静電誘導型機械電気変換素子
【課題】 エレクトレットを用いた静電誘導型機械電気変換素子において、より優れた耐久性や出力を備えたものを提供すること。
【解決手段】 静電誘導型機械電気変換素子は、エレクトレットと、第一対向電極と、第二対向電極と、を備えている。エレクトレットは、第一の領域と第二の領域とを有している。第一の領域は、厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向となる領域である。第二の領域は、厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向と反対の第二の方向となる領域である。第一の領域と第二の領域とは、厚さ方向と直交する表面である主面と平行な方向である主面方向に沿って、互いに隣接するように設けられている。第一対向電極と第二対向電極とは、エレクトレットの両面にそれぞれ設けられている。
【解決手段】 静電誘導型機械電気変換素子は、エレクトレットと、第一対向電極と、第二対向電極と、を備えている。エレクトレットは、第一の領域と第二の領域とを有している。第一の領域は、厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向となる領域である。第二の領域は、厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向と反対の第二の方向となる領域である。第一の領域と第二の領域とは、厚さ方向と直交する表面である主面と平行な方向である主面方向に沿って、互いに隣接するように設けられている。第一対向電極と第二対向電極とは、エレクトレットの両面にそれぞれ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導型機械電気変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、エレクトレット（合成樹脂等の絶縁材料に電荷を注入したもの）を用いたものが知られている（例えば、特開昭５８−６１１８号公報、特開２００１−１７７８９９号公報、特開２００６−１８０４５０号公報、特開２００７−２９８２９７号公報、特開２０１０−１３６５９８号公報、等参照。）。
【発明の概要】
【０００３】
従来のこの種の装置においては、耐久性や出力の点で、まだまだ改善の余地があった。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。
【０００４】
＜構成＞
本発明の静電誘導型機械電気変換素子は、エレクトレットと、第一対向電極と、第二対向電極と、を備えている。
【０００５】
前記エレクトレットは、強誘電体からなる膜状あるいは板状の部材である。このエレクトレットにおいては、第一の領域と第二の領域とが、主面方向に沿って互いに隣接するように交互に配列されている。ここで、前記第一の領域とは、厚さ方向（当該エレクトレットの厚さを規定する方向）に沿った分極方向が第一の方向である領域をいう。また、前記第二の領域とは、前記厚さ方向に沿った前記分極方向が第二の方向である領域をいう。前記第二の方向は、前記第一の方向とは反対の方向である。前記主面方向は、主面（当該エレクトレットにおける前記厚さ方向と直交する表面）と平行な方向である。なお、前記第一の領域又は前記第二の領域においては、前記厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されていることが好適である。
【０００６】
前記主面方向に沿って、前記分極方向が周期的に反転するように、複数の前記第一の領域及び複数の前記第二の領域が設けられていてもよい。この場合、前記分極方向の反転構造は、３〜６００μｍ周期のストライプ状であってもよい。
【０００７】
前記第一対向電極は、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられている。この第一対向電極は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうち一方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【０００８】
前記第二対向電極は、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられている。この第二対向電極は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方とは異なる他方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【０００９】
本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子においては、典型的には、前記第一対向電極が前記第一の領域に対応する位置に配置されている一方、前記第二対向電極が前記第二の領域に対応する位置に配置されている。あるいは、前記第一対向電極が前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されているとともに、前記第二対向電極も前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【００１０】
本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子は、第一対向基板と、第二対向基板と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記第一対向基板は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方と対向するように配置されていて、前記第一対向電極を支持するように設けられている。また、前記第二対向基板は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記他方と対向するように配置されていて、前記第二対向電極を支持するように設けられている。
【００１１】
前記第一対向基板と前記第二対向基板とは、前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられていてもよい。あるいは、前記第一対向基板と前記第二対向基板とは、前記主面方向に沿って相対移動不能に設けられていてもよい。
【００１２】
＜作用・効果＞
本発明の前記エレクトレットにおいては、隣り合う領域毎に正負の電荷が互い違いになるため、分極状態を長期間安定的に保持することが可能になる。一方、特開２００７−２９８２９７号公報等に開示されている従来の強誘電体エレクトレットにおいては、分極処理が単純に一様に行われており、一対の前記主面における同一側に、同極性の電荷が集中する。このため、かかる従来の強誘電体エレクトレットにおいては、電荷同士の反発によって分極構造が不安定になり、脱分極が発生する。
【００１３】
また、本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子においては、前記エレクトレットが上述の通りの構成を有しているため、前記エレクトレットの一対の前記主面における前記一方の側に設けられた前記第一対向電極によって機械電気変換が行われるとともに、前記エレクトレットの一対の前記主面における前記一方とは異なる前記他方の側に設けられた前記第二対向電極によっても機械電気変換が行われる。よって、従来のこの種の装置よりも出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の静電誘導型機械電気変換素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の具体的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示されている静電誘導型機械電気変換素子の一部分解斜視図である。
【図４】図２及び図３に示されている静電誘導型機械電気変換素子の全体の外観を示す斜視図である。
【図５】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の一変形例の概略構成を示す断面図である。
【図６】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図７】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図８】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図９】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図１０】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１２】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１３】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を、実施例及び比較例を用いつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。
【００１６】
よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態や実施例の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態や実施例に対して施され得る各種の変更の例示（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、主として末尾にまとめて記載されている。
【００１７】
＜概略構成＞
図１は、本発明の静電誘導型機械電気変換素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。図１を参照すると、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１は、発電素子（環境振動で発電する機械電気変換素子）であって、エレクトレット２と、第一対向電極３と、第一対向基板４と、第二対向電極５と、第二対向基板６と、第一出力部７と、第二出力部８と、を備えている。
【００１８】
エレクトレット２は、強誘電体からなる膜状あるいは板状の部材であって、複数の第一の領域２１及び第二の領域２２を有している。第一の領域２１と第二の領域２２とは、分極方向の厚さ方向（図中ｚ軸方向）における成分が、互いに逆となるように分極されている。ここで、「厚さ方向」とは、エレクトレット２の「厚さ」を規定する方向である。すなわち、「厚さ方向」とは、エレクトレット２における図中ｘｙ平面と平行な表面である一対の主面（第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２）と直交する方向である。具体的には、本実施形態においては、第一の領域２１は、厚さ方向と平行な一方向（図中ｚ軸正方向）に分極されている。一方、第二の領域２２は、厚さ方向と平行な他の一方向（図中ｚ軸負方向）に分極されている。また、第一の領域２１及び第二の領域２２においては、厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されている。
【００１９】
本実施形態においては、エレクトレット２は、第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２の沿面方向である主面方向における一方向（図中ｘ軸方向）に往復移動可能に設けられている。また、エレクトレット２においては、第一の領域２１と第二の領域２２とが、当該エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向：後述の「領域配列方向」と同一）に沿って互いに隣接するように交互に配列されている。すなわち、第一の領域２１及び第二の領域２２は、上述の往復移動方向と直交し且つ厚さ方向と直交する方向（以下、「電極長手方向」と称する：図中ｙ軸方向）に長手方向を有するとともに、上述の往復移動方向に沿って分極方向が所定の周期（具体的には３〜６００μｍ）で周期的に反転するような、ストライプ状に設けられている。
【００２０】
第一対向電極３は、上述の電極長手方向に沿って形成された細線状の導電性膜であって、第一主面ＭＳ１と対向するように設けられている。本実施形態においては、複数の第一対向電極３のそれぞれは、複数の第一の領域２１のそれぞれに対応する位置に配置されている。また、複数の第一対向電極３は、第一主面ＭＳ１と対向するように設けられた第一対向基板４における、第一主面ＭＳ１と対向する面上に形成されている。なお、複数の第一対向電極３は、電極長手方向における端部にて、互いに結合（電気的に接続）されている。
【００２１】
第二対向電極５は、上述の第一対向電極３と同様にして形成された細線状の導電性膜であって、第二主面ＭＳ２と対向するように設けられている。本実施形態においては、複数の第二対向電極５のそれぞれは、複数の第二の領域２２のそれぞれに対応する位置に配置されている。また、複数の第二対向電極５は、第二主面ＭＳ２と対向するように設けられた第二対向基板６における、第二主面ＭＳ２と対向する面上に形成されている。なお、複数の第二対向電極５は、電極長手方向における端部にて、互いに結合されている。
【００２２】
本実施形態においては、第一対向基板４及び第二対向基板６は、互いに相対移動しないように固定されている。すなわち、本実施形態においては、静電誘導型機械電気変換素子１は、エレクトレット２が第一対向基板４及び第二対向基板６に対して領域配列方向（複数の第一の領域２１及び第二の領域２２の配列方向：図中ｘ軸方向）に沿って相対移動することで、機械電気変換動作を行うように構成されている。
【００２３】
第一出力部７は、第一出力端子７１と、第一接地側端子７２と、を備えている。第一出力端子７１は、複数の第一対向電極３と結合（電気的に接続）されている。同様に、第二出力部８は、第二出力端子８１と、第二接地側端子８２と、を備えている。第二出力端子８１は、複数の第二対向電極５と結合されている。
【００２４】
＜具体例＞
図２は、図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の具体的な構成の一例を示す分解斜視図である。図３は、図２に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の一部分解斜視図である。図４は、図２及び図３に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の全体の外観を示す斜視図である。以下、図２〜図４を用いて、本具体例の静電誘導型機械電気変換素子１の構成の詳細について説明する。
【００２５】
静電誘導型機械電気変換素子１のケーシング１１０は、ガイド部材１１１を備えている。ガイド部材１１１は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、エレクトレット２を図中ｘ軸方向に往復移動可能に支持するとともに、第一対向基板４及び第二対向基板６を固定的に支持するように構成されている。
【００２６】
具体的には、ガイド部材１１１には、エレクトレットガイド孔１１１ａと、第一基板支持溝１１１ｂと、第二基板支持溝１１１ｃと、が形成されている。エレクトレットガイド孔１１１ａは、ガイド部材１１１の厚さ方向（図中ｚ軸方向）に沿って形成された貫通孔であって、その内部にてエレクトレット２を図中ｘ軸方向に往復移動可能にガイドするように設けられている（図３における矢印参照）。
【００２７】
第一基板支持溝１１１ｂは、ガイド部材１１１の一方の面（図中上面）にて第一対向基板４の厚さに対応する深さに形成された溝であって、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に沿って設けられている。また、第一基板支持溝１１１ｂは、エレクトレット２と、第一対向基板４上に形成された第一対向電極３と、の間に所定のギャップが設けられるような深さに形成されている。
【００２８】
第二基板支持溝１１１ｃは、ガイド部材１１１の他方の面（図中底面）にて第二対向基板６の厚さに対応する深さに形成された溝であって、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に沿って設けられている。また、第二基板支持溝１１１ｃは、エレクトレット２と、第二対向基板６上に形成された第二対向電極５と、の間に所定のギャップが設けられるような深さに形成されている。
【００２９】
エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）における第一対向基板４の一方の端部には、第一出力端子７１が設けられている。また、上述の往復移動方向における第一対向基板４の他方の端部側にて、当該第一対向基板４と隣接するように、ストッパ１１２が設けられている。第一対向基板４は、第一出力端子７１が上述の往復移動方向における一方（図中ｘ軸正方向）側に突出するように、第一基板支持溝１１１ｂ内に嵌め込まれている。ストッパ１１２は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、第一対向基板４における上述の他方の端部と当接するように、第一基板支持溝１１１ｂ内に配置されている。
【００３０】
同様に、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）における第二対向基板６の一方の端部には、第二出力端子８１が設けられている。また、上述の往復移動方向における第二対向基板６の他方の端部側にて、当該第二対向基板６と隣接するように、ストッパ１１３が設けられている。第二対向基板６は、第二出力端子８１が上述の往復移動方向における他方（図中ｘ軸負方向）側に突出するように、第二基板支持溝１１１ｃ内に嵌め込まれている。ストッパ１１３は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、第二対向基板６における上述の他方の端部と当接するように、第二基板支持溝１１１ｃ内に配置されている。
【００３１】
すなわち、本具体例においては、第一対向基板４及び第二対向基板６は、第一出力端子７１と第二出力端子８１とが互いに逆方向に突出するように配置されている。
【００３２】
ガイド部材１１１は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材である第一カバー板１１４及び第二カバー板１１５と接合されている。第一カバー板１１４は、第一対向基板４側に設けられている。すなわち、第一対向基板４は、ガイド部材１１１と第一カバー板１１４とによって挟持されている。同様に、第二対向基板６は、ガイド部材１１１と第二カバー板１１５とによって挟持されている。
【００３３】
＜作用・効果＞
かかる構成を有する、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１（図１〜図４参照）においては、第一対向電極３が設けられた第一対向基板４及び第二対向電極５が設けられた第二対向基板６に対して、エレクトレット２が、上述の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に相対移動する。かかる相対移動により、第一対向電極３及び第二対向電極５に誘起される電荷の変動が生じる。このようにして、当該相対移動の機械的エネルギーが電気エネルギーに変換される（特開２０１０−１３６５９８号公報等参照）。
【００３４】
この点、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１においては、分極方向が反転した第一の領域２１及び第二の領域２２が、領域配列方向に沿って互い違いに配列されている。このため、第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２において、隣り合う領域毎に正負の電荷が互い違いになる。これにより、エレクトレット２の分極状態を長期間安定的に保持することが可能になる。したがって、本実施形態の構成によれば、より優れた耐久性を実現することが可能になる。
【００３５】
かかる観点からすれば、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期が大きすぎると、第一の領域２１又は第二の領域２２の領域配列方向におけるサイズが大きくなりすぎるため、分極構造の安定化の効果が小さくなる。一方、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期が小さすぎる構成は、安定的に（工業的に）作成することが困難である。よって、分極方向の反転周期、すなわち、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期は、３〜６００μｍであることが好適である。
【００３６】
また、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１においては、エレクトレット２における第一主面ＭＳ１側及び第二主面ＭＳ２側の双方にて生じる電荷を利用することで、第一出力部７及び第二出力部８の双方にて出力を得ることができる。したがって、かかる構成によれば、同一の機械的エネルギーからの電気エネルギーへの変換量が倍増される。
【００３７】
このように、本実施形態の構成によれば、静電誘導型機械電気変換素子１における良好な耐久性と、高出力とが、ともに達成され得る。
【００３８】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態や具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具現化の一例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態や具体例によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態や具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００３９】
以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
【００４０】
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００４１】
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
【００４２】
本発明は、上述の具体的な構成に何ら限定されない。すなわち、上述の具体的な構成に対して、本発明の範囲内において種々の変更が施され得ることは、当然である。例えば、各部材の形状や材質についても、上述の具体例に何ら限定されるものではない。
【００４３】
図１に示されているように、第一対向電極３が第一の領域２１に対応する位置にのみ配置される一方、第二対向電極５が第二の領域２２に対応する位置にのみ配置されている場合、第一対向電極３に誘起される電圧波形と、第二対向電極５に誘起される電圧波形とは、ほぼ一致する。
【００４４】
したがって、この場合、図１に示されているような、第一出力端子７１と第一接地側端子７２とを有する第一対向電極３側の第一出力部７と、第二出力端子８１と第二接地側端子８２とを有する第二対向電極５側の第二出力部８と、を別個に設ける構成に代えて、図５に示されているような構成が採用され得る。かかる図５に示されている変形例の構成においては、複数の第一対向電極３と接続された第一出力端子７１と、複数の第二対向電極５と接続された第二出力端子８１と、の間に、負荷を直接接続可能となっている。
【００４５】
図１〜図４に示されている構成においては、第一対向基板４及び第二対向基板６がケーシング１１０に対して固定的に設けられていて、エレクトレット２が自由に往復移動するようになっていた。もっとも、本発明は、かかる構成に限定されない。すなわち、図６に示されているように、上述の例とは逆に、第一対向基板４及び第二対向基板６が一体的に往復移動するようになっていてもよい。
【００４６】
また、第一出力端子７１と第一接地側端子７２とを有する第一対向電極３側の第一出力部７と、第二出力端子８１と第二接地側端子８２とを有する第二対向電極５側の第二出力部８と、を別個に設ける構成においては、図７に示されているように、第一対向基板４と第二対向基板６とが別々に往復移動可能となっていてもよい。この場合、図８に示されているように、第一対向基板４側と第二対向基板６側とが別々の固有振動数を有していてもよい。かかる構成によれば、環境振動の周波数変化に広く対応した発電動作が可能になる。
【００４７】
第一対向電極３と第二対向電極５との配置は、図１等に示されているような「互い違い」の状態に限定されない。具体的には、例えば、第一対向電極３と第二対向電極５とが、ともに、第一の領域２１に対応する位置にのみ配置されていてもよい。
【００４８】
図９は、図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の他の変形例の概略構成を示す断面図である。図９を参照すると、第一対向基板４上には、第一の領域２１に対応する位置に配置された第一対向電極３ａと、第二の領域２２に対応する位置に配置された第一対向電極３ｂと、が形成されている。同様に、第二対向基板６上には、第一の領域２１に対応する位置に配置された第二対向電極５ａと、第二の領域２２に対応する位置に配置された第二対向電極５ｂと、が形成されている。
【００４９】
また、本変形例においては、第一出力部７は、第一出力端子７１ａと、第一出力端子７１ｂと、第一接地側端子７２ａと、第一接地側端子７２ｂと、を備えている。第一出力端子７１ａは、複数の第一対向電極３ａと結合されている。第一出力端子７１ｂは、複数の第一対向電極３ｂと結合されている。
【００５０】
同様に、本変形例においては、第二出力部８は、第二出力端子８１ａと、第二出力端子８１ｂと、第二接地側端子８２ａと、第二接地側端子８２ｂと、を備えている。第二出力端子８１ａは、複数の第二対向電極５ａと結合されている。第二出力端子８１ｂは、複数の第二対向電極５ｂと結合されている。
【００５１】
かかる構成においては、第一対向基板４及び第二対向基板６上における電極密度を可及的に高くすることができる。したがって、かかる構成によれば、よりいっそうの高出力化が可能になる。
【００５２】
図１０〜１２に示されているように、第一対向基板４側には、第一対向電極３を覆う絶縁性の第一電極カバー層９０１が設けられていてもよい。同様に、第二対向基板６側には、第二対向電極５を覆う絶縁性の第二電極カバー層９０２が設けられていてもよい。なお、第一電極カバー層９０１と第二電極カバー層９０２とは、同材質から構成されていてもよいし、異なる材質から構成されていてもよい。あるいは、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、第一電極カバー層９０１と第二電極カバー層９０２とのうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。
【００５３】
この場合、第一電極カバー層９０１は、図１０に示されているように、第一対向基板４の表面（主面）における第一対向電極３が形成されている面の全体を覆うようなコーティング層として設けられていてもよい。あるいは、第一電極カバー層９０１は、図１１に示されているように、第一対向電極３とエレクトレット２（図１等参照）との間に介在する絶縁シートあるいは絶縁膜として、第一対向基板４の表面（主面）における第一対向電極３が形成されている面から「浮いた」状態で設けられていてもよい。あるいは、第一電極カバー層９０１は、図１２に示されているように、第一対向電極３上にのみ設けられていてもよい。
【００５４】
同様に、第二電極カバー層９０２は、図１０に示されているように、第二対向基板６の表面（主面）における第二対向電極５が形成されている面の全体を覆うようなコーティング層として設けられていてもよい。あるいは、第二電極カバー層９０２は、図１１に示されているように、第二対向電極５とエレクトレット２（図１等参照）との間に介在する絶縁シートあるいは絶縁膜として、第二対向基板６の表面（主面）における第二対向電極５が形成されている面から「浮いた」状態で設けられていてもよい。あるいは、第二電極カバー層９０２は、図１２に示されているように、第二対向電極５上にのみ設けられていてもよい。
【００５５】
図１３に示されているように、エレクトレット２には、第一主面ＭＳ１を覆う絶縁性のエレクトレットカバー層９０３ａが形成されていてもよい。同様に、エレクトレット２には、第二主面ＭＳ２を覆う絶縁性のエレクトレットカバー層９０３ｂが形成されていてもよい。なお、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、エレクトレットカバー層９０３ａとエレクトレットカバー層９０３ｂとのうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。
【００５６】
図１０〜図１３のうちの少なくともいずれか１つに示されている構成を採用することにより、エレクトレット２と第一対向電極３又は第二対向電極５との絶縁状態が、良好に確保され得る。なお、図１０〜図１２の構成と図１３の構成とが組み合わされる場合、第一電極カバー層９０１及び／又は第二電極カバー層９０２を構成する材質と、エレクトレットカバー層９０３ａ及び９０３ｂを構成する材質とは、摩擦帯電列上にて近接するように選択され得る。
【００５７】
また、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、上述の各種のカバー層を用いた構成に代えて、第一対向電極３及び／又は第二対向電極５と、エレクトレット２と、の間にゲル状の絶縁材料を充填した構成が採用され得る。
【００５８】
本発明は、上述の例のような発電素子（環境振動で発電する機械電気変換素子）に限定されず、マイクロフォンや各種センサ等にも用いられ得る（この場合、電極等の形状や配置等が適宜変更される。）。また、振動（相対移動）方向も、厚さ方向であってもよい。すなわち、エレクトレット２は、各電極に対して二次元的あるいは三次元的に相対移動可能であってもよい。
【００５９】
第一の領域２１及び第二の領域２２は、領域配列方向における幅が同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第一の領域２１及び第二の領域２２は、上述の各例のような、平面視にていわゆる「ストライプ状」でなくてもよい。具体的には、例えば、平面視にていわゆる「市松模様」であってもよい。具体的には、平面視にて略矩形状（典型的には略正方形状）の第一の領域２１及び第二の領域２２が、互い違いに二次元的に配置されていてもよい。
【００６０】
分極方向も、厚さ方向と平行でなくてもよい。すなわち、第一の領域２１における分極方向とｚ軸正方向とのなす角度α［°］が−４５≦α≦＋４５であって、第二の領域２２における分極方向とｚ軸負方向とのなす角度βが［°］が−４５≦β≦＋４５であればよい（このときαの絶対値とβの絶対値とは同じであってもよいし異なっていてもよい）。
【００６１】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。
【００６２】
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
【符号の説明】
【００６３】
１…静電誘導型機械電気変換素子
１１０…ケーシング
１１１…ガイド部材 １１１ａ…エレクトレットガイド孔
１１１ｂ…第一基板支持溝 １１１ｃ…第二基板支持溝 １１２…ストッパ
１１３…ストッパ １１４…第一カバー板 １１５…第二カバー板
２…エレクトレット ２１…第一の領域 ２２…第二の領域
３…第一対向電極 ３ａ…第一対向電極 ３ｂ…第一対向電極
４…第一対向基板
５…第二対向電極 ５ａ…第二対向電極 ５ｂ…第二対向電極
６…第二対向基板
７…第一出力部
７１…第一出力端子 ７１ａ…第一出力端子 ７１ｂ…第一出力端子
７２…第一接地側端子 ７２ａ…第一接地側端子 ７２ｂ…第一接地側端子
８…第二出力部
８１…第二出力端子 ８１ａ…第二出力端子 ８１ｂ…第二出力端子
８２…第二接地側端子 ８２ａ…第二接地側端子 ８２ｂ…第二接地側端子
９０１…第一電極カバー層 ９０２…第二電極カバー層
９０３ａ…エレクトレットカバー層 ９０３ｂ…エレクトレットカバー層
ＭＳ１…第一主面 ＭＳ２…第二主面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開昭５８−６１１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７７８９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１８０４５０号公報
【特許文献４】特開２００７−２９８２９７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１３６５９８号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導型機械電気変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、エレクトレット（合成樹脂等の絶縁材料に電荷を注入したもの）を用いたものが知られている（例えば、特開昭５８−６１１８号公報、特開２００１−１７７８９９号公報、特開２００６−１８０４５０号公報、特開２００７−２９８２９７号公報、特開２０１０−１３６５９８号公報、等参照。）。
【発明の概要】
【０００３】
従来のこの種の装置においては、耐久性や出力の点で、まだまだ改善の余地があった。本発明は、かかる課題に対処するためになされたものである。
【０００４】
＜構成＞
本発明の静電誘導型機械電気変換素子は、エレクトレットと、第一対向電極と、第二対向電極と、を備えている。
【０００５】
前記エレクトレットは、強誘電体からなる膜状あるいは板状の部材である。このエレクトレットにおいては、第一の領域と第二の領域とが、主面方向に沿って互いに隣接するように交互に配列されている。ここで、前記第一の領域とは、厚さ方向（当該エレクトレットの厚さを規定する方向）に沿った分極方向が第一の方向である領域をいう。また、前記第二の領域とは、前記厚さ方向に沿った前記分極方向が第二の方向である領域をいう。前記第二の方向は、前記第一の方向とは反対の方向である。前記主面方向は、主面（当該エレクトレットにおける前記厚さ方向と直交する表面）と平行な方向である。なお、前記第一の領域又は前記第二の領域においては、前記厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されていることが好適である。
【０００６】
前記主面方向に沿って、前記分極方向が周期的に反転するように、複数の前記第一の領域及び複数の前記第二の領域が設けられていてもよい。この場合、前記分極方向の反転構造は、３〜６００μｍ周期のストライプ状であってもよい。
【０００７】
前記第一対向電極は、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられている。この第一対向電極は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうち一方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【０００８】
前記第二対向電極は、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられている。この第二対向電極は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方とは異なる他方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【０００９】
本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子においては、典型的には、前記第一対向電極が前記第一の領域に対応する位置に配置されている一方、前記第二対向電極が前記第二の領域に対応する位置に配置されている。あるいは、前記第一対向電極が前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されているとともに、前記第二対向電極も前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されている。
【００１０】
本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子は、第一対向基板と、第二対向基板と、をさらに備えていてもよい。この場合、前記第一対向基板は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方と対向するように配置されていて、前記第一対向電極を支持するように設けられている。また、前記第二対向基板は、前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記他方と対向するように配置されていて、前記第二対向電極を支持するように設けられている。
【００１１】
前記第一対向基板と前記第二対向基板とは、前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられていてもよい。あるいは、前記第一対向基板と前記第二対向基板とは、前記主面方向に沿って相対移動不能に設けられていてもよい。
【００１２】
＜作用・効果＞
本発明の前記エレクトレットにおいては、隣り合う領域毎に正負の電荷が互い違いになるため、分極状態を長期間安定的に保持することが可能になる。一方、特開２００７−２９８２９７号公報等に開示されている従来の強誘電体エレクトレットにおいては、分極処理が単純に一様に行われており、一対の前記主面における同一側に、同極性の電荷が集中する。このため、かかる従来の強誘電体エレクトレットにおいては、電荷同士の反発によって分極構造が不安定になり、脱分極が発生する。
【００１３】
また、本発明の前記静電誘導型機械電気変換素子においては、前記エレクトレットが上述の通りの構成を有しているため、前記エレクトレットの一対の前記主面における前記一方の側に設けられた前記第一対向電極によって機械電気変換が行われるとともに、前記エレクトレットの一対の前記主面における前記一方とは異なる前記他方の側に設けられた前記第二対向電極によっても機械電気変換が行われる。よって、従来のこの種の装置よりも出力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の静電誘導型機械電気変換素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の具体的な構成の一例を示す分解斜視図である。
【図３】図２に示されている静電誘導型機械電気変換素子の一部分解斜視図である。
【図４】図２及び図３に示されている静電誘導型機械電気変換素子の全体の外観を示す斜視図である。
【図５】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の一変形例の概略構成を示す断面図である。
【図６】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図７】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図８】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図９】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図１０】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１１】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１２】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【図１３】図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子の他の変形例の一部分の概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を、実施例及び比較例を用いつつ説明する。なお、以下の実施形態に関する記載は、法令で要求されている明細書の記載要件（記述要件・実施可能要件）を満たすために、本発明の具体化の単なる一例を、可能な範囲で具体的に記述しているものにすぎない。
【００１６】
よって、後述するように、本発明が、以下に説明する実施形態や実施例の具体的構成に何ら限定されるものではないことは、全く当然である。本実施形態や実施例に対して施され得る各種の変更の例示（変形例：modification）は、当該実施形態の説明中に挿入されると、一貫した実施形態の説明の理解が妨げられるので、主として末尾にまとめて記載されている。
【００１７】
＜概略構成＞
図１は、本発明の静電誘導型機械電気変換素子の一実施形態の概略構成を示す断面図である。図１を参照すると、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１は、発電素子（環境振動で発電する機械電気変換素子）であって、エレクトレット２と、第一対向電極３と、第一対向基板４と、第二対向電極５と、第二対向基板６と、第一出力部７と、第二出力部８と、を備えている。
【００１８】
エレクトレット２は、強誘電体からなる膜状あるいは板状の部材であって、複数の第一の領域２１及び第二の領域２２を有している。第一の領域２１と第二の領域２２とは、分極方向の厚さ方向（図中ｚ軸方向）における成分が、互いに逆となるように分極されている。ここで、「厚さ方向」とは、エレクトレット２の「厚さ」を規定する方向である。すなわち、「厚さ方向」とは、エレクトレット２における図中ｘｙ平面と平行な表面である一対の主面（第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２）と直交する方向である。具体的には、本実施形態においては、第一の領域２１は、厚さ方向と平行な一方向（図中ｚ軸正方向）に分極されている。一方、第二の領域２２は、厚さ方向と平行な他の一方向（図中ｚ軸負方向）に分極されている。また、第一の領域２１及び第二の領域２２においては、厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されている。
【００１９】
本実施形態においては、エレクトレット２は、第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２の沿面方向である主面方向における一方向（図中ｘ軸方向）に往復移動可能に設けられている。また、エレクトレット２においては、第一の領域２１と第二の領域２２とが、当該エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向：後述の「領域配列方向」と同一）に沿って互いに隣接するように交互に配列されている。すなわち、第一の領域２１及び第二の領域２２は、上述の往復移動方向と直交し且つ厚さ方向と直交する方向（以下、「電極長手方向」と称する：図中ｙ軸方向）に長手方向を有するとともに、上述の往復移動方向に沿って分極方向が所定の周期（具体的には３〜６００μｍ）で周期的に反転するような、ストライプ状に設けられている。
【００２０】
第一対向電極３は、上述の電極長手方向に沿って形成された細線状の導電性膜であって、第一主面ＭＳ１と対向するように設けられている。本実施形態においては、複数の第一対向電極３のそれぞれは、複数の第一の領域２１のそれぞれに対応する位置に配置されている。また、複数の第一対向電極３は、第一主面ＭＳ１と対向するように設けられた第一対向基板４における、第一主面ＭＳ１と対向する面上に形成されている。なお、複数の第一対向電極３は、電極長手方向における端部にて、互いに結合（電気的に接続）されている。
【００２１】
第二対向電極５は、上述の第一対向電極３と同様にして形成された細線状の導電性膜であって、第二主面ＭＳ２と対向するように設けられている。本実施形態においては、複数の第二対向電極５のそれぞれは、複数の第二の領域２２のそれぞれに対応する位置に配置されている。また、複数の第二対向電極５は、第二主面ＭＳ２と対向するように設けられた第二対向基板６における、第二主面ＭＳ２と対向する面上に形成されている。なお、複数の第二対向電極５は、電極長手方向における端部にて、互いに結合されている。
【００２２】
本実施形態においては、第一対向基板４及び第二対向基板６は、互いに相対移動しないように固定されている。すなわち、本実施形態においては、静電誘導型機械電気変換素子１は、エレクトレット２が第一対向基板４及び第二対向基板６に対して領域配列方向（複数の第一の領域２１及び第二の領域２２の配列方向：図中ｘ軸方向）に沿って相対移動することで、機械電気変換動作を行うように構成されている。
【００２３】
第一出力部７は、第一出力端子７１と、第一接地側端子７２と、を備えている。第一出力端子７１は、複数の第一対向電極３と結合（電気的に接続）されている。同様に、第二出力部８は、第二出力端子８１と、第二接地側端子８２と、を備えている。第二出力端子８１は、複数の第二対向電極５と結合されている。
【００２４】
＜具体例＞
図２は、図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の具体的な構成の一例を示す分解斜視図である。図３は、図２に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の一部分解斜視図である。図４は、図２及び図３に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の全体の外観を示す斜視図である。以下、図２〜図４を用いて、本具体例の静電誘導型機械電気変換素子１の構成の詳細について説明する。
【００２５】
静電誘導型機械電気変換素子１のケーシング１１０は、ガイド部材１１１を備えている。ガイド部材１１１は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、エレクトレット２を図中ｘ軸方向に往復移動可能に支持するとともに、第一対向基板４及び第二対向基板６を固定的に支持するように構成されている。
【００２６】
具体的には、ガイド部材１１１には、エレクトレットガイド孔１１１ａと、第一基板支持溝１１１ｂと、第二基板支持溝１１１ｃと、が形成されている。エレクトレットガイド孔１１１ａは、ガイド部材１１１の厚さ方向（図中ｚ軸方向）に沿って形成された貫通孔であって、その内部にてエレクトレット２を図中ｘ軸方向に往復移動可能にガイドするように設けられている（図３における矢印参照）。
【００２７】
第一基板支持溝１１１ｂは、ガイド部材１１１の一方の面（図中上面）にて第一対向基板４の厚さに対応する深さに形成された溝であって、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に沿って設けられている。また、第一基板支持溝１１１ｂは、エレクトレット２と、第一対向基板４上に形成された第一対向電極３と、の間に所定のギャップが設けられるような深さに形成されている。
【００２８】
第二基板支持溝１１１ｃは、ガイド部材１１１の他方の面（図中底面）にて第二対向基板６の厚さに対応する深さに形成された溝であって、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に沿って設けられている。また、第二基板支持溝１１１ｃは、エレクトレット２と、第二対向基板６上に形成された第二対向電極５と、の間に所定のギャップが設けられるような深さに形成されている。
【００２９】
エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）における第一対向基板４の一方の端部には、第一出力端子７１が設けられている。また、上述の往復移動方向における第一対向基板４の他方の端部側にて、当該第一対向基板４と隣接するように、ストッパ１１２が設けられている。第一対向基板４は、第一出力端子７１が上述の往復移動方向における一方（図中ｘ軸正方向）側に突出するように、第一基板支持溝１１１ｂ内に嵌め込まれている。ストッパ１１２は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、第一対向基板４における上述の他方の端部と当接するように、第一基板支持溝１１１ｂ内に配置されている。
【００３０】
同様に、エレクトレット２の往復移動方向（図中ｘ軸方向）における第二対向基板６の一方の端部には、第二出力端子８１が設けられている。また、上述の往復移動方向における第二対向基板６の他方の端部側にて、当該第二対向基板６と隣接するように、ストッパ１１３が設けられている。第二対向基板６は、第二出力端子８１が上述の往復移動方向における他方（図中ｘ軸負方向）側に突出するように、第二基板支持溝１１１ｃ内に嵌め込まれている。ストッパ１１３は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材であって、第二対向基板６における上述の他方の端部と当接するように、第二基板支持溝１１１ｃ内に配置されている。
【００３１】
すなわち、本具体例においては、第一対向基板４及び第二対向基板６は、第一出力端子７１と第二出力端子８１とが互いに逆方向に突出するように配置されている。
【００３２】
ガイド部材１１１は、絶縁性のセラミックスからなる板状の部材である第一カバー板１１４及び第二カバー板１１５と接合されている。第一カバー板１１４は、第一対向基板４側に設けられている。すなわち、第一対向基板４は、ガイド部材１１１と第一カバー板１１４とによって挟持されている。同様に、第二対向基板６は、ガイド部材１１１と第二カバー板１１５とによって挟持されている。
【００３３】
＜作用・効果＞
かかる構成を有する、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１（図１〜図４参照）においては、第一対向電極３が設けられた第一対向基板４及び第二対向電極５が設けられた第二対向基板６に対して、エレクトレット２が、上述の往復移動方向（図中ｘ軸方向）に相対移動する。かかる相対移動により、第一対向電極３及び第二対向電極５に誘起される電荷の変動が生じる。このようにして、当該相対移動の機械的エネルギーが電気エネルギーに変換される（特開２０１０−１３６５９８号公報等参照）。
【００３４】
この点、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１においては、分極方向が反転した第一の領域２１及び第二の領域２２が、領域配列方向に沿って互い違いに配列されている。このため、第一主面ＭＳ１及び第二主面ＭＳ２において、隣り合う領域毎に正負の電荷が互い違いになる。これにより、エレクトレット２の分極状態を長期間安定的に保持することが可能になる。したがって、本実施形態の構成によれば、より優れた耐久性を実現することが可能になる。
【００３５】
かかる観点からすれば、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期が大きすぎると、第一の領域２１又は第二の領域２２の領域配列方向におけるサイズが大きくなりすぎるため、分極構造の安定化の効果が小さくなる。一方、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期が小さすぎる構成は、安定的に（工業的に）作成することが困難である。よって、分極方向の反転周期、すなわち、第一の領域２１及び第二の領域２２の配列周期は、３〜６００μｍであることが好適である。
【００３６】
また、本実施形態の静電誘導型機械電気変換素子１においては、エレクトレット２における第一主面ＭＳ１側及び第二主面ＭＳ２側の双方にて生じる電荷を利用することで、第一出力部７及び第二出力部８の双方にて出力を得ることができる。したがって、かかる構成によれば、同一の機械的エネルギーからの電気エネルギーへの変換量が倍増される。
【００３７】
このように、本実施形態の構成によれば、静電誘導型機械電気変換素子１における良好な耐久性と、高出力とが、ともに達成され得る。
【００３８】
＜変形例の例示列挙＞
なお、上述の実施形態や具体例は、上述した通り、出願人が取り敢えず本願の出願時点において最良であると考えた本発明の具現化の一例を単に示したものにすぎないのであって、本発明はもとより上述の実施形態や具体例によって何ら限定されるべきものではない。よって、上述の実施形態や具体例に対して、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、種々の変形が施され得ることは、当然である。
【００３９】
以下、変形例について幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態における各構成要素と同様の構成・機能を有する構成要素については、本変形例においても同一の名称及び同一の符号が付されているものとする。そして、当該構成要素の説明については、上述の実施形態における説明が、矛盾しない範囲で適宜援用され得るものとする。
【００４０】
もっとも、変形例とて、下記のものに限定されるものではないことは、いうまでもない。本発明を、上述の実施形態や下記変形例の記載に基づいて限定解釈することは、（特に先願主義の下で出願を急ぐ）出願人の利益を不当に害する反面、模倣者を不当に利するものであって、許されない。
【００４１】
また、上述の実施形態の構成、及び下記の各変形例に記載された構成の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲において、適宜複合して適用され得ることも、いうまでもない。
【００４２】
本発明は、上述の具体的な構成に何ら限定されない。すなわち、上述の具体的な構成に対して、本発明の範囲内において種々の変更が施され得ることは、当然である。例えば、各部材の形状や材質についても、上述の具体例に何ら限定されるものではない。
【００４３】
図１に示されているように、第一対向電極３が第一の領域２１に対応する位置にのみ配置される一方、第二対向電極５が第二の領域２２に対応する位置にのみ配置されている場合、第一対向電極３に誘起される電圧波形と、第二対向電極５に誘起される電圧波形とは、ほぼ一致する。
【００４４】
したがって、この場合、図１に示されているような、第一出力端子７１と第一接地側端子７２とを有する第一対向電極３側の第一出力部７と、第二出力端子８１と第二接地側端子８２とを有する第二対向電極５側の第二出力部８と、を別個に設ける構成に代えて、図５に示されているような構成が採用され得る。かかる図５に示されている変形例の構成においては、複数の第一対向電極３と接続された第一出力端子７１と、複数の第二対向電極５と接続された第二出力端子８１と、の間に、負荷を直接接続可能となっている。
【００４５】
図１〜図４に示されている構成においては、第一対向基板４及び第二対向基板６がケーシング１１０に対して固定的に設けられていて、エレクトレット２が自由に往復移動するようになっていた。もっとも、本発明は、かかる構成に限定されない。すなわち、図６に示されているように、上述の例とは逆に、第一対向基板４及び第二対向基板６が一体的に往復移動するようになっていてもよい。
【００４６】
また、第一出力端子７１と第一接地側端子７２とを有する第一対向電極３側の第一出力部７と、第二出力端子８１と第二接地側端子８２とを有する第二対向電極５側の第二出力部８と、を別個に設ける構成においては、図７に示されているように、第一対向基板４と第二対向基板６とが別々に往復移動可能となっていてもよい。この場合、図８に示されているように、第一対向基板４側と第二対向基板６側とが別々の固有振動数を有していてもよい。かかる構成によれば、環境振動の周波数変化に広く対応した発電動作が可能になる。
【００４７】
第一対向電極３と第二対向電極５との配置は、図１等に示されているような「互い違い」の状態に限定されない。具体的には、例えば、第一対向電極３と第二対向電極５とが、ともに、第一の領域２１に対応する位置にのみ配置されていてもよい。
【００４８】
図９は、図１に示されている静電誘導型機械電気変換素子１の他の変形例の概略構成を示す断面図である。図９を参照すると、第一対向基板４上には、第一の領域２１に対応する位置に配置された第一対向電極３ａと、第二の領域２２に対応する位置に配置された第一対向電極３ｂと、が形成されている。同様に、第二対向基板６上には、第一の領域２１に対応する位置に配置された第二対向電極５ａと、第二の領域２２に対応する位置に配置された第二対向電極５ｂと、が形成されている。
【００４９】
また、本変形例においては、第一出力部７は、第一出力端子７１ａと、第一出力端子７１ｂと、第一接地側端子７２ａと、第一接地側端子７２ｂと、を備えている。第一出力端子７１ａは、複数の第一対向電極３ａと結合されている。第一出力端子７１ｂは、複数の第一対向電極３ｂと結合されている。
【００５０】
同様に、本変形例においては、第二出力部８は、第二出力端子８１ａと、第二出力端子８１ｂと、第二接地側端子８２ａと、第二接地側端子８２ｂと、を備えている。第二出力端子８１ａは、複数の第二対向電極５ａと結合されている。第二出力端子８１ｂは、複数の第二対向電極５ｂと結合されている。
【００５１】
かかる構成においては、第一対向基板４及び第二対向基板６上における電極密度を可及的に高くすることができる。したがって、かかる構成によれば、よりいっそうの高出力化が可能になる。
【００５２】
図１０〜１２に示されているように、第一対向基板４側には、第一対向電極３を覆う絶縁性の第一電極カバー層９０１が設けられていてもよい。同様に、第二対向基板６側には、第二対向電極５を覆う絶縁性の第二電極カバー層９０２が設けられていてもよい。なお、第一電極カバー層９０１と第二電極カバー層９０２とは、同材質から構成されていてもよいし、異なる材質から構成されていてもよい。あるいは、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、第一電極カバー層９０１と第二電極カバー層９０２とのうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。
【００５３】
この場合、第一電極カバー層９０１は、図１０に示されているように、第一対向基板４の表面（主面）における第一対向電極３が形成されている面の全体を覆うようなコーティング層として設けられていてもよい。あるいは、第一電極カバー層９０１は、図１１に示されているように、第一対向電極３とエレクトレット２（図１等参照）との間に介在する絶縁シートあるいは絶縁膜として、第一対向基板４の表面（主面）における第一対向電極３が形成されている面から「浮いた」状態で設けられていてもよい。あるいは、第一電極カバー層９０１は、図１２に示されているように、第一対向電極３上にのみ設けられていてもよい。
【００５４】
同様に、第二電極カバー層９０２は、図１０に示されているように、第二対向基板６の表面（主面）における第二対向電極５が形成されている面の全体を覆うようなコーティング層として設けられていてもよい。あるいは、第二電極カバー層９０２は、図１１に示されているように、第二対向電極５とエレクトレット２（図１等参照）との間に介在する絶縁シートあるいは絶縁膜として、第二対向基板６の表面（主面）における第二対向電極５が形成されている面から「浮いた」状態で設けられていてもよい。あるいは、第二電極カバー層９０２は、図１２に示されているように、第二対向電極５上にのみ設けられていてもよい。
【００５５】
図１３に示されているように、エレクトレット２には、第一主面ＭＳ１を覆う絶縁性のエレクトレットカバー層９０３ａが形成されていてもよい。同様に、エレクトレット２には、第二主面ＭＳ２を覆う絶縁性のエレクトレットカバー層９０３ｂが形成されていてもよい。なお、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、エレクトレットカバー層９０３ａとエレクトレットカバー層９０３ｂとのうちのいずれか一方のみが形成されていてもよい。
【００５６】
図１０〜図１３のうちの少なくともいずれか１つに示されている構成を採用することにより、エレクトレット２と第一対向電極３又は第二対向電極５との絶縁状態が、良好に確保され得る。なお、図１０〜図１２の構成と図１３の構成とが組み合わされる場合、第一電極カバー層９０１及び／又は第二電極カバー層９０２を構成する材質と、エレクトレットカバー層９０３ａ及び９０３ｂを構成する材質とは、摩擦帯電列上にて近接するように選択され得る。
【００５７】
また、静電誘導型機械電気変換素子１の設置態様によっては、上述の各種のカバー層を用いた構成に代えて、第一対向電極３及び／又は第二対向電極５と、エレクトレット２と、の間にゲル状の絶縁材料を充填した構成が採用され得る。
【００５８】
本発明は、上述の例のような発電素子（環境振動で発電する機械電気変換素子）に限定されず、マイクロフォンや各種センサ等にも用いられ得る（この場合、電極等の形状や配置等が適宜変更される。）。また、振動（相対移動）方向も、厚さ方向であってもよい。すなわち、エレクトレット２は、各電極に対して二次元的あるいは三次元的に相対移動可能であってもよい。
【００５９】
第一の領域２１及び第二の領域２２は、領域配列方向における幅が同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、第一の領域２１及び第二の領域２２は、上述の各例のような、平面視にていわゆる「ストライプ状」でなくてもよい。具体的には、例えば、平面視にていわゆる「市松模様」であってもよい。具体的には、平面視にて略矩形状（典型的には略正方形状）の第一の領域２１及び第二の領域２２が、互い違いに二次元的に配置されていてもよい。
【００６０】
分極方向も、厚さ方向と平行でなくてもよい。すなわち、第一の領域２１における分極方向とｚ軸正方向とのなす角度α［°］が−４５≦α≦＋４５であって、第二の領域２２における分極方向とｚ軸負方向とのなす角度βが［°］が−４５≦β≦＋４５であればよい（このときαの絶対値とβの絶対値とは同じであってもよいし異なっていてもよい）。
【００６１】
その他、特段に言及されていない変形例についても、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において、本発明の技術的範囲に含まれることは当然である。
【００６２】
また、本発明の課題を解決するための手段を構成する各要素における、作用・機能的に表現されている要素は、上述の実施形態や変形例にて開示されている具体的構造の他、当該作用・機能を実現可能ないかなる構造をも含む。さらに、本明細書にて引用した先行出願や各公報の内容（明細書及び図面を含む）は、本明細書の一部を構成するものとして適宜援用され得る。
【符号の説明】
【００６３】
１…静電誘導型機械電気変換素子
１１０…ケーシング
１１１…ガイド部材 １１１ａ…エレクトレットガイド孔
１１１ｂ…第一基板支持溝 １１１ｃ…第二基板支持溝 １１２…ストッパ
１１３…ストッパ １１４…第一カバー板 １１５…第二カバー板
２…エレクトレット ２１…第一の領域 ２２…第二の領域
３…第一対向電極 ３ａ…第一対向電極 ３ｂ…第一対向電極
４…第一対向基板
５…第二対向電極 ５ａ…第二対向電極 ５ｂ…第二対向電極
６…第二対向基板
７…第一出力部
７１…第一出力端子 ７１ａ…第一出力端子 ７１ｂ…第一出力端子
７２…第一接地側端子 ７２ａ…第一接地側端子 ７２ｂ…第一接地側端子
８…第二出力部
８１…第二出力端子 ８１ａ…第二出力端子 ８１ｂ…第二出力端子
８２…第二接地側端子 ８２ａ…第二接地側端子 ８２ｂ…第二接地側端子
９０１…第一電極カバー層 ９０２…第二電極カバー層
９０３ａ…エレクトレットカバー層 ９０３ｂ…エレクトレットカバー層
ＭＳ１…第一主面 ＭＳ２…第二主面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６４】
【特許文献１】特開昭５８−６１１８号公報
【特許文献２】特開２００１−１７７８９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１８０４５０号公報
【特許文献４】特開２００７−２９８２９７号公報
【特許文献５】特開２０１０−１３６５９８号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向である第一の領域と、前記厚さ方向に沿った前記分極方向が前記第一の方向とは反対の第二の方向である第二の領域と、が、前記厚さ方向と直交する表面である主面と平行な方向である主面方向に沿って、互いに隣接するように交互に配列された、強誘電体膜からなるエレクトレットと、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうち一方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられた、第一対向電極と、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方とは異なる他方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられた、第二対向電極と、
を備えたことを特徴とする、静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記エレクトレットにおける前記第一の領域又は前記第二の領域は、前記厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向電極は、前記第一の領域に対応する位置に配置されていて、
前記第二対向電極は、前記第二の領域に対応する位置に配置されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向電極は、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、
前記第二対向電極は、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の、静電誘導型機械電気変換素子において、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方と対向するように配置されていて、前記第一対向電極を支持するように設けられた、第一対向基板と、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記他方と対向するように配置されていて、前記第二対向電極を支持するように設けられた、第二対向基板と、
をさらに備えたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向基板と、前記第二対向基板とが、前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項７】
請求項５に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向基板と、前記第二対向基板とが、前記主面方向に沿って相対移動不能に設けられたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記主面方向に沿って、前記分極方向が周期的に反転するように、複数の前記第一の領域及び複数の前記第二の領域が設けられていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項９】
請求項８に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記分極方向の反転構造が、３〜６００μｍ周期のストライプ状であることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項１】
厚さ方向に沿った分極方向が第一の方向である第一の領域と、前記厚さ方向に沿った前記分極方向が前記第一の方向とは反対の第二の方向である第二の領域と、が、前記厚さ方向と直交する表面である主面と平行な方向である主面方向に沿って、互いに隣接するように交互に配列された、強誘電体膜からなるエレクトレットと、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうち一方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられた、第一対向電極と、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方とは異なる他方と対向するように、前記第一の領域又は前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、前記エレクトレットと前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられた、第二対向電極と、
を備えたことを特徴とする、静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記エレクトレットにおける前記第一の領域又は前記第二の領域は、前記厚さ方向における全体にわたってほぼ一様に分極が形成されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向電極は、前記第一の領域に対応する位置に配置されていて、
前記第二対向電極は、前記第二の領域に対応する位置に配置されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向電極は、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されていて、
前記第二対向電極は、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応する位置に配置されていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の、静電誘導型機械電気変換素子において、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記一方と対向するように配置されていて、前記第一対向電極を支持するように設けられた、第一対向基板と、
前記エレクトレットにおける一対の前記主面のうちの前記他方と対向するように配置されていて、前記第二対向電極を支持するように設けられた、第二対向基板と、
をさらに備えたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項６】
請求項５に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向基板と、前記第二対向基板とが、前記主面方向に沿って相対移動可能に設けられたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項７】
請求項５に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記第一対向基板と、前記第二対向基板とが、前記主面方向に沿って相対移動不能に設けられたことを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記主面方向に沿って、前記分極方向が周期的に反転するように、複数の前記第一の領域及び複数の前記第二の領域が設けられていることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【請求項９】
請求項８に記載の、静電誘導型機械電気変換素子であって、
前記分極方向の反転構造が、３〜６００μｍ周期のストライプ状であることを特徴とする、
静電誘導型機械電気変換素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１５９２１（Ｐ２０１３−１１５９２１Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９８２４（Ｐ２０１１−２５９８２４）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
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