静電気で反発した繊維

静電気

手を触れずにものを動かす
冬になるとバチバチする静電気はいやなものです。でも静電気は身近なところでいろいろな役に立っています。下敷きやプラスチックの定規をこすると紙切れを吸い付けたり、セーターを脱いだときに火花を飛ばす静電気とは何なのか、その正体を探ります。

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動く電気と動かない電気
静電気とは、その名のとおり動かない電気という意味です。乾電池に豆電球をつないでスイッチを入れると、電流が流れて電球が光ります。このとき、回路の中では電流の向きと反対の方向に電子が動いています。これに対して静電気は、電子の動きがありません。
物質はさまざまな種類の原子が組み合わさってできています。原子はさらに、プラスの電気を持った陽子と、マイナスの電気を持った電子とで構成されています。普通の状態では、原子が持つプラスの電気の量とマイナスの電気の量は同じになっていて、バランスがとれています。けれども物質同士をこすり合わせると、マイナスの電気を持つ電子が原子から離れて別の原子にくっつくことがあります。
物質の種類によって電子の離れやすさ、くっつきやすさに差があるため、二種類の物質をこすり合わせると一方の物質にたくさんの電子が集まり、マイナスの電気が多くなります。そうすると、もう一方の物質はマイナスの電気が少なくなった分、プラスの電気が多い状態になります。例えば布と下敷きをこすりあわせたときは、電子が離れやすい布から下敷きへ移動します。このように移動したプラスやマイナスの電気がたまった状態を帯電といいます。
つまり静電気とは、移動した電子が動かない状態になっている電気なのです。

二つの物質をこすり合わせて静電気が起こるしくみ

40静電気の性質
静電気は磁石のように、プラス同士、マイナス同士は反発し、プラスとマイナ

Let’s Research
静電 気でネオン管を点灯させてみよう。

スとでは引き付けあう性質を持っています。布でこすった下敷きが紙切れなどを引き付けるのは、下敷きにたまったマイナスの電気が、髪の毛や紙切れが持つプラスの電気を引き寄せるからです。また、冬にセーターを脱いだときに髪の毛が逆立つのは、人間の体にたまったマイナスの電気同士が反発しあうためです。
物質に静電気がたまると、電気が反発しあって物体の表面に広がります。この物質を他の物質に触れさせれば、電気はその物質にも広がろうとします。このとき、非常に多くの静電気がたまっていると、他の物質が近づいただけで電子が空中を飛び越えて移動してしまいます。これが放電で、冬場にセーターを脱いだときにパチッと音がするのは、放電がおきて火花が飛んでいるからです。
暗いところでは火花が見えることがあります。また雷も、雲の中で水蒸気や氷の粒がぶつかり合ってできた静電気が、雲と雲、雲と地上の間で放電したものです。

反発する静電気、引き寄せあう静電気

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離れている電気も動かす
静電気にはもう一つ、離れた場所にある離れた物質を動かす静電誘導のしくみ物質の電気を動かす性質があります。ある物質にプラスの電気を近づけると、物質のこちら側にはマイナスの電気が集まります。このとき物質の反対側には、プラスの電気が集まっています。このような性質を静電誘導と呼んでいます。
布でこすったプラスチックの定規を蛇口から細く流れ落ちる水に近づけると水が曲がりますが、このときに静電誘導が起きています。
この力を利用することで、手をふれずにものを動かすことができます。

あちこちで使われている静電気
あまり人の役に立ちそうにない静電気ですが、実は私たちの身の回りのさまざまな場面に使われています。例えば学校やコンビニエンスストアなどに置かれているコピー機やパソコンで印刷をするレーザープリンタは、トナーと呼ばれる小さな粒状になったインクを使って文字や画像を描いています。機械の中にある円筒の表面に静電気で文字や絵の形を描いてトナーを近づけると、その部分にだけトナーがくっつきます。円筒を回転させて紙に押し付けて、画像を紙に移として熱を加えると、トナーが融けて紙からはなれなくなるのです。

コピー機のしくみ42自動車の内装材や家具を作る工場では、静電気を使って塗装をしています。
粉状の塗料に静電気をかけて、塗りたいものには反対の種類の静電気をかけてやれば、静電気の力で粉が塗りたい物の表面にくっつきます。あとはトナーと同じように、熱を加えて固めています。

Let’s Research
静電 誘 導を利用したタッチパネルのしくみを調べよう。

この方法ならはけが使えない細かい部分や、スプレーが届かない裏側の部分にも一度に塗装できます。しかも塗料の無駄が少なく均一に塗れる利点があります。皆さんが学校で使っている机や椅子なども、ほとんどこの方法で塗装されています。同じしくみは、パン工場で焼き型に油を塗るためにも使われています。
また、家庭にあるエアコンや空気清浄機にも、静電気が使われています。フィルタの網目を素通りしてしまうような小さなホコリや花粉も、静電気を使うことで吸い付けて取り除くことができます。同じしくみは工場などから排出される煙やススに含まれる有害な物質の除去装置や、身近なところではほこりを吸い付けるブラシなどにも使われています。

高圧電源で静電気を発生させる
高津区にあるグリーンテクノは、静電気を発生するための高電圧電源を作っている日本で代表的な会社です。静電気には、電圧は高いけれど電流は小さいという特徴があります。例えば、セーターを脱いで火花が飛んだときの電圧は約 3,000V にも達しています。それなのに人間が触るとチクッとする程度です
むのは、流れる電流がごく小さいためです。
同社が開発した小型高電圧電源装置は、最大電圧 10 万 V を発生しますが、電流は 80 μ A（マイクロアンペア、1 μ A は 1/1,000,000A）と小さいので安全性が高いのが特徴です。

グリーンテクノの高圧電源装置

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静電気のハイテク応用
同社の電源装置はさまざまな用途に使われています。変わったところではナノファイバーと呼ばれる非常に細い合成繊維の製造があります。ナイロンなどの合成繊維は高温で溶けた原料の液体を小さなノズルから押し出すことで糸にしています。このとき圧力をかけて押し出すのではなく、静電気を使って材料を引き出すことで、直径が１～ 100nm（ナノメートル、1nm は 1/1,000,000mm）という細い繊維を作ることが出来ます。皆さんの髪の毛の太さは約 0.05mmと比べて、ナノファイバーがいかに細い糸かということが、静電選別装置

分かります。
こうして作られたナノファイバーは、宇宙開発や医療用の素材、水や空気を浄化するフィルタなどの用途で使われています。このほか、ピンセットなどでは触ることが難しい生物の細胞内にある DNA の操作にも、静電気が利用されています。
身近なところでは現在、細かく砕いたペットボトルの破片に混ざったラベルを分別する装置の開発を、芝浦工業大学と共同で進めています。この装置は静電気を使って対象物を帯電させて、帯電のしやすさによって材質を分別しています。

コラム

静電気で起こした人工雷でキノコ増産

これは静電気そのものではありませんが、静電気で起その原理はまだ解明されていないものの、実際に 5 万こした人工の雷をキノコの菌を植えたホダ木や菌床にあV の人工雷を使うことで、1.5 ～ 2.5 倍の収穫が得られてて、収穫を増やす研究が進んでいます。もともと全国に、ている例があります。今後研究が進めば、他の農作物へ「雷が鳴るとキノコが育つ」という言い伝えがありました。の応用も可能になるかもしれません。

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静電気の応用で宇宙を進んだ「はやぶさ」
2010 年に 7 年に及ぶ小惑星探査のミッションを終えて地球に帰還した小惑
星探査機「はやぶさ」に搭載されているイオンエンジンも、静電気の応用技術の一種です。ロケットの打ち上げに使用するエンジンは、液体や固体の燃料を燃やしたときに発生するガスを噴射して、その反作用を推進力にしています。それに対してイオンエンジンは、イオン化したガスが静電気によって加速する力を推進力にしています。イオンエンジンの推進力はとても小さいため、大きな力が必要な打ち上げには使えません。けれども、静電気を作るエネルギーは小さくてすむため、太陽電池と噴射用のガスがあれば、長時間噴射ができる特長があります。

イラスト：池下章裕

画像提供 JAXA

イオンエンジンのしくみ

インタビュー

惑星探査機「はやぶさ」

他社にはない技術で日本一に株式会社グリーンテクノ
取締役 開発部長
山本 雅洋さん株式会社グリーンテクノ
取締役 開発営業部次長
情野 正裕さん

以前はセメントメーカーで、空中にとんだ粉を集め子どもの頃からプラモデル作りが好きで、以前は携

しゅうじんきる集 塵機を開発していました。そのときに装置の試作帯電話などを大量生産する前に１個だけ実物と同じ大を依頼したのが縁で、グリーンテクノに移ってきました。

きさの模型を作る「試作造形」の仕事をしていました。

静電気を除去する装置を作る会社はたくさんあります

この会社に入るまでは静電気を専門に学んだことはな

が、静電気を作る装置は当社だけで、日本一の実績をかったのですが、企業の依頼にあわせて機器を作ると持っています。静電気でいろいろなことができるといころなどに、いままでの経験も生きています。いろいうことをもっと世の中に知ってもらいたいですね。

ろな機械を１点ずつ、ゼロから作りあげるのは楽しいですね。

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株式会社グリーンテクノ
場所：〒 213-0023

川崎市高津区子母口 438

http://www.greentechno.co.jp
問い合わせ先：044(755)2431

More Information
静電気大学（株式会社キーエンス）

http://www.keyence.co.jp/req/h/at0kapo/show.jsp
静電気の基礎知識や除電について調べて見よう。
小惑星探査機「はやぶさ」物語（JAXA）

http://spaceinfo.jaxa.jp/hayabusa/index.html
http://spaceinfo.jaxa.jp/hayabusa/about/principle2.html
はやぶさに搭載されたイオンエンジンについて調べてみよう。
静電気で遊ぼう－静電気の工作・実験－（JAXA）

http://edu.jaxa.jp/materialDB/detail.php?material_id=78944
静電気を使った実験を紹介しています。

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帯電、荷電、放電、誘電、除電、アース、避雷針、シールド、絶縁体

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