WO2015151996A1 - 電子機器 - Google Patents

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WO2015151996A1
WO2015151996A1 PCT/JP2015/059376 JP2015059376W WO2015151996A1 WO 2015151996 A1 WO2015151996 A1 WO 2015151996A1 JP 2015059376 W JP2015059376 W JP 2015059376W WO 2015151996 A1 WO2015151996 A1 WO 2015151996A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotating member
electret
center
electrode
power generation
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/059376
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English (en)
French (fr)
Inventor
健作 松本
伊原　隆史
渡邊　真
輝 和泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Holdings Co Ltd
Citizen Watch Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP2016511594A priority patent/JP6456360B2/ja
Priority to EP15774072.1A priority patent/EP3128666B1/en
Priority to US15/300,780 priority patent/US10361642B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/06—Influence generators
    • H02N1/08—Influence generators with conductive charge carrier, i.e. capacitor machines
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time-pieces
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G19/00—Electric power supply circuits specially adapted for use in electronic time-pieces

Definitions

  • the present invention relates to an electronic device with a power generation function.
  • a small portable electronic device such as a wristwatch is equipped with a power generation function in order to save the trouble of battery replacement.
  • power generation mechanisms used in such electronic devices, and those using the principle of vibration power generation using electrets have been proposed.
  • Patent Document 1 describes a power generation device used in a portable electric device, in which an electrode that rotates integrally with a rotating weight supported by a spiral spring is disposed opposite to an electret film.
  • Rotational power generators using the above-described electrets are mounted on portable electronic devices, and are intended to generate power by changing the posture of the electronic devices while being carried.
  • Patent Document 1 when the electrode is connected and supported in the order of the rotary weight, the spiral spring, and the fixing member, the spiral spring is wound up or extended depending on the change in the attitude of the electronic device. Therefore, there is a concern that the rotational movement of the electrode cannot be performed.
  • the natural angular frequency of the rotational motion of the electrode is uniquely determined by the spring constant of the spiral spring and the mass elastically supported by the spiral spring.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to prevent the spiral spring from being rolled up and stretched in an electronic device equipped with a rotating power generation device using an electret. Further, an additional problem of the present invention is to efficiently generate power with respect to vibrations of various periods given from the outside in an electronic device equipped with a rotating power generation device using an electret.
  • At least one first rotating member supported so as to be freely rotatable and having a center of gravity deviated from the center of rotation, at least one second rotating member supported so as to be freely rotatable, and the first rotating member.
  • an elastic member that elastically connects the second rotating member to each other with respect to the rotational movement thereof, and a fixing member provided to face the second rotating member, and the second rotating member and the
  • An electronic apparatus including a power generation mechanism in which an electret film is provided on any surface of a fixing member.
  • the value of the moment of inertia of the first rotating member is different from the value of the moment of inertia of the second rotating member.
  • the value of the moment of inertia of the first rotating member is larger than the value of the moment of inertia of the second rotating member.
  • the second rotating member is an electronic device whose center of gravity is deviated from the center of rotation.
  • a plurality of the second rotating member, the fixing member, and the elastic member are provided, and the plurality of second rotating members are rotated by the elastic member.
  • Electronic devices that are elastically connected to each other with respect to movement.
  • the frequency of external vibration input can be different from the frequency of rotational vibration of the electrode used for power generation.
  • the frequency of rotational vibration of the electrode used for power generation can be made higher than the frequency of external vibration input, and the power generation efficiency is improved.
  • kinetic energy can be recovered over a wider range of frequencies against various vibrations given from the outside, and the power generation efficiency is improved.
  • the area of the electret film can be increased and a compact configuration can be obtained.
  • kinetic energy can be recovered over a wider range of frequencies against various vibrations given from the outside, and the power generation efficiency is improved.
  • the power generation mechanism can be reduced in size by reducing the thickness of the power generation mechanism in the rotation axis direction, and the power generation mechanism caused by the spiral spring extending radially outward can be realized. Damage can be suppressed.
  • FIG. 1 is a plan view of the electronic apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the electronic device 1 is a wristwatch, but other devices such as a pocket watch or an electronic compass or a communication device may be used.
  • the electronic device 1 is scheduled to be equipped with a power generation mechanism that generates electric power using the change in posture of the electronic device 1 itself, so that the posture changes frequently.
  • a power generation mechanism that generates electric power using the change in posture of the electronic device 1 itself, so that the posture changes frequently.
  • a small portable device is preferable.
  • the electronic device 1 is a pointer-type timepiece as shown, and the hour hand, the minute hand, and the second hand are provided coaxially with a pointer shaft 2 disposed at the center of the electronic device 1 as a rotation center.
  • the number and arrangement of the pointers are not limited to this and are arbitrary, and may be a so-called digital type that displays information using a liquid crystal display or an organic EL display, and these are combined. It may be a thing.
  • the electronic device 1 is not a watch, the electronic device 1 has an appearance corresponding to its function.
  • the electronic device 1 accommodates a power generation mechanism, a movement, and a power storage device, which will be described later, inside a case 4, and these mechanisms are arranged behind the dial plate 3 and covered.
  • the design of the dial plate 3 illustrated in FIG. 1 is also arbitrary, and the dial plate 3 itself may be transparent or omitted so that the mechanism inside the case 4 can be visually recognized.
  • the power generation mechanism is disposed immediately behind the dial 3 as will be described later, the user of the electronic device 1 visually recognizes the power generation mechanism.
  • the arrangement of the mechanisms accommodated in the case 4 is also arbitrary.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electronic apparatus 1 according to the present embodiment.
  • a movement 5 is accommodated in the case 4, and the power generation mechanism 6 and the dial 3 are arranged in this order on the upper side of the movement 5.
  • a power storage device 7 is attached below the movement 5. These mechanisms are inserted into the case 4 from below and are fixed in the case 4 by the back cover 8.
  • a pointer shaft 2 extending from the movement 5 protrudes from the center of the dial 3 through the power generation mechanism 6, and each pointer is attached.
  • a transparent windshield 9 such as glass is attached to the upper side of the case 4 to protect each pointer and dial.
  • the outer diameter of the power generation mechanism 6 in plan view is substantially the same as that of the movement 5, and the power generation mechanism 6 and the movement 5 are stacked in the height direction of the electronic device 1. Is not essential.
  • the upper and lower arrangements of the power generation mechanism 6 and the movement 5 may be reversed, or the power generation mechanism 6 may be incorporated as a part of the movement 5.
  • the dial 3 is provided on the upper surface of the power generation mechanism 6, and various indications such as time letters are provided on the surface, so that the user of the electronic device 1 has a pointer. The time pointed to can be read.
  • the material of the dial 3 is not particularly limited, and synthetic resins, natural materials such as shells and rocks, and various metals may be used.
  • the movement 5 is an assembly in which a train wheel and a motor for driving the hands, a clock circuit including a quartz oscillator for measuring time, a controller for controlling the entire electronic device 1 and the like are integrally assembled in a frame called a main plate.
  • the movement 5 operates by obtaining electric power from the power storage device 7 attached to the movement 5.
  • the power storage device 7 supplies power to the movement 5 and at the same time stores the power generated by the power generation mechanism 6.
  • the power storage device 7 is a button-type lithium secondary battery.
  • the shape and type of the electricity storage device 7 are not particularly limited, and an electric double layer capacitor such as a lithium ion capacitor may be used in addition to various secondary batteries.
  • the power generation mechanism 6 is a rotary power generation device that uses an electret, and rotates the energy of vibration caused by the movement of the arm during walking in a state in which the electronic device 1 is worn on the user's arm, for example. It is taken out as a rotational motion by the weight 10, and the electret electrode 12 is rotationally oscillated through the spiral spring 11, and is recovered as electrical energy from the counter electrode 13.
  • the rotary weight 10 is fixed to the hollow shaft 18 rotatably supported by the generator case 16 by the bearing 17 fixed to the generator case 16 and the electret electrode 12 is fixed to the pointer shaft 2. It is supported so that it can rotate freely on the same axis.
  • this structure is an example, and if the rotary weight 10 and the electret electrode 12 are each supported so that free rotation is possible, the support method and the position of a rotating shaft will not be limited.
  • FIG. 3 is a schematic circuit diagram for explaining the operating principle of the power generation mechanism 6.
  • the electret electrode 12 and the counter electrode 13 are arranged to face each other in parallel with a predetermined slight gap, and both move relatively to some extent in the in-plane direction. Is supported so that In the present embodiment, the counter electrode 13 is fixed, and the electret electrode 12 is supported so as to rotate and vibrate in the plane.
  • An electret film 14 is formed on the surface of the electret electrode 12 on the counter electrode 13 side so as to be in a predetermined charged state.
  • the electret film 14 is charged so that the counter electrode 13 side has a negative charge.
  • membrane 14 and the counter electrode 13 are stripe shapes with a substantially equal planar shape, and the state where the electret film
  • a material that is easily charged is used as the material of the electret film 14, and examples of the material that is negatively charged include silicon oxide and fluororesin.
  • a specific example of such a material is CYTOP (registered trademark), which is a fluororesin manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.
  • other materials for the electret film 14 include polymer materials such as polypropylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polystyrene, polytetrafluoroethylene, polyvinyldendifluoride, and polyvinylfluoride, and the aforementioned silicon oxide and silicon nitride. Inorganic materials such as silicon oxynitride can also be used.
  • FIG. 4 is a perspective view of the power generation mechanism 6. From the opening provided in the generator case 16, the rotary weight 10, the electret electrode 12, and the counter electrode 13 are partially visible. In addition, in the same figure, the part obstructed by the generator case 16 and partially invisible is shown by a broken line.
  • the rotary weight 10 is provided such that its center of gravity is deviated with respect to the axis C that is the center of rotation. And is supported so as to freely rotate around the axis C.
  • the electret electrode 12 is provided with a large number of slits radially as shown in the figure, and is formed in a striped shape in the circumferential direction.
  • An electret film 14 is formed on the surface (lower surface in the figure) of the electret electrode 12 facing the counter electrode 13.
  • the electret electrode 12 is also supported so as to freely rotate around the axis C. In this embodiment, the position of the center of gravity of the electret electrode 12 coincides with the axis C.
  • the counter electrode 13 is fixed to the generator case 16.
  • the electret electrode 12 and the counter electrode 13 may be interchanged in the structure shown in the figure, but the counter electrode 13 requires wiring to the rectifier circuit 15 shown in FIG.
  • the structure of the mechanism 6 becomes simple.
  • Rotating weight 10 and electret electrode 12 are connected to each other by spiral spring 11.
  • the spiral spring 11 when the spiral spring 11 is in its free length, the electret electrode 12 does not particularly rotate, but when the rotary weight 10 rotates due to gravitational acceleration due to a change in posture or acceleration acting from outside, the spiral Since the spring 11 is wound or unwound, the spiral spring 11 and the electret electrode 12 constitute a single vibration system with respect to the rotary weight 10, and the electret electrode 12 starts rotating vibration.
  • the power generation mechanism 6 generates power by collecting and rectifying charges induced in the counter electrode 13 by the rotational vibration of the electret electrode 12.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the structure of the main part of the power generation mechanism 6 according to this embodiment.
  • the rotary weight 10 is supported by a bearing 17 so as to be freely rotatable with respect to an axis C as a center of rotation
  • the electret electrode 12 is also supported by a hollow shaft 18 so as to be freely rotatable with respect to the axis C.
  • the rotary weight 10 and the electret electrode 12 are elastically supported by the spiral spring 11 so that the rotary motion around the axis C is mutually supported.
  • An electret film 14 is formed on the surface of the electret electrode 12 facing the counter electrode 13, and the counter electrode 13 is fixed to a generator case 16 (not shown).
  • the spiral spring 11 is attached to the rotary weight 10 and the electret electrode 12 and cannot be attached to a fixing member such as the generator case 16, so that it can freely rotate as a whole, and it can be wound up or stretched out.
  • the moment of inertia I e moment of inertia I w and the electret electrode 12 of the rotary weight 10 is determined so that I w> I e.
  • the frequency of the rotational vibration detected by the rotary weight 10 by the user's movement such as swinging the arm is about 3 to 5 Hz.
  • the result of the experiment shows that the frequency is 30 to 40 Hz or more.
  • the electret electrode 12 can be vibrated at a period higher than that of the rotary weight 10 by setting I w > I e , thereby generating power more efficiently. be able to.
  • the rotary weight 10 is the first rotating member.
  • the electret electrode 12 corresponds to the second rotating member
  • the spiral spring 11 corresponds to the elastic member
  • the counter electrode 13 corresponds to the fixing member
  • the electret film 14 corresponds to the electret electrode 12, that is, the first member. And thus it provided on the rotating member.
  • FIG. 6 is a perspective view according to a first modification of the power generation mechanism 6.
  • This modification is different from the example shown in FIG. 4 in that a second rotary weight 19 is attached to a part of the outer periphery of the electret electrode 12. Since the electret electrode 12 is provided with the second rotary weight 19, the position of the center of gravity is deviated from the rotation axis C. Furthermore, this as in the previous example is also in the modification, different to the value of the moment of inertia I e moment of inertia I w and the electret electrode 12 of the rotary weight 10 to each other (in this modification, I w> I e) . By doing so, the system of the power generation mechanism 6 becomes a coupled vibration system and has two natural angular frequencies. Therefore, kinetic energy over a wider range of frequencies with respect to various vibrations applied from the outside. Can be recovered, and the power generation efficiency is improved.
  • FIG. 7 is a diagram showing the directions of W and E when the axis C is oriented in the horizontal direction.
  • the vertical axis indicates the vertical direction
  • the horizontal axis indicates the horizontal direction.
  • W and E are stabilized in a direction in which the direction of the combined center of gravity with respect to the axis C is vertically downward.
  • torque is generated clockwise on the rotary weight 10 so that W is vertically downward
  • counterclockwise torque is generated on the electret electrode 12 so that E is vertically downward. To do.
  • the spiral spring 11 Since these torques act to slightly wind or unwind the spiral spring 11, the spiral spring 11 is slightly wound or unwound in the free state (that is, the angle formed by W and E in the figure is smaller than ⁇ ).
  • the angle formed by W and E in the figure is smaller than ⁇ .
  • the configuration of the present modification can be expected to have a first effect that sensitivity to external vibration is increased.
  • the difference in the moment of inertia value between the rotary weight 10 and the electret electrode 12 is mainly due to the mass difference, here, as shown in the figure, W is generally close to the vertical downward direction, and E is generally horizontal. Closer and stable. Therefore, the center of gravity of the rotary weight 10 is easy to move in the horizontal direction, and the center of gravity of the electret electrode 12 is easy to move in the vertical direction. Therefore, when the horizontal vibration is applied to the power generation mechanism 6, the vibration is rotated. When the weight 10 is given a vertical vibration, the electret electrode 12 absorbs the vibration. Therefore, the configuration of the present modification can be expected to produce a second effect that power can be generated regardless of the direction of vibration applied to the power generation mechanism 6.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the structure of the main part of the power generation mechanism 6 according to this modification.
  • the rotary weight 10 and the electret electrode 12 are supported so as to be freely rotatable with respect to the axis C, and the rotary motion around the axis C is elastically supported by the spiral spring 11.
  • a second rotary weight 19 is attached to the outer periphery of the electret electrode 12.
  • fixation to the electret electrode 12 of the 2nd rotary weight 19 is not limited to the aspect fixed to the upper surface of the electret electrode 12, as shown so far.
  • the second rotary weight 19 may be fixed to the outer peripheral surface of the electret electrode 12 or may be separately fixed to a hollow shaft 18 (see FIG. 2) to which the electret electrode 12 is fixed.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the structure of the main part according to the second modification of the power generation mechanism 6.
  • two electret electrodes are used instead of using a rotating weight.
  • first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b are supported so as to be freely rotatable with respect to the axis C, and the electret films 14 are provided on the surfaces facing each other.
  • An insulating fixed substrate 20 is disposed between the first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b, and the first counter electrode 13a and the first electret electrode 12a are respectively disposed on both surfaces thereof,
  • a second counter electrode 13b is provided so as to face the second electret electrode 12b.
  • a second rotating weight 19 is provided on the outer periphery of the first electret electrode 12a, and a third rotating weight 21 is provided on the outer periphery of the second electret electrode 12b.
  • the first electret electrode 12 a and the second electret electrode 12 b are elastically supported by the spiral spring 11 to rotate around the axis C.
  • the values of the moment of inertia I e1 of the first electret electrode 12a and the values of the second electret electrode I e2 are different.
  • the orientation of the center of gravity of the first electret electrode 12a with respect to the axis C in plan view is E1
  • the orientation of the center of gravity of the second electret electrode 12a is E2
  • the angle formed by E1 and E2 is ⁇ , 0 ° ⁇ ⁇ 180 ° is preferable, and 45 ° ⁇ ⁇ 135 ° is more preferable.
  • ⁇ 90 °.
  • the first rotating member may be either the first electret electrode 12a or the second electret electrode 12b.
  • the two rotating members are either one of them.
  • the spiral spring 11 corresponds to an elastic member
  • the first counter electrode 13a or the second counter electrode 13b corresponds to a fixed member.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the structure of the main part according to the third modification of the power generation mechanism 6.
  • this modification two electret electrodes are used in addition to the rotating weight.
  • the electret film 14 is provided on the surface on the side where the first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b face each other. Further, an insulating fixed substrate 20 is disposed between the first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b, and the first counter electrode 13a and the first counter electrode 13a are respectively opposed to the first electret electrode 12a on both sides thereof.
  • the second counter electrode 13b is provided so as to face the second electret electrode 12b.
  • a second rotating weight 19 is provided on the outer periphery of the first electret electrode 12a, and a third rotating weight 21 is provided on the outer periphery of the second electret electrode 12b.
  • the rotary weight 10 and the first electret electrode 12a are rotated around the axis C by the first spiral spring 11a, and the first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b are rotated around the axis C by the second spiral spring 11b.
  • the rotational movements of each other are supported elastically.
  • the three members of the rotary weight 10, the first electret electrode 12a, and the second electret electrode 12b can freely rotate and are elastically supported, respectively, so that a coupled vibration system with three degrees of freedom is obtained. Is configured. Therefore, in this modification, the system has three natural angular frequencies, and power generation is possible for vibration inputs having a wider frequency range.
  • the values of the inertia moment I W of the rotary weight 10, the inertia moment I e1 of the first electret electrode 12a, and the second electret electrode I e2 are different from each other.
  • the member having the largest moment of inertia is preferably the rotary weight 10, and as shown in FIG.
  • the orientation of the center of gravity of the rotary weight 10 with respect to the axis C in plan view is W
  • the center of gravity of the first electret electrode 12a is
  • the direction is E1
  • the direction of the center of gravity of the second electret electrode 12b is E2
  • the angle between W and E1 is ⁇ 1
  • the angle between W and E2 is ⁇ 2, 0 ° ⁇ 1 ⁇ 180 °, 0 °
  • the rotary weight 10 corresponds to the first rotating member
  • the second rotating member includes the first electret electrode 12a and the second electret.
  • the first spiral spring 11a and the second spiral spring 11b correspond to elastic members
  • the first counter electrode 13a and the second counter electrode 13b correspond to fixing members, respectively, and there are also a plurality (two) of them. It becomes.
  • the plurality of second rotating members, that is, the first electret electrode 12a and the second electret electrode 12b are elastically connected to each other with respect to the rotational motion thereof by an elastic member (second spiral spring 11b).
  • the freely rotating members may be elastically supported by the spiral springs around the axis C in order to constitute a so-called coupled vibration system as a whole.
  • the number of degrees of freedom of the system increases, the number of natural angular frequencies increases, so a response to a wider range of frequencies is possible.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of the power generation mechanism 26 according to the second embodiment of the present invention. Note that the operating principle of the power generation mechanism 26 of the second embodiment described below is the same as that described in the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the power generation mechanism 26 includes an electret electrode 22, a counter electrode 23, and a fixed wheel 50, and accommodates them in the generator case 16.
  • the electret film 24 is formed on both surfaces of the electret electrode 22, and the counter electrode 23 is fixed to the generator case 16 so as to face each electret film 24.
  • the fixed wheel 50 includes a gear portion 51 that meshes with the speed increaser 30 and a rotation shaft 52 that is pivotally supported by the generator case 16, and the rotational force of the rotary weight 10 whose center of gravity is offset from the rotation center is the speed increaser. Rotating about the rotating shaft 51 by being transmitted at a speed increased via 30.
  • the speed increasing device 30 may be a speed increasing wheel train composed of a plurality of gears having different gear ratios. Further, since the speed increaser 30 is not an essential configuration, the speed increaser 30 may not be provided, and the rotary weight 10 and the fixed wheel 50 may rotate on the same axis.
  • a through hole is formed in the rotation center portion of the electret electrode 22, and the rotating shaft 51 of the fixed wheel 50 is inserted into the through hole.
  • the spiral spring 11 is the inner peripheral surface of the electret electrode 22 so that the inner peripheral surface 22a of the through-hole of the electret electrode 22 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 51 of the fixed wheel 50 are elastically connected to each other with respect to the rotational movement. It is accommodated on the 22a side.
  • the electret electrode 22 and the spiral spring 11 may be integrally formed using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technique.
  • the electret electrode 22 is provided with a guide portion 22b that slides on the generator case 16 as the electret electrode 22 rotates so that the electret electrode 22 and the counter electrode 23 can maintain an appropriate distance.
  • the guide portion 22b may be annular or provided in a part of the circumferential direction. Further, the guide portion 22b may be configured to be fixed to the generator case 16 side instead of the electret electrode 22 side and slide on the rotating electret electrode 22.
  • the guide portion 22 b is provided on the radially inner side of the electret electrode 22, but is not limited thereto, and may be provided on the radially outer side, for example, the outer peripheral edge. It may be provided both inside and outside the direction.
  • the material of the guide portion 22b is preferably a material with low friction and excellent slidability.
  • a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), an oil-containing sintered metal, or the like may be used.
  • a film made of these materials may be provided on the sliding surface.
  • the outward expansion of the spiral spring 11 in the radial direction is restricted by the inner peripheral surface 22a of the through hole of the electret electrode 12. Therefore, in addition to the effects described in the first embodiment, it is possible to expect an effect of suppressing breakage of the power generation mechanism 26 caused by the radial extension of the spiral spring 11. In addition, since the spiral spring 11 is accommodated on the inner peripheral surface 22a side of the electret electrode 12, the thickness of the power generation mechanism 26 in the direction of the rotation shaft 51 can be reduced.
  • the position in the thickness direction is likely to change, but the gap with the electret electrode 22 is kept constant by the guide portion 22b.
  • the rotary weight 10 is the first rotating member
  • the electret electrode 22 is the second rotating member
  • the spiral spring 11 is the elastic member
  • the counter electrode 23 Corresponds to the fixing member, and the inner peripheral surface 22a of the through hole corresponds to the restricting portion.
  • FIG. 13 is a perspective view of an essential part of the power generation mechanism 36 according to the third embodiment of the present invention.
  • the rotating weight, the electret electrode, and the counter electrode are not shown for the sake of convenience for showing the characteristic part of the third embodiment.
  • the power generation mechanism 36 includes a fixed wheel 150 and an electret electrode shaft 70 that rotates integrally with the electret electrode.
  • the electret electrode shaft 70 is rotatably supported by a generator case (not shown).
  • the fixed wheel 150, electret electrode, and counter electrode are arranged in the order of the fixed wheel 150, electret electrode, and counter electrode in the axial direction of the electret electrode shaft 70.
  • the fixed wheel 150 is supported by being freely rotatable, and rotates when a rotational force is transmitted from a rotating weight whose center of gravity is deviated from the center of rotation. Further, a through hole is formed in the center of rotation of the fixed wheel 150, and the electret electrode shaft 70 is inserted through the through hole.
  • the fixed wheel 150 and the electret electrode shaft 70 are elastically connected to each other with respect to the rotational movement by the spiral spring 11.
  • the electret electrode shaft 70 and the spiral spring 11 may be integrally formed using a MEMS (Micro Electro Mechanical System) technique.
  • an annular wall 60 is formed on the surface of the fixed wheel 150 (the lower surface in the present embodiment) and outside the spiral spring 11 in the radial direction.
  • the wall 60 restricts the spiral spring 11 from spreading outward in the radial direction. Therefore, in addition to the effects described in the first embodiment, it is possible to expect an effect of suppressing breakage of the power generation mechanism 36 caused by the radial extension of the spiral spring 11.
  • the wall 60 is formed in an annular shape over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the wall 60 is not limited to this configuration.
  • the wall may be provided only on a part of the wall.
  • the wall 60 may also serve as the guide portion 22b described in the second embodiment.
  • the wall 60 may be configured to slide on the electret electrode 22 so that the electret electrode and the counter electrode can maintain an appropriate distance.
  • the rotating weight (not shown) is the first rotating member
  • the electret electrode (not shown) is the second rotating member
  • the counter electrode (not shown).
  • the wall 60 corresponds to the restricting portion.

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Abstract

　エレクトレットを用いた回転型の発電装置を搭載した電子機器において、渦巻きバネの巻きあがり及び伸びきりを防止すること。自由回転可能に支持され、重心が回転中心から偏った少なくとも１つの第１の回転部材と、自由回転可能に支持された少なくとも１つの第２の回転部材と、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材をその回転運動に関し互いに弾性的に接続する弾性部材と、前記第２の回転部材と対向して設けられる固定部材と、を有し、前記第２の回転部材と前記固定部材のいずれかの表面にエレクトレット膜が設けられた発電機構（６）を備えた電子機器。

Description

電子機器
　本発明は、発電機能付き電子機器に関する。
　腕時計等の小型の携帯型電子機器において、電池の交換の手間を省くべく、発電機能を搭載することが行われる。そのような電子機器に用いられる発電機構としては種々のものがあるが、エレクトレットを用いた振動発電の原理を用いたものが提案されている。
　特許文献１には、携帯型電気機器に用いられる発電装置であって、渦巻きバネにより支持された回動錘と一体に回転する電極をエレクトレット膜に対向配置したものが記載されている。
特開２０１３－５９１４９号公報
　上述のエレクトレットを用いた回転型の発電装置は、携帯型の電子機器に搭載され、携帯中における当該電子機器の姿勢の変化により発電をすることが意図される。しかしながら、上掲の特許文献１のように、電極を回転錘、渦巻きバネ、固定部材の順に接続し支持する構造とすると、電子機器の姿勢の変化如何によっては渦巻きバネが巻きあがり又は伸びきってしまい、電極の回転運動が行えなくなることが懸念される。また、電極の回転運動の固有角振動数は渦巻きバネのバネ定数と当該渦巻きバネにより弾性支持される質量により一意に定まることになる。
　本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、エレクトレットを用いた回転型の発電装置を搭載した電子機器において、渦巻きバネの巻きあがり及び伸びきりを防止することである。また、本発明のさらなる追加の課題は、エレクトレットを用いた回転型の発電装置を搭載した電子機器において、外部から与えられる種々の周期の振動に対して効率よく発電することである。
　上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
　（１）自由回転可能に支持され、重心が回転中心から偏った少なくとも１つの第１の回転部材と、自由回転可能に支持された少なくとも１つの第２の回転部材と、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材をその回転運動に関し互いに弾性的に接続する弾性部材と、前記第２の回転部材と対向して設けられる固定部材と、を有し、前記第２の回転部材と前記固定部材のいずれかの表面にエレクトレット膜が設けられた発電機構を備えた電子機器。
　（２）（１）において、前記第１の回転部材の慣性モーメントの値と前記第２の回転部材の慣性モーメントの値は互いに異なる電子機器。
　（３）（２）において、前記第１の回転部材の慣性モーメントの値は前記第２の回転部材の慣性モーメントの値より大きい電子機器。
　（４）（１）～（３）のいずれかにおいて、前記弾性部材の弛緩状態において、前記第１の回転部材の回転中心からみた重心方向と、前記第２の回転部材の回転中心からみた重心方向とがなす角θは、０°＜θ＜１８０°である電子機器。
　（５）（１）～（４）のいずれかにおいて、前記第２の回転部材の表面に前記エレクトレット膜が設けられた電子機器。
　（６）（１）～（５）のいずれかにおいて、前記第２の回転部材は、重心が回転中心から偏っている電子機器。
　（７）（１）～（６）のいずれかにおいて、前記第１の回転部材の表面にエレクトレット膜が設けられ、前記第１の回転部材と対向して設けられる追加の固定部材が設けられる電子機器。
　（８）（１）～（７）のいずれかにおいて、前記第２の回転部材、前記固定部材及び前記弾性部材は複数設けられ、前記複数の第２の回転部材は、前記弾性部材によりその回転運動に関し互いに弾性的に接続される電子機器。
　（９）（１）～（８）のいずれかにおいて、前記弾性部材の径方向外側への広がりを規制する規制部を有する電子機器。
　（１０）（１）～（８）のいずれかにおいて、前記第２の回転部材の中心部には貫通孔が設けられ、前記弾性部材は前記貫通孔の内周面側に収容される電子機器。
　上記（１）の側面によれば、エレクトレットを用いた回転型の発電装置を搭載した電子機器において、渦巻きバネの巻きあがり及び伸びきりを防止することができる。
　上記（２）の側面によれば、入力される外部からの振動の周波数と、発電に用いる電極の回転振動の周波数を異なるものとすることができる。
　上記（３）の側面によれば、入力される外部からの振動の周波数に対し、発電に用いる電極の回転振動の周波数を高いものとすることができ、発電効率が向上する。
　上記（４）の側面によれば、外部からの振動に対する感受性を高め、入力される振動の方向によらずに発電することができる。
　上記（５）の側面によれば、配線が固定部材に対しなされるため、発電機構の構造が簡素なものとなる。
　上記（６）の側面によれば、外部から与えられる種々の振動に対し、より広範囲の周波数にわたり運動エネルギーを回収することができ、発電効率が向上する。
　上記（７）の側面によれば、エレクトレット膜の面積を広くとり、なおかつコンパクトな構成とすることができる。
　上記（８）の側面によれば、外部から与えられる種々の振動に対し、さらに広範囲の周波数にわたり運動エネルギーを回収することができ、発電効率が向上する。
　上記（９）の側面によれば、渦巻きバネの径方向外側への伸びきりを原因とする発電機構の破損を抑制することができる。
　上記（１０）の側面によれば、発電機構の回転軸方向の厚みを薄くすることで発電機構の小型化を実現し、かつ渦巻きバネの径方向外側への伸びきりを原因とする発電機構の破損を抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る電子機器の平面図である。 本発明の第１実施形態に係る電子機器の断面図である。 発電機構の作動原理を説明する概略回路図である。 発電機構の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る発電機構の主要部の構造の模式断面図である。 発電機構の第１の変形例に係る斜視図である。 軸Ｃが水平方向を向いている場合の、ＷとＥの向きを示す図である。 発電機構の第１の変形例に係る発電機構の主要部の構造の模式断面図である。 発電機構の第２の変形例に係る主要部の構造の模式断面図である。 発電機構の第３の変形例に係る主要部の構造の模式断面図である。 発電機構の第３の変形例における、Ｗ、Ｅ１及びＥ２の向きの関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る発電機構の模式断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発電機構の要部斜視図である。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る電子機器１の平面図である。この実施形態では、電子機器１を腕時計としたが、他の機器、例えば懐中時計や、電子方位計等の計器や通信機器であってもよい。いずれにせよ、後述するように電子機器１には電子機器１自体の姿勢の変化を利用して発電する発電機構が搭載されることが予定されているから、その姿勢の変化が頻繁になされるような機器、例えば小型携帯式の機器であることが好ましい。
　電子機器１は図示のとおり指針式の時計であり、時針、分針、秒針が電子機器１の中央に配置された指針軸２を回転中心として、同軸に設けられている。しかしながら指針の数や配置はこれに限定されるものでなく任意であるし、また液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを利用して情報を表示するいわゆるデジタル式のものであってもよく、これらを組み合わせたものであってもよい。もちろん、電子機器１が時計でない場合には電子機器１はその機能に応じた外観となる。
　電子機器１は、ケース４の内部に後述する発電機構、ムーブメント及び蓄電デバイスを収容しており、それらの機構は文字板３の背後に配置され覆い隠されている。図１に例示した文字板３のデザインも又任意であり、文字板３自体を透明なものとしたり省略したりしてケース４内部の機構を視認できるようにする、いわゆるスケルトン仕様としてもよい。その場合、本実施形態では後述するように文字板３のすぐ背後に発電機構が配置されているため、電子機器１の使用者はかかる発電機構を視認することとなる。しかしながら、ケース４の内部に収容される各機構の配置も又任意である。
　図２は、本実施形態に係る電子機器１の断面図である。ケース４内には、ムーブメント５が収容されており、ムーブメント５の上側に発電機構６、文字板３がこの順に配置されている。また、ムーブメント５の下側には、蓄電デバイス７が取り付けられている。これらの機構は、ケース４に下側から挿入され、裏蓋８によりケース４内に固定される。また、文字板３の中央からはムーブメント５から延びる指針軸２が発電機構６を貫通して突出しており、各指針が取り付けられる。ケース４の上側には、ガラス等の透明な風防９が取り付けられ、各指針や文字板を保護している。
　本実施形態では、発電機構６の平面視における外径はほぼムーブメント５のものと等しく、発電機構６とムーブメント５とが電子機器１の高さ方向に積み重ねられる構造となっているが、この構造は必須のものではない。発電機構６とムーブメント５の上下の配置を逆転させてもよいし、発電機構６をムーブメント５の一部として組み込むようにしてもよい。
　以降、各部材について簡単に説明すると、文字板３は、発電機構６の上面に設けられ、その表面に時字を始めとする各種の表示を設けることにより、電子機器１の使用者が指針が指す時刻を読み取ることができるようにするものである。文字板３の材質は特に限定されず、合成樹脂や貝殻や岩石等の天然材料、各種金属を用いてよい。
　ムーブメント５は、指針を駆動するための輪列とモータ、時刻を計時する水晶振動子を含む時計回路、電子機器１全体を制御するコントローラ等を地板と呼ばれる枠に一体に組み付けたものである。ムーブメント５は、ムーブメント５に取り付けられた蓄電デバイス７から電力を得て動作する。蓄電デバイス７は、ムーブメント５に電力を供給すると同時に、発電機構６により発電された電力を蓄積するものであり、ここでは、ボタン型のリチウム二次電池である。しかしながら、蓄電デバイス７の形状や種類は特に限定されるものではなく、各種二次電池以外にも、リチウムイオンキャパシタ等の電気二重層コンデンサを使用してもよい。
　発電機構６は、エレクトレットを用いた回転型の発電装置であり、電子機器１の姿勢の変化、例えば、使用者の腕に着用された状態における、歩行時の腕の動きによる振動のエネルギーを回転錘１０により回転運動として取り出し、渦巻きバネ１１を介してエレクトレット電極１２を回転振動させ、対向電極１３より電気的エネルギーとして回収するものである。なお、本実施形態では、回転錘１０は発電機ケース１６に固定されたベアリング１７により、エレクトレット電極１２は発電機ケース１６に回転支持された中空軸１８に固定されることにより、それぞれ指針軸２と同軸に自由回転可能に支持されている。なお、この構成は一例であり、回転錘１０とエレクトレット電極１２がそれぞれ自由回転可能に支持されていればその支持方法や回転軸の位置は限定されない。
　図３は、発電機構６の作動原理を説明する概略回路図である。図示のように、エレクトレット電極１２と対向電極１３は、所定のわずかな間隔をあけて平行となるように対向して配置されており、両者は、その面内の方向に相対的にある程度の移動ができるように支持されている。本実施形態では、対向電極１３が固定され、エレクトレット電極１２がその面内で回転振動するように支持されている。
　エレクトレット電極１２の対向電極１３側の面には、エレクトレット膜１４が所定の帯電状態となるように形成されている。図示の例では、エレクトレット膜１４の対向電極１３側が負電荷を持つように帯電している。そして、エレクトレット膜１４及び対向電極１３は平面形状が実質的に等しい縞形状であり、両者の相対移動により、エレクトレット膜１４と対向電極１３が正対する状態とそうでない状態が入れ替わる。
　これにより、対向電極１３がエレクトレット膜１４に正対している状態では、エレクトレット膜１４の表面電荷に誘導されて対向電極１３に反対極性の電荷が蓄積される（図示の例では、正電荷が対向電極１３に蓄積される）。その後、エレクトレット電極１２が移動し、エレクトレット膜１４が対向電極１３に正対しない状態となると、対向電極１３に誘導され蓄積された電荷が掃き出され、整流回路１５により整流されて蓄電デバイス７に蓄積される。ムーブメント５等の負荷は、こうして蓄電デバイス７に蓄積された電力を使用して駆動される。
　ここで、エレクトレット膜１４の材料には、帯電しやすい材料を用い、例えば負電荷に帯電する材料としては酸化珪素や、フッ素樹脂等がある。かかる材料の具体的な一例として、旭硝子株式会社製のフッ素樹脂であるＣＹＴＯＰ（登録商標）が挙げられる。さらに、その他にもエレクトレット膜１４の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルクロライド、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルデンジフルオライド、ポリビニルフルオライド等の高分子材料や、前述の酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素等の無機材料も使用することができる。
　図４は、発電機構６の斜視図である。発電機ケース１６に設けられた開口からは、回転錘１０と、エレクトレット電極１２及び対向電極１３が部分的に見えている。なお、同図では、発電機ケース１６に遮られて一部見えない部分を破線で示した。
　図示のように、回転錘１０は回転の中心となる軸Ｃに対してその重心が偏るように設けられており、発電機構６（すなわち、電子機器１）の姿勢の変化や作用する加速度に応じて軸Ｃ周りに自由に回転するように支持されている。一方、エレクトレット電極１２は、図示のように放射状に多数のスリットが設けられており、周方向に縞形状に形成されている。エレクトレット電極１２の対向電極１３と対向する面（図中下面）にはエレクトレット膜１４が形成される。エレクトレット電極１２もまた、軸Ｃ周りに自由に回転するように支持されている。なお、この実施形態では、エレクトレット電極１２の重心の位置は軸Ｃに一致する。
　一方、対向電極１３は発電機ケース１６に固定されている。なお、図示の構造においてエレクトレット電極１２と対向電極１３を入れ替えてもよいが、対向電極１３は図３に示した整流回路１５への配線が必要であることから、固定するようにした方が発電機構６の構造が簡素なものとなる。
　そして、回転錘１０とエレクトレット電極１２とは、渦巻きバネ１１により互いに接続される。これにより、渦巻きバネ１１がその自由長にある場合にはエレクトレット電極１２は特に回転運動をすることはないが、回転錘１０が姿勢の変化による重力加速度や外部から作用する加速度により回転すると、渦巻きバネ１１は巻き上げられ又は巻き出されることとなるから、渦巻きバネ１１とエレクトレット電極１２は回転錘１０に対し単振動系を構成し、エレクトレット電極１２は回転振動を始める。このエレクトレット電極１２の回転振動により対向電極１３に誘導される電荷を回収し整流することにより発電機構６は発電を行う。
　図５は、本実施形態に係る発電機構６の主要部の構造の模式断面図である。図示するように、回転錘１０は回転の中心となる軸Ｃに対しベアリング１７により自由回転可能に支持され、また、エレクトレット電極１２は軸Ｃに対し中空軸１８により同じく自由回転可能に支持されている。そして、回転錘１０とエレクトレット電極１２とは渦巻きバネ１１により、軸Ｃ周りの回転運動を互いに弾性的に支持されている。エレクトレット電極１２の対向電極１３に向き合う面にはエレクトレット膜１４が形成され、対向電極１３は図示しない発電機ケース１６に固定されている。
　かかる構造では、渦巻きバネ１１は回転錘１０とエレクトレット電極１２に取り付けられ、発電機ケース１６等の固定部材に取り付けられないから、全体として自由回転可能であり、巻き上がってしまったり、伸びきったりすることはない。また、回転錘１０の慣性モーメントＩｗとエレクトレット電極１２の慣性モーメントＩｅは、Ｉｗ＞Ｉｅとなるように定められる。通常、腕の振り等の使用者の動作により回転錘１０が検出する回転振動の周波数は、３～５Ｈｚ程度であるが、エレクトレットを利用した振動発電においては、実験の結果、３０～４０Ｈｚ以上の回転振動において発電効率が最大となることが見出されている。そして、単振動の周期は慣性モーメントの平方根に反比例するため、Ｉｗ＞Ｉｅとすることにより、エレクトレット電極１２を回転錘１０より高い周期で振動させることができ、より効率的に発電をすることができる。
　なお、本発明は、自由回転可能に支持され、重心が回転中心から偏った少なくとも１つの第１の回転部材と、自由回転可能に支持された少なくとも１つの第２の回転部材と、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材をその回転運動に関し互いに弾性的に接続する弾性部材と、前記第２の回転部材と対向して設けられる固定部材と、を有し、前記第２の回転部材と前記固定部材のいずれかの表面にエレクトレット膜１４が設けられた発電機構を備えた電子機器として一般化して記述することができるが、本実施形態では、回転錘１０が第１の回転部材に、エレクトレット電極１２が第２の回転部材に、渦巻きバネ１１が弾性部材に、そして対向電極１３が固定部材に相当し、エレクトレット膜１４はエレクトレット電極１２、すなわち、第２の回転部材に設けられることとなる。
　図６は、発電機構６の第１の変形例に係る斜視図である。この変形例は、先の図４に示した例に対し、エレクトレット電極１２の外周の一部分に第二回転錘１９が取り付けられている点が異なっている。エレクトレット電極１２は、この第二回転錘１９が取り付けられたため、その重心の位置が回転軸Ｃから偏った位置となる。また、この変形例でも先の例と同様に、回転錘１０の慣性モーメントＩｗとエレクトレット電極１２の慣性モーメントＩｅの値を互いに異なるものとする（本変形例では、Ｉｗ＞Ｉｅ）。このようにすることにより、この発電機構６の系は連成振動系となり、固有角振動数を２つ持つことになるから、外部から与えられる種々の振動に対し、より広範囲の周波数にわたり運動エネルギーを回収することができるようになり、発電効率が向上する。
　さらに、平面視において、軸Ｃに対する回転錘１０の重心の向きをＷ、軸Ｃに対するエレクトレット電極１２の重心の向きをＥとし、ＷとＥがなす角度をθとしたときに、０°＜θ＜１８０°とすることが好ましく、より好ましくは、４５°＜θ＜１３５°とする。本変形例では、θ＝９０°である。
　この構成には、２つの効果が期待できる。図７は、軸Ｃが水平方向を向いている場合の、ＷとＥの向きを示す図である。図中縦の軸は鉛直方向を、横の軸は水平方向を示す。この状態では、図示のように、ＷとＥとはその合成重心の軸Ｃに対する向きが鉛直下向きとなる向きで安定する。このとき、重力により、回転錘１０には、Ｗが鉛直下向きとなるように図中で時計回りの、エレクトレット電極１２にはＥが鉛直下向きとなるように図中で反時計回りのトルクが発生する。これらのトルクは渦巻きバネ１１をわずかに巻き上げ又は巻き出すように作用するため、自由状態において渦巻きバネ１１は若干巻き上げられ又は巻き出された状態となる（すなわち、図中ＷとＥがなす角はθより小さい）。ここで、発電機構６に外部からの振動が入力された時、渦巻きバネ１１が弛緩状態にあるときはその振動を拾って振動を開始しにくい傾向にあるのに対し、渦巻きバネ１１が緊張状態にある時は、振動に対し鋭敏に反応し速やかに振動を開始する傾向がある。そのため、本変形例の構成は、外部からの振動に対する感受性が高まるという第１の効果が期待できる。
　また、回転錘１０とエレクトレット電極１２の慣性モーメント値の差は主としてその質量差に起因しているため、ここでは図示のように、Ｗが概ね鉛直下向きに近い向きに、Ｅが概ね水平方向に近い向きとなって安定する。そのため、回転錘１０の重心は概ね水平方向に移動しやすく、エレクトレット電極１２の重心は概ね鉛直方向に移動しやすいから、発電機構６に水平方向の振動が与えられた場合には当該振動を回転錘１０が、また鉛直方向の振動が与えられた場合には当該振動をエレクトレット電極１２が吸収する。そのため、本変形例の構成は、発電機構６に加えられる振動の向きによらず発電できるという第２の効果が期待できる。
　図８は、本変形例に係る発電機構６の主要部の構造の模式断面図である。この例においても、回転錘１０及びエレクトレット電極１２は軸Ｃに対し自由回転可能に支持され、渦巻きバネ１１により、軸Ｃ周りの回転運動を互いに弾性的に支持されている。エレクトレット電極１２の外周部には第二回転錘１９が取り付けられている。なお、第二回転錘１９のエレクトレット電極１２への固定は、これまで示したように、エレクトレット電極１２の上面に固定する態様に限定されない。その他にも、第二回転錘１９をエレクトレット電極１２の外周面に固定したり、エレクトレット電極１２が固定される中空軸１８（図２参照）に別途固定するようにしてもよい。
　発電機構６は、さらなる変形が可能である。図９は、発電機構６の第２の変形例に係る主要部の構造の模式断面図である。この変形例では、回転錘を用いる代わりに、エレクトレット電極を２つ用いるようにしている。
　すなわち、第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂの２つがそれぞれ軸Ｃに対し自由回転可能に支持されており、それぞれエレクトレット膜１４が互いに向き合う側の面に設けられている。第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂの間には絶縁性の固定基板２０が配置され、その両面にそれぞれ、第１のエレクトレット電極１２ａと向き合うように第１の対向電極１３ａと、第２のエレクトレット電極１２ｂと向き合うように第２の対向電極１３ｂが設けられる。第１のエレクトレット電極１２ａの外周部には第二回転錘１９が、第２のエレクトレット電極１２ｂの外周部には第三回転錘２１がそれぞれ設けられる。そして第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂとは、渦巻きバネ１１により、軸Ｃ周りの回転運動を互いに弾性的に支持されている。
　この構造では、第１のエレクトレット電極１２ａの回転振動と、第２のエレクトレット電極１２ｂの回転振動の両方から発電する。そのため、エレクトレット膜１４の面積を広くとり、なおかつコンパクトな構成とすることができる。また、第二回転錘１９が取り付けられることにより、第１のエレクトレット電極１２ａの重心は軸Ｃから偏っており、第三回転錘２１が取り付けられることにより、第２のエレクトレット電極１２ｂの重心もまた軸Ｃから偏ることとなる。先の変形例で説明したと同様に、この変形例においても、第１のエレクトレット電極１２ａの慣性モーメントＩｅ１と第２のエレクトレット電極Ｉｅ２の値は異なることが望ましい。また、平面視における軸Ｃに対する第１のエレクトレット電極１２ａの重心の向きをＥ１、第２のエレクトレット電極１２ａの重心の向きをＥ２として、Ｅ１とＥ２がなす角度をθとしたときに、０°＜θ＜１８０°とすることが好ましく、より好ましくは、４５°＜θ＜１３５°とする。この変形例では、θ＝９０°である。
　なお、本変形例を先に述べた本発明の一般化表現に照らし説明すると、第１の回転部材は第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂのいずれか一方であればよく、第２の回転部材はそのいずれか他方となる。渦巻きバネ１１が弾性部材に、そして第１の対向電極１３ａ又は第２の対向電極１３ｂが固定部材に相当することとなる。
　図１０は、発電機構６の第３の変形例に係る主要部の構造の模式断面図である。この変形例では、回転錘に加え、エレクトレット電極を２つ用いるようにしている。
　すなわち、回転錘１０、第１のエレクトレット電極１２ａ及び第２のエレクトレット電極１２ｂの３つがそれぞれ軸Ｃに対し自由回転可能に支持されている。エレクトレット膜１４は、第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂが互いに向き合う側の面に設けられている。さらに第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂの間には絶縁性の固定基板２０が配置され、その両面にそれぞれ、第１のエレクトレット電極１２ａと向き合うように第１の対向電極１３ａと、第２のエレクトレット電極１２ｂと向き合うように第２の対向電極１３ｂが設けられる。第１のエレクトレット電極１２ａの外周部には第二回転錘１９が、第２のエレクトレット電極１２ｂの外周部には第三回転錘２１がそれぞれ設けられる。そして回転錘１０と第１のエレクトレット電極１２ａとは第１の渦巻きバネ１１ａにより、また、第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂとは、第２の渦巻きバネ１１ｂにより、軸Ｃ周りの回転運動を互いに弾性的に支持されている。
　この構造では、回転錘１０、第１のエレクトレット電極１２ａ及び第２のエレクトレット電極１２ｂの３つの部材が自由回転可能であり、それぞれ弾性的に支持されることにより、３自由度の連成振動系を構成している。そのため、本変形例では系の固有角振動数は３つとなり、より幅広い周波数の振動入力に対して発電が可能である。
　なお、本変形例においても、回転錘１０の慣性モーメントＩＷ、第１のエレクトレット電極１２ａの慣性モーメントＩｅ１及び第２のエレクトレット電極Ｉｅ２の値は互いに異なることが望ましい。また、最も慣性モーメントの大きい部材は回転錘１０とすることが望ましく、図１１に示すように、平面視における軸Ｃに対する回転錘１０の重心の向きをＷ、第１のエレクトレット電極１２ａの重心の向きをＥ１、第２のエレクトレット電極１２ｂの重心の向きをＥ２とし、ＷとＥ１がなす角度をθ１、ＷとＥ２がなす角度をθ２としたときに、０°＜θ１＜１８０°、０°＜θ２＜１８０°とすることが好ましく、より好ましくは、４５°＜θ１＜１３５°、４５°＜θ２＜１３５°とする。この変形例では、θ１＝θ２＝９０°である。
　なお、本変形を先に述べた本発明の一般化表現に照らし説明すると、回転錘１０が第１の回転部材に相当し、第２の回転部材は第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂの複数（２つ）が存在することになる。第１の渦巻きバネ１１ａ及び第２の渦巻きバネ１１ｂは弾性部材に、第１の対向電極１３ａ及び第２の対向電極１３ｂは固定部材にそれぞれ相当し、これらも又複数（２つ）存在することとなる。そして、複数の第２の回転部材、すなわち、第１のエレクトレット電極１２ａと第２のエレクトレット電極１２ｂは、弾性部材（第２の渦巻きバネ１１ｂ）によりその回転運動に関し互いに弾性的に接続される。
　なお、以上の例では回転錘が１つのみ、エレクトレット電極は１つ又は２つの場合を示したが、以下同様に、さらにこれらの数を増加させることも可能である。その場合、自由回転する部材を、順に渦巻きバネにて軸Ｃの周りの回転運動を互いに弾性的に支持し、全体としていわゆる連成振動系を構成するようにするとよい。系の自由度が増すごとに固有角振動数の数が増加するので、より広範な周波数に対する応答が可能となる。
　図１２は、本発明の第２実施形態に係る発電機構２６の模式断面図である。なお、以下で説明する第２実施形態の発電機構２６の作動原理は、第１実施形態で説明したものと同様であるため、その詳細な説明については省略する。図１２に示すように、発電機構２６は、エレクトレット電極２２と、対向電極２３と、固定車５０とを有し、それらを発電機ケース１６に収容する。第２実施形態においては、エレクトレット膜２４がエレクトレット電極２２の両面に形成され、それぞれのエレクトレット膜２４に向き合うように対向電極２３が発電機ケース１６に固定して設けられている。固定車５０は、増速機３０と噛み合うギア部５１と、発電機ケース１６に軸支される回転軸５２とを有し、重心が回転中心から偏った回転錘１０の回転力が増速機３０を介して増速して伝達されることにより回転軸５１を中心に回転する。なお、増速機３０はギア比の異なる複数の歯車によって構成される増速輪列であってもよい。また、増速機３０は必須の構成ではないので、増速機３０を有さず、回転錘１０と固定車５０が同軸上で回転する構成であってもよい。
　また、エレクトレット電極２２の回転中心部には貫通孔が形成されており、その貫通孔に固定車５０の回転軸５１が挿通されている。そして、エレクトレット電極２２の貫通孔の内周面２２ａと、固定車５０の回転軸５１の外周面をその回転運動に関し互いに弾性的に接続するように、渦巻きバネ１１がエレクトレット電極２２の内周面２２ａ側に収容される。なお、エレクトレット電極２２と渦巻きバネ１１はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて一体に成型してもよい。
　また、エレクトレット電極２２と対向電極２３が適切な間隔を維持できるように、エレクトレット電極２２には、エレクトレット電極２２の回転に伴い発電機ケース１６に摺動するガイド部２２ｂが設けられている。ガイド部２２ｂは、環状であってもよいし、周方向の一部に設けられるものでもよい。また、ガイド部２２ｂは、エレクトレット電極２２側ではなく、発電機ケース１６側に固定して設けられて、回転するエレクトレット電極２２に摺動する構成であってもよい。
　さらに、図１２に示した例では、ガイド部２２ｂは、エレクトレット電極２２の径方向内側に設けられているが、これに限定されず、径方向外側、例えば、外周縁に設けてもよく、径方向内側と外側の両方に設けてもよい。また、ガイド部２２ｂの材質は摩擦が小さく摺動性に優れたものが好ましく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂や、油含有焼結金属等を用いてもよい。あるいは摺動面にこれらの材質の膜を設けてもよい。
　以上説明した構成を採用することにより、第２実施形態においては、渦巻きバネ１１の径方向外側への広がりがエレクトレット電極１２の貫通孔の内周面２２ａにより規制される。そのため、第１実施形態で説明した効果に加えて、渦巻きバネ１１の径方向外側への伸びきりを原因とする発電機構２６の破損を抑制する効果が期待できる。また、渦巻きバネ１１がエレクトレット電極１２の内周面２２ａ側に収容される分、発電機構２６の回転軸５１方向の厚みを薄くできるため、発電機構２６の小型という効果も期待できる。
　さらに、エレクトレット電極２２が渦巻きバネ１１により支持されることから、その厚み方向の位置が変化しやすくなるが、エレクトレット電極２２との間隙はガイド部２２ｂにより一定に保たれる。
　なお、第２実施形態を本発明の一般化表現に照らすと、回転錘１０が第１の回転部材に、エレクトレット電極２２が第２の回転部材に、渦巻きバネ１１が弾性部材に、対向電極２３が固定部材に、そして貫通孔の内周面２２ａが規制部に相当する。
　図１３は、本発明の第３実施形態に係る発電機構３６の要部斜視図である。図１３においては、第３実施形態の特徴的部分を示すための便宜上、回転錘、エレクトレット電極及び対向電極は不図示とする。
　発電機構３６は、固定車１５０と、エレクトレット電極と一体に回転するエレクトレット電極軸７０を有する。エレクトレット電極軸７０は、不図示の発電機ケースに回転可能に支持される。なお、固定車１５０、エレクトレット電極、対向電極は、エレクトレット電極軸７０の軸線方向において、固定車１５０、エレクトレット電極、対向電極の順に並んで配置される。
　固定車１５０は、自由回転可能に支持され重心が回転中心から偏った回転錘から回転力が伝達されることで回転する。また、固定車１５０の回転中心部には貫通孔が形成されており、その貫通孔にエレクトレット電極軸７０が挿通されている。そして、固定車１５０とエレクトレット電極軸７０は、渦巻きバネ１１によってその回転運動に関し互いに弾性的に接続されている。なお、エレクトレット電極軸７０と渦巻きバネ１１はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて一体に成型してもよい。
　さらに、図１３に示すように、固定車１５０の面上（本実施形態では下面）であって渦巻きバネ１１の径方向外側には、環状の壁６０が形成されている。この壁６０によって渦巻きバネ１１の径方向外側への広がりが規制される。そのため、第１実施形態で説明した効果に加えて、渦巻きバネ１１の径方向外側への伸びきりを原因とする発電機構３６の破損を抑制する効果が期待できる。なお、図１３では壁６０が周方向の全周に亘って環状に形成されているが、この構成に限られるものではなく、渦巻きバネ１１の広がりを規制するものであれば、例えば、周方向の一部にのみ壁が設けられる構成でもよい。また、壁部６０は、第２実施形態で説明したガイド部２２ｂの役割を兼用してもよい。すなわち、壁部６０は、エレクトレット電極と対向電極とが適切な間隔を維持できるよう、エレクトレット電極２２に摺動する構成であってもよい。なお、第３実施形態を本発明の一般化表現に照らすと、回転錘（不図示）が第１の回転部材に、エレクトレット電極（不図示）が第２の回転部材に、対向電極（不図示）が固定部材に、そして壁６０が規制部に相当する。
　以上、本発明に係る実施形態について説明したが、この実施形態に示した具体的な構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

Claims (10)

  1. 　自由回転可能に支持され、重心が回転中心から偏った少なくとも１つの第１の回転部材と、
    　自由回転可能に支持された少なくとも１つの第２の回転部材と、
    　前記第１の回転部材と前記第２の回転部材をその回転運動に関し互いに弾性的に接続する弾性部材と、
    　前記第２の回転部材と対向して設けられる固定部材と、を有し、前記第２の回転部材と前記固定部材のいずれかの表面にエレクトレット膜が設けられた発電機構を備えた電子機器。
  2. 　前記第１の回転部材の慣性モーメントの値と前記第２の回転部材の慣性モーメントの値は互いに異なる請求項１に記載の電子機器。
  3. 　前記第１の回転部材の慣性モーメントの値は前記第２の回転部材の慣性モーメントの値より大きい請求項２に記載の電子機器。
  4. 　前記弾性部材の弛緩状態において、前記第１の回転部材の回転中心からみた重心方向と、前記第２の回転部材の回転中心からみた重心方向とがなす角θは、０°＜θ＜１８０°である請求項１～３のいずれかに記載の電子機器。
  5. 　前記第２の回転部材の表面に前記エレクトレット膜が設けられた請求項１～４のいずれかに記載の電子機器。
  6. 　前記第２の回転部材は、重心が回転中心から偏っている請求項１～５のいずれかに記載の電子機器。
  7. 　前記第１の回転部材の表面にエレクトレット膜が設けられ、
    　前記第１の回転部材と対向して設けられる追加の固定部材が設けられる請求項１～６のいずれかに記載の電子機器。
  8. 　前記第２の回転部材、前記固定部材及び前記弾性部材は複数設けられ、
    　前記複数の第２の回転部材は、前記弾性部材によりその回転運動に関し互いに弾性的に接続される請求項１～７のいずれかに記載の電子機器。
  9. 　前記弾性部材の径方向外側への広がりを規制する規制部を有する請求項１～８のいずれかに記載の電子機器。
  10. 　前記第２の回転部材の回転中心部には貫通孔が設けられ、
    　前記弾性部材は前記貫通孔の内周面側に収容される請求項１～８のいずれかに記載の電子機器。
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