JP3311988B2 - 静電高圧発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、理科教育等に用い
られる静電高圧発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は教育用に用いられている静電高圧
発生装置（剥離帯電方式）の概略を示す図である。ロー
ラーＲ１とローラーＲ２の間に絶縁性のベルト（例え
ば、ゴムでできたベルト）が掛け回されており、ローラ
ーＲ２はモータＭにより回転駆動される。ローラーＲ２
はアクリルで形成されており、モータＭによりローラー
Ｒ２を回転させるとベルトＢのローラーＲ２の部分（図
示左側の部分）が負に帯電する。一方、ローラーＲ１の
表面にはコロジオンＣが塗布されているため、ベルトＢ
はローラーＲ１の部分（図示右側）で正に帯電する。

【０００３】ベルトＢの負に帯電した部分はベルトＢの
移動と共に上方に移動し、ベルトＢ上の負電荷はローラ
ーＲ１に接近して設けられた集電極板４１により集電さ
れ、電極球４３に移動してその表面に分布する。一方、
ローラーＲ１の部分で正に帯電した部分は下方に移動
し、ローラーＲ２に接近して設けられた集電極板４２
（接地されている）からの負電荷によって中和される。
なお、集電極板４２はアースされている。

【０００４】このような静電高圧発生装置で発生させた
静電気を用いて様々な実験が行われる。図６（ａ）はそ
の一例を示したものである。６０は図５に示した静電高
圧発生装置、６２はアース球であり、負に帯電している
電極球４３とアース球６２との間には図に示すような電
気力線Ｅが形成される。この電極球４３とアース球６２
の間で、例えば、負に帯電させたシャボン玉６１を作る
と、電気力線Ｅに沿うようにアース球６２方向へ移動す
るのが観察される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気力
線Ｅが実際に見えるわけではなく、また、教科書等では
図６（ｂ）のような図とともに「電気力線は正電荷から
負電荷へ」のように表現されているため、負に帯電され
た電極球４３とアース球６２との間をシャボン玉６１が
移動するのを観察しても、正電荷と負電荷との間に形成
された電気力線に沿って移動しているのだということを
イメージし難く、電気力線の概念を理解し難いという欠
点があった。

【０００６】本発明の目的は、理科教育実験において、
電気現象における正電荷と負電荷という概念を理解させ
やすい静電高圧発生装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明の実施の形態を示す
図１，２に対応付けて説明すると、 （１）請求項１の発明は、同期して回転する第１および
第２のローラーＲ２１，Ｒ２２に掛け回された絶縁性ベ
ルトＢ２に発生する負電荷を集電して第１の電極球２１
に導く負電荷発生部２と、同期して回転する第３および
第４のローラーＲ３１，Ｒ３２に掛け回された絶縁性ベ
ルトＢ３に発生する正電荷を集電して第２の電極球３１
に導く正電荷発生部３と、第１の電極球２１の電位と第
２の電極球３１の電位との中間の電位に保たれ、負電荷
発生部２の絶縁性ベルトＢ２に発生する正電荷および正
電荷発生部３の絶縁性ベルトＢ３に発生する負電荷を集
電する集電装置２３，３３とを備えて上述の目的を達成
する。 （２）請求項２の発明は、請求項１に記載の静電高圧発
生装置において、電極球２１に対して電極球３１を移動
可能に設けて、２つの電極球２１，３１間の距離Ｌを可
変とした。

【０００８】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が発明の実施の形態に限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図４を参照して本発
明の実施の形態を説明する。図１〜３は本発明による静
電高圧発生装置１の一実施の形態を示したものであり、
図１は静電高圧発生装置１の概略構成を示す斜視図、図
２は装置１を正面から見た断面図であり、図３は図２の
Ｄ側から見た断面図である。なお、図５と同様の部分に
は同一符号を付した。２は負電荷が帯電する電極球２１
を備える負電荷発生部であり、３は正電荷が帯電する電
極球３１を備える正電荷発生部である。負電荷発生部２
は樹脂等の絶縁体で形成された筐体５に固定されてい
る。

【００１０】一方、正電荷発生部３は図２に示すように
筐体５内を図示左右方向に移動可能な移動体１５に設け
られており、移動体１５の移動により正電荷発生部３は
筐体５の長孔部５ａを矢印Ａで示すように移動可能とす
ることができる。移動の範囲としては電極球２１と電極
球３１との間隔Ｌが５０〜５５０ｍｍ程度となるように
設定され、正電荷発生部３を所定位置に位置決めした後
に鍔状部６に設けられた固定治具４（本実施の形態で
は、ビスが用いられている）を用いて位置固定がなされ
る。なお、正電荷発生部３を移動させる際には、固定治
具４を緩めて適宜移動させる。

【００１１】負電荷発生部２は図５に示す装置とほぼ同
様の構造を有しており、図２に示すようにモータＭ２側
にアクリル製のローラーＲ２２が、電極球２１側にコロ
ジオンＣが塗布されたローラーＲ２１がそれぞれ設けら
れ、ローラーＲ２１およびＲ２２間は絶縁性のベルトＢ
２（例えば、絶縁性のゴムで形成されたベルト）が掛け
回されている。ローラーＲ２１をモータＭ２で１２００
〜１５００ｒｐｍ程度の早さで回転させると、図５に示
した装置と同様にベルトＢ２が負および正に帯電し、負
電荷は集電極板２２により集電されて電極球２１に運ば
れ、正に帯電した部分は集電極板２３によって中和され
る。ＦはモータＭ２の軸に取り付けられたファンであ
り、モータＭ２で暖められた空気をローラーＲ２２に送
風してローラーＲ２２を乾燥させ、静電気が発生しやす
いようにする。

【００１２】一方、正電荷発生部３においては、モータ
Ｍ３側にコロジオンＣが塗布されたローラーＲ３１が設
けられ、電極球３１側にはアクリル製のローラーＲ３２
が設けられる。モータＭ３は移動体１５に固定され、負
電荷発生部２と同様にファンＦが取り付けられる。１０
は移動体１５に設けられた車輪であり、７は車輪１０の
ガイド、８は移動体１５の右方向の移動範囲を制限する
ストッパーである。なお、移動体１５の左方向の移動範
囲は鍔状部６が筐体５に当接することによって制限され
る。

【００１３】図３に示すように、正電荷発生部３のモー
タＭ３（図２参照）を駆動してローラーＲ３１を回転さ
せると、ローラーＲ３１部分（図示左側）のベルトＢ３
が正に帯電し、電極球３１側のローラーＲ３２部分（図
示右側）のベルトＢ３が負に帯電する。ベルトＢ３の正
に帯電した部分はベルトＢ３の移動と共に上方に移動
し、集電極板３２を介して電極球３１から電子がベルト
Ｂに移動することによって、すなわち図のように電流ｉ
が流れて中和される。一方、ローラーＲ３２部分のベル
トＢ３に生じた負の帯電部分はベルトＢ３の移動と共に
下方に移動し、集電極板３３により負電荷が取り去られ
る。

【００１４】集電極板３３は負電荷発生部２の集電極板
２３（図２）と共にアース端子９に接続されており、こ
のアース端子９は、アース球１２（図１参照）に接続さ
れる。集電極板２３と集電極板３３とは同電位となるた
め、集電極板２３と集電極板３３との間の電圧は図５の
装置で発生する電圧の２倍程度になり、従来より大きな
電位差が得られる。

【００１５】なお、図３に示すように、断面形状がコの
字形になっている鍔状部６のくぼみ部分に筐体５が入り
込んでおり、固定治具４をねじ込むことにより正電荷発
生部３の位置固定がなされる。なお、図１においてＳＷ
はモータＭ２，Ｍ３のオンオフスイッチであり、電源ラ
イン１１によりモータＭ２，Ｍ３に電力が供給される。

【００１６】本実施の形態の静電高圧発生装置によれ
ば、正負の電荷を同時に発生させることができると共
に、従来より大きな電位差が得られる。そのため、図４
に示すように本実施の形態の静電高圧発生装置を用いて
図６と同様の実験を行う場合、電極球２１に発生する電
荷と電極球３１に発生する電荷とが逆符号であることを
予め示した後にシャボン玉６１の実験を行う。このよう
に電極球２１，３１に発生する電荷の極性を確認してお
けば、電極球２１，３１の間をシャボン玉６１が移動す
るのを観察することにより、正電荷から負電荷へと発生
する電気力線の概念を容易に理解することができる。

【００１７】なお、電荷が逆符号であることを確かめる
方法としては、例えば、コルク球に墨汁等の導電塗料を
塗布した電気ふりこを２つ用意し、一方を電極球２１に
接触させて負に帯電させ、他方を電極球３１に接触させ
て正に帯電させ、この帯電した２つのコルク球が引き合
うことを確かめればよい。また、電極球２１，３１間に
発生する電圧は図６の場合のほぼ２倍となるため、電場
の大きさも２倍程度となり現象がより顕著になるという
利点がある。

【００１８】また、集塵実験や静電誘導の実験等を行う
際に、正電荷による効果と負電荷による効果とを両極を
比較しながら同時に行うことが可能となる。さらに、正
電荷発生部３を移動可能として電極球２１，３１間の距
離Ｌを変えられるように構成したので、例えば放電実験
を行うような場合には、電荷を発生させているときには
電極球２１，３１間距離を大きくしておき、その後、距
離Ｌを徐々に小さくして放電を行わせることが可能とな
る。また、様々な実験に応じて電極球間距離を変えるこ
とができる。

【００１９】上述した実施の形態と特許請求の範囲との
対応において、ローラーＲ２１は第１のローラーを、ロ
ーラーＲ２２は第２のローラーを、ローラーＲ３１は第
３のローラーを、ローラーＲ３２は第４のローラーを、
電極球２１は第１の電極球を、電極球３１は第２の電極
球を、集電極板２３および３３は集電装置をそれぞれ構
成する。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の電極球に負電荷を、第２の電極球に正電荷をそれ
ぞれ同時に帯電させることができるため、負電荷および
正電荷を用いた実験を同時に行うことができ、電気現象
における正電荷および負電荷という概念を理解させやす
い。さらに、第１および第２の電極球間の電圧が従来の
ほぼ２倍となるため、実験の効果がより顕著となり観察
がしやすくなる。また、請求項２の発明では、第１の電
極球と第２の電極球との距離を変えることができるた
め、放電実験等がやりやすくなると共に様々な実験に対
応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電高圧発生装置の一実施の形態
を示す図。

【図２】図１に示す静電高圧発生装置の断面図。

【図３】図２のＤ方向から見た断面図。

【図４】本実施の形態の静電高圧発生装置を用いた実験
例を示す図。

【図５】従来の静電高圧発生装置を示す図。

【図６】図６の装置を用いた実験例を示す図であり、
（ａ）は第１の実験例、（ｂ）は第２の実験例。

【符号の説明】

１ 静電高圧発生装置 ２ 負電荷発生部 ３ 正電荷発生部 ４ 固定治具 ５ 筐体 ９ アース端子 １５ 移動体 ２１，３１ 電極球 ２２，２３，３２，３３ 集電極板 Ｂ２，Ｂ３ ベルト Ｆ ファン Ｍ２，Ｍ３ モータ Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２ ローラー

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期して回転する第１および第２のロー
   ラーに掛け回された絶縁性ベルトに発生する負電荷を集
   電して第１の電極球に導く負電荷発生部と、 同期して回転する第３および第４のローラーに掛け回さ
   れた絶縁性ベルトに発生する正電荷を集電して第２の電
   極球に導く正電荷発生部と、 前記第１の電極球の電位と前記第２の電極球の電位との
   中間の電位に保たれ、前記負電荷発生部の絶縁性ベルト
   に発生する正電荷および前記正電荷発生部の絶縁性ベル
   トに発生する負電荷を集電する集電装置とを備えること
   を特徴とする静電高圧発生装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の静電高圧発生装置にお
   いて、前記第１または第２の電極球のいずれか一方を他
   方の電極球に対して移動可能に設けて、前記２つの電極
   球間の距離を可変としたこと特徴とする静電高圧発生装
   置。