(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷に対し常に定電圧を印加できるようにし、且つ定電圧の印加を、簡単な電気回路のみで可能にすること。【解決手段】電荷注入電極から注入された電荷を電荷回収電極で放出し、放出された電荷を回収電極コンデンサーで一時的に保持することで負荷に対する電源となる電界駆動型静電発電機において、電界駆動型静電発電機１２と負荷１８の間に、負荷の定格電圧と等しい電圧で機能するバリスター１７を直列に入れ、電界駆動型静電発電機の出力を定電圧で定電流にする。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
其の外周を本体に固定され、その内周を回転軸に嵌合され、一定角度間隔を以って回転軸から放射状に並べられた電荷注入電極、電荷回収電極、及びこれら電極間に配置され該各電極とで夫々正方向と逆方向の電界を形成する高圧電極とからなる少なくとも一組の電極ユニット有する固定電極円板を二以上、一定間隔を以って回転軸に嵌合しつつ積層し、積層方向に隣接する該固定電極円板間において、前記固定軸に支持され回転可能な少なくとも一の電荷搬送体保持円板を配置し、該電荷搬送体保持円板上に於いて、自身の進行方向に非対称な形状を有する複数の電荷搬送体を放射状且つ該電荷搬送体保持円板と一体的に配置し、該電荷搬送体は、前記電界で受ける静電力による該電荷搬送体保持円板の回転に伴って前記各電界を進行し、前記電荷注入電極から注入された電荷を前記電荷回収電極で放出し、放出された該電荷を回収電極コンデンサーで一時的に保持することで負荷に対する電源となる電界駆動型静電発電機において、前記回収電極コンデンサーと前記負荷との間において、該負荷の定格電圧と等しい電圧で所定の動作をするバリスターをこれらに対し直列につなぐことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２】
請求項１において、その一端を介して前記回収電極コンデンサーに並列に結合され、前記バリスターと動作電圧の異なる他のバリスターを有し、該他のバリスターの他端において、該他のバリスターの動作電圧を定格電圧とする他の負荷を直列に配置し、且つ前記回収電極コンデンサーと各バリスター間にスイッチを配置し、当該スイッチを切り替えることで、前記何れかの負荷に必要な定電圧を印加することを特徴とする電界駆動型静電発電機。  
【請求項３】
請求項２において、より動作電圧の高いバリスターからより動作電圧の低いバリスターに切り替える場合は、切替後瞬時に接地して、前記回収電極コンデンサーの電位が、より動作電圧の低いバリスター電位に落ちるのを待って該動作電圧の低いバリスターに接続することを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項４】
請求項1又は２において、前記高圧電極の電位及び各電極の幅と間隔を最適化することで、前記電源の最高出力電圧を前記負荷の定格電圧と等しくすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項５】
其の外周を本体に固定され、その内周を回転軸に遊嵌され、一定角度間隔を以って放射状に並べられた電荷注入電極、電荷回収電極、及びこれら電極間に配置され該各電極とで夫々正方向と逆方向の電界を形成する高圧電極とからなる少なくとも一組の電極ユニット有する固定電極円板を二以上一定間隔を以って積層し、積層方向に隣接する該固定電極円板間において、前記固定軸に回転可能に支持される少なくとも一の電荷搬送体保持円板を配置し、該電荷搬送体保持円板上に於いて、自身の進行方向に非対称な形状を有する複数の電荷搬送体を放射状且つ該電荷搬送体保持円板と一体的に配置し、該電荷搬送体は、前記電界で受ける静電力による該電荷搬送体保持円板の回転に伴って前記各電界を進行し、前記電荷注入電極から注入された電荷を前記電荷回収電極で放出し、放出された該電荷を回収電極コンデンサーで一時的に保持することで負荷に対する電源となる電界駆動型静電発電機において、前記回収電極コンデンサーの電位は前記負荷の定格電圧の最高値に保持され、該回収電極コンデンサーの電気容量は、該コンデンサーから該負荷に電力を供給したことによって該回収電極コンデンサーの電位が該負荷の定格電圧最低値になる前に、前記電荷搬送体保持円板の回転数が所定値に達し、その回転によって得た所定量の電荷を回収して前記負荷が必要とする電力供給を可能にする大きさであることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項６】
請求項５において、前記回収電極コンデンサーの電位が自然リーク等で前記負荷の定格電圧最高値より下がった時、該電界駆動型静電発電機を駆動して該回収電極コンデンサーに電荷を供給し、その電位を回復させることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項７】
請求項６において、更に前記負荷の定格電圧最高値に等しいバリスターを前記回収電極コンデンサーと並列に結合し、該回収電極コンデンサーの電位が該負荷の定格電圧最高値以上にならないようにすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項８】
請求項１乃至７において、前記電界駆動型静電発電機は、太陽光線の弱い又は無い宇宙空間を飛行する宇宙船の電源として使用されることを特徴とする電界駆動型静電発電機。  
【請求項９】
請求項１乃至７において、前記電界駆動型静電発電機を宇宙や原子炉内外の放射線（宇宙線）が強い環境で使用する場合には、前記高圧電極たるエレクトレットの電荷密度の絶対値を約1.0μC/m2以上とすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１０】
請求項８において、電界駆動型静電発電機の前記高圧電極を、飛来する放射線の帯電極性と同極性の電荷が埋め込まれたフイルム又は絶縁性部材で覆うことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１１】
請求項９において、前記高圧電極として強誘電体を使用することを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１２】
請求項９乃至１１において、前記高圧電極たるエレクトレットの電荷の極性を、飛来する放射線の帯電極性と同じにすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１３】
請求項１２において、前記宇宙線を減速させたのち、当該宇宙線を前記エレクトレットで捕獲することを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１４】
請求項９乃至１３において、前記高圧電極たるエレクトレットの電荷密度が低下した場合には、摩擦帯電列でエレクトレット素材と略反対側にある素材で該エレクトレットを摩擦して電荷密度を回復させることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１５】
請求項９乃至１３において、前記高圧電極たるエレクトレットの電荷密度が低下しその電位が所定値になった場合には、前記注入電極と接地間に置かれたコンデンサーに該エレクトレットと逆極性の電荷を注入して、前記高圧電極たるエレクトレットと該注入電極間の電位差を維持することを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１６】
請求項９乃至１３において、前記高圧電極たるエレクトレットの電荷密度が低下しその電位が所定値になった場合には、前記回収電極コンデンサーに蓄えられている電荷を分割して、該分割された電荷を前記注入電極コンデンサーに充電して前記高圧電極たるエレクトレットと該注入電極間の電位差を維持することを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１７】
請求項１乃至１６において、前記負荷に必要とされる交流出力の周波数がh「Hz]の時、前記電荷搬送体が、前記注入電極を抜けて前記回収電極に至り、更に次の組の前記注入電極に至る時間を1/h[秒]とすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１８】
請求項１乃至１７において、前記二以上の固定電極円板上の前記注入電極、高圧電極、及び回収電極の各配置位置を該固定電極円板毎に順次変えて、前記電荷搬送体保持円板上の電荷搬送体が該注入電極と該回収電極を通過するタイミングを該電荷搬送体保持円板毎に変えて、該注入電極と該回収電極より出力される正負の電荷が連続的に出力されるようにしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項１９】
請求項１乃至１７において、二以上の固定電極円板上の各注入電極、高圧電極、及び回収電極の位置は、他の固定電極円板上の夫々と全て同じとし、複数の電荷搬送体保持円板に固定されている各電荷搬送体の配置位置を各電荷搬送体保持円板毎に順次変えて、該注入電極と該回収電極より出力される正負の電荷が連続的に出力されるようにしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２０】
請求項１乃至１７において、前記注入電極、高圧電極、及び回収電極の各位置が同一である固定電極円板の数を変えて、出力される正負電荷の量を時間とともに変動するようにしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２１】
請求項１乃至１７において、前記電荷搬送体の位置を同一とする電荷搬送体保持円板の数を変えて、出力される正負の電荷の量が変動するようにしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２２】
請求項１乃至１７において、前記注入電極及び回収電極の出力電圧を変えて、電界駆動型静電発電機から出力される電圧を変動するようにしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２３】
其の外周を本体に固定され、その内周を回転軸に嵌合され、一定角度間隔を以って放射状に並べられた電荷注入電極、電荷回収電極、及びこれら電極間に配置され該各電極とで夫々正方向と逆方向の電界を形成する高圧電極とからなる少なくとも一組の電極ユニット有する固定電極円板を二以上一定間隔を以って積層し、積層方向に隣接する該固定電極円板間において、前記固定軸に回転可能に支持される少なくとも一の電荷搬送体保持円板を配置し、該電荷搬送体保持円板上に於いて、自身の進行方向に非対称な形状を有する複数の電荷搬送体を放射状且つ該電荷搬送体保持円板と一体的に配置し、該電荷搬送体は、前記電界で受ける静電力による該電荷搬送体保持円板の回転に伴って前記各電界を進行し、前記電荷注入電極から注入された電荷を前記電荷回収電極で放出し、放出された該電荷を回収電極コンデンサーで一時的に保持することで負荷に対する電源となる電界駆動型静電発電機において、前記注入電極、高圧電極、及び回収電極の総数より前記電荷搬送体の数を多くしたことを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【請求項２４】
請求項２３において、前記電荷搬送体の数は、隣接する電荷搬送体との間隔が、前記注入電極と高圧電極の間隔の1/2を下回らない範囲とすることを特徴とする電界駆動型静電発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新たに発見された非対称静電力を電荷搬送体の駆動力として使用する電界駆動型静電発電機、特にその構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に、本出願人が発見した静電力（非対称静電力）を、従来の機械力に代えて使用する新方式の静電発電機を発明した（下記特許文献［１］乃至［４］及び非特許文献［１］）。この非対称静電力とは、非対称形状の帯電導体に作用する静電力（F）の強さ（絶対値）が、電界（E）の方向が反転した時に大きく変わる現象である。
【０００３】
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。
図１において、参照番号１は上電極、参照番号２は下電極、参照番号３は点電荷、参照番号４はそれに作用する静電力の向きと大きさ、参照番号５は電界（電気力線）、及び参照番号６は電界の方向の反転を示している。
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、作用する静電力は0.100Nになる。電界の方向が反転した時、静電力の方向も反転するが、その絶対値は0.100Nであり、変わらない。
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（非特許文献［２］）。従来、静電気が利用される分野は、電子写真と静電塗装であり、そこに使用される着色帯電粉体は点電荷とみなせるので、クーロンの法則を適用できた。
【０００４】
これに対して、出願人には、新型静電発電機の研究中に、非球形の帯電導体に作用する静電力を求める必要が生じ、クーロンの法則ではその計算をできないので、２次元差分法を使ってこれを求めてみた。
図２に示すように、参照番号７で示す帯電体の形状を樋型とし、その帯電量と電界の強さは図１と同じとした。その結果、電界が反転すると、静電力の絶対値は、0.083Nから0.038Nへと大きく変わった。新現象と思われたので、仮に、「非対称静電力」と命名した。又、相対的に静電力が大きくなる図２の左側部分の電界を「順電界」、静電力が小さくなる右側部分の電界を「逆電界」と命名した。
尚、この新現象は、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［３］）。その一例を図３に示す。同図において、電界の方向によって静電力が比較的大きく変化するシミュレーションの結果に対して、実験結果が比較的小さな静電力の変化となったのは、手作りの実験装置である故にその機械的な精度が悪かったのが原因であると思われる。
【０００５】
新方式の静電発電機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）と同じである。
即ち、低電位（例えば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、従来の静電発電機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、新方式の静電発電機を電界駆動型静電発電機とする）。
【０００６】
具体的には、バンデグラーフ型の静電発電機では、絶縁性のベルト上にコロナ放
電で電荷を載せ、該ベルトをモーターで駆動し、１００万ボルトの球形電極内に該電荷を搬送する。
これに対して、電界駆動型静電発電機では、図４に示すように、電位0Vで、静電誘導で帯電させた非対称形状の導電性電荷搬送体を、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。このとき逆電界中で働く静電力は弱いので、電荷搬送体の電位が0Vに戻ったとき余剰の運動エネルギーが残っている。この結果、更に高い電位まで上ることができる。そして、電界駆動型静電発電機のベンチモデルにおいて、該理論により実際に発電できることが確認されている。（非特許文献「４」）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
[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】
【０００８】
[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］ 「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３］  [Asymmetric Electrostatic Force], K. Sakai, Journal of Electromagnetic Analysis and Applications, Scientific Research
[非特許文献４］  2017年米国静電気学会年次大会予稿集  Ａ−３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
出願人は、実験的に動作確認された電界駆動型静電発電機を、実際に使用するために必要となる改良技術を出願している（特許文献[4]）。しかしながら、効果上及び実用上更に改良の余地が有る。
つまり、前掲特許文献４は、該電界駆動型静電発電機を長期的に安定して使用するための使用方法である。該電界駆動型発電機では、電荷搬送体が回転始めて、回収電極コンデンサーの電位が高くなると、電荷搬送体に加わる減速力が大きくなって、ついには止まってしまう。
そこで、電荷搬送体が獲得したエネルギーと消失したエネルギーが等しくなる電位で、コンデンサーの電位を固定する。この場合その電位は、図５に示されるように、約500ボルトである。そして、該電位と等しいバリスターを、図6のように、該コンデンサーと並列に置く。この結果、コンデンサー電位が、該電位より低い間は、バリスターは絶縁体として作用するため、並列の負荷に、その電位が加わる。コンデンサー電位が該電位に達すると、バリサターは導電体として作用するため、負荷に加わる電位は、該電位で固定される。即ち、コンデンサー電位が、該電位と等しくなった以降は、該電界駆動型静電発電機は、定電圧発電機になる。
しかしながら、その電位になるまでは、負荷に加わる電位は、上昇を続けるので、定電圧が必須の負荷には使用できない。
更に、この方法では、出力定電圧を変更することができない。これは、該コンデンサー電位は、装置の構成と、エレクトレットの電位で決まるからである。
又、本出願人の先願である特願２０１７−１１５５２２号において、該電界駆動型静電発電機を実際に使用する際に必要となる幾つかの改良技術を提案している。しかしながら、更なる改良の余地が有る。
【００１０】
本発明の目的は、負荷に対し常に定電圧を印加できるようにし、且つ該定電圧の印加を、装置構成を変えたりエレクトレットを交換したりせずに、簡単な電気回路のみで可能にすること、及び、該電界駆動型静電発電機を実用化するに際し、前記先願に開示した技術を更に改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記本発明の目的は、該電界駆動型静電発電機と負荷の間に、本発明に係る電気回路を形成することで達成できる。具体的な電気回路の構造や使用する部品・材料は、以下の夫々の実施例において明らかにする。
【発明の効果】
【００１２】
新規電気回路によって、上記した諸課題の少なくとも一は解消され、該電界駆動型静電発電機が広い分野の各種電気製品で使用できるようになる。又、負荷への直接接続が可能になり、大容量のコンデンサーが不要となるため、装置が小型になり、又コストも削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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は非対称静電力を説明する模式図である。
【図３】図３はシミュレーションと実験で求めた各非対称静電力を比較するグラフである。
【図４】図４はバンデグラーフ型静電発電機と非対称静電力を駆動力とする電界駆動型発電機の各原理を示す模式図である。
【図５】図５は回収電極コンデンサーの電位と、電荷搬送体の獲得エネルギーと消失エネルギーの関係を示すグラフである。
【図６】図６はコンデンサー電位において、減速力が加速力を上回らないようにする電気回路を示す回路図である。
【図７】図７は非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機１ユニットの動作を示す模式図である。
【図８】図８は非対称静電力を駆動力とする電界駆動型静電発電機１ユニットの断面図である。
【図９】図９は電荷搬送体に注入される電荷の電荷量及び該電荷搬送体に作用する静電力を２次元差分法によるシミュレーションで求めるため、電荷搬送体と電荷注入電極を含む部分をメッシュ単位毎に表わしたメッシュ図である。
【図１０】図１０は回収電極の電位が0Vのとき、電荷搬送体が20μm進む毎に該電荷搬送体に作用する静電力を示すグラフである。
【図１１】図１１は一組の上部固定電極円板、中間回転搬送体円板、及び下部固定電極円板から構成される電界駆動型静電発電機を示す斜視図である。
【図１２】図１２は定格100ボルトの負荷を、定電圧、定電流駆動するための電気回路である。
【図１３】図１３は瞬間的接地後の回収電極コンデンサーにおける表面電位の時間的変化を示すグラフである。
【図１４】図１４は、定格100ボルトと200ボルトの各負荷に対し、スイッチを切り替えて100ボルトと200ボルトを夫々印加するための電気回路を示す回路図である。
【図１５】図１５は電源の出力を200ボルトから100ボルトに切り替えたとき、定格100ボルトの負荷に200ボルトが加わらないようにする回路を示す回路図である。
【図１６】図１６は接地後の回収電極コンデンサーの表面電位の時間的変化を示すグラフである。
【図１７】図１７は回収電極コンデンサーの表面電位と回収電流の関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は回収電極コンデンサーの表面電位（出力電圧）と電源の出力（電力）の関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は回収電極コンデンサーの電位が所定値以下になった場合に回復させる電気回路を示す回路図である。
【図２０】図２０は負の電荷エレクトレット多層フイルムで宇宙船に備えられた電界駆動型静電発電機が採用するエレクトレットの電荷を保護する、又は該発電機を銅板で覆い該発電機内に入る宇宙線（陽子）の速度を落とす装置の模式図である。
【図２１】図２１は回収電極コンデンサーに蓄えられた電荷を注入電極コンデンサーに分割供与するための電気回路を示す回路図である。
【図２２】図２２は上下電極円板の対向面上に形成された注入電極、高圧電極、及び回収電極からなる電極ユニット二組と、電荷搬送体保持円板に形成された二個の電荷搬送体を使用する交流電源の平面概略図である。
【図２３】図２３は図２２に示す構成の電源から一定時間毎に負荷に流れる電荷量を示すグラフである。
【図２４】図２４は1本のボールベアリングの軸に複数の電荷搬送体保持円板が固定されている電界駆動型静電発電機の立面図である。
【図２５】図２５は上下電極円板がボールベアリング軸に取付けられる回転方向の角度を段毎に順次変えて、各段から連続的に電荷が出力されるようにした交流電源の模式的平面概略図である。
【図２６】図２６は図２５に示す交流電源から負荷に流れる電荷量の変化を示すグラフである。
【図２７】図２７はボールベアリング軸に関して同一角度に置かれる上下電極円板の数を順次変えることによって、出力電荷量が疑似正弦波となったことを示すグラフである。
【図２８】図２８は上下固定電極円板上に二組の注入電極、高圧電極、及び回収電極が各６０度間隔で、及び電荷搬送体保持円板上に6個の電荷搬送体が６０度間隔で夫々配置された状態を模式的に示す平面図である。
【図２９】図２９は図２８において、電荷搬送体保持円板が６０度回転し、６個の電荷搬送体が、注入電極、高圧電極、及び回収電極の中に入ったことを示す模式図である。
【図３０】図３０は上下固定電極円板上に二組の注入電極、高圧電極、及び回収電極が各60度間隔で、及び電荷搬送体保持円板上に９個の電荷搬送体が４０度間隔で夫々配置された状態を模式的に示す平面図である。
【図３１】図３１は電荷搬送体が６個の場合と９個の場合における回収電極コンデンサーの表面電位の時間的変化を示すグラフである。
【図３２】図３２は上下固定電極円板上に二組の注入電極、高圧電極、及び回収電極が、及び電荷搬送体保持円板上に１０個以上の電荷搬送体が夫々配置された状態を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、電界駆動型静電発電機の基本的な原理、構造、及び動作等を簡単に説明する。
図７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。図中、参照番号８は電荷注入電極を、参照番号９は高圧電極（エレクトレット）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は電荷回収電極に接続されたコンデンサーを、参照番号１３は、両電極８及び１０並びに高圧電極（エレクトレット）９を支持する絶縁性支持体を示している。
尚、参照番号４及び５は、図１及び図２と同じく、電荷搬送体に加わる静電力と電界（電気力線）を示している。
エレクトレット（高圧電極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、注入電極８の電位は0Vで、回収電極の電位は例えば-200Vである。
この結果、注入電極８と高圧電極（エレクトレット）９の間には、負帯電の非対称形電荷搬送体１１に対して順電界が形成される。一方、高圧電極（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。
【００１５】
電荷搬送体１１は、図示する様に、例えば、横向きにした樋型で、電界の方向に左右非対称形である。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、例えば図６に示す絶縁性の電荷搬送体保持円板１４に支持されている。その結果、電気的にフロートである。
該電荷搬送体１１は、非対称静電力４で駆動されて、図中、左から右に移動、詰り、注入電極８、高圧電極（エレクトレット）９、及び回収電極１０を通り抜ける。
電荷搬送体１１が注入電極対８を抜ける時、誘導電荷注入用の導電性端子２３が接触して、静電誘導によって該電荷搬送体１１に電荷が注入される。
又、（一対の）回収電極１０に奥深く入ったとき、搬送電荷回収用の導電性端子２４が接触して、該電荷搬送体１１が有する電荷は回収される。
【００１６】
該電荷搬送体１１が受ける静電力の強さは、順電界では大きく、逆電界では小さい。電界駆動型静電発電機では、この順電界と逆電界において該電荷搬送体１１に生ずる静電力の差を、該電荷搬送体１１の駆動力として使用する。
即ち、順電界中においては強い静電力で電荷搬送体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、それが受けるのは弱い静電力なので、十分な速度を持って回収電極１０に到達するのである。
【００１７】
ここで、電界駆動型静電発電機の原理を図８乃至１０を参照して定量的に説明する。即ち、電界駆動型静電発電機の１ユニットにおいて、１個の電荷搬送体１１が、一度、注入電極８から回収電極１０まで移動するときに獲得する力学エネルギーと消失する力学エネルギーを具体的に計算する。
先ず、１ユニットの各部分の寸法を図８に示す値と仮定する。尚、番号８、９、１０、１１、及び１３は、夫々注入電極、エレクトレット、回収電極、電荷搬送体、および基板である。エレクトレット９の幅は160μm、注入電極８の幅は80μm、及び回収電極１０の幅は240μmである。両電極８、１０とエレクトレット９の各長さは38.0mmである。電荷搬送体円板１４の半径は60mmである。注入電極８とエレクトレット９、及びエレクトレット９と回収電極１０の間隔は夫々320μmである。又、上下の支持体１３の間隔は240μmである。
【００１８】
エレクトレット９の電荷密度は-0.1mC/m2とした。実際のエレクトレットの極性は負なので同図の極性と逆になる。エレクトレット９の電位は回収電極１０の電位と電荷搬送体１１の位置により変動するが2000V前後である。注入電極８は接地されている。回収電極１０の電位は最初0Vであるが、電荷が搬送され回収される毎に高くなる。
電荷搬送体１１の幅は80μmで、高さは160μm、奥行きは38.0mm、板厚は20μmである。電荷搬送体１１と上下の支持体１３とのギャップは40μmである。以上の各部材を図示しない容器で封入し、同容器内は真空であると仮定し空気抵抗はゼロとした。
【００１９】
以上の条件で、最初、回収電極１０の電位が0Vの状態で、電荷搬送体１１が注入電極８を抜け出る位置(図７の左側部分の電荷搬送体１１の位置)にある時、静電誘導により注入電極８から（電荷注入用端子２３を経由して）電荷搬送体１１へ注入される電荷量Qを、下記に記すシミュレーションで求めた。求められた注入電荷量Qは、+0.586nCであった。
そして、この電荷量を保持する電荷搬送体１１が右方向(正方向とする)に20μm進む毎に、該電荷搬送体１１に働く静電力を同様にシミュレーションした。
【００２０】
各シミュレーションは2次元差分法で行い、図１０に示すように、電荷搬送体１１と電荷注入電極８を含む部分の空間領域を20μm＊20μmに切ったメッシュとした。
2次元差分法では、各格子点に図のように通し番号を付し、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】
2019187054.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。
尚、電荷注入電極８と電荷搬送体１１に含まれる格子点の電位は、それらが接地されているので0Vとする。又、同図で示されないエレクトレット９に含まれる格子点には0.1mC/m2  の電荷密度が与えられ、電荷回収電極１０の電位は0Vとする。
電荷搬送体１１の表面には、数字で示される幅20μm、奥行38.0mm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２で計算される。尚、同式において、hはメッシュの高さであり20μmである。格子点１４０、１４１の電位は、接地された電荷搬送体表面なので共に0Vである。
【数２】
2019187054.tif 000004
次に、第５面の表面電荷密度σ5は次式３で計算される。式においてε０は真空の誘電率である。
【数３】
2019187054.tif 000005
次に、第５面の電荷量q5は次式４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】
2019187054.tif 000006
電荷搬送体８に静電誘導で注入された電荷の総量は、第１面から第３０面までの電荷量を合算して求められ、0.586nCであった。
次に、第５面に働く静電力F５は次式５で計算される。
【数５】
2019187054.tif 000007
電荷搬送体１１に右方向に作用する静電力FR は次式６で求められる。
【数６】
2019187054.tif 000008
一方、電荷搬送体１１に左方向に作用する静電力FL は次式７で求められる。
【数７】
2019187054.tif 000009
ここで、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、且つ注入電極対８とエレクトレット対９と回収電極対１０の真ん中に置かれているため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８で計算され、1.828mNを得た。
【数８】
2019187054.tif 000010
以下、電荷搬送体１１を右に20μmづつ移動させて、同様にしてトータル静電力FT  を求めた。尚、電荷注入電極８から抜けて電気的にフロートになった電荷搬送体１１の電位は、電荷搬送体１１が導体なので全て等しいものとし、又電荷搬送体１１の帯電量は0.586nCであり、変わらないものとして計算した。その結果を図１０に表示する。
【００２１】
図１０において、静電力を示す曲線と静電力がゼロを示す横軸との間の面積は力学エネルギーを示すので、横軸より上側の方が下側より大きいことが分かる。つまり、該電荷搬送体１１が注入電極８とエレクットレット９の間、即ち順電界中において、より多くの力学エネルギーが与えられ、エレクトレット９と回収電極１０の間、即ち逆電界中では、それより少ない力学エネレギーを失ったことが分かる。
具体的には、順電界で得られた獲得力学エネルギーW1は0.570μJで、逆電界で失われた消失力学エネルギーW2は-0.417μJである。
【００２２】
これらの力学エネルギー差、即ち余剰力学エネルギーW3は0.153μJであり、該余剰力学エネルギーW3は、該電荷搬送体(円板)１１に加わる運動摩擦力で消費されるもの以外は、該電荷搬送体(円板)１１を加速するため、即ち、その運動エネルギーを増加させるために使われたことになる。
この場合、注入電極８の電位及び回収電極１０の電位は共に0Vなので、電気エネルギーの増加は無い。即ち、発電していない。
よって、下記実施例の構造を採用する場合、この状態で回転軸に機械的な負荷をつなげれば静電モーターになり、無負荷であれば静電加速器になる。
一方、搬送され、例えば回収率９０％で回収された電荷は、回収電極１０に接続されているコンデンサー１２に蓄えられる。
コンデンサー１２の容量が1000pFの時、コンデンサー１２の電位、即ち回収電極１０の電位は、回収電荷量が0.586nC×0.90＝0.53nCで、コンデンサーの容量が1000pF＝1nFなので、0.53Vになる。
このとき、0.53nCの電荷の電位が0Vから+0.53Vに上がったので、発電量は0.53V×0.53nC＝0.28nJになる。即ち、発電する。
このような電界発電工程をエンドレス且つスムーズに行うために、図１１の構造が採用される。
即ち、図１１において、参照番号１３と１５は隣接する上下の固定電極円板であり、回転する回転軸１６に遊嵌し、図示しない発電機本体に固定されている。それらの中間には、電荷搬送体保持円板１４が配置され、回転する回転軸１６に固定されている。又、該上下の固定電極円板１３と１５には、上の固定電極円板１３の裏面と、下の固定電極円板１５の表面夫々において、複数組の注入電極８、高圧電極（エレクトレット）９、及び回収電極１０が、放射状に対向して配置されている。
前記電荷搬送体保持円板１４には、断面形状が横向き樋型の非対称形状の電荷搬送体１１が放射状に多数配置されている。
従って、電荷搬送体保持円板１４が等速度回転することで、電界駆動型発電がスムーズ且つエンドレスに行われることになる。
【００２３】
かかる構成に於いては、一つのエレクトレット９が構成する電界を多数の電荷搬送体１１が次々と通り抜けていくことになる。この場合、エレクトレット９が形成する電界のエネルギーがそこに静止して蓄えられているなら、電荷搬送体１１に静電力を生じさせ、これを移動させる結果、そのエネルギーは次々に消費されすぐに枯渇する。即ち、発電は止まる。
しかしながら、電界のエネルギーは静止して蓄えられているのではなく、その空間を光速で移動しているので、同エネルギーは枯渇しない。又電子が、その全周囲に絶えることなく光子（電気エネルギー）を放射し続けて電界を形成していることは、量子電気力学の理論に基づく（非特許文献［４］）。又、電界のエネルギーが連続的に使用できることは実験的にも確認されている。以下、各実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
電界駆動型静電発電機から負荷に定電圧を印加する電気回路を図１２に示す。
図中記号１２が該発電機の小容量コンデンサー、記号1７がバリスター、記号1８が負荷を示す。
例えば、負荷の定格電圧が100ボルトの場合、100ボルトのバリスターが選択される。電荷搬送体が回転を始めコンデンサー１２の電位が上昇しても、100ボルト未満の場合は、バリスターは高抵抗体なので、負荷には実質電圧は印加されない。しかし、コンデンサー１２の電位が100ボルトに達すると、バリスターは低抵抗体となり、100ボルトは略負荷に印加される。コンデンサーに蓄えられていた電荷がバリスターと負荷を通過して地球に流れると、コンデンサーの電位は100ボルト以下となり、バリスターは高抵抗体に戻る。その結果、後続の電荷はコンデンサーに蓄えられ前記電位は再び100ボルトに達する。この繰り返しにより、該負荷には実質100ボルトが連続的に印加される。
【００２５】
尚、この場合、負荷に加わる電圧が定電圧になるのみならず、負荷を流れる電流も定電流になる。
即ち、出願人は、非特許文献４に記載されている電界駆動型発電機のベンチモデルを作成し、高圧電極９に電圧を印加して、回収電極コンデンサー１２を瞬間的に接地して、蓄えられた電荷を全てリークさせたのち、新しく回収された電荷による表面電位の時間的変化を測定した。この測定は、高圧電極９の電圧（高圧電圧）を変えて３回づつ行った。その結果を図１３に示す。
ここで、コンデンサーの電気容量は既知なので、前記表面電位に基づいて蓄えられている電荷量及び電荷量の時間的変化が計算できる。該電荷量の時間的変化は即ち回収電流であるから回収電流が判明する。
この点、図１３において、コンデンサー１２の電位が-100ボルトの時は、その点を横切る表面電位データの傾き（時間的変化）は３回の測定結果がとも同じで、回収電流は-15.4nAになった。つまり、負荷を流れる電流は定電流になる。
よって、100ボルトのバリスターを使用し、図１２に示す電気回路を構成するとき、該ベンチモデル電界駆動型発電機は、100ボルトで-15.4nAの定電圧定電流電源となる。
【実施例２】
【００２６】
図１３において、該ベンチモデルの電界駆動型発電機は、回収電極コンデンサー１２の電位が-200ボルトに上がっても、回収電流はかなりあることが分かる。計算すると-8.5nAである。即ち、該ベンチモデルは、定格電圧100ボルトの負荷のみならず、定格電圧200ボルトの負荷も十分駆動できることが分かる。
そこで、図１４に示すように、回収電極コンデンサーに対して、100ボルトと200ボルトのバリスター１７、１７’の各一端を並列につなぎ、その各他端に100ボルトと200ボルトの負荷１８、１８’を夫々直列につなぎ、スイッチで切り替えることで、両方の負荷１８、１８’を、定電圧・定電流駆動することができる。
但し、200ボルトから100ボルトに切り替える場合には、切り替え直後に、定格電圧100ボルトの負荷に200ボルトが加わるので、例えば、図１５に示すように、一旦接地して、コンデンサー１２の電位を100ボルト以下に下げる必要がある。但し、コンデンサー１２の電気容量が小さいので、必要な時間は非常に短い。尚、100ボルトから200ボルトに切り替えるとき上記問題はない。
【実施例３】
【００２７】
図１３において、コンデンサー１２の表面電位は、時間の経過と共に高くなるように思われるが、実際は、ある時点で飽和して上がらなくなる。ベンチモデルで、コンデンサー１２の表面電位を長時間測定した結果を図１６に示す。
同図から明らかなように、表面電位の時間的変化、即ち、回収電流は、時間の経過と共に、つまり、コンデンサー電位が高くなると共に、小さくなる。この測定結果に基づいて計算したコンデンサー電位に対する回収電流のグラフを図１７に示す。
一般に、電源の出力は出力電圧と出力電流の積で計算される。図１７から、コンデンサー電圧に対する電源の出力を計算すると図１８のようになる。即ち、該ベンチモデルの出力は、コンデンサー電位が-200ボルト前後の時最高になる。故に、該ベンチモデルの出力電圧を100ボルトの定格電圧の負荷に使用するのは非効率である。
しかしながら、負荷の定格電圧を100ボルトから200ボルトに変更することはできない。
そこで、本実施例では、エレクトレットの電荷密度を下げる又は装置全体をより小型にすることで、出力が最高となる回収コンデンサー電位を100ボルトにする。この結果、最高出力200ボルトの装置を100ボルトで使用する場合に比較してコストダウン且つ小型化できる。
【実施例４】
【００２８】
電界駆動型静電発電機は、将来的には全ての電源に置き換わり得ると思われるが、最初に実用化される可能性が有るのは、その特性を生かして商用電源オフ時のバックアップ電源になると思われる。
即ち、他の電源と異なり、外部からのエネルギーの供給が不要なので、いかなる環境下でも長時間電力の供給が可能である。具体的には、地震、台風等との自然災害で停電になった時の交通信号への電力供給である。
しかしながら、将来、電荷搬送体の磁気浮上が実現すれば、エレクトレットの寿命である約100年間に亘り電力を供給し続かれるが、前記ベンチモデルは電荷搬送体保持円板の回転軸部でボールベアリングを使用しているため、その寿命である約３０００時間以上は電力の供給ができない。
そこで、該ボールベアリングを使用する場合は、通常は休ませておいて、非常時のみに稼働させると良い。何れにせよ、約３０００時間の寿命があれば、商用電力復旧までに対応可能である。
更に、商用電力が復旧したのちは、又該電界駆動型静電発電機を休ませて、次の停電に備えることができる。
停電後の復旧に要する時間が５日であれば、２５回（3000H/（24H*5)=25）も繰り返し使用できる。毎年停電が起きる訳ではないので、該電界駆動型静電発電機は、実質１００年間使用できる。
【００２９】
しかしながら、停電直後に、該発電機を起動しても、電荷搬送体保持円板の回転が安定するまでに時間がかかる。
図１３においてコンデンサー１２の最初の表面電位の立ち上がりに示されるように、電荷搬送体保持円板の回転開始後、目的の電位、電流を供給できるようになるためには、数秒から数十秒の遅れが生じる。ベンチモデルの回転は100rpm程度であるが、実機では、大きな電流を得るために、該電荷搬送体保持円板の容器内を真空にして10000rpm以上で回転させる。そのため、この立ち上がりに生じる遅延時間は更に長くなる可能性がある。
この場合、負荷によっては、これが問題にならない場合もある。例えば、冷蔵庫である。他方、停電発生直後から負荷の定格電圧を供給しなければならない場合もある。例えば、交通量の多い交差点の交通信号である。
この問題は、回収電極コンデンサーの容量によって解決できる。
例えば、負荷の定格電圧が100ボルト±10ボルトの場合、該コンデンサーの電位を110ボルトにしておく。そして、負荷に接続し、該コンデンサーに蓄えられていた電荷を順次該負荷に供給すると、その電位は次第に低下し90ボルトになるが、コンデンサー容量が十分あれば、その前に電荷搬送体保持円板の回転が10000rpmに到達し、該コンデンサーの電位を110ボルトにでき、これ以降、110ボルトの電圧が安定且つ長期にわたり該負荷に印加されるようになる。
【実施例５】
【００３０】
前記コンデンサー１２の電位は比較的安定しているが、時間の経過と共に徐々に低下する。
そこで、図１９のように、該コンデンサー１２と並列に、110ボルトのバリスター１７を置き、定期的に又はコンデンサー電位が、例えば、105ボルトまで低下した時に、該発電機を駆動してコンデンサーに電荷を送り、その電位を110ボルトに回復させる。
この場合、110ボルト以上では、バリスターが低抵抗体になるので、コンデンサー電位が110ボルト以上になることはない。
【００３１】
現在、火星へ行く宇宙船のエネルギーは、太陽電池で賄われている。しかし、その先、木星へ行くと、太陽光線は弱くなり、太陽電池は使い難くなる。ましてや、太陽圏外へ行く宇宙船では、太陽電池は使えない。そこで、太陽圏外に行った、米国の宇宙船（ボイジャー）では、半減期の長い放射性物質の放射線を利用する原子力電池を使用している。
しかしながら、放射能に対し強い抵抗がある日本ではこれを使用することに困難があると思われる。
この場合、この太陽圏外へ飛行する宇宙船のエネルギー源として、電界駆動型静電発電機が最適である。
放射能を使用せず、安全であるばかりか、非常に寿命が長く、小型、軽量でコストも安く、その出力も１kw／m3で、宇宙船には十分である。又、上記実施例のように、地上では、電荷搬送体保持円板の回転軸部にボールベアリングが必要で、寿命は３０００時間しかないので、電荷搬送体保持円板を磁気浮上させて、機械的摩擦をゼロにする必要があるが、宇宙では、無重力のため、通常磁気浮上させる必要はない。
よって、電界駆動型静電発電機の寿命は、高圧電極たるエレクトレットの寿命で決まるので、通常約１００年になる。
【００３２】
しかしながら、そのエレクトレットを構成している電荷（電子）は、宇宙では宇宙線を浴びて減衰する。
例えば、通常、エレクトレットの電荷密度は-0.1μC/m2である。電子1個の有する電荷量は-1.6×10-19Cである。即ち、エレクトレットの電子の密度は約6×1011個/m2である。一方、陽子を主体とする宇宙線は、1m2あたり1秒間に約５０００個飛来する。従って、約4年で全ての電子が中和されて消えることになる。尚、発電自体は、その前に、2年程度でなくなると思われる。
そこで、宇宙船内の宇宙線はこれほど強くはないと思われるが、対策は必要である。  現在、コンデンサーマイクロホン用の市販のエレクトレットの電荷密度は-0.1μC/m2であるが、新しい用途では、１０倍である-1.0μC/m2以上のエレクトレットが作製され提供されている。
そこで、-1.0μC/m2以上のエレクトレットを使用することが一つの対策である。
又、これで不十分な場合は、強誘電体が使用できる。
強誘電体の電荷密度は、更に１０倍である-10μC/m2以上あり、１００年間宇宙線を浴び続けても未だ十分な電荷が残る。
尚、宇宙船は打ち上げ時に、強烈な力が地面方向に加わるために、電荷搬送体保持円板は指定の位置にロックしておいて、安定軌道に乗ってから、必要ならば、磁気浮上させてから、回転させるのが良い。特許文献５に記載されているように、指定の位置に止まっていれば、注入電極をアースするだけで、該円板は自動的に回転始める。
【実施例６】
【００３３】
エレクトレットの負の電荷が、宇宙線の正の電荷に打ち消される現象を逆に利用して、宇宙線から発電機の高圧電極たるエレクトレットを保護することもできる。
即ち、図２０に示すように、電荷密度が、-1.0μC/m2のエレクトレットフイルムを数枚重ねたボックス内に、該発電機を置くのである。この結果、宇宙線の陽子（正の電荷）は、該多層フイルムを通過中に中和されて、発電機のエレクトレットに到達しても、この電荷を中和することはない。
【実施例７】
【００３４】
エレクトレットは通常、負の電荷で作られ使用されているが、正の電荷でも作られ使用できることは実験的に確認されおり、該正の電荷のエレクトレットを使用すれば、陽子を主体とする宇宙線にその電荷を消されることは少ないと考えられる。
そこで、宇宙船に乗せる電界駆動型静電発電機の高圧電極として、正の電荷のエレクトレットを使用するのも良い。
この場合、飛来する宇宙線（陽子）を該正の電荷のエレクトレットで捕獲して、該エレクトレットの劣化、即ち、電荷密度の減少を補わせることも可能である。
但し、陽子は、高速度で移動しているので、通常のエレクトレットフイルムでは、多少厚くとも通過してしまい捕獲できない。そこで、その速度を低下させる必要がある。そのためには、銅板を通過させる方法がある。
但し、陽子の飛来方向が一定であれば、その経路に銅板を置けば良いが、その飛来方向は特定していない。そこで、該エレクトレットを銅板で囲む必要があるが、該エレクトレットの近辺に導体を置くと、注入電極や回収電極との間に形成された電界が乱れてしまう。
そのため、該発電機そのものを、該発電機から少し距離をおいて銅板で覆うのが良い。具体的には、図２０において示すように、負の電荷のエレクトレット多層フイルムを銅板に置き換えた装置になる。その結果、該宇宙船は永遠に飛び続けることができると思われる。  
【実施例８】
【００３５】
宇宙線に消されたエレクトレットの電荷を回復させることも可能である。
通常、エレクトレットはコロナ放電で作製されるが、この設備を宇宙船内に配置するのは難しい。一方、テフロンフイルムを絹布で摩擦してマイナスに帯電させることは容易である。
そこで、高圧電極をテフロン（登録商標）フイルムとし、該テフロンフイルムの表面を摩擦しながら回転する絹布からなる装置を用意し、必要な時に稼働させれば良い。
尚、この方法は、宇宙船のみならず、全ての製品の電界駆動型静電発電機に有効である。
【実施例９】
【００３６】
電界駆動型静電発電機に必要なのは絶対的な電位ではなく、高圧電極と、注入電極及び回収電極との電位差である。故に、宇宙線を浴びて高圧電極の電位が下がったら、その分、注入電極の電位も下げれば電界は変わらず、得られる出力も変わらない。詰り、例えば、高圧電極たるエレクトレットの電位が-4.0kVから-3.9kVに下がったら、注入電極の電位を0vから-100Vに変えれば良い。
具体的には、図１８に示すように、注入電極とアースの間にコンデンサー２０を入れて、これを-100vに充電すれば良い。
より具体的には、回収電極のコンデンサー２０と注入電極のコンデンサー１２を一時的に並列につなぐことで、回収電極コンデンサーに蓄えられている電荷を分割し、注入電極のコンデンサー２０に入れる。その後、回収電極のコンデンサー１２の電位は、後続の回収電流で充電されて回復する。この場合、回収電極コンデンサー１２の電位を100V下げなくとも大きな影響はない。
尚、この方法も、宇宙船のみならず、全ての製品の電界駆動型静電発電機に有効である。
【実施例１０】
【００３７】
特許文献５には、注入電極コンデンサーに充電された正の電荷と、回収電極コンデンサーに充電された負の電荷を、機械的に又はパワートランジスタを使用して交互に出力させることで、交流を発生させる記載がある。
しかしながら、機械的スイッチングにはその材料の疲労があり、又パワートランジスタは高価である。これらは充電済みの電荷を交互に取り出す方法である。
これに対して、電界駆動型静電発電機の電荷発生機構を利用することで、特別な機械もパワートランジスタも使わずに、交流を出力させる方法がある。
即ち、一つの電荷搬送体に着目すると、これが注入電極を抜けるとき負の電荷を注入されそのコンデンサーに正の電荷を充電するときと、回収電極に到達して搬送した負の電荷が回収されて回収電極コンデンサーを充電するときとで、その間に時間差がある。
そこで、この時間差が10msecになるように、注入電極と回収電極間の距離に応じて電荷搬送体の速度を調整すれば、自動的に50Hzの交流を生成する交流電源になる。
【００３８】
以下、図２２を使って具体的に説明する。
図１１の上下電極円板１３、１５夫々に、二組の電極ユニット（注入電極８Ａ、８Ｂ、高圧電極９Ａ、９Ｂ、及び回収電極１０Ａ、１０Ｂ）が、及び電荷搬送体保持円板１４には、電荷搬送体１１a，１１bが夫々図示するように配置されている。ここで、各電極８Ａ乃至１０Ｂの形状は、実際には中心に向かって細くなる細長い台形であるが、同図においては、各電極８乃至１０の外側部分のみを示し簡略化した。又、電荷搬送体の形状は実際には樋型であるが、その外側部分のみを丸で表し、簡略化した。二組の注入電極８Ａ、８Ｂ及び回収電極１０Ａ、１０Ｂ夫々の出力は図のように結線されていて、纏めて負荷に入る。
図２２の左側部分の配置は、時間0msecで、図中右回りに回転する電荷搬送体１１ａと１１ｂが、夫々注入電極８Ａ及び８Ｂを抜ける瞬間であり、注入電極８から電荷搬送体１１（１１ａと１１ｂ）に静電誘導された負の電荷が注入され、正の電荷が注入電極８（８Ａ及び８Ｂ）の裏面から負荷を通ってアースに流れるところである。
このとき、注入電極８Ａ及び８Ｂから流れる電荷が夫々+1.5nCであれば、負荷には、+3.0nCの電荷が流れる。
その時点から、10msec過ぎると、電荷搬送体１１（１１ａと１１ｂ） の位置は、図２２の右側部分に示されるように、回収電極１０（１０Ａ及び１０Ｂ）の中に入る。その結果、搬送された負の電荷（-3.0ｎC)は、回収電極１０（１０Ａ及び１０Ｂ）に回収され、負荷に流れる。
図示しないが、更に10msec経過すると、電荷搬送体１１ａは、注入電極８Ｂを、電荷搬送体１１ｂは、注入電極８Ａを抜ける位置に至り、再び負荷に+3.0nCが流れる。
ここで、時間の経過と共に負荷に流れる電荷を図示すると、図２３のようになる。即ち、20msec毎に正負の電荷が流れるので、正弦波ではないが50Hzの交流である。
尚、本実施例では、二組の注入電極８、高圧電極９、及び回収電極１０と、二個の電荷搬送体１１の場合で説明したが、夫々４組と４個、６組と６個の場合でも同様に達成できる。つまり、電荷搬送体１１が、注入電極８を抜けて回収電極１０に入り、次の注入電極８に至るまでの時間が20msecであれば、50Hzの交流を生成する交流電源となる。
【実施例１１】
【００３９】
実施例１０の場合、10ｍsec毎に、注入電極８と回収電極１０から正負の電荷が負荷に供給されるが、その時間は一瞬であり、残りの大部分の時間には電荷の供給がない。これでは、負荷を十分稼働できない。そこで、10msec間正の電荷の供給を続け、次の10msec間には負の電荷の供給が続くようにする。
本実施例に係る電界駆動型静電発電機では、図２４に示すように、高価なボールベアリングの使用数を減らすべく、両端が各ボールベアリング１７に嵌合する１本の回転軸に、多数の電荷搬送体保持円板14が固定されていて、それらは同時に回転する。
即ち、図２４において、記号１７はボールベアリングで、１６はその軸（回転軸）、１４が電荷搬送体保持円板で、１１が電荷搬送体（１１ａ乃至１１ｆ）、１３が上固定電極円板で、１５が下固定電極円板である。又、図１１に示されるように、これら上下固定電極円板１３、１５の夫々に、注入電極８、高圧電極９、及び回収電極１０が、その回転中心から放射状に配置され、通常、これら３電極８乃至１０は上下固定電極円板１３、１５上の同一位置（同一垂直面上）にあり、各上下電極円板１３、１５から同時に電荷が出力される。
【００４０】
しかしながら、ここでは、図２４に例示する複数組の上下固定電極円板１３、１５における夫々の３電極８乃至１０の各位置を、同一垂直面上に設けず、下段の組になるに従い、円板回転方向に相対的に一定量ずらす（進める）。
その結果、最上段の上下電極円板１３Ａ、１５Ａ上の各３電極８乃至１０の位置と、時間０msecの時の電荷搬送体保持円板１４Ａ上の各電荷搬送体１１ａ、１１ｂの位置は、図２５の左側部分の状態になり、従って、注入電極８のアース側に正の電荷が流れる。2msec後、その下段の上下電極円板１３Ｂ，１５Ｂ上の各３電極８乃至１０の位置と、それら円板間に配置された電荷搬送円板１４Ｂ上の各電荷搬送体１１ａ、１１ｂの位置は、図２５の右側部分に示す状態になって、同様に、正の電荷が流れる。
さらに、4msec後において、更にその下段の上下電極円板１３Ｃ、１５Ｃ上の各３電極８乃至１０の位置も同じ角度だけ時計回りに進んでいるので、そこで同量の正の電荷が流れる。
以下、電極円板１３Ｄ，１５Ｄ及び電極円板１３Ｅ，１５Ｅでも、同様に、３電極８乃至１０の位置を円板回転方向に進め、ずらす。
尚、各電荷搬送体１１ａ、１１ｂの位置が、各上下電極円板１３、１５上の回収電極１０Ａ、１０Ｂに致った場合、回収コンデンサー１２に、同様に負の電荷が流れることになる。この結果、その負荷に流れる電荷量は、図２６のようになる。
このように、複数組の上下固定電極円板１３、１５の角度を、次々に、少しずつ変えていけば、10msec間連続して一定の電荷が流れることになり、負荷はスムーズに駆動される。
尚、上下電極円板１３、１５上の３電極８乃至１０の位置をずらし、変える代わりに、その位置は固定しつつ、電荷搬送体保持円板１４上の電荷搬送体１１の位置を他の電荷搬送体保持円板１４上の電荷搬送体１１の位置から変えても、同一の結果になる。
【実施例１２】
【００４１】
今日多用されている交流波形は正弦波である。実施例１１の交流波形は概ね矩形波なので、負荷によっては使えない場合がある。
そこで、経過時間に応じて供給電荷量が増え、ピークを過ぎたら減っていくようにする。
具体的には、図２４に示す複数組の上下固定電極円板１３、１５において、先ず、上下電極円板１３Ｂ，１５Ｂ上の各３電極８乃至１０の位置と、その下段の上下電極円板１３Ｃ，１５Ｃ上の各３電極の位置を同じ（同一垂直平面）とし、その下段の（図示しない）３つの上下電極円板１３U、１３V、１３W、１５U、１５V、１５W上の各３電極８乃至１０の位置を、実施例１１の上下電極円板１３Ｃ、１５Ｃ上の各３電極８乃至１０の位置と同じにする。
更に、その下段の（図示しない）２つの上下電極円板１３X、１３Y、１５X、１５Y の各３電極８乃至１０の位置を、実施例１１の上下電極円板１３Ｂ、１５Ｂの各３電極８乃至１０の位置と同じとし、その下段の（図示しない）１つの上下電極円板１３Z、１５Z上の各３電極８乃至１０の位置を、実施例１１の上下電極円板１３Ａ、１５Ａと同じにする。
この結果、出力電荷量は、図２７に示されるように、疑似正弦波となる。
尚、電圧を正弦波にするときは、上下電極円板が1枚の時、その注入コンデンサーおよび回収コンデンサーの電位を、バリスターによって、±100Vに維持し、上下電極円板が2枚の時±200V、同3枚の時±300Vに維持する。
この結果、出力電圧も疑似正弦波となる。
【実施例１３】
【００４２】
図２８に示すように、及び非特許文献［４］に記載した電界駆動型静電発電機のベンチモデルでは、注入電極8Ａと8Ｂ、高圧電極9Ａと9Ｂ、回収電極10Ａと10Ｂを60度間隔で固定して配置し、電荷搬送体保持円板１４上に電荷搬送体１１ａ乃至１１ｆを置き、これを回転させた。尚、同図では、半径方向の外側電極部分のみを示し、同内側電極部分は省略している。
ここで、電荷搬送体保持円板14の直径は42.5mm、半径方向の所定位置（半径47.5mm）で、注入電極８と高圧電極９の各幅は20mm、回収電極１０の幅は40mm、注入電極８と高圧電極９間、及び高圧電極９と回収電極１０間の距離は各30mm、回収電極１０と注入電極８間の距離は10mm、樋型電荷搬送体１１の横幅と縦幅は各5mmである。
【００４３】
ここで、電荷搬送体１１ａ乃至１１ｆが、図２８の位置にある場合、電荷搬送体１１ａと１１ｄには、注入電極８と高圧電極９の間を回る間、時計周りに強い静電力Fe1が働き、一方、電荷搬送体１１ｂと１１ｅには、高圧電極９と回収電極１０の間を回る間、反時計回りに弱い静電力Fe2が働く。そして、電荷搬送体１１ｃと１１ｆには、回収電極１０内と注入電極８内、並びにそれら電極間を回る間、静電力は実質的に働かない。これは、回収電極１０と注入電極８の電位がほとんど等しいからである。よって、電荷搬送体保持円板１４は、Fe1とFe2の差の力を受けて時計回りに回転する。
しかしながら、図２６に示されるように、搬送円板１４が６０度回転すると、各電荷搬送体１１ａ乃至１１ｆは、全て、注入電極８、高圧電極９、及び回収電極１０の中に入るが、ここでは、電荷搬送体１１ａ乃至１１ｆに作用する静電力は発生しない。その結果、電荷搬送体保持円板１４は一時的に減速されることになる。
該電荷搬送体保持円板１４の動きを、前記ベンチモデルで観測したところ、特に低速回転（３０乃至４０rpm）が滑らかでないことが確認された。
【００４４】
そこで、電荷搬送体の配置間隔と配置数を、６０度毎６個から４０度毎９個に増やした。電荷搬送体保持円板が回転して、電荷搬送体１１ａ乃至１１ｉと、注入電極８、高圧電極９、及び回収電極１０とが所定の位置関係になった場合を一例として図３０に示す。
この場合、電荷搬送体１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｈ、１１ｉは、各電極８乃至１０内で静電力は作用しないが、電荷搬送体１１ａ、１１ｆにはFe1が、搬送体１１ｂ、１１ｇにはFe2が夫々作用している。
同様に、電荷搬送体保持円板１４がどの位置にあっても、静電力が無くならないことは明らかである。よって、電荷搬送体保持円板１４の回転をスムーズ且つ速くできる。又、回収される電荷量は、電荷搬送体保持円板１４の回転数および電荷搬送体の数に比例するので、発電量も増加する。
図３１に、電荷搬送体１１が６本の場合と９本の場合の、回収電極コンデンサー１２の表面電位の時間的変化を示す。
図示するように、飽和電位は、電荷搬送体１１が６本の場合の約-300Vに対して、９本の場合は約-900Vであり、３倍高くなる。
【００４５】
このように、電荷搬送体１１の数を増やせば飽和電位は上昇するが、下記限界がある。詰り、電荷搬送体保持円板１４が図３０の位置から略1回転して図３２の位置に来たとき、電荷搬送体１１ｂは高圧電極９の入口にいるが、注入電極８出口の電界をほとんど妨げず、注入電極８出口にある電荷搬送体１１ａに注入される電荷量が減少することはない。
しかしながら、電荷搬送体１１の数が増えて、点線で示す電荷搬送体１１ｂｂが、注入電極８と高圧電極９の中間に位置した場合は、高圧電極９からの電気力線が該電荷搬送体１１ｂｂでカットされて、注入電極８出口の電界が弱くなり注入電荷量は減少する。
よって、隣接する電荷搬送体間の距離は、注入電極８と高圧電極９間の距離の半分以上、望ましくは2/3が良い。
【符号の説明】
【００４６】
１：  上電極
２：  下電極
３：  点電荷
４：  点電荷に作用する静電力の方向と大きさを示す矢印
５：  電界の方向を示す矢印
６：  電界の方向が反転されたことを示す矢印
７：  電界の方向に非対称形状を有する帯電体
８：  電荷注入電極
９：  高圧電極（エレクトレット）
１０：  電荷回収電極
１１：  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：  注入電極、高圧電極（エレクトレット）、及び電荷回収電極を放射状に配置し上部固定電極円板
１４：  電荷搬送体を放射状に配置した電荷搬送体保持円板
１５：  注入電極、高圧電極（エレクトレット）、及び電荷回収電極を放射状に配置した下部固定電極円板
１６：  電荷搬送体の回転軸（支柱）
１７：  バリスター
１８：  負荷
１９：  スイッチ
２０：  電荷注入電極に接続されたコンデンサー
２１：  電界駆動型静電発電機
２２：  宇宙線（陽子）
２３：  電荷注入用端子
２４：  電荷回収用端子
２５：  負の電荷エレクトレット多層フイルム
２６：  銅板箱
２７：  ボールベアリング
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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