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2023.11.02
【基礎知識】静電気とは？静電気発生の原因とメカニズムを解説
私たちの生活に身近な「静電気」。静電気は、セーターを脱いだりドアを開けるときに“パチっ”とくる自然現象ですが、ものづくりの現場では、不良品の発生や電撃によるケガなどトラブルの原因にもなっています。
導線を伝って流れる「一般的な電気」とは違い、「静電気」はとどまって動かない（帯電）状態の電気です。しかし、帯電量が大きくなり電気の流れやすい物質がそばに近づくと、放電現象が発生、それが“パチっ”とくる電撃の正体です。
工場において、静電気によるトラブルを未然に防ぐためには、まず静電気のメカニズムを知ることが重要です。
静電気の原因
生活のなかの身近な静電気といえば、ドアノブや車のドアの電撃、衣類のまとわりやセーターのパチパチがあげられます。子供のころなら下敷きで髪の毛を逆立てたり、自然現象であれば落雷も静電気です。
静電気は、下記のような原因で発生します。
〈静電気の主な原因〉
| 原因 | 主な材質 | |
|---|---|---|
 |
摩擦 物質がついたり離れたりすることで帯電 |
フィルム、紙、ベルト、粉体 |
 |
剥離 物質が離れる際に電子が移動することで発生 |
フィルム、シート、紙、衣類 |
 |
流動 物質が流動する際に帯電 |
液体、粉体、フィルター |
 |
噴出 スプレーすることでワークも人体も帯電 |
蒸気、加圧液体、塗料 |
 |
破壊 粉砕する際の破壊エネルギーで発生 |
固体、粉体、氷 |
 |
誘導 電気の流れ道がないため帯電 |
絶縁された導体 |
静電気発生のメカニズム
私たちの身の回りにあるものは、すべてプラスの電気とマイナスの電気を持っています。
静電気はその電気が移動することによってバランスが崩れ、偏りができた状態です。
〈静電気発生の流れ〉
- 普段の物質の電荷は、プラスとマイナスが同数でバランスが保たれています
- ２つの物質が接触すると、不安定な電気が移動をはじめます
（この状態では電気が移動しただけで、接触している２つの物質全体ではバランスが取れています） - 接触していた２つの物質を引き剥がすと、電気の数に偏りが生じます。
この時、電気を受け取った方はマイナスに帯電し、電気を出した方はプラスに帯電します - そして帯電している物質がアースしている金属に近づくと、一気に電気の移動が起きます（放電現象）
静電気の用語
静電気を理解するために覚えておきたい用語を紹介します。
| 静電気 | 物質間の接触・分離・摩擦などによって、電子がどちらかに過剰に偏ったときの電荷 |
|---|---|
| 帯電 | 発生した静電気が物質に蓄積すること（あらゆるものは、いつでも帯電しています） |
| 電荷 | 物質が帯びている電気（または電気の量） |
| 導電体 | 電気をよく通す物質のこと（金、銀、銅、アルミニウム、鉄など） 電気抵抗値が104Ω以下のものを差します |
| 不導体 | 電気を通さない物質のこと（ガラスや陶器、樹脂・木材など） 電気抵抗値が109Ω以上のものを指します 絶縁体ともいいます |
| 半導体 | 導電体と不導体の中間の性質で、電気を適度に通す物質のこと（シリコン、ゲルマニウムなど） この性質を利用して、トランジスタや集積回路がつくられています |
| 単位 | 静電気の単位には、一般的に電圧の単位であるＶ（ボルト）kV（キロボルト）を使います また静電容量を表すＦ（ファラッド）や、静電力を表すＣ（クーロン）などもあります |
導電体と不導体の帯電について
導体が帯電した場合は、下図のように均一に帯電しますが、不導体の場合は不均一に帯電します。（全面が同じ電位であるとは限りません）
静電気の電撃ってどれくらい？
静電気による電位と人体が感じる電撃の強さは、下記の通りです。
およそ3kVぐらいから刺激を感じはじめます。
〈人体の電撃電位［kV］ 電撃の強さ〉
| kV | 感じ方 |
|---|---|
| 1.0 | まったく感じない |
| 2.0 | 指の外側に感じるが痛まない |
| 3.0 | 針で刺された感じを受け、チクリと痛む |
| 5.0 | 手のひらから前腕で痛む |
| 6.0 | が強く痛み、後腕が重く感じるが強く痛み、後腕が重く感じる |
| 7.0 | 指、手のひらに強い痛みとしびれを感じる |
| 8.0 | 手のひらから前腕まで、しびれた感じを受ける |
| 9.0 | 手首が強く痛み、手がしびれた感じを受ける |
| 10.0 | 全体に痛みと電気が流れた感じを受ける |
| 11.0 | 指が強くしびれ、手全体に強い電撃を感じる |
| 12.0 | 手全体に強打された感じを受ける |
出典：静電気安全指針｜産業安全研究所
湿度と帯電電圧の関係
帯電電圧は、相対的な湿度によっても異なります。
湿度の低い工場では、ちょっとした作業でも高い電圧が溜まるため、確実な対策が必要となっています。
| 静電気発生源 | 帯電電圧（kV） | |
|---|---|---|
| 帯電物 | 相対湿度10～20% | 相対湿度65～90% |
| カーペットの上を歩く人体 | 35.0 | 1.5 |
| ビニル床を歩く人体 | 12.0 | 0.25 |
| テーブル作業をおこなう作業者 | 16.0 | 0.1 |
| ビニール包装資材 | 7.0 | 0.6 |
| 普通のポリ袋を作業台からつまみ上げる | 20.0 | 1.2 |
| ウレタンのクッションのついたイス | 18.0 | 1.5 |
工場における静電気によるトラブルの事例
生産ラインやものづくりの現場で発生する静電気トラブルには、下記のようなものがあります。
〈よくある静電気トラブルの事例〉
-
ドアノブの電撃 -
成形品スタッキング不良
-
フィルの吸着不良 -
金型からの取り出し不良
-
レンズや導光板の塵埃吸着 -
静電気放電による回路破壊 -
塵埃付着による塗装不良 -
真空吸着痕による塗装不良
-
極小パーツの装着不良 -
パーツフィーダの整列不良 -
印刷インクのにじみ -
静電気放電による粉塵爆発
〈業界別の静電気トラブルの事例〉
| 業界 | 事例 |
|---|---|
| セミコンダクタ（半導体／液晶） | 回路破壊、ガラス破壊、異物付着 |
| 電気・電子（基板／PC／ロボット） | 回路破壊、誤助作、異物付着 |
| 化学（繊維／フィルム／樹脂／粉体） | 人体電撃、異物付着、密着、着火 |
| 食品医薬品化粧品（衣類／包装） | 異物付着、監列不良、密着、粉体付着 |
| 印刷・表面処理（紙／シート／樹脂） | 人体電撃、異物付着、印刷不良、密着 |
「力学的作用」によるトラブルと「電離作用」によるトラブル
帯電電圧は、相対的な湿度によっても異なります。
湿度の低い工場では、ちょっとした作業でも高い電圧が溜まるため、確実な対策が必要となっています。
力学的作用によるトラブル
力学的作用によるトラブルには、「吸引」「反発」などがあります。
力学的作用は、電荷が保存されることで発生し、目詰まり・付着・印刷むら・コンタミなどの不良品の原因となります。
電離作用によるトラブル
電離作用によるトラブルには、「放電」「電撃」「着火」などがあります。
電離作用は、電荷が放出されることで、発光・破壊音・電磁ノイズをともないます。爆発・静電破壊・電磁ノイズ・神経障害などを引き起こすため、早急な対策が必要です。
静電気対策の基礎知識
静電気対策は「発生させない」「帯電させない」「放電させない」、この３つがトラブルを防ぐポイントになります。
静電気を発生させない
絶縁物を近づけないことや、摩擦や剥離などを最小限に抑えることで、静電気の発生を未然に防ぎます。
またどうしても静電気が発生してしまう場合でも、少ない量に抑えることが重要です。
静電気を帯電させない
ゆっくりと帯電を逃がすことで、静電気によるトラブルを未然に防ぎます。
静電気が発生した時点で速やかに逃がしたり、漏洩させて滞留させないことが重要です。
静電気を放電させない
金属や導体に接触する前に帯電を除去し、静電気によるトラブルを未然に防ぎます。
爆発や引火の恐れのある場所で火花放電させないように、注意が必要です。
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静電気対策製品のご提案
ベッセルでは、イオナイザーをはじめとしたさまざまな除電器、静電気対策製品をラインナップしています。
イオナイザー
イオナイザーは、プラスとマイナスのイオンを生成し、圧縮エアやファンでイオンを送風する除電器です。
帯電したワークの表面にイオンを送り込むことで、電位を中和させて除電します。
静電気の発生を抑えることができない工程や、帯電量の多いワークの静電気対策に有効です。
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- イオナイザーの仕組みと種類、課題解決例
静電気床工事
静電気対策床材による床工事を行うことで、工場まるごと静電気対策を行うことができます。
ベッセルでは、静電気床工事の床材選定から施工、測定まで、トータルサポートでお手伝いしています。
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- 静電気対策の床工事と床材の種類・選定
イオンパーツクリーナー
イオンパーツクリーナーは、除電と除塵が同時にできる静電気除去装置です。
コンパクトサイズでセル台や狭い場所に置くことができるため、これまでクリーンベンチまで移動し行なっていた除塵作業を、手元でかんたんに行うことができます。
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EPAアイテム
EPAとは、ESD Protected Area の略で、ESD（静電気放電）対策エリアのことです。
ベッセルでは静電気除去装置以外にも、EPAで使われる、導電性ゴムマット・リストストラップ・セル作業机・導電疲労軽減マット・静電気測定器など、各種静電気対策製品を取り揃えています。
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クリーンウォーカー
クリーンウォーカーは、柔らかいウレタンゲルを採用した粘着ウレタンゲルマットです。
凹凸に入り込んだゴミやホコリまで確実にキャッチすることができ、静電気トラブルのもととなる工場への塵埃の持ち込みがなくなります。
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測定器
目に見えない静電気を測定するためには、ワークの帯電電圧を測る「静電気測定器」や、床やマット、机、イスの表面抵抗を測る「表面抵抗計」などの測定器が使われます。
