JPH11352170A - 静電気を検出する装置 - Google Patents

静電気を検出する装置

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JPH11352170A
JPH11352170A JP10112499A JP10112499A JPH11352170A JP H11352170 A JPH11352170 A JP H11352170A JP 10112499 A JP10112499 A JP 10112499A JP 10112499 A JP10112499 A JP 10112499A JP H11352170 A JPH11352170 A JP H11352170A
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JP
Japan
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static electricity
detecting
field effect
effect transistor
power supply
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Application number
JP10112499A
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English (en)
Inventor
Yukio Akiba
幸男 秋葉
Yoichi Hirose
洋一 広瀬
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Tokai University
Original Assignee
Tokai University
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高感度に静電気を検出可能で、学生が組立可能
な安価な静電気検出装置を提供する。 【解決手段】この発明の静電気検出装置1は、絶縁性の
外装体2、この外装体を密閉する絶縁性の蓋3、外装体
の内部に位置されたMOS型電界効果トランジスタ(F
ET)4、MOSFETのドレイン(またはソース)に
接続され、静電気を検知した際に発光する発光ダイオー
ド等に代表される静電気検出表示機構5、外装体の外部
に設けられ、静電気検出表示機構およびMOSFETを
動作させるための電力を供給する電源6、および蓋の外
部(外装体の外側)に設けられ、蓋MOSFETのゲー
トに接続された電極体9からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電磁機学に関連
して、静電気の検出原理および動作を理解可能な静電気
の検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】静電気を検出する装置としては、一般に
機械的に動作する箔検電器が知られている。
【0003】また、電子的に静電気を検出する装置とし
ては、静電気の電圧を測定するものが市販されている
が、非常に高価であり電気工学系の学生の実験等に対し
て、必要数を用意するには多くの費用を必要とする。
【0004】なお、学生の理解のためには、静電気を検
出する装置そのものを、自身が設計したり、組み立てる
ことが要望されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、静電
気を検出する装置は、一般に非常に高価であり電気工学
系の学生の実験等に対して、必要数を用意するには多く
の費用が必要となる。
【0006】また、学生の理解のためには、静電気を検
出する装置そのものを、自身が設計したり、組み立てる
ことにより、その理解が向上することから、構成が簡単
で、しかも高感度に静電気を検出可能な装置を安価に提
供することが必要である。
【0007】この発明の目的は、上述した問題点を解決
するものであり、高感度に静電気を検出可能で、しかも
学生が容易に購入および組立可能な安価な静電気検出装
置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、上述した問
題点に基づきなされたもので、内部を絶縁状態に維持す
る外装体と、この外装体内部に、外部からの静電気を入
力可能に設けられた電界効果トランジスタと、この電界
効果トランジスタのソース(またはドレイン)に、所定
の電圧を供給する電源と、前記電界効果トランジスタの
ドレイン(またはソース)と前記電源との間に設けら
れ、外部から静電気が供給されたことを表示する静電気
検出表示機構と、からなる静電気を検出する装置を提供
するものである。
【0009】またこの発明は、内部を絶縁状態に維持す
る外装体と、この外装体内部に、外部からの静電気を、
静電気の極性に応じて選択的に入力可能に設けられた第
1および第2の電界効果トランジスタと、この第1およ
び第2の電界効果トランジスタのそれぞれに、電界効果
トランジスタのチャネルの種類に対応する極性の所定の
電圧を供給する第1および第2の電源と、前記第1およ
び第2の電界効果トランジスタと前記対応する第1およ
び第2の電源との間にそれぞれ設けられ、外部から静電
気が供給されたことおよび静電気の極性を表示する第1
および第2の静電気検出表示機構と、からなる静電気を
検出する装置を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態を詳細に説明する。
【0011】図1に示すように、静電気検出装置1は、
絶縁性の外装体2、外装体2を密閉する絶縁性の蓋3、
外装体2の内部に位置されたMOSFET素子(MOS
型電界効果トランジスタ)4、MOSFET4のドレイ
ン(またはソース)に接続され、静電気を検知した際に
発光する発光ダイオード等に代表される静電気検出表示
機構5、外装体2の外部に設けられ、静電気検出表示機
構5およびMOSFET4を動作させるための電力を供
給する電源6、電源6とMOSFET4のソース(また
はドレイン)ならびにMOSFET4に接続された静電
気検出表示機構5の+端側と電源6を接続する導線7、
および蓋3の外部(外装体2の外側)に設けられ、蓋3
を貫通する導線8によりMOSFET4のゲートに接続
された電極体9からなる。
【0012】外装体2は、絶縁性を示し、MOSFET
4に対して測定対象の静電気と電気的に分離された状態
を提供可能であれば、特に制限を受けることなく利用可
能であり、例えば透明なガラス製の容器または樹脂製の
密閉容器である。また、蓋3は、例えばゴムあるいは樹
脂であって、外装体2の内部と外部とを電気的に絶縁状
態に維持できるものであれば、制限なくさまざまなもの
が利用可能である。なお、外装体2と蓋3は、一体的に
構成されてもよい。
【0013】MOSFET4は、例えば3SJ11Aあ
るいは2SJ77またはJ77等、市中で容易に入手可
能な電界効果型トランジスタである。なお、電界効果型
トランジスタの表示は、JIS(日本工業規格)に従
い、ソース電極と基板電極とが配線済の場合には「2S
・・・」により、ソース電極が独立して設けられている
場合には「3S・・・」により、それぞれ区分されてい
るが、動作特性が同一であれば電極構造を問わないこと
はいうまでもない。また、表示は、トランジスタの大き
さの制約から、上述のように、単に[J・・・]と示さ
れることもある。
【0014】静電気検出表示機構5は、図1に示した例
では発光ダイオードであるが、例えば僅かな電力で回転
可能な小形モータまたは微少電力で稼動する電子ブザー
(チャイム)等も利用可能である。
【0015】電源6は、低圧の直流電源であり、MOS
FET4を駆動する電圧を提供可能であれば、例えば乾
電池などであってもよい。
【0016】電極体9は、例えば銅板もしくはアルミ板
等の入手可能な導体であれば、特に制限なく利用可能で
ある。
【0017】以下に、図1に示した静電気検出装置1の
動作例を説明する。
【0018】図1に示した静電気検出装置1の電極体9
に、例えばサランラップ(商品名)などの誘電体を30
cm程度まで接近させると、静電誘導によりMOSFE
T4のゲートに電荷が誘起され、MOSFET4がオン
になる。これにより、電源6の電源電圧がソースからド
レインに供給され、ドレインに接続された静電気検出表
示機構5が動作される。すなわち、図1に示した例で
は、発光ダイオード5により光が放射される。なお、静
電気検出表示機構5として、図示しない小形モータが利
用されている場合には、静電気が検出された時点でモー
タが回転される。この場合、特にモータは、外装体2の
外部に設けられてもよい。また、静電気検出表示機構5
が電子ブザー(チャイム)である場合には、静電気が検
出された時点でブザーが鳴動されることはいうまでもな
い。なお、静電気検出表示機構5に小型モータを用いる
場合には、MOSFET4としては、例えば2SK42
3,2SK213あるいは2SJ77またはJ77等が
利用可能である。
【0019】一方、電極体9からサランラップ(誘電
体)が遠ざけられると、静電気検出表示機構5の動作す
なわち発光ダイオードの発光(モータの回転あるいはブ
ザーの鳴動)が停止する。
【0020】なお、誘電体以外に、例えば帯電した人体
等が電極体9に接近することでも、同様の結果が得られ
る。
【0021】また、電極体9に、サランラップ(誘電
体)を接触させてから所定距離だけ遠ざけると、今度
は、静電気検出表示機構5すなわち発光ダイオードは、
連続して発光する(サランラップを電極体9から遠ざけ
ても発光が持続する)。この状態で、もう一度サランラ
ップを電極体9に接近させると、今度は、発光ダイオー
ドの発光が停止される。また、再びサランラップを所定
距離だけ遠ざけると、もう一度発光ダイオードが発光す
る。
【0022】なお、電極体9にサランラップを接触さ
せ、その後、サランラップを電極体9から遠ざけて発光
ダイオードの発光が持続している状態で電源6を切り離
すと、発光ダイオードの発光が停止するが、電源6を所
定時間(MOSFET4のゲートに蓄えられた電荷が消
失するまでの間の時間)内に再び電源6を接続すると、
発光ダイオード5は、もう一度発光する。
【0023】上述した静電気検出装置1の動作は、MO
SFET4のゲート電極と(MOSFETの)半導体の
基板電極との間の酸化絶縁膜との間の静電容量を利用し
たもので、ゲート電極に電極体9により電荷を与えて、
MOSFET4のドレインとソースを導通させること
で、MOSFET4をスイッチングすることによる。
【0024】より詳細には、MOSFET4のソース−
ドレイン間に、発光ダイオード等の任意の静電気検出表
示機構5と駆動用の電源6を直列に接続し、ゲートから
静電気により電荷を注入することで、MOSFET4が
オンとなり、直列に接続された発光ダイオード5が発光
する。なお、MOSFET4の動作特性を適切に設定す
ることで、乾電池とサランラップ等の学生の周囲で容易
に入手可能な材料で、高感度に静電気を検出できる。こ
のとき、MOSFET4を、例えばnチャネルMOSF
ETとすると、帯電により生じた静電気の極性が「正」
である場合に、発光ダイオード5の発光し、例えばpチ
ャネルMOSFETとすると、静電気の極性が「負」で
ある場合に発光ダイオード5が発光する。また、MOS
FET4の選定および動作条件等を学生が容易に設定で
きるので、動作原理を含んだ回路構成についても理解で
きることになる。
【0025】図2は、図1に示した静電気検出装置の別
の実施の形態を示している。なお、図1に説明した構成
と同じ構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略す
る。
【0026】図2に示すように、静電気検出装置11
は、外装体2と蓋3からなる密閉構造内に、第1および
第2の電源12、13とそれぞれ接続されたnチャネル
MOSFET14および発光ダイオード15からなる第
1の静電気検出表示ユニット、およびpチャネルMOS
FET16および発光ダイオード17からなる第2の静
電気検出表示ユニットを有している。なお、第1および
第2の電源12、13は、図1に示した電源6と同様の
低圧の直流電源であり、それぞれのMOSFET14、
16を駆動する電圧を提供可能であれば、乾電池などで
あってもよい。また、それぞれが接続される向き(極
性)は、MOSFETのタイプに合わせて、所定の極性
に設定される。
【0027】nチャネルMOSFET14には、例えば
2Sk611またはk611等が利用される。また、発
光ダイオード15としては、発光ダイオード17と発光
色が異なる、例えば赤色に発光する任意の発光ダイオー
ドが利用される。なお、発光ダイオード17には、例え
ば緑色に発光する任意の発光ダイオードが利用可能であ
る。
【0028】pチャネルMOSFET16には、図1に
示した装置と同様に、例えば2SJ77またはJ77等
が利用される。従って、赤色に発光する発光ダイオード
15と緑色に発光する発光ダイオード17は、同時に発
光することはなく、帯電した物体の静電気の極性に応じ
て、いづれか一方が発光される。
【0029】静電気検出装置11にはまた、蓋3を貫通
した導線(導体)に、リセットスイッチ18を介して接
続された電極板9が設けられている。なお、電極板9
は、図1に示した構成と実質的に同一であり、スイッチ
18が接続されている点のみが異なる。
【0030】次に、図2に示した静電気検出装置11の
動作例を説明する。
【0031】静電気検出装置11の電極体9に、任意の
極性に帯電された物体、例えば棒状の誘電体を、30c
m程度まで接近させると、静電誘導により、第1および
第2の静電気検出表示ユニットのいづれか一方のMOS
FET14または16がオンされ、対応する発光ダイオ
ード15または17が発光する。
【0032】詳細には、図2において、MOSFET1
4は、nチャネルタイプであるから電極体9に、「正」
に帯電している誘電体が接近されることでオンとなり、
赤色を発光する発光ダイオード15が発光する。逆に、
誘電体9に、「負」に帯電している誘電体が接近された
場合には、pチャネルタイプであるMOSFET16が
オンされ、緑色に発光する発光ダイオード17が発光す
る。
【0033】このように、1組のpチャネルMOSFE
TとnチャネルMOSFETを利用することで、帯電し
ている静電気の極性を表示できる。なお、スイッチ18
は、「正」または「負」の静電気によりオンされたいづ
れかのMOSFETをオフに戻すリセット動作に利用さ
れる。
【0034】なお、図2においては、nチャネルMOS
FET14とpチャネルMOSFET16とを同一の外
装体2に収容した例を示したが、それぞれが独立した外
装体に収容されてもよいことはいうまでもない。また、
静電気検出表示機構としては、発光ダイオード以外に、
電子ブザー等であってもよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
高感度に、静電気を検出する検出装置が安価に提供され
る。また、検出装置を、学生らが、自身の周りにあるF
ET素子により、回路設計を含めて、自作可能である。
また、上述した静電気を検出する装置は、静電気の有無
を、光あるいはモータの回転もしくは音などにより、体
験的に感じ取ることができ、学生らの理解度を高める効
果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の静電気検出装置の実施の形態を説明
する概略図。
【図2】この発明の静電気検出装置の別の実施の形態を
説明する概略図。
【符号の説明】
1・・・静電気検出装置、 2・・・絶縁性外装体、 3・・・絶縁性蓋、 4・・・電界効果トランジスタ、 5・・・発光ダイオード(静電気検出表示機構)、 6・・・電源、 7・・・導線、 8・・・導線、 9・・・電極体、 11・・・静電気検出装置、 12・・・第1の電源、 13・・・第2の電源、 14・・・nチャネルMOSFET、 15・・・赤色発光ダイオード(第1の静電気検出表示
機構)、 16・・・pチャネルMOSFET、 17・・・緑色発光ダイオード(第2の静電気検出表示
機構)、 18・・・リセットスイッチ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部を絶縁状態に維持する外装体と、 この外装体内部に、外部からの静電気を入力可能に設け
    られた電界効果トランジスタと、 この電界効果トランジスタのソース(またはドレイン)
    に、所定の電圧を供給する電源と、 前記電界効果トランジスタのドレイン(またはソース)
    と前記電源との間に設けられ、外部から静電気が供給さ
    れたことを表示する静電気検出表示機構と、からなる静
    電気を検出する装置。
  2. 【請求項2】前記外部からの静電気は、前記電界効果ト
    ランジスタのゲートに入力されることを特徴とする請求
    項1記載の静電気を検出する装置。
  3. 【請求項3】前記静電気検出表示機構は、発光ダイオー
    ド素子であることを特徴とする請求項2記載の静電気を
    検出する装置。
  4. 【請求項4】前記静電気検出表示機構は、モータである
    ことを特徴とする請求項2記載の静電気を検出する装
    置。
  5. 【請求項5】前記静電気検出表示機構は、電子ブザーで
    あることを特徴とする請求項2記載の静電気を検出する
    装置。
  6. 【請求項6】内部を絶縁状態に維持する外装体と、 この外装体内部に、外部からの静電気を、静電気の極性
    に応じて選択的に入力可能に設けられた第1および第2
    の電界効果トランジスタと、 この第1および第2の電界効果トランジスタのそれぞれ
    に、電界効果トランジスタのチャネルの種類に対応する
    極性の所定の電圧を供給する第1および第2の電源と、 前記第1および第2の電界効果トランジスタと前記対応
    する第1および第2の電源との間にそれぞれ設けられ、
    外部から静電気が供給されたことおよび静電気の極性を
    表示する第1および第2の静電気検出表示機構と、から
    なる静電気を検出する装置。
  7. 【請求項7】前記第1および第2の電解効果トランジス
    タは、一方がpチャネル型で、他方がnチャネル型であ
    ることを特徴とする請求項6記載の静電気を検出する装
    置。
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