(57)【要約】【課題】静電気を効率よく帯電させるとともに、帯電させた静電気を効率よく取り出して蓄電するための静電気発電方法及びその装置に関する。【解決手段】第１導電体１と第２導電体２を強誘電体３を介在させて対面させることによりコンデンサ４を形成し、第２導電体２を接地させるとともに、第１導電体１を絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体１に静電気の電荷を帯電させることにより、コンデンサ４に電荷を蓄え、その後、第２導電体２の接地を解除するとともに、第１導電体１及び第２導電体２を二次電池と接続することによって、前記コンデンサ４に蓄えられた電荷を二次電池に蓄電する静電気発電方法を基本として提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電体と第２導電体を強誘電体を介在させて対面させることによりコンデンサを形成し、第２導電体を接地させるとともに、第１導電体を絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気の電荷を帯電させることにより、又は第１導電体及び第２導電体をともに絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気の電荷を帯電させてから第２導電体を接地させることにより、コンデンサに電荷を蓄え、その後、第２導電体の接地を解除するとともに、第１導電体及び第２導電体を二次電池と接続することによって、前記コンデンサに蓄えられた電荷を二次電池に蓄電することを特徴とする静電気発電方法。
【請求項２】
第１導電体と第２導電体及び強誘電体を中空円筒状に形成し、第１導電体と第２導電体の間に強誘電体を配置するとともに、第１導電体と第２導電体及び強誘電体を一体に密接させた円筒状に形成した請求項１記載の静電気発電方法。
【請求項３】
第１導電体を外側に、第２導電体を内側として配置した請求項２記載の静電気発電方法。
【請求項４】
第１導電体に絶縁体を接触させることによって、第１導電体に静電気の電荷を帯電させる請求項１，２又は３記載の静電気発電方法。
【請求項５】
第１導電体に円筒状の帯電用ローラを接触させた状態で、第１導電体を回転駆動させて、第１導電体と帯電用ローラを連続的に接触させることによって、第１導電体に静電気の電荷を帯電させる請求項１，２又は３記載の静電気発電方法。
【請求項６】
第１導電体を、液体フロンを加熱して得たガスを動力源として回転駆動させる請求項５記載の静電気発電方法。
【請求項７】
液体フロンを太陽熱を利用してガス化する請求項６記載の静電気発電方法。
【請求項８】
接地させた除電ブラシを帯電用ローラに接触させることにより、静電気の電荷が帯電した帯電用ローラを電気的に中和する請求項５，６又は７記載の静電気発電方法。
【請求項９】
第１導電体と帯電列において差違を有する物質によって帯電用ローラを形成し、第１導電体と帯電用ローラを接触させることによって、第１導電体を摩擦帯電させる請求項５，６，７又は８記載の静電気発電方法。
【請求項１０】
強誘電体として、チタン酸バリウム，ジルコンチタン酸鉛又はニオブ酸を使用する請求項１，２，３，４，５，６，７，８又は９記載の静電気発電方法。
【請求項１１】
第１導電体及び第２導電体の材料として、アルミニウム，ニッケル，鋼又は銅を使用する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９又は１０記載の静電気発電方法。
【請求項１２】
二次電池としてバッテリを使用する請求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１記載の静電気発電方法。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２に記載のいずれかの静電気発電方法を実施するための静電気発電装置であって、強誘電体と、該強誘電体を介在させて対面させた第１導電体と第２導電体とからなるコンデンサと、第２導電体を接地及び解除可能な接地手段と、第１導電体を絶縁条件下に保持する手段と、第１導電体に静電気の電荷を帯電させる帯電手段と、第１導電体及び第２導電体に接続された二次電池とからなることを特徴とする静電気発電装置。
【請求項１４】
第１導電体と第２導電体及び強誘電体を中空円筒状に形成し、第１導電体と第２導電体の間に強誘電体を配置するとともに、第１導電体と第２導電体及び強誘電体を一体に密接させた円筒状に形成した請求項１３記載の静電気発電装置。
【請求項１５】
第１導電体を外側に、第２導電体を内側として配置した請求項１４記載の静電気発電装置。
【請求項１６】
第１導電体に静電気の電荷を帯電させる帯電手段として、第１導電体の回転駆動に連動して第１導電体に連続的に接触可能な円筒状の帯電用ローラを設置した請求項１３，１４又は１５記載の静電気発電装置。
【請求項１７】
接地させた除電ブラシを帯電用ローラに接触させて設置し、静電気の電荷が帯電した帯電用ローラを電気的に中和する請求項１６記載の静電気発電装置。
【請求項１８】
第１導電体と帯電列において差違を有する物質によって帯電用ローラを形成した請求項１６又は１７記載の静電気発電装置。
【請求項１９】
強誘電体として、チタン酸バリウム，ジルコンチタン酸鉛又はニオブ酸を使用する請求項１３，１４，１５，１６，１７又は１８記載の静電気発電装置。
【請求項２０】
第１導電体及び第２導電体の材料として、アルミニウム，ニッケル，鋼又は銅を使用する請求項１３，１４，１５，１６，１７，１８又は１９記載の静電気発電装置。
【請求項２１】
二次電池としてバッテリを設置した請求項１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９又は２０記載の静電気発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気を効率よく帯電させるとともに、帯電させた静電気を効率よく取り出して蓄電するための静電気発電方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代社会は、化石燃料や埋蔵資源等を利用した枯渇性エネルギーの大量消費によって支えられている。この現状を踏まえて、地球規模での環境問題や将来における安定したエネルギー供給のために、自然環境の中で繰り返し起こる現象から取り出すことができるとともに、環境影響物質を排出しないクリーンなエネルギーである再生可能エネルギーの普及が強く求められている。特にわが国では、近時の未曾有の災害等による社会環境の大きな変化に伴い、電力の安定した供給のために日常生活において実用可能で汎用性のある新たな電力源の開発が喫緊の課題となっている。
【０００３】
ところで、物質同士の接触，摩擦，剥離や衝突によって、物質間で電子の移動が発生し、静電気が発生することはよく知られている。即ち、電荷（電子）を受け取った側はマイナスに帯電し、他方はプラスに帯電する。従来、静電気は感電による不快感や日常生活において種々の害を及ぼしたり、製造現場や作業現場で起きる火災や爆発を引き起こす原因ともなるため、専ら帯電防止策や除電手段の研究開発が行われてきた。
【０００４】
一部において、静電気の性質を利用した空気清浄機等や、静電気を利用した発電装置に関する研究開発も散見される。例えば、風力により静電高電圧を発生させ、風力エネルギーの利用拡大を図るために、風により回転する風車と、風車の回転軸に接続された増速器と、増速器の出力軸に連結され静電気を発生する静電発電装置とを備えた風力静電発電装置が提案されている（特許文献１）。また、静電気エネルギーを蓄積する手段として、静電気発生装置で発生する静電気を電気２重層キャパシタに蓄電し、制御装置によるスイッチ操作によってキャパシタを放電する静電気発電装置も提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１２３６３９号
【特許文献２】特開２００１−５７７８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２に示す従来の静電気発電装置は、いずれも絶縁体に帯電させる構成であり、高電位を得ることはできるが、帯電させた電荷を移動させるためには、取出端子を帯電した絶縁体の全面に接触させる必要がある。そのため、電荷の取出が困難であり、単位時間に取り出せる電荷量（電流量）が少なく用途が限定的で普及していない。例えば、特許文献２においても、動物皮革等の絶縁体である固定円盤に複数の集電極を配置しており、集電極を設置した箇所からしか電荷を取り出すことができない。そのため、固定円盤に如何に高電位の電荷を帯電していようと有効に取り出すことができない。よって、従来の静電発電装置の利用は用途が限定的であり、普及が進んでいない。例えば、特許文献１にかかる風車を利用した風力静電発電装置は、ネオン管の点灯による風車の風警戒装置としての利用に留まっており、日常生活において実用可能で汎用性のある新たな電力源の提供に至っていない。
【０００７】
絶縁体に代えて、導電体に帯電させた場合は、導電体のどこか１箇所に取出端子を接触させれば、電荷が取出端子まで移動するため、容易に電荷を取り出すことが可能である。しかしながら、導電体の帯電は、電荷の帯電量（電子の移動量）が同じでも、導電体であるため何処かに絶縁抵抗の小さいところがあると、そこから電荷が散逸し、高電位を維持することが困難である。
【０００８】
よって、静電気発電においては、高電位を得るために絶縁体に帯電させた場合は、電荷の取出が困難となり、一方、電荷の取出を容易とするために導電体に帯電させた場合には、高電位を得ることが困難であるため、静電気を積極的に利用した発電装置は提供されていない。
【０００９】
そこで、本発明者らは前記した従来の課題を解決し、日常生活において実用可能で充分な電荷量を帯電させることができるとともに、帯電させた電荷を効率よく取り出して蓄電することにより、新たな電力源として実用可能で汎用性のある静電気発電方法及びその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、第１導電体と第２導電体を強誘電体を介在させて対面させることによりコンデンサを形成し、第２導電体を接地させるとともに、第１導電体を絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気の電荷を帯電させることにより、又は第１導電体及び第２導電体をともに絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気の電荷を帯電させてから第２導電体を接地させることにより、コンデンサに電荷を蓄え、その後、第２導電体の接地を解除するとともに、第１導電体及び第２導電体を二次電池と接続することによって、前記コンデンサに蓄えられた電荷を二次電池に蓄電する静電気発電方法を基本として提供する。
【００１１】
静電気発電方法を実施するための静電気発電装置として、強誘電体と、該強誘電体を介在させて対面させた第１導電体と第２導電体とからなるコンデンサと、第２導電体を接地及び解除可能な接地手段と、第１導電体を絶縁条件下に保持する手段と、第１導電体に静電気の電荷を帯電させる帯電手段と、第１導電体及び第２導電体に接続された二次電池とからなる静電気発電装置を提供する。
【００１２】
そして、第１導電体と第２導電体及び強誘電体を中空円筒状に形成し、第１導電体と第２導電体の間に強誘電体を配置するとともに、第１導電体と第２導電体及び強誘電体を一体に密接させた円筒状に形成する。また、第１導電体を外側に、第２導電体を内側として配置し、第１導電体に絶縁体を接触させることによって、第１導電体に静電気の電荷を帯電させ、第１導電体に円筒状の帯電用ローラを接触させた状態で、第１導電体を回転駆動させて、第１導電体と帯電用ローラを連続的に接触させることによって、第１導電体に静電気の電荷を帯電させる。
【００１３】
更に、第１導電体を、液体フロンを加熱して得たガスを動力源として回転駆動させ、液体フロンを太陽熱を利用してガス化し、接地させた除電ブラシを帯電用ローラに接触させることにより、静電気の電荷が帯電した帯電用ローラを電気的に中和し、第１導電体と帯電列において差違を有する物質によって帯電用ローラを形成し、第１導電体と帯電用ローラを接触させることによって、第１導電体を摩擦帯電させる。
【００１４】
強誘電体として、チタン酸バリウム，ジルコンチタン酸鉛又はニオブ酸を使用し、第１導電体及び第２導電体の材料として、アルミニウム，ニッケル，鋼又は銅を使用し、二次電池としてバッテリを設置する。
【発明の効果】
【００１５】
以上記載した本発明によれば、第１導電体は絶縁条件下に保持されているため、導電体ではあるが第１導電体に高電荷を帯電させることが可能である。そして、第１導電体に帯電させた電荷を、第１導電体を第２導電体に強誘電体を介在させて対面させたコンデンサに蓄えることができる。その際、第１導電体と第２導電体間に介在させた強誘電体によって分極作用が起こり、コンデンサの静電容量が飛躍的に大きくなるため、実用可能で汎用性のある新たな電力源として利用可能な電荷量をコンデンサに蓄えることができる。しかも、本発明では電荷の蓄電作業を導電体から行うため、集電のための端子は一箇所でよく、帯電させた静電気の取り出しは、瞬時に行われるため効率がよい。そして、この電荷をコンデンサから二次電池に取り出して蓄電することにより、日常生活において実用可能で汎用性のある新たな電力源を提供することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、コンデンサを円筒型にしたことで連続帯電が可能であり、又コンデンサの円筒面積を変更することにより、必要に応じてコンデンサの静電容量を変えることができるため、用途に応じて発電量を任意に設定することができる。更に、コンデンサの駆動源としての回転エネルギーを、再生可能エネルギーや小河川の流れ、製紙会社などの工場の排水等を利用して取得できるため、静電気発電装置を運転するための新たなエネルギー源を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる静電気発電装置におけるコンデンサの構成を示す（ａ）部分側断面図、（ｂ）部分横断面図。
【図２】静電気発電装置の（ａ）要部説明側面図、（ｂ）要部横断面図。
【図３】静電気発電装置の全体システム図。
【図４】静電気発電方法の工程を示す平面説明図。
【図５】静電気発電方法の工程を示す平面説明図。
【図６】静電気発電方法の工程を示す平面説明図。
【図７】作用説明図。
【図８】静電気発電方法の工程を示す平面説明図。
【図９】静電気発電装置におけるコンデンサの他の構成を示す要部平面図。
【図１０】使用状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明にかかる静電気発電方法は、電荷の帯電処理と取出処理をそれぞれ適した条件下で行うことによって、静電気の帯電と取出の双方をともに効率化し、日常生活において実用可能で汎用性のある新たな電力源を提供するものである。そのために、第１導電体と第２導電体を強誘電体を介在させて対面させることによりコンデンサを形成し、第２導電体を接地させるとともに、第１導電体を絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気による電荷を帯電させることにより、又は第１導電体及び第２導電体をともに絶縁条件下に保持した状態で、第１導電体に静電気の電荷を帯電させてから第２導電体を接地させることにより第２導電体に静電誘導により電荷を帯電させ、その結果コンデンサに電荷を蓄えることに特徴を有する。以下、使用する静電気発電装置の構成とともに、静電気発電方法の実施形態を図面に基づいて各工程毎に説明する。図１は本発明にかかる静電気発電装置におけるコンデンサ４の構成を示す（ａ）部分側断面図、（ｂ）部分横断面図、図２は静電気発電装置の（ａ）要部説明側面図、（ｂ）要部横断面図、図３は静電気発電装置の全体システム図である。
【００１９】
図において、１は第１導電体、２は第２導電体、３は強誘電体であり、第１導電体１と第２導電体２を強誘電体３を介在させて対面させることによりコンデンサ４を形成している。第１導電体１及び第２導電体２の素材としては、導電性を有する素材であれば限定はないが、特にはアルミニウム，ニッケル，鋼又は銅等の導電性を有するとともに、電気抵抗の少ない金属素材が好ましい。強誘電体３は、誘電体の一種であって、外部に電場がなくても電気双極子が整列しており、かつ、双極子の方向が電場によって変化できる物質を指し、具体的には、チタン酸バリウム（誘電率１７００ε／ε０以上），ジルコンチタン酸鉛（誘電率１７００ε／ε０以上）又はニオブ酸（誘電率２５００ε／ε０以上）を使用する。本実施形態としては、第１導電体１及び第２導電体２としてアルミニウムを、強誘電体３としてチタン酸バリウムを使用した。なお、第１導電体１と第２導電体２は同一の素材を使用しても、異なる素材を使用してもよい。
【００２０】
第１導電体１と第２導電体２及び強誘電体３を、それぞれ中空円筒状に形成し、第１導電体１と第２導電体２の間に強誘電体３を配置して、相互に密接させ一体として円筒状のコンデンサ４を形成する。図示例では、第１導電体１を外側に、第２導電体２を内側として配置したが、逆に第１導電体１を内側に、第２導電体２を外側としてもよい。更には、コンデンサ４の形状は中空円筒状に限ることなく平板状その他の形状であってもよい。
【００２１】
５はコンデンサ４の中空部に配置された回転軸であり、６は回転軸５から延設されて第２導電体２に連結された支持アームであり、絶縁材料によって構成されているか、又は絶縁状態に保持されている。図示例ではコンデンサの上部近傍及び下部近傍において、それぞれ４本の支持アーム６が等間隔で配置されている。よって、コンデンサ４は支持アーム６を介して回転軸５に連結されている。上記構成のコンデンサ４の回転軸５の上下両端部を図２（ａ）（ｂ）に示すように、上部支持板７ａと下部支持板７ｂとの間に回転自在に軸支する。即ち、上部支持板７ａに装備した軸受８ａに回転軸５の上端部を軸支し、下部支持板７ｂに装備した軸受８ｂに回転軸５の下端部を軸支している。
【００２２】
９ａ，９ｂは帯電用ローラであり、円柱状の絶縁体からなり、上下両端部に回転軸１０が突設されている。そして、コンデンサ４を形成する第１導電体１に帯電用ローラ９ａ，９ｂが長手方向の全域において接触して密着状態となるように、帯電用ローラ９ａ，９ｂの回転軸１０を上部支持板７ａと下部支持板７ｂとの間に回転自在に軸支している。帯電用ローラ９ａ，９ｂは第１導電体１と帯電列において差違を有する物質、例えば、第１導電体１の素材であるアルミニウムより帯電列においてマイナス帯電側であれば、ポリテトラフルオロエチレン，ポリエチレン（ＰＥ），ポリプロピレン（ＰＰ）等が、又第１導電体１の素材であるアルミニウムより帯電列においてプラス帯電側であれば、ガラス等が使用可能であり、更に人毛，シルク，ナイロン等を帯電用ローラ９ａ，９ｂの表面に巻き付けて使用することもできる。本実施形態としては、ポリテトラフルオロエチレンからなる帯電用ローラ９ａ，９ｂを使用した。なお、帯電用ローラ９ａ，９ｂは、第１導電体１に密着する表面が前記した素材であればよく、例えば表面にポリテトラフルオロエチレン加工を施したものであればよい。
【００２３】
よって、第１導電体１に円筒状の帯電用ローラ９ａ，９ｂを接触させた状態で、コンデンサ４（第１導電体１）を回転駆動させることにより、帯電用ローラ９ａ，９ｂを従動回転させる。これにより第１導電体１と帯電用ローラ９ａ，９ｂは連続的に接触するため、第１導電体１に静電気の電荷を帯電させることができる。あるいは、帯電用ローラ９ａ，９ｂを回転させることにより、第１導電体１を従動回転させてもよい。なお、帯電用ローラ９ａ，９ｂは、図示例では第１導電体１に対して点対称の位置に２本設置したが、１本又は３本以上設置してもよい。
【００２４】
１１ａ，１１ｂは除電ブラシであり、円柱状の導電体からなり、長手方向の全域において帯電用ローラ９ａ，９ｂと接触した状態となるように、上部支持板７ａと下部支持板７ｂとの間に固定されている。除電ブラシ１１ａ，１１ｂは柔らかな導電性素材であれば特に限定はなく、ブラシ状とした銅，アルミニウム，鉄等から形成している。そして、除電ブラシ１１ａ，１１ｂは接地手段１２ａ，１２ｂによって常時接地されている。よって、接地させた除電ブラシ１１ａ，１１ｂを帯電用ローラ９ａ，９ｂに接触させることにより、第１導電体１との接触によって静電気の電荷が帯電した帯電用ローラ９ａ，９ｂを電気的に中和することができる。
【００２５】
図２（ａ）（ｂ）において、１３は第１導電体１との接触端子、１４は第２導電体２との接触端子であり、その作用は後述する。１５は回転軸５の駆動手段としてのガスモータであり、軸受８ｂに接続され、回転軸５の下端部に連結されて、回転軸５を回転駆動させる。
【００２６】
図３の全体システム図に示すように、本発明ではガスモータ１５の動力源として環境影響物質を排出しないクリーンなエネルギーである再生可能エネルギーを使用している。具体的には、ガスモータ１５の駆動ガスとして液化ガスであるフロンガス（例えば、フロンＲ１１６）を使用した例である。図において、２１はガス冷却液化タンクであり、液状態の駆動ガスを貯留している。このガス冷却液化タンク２１からポンプ２２によって配管２３を介して液状態の駆動ガスを、加熱タンク２４内を所定距離を経て通過させ、その間に直接または間接的に液状態の駆動ガスを加熱して、ガス化させる。
【００２７】
加熱タンク２４内には水又は適宜の液体が貯留又は循環されており、加熱源としての太陽熱２５又はその他の加熱源によって加熱されている。加熱タンク２４内の加熱された水の中、又は適宜の液体の中に位置する配管２３内を駆動ガスが通過することによって、液状の駆動ガスがガス化される。ガス冷却液化タンク２１と加熱タンク２４間の配管２３にはガス化された駆動ガスの逆流を防止する逆止弁２６が配置されている。なお、液状の駆動ガスを太陽熱で直接加熱することも可能であるが、夜間における加熱ができないため、２４時間駆動を可能とする水のような保温力のある液体を太陽熱２５等の加熱源を使用して間接的に加熱して貯留する手段が適当である。
【００２８】
加熱タンク２４を通過することによってガス化された駆動ガスは、配管２７によって圧力調整弁２８に供給され、所定の圧力に調整・保持されて、配管２９によって、ガスモータ１５に供給されて、ガスモータ１５を回転駆動する。その後、駆動ガスはガスモータ１５から排出され、配管３０を介してガス冷却液化タンク２１に移送され、ガス冷却液化タンク２１に付設されたフィン２１ａによって大気に放熱されて液化する。液化された液状の駆動ガスは、以後循環して使用される。
【００２９】
１６は二次電池としてのバッテリであり、バッテリ１６のプラス極１６ａを第１導電体１との接触端子１３と接続している。プラス極１６ａと接触端子１３とを接続する回線中に回線を接続或いは切断するリレー１７及びダイオード１８が配置されている。また、バッテリ１６のマイナス極１６ｂは第２導電体２の接触端子１４と接続されている。マイナス極１６ｂと接触端子１４とを接続する回線中には回線を接続する接地手段１９と接続を切り換える三方リレー２０が配置されている。よって、第１導電体１はリレー１７を切断することにより、又第２導電体２は三方リレー２０をマイナス極１６ｂ及び接地手段１９の双方と切断状態とすることにより、絶縁状態に保持することができる。
【００３０】
なお、コンデンサ４は円筒状に限ることなく、板状に形成してもよい。例えば、図９に示すように、回転軸５に支持されて回転自在な円筒状の回転支持体３１の外周面に、４個の円弧状のコンデンサ４を一定間隔を空けて配置することもできる。この回転支持体３１は絶縁材料によって構成されているか、又は絶縁状態に保持されている。また、帯電用ローラ９ａ，９ｂ及び除電ブラシ１１ａ，１１ｂの個数は任意であり、図示例では帯電用ローラ９ａ及び除電ブラシ１１ａを１組配置した。なお、図９に示す構成においてはコンデンサ４を板状に形成したため、コンデンサ４を支持するための回転支持体３１の外周面にコンデンサ４を装着し、この回転支持体３１を回転軸５で回転自在に支持するようにした。
【００３１】
次に前記した構成の静電気発電装置を使用した静電気発電方法の実施形態を図面に基づいて各工程毎に説明する。先ず、図３に示すガス冷却液化タンク２１に貯留された液状のフロンガスを、加熱タンク２４内を所定距離を経て通過させることによりガス化させ、この駆動ガスを圧力調整弁２８によって所定の圧力に調整・保持した後、ガスモータ１５に供給してガスモータ１５を回転駆動させる。ガスモータ１５の回転駆動によって、軸受８ｂを介してガスモータ１５と連結された回転軸５が回転し、コンデンサ４（第１導電体１）が回転する。図４に示すように、コンデンサ４が回転すると、コンデンサ４の外側に配置した第１導電体１が回転し、第１導電体１に対して点対称の位置にあって第１導電体１と接触して密着状態に配置された帯電用ローラ９ａ，９ｂがコンデンサ４と反対方向に従動回転する。図示例では、コンデンサ４が時計方向に回転し、帯電用ローラ９ａ，９ｂが反時計方向に回転しているが、コンデンサ４を反時計方向に回転させてもよい。コンデンサ４の回転速度は任意であり、使用する材料、帯電させる電荷に応じて毎分数十回〜数百回回転させる。
【００３２】
このとき、バッテリ１６のプラス極１６ａと接続するための第１導電体１の接触端子１３と接続しているリレー１７を切断しておくことにより、第１導電体１は絶縁状態に保持されている。一方、バッテリ１６のマイナス極１６ｂと接続するための第２導電体２の接触端子１４と接続している三方リレー２０を接地手段１９に接続することにより、第２導電体２をアースした状態とする。または、三方リレー２０をマイナス極１６ｂ及び接地手段１９の双方と切断状態とすることにより、第２導電体２も絶縁状態に保持しておく。そして、帯電用ローラ９ａ，９ｂには、それぞれ接地させた除電ブラシ１１ａ，１１ｂが接触している。なお、図４〜図６，図８の図中における符号Ａ〜Ｄはコンデンサ４の位置関係を示すために便宜的に記載したものである。
【００３３】
コンデンサ４が回転し、第１導電体１と帯電用ローラ９ａ，９ｂが接触し、離れるときに、接触帯電，摩擦帯電，衝突帯電等によって電子の授受が行われ、第１導電体１がプラス又はマイナスに帯電する。実施形態では、第１導電体１としてアルミニウムを、帯電用ローラ９ａ，９ｂとしてポリテトラフルオロエチレンを使用したため、帯電列に従って、第１導電体１がプラスに帯電し、帯電用ローラ９ａ，９ｂがマイナスに帯電する。
【００３４】
図５，図６は帯電状態を示しており、第１導電体１は帯電用ローラ９ａ，９ｂと接触しながら回転し、帯電用ローラ９ａ，９ｂと接触する位置を変化させている。図４では、第１導電体１のＡ地点は帯電用ローラ９ａと接触する位置にあるが、図５では第１導電体１は９０度時計方向に回転し、Ｄ地点が帯電用ローラ９ａと接触する位置にある。また、図６では更に９０度回転し、Ａ地点は帯電用ローラ９ｂと接触する位置にある。このように、第１導電体１が１回転することによって、第１導電体１の全面が帯電用ローラ９ａ又は帯電用ローラ９ｂと接触して、帯電することとなり、必要量の電荷を帯電するまで、第１導電体１を必要回転数だけ回転させて、帯電作業を連続的に行う。なお、図５，図６においては第２導電体２を接地してアースしている状態を示しているが、帯電時には第２導電体２を絶縁状態に保持しておいてもよい。帯電した電荷量は、第１導電体１と第２導電体２に電位計を設置して電位量を計測すればよい。
【００３５】
帯電用ローラ９ａ，９ｂも第１導電体１との接触によってプラス又はマイナスに帯電（本実施形態の場合はマイナスに帯電）する。そこで、帯電用ローラ９ａ，９ｂの回転時に、接地させた除電ブラシ１１ａ，１１ｂを接触させることによって、静電気の電荷が帯電した帯電用ローラ９ａ，９ｂを電気的に中和する。
【００３６】
その結果、図５，図６に示す状態において、第１導電体１にはプラスの電荷が一様に帯電している。第１導電体１は強誘電体３を介在させて第２導電体２と対面している。強誘電体３の存在を考慮しない場合、第１導電体１と対面する第２導電体２の外面には静電誘導によって、第１導電体１に帯電したプラスの電荷とは反対のマイナスの電荷が生じ、第２導電体２の内面には第１導電体１に帯電した電荷と同じプラスの電荷が生じる。このとき、第２導電体２の接触端子１４は三方リレー２０を接地手段１９に接続することによって接地されているため（帯電時に第２導電体２を絶縁状態に保持している場合には、帯電後に三方リレー２０を接地手段１９に接続し、第２導電体２を接地することによって）、第１導電体１のプラスの電荷と同量となるまで、静電誘導により電子ｅが大地から吸収され、或いは大地に逃げることとなる。よって、第２導電体２の外面には第１導電体１のプラスの電荷と反対のマイナスの電荷が第１導電体１のプラスの電荷量と同じ量だけ帯電することとなる。
【００３７】
本発明では第１導電体１と第２導電体２の間には強誘電体３が介在しているため、図７に示すように、誘電分極によって第１導電体１と対面する強誘電体３の外面にマイナスの電荷が、第２導電体２と対面する強誘電体３の内面にプラスの電荷が帯電することとなる。そして、プラスの電荷に帯電している強誘電体３の内面と対面している第２導電体２の外面には静電誘導によって、強誘電体３の内面に帯電したプラスの電荷とは反対のマイナスの電荷が生じ、第２導電体２の内面には強誘電体３の内面に帯電した電荷と同じプラスの電荷が生じる。このとき、第２導電体２の接触端子１４は三方リレー２０を接地手段１９に接続することによって接地されているため（帯電時に第２導電体２を絶縁状態に保持している場合には、帯電後に三方リレー２０を接地手段１９に接続し、第２導電体２を接地することによって）、強誘電体３の内面に帯電したプラスの電荷と同量となるまで、静電誘導により電子ｅが大地から吸収され、或いは大地に逃げることとなる。
【００３８】
その結果、第１導電体１のプラスの電荷と第２導電体２のマイナスの電荷が強く引き合って、強い電場を形成し、第１導電体１と第２導電体２を強誘電体３を介在させて対面させることにより形成したコンデンサ４の静電容量に応じた電荷が蓄電される。コンデンサ４の静電容量（Ｃ）は、誘電率（ε）×電極面積（Ｓ）÷電極間距離（ｄ）で求められるため、第１導電体１と第２導電体２の間隔は小さく、面積は広いほど静電容量が大きくなる。特に本発明では第１導電体１と第２導電体２の間に介在させる絶縁体として誘電率の高い強誘電体３を使用しているため、コンデンサ４の静電容量を大きくすることができ、その結果コンデンサ４に大容量の電荷を蓄電することができる。
【００３９】
上記した方法によって第１導電体１と帯電用ローラ９ａ，９ｂを必要回転数だけ接触させることにより、コンデンサに必要量の電荷を蓄電させる。その後に、図８に示すように三方リレー２０を切り換えて、接地手段１９との接続を解除し、第２導電体２の接触端子１４の接地を解放するとともに、三方リレー２０をバッテリ１６のマイナス極１６ｂと接続する。併せて、切断していたリレー１７を接続し、第１導電体１の接触端子１３をバッテリ１６のプラス極１６ａと接続する。更に、第１導電体１とバッテリ１６のプラス極１６ａとの接続には、ダイオード１８を配置している。なお、マイナスに帯電している第２導電体２とバッテリ１６のマイナス極１６ｂは接続することなく、接地させるようにしてもよい。
【００４０】
図８に示すように、静電容量として電荷を蓄電したコンデンサ４を二次電池としてのバッテリ１６に接続することにより、コンデンサ４の静電容量として蓄えられた電荷を二次電池としてのバッテリ１６に蓄電する。蓄電可能な二次電池であれば、バッテリ１６に限ることなく使用することが可能である。なお、図４〜図６，図８においては、ダイオード１８の図示を省略している。
【００４１】
コンデンサ４の電位（Ｖ）は、電荷量（Ｑ）÷静電容量（Ｃ）で求められる。従って、この電位（Ｖ）がバッテリ１６の電圧（例えば、１２Ｖ、２４Ｖ等）を超えると、バッテリ１６に蓄電することができる。コンデンサ４の電位Ｖは負荷（バッテリのインピーダンスが小さいから接続と同時に下がる）により変化するが、バッテリ１６の電位に下がるまでは、コンデンサ４から電荷は移動するため、バッテリ１６に蓄電することができる。なお、ダイオード１８は電流の逆流を阻止するためのものである。
【００４２】
図示例では、第１導電体１をプラスに、第２導電体２をマイナスに帯電させているが、逆であってもよい。即ち、第１導電体１又は第２導電体２の内、プラスに帯電する方をバッテリ１６のプラス極１６ａに接続しておけばよいし、マイナスに帯電する方はマイナス極１６ｂに接続又は接地しておくだけでよい。
【００４３】
バッテリ１６への蓄電を終了した後は、再び図４に示す状態となるように、三方リレー２０をバッテリ１６のマイナス極１６ｂから切断して、接地手段１９に接続させて第２導電体２をアースした状態とする。また、リレー１７を切断してバッテリ１６のプラス極１６ａと第１導電体１の接触端子１３を切断し、第１導電体１を絶縁状態に保持する。
【００４４】
そして、再び第１導電体１を回転させて、必要回転数だけ第１導電体１を帯電用ローラ９ａ，９ｂと接触させることによって、新たな電荷をコンデンサ４に蓄電させる。
【００４５】
そして、図８に示すように三方リレー２０を切り換えて、再び接地手段１９との接続を解除し、第２導電体２の接触端子１４の接地を解放するとともに、三方リレー２０をバッテリ１６のマイナス極１６ｂと接続する。併せて、切断していたリレー１７を接続し、第１導電体１の接触端子１３をバッテリ１６のプラス極１６ａと接続することにより、バッテリ１６に電荷を蓄電する。以後この動作を繰り返すことにより、バッテリ１６に所要の電荷を蓄電することができる。
【００４６】
上記の説明では、第１導電体１が１回転する際の帯電用ローラ９ａ，９ｂの動作として説明したが、第１導電体１を１回転に限ることなく、必要回数だけ回転させて帯電用ローラ９ａ，９ｂと接触させた後に電荷をバッテリ１６に蓄電するようにする。また、コンデンサ４（第１導電体１）は常時回転させておいてもよい。
【００４７】
蓄電の完了したバッテリ１６は日常生活において実用可能で汎用性のある電力源として多方面に利用することが可能である。例えば、一般家庭に設置した本発明にかかる静電気発電装置のバッテリ１６を図１０に示すようにＤＣ−ＡＣ変換器３６に連結して、バッテリ１６の直流電流を交流電流に変換し、屋内の分電盤３７を介して電灯３８，蛍光灯３９，テレビ４０，冷蔵庫４１等各種電化製品の電源として利用することが可能である。
【実施例】
【００４８】
次に本発明にかかる静電気発電方法の実施例を示す。第１導電体１として半径０．３ｍ、高さ１ｍの中空円筒状のアルミニウムを使用し、第２導電体２として半径０．２９５ｍ、高さ１ｍの中空円筒状のアルミニウムを使用し、この第１導電体１と第２導電体２の間に、強誘電体３としてチタン酸バリウムを配置して、相互に密接させ一体として円筒状のコンデンサ４を製作した。このコンデンサ４の第１導電体１の外周面に接触して密着状態に、ポリテトラフルオロエチレン製の半径０．０３ｍ、高さ１ｍの１本の帯電用ローラ９ａを配置した。そして、コンデンサ４を毎分３００回転，２４０回転，１８０回転，１２０回転，６０回転の速度で回転させ、前記した静電気発電方法によって、コンデンサ４に電荷を蓄電させた。その後、コンデンサ４が５回転する毎にコンデンサの総電荷量を電圧計で測定するとともに、バッテリ１６に蓄電する作業を継続して行った。測定したコンデンサ４の総電荷量の平均値と静電容量から、先ずコンデンサ４が５回転する毎のエネルギーを計算した。更に、コンデンサ４が５回転する毎のエネルギーとコンデンサ４が５回転するために要する時間から１秒当たりに得られるエネルギーを計算し、得られる電力の値を求めた。その結果を表１に示す。なお、エネルギーは次の計算式で計算した。
【００４９】
【数１】
2013132104.tif 000003
【００５０】
【表１】
2013132104.tif 000004
【００５１】
表１に示すように、実施例１はコンデンサ４を回転速度３００ｒｐｍで回転させているため、コンデンサ４が５回転するのに要する時間は１秒である。実施例１において、コンデンサ４が５回転することによって得られる総電荷量は７．０３５×１０−２（Ｃ）であり、コンデンサ４の静電容量は８．２７６×１０−６（Ｆ）であるため、この総電荷量から得られるエネルギーは、２９９（Ｊ）となる。この実施例１のエネルギーはちょうど１秒間（コンデンサ４が５回転するのに要する時間）によって得られるため、実施例１から得られる１秒間当たりの電力は２９９（Ｗ）となる。
【００５２】
実施例２はコンデンサ４を回転速度２４０ｒｐｍで回転させているため、コンデンサ４が５回転するのに要する時間は１．２５秒である。実施例２において、コンデンサ４が５回転することによって得られる総電荷量は６．２９０×１０−２（Ｃ）であり、コンデンサ４の静電容量は８．２７６×１０−６（Ｆ）であるため、この総電荷量から得られるエネルギーは、２３９（Ｊ）となる。この実施例２のエネルギーは１．２５秒間（コンデンサ４が５回転するのに要する時間）によって得られるため、実施例２から得られる１秒間当たりの電力は１９１．２（Ｗ）となる。
【００５３】
同様に回転速度１８０ｒｐｍで回転させた実施例３では１２４．９１（Ｗ）、回転速度１２０ｒｐｍで回転させた実施例４では７１．７６（Ｗ）、回転速度６０ｒｐｍで回転させた実施例５では３１．８２（Ｗ）の電力を得ることができた。この電力は日常生活において実用可能な充分量の電力を供給することができる値である。なお、実施例１〜実施例５のデータは１本の帯電用ローラ９ａを使用したものであり、帯電用ローラ９ａ，９ｂの２本を使用すれば、同じ電荷量を半分の時間で得ることができ、更に帯電用ローラの本数を増やすことによって短縮することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上記載した本発明によれば、第１導電体は絶縁条件下に保持されているため、導電体ではあるが第１導電体に高電荷を帯電させることが可能である。そして、第１導電体に帯電させた電荷を、第１導電体を第２導電体に強誘電体を介在させて対面させたコンデンサに蓄えることができる。その際、第１導電体と第２導電体間に介在させた強誘電体によって分極作用が起こり、コンデンサの静電容量が飛躍的に大きくなるため、実用可能で汎用性のある新たな電力源として利用可能な電荷量をコンデンサに蓄えることができる。しかも、本発明では電荷の蓄電作業を導電体から行うため、集電のための端子は一箇所でよく、帯電させた静電気の取り出しは、瞬時に行われるため効率がよい。そして、この電荷をコンデンサから二次電池に取り出して蓄電することにより、日常生活において実用可能で汎用性のある新たな電力源を提供することができる。
【００５５】
また、本発明によれば、コンデンサを円筒型にしたことで連続帯電が可能であり、又コンデンサの円筒面積を変更することにより、必要に応じてコンデンサの静電容量を変えることができるため、用途に応じて発電量を任意に設定することができる。更に、コンデンサの駆動源としての回転エネルギーを、再生可能エネルギーや小河川の流れ、製紙会社などの工場の排水等を利用して取得できるため、静電気発電装置を運転するための新たなエネルギー源を必要としない。
【符号の説明】
【００５６】
１…第１導電体
２…第２導電体
３…強誘電体
４…コンデンサ
５，１０…回転軸
６…支持アーム
７ａ…上部支持板
７ｂ…下部支持板
８ａ，８ｂ…軸受
９ａ，９ｂ…帯電用ローラ
１１ａ，１１ｂ…除電ブラシ
１２ａ，１２ｂ，１９…接地手段
１３，１４…接触端子
１５…ガスモータ
１６…バッテリ
１６ａ…プラス極
１６ｂ…マイナス極
１７…リレー
１８…ダイオード
２０…三方リレー
２１…ガス冷却液化タンク
２２…ポンプ
２３，２７，２９，３０…配管
２４…加熱タンク
２５…太陽熱
２６…逆止弁
２８…圧力調整弁
３１…回転支持体
【図１】
2013132104.tif 000005
【図２】
2013132104.tif 000006
【図３】
2013132104.tif 000007
【図４】
2013132104.tif 000008
【図５】
2013132104.tif 000009
【図６】
2013132104.tif 000010
【図７】
2013132104.tif 000011
【図８】
2013132104.tif 000012
【図９】
2013132104.tif 000013
【図１０】
2013132104.tif 000014