不思議な物

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2003/11/25 静電誘導発電機２号機のまとめ
　今回は、静電誘導発電機２号機の情報を整理しました。上のメニューの静電気系実験にありますので、ご覧ください。静電誘導発電機２

　ひとり言
　静電誘導発電機より先に作ろうとしたのは、水で発電するケルビン発電機なのですが、水量を調節するコックが入手できず、半年以上も、他の材料が放置されています。空き缶にスチロール製の皿など、他人がみたら、単なるガラクタです。なんとかせねば。（笑）

2003/11/17 ボールペン復活器

　今回は、私の発明品を紹介します。（笑）
　発明品は、書けなくなったボールペンを、再び、書けるようにする器具です。
　構造は、左の図にあるように、ペン先を暖めるヒーター、スイッチ、乾電池、電球で構成されています。ベースになっているのは、100円ショップの懐中電灯です。ヒーターは、アルミの円筒にニクロム線を巻いて製作しました。
　ヒーターの部分（右の写真）に、ボールペンのペン先を差し込むと、スイッチが入り、ヒーターで温められます。インクが温められて、流動性が増すことにより、ボールペンが書けるようになります。
　電球は、ヒーターに電気が流れているかどうかを確認するための物ですから、最初、LEDにすることを考えました。しかし、1.5Vで光るLEDが見つからなかったため、電球としました。LEDは、必要な電流が流れれば光るはずなのですが、3Vは必要なようです。実は、電球を使ってみると、今度は、必要な電圧に達しないため、乾電池を２本直列に繋いで解決しました。結果的には、LEDでも良かったわけですが、都合により、電球のままです。ヒーターだけなら、乾電池１本で十分なのに、通電確認のためだけに１本余分に必要になってしまいました。（笑）

　手元に、６本の書けなくなったボールペンがありましたので、早速、試してみました。結果、２本が、書けるようになりました。
　ボールペンのインクには、油性、水性、ゲルなど、様々な種類があり、暖めて効果のあるインクが限られること。ボールペンが書けなくなる原因は、インクが詰まるだけではないことから、全てのボールペンに効果のある器具ではありません。
　これは、商品としては、微妙なところでしょう。３０％の効果を意味のあるものと考えるかどうか。どう思われますか。

　商品として考えると、そもそも、商品として魅力のある物であるかも微妙なところです。この器具のコストを考えると、販売価格は、１００～２００円といったところ。これだけ出せば、新しいボールペンが買えてしまいます。環境に優しい商品として、プレゼントするには良いかもしれませんが、わざわざ、購入する人は、あまり、いないのではないでしょうか。

　このように、欠点のある発明品ですが、商品化して売り出したい方がおられれば、掲示板に、書き込んでください。（笑）

2003/11/10 円板の厚さ
　円板の厚さを薄くすると、誘導子（裏のアルミ板）と、キャリア（円板上のアルミ板）の距離が狭くなり、より電荷が誘導されるだろうと考えました。
　薄いアクリルの円板を探したのですが、近所にも、通信販売にも見当たりません。しかたなく、集光板として販売されていたものを利用してみました。厚さは２mmで、これまでより、１mm薄い板ですが、感覚的には、それほどの違いは感じられません。
　次に、0.5mmのポリスチロールの板を使ってみました。こちらは、薄く材質が柔らかいため、回転させると歪んで裏のアルミ板に接触してしまいます。発電も、よくありません。

　アクリルの板を、３mm、２mm、１mmと厚さを変えて実験を行えれば、それなりの結論が導き出せるのですが、材料が入手困難なため、結論は保留です。
　近くに、東急ハンズがあれば、いろいろ試せるのですが。田舎では材料集めが大変です。どこかで、アクリルやポリカーボネートの円板を通信販売していないものでしょうか。

　２号機は、季節が良いためか、構造に優れているのか、安定して発電できています。ただ、気がかりなのは、ブラシに使っている導電性ゴムの磨耗です。１号機は、アルミの円筒に接触していたため、磨耗は気にならなかったのですが、２号機は、アルミテープのふちに接触するため、１号機より、磨耗が激しくなっています。この点は改良の余地有りです。しかし、磨耗により、絶縁皮膜が削られ、逆に良いのかもしれません。

2003/11/04 発電方法の比較

　静電誘導発電機２号機では、誘導する板から電気を取り出す方法（ダイロッドタイプ）と、キャリア（円板上のアルミ板）から電気を取り出す方法（ウイムスハーストタイプ）を簡単に切り替えられるようにしました。
　図について、簡単に説明します。円板の上には、アルミの板があり、円板は回転しています。アルミの板の内、２枚だけは、外側に舌を伸ばした形状になっていて、端子１に接触するようになっています。円板の裏側には、大きなアルミの板があり、この板に電気が蓄えられ、円板の上のアルミ板に電気が誘導されるようになっています。端子２は、この大きなアルミ板に繋がれています。
端子１は、円板上の２枚だけが接触する。
端子２は、電気を誘導するための板への接続されている。
端子３は、円板のアルミ板、全てに接触して、電気を取り出す。

　１．誘導する板から電気を取り出す方法（ダイロッドタイプ）
　この方法では、端子２と端子３を接続します。電気は端子３から取り出します。
　端子３では、電気の出力と同時に、裏のアルミ板に電気が蓄えられます。ただし、この形状では、裏のアルミ板に電気が移る効率が悪いかもしれません。

　２．新方式（静電誘導発電機２号機タイプ２）
　この方法では、端子１と端子２を接続します。電気は端子３から取り出します。
　円板上のアルミ板の内、２枚の電荷が裏のアルミ板に移り、電気が蓄えられます。残りの板は、出力専用となります。

　比較
　球ギャップで、様子を見たところ、２の方が、放電回数が多く、強い放電が発生します。また、ネオン管の球ギャップでは、明らかに、２の方が明るく光ります。
　次に、出力に直接、ネオン管を繋いで見ました。１では、光りません。２では、光ります。１で光らないのは、誘導子（裏のアルミ板）に電荷が溜まる前に、ネオン管を通して電気が流れるため、あるいは、単に出力が弱いためと思われます。
　両方をコンデンサに接続し、球ギャップで放電の様子を見ると、２の方が電圧が高く、放電の回数も多いようです。
　この結果を持って、新方式が優れていると結論付けるわけにはいきませんが、両者の特徴が良く分かると思います。

2003/10/27 静電誘導発電機２号機の原理

　静電誘導発電機２号機タイプ２（左図）は、ダイロッド静電発電機の１２枚のアルミ板の内、２つを、誘導子に電気を溜めるために使い、残りを電気の取り出しに使う構造になっています。右の図は、円板を取り出した写真です。
　これにより、発電機から電気を取り出しても、誘導子には電気が残るため、次の静電誘導も高い電圧で行うことができます。

　円板は、左回りに回転します。ａのアルミ板２枚が、誘導子に電荷を溜めるために使われます。この２枚が、Ａの位置に来ると、ブラシに接触して、裏の誘導子（大きなアルミ板）に電荷が移ります。他のアルミ板は、形状が異なるため、Ａの位置では、ブラシに接触しません。
　アルミ板が、Ｂの位置に来ると、発電機の出力用のブラシに接触して、電気が出力されます。
　電気誘導の方法は、ダイロッド静電発電機の構造と同じであり、電気の取り出し方は、ウイムスハースト静電発電機の構造と同じであることがわかると思います。

　写真を見て、鋭い方はお気づきだと思いますが、静電誘導発電機２号機タイプ２は、配線を変えるだけで、ダイロッド静電発電機タイプの発電が可能です。
　次回は、両方の発電方法を比較してみたいと思います。

2003/10/20 ウイムスハースト静電発電機の原理

　ウイムスハースト静電発電機（Wimshurst electrostatic generator）の原理
　左図は、円板に、扇状（細長い楕円）のアルミ板が貼り付られた図です。
　右図は、その円板が表裏に２枚配置されている様子を、やや斜めから見た図です。表の円板は実線、裏の円板は点線で示しています。表の円板は左回りに、裏の円板は右回りに回転します。
　緑の太線は、ブラシで、アルミ板に触れています。裏側にも同様にブラシがあり、点線で示しています。
　黄色の線は、電気の取り出しで、左にマイナス、右にプラスが出力されます。ただし、どちらがプラスで、どちらがマイナスになるかは、状況により異なります。

　右図のａの部分に、注目します。
　裏の円板にあるアルミ板に、プラス（赤）の電荷があるとします。
　すると、表の円板のアルミ板には、マイナス（青）の電荷が誘導されます。
　円板は、左に回転していますので、マイナスの電荷を持ったアルミ板は、ｂの位置にきます。
　ｂの位置では、表の円板のアルミ板の持つマイナスの電荷により、裏の円板のアルミ板にプラスの電荷が誘導されます。更に回転し、表のアルミ板の電荷は、取り出し部分から取り出されます。
　裏の円板は、右に回転していますので、ｂの位置で、プラスの電荷を持ったアルミ板は、ａの位置にきます。
　このアルミ板により、表のアルミ板にマイナスの電荷が誘導され、これが繰り返されます。また、同様に、下半分でも、電気が作られます。

　最初の電荷に関しては、空間には電荷のわずかなむらがあり、それが最初のタネになります。
　最初のタネが静電誘導を起こして、新たな電荷を生み、それが、また、電荷を生むというように、ねずみ算式に増えていくのが、ウイムスハースト静電発電機の原理です。

　しかし、この説明では、ねずみ算式に増えていく理由がわかりません。
　ａやｂの部分で、静電誘導により、タネとなる電荷より多くの電荷が誘導されるというのは、この説明だけでは、不十分だと思います。どなたか分かる方がいらっしゃれば、掲示板に解説していただけると嬉しく思います。

　ダイロッド静電発電機（dirod electrostatic generator）との違い
　ウイムスハースト静電発電機は、２枚の円板を持ち、円板に取り付けられたアルミ板が、電荷を誘導する役目と電荷を運ぶ役目をこなします。電気は、電荷を運ぶ部分から取り出すため、次の静電誘導も高い電圧の状態を保つことができます。
　ダイロッド静電発電機は、１枚の円板を持ち、円板に取り付けられたアルミ板が、電荷を運び、外側に電荷を誘導する部分を持ちます。電気は、電気を誘導する側から取り出すため、電気を取り出した後は、最初のタネからのやり直して電気を蓄えなければなりません。
　ダイロッド静電発電機において、もっと、効率的に発電しようとするならば、次のようにすると良いそうです。（［ 静電気の話］より）
　ダイロッド静電発電機を２台用意し、１台目は、誘導子と電気の取り出し部分の接続を外します。代わりに、２台目の発電した電気を誘導子につなぎます。２台目が発電した電気が１台目の誘導子に蓄えられ、この電気に誘導された電荷を取り出す形になります。これにより、誘導子は常に高い電圧が保たれ、発電量が増えます。

　静電誘導発電機２号機は、ダイロッド静電発電機を２台使って行うことを１台で行えるようにしたものです。つまり、ダイロッド静電発電機のシンプルさと、ウイムスハースト静電発電機の安定した発電を併せ持っています。詳細は、次回。

　関連ホームページや書籍
ホームページ
・ウィムズハーストの原理・・・ウィムズハースト発電機の原理を説明したホームページ
・Dirod Electrostatic Generators

文献
・「静電気の話」（A.D.ムーア）
・Electrostatics: Exploring, ...・・・静電気の話の原著
・Homemade Lightning: Creative Experiments...・・・ウィムスハースト発電機の作り方が載っている

2003/10/14 放電実験
　発生する高電圧により、感電や精密機器の誤動作が起きる可能性があります。万が一、問題が発生しても、責任は負いかねますので、自己責任でお願いします。

　映像の説明
　上の写真をクリックすると、静電誘導発電機２号機タイプ２の放電の様子を動画(.wmv)で見ることができます。ファイルサイズは、約１Mです。
　wmvファイルにして、画質を落としたため、あまり、目立ちませんが、放電の部分の映像は、上の３分の１ほど色が変わっています。映像が乱れているのは、古いビデオカメラが壊れているのだろうと考えていたのですが、放電しているときに発生するため、静電気の影響とも考えられます。ビデオカメラを発電機を置いたテーブルに置くと、カメラが誤動作を起こし、撮影できなくなることも２回ありました。発電機を動かす場合、精密機器を、近くに置かないように注意しましょう。
　映像の最初は、発電機の外観です。なかなか美しいでしょう。（笑）
　次は、平面コンデンサを接続した状態での放電です。強力な放電が起きているのが、よく分かると思います。
　放電が小さくて、気づきにくい映像の部分は、平面コンデンサを外し、発電機のみの場合です。放電も音も小さくなっていて、何も起きていないように見えますので、注意してみてください。
　最後は、再び、平面コンデンサを接続した映像です。電池を交換して、発電機が元気に回っているときの映像だったかもしれません。

　１号機との違い
　平面コンデンサを接続した状態では、あまり、違いは感じません。映像では、放電の間隔に違いがあるように見えますが、これは、玉ギャップの隙間の大きさの違いによるものだと思います。ただ、２号機の放電間隔は、不規則な感じがします。
　平面コンデンサを接続しない状態では、放電の間隔に違いがあるように感じます。１号機に比べ、放電の間隔が短く、ほぼ、連続して放電しているように感じます。
　放電の様子から感じるのは、最大電圧は１号機が上で、発電の安定性は２号機が上ではないかということです。２号機の安定性は、装置の精度が良いことと、発電原理の違いからくるものだと考えられます。

　次回
　静電誘導発電機２号機は、ウイムスハースト静電発電機（Wimshurst electrostatic generator）と、ダイロッド静電発電機（dirod electrostatic generator）の特徴を併せ持っています。
　次回は、静電誘導発電機２号機タイプ２の発電原理を説明する前に、ウイムスハースト静電発電機（Wimshurst electrostatic generator）に関して、簡単に説明します。

2003/10/06 噴水
　
　写真は、噴水装置です。ペットボトルの先端にあるストローから、水が噴き出します。

　用意するもの
・ペットボトル
・ストロー
・接着剤（ストローやペットボトルのキャップを接着できるもの）

　作り方
・ストローの先端近くを火であぶって、柔らかくして引き伸ばし、細くなった部分で、切ります。この部分がノズルになります。
・ペットボトルのふたの部分にストローと同じ大きさの穴を開け、ストローを挿し込み、接着剤で固定します。ストローの下の部分がペットボトルの底に密着し過ぎない程度にします。また、接着剤で固定した部分から空気が漏れないようにしっかりと接着します。
これで、完成です。

　噴水
　ペットボトルに、２ｃｍ程度まで水を入れ、フタをします。
これにお湯をかけたり、お湯に浸けると、ストローから、水が噴き出します。
私の場合、２～３ｃｍ程度の高さまで、吹き上がりました。

2003/09/29 外観
　発生する高電圧により、感電や精密機器の誤動作が起きる可能性があります。万が一、問題が発生しても、責任は負いかねますので、自己責任でお願いします。

　静電誘導発電機２号機の外観は、アクリル製とということもあり、オブジェのように美しいものになりました。（笑）

　部品について
・モーター　マブチモーター　RE-280RAモーターセット
　モーターの他に、電池ボックスなどがセットになっており、便利です。
・モーターのプーリー　TAMIYA プーリーユニットセット
　セットの中から、径が２０mmのものを使用しました。これは、ベルトの最小径が１５mmであることから、選択しました。
・シャフト側のプーリー
　径は、約３０mmのものです。
・ベルト
　径は、２mmのものを使用しました。
・シャフト
　６mmのものを使用し、片側には、３mmのネジ穴があります。このネジの部分に、アクリルの円板を取り付けました。
・ベアリングホルダー
　ベアリングが２個入っているものです。この程度の機械に、これを使うのは、大げさなのですが、片持ちの構造であることから、精度を重視して、使用しました。
・アクリル円板　直径１５０mm、厚さ３mm
　構造次第ですが、厚さは、薄いほうが、出力電圧が高くなるかもしれません。
・アクリルの側板（ベアリング側）　２００mm×２００mm、厚さ５mm
　厚さは、５mm以上ないと、たわむと思います。
・アクリルの側板（表側）２００mm×２００mm、厚さ３mm
　こちらには、ブラシぐらいしか付けませんから、薄くても大丈夫です。
・アクリル棒　１０×１０mm棒
　２枚の側板の間に挟んでいます。
・ブラシ
　今回も、導電性のゴムを使用しています。
・その他
　アルミ板やアルミテープ、キッチンの油避けに使うアルミをコーティングした紙、ベアリング押さえや、スペーサーなど。

　特徴
・特徴としては、１号機が電荷を運ぶ物に棒を使っているのに対し、２号機はアルミの板、または、アルミテープを使用しています。写真の扇状の銀色の物体が、アルミ板です。２号機のタイプ１は、100円ショップのアルミ板で、裏に粘着部分があり、貼り付けるのが簡単でした。２号機のタイプ２は、より簡単に、アルミテープを貼り付けました。
・回転方向は、写真の方向から見ると、右回転（時計回り）です。これは、円板の中心に穴を開け、シャフトにネジ止めしただけの構造であるため、ネジが緩まない方向に回転するようにしました。
・アルミ板が付いた円板は、アクリルの板や棒に囲まれ、ほぼ、密閉された状態です。

　上記の写真は、製作中のものですが、この後、誘導子などを取り付けて、一応、完成しました。しかし、発電しません。
　原因は、電気を運ぶための扇状の板に使ったアルミ板（100円ショップで購入）が、表面加工してあるらしく、電気を通さないことにありました。表面を紙やすりで擦り、アルミをむき出しにしたのですが、それでも、発電しません。
　２号機（タイプ１）の静電誘導の方法は、自己流の新しい方法です。理論が間違っている可能性がありますので、このタイプの開発を一時中止し、ダイロッド静電誘導発電機を改良したタイプ（２号機タイプ２）を、最初に、製作することにしました。

　お知らせ
　玉振り発電機、静電誘導発電機のページに、参考文献や参考にしたホームページなどの情報を加えましたので、興味があれば、ご覧ください。
　次回は、小学生向けの、おもちゃの製作の予定です。場合によっては、２号機の火花の様子を速報として公開できるかもしれません。静電誘導発電機２号機タイプ２の製作は、次々回に続きます。

2003/09/22 静電誘導発電機２号機

　上記は、3DCADを使って設計した静電誘導発電機の外観です。
２号機は、様々な静電誘導発電機の実験ができるように、CADを使って、しっかりとした物を作りました。しかし、これは失敗かもしれません。部品代にお金が掛かりすぎました。掲示板で、ふぁい様から、教えていただいた書籍にある発電機のように、安上がりな構造を目指したほうが良かったと思います。
　最初から、不安なスタートですが、動力伝達部分を、ベアリングを用いて、しっかりとした構造にしていますので、１号機のような精度不足による不安定さは解消できていると思います。
　２号機の特徴は、円板の部分をアクリルで取り囲み、この部分をできるだけ、密閉しているところです。これは、１号機において、発電は、天気（おそらく、湿度）の影響や、汚れの影響を受けると考えられたことからの、一つの解決策です。密閉することで、汚れにくくし、また、乾燥剤を入れることにより、湿度を一定に保てないかと考えています。

2003/09/15 予告

　今回は、静電誘導発電機の記事をまとめて、アップしただけです。
現在、静電誘導発電機の２号機を製作中です。

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