(57)【要約】【課題】発電量の大きな発電装置を提供する。【解決手段】１つの面に第１及び第２の電極５，６が形成されている固定基板３と、固定基板３に対向するように配置された可動基板９と、可動基板９が移動し得るように可動基板９を支持している支持部材１５，１６とを備え、可動基板９が、第１及び第２の主面１１ａ，１１ｂを有するエレクトレット１１を有し、第１の主面１１ａが固定基板３に対向しており、第１の主面１１ａに複数の凸部１１ｃが設けられており、該複数の凸部１１ｃが電荷がチャージされている帯電領域を構成している、発電装置１。【選択図】図１
2013118784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの面に電極が形成されている固定基板と、
前記固定基板に対向するように配置された可動基板と、
前記可動基板が移動し得るように前記可動基板を支持している支持部材とを備え、
前記可動基板が、第１及び第２の主面を有するエレクトレットを有し、前記第１の主面が前記固定基板に対向しており、前記第１の主面に複数の凸部が設けられており、該複数の凸部が電荷がチャージされている帯電領域を構成している、発電装置。
【請求項２】
前記電極が、第１の電極部分を有する第１の電極と、第２の電極部分を有する第２の電極とを含み、前記第１の電極部分と前記第２の電極部分とが前記可動基板が移動する方向に沿って交互に配置されており、
前記複数の凸部が、前記可動基板が移動する方向に沿って配置されており、かつ前記凸部の前記可動基板が移動する方向に沿う寸法を前記凸部の幅としたときに、前記凸部の幅が、前記第１の電極部分及び第２の電極部分の前記可動基板が移動する方向に沿う寸法である幅と同じ寸法とされている、請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極が、それぞれ複数本の電極指を有する第１及び第２のくし歯電極であり、前記第１の電極部分である前記第１のくし歯電極の電極指と、前記第２の電極部分である前記第２のくし歯電極の電極指とが互いに間挿し合っている、請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記エレクトレットに設けられた複数の凸部が、互いに平行に配置されている複数本のストリップ状凸部である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記エレクトレットの第１の主面の凸部が設けられている部分以外の主面部分が平坦面であり、前記凸部の横断面が矩形の形状を有し、該凸部の側面と前記エレクトレットの第１の主面部分とが直交している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の電極が、前記固定基板の前記可動基板側の面に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
１つの面に電極が形成された固定基板を用意する工程と、第１及び第２の主面を有し、前記第１の主面に複数の凸部が形成されており、第１の主面側において該複数の凸部が電荷がチャージされている帯電領域とされているエレクトレットを有する可動基板を用意する工程と、
前記固定基板に前記エレクトレットの第１の主面が対向するように可動基板を配置し、かつ前記可動基板が移動し得るように前記可動基板を支持する支持部材を前記可動基板に連結する工程とを備える、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置の製造方法。
【請求項８】
前記可動基板を用意する工程において、両主面が平坦なエレクトレットの第１の主面にプレス成形により前記複数の凸部を形成する、請求項７に記載の発電装置の製造方法。
【請求項９】
前記エレクトレットの前記複数の凸部を帯電領域とするにあたり、前記エレクトレットの前記複数の凸部に対応する部分が開口部とされている導電性マスクを前記エレクトレットの第１の主面に該開口部が前記凸部に嵌まり合うように配置する工程と、
前記導電性マスクの外側から前記エレクトレットに放電し、前記エレクトレットの凸部に電荷をチャージし、前記帯電領域を形成する工程と、
前記帯電領域を形成した後に導電性マスクを取り外す工程とを備える、請求項７または８に記載の発電装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットを用いた発電装置に関し、より詳細には、固定基板に対し、部分的に帯電しているエレクトレットが移動することにより、電力を発生させる発電装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電反発力や静電吸引力を利用した素子が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１には、静電気力を駆動源として用いた静電アクチュエータが開示されている。この静電アクチュエータでは、固定子と対向するように移動子が配置されている。固定子の電極に電荷を供給し、該電荷により移動子に電荷を誘導する。固定子の電極に供給された電荷と、移動子において誘導された電荷との静電反発力や静電吸引力を利用して移動子が駆動される。
【０００３】
特許文献１では、上記移動子としてエレクトレットフィルムが用いられている。このエレクトレットフィルムを移動子として用いるために、特許文献１では、エレクトレットフィルムに、帯電領域と、非帯電領域とが設けられている。このように、帯電領域のみを帯電させるために、特許文献１では、図１１に示す帯電方法が用いられている。
【０００４】
図１１に示すように、平板電極１０１上に、エレクトレットフィルム１０２が配置されている。エレクトレットフィルム１０２上に、導電性部材１０３が配置されている。導電性部材１０３は、複数の貫通孔１０３ａを有する。導電性部材１０３と、平板電極１０１とが、電気的接続部材１０４により電気的に接続されている。この状態で、平板電極１０１をグラウンド電位に接続し、平板電極１０１と放電電極１０５との間に電圧源１０６から電圧を印加する。それによって、コロナ放電により、エレクトレットフィルム１０２を部分的に帯電させる。すなわち、エレクトレットフィルム１０２の貫通孔１０３ａに露出している部分が帯電され、帯電領域となる。エレクトレットフィルム１０２の上記帯電領域以外の領域は、非帯電領域となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３３７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のエレクトレットフィルム１０２の帯電方法では、導電性部材１０３が、電気的接続部材１０４及び平板電極１０１を介してグラウンド電位に接続されている。そのため、導電性部材１０３は常にグラウンド電位となり、コロナ放電で発生した電荷は導電性部材１０３に優先的に流れ込むことになる。従って、エレクトレットフィルム１０２の帯電電位の絶対値が低下し、帯電領域と非帯電領域との電位差が小さくなる。従って、このような帯電方法で得られたエレクトレットフィルム１０２では、静電気力を機械的駆動力に変換する変換効率が低下するという問題がある。
【０００７】
他方、コロナ放電処理では、印加する電圧は、エレクトレットフィルム１０２の絶縁破壊電圧より高いのが普通である。そのため、電気的接続部材１０４を設けないと、導電性部材１０３に電荷が溜まりすぎることになる。その結果、導電性部材１０３からエレクトレットフィルム１０２を通じて平板電極１０１に電流が流れることとなる。この電流により、エレクトレットフィルム１０２の帯電させたくない領域まで帯電するおそれがある。従って、エレクトレットフィルム１０２において、帯電領域と非帯電領域との電位差が小さくなる。
【０００８】
従って、上記のように、選択的に帯電しているエレクトレットフィルム１０２を用いて発電装置を構成した場合、大きな電力を取り出すことができなかった。
【０００９】
本発明の目的は、選択的に帯電しているエレクトレットを用いた発電装置であって、より大きな発電量を得ることを可能とする発電装置及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る発電装置は、１つの面に電極が形成されている固定基板と、固定基板に対向するように配置された可動基板と、可動基板が移動し得るように可動基板を支持している支持部材とを備える。本発明においては、可動基板が、第１及び第２の主面を有するエレクトレットを有し、第１の主面が固定基板に対向しており、第１の主面に複数の凸部が設けられており、複数の凸部が電荷がチャージされている帯電領域を構成している。
【００１１】
本発明に係る発電装置のある特定の局面では、電極が、第１の電極部分を有する第１の電極と、第２の電極部分を有する第２の電極とを含み、第１の電極部分と第２の電極部分とが可動基板が移動する方向に沿って交互に配置されている。複数の凸部が、可動基板が移動する方向に沿って配置されており、かつ凸部の可動基板が移動する方向に沿う寸法を凸部の幅としたときに、凸部の幅が、第１の電極部分及び第２の電極部分の可動基板が移動する方向に沿う寸法である幅と同じ寸法とされている。
【００１２】
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、第１及び第２の電極が、それぞれ複数本の電極指を有する第１及び第２のくし歯電極であり、第１の電極部分である第１のくし歯電極の電極指と、第２の電極部分である第２のくし歯電極の電極指とが互いに間挿し合っている。この場合には、周知のくし歯電極の形成方法により、複数の第１及び第２の電極部分を容易に形成することができる。また、電極指ピッチを調整することにより、第１及び第２の電極部分のピッチを容易にコントロールすることができる。
【００１３】
本発明に係る発電装置のさらに別の特定の局面では、エレクトレットに設けられた複数の凸部が、互いに平行に配置されている複数本のストリップ状凸部である。この場合には、プレス成形等により互いに平行に配置されている複数本のストリップ状凸部を容易に形成することができる。
【００１４】
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、エレクトレットの第１の主面の凸部が設けられている部分以外の主面部分が平坦面であり、凸部の横断面が矩形の形状を有し、該凸部の側面とエレクトレットの第１の主面部分とが直交している。この場合には、凸部にチャージされた電荷の凸部外への拡散を効果的に抑制することができる。従って、発電量を大きくすることができる。
【００１５】
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、第１及び第２の電極が、固定基板の可動基板側の面に形成されている。この場合には、第１及び第２の電極とエレクトレットの帯電領域との距離を近づけることができる。従って、発電量をより一層大きくすることができる。
【００１６】
本発明に係る発電装置の製造方法は、１つの面に電極が形成された固定基板を用意する工程と、第１及び第２の主面を有し、第１の主面に複数の凸部が形成されており、第１の主面側において該複数の凸部が電荷がチャージされている帯電領域とされているエレクトレットを有する可動基板を用意する工程と、固定基板にエレクトレットの第１の主面が対向するように可動基板を配置し、かつ可動基板が移動し得るように可動基板を支持する支持部材を可動基板に連結する工程とを備える。
【００１７】
本発明に係る発電装置の製造方法のある特定の局面では、可動基板を用意する工程において、両主面が平坦なエレクトレットの第１の主面にプレス成形により複数の凸部を形成する。この場合には、プレス成形により、複数の凸部を容易にかつ安価に形成することができる。
【００１８】
本発明に係る発電装置のさらに他の特定の局面では、エレクトレットの複数の凸部を帯電領域とするにあたり、エレクトレットの複数の凸部に対向する部分が開口部とされている導電性マスクをエレクトレットの第１の主面に該開口部が凸部に嵌まり合うように配置する工程と、導電性マスクの外側からエレクトレットに放電し、エレクトレットの凸部に電荷をチャージし、帯電領域を形成する工程と、帯電領域を形成した後に導電性マスクを取り外す工程とを備える。この場合には、エレクトレットの凸部のみを確実にかつ容易に選択的に帯電させることができる。加えて、チャージ中に電荷が凸部から凸部外へ拡散することを効果的に抑制することができる。従って、発電量をより一層大きくすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る発電装置によれば、可動基板のエレクトレットの第１の主面に設けられた複数の凸部が帯電領域を構成しているため、凸部と凸部以外の部分との電位差を大きくすることができる。また、凸部にチャージされた電荷の凸部外への拡散を効果的に抑制することができる。加えて、帯電領域と固定基板に設けられた電極との距離が近づけられる。従って、従来の発電装置に比べて、発電量を大きくすることができる。
【００２０】
本発明に係る発電装置の製造方法は、発電量を効果的に高め得る本発明の発電装置を提供することができる。また、凸部を帯電領域とするようにエレクトレットを帯電させればよいため、エレクトレットの帯電も容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の模式的断面図及び該発電装置に用いられている可動基板を説明するための模式的部分断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る発電装置の固定基板を取り除いた状態を示す模式的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る発電装置に用いられているエレクトレットの模式的平面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置において、エレクトレットを帯電する方法を説明するための各模式的断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の動作を説明するための各模式的断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る発電装置において、凸部にチャージされた電荷の拡散が抑制されるメカニズムを説明するための模式的正面断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る発電装置に用いられるエレクトレットにおける帯電に際しての凸部外への電荷の移動を抑制し得るメカニズムを説明するための模式的正面断面図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る発電装置において、第１のくし歯電極に電荷が誘起された状態を示す模式的正面断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の製造方法において、エレクトレットの凸部を形成する方法の各工程を示す模式的正面断面図である。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る発電装置の製造方法において、エレクトレットに凸部を形成する他の方法の各工程を示す模式的正面断面図である。
【図１１】従来のエレクトレットの帯電方法を説明するための斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００２３】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態としての発電装置１を示す模式的断面図である。また、図２は、本実施形態の発電装置１の固定基板を取り除いた状態を示す模式的平面図である。なお、図１（ａ）は、図２のＸ−Ｘ線に沿う部分に相当する断面を示す。
【００２４】
発電装置１は、筐体２を有する。筐体２は、上方に開いた開口を有し、かつその平面形状は矩形である。
【００２５】
筐体２の上方の開口縁に、固定基板３が接合されている。それによって、筐体２の上方の開口が封止されている。
【００２６】
筐体２は、アルミナなどの絶縁性セラミックスまたは合成樹脂などの適宜の絶縁性材料により形成することができる。なお、筐体２は、金属により形成されていてもよい。
【００２７】
上記固定基板３は、アルミナなどの絶縁性セラミックスまたは合成樹脂からなる。機械的強度を高めるためには、固定基板３は、アルミナなどの絶縁性セラミックスからなることが好ましい。軽量化を図るためには、固定基板３は、合成樹脂からなることが望ましい。
【００２８】
固定基板３の筐体２と接合されている側の面（下面）には、電極４が形成されている。図２は、固定基板３を取り除いた発電装置１の模式的平面図であり、ここでは、固定基板３のみを省略し、電極４は模式的に図示している。図２に示すように、電極４は、複数本の電極指を有する第１のくし歯電極５と複数本の電極指を有する第２のくし歯電極６とを有する。第１のくし歯電極５の電極指と、第２のくし歯電極６の電極指とが互いに間挿し合っている。第１のくし歯電極５は第１の電極に相当し、第２のくし歯電極６は、第２の電極に相当する。また、第１のくし歯電極５の電極指は第１の電極部分に相当し、第２のくし歯電極６の電極指は第２の電極部分に相当する。
【００２９】
第１のくし歯電極５には、第１の引き出し電極７ａを介して第１の端子電極７ｂが接続されている。同様に、第２のくし歯電極６には、第２の引き出し電極８ａを介して第２の端子電極８ｂが接続されている。これらの第１，第２の引き出し電極７ａ，８ａ及び第１，第２の端子電極７ｂ，８ｂも、前述した固定基板３の下面に形成されている。
【００３０】
上記第１，第２のくし歯電極５，６、第１，第２の引き出し電極７ａ，８ａ及び第１，第２の端子電極７ｂ，８ｂは、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、またはこれらの合金などの適宜の金属もしくはこれらの金属を主体とする合金により形成することができる。
【００３１】
図１（ａ）に示すように、上記筐体２と上記固定基板３とで封止されている空間内に、可動基板９が配置されている。可動基板９は、金属基板１０と、金属基板１０の上面に積層されたエレクトレット１１とを有する。
【００３２】
金属基板１０は、ステンレスまたは銅、鉄などの適宜の金属からなる。可動基板９が金属基板１０を有するため、可動基板９はたわみ難い。従って、可動基板９と固定基板３との接触、特に固定基板３の下面に設けられた電極４との接触を確実に防止することができる。
【００３３】
上記金属基板１０は、好ましくは、密度が５ｇ／ｃｍ３以上の金属からなる。このような金属としては、ステンレス、銅、鉄などを挙げることができる。密度が５ｇ／ｃｍ３以上である場合、共振周波数を低めることができる。従って、人の歩行のように日常生活で発生する振動、すなわち１０Ｈｚ以下の低周波の振動によっても共振させることができる。それによって、大きな発電出力を得ることができる。
【００３４】
本実施形態の発電装置１では、エレクトレット１１が、金属基板１０の上面に積層されている。すなわち、図１（ａ）に示す電極４が形成されている領域と対向する領域にエレクトレット１１が配置されている。
【００３５】
エレクトレット１１は、合成樹脂または無機材料からなる。合成樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のようなフッ素樹脂を挙げることができる。無機材料としては、ＳｉＯ２などを挙げることができる。
【００３６】
図１（ｂ）に、可動基板９の一部の模式的断面を示す。本実施形態の特徴は、図１（ａ）では略図的に示されているが、図１（ｂ）に示すように、エレクトレット１１の第１の主面１１ａ上に複数の凸部１１ｃが設けられていることにある。すなわち、エレクトレット１１は、第１の主面１１ａと、第２の主面１１ｂとを有する板状部材からなる。エレクトレット１１は、第２の主面１１ｂ側から金属基板１０の上面に積層されている。そして、第１の主面１１ａにおいて、複数の凸部１１ｃが設けられており、各凸部１１ｃに電荷がチャージされている。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、複数の凸部１１ｃのそれぞれに負の電荷がチャージされている。それによって、複数の凸部１１ｃが負の電荷がチャージされている帯電領域とされている。第１の主面１１ａにおける凸部１１ｃ以外の部分である第１の主面部分１１ｄは、非帯電領域とされている。
【００３７】
図３は、上記エレクトレット１１の模式的平面図である。図３に示すように、複数の凸部１１ｃは、複数本のストリップ状凸部とされている。この複数の凸部１１ｃは、互いに平行に延ばされている。複数の凸部１１ｃの延びる方向は、前述した第１，第２のくし歯電極５，６の複数本の電極指の延びる方向に平行とされている。
【００３８】
第１のくし歯電極５の電極指の中心と、該電極指と隣り合う第２のくし歯電極６の電極指の中心との間の距離は、互いに隣り合う凸部１１ｃの中心間の距離の１／２とされている。例えば、凸部１１ｃの幅を５００μｍ、凸部１１ｃ間の間隔を６００μｍとした場合、互いに隣り合う凸部１１ｃの中心間の距離は１１００μｍである。この場合には、第１のくし歯電極５の電極指の中心と、該電極指と隣り合う第２のくし歯電極６の電極指の中心との間の距離は５５０μｍとすればよい。例えば、第１，第２のくし歯電極５，６の電極指幅を５００μｍ、電極指間の間隔を５０μｍとすればよい。
【００３９】
後述するように、本実施形態の発電装置１では、エレクトレット１１が、上記帯電領域とされている複数の凸部１１ｃを有するため、発電量を効果的に増大させることができる。
【００４０】
なお、図１（ａ）に示すように、金属基板１０の上面には、複数の凹部１０ａが形成されている。この凹部１０ａは、図２に示すように正方形の平面形状を有する。
【００４１】
上記凹部１０ａ内に、回転体１４が配置されている。回転体１４は、本実施形態では、金属からなる球体により構成されている。もっとも、回転体１４は、金属以外のセラミックスなどにより形成されていてもよい。回転体１４の一部が凹部１０ａ内に入り込むようにして、回転体１４が回転可能に凹部１０ａ内に支持されている。回転体１４の上端は、本実施形態では、固定基板３の下面に当接している。従って、回転体１４により、固定基板３の下面と可動基板９の上面との間隔を一定にすることが可能とされている。
【００４２】
なお、図２に示すように、上記回転体１４は、電極４を囲む複数箇所に配置されている。この回転体１４の配置については特に限定されず、複数個の回転体１４、好ましくは３個以上の回転体１４が電極４を囲む部分に均一に配置されていることが望ましい。それによって上記間隔を一定に保つことができる。
【００４３】
上記凹部１０ａは、金属板をプレス加工する方法により容易に形式し得る。あるいは、凹部１０ａが形成されている部分に相当する貫通孔を有する金属板と平板状の金属板とを貼り合わせることにより金属基板１０を形成してもよい。また、厚い金属板を切削加工することにより凹部１０ａを形成してもよい。
【００４４】
回転体１４は、金属により形成されていることが好ましい。その場合には、例えば固定基板３の下面にグラウンド電位に接続される電極を形成し、該電極に回転体１４の上端を接触させることが望ましい。それによって、金属基板１０をグラウンド電位に一定に保つことができる。なお、回転体１４をグラウンド電位に接続する構成は上記に限定されるものではない。例えば、固定基板３を金属板により構成し、該金属板からなる固定基板３の下面に図示しない絶縁層を介して上記電極４を形成してもよい。その場合には、固定基板３をグラウンド電位に接続することにより、金属基板１０をグラウンド電位に保つことができる。
【００４５】
また、図２に示すように、可動基板９は、支持部材としてのバネ１５，１６により筐体２に支持されている。すなわち、コイルバネからなるバネ１５，１６の一端が金属基板１０の側面に固定されており、他端が筐体２に固定されている。複数のバネ１５，１６により、可動基板９は、筐体２内の空間において図２の横方向すなわち電極４の電極指が延びている方向と直交する方向に移動可能とされている。
【００４６】
なお、本実施形態では、固定基板３の下面に電極４が形成されている。電極４は、固定基板３の下面に形成されていることが望ましい。それによって、電極４と、エレクトレット１１の帯電領域である複数の凸部１１ｃとを近接させることができる。従って、発電量を高めることができる。もっとも、電極４は、固定基板３の上面に形成されていてもよい。
【００４７】
前述したように、エレクトレット１１は、帯電領域である複数の凸部１１ｃと、非帯電領域である第１の主面部分１１ｄとを有する。このようにエレクトレット１１を帯電する方法を図４（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、金属基板１０の上面に、上記エレクトレット１１が積層されている。このエレクトレット１１は、前述した複数の凸部１１ｃを有する。次に、図４（ａ）に示すように、凸部１１ｃに対応する部分が開口部２１ａとされている金属マスク２１を用意する。この金属マスク２１を、開口部２１ａが凸部１１ｃに嵌まり合うように、エレクトレット１１の第１の主面１１ａ側に積層する。この状態で、第１の主面１１ａをコロナ放電下に晒す。すなわち、放電電極を第１の主面１１ａの上方に配置し、エレクトレット１１にコロナ放電する。その結果、凸部１１ｃに図４（ａ）に示すように負の電荷がチャージされ、凸部１１ｃが帯電領域とされる。また、金属マスク２１にも負の電荷がチャージされる。もっとも、エレクトレット１１の金属マスク２１で覆われている部分すなわち凸部１１ｃ以外の部分には、負の電荷がチャージされない。従って、金属マスク２１を除去すると、図４（ｂ）に示すように、選択的に凸部１１ｃのみが帯電領域とされたエレクトレット１１を得ることができる。この場合、金属マスク２１の下面とエレクトレット１１の第１の主面１１ａとが密着する。従って、上記エレクトレット１１に選択的に電荷をチャージするに際し、電荷が金属マスク２１の下面に回り込み難い。よって、凸部１１ｃと、第１の主面１１ａにおける凸部１１ｃ以外の部分である第１の主面部分１１ｄとの表面電位差を大きくすることができる。それによっても、発電装置１の発電量を高めることができる。
【００４９】
なお、上記凸部１１ｃが形成されているエレクトレット１１では、第１の主面１１ａ側において、さらに保護層を形成してもよい。このような保護層を形成する材料としては、ＳｉＮ、ＡｌＮまたはＡｌ２Ｏ３などの無機材料を挙げることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、可動基板９は、金属基板１０と、金属基板１０の上面に積層されたエレクトレット１１とを有する。もっとも、金属基板１０に代えて、絶縁性基板上に金属膜が形成された構造を用いてもよい。すなわち、該金属膜上に上記エレクトレット１１を積層してもよい。このように可動基板を構成する材料は、絶縁性材料に限定されるものではない。
【００５１】
次に、本実施形態の発電装置１による発電メカニズムを図５（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１，第２のくし歯電極５，６には負荷抵抗Ｒが接続されている。
【００５２】
図５（ａ）に示すように、第１のくし歯電極５の電極指が凸部１１ｃの上方に位置している場合、第１のくし歯電極５の電極指がエレクトレット１１の負の電荷がチャージされている帯電領域である凸部１１ｃに向かい合うことになり、静電誘導により第１のくし歯電極５に正の電荷が誘起される。
【００５３】
次に、発電装置１に外力が加わることで、可動基板９が固定基板３に対して図面上左側に移動したとする。そして、図５（ｂ）に示すように、第２のくし歯電極６の電極指が凸部１１ｃの上方に位置したとする。この場合、第２のくし歯電極６の電極指がエレクトレット１１の帯電領域である凸部１１ｃに向かい合うことになり、静電誘導により第２のくし歯電極６に正の電荷が誘起されることになる。可動基板９が固定基板３に対して図面上左側にさらに移動し、第１のくし歯電極５の電極指が凸部１１ｃの上方に位置すると、図５（ｃ）に示すように、第１のくし歯電極５の電極指が凸部１１ｃに再び向かい合うことになり、静電誘導により第１のくし歯電極５に正の電荷が誘起されることになる。すなわち、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように可動基板９が移動し、凸部１１ｃと相対する第１のくし歯電極５並びに第２のくし歯電極６に次々に正の電荷が誘起されることにより、第１，第２のくし歯電極５，６に接続されている負荷抵抗Ｒには交流の電流が流れる。このようにして、本実施形態の発電装置１により電力を取り出すことができる。
【００５４】
なお、第１，第２のくし歯電極５，６には、整流回路を接続してもよい。さらに、整流回路に蓄電回路を接続し、発生した電力を蓄えることも可能である。
【００５５】
図５（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、本実施形態では、凸部１１ｃが帯電領域とされている。従って、帯電領域である凸部１１ｃと固定基板３の第１，第２の電極５，６との間の距離を短くすることができる。従って、それによっても、発電量を高めることができる。もっとも、前述したように、固定基板に設けられた電極は、固定基板の上面側に形成されていてもよい。
【００５６】
また、エレクトレット１１においては、帯電領域のみが厚くされている。すなわち、凸部１１ｃが帯電領域とされているため、帯電領域の厚みが、非帯電領域の厚みに比べて厚くされている。一般に、エレクトレットでは、帯電領域が厚い程、表面電位は大きくなる。従って、本実施形態では、前述したように、帯電領域と非帯電領域との表面電位差を大きくすることができる。それによっても、発電量を大きくすることができる。
【００５７】
加えて、図６に模式的断面図で示すように、凸部１１ｃは、その横断面が矩形の形状を有する。すなわち、前述したストリップ状の凸部１１ｃの幅方向に沿う断面形状は矩形形状とされている。従って、図６の下方に拡大して示すように、凸部１１ｃの幅方向端部においては、側面１１ｃ１が、第１の主面部分１１ｄに対して直交している。よって、凸部１１ｃ内の負の電荷が、凸部１１ｃから破線で示す矢印Ｂで示すように拡散することが発生し難い。それによっても、帯電領域と非帯電領域との表面電位差を大きくすることができる。
【００５８】
また、帯電領域である凸部１１ｃと、第１，第２のくし歯電極５，６との間の距離が、非帯電領域である第１の主面部分１１ｄと、第１，第２のくし歯電極５，６との間の距離よりも短くなる。従って、それによっても、発電量を増大させることができる。
【００５９】
さらに、図７に模式的断面図で示すように、上記エレクトレット１１を帯電させるに際し、凸部１１ｃに負の電荷がチャージされる。この場合においても、上記凸部１１ｃから凸部１１ｃ外への負の電荷の拡散を抑制することができる。すなわち、図７の下方に拡大して示すように、凸部１１ｃ内の負の電荷が、凸部１１ｃの側面１１ｃ１から破線で示す矢印Ｂで示すように拡散することが、電荷のチャージ段階においても発生し難い。また、電荷が金属マスク２１の下面側に回り込むことも確実に抑制される。従って、それによっても、帯電領域と非帯電領域との表面電位差を大きくすることができる。
【００６０】
上記のように、本実施形態の発電装置１では、エレクトレット１１の第１の主面１１ａに設けられた凸部１１ｃが帯電領域とされているため、帯電領域と非帯電領域との間の表面電位差を飛躍的に高めることができる。加えて、帯電領域と第１，第２の電極５，６との間の距離を短くすることができる。従って、発電装置１の発電量を飛躍的に大きくすることができる。
【００６１】
なお、上記のような凸部１１ｃを有するエレクトレット１１の形成は、適宜の方法により行い得る。図９（ａ）〜（ｃ）は、上記エレクトレット１１及び金属基板１０を含む可動基板９の製造工程の一例を示す。
【００６２】
図９（ａ）に示すように、金属基板１０上に、上面が平坦なエレクトレットシート１１Ａを積層した構造を用意する。次に、エレクトレットシート１１Ａの上面に、金型３１を積層する。金型３１の下面には複数の凹部３１ａが形成されている。この凹部３１ａは、凸部１１ｃを反転させた形状を有する。金型３１の上面にプレート３２を積層する。そして、エレクトレットシート１１Ａが軟化する温度以上にエレクトレットシート１１Ａを加熱し、その状態で、矢印で示す方向に加圧する。エレクトレットシート１１Ａとして、ＰＴＦＥなどの合成樹脂からなるものを用いる場合には、該合成樹脂のガラス転移温度以上の温度に加熱すればよい。その結果、エレクトレットシート１１Ａが変形する。すなわち、図９（ｂ）に示すように、金型３１の凹部３１ａの形状が転写され、凸部１１ｃを有するエレクトレット１１を得ることができる。しかる後、金型３１を取り外す。それによって、図９（ｃ）に示すように、金属基板１０上に、凸部１１ｃを有するエレクトレット１１が積層されている構造を得ることができる。
【００６３】
図１０は、凸部１１ｃの形成方法の他の例を説明するための模式的正面断面図である。この方法では、図１０（ａ）に示すように、金属基板１０上に、上面が平坦なエレクトレットシート１１Ａを積層した構造を用意する。次に、エレクトレットシート１１Ａの上面に、金属マスク２１を積層する。金属マスク２１は、前述したエレクトレット１１の帯電に用いられているものと同一のものである。
【００６４】
次に、金属マスク２１の上面に、プレート３２を積層する。そして、エレクトレットシート１１Ａが軟化する温度以上にエレクトレットシート１１Ａを加熱し、その状態で、矢印で示す方向に加圧する。
【００６５】
その結果、エレクトレットシート１１Ａが変形する。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、金属マスク２１の開口部２１ａに臨む部分が凸部１１ｃとされているエレクトレット１１を得ることができる。このように、前述したエレクトレット１１の帯電に用いる金属マスク２１を用い、プレス成形法により凸部１１ｃを形成してもよい。この場合には、図１０（ｂ）に示す状態から、ただちに前述した帯電方法に従って金属マスク２１を用いてエレクトレット１１の凸部１１ｃを選択的に帯電させることができる。
【００６６】
なお、図９及び図１０に示した加工方法では、プレス成形により、凸部１１ｃを形成したが、他の方法により凸部１１ｃを形成してもよい。例えば、エレクトレットシート１１Ａを用意した後、選択的にエッチングすることにより、複数の凸部１１ｃを形成してもよい。あるいは、エレクトレットシート１１Ａ上に、エレクトレットシート１１Ａと同じ材料からなるストリップ状部分を貼り合わせることにより、凸部１１ｃを形成してもよい。
【００６７】
上記のように、本発明の発電装置１では、凸部１１ｃと、凸部１１ｃ外の領域との表面電位差を高め、発電量を効果的に高めることができる。従って、本発明の特徴は、上記のようなエレクトレット１１を用いたことにあり、可動基板、固定基板の他の構造及び筐体２の構造等については種々変形することができ、図示の実施形態に限定されるものではないことを指摘しておく。
【符号の説明】
【００６８】
１…発電装置
２…筐体
３…固定基板
４…電極
５…第１のくし歯電極
６…第２のくし歯電極
７ａ…第１の引き出し電極
８ａ…第２の引き出し電極
７ｂ…第１の端子電極
８ｂ…第２の端子電極
９…可動基板
１０…金属基板
１０ａ…凹部
１１…エレクトレット
１１Ａ…エレクトレットシート
１１ａ…第１の主面
１１ｂ…第２の主面
１１ｃ…凸部
１１ｃ１…側面
１１ｄ…第１の主面部分
１４…回転体
１５，１６…バネ
２１…金属マスク
２１ａ…開口部
３１…金型
３１ａ…凹部
３２…プレート
【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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