静電気モーター（フランクリンモーター）を安全・安価・安定に作製

安全・安価・安定な静電気モーター

☆静電気モーターは難しさと面白さがあります

　電磁気力で動くモーターも難しいのですが、静電気のモーターは更に難しいような気がします。
静電気が十分に用意できるかどうかも微妙で、電磁気モーターよりもパワーが小さいことも難しい原因だと思います。
　一方、「静電気は短時間で放電して終わり」というはかないイメージを変える衝撃もあります。静電気で回転が得られるならば、静電気を生活に利用できるのではないかという、「ロマン」も生まれてきます。

　そこで、安定に回るように製作時の部品点数を減らし、「単純化」をはかることによって「安価・安定・安全」に回るモーターを考えてみました。

◎安価　・・・　コンデンサーを安価に：　二重プラスチックコップ　→　アルミホイル２枚とビニル袋

◎安定　・・・　電極とローターの距離を微調整できる

◎安全　・・・　軸をシャープ芯にすることでケガ防止

塩ビ管とキッチンペーパーで静電気を送ります。

☆回るかどうかのポイント（安価・安定・安全に解決）

　回る原動力は、静電気を発生させているところ（塩ビ管）から、地面に電荷が移動するエネルギーを回転運動に変えているようです。（参考文献１）

　この電荷の移動がきちんと行われることが前提です。そこで、安定に回るための3つのポイントについて考えてます。

（１）静電気が十分に発生し、アースがとれていること　　　

　本実践では、塩ビ管をクッキングペーパーでこする方法で発生させていますが、クッキングペーパーも何回も使っていると、あまりよくありません。うまくいかないときは、クッキングペーパーを思い切って新品を使いましょう。

　静電気が十分に連続供給できれば、コンデンサーはいらないようですが、やはり手放しで回っている様子を観察したいものです。長い間回すためには、コンデンサーの部分でしっかり静電気がたまっていることが大事です。

　そこで、プラスチックコップを2層に重ねたコンデンサーをよく見かけますが、今回は単純化を図っているので、コンデンサーの基本である「平行平板コンデンサー」を使います。
　アルミ箔とビニル袋の切れ端をサンドイッチにして作るので、大変安価です。大きさを自由に変えられるので、実験する季節に応じて最低限の容量が選べ、万一の感電時にもある程度の安全が保たれます。また、アースの面積も広くとれるので安定に電化が移動します。

　

（２）電極とローターの距離が適切であること

　　ここが電荷を移動させる最も電気的な抵抗の高い部分でしょう。近いほどよいはずですが、ローターが揺れながら回ると、電極に当たり、摩擦になってしまいます。
　　電極とローターの距離が安定に回るための大事な条件になります。
　　そこで、ローターのかたちと距離にあわせやすい電極として、台所用アルミテープを使います。

（３）ローターと受け軸の摩擦が少ないこと

　　ローターの中心に裁縫のスナップを使うアイデア（参考文献２）をお借りしています。スナップの穴はアルミテープでふさぎます。

　　また、多くのスナップは、真鍮などの非鉄金属でできているので、穴を半田付けでふさぐこともできます。（この方がきれい）

　　次に、回転軸の材料ですが、上向きに固定した画鋲やとがった鉛筆を見かけます。今回はほんの少し安全を考慮し、とがらせたシャープペンシルの芯約2cmと消しゴムの組み合わせを使います。（シャープペンシルの芯もとがって危ないのですが、折れやすいのでけがの確率も減ります）
　

☆各部品と組み立て方　
　　　

◎ローター（回転する部分）　（参考文献（１）（２）より）

プラスチックコップの底の部分をはさみで切り取りローターとします。
多くのプラスチックコップには、底を補強するために8カ所突起があります。この部分を目安に、5cm×1cm幅のアルミテープを写真のように8カ所貼り付けていきます。（この部分に順次電荷がたまり電極との反発力で回転します（参考文献２）
底の中心に2mmの穴を開け、スナップの凸を取り付け、穴をアルミテープでふさぎます。下記の設計図にあるようにアルミテープの糊の面が軸に接しないように工夫します。

　　　アルミテープを5カ所までつけた様子

◎電極

幅5cmのアルミテープをローターとコンデンサーとの距離に応じた長さで切ります。
糊の面が内側になるように長さ方向に半分に折り、さらにもう一度折ります。（幅が1.25cmの電極になります）

◎コンデンサー

10cm四方にビニル袋を１枚切り取って、9cm四方のアルミホイルで「サンドイッチ」しました。
ビニル袋は穴があいていなければどんな物でも使えると思います。

◎軸

シャープペンシルの芯を消しゴムに刺してつくります。（消しゴムを粗末にするなと怒られそうですが）
シャープペンシルの芯を少し削ってとがらせると消しゴムに入りやすく、軸受けとの摩擦も少ないようです。

◎全体設計図（断面図）

　

　

◎完成写真

　回ると→

　

☆その他

静電気がしっかり充電されていると、平行平板コンデンサのアルミ箔とビニル袋が、ぴったり机にくっついています。静電気の力を実感できます。
実験終了後、静電気を放電させて充電を取り除いた後、アルミ箔とビニル袋を机からはがしても、アルミ箔とビニル袋がぴったりくっついています。剥がすまで中が見えない「親展はがき」を思い出させます。
モーターを片付けたり、調整したりするときは、必ず電極同士を別のアルミテープなどでショートさせ、たまっている静電気を放電させてください。
（このページのコンデンサーの放電ぐらいでは、それほど大きな電気ショックはありませんが、びっくりした事による二次的なケガが心配です）

☆参考文献

１）　電気通信大学同窓会「目黒会」
http://www.megrokai.or.jp/megurokai/houkoku/kousaku/motor/franklinmotor.html

２）　電気通信大学同窓会「目黒会」工作教室
http://www.megrokai.or.jp/megurokai/houkoku/kousaku/motor/franklinmotor.PDF

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