(57)【要約】【課題】  電界方向で非対称形状の帯電導体に作用する静電力の強さが、電界方向が反転すると変わる現象（非対称静電力）を利用する静電応用機器（静電発電機、静電モーター、静電加速器等）に使用する電荷搬送体の形状として、電界反転前後の静電力の強さの比（非対称割合）が０．５程度に低くなる形状を、シミュレーションではなく実験により見つけること。【解決手段】  電界方向に垂直な駆動板と平行なシールド部材（板）を有し、該シールド部材（板）が、駆動板裏面のほぼ真ん中に立てられて、その両側の駆動板裏面を電気的にシールドできる形状の導体を電荷搬送体とする。また、そのシールド部材（板）の厚さを、その端面に電界が集中しすぎず、且つ、電荷が集まりすぎない厚さとする。なお、その端面形状は垂直断面以外であること、またシールド部材（板）の高さは、シールドすべき領域の長さの２倍くらいが望ましい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界方向で非対称形状の帯電導体に作用する静電力の大きさが、電界方向が反転すると変わる現象（非対称静電力）を利用する静電応用機器（静電発電機、静電モーター、静電加速器等）に使用する電荷搬送体において、電界方向に垂直な駆動板と平行なシールド部材（板）を有し、該シールド部材（板）が、駆動板裏面のほぼ真ん中に立てられて、その両側の駆動板裏面を電気的にシールドできることを特徴とする電荷搬送体。
【請求項２】
請求項１において、該シールド部材（板）の厚さが、その後方端面にエッジ効果で発生する電界集中が、薄すぎて大きくなりすぎない範囲で、且つ、そこに集まる電荷の量が、厚すぎて多くなりすぎない範囲であること。
【請求項３】
請求項１において、駆動板裏面に立てられたシールド部材（板）の高さが、その両側のシールドすべき領域の、シールド部材（板）からその端までの長さ以上であり、このましくは、その長さの２倍前後であること。
【請求項４】
請求項１において、シールド板後方端面の形状が垂直断面以外であること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、新たに確認された、静電気力、すなわち、非対称静電力を使用する静電機器（静電発電機、静電モータ、静電加速器等）の電荷搬送体の形状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  本出願人は先に、本出願人により新たに見い出された静電気力（非対称静電気力）を使用する新方式の静電発電機器の出願（参考特許［１］［２］［３］［４］）を行った。
非対称静電力とは、非対称形状の帯電導体に作用する静電力の強さが、電界の方向が反転した時大きく変わる現象である。その詳細は、参考文献［１］［４］に記載したので、ここでは省略する。
また、新方式の静電発電機と言っても、その基本原理は従来の静電発電機（例えば、バンデグラーフ型）と同じで、低電位（０Ｖ）で電荷を電荷搬送体に乗せ、それに作用する静電気力に逆らって、該電荷搬送体を高電位（１０００Ｖ）まで搬送し、そこで搬送してきた電荷を下ろすだけである。両者の違いは、その搬送力にあり、従来型は、機械力を使用するのに対して、新方式では、非対称静電力を使用する。（以下、新方式静電発電機を電界駆動型静電発電機と呼ぶ。）従来型と新方式の詳細な説明は、参考文献［４］に記載したので、ここでは省略する。【０００３】  電界駆動型静電発電機で大きな電力を得るためには、非対称静電力の非対称割合（電界反転後後の静電力を、反転前の静電力で除した値）が小さいことが必須である。１９個の異なった形状の非対称割合をシミュレーションで求め、横置きのＡ型を最適形状として出願した。（参考特許［４］）そのシミュレーション結果を図１に示す。
参考特許［１］  特開２００８−００５６９０
参考特許［２］  特開２００９−２３２６６７
参考特許［３］  特開２０１０−０９８９２５
参考特許［４］  特開２０１２−０３９８４２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  ところが、その１９形状を実際に作成し、その非対称割合を実験で求めたところ、シミュレーションとはかなり異なる結果となった。その実測結果を図２に示す。シミュレーションでは、０．５以下もあった非対称割合が、わずか、０．８前後に、大きく悪くなっている。これでは、電界駆動型静電発電機を実用化することは難しい。そこで、シミュレーションではなく、実験で、０．５に近い非対称割合を実現することが本発明の目的である。
なお、シミュレーションを二次元で行なったため、実験結果と大きく異なってしまったと考えられる。断面形状を元にしたＸＹ二次元のシミュレーションでは、Ｚ方向での、電界集中がまったく計算に入らない。それが、予想外に大きかったと思われる。その点を考慮して、実験では、ＸＹ方向１０ｍｍに対して、Ｚ方向５０ｍｍの電荷搬送体を使用したのだが不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】１、実験でもっとも非対称割合の低かった横置きＴ字型を基本形状とする。すなわち、電界の方向に垂直な駆動板の真ん中に垂直にシールド板を立てた形状である。
２、シールド板の厚さを、電界集中が大きくならず、且つ、電荷が多量には集まれない厚さとする。
３、シールド板の高さを、その両側の、シールドすべき駆動板の裏面の幅の約２倍とする。
４、シールド板先端の形状を、垂直断面以外の形状とする。
【発明の効果】
【０００６】１、横置きＴ字型とすることで、各種形状の中で、もっとも非対称割合を低くすることができる。
２、シールド板の厚さを、電界集中が大きくならず、且つ、電荷が多量には集まれない厚さとすることで、より薄い場合およびより厚い場合に比して、非対称割合をより低くすることができる。
３、シールド板の高さを、その両側の、シールドすべき駆動板の裏面の幅の約２倍とすることで、必要且つ十分にシールドできる。１倍ではシールド不足になり、３倍では、材料の無駄使いになる。
４、シールド板先端の形状を、垂直断面以外の形状とすることで、垂直断面の場合よりも非対象割合をより低くできる。【０００８】  以下、実験でもっとも、非対称割合が小さかった横置きＴ字型電荷搬送体で、非対称割合の改良を検討する。そこで、その具体的な形状およびその形状に伴う作用をここで確認しておく。実験で使用した、横置きＴ字型電荷搬送体は、図３に示すように、駆動板１に対して、その真ん中にシールド板２を垂直に立てた形状をしている。両方の板は同一形状で、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。なお材質はアルミである。【０００９】  駆動板１を電界の方向に対して垂直にし、シールド板２を電界の方向に対して水平にして実験を行なった。この場合、順方向電界下では、広い駆動板の表面１１に多くの電子が集まってそこに強い静電気力（前進静電力）が働く。一方、逆方向電界下では、多くの電子がシールド板２に集まるが、その断面２１は非常に狭いためそこに集まる電子は少なく該断面２１に作用する静電力（後退静電力）は弱い。もちろん、駆動板１の裏面１２に電子が集まればそこに後退静電力が作用するが、図４（Ａ）に示されるように、ここに向かう電気力線は、駆動版の裏面１２に到達する前に、シールド板の水平面２２、２３に吸収されるため、ここでは後退静電力は発生しない。なお、シールド板の水平面２２、２３には、上下方向に静電力が作用するが、その強さが等しく、向きが逆なので、相殺してゼロになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１０】  図２に示した実験結果から、非対称割合が最小となった横置きＴ型を最適形状として選択した。該形状の非対称割合が最小となった理由を図４で考察する。
図４で、（Ａ）が横置きＴ型電荷搬送体の断面形状で、（Ｂ）が横置き樋型電荷搬送体の断面形状である。両者に使用されている、駆動板１とシールド板２は全く同じ形状サイズである、すなわち、幅１０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍである。両者の違いは、シールド板２の数と位置にある。Ｔ型では、１枚のシールド板２を駆動板１の真ん中に垂直に立てた。一方、樋型では、駆動板１の上端と下端にシールド板２を垂直に立てた。【００１１】  この結果、逆電界下で、駆動板の裏面に入る電気力線３はすべて、シールド板２で図のようにシールドされた。ただし、樋型では、シールド板２が２枚あり、当然、電界方向に垂直なエッジ断面も２箇所あるため、それが一箇所のＴ型に比して、後退静電力が約２倍となり、その結果、非対称割合が高くなったと考えられる。
見方を変えると、Ｔ型のシールド板２は、その上下両面で、駆動板１に向かう電気力線３を有効にシールドしているが、樋型の上シールド板２の上面と、下シールド板２の下面は、駆動板１の上下を通り過ぎる電気力線３を必要もないのにシールドしている。
すなわち、駆動板１の真ん中にシールド板２を立て、その両面で、駆動板裏面に向かう電気力線３をシールドする形状がもっとも効率的である。【００１２】  その形状として、Ｔ型以外も考えられる。例えば、図６に、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）で示した３種類の形状である。  それぞれ、この順番で、下駄型、ソリ型、円盤型と呼ぶこととする。なお（Ａ）は比較対象となるＴ型である。比較対象としたＴ型の駆動板１は、５０ｍｍ＊１０ｍｍで、シールド板２は、幅５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍで、その非対称割合は０．６３であった。
下駄型の駆動板１は２０ｍｍ＊２０ｍｍで、２枚のシールド板２は、幅２０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍである。２枚のシールド板２を１０ｍｍの間隔で平行に立てることで、駆動板の裏面をすべてシールドできる。
ソリ型の駆動板１も２０ｍｍ＊２０ｍｍで、４枚のシールド板２は、幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍである。４枚のシールド板２を正方形に立てることで、駆動板１の裏面をほぼシールドできる。但し、４隅の５ｍｍ＊５ｍｍはシールドされない。
円盤型の駆動板１は半径１５ｍｍの円板で、シールド部材２は、半径８．５ｍｍ、高さ１０ｍｍ、厚さ０．４ｍｍの円筒である。高さ１０ｍｍのシールド壁２のシールドすべき領域が、上記３種類の５ｍｍより、その外側で６．５ｍｍ、内側で８．５ｍｍと少し広くなっている。【００１３】  該下駄型、ソリ型、円盤型の電荷搬送体の、非対称割合を測定したところ、それぞれ、０．６０、０．６９、０．７０であった。下駄型は、比較対象としたＴ型の、０．６３と同じであった。ソリ型と円盤型は、少し悪く（高く）なったが、これは、ソリ型の４隅がシールドされないのと、円盤型のシールド対象面積が少し広くなったためと考えられる。
この結果から、駆動板やシールド部材の形状に関わらず、その両側をシールドできる高さのシールド部材を駆動板の真ん中に垂直に立てた電荷搬送体では、非対称割合が低くなることは明らかである。
【実施例２】
【００１４】  上記実験で使用した横置きＴ型電荷搬送体のシールド板の厚さは０．２ｍであった。そこで、非対称割合が最小となる厚さを求める目的で、その厚さを変化させた。０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍの３種類のアルミ板を組み合わせて、０．１ｍｍから０．８ｍｍまで８個の電荷搬送体を作製した。その非対称割合を測定した結果を図５に示す。
図５より、シールド板の厚さが、０．５ｍｍ前後に、非対称割合の最小値（約０．６）があり、それより薄くとも、逆に厚くとも、非対称割合は高くなることが分かる。【００１５】  その理由は、より薄い場合には、シールド板の断面に集まれる電子の数は少なくなるが、エッジ効果が非常に強くなって、すなわち電界が高くなって、その電子に作用する後退静電力が大きくなり、非対称割合が高くなったと考えられる。一方、より厚い場合には、その分、シールド板の断面に集まる電子の数が多くなり、しかも、エッジ効果はほとんど変わらず、すなわち電界はほとんど同じなので、その電子に作用する後退静電力が大きくなり、非対称割合が高くなったと考えられる。【００１６】  なお、この最適値（０．５ｍｍ前後）は、このサイズの電荷搬送体の場合であり、サイズが変われば、それに伴って変わる。どのサイズでも最適値が存在することは間違いないと思われるが、それを数式で示すことは、現状ではできない。今後、適当な機会に補う予定である。
【実施例３】
【００１７】  実施例１で使用したシールド板厚さ０．４ｍｍのＴ型電荷搬送体の非対称割合は、０．６３であった。この場合、高さ１０ｍｍのシールド板が、その両側の５ｍｍの範囲をシールドしている。この場合、シールド板の高さが１０ｍｍなくとも同様にシールドできるかもしれない。あるいは、逆に、より高くすると、シールド領域がさらに広がって、非対称割合はさらに低くなるかもしれない。【００１８】  そこで、シールド板の高さのみ、１０ｍｍよち５ｍｍ、及び１５ｍｍとした電荷搬送体を作製し、その非対称割合を測定した。その結果は、高さ５ｍｍの場合に、０．９１、高さ１５ｍｍの場合に、０．７５であった。
この結果から、両側５ｍｍづつをシールドするためには、高さ５ｍｍでは不十分なことがわかる。逆に、１５ｍｍの場合は、シールド板が電界に平行に保たれている限り、１０ｍｍより悪くなる理由はないのだが、わずかな傾きの影響がより大きく出たと思われる。【００１９】  すなわち、シールド板の高さは、シールドすべき範囲のシールド板からの長さと同じでは不十分である。その２倍位が適当で、それ以上長くすると、材料の無駄使いになるばかりではなく、装置を不安定にする要因になる。
現状では、シールド板の最適な高さをより細かく設定することはできない。今後、適当な機会にデータを追加して、２倍位という表現をより定量的に改める予定である。
【実施例４】
【００２０】  以上述べてきたシールド板厚さ０．４ｍｍのＴ型電荷搬送体は、厚さ０，２ｍｍのアルミ板を折り曲げて作製した。その結果、特に意図した訳ではないが、シールド板の断面は、垂直ではなく円弧になっていた。その分、ここの電界集中が緩和されて、ここに作用する後退静電力が弱まっていたことが考えられる。【００２１】  そこで、作製方法を変えて、シールド板厚さ０．４ｍｍのＴ型電荷搬送体を作製した。すなわち、０．２ｍｍのアルミ板を２枚端面を揃えて重ねて作製した。そのままでは、上下アルミ板間に少し隙間ができるので、アルミ箔を貼って隙間がないようにした。
このシールド板の端面がほぼ垂直なＴ型電荷搬送体の非対称割合は、０．７７であった。一方、端面折り曲げ型Ｔ型電荷搬送体の非対称割合は、先に述べたように０．６３であった。【００２２】  この結果から、シールド板の端面を、垂直断面ではなく、円弧にすることは、ここに作用する後退静電力を弱めて非対称割合をより低くする効果があることは明らかである。また、円弧のみならず、傾斜状、三角型等々、垂直断面形状以外のすべての形状で同様の効果が期待できる。
今後、適当な機会に、実験及び三次元シミュレーションデータを加えて、この期待を確認する予定である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】１９種類の電荷搬送体の非対称割合をシミュレーションで求めた結果を示すグラフ。
【図２】１９種類の電荷搬送体の非対称割合を実験で求めた結果を示すグラフ。
【図３】横置きＴ字型電荷搬送体の形状を示す斜視図。
【図４】逆電界下の、Ｔ字型及び樋型電荷搬送体周辺の電気力線の模式図。
【図５】Ｔ字型電荷搬送体のシールド板の厚さと非対称割合の関係を示すグラフ。
【図６】Ｔ字型電荷搬送体およびそれと同等の効果を有する他３形状電荷搬送体の側面図。
【符号の説明】
【００２４】１：  電荷搬送体の駆動板
１１：  駆動板の表面
１２：  駆動板の裏面
２：  電荷搬送体のシールド板（部材）
２１：  シールド板の後方端面（エッジ）
２２：  シールド板の上面
２３：  シールド板の下面
３：  電気力線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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