JP2011078198A - 静電誘導型発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の高い静電誘導型発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の静電誘導型発電装置は、本発明の請求項１に係る発明の静電誘導型発電装置は、両端に移動規制部が設けられている、絶縁物質にて形成される筒状の管状部材と、前記管状部材内部に往復移動可能に設けられた筒状の可動部材であって、少なくとも一部が固形状金属からなり、往復移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられている可動部材と、前記管状部材の軸線と平行に設けられ、前記可動部材の貫通孔に挿通された棒状の中心金属部材と、前記管状部材の内面又は外面に設けられている筒状電極とを備え、前記可動部材の外周の一部、または前記筒状電極の一部のいずれかにエレクトレット部が形成されており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記筒状電極または前記可動部材の表面積が変化することが可能な長さを、前記管状部材が有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エレクトレットを利用した静電誘導型発電装置に関する。

従来、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置として、構造が比較的簡単でありながらエネルギー変換効率が高い、エレクトレットを用いた静電誘導型の発電装置が提案されている。

特許文献１で示されているエレクトレット膜を備えた静電誘導型変換素子は、可動電極と、固定電極と、固定電極に形成されたフッ素系樹脂材料等からなる電荷保持材料であるエレクトレット膜とによって構成されている。この静電誘導型変換素子は、可動電極を振動させることで、エレクトレット膜に帯電された電荷により可動電極に誘導される電荷量を変化させて、可動電極の運動エネルギーを電圧変化として得ることができる。つまり運動エネルギーを電気エネルギーに変換することで発電するように構成されている。しかしながら、この静電誘導型変換素子は可動電極部を振動させるため、可動電極部に接続されている電気配線の信頼性が低くなってしまうことが問題であった。

そこで、特許文献２及び特許文献３では、エレクトレットを設けた電極と、対向する電極との間に設けた固体誘電体や流体を可動物として、電極間領域と電極間外領域との間を行き来させることで、電極間の電気容量を変化させ、その電気容量変化分を出力するように構成している。特許文献３で提案されている流体とは、液体、液体金属、蒸気、誘電体ビード、金属ビード、もしくはそれらの混合物である。

特開２００６−１８０４５０号公報 特表２００５−５２９５７４号公報 特表２００８−５０７２５０号公報

しかしながら、特許文献２及び特許文献３で示される固体誘電体や流体の移動に起因する容量変化による発電装置では、以下のような問題があり、信頼性が低く、また得られる可動物の運動エネルギーが低いため、電極間の電気容量の変化が生じにくく、電気エネルギーの発電の効率がよくなかった。
１．液体（金属）、蒸気からなる流体では、液体あるいは蒸気であるが故に封止技術が重要となり、振動発電する時の動作信頼性が低い。また、外部振動からの力の伝達効率が低く得られる移動速度が低いため、得られる運動エネルギーも低い。また、特許文献３では、液体金属を用いる場合に水銀が好適とされているが、水銀は人体への悪影響が懸念されるため、実際に使用することは困難である。
２．誘電体ビード、もしくは金属ビードからなる流体では、ビード群の移動の際に、互いの接触によって破損が生じるために形状が変化してしまい、長期使用において一定した出力が得られない。また、ビード群流体は移動の際に地球重力の影響を強く受けるため、例えば、移動方向を重力に対して垂直とした場合、エレクトレットと電極との間にビード群が高密度に満たされる状態と満たされていない状態とを繰り返し生じさせることは困難であり、その結果、電気容量の大きな変化は得られない。
３．固体誘電体では、振動による衝撃により割れ、欠け等が起こりやすく、長期使用では安定した出力が得られない。また、一般的に質量が小さいため、得られる運動エネルギーは低い。

本発明は、上述した課題を解決した、信頼性が高く、発電の効率が良い静電誘導型発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明の静電誘導型発電装置は、絶縁物質にて形成される筒状の管状部材と、前記管状部材の両端に設けられている移動規制部と、前記管状部材内部に往復移動可能に設けられた筒状の可動部材であって、少なくとも一部が固形状金属からなり、往復移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられている可動部材と、前記管状部材の軸線と平行に設けられ、前記可動部材の貫通孔に挿通された棒状の中心金属部材と、前記管状部材に設けられている筒状電極とを備え、前記可動部材の外周の一部、または前記筒状電極の一部のいずれかにエレクトレット部が形成されており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記筒状電極または前記可動部材の表面積が変化することが可能な長さを、前記管状部材が有することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記可動部材と前記中心金属部材とが、前記貫通孔において接触するように配設されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至２に記載の発明の構成に加え、前記可動部材は、固形状金属と絶縁体とが移動方向に交互に積層されることによって構成され、そのうち少なくとも２層が前記固形状金属であり、前記筒状電極の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至２に記載の発明の構成に加え、前記筒状電極は、固形状金属と絶縁体とが前記可動部材の運動方向に交互に形成されることによって構成され、そのうち少なくとも２箇所が前記固形状金属であり、前記可動部材の外周の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至４に記載の発明の構成に加え、前記移動規制部の内面側には、弾力性のある緩衝体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至５に記載の発明の構成に加え、前記管状部材と前記可動部材とは、同じ断面形状であることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至６の記載の発明の構成に加え、前記可動部材には、前記中心配線金属が挿通された貫通孔以外にも、往復移動する方向に延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る発明の静電誘導型発電装置は、絶縁物質にて形成される筒状の管状部材と、前記管状部材の両端に設けられている移動規制部と、前記管状部材内部に往復移動可能に設けられた筒状の可動部材であって、少なくとも一部が固形状金属からなり、往復移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられている可動部材と、前記管状部材の軸線と平行に設けられ、前記可動部材の貫通孔に挿通された棒状の中心金属部材と、前記管状部材に設けられている筒状電極とを備え、前記可動部材の外周の一部、または前記筒状電極の一部のいずれかにエレクトレット部が形成されており、前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記筒状電極または前記可動部材の表面積が変化することが可能な長さを、前記管状部材が有する。本発明は可動部材が固形状金属であり、前記可動部材に設けられた貫通孔に棒状の中心金属部材が挿通されているため、高い運動エネルギーが得られ、耐久性に富んだ静電誘導型発電装置を安価に得ることができる。

請求項２に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１に記載の発明の効果に加え、前記可動部材と前記中心金属部材とが、前記貫通孔において接触するように配設されていることにより、筒状電極と中心金属部材との間の電気容量の変化をより大きくすることが可能となり、より効率よく電気エネルギーの発電を行うことが可能となる。

請求項３に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至２に記載の発明の効果に加え、前記可動部材は、固形状金属と絶縁体とが移動方向に交互に積層されることによって構成され、そのうち少なくとも２層が前記固形状金属であり、前記筒状電極の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることにより、可動部材の小さな動きで複数箇所にて同時に電気容量変化が発生するため、発電効率を向上させることができる。

請求項４に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至２に記載の発明の効果に加え、前記筒状電極は、固形状金属と絶縁体とが前記可動部材の運動方向に交互に形成されることによって構成され、そのうち少なくとも２箇所が前記固形状金属であり、前記可動部材の外周の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることにより、可動部材の小さな動きで複数箇所にて同時に電気容量変化が発生するため、発電効率を向上させることができる。

請求項５に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至４に記載の発明の効果に加え、前記移動規制部の内面側に、弾力性のある緩衝体が設けられていることにより、可動部材である固形状金属の破損を防止することができる。

請求項６に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至５に記載の発明の効果に加え、前記管状部材と前記可動部材とが、同じ断面形状であることにより、管状部材上に形成されている筒状電極と可動部材との間の距離をより短くすることが可能となり、より発電効率を上げることができる。

請求項７に係る発明の静電誘導型発電装置は、請求項１乃至６に記載の発明の効果に加え、前記可動部材には、前記中心配線金属が挿通された貫通孔以外にも、往復移動する方向に延びる貫通孔が設けられていることにより、中心金属部材が挿通されていない貫通孔が通気口となり、移動による空気の抵抗を減少できるため、高い運動エネルギーが得られる。上述してきたように高い運動エネルギーが得られることで、より効率よく電気エネルギーが得られる静電誘導型発電装置を得ることができる。

第１実施形態の静電誘導型発電装置の縦断正面図である。 図１に示す第１実施形態の静電誘導型発電装置のＡ−Ａ’線における矢視方向断面図である。 第２実施形態の静電誘導型発電装置の縦断正面図である。 図３に示す第２実施形態の静電誘導型発電装置のＢ−Ｂ’線における矢視方向断面図である。 第３実施形態の静電誘導型発電装置の縦断正面図である。 図５に示す第３実施形態の静電誘導型発電装置のＣ−Ｃ’線における矢視方向断面図である。 第４実施形態の静電誘導型発電装置の縦断正面図である。 図７に示す第４実施形態の静電誘導型発電装置のＤ−Ｄ’線における矢視方向断面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態の静電誘導型発電装置１の縦断正面図である。図２は、図１に示す第１実施形態の静電誘導型発電装置のＡ−Ａ’線における矢視方向断面図である。

静電誘導型発電装置１は、図１乃至図２に示す通り、管状部材２と、管状部材２の外面に設けられて、その一部にエレクトレット部７が形成されている筒状電極３と、管状部材２内部の空間２ａ内に、管状部材２の軸線と平行に延びるよう配設されている棒状電極５と、棒状電極５が挿通される貫通孔を有し、棒状電極５上を長手方向に往復移動することのできる可動部材９とから構成されている。なお、棒状電極５が、本発明の中心金属部材に相当する。

管状部材２は、アクリル樹脂からなる円筒形状であり、その内部には空間２ａが管状部材２の長手方向端部が開放されて設けられている。管状部材２の長さは、その内部の空間２ａにおいて可動部材９が移動した際に、その表面にエレクトレット部７が設けられている筒状電極３と面している可動部材９の表面積が変化することが可能な長さである。管状部材２の長手方向の開放端部２ｂ、２ｃには、移動規制部１２ｂ、１２ｃが管状部材２に接着されて設けられている。移動規制部１２ｂ、１２ｃは、空間２ａから可動部材９が出ないように、開放端部２ｂ、２ｃを塞ぐように設けられている。図１、図２の例では、移動規制部１２ｂ、１２ｃとして平板状の部材が設けられており、空間２ａは完全に密閉されている。移動規制部１２ｂ、１２ｃはアクリル樹脂にて構成されている。

なお、本実施形態では、管状部材２は円筒形状にて例示したが、この形状には限定されず、例えば、楕円筒形状、四角筒等その他の多角筒形状であってもよい。また、開放端部２ｂ、２ｃは移動規制部１２ｂ、１２ｃにて完全密閉するとしたが、可動部材９が空間２ａから出ないように移動を規制できれば必ずしも完全に密閉する必要はなく、例えば格子状のものであってもよい。

棒状電極５は、低抵抗ステンレスによって形成された円柱形状をしており、その両端は、移動規制部１２ｂ、１２ｃの中心点に固定されている。棒状電極５は、移動規制部１２ｃに形成されている図示しない孔を通して管状部材２の外部に延出している配線２０と接続されている。棒状電極５の材質は、低抵抗ステンレス板以外では、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ等の金属でも、樹脂等の絶縁性基材に上述した金属の薄膜を形成したものでもよい。なお、棒状電極５の形状は円柱形状には限定されず、楕円柱形状、多角柱形状であってもよい。

移動規制部１２ｂ、１２ｃの内面には、略円柱形状でその中心部に孔が設けられている緩衝体１７ｂ、１７ｃが、移動規制部１２ｂ、１２ｃに接着され、孔に棒状電極５が挿通されて設けられている。緩衝体１７ｂ、１７ｃは、弾力性のある物質により形成されており、その材質の例としては、イソプレンゴム、ニトリルゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。

筒状電極３は、管状部材２の中央付近の外周に一様に形成され、筒状形状をなすように設けられている。本実施例では、筒状電極３はＡｌフィルムにて形成されている。筒状電極３の材質は、Ａｌフィルム以外では、樹脂等の絶縁性基材にＴｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等の金属の薄膜を形成したものでもよい。

エレクトレット部７は、筒状電極３の内面側に一様に形成されている。本実施例では、エレクトレット部７はフッ素系樹脂の膜として形成されている。このエレクトレット部７は、筒状電極３を形成している低抵抗ステンレスに対し、ディップ法にてフッ素系樹脂膜を塗布した後、熱処理して膜形成し、この膜に対しコロナ放電により電子が注入されている。エレクトレット部７は、約−１００〜−２０００Ｖの電位に調整されている。

なお、筒状電極３及びエレクトレット部７は、管状部材２の外面に、絶縁性テープ１３にて固定されている。この絶縁性テープ１３には図示しない孔が設けられており、その孔を通して、筒状電極３に配線２０が接続されている。

可動部材９は、低抵抗ステンレスからなる固形状金属によって形成された円柱である。可動部材は、管状部材２内の空間２ａに対して、断面方向の大きさをほぼ同じに形成されており、空間２ａの長手方向にのみ自在に移動する。

なお、可動部材９の形状は円柱にて例示したが、この形状には限定されない。ただし、この場合も管状部材２内部の空間２ａと同じ断面形状を有することが望ましい。

また、可動部材９の左右両側面の中心を結ぶ線上には、移動方向に延びる貫通孔１５が設けられている。貫通孔１５は円形の断面形状をなし、その大きさは、棒状電極５とほぼ同じである。貫通孔１５には棒状電極５が可動部材９に接触するように挿通されている。

なお、貫通孔の断面形状も円形には限定されないが、棒状電極５と同じ断面形状であることが望ましい。

次に、本実施形態の静電誘導型発電装置１の動作を説明する。まず、本実施形態の静電誘導型発電装置１を管状部材２の長手方向に振動させる。振動させたことにより静電誘導型発電装置１に加えられた力は、可動部材９の運動エネルギーとして伝達される。可動部材９は、加えられた力と管状部材２との摩擦力、気体からの抵抗力などから得られる総合的な力によって与えられる速度で、空間２ａ内を長手方向に往復移動し、筒状電極３の内側の空間に出入りする。筒状電極３と棒状電極５との間の空間には、エレクトレット部７の帯電による電場が形成されている。可動部材９がこの電場に進入し、エレクトレット部７に面する可動部材９の面積が増大した際には、電極間の電気容量が増加する。更に可動部材９が移動して、上述した電場から抜出し、エレクトレット部７に面する可動部材９の面積が減少すると、電極間の電気容量が減少する。静電誘導型発電装置１を振動させることにより、可動部材９が筒状電極３の内側の空間への出入りを繰り返し、そのことで、筒状電極３と棒状電極５の間に形成されている電場の電気容量は上昇と降下を繰り返し、交番電流を得ることができる。よって、筒状電極３及び棒状電極５を外部負荷（配線２０）に結線することで、電気エネルギーを取り出すことができる。

本実施例の静電誘導型発電装置１は、上述した通り、筒状電極３と棒状電極５に設けられたエレクトレット部７との間の空間に可動部材９を移動させることによって生じる電場の容量変化を発電の出力に利用しているため、可動部材９に配線を結線する必要がないので、配線部が移動することがなく、よって高い信頼性が得られる。

また、本実施例の静電誘導型発電装置１は、可動部材９が固形状金属で形成されている。流体と比較して外部の力の伝達効率が良いため、移動速度が高くなり、得られる電気エネルギーの変換元になる運動エネルギーが高い。さらに発電のための容量変化に固形状金属からなる可動部材の移動を利用するため、流体や固形状誘電体可動部材と比較して、大きな電気容量の変化が得られる。また、固形状の金属は一般に良好な延性・展性を示すため、固形状の誘電体と比較して、振動衝撃による割れ・欠けに対する耐性が高く、耐久性に優れている。さらに、液体、液体金属、蒸気を可動部材に使用する場合と比べ、高度な封止技術を必要としないため、安価に発電装置を得ることができる。

さらに可動部材９が貫通孔１５を備え、貫通孔１５に棒状電極５が接触するように挿通されていることにより、可動部材９の管状部材２内部での移動が安定して行うことできるため、可動部材９と管状部材２との接触が防止され、損傷により発電が不可能になったり発電効率が低下したりすることを防止できる。

また、本実施例の静電誘導型発電装置１は、可動部材９は棒状電極５と接触しているため、可動部材９は棒状電極５と同電位である。また、可動部材９の断面形状が管状部材２と同じであることから、可動部材９を筒状電極３及びエレクトレット部７に一層近付けることが可能となる。エレクトレット部７と可動部材９との間の距離が近ければ近い程、電極間の電気容量は増大する。そのため、可動部材９がエレクトレット部７の帯電による電場外から電場内へ進入した際の、電極間の電気容量の変化量をより大きくすることが可能となり、より発電効率を高めることができる。

また、本実施例の静電誘導型発電装置１は、管状部材２の両端部に弾力性のある緩衝体１７ｂ、１７ｃが設けられていることにより、可動部材９と移動規制部１２ｂ、１２ｃの接触による破損を防止することができる。

なお、管状部材２内の空間２ａの長手方向の長さ、特に緩衝体１７ｂ、１７ｃの端面から筒状電極３の端部までの長さは、可動部材９と同じ、もしくはやや大きく設定することが好ましい。この場合、筒状電極３と棒状電極５との間の空間の電場の変化量が最大となり、最も効率よく発電を行うことが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図３は第２実施形態の静電誘導型発電装置の縦断面図である。図４は図３に示す第２実施形態の静電誘導型発電装置のＢ−Ｂ’線における矢視方向断面図である。

第２の実施形態の静電誘導型発電装置１００は、図３乃至図４に示す通り、管状部材２と、管状部材２の外面に設けられて、その一部にエレクトレット部１０７が形成されている筒状電極３と、管状部材２内部の空間２ａ内に、管状部材２の軸線と平行に延びるよう配設されている棒状電極５と、棒状電極５が挿通される貫通孔を有し、棒状電極５上を長手方向に往復移動することのできる可動部材１０９とから構成されている。第１実施形態の静電誘導型発電装置１と比べ、エレクトレット部１０７及び可動部材１０９の構成が異なっている。以降の説明は、第１実施形態と異なる点についてのみ行い、第１実施形態と同様の点については、同様の符号を付し、説明を省略する。

エレクトレット部１０７は、筒状電極３の内面側に形成されている。エレクトレット部１０７は、帯状のエレクトレット１１７を、管状部材２の長手方向に間隔をおいて３箇所設けて形成される。材質、形成方法は第１実施形態のエレクトレット部７と同一であるため、記載を省略する。

可動部材１０９は、第１実施形態の可動部材９を移動方向に分断した形状である固形状金属部１１９と、同様の形状かつ同様の大きさの絶縁体からなる絶縁部１２９とを移動方向に交互に積層させることで形成される。本実施例では、積層数は固形状金属部１１９が３層、絶縁部１２９が２層であり、可動部材１０９の移動方向（長手方向）の全長は第１実施形態の可動部材９と同様である。絶縁体１２９にはアクリル樹脂を用いた。

また、可動部材１０９の左右両側面の中心を結ぶ線上には、移動方向に延びる貫通孔１１５が、第１実施形態の貫通孔１５と同様に設けられており、棒状電極５が挿通されている。

本実施例の静電誘導型発電装置１００の動作は、第１実施形態と同様である。ただし、可動部材１０９の移動方向に固形状金属部１１９と絶縁部１２９とが交互に積層され、かつエレクトレット部１０７が少なくとも２つのエレクトレット１１７が、管状部材２の長手方向に間隔をおいて設けられていることにより、筒状電極３と棒状電極５との間に複数の電場が形成され、そこに複数の固形状金属が出入りすることが可能になる。そのことにより、可動部材の小さな動きで複数箇所にて同時に電気容量変化が発生するため、発電効率を向上させることができる。よって、第一の実施形態と異なり、管状部材２内の空間２ａの長手方向の長さの中で緩衝体１７ｂ、１７ｃの端面から筒状電極３の端部までの長さを、可動部材１０９よりも小さく設定することも可能である。また、可動物が金属と樹脂の積層なので振動による衝撃耐性も高く、信頼性の高い発電装置となる。

なお、エレクトレット部１０７を形成する３箇所のエレクトレット１１７の幅及び間隔と、可動部材１０９を形成する３つの固形状金属１１９の幅（厚さ）及び間隔とが同じであると、複数箇所での電気容量変化が同期して発生し、より効率のよい発電ができるため、より望ましい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図５は第３実施形態の静電誘導型発電装置の縦断面図である。図６は図５に示す第３実施形態の静電誘導型発電装置のＣ−Ｃ’線における矢視方向断面図である。

第３の実施形態の静電誘導型発電装置２００は、図５乃至図６に示す通り、管状部材２と、管状部材２の外面に設けられている筒状電極２０３と、管状部材２内部の空間２ａ内に、管状部材２の軸線と平行に延びるよう配設されている棒状電極５と、棒状電極５が挿通される貫通孔を有し、棒状電極５上を長手方向に往復移動することができ、表面の一部にエレクトレット部２０７が設けられている可動部材２０９とから構成されている。第１実施形態の静電誘導型発電装置１と比べ、筒状電極２０３、エレクトレット部２０７及び可動部材２０９の構成が異なっている。以降の説明は、第１実施形態と異なる点についてのみ行い、第１実施形態と同様の点については、同様の符号を付し、説明を省略する。

筒状電極２０３は、第１実施形態の筒状電極３を、管状部材２の長手方向に分断した形状である電極部２１３と、同様の形状かつ同様の大きさの絶縁体からなる絶縁部２２３とを、長手方向に交互に配設することで形成される。本実施例では、配設数は電極部２１３が３つ、絶縁部２２３が２つである。絶縁部２２３にはアクリル樹脂を用いた。また、筒状電極２０３は絶縁テープ１３によって管状部材２の表面に固定されている。この絶縁テープ１３には図示しない孔が形成されており、この孔を通して、各電極部２１３が配線２０に接続されている。

管状部材２の長さは、その内部の空間２ａにおいて可動部材２０９が移動した際に、可動部材２０９の表面に設けられているエレクトレット部２０７と面している、筒状電極２０３に設けられている電極部２１３の表面積が変化することが可能な長さである。

可動部材２０９は、低抵抗ステンレスからなる固形状金属によって形成された円柱である。可動部材２０９は管状部材２内の空間２ａに対して、断面方向の大きさをほぼ同じに形成されており、空間２ａの長手方向にのみ自在に移動する。

なお、可動部材２０９の形状は円柱にて例示したが、この形状には限定されない。ただし、この場合も管状部材２内部の空間２ａと同じ断面形状を有することが望ましい。

また、可動部材２０９の左右両側面の中心を結ぶ線上には、移動方向に延びる貫通孔２１５が、第１実施形態の貫通孔１５と同様に設けられており、棒状電極５が挿通されている。

可動部材２０９の外周には、３つのエレクトレット２１７からなるエレクトレット部２０７が設けられている。エレクトレット２１７は、帯状形状で、可動部材２０９の外周に巻回されて形成されている。エレクトレット部２０７は、エレクトレット２１７が、可動部材２０９の移動方向に間隔をおいて３つ形成されて設けられる。材質、形成方法は第１実施形態のエレクトレット部７と同一であるため、記載を省略する。

本実施例の静電誘導型発電装置２００の動作は、第１実施形態、第２実施形態と同様である。ただし、筒状電極２０３が、金属部２１３と絶縁部１２９とが交互に形成され、かつ可動部材２０９の外周に設けられているエレクトレット部２０７が、少なくとも２つのエレクトレット２１７が、可動部材２０９の移動方向に間隔をおいて設けられていることにより、筒状電極２０３と棒状電極５との間の空間に、エレクトレットが頻繁に出入りすることで、筒状電極２０３とエレクトレット２１７との間で電気容量変化が頻繁に発生する。よって、発電効率を向上させることができる。また、可動部材２０９に設けられている貫通孔２１５に棒状電極５が挿通されていることにより、可動部材２０９の移動が安定するため、管状部材２と可動部材２０９とが不用意に接触せず、可動部材２０９の外周に設けられているエレクトレット部２０７が損傷することがないため、長期にわたって安定して発電を行うことができる。

なお、エレクトレット部２０７を形成する３箇所のエレクトレット２１７の幅及び間隔と、筒状電極２０３を形成する３箇所の電極部２１３の幅及び間隔とが同じであると、複数箇所での電気容量変化が同期して発生し、より効率のよい発電ができるため、より望ましい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態の静電誘導型発電装置について、図面を参照して説明する。図７は第４実施形態の静電誘導型発電装置の縦断面図である。図８は図７に示す第４実施形態の静電誘導型発電装置のＤ−Ｄ’線における矢視方向断面図である。

第４の実施形態の静電誘導型発電装置３００は、図７乃至図８に示す通り、管状部材２と、管状部材２の外面に設けられて、その一部にエレクトレット部７が形成されている筒状電極３と、管状部材２内部の空間２ａ内に、管状部材２の軸線と平行に延びるよう配設されている棒状電極５と、棒状電極５が挿通される貫通孔を有し、棒状電極５上を長手方向に往復移動することができる可動部材３０９と、から構成されている。第１実施形態の静電誘導型発電装置１と比べ、可動部材３０９の構成が異なっている。以降の説明は、第１実施形態と異なる点についてのみ行い、第１実施形態と同様の点については、同様の符号を付し、説明を省略する。

可動部材３０９は、低抵抗ステンレスからなる固形状金属によって形成された円柱である。可動部材は、管状部材２内の空間２ａに対して、断面方向の大きさをほぼ同じに形成されており、空間２ａの長手方向にのみ自在に移動する。

可動部材３０９の左右両側面の中心を結ぶ線上には、移動方向に延びる貫通孔３１５が、第１実施形態の貫通孔１５と同様に設けられている。貫通孔３１５は円形の断面形状をなし、その断面の大きさは、棒状電極５とほぼ同じである。貫通孔３１５には棒状電極５が可動部材３０９に接触するように挿通されている。

また、可動部材３０９には、貫通孔３１５とは別に、移動方向に延びる第２の貫通孔３１９が２つ設けられている。第２の貫通孔３１９は円形の断面形状をなしている。

なお、貫通孔３１５、３１９の断面形状は円形に限定されず、楕円形、四角形等の多角形でもよい。ただし、貫通孔３１５の断面形状は、棒状電極５と同じ断面形状であることが望ましい。また、第２の貫通孔３１９の個数は２個に限定されず、１個でも、３個以上でもよい。

本実施例の静電誘導型発電装置３００の動作は、第１実施形態と同様である。ただし、可動部材３０９に棒状電極５が挿通されていない第２の貫通孔３１９が設けられていることにより、第２の貫通孔３１９が通気口になり、移動による空気の抵抗を減少することができるため、高い速度が得られ、得られる電気エネルギーの変換元になる運動エネルギーが高くなる。これは本実施例のように可動部材３０９が管状部材２のような閉じた空間にある場合には特に有効である。

なお、本発明は、詳述した実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えてもよい。例えば、筒状電極３は管状部材２の内面ではなく、管状部材２の外面や内部に形成されていてもよい。この場合でも可動部材９、１０９、２０９、３０９が移動することにより、電極間の電気容量は変化し、電気エネルギーを取り出すことが可能である。

１ 静電誘導型発電装置
２ 管状部材
３ 筒状電極
５ 棒状電極
７ エレクトレット部
９ 可動部材
１２ｂ、１２ｃ 移動規制部
１７ｂ、１７ｃ 緩衝体
１５、１１５、２１５、３１５ 貫通孔
１００ 第２実施形態の静電誘導型発電装置
１０７ エレクトレット部
１０９ 可動部材
１１７ エレクトレット
１１９ 固形状金属部
１２９ 絶縁部
２００ 第３実施形態の静電誘導型発電装置
２０３ 筒状電極
２０７ エレクトレット部
２０９ 可動部材
２１３ 電極部
２１９ 可動部材
２２３ 絶縁部
３００ 第４実施形態の静電誘導型発電装置
３０９ 可動部材

Claims (7)

1. 絶縁物質にて形成される筒状の管状部材と、
   前記管状部材の両端に設けられている移動規制部と、
   前記管状部材内部に往復移動可能に設けられた筒状の可動部材であって、少なくとも一部が固形状金属からなり、往復移動する方向と同一方向に延びる貫通孔が設けられている可動部材と、
   前記管状部材の軸線と平行に設けられ、前記可動部材の貫通孔に挿通された棒状の中心金属部材と、
   前記管状部材に設けられている筒状電極とを備え、
   前記可動部材の外周の一部、または前記筒状電極の一部のいずれかにエレクトレット部が形成されており、
   前記可動部材の移動によって前記エレクトレット部と面している前記筒状電極または前記可動部材の表面積が変化することが可能な長さを、前記管状部材が有することを特徴とする静電誘導型発電装置。
2. 前記可動部材と前記中心金属部材とが、前記貫通孔において接触するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の静電誘導型発電装置。
3. 前記可動部材は、固形状金属と絶縁体とが移動方向に交互に積層されることによって構成され、そのうち少なくとも２層が前記固形状金属であり、
   前記筒状電極の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の静電誘導型発電装置。
4. 前記筒状電極は、固形状金属と絶縁体とが前記可動部材の運動方向に交互に形成されることによって構成され、そのうち少なくとも２箇所が前記固形状金属であり、
   前記可動部材の外周の一部に形成されている前記エレクトレット部は、エレクトレットが形成されている箇所と形成されていない箇所が交互に形成され、そのうち少なくとも２箇所はエレクトレットが形成されていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の静電誘導型発電装置。
5. 前記移動規制部の内面側には、弾力性のある緩衝体が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の静電誘導型発電装置。
6. 前記管状部材と前記可動部材とは、同じ断面形状であることを特徴とする請求項１乃至５に記載の静電誘導型発電装置。
7. 前記可動部材には、前記中心配線金属が挿通された貫通孔以外にも、往復移動する方向に延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６に記載の静電誘導型発電装置。