(57)【要約】【課題】  従来、１００万ボルトの超高電位は、バンデグラーフ型静電発電機で得られていた。しかしながら、装置が大きく、またコストも高かった。【解決手段】  静電発電機の電荷搬送体には静電力が働いて、該電荷搬送体は加速度運動して運動エネルギーを蓄積する。あるいは、逆に減速度運動して運動エネルギーを消費する。この場合、静電力は帯電電荷に作用するが、運動エネルギーは電荷ではなく電荷搬送体自身に蓄えられる。この点に着目し、加速度運動から減速度運動に切り替わる際に、帯電電荷量を１／１００にすることで、運動エネルギーの消費を１／１００に迎えて、該電荷搬送体を１００万ボルトの超高電位まで到達させた。この方法により装置の小型化、低コストが可能になった。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷注入電極（接地電極）、電界形成電極、電荷回収電極がこの順に並べられ、この間を通過する導電性電荷搬送体に、電荷注入電極から電荷を注入帯電し、電荷注入電極と電界形成電極が形成する電界（加速電界）が該電荷に作用する静電力で、該電荷搬送体を加速運動させてそこに運動エネルギーを蓄積させ、電界形成電極を通過する際に該帯電電荷の一部を除去し、電界形成電極と電荷回収電極の形成する電界（減速電界）が残存電荷に作用する静電力を小さくすることで、該運動エネルギーの消費を抑えて、該電荷搬送体を、より高い電位まで到達させる高電位発生静電発電方法。
【請求項２】
請求項１において、帯電した電荷搬送体が、電界形成電極を通過する際に、特定の電位にすることで、残存する電荷の割合を制御すること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、帯電した電荷搬送体をその出発地点の電位よりもより高い電位まで、その電荷に作用する静電気力を利用して到達させる静電発電方法において、特に、超高電位を得るための新しい方法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（（例えば、マイナス電荷を有する電子）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（例えば−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、非対称静電力を利用する。（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Λ型を最適形状として出願した。（参考特許［４］）その後、さらに研究を進め、横置きのΛ型以外の一般的な最適形状の各種条件を出願中である。（参考特許［５］）
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
参考特許［５］  特願２０１３−０６５０６５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  非対称割合を小さくする努力は続けられているが、残念ながら、現実的には、０．５が限度である。そのため、電界駆動型静電発電で得られる最高電位は、それほど高くにはならない。例えば、帯電した電荷搬送体を、加速する電界を形成する電界形成電位が、＋１０００Ｖであれば、高々、−１０００Ｖである。【０００５】  しかしながら、世の中には、超高電位、例えば、１００万ボルト（１００００００Ｖ）が必要な場合もある。この、ニーズは、現在、上記したバンデグラーフ型静電発電機で解決されている。これは、非常に優れた装置ではあるが、一般的に大型でコストも高い。そこで、本発明の目的は、超高電位（１００００００Ｖ）を、小型で、コストも安い装置で達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  先願電界駆動型静電発電機においては、特殊な形状の電荷搬送体を使用することで、該電荷搬送体に作用する静電力の大きさを、減速電界で、加速電界の約半分に減少させている。本発明では、特殊形状の電荷搬送体を使用せず、その帯電量を変えることで、加速電界と減速電界で、静電力を変える。例えば、加速電界から減速電界に入った時に、帯電量を１／１００に減少させれば、受ける静電気力も１／１００に減少する。しかしながら、加速電界で得た運動エネルギーは、電荷ではなく、質量が保持しているので、変わらない。その結果、搬送電荷量は１／１００に減少するが、該電荷搬送体を１００倍も高い電位まで搬送可能になる。
【発明の効果】
【０００７】  バンデグラーフ型静電発電機と異なり、その電荷搬送体（絶縁性エンドレスベルト）を駆動する電機モータを使用しないため、装置を小型に、低コストにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【０００８】  図１に本発明に使用する装置を摸式的に示す。記号１は、電荷注入電極（接地電極）で、幅が１０ｍｍ、内径が１２ｍｍの円筒状である。記号２は、電界形成電極で、幅が２０ｍｍ、内径が１２ｍｍの円筒状である。記号３は電荷回収電極で、幅が４０ｍｍ、内径が１２ｍｍの円筒状である。記号４は、電荷搬送体で、幅１０ｍｍ、直径１０ｍｍの円筒状導体である。記号５は、全体を密閉し、内部を真空にするための容器である。電荷注入電極１と電界形成電極２間の間隔は４０ｍｍで、電界形成電極２と電荷回収電極３間の間隔は４００ｍｍである。これ以外に、図示していないが、各電極からは、その内部を通過する電荷搬送体と接触するように導電糸が伸びている。【０００９】  電界形成電極２には、静電誘導で、電荷搬送体４に電荷を注入し、該電荷に静電力を作用させて、電荷搬送体を加速運動させるための電界を、注入電極１との間に形成するために電圧が印加されている。例えば、該電圧が、＋１００００Ｖの時、該電荷搬送体４には、−０．５６ｎＣの電荷が注入電極１より導電糸を通して注入される。但し、この値は、実測値ではなく、シミュレーションで求めた値である。（以下同じ）シミュレーションは、軸対象２次元差分法で行なった。この方法は数学的には２次元であるが、物理的には３次元である。但し、取り扱えるのは、軸対象形状、例えば、円板、円筒等、のみである。【００１０】  注入電極１と電界形成電極２間には、１００００／０．０４＝２．５Ｅ＋５［Ｖ／ｍ］の強さの電界が形成されているので、電荷搬送体４上の電荷（電子、記号６で示す）には、平均的に、
０．５６Ｅ−９ｘ２．５Ｅ＋５＝１．４Ｅ−４［Ｎ］の静電力が作用し、この結果、電荷搬送体４は加速度運動をする。４０ｍｍ間静電力で加速度運動する間に、電荷搬送体４が得たエネルギーは、
１．４Ｅ−４ｘ０．０４＝５．６Ｅ−６｛Ｊ｝になる。なお、正確には、電界の強さは、場所により少し異なるが、簡明にするためにこのようにした。また、空気抵抗や、運動摩擦抵抗も同じ趣旨で省略した。【００１１】  幅１０ｍｍの電荷搬送体４が、−０．５６Ｅ−９［Ｃ］の電荷を搬送して、幅２０ｍｍの電界形成電極２の真ん中に来たとき、図示しない導電糸が接触して、電荷の一部が流れ出る。その量は、導電糸の電位で決定される。導電糸の接触電位と、電荷搬送体４の電荷残存率の関係を図２に示す。このグラフから、例えば、電荷を半分に減らすためには、接触する導電糸の電位を９７８０Ｖにすれば良いことが分かる。但し、１％まで減らすために、必要な電位は読み取りにくい。【００１２】  そこで、図２の低電荷残存率部分を拡大して図３とした。この図から、電荷残存率を１％にするために必要とされる導電糸の電位は、９８７５．８Ｖであることが分かる。そこで、９８７５．８Ｖの導電糸をここで接触させて、電荷搬送体４の帯電電荷量を、１／１００の−５．６Ｅ−１２［Ｃ］に落とした。【００１３】  回収電極３は、−１００００００Ｖ（百万ボルト）という超高電位に維持されている。そのため、電界形成電極との間隔は、４００ｍｍあるが、その間の電界の強さも、
１００００００／０．４＝２．５Ｅ＋６［Ｖ／ｍ］とかなり強くなり、コロナ放電が発生する可能性がある。そこで、装置全体を密閉容器５に入れて、内部を真空にした。なお、両電極間の電位差は正確には、１０１００００Ｖであるが、円筒電極の中心の電位は少し下がるので、１００００００Ｖで計算した。【００１４】  この時、１／１００に減らされた電荷搬送体４上の電子６に働く静電力は、これを押し戻す方向に、５．６Ｅ−１２ｘ２．５Ｅ＋６＝１．４Ｅ−５［Ｎ］となる。すなわち、電荷量は、１／１００になったが、電界の強さが１０倍になったので、受ける静電力は、１／１０になった。この逆方向の静電力を受けて、さきほど獲得した運動エネルギー５．６Ｅ−６［Ｊ］をすこしづつ消費しながら、該電荷搬送体は、減速しつつも前進する。この逆方向の力を受けながら、この運動エネルギーで到達できる距離は５．６Ｅ−６／１．４Ｅ−５＝４．０Ｅ−１［ｍ］である。すなわち、４００ｍｍで、該電荷搬送体４は、回収電極３に到達する。【００１５】  幅１０ｍｍの電荷搬送体４が、幅４０ｍｍの回収電極３の奥まで入った時、−１００００００Ｖが印加されている回収電極３から伸びる導電糸が接触する。その結果、電荷搬送体４の搬送した電荷６が回収電極３に回収される。但し、回収率は、１００％ではなく、この場合、９８．６％である。すなわち、−５．６Ｅ−１２ｘ０．９８６＝−５．５２Ｅ−１２［Ｃ］の電荷が、０Ｖ（接地）より、−１００００００Ｖまで持ち上げられた。【００１６】  １００万ボルトは達成できたが、これでは電荷量が少なすぎる。この対策として、図１の回収電極４の先に、また、注入電極１、電界形成電極２、電荷回収電極３のセットを多数、円環状に配置して、最後に、また図１のセットにつながるようにすればよい。この場合、電荷搬送体４も適当な間隔、例えば、４０ｍｍで、多数配置することができる。
【実施例２】
【００１７】  実施例１では、帯電した電荷搬送体４が、電界形成電極２の中に入った時、特定の電位（＋９８７５．８Ｖ）の導電糸を接触させて、その帯電量を１／１００に減少させたが、非接触で行うこともできる。円筒状の電荷搬送体の裏面に導電針を立てて置くと、注入電極１と、電界形成電極２間では、電荷は円筒の前面に集まりその電界の強さが、コロナ放電が発生するほど強くないので、そのまま進行するが、電界形成電極２をすぎると、逆に針先端に電荷が集中し強電界になるため、そこで、コロナ放電が発生し、搬送中の電荷６の一部は失われる。但し、１／１０にすることは可能でも、１／１００にすることは、理論ではともかく、実際には難しい。そこで、搬送電荷を１／１０にして、１０００００Ｖに到達させるのが現実的である。なお、この場合、真空にする必要はないので、密閉容器５は不要である。【００１８】  なお、この他にも、搬送電荷の極性が正であれば、電子線を当てて除電することもできる。さらに、強力なレーザ光、または電離放射線、または軟Ｘ線を照射して、電荷搬送体４の周囲に、正負イオン（電離プラズマ）を発生させて除電することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】  本発明に使用する３電極と電荷搬送体の配置、及びその電位を示す摸式図。
【図２】  導電糸の接触電位と、電荷搬送体４の電荷残存率の関係を示すグラフ。
【図３】  図３の低電荷残存率部分を拡大したグラフ。
【符号の説明】
【００２０】１：  電荷注入電極（接地電極）
２：  電界形成電極
３：  電荷回収電極
４：  電荷搬送体
５；  全体を密閉し、内部を真空にするための容器
６：  電荷搬送体上の電荷（電子）
【図１】
2014223005.tif 000003
【図２】
2014223005.tif 000004
【図３】
2014223005.tif 000005