わくわく工作実験 <<
羽根の無い扇風機（イオン扇風機）
ダイ◯ンのビュンビュン高速回転する小型羽根を筐体に隠し込んでいる羽根の無い扇風機とは異なり、真に羽根の無い扇風機を試作しました。でも、ダイ◯ンの扇風機は触っても全く安全ですが、この扇風機に触れると、凄まじく感電します。大人向けのクールな扇風機なのです。
基本構造と原理
基本構造
高電圧電界中において、酸素や窒素などの空気中の中性粒子が電界方向に駆動されることによって発生するイオン風と呼ばれる現象を利用したものです。多くはコロナ放電に伴って発生します。また、このイオン風現象はビーフェルド-ブラウン効果とも呼ばれ、UFOなどの飛行物体の推進力では？と一部では考えられているようですが極めて怪しいです。
基礎実験開始
電極はどんな形状が適しているかを色々確かめました。微風速が計測できる風速計などあればいいのですが、そんな洒落たモノは持ってないので、ロウソクやら線香やらを使ったりしました。でも、結局、手で感じる方法が、文字通りお手軽で直感的で、意外に正確な比較方法のように思います。
まずは基本的な円筒構造から
アルミホイルを巻いた円筒をアノード電極に、ズズメッキ銅線をカソード電極に。
いろんな長さ円筒を実験しました。
ストローを用いた小径タイプ（左）と大径タイプ（右）
カソード電極を丸めたタイプ
平板電極タイプの実験
次に平板電極タイプの基礎実験。
基礎実験結果
- アノード電極が円筒形状の場合、風量に対しての円筒の長さの調整感度は比較的低いが、10mm以下だと風量が低下する。長ければいいと言う訳でもない。20mm〜40mm程度が最適のようである。
- 円筒直径が小さいと耐電圧（火花放電開始電圧）が小さくなり、印加電圧が制限されるため不利である。
- カソード電極形状は極めて重要で、尖っているほど風量が大きく（電流も多く流れ）、先端を意図的に丸めた形状にすると風量は極端に低下する。
- 平板電極タイプにおいても、カソード電極形状が尖っていることが重要である。
- カソード電極とアノード電極の距離も重要で、近づき過ぎると（カソード電極（針金）がアノード電極（円筒）に入り込んでしまう程の距離だと）電流だけがやたら流れる割には風量が少ない。また耐電圧（火花放電開始電圧）も低くなる。
- カソード電極とアノード電極の距離は5〜10mm程度が良さそうである。
- 円筒タイプと平板タイプを比較すると、単体では円筒タイプの方が効率が良い（風量が大きい）が、作りやすさやスタック（積み重ね）のしやすさを考えると総合的には平板タイプでカソード電極をギザギザにしたタイプが有利かもしれない。
補足
印加電圧を上げすぎたり、電極を近づけ過ぎると、こんなふうに火花放電してしまう。
つまり、これが印加電圧（風量）の最大値を制限する。
ダイソーグッズで羽根のない扇風機1次試作開始
主な材料は全て百円ショップ（ダイソー）にて購入。
キッチンアルミテープとカラーボード（発泡ポリスチレン板）と厚紙。
まずは、厚紙にキッチンアルミテープを貼り付けて電極を作る。
もちろんホームセンター等でアルミ板を購入してもいいのですが、このキッチンアルミテープ＆ダンボールの方が圧倒的に安価で、かつ、文具ハサミやカッターナイフで簡単に加工できて超お手軽です。
次に、アノード、カソード、夫々の電極版をカラーボードとボンドで積み重ねる。
夫々の電極モジュールが出来上がり。アルミはハンダが付かないなので、これもダイソーで購入したゼムクリップを用いて各アルミ板に接続して、裸銅線で各板をハンダ接続する。
そしてアノード側電極モジュール（ギザギザ無し）とカソード側電極モジュール（ギザギザ有り）を適度な距離をおいて対向させれば出来上がり、電極間距離は、実際に動かして決めればいい。
動作確認
カソード側電極のギザギザの先端とアノード電極との距離を6mm程にして印加電圧を徐々に大きくして行った。10KV程度までなら、なんとかスパークせずに駆動できそうです。思っていたより、ちゃんと風が出ています。パソコン用の超静音（微風）タイプファンぐらいの風量でしょうか。
10KV印加して0.5mA程流れますので消費電力は5W程度です。まあ、そこそこ涼しいです。この扇風機の大きな特徴は、ホット側の電極に触ると感電します。それと、シューシュー音がして、しかもオゾン臭いです。
実験される方へのご注意
高電圧を使用しますので、それなりの危険性があります。また、電源を遮断しても電極間容量（つまりコンデンサー）に電荷がチャージされていますので注意が必要です。
姉妹実験
羽根の無い扇風機に振動板の無いスピーカー機能を付加するという画期的！？姉妹実験もやりました。
投稿：2012/7/11
追記
不思議なことに極性を逆にしても、同様に風が発生しました。どういうことなのでしょう。極性つまり電子の移動方向はイオン風に関係なく、双方の電極形状や相対的位置関係がイオン風発生方向を決定するようです。
追記投稿：2012/7/14
