実験レポート
静電界中に置かれた誘電体の回転
西 山 宗 弘 清 水 広 行
ま え が き
電界中における誘電体の回転現象は，電界のもつエネル ギーが電磁界のそれと比べてはるかに少なく，エネルギー 利用の観点では，自ずと限界がある。しかし，この回転現 象は，電圧に対する応答性がよいという利点をもってお
り，電圧判別や微少トルクのサーボモ一円タとしての応用面 が考えられ，また構造上簡単な装置で回転が得られる利点
もある。
筆者らは，静電界におけるこの現象について資料を得る ための実験と検討を行なってきたが，そのあらましをここ に述べる。
実 験
電極間に円筒形回転子をおき直流電圧を印加する。電極 と回転子との間隙および回転子の誘電率をε1，ε2導電率 をσ1，σ2とすると，回転子表面には
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に従って，正，零，負の蓄積電荷を生じ，この電荷と電界 との間に反棲力，中立，吸引力が作用し，回転子に機械的 または電気的アンバランスがあると回転子は自動的に回転 する。
σ／εは印加電圧，温度などの関数であるので，それを変 化させてトルクの大きさと方向を変えることができる。
回転子が回転中に電極闇を流れる電流1は静止の時に流 れる電流loより大きく，したがってAI＝1−10，印加電 圧をVとするとPo＝Vdlは，近似的に回転によって放出 されるエネルギーを表わす。Pi＝Vlは装置の入力を意 味するからP・／Pi嵩ηを考えればこれは回転エネルギー に変換される入力の割合を示すことになる。
筆者らは，ηの大きさを求めるため，媒質の種類，電極 構成，回転子の種類など変化し第1図の装置で実験した。
直流電源はケノトロンとコンデンサとで得た。なおこの装 置では自起動しないので，回転子を動かして起動した。電 極間隔はいずれも12mmである。
回転子の周囲の媒質は適度な導電率をもつ液体または気 体でよいが，入手し易く，扱い易いので主としてキシレン またはベンゼンにエチルアルコールを混入して使用した。
実験結果の概要を次に示す。
1，媒質としてキシレンあるいはベンゼン（いずれもエチ ルアルコールを混入し，導電性を持たせたもの）を使用 するとよく回転し，酪酸や，液状パルミチン酸でも回転 数は少なくなるが安定な回転が得られた。使い古した絶 縁脳中でもゆっくりと回転が持続した。
2．回転子を変化した場合の特性を第2図に示す。媒質は アルコール混入キシレン電極は平板対平板（24．5mmx 160mm×1mm）を使用した。回転子を第1表，特性の 実測値を第2表に示す。
中空ガラス棒に導体を入れた場合，回転は広い電圧範 囲で安定し，回転数，η共に他の回転子の場合より大で 印加電圧の上昇に対して直線的に増加する。これに対し てガラスのみの回転子では，回転数，η共に直線からず れ，飽和のきざしを見せてくる。
電極に面した回転子の表面に電荷が蓄積され，180。回 即してその電荷を放出するが，この蓄積および放出に要 する時間が電極前面通過時間に比べて短い閲は回転数が 増加し，等しいところでほぼ最：大になるものと思われ る。
3，電極構成による特性を第3図に示す。媒質はアルコー ル混入キシレン，回転子は安定な回転が得られるアルミ 箔を内張りした中空ガラス棒である。
棒4極については回転子の周囲を4等分した位置に配 辞し，対角線上の二つの電極を同電位とした。
第3図では，棒よりも平板の方が回転数は大きい傾向 にあるが，ηには一定の傾向が見られない。そこで電気 力線が回転子に有効に作用するように電極の幅を10mm にして測定すると，回転数，ηとも大きな値が得られ た。それを第3図に鎖線で示し，実測値を第2表※印で 示した。回転数は増し，ηは40〜50％を得たが，このη の値は電極の形状や配置を考慮すればさらに大になり得 ると思う。
4．回転は媒質の導電率が大き過ぎても小さ過ぎても起こ らないのでその特性を求めるため，第3図に示す装置を つくり測定した。この装置では軸受けの部分に計器の指 針の軸受け（ピボットなど）を使用して，回転部の摩擦を 少なくした結果，自起動したが，その方向は一一定しない。
電流Ioと回転数nを電圧をパラメータにしてプロッ トしたのが第5図である。電流はキシレンに混入する 一235一
津山高専紀要（第2巻 第2号）
エチルアルコールの量を変えることで変化させたが，明 らかに回転数は極大値を有し，その立ち上り部分ではn は大きく変化することがわかる。
本実験を行なうに当って，卒業研究として実験に当られ た本校学生下西二郎君（現東芝勤務）に感謝します。
あ と が き
静電界中のこれらの回転の機構は文献（2）（5）にも明らかで あるが，その特性についての文献は比較的少ない。前述し たように電界のもつエネルギーは電磁界のもつエネルギー に比べてはるかに少ないが筆者らの実験中にも電圧に対し て回転数が直線的に変化したり，また高速回転中に急に逆 転する場合や，起軌停止を急激に行なう場合も確認でき た。高電圧を必要とするのが難点の一つであるが，装置や 条件を整えて諸特性を明らかにすることは興味深く思われ
る。
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参 考 文 止
別元・・応物25，170（1956）
安宅，野村：電学誌79，277（昭34）
野村，本田：電学誌82，802（昭37）
加藤：計測と制御3，409（昭39）
岡野：強物37，661（1968）
高分子学会：静電気ハンドブック，地人書館
（昭和44年10月13日受理）
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第1図
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第2図電圧対回転数およびη特性
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第3図電圧対回転数およびη特性
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第1表 使用した回転子の種類
回 転 子 質量〔gJ 長さ圖陣径匝
中 空 ガ ラ ス 棒
? ガラス棒にアルミ箔内張
? ガラス棒に希硫酸封入
¥ 実 ガ ラ ス 棒
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第4図
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西山宗弘・清水広行 静電界中に置かれた誘電体の回転
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第5図 電流対回転数特性 第2表 回転子を変えた場合の実測値
電極：平板対平板（幅24．5mm） 媒質：キシレン＋エチルアルコール
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