JP2011078214A - 発電装置および発電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率良く発電することができる発電装置および発電機器を提供する。
【解決手段】回転錘１５の両面に第１および第２の発電機構ＨＤ１，ＨＤ２をそれぞれ設けている。これら第１および第２の発電機構ＨＤ１，ＨＤ２を構成している第１および第３の各電極３５、５５、この第１および第３の各電極３５、５５とこれに対応して設けられている第２および第４の各電極３６、５６、電荷を保持しているエレクトレット膜３７、５７が、回転錘１５の回転に伴って、相対的に回転すると、この回転により、当該エレクトレット膜３７に電荷の変化が生じ、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出して蓄電池に蓄電する。このようにして、回転する回転錘１５の両面に配置された第１および第２の各発電機構ＨＤ１，ＨＤ２により同時並行的に発電を行い、効率の良い蓄電が可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電誘導を利用した発電装置および発電機器に関する。

従来、回転の運動エネルギーを発電機において電気エネルギーに変換して、発生した電気エネルギーを使用又は二次電池等に蓄積する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、単に腕の動き等で入力された運動エネルギーを電気エネルギーに変換するのみでは十分な電気エネルギーを生み出すことは難しく、安定的に電力を供給する手段として用いることは困難であった。

この点、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、静電誘導を利用した発電装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この発電装置は、電荷を保持する電荷保持部材であるエレクトレット電極が複数配列された固定基板と、複数の可動電極が設けられた可動基板とを、互いに対向させて配置し、この状態で外部振動を受けると、可動基板がその平面方向における任意の方向に移動し、エレクトレット電極と可動電極とが相対運動して、エレクトレット電極と可動電極との間の誘導電荷量を変化させることにより、発電するように構成されている。
これによれば、単に運動エネルギーを電気エネルギーに変換する場合と比較して、効率よく電気エネルギーを生み出すことができる。

特開平９−１８２３０５号公報 特開２００８−８６１９０号公報

しかしながら、特許文献２に記載されている発電装置では、固定基板と可動基板との相対的な機械運動エネルギーを電気エネルギーに変換する構造であるから、外部振動を受けた際に、固定基板に対して可動基板をその平面方向における任意の方向に移動させるために、可動基板の４辺をそれぞればね部材などで保持する必要があるほか、固定基板に対して可動基板を一定間隔に保った状態で面方向に平行移動させるために、可動基板をガイドするためのガイド部材が必要となり、このため構造が複雑になると共に、装置全体の小型化を図ることができないという問題がある。

また、例えば発電装置を腕時計のように身に付けるものに適用する場合には、発電装置に伝わる動き（入力される運動エネルギー）が小さいものである場合も多く、その場合には機器を動作させるのに充分な電気エネルギーを発生させることができないとの問題もある。

本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、発電のために必要な、または充分な電気エネルギーを発生させることができ、かつ、簡単な構造で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、効率良く発電することができる発電装置および発電機器を提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発電装置は、
回転力を発生させる板状の回転体と、
この板状の回転体の両面にそれぞれ設けられた第１および第２の各発電機構を備えており、
前記第１および第２の各発電機構は、第１および第３の各電極と、これらの第１および第３の各電極と対向する位置にそれぞれ設けられた第２および第４の各電極と、前記第１および第３の各電極及び前記第２および第４の各電極のいずれか一方に設けられた電荷保持体とを備え、前記第１および第３の各電極と前記第２および第４の各電極との相対的な回転により前記電荷保持体に電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すようにしたことを特徴としている。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発電装置であって、
前記第１および第２の各発電機構により取り出した電気エネルギーを蓄える蓄電手段を備えていることを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発電装置であって、
前記第１の電極及び前記第２の電極は、複数の電極片が一定間隔で放射状に配列された放射状の電極であることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置であって、
前記回転体は、外部からの刺激に応じて回転する回転錘であることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発電機器は、
請求項１に記載の発電装置と、
この発電装置を設けた機器ケースと、備えていることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発電機器であって、
前記機器ケースは、使用者の身体に装着される本体ケースであり、
前記回転体は、前記本体ケースの振動により回転される回転錘であることを特徴としている。

この発明によれば、外部振動等によって回転する回転体の両面に配置された第１および第２の各発電機構により同時並行的に発電を行うことができる。このため、構造が簡単で、装置全体の小型化を図ることができるとともに、回転体の回転力が小さい場合でも、効率良く発電することができるとの効果を奏する。

本発明に係る発電装置を電子腕時計に適用した第１の実施形態を示した断面図である。 図１の電子腕時計において裏蓋を取り外した状態を示した拡大底面図である。 図２の時計モジュールを示した拡大斜視図である。 図１の一点鎖線部分を示した拡大図である。 図１の回転錘を示した拡大平面図である。 図２の時計モジュールにおいて回転錘を取り外した状態を示した拡大底面図である。 図１の電子腕時計の裏蓋を上方から見た拡大平面図である。 （ａ）は、第１の電極を示した平面図であり、（ｂ）は、第２の電極を示した平面図であり、（ｃ）は、第１の電極、第２の電極及びエレクトレット膜の積層状態を示した側面図である。 第１の電極、第２の電極及びエレクトレット膜の積層状態を模式的に示した断面図である。 第１の実施形態における発電装置の回路構成を示した図である。 第２の実施形態における時計モジュールを示した拡大斜視図である。 図１１の回転錘を示した拡大斜視図である。 図１２の回転錘を上方から見た拡大平面図である。 図１１の時計モジュールにおいて回転錘を取り外した状態を示した拡大底面図である。 第２の実施形態における電子腕時計の裏蓋を上方から見た拡大平面図である。 本実施形態の一変形例における時計モジュールを示した拡大斜視図である。 図１６の回転錘を上方から見た拡大平面図である。 図１６の時計モジュールにおいて回転錘を取り外した状態を示した拡大底面図である。 本実施形態の一変形例における電子腕時計の裏蓋を上方から見た拡大平面図である。 本実施形態の一変形例における第１の電極、第２の電極及びエレクトレット膜の積層状態を模式的に示した断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下では、本発明に係る発電装置を、腕時計型のアナログ時計（以下「電子腕時計」という。）に適用した場合について説明するが、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［第１の実施の形態］
まず、図１から図１０を参照しつつ、本発明にかかる発電装置及びこれを備える発電機器としての電子腕時計の第１の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における発電装置を備える電子腕時計の断面図である。
この実施形態において電子腕時計１００は、電気的な駆動により指針８（例えば、秒針、分針、時針）を回転させて時刻を表示するものである。

この電子腕時計１００は、中空の短柱形状に形成された本体ケース（機器ケース）１を備えている。
本体ケース１には、例えば時計の１２時方向側端部及び６時方向側端部にあたる両端部に、時計バンド２ａが取り付けられるバンド取付部２が形成されている。

図１に示すように、本体ケース１の表面側（視認側：図１において上側）の開口部には、見切り部材３が本体ケース１の上部外周に沿って配設され、防水リング３ａを介して取り付けられている。
この見切り部材３の上部開口部には、透明なガラス等の材料で形成された風防ガラス４が、パッキン４ａを介して取り付けられており、これにより、本体ケース１の表面側開口部は、風防ガラス４によって閉塞されている。
また、本体ケース１の裏面側（図１において下側）の開口部には、この本体ケース１に係合され裏面側開口部を閉塞する裏蓋部材５が、防水リング５ａを介して取り付けられている。

また、この本体ケース１の内部には、例えば樹脂等によって形成されたハウジング７が設けられている。ハウジング７の内部には、指針８を運針させる時計ムーブメント（図示せず）や各種電子部品（図示せず）を実装した回路基板９（図２等参照）等が配置されている。時計ムーブメントは回路基板９と電気的に接続されている。
本実施形態において、ハウジング７及びこれに収納配置される時計ムーブメント、回路基板９等により時計モジュールが構成されている。

風防ガラス４の下方（図１において下側）であって風防ガラス４とハウジング７との間には、ほぼ円形の薄板状に形成された文字板１０が配置されている。
文字板１０のほぼ中央部には、図示しない貫通孔が設けられている。そして、この貫通孔には時計ムーブメントの内部機構側から前面側（風防ガラス４の設けられている側：図１において上側）に向けて、時計ムーブメントを構成する指針軸１１が挿通されており、この指針軸１１における文字板１０の上に突出した上端部には、秒針、分針、時針などの指針８が取り付けられている。電子腕時計１００は、指針軸８が回転することにより指針８が文字板１０の上方を運針し、これにより、時刻を指示するように構成されている。

図２は、本実施形態における電子腕時計１００を裏蓋５の側から、裏蓋５を外した状態で見た図であり、図３は、本体ケース１から取り出した時計モジュールの斜視図である。
図２に示すように、時計モジュールのハウジング７内には、電荷を蓄電して電子腕時計１００の各部に電力を供給する蓄電手段である蓄電池１２が保持されているとともに、アンテナ１３が設けられている。

ハウジング７の下面側（図２では表面側）には、図２及び図３に示すように、ハウジング７の下面に対面して回転する第１の回転体である回転錘１５が設けられている。なお、ハウジング７の下面側に平板状の基板である地板を配置して、回転錘１５がこの地板に対面して回転するように構成してもよい。

図４は、図１における一点鎖線部分の拡大図である。
回転錘１５は、導電性を有する金属からなり、図１から図４に示すように、その中心部がハウジング７に取り付けられた固定軸１７に、ベアリング１８を介して取り付けられている。

すなわち、固定軸１７は、図１及び図４に示すように、回転錘１５の中心部に設けられた軸孔１７ａ（図２参照）を通して、ハウジング７に埋め込まれたナット部７ａ（図４参照）に螺着されることにより、ハウジング７に取り付けられている。回転錘１５には、その中心部の軸孔１７ａに対応してベアリング１８が設けられている。そして、回転錘１５は、このベアリング１８が固定軸１７に対して回転自在に取り付けられることにより、ハウジング７の下面に対して常に一定間隔を保った状態で、固定軸１７を中心に回転するように構成されている。

この場合、固定軸１７とナット部７ａとは、導電性を有する金属からなり、このナット部７ａがハウジング７内に配置された回路基板９と電気的に接続されている。これにより、回転錘１５は、固定軸１７およびナット部７ａを介して回路基板９と電気的に接続されている。なお、固定軸１７は、時計ムーブメントの指針軸８と同一軸上に配置されているが、必ずしも指針軸８と同一軸上に配置される必要はない。

図５は、回転錘を上方（図４における上側）から見た拡大平面図である。
また、この回転錘１５は、図２、図３及び図５に示すように、小径の円形部２０と、この小径の円形部２０よりも大径でほぼ半円弧状に形成された半円弧部２１とを備えている。小径の円形部２０には、その中心部に固定軸１７が挿入する軸孔１７ａが設けられている。半円弧部２１は、その外周部に錘部２１ａ（図３参照）が設けられた状態で、小径の円形部２０の外周部に一体に形成されている。これにより、回転錘１５は、使用者の腕振り動作などにより外部振動等を受けると、半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって固定軸１７を中心に回転するように構成されている。

回転錘１５の上面（図４において下側の面）には、図４及び図８（ｃ）に示すように、円盤状の第１の電極３５が設けられている。本実施形態において、回転錘１５は、第１の電極３５を備える板状の回転体である。なお、この第１の電極３５は、図９に示すように、絶縁膜３８を介して設けられている。
図８（ａ）に示すように、第１の電極３５は、導電性を有する金属からなり、回転錘１５の回転中心部である固定軸１７から放射状に形成された放射状部３５ａを備えている。

この放射状部３５ａは、図８（ａ）に示すように、回転錘１５上に多数の電極片３５ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部３５ａは、多数の電極片３５ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片３５ｂが一定間隔の隙間をもって配列されている。
また、この放射状部３５ａは、多数の電極片３５ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、固定軸１７と電気的に接続されている。これにより、第１の電極３５は、例えば固定軸１７に沿って設けられた接続部材（図示せず）を介して回路基板９と電気的に接続されている。接続部材としては、例えばコイルばね等が適用できるが、これに限定されない。

一方、ハウジング７内であって、回転錘１５における第１の電極３５の設けられている面に対向する位置には、図４及び図８（ｃ）に示すように、円盤状の第２の電極３６が設けられている。なお、図９に示すように、この第２の電極３６は絶縁膜３９を介して設けられている。
第２の電極３６は、回転錘１５の回転中心部である固定軸１７から放射状に形成された放射状部３６ａを備えている。

この放射状部３６ａは、図８（ｂ）に示すように、多数の電極片３６ｂが一定間隔で放射状に配列された構成になっている。すなわち、この放射状部３６ａは、多数の電極片３６ｂがほぼ一定の幅で放射方向に向けて細長く形成されていると共に、互いに隣接する各電極片３６ｂが一定間隔の隙間をもって配列されている。

また、この放射状部３６ａは、多数の電極片３６ｂがその内周端と外周端とにおいてすべて接続された状態で、裏面側に導かれ図示しない端子を介して回路基板９と電気的に接続されている。また、この各電極片３６ｂ上には、図４及び図８（ｃ）に示すように、電荷保持体であるエレクトレット膜３７が形成されている。このエレクトレット膜３７は、半永久的な電荷をもつ絶縁体であり、フロロカーボン樹脂やアモルファスフッ素樹脂などの電荷保持材料からなっている。

このエレクトレット膜３７として使用可能な電荷保持材料は、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、およびポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）のような高分子電荷保持材料、またはシリコン酸化物（ＳｉＯ２）およびシリコン窒化物（ＳｉＮ）のような無機電荷保持材料である。

本実施形態において、回転力を発生させる板状の回転体である回転錘１５の両面には、それぞれ第１の発電機構ＨＤ１および第２の発電機構ＨＤ２が設けられている。
第１の発電機構ＨＤ１は、回転錘１５の表面側（図１において上側）に設けられている第１の電極３５と、第１の電極３５と対向するように配置された第２の電極３６と、第２の電極３６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜３７とにより構成されている。また、第２の発電機構ＨＤ２は、回転錘１５の裏面側（図１において下側）に設けられている第３の電極５５と、第３の電極５５と対向するように配置された第４の電極５６と、第４の電極５６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜５７とにより構成されている。
第１の発電機構ＨＤ１は、第１の電極３５と第２の電極３６との相対的な回転により、第２の電極３６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜３７に電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すようになっている。同様に、第２の発電機構ＨＤ２は、第３の電極５５と第４の電極５６との相対的な回転により、第４の電極５６に設けられた電荷保持体としてのエレクトレット膜５７に電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すようになっている。
なお、電荷保持体としてのエレクトレット膜３７，５７は、第２の電極３６、第４の電極５６に設けられている場合に限定されず、第１の電極３５、第３の電極５５に設けられていてもよい。
そして、本実施形態では、板状の回転体である回転錘１５と、第１の発電機構ＨＤ１と、第２の発電機構ＨＤ２とにより発電装置ＨＳが構成されている。

この発電装置ＨＳは、板状の回転体である回転錘１５が回転すると、回転錘１５の表面側（図１において上側）に設けられた第１の電極３５がハウジング７側に設けられた第２の電極３６に対して相対的に回転移動する。
同様に、回転錘１５の裏面側（図１において下側）に設けられた第３の電極３５がハウジング７側に設けられた第４の電極３６に対して相対的に回転移動する。

これにより、第２の電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動して、第１の電極３５と第２の電極３６のエレクトレット膜３７との間の誘導電荷量が変化することにより、発電する。
また、第４の電極５６の多数の電極片５６ｂ上に形成されたエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとが相対的に移動して、第３の電極５５と第４の電極５６のエレクトレット膜５７との間の誘導電荷量が変化することにより、発電するように構成されている。
すなわち、第２電極３６のエレクトレット膜３７と第１電極３５とが相対的に移動すると、静電誘導によりエレクトレット膜３７側の電荷が対向する第１電極３５側に流れることにより、回転力が電気エネルギーに変換され、発電が行なわれる。
また、第４電極５６のエレクトレット膜５７と第３の電極５５とが相対的に移動すると、静電誘導によりエレクトレット膜５７側の電荷が対向する第３の電極５５側に流れることにより、回転力が電気エネルギーに変換され、発電が行なわれる。

第１の発電機構ＨＤ１及び第２の発電機構ＨＤ２において発電された電気エネルギーは蓄電池１２に蓄えられるようになっている。
なお、放射状に複数の電極片３５ｂ，３６ｂ，５５ｂ，５６ｂを設けることにより、第１の電極３５と第２の電極３６及びエレクトレット膜３７とを相対的に移動させたとき、及び、第３の電極５５と第４の電極５６及びエレクトレット膜５７とを相対的に移動させたときに、電極片５５ｂ，５６ｂの重なり合いの面積変化の周波数を大きくすることができ、発電効率を向上させることができる。

次に、この発電装置ＨＳの回路構成について、図１０に示された原理的な図を参照して説明する。
この発電装置ＨＳにおいては、第１の電極３５及び第３の電極５５が第１、第２の各整流器４０、４１に接続され、第２の電極３６及び第４の電極５６が第３、第４の各整流器４２、４３に接続されている。第１整流器４０は蓄電池１２の正極（＋）に接続され、第２整流器４１は蓄電池１２の負極（−）に接続され、第３整流器４２は蓄電池１２の正極（＋）に接続され、第４整流器４３は蓄電池１２の負極（−）に接続された構成になっている。

この場合、第１整流器４０と第４整流器４３とは、第１の電極３５や第３の電極５５が第２の電極３６や第４の電極５６に対して一方向（例えば、時計回り方向）に回転移動した際に、電荷を蓄電池１２に蓄えるように電流の流れを整流するように構成されている。また、第２整流器４１と第３整流器４２とは、第１の電極３５や第３の電極５５が第２の電極３６や第４の電極５６に対して逆方向（例えば、反時計回り方向）に回転移動した際に、電荷を蓄電池１２に蓄えるように電流の流れを整流するように構成されている。
また、蓄電池１２には過充電防止回路４５が接続されており、蓄電池１２の電圧が所定値以上となったときに蓄電池１２への電力供給が止まるように構成されている。

次に、この電子腕時計を腕に取り付けて使用する場合について説明する。
例えば、腕を振って歩く場合のように電子腕時計１００を軽く振った場合には、腕の振りに応じて回転錘１５がハウジング７に対して一定間隔を保って回転する。このとき、回転板１５は、小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって回転するが、必ずしも１回転（３６０°の角度回転）せず、腕の振りによる慣性力に応じた角度範囲で揺動する。このため、回転板１５は例えば時計周りに所定の角度回転した後、反時計回りに所定の角度回転し、この動作を繰り返すことにより、発電を繰り返して蓄電池３４に蓄電する。

すなわち、回転板１５が時計周りに所定角度回転するときには、第２の電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動する。また、第４の電極５６の多数の電極片５６ａ上に形成されたエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとが相対的に移動する。これにより、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極５６の多数のエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

また、回転板１５が反時計周りに所定の角度回転するときにも、第２の電極３６の多数の電極片３６ｂ上に形成されたエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとが相対的に移動する。また、第４の電極５６の多数の電極片５６ａ上に形成されたエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとが相対的に移動する。これにより、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極５６の多数のエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

一方、電子腕時計１００が取り付けられた腕を曲げて上下方向に速く動かした場合には、回転板１５が小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって同じ方向（時計方向または反時計方向）に連続して回転する。このときには、多数のエレクトレット膜３７を備えた第２の電極３６と多数のエレクトレット膜５７を備えた第４の電極５６とが円形部２０の表裏にそれぞれ設けられているので、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂ、及び第４の電極５６の多数のエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとが常に対向して相対的に回転移動する。これにより、第２の電極３６の多数のエレクトレット膜３７と第１の電極３５の多数の電極片３５ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極５６の多数のエレクトレット膜５７と第３の電極５５の多数の電極片５５ｂとの間の誘導電荷量を変化させるので、連続して発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

以上のように、本実施形態によれば、回転力を発生させる板状の回転体である回転錘１５の表面側（図１における上側）に第１の電極３５と第２の電極３６とエレクトレット膜３７とで構成される発電機構ＨＤ１を配置し、回転錘１５の裏面側（図１における下側）に第３の電極５５と第４の電極５６とエレクトレット膜５７とで構成される発電機構ＨＤ２を配置しているため、回転錘１５が回転することにより、２つの発電機構ＨＤ１，ＨＤ２が同時に発電を行うことができる。このため、わずかな腕の動き等でも効率よく電気エネルギーを取り出すことが可能となる。

また、発電機構ＨＤ１，ＨＤ２により取り出した電気エネルギーを蓄える蓄電手段として蓄電池１２を備えているため、腕の動き等がなく電気エネルギーを取り出すことができないときでも、蓄電池１２に蓄えられた電気エネルギーにより発電機器しての電子腕時計１００の各部を動作させることができる。

また、第１の電極３５、第２の電極３６、第３の電極５５、及び第４の電極５６は、複数の電極片３５ｂ，３６ｂ，５５ｂ，５６ｂが一定間隔で放射状に配列された放射状の電極であるため、第１の電極３５と第２の電極３６及びエレクトレット膜３７とを相対的に移動させたとき、及び第３の電極５５と第４の電極５６及びエレクトレット膜５７とを相対的に移動させたときに、電極片３５ｂ，３６ｂ，５５ｂ，５６ｂの重なり合いの面積変化の周波数を大きくすることができ、発電効率を向上させることができる。

また、第１の回転体が、外部からの振動等に応じて回転する回転錘１５であるため、日常の腕の動き等により機械的に発電させて、蓄電池１２への蓄電を行うことができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１１から図１５を参照しつつ、本発明に係る発電装置の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、回転錘の構成が第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。

図１１は、本実施形態に係る発電装置を適用した電子腕時計の時計モジュールを示す斜視図であり、図１２及び図１３は、本実施形態における回転錘１５を示した図である。また、図１４は、図１１の時計モジュールから回転錘１５を取り外した上体を示す平面図であり、図１５は、本実施形態における裏蓋を上方から見た平面図である。

図１２及び図１３に示すように、本実施形態では、回転錘１５の半円弧部２１の表面側に第１の電極６１が設けられ、回転錘１５の半円弧部２１の裏面側（図１１において表面）に第３の電極８１が設けられている。第１の電極６１及び第３の電極８１は、それぞれ多数の電極片６１ｂ，８１ｂが一定間隔で放射状に配列された放射状部６１ａ，８１ａを備えている。
また、ハウジング７の下面（図１４において表面）であって、第１の電極６１に対応する位置には、第２の電極７１が設けられている。第２の電極７１は、多数の電極片７１ｂが一定間隔で放射状に配列された放射状部７１ａを備えている。また、この第２の電極７１に表面には図示しないエレクトレット膜が設けられている。
また、図１５に示すように、裏蓋５に配置された基板５１の上であって第３の電極８１に対応する位置には、第４の電極９１が設けられている。第４の電極９１は、多数の電極片９１ｂが一定間隔で放射状に配列された放射状部９１ａを備えている。また、この第４の電極９１に表面には図示しないエレクトレット膜が設けられている。

本実施形態において、発電装置は、板状の回転体である回転錘１５の表面側（図１１において下側）に配置された第１の電極６１、これに対応する第２の電極７１及びエレクトレット膜で構成される発電機構と、回転錘１５の裏面側（図１１において上側）に配置された第３の電極８１、これに対応する第４の電極９１及びエレクトレット膜で構成される発電機構との２つの発電機構を備えている。

なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様であるため、同一部材には同一の符号を付してその説明を省略する。

次に、この電子腕時計を腕に取り付けて使用する場合について説明する。
例えば、腕を振って歩く場合のように電子腕時計を軽く振った場合には、腕の振りに応じて回転錘１５がハウジング７に対して一定間隔を保って回転する。このとき、回転板１５は、小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって回転するが、必ずしも１回転（３６０°の角度回転）せず、腕の振りによる慣性力に応じた角度範囲で揺動する。このため、回転板１５は例えば時計周りに所定の角度回転した後、反時計回りに所定の角度回転し、この動作を繰り返すことにより、発電を繰り返して蓄電池３４に蓄電する。

すなわち、回転板１５が時計周りに所定角度回転するときには、第２の電極７１の多数の電極片７１ｂ上に形成されたエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂとが相対的に移動する。また、第４の電極９１の多数の電極片９１ａ上に形成されたエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとが相対的に移動する。これにより、第２の電極７１の多数のエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極９１の多数のエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

また、回転板１５が反時計周りに所定の角度回転するときにも、第２の電極７１の多数の電極片７１ｂ上に形成されたエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂとが相対的に移動する。また、第４の電極９１の多数の電極片９１ａ上に形成されたエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとが相対的に移動する。これにより、第２の電極７１の多数のエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極９１の多数のエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとの間の誘導電荷量が変化することにより、発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

一方、電子腕時計が取り付けられた腕を曲げて上下方向に速く動かした場合には、回転板１５が小径の円形部２０の外周部に設けられた半円弧部２１の錘部２１ａによる慣性によって同じ方向（時計方向または反時計方向）に連続して回転する。このときには、多数のエレクトレット膜を備えた第２の電極７１と多数のエレクトレット膜を備えた第４の電極９１とが半円弧部２１の表裏にそれぞれ設けられているので、第２の電極７１の多数のエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂ、及び第４の電極９１の多数のエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとが常に対向して相対的に回転移動する。これにより、第２の電極７１の多数のエレクトレット膜と第１の電極６１の多数の電極片６１ｂとの間の誘導電荷量及び第４の電極９１の多数のエレクトレット膜と第３の電極８１の多数の電極片８１ｂとの間の誘導電荷量を変化させるので、連続して発電を行ない、蓄電池１２に蓄電する。

以上のように、本実施形態によれば、回転力を発生させる板状の回転体である回転錘１５の表面側（図１１における上側）に第１の電極６１と第２の電極７１とエレクトレット膜とで構成される発電機構を配置し、回転錘１５の裏面側（図１１における下側）に第３の電極８１と第４の電極９１とエレクトレット膜とで構成される発電機構を配置しているため、回転錘１５が回転することにより、２つの発電機構が同時に発電を行うことができる。このため、わずかな腕の動き等でも効率よく電気エネルギーを取り出すことが可能となる。

なお、第１の実施形態では、回転錘１５の円形部２０の表裏に第１の電極３５及び第３の電極５５がそれぞれ設けられている場合を例示し、第２の実施形態では、回転錘１５の半円弧部２１の表裏に第１の電極６１及び第３の電極８１がそれぞれ設けられている場合を例示したが、第１の電極３５，６１及び第３の電極５５，８１が設けられる位置はこれに限定されない。
例えば、図１６及び図１７に示すように、回転錘１５の円形部２０の表裏に第１の電極３５及び第３の電極５５を設けるとともに、半円弧部２１の表裏にも第１の電極６１及び第３の電極８１を設けてもよい。この場合には、図１８に示すように、ハウジング７の上の第１の電極３５に対応する位置に、第２の電極３６及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜を設け、第１の電極６１に対応する位置に、第２の電極７１及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜を設ける。また、図１９に示すように、裏蓋５の上の基板５１上であって第３の電極５５に対応する位置に、第４の電極５６及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜を設け、第３の電極８１に対応する位置に、第４の電極９１及びこれに重ね合わされているエレクトレット膜を設ける。
このように、回転錘１５の円形部２０、半円弧部２１の双方に発電機構を配置することにより、発電機構の面積を広く取ることができ、より効率的に発電を行うことができる。そしてこれにより、より多くの電気エネルギーを蓄電池１２に蓄電することが可能となる。

また、上記各実施形態では、回転体である回転錘１５の表裏両側に発電機構をそれぞれ備える発電装置を１つ備える構成としたが、例えば、図２０に示すように、１つの発電機器の中に、表裏両側に発電機構を備える回転錘１５を２つ備え、２つの発電装置を備える構成としてもよい。このような構成とした場合には、発電装置による発電量をより多くすることができる。

また、上記各実施形態では、第１の電極３５，６１及び第３の電極３６，８１が、回転体である回転錘１５の表裏の形状に沿った形状、範囲、大きさのものである場合を例示したが、第１の電極３５，６１及び第３の電極３６，８１を設ける範囲、大きさ、形状等はこれに限定されない。例えば、第１の電極３５，６１及び第３の電極３６，８１として回転錘１５の表面積よりも大きな表面積を有するものを設けてもよい。

また、本実施形態では、回転錘１５が回転体である場合を例として説明したが、回転体は回転錘１５に限定されない。例えば、歯車等のように、回転力を加えることにより回転するものを回転体とし、その回転力を発電機構において電気エネルギーに変換する構成としてもよい。
すなわち、この場合には、歯車の両面に第１の電極及び第３の電極を設け、第１の電極に対応する位置に第２の電極、第３の電極に対応する位置に第４の電極を配置する構成とする。

また、上述した各実施形態では、固定側に位置する第２電極３６，８１、第４の電極６１，９１にエレクトレット膜を設けた場合について述べたが、必ずしも固定側に位置する第２電極３６，８１、第４の電極６１，９１にエレクトレット膜を設ける必要はなく、移動側に位置する第１の電極３５，６１及び第３の電極３６，８１にエレクトレット膜を設ける構成としてもよい。このように構成しても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、上述した実施形態では、発電装置を電子腕時計に適用した場合について述べたが、発電装置を適用する発電機器は、必ずしも電子腕時計などの時計である必要はない。例えば、発電装置を携帯電話機や歩数計などの携帯型の機器にも適用することができるほか、自動車や電車などの走行車両の車軸に取り付けて使用することもできる。この場合には、携帯電話機や自動車等が発電機器となる。

なお、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

１ 本体ケース
５ 裏蓋
７ ハウジング
９ 回路基板
１２ 蓄電池
１５ 回転錘
３５ 第１の電極
３６ 第２の電極
３７ エレクトレット膜
５５ 第１の電極
５６ 第２の電極
５７ エレクトレット膜
ＨＤ 発電機構
ＨＳ 発電装置

Claims (6)

1. 回転力を発生させる板状の回転体と、
   この板状の回転体の両面にそれぞれ設けられた第１および第２の各発電機構を備えており、
   前記第１および第２の各発電機構は、第１および第３の各電極と、これらの第１および第３の各電極と対向する位置にそれぞれ設けられた第２および第４の各電極と、前記第１および第３の各電極及び前記第２および第４の各電極のいずれか一方に設けられた電荷保持体とを備え、前記第１および第３の各電極と前記第２および第４の各電極との相対的な回転により前記電荷保持体に電荷の変化を生じさせて、この電荷の変化を電気エネルギーとして取り出すようにしたことを特徴とする発電装置。
2. 前記第１および第２の各発電機構により取り出した電気エネルギーを蓄える蓄電手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記第１の電極及び前記第２の電極は、複数の電極片が一定間隔で放射状に配列された放射状の電極であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発電装置。
4. 前記回転体は、外部からの振動に応じて回転する回転錘であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電装置。
5. 請求項１に記載の発電装置と、
   この発電装置を設けた機器ケースと、
   備えていることを特徴とする発電機器。
6. 前記機器ケースは、使用者の身体に装着される本体ケースであり、
   前記回転体は、前記本体ケースの振動により回転される回転錘であることを特徴とする請求項５に記載の発電機器。

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