(57)【要約】      （修正有）【課題】非対称静電力を使う静電気応用機器（発電機、モータ、加速器）に使用される、導電性電荷搬送体の製造を容易にする。【解決手段】形状記憶樹脂フイルム１０の一端を直角に曲げてその形状を記憶させ、その垂直部分を導電処理して電荷搬送体４とする。電荷注入電極１より電荷を注入された該電荷搬送体４には右向きに強い静電力が作用する。しかしながら、エレクトレット２を過ぎると、静電力の方向は反転し、左向きとなる。この結果、垂直に立っていた電荷搬送体部分４は、左に引かれて水平となり、その先端に働く静電力は弱くなる。すなわち、平板電荷搬送体の向きを、垂直から水平に変えることで、非対称静電力を発生させることができる。【選択図】図９
2015216823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷搬送体に作用する静電力の大きさ（絶対値）が、電界の向きで変わる現象、すなわち、非対称静電力を使用する、各種、静電気応用機器において、電界の向きが反転する前後で、電荷搬送体の、電界の方向に対する傾きを変えて、該電荷搬送体に作用する静電力の大きさを変えることを特徴とする非対称静電力の生成方法。
【請求項２】
請求項１において、該電荷搬送体の形状が、対称形であること。
【請求項３】
請求項２において、該電荷搬送体の形状が平板状であること。
【請求項４】
請求項１において、該電荷搬送体の傾きを、その一端に機械的な力を加えることで変えること。
【請求項５】
請求項１において、該電荷搬送体を形状記憶物質の一部に作成し、該形状記憶力よりも大きな静電力を加えて、該電荷搬送体の傾きを変えること。
【請求項６】
請求項１において、電荷注入時に、電荷搬送体に作用する作用する静電力により、該電荷搬送体の傾きを変えること。
【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、非対称静電気力を使用する静電気応用機器の非対称静電力を発生させる方法に関するものである。従来は、下記の背景技術に示されるように、静電気応用機器の電荷搬送体の形状を、電界の方向に対して非対称にして非対称静電力を発生させていた。なお、静電気応用機器としては、代表的に、発電機、モータ、加速器があるが、ここでは、発電機に限定して説明する。しかし、本発明は、すべての静電気応用機器に適応できるものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、静電発電機においては、電荷搬送体を、搬送電荷に作用する電界によるクーロン力に抗して、静電エネルギー的により高い位置に搬送するために、機械的なエネルギーが使用されていた。【０００３】  これにたいして、本発明者は、先に、機械的エネルギーに代えて、電界の有するエネルギーが使用できることを発見し、その方法装置を出願した。（特許文献１、２、３、４）
【特許文献１】特開２００８−００５６９０
【特許文献２】特開２００９−２６２６６７
【特許文献３】特開２０１０−０９８９２５
【特許文献４】特開２０１２−０３９８４２
【０００４】  その中で、特許文献１においては、電荷搬送体として、平ネジ型とコップ（箱）型を比較して、コップ（箱）型を最適形状として選択し、コップ型帯電導体が、中心に、該コップ型帯電導体が通り抜けられる孔を有する円板電極間を静電力で通過する様子が擬似的に図示され、またその間に受ける静電力のグラフが示されている。（同特許図３０、３１）。【０００５】  また、特許文献２においては、コップ型導体を、孔空き円板電極を通過させる実検的装置の代わりに、多数の箱型導体の電荷搬送体４を放射状に有する電荷搬送体円板２０（図１１、同特許図１３）を、固定された上下の電極円板２１、２２間で、高速回転させる工業的構成が提案された。（図１２、同特許図１４）該固定電極円板２１、２２の表面には、、図のように、注入電極１、高電位エレクトレット２、回収電極３が、放射状に、多数並べられている。【０００６】  そして、該箱型電荷搬送体４が、注入電極対１、高電位エレクトレット対２、回収電極対３を、図１３（同特許図１１）のように、通り抜ける時に受ける静電力のシミュレーション結果が、図１４（同特許図１２）に示されている。
該グラフより、接地された電荷注入電極１から、高電位エレクトレット２間では、該箱型電荷搬送体４の受ける静電力は正（右方向）で、この間で加速され、高電位エレクトレット２を抜けて、接地された回収電極３に至る間では静電力は負（左方向）で、減速されることがわかる。【０００７】  両方の区間の距離は等しいのだが、同グラフより明らかなように、前半の正の静電力の大きさの方が、後半の負の静電力の大きさよりはるかに大きいので、後半で減速されても、該箱型電荷搬送体４は大きな運動エネルギーを残したまま回収電極３に到達することができる。その結果、到達時の速度は、注入電極１を出た時の初速度よりかなり速くなっているのだが、回収電極３の電位を、搬送された電荷と同極性で高くしたい場合、初速度と同じにすることができる。すなわち、速度を変えずに、その時の、余剰運動エネルギーで、電荷を、電気的により高い位置に搬送することができる。これは、まさに静電発電である。【０００８】  なお、前半と、後半で、電界の強さが同じなのに、電荷搬送体に作用する静電力の大きさが異なったのは、電荷搬送体の形状が、電界の方向（左右）で非対称だったからである。それゆえ、この静電力を、非対称静電力と呼ぶ。【０００９】  また、特許文献３においては、箱型導体に代えて、樋型導体が使用され、その具体的な製法が紹介されている（同特許図３、４）。この場合も、エレクトレットの前後で、静電力の大きさは、大きく変わっている（同特許図６）。【００１０】  また、特許文献４においては、１９種類の異なった形状の帯電導体に作用する非対称静電
2015216823.tif 000003
型の方が、非対称静電力は大きいことが示された（図１５、１６、同特許図２５、２６）。なお、この場合、エレクトレットの前後の多数の地点の静電力を求める代わりに、その中間点のみの静電力が求められた。何回も繰り返された同様のシミュレーションで、その中間地点の値で、全体の傾向が間違いなく予測できることが分かったからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
2015216823.tif 000004
記した電荷搬送体円板に多数正確に形成することが難しいことが分かった。のみならず、たとえ樋型非対称形導体でもやはり難しいことも分かった。そこで、本発明の目的は、作成が容易な形状の導体を、電荷搬送体として使用できる非対称静電力の生成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  上記目的は、容易に作成できる平板導体を垂直に立てて電荷搬送体とし、電界の向きが反転する地点で、その傾きを水平に変えるだけで、容易に達成される。
【発明の効果】
【００１３】
2015216823.tif 000005
い。また、後に述べられるように、後半で（エレクトレットを通り抜かた後で）水平になった場合、
2015216823.tif 000006
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例１】
【００１４】  発明者は、上記した非対称形導体を電荷搬送体とする該新型静電発電機を実現するために、ベンチモデル実験機を試作して実験を重ねている。但し、図１２に示す、電荷搬送体円板を使用する複雑な装置は手作りでは作成できないため、電荷搬送体を長い絶縁性の糸でぶら下げて、電荷注入電極と、電荷回収電極の間をブランコ運動させる簡単な装置を作成した。【００１５】図１、２、３に、該簡易実験機の、正面図、側面図、平面図を示す。図中、記号１、２、３は、それぞれ、電荷注入電極、高圧電極、電荷回収電極を示す。実験的に、電界の強さを任意に変えるため、高圧電極を使用しているが、最適条件が求められた後、高圧電極は、同じ電位を生成するエレクトレットと置き換えられる。なお、回収電極は、電荷搬送体を入れる擬似ファラディゲージを形成するために、図のような凹みを有している。記号３１、３２、３３は、それぞれ、回収電極の前面、後面、電荷搬送体の到達位置を撮影するための側面開口である。【００１６】  記号４は電荷搬送体で、軸対象二次元差分法でシミュレーションするために、箱型に代えて、図１の左上の円内に示されるように、円筒・円板型が使用された。記号５は、該円筒円板型電荷搬送体を吊り下げる絶縁性の生糸である。記号６は、電荷搬送体を発射させるためのカタパルトである。記号７はスケールを示している。側面開口３３を透して撮影された電荷搬送体４と該スケール７から、電荷搬送体４の到達位置が決定される。なお、各部品および部品間の距離は図示のとおりである。【００１６】  最初に、３電極すべてを接地して、無電界下で、カタパルト６から発射された電荷搬送体４の到達位置を測定した。１０回繰り返して測定した結果を、図４に示す。センター（高圧電極）の左１００ｍｍの位置からスタートしたので、右１００ｍｍ、すなわち、回収電極３の前面３１まで到達するはずであるが、約２５ｍｍ足りない。これは、該電荷搬送体４に加わる空気抵抗が大きかったためである。【００１７】  次に、高圧電極２に＋２４ｋＶを印加して同様の実検を行なった。先に、記載した、非対称静電力が働いて、該空気抵抗を補って、電荷搬送体４が、回収電極３まで届くはずである。しかしながら、１０回の測定中、回収電極３の凹みの中まで到達したのは、その内、２回のみであった。その他の８回は、回収電極３の手前で失速し、引き返してしまった。【００１８】  残念な結果ではあるが、それらの動画を観察すると、興味深いことが分かった。すなわち、成功した２回は、電荷搬送体４の円板が、ほぼ進行方向（電界の方向でもある）に垂直なまま、移動しているのに、失敗した８回は、電荷搬送体の円板が、９０度傾いて、進行方向（電界の方向でもある）に平行になって移動していた。【００１９】  無電界では、このような傾きはまったく発生していないので、この傾きの発生は、電界が原因である。該実験機では、図２に示すように、進行方向を挟んで、左右に高圧電極２があるため、図５に示すように、電荷搬送体４が、左右どちらかに傾くと、その先端に、搬送中の電子が移動し、そこに強い静電力が働き、さらに傾きが大きくなり、ついには、９０度傾いて、電界に平行になった、と考えられる。この後は、センターを越えて、電界の向きが反転しても、円板の前端に代わって、後端に強い静電力が働くので、やはり電界に平行なままであった、と考えられる。【００２０】  実検では、図５に示すように、センターの左側、加速電界中に、円板の向きが、電界に垂直から平行に変わってしまったため、本来、この領域で受けるはずの加速のための静電エネルギーが減少して、回収電極３に届かなかった。しかしながら、もしも、加速電界中では、電界に垂直なまま移動し、減速電界に入って、電界に平行になって移動したらどうなるであろうか。強く加速されて、かつ、弱く減速されて、多くの余剰エネルギーが得られるのではないか。【００２１】
2015216823.tif 000007
電荷搬送体と比較するために、そのシミュレーションと同一の条件で行なった、電荷搬送体の形状として、もっともシンプルな平板を使用した。具体的には、１０．５ｍｍ角の厚さ１．５ｍｍの導電性平板を使用した。その結果を、図６に示す。【００２２】  図６より、平板電荷搬送体を、加速電界中で、電界の方向に対して垂直に移動させ、減速電
2015216823.tif 000008
以上の余剰エネルギーが得られることがわかる。なお、先にも述べたように、加速電界と減速電界の中央地点のみの静電力のシミュレーション結果のみで、全行程での、静電力の分布は
2015216823.tif 000009
れる。【００２３】  そこで、平板型電荷搬送体を使用して、加速電界中では、電界に垂直に移動させ、減速電界では、電界に水平に移動させる実検を行なった。使用した平板の形状は、３０ｍｍ角で、厚さは０．１ｍｍである。これを、手前と奥で、２本の糸で吊り下げた。垂直移動を、水平移動に変換させる方式としては、いろいろ考えられるが、ここではもっとも簡単な、機械的軽打を採用した。具体的には、図７の平面図に示されるように、電荷搬送体の移動経路の奥側の端に、高さ５ｍｍ、直径１ｍｍのプラスチック棒８を垂直に立てた。【００２４】  ３０回以上の実検を繰り返したが、その中で、２回だけ、たまたま、加速電界中を、ほぼ電界に垂直に移動し、上記プラスチック棒８に触れて、約９０度傾き、減速電界中を、ほぼ平行に移動したものがあった。この電荷搬送体４は、回収電極３の凹みの中に入るのみならず、その奥の回収電極後面３２に音をたてて衝突し、跳ね返った。このとき、シミュレーションによれば、搬送してきた電荷の９５％以上は、回収電極３に、移動した、すなわち、回収された、と考えられる。【００２５】  このあと、注入電極１に戻り、その面に当たって、電荷を注入されて、再度、回収電極後面３２まで到達し、この動きが繰り返されれば、継続的な静電発電である。残念ながら、回収電極後面３２での跳ね返りで方向が変わり継続されなかった。しかしながら、円筒・円板では、回収電極３の凹みまでは到達できても、その後面３２までは到達できなかった条件下で、ただの平板が、後面に衝突できたのは、大きな進歩である。特に、電荷搬送体４として、複雑な形状でなく、ただの平板が使えたのは、その製造上、大変有利である。なお、このような電荷搬送体がスイッチバックする方式は、工業的には、吊り下げ糸の代わりに、バネを使って実現できる。
【実施例２】
【００２６】  実験的には、移動する平板の端を軽打して向きを変えさせることができたが、この方法で工業的な製品を作ることは難しい。そこで、工業的に容易に製造可能な、そして加速電界で垂直に移動し、減速電界で水平に移動できる電荷搬送体４を提案する。図１２に示した電荷搬送体円板２０で作成することとする。【００２７】  電荷搬送体４の保持部材として、薄い、形状記憶樹脂フィルム１０を準備する。その指定温度に従って、該フイルムを温める。そして、図８に示すように、平板電荷搬送体４となる部分１１を、９０度折り曲げる。そのまま、常温まで冷却すると、この形状は記憶され、平らに伸ばしても、すぐ直角に折り曲がる。その電荷搬送体４となる部分１１を導電性に加工する。方法は、導電性材料の塗布でも、メッキでもよい。また、形状記憶させる前に、この導電性加工を行なっておいてもよい。【００２８】  このように作成した電荷搬送体円板２０を、その表面に、電荷注入電極１、エレクトレット２、電荷回収電極３が、円周上に、放射状に繰り返し多数形成されている上下電極円板間２１、２２の間にセットする。該電荷搬送体導電性平板４は、図９に模擬的に示すように、その進行方向に対して、垂直に立った状態で、電荷注入されて、そのまま移動する。しかし、エレクトレット２を過ぎると、後方に、強い静電力を受けるので、９０度傾いて、平面状になって移動する。その後、回収電極３内に入ると、電界がほとんど無くなり、後ろ向きの静電力が消えるので、形状記憶効果で、また垂直に立ち上がる。なお、図中、太い矢印は、電荷搬送体に働く静電力の大きさと方向を擬似的に示している。【００２９】  そのまま、搬送した電荷の大部分を、回収電極３に放出したのち、さらに進んで、次の、電荷注入電極１に入る。以上、形状記憶樹脂フイルム１０を使用して、その平板電荷搬送体部分１１のみを導電性化して使用したが、個々の電荷搬送体４が、同時に、同じ位置、例えば、電荷注入電極１出口、にいるのであれば、電荷搬送体円板２０自身を、導電性の形状記憶合金で作成することもできる。
【実施例３】
【００３０】  実施例２では、電荷搬送体円板２０の材質として、形状記憶効果樹脂フイルム１０または形状記憶合金を使用し、電荷搬送体４を垂直から水平にするのに、静電力を作用させたが、形状記憶物質を使用せずに、静電力で、水平な電荷搬送体４を垂直に立たせることも可能である。その時の、電極とエレクトレットの配置を図１０に示す。【００３１】  従来の配置では、センターに置かれたひとつのエレクトレット２が、電荷搬送体４に対する電荷注入電極１からの電荷注入と、帯電された電荷搬送体４の静電力による搬送の二つの役割をになっていたが、ここでは、その役割は分けられて、センターエレクトレット２Ａに加えて、電荷注入専用のエレクトレット２Ｂが図１０のように設けらる。なお、記号９は、電荷注入専用エレクトレットの影響が、電荷搬送体４の移動経路に及ばないようにする接地されたシールド電極である。【００３２】  平板電荷搬送体４が、電荷注入用エレクトレット２Ａと対向接地電極１の間に入り、接地されると、対向電極１から電荷が注入される。この注入電荷に対して、上向きの静電力が働くが、通常の弾性樹脂フイルム１２の一端に形成された平板電荷搬送体４の、左端はフリーで、右端は固定されているので、左端から起き上がり垂直に立つ。該垂直面に垂直に右方向の静電力を受けて、そのまま、エレクトレット２Ａ下まで移動するが、そこを過ぎると、逆に、左方向の静電力を受けて、左端から倒れて、水平になる。そのまま、回収電極３に入り、電荷を放出して、次の、注入電極１に向かう。
【実施例４】
【００３３】  実施例３において、電荷搬送体として、磁性体金属を使用し、電荷注入専用エレクトレット２Ａと対向接地電極１の位置に、ＮＳの磁石を配置して、同様に、そのフリーな左端を磁力で立ち上げて垂直に立たせることも可能である。
【実施例５】
【００３４】  実施例１−４では、静電発電機で、電荷搬送体４に対する電荷の注入や、電荷搬送体４からの電荷の回収が必須のため、導電性の材料を使用したが、電荷のやり取りが不要な静電モーターでは、絶縁材料も使用可能である。具体的には、実施例２において、電荷搬送体部分に、導電加工するかわりに、その部分をエレクトレット化すればよい。そうすると、実施例２と同様に、減速電界に入ると、後方への静電力を受けて、この部分は、左端から後方に傾いて水平になる。【００３５】  なお、以上すべての実施例において、平板の電荷搬送体４を使用したが、これに限定されるものではない。電界の方向に対して、その傾きを変えた時、それに働く静電力の大きさが変わる形状であればすべて使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  非対称静電力静電発電実検装置の正面図である。
【図２】  非対称静電力静電発電実検装置の側面図である。
【図３】  非対称静電力静電発電実検装置の平面図である。
【図４】  無電界下で、電荷搬送体が到達した位置を示すグラフである。
【図５】  有電界下で電荷搬送体が移動中に傾く様子の模擬図である。
【図６】
2015216823.tif 000010
【図７】  平板型電荷搬送体が絶縁性細棒に当たって９０度向きを変える様子を示す模擬図である。
【図８】  形状記憶樹脂フイルムを９０度曲げて形状記憶させ電荷搬送体を作製する模擬図である。
【図９】  形状記憶樹脂フイルムで作製された電荷搬送体の傾きがその移動中に変わる様子を示す模擬図である。
【図１０】  通常の樹脂フイルムで作製された電荷搬送体が、電荷注入用電界によって垂直に立ち上がる様子を示した模擬図である。
【図１１】  多数の箱型電荷搬送体が放射状に形成された円板の鳥瞰図である。
【図１２】  電荷搬送体回転円板を挟んで、その上下に固定電極円板が配置された静電発電機の１セットを示す鳥瞰図である。
【図１３】  上下に固定された注入電極、エレクトレット、回収電極とその間を移動する樋型電荷搬送体を示す正面図である。
【図１４】  図１３に示す配置で、移動中の電荷搬送体に作用する静電力のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】
2015216823.tif 000011
【図１６】
2015216823.tif 000012
【符号の説明】
【００３７】１：  電荷注入電極
２：  高電位エレクトレット（高圧電極）
２Ａ：  電荷搬送体に静電力を作用させるためのエレクトレット
２Ｂ：  電荷搬送体に電荷を注入させるためのエレクトレット
３：  電荷回収電極
３１：  電荷回収電極の前面
３２：  電荷回収電極の後面
３３：  電荷回収電極の側面開口部
４：  電荷搬送体
５：  電荷搬送体を吊るす絶縁性の糸
６：  電荷搬送体の発射台（カタパルト）
７：  電荷搬送体の位置を測定する定規
８：  電荷搬送体の向きを変える絶縁性細棒
９：  電荷搬送体の移動経路をシールドするためのシールド板
１０：  形状記憶樹脂フイルム
１１：  形状記憶樹脂フイルムの電荷搬送体部分
１２：  通常の弾性樹脂フイルム
１５：  箱型電荷搬送体支持部材
２０：  電荷搬送体が放射状に配置された回転電荷搬送体円板
２１：  注入電極，エレクトレット、回収電極が放射状に配置された上固定電極円板
２２：  注入電極，エレクトレット、回収電極が放射状に配置された下固定電極円板
【図１】
2015216823.tif 000013
【図２】
2015216823.tif 000014
【図３】
2015216823.tif 000015
【図４】
2015216823.tif 000016
【図５】
2015216823.tif 000017
【図６】
2015216823.tif 000018
【図７】
2015216823.tif 000019
【図８】
2015216823.tif 000020
【図９】
2015216823.tif 000021
【図１０】
2015216823.tif 000022
【図１１】
2015216823.tif 000023
【図１２】
2015216823.tif 000024
【図１３】
2015216823.tif 000025
【図１４】
2015216823.tif 000026
【図１５】
2015216823.tif 000027
【図１６】
2015216823.tif 000028