マスクの帯電（コロナ処理）化 その２

 

 

　コロナ禍3年目となり、これほどマスク生活が長く続くとは思いませんでした。空気感染なのかどうか諸説あるようですが、今度のオミクロン株、感染力の強さは間違いないようです。一年半ほど前、マスク不足がだいぶ解消したころにテスラコイルを使ったマスクの帯電処理について書きました。思い付きでときどき試しています。

 

　これと原理的には似た方法がさまざま研究され、より安全な方法など実用化もされているようです。テスラコイルはコロナ放電そのものなので安全どころかかなり危険なしろもので、とても万人向けとは言えません。ただ、テスラコイルでの帯電化を何度か試して気づいたのは、放電させるとどこからともなくオゾン臭が漂ってきて、これが殺菌や脱臭にもなるのでは？ということです。

 

 

　あらためてオゾンについて調べてみると、酸素原子3個が集まってできた物質だそうで、不安定で分解しやすい性質を持っているとのこと。分解によってできた酸素原子（O）はきわめて酸化力が強く、臭気物質を酸化分解、菌やウイルスに対しては細胞膜を破壊し死滅させる、とあります。この性質により幅広く活用されてもいるのだとか。当然ながら毒性も強く0.1ppmで明らかな臭気と共に人によっては喉や鼻に刺激を感じ、それが50ppmともなれば1時間で生命に危険がおよぶ・・・。けっこう怖いものでもあると認識しました。

 

　といっても自作テスラコイルの小さなコロナ放電ではかすかに漂う程度で、注意して使えば問題なことはないのでは？ 一方、マスクの殺菌と脱臭にいくらか効果を発揮するのは間違いなさそうで、実際、使ってみてもそんな感触があります。

 

　１日１枚としてこれまで何枚のマスクを使い捨ててきたのかを考えると資源の無駄のように思わなくもありません。感染しては元も子もない話ではありますが、洗浄、乾燥、テスラコイルによる帯電化とオゾン処理により、数回繰り返し使ってみてもよいかな、と考えています（危険なのでおすすめしません）。

 

　単に実験装置として作ったテスラコイルですが、実用品的な活用、意外な用途がほかにもあるのでは？などと、また少し興味がわいてきました。

 

 

 

 

マスクの帯電（コロナ処理）化

　ひと頃に比べマスク不足は解消に向かっているようですが、コロナウイルスとの付き合いが長く続くことを考えると、需要は高止まりするのだろうと思います。マスクは衛生用品であり、目的に耐えられるだけの性能が求められるわけです。しかし今の状況は性能より量産をということで、性能の方は大丈夫だろうかと思わなくもありません。

　最近、マスクの性能を高める手段として「帯電処理」という方法があることを知りました。自分が知らなかっただけで、数十年前からあるそうです。「帯電フィルターマスク」などとして市販もされています。フィルターに電気的・物理的な処理をすることで集塵効率を向上させ、花粉やミクロのホコリを集塵しやすくするのだそうです。

　実は先日、新聞記事で石巻市のヤグチ電子工業という会社が帯電処理した高機能マスクの製造方法や研究過程をオープンソースとして公開し、誰でも参加できるプロジェクトを立ち上げたことを知りました。「オリマスク研究所」ホームページで詳しく公開されています。帯電の方法はいろいろあるようですが、数万ボルトのコロナ放電による電界に曝すことで不織布マスクであればほんの数秒で帯電完了となるようです。

　コロナ放電と言えばテスラコイル。これを使って簡単に帯電マスクが作れるのでは？と考え、思いつきで試してみました（危険なのでお勧めはしません）。自作のテスラコイルに24Vを通電。しばらくぶりの通電で作動するか不安でしたが、2cmほどの火花を伴いシューッという音と共に勢いよく放電してくれました。たぶん１万ボルトを超える高電圧と思われます。




　一般的なサージカルマスク（不織布マスク）を１枚取り出し、火花で燃えないように10cmくらい距離を取り、両面をそれぞれ30秒ほどかざしました。オリマスク研究所のデータでは「印加電圧20kv～30kvが良い傾向にあり、また放電時間は3secでも10secでも顕著な差はみられず、概ねどのコロナ放電の条件においても捕集効率が90%を超えていると推測できる」「特に0.3um以上の微粒子に対する捕集効率が大きく変化する」とされています。はたして手作り帯電（コロナ処理）マスクはどうでしょうか。


　装着した感想です。処理したマスクと処理しないマスク、明らかに異なりました。丸１日付けてみたところ、処理マスクは息苦しく、不織布の密度が増した感じがあります。それだけ集塵性能が高まったということでしょう。高性能化に成功？ 　ただ、日常的にこれを長時間装着するのはつらいです。翌日、処理しない通常のマスクに替えたところ、実に快適でした（スカスカに感じる）。印加電圧を調整するとか、コイルからの距離、かざす時間を変える、両面でなく片面のみにする等々、それによる変化があるのかどうか？　深入りするつもりはありませんが、危機的状況の場面ではこういう方法もある、ということを知っておくのも悪くはないと思います。それにしてもコロナ放電というものの意外な効用・用途を知り、興味を新たにした次第です。

テスラコイル自作4号機

　同じようなものをいくつも作ってどうするの？と思わなくもありません。わずか数点の部品ながら、自作ならいくらでも組み合わせ可能なので、つい試してみたくなってしまいます。何度か作ることで見えてくる風景もあるのでは？ そんなわけで、性懲りもなく4号機を作ってみました。これまでと同じ、いわゆるスレイヤーエキサイターで、回路の変更はありません。

<3号機からの改良点>
・ヒートシンクの大型化
・外径7.6cmの2次コイル
・極太線1次コイルかつインナー方式。
・電解コンデンサーに変更
・配線見直し

<コイル>
　1次コイルは極太撚り線（サガ電子のワイヤーエレメント）を3回巻き。2次コイルは外径7.6cm、長さ10cmの塩ビパイプに0.2mm銅線を470回巻きとしました。1次コイルに使ったワイヤーエレメントは、もともとHFアンテナの自作用に買っておいたものです。直径5mmほどあります。いろいろ試してみて、これが1次コイルに最適との感触です。

<部品類>
トランジスター　BU406
大型ヒートシンク
電解コンデンサー　50V 100μF　　
抵抗　10kΩ
LED
DCコネクター、押ボタンスイッチ





<製作>
　大型のヒートシンクを取り付けることを最優先としました。大きく、持続的、安定的な放電のため、おろそかにできない部品です。小さなものだとすぐに放電が弱くなったり、トランジスターが昇天してしまいます。今回はコイルも大型なので、木台はこれまでの1.5倍ほどのものを使いました。コイルが完成した時点で、実験ボードにつなぎ放電の様子を見ながら、1次コイルの位置決めをしたところ、インナー方式がもっとも効率が良いとの結果に。スペース的にも安全性という点でも利点があり、接点を含め、すべて2次コイル内部に取り付けることにしました。3号機同様、1次コイルの位置（高さ）は銅パイプで少しだけ調整可。裏面配線はいつもの通りですが、最短の配線となるよう部品の配置も含め見直しました。この回路では、ちょっとした配線方法の違いで、放電の大きさが変わってくることがあります。セオリー通り、太い線材で短く。コイルを巻いたり、実験ボードで試してみたり、その間も雑用あったりで、2日を要しました。このような単純なものでも、そこそこ手間はかかります。








　完成してさっそく電源（24V）を投入したところ、無事LEDランプが点灯、シューッという音と共に、2次コイル先端から勢いよく放電してくれました。長さ2cmほど。真上に一直線に伸びたかと思うと、いくつものループを描く・・・。これまででもっとも大きく、かつ変化に富んだ放電に少し感激してしまいました。回路と投入電力が同じでも、1次コイル、2次コイルの大きさ、巻き数、線材、取付け位置、ヒートシンク、部品の配置、配線などなど、すべてが影響を与えてしまうようです。








　これまで試行錯誤してきたことを一応の形にしてみる、という点ではこの4号機が一つの区切りかもしれません。ただ、何度作っても思いもよらぬことが起こる、まだまだわからないところばかりです。

ワイヤレス高電圧放電

　放電がなくともテスラコイルとして作動しているかどうかを確かめるため、ネオンランプを光らせてみることがあります。正常なら2次コイルに近づけただけで点灯します。LEDは片方の足をつまんで近づけると点灯します。非接触電力伝送がおこなわれているわけです。これが電磁誘導、磁界共鳴、電界結合などワイヤレス給電の原理なのだとか。今後はさらに進んで、宇宙発電所からマイクロ波で各機器に直接伝送するなども研究されているようです。そうなれば地球上どこにいてもスマホは常に満充電、電気自動車は送電を受けながら走り続け、給電スタンド不要などということになるのかもしれません。もちろんその副作用も大いにあるのだろうと思いますが・・・。

　さて、ネオンランプを非接触で光らせることができるのであれば、二つのテスラコイル間で、非接触による放電も可能なのでは？ つまり、1台のテスラコイルに通電し、少し離れたもう一つの無電源テスラコイルから放電を作り出す。それが可能なら、自分の目で実際に見てみたいと考え、これまで何度か試してきましたが、アクセスランプは点灯するものの放電までは起こりませんでした。無電源の方の2次コイル電極を近づければ放電しますが、それは単にドライバーを近づけ放電が起こる、という現象と大差ありません。

　ところが、先日製作した3号機を横に置き、1号機に電源を入れたところ、なんと３号機（無電源）からも放電するではありませんか。コイル間は10cm程離れおり、20cmくらいまで離しても放電し続けてくれました。アクセスランプが点灯し、トランジスターも少し熱くなります。逆に3号機に電源を入れ、1号機で放電するか試したところ、ランプ点灯のみで放電までは至りません。2号機と3号機の間でも放電なし。二つのコイルの共振周波数、偏波面、出力、その他いくつかの条件があるのだろうと思われます。偶然にも共鳴してしまったということでしょうか。








　一見すると無電源のコイル。そこから放つ高電圧の放電、目の前で起こっている事象が現実でないような不思議な光景。しばし見とれてしまいました。

テスラコイル3号機

　自作1号機、２号機製作の過程でやり残したことを念頭に、3号機を作ってみました。基本の回路（スレイヤーエキサイター）は同じです。

　変更点
１、エミッター、コレクター間にスイッチングダイオードを追加（高電圧からの保護）。
２、トランジスターを簡単に交換できるようソケット方式に。
３、１次コイルに銅パイプ（なまし管）を使用。高さ調整可。
４、大きめのヒートシンク。
　

〈コイル〉
　１次コイルは2.5mm銅パイプ（ままし管）を3回巻き、２次コイルは外径4.8cm、長さ13cmの塩ビパイプに0.2mm銅線を600回巻きとしました。





〈部品類〉
トランジスターTIP41C
ソケット
スイッチングダイオード1N4148
抵抗10kΩ
フィルムコンデンサー1μF
LED
プッシュスイッチ、DCコネクター、他


〈１次コイルの巻き数、取付け位置〉
　巻き数５回以上にした場合、なぜかトランジスターが音もなく壊れます。一瞬です。１回から3回巻きで何度か試したところ、3回巻きで最も大きな放電となりました。２次コイルのどのあたりに取り付けるか、これによっても放電が変化します。その位置は２次コイルによって変わるため、実際試してみないと何とも言えません。今回製作の２次コイルと１次コイルで、位置を変えながら放電を試みました。２次コイル下端でそこその放電、徐々に持ち上げていき、コイル中間くらいで極端に弱くなり、さらに上げると上端近くでまた強い放電が見られました。それも下端以上？ と思う間もなく、数秒でトランジスターが昇天。焼けた臭いはなく、音もなし。見えないもの相手なのでホントやっかいです。この繰り返しで、トランジスター数個を失いました。安定して放電するのは下端近く。あとは微調整の範囲。１次コイルの巻き数を２〜３回に留める、２次コイルの上部に移動させない、これが肝要のようです。







　事前の実験を経、いつものとおり木台に裏面配線。ヒートシンクはマルツ仙台店で大きめのものを購入。熱を逃がすだけとはいえ、けっこう放電に影響します。本当は空冷ファンを取付けたいところですが、そのための電源回路とかファン音とか、新たな課題が出てくるので、これで良しとしました。銅パイプの長さで、少しだけ１次コイルの上下調整可能。ソケット採用により、トランジスター交換も容易となりました。










　24Vを投入。少し長めのボビンに600回巻きなので期待したのですが、それほどでもなく1号機とほぼ同じ。ただ、10分ほど動作させても弱まらず安定性は悪くありません。濃い紫色、1.5cmほどのにぎやかな放電を見せてくれました。

テスラコイルの電磁波

　テスラコイルは一種の送信機（ノイズ発振器）で、そこから発生するインターフェアというのは、たとえばラジオにノイズが入る、テレビ画像が乱れる、デジカメ誤作動など様々です。どのあたりの周波数に共振しているのか、なんとも言えませんが、コイルの巻き数などから考えると200kHzあたりでは、と考えています。実際、ノイズが入るのはAM放送のみで、FM放送やアマチュアVU帯にはまったく影響ありません。HF帯はわずかに影響あるかな、程度。テレビ画像の乱れについては常時入るわけでなく、テスラコイル側をオンオフしたり、ドライバーで放電させるとか、何か操作した時に入ります。いづれにしても、こんな小さなコイルではありますが、それなりの送信パワーでもって、電子機器や人体に影響を与えているという実感はあります。



　ということで、最近あまり使ってなかった簡易的な電磁波測定器（トリフィールドメーター）を取り出し、計ってみることにしました。磁場、電場、マイクロ波が測定可。測定範囲は40～100kHz（マイクロ波50MHｚ～3GHｚ）。マイクロ波測定は電界強度計と同じで、自作アンテナの送信実験でも重宝します。測定単位は無視し、あくまでどの程度メーターが振れ、影響あるかどうかの測定。目安程度。









　テスラコイル1号機と2号機をそれぞれ50cm離して測定。電源（24V）を入れると激しくメーターが揺れ動きが一定しません。磁場、電場ともピークで70％程度の振れ。放電が少し大きい2号機の方が強く振れます。30cmまで近づけるとメーター振りきれとなりました。そこから少しづつ離していったところ、およそ2mまで影響が及び、それ以上になると急に弱くなり、2.5mでまったく振れなくなりました。これがどの程度のパワーなのか、比較のためデジ簡DPR3で同じことを試してみました。0.2W、0.5Wでは50cm離すとほとんどメーターは振れません。1Wでほぼテスラコイルと同等な印象でした。ざっくりではありますが、この程度のパワーが出ているのかもしれません。隣家まで影響が及ぶ、などということはとりあえずなさそうです。

　この2か月ほど毎晩テスラコイルの電源を入れては実験したり、調整したりということを繰り返しています。その間、かなり強い電界の中に身を置いていることになります。送受信を繰り返す無線と違い、いわば送信しっぱなし状態。それもアンテナ（コイル）を目の前にして。そのことが要因かどうか不明ですが、ある体調の変化を感じています。感電、ヤケド、デバイス損傷なども相変わらず。トランジスターの破裂はすでに3度。硬いプラスティック外装を一瞬で飛び散らせるエネルギーがどこから湧いて出るのか、ホント不思議です。もしかして何かが宿っている、とか・・・。このコイルの周辺は予期せぬいろんなことが起こります。

テスラコイル自作2号機

　前回巻いたコイルを使い、テスラコイル自作2号機を作ってみました。1号機と回路は同じですが、トランジスターなどデバイスを変更しました。

<2次コイル>
外径7.6cm 　0.12mm銅線900回巻き

<1次コイル>
1.7mm銅線3回巻き

<材料>
トランジスター　TIP41C
抵抗　10kΩ
電解コンデンサー　47μF
LED
プッシュスイッチ、コネクター

　トランジスターをTIP41Cに、コンデンサーを47μFの電解コンデンサーに換えました。いくつかNPNトランジスターを実験ボードで試したところ、12Vあたりで強い放電がみられるものの24Vに上げると急に弱くなるもの、その逆のケースや発振するもののほとんど放電がみられないもの、などさまざまです。TIP41C はBU406と大きな違いはなく、12Vでも24Vでも安定した放電がみられました。コンデンサーはなくとも良いのですが、大きめのものを入れてみました。LEDも外したからといって影響ありません。動作確認用。抵抗も換えて試しました。やはりこの回路では10kΩがベストのようです。




　<製作>
　ゲルマラジオのようにコイル横型で作製。いつものとおり木台に穴をあけ、銅パイプを差し込み裏面配線としました。無用な発振を抑えるため、なるべく配線を短く、簡潔に。また、2次コイル近くにヒートシンクなどを配置すると、コイルとの間で放電が起こってしまいます。ある程度離す必要があります。1次コイルは当初、2次コイルの外側に3回巻きとしたのですが、放電自体が小さい上に、2次コイルとの間で放電が起こったりして、うまく動作しませんでした。1次コイルの巻き数、位置が大きく影響するようです。結果的にインナー方式に変更しました。2次コイルはすでに出来上がっていたので短時間で製作できるかと思っていたものの、予期せぬ難題が次々発生し、てこずってしまいました。　







　16Vを投入し、スイッチオン。LED点灯せず。放電もなし・・・。？？？。気を付けたつもりでしたが、1次コイルの接点を逆にしてまったようです。付け替えて再度電源オン。今度はバチバチ音と共に、オゾン臭が漂い、強い放電が見られました。24Vに上げると、音もいくらか大きくなり、激しい放電に。前回もそうですが、0.12mmの極細線なので横に広がらず、上に向かって縦長の放電となります。長さ2cm程。1号機とほぼ同じ。コイル巻きや製作に難儀したわりには、あまり変わらずの結果でした。

　この回路は、欧米ではスレイヤーエキサイターという物騒な名が付けられ、本来のテスラコイルとは区別されているようです。トランジスターのブロッキング発振で高周波を作り、テスラコイルと同様の現象を再現したもの、と言えるかと思います。このような単純な回路で空中放電を起こせることは驚きです。1～2cm程度ですが、一瞬ではなく電源を切らない限り空気抵抗を破って放電し続けます。自分的には非日常的現象。1次コイル、2次コイルの巻き数、巻き方、各種デバイスやちょっとした回路の変更・・・それらによる思もよらぬことの数々。ゲルマラジオ同様、単純なものほど奥が深いのかな、などと考えています。

テスラ 2次コイル0.12mm銅線巻き

　昨日、ホームセンターで見て回ったところ、大小さまざまな塩ビパイプの中に、外径7.6cm、長さ50cmと手ごろなものがありました。自分が持っているパイプカッターは直径5cmまでの対応のため、店員に聞いたところカット可とのこと。長さ10cm4本と少し短めが1本となりました。この他、いくつか直径の異なるパイプを買い求めました。

　自分は1～2cmほどの放電で十分なので、コイルボビンは10cm程度がちょうどよいと考えています。ただ、10cmの長さで多巻きするには、太めの線では巻き数が稼げません。どうしても線を細くする必要があります。これまで2度0.12mm銅線を使い、2度とも巻いている途中で断線を起こしているものの、大量に線材が残っていることもあり再度、0.12mmでのコイル作りに挑んでみました。外径7.6cmというのはこれまでのコイルの中では最大となります。





　極細線なのでしっかりした手ごたえがなく、巻きにくいのは変わりありません。ただ、3度目ともなると少しは慣れもあり、順調に巻いていくことができました。油断すると線が重なってしまう。断線を恐れて緩めに巻くと、たわんでしまう。ほんと厄介です。しかも集中力が続きません。秋晴れの日、山に登るでもなく、自分は何をやっているのか、とか、これを巻いたからといって一体何になるのだろう、などと、自問自答してしまいます。テープで留めて一時休憩を繰り返し、2時間ほどを要しました。最も恐れていた断線は免れ、無事巻き終えたときは心底ほっとしました。細いので一見すると線を巻いたようには見えず、銅箔でも貼ったようも見えます。ただ、きれいに巻いたつもりでも、巻きの緩いところにたわみが出てしまいました。約900回巻き。インダクタンス1700μH前後。








　さっそく実験ボードに接続。1次コイルはボビン内側にすっぽり入り、インナー方式としました。24Vを投入すると、バリバリ音と共に2cm程の力強い放電となりました。細い線に起因するのか、横に広がらず、上向きに放たれる紫色のアーク。2段重ねコイルに比べ、巻き数1.5倍。逆にインダクタンスは3/4ほど。ゲルマラジオの場合、感度を上げるには太い巻き線が必須であるものの、テスラコイルはそうでもなく、たとえ極細線であっても巻き数の確保かな、との感触。でも、0.12mmでまた巻くかと言えば、もうこれでおしまいにします。難儀して巻いたこのコイル、このまま眠らせるのも何なので、自作テスラ2号機でも作ろうかと考えいます。

テスラ反射器？

　
　放電させている最中、手のひらを近づけると放電が大きくなり、離すと元に戻る、という現象に気がつきました。

　手のひらでなくとも導体であれば何でも良いわけです。面白いのでいろいろ試してみました。金属の菓子箱、アルミ箔、スプーンなど。下に敷くより、２次コイルに近づけた方が放電の勢いが増します。大きな金属が良いというわけでもなく、スプーンのような小さいものでも十分な効果を発揮します。テスラコイル本体を送信機、２次コイルをアンテナ（放射器）と考えれば、これら導体は、アンテナの一部としての役割を果たすのかもしれません。自分的には反射器という言葉を思い浮かべました。いづれにしても、放電パワーが増強されることは間違いありません。






　ということで、目玉クリップと銅箔で取り外しできるものを作ってみました。クリップを２個組み合わせ、銅箔と一次コイルに挟むだけ。銅箔以外でも良いのですが、たまたま手持ちにあったのと、形状を自由に変えられるので使いました。幅2cm、長さ7cm。クリップが２次コイルに接触しないように注意する必要があります。取り付け位置は前後左右、どこでも同じ。これを付けるだけで1.2倍くらい放電が伸びます。２〜3カ所に取り付けた場合、どのような現象がみられるのか？ などはこれから。



　
　同じ入力電圧でも、工夫次第で放電を大きくする方法はありそうです。







　
　

手作りテスラコイル

　挙動不明なところの多いテスラコイル。キットでなく、一度手作りしてみた方が全体の構造がよくわかるのでは、ということで作ってみました。キットにある音声入力機能を削ぎ落すと、恐ろしいほどシンプルな回路となります。




　製作に入る前に、実際、これで動作するのかどうか、また他のデバイスではどうなのか、ミノムシクリップで回路を組んでみました。結果、きちんと発振します。ただ、この際に何度かショートさせてしまい、トランジスターを3個壊してしまいました。一発で壊れます。ショート等しなくとも、音もなく壊れてしまうこともあります。１次コイル大電流、２次コイル高電圧なので、要注意です。

〈材料〉
・トランジスター　BU406
・ヒートシンク
・抵抗　10kΩ
・フィルムコンデンサー　１μF
・LED
・スイッチ




　トランジスターは他にBD243Cと2SC5200を試してみました。2SC5200は放電してくれたものの小さめ。BD243Cはこの回路では動作しませんでした。海外サイトには2N2222AやTIP31Cなどを使った回路が紹介されており、抵抗は22kΩが多く、1MΩなどというのもあります。BU406との組み合わせでは10kΩで放電が大きくなりました。コンデンサーはこの容量でなくとも、また電解コンデンサーでも大丈夫です。手持ちのもので試した結果、上記の組み合わせに落ち着きました。

　〈コイル〉
　２次コイルは外径5cm、長さ10cmのアクリルパイプに0.2mm銅線を巻きました。3/4ほど巻いたところで線材が足らなくなり、0.12mm銅線をつないで巻きました。巻いている最中、またしても力の入れ過ぎで断線。極細線の手巻きは難しいです。合計500回巻き。インダクタンス1500μH前後。長過ぎず適度なコイル形状、このアクリルパイプ（aitendoにて購入）は使えます。１次コイルについては、太い縒り線（サガ電子のワイヤーエレメント）を3回巻きとしました。




　〈製作〉
　10cm四方の木台に部品を取り付ける穴をあけ、銅パイプを差し込み裏面配線としました。わずかな部品なのでゲルマラジオの製作とほとんど同じです。基板を使うほどでもありません。１次コイルは逆にしてしまうと動作しないので、コイル向きに合わせて接続。最後に２次コイルの巻き始めの接点をつなぎ、完成。









　電源スイッチを入れると、LEDランプが点灯し、２次コイル先端から勢いよく放電が始まりました。配線が短い分、ミノムシクリップで組んだ時よりも放電が大きくなったように感じました。２cm前後のアーク。前回の2段重ねコイルとさほど遜色ありません。大きめのヒートシンクを付けたものの、１分ほどでトランジスターは熱々です。破損の心配をしながら１回の動作を3分程度に抑え、入れたり切ったりしていますが、今のところ大丈夫なようです。







　
　今回は初めてなので、巻き上げたコイルで事前に回路を組み、動作確認してから製作に入る、という手順を踏みました。その過程で新たにわかったこともあり、やはり自作してみる意味はあるな、と感じました。トランジスター２石とかICを使った本格的なものとか、SSTC回路は国内、海外とも製作例が多く、参考になり刺激も受けています。自分は今回のようなシンプルなものが好みで、ちょっとした回路の変更で結果に違いがみられたりするところに興味があります。デバイスもいろいろと試し、また作ってみます。
　

テスラ2次コイル 2段重ね

　外径4.8cmの塩ビパイプに巻いた2次コイルは、期待したほどではありませんでした。そこで、今回は同じものをもう一つ作り、二つをつなぎ合わせ、2段重ねにしてみました。外径4.8cm、長さ10cmのボビンに0.32mm銅線を300回巻き。巻き方向も前回と同じ向き。巻き終わったら両方の端をハンダ付けで連結。ボビン同士はホットボンドで接着し完成。長さ20cm。実際、重ねてみると実験ボードに不釣り合いなほど長いです。合計600回巻き。インダクタンスも単体の倍の2800μHとなりました。









　さっそく24Vを投入。単体に比べ放電の力強さが増し、アークの長さは2cmくらい、バチバチ音も強くなりました。これまでのコイルの中ではもっとも大きな放電で、実感としては単体の時の2倍以上。やはり太い線で大きく、たくさん巻く、ということが放電を大きくするコイルの条件のようです。ただ、モジュール自体が非力なので、これ以上大きなコイルを作ってもどうかな、との感触もあります。自分は数十センチから１メートル以上もある巨大な放電を作りたいなどということはなく、小さな放電現象をどのようなコイルで作るのがベターなのか、とか、もっと簡素な回路で作れないか、などということに興味があります。ボビンを長くしないで、直径の方を大きくし、細い線を多巻きするなども試してみたいと思います。





　さて、テスラコイルに興味をもって１ヵ月ほど。実験ボードに取り付けた最初の基板は損傷し、別の基板に取り換えました。こちらもキットで作ったもので、回路、デバイスはほぼ同じです。この２代目の基板も損傷し、新たな部品に付け替えて使っています。いづれもパワートランジスタBD243Cの損傷。


破裂したBD243C

付け替え後

　１回目は、入力電圧を上げ過ぎ、28Vで３分ほど放電させていたところ、BD243C周辺からシューッという音と共に基盤の焼ける匂いと煙が立ち上りました。２度目は、１次コイルの巻き数を海外サイトでよくみかける８回巻きにして試している最中、BD243Cが大きな音と共に破裂し飛び散ってしまいました（24V以下）。これには驚きました。デバイスの硬いプラスチックを吹き飛ばすだけのエネルギーが集中的、瞬間的に生み出されたということでしょうか。１次コイルの巻き数、２次コイルとの位置が関係していると思うのですが、怖くて再実験できません。ケガなく済んだものの、ホント怖かったです。このコイル、やはりただならぬものを感じます。

テスラ 2次コイル

　2次コイルを2種類作ってみました。


　<変則スペース巻き>
　外径3.8cm長さ10cmの塩ビパイプに自在ブッシュを貼り、0.12mm銅線をブッシュの溝に巻いていきます。1つの溝に30回巻いたら隣の溝に移り30回巻く。溝の数は30なので、合計900回巻き。簡単なようですが、一つのコイルに900回も巻いたのは初めてで、思いのほか大変な作業でした。0.12mmという極細線なのでそもそも巻きにくいです。つい隣の溝に巻いてしまったりします。戻して巻き直し。3分の一くらい巻いたところで、手に力が入ってしまい、プツンと切れてしまいました。頭の中真っ白。なんとかハンダで接続して再開するも、終盤はとりわけ集中力が続かず、もうろう状態。1溝30回も怪しくなり、巻き数がどうとか、美しく巻こうとか、そんなことはどうでもよくなり、ただ、線が切れずに巻き終わることを祈るのみでした。何という巻き方なのか名称があるのかわかりません。一応、変則スペース巻きとしておきます。普通に密巻きにしたのではボビンが長くなってしまうこと、溝があれば900回でも巻きやすいのではと考え、思いついた巻き方です。インダクタンス1470μH前後。







　<口径を大きくしたコイル>
　外径4.8cm長さ10cmの塩ビパイプに0.32mm銅線を密巻きにしました。変則スペース巻きに比べると、こちらは天国です。0.32mm銅線は十分手ごたえがあり巻きやすいです。巻いていて切れるとうこともなし。我ながらきれいに巻き上がりました。300回巻き。インダクタンスは意外に大きく1360μH前後。


外径4.8cm（左）　3.8cm（中）





　さっそく実験ボードにつないでみました。結果は、難儀して巻いた変則スペース巻きも口径を大きくしたコイルの方も、期待したほど大きな放電ではありませんでした。華々しく火花が出るには出ますが、前回の0.2mm銅線を多巻きしたコイルに比べ、力強さで及ばない感じ。巻き方に問題があるのか、あるいは巻き過ぎてしまったのか、または足らないのか、検討の余地あり。一種のLC回路と考えれば、むやみにインダクタンスを上げてもどうかと。気力に余裕があれば、また巻いてみます。




　ドライバーを近づけるとコイル本体から放電することはわかっていたのですが、塩ビ製のボビンからも放電が起こることに気づきました。金属間でのみ放電が起こると考えていたのですが、違ったようです。空気の絶縁抵抗を破って放電するくらいのなので、塩ビなどなんのその、ということでしょうか。当然ながら人体も・・・。このコイルの周辺はただならぬことが起こっているのでは？そんな気がしてきました。

テスラコイル実験用電圧可変コンバータ

　テスラコイルは1次コイル側に高い電流を必要とします。キットの定格も15V～24V、2A以上となっており、特にアンペア側が気にかかるところです。もともと移動運用目的に購入したモバイルバッテリーは3.5A仕様となっており、思わぬところで便利に使ってはいます。ただ、移動でもないのにいちいち充電するのも煩わしく、電圧もマックス21Vどまり。できれば連続的に電圧を変え、24Vまで上げて放電の変化を見てみたい、ということで何かないかと探していたら、aitendoにちょうど良いDC-DCコンバータキットがあり、試してみました。

　出力可変昇圧キット（型番AKIT-6009)。入力電源5～21V、出力電圧5～26Vと幅が広く、ボリュームで連続可変できるようになっています。大電流レギュレータ搭載ということで4Aまで対応。テスラコイルにも使えるのでは？


　キット自体は部品数点のみですが、レギュレータICの取り付けピッチが狭いです。今回もペーストハンダのお世話になりました。ICの足につまようじで少量塗り、位置決めしてセロテープで固定。コテを押し付け融着。そんな手順でなんとか取付けました。30分ほどで基板完成。






　手持ちのもので最もパワーのある13V 10A仕様のACアダプターをつないでみました。コンバータキットのLEDが無事点灯。出力電圧を計ってみたところ、最少は入力電圧と同じ13V。ボリュームを回すとぐんぐん上がり、マックス29.5Vとなりました。仕様では26Vですが、実際は30V近くまで上がるようです。




　さっそくテスラコイルに接続。テスラコイル側からの強力なノイズがレギュレータを壊しかねないと思い、パッチンコア数個をかませておきました（意味ないかも？ですが、念のため）。





　13Vでは糸状のわずかな放電。電圧を上げると糸状からローソク状となり、21Vあたりからは火花状態に。なおも上げ、24Vでは電極の下あたりからも放電。さらに28Vまで慎重に上げてみたところ、いったん太いローソク状となり、その後、長さ2cm前後の激しい放電に。もちろんモジュールは熱々です。すぐに20V以下まで戻しました。やはり放電は投入電圧しだいということは予想した通りですが、放電の形、様子もけっこう変わるものです。

　ところで、意外な箇所が急に熱くなる現象は今回も見られました。コンバーターの一部の金属が熱を持ち、ヤケドしそうになりました。どうしてこんなところが？ 考えてみるとIH調理器の原理そのものなので、あちこち熱くなってしまうのかもしれません。ホント、要注意。

　挙動がわからず不明なところは多々あり、試してみたいことが次々出てきます。

テスラコイル その2

　キット付属のコイルでも5～10mmほどの放電現象が見られます。無音でローソク状の時もあれば、線香花火のようにバチバチ音を立てにぎやかな火花をみせてくれる時もあります。一様でなく、飽きず眺めてしまいます。こんな簡単なキット（回路）でも容易にテスラコイル放電が再現できるのは、自分的にはちょっとした驚きです。モジュール自体は非力ではあるものの、1次コイル、2次コイルを変えたら少しは放電も大きくなるのでは？ということで、試してみました。


<2次コイル>
　外径3.8cm、長さ10cmの塩ビパイプに0.2mm銅線を巻きました。ゲルマラジオ用コイルの場合は太い巻き線を使うので巻きやすいのですが、細くて巻きにくいです。テスラコイルの周波数は低く、たくさん巻く必要があります。太い線で巻くと長くなってしまうのでとりあえず細い線にしました。密巻きで450回。インダクタンス1250μH前後。



<１次コイル>
　2mm銅パイプ、1.8mm銅線、2mmアルミ線、1.2mmスズメッキ線を使い、巻き数を変えて試してみました。






　モバイルバッテリーから21Vを投入したところ、15mmほどの放電が見られました。付属コイルに比べ放電に力強さが感じられ、オゾン臭も強いです。ローソク状にはならず、激しく火花が飛び散り、煙も上がります。といってもわずか15mmほどなので小さく、かわいらしい電光花火といったところです。前回も書きましたが、思いもかけない箇所（金属部）が熱くなっていたります。それも瞬間的に高温になるようで、高周波によるものなのか、挙動がよくわかりません。要注意。






　1次コイルも取り換えながら変化をみました。材質的には違いは感じられません。1回巻きより2～3回巻き、密巻きよりスペースを開けて巻いた方が放電は大きくなりました。また2次コイルに密着させるのでなく、間隔を1cmほど取った方が良いようです。




　今回はスタンダードに巻いてみました。インダクタンスを上げるだけなら2段巻きなども考えられます。その場合、1段目と2段目で線間放電が起こってしまわないか、などの懸念もあります。また、巻き数を増やすと抵抗成分が大きくなってどうなんだろう、などと考えています。海外のサイトでは1次コイルの巻き数がもっと多い例も散見されます。わからないことばかりですが、さらに試してみたいと思います。

　なお、このキットには音声入力端子があります。プラズマの空気振動によりスピーカーとしての働きをするのだとか。実際、CDプレーヤーをつないでみたところ、コイル上部あたりから音楽が流れてきました。小さな音量。乾いた感じの澄んだ音色です。でも、バチバチ音の中で、音楽といっても・・・。ラジオをつないでみたところ、ノイズによりまったく音声になりませんでした。

テスラコイル実験ボード

　コイルと名のつくものには何にでも興味が湧いてしまう困った性分です。コイル趣味。テスラコイルと言えば、雷のような電光が飛び交う部屋で平然と読書に勤しむニコラ・テスラの白黒写真が印象にあります。そのような巨大な装置とは比べようもありませんが、同じ原理で小さな放電現象を発生させるキットがaitendoやアマゾンで何種類か市販されています。試しに作ってみました。

　テスラコイルはモジュール部、多巻きの２次コイル、数回巻きの１次コイルで構成され、１次コイルに通電することで、２次コイルに磁界誘導が起こり、高電圧を発生させる仕組み。本来は基板上にコイルを取り付けるようになっているのですが、いろいろと実験もしてみたいと考え、コイル交換式の実験ボードにしました。といっても、アルミプレートに基板（モジュール部）とターミナル端子を取り付けただけのものです。



キット付属の回路図

モジュール部

実験ボード（裏面に配線）


　とりあえずキット付属のコイルをつないでみました。２次コイルの直径２cm、長さ6cm弱。インダクタンス470μH。１次コイルは２次コイルの下部に空間を開けて１回巻きとしました。２次コイルと巻き方向を同じにします。逆にすると誘導が起こりません。


1次コイル接続





　さっそく、モバイル電源を12Vに設定（仕様では15V2A以上必要）し入力してみたところ、無事2つのLEDランプが点灯し、２次コイル先端から青白いアーク放電が現れました。長さ5mm程のかわいらいしいロウソク状。二つの電極間に発生するわけではなく、何もない空間に揺らぎながら放出される高電圧の炎。それも一瞬ではなく、そのまま放電を保ち続ける・・・。不思議な感覚を覚え、しばし見とれてしまいました。ドライバーを近づけると、尺取り虫みたいにアークが吸い付いてきます。



　ドライバーを２次コイル上部に近づけると、今度はコイル本体から放電。上部ならどこでもよく、近づけた箇所に放電が起ってしまいます。小さな雷現象。電圧設定を16V、19V、21Vと上げていき、放電の様子を観察しました。19Vでアークの長さが1.5倍くらいに大きくなり、21Vに上げてもさほどの変化はありませんでした。モジュール部の発熱は半端ではありません。触ったらヤケドしてしまいそうです。また、不用意にモジュールに触ると思わぬ箇所で感電し、チクリと痛みが走ります。作動中はオゾン臭も。取扱い要注意、危険な代物ではあります。
　

　ワイヤレス給電の原理にもなっているということで、ネオンランプの実験もしてみました。10cmくらい近づけると明るく点灯します。アマチュア無線的に言えば、いわばインターフェア発生器と言えます。高周波なので制御が難しく、電子器機に誤作動を起こしたりもするようです。実際、ラジオには盛大なノイズが入ります。



　放電アークを大きくする条件とかコイルの直径、巻き数、巻き方とか、いろいろ試して、工夫のしどころを考えてみたいと思います。このコイルを作ったから何ができるというものでもありませんが、非日常的なアークの炎を見ているだけで、なにか惹き付けられるものがあります。