特許 6032006 振動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6032006

(24)【登録日】2016年11月4日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/00 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   H02N1/00

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-288169(P2012-288169)

(22)【出願日】2012年12月28日

(65)【公開番号】特開2014-131418(P2014-131418A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2014年12月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085006

【弁理士】

【氏名又は名称】世良 和信

(74)【代理人】

【識別番号】100106622

【弁理士】

【氏名又は名称】和久田 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100125357

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 剛

(72)【発明者】

【氏名】生田 雅代

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１００４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０９７８０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２６６９１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部振動によって、複数のエレクトレットからなるエレクトレット群と複数の電極からなる電極群が、相対移動方向に変位することで振動発電を行う振動発電装置であって、
前記エレクトレット群と前記電極群を収容する筐体部と、
前記筐体部の底面側に固定される固定部材であって、前記エレクトレット群と前記電極群のうち一方が、固定部材側発電要素として設けられた固定部材と、
前記筐体部の側面の内壁面との間に配置された複数の支持用鋼球によって、前記固定部材に対して対向した状態を保ったまま、外部振動により相対移動が可能となるように前記筐体部内に収容される可動部材であって、前記エレクトレット群と前記電極群のうち他方が、可動部材側発電要素として設けられた可動部材と、
前記固定部材上を摺動可能となるように配置され、且つ前記固定部材側発電要素と前記可動部材側発電要素との間の間隙を規定するように、前記固定部材と前記可動部材との間に直接介在し、該固定部材に対して該可動部材を相対移動可能に支持する、複数の支持部材と、を備え、
前記固定部材は、
前記固定部材側発電要素を含む発電基板と、
前記固定部材と前記可動部材の対向方向において前記発電基板の該可動部材とは反対側に積層され、且つ前記複数の支持部材が摺動する摺動面が、共通する基板表面上に形成される摺動基板と、
を有し、
前記複数の支持部材は、前記可動部材側では、前記可動部材側発電要素を含む基板の共通する表面上で摺動する、
振動発電装置。

【請求項2】

前記複数の支持部材の摺動面は、前記発電基板を挟んだ前記摺動基板の両側の基板表面に、前記可動部材の前記固定部材に対する相対移動方向に延在するように形成される、
請求項１に記載の振動発電装置。

【請求項3】

前記固定部材は、前記筐体部に設けられた筐体部側接触面に接触した状態で固定され、
前記筐体部側接触面に接触する該固定部材側の接触面である固定部材側接触面は、前記複数の支持部材の摺動面とは重ならない前記摺動基板の基板表面の一部に形成される、
請求項１又は請求項２に記載の振動発電装置。

【請求項4】

前記発電基板と、前記摺動基板は、ガラス材料からなる基板である、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の振動発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外部振動により発電を行う振動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

昨今の省エネルギーの流れから、化石燃料等に依存しない日常的に存在する環境エネルギーが注目されている。環境エネルギーとして太陽光や風力等による発電エネルギーは広く知られているが、これらに劣らないエネルギー密度を有する環境エネルギーとして、日常周囲に存在する振動エネルギーを挙げることができる。

【0003】

そして、この振動エネルギーを利用して発電を行う振動発電装置が開発されており、その発電装置には電荷を半永久的に保持できるエレクトレットが広く利用されている。このようにエレクトレットを利用して振動発電を行う場合、そのエレクトレットと電極とのギャップを、発電効率が良好となる所定距離に維持することが求められる。そこで、特許文献１に示すように、エレクトレットが設けられた基板と電極が設けられた基板を対向させる構造において、一方の基板を支持する支持部材と他方の基板を支持する支持部材との間にギャップを調整するための調整部材を配置する技術が開示されている。

【0004】

また、エレクトレットと電極とのギャップを維持する構成として、特許文献２に示すように、可動部材と固定部材の相対移動により発電を行う振動発電装置の筐体に、固定部材を装着するための第一基準面と、可動部材を支持するための摺動可能な鋼球を位置決めする第二基準面とを設け、第一基準面を介した固定部材の固定と、第二基準面および鋼球を介した可動部材の配置により、可動部材を構成する基板の厚み誤差に影響されにくいギャップ形成技術が開示されている。また、電荷による斥力を利用して、可動部材と固定部材とのギャップが狭まるのを抑制する技術が、特許文献３に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−１４８１２４号公報

【特許文献2】国際公開第２０１１／０８６８３０号パンフレット

【特許文献3】特開２００８−２７８６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

エレクトレットを使用した振動発電装置においては、上記の通り、そのエレクトレットと電極とのギャップの大きさが、発電効率に大きく影響してくる。そのため、振動発電装置の組み立てにあたり、当該ギャップを発電効率が良好な状態となる距離に調整するとともに、その距離を維持することが重要と考えられる。ここで、上述した特許文献１に係る従来技術では、調整部材を介して調整を行う必要があるため、当該ギャップを適切な大きさに調整するのは容易ではない。

【0007】

また、上述した特許文献２に係る従来技術は、発電振動素子の筐体に、ギャップ形成のための二つの基準面を設置するものである。しかし、可動部材を支持する鋼球の摺動面、すなわち当該二つの基準面のうちの一つである第二基準面については、筐体の一部が該第二基準面として機能し、且つ筐体の構成によって鋼球が摺動する溝部が形成されている。そのため、筐体の歪みや寸法精度が、第二基準面に影響しやすく、以て、エレクトレットと電極とのギャップを好適に形成するのが難しい場合がある。一般に振動発電装置の筐体としては、製造のし易さ等の観点から樹脂材料が利用される場合がある。樹脂材料は加工
や周囲温度の影響を受けて変形しやすいため、上記のような第二基準面への影響が出やすい。また、特許文献３に係る従来技術は、電荷による斥力を利用して可動部材と固定部材とのギャップが狭まるのを抑制しようとするものであって、ギャップそのものをどのように好適に形成するかについて有用な示唆を与えるものではない。

【0008】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、エレクトレットと電極とを対向させた状態で相対的に移動させることで発電を行う振動発電装置において、エレクトレットと電極とのギャップを好適に形成する技術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】

【0009】

本発明においては、上記課題を解決するために、以下の構成を採用することとした。すなわち、本発明は、外部振動によって、複数のエレクトレットからなるエレクトレット群と複数の電極からなる電極群が、相対移動方向に変位することで振動発電を行う振動発電装置であって、前記エレクトレット群と前記電極群を収容する筐体部と、前記筐体部の底面側に固定される固定部材であって、前記エレクトレット群と前記電極群のうち一方が、固定部材側発電要素として設けられた固定部材と、前記固定部材に対して対向した状態を保ったまま、外部振動により相対移動が可能となるように前記筐体部内に収容される可動部材であって、前記エレクトレット群と前記電極群のうち他方が、可動部材側発電要素として設けられた可動部材と、前記固定部材上を摺動可能となるように配置され、且つ前記固定部材側発電要素と前記可動部材側発電要素との間の間隙を規定するように、前記固定部材と前記可動部材との間に直接介在し、該固定部材に対して該可動部材を相対移動可能に支持する、複数の支持部材と、を備える。そして、前記固定部材は、前記固定部材側発電要素を含む発電基板と、前記固定部材と前記可動部材の対向方向において前記発電基板の該可動部材とは反対側に積層され、且つ前記複数の支持部材が摺動する摺動面が、共通する基板表面上に形成される摺動基板と、を有する。

【0010】

本発明に係る振動発電装置では、エレクトレット群と電極群とが相対移動方向に外部振動によって変位することで、振動発電が行われる。ここで、エレクトレット群と電極群のうち何れかが固定部材に固定部材側発電要素として配置され、他方が可動部材に可動部材側発電要素として配置される。これらの両部材は、筐体部の内部に収容されるが、固定部材が、筐体部に対して固定される一方で、可動部材は、固定部材に対して相対移動可能となるように配置されることで、上記のエレクトレット群と電極群の振動発電のための相対移動が実現される。

【0011】

ここで、可動部材と固定部材との間に複数の支持部材が直接介在して、可動部材を相対移動可能に支持している。そして、この支持部材の摺動面は、固定部材側では、該固定部材に含まれる積層された二つの基板である発電基板と摺動基板のうち、該摺動基板上に形成される。また、可動部材側の摺動面は、該可動部材の表面上に形成されることになる。したがって、可動部材に設けられている可動部材側発電要素と固定部材に設けられている固定部材側発電要素との間のギャップであって、振動発電装置の発電効率に大きな影響を及ぼすギャップ（以下、「発電ギャップ」と称する）の精度には、実用的にはばらつきを抑制しやすい、摺動基板に隣接して積層される発電基板の厚さ方向（すなわち、固定部材と可動部材の対向方向（以下、単に「対向方向」と称する）のばらつきと、摺動部材の高さ方向（すなわち、対向方向）のばらつきに加えて、対向方向において固定部材に対する可動部材の高さを決定するための基準面であって、支持部材が固定部材に接触、摺動する面（摺動面）の高さ方向の位置のばらつきが反映されることになる。

【0012】

従来技術では、上記の通り、この摺動面が筐体の一部によって形成されていたため、筐体の歪みや寸法精度の影響を受けて、基準面がばらつきやすかった。しかし、本発明に係る振動発電装置においては、上記の通り、複数の支持部材の摺動面は、共通する摺動基板
の基板表面上に形成されている。このことは、対向方向において該固定部材に対して該可動部材を位置決めするための基準面を、複数の支持部材において共通化することを意味し、これにより支持部材間の対向方向における基準面位置のばらつきを可及的に排除することが可能となる。この結果、発電ギャップの調整が容易となり、また、安定的に発電ギャップを好適な大きさに維持することが可能となる。

【0013】

なお、実用的には、上記基準面の共通化が行われても、摺動基板の基板表面自体の歪み（平たん度のばらつき）が、基準面のばらつきとして存在することになる。そこで、摺動基板の基板表面の平たん度を可及的に向上した上で、複数の支持部材のための摺動面を、当該基板表面上に形成するのが好ましい。そして、摺動基板の材料の観点に立てば、その平たん度を向上させるためにガラス部材により当該摺動基板を製造するのが好ましい。

【0014】

更に、実用的には、発電基板と摺動基板との間には、両基板を積層、固定するために接着剤等で固定される場合がある。このような場合、発電ギャップの精度には、接着剤層の厚さのばらつきも反映されることになる。そして、接着剤によって両基板が固定される場合には、発電基板と摺動基板の材料が異なると熱応力による歪みが顕著になる可能性があるため、発電基板と摺動基板の材料は、同質の材料である方が好ましく、例えば、ガラス材料やセラミック材料等が採用できる。

【0015】

ここで、上記の振動発電装置において、前記複数の支持部材の摺動面は、前記発電基板を挟んだ前記摺動基板の両側の基板表面に、前記可動部材の前記固定部材に対する相対移動方向に延在するように形成されてもよい。摺動面をこのように構成することで、複数の支持部材によって、可動部材を安定して支持することが可能となる。

【0016】

また、上述までの振動発電装置において、前記固定部材は、前記筐体部に設けられた筐体部側接触面に接触した状態で固定され、前記筐体部側接触面に接触する該固定部材側の接触面である固定部材側接触面は、前記複数の支持部材の摺動面とは重ならない前記摺動基板の基板表面の一部に形成されてもよい。すなわち、固定部材は、筐体部側接触面に接触することで、筐体に対する固定部材が位置決めされることになる。ただし、このとき筐体部は、発電基板ではなく摺動基板上の部位だって摺動面とは重ならない部位（固定部材側接触面）に接触するため、固定部材の固定時に固定部材側発電要素にいたずらな外力が掛かってしまうことを回避でき、発電ギャップの好適な形成、維持が保たれることになる。

【0017】

なお、上述までの振動発電装置において、支持部材は、回転することで可動部材を相対移動可能に支持する鋼球であってもよく、この場合、支持部材による摩擦力を軽減でき、より効率的な振動発電が期待できる。また、当該鋼球に代えて、支持部材として、摺動面上をスライドするように移動することで可動部材を相対移動可能に支持するスライド部材を採用することもできる。

【発明の効果】

【0018】

エレクトレットと電極とを対向させた状態で相対的に移動させることで発電を行う振動発電装置において、エレクトレットと電極とのギャップを好適に形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明に係る振動発電装置のエレクトレット群、および電極群の概略構成を示す図である。

【図2A】本発明に係る振動発電装置の上面図である。

【図2B】図２Ａに示す振動発電装置の断面図である。

【図3】本発明に係る振動発電装置の原理を説明する図である。

【図4】本発明に係る振動発電装置において、エレクトレット群と電極群との間のギャップ距離と、振動発電に関する発電量比との相関を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下に、図面を参照して、本発明の実施形態に係る振動発電装置について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本発明はこの実施の形態の構成に限定されるものではない。

【0021】

図１は、本発明に係る振動発電装置１０の概略構成、特に、外部振動による振動発電を行う可動部材１と固定部材５のそれぞれに設けられたエレクトレット群１ａおよび電極群５ａの構成を示す。なお、図１においては、エレクトレットおよび電極が並べられる方向であって、固定部材５に対する可動部材１の相対移動方向をＸ方向、可動部材１と固定部材が対向する方向をＺ方向、Ｘ方向およびＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。そして、図１は振動発電装置１０をＺＸ平面で切断したときの断面図である。

【0022】

振動発電装置１０において、可動部材１及び固定部材５は、後述する図２Ａ等に示す筐体１１の内部に収納される。可動部材１と、固定部材５は、互いに対向した状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成されており、当該相対移動を可能とする可動部材１の支持構造については後述する。また、固定部材５は筐体１１に固定されており、この点についても後述する。これに対して、可動部材１は、その両端がそれぞれバネ１４によって筺体１１につながれているため（図２等を参照）、可動部材１そのものは、外部振動によって筐体１１に固定された固定部材５に対して相対的に往復運動（振動）するように構成されている。

【0023】

なお、可動部材１と固定部材５は、互いに対向した状態で、かつ互いに平行な状態を保ったまま、つまり対向する面の間隔が一定の状態を保ったまま、相対的に移動可能に構成されている。これにより、可動部材１側のエレクトレット２の作用によって固定部材５側の一対の電極６、７に電気信号を生成することが可能となる。この電気信号の生成原理については従来技術であることから、本明細書ではその詳細な説明は割愛する。また、可動部材１と固定部材５との間の間隔を保持する構成についても後述する。

【0024】

ここで、可動部材１側の構造について説明する。可動部材１は、エレクトレット基板１ｂ上に、エレクトレット群１ａが形成されている。このエレクトレット群１ａは、可動部材１における固定部材５との対向面側に設けられ、それぞれ導電体上に形成された複数のエレクトレット２と、いずれも接地されていない複数のガード電極４を含む。そして、固定部材５に対する可動部材１の相対移動方向（Ｘ方向）に沿って、エレクトレット２とガード電極４が交互に並ぶように配置されている。この複数のエレクトレット２と複数のガード電極４はそれぞれ櫛状に形成され、それぞれのエレクトレット２と、それぞれのガード電極４が入れ子状に配置されているが、上記のとおり、図１はＺＸ断面図であるため、エレクトレット２とガード電極４が交互に配置されているように図示される。本実施形態においては、エレクトレット２はマイナスの電荷を半永久的に保持するように構成されている。

【0025】

なお、ガード電極４については、本実施形態では上記の通り接地させない構成を採用しているが、それに代えて接地させる構成を採用してもよい。ガード電極４を接地させることで、後述する第一電極６と第二電極７によって外部振動に応じた電気信号を０Ｖを中心とした安定した信号として取り出せることから、安定した外部振動の検出のためには有用である。

【0026】

次に、固定部材５側の構造について説明する。固定部材５は、電極基板５ｂ上に、電極群５ａが形成されている。この電極群５ａは、固定部材５おける可動部材１との対向面側に設けられ、一対の電極（第一電極６と第二電極７）を一組とする小電極群を複数組み含む。

【0027】

このように構成される振動発電装置１０では、外部振動による複数のエレクトレット２を有する可動部材１の固定部材５に対する相対的な位置変動に起因して、電極６、７間に当該相対的位置変動（振動）に応じた起電力が生じ、発電が行われる。そして、発電された電力は整流器１１によって整流され、振動発電装置１０の出力となる。

【実施例1】

【0028】

図２Ａ、図２Ｂに本実施例に係る振動発電装置１０の概略構成を示す。図２Ａは、振動発電装置１０の上面図（ＸＹ平面における上面図）であり、図２Ｂは、図２ＡにおけるＡ−Ａ断面図（ＺＹ平面における断面図）である。ただし、図２Ａは、筐体１１の上面１１ｃが外され、その内部が上方より可視化された状態を表している。これらの図からも分かるように、電極群５ａおよび電極基板５ｂを含む固定部材５と、エレクトレット群１ａおよびエレクトレット基板１ｂを含む可動部材１は、振動発電装置１０の筐体１１に収容されている。当該筐体１１は、略直方体の形状を有し、上面１１、可動部材１の相対移動方向であるＸ方向に延在する一組の側面１１ａと、当該相対移動方向に直交する側面であってＹ方向に延在する一組の側面１１ｄを有する。なお、筐体１１の底面は、後述するように、固定部材５が筐体１１に組付けられることで、該固定部材５の一面（ベース９の背面）が筐体１１の底面を兼ねることになる。

【0029】

そして、図２Ｂに示すように、固定部材５は、上記電極群５ａ、電極基板５ｂに加え、摺動基板５ｃを更に含み、これらが順に積層されて形成される。さらに、このように各層が積層されて形成される固定部材５は、ベース９に取り付けられた状態で筐体１１の底部に取り付けられる。したがって、図２Ｂに示すように、取り付け後において、ベース９の底面が筐体１１の外側に露出するとともに、電極群５ａが上方（筐体１１の内側）を向いた状態となる。一方で、このように筐体１１に固定された固定部材５に対して、可動部材１は支持用鋼球１２を介して該固定部材５に対して相対移動が可能となるように支持されており、当該支持が、本発明に係る支持部材による可動部材１の支持に相当する。具体的には、図２Ｂに示すように、エレクトレット群１ａと干渉しないエレクトレット基板１ｂ上の部分と、摺動基板５ｃとの間に、可動部材１を支持可能な複数の支持用鋼球１２が配置される。すなわち、摺動基板５ｃ上に配置された複数の支持用鋼球１２の上に、更に可動部材１が配置される構成となっている。このように可動部材１が支持用鋼球１２で支持された状態で、可動部材１側のエレクトレット群１ａと、固定部材５の電極群５ａとの間の発電ギャップ距離が、振動発電に適した所定の距離に規定される。

【0030】

また、可動部材１については、固定部材５に対する相対移動において、固定部材５側に設けられた電極６、７の並びと、可動部材１側に設けられたエレクトレット２の並びとが可及的に一致するように、可動部材１と側面１１ａの内壁面との間に更なる支持用鋼球１３が配置されている。なお、この支持用鋼球１３は、下方に落下しないように可動部材１側の構成により支持されているが、その詳細な構成については後述する。ここで、可動部材１においては、エレクトレット基板１ｂに対して、エレクトレット群１ａとは反対方向にウェイト部材１ｃが取り付けられている。このウェイト部材１ｃは、可動部材１の慣性力を大きくし、外部振動による発電を効率的に行うために取り付けられるものである。したがって、ウェイト部材１ｃの大きさ、質量は、振動発電装置１０が想定する外部振動の大きさ等に基づいて適宜設定される。

【0031】

そして、可動部材１においては、筐体１１の側面１１ａの内壁面と対向する、エレクト
レット基板１ｂの両端上に端部側突起１ｄと、当該エレクトレット基板１ｂの中央部分に中央突起１ｆが設置され、端部側突起１ｄと中央突起１ｆとの間に、支持用鋼球１３が配置可能な支持用溝１ｅが形成される。したがって、図２Ａに示すように、可動部材１の左右それぞれに２つずつ、支持用溝１ｅが形成され、それぞれに支持用鋼球１３が配置される。このように可動部材１の側方において、筐体１１の内壁面との間に支持用鋼球１３を配置させることで、固定部材５に対する可動部材１の相対移動方向に沿った移動を円滑に行わせることが可能となる。

【0032】

更に、可動部材１のＸＹ平面における概ね中央部分に設けられた接続部１５を介して、可動部材１と筐体１１の２つの側面１１ｄのそれぞれとの間にバネ１４が配置されている。図２Ａに示す状態では、バネ１４は側面１１ｄの概ね中央部分に接続され、各バネ１４による弾性力は、相対移動方向（Ｘ方向）に作用するように配置されている。バネ１４の弾性力により、外部振動を受けた可動部材１は筐体１１内で往復運動を行い、効率的な振動発電が実現される。

【0033】

このように、本実施例に係る振動発電装置１０では、可動部材１については、Ｚ方向支持用鋼球１２（以下、単に「支持用鋼球１２」という）による摺動基板５ｃに対する支持と、Ｙ方向支持用鋼球１３（以下、単に「支持用鋼球１３」という）による側面１１ａに対する支持が独立して行われていることになる。この両支持が存在することで、幾何学的条件により相対移動方向が一義的に決定されることになり、固定部材５に対する可動部材１の相対移動を安定して行うことができる。

【0034】

ここで、本実施例に係る振動発電装置１０における、支持用鋼球１２による可動部材１の支持構造について、図３に基づいて詳細に説明する。図３は、図２Ｂで示した振動発電装置１０の構造のうち、支持用鋼球１２による可動部材１の支持構造に関する部分を抜粋したものである。したがって、図３においては、可動部材１についてはエレクトレット基板１ｂだけが記載され、固定部材５については電極基板５ｂおよび摺動基板５ｃだけが記載されており、エレクトレット群１ａおよび電極群５ａ等の記載は省略されている。

【0035】

また、図４に振動発電装置１０における、エレクトレット群１ａおよび電極群５ａとの間のギャップ（発電ギャップ）の距離と、振動発電装置１０での発電量比との相関を示す。発電量比は、発電ギャップ距離が６５μｍのときの発電量を１としたときの、該発電量に関する比である。

【0036】

ここで、振動発電装置１０の最大発電出力Ｐｍａｘは、理論的には以下の式１に従って算出できる。
Ｐｍａｘ＝σ²ｎＡ・２πｆ／［（ε_eε₀／ｄ）×（（ε_eｇ／ｄ）＋１）］・・・（式１）
なお、σはエレクトレットの表面電荷密度、ｎは［一対の基板の振幅÷エレクトレットのピッチ］、Ａはエレクトレットと電極が重なり合う最大面積、ε_ｅはエレクトレットの比誘電率、ｄはエレクトレットの厚み、ε_０は真空の誘電率、ｇは発電ギャップ距離、ｆは振動発電装置１０に外部から入力される振動の周波数である。

【0037】

そして、図４からも理解できるように、発電ギャップ距離を、例えば、発電量比が最も高くなる７０μｍに設定しようとした場合、振動発電装置１０の支持構造に起因して発電ギャップ距離が図４中のＹで示す範囲でばらつくと、発電量比が大きくばらつくため、発電振動素子１０の製造上の歩留まりが極めて低下してしまう。一方で、発電ギャップ距離のばらつきが図４中のＸで示す範囲で収まれば、発電量比の変動は小さく、発電振動素子１０の製造上の歩留まりを高い状態に維持することができる。

【0038】

そこで、本発明に係る振動発電装置１０を見てみると、図３の上段に示すように、電極群５ａが配置される電極基板５ｂではなく、固定部材５を構成する摺動基板５ｃの基板表面上に直接、支持用鋼球１２が配置される。この構成については、振動発電装置１０で使用される全ての支持用鋼球１２（本実施例においては、４個の支持用鋼球１２）に適用されている。その結果、全ての支持用鋼球１２の摺動面（可動部材１が相対移動を行う際に、支持用鋼球１２が転がりながら摺動する面）が、摺動基板５ｃの共通する基板表面上に形成されることになる。また、可動部材１に対しては、全ての支持用鋼球１２はエレクトレット基板１ｂに接触するため、可動部材１側の摺動面は、全てエレクトレット基板１ｂの基板表面上に形成されることになる。

【0039】

そして、摺動基板５ｃについては、全ての支持用鋼球１２の摺動面が形成される基板表面の平たん度が極めて高くなるように（すなわち、当該基板表面の平たん度のばらつきが小さくなるように）、摺動基板５ｃは製造されている。具体的には、平たん度を高めるために、摺動基板５ｃはガラス部材で製造されている。なお、摺動基板５ｃにおける平たん度は、摺動基板５ｃの表面の高さを複数点（４点以上）で計測するとともに、その計測点のうち３点で画定される基準面に対して、他の計測点の表面高さがどの程度変位しているかについて計測された数値である。また、エレクトレット基板１ｂについても、同じようにその平たん度が極めて高くなるようにガラス部材で製造されている。

【0040】

ここで、発電ギャップ距離が振動発電装置１０の発電効率に大きく影響を及ぼすのは図４に示す通りだが、図３に示すような可動部材１と固定部材５との間の支持構造を有する振動発電装置１０においては、発電ギャップ距離のばらつきには、振動発電装置１０の構造的観点からは、電極基板５ｂの厚さ方向（Ｚ方向）のばらつき（以下、「第一ばらつき」と称する）と、支持用鋼球１２の高さ方向（Ｚ方向）のばらつき（以下、「第二ばらつき」と称する）と、支持用鋼球１２が摺動し接触する摺動面であって、複数の支持用鋼球１２の摺動面間の、該摺動面の高さ方向（Ｚ方向）の位置のばらつき（以下、「第三ばらつき」と称する）が反映されることになる。

【0041】

第一ばらつきと第二ばらつきは、部材そのものの寸法のばらつきである。電極基板５ｂに関係する第一ばらつきについては、摺動基板５ｃと同じようにガラス部材で製造することで、その平たん度を高めることができ、その結果、第一ばらつきの値は、比較的小さくすることが可能である。また、支持用鋼球１２に関係する第二ばらつきについても、支持用鋼球１２の加工精度を挙げることで、第二ばらつきの値も比較的小さくすることができる。したがって、これらのばらつきは制御がし易い。

【0042】

ここで、第三ばらつきについては、上記の通り、振動発電装置１０に使用される全ての支持用鋼球１２の摺動面が、共通する摺動基板５ｃの基板表面上に形成され、且つ当該摺動基板５ｃの平たん度は極めて高い状態に形成されている。したがって、第三ばらつきも比較的小さくすることができる。また、振動発電装置１０の製造にあたって、支持用鋼球１２を挟んで可動部材１と固定部材５とを対向させた状態（図３の上段に示す状態）に、筐体１１を嵌め込むことで、振動発電装置１０の完成体が形成される（図３の下段に示す状態）。このときに、筐体１１は、可動部材１と固定部材５との間の発電ギャップ距離には、何ら影響を及ぼすことはない。そのため、振動発電装置１０は、製造過程において第三ばらつきが変動する可能性を可及的に抑制し得る支持構造を有している。更に、ガラス部材で製造された摺動基板５ｃは、継続的な支持用鋼球１２の摺動や、外部の温度変化による熱応力等に対して、非常に高い耐性を有している。そのため、振動発電装置１０においては、第三ばらつきは変動しにくく、その結果、好適な発電効率を長期間にわたって維持することができる。

【0043】

このように振動発電装置１０は、その構造的観点から考慮すべき、発電ギャップ距離に
影響を及ぼす様々なばらつきを低減することができ、結果として、振動発電装置１０の製造を容易にし、また、その歩留まりを向上させることができる。なお、発電ギャップ距離に影響を及ぼす要因として、上記の構造的観点によるばらつきの他に、実用的には製造工法に起因するばらつきも存在している。例えば、電極基板５ｂと摺動基板５ｃとを接着剤で固定する工法を採用している場合は、その接着剤の高さ方向（Ｚ方向）のばらつきが、発電ギャップ距離に影響してくる。しかし、この点を考慮しても、上記構造的観点によるばらつきを抑制するための構成、すなわち図３に示す支持構造の有用性は特筆すべきものである。

【符号の説明】

【0044】

１・・・・可動部材
１ａ・・・・エレクトレット群
１ｂ・・・・エレクトレット基板
１ｃ・・・・ウェイト部材
２・・・・エレクトレット
５・・・・固定部材
５ａ・・・・電極群
５ｂ・・・・電極基板
５ｃ・・・・摺動基板
６、７・・・・電極
１０・・・・振動発電装置
１１・・・・筐体
１１ａ・・・・側面
１１ｄ・・・・側面
１２・・・・支持用鋼球（Ｚ方向支持用鋼球）
１３・・・・支持用鋼球（Ｙ方向支持用鋼球）
１４・・・・バネ
１５・・・・連結部

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】