特許 6247928 振動発電体

(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】6247928

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】振動発電体

(51)【国際特許分類】

   H02N 11/00 20060101AFI20171204BHJP

   H02N 1/00 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H02N11/00 Z

   H02N1/00

【請求項の数】7

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-266525(P2013-266525)

(22)【出願日】2013年12月25日

(65)【公開番号】特開2015-122922(P2015-122922A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2016年7月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】水野 健彦

(72)【発明者】

【氏名】小口 寛彬

【審査官】 服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０７４４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５８０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−０１４６９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４４７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５３０５３０４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ １１／００

Ｈ０２Ｎ １／００

(57)【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一対の電極と、
を具備し、
前記エレクトレット誘電体および前記電極は可撓性を有し、
前記エレクトレット誘電体と少なくとも一方の前記電極との間には、互いに接合される接合部と、互いに接合されない非接合部とが形成され、
少なくとも一方の前記電極の外面には、前記非接合部に対応する部位に凸部が形成され、外力が付与された際、前記非接合部の少なくとも一部において、前記凸部が選択的に押圧を受けて前記電極が変形し、前記エレクトレット誘電体と前記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、
前記電極の変形によって、前記エレクトレット誘電体と前記電極とが接触と剥離とを繰り返すことを特徴とする振動発電体。

【請求項2】

前記凸部の外面形状は、前記非接合部を挟んで隣り合う前記接合部に対応する前記電極の外面同士をつなぐように曲面で形成され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少なくとも一方の前記電極との距離は、前記電極の変形によって前記エレクトレット誘電体と前記電極とが接触と剥離とを繰り返すことが可能な距離であ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】

前記エレクトレット誘電体と少なくとも一方の前記電極との間には、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電極とが接合され、前記スペーサを介して接合される前記接合部以外の部位が、前記非接合部となり、
前記非接合部は、所定の間隔で併設され、前記電極の外面には、前記非接合部に対応する部位に、所定の間隔で前記凸部が形成されることを特徴とする請求項３に記載の振動発電体。

【請求項5】

前記凸部は、一方の前記電極にのみ形成され、
前記凸部の高さが前記スペーサの総厚と略等しいことを特徴とする請求項４に記載の振動発電体。

【請求項6】

前記凸部は、双方の前記電極に形成され、
前記凸部の高さの和が前記スペーサの総厚と略等しいことを特徴とする請求項４に記載の振動発電体。

【請求項7】

少なくとも一方の前記電極は、導体層と、前記導体層の一方の面に設けられる樹脂層とを有し、
前記導体層が前記エレクトレット誘電体と対向するように配置されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の振動発電体。

【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は、電磁誘導を利用する方式、圧電素子を利用する方式、静電誘導を利用する方式に大きく分けられる。電磁誘導を利用する方式は、振動によってコイルと磁石との相対的な位置を変化させ、この際にコイルに生じる電磁誘導によって発電する方式である。また、圧電素子を利用する方式は、主としてセラミックス系の圧電素子を用い、振動によって圧電素子に歪が加わる際に、圧電素子の表面に電荷が誘起される現象を利用するものである。

【0004】

また、静電誘導を利用する方式には、一般的に、半永久的に電荷を保持するエレクトレット誘電体が用いられる。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、特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０−１３６５９８号公報

【特許文献2】特開２０００−５０３９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

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。

【0007】

また、特許文献２には、音波を電気信号に変換するエレクトレットコンデンサマイクロホンが記載されている。エレクトレットコンデンサマイクロホンは、固定電極であるカップ状背極にエレクトレット誘電体膜が形成され、エレクトレット誘電体膜と対向する側に対向電極である振動膜が形成される。また、エレクトレット誘電体膜と振動膜とのギャップはスペーサで保持される。中心孔から音波が伝播して振動膜が振動すると、振動膜とエレクトレット誘電体膜との相対位置が変化する。この際、各電極に電荷が静電誘導される。このようにして得られた電気信号を信号増幅およびインピーダンス変換して出力することができる。

【0008】

しかしながら、前述した発電方式は、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、２に記載された装置や、電磁誘導や圧電素子を利用する方式では、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。

【0009】

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。

【0010】

しかし、このようなフレキシブルな振動発電体は、振動などの外力を受けていない状態において、電極とエレクトレット誘電体との相対距離を一定に維持することが困難である。これは、フレキシブルな電極は、自重や静電気力等の影響によって撓むため、電極とエレクトレット誘電体との距離を設計通りに維持できないためである。このように、振動などの外力を受けていない状態において、電極とエレクトレット誘電体との距離を維持することができないと、振動などによって電極とエレクトレット誘電体との相対距離を変化させた際に、その変化量が小さくなり、所望の発電効率を得ることができなくなる。

【0011】

また、このような振動発電体を他の部材と接触させて使用する場合には、エレクトレットとのギャップが形成された部位の電極を選択的に変形させることが望ましい。例えば、電極とエレクトレット誘電体との距離を確保するためにスペーサなどを形成した場合には、スペーサの位置では、電極とエレクトレット誘電体との距離変化はほとんど望めないため、スペーサが介在しない非接合部（ギャップ部）の電極を効率よく変形させる必要がある。

【0012】

しかし、例えば剛性の高い平滑な表面を有する物体を振動発電体の表面に接触させ、振動発電体の電極表面全体に均一に外力が付与された場合には、その力をスペーサが受けて支持するため、非接合部（ギャップ部）での電極の変形が阻害される恐れがある。このため、電極とエレクトレット誘電体との間を接合するスペーサなどの接合部以外の部位を、すなわち、非接合部（ギャップ部）の電極またはエレクトレット誘電体を選択的に変形させる方法が望まれる。

【0013】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、様々な形態の設置場所へ適用することが可能であり、発電効率の高い振動発電体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】

【0014】

前述した目的を達成するため、本発明は、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一対の電極と、を具備し、前記エレクトレット誘電体および前記電極は可撓性を有し、前記エレクトレット誘電体と少なくとも一方の前記電極との間には、互いに接合される接合部と、互いに接合されない非接合部とが形成され、少なくとも一方の前記電極の外面には、前記非接合部に対応する部位に凸部が形成され、外力が付与された際、前記非接合部の少なくとも一部において、前記凸部が選択的に押圧を受けて前記電極が変形し、前記エレクトレット誘電体と前記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、前記電極の変形によって、前記エレクトレット誘電体と前記電極とが接触と剥離とを繰り返すことを特徴とする振動発電体である。

【0015】

このような構成とすることで、エレクトレット誘電体と電極との間の厚み方向の距離を、外力によって容易に変化させることができる。したがって、距離変化に応じて電極に電荷が静電誘導され、発電を行うことができる。
また、非接合部（ギャップ部）に該当する部位の電極の外面に凸部が形成されるため、当該部位の電極の剛性が高まる。このため、外力を受けていない状態において、電極が自重や静電気力等の作用によって撓むこと、すなわち電極とエレクトレット誘電体との距離が縮まることを抑制することができる。

【0016】

また、振動発電体の外面から、他の接触部材で押圧された際に、電極の凸部が選択的に押圧されて、エレクトレット誘電体側に変形する。この押圧に対する凸部を有する非接触部に位置した電極の変形は、電極とエレクトレット誘電体とが接触するまで可能である。更には、押圧を除去した際に、変形を受けた凸部を有する電極部の剛性が、凸部を設けない場合と比較して高いため、元の形状に戻ろうとする復元力が大きい。このため、凸部を設けない場合と比較して、振動発電体へ付与する外力の変化によって、非接合部（ギャップ部）における電極とエレクトレット誘電体との相対距離を、効率よく変化させることができる。例えば、外力（押圧）を付与しない状態での非接触部（ギャップ部）での電極とエレクトレット誘電体との距離を定常状態でのギャップ長とすると、外力（押圧）の付与によって電極とエレクトレット誘電体とが接触（相対距離がゼロ）し、外力（押圧）の除去によって電極とエレクトレット誘電体との相対距離が元の定常状態でのギャップ長となる場合が、双方の相対距離の変化が最大となる場合であり、その変化量は定常状態でのギャップ長に相当する。このような外力（押圧）変化が繰り返し振動発電体へ付与された時、振動発電体の発電効率が最大となるため望ましい。

【0017】

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、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。

【0018】

前記凸部の外面は、前記非接合部（ギャップ部）を挟んで隣り合う前記接合部に対応する前記電極の外面同士をつなぐように曲面で形成されることが望ましい。

【0019】

このようにすることで、凸部の剛性向上の効果が大きく、外力によって凸部をエレクトレット誘電体側に変形させた際に、電極の一部に電極の破断を引き起こすような大きなせん断力や張力等が付与されることを抑制することができる。

【0020】

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少なくとも一方の前記電極との距離は、前記電極の変形によって前記エレクトレット誘電体と前記電極とが接触と剥離とを繰り返すことが可能な距離であることが望ましい。

【0021】

このように電極とエレクトレット誘電体とが接触と剥離を繰り返すときに、振動発電体は最大発電量の発電を行うことができる。

【0022】

前記エレクトレット誘電体と少なくとも一方の前記電極との間には、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電極とが接合され、前記スペーサを介して接合される前記接合部以外の部位が、前記非接合部となり、前記非接合部は、所定の間隔で併設され、前記電極の外面には、前記非接合部に対応する部位に、所定の間隔で前記凸部が形成されることが望ましい。

【0023】

このような構成とすることで、スペーサの厚み分だけ、エレクトレット誘電体と電極との隙間（ギャップ）が形成される。この際、前述した凸部によって、電極の撓みが抑制されるため、振動発電体に外力が付与されない状態（定常状態）でのエレクトレット誘電体と電極との隙間（ギャップ長）を保持することができる。したがって、外力に応じて、エレクトレット誘電体と電極との距離を効率よく変化させることができる。

【0024】

前記凸部は、一方の前記電極にのみ形成され、前記凸部の高さが前記スペーサの総厚と略等しくしてもよい。

【0025】

前記凸部は、双方の前記電極に形成され、前記凸部の高さの和が前記スペーサの総厚と略等しくしてもよい。

【0026】

このような構成とすることで、他の部材と振動発電体との接触によって振動発電体へ外力を付与する際に、凸部の高さを極力低くした状態で、非接合部（ギャップ部）における電極とエレクトレット誘電体との距離変化を略最大とすることができる。すなわち、外力を付与すると、凸部の高さ分だけ電極を効率よく変形させることができるが、この際、電極とエレクトレット誘電体とを接触または十分接近させることができる。このように、電極とエレクトレット誘電体との相対距離がゼロあるいは殆どゼロになるまで変化させることができるため、振動発電体の発電効率の向上を図ることができる。

【0027】

少なくとも一方の前記電極は、導体層と、前記導体層の一方の面に設けられる樹脂層とを有し、前記導体層が前記エレクトレット誘電体と対向するように配置されることが望ましい。

【0028】

このような構成とすることで、電極と周囲環境との電気絶縁を確保し、防水性や防湿性を向上させることができる。また、電極への外傷などを防止することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明によれば、外力が付与されていない状態での電極の撓みを抑制するとともに、外力が付与されたときには、所望の位置における電極の変形が促進され、効率よく発電することが可能な振動発電体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を示す断面図、（ｂ）は振動発電体１ａを示す断面図。

【図2】図１（ａ）の振動発電体１において、（ａ）はＸ−Ｘ線断面図であり、スペーサ７の平面配置を示す図、（ｂ）は、振動発電体１の平面図。

【図3】図１（ａ）の振動発電体１におけるスペーサ７の他の形態を示す図で、（ａ）はＸ−Ｘ線断面図であり、スペーサ７の平面配置を示す図、（ｂ）は、振動発電体１の平面図。

【図4】（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5】図１（ａ）のＡ部拡大図において、（ａ）は定常状態を示す図、（ｂ）は外力が付与された状態（電極５ａの変形状態）を示す概念図。

【図6】（ａ）は凸部１３ａを示す図、（ｂ）は凸部１３ｂを示す図。

【図7】凸部１３ｃを示す図。

【図8】凸部１３ｄを示す図で、（ａ）は定常状態を示す図、（ｂ）は外力が付与された状態（電極５ａの変形状態）を示す概念図。

【図9】（ａ）は振動発電体１ｂを示す断面図、（ｂ）は振動発電体１ｃを示す断面図。

【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７等から構成される。

【0032】

エレクトレット誘電体３の両面には、エレクトレット誘電体３と対向するように、それぞれ電極５ａ、５ｂが配置される。エレクトレット誘電体３と電極５ａは、スペーサ７を介して接合される。また、電極５ｂとエレクトレット誘電体３とは、例えば熱融着や接着等でほぼ全面にわたって接合される。

【0033】

電極５ａ、５ｂは、導体層１５と樹脂層１７とが積層された二層構造を有する。電極５ａ、５ｂは、それぞれの導体層１５がエレクトレット誘電体３と対向するように配置される。なお、本実施形態では、電極５ａ、５ｂの両方を、導体層１５と樹脂層１７の積層構造とする場合を示すが、いずれか一方の電極のみを積層構造としてもよい。

【0034】

導体層１５は、例えば、金属箔で形成してもよく、樹脂層１７の表面に金属蒸着や金属メッキを施すことによって形成してもよい。導体層１５に用いる金属材質としては、例えば、アルミニウム、錫、銅あるいはこれらの合金など適宜選択することができる。

【0035】

電極５ａ、５ｂのエレクトレット誘電体３との対向面とは逆側の面には、樹脂層１７が設けられる。樹脂層１７としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどといったポリオレフィン系樹脂や、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリ塩化ビニルなどのビニル系樹脂、ポリイミド系樹脂（例えばカプトン（登録商標）)、ポリアミド系樹脂（例えばナイロン６やナイロン６６（登録商標）)、やフッ素系樹脂（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）などのプラスチック系の樹脂材料を用いることができる。また、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、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなどのゴム系の樹脂材料を用いることができる。

【0036】

電極５ａの外面には、所定の間隔で凸部１３が形成される。凸部１３は、樹脂層１７の厚み変化によって形成される。凸部１３は、非接合部９（空隙６）に対応する部位の電極５ａの外面側に凸部１３の最も高い部分か位置するように形成される。この例では、スペーサ７が配置された部位に対応する電極５ａの外面には、凸部１３は形成されない。

【0037】

凸部１３の外面形状は、厚み方向の断面において、非接合部９（空隙６）を挟んで隣り合うスペーサ７（接合部）に対応する電極５ａの外面（外線）同士をつなぐように曲線で形成される。すなわち、凸部１３の外面形状は、凸レンズ状に略中央部を頂部になだらかな円弧状に形成される。なお、樹脂層１７の内面側（導体層１５との対向面）および導体層１５の両面は、平坦に形成される。

【0038】

電極５ａの表面に繰り返し規則的に配置される凸部１３を設ける方法は、特に限定されるものではない。例えば、樹脂層１７として樹脂フィルムまたは樹脂シートを用い、樹脂フィルムまたは樹脂シートの一方の面に表面加工（表面処理）を施して、凸部１３の繰返しパターンを設ければよい。樹脂層１７の表面加工の方法は特に限定されるものではなく、凹凸パターンを有する型によるプレス加工やエンボス加工によって表面に凹凸形状を形成してもよく、表面を切削する方法によって形成してもよく、表面のエッチング処理により形成しても良い。表面に凹凸加工した樹脂フィルムまたは樹脂シート（樹脂層１７）と金属箔（導体層１５）とを接着剤や粘着剤の使用や、熱融着等によって互いに接合して電極５ａを構成すればよい。また、樹脂フィルムまたは樹脂シート（樹脂層１７）と金属箔（導体層１５）とを接合した後に、樹脂フィルムまたは樹脂シートの表面加工を施して凸部１３の繰返しパターンを形成してもよい。

【0039】

スペーサ７は、振動発電体１へ外力を付与しない状態（定常状態）において、エレクトレット誘電体３と電極５ａとの空隙６（ギャップ）を保持するためのものである。すなわち、エレクトレット誘電体３と電極５ａとは、スペーサ７を介して接合され、スペーサ７で接合されない部位（非接合部９）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７の厚さに応じた空隙６（ギャップ）が形成される。非接合部９（空隙６）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。例えば、電極５ａの変形によって、電極５ａを、エレクトレット誘電体３の表面と接触させることができる。

【0040】

スペーサ７の厚みは３０μｍ〜１００μｍであることが望ましい。振動発電体１に外力が付与されない状態（定常状態）での空隙６（非接合部９）におけるエレクトレット誘電体３と電極５ａとの距離（ギャップ長）は、略スペーサ７の厚み程度に保持される。このため、エレクトレット誘電体３と電極５ａとの距離（ギャップ長）を、スペーサ７の厚みである略３０μｍ〜１００μｍの範囲にすることができる。

【0041】

発明者らは、振動発電体へ外力、振動を付与した際、エレクトレット誘電体３と電極５ａとの距離（ギャップ長）の変化量に応じて発電量が大きくなり、空隙６（非接合部９）において電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接触と剥離を繰り返すとき、すなわち電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離の変化量が最大となるような振動発電体１の変形が生じたときに最大発電量が得られることを見出している。

【0042】

ここで、例えば、スペーサ７の厚みを３０μｍ未満とすると、振動発電体１への外力付与時にエレクトレット誘電体３と電極５ａとが接触するまでの距離の変化量も略３０μｍ未満となるが、この場合の発電量は顕著に低下する。また、スペーサの厚みが１００μｍを超えると、すなわちエレクトレット誘電体３と電極５ａとが接触するまでの距離の変化量が１００μｍを超えると、その距離の変化量の増加に伴う発電量の増加量が小さくなる。さらに、振動発電体１の総厚が厚くなる。このようなことから、スペーサ７の厚みは１００μｍ以下とすることが望ましい。したがって、スペーサ７の厚みを前述の範囲とすることで、空隙６（非接合部９）における電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離（ギャップ長）を発電に適した範囲に保持できる。

【0043】

図２（ａ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であって、スペーサ７の平面配置形状を示す図である。図示したように、スペーサ７は、平面視において、略円形の孔（非接合部９、空隙６に相当）が併設される網目状である。すなわち、網目状に電極５ａとエレクトレット誘電体３とがスペーサ７を介して接合され、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間に略円形に非接合部９（空隙６）が形成される。このように、非接合部９（空隙６）となる複数の略円形の空孔がスペーサ７に繰返し規則的に配列され、この略円形の空孔（スペーサ７の厚みを考慮すると円柱状の穴）の部分では電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接合されず、電極５ａ、エレクトレット誘電体３及びスペーサ７とで密封された閉空間となっている。

【0044】

この場合、図２（ｂ）に示すように、スペーサ７と接合される以外の電極５ａの部位（すなわち非接合部９の位置）の外面に、スペーサ７での略円形の孔に対応した凸部１３が形成される。なお、図示した例では、スペーサ７の形状を、平面視で円形の孔が併設される網目形状としたが、孔の形状は円形に限られず、楕円形、長円形、多角形等であってもよい。この場合には、孔（非接合部９）の形状に合わせて、電極５ａの外面に凸部１３を形成すればよい。

【0045】

また、図３（ａ）は、スペーサ７の他の平面配置形状を示す図１（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。図示したように、スペーサ７は、平面視において、網目状ではなく、ストライプ状に形成することもできる。すなわち、ストライプ状に電極５ａとエレクトレット誘電体３とがスペーサ７を介して接合され、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間にストライプ状に非接合部９（空隙６）が形成される。この場合には、図３（ｂ）に示すように、スペーサ７と接合される以外の電極５ａの部位（すなわち非接合部９の位置）の外面に、スペーサ７の形状に応じて形成される非接合部９（空隙６）の形状に応じたストライプ状の凸部１３が形成される。

【0046】

スペーサ７としては、例えば導電性、半導電性の材料を使用することも可能であるが、絶縁性の材料で構成されることが望ましい。また、全てのスペーサ７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と電極５ａと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７を接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７を用いてもよい。

【0047】

スペーサ７として、接着剤または粘着剤で構成する場合には、例えば、エレクトレット誘電体３と電極５ａ（導体層１５）とが対向する表面のうちいずれか一方の表面に、接着剤や粘着剤を所定のパターンで塗布し、エレクトレット誘電体３と電極５ａとを貼り合せることによって形成することができる。また、エレクトレット誘電体３と電極５ａ（導体層１５）とが対向する表面のうちいずれか一方の表面に、スクリーン印刷技術を用いて接着剤や粘着剤を所定のパターンに印刷して形成してもよい。

【0048】

また、スペーサ７は、両面粘着テープで形成してもよい。例えば、あらかじめ所定の形状（例えば、線状、円形状、楕円状、多角形状など）に切断加工した両面粘着テープを、エレクトレット誘電体３または電極５ａの表面にパターン配置し、その後エレクトレット誘電体３と電極５ａとを貼り合せればよい。また、あらかじめ両面粘着テープを所定のパターンで打ち抜いて空隙６（例えば、円形状、楕円状、多角形状など）となる部分をパターン形成した後、その両面粘着テープを用いてエレクトレット誘電体３と電極５ａとを貼り合せればよい。

【0049】

図４（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。このようなエレクトレット誘電体３は、例えば絶縁性を有する樹脂シートや樹脂フィルム等の表面に、コロナ放電等によって帯電処理を施すことで形成することができる。

【0050】

すなわち、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。

【0051】

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、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂や、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル樹脂、ポリ塩化ビニルなどのビニル樹脂、ポリイミド系樹脂（例えばカプトン（登録商標））、ポリアミド系樹脂（例えばナイロン６やナイロン６６（登録商標））、やフッ素系樹脂（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）などのプラスチック系の樹脂材料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、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フッ素系ゴムなどを用いることができる。

【0052】

また、エレクトレット誘電体３の表面と裏面との表面電位差の適正値は、電極５ａとエレクトレット誘電体３との非接合部９（空隙６）におけるギャップ長（またはスペーサ７の厚み）に依存する。すなわち、この表面電位差は、当該ギャップでの空気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。

【0053】

一般的に、電極５ａとエレクトレット誘電体３とのギャップ（隙間）における空気放電の発生は、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（定常状態）、および外力が付与された時の電極５ａとエレクトレット誘電体３とのギャップ長の変化範囲に対して、ギャップ間の電位差を空気放電が発生しない値にす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Ｖ_０を設定することが望ましい。例えば、外力を付与しない時のギャップ長（またはスペーサ７の厚み）が１００μｍであるとすると、電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接触するまでの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の表面と裏面との電位差Ｖ_０を６００Ｖ程度以上に設定すると空気放電が発生する。一方、空気放電が発生した場合、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Ｖ_０は略２００〜６００Ｖ程度となる。したがって、本発明において、定常状態でのギャップ長（スペーサ７の厚み）が１００μｍの場合には、Ｖ_０が２００〜６００Ｖ程度となるようにエレクトレット誘電体３の帯電処理を行うことが望ましい。

【0054】

なお、図４（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４（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。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、非接合部９（空隙６）における電極５ａ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の厚さもより小さな外力で容易に変化させることができる。したがって、電極５ａ、５ｂ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。

【0055】

多孔質性のエレクトレット誘電体３ａの材質としては、絶縁体であって、エレクトレット誘電体３と同様の材料を多孔質化した多孔質プラスチックまたは多孔質ゴムや、シート状繊維体を用いることができる。なお、多孔質プラスチックには、発泡プラスチックも含まれる。また、多孔質ゴムには、発泡ゴムも含まれる。シート状繊維体としては、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清浄機やマスク等においてエレクトレットフィルターとして利用されており、良好なエレクトレットの特性を有する。

【0056】

なお、本発明では、エレクトレット誘電体３、スペーサ７、電極５ａ、５ｂ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。

【0057】

次に、振動発電体１の発電機構について説明する。図５は図１（ａ）のＡ部拡大図である。図５（ａ）に示すように、例えば定常状態（外力が付与されていない状態。以下同様。）では、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間の非接合部９（空隙６）には、スペーサ７の厚みに応じたギャップ長Ｂが形成される。

【0058】

この状態から、図５（ｂ）に示すように、略平坦な外面をもつ接触部材１９によって、外力Ｄが振動発電体１の厚さ方向に付与されると、電極５ａ（およびエレクトレット誘電体３）が変形する。すなわち、接触部材１９によって、凸部１３が選択的に押圧を受けて電極５ａが変形する。この際、電極５ａは、ギャップ長Ｂが短くなる方向へ変形し、電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接触部１１で接触する。

【0059】

すなわち、接触部１１に対応する位置においては、電極５ａとエレクトレット誘電体３の厚さ方向の距離（ギャップ長Ｂ）が０になるまで変化できる。この距離変化に応じて、電極５ａ、５ｂにそれぞれ電荷が静電誘導されて振動発電体１が発電する。なお、接触部材１９による外力Ｄが除去されて、図５（ｂ）の状態から図５（ａ）の状態に戻る際にも、同様に電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離変化（ギャップ長Ｂが長くなる方向への変化）に応じた静電誘導による発電が行われる。なお、電極５ａとエレクトレット誘電体３との距離変化に伴う発電出力電圧は、電極５ａとエレクトレット誘電体３とが変形によって接触する直前および剥離した直後に最も高くなる。

【0060】

このような、接触部材１９からの押圧による電極５ａの変形は、スペーサ７の部位ではほとんど生じない。したがって、電極５ａは、非接合部９（空隙６）に対応する凸部１３が設けられた部位で変形する。ここで、凸部１３の高さ（図５（ａ）のＣ）は、スペーサ７の厚み（すなわち、定常状態におけるギャップ長Ｂ）とほぼ等しいことが望ましい。

【0061】

凸部１３の高さがスペーサ７の厚みよりも低いと、接触部材１９によって押圧された際、電極５ａの一部を、エレクトレット誘電体３と接触するまで変形させることが困難となる。一方、凸部１３の高さが高すぎると、振動発電体１の全厚が厚くなるため望ましくない。したがって、凸部１３の高さを、スペーサ７の厚みとほぼ等しくすることで、最低限の凸部１３の高さによって、電極５ａの変形量を最大とすることができる。

【0062】

なお、本実施形態において、振動発電体１を固定した状態で接触部材１９を振動させてもよく、接触部材１９を固定した状態で振動発電体１側を振動させてもよい。また、電極５ａを変形させることができれば、必ずしも接触部材１９を用いる必要はない。

【0063】

このように、図１（ａ）の振動発電体１では、電極５ａとエレクトレット誘電体３とを相対的に厚さ方向に変形させて、非接合部９（空隙６）におけるギャップ長Ｂを変化させることで効率よく発電を行うことができる。

【0064】

なお、振動発電体１が外力により変形し、電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接触および剥離を繰り返す際に、電極５ａとエレクトレット誘電体３との間で、前述した空気放電が生じる恐れがある。このような空気放電が生じると、エレクトレット誘電体３の表面と裏面との表面電位差Ｖ_０が低下することが考えられる。また、空気放電が生じない場合でも、エレクトレット誘電体３と電極５ａとが接触と剥離を繰り返す際に、双方の表面同士が接触する部分において電荷の出入り（移動）が生じる恐れがある。このような電荷の移動によっても、エレクトレット誘電体３の表面と裏面との表面電位差Ｖ_０が低下することが考えられる。これらの現象を考慮すると、振動発電体１は、使用するにつれて発電が行われなくなる懸念がある。しかし、発明者らは、実験を行った結果、このような接触と剥離とが繰り返されても、“エレクトレット誘電体３の表面と裏面との表面電位差Ｖ_０が低下することによって、直ちに発電が行われなくなる現象”は生じないことを見出した。したがって、本発明においては、外力によって、電極５ａとエレクトレット誘電体３とが接触および剥離を繰り返すように変形させることが望ましい。

【0065】

なお、本発明では、図１（ｂ）に示す振動発電体１ａのように、エレクトレット誘電体３の両面にスペーサ７を設けてもよい。振動発電体１ａは、エレクトレット誘電体３と、電極５ａ、５ｂのそれぞれの間に、スペーサ７に応じた非接合部９（空隙６）が形成される。また、スペーサ７の形状に応じて形成される非接合部９（空隙６）に位置する電極５ａ、５ｂのそれぞれの外面に凸部１３が形成される。したがって、電極５ａ、５ｂの両方が、外力によって変形し、エレクトレット誘電体３との相対距離を変化させることができる。

【0066】

なお、振動発電体１ａの全体で効率良く発電を行うためには、電極５ａ、５ｂのそれぞれとエレクトレット誘電体３との距離変化の方向（減少する方向あるいは増加する方向）とタイミング（位相）を振動発電体１ａの各部で一致させることが望ましい。例えば、電極５ａ、５ｂとエレクトレット誘電体３とが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１ａの各部で一致させることが望ましい。

【0067】

ここで、スペーサ７の材質にもよるが、外力による非接合部９（空隙６）のギャップ長の変化と比較して、スペーサ７を設けた部位では、電極５ａ、５ｂ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、平面視における振動発電体１ａに占めるスペーサ７の総面積をできるだけ小さくすることが望ましい。また、振動発電体の厚み方向の断面において、非接合部９（空隙６）でのギャップ長Ｂを保持することができる程度に、スペーサ７の間隔をできるだけあけてスペーサ７を配置することが望ましい。また、前述のように、エレクトレット誘電体３の表裏で電極５ａ、５ｂ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、エレクトレット誘電体３の表裏におけるスペーサ７の平面配置を一致させることが望ましい。

【0068】

振動発電体１ａは、電極５ａ、５ｂ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、５ｂ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、電極５ａ、５ｂ間に生じる発電出力電圧が互いに打ち消しあう恐れがある。このため、図１（ｂ）の振動発電体１ａにおいては、電極５ａ、５ｂ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）を一致させる必要がある。

【0069】

これに対し、図１（ａ）の振動発電体１では、一方の電極５ｂ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、他方の電極５ａ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（ｂ）の振動発電体１ａのように、電極５ａ、５ｂ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）を一致させる必要がない。

【0070】

また、図１（ａ）の振動発電体１では、スペーサ７の厚み分だけ、全厚を薄くすることができる。このように、構造を簡易にできることによるコスト減や、薄肉化が可能である点などを考慮すれば、発電量は若干下がるものの、振動発電体１を用いる利点もある。

【0071】

なお、振動発電体１ａでは、電極５ａ、５ｂの凸部１３の高さの和が、電極５ａ、５ｂのそれぞれと、エレクトレット誘電体３との空隙６のギャップ長の総和（エレクトレット誘電体３の表裏に設けられるスペーサ７の総厚）とほぼ等しいことが望ましい。このようにすることで、最低限の凸部高さによって、電極５ａ、５ｂをエレクトレット誘電体３と接触するまで変形させることができる。

【0072】

また、本発明では、非接合部９におけるエレクトレット誘電体３と電極５ａ、５ｂ（導体層１５）の対向面の少なくとも一方に、粗面化処理を施すこともできる。粗面化処理を行う方法は特に限定されない。例えば、サンドペーパー（例えば６００番程度）で表面粗さを増しても良く、エッチングによる表面処理や、表面粗さを有する型による表面プレス加工を施しても良い。なお、粗面化処理により得られる表面粗さは、特に限定されない。

【0073】

このように、非接合部９におけるエレクトレット誘電体３と電極５ａ、５ｂの対向面の少なくとも一方に粗面化処理を施すことによって、エレクトレット誘電体３と電極５ａ、５ｂとが接触した際のミクロ的な接触面積を小さくすることができる。このように双方のミクロ的な接触面積を小さくすることによって、双方の表面間での電荷の出入り（移動）を抑制することができる。したがって、電極５ａ、５ｂとエレクトレット誘電体３とが接触および剥離を繰り返す際にも、エレクトレット誘電体３の帯電電荷量の変化、すなわちエレクトレット誘電体３の表面電位の変化を抑制することができ、振動発電体１の発電出力の安定化を図ることができる。
なお、エレクトレット誘電体３と電極５ａ、５ｂとの間の表面間での電荷の出入り（移動）を抑制するためには、電極５ａ、５ｂまたはエレクトレット誘電体３の互いに対向する面の一方に薄い絶縁層を形成しても良い。

【0074】

以上、本実施の形態の振動発電体１、１ａは、電極５ａ、５ｂ、スペーサ７、エレクトレット誘電体３などがいずれも可撓性を有する材質で構成されるため、設置部の形態に応じて、自由に折り曲げて設置することができる。また、電極５ａ、５ｂおよびエレクトレット誘電体３が主にシート状の部材で構成されているため、大きな面積の設置場所にも適用が容易である。したがって、設置場所に対する自由度が大きい。また、ハサミやナイフなどの切断工具を用いて振動発電体１、１ａを容易に任意の形状に切断して利用することもできる。

【0075】

また、振動発電体１、１ａの非接合部９（空隙６）に位置する電極５ａ（５ｂ）の外面に凸部１３が形成されるため、電極５ａ（５ｂ）の剛性を高めることができる。このため、定常状態における非接合部９（空隙６）での電極５ａ（５ｂ）の自重や静電気力などによる撓みを抑制し、スペーサ７の厚みに相当する空隙６のギャップ長を維持することができる。更には、電極５ａ（５ｂ）の外面に凸部１３を設けることによって、外力（押圧）の付与の際、非接合部９（空隙６）に位置する電極５ａ（５ｂ）の凸部１３を選択的に変形させることができるとともに、外力（押圧）の除去の際、変形を受けた電極５ａ（５ｂ）が元の定常状態の形状に戻ろうとする復元力を高めることができるため、元の定常状態の形状に戻りやすくすることができる。したがって、外力による電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との相対距離の変化量を大きくすることができるため、高い発電効率を得ることができる。

【0076】

＜実施形態２＞
次に、他の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同様の機能を奏する構成については図１等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0077】

本発明では、図５等に示した凸部１３に代えて、図６（ａ）に示した凸部１３ａを適用することもできる。凸部１３ａは、凸部１３と略同様の構成であるが、導体層１５の外面側（樹脂層１７との接合面側）が平坦ではない点で異なる。凸部１３ａは、導体層１５の肉厚を外面側に厚くすることにより形成されている。樹脂層１７は、この例ではほぼ同一の厚みであるが、樹脂層１７の厚みも変化させて凸部１３ａを形成するようにしてもよい。

【0078】

なお、この場合、導体層１５の厚み変化により凸部１３ａを形成したので、樹脂層１７を設けずに、導体層１５のみで電極５ａ（５ｂ）を形成し、導体層１５を表面に露出させてもよい。しかし、樹脂層１７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。したがって、樹脂層１７を設ける方が、電極５ａ（５ｂ）の腐食や外傷等による性能劣化を防止できる点で望ましい。

【0079】

また、樹脂層１７を設けることで、外力の変化等に対する電極５ａ（５ｂ）の機械的変形の追従性を制御できる点で望ましい。例えば、導体層１５に用いる薄い金属箔のみでは、外力によって電極が変形した後、外力が除荷された際に電極が元の形状に戻ろうとする復元力が小さい。このため、電極５ａ（５ｂ）の必要な復元力を得るためには、樹脂層１７の材質や厚さを適正として必要な剛性（復元力）を得る必要がある。したがって、電極５ａ（５ｂ）に樹脂層１７を設け、樹脂層１７の材質や厚さによって、電極５ａ（５ｂ）に必要な剛性（復元力）を確保し、外力の変化に対する電極５ａ（５ｂ）の追従性を高めることが望ましい。

【0080】

第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明では、凸部１３、１３ａのように、導体層１５と樹脂層１７のいずれの厚みを変化させて、凸形状を形成してもよい。

【0081】

＜実施形態３＞
本発明では、図５等に示した凸部１３に代えて、図６（ｂ）に示した凸部１３ｂを適用することもできる。凸部１３ｂは、凸部１３と略同様の構成であるが、樹脂層１７の外面に、別途の部材が設けられる点で異なる。凸部１３ｂは、非接合部９（空隙６）に対応する部位における樹脂層１７の外面に接合される。したがって、導体層１５および樹脂層１７は、それぞれほぼ均一な厚みの平坦な形状であってもよい。

【0082】

この場合、凸部１３ｂは、接着、粘着または融着によって樹脂層１７の外面に接合される。また、接着剤によって凸部１３ｂを形成してもよく、接着剤や粘着剤、ペースト剤、インクなどを樹脂層１７の外面に印刷することによって凸部１３ｂを形成してもよい。また、接合される凸部１３ｂの形状は、図示した例には限られない。

【0083】

例えば、図７に示す凸部１３ｃのように、厚み方向の断面が略矩形であってもよい。なお、このような形状は、導体層１５または樹脂層１７の外面形状を変化させても形成することができる。すなわち、樹脂層１７に形成される凸部の外面形状は、前述したように、厚み方向の断面において、スペーサ７と接合される電極５ａ（５ｂ）の位置を基部として、非接合部９（空隙６）に位置する電極５ａ（５ｂ）の外面（外線）形状が円弧状に曲線で形成される場合には限られない。

【0084】

しかし、図７に示す凸部１３ｃでは、前述した他の凸形状と異なり、略均一な厚さを有しているため、適切な大きさを選択しないと他の接触部材との接触に対して変形しにくくなる。例えば、非接合部９（空隙６）と略同じ大きさで、非接合部９に位置する電極５ａ（５ｂ）の外表面の略全面にわたって凸部１３ｃを接合して設けた場合には、比較的平坦な外面をもつ物体との接触によって外力を受けても、非接合部９に位置する電極５ａ（５ｂ）が略均一に厚みが厚くなり、その結果略均一に剛性が高くなるため、電極５ａ（５ｂ）は変形を受けにくくなる。また、スペーサ７で支持される電極５ａ（５ｂ）の端部に強いせん断応力や張力等が生じて電極５ａ（５ｂ）が破断する危険がある。したがって、凸部１３ｃの大きさは、非接合部９の平面方向の大きさよりも小さくし、電極５ａ（５ｂ）の変形がしやすく、破断の生じない適切な大きさに設定する必要がある。

【0085】

また、非接合部９の平面方向の大きさに対して、凸部１３ｃの大きさが小さいため、非接合部９に位置する電極５ａ（５ｂ）は、凸部１３ｃの重量を支える必要がある。したがって、凸部１３ｃによって、電極５ａ（５ｂ）の撓み剛性を高める効果は小さく、むしろ重量増による電極５ａ（５ｂ）の撓み量が増加する恐れがある。したがって、重量増を抑えて電極５ａ（５ｂ）の変形が効果的に得られるように、凸部の外面形状は、前述したようななだらかに湾曲した形状であることが望ましい。

【0086】

第３の実施の形態によっても、電極５ａ（５ｂ）の外面に設けられる凸部形状を適切に設計することで、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、本発明では、凸形状は、適宜設計して適用することができる。

【0087】

＜実施形態４＞
本発明では、図５等に示した凸部１３に代えて、図８（ａ）に示した凸部１３ｄを適用することもできる。凸部１３ｄは、凸部１３と略同様の構成であるが、導体層１５および樹脂層１７の厚みを変化させるのではなく、非接合部９（空隙６）に位置する導体層１５および樹脂層１７で構成される電極５ａ（５ｂ）の全体を外面に向けて湾曲させる点で異なる。したがって、導体層１５および樹脂層１７は、それぞれほぼ均一の厚みであってもよい。

【0088】

電極５ａ（５ｂ）は、スペーサ７と接合された部位を基部として、非接合部９（空隙６）に位置する外面形状及び内面形状が外方に向けて湾曲するようにアーチ状に形成される。すなわち、電極５ａ（５ｂ）の内面側が平坦ではなく、電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との非接合部９（空隙６）におけるギャップ長が、非接合部９の部位によって異なり、平面視での非接合部９の略中央部でギャップ長が最大となる。

【0089】

図８（ｂ）に示すように、接触部材１９を凸部１３ｄへ接触させると、選択的かつ効率的に凸部１３ｄへ外力（押圧）が伝達される。この際、接触部材１９と電極５ａ（５ｂ）との接触による外力Ｅの付与によって、接触部材１９がスペーサ７に位置する電極５ａ（５ｂ）の部分で支持される状態に至るまで電極５ａ（５ｂ）の凸部１３ｄを変形させることができる。この際、凸部１３ｄの変形によって、非接合部９に位置する電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３とが接触部１１で接触するまで変形させることもできる。

【0090】

ここで、図５（ｂ）に示すように、外力（押圧）の付与に対して、凸部１３では、スペーサ７を支点として電極５ａ（５ｂ）のエレクトレット誘電体３に対向する面が下に凸となる形状で撓み変形し、撓み変形した電極５ａ（５ｂ）の中央近傍がエレクトレット誘電体３と接触するまで変形することができる。一方、図８（ｂ）に示すように、アーチ状の凸部１３ｄを用いると、外力（押圧）により変形した電極５ａ（５ｂ）の形状は複雑であり、変曲部が複数生じる。したがって、外力を付与して電極５ａ（５ｂ）を変形させた際には、必ずしも凸部１３ｄの中央付近がエレクトレット誘電体３と接触するわけではない。

【0091】

また、定常状態での凸部１３ｄの高さとスペーサ７の間隔を適切に設定しないと、接触部材１９との接触によって、電極５ａ（５ｂ）が極度に変形してしまい、外力Ｅを開放しても、電極５ａ（５ｂ）が元の定常状態の形状には戻らない場合が生じる。例えば、外力の付与によって、電極５ａ（５ｂ）の中央部分が窪んで下に凸となる形状に変形してしまうと、外力を開放した際に、電極５ａ（５ｂ）の中央部分が窪んだままとなり、元の形状に戻らなくなる問題が生じる。したがって、外力による変形を受けた際に、外力の開放によって元の形状に戻ることができるように、電極５ａ（５ｂ）の材質や形状を適切に選択、設計する必要がある。

【0092】

したがって、凸部１３ｄと比較すると、前述した凸部１３等の方が、外力（押圧）の付与によって電極５ａ（５ｂ）をエレクトレット誘電体３に接近する方向に撓みやすくすることができる。したがって、凸部を選択的に変形させて、電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との距離変化（ギャップ長の変化）を大きくするためには、凸部１３ｄのような、厚み方向の断面がアーチ型の形状よりも、電極５ａ（５ｂ）（導体層１５）の内面側を平坦にして、電極５ａ（５ｂ）の外面側を肉厚変化によって湾曲した凸形状に形成する方が望ましい。

【0093】

第４の実施の形態によっても、電極５ａ（５ｂ）の凸部形状を適切に設計することで、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【0094】

＜実施形態５＞
本発明では、図９（ａ）に示した振動発電体１ｂを適用することもできる。振動発電体１ｂは、図１（ａ）に示した振動発電体１とほぼ同様の構成であるが、電極５ｂ側にも凸部１３を形成した点で異なる。すなわち、エレクトレット誘電体３との間にスペーサ７、非接合部９（空隙６）が形成されていない側の電極５ｂにも凸部１３を形成してもよい。この場合には、電極５ａ、５ｂそれぞれの凸部１３の平面方向の位置や大きさを揃えることが望ましい。また、この場合には、電極５ａ、５ｂのそれぞれの凸部１３の高さの和が、スペーサ７によって形成される空隙６のギャップ長と略同一とすることが望ましい。

【0095】

また、さらに、図９（ｂ）に示した振動発電体１ｃを適用することもできる。振動発電体１ｃは、振動発電体１ａとほぼ同様の構成であるが、電極５ｂ側には凸部１３を形成しない点で異なる。すなわち、エレクトレット誘電体３の両面にスペーサ７が設けられ、電極５ａ、５ｂのそれぞれとエレクトレット誘電体３との間に非接合部９（空隙６）が形成されるが、一方の電極５ａにのみ凸部１３を形成してもよい。この場合には、電極５ａ、５ｂとエレクトレット誘電体３とのそれぞれのスペーサ７によって形成される空隙６のギャップ長の総和（またはそれぞれのスペーサ７の総厚）と、凸部１３の高さを略同一とすることが望ましい。

【0096】

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。

【0097】

例えば、前述した実施の形態の振動発電体１等は、柔軟性を有するエレクトレット誘電体３からなるものであったが、本願発明の振動発電体は、柔軟でないエレクトレット誘電体からなるものであっても良い。すなわち、本願発明の技術的範囲には、柔軟でないエレクトレット誘電体を備えた振動発電体も属しており、このような振動発電体であっても、電極の外面に凸部を形成することにより、外力が付与されていない状態での電極の撓みを抑制、外力が付与されたときの発電効率の向上等の本願発明の効果を奏することができる。

【0098】

また、本願発明の振動発電体は、スペーサ７を用いずに接合部と非接合部９とを形成したものであってもよい。例えば、電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との接合する部位のみを直接的に融着し、他の部位を非接合部９としてもよい。非接合部９では、電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との間に、微小な空隙６が形成される。なお、非接合部９において、電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３とが部分的に接触していても良い。

【0099】

電極５ａ（５ｂ）に、厚み方向の外力が付与されると、非接合部９（空隙６）での電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との境界部における互いの形状が変化しうる。したがって、部分的に電極５ａ（５ｂ）とエレクトレット誘電体３との距離が変化する。したがって、この変化に応じて電極５ａ、５ｂの双方に電荷が静電誘導され、発電を行うことができる。このように、スペーサ７を用いなくても、発電を行うことができる。

【符号の説明】

【0100】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………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（ギャップ）
７………スペーサ
９………非接合部
１１………接触部
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ………凸部
１５………導体層
１７………樹脂層
１９………接触部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】