板との間に配置され、天板又は地板を接地電極としてもよい。
【００１２】
上記の静電式電気機械変換機では、可動基板は、可動基板の中心を通る回転軸の周りに回転可能であり、複数の帯電部と複数の対向電極とは、それぞれ回転軸を中心として放射状に配置されていることが好ましい。
【００１３】
上記の静電式電気機械変換機は、極性が交互に切り替わる電圧を複数の対向電極に印加して、複数の帯電部と複数の対向電極との間で発生する静電気力により可動基板を回転させる駆動部と、接地電極を挟んで可動基板とは反対側において回転軸に連結され、可動基板とともに回転して可動基板の回転運動を外部に伝達する歯車列とをさらに有することが好ましい。
【００１４】
あるいは、上記の静電式電気機械変換機は、接地電極を挟んで可動基板とは反対側において回転軸に連結され、外部の動力源により駆動されて回転軸及び可動基板を回転させる歯車列と、可動基板の回転に応じて複数の帯電部と複数の対向電極との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する蓄電部とをさらに有することが好ましい。
【００１５】
上記の静電式電気機械変換機によれば、大きなエネルギー損失を生じることなく出力を増大させることができ、可動基板に作用する摩擦力を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】静電モータ１００の概略構成を示す断面図である。
【図２】可動基板１０１の斜視図である。
【図３】可動基板１０１の下面、固定基板１０３の上面及び駆動回路１２７を示す図である。
【図４】静電モータ１００の主要部の断面及び駆動回路１２７を示す図である。
【図５】接地電極１０５の形状の例を示す平面図である。
【図６】軸１０７に連結された歯車１１７の斜視図である。
【図７】別の静電モータ１００Ａの概略構成を示す断面図である。
【図８】帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１と駆動力Ｆｄとの関係を示すグラフである。
【図９】静電モータ１００における可動基板１０１と接地電極１０５との距離ｄ２と駆動力Ｆｄとの関係を示すグラフである。
【図１０】帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１と垂直力Ｆｖとの関係を示すグラフである。
【図１１】発電装置１５０の概略構成図である。
【図１２】従来の静電式電気機械変換機２００の主要部を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、静電式電気機械変換機について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明は図面又は以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
【００１８】
図１は、静電モータ１００の概略構成を示す断面図である。静電モータ１００は、可動基板１０１、固定基板１０３、接地電極１０５、歯車１１７、帯電層１２５、駆動回路１２７（図３及び図４を参照）、及び対向電極１２９を有する。静電モータ１００は、静電式電気機械変換機の一例であり、駆動回路１２７に入力された電気信号をもとに、帯電層１２５と対向電極１２９との間で発生する静電気力を利用して可動基板１０１を回転させることにより、電力から動力を取り出す。
【００１９】
図２は、可動基板１０１の斜視図である。図３は、可動基板１０１の下面、固定基板１０３の上面及び駆動回路１２７を示す図である。図４は、静電モータ１００の主要部の断面及び駆動回路１２７を示す図である。図１は、図２に符号Ｉで示すように円盤型の可動基板１０１の直径を含む鉛直面で静電モータ１００を切断したときの断面を示す。図４は、図２に符号ＩＶで示すように可動基板１０１の円周方向に沿って静電モータ１００を切断したときの断面を示す。
【００２０】
図２に示すように、可動基板１０１は、その中心部分で棒状の軸（回転軸）１０７に固定されており、軸１０７を中心として回転自在に構成されている。図１に示すように、可動基板１０１は、固定基板１０３に平行に配置されており、固定基板１０３との間で一定の距離を保って回転可能である。軸１０７の両端は軸受１０９によって挟持されており、軸受１０９は地板１１１及び天板１１３に固定されている。地板１１１と天板１１３との間には支柱１１５があり、両者の間隔は支柱１１５により一定に維持されている。
【００２１】
可動基板１０１の材料は、アルミナ、ジルコニアなどの誘電体であってもよいし、銅、アルミニウムなどの金属であってもよいし、また、シリコン（Ｓｉ）などの半導体であってもよい。軸１０７又は軸受１０９に絶縁体を用いたり、軸受１０９を天板１１３及び地板１１１に固定する際に絶縁性の接着層を介したりすることにより、可動基板１０１は、他の部材から電気的に絶縁される。
【００２２】
可動基板１０１は、図２に示すように、全体として円盤型の形状をしている。可動基板１０１には、その中心位置から見て放射状に並ぶ複数の貫通孔１２１が設けられている。これらの貫通孔１２１は、略台形の形状であり、貫通孔１２１の外周側及び中心側の２辺は、可動基板１０１の外周に沿って弧状に形成されている。貫通孔１２１があることで、可動基板１０１は、中心部１０１Ａと外周部１０１Ｂとが略台形状の複数の連結部１２３によって連結され、かつ各連結部１２３が互いに間隔を空けて放射状に配置された形状を有する。ここで、中心部１０１Ａは、可動基板１０１のうちで貫通孔１２１よりも中心側の円形領域（軸１０７の部分を除く円環領域）であり、外周部１０１Ｂは、可動基板１０１のうちで貫通孔１２１よりも外周側の円環領域である。
【００２３】
帯電層１２５は、帯電部の一例であり、図３に示すように、可動基板１０１の連結部１２３の下面（固定基板１０３との対向面）に膜状に形成されている。即ち、帯電層１２５は、可動基板１０１の円周方向（回転方向）に間隔を空けかつ軸１０７を中心として放射状に配置された略台形状の複数の部分領域で構成される。帯電層１２５は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を含んだエレクトレット材料や、アモルファスフッ素系樹脂によるエレクトレット材料により構成され、負の電荷を保持している。帯電層１２５のエレクトレット材料としては、フッ素系樹脂だけではなくＳｉＯ２などの無機材料を用いてもよい。ここでは帯電層１２５は負に帯電しているものとするが、帯電層１２５は正に帯電する材料で構成されてもよい。
【００２４】
固定基板１０３は、可動基板１０１を駆動するための対向電極（駆動電極）１２９が配置された駆動電極基板であり、例えばガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成される。図３に示すように、固定基板１０３は、例えば円盤型の形状を有し、可動基板１０１の下面に対向して地板１１１の上面に固定されている。
【００２５】
対向電極１２９は、図３及び図４に示すように、対向電極１２９Ａと対向電極１２９Ｂの２組に分けられ、これらはそれぞれ略台形状の複数の電極で構成される。対向電極１２９Ａと対向電極１２９Ｂは、固定基板１０３の上面（可動基板１０１との対向面）において、円周方向に交互に、かつ軸１０７を中心とする放射状に形成されている。従って、静電モータ１００では、可動基板１０１に設けられた帯電層１２５と、固定基板１０３に設けられた対向電極１２９とが対向するように配置されている。対向電極１２９Ａ同士及び対向電極１２９Ｂ同士は、帯電層１２５と同様に、円周方向に間隔を空けて形成され、かつ等間隔に配置されている。軸１０７を中心とする同一円周上では、帯電層１２５、対向電極１２９Ａ及び対向電極１２９Ｂの幅は同じか略同じであり、帯電層１２５、対向電極１２９Ａ及び対向電極１２９Ｂの個数も同じであることが好ましい。
【００２６】
駆動回路１２７は、駆動部の一例であり、クロック１３１及び２つのコンパレータ１３３を有する。図３及び図４に示すように、クロック１３１の出力は各コンパレータ１３３の入力に、一方のコンパレータ１３３の出力は対向電極１２９Ａに、他方のコンパレータ１３３の出力は対向電極１２９Ｂに、それぞれ電気配線を介して接続されている。駆動回路１２７は、クロック１３１を発振源として、２つのコンパレータ１３３によって互いに位相の異なる矩形波を生成することで、隣り合う対向電極１２９Ａ及び対向電極１２９Ｂにそれぞれ位相が異なる矩形波電圧を印加する。これにより、帯電層１２５との相互作用によって各帯電層１２５に静電引力及び斥力が加わって、可動基板１０１を動作させる力が発生する。
【００２７】
駆動回路１２７は、このように極性が交互に切り替わる交番電圧を対向電極１２９に印加して、帯電層１２５と対向電極１２９との間で静電気力を連続的に発生させることにより、可動基板１０１を回転させる。帯電層１２５に加わる力は、可動基板１０１を軸１０７の周りに回転させる図１の水平方向の力（以下、「駆動力」という）と、可動基板１０１に対して図１の鉛直方向に働く力（以下、「垂直力」という）に分けられる。垂直力は、軸１０７に伝わり、軸１０７と軸受１０９との間の摩擦力を発生させる。従って、駆動力の損失が少なく、安定した動作が可能な静電モータ１００を得るには、駆動力を大きくするとともに、垂直力を小さくすることが理想的である。
【００２８】
接地電極１０５は、電気的に接地された電極であり、可動基板１０１を挟んで固定基板１０３とは反対側において、可動基板１０１と天板１１３との間に配置されている。即ち、接地電極１０５は、可動基板１０１の固定基板１０３との対向面とは反対側の面に対向して配置されている。接地電極１０５を静電モータ１００の外部で接地させるためには、例えば、図１に示すように、支柱１１５を貫通するように接地電極１０５を配置するとよい。
【００２９】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、接地電極１０５の形状の例を示す平面図である。これらは接地電極１０５を天板１１３側から見た図に相当し、可動基板１０１と接地電極１０５との位置関係がわかるように、接地電極１０５が透明であるとして、可動基板１０１と接地電極１０５とを重ねて示している。これらの図に示すように、接地電極１０５は、円形でも４角でもよい。例えば、接地電極１０５は、軸１０７が通る中心部分を除いて、支柱１１５により挟まれた地板１１１と天板１１３との間の領域全体を覆っていてもよい。接地電極１０５の面積はなるべく大きい方が好ましく、特に、接地電極１０５は、各帯電層１２５の配置位置に対応する可動基板１０１の複数の連結部１２３の全体を覆っていることが好ましい。
【００３０】
ただし、接地電極１０５は、必ずしも可動基板１０１の全面を覆っていなくてもよい。例えば、可動基板１０１の中心部１０１Ａと外周部１０１Ｂは接地電極１０５により覆われていなくてもよいし、接地電極１０５が連結部１２３の大半を覆っているならば、連結部１２３の一部分の上方は接地電極１０５により覆われていなくてもよい。
【００３１】
図６は、軸１０７に連結された歯車１１７の斜視図である。図１及び図６に示すように、歯車１１７は、接地電極１０５を挟んで可動基板１０１とは反対側において、接地電極１０５と天板１１３との間で軸１０７に固定されており、軸１０７を中心として回転する。また、歯車１１７は、静電モータ１００内の別の軸１０７Ａを中心として回転する別の歯車１１７Ａと連結している。ただし、図１では軸１０７Ａと歯車１１７Ａの図示を、図６では接地電極１０５の図示を、それぞれ省略している。これらの歯車の材料は、仮に可動基板１０１と接触したとしても電気的な不具合が生じないように、樹脂などの絶縁材料（非導電性材料）であることが好ましい。歯車１１７，１１７Ａは、歯車列の一例であり、可動基板１０１とともに回転して、可動基板１０１の回転運動を外部に伝達する。静電モータ１００では、これらの歯車を介して、可動基板１０１の動力が取り出される。
【００３２】
図７は、別の静電モータ１００Ａの概略構成を示す断面図である。静電モータ１００Ａは、天板が接地電極１０５になっている点が図１の静電モータ１００とは異なるが、その他の点では静電モータ１００と同じ構成を有する。天板１１３と地板１１１との間に独立した部材として接地電極１０５を配置した図１の構成に限らず、図７に示すように天板自体を接地電極１０５としてもよい。静電モータ１００Ａでは、天板と可動基板１０１との間に接地電極１０５を設ける空間を確保する必要がないため、その分、静電モータの厚みが薄くなる。なお、静電モータ１００Ａでは、可動基板１０１と接地電極（天板）１０５の間において、静電モータ１００のものと同じ歯車１１７を軸１０７に固定し、その歯車１１７を別の歯車１１７Ａに連結させてもよい。
【００３３】
あるいは、固定基板１０３と可動基板１０１の配置位置を逆にして天板側に固定基板１０３を配置した場合は、地板１１１自体を接地させて接地電極１０５としてもよい。また、天板１１３又は地板１１１自体を接地電極１０５としなくても、天板１１３又は地板１１１における可動基板１０１との対向面に別途、接地電極１０５を設けてもよい。この場合、例えば、天板１１３又は地板１１１の全面に接地電極１０５を配置してもよいし、それらの一部分のみに接地電極１０５を配置してもよい。
【００３４】
図８は、帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１（図４を参照）と駆動力Ｆｄとの関係を示すグラフである。図８の横軸は距離ｄ１（単位μｍ）を表し、縦軸は駆動力Ｆｄ（単位μＮ）を表す。図８の曲線ａは静電モータ１００の駆動力を示し、曲線ｂは、比較例として、図１２の静電式電気機械変換機２００と同じ構成を有する静電モータ（以下、静電モータ２００という）の駆動力を示す。すなわち、曲線ａは、可動基板１０１を挟んで固定基板１０３とは反対側に接地電極１０５が配置されている静電モータに対応し、曲線ｂはこの接地電極１０５が配置されていない静電モータに対応する。
【００３５】
図８に示すように、駆動力は、図４に示す帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１によって変化し、距離ｄ１が短くなるほど大きくなるが、静電モータ２００と比較して静電モータ１００の方が大きい。静電モータ１００では、帯電層１２５の見かけ上の表面電位Ｖは、帯電層１２５の電荷量Ｑを帯電層１２５と接地電極１０５との間の容量Ｃで除した値となり、その容量Ｃは、可動基板１０１と接地電極１０５との距離が長いほど小さくなる。このため、静電モータ１００では、可動基板１０１と接地電極１０５との距離を長くして容量Ｃを小さくするほど、帯電層１２５の見かけ上の表面電位Ｖを大きくすることができる。従って、静電モータ１００では、可動基板１０１の帯電層１２５とは反対側の面と対向する位置に接地電極１０５を配置することによって、静電モータ２００と比べて駆動力が大きくなると考えられる。
【００３６】
駆動力のみを考慮した場合は、帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１を数十μｍ程度に狭くすることが好ましい。ただし、静電モータ１００では、距離ｄ１が３００μｍ程度でも静電モータ２００よりも駆動力が大きくなるため、距離ｄ１は数十μｍから３００μｍ程度の範囲内でもよい。距離ｄ１を大きくすれば、静電モータ１００の組立を容易に行うことができる。
【００３７】
図９は、静電モータ１００における可動基板１０１と接地電極１０５との距離ｄ２（図４を参照）と駆動力Ｆｄとの関係を示すグラフである。図９の横軸は距離ｄ２（単位μｍ）を表し、縦軸は駆動力Ｆｄ（単位μＮ）を表す。図９に示すように、駆動力は、可動基板１０１と接地電極１０５との距離ｄ２が長くなるほど増加するが、距離ｄ２が４００μｍを超えると、距離ｄ２を長くしてもあまり変わらなくなる。図９のグラフから、可動基板１０１と接地電極１０５との距離ｄ２は、４００μｍ以上が好適であることがわかる。距離ｄ２を増加させることは静電モータ１００の厚みが増加することに相当し、携帯型の電気機器などの用途では距離ｄ２を小さくすることが望ましいため、距離ｄ２の大きさは、静電モータ１００の厚みや駆動力を考慮して適宜決定される。
【００３８】
図１０は、帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１と垂直力Ｆｖとの関係を示すグラフである。図１０の横軸は距離ｄ１（単位μｍ）を表し、縦軸は垂直力Ｆｖ（単位μＮ）を表す。図１０の曲線ｃは静電モータ１００の垂直力を示し、曲線ｄは、比較例の静電モータ２００の垂直力を示す。垂直力の符号は、対向電極１２９に向かう方向を負とし、対向電極１２９から離れる方向を正とする。
【００３９】
図１０に示すように、静電モータ２００では、垂直力は負であり、帯電層１２５と対向電極１２９とを互いに引き寄せる引力が作用している。静電モータ２００の垂直力の絶対値は、帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１によらず略一定の大きさ（およそ１２００μＮ）である。これに対し、静電モータ１００の垂直力は、距離ｄ１に依存している。これは、静電モータ１００では可動基板１０１と接地電極１０５との間に引力が作用するので、この引力が帯電層１２５と対向電極１２９との間に作用する引力と相殺するためであると考えられる。距離ｄ１が３０μｍ〜１５０μｍの範囲では、静電モータ１００に作用する垂直力の絶対値は、８００〜１０００μＮであり、静電モータ２００に作用する垂直力の絶対値よりも小さく良好である。また、静電モータ１００では、距離ｄ１が１２０μｍ付近で垂直力がゼロになる。
【００４０】
図８〜図１０で示したグラフの結果から、静電モータ２００よりも駆動力を大きくするためには、帯電層１２５と対向電極１２９との距離ｄ１が３０μｍ以上かつ３００μｍ以下であり、可動基板１０１と接地電極１０５との距離ｄ２が４００μｍ以上であることが好ましい。また、静電モータ２００よりも垂直力を低減させるためには、距離ｄ１が３０μｍ以上かつ１５０μｍ以下であることが好ましい。駆動力及び垂直力の両方を考慮した場合は、距離ｄ１は３０μｍ以上かつ１５０μｍ以下であることが好ましい。
【００４１】
以上説明したように、静電モータ１００では、可動基板１０１の帯電層１２５を設けていない面と対向する位置に接地電極１０５が配置される。これによって、静電モータ１００では、駆動力が大きくなり、負荷変動や外乱に強くなるとともに、軸１０７と軸受１０９との間の摩擦力が軽減されて、駆動力の損失が少なくなる。
【００４２】
図１１は、発電装置１５０の概略構成図である。発電装置１５０は、図３の駆動回路１２７に代えて蓄電回路１５１を有する点が静電モータ１００とは異なるが、その他の点では静電モータ１００と同じ構成を有する。図１１では、図３と同様に、可動基板１０１の下面、固定基板１０３の上面及び蓄電回路１５１を示している。発電装置１５０の全体の断面図は、符号１００が符号１５０に変わる点を除いて、図１のものと同じである。発電装置１５０は、静電式電気機械変換機の一例であり、外部環境の運動エネルギーを用いて可動基板１０１を回転させて、帯電層１２５と対向電極１２９との間で静電誘導により静電気を発生させることで、動力から電力を取り出す。
【００４３】
発電装置１５０でも、図６に示した静電モータ１００の場合と同様に、接地電極１０５を挟んで可動基板１０１とは反対側において軸１０７に歯車１１７が固定され、歯車１１７は、別の軸１０７Ａを中心として回転する別の歯車１１７Ａと連結している。発電装置１５０では、例えば、重量バランスの偏りを有する図示しない回転錘が軸１０７Ａに取り付けられ、その回転錘が外部の動力源により軸１０７Ａの周りを回転する。これにより、回転錘の回転運動が歯車１１７Ａを介して歯車１１７に伝達されるので、軸１０７及び可動基板１０１を回転させることができる。発電装置１５０では、歯車１１７，１１７Ａを介して、外部の動力源による動力が可動基板１０１に伝達される。
【００４４】
可動基板１０１が回転すると、可動基板１０１の帯電層１２５と対向電極１２９Ａ，１２９Ｂとの間の重なり面積が増減し、それに伴って、帯電層１２５が作る電界により対向電極１２９Ａ，１２９Ｂに引き寄せられる電荷も増減する。発電装置１５０は、このようにして、対向電極１２９Ａと対向電極１２９Ｂの間に交流電流を発生させることにより、静電誘導を利用した発電を行う。
【００４５】
蓄電回路１５１は、整流回路１５３および二次電池１５５を有する。蓄電回路１５１は、蓄電部の一例であり、可動基板１０１の回転に応じて帯電層１２５と対向電極１２９Ａ，１２９Ｂとの間の静電誘導により発生した電力を蓄積する。発電装置１５０の対向電極１２９Ａ，１２９Ｂは、それぞれ電気配線を介して整流回路１５３に接続されており、整流回路１５３は二次電池１５５に接続されている。整流回路１５３は、４個のダイオードを有するブリッジ式の回路であり、対向電極１２９Ａと対向電極１２９Ｂの間で生成された電流を整流する。二次電池１５５は、リチウム二次電池などの充放電可能な電池であり、発電装置１５０によって発電された電力を蓄積し、図示しない駆動対象の回路にその電力を供給する。
【００４６】
発電装置１５０でも、可動基板１０１の帯電層１２５を設けていない面と対向する位置に接地電極１０５を配置することによって、帯電層１２５の見かけ上の表面電位Ｖが高くなるため、その分発電量が多くなる。また、発電装置１５０でも、静電モータ１００と同様に、軸１０７と軸受１０９との間の摩擦力が軽減される効果がある。
【００４７】
上記では回転型の静電モータと発電装置について記載したが、可動基板を挟んで固定基板と対向する位置に接地電極を設けることが重要であって、可動基板が直線方向に往復運動する静電モータと発電装置でも同様な効果が得られることは明らかである。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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