(57)【要約】【課題】被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる防汚構造、及びその動作方法を提供する。【解決手段】太陽電池（被対象物）１の表面１ａの汚れを除去する防汚構造４において、太陽電池１の表面１ａに設けられた第１の電極５及び第２の電極６と、第１及び第２の電極５、６に電圧を印加する電源と、第１及び第２の電極を覆うように設けられた撥水性誘電体層７を備え、撥水性誘電体層７上に存在する水（極性液体）１０の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が小さくなるように、電源から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧を印加する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物の表面の汚れを除去する防汚構造であって、
前記被対象物の表面に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極に電圧を印加する電源と、
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた撥水性誘電体層を備え、
前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が小さくなるように、前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加する、
ことを特徴とする防汚構造。
【請求項２】
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極として、互いに平行に設けられた複数の電極部分を有する櫛歯状電極が用いられている請求項１に記載の防汚構造。
【請求項３】
前記第１及び第２の電極の一方の電極として、前記被対象物の表面側に設けられた金属が用いられている請求項１または２に記載の防汚構造。
【請求項４】
前記撥水性誘電体層の誘電率よりも高い誘電率を有するとともに、前記撥水性誘電体層の前記被対象物の表面側で前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた誘電体層を備えている請求項１〜３のいずれか１項に記載の防汚構造。
【請求項５】
前記撥水性誘電体層では、前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧が印加されていない場合において、前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が８０°〜１８０°の範囲内の値となるように、設定されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の防汚構造。
【請求項６】
前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加したときに、前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角を、８０°未満とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の防汚構造。
【請求項７】
前記電源と前記第１及び第２の電極の一方の電極との間に接続されたスイッチと、
時間を計測するタイマーと、
前記スイッチでの切換動作を指示する動作指示部を備え、
前記動作指示部は、タイマーの計時結果を基に前記スイッチでの切換動作を指示する請求項１〜６のいずれか１項に記載の防汚構造。
【請求項８】
前記電源と前記第１及び第２の電極の一方の電極との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチでの切換動作を指示する動作指示部を備え、
前記動作指示部は、外部からの外部入力指示信号を用いて、前記スイッチでの切換動作を指示する請求項１〜６のいずれか１項に記載の防汚構造。
【請求項９】
時間を計測するタイマーを備えるとともに、
前記動作指示部は、タイマーの計時結果を用いて、前記スイッチでの切換動作を指示する請求項１８に記載の防汚構造。
【請求項１０】
被対象物の表面に設けられた第１の電極及び第２の電極、及び前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた撥水性誘電体層を有し、前記被対象物の表面の汚れを除去する防汚構造の動作方法であって、
前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が小さくなるように、前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加する電圧印加工程と、
前記極性液体によって前記被対象物の汚れを除去する汚れ除去工程、
を備えていることを特徴とする防汚構造の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部に曝露される構造物（被対象物）の表面の汚れを除去する防汚構造、及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池などの屋外設置機器や家屋などの屋外設置物または自動車などの屋外走行する車両等の構造物において、外部に曝露される表面に対し、当該表面に付着する塵などの汚染物等の汚れを除去する防汚構造を適用することが行われてきている。
【０００３】
具体的にいえば、第１の従来例の防汚構造として、例えば下記特許文献１に記載されているように、表面の親水性による耐汚染性機能を有する表面防汚性複合樹脂フィルムを、被対象物としての太陽電池の表面に貼着することが提案されている。すなわち、この第１の従来例の防汚構造では、少なくとも１μｍ以上の厚みを有する樹脂フィルムをベースフィルムとするとともに、最表面の層として、シリコン化合物の縮合物をバインダー成分とし、かつ、表面水滴接触角が４０°以下のコーティング乾燥被膜が用いられている。そして、この第１の従来例の防汚構造では、最表面の層が上述のような親水性であるので、汚れが付着し難く、付着した汚れも雨水などで容易に洗い流すことが可能とされていた。
【０００４】
また、第２の従来例の防汚構造として、例えば下記特許文献２に記載されているように、基材フィルム上に、撥水性および撥油性を持つ防汚層を設けた表面保護フィルムを、被対象物としての太陽電池の表面に貼着することが提案されている。そして、この第２の従来例の防汚構造では、防汚層によって、太陽電池の表面に汚れが付着することを防止し、また付着・蓄積した大気中の水性または油性の塵埃等の汚れが雨等によって容易に洗い流され除去可能とされていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４２１６１号公報
【特許文献２】特開２００２−８３９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の防汚構造では、太陽パネル（被対象物）の表面の汚れに対する防汚機能が低下するという問題点があった。
【０００７】
具体的にいえば、上記のような第１の従来例の防汚構造では、最表面の層が親水性とされていたので、汚れの組成や成分などによっては、汚れを表面に引きつけ易く、特に極性の強い汚れと最表面の層が結合し易いという問題点があった。また、このように汚れと結合してしまうと、当該汚れによって表面が被覆されてしまい、防汚機能が著しく低下するという問題点を生じた。
【０００８】
また、上記のような第２の従来例の防汚構造では、撥水性を有する防汚層を設けていたので、その表面に対して水滴などが一旦付着して蒸発・乾燥すると、その水滴に含まれたカルキ成分などが表面上に残り、汚れとして逆に目立ったり、防汚機能が著しく低下したりするという問題点を生じた。
【０００９】
さらに、この第２の従来例の防汚構造では、防汚層での撥水コーティングはその表面抵抗が高いものであり、親水性の表面を有する、上記第１の従来例の防汚構造に比べて、耐電し易いものであった。それ故、第２の従来例の防汚構造では、表面が帯電したときに、その帯電によって表面に汚れを引きつけ易くなり、防汚機能の低下を招くという問題点もあった。
【００１０】
上記の課題を鑑み、本発明は、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる防汚構造、及びその動作方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明にかかる防汚構造は、被対象物の表面の汚れを除去する防汚構造であって、
前記被対象物の表面に設けられた第１の電極及び第２の電極と、
前記第１及び第２の電極に電圧を印加する電源と、
前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた撥水性誘電体層を備え、
前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が小さくなるように、前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加することを特徴とするものである。
【００１２】
上記のように構成された防汚構造では、第１及び第２の電極が被対象物の表面に設けられているとともに、これらの第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように撥水性誘電体層が設けられている。また、防汚構造では、撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が小さくなるように、電源から第１及び第２の電極に対して、電圧が印加される。これにより、エレクトロウェッティング現象によって、撥水性誘電体層を相対的に親水化し、極性液体の撥水性誘電体層に対する濡れ性を大きくして、当該極性液体により、被対象物の表面の汚れを除去することができる。また、上記従来例と異なり、電圧の印加を行うことによって、被対象物の（曝露）表面となる、撥水性誘電体層を親水性とすることができる。すなわち、防汚構造では、上記従来例と異なり、被対象物の表面の汚れに対して、当該表面の状態を能動的に撥水性から親水性に適宜変化することができ、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる。
【００１３】
また、上記防汚構造において、前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極として、互いに平行に設けられた複数の電極部分を有する櫛歯状電極が用いられていることが好ましい。
【００１４】
この場合、撥水性誘電体層上に存在する極性液体に対して、電圧の印加を確実に行うことができ、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのも確実に防ぐことができる。
【００１５】
また、上記防汚構造において、前記第１及び第２の電極の一方の電極として、前記被対象物の表面側に設けられた金属が用いられてもよい。
【００１６】
この場合、設置済みの被対象物に対して、防汚構造を容易に適用することができるとともに、部品点数が少なく構造簡単な防汚構造を簡単に構成することができる。
【００１７】
また、上記防汚構造において、前記撥水性誘電体層の誘電率よりも高い誘電率を有するとともに、前記撥水性誘電体層の前記被対象物の表面側で前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた誘電体層を備えてもよい。
【００１８】
この場合、撥水性誘電体層上に存在する極性液体に対して、電圧の印加をより効果的に行うことができ、エレクトロウェッティング現象による当該極性液体の接触角が小さくなる変化をより効率よく生じさせることが可能となって、被対象物の表面の汚れもより効率よく除去することができる。
【００１９】
また、上記防汚構造において、前記撥水性誘電体層では、前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧が印加されていない場合において、前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が８０°〜１８０°の範囲内の値となるように、設定されていることが好ましい。
【００２０】
この場合、被対象物の曝露表面を構成する、上記撥水性誘電体層の表面エネルギーが低く抑えられたものとなり、当該曝露表面に対する汚れの付着を容易に抑制することができる。
【００２１】
また、上記防汚構造において、前記電源から前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加したときに、前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角を、８０°未満とすることが好ましい。
【００２２】
この場合、上記極性液体の撥水性誘電体層に対する濡れ性をより適切なものとして、当該極性液体により被対象物の表面の汚れをより確実に除去することができる。
【００２３】
また、上記防汚構造において、前記電源と前記第１及び第２の電極の一方の電極との間に接続されたスイッチと、
時間を計測するタイマーと、
前記スイッチでの切換動作を指示する動作指示部を備え、
前記動作指示部は、タイマーの計時結果を基に前記スイッチでの切換動作を指示してもよい。
【００２４】
この場合、タイマーの計時結果を用いて、防汚構造を自動的に動作させることができ、被対象物の表面の汚れをより確実に除去することができる。
【００２５】
また、上記防汚構造において、前記電源と前記第１及び第２の電極の一方の電極との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチでの切換動作を指示する動作指示部を備え、
前記動作指示部は、外部からの外部入力指示信号を用いて、前記スイッチでの切換動作を指示してもよい。
【００２６】
この場合、外部に設けられたセンサなどの機器や装置などからの外部入力指示信号を用いて、防汚構造を自動的に動作させることができ、被対象物の表面の汚れを適切なタイミングでより確実に除去することができる。
【００２７】
また、上記防汚構造において、時間を計測するタイマーを備えるとともに、
前記動作指示部は、タイマーの計時結果を用いて、前記スイッチでの切換動作を指示してもよい。
【００２８】
この場合、上記外部入力指示信号に加えて、タイマーの計時結果を用いて、防汚構造を自動的に動作させることができ、被対象物の表面の汚れをより適切なタイミングでより確実に除去することができる。
【００２９】
また、本発明の防汚構造の動作方法は、被対象物の表面に設けられた第１の電極及び第２の電極、及び前記第１及び第２の電極の少なくとも一方の電極を覆うように設けられた撥水性誘電体層を有し、前記被対象物の表面の汚れを除去する防汚構造の動作方法であって、
前記撥水性誘電体層上に存在する極性液体の当該撥水性誘電体層に対する接触角が小さくなるように、前記第１及び第２の電極に対して、電圧を印加する電圧印加工程と、
前記極性液体によって前記被対象物の汚れを除去する汚れ除去工程を備えていることを特徴とするものである。
【００３０】
上記のように構成された防汚構造の動作方法では、上記電圧印加工程を行うことにより、エレクトロウェッティング現象によって、被対象物の（曝露）表面となる、撥水性誘電体層を相対的に親水性とすることができ、極性液体の撥水性誘電体層に対する濡れ性を大きくすることができる。そして、汚れ除去工程を行うことにより、極性液体によって被対象物の汚れを除去することができる。それ故、上記従来例と異なり、被対象物の表面の汚れに対して、当該表面の状態を能動的に撥水性から親水性に適宜変化することができ、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる防汚構造、及びその動作方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態にかかる防汚構造を用いた太陽電池を説明する図である。
【図２】図２は、図１に示した防汚構造の要部構成を示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示した第１及び第２の電極を説明する平面図である。
【図４】図４（ａ）は、上記第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図４（ｂ）は、上記第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、上記撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態にかかる防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。
【図７】図７は、図６に示した第１及び第２の電極を説明する平面図である。
【図８】図８は、図６に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図９（ａ）は、図６に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図６に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図９（ｂ）は、図６に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、図６に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。
【図１１】図１１は、図１０に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１４（ａ）は、図１２に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図１２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図１４（ｂ）は、図１２に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、図１２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の防汚構造、及びその動作方法を示す好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、本発明の防汚構造を太陽電池または自動車（車両）の車体に適用した場合を例示して説明する。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
【００３４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる防汚構造を用いた太陽電池を説明する図である。図１において、太陽電池１では、その受光面側に、本実施形態の防汚構造４が設置されている。また、この太陽電池１は、互いに交互に配置された帯状の正極の電極２及び帯状の負極の電極３を備えており、太陽電池１は、防汚構造４を透過した光を受光することにより、電極２、３から電力を取り出すことができるようになっている。また、防汚構造４は、後に詳述するように、光透過性を有するものであり、太陽電池１の受光面全面を覆うように設けられている。
【００３５】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態の防汚構造４について具体的に説明する。
【００３６】
図２は、図１に示した防汚構造の要部構成を示す断面図である。図３は、図２に示した第１及び第２の電極を説明する平面図である。
【００３７】
図２に示すように、本実施形態の防汚構造４は、被対象物としての太陽電池１の表面１ａに設けられた第１の電極５及び第２の電極６と、これら第１及び第２の電極５、６を覆うように設けられた撥水性誘電体層７を備えている。また、この防汚構造４は、上述したように、太陽電池１の受光面全面を覆うように設けられており、撥水性誘電体層７の表面７ａが太陽電池１（被対象物）の外部に曝露する曝露表面を構成するようになっている。
【００３８】
第１及び第２の電極５、６には、ＩＴＯやＩＺＯ等の透明導電膜が用いられている。また、撥水性誘電体層７には、フッ素系樹脂等の透明な合成樹脂などの有機膜や透明な無機膜などの透明な誘電体膜が用いられており、太陽電池１での受光率、ひいては起電率（電力発生効率）が極力低下するのを抑制できるようになっている。
【００３９】
また、図３に示すように、第１及び第２の各電極５、６として、互いに平行に設けられた複数の電極部分５ａ、６ａを有する櫛歯状電極が用いられている。すなわち、第１の電極５には、Ｙ方向に平行に設けられた複数、例えば５本の電極部分５ａと、Ｘ方向に平行に設けられるとともに、５本の電極部分５ａの端部側に接続された電極部分５ｂが設置されている。同様に、第２の電極６には、Ｙ方向に平行に設けられた複数、例えば５本の電極部分６ａと、Ｘ方向に平行に設けられるとともに、５本の電極部分６ａの端部側に接続された電極部分６ｂが設置されている。また、第１及び第２の電極５、６では、図３に示すように、電極部分５ａ、６ａが互いに交互に配置されている。
【００４０】
また、第１及び第２の電極５、６には、手動スイッチ９を介して電源８が接続されており、本実施形態の防汚構造４では、手動スイッチ９がオフ状態からオン状態に切り換えられたときに、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧が印加されるように構成されている。また、本実施形態の防汚構造４では、撥水性誘電体層７上に存在する後述の極性液体（水）の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が小さくなるように、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧を印加するようになっている。
【００４１】
具体的にいえば、撥水性誘電体層７では、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧が印加されていない場合において、撥水性誘電体層７の表面７ａ上に存在する水（極性液体）の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が８０°〜１８０°の範囲内の値、好ましくは９０°〜１８０°の範囲内の値となるように、設定されている。そして、本実施形態の防汚構造４では、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧を印加したときに、撥水性誘電体層７上に存在する水の当該撥水性誘電体層７に対する接触角を、８０°未満、好ましくは６０°未満とするようになっている。すなわち、本実施形態の防汚構造４では、電圧印加を行ったときに、エレクトロウェッティング現象によって、撥水性誘電体層７の表面７ａを親水化して、当該表面７ａの汚れ（すなわち、太陽電池１の表面１ａの汚れ）を除去するようになっている（詳細は後述。）。
【００４２】
ここで、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本実施形態の防汚構造４の動作について具体的に説明する。
【００４３】
図４（ａ）は、上記第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図４（ｂ）は、上記第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、上記撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【００４４】
図４（ａ）において、撥水性誘電体層７の表面７ａには、降雨や結露等により、水１０が付着している。また、この図４（ａ）においては、第１及び第２の電極５、６に対し電圧が印加されていないので、エレクトロウェッティング現象は発現しておらず、水１０の撥水性誘電体層７に対する接触角θ０の値は、８０°〜１８０°の範囲内の値、好ましくは９０°〜１８０°の範囲内の値となっている。すなわち、図４（ａ）に示すように、水１０は、撥水性誘電体層７に対する濡れ性が小さく、同図に示すように、ほぼ球体の形状で撥水性誘電体層７の表面７ａに載っている。
【００４５】
次に、本実施形態の防汚構造４では、第１及び第２の電極５、６に対する電圧印加が行われると、図４（ｂ）に示すように、水１０の撥水性誘電体層７に対する接触角θ１の値は、上記接触角θ０の値よりも小さく、具体的には８０°未満、好ましくは６０°未満となっている。すなわち、本実施形態の防汚構造４では、第１及び第２の電極５、６に対する電圧印加が行われると、撥水性誘電体層７の内部に電荷が蓄積されて、エレクトロウェッティング現象が発現し、当該撥水性誘電体層７を相対的に親水化する。この結果、本実施形態の防汚構造４では、水１０の撥水性誘電体層７に対する濡れ性が大きくされて、小さい接触角θ１となり、水１０は、同図に示すように、濡れ広がる。
【００４６】
すなわち、本実施形態の防汚構造４では、まず撥水性誘電体層７上に存在する水（極性液体）の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が小さくなるように、第１及び第２の電極５、６に対して、電圧を印加する電圧印加工程が行われる。
【００４７】
その後、本実施形態の防汚構造４では、撥水性誘電体層７上で濡れ広がった水１０が、撥水性誘電体層７の表面７ａを流れることにより、当該表面７ａに付着した塵などの汚染物等の汚れを除去する。すなわち、本実施形態の防汚構造４では、上記電圧印加工程に引き続いて、水（極性液体）１０によって太陽電池（被対象物）１の汚れを除去する汚れ除去工程が行われる。
【００４８】
ここで、電圧印加前後、つまりエレクトロウェッティング現象の発現前後においては、下記（１）に示すＬｉｐｐｍａｎｎ−Ｙｏｕｎｇの式が成立する。
【００４９】
γLGｃｏｓθ１＝γLGｃｏｓθ０＋１／２ＣＶ2      ―――      （１）
上記（１）式において、γLGは水（極性液体）１０と空気との間の表面（界面）エネルギーであり、Ｃは、撥水性誘電体層７の静電容量であり、Ｖは、第１及び第２の電極５、６に印加される電圧である。（１）式より明らかなように、本実施形態の防汚構造４では、電圧印加を行うことにより、撥水性誘電体層７上の水１０の接触角を小さくすることができる。すなわち、本実施形態の防汚構造４では、電圧印加を行うことにより、撥水性誘電体層７の親水化を能動的に行って、撥水性誘電体層７上の水１０によって汚れ除去を行うことができる。
【００５０】
また、上記表面エネルギーγLGは一定であるので、撥水性誘電体層７の静電容量Ｃと、第１及び第２の電極５、６への印加電圧Ｖを調整することにより、接触角θ１の変化の大きさを調整することができる。
【００５１】
また、撥水性誘電体層７の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１０ｎｍ〜１００μｍである。また、この撥水性誘電体層７では、その厚みを小さくすればするほど、エレクトロウェッティング現象による接触角の変化を大きくすることができる。しかしながら、撥水性誘電体層７では、その厚みを上記１０ｎｍよりも小さい値にすれば、当該撥水性誘電体層７で絶縁破壊が生じる可能性が高くなる。
【００５２】
また、上記電源８は、直流電源及び交流電源のいずれの電源を用いてもよい。但し、撥水性誘電体層７での不要な電荷の蓄積を防ぐために、交流電圧を印加する交流電源の方が好ましい。また、撥水性誘電体層７での誘電分散による誘電率の低下の影響が小さい１ｋＨｚ以下の周波数を用いることが好ましい。さらに、電源８からの印加電圧Ｖは、例えば１Ｖ〜１０００Ｖ、好ましく１Ｖ〜１００Ｖである。すなわち、この印加電圧Ｖは、その値が高いほど水１０の接触角を小さくできるメリットを奏するが、撥水性誘電体層７の絶縁破壊が生じる可能性や消費電力がアップするというデメリットがある。
【００５３】
また、上記第１及び第２の各電極５、６では、その電極幅（電極部分５ａ、６ａのＸ方向の寸法及び電極部分５ｂ、６ｂのＹ方向の寸法）は、例えば１μｍ〜１０００ｍｍ、好ましくは１μｍ〜１００ｍｍである。また、これらの各電極幅は、曝露表面（つまり、撥水性誘電体層７の表面７ａ）全体が濡れる対象（水１０）に対しては大きい値ほどよいが、微小な水滴（水１０）にエレクトロウェッティング現象の効果を及ぼすためには小さい値の方がよい。
【００５４】
さらに、第１及び第２の電極５、６では、電極部分５ａ、５ｂと電極部分６ａ、６ｂとの間隔（離間距離）は、例えば１μｍ〜１００ｍｍ、好ましくは１μｍ〜１ｍｍである。また、これらの間隔は、広いほど不要な第１及び第２の電極５、６間の静電容量を低減し、効果的にエレクトロウェッティング現象を発現させることができるが、微小な水滴（水１０）にエレクトロウェッティング現象の効果を及ぼすためには狭い方がよい。また、これらの間隔は、上記１μｍよりも狭いと絶縁破壊を生じるおそれがある。
【００５５】
以上のように構成された本実施形態の防汚構造４では、第１及び第２の電極５、６が太陽電池（被対象物）１の表面１ａに設けられているとともに、これらの第１及び第２の電極５、６を覆うように撥水性誘電体層７が設けられている。また、本実施形態の防汚構造４では、撥水性誘電体層７上に存在する水（極性液体）１０の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が小さくなるように、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧が印加される。これにより、本実施形態の防汚構造４では、エレクトロウェッティング現象によって、撥水性誘電体層７を相対的に親水化し、水１０の撥水性誘電体層７に対する濡れ性を大きくして、当該水１０により、撥水性誘電体層７の表面７ａ、つまり太陽電池１の表面１ａの汚れを除去することができる。すなわち、本実施形態の防汚構造４では、上記従来例と異なり、撥水性誘電体層７の表面７ａ（太陽電池１の表面１ａ）の汚れに対して、当該表面７ａの状態を能動的に撥水性から親水性に適宜変化することができ、撥水性誘電体層７の表面７ａの汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる。
【００５６】
また、本実施形態では、第１及び第２の電極５、６として、互いに平行に設けられた複数の電極部分５ａ、６ａを有する櫛歯状電極が用いられているので、撥水性誘電体層７上に存在する水１０に対して、電圧の印加を確実に行うことができ、撥水性誘電体層７の表面７ａの汚れに対する防汚機能が低下するのも確実に防ぐことができる。
【００５７】
また、本実施形態では、撥水性誘電体層７において、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧が印加されていない場合、撥水性誘電体層７上に存在する水１０の当該撥水性誘電体層７に対する接触角が８０°〜１８０°の範囲内の値となるように、設定されている。これにより、本実施形態では、太陽電池１の曝露表面を構成する、撥水性誘電体層７の表面エネルギーが低く抑えられたものとなり、当該曝露表面に対する汚れの付着を容易に抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、電源８から前記第１及び第２の電極５、６に対して、電圧を印加したときに、撥水性誘電体層７上に存在する水１０の当該撥水性誘電体層７に対する接触角を、８０°未満としている。これにより、本実施形態では、水１０の撥水性誘電体層７に対する濡れ性をより適切なものとして、当該水１０により表面７ａの汚れをより確実に除去することができる。
【００５９】
［第２の実施形態］
図５は、本発明の第２の実施形態にかかる防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、防汚構造の駆動制御を行う制御装置を設けるとともに、当該制御装置内にタイマーを設置して、タイマーの計時結果を基に第１及び第２の電極に対し電圧を印加する構成とした点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００６０】
すなわち、図５に示すように、本実施形態の防汚構造では、その駆動制御を行う制御装置１１が設けられている。この制御装置１１には、電源８と、電源８に接続されたスイッチ１２と、時間を計測するタイマー１３と、タイマー１３の計時結果を基にスイッチ１２での切換動作を指示する動作指示部１４とが設けられている。スイッチ１２には、電気式や電磁式等のスイッチが用いられており、動作指示部１４からの指示信号に応じて、オフ状態とオン状態を切り換えるようになっている。また、スイッチ１２は、電源８と第１及び第２の電極５、６の一方の電極、例えば第１の電極５との間に接続されている。そして、スイッチ１２がオン状態とされた場合、電源８から第１及び第２の電極５、６に対して、電圧印加が行われるようになっている。
【００６１】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、制御装置１１内のタイマー１２の計時結果を基に第１及び第２の電極５、６に対し電圧が自動的に印加されるので、撥水性誘電体層７の表面７ａ（太陽電池１の表面１ａ）の汚れをより確実に除去することができる。
【００６２】
すなわち、電圧無印加時での撥水性誘電体層７の表面７ａは、親水化された表面に比べて帯電しやすいことが多く、帯電によって塵埃を引きつけ易い。このため、第１及び第２の電極５、６に対して、長時間電圧印加が行われない場合、不要に汚れを付着させ、親水化だけでは汚れを除去できなくなるおそれを生じる。このおそれを確実に回避するために、本実施形態の防汚構造では、タイマー１３によって定期的に電圧を印加して親水化することにより、空気中の水分を曝露表面である表面７ａに引き寄せて、帯電除去することが可能となり、塵埃の付着を予防することができるとともに、汚れをより確実に除去することができる。尚、タイマー１３による電圧印加の時間間隔として、例えば朝露による水を利用するために、日没後〜日の出前の数時間の間にスイッチ１２を動作させることが考えられる。
【００６３】
［第３の実施形態］
図６は、本発明の第３の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。図７は、図６に示した第１及び第２の電極を説明する平面図である。図８は、図６に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、撥水性誘電体層の太陽電池の表面側に、当該撥水性誘電体層よりも高い誘電率を有する誘電体層を設けるとともに、日照センサの検出結果を基に第１及び第２の電極に対し電圧を印加する構成とした点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００６４】
すなわち、図６に示すように、本実施形態の防汚構造１５では、太陽電池（被対象物）１の表面１ａ上に、平面上の第２の電極１６が設けられている。この第２の電極１６は、第１の実施形態での櫛歯状電極に代えて用いられたものであり、表面１ａ全面を覆うように設置されている。また、本実施形態の防汚構造１５では、第２の電極１６を覆うように設けられた誘電体層１７と、この誘電体層１７上に設けられた第１の電極５を覆うように設けられた撥水性誘電体層１８とが形成されている。
【００６５】
誘電体層１７には、例えばパリレンや窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、あるいは酸化アルミニウムを含有した透明な誘電体膜が用いられている。また、この誘電体層１７には、撥水性誘電体層１８よりも高い誘電率を有する誘電膜が用いられており、電圧印加時でのエレクトロウェッティング現象の効果を容易に大きくできるようになっている。
【００６６】
また、撥水性誘電体層１８には、第１の実施形態と同様に、フッ素系樹脂等の透明な合成樹脂などの有機膜や透明な無機膜などの透明な誘電体膜が用いられており、撥水性誘電体層１８の表面１８ａが太陽電池１（被対象物）の外部に曝露する曝露表面を構成するようになっている。
【００６７】
また、図７及び図８に示すように、本実施形態の防汚構造１５には、その駆動制御を行う制御装置１９と、日照センサ２０とが設けられている。制御装置１９には、電源８と、電源８に接続されたスイッチ１２と、日照センサ２０の検出結果を基にスイッチ１２での切換動作を指示する動作指示部２１とが設けられており、日照センサ２０の検出結果を基に第１及び第２の電極５、１６に対し電圧を印加するようになっている。すなわち、制御装置１９では、日照センサ２０の検出結果を外部からの外部入力指示信号として入力するようになっており、動作指示部２１は、この外部入力指示信号を用いて、スイッチ１２での切換動作を指示するように構成されている。
【００６８】
ここで、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して、本実施形態の防汚構造４の動作について具体的に説明する。
【００６９】
図９（ａ）は、図６に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図６に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図９（ｂ）は、図６に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、図６に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【００７０】
図９（ａ）において、撥水性誘電体層１８の表面１８ａには、結露等により、水１０が付着している。また、この図９（ａ）においては、第１及び第２の電極５、１６に対し電圧が印加されていないので、エレクトロウェッティング現象は発現しておらず、水１０の撥水性誘電体層１８に対する接触角θ０の値は、８０°〜１８０°の範囲内の値、好ましくは９０°〜１８０°の範囲内の値となっている。すなわち、図９（ａ）に示すように、水１０は、撥水性誘電体層１８に対する濡れ性が小さく、同図に示すように、ほぼ球体の形状で撥水性誘電体層１８の表面１８ａに載っている。
【００７１】
次に、本実施形態の防汚構造１５では、日照センサ２０の検出結果を基に第１及び第２の電極５、１６に対する電圧印加が行われると、図９（ｂ）に示すように、水１０の撥水性誘電体層１８に対する接触角θ１の値は、上記接触角θ０の値よりも小さく、具体的には８０°未満、好ましくは６０°未満となっている。すなわち、本実施形態の防汚構造１５では、第１及び第２の電極５、１６に対する電圧印加が行われると、撥水性誘電体層１８及び誘電体層１７の内部に電荷が蓄積されて、エレクトロウェッティング現象が発現し、当該撥水性誘電体層１８を相対的に親水化する。この結果、本実施形態の防汚構造１５では、水１０の撥水性誘電体層１８に対する濡れ性が大きくされて、小さい接触角θ１となり、水１０は、同図に示すように、濡れ広がり、表面１８ａの汚れを除去することができる。
【００７２】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、撥水性誘電体層１８の誘電率よりも高い誘電率を有するとともに、撥水性誘電体層１８の太陽電池（被対象物）１の表面１ａ側で第２の電極１６を覆うように設けられた誘電体層１７を備えている。これにより、本実施形態では、撥水性誘電体層１８上に存在する水（極性液体）１０に対して、電圧の印加をより効果的に行うことができ、エレクトロウェッティング現象による当該水１０の接触角が小さくなる変化をより効率よく生じさせることが可能となって、撥水性誘電体層１８の表面１８ａ（太陽電池１の表面１ａ）の汚れもより効率よく除去することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、日照センサ２０の検出結果（外部入力指示信号）を基に第１及び第２の電極５、１６に対する電圧印加が行われるようになっているので、防汚構造１５を自動的に動作させることができ、朝露を利用した自己洗浄効果を容易に得ることができる。また、上記の説明以外に、太陽電池１による発電の有無をモニタリングし、それに連動して第１及び第２の電極５、１６に電圧印加が行われるようにすることで、太陽電池１を日照センサとして利用することもできる。
【００７４】
［第４の実施形態］
図１０は、本発明の第４の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。図１１は、図１０に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、撥水性誘電体層の太陽電池の表面側に、当該撥水性誘電体層よりも高い誘電率を有する誘電体層を設けるとともに、降雨センサの検出結果を基に第１及び第２の電極に対し電圧を印加する構成とした点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００７５】
すなわち、図１０に示すように、本実施形態の防汚構造２２では、第１の実施形態と同様に、太陽電池（被対象物）１の表面１ａ上に、櫛歯状電極を用いた第１及び第２の電極５、６が設けられている。また、本実施形態の防汚構造２２は、第１及び第２の電極５、６を覆うように設けられた誘電体層２３と、誘電体層２３を覆うように設けられた撥水性誘電体層２４とを備えている。
【００７６】
誘電体層２３には、第３の実施形態と同様に、例えばパリレンや窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、あるいは酸化アルミニウムを含有した透明な誘電体膜が用いられている。また、この誘電体層２３には、撥水性誘電体層２４よりも高い誘電率を有する誘電膜が用いられており、電圧印加時でのエレクトロウェッティング現象の効果を容易に大きくできるようになっている。
【００７７】
また、撥水性誘電体層２４には、第１の実施形態と同様に、フッ素系樹脂等の透明な合成樹脂などの有機膜や透明な無機膜などの透明な誘電体膜が用いられており、撥水性誘電体層２４の表面２４ａが太陽電池１（被対象物）の外部に曝露する曝露表面を構成するようになっている。
【００７８】
また、図１１に示すように、本実施形態の防汚構造２２には、その駆動制御を行う制御装置２５と、降雨センサ２６とが設けられている。制御装置２５には、電源８と、電源８に接続されたスイッチ１２と、降雨センサ２６の検出結果を基にスイッチ１２での切換動作を指示する動作指示部２７とが設けられており、降雨センサ２６の検出結果を基に第１及び第２の電極５、６に対し電圧を印加するようになっている。すなわち、制御装置２５では、降雨センサ２６の検出結果を外部からの外部入力指示信号として入力するようになっており、動作指示部２７は、この外部入力指示信号を用いて、スイッチ１２での切換動作を指示するように構成されている。
【００７９】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、降雨センサ２６の検出結果（外部入力指示信号）を基に第１及び第２の電極５、６に対する電圧印加が行われるようになっているので、雨水によって曝露表面、つまり撥水性誘電体層２４の表面２４ａ（太陽電池１の表面１ａ）の汚れを適切なタイミングでより確実に洗い流すことができる。
【００８０】
［第５の実施形態］
図１２は、本発明の第５の実施形態にかかる防汚構造の要部構成を示す断面図である。図１３は、図１２に示した防汚構造の制御装置の構成を示すブロック図である。図において、本実施形態と上記第１の実施形態との主な相違点は、被対象物として、自動車を用いるとともに、そのボディを第２の電極として利用した点である。なお、上記第１の実施形態と共通する要素については、同じ符号を付して、その重複した説明を省略する。
【００８１】
すなわち、図１２において、本実施形態の防汚構造２８では、被対象物として、自動車が用いられるとともに、その自動車のボディ２９が第２の電極として機能するように構成されている。また、本実施形態の防汚構造２８では、ボディ２９を覆うように設けられた撥水性誘電体層３０と、この撥水性誘電体層３０上に形成された第１の電極５とが設けられている。撥水性誘電体層３０には、第１の実施形態と同様に、フッ素系樹脂等の透明な合成樹脂などの有機膜や透明な無機膜などの透明な誘電体膜が用いられており、撥水性誘電体層３０の表面３０ａが自動車（被対象物）の外部に曝露する曝露表面を構成するようになっている。
【００８２】
また、図１３に示すように、本実施形態の防汚構造２８には、その駆動制御を行う制御装置３１が設けられており、自動車のワイパー３２が制御装置３１に接続されている。また、制御装置３１には、電源８と、電源８に接続されたスイッチ１２と、ワイパー３２の動作に応じてスイッチ１２での切換動作を指示する動作指示部３３とが設けられており、ワイパー３２が動作したときに第１の電極５と、第２の電極としてのボディ２９に対し電圧を印加するようになっている。すなわち、制御装置３１では、ワイパー３２の動作信号を外部からの外部入力指示信号として入力するようになっており、動作指示部３３は、この外部入力指示信号を用いて、スイッチ１２での切換動作を指示するように構成されている。
【００８３】
ここで、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）を参照して、本実施形態の防汚構造２８の動作について具体的に説明する。
【００８４】
図１４（ａ）は、図１２に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加していない場合における、図１２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図であり、図１４（ｂ）は、図１２に示した第１及び第２の電極に対して電圧を印加した場合における、図１２に示した撥水性誘電体層上の水の状態を説明する図である。
【００８５】
図１４（ａ）において、撥水性誘電体層３０の表面３０ａには、降雨等により、水１０が付着している。また、この図１４（ａ）においては、第１の電極５及びボディ２９に対し電圧が印加されていないので、エレクトロウェッティング現象は発現しておらず、水１０の撥水性誘電体層３０に対する接触角θ０の値は、８０°〜１８０°の範囲内の値、好ましくは９０°〜１８０°の範囲内の値となっている。すなわち、図１４（ａ）に示すように、水１０は、撥水性誘電体層３０に対する濡れ性が小さく、同図に示すように、ほぼ球体の形状で撥水性誘電体層１８の表面１８ａに載っている。
【００８６】
次に、本実施形態の防汚構造２８では、ワイパー３２の動作に応じて第１の電極５及びボディ２９に対する電圧印加が行われると、図１４（ｂ）に示すように、水１０の撥水性誘電体層３０に対する接触角θ１の値は、上記接触角θ０の値よりも小さく、具体的には８０°未満、好ましくは６０°未満となっている。すなわち、本実施形態の防汚構造２８では、第１の電極５及びボディ２９に対する電圧印加が行われると、撥水性誘電体層３０の内部に電荷が蓄積されて、エレクトロウェッティング現象が発現し、当該撥水性誘電体層３０を相対的に親水化する。この結果、本実施形態の防汚構造２８では、水１０の撥水性誘電体層３０に対する濡れ性が大きくされて、小さい接触角θ１となり、水１０は、同図に示すように、濡れ広がり、表面３０ａの汚れを除去することができる。
【００８７】
以上の構成により、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様な作用・効果を奏することができる。また、本実施形態では、第２の電極として、自動車（被対象物）の表面側に設けられたボディ（金属）２９が用いられている。これにより、本実施形態では、設置済みの被対象物に対して、防汚構造２８を容易に適用することができるとともに、部品点数が少なく構造簡単な防汚構造２８を簡単に構成することができる。
【００８８】
また、本実施形態では、ワイパー３２の動作（外部入力指示信号）に応じて第１の電極５及びボディ２９に対する電圧印加が行われるようになっている。すなわち、本実施形態では、制御装置３１は、ワイパー３２の動作を基に降雨を自動的に判断し、この降雨による水１０を用いて、曝露表面、つまり撥水性誘電体層３０の表面３０ａ（自動車のボディ２９）の汚れを確実に洗い流すことができる。
【００８９】
尚、上記の説明以外に、撥水性誘電体層３０として、自動車のボディ（第２の電極）２９の上側に形成された当該自動車の塗装層を用いることもできる。
【００９０】
尚、上記の実施形態はすべて例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって規定され、そこに記載された構成と均等の範囲内のすべての変更も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００９１】
例えば、上記の説明では、本発明を太陽電池または自動車（車両）の車体に適用した場合について説明したが、本発明の防汚構造はこれに限定されるものではなく、第１及び第２の電極と撥水性誘電体層を設置可能なものであって、当該撥水性誘電体層上に水（極性液体）が存在可能な構造物を被対象物として適用することができる。具体的にいえば、本発明の防汚構造は、例えば家屋やメンテナンスが難しい高層ビルなどの建物の窓あるいは壁面、メンテナンスフリーが要求される屋外用ディスプレイや屋外用照明器具などの屋外用電気機器の表面、車両等の移動体のガラスや外壁の表面などに適用することができる。
【００９２】
また、上記の説明では、極性液体として（雨）水が使用された場合について説明したが、本発明の極性液体はこれに限定されるものではない。具体的にいえば、極性液体には、塩化カリウム、塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アルカリ金属水酸化物、酸化亜鉛、塩化ナトリウム、リチウム塩、リン酸、アルカリ金属炭酸塩、酸素イオン伝導性を有するセラミックスなどの電解質を含んだものを使用することができる。また、溶媒には、水以外に、アルコール、アセトン、ホルムアミド、エチレングリコールなどの有機溶媒を使用することもできる。さらに、本発明の極性液体には、ピリジン系、脂環族アミン系、または脂肪族アミン系などの陽イオンと、フッ化物イオンやトリフラート等のフッ素系などの陰イオンとを含んだイオン液体（常温溶融塩）を使用することもできる。また、本発明の極性液体には、導電性を有する導電性液体と、所定以上の比誘電率、好ましくは１５以上の比誘電率を有する高誘電性を有する液体が含まれている。
【００９３】
また、上記の説明では、被対象物の曝露表面を構成した撥水性誘電体層上に自然に降った（雨）水や結露した水などを用いた場合について説明したが、本発明の防汚構造はこれに限定されるものではなく、例えば散水装置を設けて、撥水性誘電体層上に人工的に散布した水を用いることもできる。
【００９４】
また、上記の説明では、第１及び第２の電極に透明導電膜を用いるとともに、撥水性誘電体層及び誘電体層に透明な誘電体膜を使用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、被対象物の用途などに応じて、適宜変更することができる。すなわち、第１及び第２の電極に銅や銀などの不透明な金属を用いたり、撥水性誘電体層及び誘電体層に遮光性を有する誘電体膜を使用したりすることもできる。
【００９５】
また、上記第３〜第５の実施形態では、日照センサの検出結果、降雨センサの検出結果、及びワイパーの動作を外部入力指示信号として用いた場合について説明したが、本発明は、外部に設けられたセンサなどの機器や装置などからの外部入力指示信号を用いて、動作指示部が、スイッチでの切換動作を指示するものであればよく、外部入力指示信号は、上記のものに何等限定されない。
【００９６】
また、上記の説明以外に、各実施形態を適宜組み合わせた構成でもよい。具体的には、第２及び第３の実施形態を組み合わせた構成でもよい。このように構成した場合では、タイマーの計時結果及び日照センサの検出結果（外部入力指示信号）を用いて、防汚構造を自動的に動作させることができ、被対象物の表面の汚れをより適切なタイミングでより確実に除去することができる点で好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、被対象物の表面の汚れに対する防汚機能が低下するのを防ぐことができる防汚構造、及びその動作方法に対して有用である。
【符号の説明】
【００９８】
１  太陽電池（被対象物）
１ａ  表面
４、１５、２２、２８  防汚構造
５  第１の電極
５ａ  電極部分
６、１６  第２の電極
６ａ  電極部分
７、１８、２４、３０  撥水性誘電体層
１０  水（極性液体）
１２  スイッチ
１３  タイマー
１４、２１、２７、３３  動作指示部
１７、２３  誘電体層
２９  （自動車（被対象物）の）ボディ（第２の電極）
θ０、θ１  接触角
【図１】
2013028072.tif 000003
【図２】
2013028072.tif 000004
【図３】
2013028072.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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