(57)【要約】  可動部材が軽量で動き易くかつ帯電部の帯電量が経時変化し難い電気機械変換器およびその製造方法を提供する。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電気機械変換器は、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であり、固定基板との対向面に移動方向に互いに間隔を空けて複数の溝部が形成された可動部材と、可動部材の対向面上に複数の溝部と交互に形成された複数の帯電部と、固定基板の可動部材との対向面上において移動方向に配置された複数の対向電極と、銅を含有し、少なくとも複数の溝部内の可動部材の側壁を被覆する被覆層とを有する。
2019181026.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電気機械変換器であって、
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であり、前記固定基板との対向面に移動方向に互いに間隔を空けて複数の溝部が形成された可動部材と、
前記可動部材の前記対向面上に前記複数の溝部と交互に形成された複数の帯電部と、
前記固定基板の前記可動部材との対向面上において前記移動方向に配置された複数の対向電極と、
銅を含有し、少なくとも前記複数の溝部内の前記可動部材の側壁を被覆する被覆層と、
を有することを特徴とする電気機械変換器。
【請求項２】
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電気機械変換器であって、
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であり、前記固定基板との対向面に移動方向に互いに間隔を空けて複数の溝部が形成された可動部材と、
前記可動部材の前記対向面上に前記複数の溝部と交互に形成された複数の帯電部と、
前記固定基板の前記可動部材との対向面上において前記移動方向に配置された複数の対向電極と、
少なくとも前記複数の溝部内の前記可動部材の側壁を被覆し、少なくとも表面が絶縁層である被覆層と、
を有することを特徴とする電気機械変換器。
【請求項３】
前記被覆層は銅を含有し、前記絶縁層は酸化銅である、請求項２に記載の電気機械変換器。
【請求項４】
前記被覆層はアルミニウム水和酸化皮膜である、請求項２に記載の電気機械変換器。
【請求項５】
前記被覆層はフッ素樹脂膜である、請求項２に記載の電気機械変換器。
【請求項６】
前記被覆層は、前記可動部材の前記側壁および前記複数の帯電部を被覆している、請求項５に記載の電気機械変換器。
【請求項７】
前記複数の帯電部は、前記可動部材の前記対向面上における前記複数の溝部同士の間を覆うように形成され、
前記複数の帯電部と前記被覆層の間では前記可動部材の基材が露出していない、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
【請求項８】
前記被覆層は、前記可動部材の前記対向面および前記側壁を被覆し、
前記複数の帯電部は、前記可動部材の前記対向面における前記被覆層の上に形成されている、請求項７に記載の電気機械変換器。
【請求項９】
前記複数の溝部は、前記可動部材を厚さ方向に貫通しており、
前記被覆層は、前記可動部材の厚さ方向の全体にわたって前記複数の溝部内の前記側壁を覆っている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
【請求項１０】
前記可動部材は、回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、
前記複数の溝部、前記複数の帯電部および前記複数の対向電極は、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１〜９のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
【請求項１１】
前記可動部材における前記複数の溝部に面する端部は、それぞれ前記可動部材の厚さ方向に突出する突状部になっており、
前記被覆層は前記可動部材の前記突状部を被覆している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
【請求項１２】
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電気機械変換器の製造方法であって、
第１基板上に互いに間隔を空けて複数の溝部を形成する工程と、
少なくとも前記複数の溝部内の前記第１基板の側壁に、銅を含有する被覆層を形成する工程と、
前記第１基板上の前記複数の溝部同士の間に複数の帯電部を形成する工程と、
複数の電極が配置された第２基板の前記複数の電極に前記複数の帯電部を対向させ、前記第２基板との間で一定の距離を保って移動可能に前記第１基板を設置する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
前記複数の溝部および前記被覆層は、前記第１基板に対して放電加工を行うことにより同時に形成される、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記被覆層は、前記複数の溝部の形成後であって前記複数の帯電部の形成前に、前記第１基板に銅を蒸着させることで形成される、請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１５】
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電気機械変換器の製造方法であって、
第１基板上に互いに間隔を空けて複数の溝部を形成するとともに、前記第１基板上の前記複数の溝部同士の間に複数の帯電部を配置する工程と、
少なくとも前記複数の溝部内の前記第１基板の側壁に、少なくとも表面が絶縁層である被覆層を形成する工程と、
複数の電極が配置された第２基板の前記複数の電極に前記複数の帯電部を対向させ、前記第２基板との間で一定の距離を保って移動可能に前記第１基板を設置する工程と、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１６】
前記被覆層として銅を含有する層が形成され、
前記絶縁層は、前記複数の帯電部を焼成して前記被覆層の銅を酸化させることで形成される、請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記第１基板はアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成され、
前記被覆層は、前記第１基板を高温水または加圧水蒸気中に保持することで形成される、請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記複数の溝部は、前記第１基板をプレス加工することで形成され、
前記被覆層は、前記第１基板における前記複数の溝部に面する端部にそれぞれ形成された前記第１基板の厚さ方向に突出する突状部を覆うように形成され、
前記被覆層の形成後に前記複数の帯電部を帯電させる、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半永久的に電荷を保持するエレクトレットを利用することで発生する静電的な相互作用により電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器が知られている。例えば、特許文献１には、金属などの導体基板を備える円板形状の回転子と、エレクトレットを備える円板形状の固定子とが対向して略平行に配置された発電機が記載されている。特許文献２には、円環状の基板上にエレクトレットからなる複数のパターン電極が形成されたロータと、別のパターン電極が形成されたステータとが互いに対向して配置された静電電動機が記載されている。特許文献３には、静電誘導型発電器の回転部材として、所定角度毎に帯電膜と帯電膜が設置されていない間隔部とが交互に配置されたものが記載されている。こうした電気機械変換器では、例えば、可動部材（回転子、ロータ）に複数の帯電部が形成され、固定基板（固定子、ステータ）に複数の対向電極が形成される。【０００３】
特許文献４には、エレクトレット膜の側端面の周囲を取り囲むように形成され、エレクトレット膜に蓄積された電荷が流出するのを抑制する電荷流出抑制膜を備えるエレクトレット素子が記載されている。特許文献５には、導体と相対的に運動するエレクトレットと、エレクトレットを覆う防湿膜とを備える静電誘導型変換素子が記載されている。特許文献６には、基板上でエレクトレット膜が形成されていない領域に導電性電極を有し、エレクトレット膜と導電性電極との間に凹構造を有することで、エレクトレット膜に保持された電荷の導電性電極への流出を防止するエレクトレット素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−６４９２１号公報
【特許文献２】特開２０１６−４６８３７号公報
【特許文献３】特開２０１７−２８９１０号公報
【特許文献４】特開２００８−２７７４７３号公報
【特許文献５】特開２０１１−９１９９６号公報
【特許文献６】特開２０１４−２１７１７８号公報
【発明の概要】
【０００５】
帯電部が形成された可動部材を高温多湿の環境下に置くと、帯電部に蓄えられた電荷が抜けて、帯電量が低下する。電気機械変換器の変換効率を高めるためには、可動部材のうちで帯電部が形成されていない領域を溝部として可動部材を軽量化することが望ましく、そうした溝部が形成された可動部材では特に、溝部の側壁（側面）から電荷が抜け易い。また、軽量化のために比重が小さいアルミニウムを可動部材の基材として使用する場合には特に、帯電量の経時変化が顕著に見られる。静電的な相互作用を利用する電気機械変換器では、このように、可動部材の軽量化と帯電量の低下防止（耐湿性）を両立させることは難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、可動部材が軽量で動き易くかつ帯電部の帯電量が経時変化し難い電気機械変換器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
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電気機械変換器であって、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であり、固定基板との対向面に移動方向に互いに間隔を空けて複数の溝部が形成された可動部材と、可動部材の対向面上に複数の溝部と交互に形成された複数の帯電部と、固定基板の可動部材との対向面上において移動方向に配置された複数の対向電極と、銅を含有し、少なくとも複数の溝部内の可動部材の側壁を被覆する被覆層とを有することを特徴とする電気機械変換器が提供される。
【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電気機械変換器であって、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であり、固定基板との対向面に移動方向に互いに間隔を空けて複数の溝部が形成された可動部材と、可動部材の対向面上に複数の溝部と交互に形成された複数の帯電部と、固定基板の可動部材との対向面上において移動方向に配置された複数の対向電極と、少なくとも複数の溝部内の可動部材の側壁を被覆し、少なくとも表面が絶縁層である被覆層とを有することを特徴とする電気機械変換器が提供される。
【０００９】
被覆層は銅を含有し、絶縁層は酸化銅であることが好ましい。あるいは、被覆層はアルミニウム水和酸化皮膜であることが好ましい。
【００１０】
あるいは、被覆層はフッ素樹脂膜であることが好ましい。この場合、被覆層は、可動部材の側壁および複数の帯電部を被覆していることが好ましい。
【００１１】
複数の帯電部は、可動部材の対向面上における複数の溝部同士の間を覆うように形成され、複数の帯電部と被覆層の間では可動部材の基材が露出していないことが好ましい。
【００１２】
被覆層は、可動部材の対向面および側壁を被覆し、複数の帯電部は、可動部材の対向面における被覆層の上に形成されていてもよい。
【００１３】
複数の溝部は、可動部材を厚さ方向に貫通しており、被覆層は、可動部材の厚さ方向の全体にわたって複数の溝部内の側壁を覆っていることが好ましい。
【００１４】
可動部材は、回転軸の周りに回転可能な回転部材であり、複数の溝部、複数の帯電部および複数の対向電極は、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。
【００１５】
可動部材における複数の溝部に面する端部は、それぞれ可動部材の厚さ方向に突出する突状部になっており、被覆層は可動部材の突状部を被覆していることが好ましい。
【００１６】
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電気機械変換器の製造方法であって、第１基板上に互いに間隔を空けて複数の溝部を形成する工程と、少なくとも複数の溝部内の第１基板の側壁に、銅を含有する被覆層を形成する工程と、第１基板上の複数の溝部同士の間に複数の帯電部を形成する工程と、複数の電極が配置された第２基板の複数の電極に複数の帯電部を対向させ、第２基板との間で一定の距離を保って移動可能に第１基板を設置する工程とを有することを特徴とする製造方法が提供される。
【００１７】
複数の溝部および被覆層は、第１基板に対して放電加工を行うことにより同時に形成されることが好ましい。
【００１８】
あるいは、被覆層は、複数の溝部の形成後であって複数の帯電部の形成前に、第１基板に銅を蒸着させることで形成してもよい。
【００１９】
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電気機械変換器の製造方法であって、第１基板上に互いに間隔を空けて複数の溝部を形成するとともに、第１基板上の複数の溝部同士の間に複数の帯電部を配置する工程と、少なくとも複数の溝部内の第１基板の側壁に、少なくとも表面が絶縁層である被覆層を形成する工程と、複数の電極が配置された第２基板の複数の電極に複数の帯電部を対向させ、第２基板との間で一定の距離を保って移動可能に第１基板を設置する工程とを有することを特徴とする製造方法が提供される。
【００２０】
被覆層として銅を含有する層が形成され、絶縁層は、複数の帯電部を焼成して被覆層の銅を酸化させることで形成されることが好ましい。
【００２１】
あるいは、第１基板はアルミニウムまたはアルミニウム合金で構成され、被覆層は、第１基板を高温水または加圧水蒸気中に保持することで形成してもよい。
【００２２】
複数の溝部は、第１基板をプレス加工することで形成され、被覆層は、第１基板における複数の溝部に面する端部にそれぞれ形成された第１基板の厚さ方向に突出する突状部を覆うように形成され、被覆層の形成後に複数の帯電部を帯電させることが好ましい。
【００２３】
上記の電気機械変換器によれば、可動部材が軽量で動き易くかつ帯電部の帯電量が経時変化し難い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電気機械変換器１の概略構成図である。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、アクチュエータ１０の模式的な斜視図および部分断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、回転部材の例を示す平面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、回転部材の例を示す部分断面図である。
【図５】（Ａ）および（Ｂ）は、別のアクチュエータ１０’およびそれに用いられる回転部材の例を示す部分断面図である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、被覆層の配置の例を示す部分断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は、被覆層の配置と帯電時の効果を説明するための図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１１】（Ａ）および（Ｂ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１２】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１４】（Ａ）〜（Ｃ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１５】（Ａ）および（Ｂ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。
【図１６】別の電気機械変換器２の概略構成図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｃ）は、さらに別の電気機械変換器３の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、電気機械変換器およびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面また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。
【００２６】
図１は、電気機械変換器１の概略構成図である。図１に示すように、電気機械変換器１は、アクチュエータ１０および駆動部２０を有する。アクチュエータ１０は、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、帯電部１４および対向電極１５，１６を有する。電気機械変換器１は、駆動部２０に入力された電気信号をもとに、帯電部１４と対向電極１５，１６との間の静電気力を利用して回転部材１２を回転させることにより電力から動力を取り出す駆動装置（エレクトレットモータ）である。
【００２７】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、それぞれ、アクチュエータ１０の模式的な斜視図および部分断面図である。図２（Ａ）に示すように、アクチュエータ１０は、回転軸１１の周りに回転可能な回転部材１２の下面１２２と固定基板１３の上面１３１とを対向させ、両者を平行に配置して構成される。図２（Ｂ）では、回転部材１２および固定基板１３を円周方向に切断した断面を示しており、図２（Ｂ）の横方向が図２（Ａ）の矢印Ｃ方向に相当する。図１では、アクチュエータ１０として、回転部材１２の下面１２２と固定基板１３の上面１３１を並べて示している。
【００２８】
回転軸１１は、回転部材１２の回転中心となる軸であり、回転部材１２の中心を貫通している。回転軸１１の上下端は、軸受けを介して、図示しない電気機械変換器１の筐体に固定されている。
【００２９】
回転部材１２は、可動部材の一例であり、金属、ステンレス鋼（ＳＵＳ：special use stainless steel）、ガラスまたはシリコンなどで構成される。軽量化のために、回転部材１２の基材はアルミニウムまたはその合金であることが好ましい。例えば、回転部材１２の直径は５〜２０ｍｍ程度であり、厚さは１００〜５００μｍ程度である。回転部材１２は、例えば円盤形状を有し、その中心で回転軸１１に接続している。回転部材１２は、駆動部２０に入力された電気信号に応じて帯電部１４と対向電極１５，１６との間で発生する静電気力により、回転軸１１の周りを図２（Ａ）の矢印Ｃ方向（時計回りおよび反時計回り）に回転可能である。すなわち、回転部材１２は、固定基板１３との間で一定の距離を保って移動可能である。
【００３０】
図２（Ｂ）に示すように、回転部材１２には、軽量化のために、円周方向（回転部材１２の回転方向、移動方向、矢印Ｃ方向）に沿って等間隔に、複数の溝部１２４が形成されている。図示した例では、溝部１２４は、回転部材１２を厚さ方向に貫通している。
【００３１】
固定基板１３は、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２（Ａ）に示すように、固定基板１３は、例えば円盤形状を有し、回転部材１２の下面１２２に対向して回転部材１２の下側に配置されている。回転軸１１が固定基板１３の中心を貫通しているが、固定基板１３は、回転部材１２とは異なり、電気機械変換器１の筐体に固定されている。
【００３２】
帯電部１４は、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、固定基板１３との対向面である回転部材１２の下面１２２に、回転軸１１の周辺の中央部分を除いて、回転軸１１を中心として放射状に形成されている。帯電部１４は、溝部１２４同士の間を覆う略台形の複数の部分領域で構成され、回転部材１２の円周方向に溝部１２４と交互かつ等間隔に配置されている。帯電部１４は、静電荷を保持し、すべて同一の極性（例えば負）に帯電している。帯電部１４のエレクトレット材料としては、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）などの樹脂材料、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）もしくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの高分子材料、または、二酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素などの無機材料が用いられる。帯電部１４の厚さは、例えば１５〜４０μｍ程度である。
【００３３】
対向電極１５，１６は、それぞれ略台形の複数の電極で構成され、回転部材１２との対向面である固定基板１３の上面１３１において、円周方向に交互に、かつ回転軸１１を中心として放射状に形成されている。対向電極１５同士および対向電極１６同士は、回転部材１２の溝部１２４および帯電部１４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。回転軸１１を中心とする同一円周上では、対向電極１５および対向電極１６の幅は同じであり、その大きさは溝部１２４および帯電部１４の幅と同じかほぼ同じであることが好ましい。また、帯電部１４、対向電極１５および対向電極１６の個数も同じであることが好ましい。
【００３４】
被覆層１９は、空気中の湿気により帯電部１４の帯電量が低下するのを防ぐための保護層であり、図２（Ｂ）に示すように、溝部１２４内における回転部材１２の側壁、すなわち、帯電部１４が形成された回転部材１２の下面１２２に接する溝部１２４の側面を被覆する。被覆層１９は回転部材１２の厚さ方向の全体にわたって溝部１２４内の側壁を覆い、帯電部１４は回転部材１２の下面１２２において溝部１２４の縁まで広がっているため、帯電部１４と被覆層１９の間では、回転部材１２の基材は露出していない。
【００３５】
被覆層１９の少なくとも表面は、金属の酸化物や樹脂などの絶縁物で構成される。被覆層１９は、例えば樹脂材料で構成され、その厚さ方向の全体が絶縁層であってもよいし、あるいは金属材料で構成され、その表面が酸化されることで表面だけが絶縁層になっていてもよい。すなわち、被覆層１９は単層でもよいし、表面の絶縁層とその下にある別の層との複数層で構成されるものでもよい。一例として、被覆層１９は銅または銅を含有する材料で構成され、少なくともその表面が酸化銅になっている。この場合、被覆層１９は、厚さ方向の全体が酸化銅であってもよいし、銅層（金属層）と酸化銅層（絶縁層）の２層になっていてもよい。溝部１２４内の側壁を面状に覆うには少なくとも０．２μｍ以上の膜厚が必要であるため、被覆層１９の絶縁層の厚さは、０．２μｍ以上であることが好ましい。
【００３６】
駆動部２０は、アクチュエータ１０を駆動するための回路であり、クロック２１および比較器２２，２３を有する。図１に示すように、クロック２１の出力は比較器２２，２３の入力に接続され、比較器２２の出力は対向電極１５に、比較器２３の出力は対向電極１６に、それぞれ電気配線を介して接続されている。比較器２２，２３は、それぞれクロック２１からの入力信号の電位と接地電位とを比較し、その結果を２値で出力するが、比較器２２，２３の出力信号は互いに逆の符号である。クロック２１からの入力信号がＨのときには、対向電極１５は＋Ｖ、対向電極１６は−Ｖの電位になり、入力信号がＬのときには、対向電極１５は−Ｖ、対向電極１６は＋Ｖの電位になる。
【００３７】
駆動部２０は、アクチュエータ１０の駆動時に、一方の対向電極１５には帯電部１４の静電荷と同じ符号の電圧を印加し、他方の対向電極１６には帯電部１４の静電荷とは異なる符号の電圧を印加して、それらの電圧の符号を交互に反転させる。このように電圧が印加されると、帯電部１４が作る電界と対向電極１５，１６が作る電界との相互作用により、帯電部１４と対向電極１５，１６との間に引力または斥力が発生する。駆動部２０は、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極１５，１６に印加することで、帯電部１４と対向電極１５，１６の間で発生する静電気力により回転部材１２を回転させる。
【００３８】
図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、回転部材の例を示す平面図である。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、回転部材の例を示す部分断面図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）では、花弁型、車輪型および円盤型の３つの回転部材１２Ａ〜１２Ｃについて、帯電部１４が形成されている下面（図２（Ａ）の下面１２２）を示している。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、それぞれ、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線、ＩＶＢ−ＩＶＢ線およびＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った回転部材１２Ａ〜１２Ｃの断面を示している。図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、図の下側が回転部材の上面１２１であり、図の上側が回転部材の下面１２２に相当する。
【００３９】
図３（Ａ）および図４（Ａ）に示す回転部材１２Ａは、その面内で回転軸１１を中心として放射状に突出する略台形の２４本の突出部１２３Ａを有する。突出部１２３Ａは、互いに同じ形状および大きさを有し、回転部材１２Ａの円周方向に等間隔に配置されている。突出部１２３Ａ同士の間には、回転部材１２Ａを厚さ方向に貫通する溝部１２４Ａが形成されており、これが図２（Ｂ）の溝部１２４に相当する。回転軸１１を中心とする同一円周上では、突出部１２３Ａと溝部１２４Ａの幅は同じである。回転部材１２Ａの帯電部１４は、突出部１２３Ａから回転軸１１付近にまで延びる略台形の２４個の部分領域で構成され、突出部１２３Ａの下面全体を覆っている。
【００４０】
図３（Ｂ）および図４（Ｂ）に示す回転部材１２Ｂは、回転軸１１を中心として放射状に形成された略台形の１８個の貫通孔１２４Ｂを有する。貫通孔１２４Ｂは、図２（Ｂ）の溝部１２４に相当し、互いに同じ形状および大きさを有し、回転部材１２Ｂの円周方向に等間隔に配置されている。回転軸１１を中心とする同一円周上では、貫通孔１２４Ｂ同士の間の部分である平坦部（スポーク部分）１２３Ｂと貫通孔１２４Ｂの幅は同じである。回転部材１２Ｂの帯電部１４は、略台形の１８個の部分領域で構成され、回転部材１２Ｂの下面における平坦部１２３Ｂを覆っている。
【００４１】
図３（Ｃ）および図４（Ｃ）に示す回転部材１２Ｃは、その下面に、回転軸１１を中心として放射状に形成された略台形の１８個の凹部１２４Ｃを有する。凹部１２４Ｃは、図２（Ｂ）の溝部１２４に相当し、固定基板１３に対して窪んでいるが、回転部材１２Ｃを厚さ方向に貫通していない。凹部１２４Ｃは、互いに同じ形状および大きさを有し、回転部材１２Ｃの円周方向に等間隔に配置されている。凹部１２４Ｃ同士の間は、固定基板１３に向けて相対的に突出した凸部１２３Ｃであり、回転軸１１を中心とする同一円周上では、凸部１２３Ｃと凹部１２４Ｃの幅は同じである。回転部材１２Ｃの帯電部１４は、略台形の１８個の部分領域で構成され、凸部１２３Ｃを覆っている。固定基板１３とは反対側の面である回転部材１２Ｃの上面は、凹凸のない平坦面であり、回転部材１２Ｃでは、固定基板１３との対向面のみに凹凸（溝部）が形成されている。
【００４２】
回転部材１２Ａ〜１２Ｃのいずれでも、回転軸１１を取り囲む円環状の中央部１２１ｃは、帯電部も溝部も形成されていない平坦な領域である。なお図中では、中央部１２１ｃの平坦な領域には帯電部が形成されていないが、平坦な領域に帯電部が形成されていてもかまわない。突出部１２３Ａ、平坦部１２３Ｂまたは凸部１２３Ｃの個数（すなわち、帯電部１４の個数）は、図示した２４個または１８個に限らず、何個でもよい。
【００４３】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、別のアクチュエータ１０’およびそれに用いられる回転部材の例を示す部分断面図である。アクチュエータ１０’は、回転軸（図２（Ａ）の回転軸１１と同じもの）、回転部材１２’、固定基板１３，１３’、帯電部１４，１４’および対向電極１５，１６，１５’，１６’を有する。図５（Ａ）では、図２（Ｂ）と同様に、回転部材１２’および固定基板１３，１３’を円周方向に切断した断面を示しており、図５（Ａ）の横方向が図２（Ａ）の矢印Ｃ方向に相当する。図５（Ｂ）は、図４（Ａ）と同様に回転部材１２’を切断したときの断面を示す。
【００４４】
アクチュエータ１０’の固定基板１３、帯電部１４および対向電極１５，１６は、上記したアクチュエータ１０のものと同じである。回転部材１２’は、溝部１２４同士の間における下面に帯電部１４を、溝部１２４同士の間における上面に帯電部１４と同様の帯電部１４’をそれぞれ有し、帯電部１４’が追加されている点のみがアクチュエータ１０の回転部材１２と異なる。回転部材１２’は、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示した回転部材１２Ａ〜１２Ｃのいずれの形状を有してもよい。固定基板１３’および対向電極１５’，１６’は固定基板１３および対向電極１５，１６と同じものであるが、固定基板１３’は、固定基板１３とは上下を逆にして配置されている。アクチュエータ１０’は、固定基板１３’、回転部材１２’および固定基板１３をこの順に互いに一定の間隔を空けて平行に配置して構成される。
【００４５】
対向電極１５’，１６’には、対向電極１５，１６とそれぞれ同じ電圧が印加される。これにより、アクチュエータ１０’では、回転部材１２’の下面側では帯電部１４と対向電極１５，１６の間で、回転部材１２’の上面側では帯電部１４’と対向電極１５’，１６’の間でそれぞれ静電気力が発生するので、取り出される動力がアクチュエータ１０と比べて大きくなる。
【００４６】
回転部材１２Ａ〜１２Ｃでは、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、被覆層１９は、溝部１２４Ａ、貫通孔１２４Ｂおよび凹部１２４Ｃ（回転部材の溝部）の側壁に形成されている。回転部材１２’でも、図５（Ｂ）に示すように、被覆層１９は溝部１２４Ａの側壁に形成されている。しかしながら、被覆層は、少なくとも回転部材の溝部に形成されていればよく、溝部の側壁に加えて、回転部材の上面、下面またはその両方にも形成されていてもよい。
【００４７】
図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、被覆層の配置の例を示す部分断面図である。図６（Ａ）に示す被覆層１９ａは、上面、下面および溝部１２４Ａの側壁を含む回転部材の全面に形成されている。この例では、帯電部１４は被覆層１９ａの上に形成され、固定基板１３との対向面では、被覆層１９ａは帯電部１４により覆われている。図６（Ｂ）に示す被覆層１９ｂは、回転部材の帯電部１４とは反対側の面および溝部１２４Ａの側壁に、すなわち、帯電部１４が形成される側の面を除く回転部材の全面に形成されている。図６（Ｃ）に示す被覆層１９ｃは、回転部材の全面に形成され、かつ帯電部１４を被覆している。すなわち、図６（Ｃ）では被覆層と帯電部１４との位置関係が図６（Ａ）とは逆であり、被覆層の材質および製法によっては、このように被覆層が帯電部を被覆することもある。回転部材１２は、被覆層１９に替えて、被覆層１９ａ〜１９ｃのいずれかを有してもよい。
【００４８】
回転部材の両面に帯電部１４，１４’が形成された場合も、図６（Ｄ）および図６（Ｅ）に符号１９ａ，１９ｃで示すように、被覆層は、上面、下面および溝部１２４Ａの側壁を含む回転部材の全面に形成されていてもよい。この場合も、被覆層は、図６（Ｄ）の被覆層１９ａのように帯電部１４，１４’の下に形成されていてもよいし、図６（Ｅ）の被覆層１９ｃのように帯電部１４，１４’の上に形成されていてもよい。図６（Ａ）〜図６（Ｅ）の例では、回転部材の中央部１２１ｃを除く全面が帯電部１４および被覆層１９ａ，１９ｂで覆い尽くされてもよいし、中央部１２１ｃのみ回転部材の基材が露出してもよい。また、図６（Ａ）〜図６（Ｅ）では回転部材が図３（Ａ）の花弁型である場合の例を示しているが、図３（Ｂ）の車輪型および図３（Ｃ）の円盤型の場合も、被覆層１９ａ〜１９ｃのいずれかを有してもよい。
【００４９】
アクチュエータ１０，１０’の製造時には、まず回転部材１２，１２’が形成される。以下では、回転部材１２，１２’の製造工程の例を２つ説明する。
【００５０】
（工程１−１）１つ目の例では、まず、回転部材１２，１２’となる基板（第１基板）上に互いに間隔を空けて複数の溝部１２４が形成される。例えば、回転部材１２，１２’の基材がアルミニウムなどの金属材料の場合には、溝部１２４は、プレス加工、レーザ加工または放電加工により形成される。あるいは、回転部材１２，１２’の基材がシリコンまたはステンレス鋼の場合には、溝部１２４は、深掘りＲＩＥ（Ｄ−ＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etching）またはエッチング加工により形成される。
【００５１】
（工程１−２）また、溝部１２４が形成された基板における少なくとも溝部１２４の側壁に被覆層１９（または被覆層１９ａ，１９ｂ）が形成される。溝部１２４を放電加工により形成する場合には、金属材料の被覆層１９を溝部１２４と同時に形成することができる。すなわち、放電加工の場合には、工程１−１を行うことで、工程１−２が同時に行われたことになる。例えば、銅ワイヤを使用して放電加工を行うと、ワイヤの成分である銅が、回転部材１２，１２’となる基板の金属と合金化して、加工面である溝部１２４の側壁に、酸素と銅を多く含む変質層（銅合金の皮膜）ができ、この変質層が被覆層１９として機能する。
【００５２】
溝部１２４を放電加工以外の方法で形成する場合には、溝部１２４が形成された基板に銅などの金属材料を蒸着させることで被覆層１９を形成してもよい。蒸着を行う場合には、溝部１２４の側壁に加えて、基板の上面、下面またはその両方を覆う被覆層１９ａ，１９ｂを形成してもよい。あるいは、回転部材１２，１２’の基材がアルミニウムまたはその合金の場合には、溝部１２４が形成された基板に対して熱酸化処理またはベーマイト処理を行うことで、その表面（上面、下面および溝部１２４の側壁）に被覆層として酸化膜（酸化アルミニウム膜）またはベーマイト処理膜（アルミニウム水和酸化皮膜）を形成してもよい。ベーマイト処理膜は、溝部１２４が形成された基板を９０〜１００℃以上の高温水または加圧水蒸気中に保持することで形成される。
【００５３】
（工程１−３）そして、溝部１２４と被覆層が形成された基板における溝部１２４同士の間の平面（片面）に、帯電部１４となるエレクトレット材料の領域が形成され、回転部材１２’の場合には、さらにその反対側の面にも、帯電部１４’となるエレクトレット材料の領域が形成される。帯電部１４、１４’のエレクトレット材料としては、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）などの樹脂材料または二酸化ケイ素もしくは窒化ケイ素などの無機材料が用いられる。
【００５４】
（工程１−４）次に、こうして得られた基板が、例えば２８０℃の高温で焼成される。被覆層として工程１−２で金属材料を蒸着させた場合には、この焼成により被覆層が酸化することで、その表面に絶縁層が形成される。
【００５５】
（工程１−５）その後、帯電部１４，１４’となる領域を、例えばコロナ放電により帯電させる。その際は、基板上のエレクトレット材料に対向させて針電極またはワイヤ電極が配置され、その電極に例えば数千Ｖ程度の高電圧が掛けられる。こうして、針電極から基板に向けて電子を放出させることにより、負に帯電した帯電部１４，１４’が形成される。これにより、回転部材１２，１２’が完成する。
【００５６】
（工程２−１）２つ目の例では、回転部材１２，１２’の基材としてアルミニウムまたはその合金の基板（第１基板）が用意され、まず、ＰＴＦＥなどの材料で予め作製されたシート状のエレクトレット材料がその基板の片面または両面に貼り付けられる。
【００５７】
（工程２−２）そして、エレクトレット材料のシート付きの基板に対してプレス加工を行うことで、複数の溝部１２４が形成される。これにより、エレクトレット材料のシートが基板の片面または両面で複数の部分領域に分割されて、基板上の溝部１２４同士の間に帯電部１４，１４’となる領域が配置される。
【００５８】
（工程２−３）さらに、溝部１２４が形成された基板に、被覆層としてフッ素樹脂などの樹脂膜またはベーマイト処理膜が形成される。樹脂膜の場合には、図６（Ｃ）および図６（Ｅ）に示すように、被覆層は基板の全面に形成されて、帯電部１４，１４’となる領域を被覆する。ベーマイト処理膜の場合には、基板のアルミニウムが露出しているところだけに成膜されるため、被覆層は、回転部材１２’では、図５（Ｂ）に示すように溝部１２４の側壁だけに形成され、回転部材１２’では、図６（Ｂ）に示すように、さらに帯電部１４とは反対側の面にも形成される。
【００５９】
（工程２−４）被覆層が樹脂膜の場合には、さらに被覆層を室温乾燥させる。被覆層がベーマイト処理膜の場合には、室温乾燥は行われない。
【００６０】
（工程２−５）その後、帯電部１４，１４’となる領域を、例えばコロナ放電により帯電させる。その際は、基板上のエレクトレット材料に対向させて針電極またはワイヤ電極が配置され、その電極に例えば数千Ｖ程度の高電圧が掛けられる。こうして、針電極から基板に向けて電子を放出させることにより、負に帯電した帯電部１４，１４’が形成される。これにより、回転部材１２，１２’が完成する。
【００６１】
その後は、回転部材１２，１２’が回転軸１１に取り付けられ、アクチュエータ１０の場合には、固定基板１３の対向電極１５，１６と回転部材１２の帯電部１４とを対向させ、一定の間隔を空けて回転部材１２と固定基板１３が平行に配置される。アクチュエータ１０’の場合も、回転部材１２’および固定基板１３，１３’の３枚が同様に平行に配置される。これにより、アクチュエータ１０，１０’が完成する。なお上述のコロナ放電による帯電工程は、回転軸１１への取り付け後におこなってもかまわない。
【００６２】
放電加工では、溝部１２４の側壁にしか被覆層１９が形成されないが、溝部１２４を形成するための基板加工と同時に被覆層１９を形成することができる。したがって、被覆層１９の形成のために製造工程が増えない点で、放電加工を利用することが好ましい。また、蒸着の場合には被覆層１９，１９ａ，１９ｂの膜厚は高々１μｍ程度であるが、放電加工の場合には、数十μｍ程度の厚さの被覆層１９を容易に形成することができる。このため、被覆層１９の厚さを確保する点でも、放電加工を利用することが好ましい。
【００６３】
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、被覆層の配置と帯電時の効果を説明するための図である。図７（Ａ）は、図３（Ａ）に示した花弁型の回転部材１２Ａの平面図であり、図７（Ｂ）〜図７（Ｄ）は、回転部材１２Ａにおける１つの突出部１２３Ａの断面を示している。図７（Ｂ）は被覆層１９がない場合、図７（Ｃ）は突出部１２３Ａの側面に被覆層１９が形成された場合、図７（Ｄ）は突出部１２３Ａの下端の尖った角部（突状部）１２５のみに被覆層１９ｄが形成された場合の断面図である。ここでは回転部材１２Ａの両面に帯電部１４，１４’が形成された場合を図示しているが、図７（Ａ）では帯電部１４，１４’と被覆層１９の図示は省略している。図７（Ｃ）が図７（Ａ）のＶＩＩＣ−ＶＩＩＣ線に沿った回転部材１２Ａの断面図に相当する。
【００６４】
回転部材１２，１２’の基材が金属材料の場合には、プレス加工の方が、溝部１２４を一度に形成できるため、放電加工やレーザ加工よりも生産性が高い。しかしながら、プレス加工を行うと、図７（Ｂ）〜図７（Ｄ）に符号１２５で示すように、基板の一方の面における角部が尖った形状になる。すなわち、回転部材１２，１２’となる基板における複数の溝部１２４に面する角部が、それぞれ厚さ方向（図中の下方向）に突出する突状部（カエリ部）になる。この状態で帯電部１４，１４’となる樹脂膜を基板上に形成して高電圧を掛ける（上記の工程１−３）と、図７（Ｂ）に示すように、突状部１２５がアンテナのように作用してそこに電荷（電子Ｅ）が引き付けられるため、エレクトレット材料に電荷が溜まり難くなる。その結果、突状部１２５が形成された側の面における帯電部１４’の表面電位が低くなり、帯電量が少なくなるという不具合がある。
【００６５】
そこで、回転部材１２，１２’をプレス加工で形成する場合には、図７（Ｃ）に示すように、プレス加工によって個々の突状部１２５を被覆層１９により覆うことが好ましい。被覆層１９の厚さは、突状部１２５が電気的に絶縁されればよいので、高々１μｍあれば十分である。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）では回転部材が図３（Ａ）の花弁型である場合の例を示しているが、図３（Ｂ）の車輪型および図３（Ｃ）の円盤型の場合も同様である。
【００６６】
突状部１２５を絶縁性の被覆層１９により覆った後に帯電部１４，１４’を帯電させることで、コロナ放電時の電荷が突状部１２５に引き付けられることがなくなり、エレクトレット材料に効率よく電荷が叩き込まれる。これにより、被覆層１９がない場合と比べて帯電効率が上がり、エレクトレット材料に蓄えられる帯電量が多くなるので、突状部１２５が形成された側の面における帯電部１４’の表面電位を高くすることができる。したがって、得られた回転部材をエレクトレットモータとして使用したときに、より大きなトルクを発生させることができる。帯電時の帯電量の減少を抑えるには、図７（Ｄ）に符号１９ｄで示すように突状部１２５だけを絶縁膜で覆えばよいが、帯電後の帯電量の経時変化を防ぐには、図７（Ｃ）に示すように、回転部材の溝部の側面全体を被覆層で覆う必要がある。
【００６７】
図８（Ａ）〜図１５（Ｂ）は、帯電部の帯電量の経時変化を示すグラフである。各グラフの横軸は時間ｔを表し、その単位は時間（ｈ：hour）である。各グラフの縦軸は帯電部１４，１４’の表面電位Ｖを表し、その単位はボルト（Ｖ）である。各グラフでは、両面に帯電部が形成された２つまたは３つの回転部材１２’についての測定結果と、その測定結果の近似直線を重ねて示している。帯電部１４，１４’の帯電量は時間とともに低下（経時変化）するので、近似直線の傾きΔＶ／Δｌｎ（ｔ）は負の値になる（ｌｎは自然対数である）。この傾きが緩やかなほど、すなわち、傾きの絶対値が小さいほど、帯電量が低下し難いことを意味する。
【００６８】
図８（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、基材がアルミニウムで、帯電部１４，１４’が厚さ１５μｍのフッ素樹脂材料のＣＹＴＯＰ（登録商標）で構成された回転部材１２’を気温３０℃、湿度６０％の環境に置いたときの帯電量の経時変化を示す。回転部材１２’の形状は、図８（Ａ）〜図１０（Ｂ）が図３（Ａ）の花弁型、図１０（Ｃ）が図３（Ｂ）の車輪型である。
【００６９】
図８（Ａ）は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で溝部１２４Ａが形成され、被覆層１９がない場合の結果を示す。図８（Ｂ）は、直径１１．５ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ３０個であり、レーザ加工で溝部１２４Ａが形成され、被覆層１９がない場合の結果を示す。図８（Ｃ）は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で溝部１２４Ａが形成され、厚さ０．１μｍ以下の酸化膜（酸化アルミニウム膜）の被覆層１９ａが全面に形成された場合の結果を示す。図８（Ｃ）の場合には、被覆層１９ａの厚さが薄いため、被覆層で覆われていない領域が部分的に残っている。
【００７０】
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で溝部１２４Ａが形成された場合の結果を示す。図９（Ａ）は、厚さ０．３μｍの銅の被覆層１９ａが蒸着で全面（上面、下面および溝部の側面）に形成された場合の結果を示す。図９（Ｂ）は、厚さ０．３μｍの銅の被覆層１９ｂが蒸着で底面（帯電部１４とは反対側の面）と溝部の側面に形成された場合の結果を示す。図９（Ａ）と図９（Ｂ）の場合、被覆層１９ａ，１９ｂの表面は、焼成されることで酸化銅になっている。図９（Ｃ）は、厚さ１〜２μｍのベーマイト処理膜の被覆層１９ａが全面に形成された場合の結果を示す。
【００７１】
図１０（Ａ）は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、放電加工で溝部１２４Ａと銅を含有する被覆層１９（側面のみ）とが形成された場合の結果を示す。図１０（Ｂ）は、直径１１．５ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ３０個であり、放電加工で溝部１２４Ａと銅を含有する被覆層１９（側面のみ）とが形成された場合の結果を示す。図１０（Ｃ）は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で貫通孔１２４Ｂが形成され、厚さ０．４μｍのフッ素樹脂膜の被覆層１９ｃが全面に形成された場合の結果を示す。図８（Ａ）〜図１０（Ｃ）の結果を表１にまとめて示す。
【００７２】
【表１】
2019181026.tif 000003
【００７３】
被覆層１９がない図８（Ａ）および図８（Ｂ）の場合、ならびに被覆層１９ａの厚さが０．１μｍ以下である図８（Ｃ）の場合には、帯電直後（時間０）に１６０Ｖ程度であった表面電位が、約１０００時間後に１００Ｖ以下に低下する。しかしながら、図９（Ａ）〜図１０（Ｃ）では、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）と比べて近似直線の傾きが緩やかになっており、厚さが０．３μｍ以上の被覆層１９，１９ａ〜１９ｃを溝部の側面または全面に形成することで、帯電量が経時変化し難くなることが分かる。
【００７４】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は、基材がシリコンで、帯電部１４，１４’が厚さ１５μｍのＣＹＴＯＰ（登録商標）で構成された図３（Ｂ）の車輪型の回転部材１２Ｂを気温３０℃、湿度９０％の環境に置いたときの帯電量の経時変化を示す。これらの図は、直径８．９ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ３０個であり、深掘りＲＩＥ（Ｄ−ＲＩＥ）で貫通孔１２４Ｂが形成された場合の結果を示す。図１１（Ａ）は被覆層１９がない場合の、図１１（Ｂ）は厚さ０．３μｍの銅の被覆層１９ａが蒸着で全面に形成された場合の結果である。図１１（Ｂ）の場合、被覆層１９ａの表面は、焼成されることで酸化銅になっている。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の結果を表２にまとめて示す。図１１（Ｂ）では、図１１（Ａ）と比べて近似直線の傾きが緩やかになっており、厚さ０．３μｍの被覆層１９ａを形成することで帯電量が経時変化し難くなることが分かる。
【００７５】
【表２】
2019181026.tif 000004
【００７６】
図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、基材がステンレス鋼で、帯電部１４，１４’が厚さ１５μｍのＣＹＴＯＰ（登録商標）で構成された図３（Ｂ）の車輪型の回転部材１２Ｂを気温３０℃、湿度９０％の環境に置いたときの帯電量の経時変化を示す。これらの図は、直径８．９ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ３０個であり、エッチングで貫通孔１２４Ｂが形成された場合の結果を示す。図１２（Ａ）は被覆層１９がない場合の、図１２（Ｂ）は厚さ０．３μｍの銅の被覆層１９ａが蒸着で全面に形成された場合の、図１２（Ｃ）は厚さ０．１μｍ以下の酸化膜（陽極酸化によるもの）の被覆層１９ａが全面に形成された場合の結果である。図１２（Ｂ）の場合、被覆層１９ａの表面は、焼成されることで酸化銅になっている。図１２（Ｃ）の場合には、被覆層１９ａの厚さが薄いため、被覆層で覆われていない領域が部分的に残っている。これらの結果を表３にまとめて示す。
【００７７】
【表３】
2019181026.tif 000005
【００７８】
図１２（Ｃ）の場合、帯電量の経時変化は図１２（Ａ）の場合とほとんど変わらないが、図１２（Ｂ）では、図１２（Ａ）と比べて近似直線の傾きが緩やかになっており、厚さ０．３μｍの被覆層１９ａを形成することで帯電量が経時変化し難くなることが分かる。
【００７９】
図１３（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、基材がアルミニウムで、帯電部１４，１４’が厚さ２５μｍのＰＴＦＥで構成された回転部材１２’を気温３０℃、湿度６０％の環境に置いたときの帯電量の経時変化を示す。回転部材１２’の形状は、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）が花弁型、図１３（Ｃ）〜図１４（Ｃ）が車輪型である。これらの図は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で溝部１２４Ａまたは貫通孔１２４Ｂが形成された場合の結果を示す。図１３（Ａ）および図１３（Ｃ）は被覆層１９がない場合の、図１３（Ｂ）は厚さ０．５μｍのフッ素樹脂膜の被覆層１９ｃが全面に形成された場合の結果である。図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）はそれぞれ厚さ０．２μｍおよび０．４μｍのフッ素樹脂膜の被覆層１９ｃが、図１４（Ｃ）は厚さ１〜２μｍのベーマイト処理膜の被覆層１９が側面のみに形成された場合の結果である。
【００８０】
図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は、基材がアルミニウムで、帯電部１４，１４’が厚さ３８μｍのＰＴＦＥで構成された車輪型の回転部材１２Ｂを気温３０℃、湿度６０％の環境に置いたときの帯電量の経時変化を示す。これらの図は、直径１２ｍｍ、帯電部１４，１４’がそれぞれ２４個であり、プレス加工で貫通孔１２４Ｂが形成された場合の結果を示す。図１５（Ａ）は被覆層１９がない場合の、図１５（Ｂ）は厚さ０．２μｍのフッ素樹脂膜の被覆層１９ｃが全面に形成された場合の結果である。図１３（Ａ）〜図１５（Ｂ）の結果を表４にまとめて示す。
【００８１】
【表４】
2019181026.tif 000006
【００８２】
図１３（Ｂ）では図１３（Ａ）と比べて、図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）では図１３（Ｃ）と比べて、図１５（Ｂ）では図１５（Ａ）と比べて、それぞれ近似直線の傾きが緩やかになっている。このため、厚さ０．２μｍ以上の被覆層１９，１９ｃを形成することで帯電量が経時変化し難くなることが分かる。また、図１４（Ｂ）では図１４（Ａ）と比べてさらに近似直線の傾きが緩やかになっており、フッ素樹脂膜の厚さを大きくするほど帯電量の経時変化を抑える効果がより大きくなることが分かる。
【００８３】
以上説明したように、回転部材１２，１２’における帯電部１４，１４’が形成された面と接する溝部１２４の側壁（側面）にその側壁を覆い尽くせる０．２μｍ以上の厚さの被覆層１９，１９ａ〜１９ｃを形成することで、高湿度の環境下でも、帯電部１４，１４’の帯電量が低下し難くなる。図８（Ａ）〜図１５（Ｂ）には示していないが、図３（Ｃ）の円盤型の回転部材１２Ｃでも、被覆層１９，１９ａ〜１９ｃを設けることで同様の効果が得られる。また、回転部材１２，１２’の基材として比重が小さいアルミニウムまたはその合金などを使用し、かつ溝部１２４を設ければ、軽量化されることにより慣性モーメントが小さくなる。このため、電気機械変換器１は、小さなトルクでも安定して駆動でき、高湿度の環境下でも高い発生トルクを維持できるので、軽量化と耐湿性を両立させた信頼性の高いエレクトレットモータになる。
【００８４】
図１６は、別の電気機械変換器２の概略構成図である。図１６に示すように、電気機械変換器２は、発電部３０および蓄電部４０を有する。発電部３０は、アクチュエータ１０と同様に、回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、帯電部１４および対向電極１５，１６を有する。電気機械変換器２は、外部環境の運動エネルギーを用いて回転部材１２を回転させ、発電部３０内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発電装置（エレクトレット発電機）である。
【００８５】
回転軸１１、回転部材１２、固定基板１３、帯電部１４および対向電極１５，１６はアクチュエータ１０のものと同じであるが、発電部３０では、回転部材１２または回転部材１２とは別に、重量バランスの偏りを有する図示しない回転錘が取り付けられる。発電部３０では、例えば電気機械変換器２を携帯する人体の運動または電気機械変換器２が取り付けられた機械などの振動を動力源として、回転錘が回転することで回転部材１２がその円周方向に回転する。回転部材１２が回転すると、それに伴い、帯電部１４と対向電極１５，１６の間の重なり面積が増減する。例えば、帯電部１４の内面に負電荷が保持されているとすると、回転部材１２の回転に伴い、対向電極１５，１６に引き寄せられる正電荷が増減して、対向電極１５と対向電極１６の間に交流電流が発生する。このようにして電流を発生させることにより、発電部３０は静電誘導を利用した発電を行う。
【００８６】
蓄電部４０は、整流回路４１および二次電池４２を有し、回転部材１２の回転に応じて帯電部１４と対向電極１５，１６との間の静電誘導により発生した電力を蓄積する。電気機械変換器２の対向電極１５，１６は、電気配線を介して整流回路４１に接続され、整流回路４１は二次電池４２に接続されている。整流回路４１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１５と対向電極１６の間で生成された電流を整流する。二次電池４２は、リチウム二次電池などの充放電可能な電池であり、発電部３０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。
【００８７】
発電部３０でも、回転部材１２として、上記した被覆層１９（または被覆層１９ａ〜１９ｃ）を有するものが使用される。これにより、発電部３０の回転部材１２でも、帯電部１４の帯電量が低下し難くなり、軽量化と耐湿性を両立させた信頼性の高いエレクトレット発電機が実現される。
【００８８】
図１７（Ａ）〜図１７（Ｃ）は、さらに別の電気機械変換器３の概略構成図である。図１７（Ａ）に示すように、電気機械変換器３は、アクチュエータ５０および駆動部２０を有する。アクチュエータ５０は、筐体５１、スライド板５２、固定基板５３、帯電部５４および対向電極５５，５６を有する。図１７（Ｂ）および図１７（Ｃ）は、帯電部５４および対向電極５５，５６の配置、ならびにスライド板５２の移動方向を示す平面図である。電気機械変換器３は、駆動部２０に入力された電気信号をもとに、帯電部５４と対向電極５５，５６との間の静電気力を利用してスライド板５２を直線上で往復移動させることにより電力から動力を取り出すエレクトレットモータである。電気機械変換器の可動部材は、回転軸の周りに回転するものに限らず、スライド板５２のように往復移動するものであってもよい。
【００８９】
スライド板５２は、可動部材の一例であり、アルミニウムまたはシリコンなどの基材で構成され、図示しない可動支持部により箱型の筐体５１内に支持されている。スライド板５２は、筐体５１の底面に配置された固定基板５３との間で一定の距離を保って、固定基板５３に平行な方向（水平方向、矢印Ａ方向）に往復移動可能である。スライド板５２の下面には、例えば、複数の凸部５２３および凹部５２４（溝部の一例）が、スライド板５２の移動方向に交互に、かつその移動方向と直交する方向に帯状（直線状）に形成されている。凸部５２３同士および凹部５２４同士はそれぞれ等間隔に配置されており、それらの幅は同じであることが好ましい。図示した形態とは異なり、凹部５２４はスライド板５２を厚さ方向に貫通していてもよい。
【００９０】
帯電部５４は、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、スライド板５２の下面における凸部５２３の上を覆うように、帯状に形成されている。対向電極５５，５６は、固定基板５３の上面において、スライド板５２の移動方向に交互に、かつその移動方向と直交する方向に帯状に形成されている。対向電極５５同士および対向電極５６同士はそれぞれ等間隔に配置されており、それらの幅は同じであることが好ましい。また、対向電極５５，５６の幅は、凸部５２３および凹部５２４の幅と同じかほぼ同じであることが好ましく、帯電部５４、対向電極５５および対向電極５６の個数も同じであることが好ましい。
【００９１】
駆動部２０は、アクチュエータ５０を駆動するための回路であり、対向電極５５，５６に電気配線を介して接続されている。駆動部２０は、電気機械変換器１のものと同様の構成を有し、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極５５，５６に印加することにより、図１７（Ｂ）および図１７（Ｃ）に示すように、スライド板５２を筐体５１内で矢印Ａ方向に往復移動させる。
【００９２】
アクチュエータ５０でも、スライド板５２の凹部５２４の側壁には、上記した回転部材１２の被覆層１９（または被覆層１９ａ〜１９ｃ）と同様の被覆層が形成される。これにより、アクチュエータ５０のスライド板５２でも、帯電部５４の帯電量が低下し難くなり、軽量化と耐湿性を両立させた信頼性の高いエレクトレットモータが実現される。
【００９３】
発電部３０およびアクチュエータ５０でも、図５（Ａ）に示したアクチュエータ１０’のように、回転部材１２またはスライド板５２の両面に帯電部を形成し、回転部材１２またはスライド板５２の両面に対向電極付きの固定基板を対向させてもよい。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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