(57)【要約】【課題】電界方向に前後非対称形状を有する電荷搬送体に静電誘導によって電荷を注入し、当該電荷搬送体に作用する前後非対称静電力で、当該注入電荷を高電位迄搬送する電界駆動型静電発電機では、搬送電荷量が少なく、その出力が小さかった。【解決手段】電界において、所定電位を有する充電電界形成電極に導体たる電荷搬送体を近接させ、両者間で一時的にコンデンサーを形成し、且つ当該電荷搬送体を接地し、その際に当該電荷搬送体に流れ込む電荷で当該電荷搬送体を充電する電界駆動型静電発電機。【効果】搬送電荷量及び発電機の出力は大幅に増大する。【選択図】図７
2020065353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その移動方向前後に非対称な形状を有する導体が、帯電されて電荷を保持することによって自身に作用する非対称な静電力により駆動され、連続的に形成された正逆連続電界を移動する静電力応用機器であって、
所定の充電電界形成電位が印加され、前記導体が自らを通過中、当該導体とで一時的にコンデンサーを形成する充電電界形成源と、
前記コンデンサーが一時的に形成されたとき、前記導体を接地する接地手段とを有し、
前記導体が接地され、当該導体と前記充電電界形成源とで充電電界が形成されたとき、前記コンデンサーに流れ込む充電電流で、当該導体の前記帯電が行われ、当該導体が前記電荷を保持するものである静電力応用機器。
【請求項２】
請求項１において、
前記静電力応用機器は更に高圧電極を有し、
前記正電界は、前記充電電界形成源と当該高圧電極の間で形成され、
前記導体が、0ｋＶを超える充電電界形成電位で充電され且つその接地が解除されたとき、当該充電電界形成電位を0ｋＶに変更する静電力応用機器。
【請求項３】
請求項１又は２の静電力応用機器において、前記非対称な形状を有する導体は移動方向反対側が開放する略箱型であり、
前記充電電界形成源は板状のエレクトレットであり、
且つ前記コンデンサーは当該箱型導体の一面と当該エレクトレット間で形成されるものである静電力応用機器。
【請求項４】
帯電手段を有し、自身の移動方向前後に非対称な形状を有する導体が、当該帯電手段により帯電され電荷を保持することによって、自身に作用する非対称な静電力により駆動され、連続的に形成された正逆連続電界を移動する静電力応用機器であって、
前記導体は、前記正逆連続電界の方向と垂直な前面部分と、当該電界に平行な上下平行な部分とからなる、移動方向反対側が開放する略箱型であり、
当該正電界においては、前記垂直な前面部分に前記帯電された電荷を集積させ保持し、当該逆電界においては、前記垂直な前面部分から前記上下平行な部分に前記帯電された電荷を移動させうるものであり、且つ、
前記帯電手段は、前記逆電界にある前記導体において、前記上下平行部分へ移動した電荷による反発力によって移動を妨げられ、前記垂直な前面部分に所定量の電荷が残ることになる程度に、前記導体を帯電する静電力応用機器。
【請求項５】
請求項１乃至４の静電力応用機器は、前記導体が搬送する電荷を回収して発電する静電発電機又は当該電荷を回収しない静電モーター又は静電加速器である静電力応用機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電応用機器の電荷搬送体の充電方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広く知られているように、発電機は、磁界中に置かれたコイルを回転させるタービン構造をしている。つまり、回転することにより、コイルを貫く磁力線の数が変化し、起電力が生ずる。
コイルを回転させる機械力として、１９世紀後半以降は、水力（滝）を使用していたが、近年は、石炭や石油や液化ガス、並びに原子力で高圧の水蒸気を発生させ、使用している。これらの近年の発電方法は、二酸化炭素を発生し、地球の温暖化を加速したり、人体への危険性があるため、近年は、風力発電や太陽光発電に切り替わりつつある。
しかしながら、これら自然エネルギーを利用した発電方法は、自然環境に左右され、不安定である。
そこで、二酸化炭素を発生せず、事故の危険性がなく、かつ、安定な発電方法が強く望まれている。
【０００３】
一方、従来、電界中に置かれた電荷（ｑ）に作用する静電力は、全て図１に示すクーロンの法則（F = qE)を用いて計算されている。
同図において、参照番号１は高圧電極、参照番号２は接地された第一対向電極、参照番号３は点電荷、参照番号４は点電荷に作用する静電力のベクトル、参照番号５は電界（電気力線）、及び参照番号６は、接地された第二対向電極を示している。
つまり、図１の中央左側において、例えば、電界の強さが106 V/mで、点電荷の電荷量が10-7Cの時、点電荷に作用する静電力は0.100Nになる。一方、図１の中央右側のように、電界の方向が反転した時、当該点電荷に作用する静電力の方向も反転するが、その大きさ（絶対値）は0.100Nであり、変わらない。又、クーロンの法則は、点電荷又は点電荷とみなせる球形の帯電体にしか適用できない。
【０００４】
これに対して、出願人は、電界中に置かれた非球形の帯電した導体に作用する静電力を求める際、クーロンの法則ではその計算ができないので、（後段で詳述する）二次元差分法を使って、電界の方向が反転する前と後の、当該導体に作用する静電力を求めてみた。
具体的には、図２に示すように、参照番号７で示す帯電した導体の形状を横向きの樋型とし、その帯電量と電界の強さは図１と各同じとした。
その結果、電界が反転すると、非球形の帯電した導体に作用する静電力の絶対値は、0.083Nから0.038Nへと大きく変わった。つまり、前後非対称静電力の存在を発見した。その際、導体に作用する静電力が相対的に大きくなる図２の中央左側部分の電界を「順電界」、当該静電力が小さくなる右側部分の電界を「逆電界」と定義した。尚、この新現象は、上記シミュレーションのみならず、実験でも確認されている（非特許文献［４］）。
【０００５】
そこで、出願人は、上記要求に応えられる新しい発電方法として、いわゆる前後非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機を提案した。（特許文献［１］、［２］、［３］、［４］）（非特許文献［１］、［２］）
【０００６】
以下、本発明の前提として、前後非対称静電力が発生する原理を具体的に説明する。
図３において、参照番号７は、横向き樋型導体、即ち非対称形状の導体で、黒丸は、当該導体７に注入された電子である。参照番号５は、電界とその方向を示す。参照番号７１は、当該導体における前方垂直板である。参照番号７２は、当該導体における後方上下水平板７である。
同図において、左側の導体７は左向きの電界に位置しているが、右側の導体７は右向きの電界に位置している。参照番号４の矢印は、これら非対称形状の導体７に作用する静電力の大きさと方向を示している。
同図中央左側において、当該導体７中の電子は、電界５に引かれて、右に移動し、その大多数は、当該導体７の前方垂直板７１の表面に集まる。
一方、電界５の向きが逆になると、電子は電界５に引かれて左に移動し、当該導体７の後方上下水平板７２に至るが、その後方上下水平板７２の各左端面は非常に狭いので、大多数の電子は上下水平板の表面に留まる。
ここで、導体の場合は、これら電子から正孔に向かって発する電気力線も、逆に、正孔から電子に入る電気力線も、その導体の表面に対して垂直になる。その結果、当該電子に作用する静電力の方向も、当該導体の表面に垂直になる。つまり、図の中央左側では、導体７に右向きに大きな静電力が働くが、図の中央右側では、当該導体７に対し、上方向と下方向に大きさの等しい静電力が働いて、互いに相殺し、水平方向には働く静電力はない。
即ち、電界５の方向が図示のように反転すると、当該樋型導体７に作用する水平方向の静電力４は、理論上、100％から概ね0％になる。つまり、当該樋型導体７に非対称静電力が発生している。
但し、実際には、図３に示した典型的な電荷分布にはならないため、電界の方向が反転した場合、当該導体７には左方向にも静電力が働く。しかし、その場合でも、電界反転前の右方向の静電力より弱く、略、その半分程度である。
【０００７】
そこで、当該前後非対称静電力を、電荷搬送体の駆動力とする電界駆動型静電発電機では、電位0Vで、電荷搬送体を静電誘導によって帯電させ、当該電荷搬送体を、先ず、順電界中において強い静電力で十分加速させたのち、逆電界に入れる。当該逆電界では、当該電荷搬送体に働く（進行逆方向の）静電力は弱く、且つ当該逆電界において、当該電荷搬送体の電位が、プラスの電位から0Vに戻ったとき、当該電荷搬送体に余剰の運動エネルギーが残っている。その結果、当該電荷搬送体は更に高い電位迄上ることができる。
【０００８】
図４は、かかる電界駆動型静電発電機の基本ユニットの正面図である。
図中、参照番号８は電荷注入電極を、参照番号９は高圧電極（例えば、エレクトレット、より高電位が必要な場合は、強誘電体及び電極と高圧電極を組み合わせたもの）を、参照番号１１は電荷搬送体を、参照番号１０は電荷回収電極を、参照番号１２は電荷回収電極１０に接続された回収部コンデンサーを、参照番号１３、１５は、これら両電極８及び１０並びにエレクトレット９を支持する絶縁性支持体（上下一対）を示している。
尚、参照番号４及び５は、図１及び図２と同じく、電荷搬送体１１に加わる静電力と電界（電気力線）を示している。
ここで、エレクトレット９は、例えば、0.1mC/m2 の表面電荷密度を有し、その電位は、例えば、+2000Vである。一方、電荷注入電極８の電位は0Vで、電荷回収電極１０の電位は、例えば、-200Vである。
この結果、電荷注入電極８とエレクトレット９の間には、負極性に帯電される前記電荷搬送体１１に対して、順電界が形成される。一方、エレクトレット９と回収電界１０の間には、同電荷搬送体１１に対して、逆電界が形成される。
【０００９】
上記の通り、電荷搬送体１１は、横向きにした樋型であるから、その縦断面横方向中央における、電界の方向又は電荷搬送体１１の移動方向に直角な垂線に対し、左右非対称形であり、よって、移動方向に前後非対称形状を有する。
当該電荷搬送体１１は、軽い導体、例えばアルミで形成されていて、図示しない絶縁性の電荷搬送体保持体１４に保持されている。その結果、電気的にフロートである。当該電荷搬送体１１は、前後非対称な静電力４で駆動されて、図４中、左から右に移動して、電荷注入電極８、エレクトレット９、及び電荷回収電極１０を順次通り抜ける。
当該電荷搬送体１１が、上下一対の電荷注入電極８を抜ける時、即ち、電荷注入電極８に設けられた、図６で示すアルミフォイル又は導電糸等の材料からなる導電性端子（以下、電荷注入静電誘導端子という）２３’が、電荷搬送体１１に接触した時、静電誘導によって、当該電荷搬送体１１に、例えば負極性の電荷が注入される。
又、当該電荷搬送体１１が（上下一対の）電荷回収電極１０に奥深く入ったとき、当該電荷回収電極１０に設けられた、図４、図６で示す搬送電荷回収用の導電性端子（以下、電荷回収端子という）２４が当該電荷搬送体１１に接触して、当該電荷搬送体１１が有する前記注入電荷は回収される。
【００１０】
即ち、順電界中においては、強い静電力によって電荷搬送体１１を加速運動させ、電荷搬送体１１が逆電界に入り、減速運動になっても、それが受ける逆方向の静電力は弱いので、十分な速度を持って電荷回収電極１０に到達する。
【００１１】
図５は、上記図４に示す電界駆動型静電発電機において、電荷搬送体１１へ静電誘導で電荷を注入する電荷注入部分のみを示す模式図である。
同図において、参照番号８は接地された電荷注入電極、参照番号９は高電圧が印加された高圧電極、参照番号１１は電荷搬送体、参照番号２３’は電荷注入静電誘導端子を示している。
前記電荷注入電極８の幅は9.6mm、高圧電極９の幅は9.6mm、その間の間隔は32.0mm、電荷搬送体１１の縦は5.2mm、その横は5.1mm、その奥行は50.0mmである。又、注入電極の電位は0V、そして高圧電極の電位は+7kVである。
ここで、上記電界駆動型静電発電機における注入電荷量を、後段でその詳細を示す二次元差分法でシミュレーションすると、-0.66[nC]であった。
又、この電荷搬送体１１が、電荷注入電極８と高圧電極９の中間に来たとき、当該電荷搬送体１１に作用する静電力は、＋X方向（進行方向）に0.14[mN]であった。以下、この静電力を順電界静電力と呼ぶ。
尚、順電界静電力は、電荷搬送体１１の位置により少し変わるが、前記電荷注入電極８と高圧電極９の中間での値で代表した。
【００１２】
しかしながら、図４と図５に示す従来の電界駆動型静電発電機は、１回に搬送できる電荷量が十分でなく、得られる電位も高くはないため、その高出力化は容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
[特許文献１］  特開２００９−２３２６６７号公報
［特許文献２］  特許第６１３６０５０号公報
［特許文献３］  特許第６２８６７６７号公報
［特許文献４］  特開２０１８−０２９４２５号公報
【非特許文献】
【００１４】
[非特許文献１］[Asymmetric Electrostatic Forces and a New Electrostatic Generator], Nova Science Publishers, New York, 2010
[非特許文献２］2017年米国静電気学会年次大会予稿集  A-3
[非特許文献３］「物理学の基礎３  電磁気学」、ハリディ、レスニック、ウォーカー共著、野崎光昭監訳、培風館
[非特許文献４］[Asymmetric Electrostatic Force], K. Sakai, Journal of Electromagnetic Analysis and Applications, Scientific Research
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、電界駆動型静電発電機において、電荷搬送体が搬送する電荷量を大幅に増やして、その出力を大幅に改善することにある。
【課題を解決する為の手段】
【００１６】
上記本発明の目的は、静電誘導で電荷搬送体に電荷を注入する代わりに、接地された電荷注入電極と高圧電極が形成する順電界たる加速電界とは異なる電荷注入の為の専用電界を形成し、当該専用電界にある電荷搬送体に大量の電荷を充電注入することで達成できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施例によれば、電荷搬送体に注入（充電）される電荷量は、静電誘導で注入される電荷量より桁違い大きいため、搬送電荷量は格段に増大する。その結果、静電発電機の出力が増大する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、クーロンの法則を説明する模式図である。
【図２】図２は、横向き樋型導体を用いた前後非対称静電力を説明する模式図である。
【図３】図３は、横向き樋型導体を用いた、前後非対称静電力の発生原理を説明する模式図である。
【図４】図４は、電界駆動型静電発電機の基本ユニットの縦断面図である。
【図５】図５は、電荷を誘導注入する従来の電界駆動型静電発電機の電荷注入部分の拡大図である。
【図６】図６は、電荷を充電注入する本発明の一実施例に係る電界駆動型静電発電機の基本ユニットの縦断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係る電界駆動型静電発電機における、電荷を充電注入する部分の拡大図である。
【図８】図８は、誘導注入と充電注入、夫々の結果生じた注入電荷量と、順電界における静電力を比較するグラフである。
【図９】図９は、回転式の電界駆動型静電発電機において、電荷搬送体と充電電界形成電極の間隔を異ならせた各場合における、充電電界形成電極の電圧と充電電荷量の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、回転式の電界駆動型静電発電機において、電荷搬送体と充電電界形成電極の間隔を異ならせた各場合における、充電電界形成電極の電圧と順電界で生じる静電力の関係を示すグラフである。
【図１１】図１１は、電荷を充電注入する電界駆動型静電発電機の基本ユニットを円形とし、充電注入基本ユニットを、円周上に放射状に複数連結した電界駆動型発電機の1セットの斜視図である。
【図１２】図１２は、電界駆動型発電機1セットの正面図である。
【図１３】図１３は、1セットを多段に重ねた電界駆動型発電機の正面図である。
【図１４】図１４は、充電電荷量と、逆電界で対応して生じる静電力を示すグラフである。
【図１５】図１５は、図１４において、充電電荷量が少ない部分の、その充電電荷量とそれによって逆電界で生じる静電力の関係を示す部分拡大図である。
【図１６】図１６は、逆電界下で、前方垂直板に残された電荷の、全充電電荷量に対する割合を示すグラフである。
【図１７】図１７は、逆電界下で、電荷搬送体の前方垂直板に電荷が残らない場合と残った場合の夫々に於いて、電荷搬送体に作用する電気力線を示す模式図である。
【図１８】図１８は、二次元差分法によるシミュレーションで、誘導注入により電荷搬送体に注入される電荷量を求める際に使用するメッシュ図である。
【発明を実施する為の形態】
【００１９】
電界駆動型静電発電機において、電荷搬送体が搬送する電荷量を大幅に増やして、当該発電機の出力を大幅に改善するという目的を、所定の電位を有する充電電界形成電極（電極、エレクトレット、又は高誘電体）と電荷搬送体を近接させ、両者間で一時的にコンデンサーを形成し、その後電荷搬送体を接地したときに当該コンデンサーに流れ込む電荷で、当該電荷搬送体を充電（帯電）することで実現した。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の第１実施例を従来例と比較しつつ説明する。
図５は、静電誘導で電荷搬送体へ電荷を注入する従来の電界駆動型静電発電機の電荷注入部分の拡大図である。
同図において、参照番号８は接地された電荷注入電極、参照番号９は高電圧が印加された高圧電極、参照番号１１は電荷搬送体、参照番号２３’は電荷注入静電誘導端子を示している。
注入電極８の幅（紙面左右方向）は9.6mm、高圧電極９の幅は9.6mm、その間の間隔（紙面左右方向）は32.0mm、一辺が開放した箱型形状を有する電荷搬送体１１の縦（高さ方向）は5.2mm、同横（左右方向）は5.1mm、同奥行（紙面垂直方向）は50.0mmである。又、これら注入電極には0V、高圧電極には+7kVが印加されている。
以上の構成に於いて、後段でその詳細を説明する二次元差分法で、注入電荷量をシミュレーションしたところ、注入電荷量は、-0.66[nC]であった。
また、この電荷搬送体１１が、前記注入電極８と高圧電極９の中間に来たとき、電荷搬送体１１に作用する静電力は、＋X（電荷搬送体１１の進行方向）方向に、0.14[mN]であった。以下、この静電力を順電界静電力と呼ぶ。
なお、順電界静電力は、電荷搬送体１１の位置により、少し変化するが、前記中間地点の値で代表することとする。
【００２１】
図６は、電荷搬送体１１へ電荷を充電注入する本発明の電界駆動型静電発電機の基本ユニットを示す。
図中、参照番号1８は、接地される電荷搬送体１１とで充電電界を形成する充電電界形成源であり、具体的には所定の電圧が印加された電極、所定の電位を有するエレクトレット、又はそのような強誘電体である。以下、代表的に電極として説明するが、エレクトレットでも強誘電体でも同様に適用される。参照番号１９は、充電電界形成源１８の電源である。
その他、同一の参照番号を付した部材は、図４で示した従来の電界駆動型静電発電機の基本ユニットと同じものである。
【００２２】
図７は、本発明の電界駆動型静電発電機の一実施例であって、電荷搬送体１１へ、新しい方法で電荷を注入するシステムの要部模式図である。
同図において、参照番号１８は接地され、低電圧が印加された充電電界形成電極、参照番号９は高電圧が印加された高圧電極、参照番号１１は電荷搬送体、参照番号２３は接地された電荷注入充電端子を示している。
当該充電電界形成電極１８と高圧電極９間には、順電界たる加速電界が形成され、作用する非対称静電力によって、その電界方向に電荷搬送体１１を加速する。
この充電電界形成電極１８は、又、前記加速電界とは別に、接地され通過する電荷搬送体１１に対し電荷を充電する為の専用の電界を、当該電荷搬送体１１との間で形成する。
具体的には、図示するように、上下一対の充電電界形成電極１８、１８と、電荷搬送体１１の上下の水平板７２、７２は、夫々、その間で、5.7mmの空気層の夫々を挟んで、上下一対のコンデンサーを形成している。
そのため、電荷搬送体１１が電荷注入充電端子２３を介して接地されると、上記一対のコンデンサー、即ち上下の水平板７２、７２に充電電流が流れ、当該上下の水平板７２、７２に電荷が注入される（以下、この電荷注入方法を、従来の静電誘導による電荷注入と区別して、充電注入という）。
ここで、充電電界形成電極１８の電位が+1.0kVで、高圧電極９の電位が+7.0kVの時の注入電荷量と順電界静電力を、シミュレーションで求め、その結果を、誘導注入で得られる各値と共に図８に示す。
同図縦軸で示すように、充電注入による注入電荷量は、誘導注入で得た-0.66[nC]から-2.38[nC]へと増加し、3.6倍になり、充電注入による順電界静電力は、誘導注入で得た0.14[mN]から0.39[mN]へと増加し、2.9倍になっている。
又、当該順電界静電力の増加によって、電荷搬送体保持円板１４の回転速度も増加するので、出力電力は、誘導注入により得られる出力電力の１０．５倍である16.2[μW]になる。
尚、以上のシミュレーションでは、充電電界形成電極１８及び高圧電極９として、電圧を印加した電極を夫々使用したが、実製品では、どちらもエレクトレットを使用できる。
【００２３】
更に、ベンチモデルは手作りした物であるため、回転する電荷搬送体１１と充電電界形成電極１８の間隔は、上記の通り5.0mm以上必要であったが、機械生産される実製品では、その間隔は、1.0mmで十分である。そこで、この間隔を0.9mmとし、同時に、充電電界形成電極１８の電圧を3.0kV、+5.0kVに上げ、同様にシミュレーションを行い、その結果を、図９と図１０に示す。
図９に示すように、電荷搬送体１１と充電電界形成電極１８の間隔が0.9mmであって、横軸で示す充電電界形成電極１８の電位が+5.0kVの時、縦軸で示す充電電荷量は-35.68[nC]に達し、ベンチモデルにおける誘導注入で得た注入電荷量たる0.66[nC]の５５倍になった。
又、図１０に示すように、縦軸で示す順電界静電力は、電荷搬送体１１と充電電界形成電極１８の間隔が0.9mmであって、横軸で示す充電電界形成電極１８の電位が+5.0kVの時、18.95[mN]となり、ベンチモデルにおける誘導注入で得た0.14[mN]の１４０倍になった。この結果、出力電力は、ベンチモデルにおける誘導注入で得た1.54[μW]の７６００倍である11.7[mW」になった。よって、自動車を駆動できる出力電力ではないものの、小型電気機器を駆動することは可能である。
尚、図１１に示すように、更に出力電力を上げるべく、図６に示す電荷搬送体１１を、回転可能な所定サイズの円板の中心軸回りに、一定角度間隔で、放射状に複数配置した電荷搬送体保持円板１４と、同図に示す充電注入基本ユニットの一組を、同様に、固定される夫々の円板の中心軸回りに、一定角度間隔で、放射状に複数組配置してなる上下２枚の電極板１３、１５を設け、各電極板１３、１５の各電極対が上下対向するように、当該電荷搬送体保持部材１４を挟んで配置してなる円板型電荷充電注入セットを形成する。
この場合、図１２で示すように、1つの円板型電荷充電注入セットにおいて、電荷注入充電端子２３の一端を当該セットの外壁に固定し、その自由端を電荷搬送体１１に接触させて、当該電荷搬送体１１を接地させることができる。参照記号１６は、中心軸たる固定軸を示す。
かかる構成によって、その出力は組数に応じて倍増する。
さらに、図１３に示すように、前記1セットを、上下多段に積み重ねることにより、出力電力は、さらに、段数に応じて倍増できる。
なお、図中、参照番号１７は、電荷搬送体保持円板１４のセンターに固定され、固定軸１６の周りを回転するベアリングである。
以上、本発明の一の実施形態を、静電発電機として説明したが、図６、図１１、図１３等の各装置から、コンデンサー１２を省き、回収電荷を直接大地に流して電荷回収電極１０の電位を0Vに保つか、又は電荷回収電極１０を接地しつつ電荷回収端子２４を省けば、静電モーター又は静電加速器になる。
【００２４】
此処で、充電電界形成電極１８の電位を上記のように+5.0kVとしたとき、上記順電界静電力18.95[mN]を落とさないためには、高圧電極９の電位を約+12.0kVに上げる必要がある。
この時、回収電極１０（図４、図６、図１１）の電位は0V以下なので、当当該高圧電極９と当該回収電極１０間の電位差は12.0kV以上になる。一方、順電界と逆電界の距離は、共に3.2mmであり、等しいので、結局、逆電界の強さは、順電界の強さの１．７培以上になる。
その結果、仮に、順電界と逆電界の強さが同じであれば、前記した前後非対称静電力で、電荷搬送体１１は、回収電極１０の内部まで到達可能であるが、逆電界の強さが順電界の強さの１．７倍ならば、通常、電荷搬送体１１は、回収電極１０の内部にまで到達できない筈である。
【００２５】
そこで、このことを確認すべく、逆電界静電力をシミュレーションで求め、その結果を図１４に示す。尚、充電電荷量が少ない範囲は別途拡大し、図１５に示す。
通常、逆電界で、電荷搬送体１１に作用する静電力（以下、逆電界静電力という）の方向は、順電界静電力の方向の逆で、−Ｘ（進行方向の逆）であり、その符合は、マイナスになる筈である。
しかしながら、図１４では、特に、横軸で示す充電電荷量が多い範囲では、縦軸で示すように、逆電界静電力の符合はプラスになった。
又、充電電荷量が少ない範囲を拡大して示す図１５より明らかな通り、横軸に示す充電電荷量が-6[nC]より少ない範囲では、縦軸に示す逆電界静電力は略充電電荷量に比例して、−Ｘ方向に強くなることが分かる。
しかしながら、充電電荷量が-6[nC]より更に増えると、逆に逆電界静電力は弱くなり、充電電荷量が-10[nC]になると、逆電界静電力の符合が反転する。即ち、＋Ｘ方向に働くことが分かる。
【００２６】
ここで、先に、図３を参照して、前後非対称静電力の発生原因を説明したように、順電界で注入された自由電子が、電荷搬送体１１の前方垂直板７１に集まり、電界の方向が逆転し逆電界に入った時、全ての自由電子が後方上下水平板７２に移動すれば、逆電界静電力の作用方向が＋Ｘ方向になることはあり得ない。
そこで、この仮説を確認すべく、充電電荷量ごとに、前方垂直板７１に残る電荷の、充電電荷量に対する割合をシミュレーションで求め、その結果を図１６に示す。
同図に於いて、縦軸に示す縦板の電荷量を参照すれば、横軸で示す充電電荷量が少ないときは、殆どの電荷が、前方垂直板７１に残らず、後方上下水平板７２に移動していることが分かる。
しかしながら、充電電荷量が増えると、かなりの電荷が、当該前方垂直板７１に残り、その割合は、当該充電電荷量の増加に従い、順次増えていくことが分かる。
この原因は、自由電子同士の、静電反発力の影響であると考えられる。
詰り、その量が少なければ、各自由電子は電界に引かれて、左に移動し、後方上下水平板７２に入るが、その量が多くなると、前方垂直板７１の自由電子は、先に、後方上下水平板７２に移動した自由電子から静電反発力を受け、左に移動できなくなるのである。
【００２７】
つまり、この時、図１７で模式的に示すように、電荷搬送体１１には、前方垂直板７１に残った自由電子に働く静電力で、＋Ｘ方向（方向図示！）にも力が働くのである。
ここで、同図において、記号５は電界の方向を示す矢印を、記号７１は電荷搬送体１１の前方垂直板を、記号７２は後方上下水平板を、黒丸は自由電子を示している。同図の中央左の（Ａ）は、充電電荷量Ｑが、前方垂直板７１に残り始める限界電荷量Ｑ0未満の場合、同右の（Ｂ）は、充電電荷量Ｑが、当該限界電荷量Ｑ0以上の場合を示している。
図示するように、同図（Ａ）の場合は、前方垂直板７１に電荷がないので、当該前方垂直板７１に入る電気力線５はなく、電荷搬送体１１に作用する静電力もないが、同図（Ｂ）の場合は、前方垂直板７１に自由電子が残存し、そこに、図示しない左側の正極性高電圧が印加された高圧電極９より、図のように、電気力線が当該前方垂直板７１に曲がって入り、従って、＋Ｘ方向の静電力が発生する。
つまり、充電電荷量が、十分あれば、逆電界に入っても、引き続き＋Ｘ方向に加速されることを意味している。
尚、この現象は、電荷搬送体１１の帯電方法の種類によらないので、別の帯電方法でも、十分な電荷を電荷搬送体１１に注入できれば、同様な結果となる。
【実施例２】
【００２８】
実施例１の場合、例えば、充電電界形成電極１８の電圧を＋5ｋVとした場合、順電界静電力18.95[mN]を落とさないためには、＋7ｋＶである高圧電極９の電位を約+12.0kVに上げ、十分な加速電界及び順電界静電力を得る必要があったが、通常、エレクトレットで、この電位を得ることは困難である。
そこで、電荷搬送体１１が、上下一対の充電電界形成電極１８間において、電荷注入充電端子２３によって接地され、充電電界形成電極１８の電位と異極性の電荷が当該電荷搬送１１に注入（充電）され、当該電荷注入充電端子２３が外れて、当該充電電界形成電極１８間を抜けるとき、図７に示す切替スイッチ２０を電源側から切り替えて接地し、充電電界形成電極１８の電位を、＋5ｋＶから0ｋＶに戻すよう充電電界形成電極１８の電位を制御する。当該制御は、図示しない電位コントローラで行う。
これにより、高圧電極９の電圧は７ｋＶを維持したままで、十分な加速電界及び順電界静電力が形成され生成される。
【００２９】
以下、本発明に当たり使用した、二次元差分法による計算方法を、誘導注入の場合を例にとって説明する。
図１８において、電荷搬送体１１の周辺のメッシュ図を示す。図中、記号８は注入電極を、記号１１は電荷搬送体を示す。更に、図示していないが、当該電荷搬送体の右側に、高圧電極９と接地された回収電極１０が配置されている。
二次元差分法では、先ず、図6に示す全領域を細かいメッシュに分割する。メッシュの幅は、電荷搬送体１１から遠ざかるに従い、0.1mm、0.4mm、1.6mmとした。
【００３０】
そして、図１８に示すように、各格子点（メッシュの交点）に通し番号を付し、各格子点の電位Vを、その左右上下の格子点の電位の平均値として計算する。例えば、格子点１０５の電位V105は、その上下左右の格子点１０４、１０６、８８、１２２の各電位V104、V106、V88、V122に基づいて、次式１で計算される。
【数１】
2020065353.tif 000003
通常、２０００個程度ある格子点にこの式が適用され、この多元連立一次方程式を解くことで、全格子点の電位が求められる。
ここで、注入電極８と回収電極１０の電位は、夫々接地されているので0Vとする。電荷搬送体１１に含まれる格子点の電位は、電荷搬送体１１が導体なので、全て等しいものとする。又、高電圧電極９の電位は+7.0kVとする。
【００３１】
電荷搬送体１１の表面には、序数で示す幅0.1mm、奥行50mmの３０個の長方形の面（領域）がある。その第５面の表面の電界Eは、次式で計算される。同式において、hはメッシュの高さであり、0.1mmである。
【数２】
2020065353.tif 000004
次に、第５面の表面電荷密度σ5は、次式で計算される。同式においてε０は真空の誘電率である。
【数３】
2020065353.tif 000005
次に、第５面の電荷量q5は次式で計算される。同式においてS５  は第５面の面積である。
【数４】
2020065353.tif 000006
電荷搬送体１１の電荷の総量は、第１面から第３０面迄の電荷量を合算して求められ、-0.66[nC]となった。
【００３２】
次に、第５面に働く静電力F５は次式で計算される。
【数５】
2020065353.tif 000007
電荷搬送体１１に右方向に作用する静電力FR は次式で求められる。
【数６】
2020065353.tif 000008
一方、電荷搬送体１１に対し、左方向に作用する静電力FL は次式で求められる。
【数７】
2020065353.tif 000009
尚、電荷搬送体１１の上下方向に働く静電力は、電荷搬送体１１の形状が上下対称で、且つ当該電荷搬送体１１が、注入電極対８と高電圧電極対９と回収電極対１０の、各上下真ん中に置かれている為、上下等しく、相殺され、ゼロになる。
よって、電荷搬送体１１に作用するトータルの静電力FTは次式で計算される。
【数８】
2020065353.tif 000010
尚、充電注入の場合も、略同様に計算され、予め求められた注入電荷量を、電荷搬送体に与え、順電界と逆電界での静電力がシミュレーションされる。
【符号の説明】
【００３３】
１：  高圧電極
２：  第一対向電極
３：  点電荷
４：  点電荷に作用する静電力のベクトルを示す矢印
５：  電界の方向を示す矢印
６：  第二対向電極
７：  電界の方向に前後非対称な形状（樋型）を有する導体
７１：樋型導体の前方垂直板
７２：樋型導体の後方上下水平板
８：  電荷注入電極
９：  高圧電極
１０：  電荷回収電極
１１：  電界の方向に前後非対称な形状を有する電荷搬送体
１２：  電荷回収電極に接続されたコンデンサー
１３：  電荷注入電極、高圧電極、及び電荷回収電極を支持する絶縁性支持体
１４：  放射状に配置した電荷搬送体を保持する電荷搬送体保持円板
１７：  ベアリング
１８：  充電電界形成電極
２３’：  電荷注入静電誘導端子
２３：  電荷注入充電端子
２４：  電荷回収端子
【図１】
2020065353.tif 000011
【図２】
2020065353.tif 000012
【図３】
2020065353.tif 000013
【図４】
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【図５】
2020065353.tif 000015
【図６】
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【図７】
2020065353.tif 000017
【図８】
2020065353.tif 000018
【図９】
2020065353.tif 000019
【図１０】
2020065353.tif 000020
【図１１】
2020065353.tif 000021
【図１２】
2020065353.tif 000022
【図１３】
2020065353.tif 000023
【図１４】
2020065353.tif 000024
【図１５】
2020065353.tif 000025
【図１６】
2020065353.tif 000026
【図１７】
2020065353.tif 000027
【図１８】
2020065353.tif 000028