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2014/01/28

エレクトレット自作リベンジ

エレクトレットとは電石とも言い 静電場を持っている物体です。
天然の蝋やプラスチックが常に電気を帯びているような状態にできるのです。
コンデンサとは違います。コンデンサは実際では充電しても徐々に電気を失います。エレクトレットの根本原理はまだわかっていません。
しかし、ショートさせると一瞬で電気がなくなり、ショートを解除するとだんだんまた帯電してゆきます。
事実インターネットの動画ではアルミホイルにくるんで保管されていますが、使うときはちゃんと電荷が出ます。
電池とは違います。電池のように連続して電流をだすことは出来ません。
どろどろに溶かした絶縁体を冷ましながら高電圧をかけてつくります。
わざわざそういう変なものを作るのには訳があるのですが、お察しを。

えー、このたび、簡単にエレクトレットを作る方法ができました。
それで、数週間してエレクトレットの性質が残っていれば成功です。
そうしたら詳細をアップします。

フィルムコンデンサと半田こて、トランスと電池と高耐圧ダイオードを用意します。

トランスの巻き線の一方の端子と高耐圧ダイオードのアノードと電池のマイナスをつなぎます。 <<訂正しました。すみません。
ダイオードのカソードの方にフィルムコンデンサの片方の端子をつなぎます。
もう片方のフィルムコンデンサの端子は、ダイオードのつながっていないトランスの同じ巻き線の端子につなぎます。
そこにはもうひとつ、クリップ導線を繋げます。
おわかりの通り電子科で習いそうな逆起電力の実験で高圧を発生させコンデンサにチャージします。

フィルムコンデンサの足に半田こてをあてて、半田を盛り、
え?大丈夫?というくらいにフィルムコンデンサ全体を加熱します。
絶対に触れないぐらいに熱く。

半田こてを離し、ただちにトランスにつながっているクリップ導線で2、3回電池のプラス端子をタップします。
大きな電気火花が出たらフィルムコンデンサに高電圧がたまった証拠です。

ゆっくりフィルムコンデンサを室温まで冷却します。これでエレクトレットが出来ました。
エレクトレットを作る回路

実験に使ったのは、
単3電池4本
TOYOZUMI HT241 100V - 24V ダウントランスの24V側 絶縁耐圧が1500Vあるのでこの程度の実験には耐えます。
ダイオード 1N4007 三直列
そしてエレクトレットになったのが フィルムコンデンサ ジャンク品 154K 耐圧50ボルト です。
じつは耐圧の6倍の300Vを加えていたりします。

しかも今までにないぐらいの高容量です。
今までのエレクトレットは一枚のフィルムでしたがフィルムコンデンサはなかでぐるぐる巻いてあるので
これが一気にエレクトレットになるとすごいです。
電気を放電してもしばらく端子を開放したまま放っておくと、
電気がたまり、デジタルテスターをつなぐとすぐにレンジ切り替えが起こったりするぐらいになります。
特別な静電気検知機(イオンメーターともいう)で無くとも、はっきりチャージが観測できます。
追記:テスターでフィルムコンデンサの電圧を測定し完全に冷却されるまで電池に導線クリップをタップし続けて一定の電圧に保つと
更に出力が増えるようです。
追記:9V電池4本直列程度でもエレクトレットになるかも(本当は数週間観測する必要がある)と思えば、トランスの100Vのほうの巻き線でかなり高圧をかけても壊れません。いったい何ボルトで作るのがベストなの?

フィルムコンデンサでエレクトレットになりやすいというのはノイズが多いといって嫌われると思います。
なので高級品より安物、古いものの類ならおそらくエレクトレットにしやすいと思います。
この点スチロールコンデンサがいちばん良さそうですが、とっても脆そうなのでやめておきます。

このエレクトレットは、疲れるという現象を起こすことがあるようです。分極が反転したりとても少なくなります。
そのようなときは、端子の間をアルコールを含ませたティッシュで拭いて休憩させましょう。
指の油の洩れ電流でもなにか悪影響がありそうです。
そうでなくてもかけた電圧の割には帯電は4Vもいきません。

このフィルムコンデンサーエレクトレットの検証には、デジタルテスターが必要です。
デジタルテスターでないと、すぐに分極が失われ、まともに測定できません・・・

そういうことで回路にエレクトレットを組み込んでみるとあれ?まったくパワー無し。
何とショットキーダイオードの「逆」電流で帯電がなくなる。
さらに順方向で流すのは最悪で反対の極性に帯電しては、エレクトレットをショートして電位をリセットしてもなかなか復活しない。
それでいて一日放っておくといつの間に帯電している、という、なんか使えないやつです。
何か追記しましたが消しました。すみません。放っておくといつの間に帯電している感じなので、
うまく電気を取り出せず、ノイズを拾って出力が出たと勘違いしていたようです。

2014年3月25日追記
このフィルムコンデンサーエレクトレットの分極を目に見えるぐらいまで早くする方法が見つかりました。
それは・・本体を指でつまむことです。電極ではありません。
テスターの数値が勢い良く上がってゆきます。
これは製造時に電圧がかかった方向に上がってゆきます。
もう一つは、フィルムコンデンサーエレクトレットにアルミホイルを密着するようにぐるっと巻くことです。
このとき、海苔巻きのように巻きます。コンデンサーの電極と直角方向、アルミホイルで囲んだところに何かが流れることでエネルギーが出る?
製造時に電圧がかかった方向の逆に電圧が上がってゆきます。よくわからない、不思議なことが起きています。
もし、分極がなくなってきたらちょっと摘んであげます。摘んだ瞬間だけ製造時の電圧の方向に帯電しますが
すぐに逆方向になってゆきます。しかししばらくすると帯電がなくなるようです。
というわけなので、単につまむのが一番いいです。

追記:ネットを探ると大学の論文、理化学研究所のニュースが出てきました。それらによると、
アクリルやエレクトレット発見のころの材質、カルナウバ蝋は、
エレクトレットにしてから数日で静電気がなくなります。
ところがそのあと逆方向に静電気がだんだん生じてやがて安定状態になるそうです。
充電したばかりの電荷は、充電電圧にたいして逆方向で分子が直列にした電池のようになっておりヘテロ電荷、安定状態の電荷は、充電電圧と同じ方向で全体がひとつの電池のようになっておりホモ電荷といわれます。専門用語です。
塩ビをエレクトレットにしてもこの現象は起こりません。
このことがあまりに知られていないことが、エレクトレットを自分で作る人の出てこない理由なのかも知れません。
また、エレクトレットは熱に弱く検流計をつないだまま熱くすると分子のエネルギー状態が変わるときにぷちっと電流が流れ、
エレクトレットの持続的な帯電がなくなってしまいます。これは電子が熱によって躍りだすかららしいです。

追記:10μF 250V耐圧の「フィルムコンデンサ」を手に入れました。ケミコンではありません。大電力用で、滅多にないというけれど
なぜか若松やマルツの通販でも売っているものです。
これをエレクトレットにして、より大きな力を取り出したいと思います。
とおもってやってみたのですが、加熱が足りずに数ヶ月でパワーを失いました。残念。

追記:このエレクトレットフィルムコンデンサはこのままでも実用的な用途がかんがえられます。
A/Dコンバーターなどのサンプルホールド回路です。ある一瞬の入力電圧を覚える回路です。
ピークホールド回路、入力電圧の最大値を覚える回路にも使えます。
これらはたった一個のコンデンサが性能を左右するのですが、
劇的な性能向上が望めるでしょう。

[[[追試求む]]] 追試できたらコメントください。ええ。ちょっと手応えがあるもので。
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