科学好き者の日々

乾燥して静電気でぴりっとくる季節になりました。

静電気はどうして起こるの？

でちょっと調べてみました。


「静電気の基礎と帯電防止技術」　村田雄司著　日刊工業新聞社によりますと、
１．摩擦帯電
「摩擦帯電は物体同士が接触し合うときの帯電現象である接触帯電がその基本である。」とあり
接触帯電は、「2つの物質（金属）の仕事関数の差だけ電位差ができる。」
２．絶縁体の場合
絶縁体の場合は「電子を受け入れる準位（アクセプタ）と電子を放出する準位（ドナー）から電子を受け入れあるいは放出してマイナスあるいはプラスに帯電される」
３．摩擦の効果
１）すり合わせ効果　「物体の表面は細かい凹凸があり、接触面で電荷が移動できるほど密接に接触できる（トンネル効果が働く距離）面積は見かけの接触面積に比べはるかに少ない。（数千分の一という測定例がある）摩擦により接触し合う面の有効接触面積が増加する。」
２）新生面　「摩擦により表面の汚れ、酸化層などがとれ新しい面が現れ、物質本来の帯電特性を示すようになる。」
３）表面の破壊による新しい電子状態の出現
「高分子材料の表面を摩擦すると、表面の分子が力を受けて切断される。分子の切断は分子の励起状態をもたらす場合と、電子の移動を伴う場合がある。励起状態は分子の種類によって異なり、その違いが帯電列で表されるような物質固有な特性を示す原因になると言われている」
４）トライボエミッション　摩擦された固体表面から、電子、イオン、中性分子が放出される現象も観測されている
などがあるが、１）のすり合わせ効果が摩擦の第一の効果であると考えられている。
４．なぜ高圧になるか
接触面には電気二重層ができており平行平板コンデンサと同じでQ=CV（Cは静電容量）C=ε/ｄ（ｄは表面間隔）で表される状態になっている。接触が引き離されると、ｄが増大し、電荷Qが変わらなければVが高くなってくる。例えば、10nmで１Vの電位差であったものが1mm離れると１００万ボルトにもなってしまう。実際は2つの金属の界面で何度か放電が起こり電荷は最初よりも小さくなり、数千ボルトから1万ボルト以上もの電位になる。

ここでなぜ高圧になるかですが上の説明で納得してしまったのですが、Q=CV（Cは静電容量）C=ε/ｄ（ｄは表面間隔）で表される　の式で納得してしまったのです。なぜｄが増えるとVが増えるかをわかりやすく説明するにはどうしたらいいのでしょうか？

東大物性研の方のお話を聞く機会があり、柏にある物性研の一般公開のときに来場者に配るお土産のマグネットをみせてもらいました。

紙をとめるマグネットのようですが、ネオジム磁石で磁力は強いものです。
特許番号3968454とあります。

へえっー、磁石に物性研の特許があるのかなぁ。。。。。

調べてみると

【特許請求の範囲】
【請求項１】 本体が非磁性材料で構成され、上下両面が互いに９０度交差した凸の曲面で構成され、かつ希土類磁石が本体の中央部に、その磁極面が直接あるいは軟質磁性材製のヨークを介し本体の両表面とほぼ同一かわずかに凹んだ位置となるように、埋め込まれてなることを特徴とするマグネットホルダー。

が内容で、磁石の組成などではないようですね。

出願は個人の方がしているようです。
再度マグネットホルダーの説明書をみると裏に販売をしている会社名があって出願人が社長さんのようです。

納入者の特許だったのですね。

一時間毎に注意を喚起する必要があって、タイマーの無料ソフトを探してみました。

たくさんあるのですが、簡単なものを選びました。何分後かをセットするとカウントダウンして、0分になったところで、「ピピピ　ピピピ」となります。

「うん、なかなかいいね。あと何分をセットするのがちょっと面倒だけど」とおもっていたら、Windows７で動かすとわずか遅れるのです。まあWindows７で動作するとは謳っていないようなので仕方ないのですが。。。。

他のものをさがしました。目覚ましソフトでPCのシステム時計をみてセットした時刻と一致したときアラームを出すものがありました。
これはWindows７でもOKのようです。

アラームの音がロボットのような声でしゃべるのが気に入らないので、再生するWAVファイルを前の「ピピピ　ピピピ」と鳴るものにしました。

まてよ。WAVファイルを変えるのならと音を「ウエストミンスター寺院の鐘の音」にしてみました。

学校のようです。

このアイロン転写法の最も重要なのは生基板の銅表面をきれいにすることです。

１．パターン図を作る。
パターン図をパソコンで作りキヤノン製のレーザープリンターで富士フィルム製のインクジェット用紙(画彩　マット仕上げファイングレード　１００枚　３５７円）にプリントしておく。

２．生基板の表面処理？
スチールウールを使い、液体クレンザーで磨く。
磨いたら素手では触らない。使い捨てのビニール手袋を使って扱う。
水でクレンザーを落としたら、手早くドライヤーなどで乾燥させる。
ペーパーナプキンなどで銅真鍮用のクレンザーで磨く。（この効果はそれほどでもないようです）

３．アイロン転写
生基板を木材（ツーバイフォーの角材を使っています）の上に置き、印刷されたパターン図をプリント面と銅面を密着させる。
アイロンを最高温度にしておいて、パターン図（裏側）から密着、加圧する。１２分間加圧し続ける。紙が焦げ茶色に変色する。
４．紙の蒸し焼き処理
水に基板をつけて冷やす。冷えたらキッチンペーパーにはさんで水をかけ、アイロンを上から当てると水蒸気が発生してパターン図の紙が蒸し焼きになる。（これで繊維が剥がれやすくなるのだそうです。）これを３回行う。

５．紙を剥がす
蒸し焼きになった紙を水中で、人差し指の腹を使ってやわらかく擦る。段々と紙が剥がれてくる。指先で扱くようにはがしてゆく。紙の端の部分がパターンと一緒にはがれてしまいやすいので、内側から外側へと、注意をしながらそっと行う。
一見全部剥がれたようにみえても乾燥させると、１層残っている。再度水に濡らして先を細くした消しゴムで擦るととれてくる。
広いパターン上やランドの穴部分が残りやすい。広い部分は残っていても、エッチングされないので問題ない。ランドの穴部分は残っても穴開けをしてしまうので、ここも問題ない。ただ中心はエッチングされないとドリルが滑るので次工程で中心だけをとる

６．修正
残った紙を尖ったもの（ピンセットの先など）でひっかいてとる。QFPやSSOPなどのピン間は特に注意して取る。ランドの穴は中心部分のみ擦って銅が露出するようにひっかく。
取れてしまったパターンはパターン用のテープを張る。あるいは油性インクのマジックペンで描き足す。
ピンセットで修正後、もう一度濡らして消しゴムで擦るといいようです。
これがエッチング前の１００×６０ｍｍの基板です。５種類のパターンを作成しています。



７．エッチングをする
エッチングは１００円ショップで売られている冷蔵庫用の冷水筒（１．６リットル）に５００ｃｃのエッチング液をいれて、基板を立ててエッチングします。熱帯魚の水槽用の空気ポンプで空気を送り、液を攪拌しています。５００ｃｃで適切な液面になるよう、プラスチック材料を沈めています。液温は常温です。夏で４０分、冬で６０分程度かかります。終り頃引き上げて目視でエッチング状態をみて、終了を決めます。（湯煎などして３５～４０度にするのがいいのでしょうが、温度管理が面倒なのと、ゆっくりエッチングしたほうが残った紙がとれていいように思っているのですが、よくわかりません）
ただ、紙の取り残しのカスがだんだんたまるのでしょう、使うにつれて、本来エッチングされるべき部分に銅が一部残るようになってきます。下がその見本です。



そうなったら、エッチング液を全部取り換えます。容器は最後は古いエッチング液を処理する容器として使い、使い捨てです。エッチング液の処理はこちらをご覧ください。
エッチング液は画材屋で銅版画のエッチング用が５００ｃｃ/３５０円で売られているものを使っています。

８．トナーのパターンをとる
残った転写されたトナーはシンナーで溶かす。スチールウールで擦れば簡単にとれる。水洗いして、乾燥したらフラックスを塗っておく。



という方法で少量（１～３枚程度）は作っています。なにしろコストが安いので気楽につくれます。生基板は１００×１００ｍｍで８５円ですし、転写用のインクジェット紙はA4１枚４円以下です。A4にたくさん印刷すれば基板一枚あたりはもっと安くなります。
しかしながら、パターンの剥がれの修正など細かく面倒をみないとだめで、１００×１５０ｍｍの基板で１２枚取りなどの場合は感光基板をつかわないと修正の手間がかかってしまいます。

もう少しパターン剥がれを少なくするためには。。。。
生基板の表面をもっときれいにできるか
トナーとの接着のため温度時間を上げるか
紙の剥がしかたを化学的にできないか
など検討事項もあるのですが、今のままでもまあ実用的にはいいかと思っています。

いままで、プリント基板をつくるのはサンハヤトの感光基板をつかっています。
最近感光剤が変わって最適感光時間が短くなったようです。また感光状態が目で確認できず現像しないとパターンの確認ができないのです。

また、基板サイズは１５０×１００mmを使っているのですが、通常使う大きさにはちと大きすぎるのです。
費用も高いので他にうまく作る方法はないのかいろいろとやったのですが、なかなかうまくいきません。

アイロンを使っての熱転写方式が以下に書かれています。ちょっと特殊なパターン図です。
http://www.oyajin.jp/~toko/pic/0060/index.html
PVAを塗布したOHPフィルムにパターンをレーザープリンターで印刷してアイロンで転写する方法なのですが、やってみると細かいパターンで滲むのです。隣のパターンとくっついてしまうのでSSOPのようなピン間0.65mmなどでは使えません。滲まないように加熱温度を低くすると、銅箔にパターンが接着しないことになります。

これと同じようにアイロンでの熱転写の専用シートがあります。
http://www.geocities.jp/pcbmaterials/pnp.html
レターサイズで４００円というアイロン転写専用シートです。
これも転写時間が長いと滲むのです。滲まない程度の時間だとうまく転写しません。やりかたがまずいのかもしれませんがね。

友人から以下のサイトを教えてもらってやってみました。
http://www.geocities.jp/cw_jr3tgs/netutensyatop.html

この方法はかなり加熱しても滲まないので細かいパターンを作るにはなかなかいいです。
上手くいくには若干のこつというかノウハウがあります。

それは次回。。。。

「入力がおかしくなった」と電話がかかってきました。

「eといれるとマイコンピュータの画面になるんだ。dと入れるとみな消えちゃうんだよ。どうなっちゃったんだろう？」
ということです。

どうもショートカットキーが動いているようです。
dとe。。。。。

Windowsキー＋d　でデスクトップの表示
Windowsキー＋e　でエクスプローラの起動

のようです。

じつはこのコンピューターには２台のキーボードが接続されているのです。

あるアプリであるキーを押すと機器から入力されるデータがあって、そのあるキーを外部スイッチとして機器の手元まで持ってきたかったのです。
「できマウス」などを使って、外部スイッチを直接つなげばいいのですが、別の安価なキーボードを使い「えいっ」とばかりあるキーから線を引き出して使いました。
このキーボードは通常の入力には使わないので、機器の後ろの床に置いてあるのです。

どうもそのキーボードのWindowsキーが押されたままになっているようです。

電話の主に機器の後ろのキーボードの様子を確認するように言いました。


数分後、配線が引っかかっていたと電話がかかってきました。状況はもとに戻ったようです。
やれやれ。。。。。

でも、ちゃんとしないとなぁ。。。。

エクセルの問題のなかで
商品の仕入れ値が0.65（65%)となるような売値はいくらか。というのがあり、

売値＝仕入れ値/0.65

なのですが、どうして？という説明をもとめられました。

式を変形すると

売値×0.65＝仕入れ値　あるいは　売値＝仕入れ値×（1/0.65)＝仕入れ値×1.548

どれでも同じなのですが。。。。

どうも１以下の数字での割り算が納得いかないようです。１よりも小さいもので割って、元の値（被除数）よりも答がおおきくなるのが理不尽に感じるようですね。
ある人が「りんご１個を1/4（25%）で割れば（分ければ）４つになるでしょ」と説明していました。

学校ではどう教えているのでしょうか？

高校生と一緒に微分の講座を聞きました。

40数年ぶりの数学の授業で、錆び付いている脳に油をさすのに必死でしたね。

微分だから微小な値の場合はというのがよく出てきて、Xが小さい範囲では
sinX≒X　
cosX≒1-X²/2
と覚えてはいたのですが、これが

sin(x),cos(x)をTaylor展開して
f(x)=f(a)+f'(x-a)/1!+f''(x-a)²/2!+...
sin(x)≒x　（最初の項をとって）
con(x)≒1-x²/2　（第二項までとって）

ということから導かれることだったと改めて知りました。

さて、宿題の問題を解かねば。。。。