(57)【要約】      （修正有）【課題】帯電処理が容易であり、発電出力が低下した場合でも、振動発電体を構成した状態で再度帯電処理することで発電出力を回復させることが可能な振動発電体等を提供する。【解決手段】振動発電体１は、主にエレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、スペーサ７ａ、７ｂ、グリッド電極１１等から構成される。エレクトレット誘電体３の両側には、それぞれ、第１電極である電極５ｂと、第２電極である電極５ａが配置される。また、エレクトレット誘電体３と電極５ｂの間には、グリッド電極１１が配置される。グリッド電極１１は、所定の形状の開孔部が所定の間隔で複数設けられた構造を有する電極である。エレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１は、いずれも可撓性を有する。【選択図】図１
2016077055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動発電体であって、
電荷を保持したエレクトレット誘電体と、
前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、
前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、
を具備し、
前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、
前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、
前記グリッド電極と短絡する前記第１電極と、前記第２電極との間から発電出力を取り出すことが可能であることを特徴とする振動発電体。
【請求項２】
前記第２電極と前記エレクトレット誘電体が、全面にわたって接合されていることを特徴とする請求項１記載の振動発電体。
【請求項３】
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、部分的にスペーサが設けられ、少なくとも一部の前記スペーサを介して、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極とが接合され、前記スペーサ以外の部位が、前記非接合部となることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の振動発電体。
【請求項４】
前記グリッド電極と前記第１電極との間には、部分的にスペーサが設けられて隙間が形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動発電体。
【請求項５】
前記グリッド電極と前記第１電極との間に、誘電体層が形成されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の振動発電体。
【請求項６】
振動発電体の帯電処理方法であって、
電荷を保持したエレクトレット誘電体と、
前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、
前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、
を具備する、振動発電体を用い、
前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、
前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、
前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、
前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧Ｖ１を付与し、
前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、
前記第１電極と前記グリッド電極との隙間において気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法。
【請求項７】
振動発電体の帯電処理方法であって、
電荷を保持したエレクトレット誘電体と、
前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、
前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、
を具備する、振動発電体を用い、
前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、
前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、
前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、
前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧Ｖ１を付与し、
前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、
前記第１電極と前記グリッド電極との隙間において気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法。
【請求項８】
振動発電体の帯電処理方法であって、
電荷を保持したエレクトレット誘電体と、
前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、
前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に設けられるグリッド電極と、
前記グリッド電極と前記第１電極との間に設けられる誘電体層と、
を具備する、振動発電体を用い、
前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、
前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、
前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、
前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧Ｖ１を付与し、
前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、
前記誘電体層と前記グリッド電極との間において、気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット誘電体を用いた振動発電体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、道路や橋梁、建築物、産業機械などの構造体の振動や、自動車や鉄道車両、航空機などの移動体の振動、人体の運動や環境に普遍的に存在する環境振動などを電気エネルギーに変換して有効利用する試みがなされている。
【０００３】
このような振動エネルギーを電気に変換する発電方式として、半永久的に電荷を保持するエレクトレット誘電体を用い、静電誘導を利用する方式がある。エレクトレット誘電体と、これと距離を置いて配置された電極との相対位置を振動等によって変化させることで、電荷が電極に静電誘導され、発電が行われるものである。このような原理を用いた発電装置は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載された振動発電装置は、固定基板の上面に短冊状の複数本のベース電極が平行に配列され、各ベース電極上には、それぞれエレクトレットが形成される。また、可動基板は、固定基板のエレクトレットが配置される側の面に対向し、所定のギャップをあけて平行に配置される。さらに、可動基板の対向面には、ベース電極と対向するように短冊状の対向電極が形成される。振動が付与されると、可動基板は、固定基板との距離を保った状態で、平行に移動する。したがって、エレクトレットと対向電極との相対位置が平行な方向に変化する。この際、各電極に電荷が静電誘導されて発電することができる。
【０００５】
しかしながら、この発電方式は、広範囲かつ様々な取り付け部位の形態に対応させることが困難である。例えば、特許文献１に記載された装置は、各部材が略リジッドに形成されるため、取り付け部位に応じて形状を変える等のフレキシブル性に劣る。
【０００６】
本発明者らは、フレキシブルな振動発電体を研究し、エレクトレット誘電体を用いた振動発電体を先に提案した。この振動発電体は、フレキシブルな電極とエレクトレット誘電体との相対距離を、付与される外力や振動で変化させることによって発電を行うものである（特許文献２、３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１３６５９８号公報
【特許文献２】特開２０１４−２７７５６号公報
【特許文献３】特開２０１４−４２４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献２、３のような振動発電体に用いられるエレクトレット誘電体を帯電処理する方法としては、（１）外部コロナ発生装置を用いてエレクトレット誘電体の表面を帯電処理した後に、エレクトレット誘電体を電極の間に挟み、スペーサを介してエレクトレット誘電体と電極とを接合させて振動発電体を製造する方法、および（２）エレクトレット誘電体を帯電処理する前に、スペーサを介してエレクトレット誘電体と電極とを接合させておき、その状態で電極との間に電圧を印加してエレクトレット誘電体の帯電処理を実施して振動発電体を製造する方法の二つの方法がある。
【０００９】
（１）のエレクトレット誘電体の帯電処理方法は、エレクトレット誘電体の帯電処理方法としては広く行われている。一方、（２）の方法は、外部コロナ発生装置を用いる必要がなく、また振動発電体の製造工程の最終工程でエレクトレット誘電体の帯電処理を行うことができる。このため、（２）の方法は、（１）の帯電処理方法と比較して、振動発電体の製造およびエレクトレット誘電体の帯電処理が容易となる。
【００１０】
そこで、発明者らは（２）の方法でのエレクトレット誘電体の帯電処理を試みたところ、エレクトレット誘電体を所定の帯電電位にするために、電極との間に印加する電圧の条件を導出するのに時間を要した。すなわち、（２）の方法は、エレクトレット誘電体の帯電条件をあらかじめ導出することができていれば比較的容易にエレクトレット誘電体の帯電処理を行うことができる。しかし、エレクトレットの帯電条件が得られていない状況、例えば、様々な振動発電体の形状や構造に対してエレクトレットの帯電処理を施す際は、条件の導出に時間を要することがわかった。
【００１１】
一方で、振動発電体を継続して使用していると、エレクトレット誘電体の表面電位（帯電電位）が経時的に低下することに伴って振動発電体の発電出力が低下する懸念がある。このような振動発電体の発電出力の低下を抑制するためには、エレクトレット誘電体の表面電位の減衰が発生しにくい材料を選定したり、振動発電体の構造を工夫したりすることで、振動発電体の発電出力の安定化を図る対処を行う必要がある。しかし、安価かつ容易な対処方法によって、より長期の使用に対する振動発電体の発電出力の低下を完全に防止することは困難であるという課題があった。
【００１２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、振動発電体を構成した状態でのエレクトレット誘電体の帯電処理が容易であり、エレクトレットの表面電位の低下によって振動発電体の発電出力が低下した場合でも、再度振動発電体を構成した状態でエレクトレット誘電体を帯電処理することで、振動発電体の発電出力を回復させることが容易な振動発電体等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】
【００１３】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、振動発電体であって、電荷を保持したエレクトレット誘電体と、前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、を具備し、前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、前記グリッド電極と短絡する前記第１電極と、前記第２電極との間から発電出力を取り出すことが可能であることを特徴とする振動発電体である。
【００１４】
前記第２電極と前記エレクトレット誘電体が、全面にわたって接合されていることが望ましい。
【００１５】
前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、部分的にスペーサが設けられ、少なくとも一部の前記スペーサを介して、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極とが接合され、前記スペーサ以外の部位が、前記非接合部となることが望ましい。
【００１６】
前記グリッド電極と前記第１電極との間には、部分的にスペーサが設けられて隙間が形成されてもよい。
【００１７】
前記グリッド電極と前記第１電極との間に、誘電体層が形成されてもよい。
【００１８】
第１の発明によれば、エレクトレット誘電体とグリッド電極との間の厚み方向の距離を外力によって変化させ、距離変化に応じてグリッド電極とグリッド電極と短絡する第１電極の双方に電荷が静電誘導され、発電を行うことができる。
【００１９】
なお、外力とは、機械的に他の物質が振動発電体と接触して、振動発電体を変形させる力には限られない。例えば、振動発電体の取り付け部に生じる構造体自体の振動や、外部からの音波や空気圧変化など、振動発電体に繰り返し付与され、振動発電体を変形させることが可能な外部から振動発電体への力の作用を指すものである。この外力は微小なものであってもよい。また、振動発電体における振動とは、その振幅や周波数などが一定であるようなものに限られず、定期的または不定期に繰り返しの外力（慣性力などを含む）を付与可能であるものを指す。
【００２０】
また、グリッド電極を用いることで、振動発電体を構成した状態で、すなわちエレクトレット誘電体と電極（第１電極、第２電極及びグリッド電極）とを積層させた状態で、エレクトレット誘電体の帯電処理を行うことができる。したがって、発電出力の低下した振動発電体に対して、エレクトレット誘電体を再度帯電処理することによって発電出力を回復させることもできる。この際、グリッド電極の電圧を制御することで、所望の表面電位（帯電電位）に容易にエレクトレット誘電体を帯電処理することができる。このため、エレクトレット誘電体を所望の表面電位（帯電電位）に帯電処理するための面倒な帯電処理条件の導出作業を行う必要がない。
【００２１】
また、一方の第２電極とエレクトレット誘電体とを全面にわたって接合することで、他方の第１電極（およびグリッド電極）とエレクトレット誘電体との距離変化のみによって、発電を行うことができる。このように、エレクトレット誘電体の一方の側のみで電極との距離を変化させる振動発電体構造とすることで、振動発電体構造とその発電機構をシンプルにすることができる。これは、例えば、両側の電極とエレクトレット誘電体との距離変化によって発電する振動発電体構造とした場合には、双方の距離変化に起因した発電の電圧の極性が異なることによる打ち消し合いを抑制するために、双方の距離変化の方向やタイミングを揃える必要が生じるが、一方の側のみの電極とエレクトレット誘電体との距離変化によって発電する振動発電体構造とした場合には、その必要がない。
【００２２】
また、エレクトレット誘電体とグリッド電極との間に、部分的にスペーサが設けられることで、スペーサの厚み分だけ、エレクトレット誘電体とグリッド電極との隙間を保持することが容易となる。したがって、外力に応じて、より確実にエレクトレット誘電体とグリッド電極との距離を変化させることができる。
【００２３】
また、グリッド電極と第１電極との間にスペーサが設けられれば、グリッド電極と第１電極との間のギャップを維持することができる。したがって、エレクトレット誘電体の帯電処理の際に、グリッド電極と第１電極とが短絡することを防止することができる。
【００２４】
また、グリッド電極と第１電極との間に誘電体層を形成することで、グリッド電極と第１電極との間の絶縁を確実とし、短絡することを防止することができる。また、第１電極とグリッド電極との電極間に交流電圧を付加することで誘電体バリア放電を発生させることができ、第２電極とグリッド電極との間の直流電圧を調整することによって、所望の表面電位（帯電電位）にエレクトレット誘電体を効率よく帯電処理することができる。また、全体にわたって第１電極とグリッド電極とを誘電体層を介して接合（必要に応じて接着剤または粘着剤を用いて接合）することで、第１電極とグリッド電極との間に空間（空気層）が形成されない構造とすることができるため、振動発電体に対して外力が付与された際、第１電極側からグリッド電極側への効率的な外力の伝播を実現し、したがって、グリッド電極とエレクトレット誘電体との間の効率的な距離変化を実現させることができる。このため、発電効率が向上する。
【００２５】
第２の発明は、振動発電体の帯電処理方法であって、電荷を保持したエレクトレット誘電体と、前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、を具備する、振動発電体を用い、前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧Ｖ１を付与し、前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、前記第１電極と前記グリッド電極との隙間において気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法である。
【００２６】
また、振動発電体の帯電処理方法であって、電荷を保持したエレクトレット誘電体と、前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に、互いに間隔をあけて設けられるグリッド電極と、を具備する、振動発電体を用い、前記エレクトレット誘電体、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧Ｖ１を付与し、前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、前記第１電極と前記グリッド電極との隙間において気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法である。
【００２７】
また、振動発電体の帯電処理方法であって、電荷を保持したエレクトレット誘電体と、前記エレクトレット誘電体を挟み込むように配置される第１電極および第２電極と、前記エレクトレット誘電体と、前記第１電極との間に設けられるグリッド電極と、前記グリッド電極と前記第１電極との間に設けられる誘電体層と、を具備する、振動発電体を用い、前記エレクトレット誘電体、前記誘電体層、前記第１電極、前記第２電極および前記グリッド電極は、いずれも可撓性を有し、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との間には、互いに接合されない非接合部が形成され、前記非接合部の少なくとも一部において、前記エレクトレット誘電体と前記グリッド電極との厚み方向の距離を変化させることが可能であり、前記グリッド電極と前記第１電極とを絶縁した状態で、前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧Ｖ１を付与し、前記グリッド電極と前記第２電極との間に、Ｖ１よりも低い直流電圧Ｖ２を付与し、前記誘電体層と前記グリッド電極との間において、気中放電させて、前記エレクトレット誘電体を帯電処理することを特徴とする振動発電体の帯電処理方法である。
【００２８】
第２の発明によれば、振動発電体を構成した状態で効率良く所望の表面電位（帯電電位）にエレクトレット誘電体を帯電処理することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、振動発電体を構成した状態でのエレクトレット誘電体の帯電処理が容易であり、エレクトレットの表面電位（帯電電位）の低下によって振動発電体の発電出力が低下した場合でも、再度振動発電体を構成した状態でエレクトレット誘電体を帯電処理することで、振動発電体の発電出力を回復させることが可能な振動発電体等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は振動発電体１を示す図、（ｂ）は振動発電体１ａを示す図。
【図２】（ａ）はエレクトレット誘電体３を示す図、（ｂ）は、多孔質材を用いたエレクトレット誘電体３ａの拡大図。
【図３】振動発電体１ａの使用時（発電出力取り出し時）における各電極同士の結線状態を示す図。
【図４】図１（ａ）のＡ部拡大図において、（ａ）は定常状態（外力を付与しない状態）を示す図、（ｂ）は外力が付与された状態（主に電極５ｂ、グリッド電極１１の変形状態）を示す概念図。
【図５】振動発電体１ａのエレクトレット誘電体３の帯電処理時における各電極と各電源との結線状態を示す図。
【図６】振動発電体１ｂを示す図。
【図７】振動発電体１ｃを示す図。
【図８】は振動発電体１ｃのエレクトレット誘電体３の帯電処理時における各電極と各電源との結線状態を示す図。
【図９】振動発電体１ｄを示す図。
【図１０】振動発電体１ｅを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜実施形態１＞
以下、本発明の実施の形態にかかる振動発電体１について説明する。図１（ａ）に示すように、振動発電体１は、主にエレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃ、グリッド電極１１等から構成される。
【００３２】
エレクトレット誘電体３の両側には、それぞれ、エレクトレット誘電体３の全面を覆うように、第１電極である電極５ｂと、第２電極である電極５ａが配置される。また、エレクトレット誘電体３と電極５ｂの厚み方向の間には、それぞれに対して間隔をあけてグリッド電極１１が配置される。グリッド電極１１は、所定の間隔で複数の開孔部を設けた電極である。グリッド電極１１は、エレクトレット誘電体３の全面を覆うように配置される。
【００３３】
エレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１は、いずれも可撓性を有する。したがって、振動発電体１は、全体として可撓性を有し、様々な形態の設置場所に適した変形が可能である。また、ハサミやナイフなどの切断工具を用いて容易に任意の形状に切断して利用することができる。
【００３４】
電極５ａ、５ｂは、例えば、変形が容易なアルミニウム、銅製の金属箔等や、導電性、半導電性の樹脂フィルムまたは樹脂シートで形成できる。導電性または半導電性の樹脂としては、例えば、ポリアセチレン系、ポリチオフィン系、ポリアニリン系、ポリピロール系の導電性高分子材料を使用することができる。また、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラートやポリイミド系、ポリアミド系、フッ素系といったプラスチック系の樹脂や、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムといったゴム系の樹脂をベース樹脂として、それらベース樹脂に導電性粉末(例えば、カーボンブラックなど)を添加することによって導電性または半導電性を持たせた樹脂を使用することができる。
【００３５】
しかし、電極５ｂは、後述するエレクトレット誘電体３への帯電処理の際の放電電極として利用することから、放電の影響で劣化しない材料が求められ、放電劣化に強い金属材質を用いることが望ましい。また、導電性材料または半導電性材料の樹脂の電気抵抗は、一般的に金属の電気抵抗より大きいため、振動発電体１から発電出力を取り出す際の電気的損失を考慮すると、電極５ａ、５ｂには金属材質を用いることが望ましい。
【００３６】
放電電極として用いる電極５ｂは、電極５ａ、５ｂとの間に直流高電圧または交流高電圧を印加した際に、電極５ｂからの気中放電を効率的に発生させることが要求される。例えば、電極５ｂにアルミニウム、銅、ステンレス等の金属で形成された金属繊維を編みこんだものを利用することで、金属繊維の細かい毛羽立ち先端部や直径が非常に細い金属細線部で局所的に電界を強調させることができることから、コロナ放電などの気中放電を効率よく発生させることができる。金属繊維に関しては、電極５ｂの機械強度を確保するために、例えばポリエステル繊維などの樹脂繊維と混合で編みこんだものでもよい。
【００３７】
電極５ｂとしては、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属製のメッシュ電極を用いてもよい。また、電極５ｂをアルミニウム、銅、ステンレスなどの金属箔の表面をエッチング、または紙やすり等によって適度に粗面化処理を施すことによって金属箔表面に多数の微小な突起部を設けた構成としてもよい。このような構成とすることで電極５ｂからコロナ放電などの気中放電を効率よく発生させることができる。また、電極５ｂは、例えば、アルミニウム、銅、タングステン、モリブデン線等の極細ワイヤを張りめぐらせる構成やそれらの極細ワイヤを編み込んでメッシュ電極を構成してもよく、このような構成とすることで、ワイヤからコロナ放電などの気中放電を効率よく発生させることができる。極細ワイヤの直径としては、例えば０．０５〜０．１ｍｍ程度のものが好ましいが、これに限定されるものではない。
【００３８】
グリッド電極１１は、例えば、変形が容易なアルミニウム、銅、ステンレス製の網目状のメッシュ電極を使用することができる。すなわち、グリッド電極１１は、所定の形状の開孔部が所定の間隔で複数設けられた構造を有している。なお、グリッド電極１１の開孔部の大きさ（振動発電体の平面方向の断面形状及び面積）と開孔部同士の間隔は、後述するエレクトレット誘電体３に対し帯電処理を行うために非接合部９ａ、９ｂの大きさ（振動発電体の平面方向の断面形状及び面積）よりも小さくする必要がある。すなわち、個々の非接合部９ａ、９ｂにおいて、複数の開孔部が配置されるようにグリッド電極１１に設けられる開孔部の大きさ（形状、面積）と開孔部同士の間隔を決定すればよい。
【００３９】
エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１、およびエレクトレット誘電体３と電極５ａは、それぞれスペーサ７ａ、７ｃを介して接合される。また、グリッド電極１１と電極５ｂは、スペーサ７ｂを介して接合される。スペーサ７ａ、７ｃは、エレクトレット誘電体３と、グリッド電極１１および電極５ａとのそれぞれの空隙（ギャップ）を保持するためのものである。スペーサ７ｂは、電極５ｂとグリッド電極１１との空隙（ギャップ）を保持するためのものである。
【００４０】
すなわち、スペーサ７ａで接合されない部位（非接合部９ａ）のエレクトレット誘電体３とグリッド電極１１との互いの間、およびスペーサ７ｂで接合されない部位（非接合部９ｂ）の電極５ｂとグリッド電極１１との互いの間、およびスペーサ７ｃで接合されていない部位（非接合部９ｃ）のエレクトレット誘電体３と電極５ａとの互いの間には、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの厚さに応じた空隙（ギャップ）が形成される。なお、平面視において、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの位置は略一致する。すなわち、平面視において、非接合部９ａの位置と、スペーサ７ｂ、７ｃで接合されない非接合部９ｂ、非接合部９ｃのそれぞれの位置が略一致する。
【００４１】
非接合部９ａにおいては、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１の少なくとも一方が変形することで、互いの距離（ギャップ長）が容易に変化する。同様に、非接合部９ｃにおいては、エレクトレット誘電体３と電極５ａの少なくとも一方が変形することで、互いの距離（ギャップ長）が容易に変化する。また、非接合部９ａ、９ｂに位置する電極５ｂを変形させて電極５ｂとグリッド電極１１とを接触させることによって、グリッド電極１１を変形させることができる。例えば、電極５ｂの変形によって、グリッド電極１１をエレクトレット誘電体３の表面と接触させることもできる。
【００４２】
このように、スペーサ７ａ、７ｃによって、振動発電体１への外力付与によるグリッド電極１１、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間の変形代を確保することができる。また、スペーサ７ａ、７ｃの厚みを最適化することで、振動発電体１へ付与する外力の変化に対してグリッド電極１１、電極５ａとエレクトレット誘電体３との接触および剥離を繰り返させることもできる。このため、振動発電体１から高い発電出力を得ることができる。この際、ギャップ長を保持するスペーサ７ａ、７ｃの厚みをそれぞれ３０μｍ〜１００μmとすることで、より効率的に発電を行うことができる。
【００４３】
また、電極５ｂとグリッド電極１１との間のスペーサ７ｂの厚さおよびスペーサ７ｂ同士の間隔を調整することで、後述するエレクトレット誘電体３への帯電処理の際、電極５ｂとグリッド電極１１との間のギャップ（非接合部９ｂ）において、効率的に気中放電を発生させることができる。この際、スペーサ７ｂの厚さおよびスペーサ７ｂ同士の間隔は、電極５ｂとグリッド電極１１とが定常状態（振動発電体１へ外力を付与しない状態。以下同様。）で接触（短絡）せずにギャップ長を保持できる程度に設計することが望ましい。また、スペーサ７ｂの厚さと間隔は、電極５ｂとグリッド電極１１との間に印加する所定の直流電圧または交流電圧に対して、非接合部９ｂのギャップ内で気中放電が発生するギャップ長とスペーサ７ｂ自体の絶縁性能とを保持できるように設計することが望ましい。同様に、スペーサ７ａ、７ｃの厚さおよびスペーサ７ａ同士、スペーサ７ｃ同士の間隔は、エレクトレット誘電体３と、グリッド電極１１および電極５ａとが定常状態で接触せずにギャップ長を保持できる程度に設計することが望ましい。
【００４４】
スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃとしては、絶縁性の材料で構成される。また、全てのスペーサ７ａ、７ｂ、７ｃの内、少なくとも一部が、接着性あるいは粘着性部材で構成されることが望ましい。例えば、エレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１を接合して固定することができる程度に、部分的にスペーサ７ａ、７ｂ、７ｃを接着性部材または粘着性部材等で構成し、他の部位には非接着性または非粘着性のスペーサ７ａ、７ｂ、７ｃを用いてもよい。
【００４５】
なお、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃは平面視において、例えば、ドット状、ストライプ状、格子状、網目状などの形状（形態）にて、所定の間隔をあけて配置される。スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃがドット状の場合には、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃの平面視における形状は、円形、楕円形、正方形、長方形などの任意の形状で形成すればよい。この際、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃの振動発電体１に占める面積をできるだけ小さくし、非接合部９ａ、９ｂ、９ｃが占める面積をできるだけ大きくすることが望ましい。
【００４６】
また、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃが網目状の場合としては、平面視において、非接合部９ａ、９ｂ、９ｃが略円形となるように、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃを形成してもよい。例えば、複数の円形の非接合部９ａ、９ｂ、９ｃが繰り返し規則的に配列されるようにしてもよい。この場合、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃに設けられた円形の空孔（スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃの厚みを考慮すると円柱状の穴）の部分では、エレクトレット誘電体３、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１は互いに接合されない。なお、非接合部９ａ、９ｂ、９ｃの平面方向の断面形状としては、長穴形、楕円形、六角形などの任意の形状で形成すればよい。
【００４７】
なお、本実施形態において、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃを用いる例を示したが、本発明においては、非接合部９ａ、９ｂ、９ｃを形成可能であれば、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃは必ずしも必要ではない。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、エレクトレット誘電体３の両面は、互いに逆の極性の電荷で帯電している。なお、エレクトレット誘電体３は、表裏面での表面電位差がある状態のものであればよい。従って、エレクトレット誘電体３の片面にのみ、いずれか一方の極性の電荷が帯電していても良く、あるいは、エレクトレット誘電体３の両面に、いずれか一方の極性の電荷が帯電していても良い。
【００４９】
なお、本発明におけるエレクトレット誘電体３は、絶縁性の部材に対して予め帯電処理が施されて形成されたものであり、振動発電体の完成直後からその両面において所定の表面電位差を有しているものを指す。したがって、振動発電体製造時のいずれの過程でも帯電処理が施されない絶縁性の部材に関しては、本発明に係るエレクトレット誘電体には含まれないものとする。エレクトレット誘電体３の帯電処理方法は後述する。
【００５０】
ここで、エレクトレット誘電体３の帯電量（例えばエレクトレット誘電体３の表面と裏面との電位差Ｖ０［Ｖ］）が大きく、エレクトレット誘電体３の厚みｄ［ｍ］が薄く、エレクトレット誘電体３の比誘電率εｒが大きいほど、振動発電体１の発電力が大きくなる傾向がある。これは、次式に示すように、真空の誘電率をε０とし、エレクトレット誘電体３の両面に帯電する表面電荷密度をそれぞれ＋σ［Ｃ／ｍ２］、−σ［Ｃ／ｍ２］とすると、表面電荷密度σが大きいほど、振動発電体１の発電力が大きくなるためである。
【００５１】
【数１】
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【００５２】
エレクトレット誘電体３の材質としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルなどの樹脂やフッ素樹脂を用いることができる。また、使用条件に応じて、例えば高温特性に優れるポリイミド系の樹脂やフッ素系の樹脂（例えばフルオロエチレンプロピレンやポリテトラフルオロエチレン）を用いることができる。また、ゴム材料として、例えばニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴム等を使用することができる。また、エレクトレット誘電体３の材質としては、絶縁性のシート状繊維体であってもよく、織布の他、不織布やフェルトを用いることができる。中でも、不織布は、空気洗浄機やマスク等に用いられるエレクトレットフィルターに利用されており、良好なエレクトレットの特性を有している。このような不織布の材質としては、前述した樹脂材料と同様のものを用いることができる。
【００５３】
また、エレクトレット誘電体３の表面と裏面との電位差Ｖ０の適正値は、電極５ａ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のそれぞれのギャップ長（非接合部９ａ、非接合部９ｃにおける互いの距離）に依存する。すなわち、電位差Ｖ０は、当該ギャップでの気中放電による電位差低下が少なくなるように設定されることが望ましい。
【００５４】
一般的に、電極５ａ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の非接合部９ａ、非接合部９ｃ（空隙）における気中放電の発生は、ギャップ長とギャップ間の電位差で決まり、パッシェンの法則におよそ従う。したがって、外力が付与されない時および外力が付与された時の電極５ａ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のギャップ長の変化範囲に対して、ギャップ間の電位差が気中放電の発生しない値となるようにエレクトレット誘電体３の表面と裏面との電位差Ｖ０を設定することが望ましい。
【００５５】
なお、図２（ｂ）に示すように、多孔質材からなるエレクトレット誘電体３ａを用いることもできる。内部に微細な空孔４が存在する多孔質材の両面に電圧を付与すると、空孔４内において容易にコロナ放電が生じる。このコロナ放電によって空孔壁面および空孔壁面近傍にも帯電したエレクトレット誘電体３ａを容易に製造できる。なお、エレクトレット誘電体３ａの空孔壁面および空孔壁面近傍の帯電状態は、図２（ｂ）に示すように、電圧印加方向（この場合にはエレクトレット誘電体３ａの厚さ方向）に正電荷と負電荷に帯電した領域が形成される状態になっていると考えられる。
【００５６】
また、エレクトレット誘電体３ａの内部に空孔４が存在すると、エレクトレット誘電体３ａ全体として変形が容易となる。このため、電極５ａ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３ａとのギャップ長だけでなく、エレクトレット誘電体３ａの厚さも容易に変化させることができる。したがって、電極５ａ、グリッド電極１１間の距離が変化しやすくなるとともに、その変化量も大きくなるため、双方の電極に静電誘導される電荷量も多くなり、発電効率が向上する。
【００５７】
多孔質性のエレクトレット誘電体３ａの材質としては、絶縁性の多孔質プラスチックシートまたは多孔質プラスチックフィルム、あるいは絶縁性の多孔質ゴムシートまたは多孔質ゴムフィルム、または絶縁材料繊維からなるシート状繊維体を使用することができる。このよう多孔質体の材質としては、前述した樹脂材料と同様のものを用いることができる。なお、以下の説明では、空孔４のないエレクトレット誘電体３を用いた例について示す。
【００５８】
また、本発明の振動発電体は、図１（ｂ）に示す振動発電体１ａのように、一方のグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３の間のみにスペーサ７ａが設けられたものであっても良い。
【００５９】
振動発電体１ａは、振動発電体１と略同様の構成であるが、電極５ａはスペーサ７ｃを介さずに直接エレクトレット誘電体３に全面にわたって接合される。この場合でも、他方のグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のスペーサ７ａによって空隙６（ギャップ）が形成される。
【００６０】
電極５ａとエレクトレット誘電体３とは、例えば熱融着や接着剤、粘着剤などを用いて接合される。但し、接着剤や粘着剤を用いる場合には、接着剤層や粘着剤層をできるだけ薄くすることが望ましい。例えば、電極５ａ、５ｂ間の距離やエレクトレット誘電体３の厚さに対し、十分薄くすることが望ましい。
【００６１】
（振動発電体の発電機構）
次に、本願発明の振動発電体の発電機構について説明する。なお、以下の説明では、振動発電体１ａを例にした発電機構を示すが、振動発電体１についても同様の機構によって発電が行われる。図３は、振動発電体１ａの使用状態を示す図であり、図４（ａ）は、図１（ｂ）のＡ部拡大図である。振動発電体１ａを発電させて、負荷回路１６側に発電出力を得るにあたっては、電極５ｂとグリッド電極１１とを短絡（ショート）させ、短絡させた電極５ｂとグリッド電極１１と、電極５ａとの間に負荷回路１６を結線する。このような構成とすることで、後述するようにエレクトレット誘電体３の外側に生じている電界により電極５ｂとグリッド電極１１の双方に静電誘導された電荷を負荷回路１６側に取り出すことができるため、振動発電体１ａの発電効率を高めることができる。
【００６２】
図４（ａ）に示すように、定常状態では、電極５ｂとグリッド電極１１との間、およびグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の非接合部９ａ（空隙６）、非接合部９ｂ（空隙６）においてスペーサ７ａ、７ｂのそれぞれの間隔、厚みに応じた空隙が形成される。
【００６３】
この状態から、図４（ｂ）に示すように、外力Ｃが振動発電体１ａの厚さ方向に付与されると、電極５ｂ、および電極５ｂと接触するグリッド電極１１が変形する。この際、空隙６での互いの距離が変化し、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３が接触することもできる。従って、この空隙６（非接合部９ａ、９ｂにおけるギャップ）での互いの距離の変化により、電極５ａおよびグリッド電極１１に電荷が静電誘導されて発電する。
【００６４】
なお、外力の付与がなくなり、定常状態に戻る際も、同様の空隙６の互いの距離の変化により発電する。このように、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との厚さ方向の互いの距離が、スペーサ７ａの厚みから０（互いに接触する状態）の範囲で変形することができる。なお、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との互いの距離変化に伴う発電出力電圧は、グリッド電極１１が変形によってエレクトレット誘電体３と接触する直前および剥離した直後に最も高くなる。
【００６５】
ここで、電極５ｂとエレクトレット誘電体３との互いの距離も変化することによって電極５ｂにもグリッド電極１１と同一極性の電荷が静電誘導される。このため、グリッド電極１１と電極５ｂとを短絡（ショート）させて、グリッド電極１１と電極５ｂとに静電誘導された電荷を負荷回路１６側に取り出せるようにすることが望ましい。電極５ｂとエレクトレット誘電体３との互いの距離変化で電極５ｂに電荷が静電誘導されるのは、電磁気学的に考えると、以下の原理による。エレクトレット誘電体３に帯電する電荷から生じる電気力線の大部分はグリッド電極１１の表面に誘起される電荷と結線しているが、電気力線の一部はグリッド電極１１の開孔部を介して電極５ｂの表面に誘起される電荷と結線している。この結果、グリッド電極１１と電極５ｂとの互いの距離が変化することで、電極５ｂに誘起される電荷が変化するため、これにより電極５ｂに電荷が静電誘導される。なお、以降では、グリッド電極１１および電極５ａと、エレクトレット誘電体３との互いの距離変化に伴う発電機構を中心に記述する。すなわち、外力Ｃの付与による前述の発電機構と、電極５ｂとグリッド電極１１とがおよそ連動して変形することによるグリッド電極１１への静電誘導に伴う発電機構とは、基本的には同様であるため、グリッド電極１１と電極５ｂとを短絡（ショート）した状態での発電機構の記載は省略する。
【００６６】
なお、図示は省略するが、外力によって、図１（ａ）の振動発電体１で発電を行う場合には、非接合部９ｃにおいて、電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離も変化し、これに伴う電極５ａ、５ｂ（グリッド電極１１と短絡した状態）への電荷の静電誘導も行われる。すなわち、振動発電体１では、非接合部９ａ、９ｃにおけるグリッド電極１１（電極５ｂと短絡した状態）とエレクトレット誘電体３との距離変化と、電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離変化との双方に伴って電極５ａと電極５ｂ(グリッド電極１１と短絡した状態)に電荷が静電誘導されて発電する。
【００６７】
ここで、振動発電体１は、電極５ａとグリッド電極１１のそれぞれと、エレクトレット誘電体３との双方の距離変化で発電を行うため、電極５ａとグリッド電極１１のそれぞれと、エレクトレット誘電体３との双方の距離変化の方向とタイミング（位相）が一致しないと、双方の距離変化によって電極５ａとグリッド電極１１（電極５ｂ）間に生じる互いの発電出力電圧が打ち消しあう恐れがある。したがって、振動発電体１の全体で効率よく発電を行うためには、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との距離変化の方向とタイミング（位相）を振動発電体１の各部で一致させることが望ましい。例えば、グリッド電極１１および電極５ａが、エレクトレット誘電体３と接触および剥離を繰り返す場合には、この接触および剥離のタイミングを振動発電体１の各部で一致させることが望ましい。
【００６８】
このように、外力Ｃの付与に対してエレクトレット誘電体３の表裏で電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との距離変化の方向とタイミングを一致させるためには、エレクトレット誘電体３の表裏におけるスペーサ７ａ、７ｃの平面配置を一致させ、グリッド電極１１の表裏におけるスペーサ７ａ、７ｂの平面配置を一致させることが望ましい。すなわち、図１（ａ）の振動発電体１では、スペーサ７ａ、７ｂ、７ｃのすべての平面配置を一致させることが望ましい。
【００６９】
一方、図１（ｂ）の振動発電体１ａでは、一方の電極５ａがエレクトレット誘電体３と全面にわたって接合されているため、他方のグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との距離変化のみによって発電が行われる。したがって、図１（ａ）の振動発電体１のように、電極５ａとグリッド電極１１のそれぞれとエレクトレット誘電体３との双方の距離変化の方向とタイミング（位相）を一致させる必要はない。
【００７０】
なお、図１（ｂ）の振動発電体１ａにおいて、スペーサ７ａ、７ｂの材質にもよるが、外力による非接合部９ａ、９ｂ（空隙６）のギャップ長の変化と比較して、スペーサ７ａ、７ｂを設けた部位では、電極５ａ、５ｂ、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との距離の変化が小さいため、発電には寄与しにくい。したがって、平面視にてスペーサ７ａ、７ｂは、できるだけ小さくし、かつ振動発電体１ａに占めるスペーサ７ａ、７ｂの総面積をできるだけ小さくすることが望ましい。また、非接合部９ａ、９ｂ（空隙６）において所望のギャップ長を保持することができる程度に、間隔をできるだけあけてスペーサ７ａ、７ｂを配置することが望ましい。また、図１（ａ）の振動発電体１の場合にも、同様に、平面視にてスペーサ７ａ、７ｂ、７ｃをできるだけ小さくし、かつ、非接合部９ａ、９ｂ、９ｃ（空隙６）において所望のギャップ長を保持することができる程度に、間隔をできるだけあけてスペーサ７ａ、７ｂ、７ｃを配置することが望ましい。
【００７１】
なお、振動発電体１、１ａともに、後述するように、エレクトレット誘電体の帯電処理の面から、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の非接合部９ａと、グリッド電極１１と電極５ｂとの間の非接合部９ｂとの平面配置を一致させることが望ましい。このような構成とすることで、電極５ｂとグリッド電極１１との間の非接合部９ｂで気中放電を発生させ、その際の非接合部９ｂと平面配置が一致するグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の非接合部９ａを流れる電流を調整することによって、非接合部９ａに面するエレクトレット誘電体３の表面を効果的に帯電処理することができる。
【００７２】
ここで、図１（ｂ）の振動発電体１ａは、スペーサ７ｃの厚み分だけ、振動発電体１と比較して全厚を薄くすることができる。また、前述した様に、振動発電体１ａは、表裏の発電のタイミング等を一致させる必要がないため、構造を簡易にできる。したがって、コスト減や、薄肉化が可能である点などを考慮すれば、振動発電体１の構造と比較して発電量は若干下がるものの、振動発電体１ａを用いる利点もある。なお、以下の説明では、図１（ｂ）に示した振動発電体１ａのように、グリッド電極１１側にのみスペーサ７ａを設け、電極５ａとエレクトレット誘電体３とは全面で接合される例について説明するが、以下の各実施形態において、図１（ａ）に示した振動発電体１のように電極５ａ側にスペーサ７ｃを設けてもよい。
【００７３】
（振動発電体の帯電処理方法）
次に、振動発電体１ａのエレクトレット誘電体３への帯電処理方法の一実施形態について説明する。図５に示すように、振動発電体１ａに対し、グリッド電極１１と電極５ａとの間に、電極５ａを基準電位としてグリッド電極１１に負極性の直流電圧を印加するためのグリッド電圧電源１７を接続する。また、電極５ａと電極５ｂとの間に、電極５ａを基準電位として電極５ｂに負極性の直流高電圧を印加するための直流高電圧電源１９を接続する。このとき、エレクトレット誘電体３を効率的に帯電処理させるために、グリッド電極１１と電極５ｂに印加する直流電圧極性を一致させ、かつ、電極５ｂに印加する直流高電圧をグリッド電極１１に印加するグリッド電圧より大きくすることが望ましい。このようにすることで、グリッド電極１１と電極５ｂとの間に直流高電圧を印加して、グリッド電極１１と電極５ｂとの間の非接合部９ｂにてコロナ放電などの気中放電を発生させエレクトレット誘電体３を帯電処理する。エレクトレット誘電体３の帯電電位及び帯電極性に関しては、グリッド電極１１に印加する直流電圧の大きさと極性の制御によって、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のギャップ（非接合部９ａ）に流れる電流を制御することで容易に調整することができる。なお、本実施形態では、電極５ａを基準電位として、グリッド電極１１、電極５ｂへ印加する直流電圧の極性を負極性としているが、正極性の直流電圧を印加してもよい。
【００７４】
ここで、振動発電体１aの使用を考えた場合におけるエレクトレット誘電体３の帯電処理時の帯電電位（エレクトレット誘電体３の表面と裏面との電位差）について考える。エレクトレット誘電体３への帯電処理後に、振動発電体１aへの外力付与による変形時または外力付与しない定常状態において、振動発電体１aでのグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の非接合部９aにおいて気中放電が発生すると、エレクトレット誘電体３の表面電位が低下する恐れがある。一般に、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３とのギャップ（非接合部９ａ、空隙６）における気中放電の発生は、ギャップ長とギャップ間の電位差で決まり、パッシェンの法則におよそ従う。従って、振動発電体１ａに外力が付与された時のグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のギャップ長の変化範囲に対して気中放電が発生しないギャップ間の電位差となるようにエレクトレット誘電体３の表面と裏面のとの電位差に設定することが望ましい。例えば、外力が付与されない時のギャップ長が１００μｍであるとすると、外力を付与した時のギャップ長の変化範囲は０〜１００μｍとなる。そのギャップ長の変化範囲に対しては、エレクトレット誘電体３の表面と裏面のとの電位差を５００Ｖ程度以上に設定すると気中放電が発生する。一方、ギャップ間で気中放電が発生した場合には、気中放電発生後のエレクトレット誘電体３の表面と裏面との電位差は略１５０〜５００Ｖ程度となる。従って、本発明において、ギャップ長が１００μｍの場合には、エレクトレット誘電体３の表面と裏面のとの電位差が１５０〜５００Ｖ程度となるように帯電処理を行うことが望ましい。
【００７５】
また、エレクトレット誘電体３が、所定の帯電電位に帯電処理が行われたかを確認するために、グリッド電極１１と電極５ａとの間に流れる電流を、例えばデジタルエレクトロメータ等で検出してもよい。この際、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１とのギャップ間（非接合部９ａ）において、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１との電位差がなくなった場合、すなわちエレクトレット誘電体３がグリッド電極１１に印加した直流電圧と同じ帯電電位（電極５ａを基準電位としたグリッド電極１１と対向するエレクトレット誘電体３の表面電位）になった場合、グリッド電極１１と電極５ａとの間に流れる電流値がゼロ、または定常状態（ある値で一定）となる。このように、グリッド電極１１と対向するエレクトレット誘電体３の表面がグリッド電極１１に印加する直流電圧で設定される所定の帯電電位になったことを確認することができる。
【００７６】
以上、本実施の形態の振動発電体１、１ａによれば、グリッド電極１１を有するため、エレクトレット誘電体３の両側に電極５ａ、５ｂ等を配置した状態で、すなわち振動発電体１、１ａを構成した状態で容易にエレクトレット誘電体３の帯電処理を行うことができる。この際、グリッド電極１１と電極５ａとの間に印加するグリッド電圧を制御することで、エレクトレット誘電体３の帯電電位を容易に制御することができる。また、エレクトレット誘電体３が所望の電位に帯電したかどうかを容易に知ることができる。また、振動発電体１、１ａの所定時間使用後に、エレクトレット誘電体３の表面電位（帯電電位）が低下した際には、容易に再度の帯電処理を行うことで表面電位（帯電電位）を回復させることができる。
【００７７】
なお、上述の例において、直流高電圧電源１９に代えて、交流電源を用い、電極５ａ、５ｂ間に交流電圧を付加してもよい。電極５ａ、５ｂ間に交流電圧を印加した場合にも、電極５ｂとグリッド電極１１との間に交流電圧が印加されることによって、電極５ｂとグリッド電極との間のギャップ間（非接合部９ｂ）で気中放電を発生させることができる。また、この場合にも、グリッド電極１１と電極５ａとの間に印加されるグリッド電圧を制御することによって、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のギャップ（非接合部９ａ）を流れる電流を制御することができる。このため、エレクトレット誘電体３の帯電電位を容易に制御することができる。
【００７８】
＜実施形態２＞
図６は、振動発電体１ｂを示す図である。なお、以下の説明において、振動発電体１、１ａと同様の機能を奏する構成は、図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、前述した様に、以下の説明では、電極５ａ側にはスペーサ７ｃを設けない例を示すが、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間にスペーサ７ｃを設けてもよい。
【００７９】
振動発電体１ｂは、振動発電体１ａと略同様の構成であるが、振動発電体１ａの外表面側の電極５ａ、５ｂの表面に樹脂層１３が積層して構成されている点で異なる。このような樹脂層１３は、電極５ａ、５ｂとは接着剤や粘着剤、熱溶着等によって接合したものであってもよく、いずれにせよ、電極５ａ、５ｂの表面に樹脂層１３を形成できればよい。
【００８０】
樹脂層１３としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニルや、アクリル系、ポリイミド系、ポリアミド系、フッ素系といったプラスチック系の樹脂や、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムといったゴム系の樹脂を用いることができる。
【００８１】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、樹脂層１３を設けることで、電極５ａ、５ｂと周囲環境との電気絶縁を確保し、電極５ａ、５ｂの耐水性や耐湿性、耐久性を向上させることができる。また、電極５ａ、５ｂへの外傷などを防止することができる。
【００８２】
また、樹脂層１３を設けることにより、外力によって電極５ａ、５ｂが変形した後、外力が除荷された際に元の形状に戻ろうとする復元力、すなわち定常状態での形状への復元力が強くなり発電効率が高まる。すなわち、外力変化に対する電極５ｂとグリッド電極１１との間のギャップ部（非接合部９ｂ）の互いの距離変化の追従性を向上させ、したがってグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間のギャップ部（非接合部９ａ）の互いの距離変化の追従性を向上させることができるため、振動発電体１ｂの発電効率の向上を図ることができる。
【００８３】
＜実施形態３＞
図７に示す振動発電体１ｃは、振動発電体１ａと略同様の構成であるが、電極５ｂとグリッド電極１１との間に誘電体層１５が設けられる点で異なる。誘電体層１５は、電極５ｂとグリッド電極１１とに接合される。誘電体層１５は、可撓性および絶縁性を有する材料であり、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料、または、エレクトレット誘電体３への帯電処理の頻度が多い場合には、パラキシリレン系ポリマーやポリイミド系の樹脂が望ましい。
【００８４】
また、グリッド電極１１の開孔部において、低い電界で誘電体バリア放電を発生させるためには、誘電体層１５としては、比誘電率が高い材料が望ましい。また、誘電体層１５としては、例えば絶縁性の多孔質プラスチックシートまたは多孔質プラスチックフィルム、あるいは絶縁性の多孔質ゴムシートまたは多孔質ゴムフィルム、または絶縁材料繊維からなるシート状繊維体、さらに強誘電ポリマーシート等を使用することができる。誘電体層１５に用いる多孔質体の材質としては、前述した樹脂材料と同様のものを用いることができる。
【００８５】
また、誘電体層１５としては、不織布を用いることもできる。このような不織布の材質としては、前述した樹脂材料と同様のものを用いることができる。
【００８６】
図８は、振動発電体１ｃを帯電処理する状態を示す図である。図８に示すように、振動発電体１ｃに対し、グリッド電極１１と電極５ａとの間に、電極５ａを基準電位としてグリッド電極１１に負極性の直流電圧を印加するためのグリッド電圧電源１７を接続する。また、電極５ａと電極５ｂとの間に、高周波交流電圧を印加するための高周波交流高電圧電源２１を接続する。
【００８７】
この状態で、グリッド電極１１と電極５ａとの間に直流電圧を印加するとともに、電極５ａと電極５ｂとの間に１ｋＨｚ程度ないし数ｋＨｚ以上の高周波交流高電圧を印加する。この結果、グリッド電極１１と電極５ｂとの間に交流電圧が印加され、グリッド電極１１の開孔部における誘電体層１５とグリッド電極１１と空気とが重なる部位（接する部位）の近傍において誘電体バリア放電による気中放電を発生させることができ、エレクトレット誘電体３を帯電処理することができる。なお、エレクトレット誘電体３の帯電電位および帯電極性に関しては、グリッド電極１１に印加する直流電圧および電圧極性で制御することができる。
【００８８】
またこの場合も、エレクトレット誘電体３に対し所定の帯電電位に帯電処理が行われたかを確認するために、グリッド電極１１と電極５ａとの間に流れる電流を、例えばデジタルエレクトロメータ等で検出してもよい。
【００８９】
なお、誘電体層１５を形成する場合において、グリッド電極１１と電極５ｂとの双方に誘電体層１５を全面にわたって接合しなくてもよい。例えば、図９に示す振動発電体１ｄのように、グリッド電極１１と対向する電極５ｂの表面と誘電体層１５とを全面にわたって接合し、誘電体層１５とグリッド電極１１との間には、スペーサ７ｂを設けてもよい。このようにしても、振動発電体１ｃと同様の効果を得ることができる。すなわち、グリッド電極１１と電極５ｂとの間に交流電圧を印加することで、誘電体層１５とグリッド電極１１との間のギャップ（非接合部９ｂ）での誘電体バリア放電による気中放電を発生させ、電極５ａとグリッド電極１１との間に印加した直流電圧の大きさと電圧極性によって、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３の間のギャップ（非接合部９ａ）を流れる電流を制御することができる。このため、エレクトレット誘電体３の帯電電位と帯電極性を容易に制御することができる。
【００９０】
また、図１０に示す振動発電体１ｅのように、電極５ｂと対向するグリッド電極１１の表面と誘電体層１５とを全面にわたって接合し、誘電体層１５と電極５ｂとの間には、スペーサ７ｂを設けてもよい。また、この場合において、誘電体層１５にもグリッド電極１１の開孔部と同様の開孔部を形成し、グリッド電極１１の開孔部と誘電体層１５の開孔部の位置を略一致させた形で双方を接合してもよい。この場合、例えば、電極５ｂと対向するグリッド電極１１の表面側にのみ、誘電体層１５を被覆させてもよい。このようにしても、振動発電体１ｃと同様の効果を得ることができる。
【００９１】
第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、電極５ｂとグリッド電極１１との間に誘電体層１５を設けることで、エレクトレット誘電体３の帯電処理時において、グリッド電極１１と電極５ｂとの短絡（ショート）を防ぐことができる。また、電極５ｂとグリッド電極１１との間に空隙（非接合部）がない（または小さい）ことから、振動発電体１ｃに対して外力が付与された際、電極５ｂの変形が直接グリッド電極１１に伝達し、効率的にグリッド電極１１を変形させることで、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３との間の空隙部（非接合部９ａ）において互いの距離を変化させることができる。この結果、振動発電体１ｃの発電効率が向上する。
【実施例】
【００９２】
（実施例１）
本発明の具体的な実施例を示す。振動発電体としては、図６に示した構造（振動発電体１ｂ）のものを用いた。振動発電体１ｂのサイズは、３００ｍｍ×３００ｍｍ×０．４ｍｍとした。また、電極５ａ、５ｂとして厚さ１２μｍのアルミニウム箔を用いた。電極５ｂのアルミニウム箔に関しては、後述するグリッド電極１１と対向する面に対してプラズマエッチングによる表面処理を施すことによって適度な粗面化処理を施した。電極５ａは、エレクトレット誘電体３と全面にわたって接着剤（厚さ数μｍ）によるドライラミネート法によって接合した。樹脂層１３として厚さ３０μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用い、それらを接着剤（厚さ数μｍ）によるドライラミネート法によって電極５ａ、５ｂに接合した。エレクトレット誘電体３としては、厚さ３０μｍのＰＥＴフィルムを用いた。
【００９３】
グリッド電極１１としては、素線径０．１ｍｍ、３０メッシュのステンレス製のメッシュ電極を用いた。スペーサ７ａ、７ｂとしては絶縁性の接着性シートを用いた。この絶縁性の接着性シートを５ｍｍの直径で円形に千鳥抜きすることによって、直径５ｍｍの円形の開孔部を設け、円形の開孔部を設けた接着性シートを介して電極５ｂとグリッド電極１１、およびグリッド電極１１とエレクトレット誘電体３とをそれぞれ接合することで、接着性シートの円形の開孔部に位置する非接合部９ａ、９ｂを設けた。この際、接着性シートの総面積に対する開孔部の面積の占める割合を示す開孔率は略５０％とした。スペーサ７ａに関しては、グリッド電極１１とエレクトレット誘電体３とのギャップ長（非接合部９ａ）が３０μｍとなるよう、円形の開孔部を有する厚さ３０μｍの接着性シートを用いた。スペーサ７ｂに関しては、グリッド電極１１と対向する電極５ｂとの距離が３０μｍとなるよう、円形の開孔部を有する厚さ３０μｍの接着性シートを用いた。また、スペーサ７ａ、７ｂにより形成される非接合部９ａ、９ｂが、振動発電体１ｂの平面視で同一配置となるように、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１、グリッド電極１１と電極５ｂとをスペーサ７ａ、７ｂでそれぞれ接合し、振動発電体１ｂを製作した。
【００９４】
次に、振動発電体１ｂのエレクトレット誘電体３に対して帯電処理を行った。電極５ａと電極５ｂとの間に、電極５ａを基準電位として電極５ｂに負極性の直流高電圧を印加するための直流高電圧電源１９を接続した。また、電極５ａとグリッド電極１１との間に、電極５ａを基準電位としてグリッド電極１１に負極性の直流電圧を印加するためのグリッド電圧電源１７を接続した。
【００９５】
まず、エレクトレット誘電体３の帯電電位（電極５ａを基準電位としたグリッド電極１１と対向するエレクトレット誘電体３の表面電位）を−１５０Ｖ程度に帯電処理するために、グリッド電圧電源１７を調整することにより、電極５ａを基準電位として電極５ａとグリッド電極１１との間に直流電圧Ｖ２＝−１５０Ｖを印加した。また、電極５ｂとグリッド電極１１との間のギャップ（非接合部９ｂ）において、コロナ放電による気中放電を発生させるため、直流高電圧電源１９を調整することにより、電極５ａを基準電位として電極５ａと電極５ｂとの間に直流電圧Ｖ１＝−７５０Ｖを印加した。この際、非接合部９ｂにおける電極５ｂとグリッド電極１１との間のギャップには６００Ｖの直流電圧が印加されることとなる。非接合部９ｂでのコロナ放電の発生は、ギャップ長とギャップ間の電位差で決まり、パッシェンの法則におよそ従う。したがって、パッシェンの法則より、本実施例の電極５ｂとグリッド電極１１とのギャップ間距離＝３０μｍでは、ギャップ間に６００Ｖの電位差を発生させることでコロナ放電による気中放電を発生させることができた。
【００９６】
また、エレクトレット誘電体３が設定した帯電電位−１５０Ｖに帯電処理されたかを確認するために、電極５ａとグリッド電極１１との間に流れる電流をデジタルエレクトロメータで検出した。この際、エレクトレット誘電体３が帯電電位−１５０Ｖに帯電処理されると、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１との電位差がなくなり、エレクトレット誘電体３とグリッド電極１１との間のギャップ（非接合部９ａ）を流れる電流値がゼロに近づくため、電極５ａとグリッド電極１１との間のデジタルエレクトロメータで検出される電流値がゼロに近づく。本実施例においても、約５分の帯電処理時間で、デジタルエレクトロメータの電流値が略ゼロに近づくことを確認した。
【００９７】
このようにして得られた振動発電体１ｂの電極５ｂとグリッド電極１１とを短絡（ショート）させて、外力を加えることで、電極５ａと短絡させた電極５ｂ、グリッド電極１１との間に所望の発電出力が得られることを確認した。
【００９８】
（実施例２）
振動発電体としては、図７に示した構造（振動発電体１ｃ）のものを用いた。電極５ｂとグリッド電極１１との間に誘電体層１５を形成した以外は、実施例１と同様とした。誘電体層１５には、厚さ１００μｍのＰＥＴフィルムを用いた。電極５ｂ、グリッド電極１１のそれぞれと誘電体層１５とは、接着剤（厚さ数μｍ）を用いて全面にわたって接合した。
【００９９】
電極５ａと電極５ｂとの間に、交流電圧を印加するための高周波交流高電圧電源２１を接続した。電極５ａとグリッド電極１１との間には、グリッド電圧電源１７を接続した。まず、エレクトレット誘電体３を−１５０Ｖ程度に帯電処理するために、グリッド電圧電源１７を調整することにより、電極５ａを基準電位として電極５ａとグリッド電極１１との間に直流電圧Ｖ２＝−１５０Ｖを印加した。また、グリッド電極１１の開孔部における誘電体層１５とグリッド電極１１と空気とが重なる部位（接する部位）の近傍において誘電体バリア放電による気中放電を発生させるために、電極５ａと電極５ｂとの間に周波数５ｋＨｚの交流電圧Ｖ１＝２５００Ｖを高周波交流高電圧電源２１にて印加した。この際、電極５ｂとグリッド電極１１との間には２３５０Ｖの交流電圧が印加されることとなり、グリッド電極１１の開孔部における誘電体層１５とグリッド電極１１と空気とが重なる部位（接する部位）の近傍にて誘電体バリア放電による気中放電が発生することを確認した。
【０１００】
エレクトレット誘電体３が設定した帯電電位−１５０Ｖに帯電処理されたかを確認するために、電極５ａとグリッド電極１１との間に流れる電流をデジタルエレクトロメータで検出した。本実施例においても、約５分間の帯電処理でデジタルエレクトロメータの電流値が略ゼロに近づくことを確認した。
【０１０１】
このようにして得られた振動発電体１ｃの電極５ｂとグリッド電極１１とを短絡（ショート）させて、外力を加えることで、電極５ａと短絡させた電極５ｂ、グリッド電極１１との間に所望の発電出力が得られることを確認した。
【０１０２】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１０３】
例えば、各実施形態の各構成は互いに組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ………振動発電体
３、３ａ………エレクトレット誘電体
４………空孔
５ａ、５ｂ………電極
６………空隙
７ａ、７ｂ、７ｃ………スペーサ
９ａ、９ｂ、９ｃ………非接合部
１１………グリッド電極
１３………樹脂層
１５………誘電体層
１６………負荷回路
１７………グリッド電圧電源
１９………直流高電圧電源
２１………高周波交流高電圧電源
【図１】
2016077055.tif 000004
【図２】
2016077055.tif 000005
【図３】
2016077055.tif 000006
【図４】
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【図５】
2016077055.tif 000008
【図６】
2016077055.tif 000009
【図７】
2016077055.tif 000010
【図８】
2016077055.tif 000011
【図９】
2016077055.tif 000012
【図１０】
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