原理・しくみ | J's Log https://js-log.net Tue, 17 Sep 2024 07:42:54 +0000 ja hourly 1 https://wordpress.org/?v=5.9.10 テレビリモコンの電源ボタンが効かなくなった理由【東芝レグザ】 https://js-log.net/archives/4576.html https://js-log.net/archives/4576.html#comments Fri, 24 Jul 2020 09:44:27 +0000 https://js-log.net/?p=4576 もう10年近く使ってきたリビングの液晶テレビ（2011年製の東芝REGZA）のリモコンが故障しました。ある日突然に壊れたわけではなく、ジワジワと悪化してきた感じ。 具体的には、電源ボタンの反応が鈍くなり、ONでもOFFで […]

The post テレビリモコンの電源ボタンが効かなくなった理由【東芝レグザ】 first appeared on J's Log.]]> リモコン三枚おろし もう10年近く使ってきたリビングの液晶テレビ（2011年製の東芝REGZA）のリモコンが故障しました。ある日突然に壊れたわけではなく、ジワジワと悪化してきた感じ。

具体的には、電源ボタンの反応が鈍くなり、ONでもOFFでも、5秒ほど長押ししないと効かないという状態になっちゃいました。

全く機能しないわけではないのですが、こういうのって地味～にストレス感じますねぇ。電源の入り切りぐらいだったらテレビ本体のスイッチでも操作できるのですが、リモコンに慣れた身にはこれもめんどくさい。


このレグザの純正リモコン（CT-90389）をネットで探してみますと、購入可能でした（例えばAmazonだと2020年の検索当時で2,342円）。

このストレスから逃れるためには買っちゃうのが手っ取り早いかな・・・とも考えましたが、セコイ性格の方が勝ちまして、今回は修理する方向で模索してみました。


で、結論から言うと、
自分で修理できて、見事に復活しました！

ボタンの感度が鈍って長押ししないと効かなくなったな～とお悩みの方は、とりあえずご一読を。

新しいリモコンをポチるのはそれからでも遅くありませんよ！




考えられる故障要因

今回の場合、不具合があったのは電源ボタンだけで、幸いにも、他のボタンは特に問題ありませんでした。

このことで、故障要因をだいぶ排除できますが、とりあえず、一般的なリモコン不具合でチェックすべき項目をひと通り挙げてみますと、

  • 要因① リモコンの電池不良
  • 要因② リモコンの設定の問題
  • 要因③ 液体がかかった？
  • 要因④ 受信側（テレビ本体）の問題
  • 要因⑤ 赤外線が出ているか？

まずは確認が簡単そうなものから詳しく見ていきましょう。

要因① リモコンの電池不良

電池は一番の「リモコン不具合あるある」ですが、他のボタンはちゃんと機能しますから、今回は電池が犯人じゃありません。

念のため、電池の接点が錆びていないことを確認の上、新しい電池に交換して試してみましたが、案の定、変化ありませんでした。

■ 一般にどんな不具合が考えられる？
  • 電池がへたった
  • プラスマイナスのいれ間違い
  • 電池の液漏れ等で接点がさびている
など

もし、電池の液漏れが起こってしまっていても、あきらめる必要はありません。ビニール手袋等をしてから、綿棒や紙やすり等で接点をきれいにします。最後に金属端子に接点復活剤などを付けておくと復活する確率が高くなりますよ。


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要因② リモコンの設定の問題

一般的に、複数台のテレビをそれぞれのリモコンで操作できるよう、テレビとリモコンには複数の「リモコンコード」が用意されています。

当然ながら、リモコンとテレビのコードが合っていないと、操作できません。それが何かの拍子で変わってしまう可能性が考えられます。

今回は他のボタンが使えることから、リモコンコードも問題ないはずです。

■ 一般にどんな不具合が考えられる？

リモコンコードは、初期設定のまま使われるケースがほとんどだと思うのですが、仮に設定を変更して使っていた場合、電池を抜いた時などに初期設置に戻ってしまうことがあるそうです。

全てのリモコンボタンが使えなかったなら、これも疑うべきポイントですね。

要因③ 液体がかかった？

コメント頂いた読者さんの事例ですが、とりあえずドライヤーで乾かしてみたら直ったとのこと。

想像ですが、何らかの液体がリモコンにかかったのかもしれないですね。自分じゃ身に覚えがなくても、ご家族の誰かが水かお茶などをこぼしちゃったけど、黙っていたのかもしれません。

思いがけない犯人として、赤ちゃんも考えられます。赤ちゃんって、リモコンが大好きだったりしますよね。目を離したすきによだれをベットリ・・・なんてこともあるかもしれません。

同様に、ペットのいたずらとか、オシッコとかも考えられます。

このケース、かかった液体が水だったら単純に乾けばOKだと思いますが、ジュースみたいなのだったら、糖分が残って後々問題を起こすかもしれません。その場合は、記事後半のような分解掃除が必要となるかもです。

このドライヤー作戦、簡単ですから、分解する前にとりあえず試してみる価値はあると思います。

要因④ 受信側（テレビ本体）の問題

原因はリモコンだけじゃなくて、テレビ本体側にある場合も考えられます。ですが、これも今回は他のボタンが使えてるわけですから、まあ、可能性は低いと判断しました。

もしあるとすれば、電源ON/OFFの機能のみ、テレビ側で正しく動かないということになりますが・・・正直、あまり考えたくないというのが本音です。とりあず、頭の隅っこに。

■ 一般にどんな不具合が考えられる？
  • 受光部の前に障害物がある
  • 別の強い光がリモコン受光部にあたっている
  • 本体の電源が「切」になっている
その他、お子さんがいるご家庭でしたら、受光部にシールなどを貼られることもあるかもしれませんね。知っててイタズラする確信犯も含めて。

要因⑤ 赤外線が出ているか？

テレビ等のリモコンの多くは赤外線で通信を行います。

リモコンの不具合の際、ぜひ確認しておくべきなのは、ボタンを押した時に赤外線がちゃんと出るかどうかです。これ、人間の目では直接見えないんですけど、スマホ（デジカメでもok）を使えば簡単に確認できるんですよ。

赤外線の送信部はリモコンの先頭にあります。スマホのカメラで見ると次の写真のように光るのが分かります（問題のないボタンを押した場合）。

リモコンの発光部
■ なぜリモコンの光は目では見えないけどスマホでなら見えるの？

人の目には可視領域があって、領域外の波長をもつ赤外線や紫外線を見ることができません。しかしスマホのカメラやデジカメで使われている画像センサーにはそうした可視領域の制約が無いので、光のエネルギーを受光すれば電気信号に変換されることになります。

その電気信号を可視光としてモニタ表示することで、人間は赤外線を「見る」ことができます。
（ただし、一部のスマホ、デジカメ、リモコンではこのような方法で光が見えない場合もあります）


実際に試したところ、問題のないボタンは押すとすぐ光るんですが、問題のある電源ボタンは、すぐには光らず、長押ししたら、やっと光ることが確認されました。
電源ボタン
やはり電源ボタンを押してもすぐには光らない…


というわけで、リモコンでの発光が異常（長押ししないと光らない）だと判りました。先ほど頭の隅にひっかかっていた、「受信側（テレビ本体）の問題」への疑いはとりあえず晴れたと考えてよさそうです。


これで真犯人はリモコンに絞られました。


結局、ボタンの接触不良が最も疑わしい

たぶんこれが信号処理用のチップ

おそらくですが、リモコンでそれぞれの「ボタンが押された」という信号は共通の信号処理回路で処理されているはず。そうすると、電源ボタン以外は問題ないことから、信号処理回路には問題なく、電源ボタンまわりの不具合（配線の断線や接触不良など）が一番疑わしいと考えられます。

ただ、いつも同じように長くボタンを押しさえすれば必ず赤外線は光る（機能する）ことから、電線が切れているとか、ボタンのスイッチが壊れているみたいな単純な故障とはちょっと違うんじゃないかなという気もします。

これは中を開けて調べてみないと判らないので、分解してみることにしました。


※ 以下、分解してみた体験談になります。いったん分解してしまうと、メーカーの保証対象外となる可能性があることをご承知おきくださいね。

とりあえず分解してみた

分解に先立ちまして、不慮のショートを避けるため、まずは電池を外しておきます。

リモコンの電池を外す
外観をざっと見てみましたが、ビスのようなものは一切見当たりません。これはもう、はめ込みになってるんでしょう。こじ開ける以外になさそうです。

下手すればケースが破損して割れてしまう恐れもありますが、イザとなれば新規購入すればいいや、と覚悟の上、ツッコミどころを模索。

リモコン分解
どうにか、わずかなすき間にドライバーの先を突っ込んで、すき間を広げることに成功しました。

リモコン分解
全周にわたって慎重にパコパコと外していくと、フタを外すことができました。少しこじ開けたところが傷ついてしまいましたが、まあ、割れはしなかったので良しとします。


ボタンの部分って、全部連結しているんですね。一体型のゴムシートでできてました（下の三枚おろし写真の真ん中）。

リモコン三枚おろし

よく見ると液体みたいなものが…

よく見ると、ゴムシートの下のプリント基板の表面が濡れて光っているようです。

油脂が析出
なんだこれは・・・気持ち悪っ！

ということで、ネットで調べてみたところ、どうやらこれは人の手からでた油脂成分が析出したもののようです。しかも、これが接触不良の原因で、拭けば直りますよ、との先駆者たちのありがたい情報がありました。

確かに、電源ボタンのあたりが一番汚れているようです。他のボタンのところも汚れていたので、今は問題なくても、いずれ他のボタンも故障する運命だったのかもしれません。

それと、基板表面だけでなく、シリコンゴムシートの裏側にもべったりと油が付いていました。

修理（綿棒でのお掃除）

リモコン基板掃除 綿棒にアルコールを付け、基板表面と、ゴムシート裏面をきれいに掃除しました。どちらも電流が導通する部分ですので、キズつけないよう、やさしく。

ついでに、ゴムシート表面の、ボタン間の溝にもごみがだいぶ溜まっていましたので、こちらもきれいにしておきました。

ゴムシートの表も掃除 とりあえず再び組み立ててみて、電池を入れ、動作確認。

電源ボタンはかつての反応を取り戻し、サクサクと働くようになりました！！

今回の故障のメカニズム
－なぜ長押しすれば動いたのか？－

今回のリモコンの故障は、ネット上の先輩方の情報を頼りに解決に至りましたが、まだちょっと腑に落ちないところがあるので、さらに調べてみました。

ご興味がありましたら、もう少しお付き合いくださいね～


リモコンボタンの構造

調べてみると、今どきの一般的なテレビリモコンの「ボタン」は横から見て次のような構造になっているようです。

リモコンボタンの構造
表面の一体型ゴムシート（絶縁性シリコンゴム）によって、押し下げるクリック感と、戻る動きが得られます。そしてゴムシートの裏面にはボタンごとに導電性シリコンゴムが付けられており、これがボタンの押し下げによって基板上の回路パターンの接点に触れて導通することで、ボタンの「ON」を検知するというわけです。

実際の基板上のパターンをよく見ると、迷路のコースみたいになっているところは、左右の電極が互いに折り重なるような形になってます。ここに何か導電性のものが触れるとこの電極間で電流が流れるんだろうなと推測されます。

一般に、基板表面の回路パターンは、レジストという絶縁性のある保護材で表面処理されます（下写真の下部の緑色の配線部分なんかがそう）。しかし、左右の電極部分などの表面は黒っぽくなっているので、レジストではなく何か導電性のあるもの（カーボンかな？）で表面処理されていると思われます。

リモコンボタンの電極

なぜ油脂が溜まったのか

シリコンゴムには、耐久性に優れているといったメリットの他、透過性が高いという特徴もあります。

これが油脂を通しやすいということにつながります。長い期間に渡ってボタンを押し続けた結果、指の油脂が導電性ゴム部と基板の間に析出したのでしょう。

故障のメカニズム

油脂による接触不良 もうお分かりと思いますが、この油が絶縁物として働いてしまったのですね。

一般に、油は絶縁性が高い物質です。これは水などと比べて電解しにくい性質があるためです。

ボタンを押し下げると、正常ならば導電性ゴムと基板上のパターンが接触して基板上の電極間に電流が流れるのですが、間に油膜がある場合、その絶縁性のため、電流が流れません。しばらく長押し続けていると、圧力がかかった部分の油が移動して、通電するようになったと考えられます。

なぜ電源ボタンだけ効きが悪い、反応が鈍くなったのかといえば、やはり一番使用頻度が高いボタンだからなんでしょうね。

スイッチにおけるその他の故障モードと修理方法

その他の故障モードとして、ボタン裏の導電性ゴムチップが欠落していたり、ボタン裏にゴムではなくて導電性塗料が使われていて、それが剥げている場合もありえます。

また、基板上の電極パターンの劣化も考えられます。

こうした場合には次のような修理方法（延命処置）があります。

伝導性ゴムチップの交換

なんと！導電性ゴムチップがAmazonで売られてましたよ。こんなのも手に入るなんて・・・Amazonおそるべし。

>> Amazonで「リモコン 修理 導電性」を検索する

導電性ゴムの代わりにアルミを貼る

簡易的に直す場合は、アルミテープ（100均とかにある）を小さく切って貼るか、アルミホイルを薄い両面テープか接着剤で貼り付けると良いそうです。

電極の導電パターンを鉛筆でなぞる

長く使っていると基板上の電極パターンが摩耗して導電性が落ちる場合もあります。こうなるとそろそろ寿命かとも思いますが、もう少し延命処置も試してみましょう。

アルミ等を貼るのは伝導性接着剤が必要になりますし、今回のような複雑なパターンになっている電極では、形状的に厳しいでしょう。

この場合、黒い電極パターンの上を鉛筆（黒鉛には伝導性があります）でなぞる方法が一定の効果が望めます。電極を傷つけないよう、柔らかくて濃い芯で優しくなぞってみます。

これでもダメなら導電性塗料かな、と思いますが、これは私も試していないし、失敗すると本当に息の根を止める恐れがあります。やるとしたら自己責任でお願いしますね…

おわりに

純正品の販売サイトのレビューを見ると、どうも同じような症状で買い替えた方が少なくないようです。すべてとは限らないでしょうが、同様のアプローチで修理できるケースも多いのではないでしょうか。


今回の場合は、長い期間をかけて溜まった油脂が原因だったと思われますが、ジュースなどをこぼしたりした場合は、短期間で同様の故障が起こるかもしれません。

対策としては、カバーとか、ラップを巻いておくということぐらいですかね。

しかしそれもうっとうしい。修理の方法は簡単だったし、次回も同じように直せそうなので、とりあえずこれからも普通に使っていこうかなと思います。


とりあえず、リモコンの故障が疑われる場合の対策としては、以下の修理方法を試してみてはいかがでしょう（一部、分解が必要になります）。

  • しばらく放置またはドライヤーで乾かす
  • 基板表面やボタン裏をアルコール等で清掃
  • 基板上の導電性パターンを鉛筆でなぞる
  • ボタン裏にアルミを貼る
  • ボタン裏の導電性ゴムチップを交換


今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

<後記>

最初に修理してからわずか1年ちょっとで、また少し電源ボタンの調子が悪くなってきました。

再び分解してみたところ、今回はまだ油が光って見えるほどベットリではなかったですが、やはり汚れていたようです。

前回と同様に綿棒にアルコールを含ませて清掃したら、しっかり復活してくれました。

左上の隅にあるのが電源ボタン


意外と短いスパンで調子が悪くなるもんだなと思いましたが、前回の清掃が完全じゃなかったのかもしれないし、寿命的なものもあるのかもしれませんね。
（↑2021年10月24日追記）

またまた、電源ボタンだけ調子が悪くなってきました。今回は清掃後でもちょっと反応がイマイチ。いよいよ、基板上の電極パターンが劣化してきたかなと思い、鉛筆（2B）で優しくなぞったところ、見事サクサク反応するようになりました。

でもまあ、鉛筆なんで、またすぐ劣化するかも。いずれは何か導電性の塗料でも塗るかな・・・
テレビ自体ももう11年。ずっとリビングのメイン機として使い続けていますが、なんとかリモコン君も添い遂げさせたいものです。
（↑2022年8月15日追記）

さらに月日が流れ・・・清掃と鉛筆のメンテを何度か繰り返しましたが、劣化するまでのサイクルが短くなり、いよいよどうにもならなくなってきました。相変わらず調子が悪いのは電源ボタンだけですけどね。

次の手段として、アルミ箔を両面テープで貼ってみました。貼った場所は、導電性ゴムの裏側。電極パターンに接触するところです。
アルミ箔と両面テープの厚いと、常に接触するかもと思って、ダイソーでできるだけ薄い両面テープを選びました。

結果、見事に復活しました！！どうやら、ヘタっていたのは電極パターンの方ではなくて、導電性ゴムの方だったみたいですね。まだまだ、リモコン君は元気に働いてくれそうです。
（↑2023年5月2日追記）

アルミ箔を貼ってから1年以上メンテなしです。
パリオリンピックも無事、乗り切ってくれました。
最初に修理してから4年以上経過しましたが、相変わらず、リモコン君は元気です！！
（↑2024年8月13日追記）


The post テレビリモコンの電源ボタンが効かなくなった理由【東芝レグザ】 first appeared on J's Log.]]> https://js-log.net/archives/4576.html/feed 10 エスカレーターの片側歩行と両側立ちで、輸送効率が高いのはどっち？ https://js-log.net/archives/3509.html https://js-log.net/archives/3509.html#comments Sun, 07 Apr 2019 01:36:03 +0000 https://js-log.net/?p=3509 少し前に、駅で「エスカレーターでは歩かず、両側に立って乗りましょう」的なキャンペーンが行われていました。 確かに、みんな歩かず立って乗る方が、安全でやさしい乗り方だなと思います。身体的な都合でいずれかの手すりにつかまるの […]

The post エスカレーターの片側歩行と両側立ちで、輸送効率が高いのはどっち？ first appeared on J's Log.]]> エスカレータで片側に立つ
少し前に、駅で「エスカレーターでは歩かず、両側に立って乗りましょう」的なキャンペーンが行われていました。

確かに、みんな歩かず立って乗る方が、安全でやさしい乗り方だなと思います。身体的な都合でいずれかの手すりにつかまるのが困難な人もいるし、荷物で狭くなったスペースを無理やり歩かれると、身の危険を感じることもあります。


でも、「エスカレーターは歩くより立った方が効率的」と言われると、ちょっと疑問。

立ってじっとしているより、歩いた方が効率的じゃないの？って気がしませんか？

歩く人のために片側の列が空けられているのに歩く人がほとんどおらず、立って乗る方だけがずらっと渋滞しているような光景をよく見ます。そういう時は確かに効率が悪いなあと思いますけど、混んでいる時間帯だと、どちらも人がいっぱいで、歩いている列の方が人の進みが早いような気がします。


というわけで、本記事では、

エスカレーターの片側を歩く場合と、両側とも立つ場合とで、いったいどちらの方が輸送効率が上なの？

ということを考えてみたいと思います！！



輸送効率の優劣は？

結論から言えば、以下のようになると考えています。

簡単に優劣をつけることはできず、場合によって異なり・・・

■ 両側で行列ができるほど鬼混雑している場合

歩く列が効率が良い　（立つ側が"通常立ち"の場合）
立つ方が効率が良い　（立つ側が"窮屈立ち"の場合）

通常立ち…ストレスを感じない程度に空間を維持して立つ
窮屈立ち…不快で窮屈な感覚で詰めて立つ

■ 歩く列に空きが生じる程度の混雑の場合

歩く列を設けず両側とも立つ方が効率が良い

■ ガラガラな場合

どちらも変わらない



次から、このように考えた理由について詳しく説明していきますね！

輸送効率を決める要素は二つある～「スループット」と「人気度」

輸送効率は、原理的には、一定時間内に何人の人が通過できるか、という能力に大きく依存します。このように、一定時間内に処理できる能力のことを スループット と呼びます。

一人一人の移動速度が速ければより多くの人が通過できそうな気がしますよね。しかし、実際はそうとは限りません。いくら移動速度が速くても、人と人の間隔が広くなってしまった場合は、一定時間内に通過できる人数（スループット）は減ってしまいます。

例えば、高速道路で車を速く走らせても、安全のために車間距離を長くとれば、結果として走行できる車の合計台数は少なくなることがあり得ます。

ということで、まずは、歩く場合と立つ場合とで、どれくらいスループットが違うか をきちんと定量的に見積もる必要があります。

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それから、スループットよりも、どちらの列を選択するかという人気度のアンバランスが、もっと輸送効率に影響する面もあります。

なぜかと言いますと、いくら処理能力が高くても、いずれかの列を利用する人が少なくて「開店休業」の状態であれば、そちら側の能力（スループット）をフルに活かされないからです。そうすれば全体としての輸送効率が落ちてしまうことになります。

このように、列による人気度のアンバランスも、輸送効率に大きな影響をもたらします。


こうした人気度のアンバランスが出てくるのは、あまり渋滞していない時ですね。鬼のように渋滞してくると、歩く方も立つ方もビッシリで、人気とかそんなことを言っている余裕がなくなりますので。それと、混雑していてもあまりに長いエスカレーターだと、歩いて登る方は人気がなく、立つ方は大人気で長蛇の列ということにもなりますね。


つまり、
輸送効率はスループットと人気度という二つの要因によって決まります。
そしてその依存度は混雑具合や長さ等によって変わってくる ということが言えそうです。


シミュレーションの例

この課題に関してシミュレーションでアプローチしている外国のニュース記事（クリックで別タブが開きます）があります。（以前は無料で閲覧できたのですが、現在は有料記事になっているみたい・・）

記事内にアプリがあって、自分で試すことができます。スライドバーで混雑度を設定して、その場合に輸送できる人数がカウントされるというものです。やってみるとなかなか面白いですよ。

混雑度のスライドバーを設定する度に、人数が0からカウントし直しされます。最初のうちは「片側歩き」の方が人数が多かったりすることもありますが、しばらくして落ち着くと「両側立ち」の方が逆転する結果になるんですね。

ガラガラな時だけ、互角なのですが、混雑度が増してくると必ず「両側立ち」の方が勝つような結果になります。

列による人気度の違いがどのように輸送効率に影響するかをイメージとしてとらえるには秀悦なツールだと思います。

ただし、このシミュレーションの前提条件には、大きな疑問を抱かずにはいられません。はっきり言うと、フェアじゃありません。

つまり、鬼混雑してきたときの基本的なスループットにつきまして、歩く側は現実的な設定（間を2ステップ空ける）になっているのに対し、立つ側は潜在的最大スループット（ステップ空けずに密着して立つ）となっている のです。

全員がここまで窮屈に乗ることは、現実的に考えてあり得ないでしょ～


というわけで、次に、そんな鬼混雑している場合でのスループットを定量的に考えてみました。

両側の列で行列ができるほど混雑している場合のスループット比較

混雑がひどい状態で、両側とも行列になっている状態では、輸送効率に対して、純粋に スループット が支配的になります。人気度の違いによって「無駄に片側が空いている」という状況が無いわけですから。

立つ列と、歩く列とで、スループットが原理的にどう違うのかを考えてみましょう。最初にいろいろなパラメータを仮定し、少々計算を使って考えてみますね。

ちょっとややこしいかもしれないですが、分かり易く説明するので、付いてきてくださいね！！

それぞれどれくらいのパーソナル空間が必要か

前の方で、高速道路の車で例えたように、スループットを考える上では、移動速度だけでなく、人と人との間隔も重要な要素となります。

実際に駅のエスカレーターを観察してみたんですが、両側とも行列ができるほど混雑した場合には、

  • 立つ方：各人の占有空間は2ステップ
    （間に1ステップ空けて立つ）
  • 歩く方：各人の占有空間は3ステップ
    （2ステップ空けて歩く）

という状況が殆どだったように思います。

立つ方について
もちろん、間を空けない、つまりすぐ次のステップに立つことも可能です。
特に親子などの家族ではそのように密着して乗るケースは普通に見られます。しかし赤の他人同士では、それでは「近すぎて不快」ではないでしょうか。それに将棋倒しに対する恐怖心から、無意識のうちにそんな並び方は避けると思うんです。

ですから、一般的に言って、快適なパーソナル空間を保つには、間に1ステップ設けるのが自然だと思います。



歩く方について
実際に、間に1ステップしか空けないようにして歩こうとしたんですが、登りだと前の人の足にぶつかりそうな気がするんですよね。よっぽどシンクロして歩かないと（運動会のムカデ競争のイメージ）、無理だと感じました。

歩いている（動いている）状態だと、間に何ステップあるかちょっと分かり難いのですが、次のように考えると分かりやすいかと思います。

歩く側でも、前が詰まって時々止まるようなときは、立つ側と同じく、間に1ステップ空けて止まります。そこからまた歩き出すときは前の人が1ステップ動き出してからなので、やはり、継続して歩く場合は間に少なくとも間に2ステップは必要だということになります。じゃないと、前の人が止まったときに間に1ステップ空けて止まることは無理。



続いて速度。

それぞれの移動速度は？

仮に、エスカレーターの運転速度が非常にゆっくりだったらどうでしょう。

極端な話、運転速度が限りなくゼロに近づけば、もはやエスカレーターはほぼ階段と同じ。そうすると、立つ方のスループットはほぼゼロになります。

一方の歩く側では、自分で歩く分は確実に進むことができますから、スループット的には圧勝です。

逆に、エスカレーターが高速になればなるほど、「歩くこと」のスループットへの貢献は、相対的に小さくなっていくものと考えられます。

このように、エスカレーターの運転速度、および歩く速度も、スループットを考える上で重要な要素となります。



ひとくちに「駅のエスカレーター」と言っても、その運転速度は画一ではありません。高速なものだと40m/分 ぐらいまでで、30m/分 程度の物が一般的となっているようです。



一方、歩く速度（エスカレーターに対する相対速度）は、ある調査によると、平地を歩く速度のおよそ半分ぐらいとなるそうです。


速度についてまとめますと、

エスカレーターの運転速度は 30m/分 とし、

歩く速度は 30m/分 とします。
（たまたまエスカレーターの運転速度と同じ）

と考えることとします。

で、結局スループットはどれぐらい？


以上のパラメータから、それぞれのスループットを見積もってみましょう。

ここで、スループットとは、
「単位時間（1分間）あたりに運べる人数」
であると定義します。

それって、
（1分間にエレベーターが進む距離＋1分間に人が歩く距離）を、一人当たりの占有空間で割ったもの に等しいはず。

ですから、

エスカレーターの運転速度 Ve（m/分）
人の歩く速度 Vp（m/分）
一人当たり占有ステップ数 S（ステップ）
ステップの幅 L（m）

とすると、スループットは

（Ve＋Vp）÷（S×L）（人/分）

となります。

実際に数字を入れて計算してみると・・・

エスカレーターの運転速度：Ve=30m/分
ステップの幅：L=0.4m　（一般的にはこれくらい)

は共通で、

人の歩く速度：
　　Vp＝30m/分（歩く場合）
　　Vp＝0m/分（立つ場合）

一人当たり必要ステップ数：
　　S=3（歩く場合）
　　S=2（通常立ちの場合）
　　S=1（窮屈立ちの場合）

から、各スループットが産出され、順に並べると

　窮屈立ちの場合：75人/分
　歩く場合：50人/分
　通常立ちの場合：37.5人/分

となります。



上記のように求めた数字から、冒頭に掲げたような結論が導かれたわけです。

■ 両側で行列ができるほど鬼混雑している場合

歩く列が効率が良い　（立つ側が"通常立ち"の場合）
立つ方が効率が良い　（立つ側が"窮屈立ち"の場合）

通常立ち…ストレスを感じない程度に空間を維持して立つ
窮屈立ち…不快で窮屈な感覚で詰めて立つ



前述の海外記事で紹介されてたシミュレーションでは、立つ側はまさにその「窮屈立ち」の状態が想定されているのでした。もし、「通常立ち」の状態を想定していたら、結果は逆転するはずです。



では次に、片側で空きが生じて、もう片方だけが混雑するような、人気度に差が生じる場合を考えてみましょう。こちらは特に計算を立てて考えなくとも、経験上お分かりになるのではないかと思い、文章による説明とさせて頂きますね・・・

机上のスループットより人気度が支配的となる場合

あまり混んでいない時間帯や、特に長いエスカレーターで顕著なのですが、歩く側に挑むチャレンジャーが少ないので、人気度という面では、立つ側に人が集中してしまいます。

ずっと歩いて登っていくのは体力が必要だし、降りる場合でも意外にモモがくたびれますし、膝に衝撃がきますからね。

その結果、歩く側はガラガラでスループットが無駄になってしまうのに対し、もう一方の立つ側はスループットの限界を超えて、乗り場に人が滞留し大行列、というばかげた状況になりがちです。

こうなってしまうと、輸送効率は片側空けて歩くスペースを空けるより、両側立ちの方が有利です。

行列待ちが耐えられるぐらいの混雑度であれば、並んででも立って楽をしたいという欲求が勝り、こうしたことが起こり得るのですね。

このように、
■ 立つ列だけに行列ができる程度に混雑している場合

両側とも立つ方が効率が良い

となります。


最後に、次はガラガラの場合。

ガラガラの場合はどっちも変わらない

どちらの列にも行列ができていない状態とは、エスカレーターに来た人が直ぐに乗れるということです。こんな場合は、どちらの乗り方をしても輸送効率は変わりません。

これは、エスカレーターの乗り場の前に ボトルネック がある状態ですので、エスカレーターの乗り方の違いで輸送効率の違いは現れないのです。



「効率的」という言葉の二面性

しかし、
以上のような説明をされても、まだ受け入れにくいというか、モヤモヤしている方もいらっしゃるかもしれませんね。

このモヤモヤの原因は、たぶん「効率的」という言葉に、二面性があるからだと思います。

上記で論じていたのは、あくまでも「輸送効率」であって、全体的な処理能力にフォーカスするものです。

要するに早く乗客全員をホームから移動させることを目的とするような、いかにも鉄道事業者が考えるような全体効率の論点です。

一方、個人個人の「効率的な移動方法」を論じるのであれば、もちろん、早く目的地に着くためには「エスカレータ―を歩く方」が効率的、ということができます。

エスカレータ―の速さ＋歩く速さ で、階段を歩くよりも、またエスカレータ―で立って乗るよりも、早く目的地に着けます。

具体的に先ほどの値を使うと、分速30mのエスカレータ―速度に、分速30mの歩く速度が加われば、およそ半分の時間で降り場に到達できる計算になります。


単に「どっちが効率的か」というだけでは、こちらの個人的な移動効率の論理で考える人がいてもおかしくはないでしょう。

だから、何を達成するための「効率」か、ちゃんと定義しておかないと、議論がすれ違ってしまいます。

「両側に立って乗りましょう」とキャンペーンポスターが貼ってあるけど

以上の「効率」についての理系的考察もふまえて、駅などで見かけるエスカレーターの乗り方キャンペーンについて、社会学的に（？）少し考えてみたいと思います。


エスカレーターは両側立ちで乗るべきか、歩く人のために片側を空けるべきか？


それは 多様な視点 のある非常に難しい問題だと思います。



いろいろな立場や状況を、想像も含めて、以下に挙げてみます。

利用者の立場
駅で電車に間に合わないからと一秒でも早く急ぐ人もいれば、歩く列だからと仕方なく歩いている人もいる。

自分は急がないから急ぐ人を優先させてあげようと道を譲る人、後ろからの圧力が怖くて仕方なく譲る人、歩かなくて済むなら一歩でも歩きたくない人もいる。

体力がある人、無い人。身体的事情から、歩いたり右あるいは左に立つのが困難な人もいる。

争うのが嫌いな人もいれば、血の気が多い人もいる。

事業者（鉄道会社など）の立場
特に列車のダイヤが込み入っている時間帯は、すべての乗客を早く移動させないとホームに人があふれてしまうから、あくまでも輸送手段として、全体的な輸送効率を上げたい。もちろん安全が最優先、と呼び掛けている。

エスカレーター製造者の立場
建て前としてなのかもしれないが、歩くことを想定して作っていないと主張し、安全のために歩かないよう呼びかけている。

おそらく、技術的にできないというよりは、その方がコストが低く抑えられるし、「歩行を前提とした安全基準を守りなさい」などの法的規制等が無い限りは、現状のようなスタンスになるのは致し方ないと思われる。

人が動くことを前提とした安全基準って、すごくハードルが高くなると想像できる。

設置している施設の状況
設置場所が駅か空港かショッピングセンターか、病院か、公共施設か。これによって急ぐ人の割合、運動能力や年齢層、荷物の大小がさまざま変わってくる。

エスカレーターそのものの状況
運転速度、横幅、長さ、並列する本数、近くにエレベーターや階段があるかなど。

混雑状況
ラッシュ時か、閑散期か。

・・・など、など。
エスカレーターを取り巻く環境は本当に多種多様です。


例えば、火事の時なら、輸送効率が高いバケツリレーの方が良いでしょう。一方で命を救うための輸血を、たった１パックでもいいから一刻も早く手術室に届けたいのなら、足の速いランナーに走ってもらった方が良いでしょう。

でもみんなそんな共通の目的意識を持ってエスカレーターに乗ってるわけじゃないし、エスカレーターの設置環境や混雑状況だって様々。


つまり、場合によって、個人的な移動効率が許容されるか、全体的な輸送効率を優先すべきか、画一的な正解は無いのではないでしょうか。


そのようなカオスな状況の中、最適解ではないかもしれないけれど、一つの局所的な合意として、現在は片側立ちで歩くという乗り方がマナーとして浸透しています。日本だけのガラパゴス文化ではでなく、外国でも同様です。

それをキャンペーンポスターだけで「利用者の乗り方マナーはこれです」と訴えたからといって、短期間に自然に合意形成ができるとは思えません。「急ぎたい」という欲求を全員に対して抑え込ませることは難しく、絶対に不満をもつ人がいるでしょう。

エスカレータ―すべてを一絡げにして、「乗り方のマナーはこれです」などと決めてしまうのはいかがなものかなと思います。


もちろん、危険を誘発するような無理な通行はいけない、というのが大前提ですよ。

「急いでるからって、歩道で歩行者を押しのけたり、スピードを出して自転車に乗ってはいけない。許可された場合のみ、徐行させてもらっている」のと同じくらい、自明なマナーだと思います。

正直、私的には、エスカレーターの乗り方マナーなんかより、歩道での危険な自転車走行の方がもっと重大な社会問題だと思いますけどね・・・
子供が加害者に

場合によっては何らかの誘導が必要なのでは

しかし、歩く方がガラガラで立つ側が異常に混雑している時だけは、何とかしてもらいたいなと思います。

これ、特に長いエスカレーターで顕著ですよね。

長いと歩く人は少ない


先ほども書きましたが、長いエスカレーターですと、歩く側はガラガラになってしまうのに対し、もう一方の立つ側はスループットの限界を超えて下に人が滞留し大行列、というばかげた状況になりがちです。

それに万が一、接触して転倒などの事故がおきたとしたら、長さが長いほど被害も大きいでしょうから、安全上も何か対策してしかるべきかと。



ところで、話題の新製品が発売される時など、徹夜組がでてニュースになるほど長い行列となったりしますよね。普通、この手の行列は人々のマナーに任せて放置されているでしょうか？

そんなことをしたら近所迷惑で大ヒンシュク。まともな販売店だったら、秩序だった行列となるよう、人を使って誘導しているはずです。


駅などでも同様ではないでしょうか。

人々は自分の周りしか見えていませんし、まずは自分の事情を優先して考えがちです。また、歩いた方がどんな場合でも輸送効率が良くなると信じているのかもしれません。

鉄道会社が、アリバイ作りのためだけでなく、本気で安全でかつ輸送効率を上げたいと考えているのであれば、マナーに訴えるだけでなく、コストが多少かかってでも、なんらかのコントロールや誘導が必要ではないでしょうか。


コントロールの方法としてはいろいろあるように思います。例えば・・・

  • 複数台あればどれかを「歩行可」あるいは「歩行不可」に設定する。
  • 呼びかけ誘導員を乗り場に配置。
  • 適宜、ペースメーカー係員（立って乗り、歩きをブロックする役割の人）を搭乗させる。

など。

呼びかけ誘導員の人は、乗り場で両側立ちを呼びかけるだけでなく、将棋倒し防止のためにスペースを空けるという誘導もできるでしょう。

その誘導に実力行使が伴ったのがペースメーカー係員というイメージです。もちろん、立って乗るのは通常は「歩く」とされる側です。また、身体的事情から通常と同じ側に立てない人がいれば、そのリクエストに応じて個別にサポートすることも可能でしょう。

ひょっとしたら最初は血の気の多い乗客が怒鳴ったりするかもしれませんが、業務として行うことだし、乗客の多くには理解が得られるのではないでしょうか。

後ろからあおられる恐れがある

こうした誘導もなく、個人個人の意識に任せていたのでは、乗り方を変えるのは難しいと言わざるを得ません。

エスカレーターの片側空けって、もう何十年もやられてきたことですから、なかなかみんなの意識が一斉に変わることはないでしょう。啓蒙活動って、徐々に意識が変わっていくのを期待する方法だと思いますが、この場合、それだと難しいと思うのです。


一方で、「ファーストペンギンになりましょう」（リンク先はNHKのサイト）といった呼びかけもあります。

ガラガラの歩きの列に自ら進んで立って、全体善をめざそう！という話は、渋滞してる高速道路などの合流において、ファスナー合流（ジッパー合流）を実践する（リンク先は当サイトの関連記事）のと少し似ているところがあると思います。

でも、エスカレーターでのファーストペンギンって、ファスナー合流でのそれより、もっと勇気というか覚悟みたいなものが必要になると思うのです。

なぜなら、エスカレーターでは後ろからあおられる恐れがある から。

"二人目が続いてくれるとは限らない"というリスクはどちらも同じなのですが、ファスナー合流では、道を譲ってくれた"優しい車"が後ろにつきますから、あおられる心配はまずあり得ません。

エスカレータ―では後ろから歩いてくる人間を選べないですから。何より小心者の私にはとても無理です。


実際、エスカレーターで、あえて歩く側で通せんぼ行動をとる人がいて、後ろから歩いてきた人と「どけ・どかない」の揉め事になるといった事例があるようです。

まだまだ歩くことを「権利」と思っている人が多い中、一般人が体を張ってそれを止めようとすれば、「ワレ、じゃまや(怒)」となるのは想像に難くありません。

ファーストペンギンになりましょうという呼びかけの趣旨は理解できます。バリアフリーや安全性のこと、そして全体的な輸送効率を上げようという意図は賛成ですが、一方で、これによって別の形の危険（暴力、無理なすり抜け等）を引き起こしはしないかが心配です。


おわりに

今回は、エスカレーターの輸送効率について考えてみました。以下のようにまとめられるかなと思います。

輸送効率は、渋滞具合、原理的なスループット、人気度が影響する。

ガラガラの場合は、どちらの乗り方でも輸送効率は変わらない。

片側が渋滞する程度の場合は、人気度の違いによるスループットの無駄が生じない「両側立ち」の方が輸送効率が高い。

両側とも渋滞して、スループット勝負になると、密をいとわず詰めて乗るという非現実的な潜在的なポテンシャルは「立ち」の方が高いが、通常の乗り方であれば「歩き」の方が輸送効率が高い。

ただ、これは駅での状況を想定したものであり、エスカレーターに求められる事のひとつである「全体的な輸送効率」を語っているにすぎません。

いずれにしろ、「エスカレーターの乗り方マナーはこれ！」と単純に言い切るのはどうなのかな？と思います。少なくとも輸送効率という視点からは。


たかが動く階段。発明されてからかなりの年月がたってますが、乗り方のマナーはまだまだ発展途上のようです。

今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

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静電気を実感する例と言えば、最もポピュラーなのが髪の毛に下敷きをこすりつける実験。だれでも子供の頃にやったことがあると思います。それから冬場にセーターを脱ぐときのパチパチ。

確かにすごく身近な現象ですが、静電気はどこで発生するの？どうやったら発生する？など、分っているようでなかなかわからないもの。

静電気
静電気発生のメカニズムについていろいろ調べてみたところ、そこには物質の表面での、出会いと別れの物語がありました。

どんな物語か、一緒に見ていきましょう！




静電気がたまった状態とは

物質は全てプラスの電荷とマイナスの電荷を持っています。通常はその量が釣り合っていて、電気的に中性の状態で安定しています。

このときの電位をアース（＝大地）電位と言います。


この安定な状態に対して、外部から何らかの作用（外乱）が働き、プラスあるいはマイナスのいずれかの電荷が過剰な状態、すなわちアンバランスな状態になることがあります。

過剰な電荷が動かないで、溜まっている、この状態が、"動"ではない”静”電気がたまった状態です。

かつては平和な安定した状態だったのに、一触即発、触れればビリッと電撃が襲ってくる緊張感漂う状態になったという感じ。


いわゆる「導体」という物質は、いったん電荷がアンバランスな状態になっても、動く電気（つまり電流ですね）として移動させやすい性質があります。絶縁状態でない限りは（つまりアースされていれば）、すぐに電荷が移動して安定な中性の状態に復帰します。「導体」の典型的な物質が金属です。

これに対して、「不導体」と言われる物質は、電流を流しにくい性質であるため、いったん電荷の量がアンバランスになると、しばらく動かない電気（つまり静電気ですね）として溜まった状態になりやすいのです。ちなみに、「不導体」は「絶縁体」とも呼ばれます。



では、このような電荷のアンバランス状態を引き起こす「外乱」とは、一体どういったものでしょうか。

異なる物質が出会うと新たな秩序が生まれる

ココからやや難しい話で恐縮ですが、少しお付き合いください。

異なる物質が出会って接触した場合、電気的な特性の違いから、電荷の移動が発生します。ランダムに移動するのではなくて、一定の方向性があります。

つまり、二つの物質の一方がマイナス電荷を放出し、もう一方の物質はマイナス電荷を引き寄せます。


この、電子を放出しやすい／引き寄せやすいという特性は、「仕事関数」というエネルギー量で表されます。

■ 仕事関数（work function）とは
　物質中にある電子１個を、真空中の無限遠まで引き離すのに必要な最小限のエネルギーの大きさのこと。値は物質の種類によって違いますし、その表面状態も大きく影響します。「function＝関数」という翻訳はなんだかな～という気がしますけど。


異なる物質の表面間では、仕事関数の小さい方（電子を放出しやすい方）から、仕事関数の大きい方（電子を引き寄せやすい方）へと電子が移動します。


■ 実際に動く電荷はプラスマイナスのどっち？
マイナス電荷（つまり電子）の方だけです。中性の状態から電子が抜けたものが「プラス電荷」に相当するのですが、これは電子に比べて重いので、移動しません。


この仕事関数の大小による物質の電荷移動の序列（帯電のしやすさ）を表したものを 帯電列 と言います。

帯電列とは

以下は帯電列の一例です。

上側にいくほどが電子を放出しやすい方（プラスに帯電しやすい方）を表し、下側にいくほど電子を引き寄せやすい方（マイナスに帯電しやすい方）を表します。
帯電列
MIL規格(MIL-HDBK-773A)より作成


下敷きと毛髪の場合
一般的に、下敷きは塩化ビニルで作られているものが多いです。塩化ビニルと毛髪を帯電列で比較すれば、塩化ビニルの方がこの一覧の下の方にありますから、下敷きがマイナスに帯電し、毛髪がプラス側に帯電することがわかります。


衣類の場合
衣類の静電気を抑えようと思ったら、この帯電列の位置が離れていない素材同士を組み合わせるとよいです。

たとえば、人の皮膚や毛髪と接触する肌着には、ナイロンだと静電気が抑えられます。そこに重ね着する素材として、ウールは良いのですが、アクリルだと静電気が発生しやすいことがわかります。

ウールとアクリルって風合いが似ていて、冬の重ね着アイテムとしてはどちらも暖かくて良い素材なんですけど、こと静電気に関しては大きな違いがあるのです。


髪の毛とブラシ（くし）の場合
冬場のブラッシング、プラスチック製のブラシなんか使うと静電気が発生してイヤですよね。髪が服にまとわりついたり、切れ毛をおこしたり・・・（家族の話。私は短髪なので実害ナシ）

静電気の起きにくいブラシとして、豚などの「動物の毛」や「木製」」が良いとされています。帯電列からもその性質をうかがうことができますね。

ナイロンも良さそうです。でも熱に弱いので、あまりドライヤーとの相性は良くないかも。


－－－
なお、仕事関数には物質の表面の状態なんかも大きく影響することもあり、帯電列の順番はさほど厳密なものではありません。

出典によっては、近しい位置のものは上記と異なる序列で示される場合がありますし、測定の条件等によっては電荷の動く方向が逆転する場合もあります。

電荷の移動が及ぶのはどの範囲まで？

さて、物質が接触した時、電荷の移動はどの範囲まで起こるでしょうか。物質の内部までの全体的な話かと思えば、さにあらず。

異なる物質の特性の違いが影響するのは接触している表面だけ。


電荷の移動という現象が起きる一方で、表面間では、プラス電荷とマイナス電荷の静電気は互いに引き付けあって、電気的に安定になろうとする現象も起きます。遠目に見れば、界面あたりの電荷はバランスがとれていて、電気的に安定な中性の状態をキープしているわけです。ですから、電荷が内部にどんどん進んで移動することはありません。
異なる物質間で電子が移動するも界面では惹かれあう


電子を失ったものがプラスに、電子を得たものがマイナスになります。と同時に界面ではプラスとマイナスがひかれあいます。

こうして、新たな秩序がうまれ、さっきまでとはまた別の安定の状態になるのです。

摩擦により静電気が増える

前章で、電気的特性が異なる物質が接触することで電荷が移動すると説明しました。

でも、下敷きを頭に接触させただけじゃ、大して静電気は起きないですよね。。。

そうです、この実験には「こする（摩擦する）」という動作が必要です。この摩擦という動作が静電気とどうからむのでしょうか。


実は、「摩擦する」ということは、「接触する表面積を増やす」というはたらきをします。

モノの表面というのは、顕微鏡レベルで見れば実はデコボコしていて、触れただけでは、実際に接触するのは 微小な点 だけなんですね。

なので電荷の移動も限られるのですが、摩擦をすることでたくさんの点が接触することとなり、たくさんの電荷移動が発生することとなります。


しかし・・・まだ疑問が。
髪の毛と下敷きですが、こすっただけではあまり静電気の存在を実感しませんし、セーターもただ着ているだけでは別に「普通」ですよね・・・？？　

更にもうひと波乱ないと、
静電気キターーー
という状態にはなりません。


剥離により帯電する

摩擦した後で、下敷きを頭から離していくとどうなるでしょうか。髪の毛がくっつきますよね。

セーターでも、着用している時は別にどうということがなくても、セーターを脱ぐときにバッチバチになる と思います。これですよ、これ。

実は、いわゆる「静電気が発生する」のを実感する状態、つまり毛髪が下敷きにくっついたり、セーターがバチバチいう状態になるのは、接触していたモノが剥離すること（つまり別れ）によって起こります。

これはどういうことかと言いますと、物質の表面で電荷の移動があったものの、界面でプラスとマイナスが引き付けあって、遠目で見れば安定状態にあったものが、その仲を裂かれて、一方はプラス電荷が過剰（プラスに帯電した状態）になり、もう一方はマイナス電荷が過剰（マイナスに帯電した状態）になります。

剥離されていく過程で、プラスとマイナスが引っ張りあうので、下敷きに髪の毛がくっつくし、セーターの細かい毛が立ちます。まるで別れを惜しむように・・・

セーターを脱ぐ時にパチパチいうのは、離れる間際で細かい放電が起きているから。



静電気発生の陰には出会いと別れがあったのです。

歩くだけでも帯電する

カーペットなどの化繊の上を歩くだけでも静電気が溜まります。

靴底と化繊という帯電列が離れた物質間で、摩擦と剥離が繰り返されるからです。

人体にも電荷がたまってくるので、カーペットの上を歩いた後でドアなどに触るとバチッとくるのです。

冬場に静電気問題が発生するのはなぜ？

冬季など、だいたい湿度60%～65%を切った乾燥状態になると、実生活上で静電気が気になる場面が多くなると言われています。

実は夏でも冬でも静電気の原理自体は変わりありません。しかし、ある程度の湿度がある時期ですと、空気中に含まれる水分子を介して、溜まった電荷がすぐ放電されやすくなるのです。

湿度に対して、電荷の消失の度合いは対数で効いてきますので、影響は結構あります（例えて言うと、湿度が2倍、4倍ちがうと電荷の消失時間が1/10、1/100になるといった具合。正確な数字ではないですが）。

ですので、冬の乾燥は「静電気が発生する原因」というより、「静電気が逃げにくくなる原因」と言った方が原理的には正しい解釈です。

車のドアノブの静電気は？

冬場の乾燥した時期、クルマから降りてすぐにドアノブに触れるとバチッ！とくるの、結構イヤですよね。

これも同じメカニズムで静電気が発生しています。

この件は関連記事の方で、対策もあわせて詳しく解説していますので、お悩みの方は是非参考になさってください。


■ 関連記事
[blogcard url="https://js-log.net/archives/3104.html"]



まとめ

これまで静電気が発生にまつわる、出会いと別離の物語を見てきました。
最後にもう一度振り返ってみましょう。

  1. 性質の異なる物質が接触すると、その間の表面で電荷の移動が発生する。
  2. 摩擦が加わると、電荷の移動が多くなる。
  3. しかし接触したままなら表面でプラスとマイナスが引き寄せあい、電気的に安定を維持する。
  4. 剥離によって、プラスとマイナスが引き離され、電気的にアンバランスとなり、帯電する。
  5. 導体（金属等）でアースされていれば電荷はすぐに抜けるが、不導体だと電荷が静電気となって溜まる。
  6. 湿度があると空気中の水分を介して小さな放電が発生して静電気は放電しやすいが、低湿度だと帯電状態が長く続く。

異なる物質が出会うことで交流が生まれ、新たな秩序ができて平和になっていたのですが、それは一時的な平和。最終的に、その仲を引き裂かれることで、静電気が発生していたのでした。



なお、静電気発生の原理は、ここで取り上げたもの以外にも存在します。生活に密着したメカニズムとして、「摩擦帯電」および「剥離帯電」について取り上げました。



今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

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The post 車の静電気対策！車屋さんに教わった超簡単な方法の原理とは first appeared on J's Log.]]> 車のドアの静電気
寒くなって乾燥してくると、悩ましいのが静電気。

特に車から降りてドアを閉める時、指先に バチッ とくるの、あれイヤですよね。

なぜか私が普段乗っている1box車（セレナ）だとほとんど起きないのですが、家内の軽自動車（デイズ）で頻発します。


車屋さんに相談してみたところ、ある 裏技 を教えてもらえました。

それはお金もかからなくて、とても簡単な方法でした。しかし車屋さん本人も原理がよく分かってない様子だったし、はたしてこんなんでどうにかなるの？と家内も私も半信半疑だったのですが・・・

実際に試してみると、効果アリ！！

これまでの経験でまず間違いなくバチッとくる状況でも、全く発生しません（ほぼ100%)。


というわけで、
今回は以下のような内容を取り上げようと思います。
  • 車屋さんの裏技とは？
  • そもそも降車時に静電気が起きる原因は？
  • 裏技が効く原理はどうなってるの？
  • 誤解や疑問

では早速見ていきましょう！



車屋さんが教えてくれた裏技

車を降りるときの静電気対策のポイントは

シートから体を離す間、車の金属部分に触り続ける。
（背中だけでなくお尻も離れるまでの間）

たったこれだけで、降車時の静電気問題をほぼ100%防げます。


参考動画がありましたのでお借りします（46秒）。原理的説明はありませんが、実際の動きがよく理解できると思います。



触りやすい場所としては、動画にありますようにドアの横や上の部分でも良いですし、ドアを少し開けた隙間から手を後ろに回して車体に触っても良いと思います。


しかし正直、なんでこんなことだけで静電気が起きなくなるの？って思いません？　私も効果を実際に確認するまで半信半疑でした。

世の中には静電気対策グッズとしていろんな製品が売られてます。静電気が逃がすと光るキーホルダー、触ると静電気を除電できるシール、衣類にかける静電気除去スプレーなど、など。それから、ガソリンスタンドにある「まずここに触れてから給油してください」っていう黒い物体(静電気除去パッド)もありますね。

静電気って、こうしたグッズを買ったりして対策しないといけないものだと思ってたんですが、タダで、しかもこんな簡単な方法で解決できるなんて！

不思議だな～と思うことは原理を知りたくなる理系の血が騒ぎ、色々調べてみました。

車を降りる時の静電気はどうして発生するの？

まずはそもそも・・・
どうして車から降りるとバチッとくるのか、その原因・メカニズムを押さえておきましょう。

降車してから指先とドアノブ（車体）を近づけると、その間でスパークが発生するということは、これらの間に電位差があるということであり、どこかに静電気が溜まっているだろうなということはなんとなくわかります。

そこで湧き上がるこの疑問↓↓

はたしてこの静電気って、どこに、いつ発生したのでしょうか？？


静電気と言えば、最もポピュラーな事例といえば、髪の毛に下敷きをこすりつけるあの実験。それから冬場にセーターを脱ぐときのパチパチ。

いずれも誰もが経験したことがあると思います。

これらのケース、様子が違う現象のように見えますが、実は同じ原理によって静電気が発生しています。

  1. 基本的に物質は電気的に中性の状態で安定している
  2. 異なる物質が接触するとその表面で電荷が移動する
  3. 摩擦によって電荷の移動が多くなる
  4. 電荷は移動するが界面で＋と－が引き付けあい、遠目には中性の状態で安定している
  5. 剥離によってバランスが崩れ、帯電する

この一連の原理については次の記事で解説しています。詳しく知りたい方はこちらも併せてご覧ください。

静電気■ 関連記事
静電気発生メカニズムを分かり易く解説！出会いと別れの物語をしよう



これを、降車時の静電気に当てはめて説明すると以下のようになります。

① あなたも車もそれぞれ電気的に中性で安定している（とします。最初は）
　　↓
② あなたが車のシートに着席すると、着ている衣類と車のシートの電気的特性の違いから、物質の表面間で電荷の移動が発生します。
　　↓
③ 身体とシートが摩擦することで、よりたくさんの電荷の移動が起きます。
　　↓
④ しかしシートに座っている間は、物質の表面間でプラスとマイナスが引き付けあって一体となっているので、安定している状態のままです。
　　↓
⑤ 降車時、つまりシートと体が剥離するとき、電荷のバランスが崩れます。マイナスの電荷が多い方がマイナスに、少ない方がプラスに帯電します。


つまりクルマと人間、両方とも帯電するわけです。

しかし車の方はサイズがでかい（電気的に言うと容量が大きい）ですし、タイヤから地面に電荷が逃げることもあって、ほとんどアース電位のままです。つまり人が降車することで帯電した電荷の影響はほとんどありません。

一方、人間はふつう靴を履いていて地面と絶縁状態なので、しばらくは 帯電した電荷が抜けず、電気的な容量も大きくはないのでアース電位に対して数Ｋボルト～数十Ｋボルトの電圧を持つ状態が続きます。

■「しばらくは」って？
これが乾燥していなくて湿度が高い季節であれば、空気中の水分を介してすぐに大気へ電荷が抜けます。

乾燥している時期はこの現象が期待できないので、帯電状態がしばらく続きます。目安として湿度がだいたい60%～65%以下になると静電気が気になり始めるといわれます。


■ 電荷量と容量と電位差の関係
高校の物理で習ったと思うのですが、この３つには次の関係があります。
Ｑ＝Ｃ×Ｖ
（Q:電荷量、C：容量、V：電位差））
つまり、一定の電荷量に対して、容量が小さいものほど、電位差が大きくなるのです。

アース（中性状態）を基準としてもう少し詳しく説明すると、中性（プラスマイナスの電荷量が同量の状態）よりもQだけ電荷量が多い物体は、アースとの間の容量が小さいものほど、アースとの間の電位差が大きくなる、ということです。

容量は、サイズや物体間の距離とかいろいろで変わってくるのですが、ここでは割愛します。サイズが大きいものほど容量が大きいということだけご理解ください。



話を戻しましょう。

このように、降車後しばらくは人体がアースに対して大きな電位差を持っている状態なので、すぐに車の金属部分に触ろうとすると（車体はアース電位なので）バチッとスパークが発生するのです。


というわけで、降車時の静電気はについての上の疑問に対する答えは：

いつ発生？ ⇒ シートから体が離れる時
どこに発生？ ⇒ 人体（車も帯電するが影響は僅か）

ということになります。


デイズで静電気問題が頻発し、セレナではレアだったのは、おそらく座席シートの素材の違いが原因だったのではと考えられます。

セレナには、以下のような木製の数珠状のシートカバーを付けてあるんです。

数珠シート
家族にはおっさんくさいと不評ですが、夏はとても涼しいのでずっと愛用しています。おそらくですが、化繊のシート表面よりこちらの方が静電気の発生が抑えられてるのではないかと思います。

ビリっと来るのは車のドアに限らない

人体が帯電するので、スパークが発生する相手は車のドアに限りません。あらゆる安定電位（アース電位）の導体（金属など）に触るとビリッとくるはずです。

ですから、車で家に帰ってきて車のドアを手で触れずにやり過ごすことができたとしても、すぐに自宅のドアに触れるならそこでバチッとくるかもしれません。

また、セルフのガソリンスタンドで、「給油前に静電気除去パッドに触ってください」としているのはこのためです。給油中にスパークが発生すると大変危険ですので。

裏技が効くメカニズムは？

では、車屋さんに教えてもらったあの静電気対策の裏技はどのような原理で効くのでしょうか。

剥離（体をシートから離すこと）の間に金属部分に触っていることで、人体に帯電するはずの余計な電荷をそのままクルマに逃がすことができる。

こうしてやれば、剥離帯電するのと同時に余分な電荷が逃げてくれますから、最終的には車と人体が同電位に近い状態で剥離が完了することになり、その直後にドアに触ってもビリッときません。

いかがでしょうか？わかってしまえば、あ～なるほどねって感じじゃないですかね？


でも、こうした原理や理屈が解っていないと、次のような誤った対策や解釈をしたりして、失敗する場合がでてきますよ・・・

よくある疑問や誤解

ここから、静電気対策の疑問、失敗事例や疑問等をご紹介します。えらそうに書いてますが、私自身が持っていた疑問や誤解です。

シートから離れる前にいったん金属部分に触ればよい？

誤解のポイントとしては、シートから離れる前にいったん金属に触るけれど、その後のシートから離れるタイミングでは触っていない、という点です。

確かに、降りる直前に触ればそれまでに偏在している電荷がいくらか逃げるでしょうから、帯電量が減ってビリっとこないかもしれません。

しかし、シートと衣服の界面で安定的になっている電荷は抜けませんし、その後にシートから離れるまでの間に帯電することになりますから、失敗もありそうです。

シートから離れてから金属部分に触るのは良い？

これって、帯電した後に金属に触るってことですから、まさに従来通りに車から降りてドアでスパークするのと同じ状態ですね。まさに「飛んで火にいる夏の虫」。バチッとくる可能性が高いです。

シートから体を離す前から金属部分に触り始め、離れ終わるまで触り続ける必要があります。

「ドアを開けてから、地面に足を下ろすまで、金属部分に触り続ける」は正しい？

最初にご紹介した動画でもまさにこうした説明をしていますし、他のネット情報でも類似の解説をしているのを見かけます。

しかし「ドアを開ける」とか「足を地面におろす」というのは形式的というか動作的には合っているとは思いますが、原理的には正確ではありません。原理的には、「シートから体を離す間、車の金属部分に触り続ける」が正しいです。

形ばかり真似て、原理を理解していないと、応用問題では失敗する可能性があります。


まず、地面に足をつけるという行為自体について。もし 静電気対策用の靴（導電性がある特殊な靴）を履いているのなら、地面に足を下ろせば電荷が抜けてくれますので意味があるでしょう。しかし、通常の靴であれば地面とは絶縁状態ですので電荷は抜けません。静電気対策としてはほとんど無意味です。

また、普通車でも車高が低いクルマだったりすると、足が地面についてもまだシートに座ってる状態のままというケースもあるでしょう。その場合、足が地面に着いたからといって金属部分から手を離してしまい、それからシートから離れるという順序になれば、身体は帯電してしまいますね。

それから、「ドアを開けてから」を開始ポイントとしてしまうと、1box車の後部座席とかバスのように、座席シートとドアが離れている場合だと、シートから体を離して既に帯電してしまってから金属部分を触ることになるので、その時にビリっとくるかもしれません。


・・とはいえ、「ドアを開けてから足を地面に降ろすまで」というのは、一般的な自動車での動作をイメージしやすい表現だと思います。原理は原理として理解した上で、動作のイメージとしてこう表現するのであれば良いと思います。


クルマの方に静電気対策をすれば良いんじゃないの？

なるほど。
「車はゴムのタイヤを履いているので地面（アース）とは絶縁されていて、走行中の空気との摩擦で帯電する・・・」というような話を昔聞いたような気がします。ですから、車の方が帯電しているんじゃないの？とお考えになっても無理はないでしょう。

そういえば、昔、車のアクセサリーとして「しっぽ」を付けるのが流行りましたね。あれは確かアースベルトと言って、静電気対策という実用的な目的があったはずですが、今ではほとんど見かけません。

確かに、車は走行中に空気との摩擦によって帯電します。が、実はしっぽなどつけなくてもタイヤから除電されているのです。イマドキは。

最近のタイヤはゴムの中にカーボンなどの導電材料が配合されていて、常に地面に対してアーシングされています。ですから、しっぽを付ける意味がなくなってきているんですね。

つまり、車にアースベルトを付けたりしても、本件で課題になっている静電気対策にはなりません。あくまでも、人間が帯電してしまうのが問題なのです。

シートから体を離す前から金属部分に触れろとのことだけど、その際にバチッとこないの？

確かにずっと乗車していたらシートと背中が摩擦しているから、それによって既に静電気が溜まっていそう。その状態で金属に触れるのは、なんだか ちょっと怖いですよね。

ですが、まだあなたはシートに接触している状態ですから、シートと同じ電位です。

接触面ではプラスとマイナスが引き付けあって中性となりますし、たとえすこし身体を動かしたりして、部分的に剥離帯電してアンバランス状態になっても、座っていればすぐに電荷が移動して中性をたもちます。（電荷が動くかって？そもそも電荷が移動する物質間だから静電気が発生するんですよ）

基本的には車内で車と接触している間は、人と車は全体として同じ電位と考えてよいと思います。

ですので、シートに座った状態で車の金属部分に触れてもビリッとこないはずです。

おわりに

冬場の車の静電気対策について考えてみました。

毎年この時期になると結構悩ましかったのですが、車屋さんから効果100%の裏技を教えてもらい、助かっています。

最初は不思議でしたが、原理が理解できたことで、ツボを外さないで実行できるようになりました。



なお、ドアを開ける時には、
静電気対策にばかり気を取られていないで、後方の安全確認をおろそかにしないようにしましょう。

特に自転車との接触は重大な事故につながる場合がありますので、十分にご注意願います。


今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

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雷の音って、あらためて考えると不思議なことがいろいろありますよね。

ピカッと光る稲妻は一瞬なのに、音はゴロゴロ・・・と長くて低い音で鳴り響くのがなぜか。ヤマビコのせいだとしても長すぎますし、そもそも山なんかない所でも響くし。

比喩として「カミナリを落とす」という言葉がありますけど、近くに落雷があった時って、まさにそんな感じ。カッとして烈火のごとく怒っているみたいな。

一方、遠くの雷鳴の場合は、ゴロゴロゴロと静かに怒りを貯めているようなイメージ、があります。

これらの雷の光や様々な音の違いは、もちろん、もとを辿れば雷という同じ現象から発生したもののはず。本当に不思議ですよね。


私が昔から雷の音について抱いていた疑問をまとめますと……
  • 稲妻は一瞬なのに、雷鳴の音が長いのはなぜ？

  • 近くの落雷だと カッ と甲高い音なのに、遠くの雷鳴だと ゴロゴロと低い音がするのはなぜ？

  • 均一な音でなく、なぜゴロゴロと響くの？しかも雷によって鳴り方が違うのはなぜ？

今回は、これらのナゾについて考えてみたいと思います。





Youtubeに雷が落ちたときの動画がありましたのでお借りします（1分25秒）。

最初は遠くでゴロゴロ鳴っている感じですが、1分10秒のあたり、白いクルマが目の前に走ってきたタイミングで近くに雷が落ちます。



そもそも、雷のあの大きな音がなぜ発生しているかについて気になる方は、関連記事の方で詳しく説明していますので、そちらをぜひご覧ください。

■ 関連記事
> 雷の音はなぜあんなに大きいの？空で大きなパンクが起きてるからだよ


では、雷のゴロゴロについての謎、ひとつひとつ解き明かしていきましょう！

Q.雷鳴の音が長いのはなぜ？

A.雷の放電路がランダムに広がるため、各部分から音が伝わるのに時間差が生じるからです。

storm
雷の進行方向はランダムにあっちいったりこっちいったりするので、観測者から各放電路（稲妻のギザギザの各節）までの距離はある程度幅があることになります。

観測者が最初に聞く音は、近くの放電路から到達した音であり、次々とより遠くの放電路からの音が届きます。各放電路はつながっていますので、音もつながって長く聞こえるというわけです。

音速を秒速350mとしますと、仮に観測者からの距離が3.5kmの範囲で不規則に迷走した雷からは、単純計算で10秒間の雷鳴が聞こえることになります。


特に夏場には雲の間で放電が起こる雲間雷の割合が多くなります。これは雲底に沿って比較的長い距離で放電しますので、地面に落ちる対地雷より時間差が大きくなるものと考えられます。



また、長い距離の間にはいろいろなものに反射したり、屈折したりして到達するでしょうから、その影響も少しあるかもしれません。

つまり、家の中で手をたたいてもほぼその直接の音しか聞こえませんが、広い体育館などでは複雑に反射・共鳴して残響音が長く聞こえるようなことです。雷の場合も、山や建物による反射や、大地と空との間での反射などにより残響が生じると考えられます。

とはいえ、この残響の影響はさほど大きくないでしょうね。遠くの花火の音でも多少は残響音が聞こえますけど、雷みたいに何秒も長引いていないですから・・・

Q.遠くの雷だと低い音がするのはなぜ？

A.雷の衝撃音の中には、もともといろんな周波数の音が混在していて、遠くには低い周波数の音だけが伝わるからです。

落雷地点近くで聞こえる鋭い破裂音は高い周波数が支配的となってに聞こえているのです。

遠くで聞こえる「ゴロゴロ･･･」というのは低い周波数の音が聞こえているんですね。


音というのは距離とともに減衰していきますが、周波数が高い方が減衰が大きいという特徴があります。

また、音が長い空間を伝搬する間には、減衰だけでなく、障害物による反射や屈折などの影響を受けます。高い周波数の音は直進性が高いため、よりその影響を受けやすい（障害物の陰に回り込みにくい）という特徴もあります。

これらは雷の音に限った話ではなくて、一般的な音の性質です。

こうした性質により、遠くから伝わってきた雷鳴には低周波成分だけが残っていて、低い音として聞こえるのです。


Q.均一な音でなく、なぜゴロゴロと響くの？しかも雷によって鳴り方が違うのはなぜ？

A.放電路は大小さまざまな長さ、方向の直線状放電路から成り、ジグザグに曲がったり、枝別れしたりしているからです。

短い点状の放電路だと、そこで発せられる衝撃音は指向性がなく、減衰しやすいのですが、その点が直線状につながった放電路から放射される音は直進性が高く、進行方向に対して減衰しにくいという特徴があります。

ですので、放電路がジグザグに曲がったり、枝分かれしたりすると、指向性の向きが不連続となり、観測者に聞こえる大きな音が不規則に到達します。


この結果、雷鳴は均一な音にはならず、ゴロゴロゴロゴロ…と響く音になります。そしてランダムに形成される放電路の形によってその響きが雷ごとに違った音になるのです。

また、先ほど残響のお話をしました。反射を繰り返すことにより残響音が発生しますが、その際、周波数によっては強め合ったりする「共振」も起こります。それも音の強弱の要因になると考えられます。

おわりに

なんとなく、遠くの雷鳴だとゴロゴロゴロ……と長くて低い音がするイメージがあり、それに対して、落雷地点の近くではメキメキとかピッシャーンとかいう甲高くて短い音、というイメージを持ってました。

でも最初の方で示した動画をご覧になればおわかりのように、実際には近くに落ちた場合でも、甲高いピッシャーンの後、ゴロゴロと長く低い音が聞こえます。

今回の知識をもとに考えてみれば、自分の真上から落雷があったとしても、雷が仮に3.5kmの高さから発生したのだったら、単純計算で約10秒の長さの音が聞こえることになりますね。



今回は、雷の音に関して昔から疑問に思っていたことを調べてみました。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

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６月に入り、ムシムシする日が増えてきた今日このごろ、天気予報で「所によって雷雨」とアナウンスされる機会が多くなってきました。

私はあのピカッと光るのは怖くてイヤなんですが、なぜか小さいころからゴロゴロゴロ・・・という音は嫌いじゃなかったんですよ。

思うに、電光は「落雷＝怖い」というイメージがあるんですが、低くて長い雷鳴は「遠いところ＝自分の身は安全」ということで、雷という "壮大なイベント" に無邪気なワクワクを感じていたのかもしれません。

あなたにとって雷はどんなイメージですか？


雷って、当たり前に起こる自然現象ですけど、そのスペックを見ると、すべてが想像を超えたスケールの現象であり、なんとも不思議な現象であることにあらためて気づかされます。

例えば、電気は音をだすイメージないですよね。「ビリビリ」はシビれる感覚をイメージしたものだし、乾燥した冬の静電気だとパチッとカワイイ音をたてるぐらい。それなのに…

雷は、なぜあんなに大きな音がなるんでしょう？

今回は、この基本的な疑問を考えるのとともに、この大きな音を利用して、

雷までの距離を推測する方法

についてもあわせて取り上げてみたいと思います。

それでは一緒に見ていきましょう！


雷はなぜあんなに大きな音を出すのか

一言で言えば、

空気が破裂するため。


つまりは大きなパンクです。例えば、風船や自転車のタイヤに空気を入れてて、どんどん空気を入れて続けると、内部の気圧が高くなっていき、最終的に限界を超えてバンッと破裂しますよね。

雷が発生したとき、これと同じようなことが起きてるんです。



以下のような流れで、詳しく説明していきますね。

  1. 落雷により空気中に大量の電流が流れる
  2. 電流の経路内の空気が急激に熱せられる
  3. 急激に熱せられた空気は急激に膨張し、衝撃音が発生する

１．落雷により空気中に大量の電流が流れる

通常、空気は絶縁体ですから電流は流れません。しかし非常に高い電圧がかかると、絶縁が破れ、一気に大量の電流が流れます。

これが、物理学的に言えば「放電」、気象学的に言えば「雷」というわけです。

このときのエネルギーがものすごい。

電流は2万～3万アンペア
電圧は数億～10億ボルト

に達すると推定されています。


電流は避雷針を利用した計測器で直接測定が可能なのですが、電圧値は大きすぎて直接測定することが不可能。空気という高い絶縁環境で絶縁破壊を起こすことから、数億～10億ボルトと推定されるそうです。



少なく見積もって、「2万アンペアの1億ボルト」としても、その電力（電流 × 電圧）は２テラワット（2000ギガワット）ということになります。ケタが大きすぎてなんだかイメージがわかないですよね。


例えば・・・
映画「BACK to the FUTURE」では、タイムスリップに必要な電力が「1.21ジゴワット」とされ、時計台への落雷からそのエネルギーを得てました。

映画トリビアによれば「ジゴワット＝ギガワット」ということのようです。とすればこれは「1.21ギガワット」なので、雷は１撃でそのタイムスリップを1,600回以上行えるだけのエネルギーを持っているということになります。

・・・事例がまずくてすみません、やっぱりイメージ実感できなかったですね。

２．電流の経路内の空気が急激に熱せられる


要するに、雷は途方もないエネルギーを持っています。

こんなものが通過すると、その経路内にある空気は一瞬で 2～3万度 に熱せられます。

これまた大きすぎて実感がわかない数字ですね。太陽の表面温度と、地球中心部の核の温度はほぼ同じで、約6千度と言われていますが、それよりはるかに高い温度にまで熱せられるということです。


熱せられた空気は、一瞬で高温高圧のプラズマ状態になります。プラズマ化する際に強い閃光を放出し、これが雷の電光となります。

■ プラズマ
固体、液体、気体に続く、物質の第四の状態と言われます。

温度上昇とともに、電子の運動エネルギーが原子との間の結合力を上回り、激しく動き回っている状態です。

身近な例としては蛍光灯がプラズマを利用しています。
真空に近い管の中で放電を起こし、水銀電子をプラズマ化させることで紫外線を放出させ、その紫外線を蛍光塗料に当てることで可視光にしています。


３．急激に熱せられた空気は急激に膨張し、衝撃音が発生する

急激に熱せられた空気は急激に膨張しようとします。

ところが周囲の空気が邪魔をするので衝突をおこし、衝撃音が発生 します。

これがまさに、風船や自転車のタイヤに空気を入れすぎて、破裂するときと同じような状況なんですね。

ちなみに、これって、風船やタイヤといった「ゴム」が破れる音ではありませんよ。例えば、風船の中に空気の代わりにどんどん水を入れていった場合。

風船は割れても、ビチャッと水が飛び散るぐらいでたいして大きな音はしませんよね。

水は液体なので、「破裂：急激に膨張」ということが起こらないからなんです。

つまり何が言いたいかというと、風船もタイヤもそして雷も、大きな衝撃音が発生するのは、空気が急激に膨張するから、ということです。


ピカッからゴロゴロまでのズレ時間で雷までの距離を計算してみよう

以上の説明ででてきた、空気がプラズマ化するタイミングで、稲妻（光）と雷鳴（音）はほぼ同時に発生します。

いうまでもなく光と音とでは伝わる速度が違いますから、遠くになるほど伝わってくる時間差が大きくなります。

この時間差をもとにして、雷の発生地点までの距離を推測することができます。


光の速度は秒速30万km。つまり１秒間に地球の外周７周半に相当する距離を進みますから、ほぼ一瞬で伝わると考えてよいでしょう。

一方、音の速度はそれよりずっと低速。よく秒速340mと言われることが多いようですが、これは１気圧で気温14℃の場合に相当します。ここでは雷の多い夏場の日中を想定し、気温31度として補正しますと、秒速350m となります。

光と音のズレ時間（Ｔ秒とする）と、距離の関係は以下のようになります。

Ｔ × 350(m)　（気温31℃の時）


ズレ時間 雷までの距離
1 秒 350 m
2 秒 700 m
3 秒 1050 m
4 秒 1400 m
5 秒 1750 m
10 秒 3.5 km
20 秒 約 7 km
30 秒 約 10 km
40 秒 約 14 km

雷鳴の聞こえる範囲は、最も遠くで約10km～15km と言われます。これは時間差で言いますと、30秒から40秒 ぐらいに相当します。

結構長いですね。これだけ間隔があくと、もう電光がピカッときたことすら、忘れてしまいそう。すごく遠くの雷という気がしてしまいますね。


でも、これだけ離れていれば大丈夫、なんて言えないんですよ。

落雷は雲の真下に落ちるとは限りません。横に走って落ちる事もあります。10km～15km 離れていても、すぐ近くに落ちる可能性があるのです。

とにかく雷鳴が聞こえたら、すでに落雷の危険が差し迫っていますので、速やかに避難等の対処を考えることをおすすめします。


■ 関連記事
ご家庭での家電の雷対策について、別記事でご紹介しています。ご興味があればこちらもご覧ください。
[blogcard url="https://js-log.net/archives/2349.html"]

おわりに

まとめます。

Ｑ．雷は、なぜあんなに大きな音を出すの？
Ａ．雷の放電経路内にある空気が熱せられることで急激に膨張し、衝撃音が発生するからです。

Ｑ．雷までの距離の測り方は？
Ａ．ピカッからゴロゴロまでのズレ時間をＴ秒とすると、
Ｔ × 350(m)　（気温31℃の時）

※ ただし、雷鳴が聞こえたら既に落雷の危険がありますから、距離に関係なく速やかに落雷対策を考えましょう


＊　＊　＊

「雷はなぜあんなに大きな音を出すのか」の問いに対する科学的な答えは以上です。


もし、小さなお子さんに聞かれた場合だったら、次のように答えてもいいんじゃないかなと思います。

『 雲の上の雷さまが、
　”雷が落ちるから危険だよ。すぐ逃げなさい”
って教えてくれているんだよ。』
今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

The post 雷はなぜ大きな音が鳴るの？空で大きなパンクが起きてるからだよ first appeared on J's Log.]]> https://js-log.net/archives/2405.html/feed 2 雷で家電はなぜ壊れる？その原理や家庭でできる対応策を徹底解説！ https://js-log.net/archives/2349.html https://js-log.net/archives/2349.html#comments Fri, 18 May 2018 04:39:41 +0000 https://js-log.net/?p=2349 落雷が住宅を直撃した！！なんて話はめったに聞かないものの、電化製品が雷で壊れたということはたまに耳にします。 それにしても、 雷が落ちたわけでもないのに、なぜ家電が壊れるんでしょう？ あらためて考えてみるととても不思議な […]

The post 雷で家電はなぜ壊れる？その原理や家庭でできる対応策を徹底解説！ first appeared on J's Log.]]> カミナリと電柱
落雷が住宅を直撃した！！なんて話はめったに聞かないものの、電化製品が雷で壊れたということはたまに耳にします。

それにしても、
雷が落ちたわけでもないのに、なぜ家電が壊れるんでしょう？

あらためて考えてみるととても不思議な気がします。


正直なところ、私も雷で家電が故障するなんて、真剣に考えていませんでした。

「家電が壊れるなんてのは雷が直撃した時だろ。そんなん滅多にないだろ～　ニュースになるわ」・・・くらいに思ってました。

ところが先日、とうとう私も当事者デビュー。自宅の電気温水器が落雷で故障してしまったんです。もちろんニュースになんかなりません。


これでやっと自分の認識ちがいに気づかされました。と同時に、いろいろな疑問もわいてきたんですね。

  • なぜ雷が直撃していないのに壊れるの？
  • 家電によって壊れやすさの違いがあるの？
  • 家庭でできる対策は？

今や一般の家庭でもテレビやパソコンなど、高価な電化製品がたくさんありますので、何らかの備えはしておいた方が良いと思います。

後悔先に立たず、です。

本記事では、家電が壊れる原理から、家庭でできる対策などを詳しくご紹介しています。いっしょに見ていきましょう！



なぜ雷が直撃していないのに壊れるの？

簡単に言いますと、

  • 落雷のエネルギーがあまりにも大きいので、
  • 周囲に大きな電気的ノイズが発生し、
  • 電線や地面を伝わって遠くまで届く

ということです。

なお「電線」と書きましたが、電力線に限らず、電話線やアンテナ線など、あらゆる金属配線でこうした現象が発生します。


もう少し詳しく、流れを見ていきましょう。

  1. 落雷により雷サージが発生する
  2. 雷サージが家の中に進入する
  3. 家電に雷サージが伝わる
  4. 家電が絶縁破壊で故障する

いきなり「雷サージ」や「絶縁破壊」なんて言われてもよくわからないですよね。すみません。これから詳しく説明していきます。

落雷により雷サージが発生

雷が発生すると、数百メートルの範囲内で 雷サージ という膨大なエネルギーの「ノイズ」が発生します。

その正体は、通常時とは異なる大きな電流値（過電流）や大きな電圧（過電圧）という姿をもった電気的エネルギーです。電線や地面などの媒体を伝わる性質を持っています。


そう、考えるべき対象は、この時点で「雷」という放電の現象から、そこから生まれた「雷サージ」というノイズの現象になったと言えます（もちろん、一瞬の間に起こっていることですが）。


よくAMラジオを聴いていると、「ザッ」とか「ガリッ」というノイズが聞こえることがありますね。雷が発生している状況であれば、おそらくそれはどこかで発生した雷サージのノイズを拾ったものと思われます。

■ 野外で活動をするときには、AMラジオを聴くと良い
登山者 このノイズ音により、早いタイミング（雷から約 50km）で雷発生を知ることができます。

音としてゴロゴロ・・・が聞こえるのはおよそ 10～20km の地点からと言われますが、雷はそれと同じぐらいの距離までランダムに落ちることがあります。

ですから、雷鳴が音として聞こえるころにはすでに落雷の危険が身近に迫っている可能性があるのです。

なお、このノイズはAMの他にSW（短波）ラジオでも聞こえます。ただしFMラジオでは聞こえません。



伝わり方によって、雷サージは以下の三種類に分類されます。

  • 直撃雷
  • 誘導雷
  • 逆流雷（侵入雷）

雷サージの図
直撃雷
文字通り、落雷本体が建物や電線等を直撃したときの雷サージです。

膨大なエネルギーが放出されます。放出電流は数十kA～数百kAで、発生する電圧は数千kVと、家電等で扱っている商用電源の数百Vとは全くのケタ違いです。

こんなのが家を直撃したら、家電は間違いなく壊れます。対策は不可能。というか、避雷針などがなければ建物そのものがタダでは済みません。

誘導雷
落雷による大きな電磁界の変化で、電磁誘導が発生し、野外に設置された電線に大きなノイズが発生します。

このタイプの雷サージを誘導雷と言います。一般に、家庭での雷被害の多くはこの誘導雷によるものです。

電磁誘導って、あまり聞きなれない言葉ですね。（多分中学校の理科で習ったはずですが・・・）

難しい話は端折りますが、要するに、電磁界の変化があると、その影響が及ぶ範囲で、それを打ち消すような別の電磁界の変化が誘導されるという現象です。

「直撃」の場合は、影響がおよぶ範囲がきわめて限定的（点から出て点に落ちる）であるのに対し、「電磁誘導」の場合は、一定の空間に含まれる全ての電線に影響を与えますので、被害が四方八方に及んでしまうのです。

逆流雷（侵入雷）
建物の避雷針や大地などへの直撃雷によって、大地の電位が急激に上昇します。それが地面を通して離れたところに伝わり、アース線から建物へ逆流する雷サージとなります。これのタイプの雷サージを侵入雷または逆流雷と言います。

逆流雷によっても、家庭の電化製品に被害が発生することがあります。

雷君 もちろん、直撃雷をくらったらひとたまりもありませんが、落雷の発生地点はピンポイントですし、被害にあう確率は小さいと言えます。

一般に、家庭での雷被害の多くは 誘導雷と逆流雷 によるものと言われています。

雷サージが家の中に進入する

誘導雷や逆流雷といった 雷サージの発生は、落雷の地点から数百メートルの範囲内で起こりますが、それが電線や地面を伝わり、ある一定の範囲内に広く影響を与えます。

機器の故障などを引き起こすレベルの影響が 伝わる 範囲としてはおよそ 2km と言われます。

ですから、直ぐ近くに落雷があったわけでもないのに、落雷地点から数キロ以内であれば、家電等の被害を受ける可能性があるのです。

電柱
こうして家庭に侵入した雷サージが、具体的にどうやってゴールである家電にまで到達するのかを見てみましょう。

家電に雷サージが伝わる

雷サージの侵入経路となり得る電線には、以下のようなものがあります。

  • 電力線
  • アンテナ線
  • 電話線
  • CATVケーブル
  • アース線
  • LANケーブル

電力線はいわゆる交流の100Vまたは200Vの商用電源として住宅に引き込まれます。家の中ではコンセントにつながる線もありますし、ビルトインの電化製品だと壁の中で直接つながっていたりするものです。

アース線は緑色の配線として、電子レンジや冷蔵庫や洗濯機など、キッチンや水回りで使われる家電によく付いているものです。アース線つきのコンセントを介して、家全体のアース線につながっています（建物が正しく施工されていればそのはずです）。

LANケーブルはパソコン等とルーター間を有線でつなぐネットワークケーブルです・・・でもこれ、おかしいんじゃない？と思ったアナタ、なかなか鋭い。

確かにLANケーブルは普通は家の中だけで使われるものですから、雷サージの侵入経路にはならないハズ、と思われるのも当然ですね。

しかし、電力線など、他の電線によって外部から侵入した雷サージが、装置等を介して２次的にLANケーブルを伝搬する可能性があるのです。なので注意すべき電線としてここに挙げています。


雷サージが伝わるのは、導体である金属の電線です。
例えば、同じ電話線でも、光ケーブルは絶縁体ですので、雷サージは伝わりません。

しかし、集合住宅などの場合ですと、建物までは光ケーブルでも、分配器を介したところで金属配線として各戸に配線されていることがあります。この場合は上記のLANケーブルと同様に雷サージの侵入経路となる可能性があります。


さて、いろんな電線を伝わることはわかりました。では、どの電線が一番被害が多いのでしょうか。

どの電線から侵入してくるのが多いのか

次のリストは、ある統計による「雷被害に対する雷サージの侵入発生割合」を示しています。

  • 電力線（４割）
  • アンテナ線（４割）
  • 通信線（２割）
  • アース線（若干）

電力線（いわゆるコンセント経由）ばかり注意が行きがちですが、それ以外の経路からの侵入も意外と多いんですね。

電力線は基本的に全ての家電につながっており、被害にあう家電も多い反面、分散するので雷サージが軽減されるという面もあります。

アンテナ線は一般的には各戸に設置されていますので広範囲に影響が及ぶものではないですが、落雷が近ければ誘導雷として大きな雷サージが入ってきます。また屋内でも分岐が少ない（ほぼテレビ・ビデオ狙い撃ち）ので、いったん侵入されると故障につながる可能性が一番高いのが特徴です。

IT技術の発展により、電話線をはじめとする通信線ネットワークのインフラが社会全体として増えてきています。それはつまり、雷サージの侵入経路が以前より増えてきているということでもあります。

また、アース線は逆流雷（侵入雷）の侵入経路となりますが、割合としては少ないようです。


それから、装置自体が金属フレームで構成されていて、それが何らかのメタル素材（金具やネジ等）で接地されている場合、地面から直接に雷サージが侵入することもあります。

先日の我が家での事例（屋外に設置してあった電気温水器のみが故障し、他の家電製品に影響がなかったケース）では、この経路で雷サージが侵入したのではないかと思われます。


* * *

このように、雷サージの侵入経路になるのは、電力線だけではなく、装置に接続されるあらゆる金属配線にその可能性があるのです。

つまり、家電量販店でよく売られている、雷対策付きのテーブルタップだけで雷サージの侵入を100%くいとめることは不可能、ということは肝に銘じておく必要がありそうです。


サージパルス

話の流れとしては、次に 「家電が絶縁破壊で故障する」となるわけですが、これは次の疑問の章といっしょにまとめて、詳しく見ていきたいと思います。

記事のラストスパートです。もう少しお付き合いください！

家電によって壊れやすさの違いがある？

まず最初に、実際の雷サージの侵入経路によって、被害に遭う／遭わないの確率は大きく左右されます。もうそれは運みたいなものですね。

以下の内容は、そうしたこととは別に、装置として雷サージに強いか弱いかという話です。

壊れにくい家電とは？

電気ストーブや扇風機など、電気→熱・動力といった形で、電力エネルギーを他のエネルギーに変換しているようなタイプの機器は、落雷による被害は比較的少ないと言われます。

これらは 強電家電 と呼ばれ、内部で扱う電力が比較的高いものです。絶縁破壊が起きないよう、耐電圧の高いサイズの大きな部品を使ったり、太い配線にするなど、もともと丈夫に作られています。

照明器具などもこの部類に入ります。

ちなみに、絶縁破壊 とは、本来絶縁状態を保っている絶縁体が破壊され、絶縁状態を維持できなくなる（つまりショートしてしまう）ことを意味します。

壊れやすい家電とは？

半導体（ICチップ）を使用した、パソコンなどのIT機器や、テレビなどのデジタル家電がその典型です。

これらは弱電家電と呼ばれ、内部はほんの数ボルトとかミリアンペアの単位で動作する部品で構成されています。

高機能が第一で、競争力を高めるために 微細化命 となっています。半導体自体、ミクロン単位の微細な構造で作られていますし、基板上には髪の毛ほどの配線パターンがはい回り、部品が高密度に実装されています。

print circuit board
結果的にこうした製品は、絶縁破壊を起こし易い危険な箇所だらけとなっているんですね。

また、IT機器は一般的に電力線以外のケーブル接続（アンテナ線や電話線やLANなど）を持つことが多いので、その分、雷サージに晒される可能性が高いという面もあります。


もちろん、耐サージ技術だって昔より進歩しています。なので自動車などでは厳しい耐サージ基準のもと、半導体を多用した電子化の流れが加速しています（厳密に言えば、こちらは雷サージというよりは静電気によるESDサージを扱いますが、技術的に同じものです）。

しかしIT機器には自動車ほどの厳しい耐サージ基準は課せられていないので、製品の競争力を高めるため、微細化あるいは低コスト化の方が優先され、耐サージの備えは後回しとされてしまう傾向があるのです。



被害の多い家電の典型としてIT機器やデジタル家電を挙げましたが、最近ではほとんどの電化製品に半導体やICチップが搭載されるようになり、強電と弱電の区分がはっきりしなくなってきています。

ですので、ひとたび落雷被害に遭うと、一気に家電全滅！とか被害総額が 数十万円！ てなことも珍しくないのです。

それと、パソコンのハードディスクなどが壊れると、お金では買えない大切なデータや写真などが失われる可能性もあります。

これだけ被害が甚大なこともあるなら、やっぱり何か対策はしておかないと…という気持ちになりますよね。

家庭でできる対策は？

では、家庭でできる対策として、ここでは次の４つを取り上げたいと思います。

  1. 装置の水際で雷サージ経路を絶つ
  2. 分電盤のブレーカーを落とす
  3. 雷サージ対策製品（電源タップ等）を使用
  4. 保険に入っておく

対策① 装置の水際で雷サージ経路を絶つ

コンセントを抜く つまり、家電につながっているあらゆる電線を可能な限り抜いてしまうことです。

これが最もシンプルで確実な対策です！！

電源をオフにしただけではだめです。物理的に切り離さないと意味がありません。

具体的には、

  • 　コンセントを抜く
  • 　アンテナ線を抜く
  • 　電話線を抜く
  • 　LANケーブルを抜く

ということですね。

でも言うのは簡単ですが結構大変そう。家の中にはコンセントがたくさんあると思いますので、パソコン、テレビ、エアコンなど、高価なものや重要なもの（お金に換えられない価値があるとか、短期間でもないと困るとか）を優先して抜いて回ります。

とりあえず、以下のものが最優先かな。

  • パソコン
  • テレビ・レコーダー
  • エアコン
  • 冷蔵庫
  • 洗濯機

いざ雷が鳴った時に慌てないよう、予めコンセントを抜く順番を決めておくと良いと思います。

対策② 分電盤のブレーカーを落とす

ブレーカー 個々にコンセントを抜いて回るより、もっと上流で経路を断ってしまおうという方法です。

まとめて家中の家電の電源を断つことができるので、一見よさげ。

しかし、残念ながら これだけでは十分な対策とは言えない のです。

高電圧の雷サージに対して、ブレーカー接点間のOFF時の絶縁距離が充分とはいえません。つまり、強いサージノイズの場合、スパーク等で伝わってしまうことがあります。

とはいえ、それなりの効果はありますし、コンセント接続でない、建物と一体となっている電化製品の対策としてはこの方法しかないでしょう。


順番としては、基本的に先ほどの「水際作戦」を先にやって、ブレーカーOFFはその後、と決めておくことをおすすめします。なぜなら、夜の場合もあるから。

ブレーカーを落としてしまうと照明も消えてしまいます。だから実際には躊躇すると思いますし、実行するにしても懐中電灯を準備しなきゃ・・・とかもたもたしてしまいそう。

そんなことをしている間に、リビング周辺からパッパッとコンセント等を抜いてしまった方がよいと思うからです。



しかし、ここで重大な問題が。
上記２つの対策は、在宅していなければできない。

家にいない場合も考えて、以下のような常日頃からの備えも行っておくと良いでしょう。

対策③ 雷サージ対策製品を使用する

「雷サージ付」はまずいと思うけど…


「雷ガード」や「雷サージ防止」などの機能が付いた電源タップを使うのも有効です。

雷サージと雷ガードの違い
雷サージと雷ガード、語感が似てる感じがしますけど、ぜんぜん別物です。
  • 雷サージ：落雷が発生した時、周囲に発生する電磁界ノイズ現象。
  • 雷ガード：雷サージから電化製品等を守るテーブルタップ等の保護機能

最近、家電量販店や、ホームセンターなどでよく見かける気がします。まあ、私が雷被害の当事者になったから余計に気が付くようになったのかもしれませんけど。

製品もピンからキリまでありますし、どんな高価な製品でも 100%被害を防げる、というものではありません。でも、ある程度の効果は期待できます。間違いなく、何もしていないよりは助かる可能性が高くなります。

いうなれば、保険。最後の砦。私もパソコンなど重要なものには使うようにしています。


でも、手持ちのテーブルタップを全部取り換えるなんて、費用もかかるしもったいないなあ・・・と思われるかもしれませんね。

おすすめは、既存のテーブルタップの根元に、比較的安価な三個口の対策製品を追加することです。これを壁のコンセントに付け、そこに手持ちのテーブルタップをつなぐのです。

この製品のサージ対策機能が働けば、下流のテーブルタップにつながれた家電もガードされることになります。長いコード付きテーブルタップを対策品に買い替えるより安価に雷対策を追加できます。

私も、こうした安価な三個口のものを、家中いたるところに付けてます。

雷ガード付きコンセント
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できれば、電源線だけでなく、アンテナ線や電話線やLANといった通信線にも、専用のガード製品を付けたいところですが、今のところそこまではやってません。

もちろん、雷が多い地域にお住まいなど、ご心配であれば検討する価値はあると思います。

対策④ 保険に入っておく

保険は、直接家電を守ってくれるものではありません。しかし修理したり買い換える事を補償してくれるものですから、広い意味では「対策」と言っていいでしょう。

まず、
落雷被害は火災保険で補償可能！！ です。

火災にならなくても、家屋の一部が壊れたとか、家電が故障したという被害でも、条件が合えば補償してもらえます。

保険商品によって細かい条件はいろいろあるかもしれませんが、重要なポイントは以下の二つ。

  • 補償対象としてカバーされること（建物か家財か）
  • 修理の見積書や写真を提出できること


建物に備え付けになっている、電気温水器やエコキュートなどは「建物」が対象の火災保険で補償可能ですが、備え付けでない、コンセントにつなげて使うパソコンやテレビなどの家電は「家財」が対象の火災保険でないと補償してもらえません。

一般に、家財まで補償してくれる保険は高額です。

住宅ローンを組んだことがある方は、一緒に火災保険にも加入されたと思います。こういう時に紹介される火災保険は、「建物」のみが対象であるケースが多いです。少しでも負担を軽くという配慮からだと思いますが。


保険請求の際には、修理の見積書や写真などが必要となります。紛失したりして提出できない場合、補償を受けるのが難しくなりますのでご注意ください。

insurance
私の場合ですが、電気温水器が壊れた時に、火災保険を活用させてもらい、たいへん助かりました。

その顛末や保険申請のポイント等については 別記事 （落雷で電気温水器が故障した時に火災保険で助かった実体験をまとめたもの） でご紹介しています。

住宅ローンのために付けた火災保険だったので、必要最小限で、家財が保証されないものでした。ただ、10年の長期契約でお得であるため、その契約はそのままとし、家財を保証する保険を別途追加で掛けるようにしました。


火災保険は落雷の他、台風や雪害などの幅広い自然災害（地震は除く）で補償を受けられます。利用経験者としては、ぜひ加入されることをお勧めしたいです。

■ ご参考：火災保険紹介サイト
いずれも見積もりや資料等を無料で入手することができます。

>> 【インズウェブ火災保険一括見積もりサービス】

>> 火災保険一括見積もり「火災保険の窓口」

おわりに

まとめます。

■ なぜ直撃していないのに家電が壊れるの？
　落雷のエネルギーがあまりにも大きいので、周囲に存在する電線や地面に大きな電気的ノイズが発生し、電線や地面を伝わって遠くまで届くからです。その範囲はおよそ2km。

■ 家電によって壊れやすさの違いがあるの？
　半導体やICが使われたり、接続するケーブル線が多いIT機器やデジタル家電などが壊れやすいです。

■ 家庭でできる対策は？
　電化製品から電線を抜く事。
　ブレーカーを落とす事。
　雷サージ対策製品を使う事。
　保険に入る事。


近年、地球規模の温暖化の影響で、ゲリラ豪雨や雷雨が増えるのではと言われています。

それに加え、家電製品のネットワーク化・高機能化も進んでいくでしょうから、家庭での雷対策はますます重要になっていくと思います。

後悔先に立たず。

地震や台風などと同じく、雷に対する備えもしっかり考えておきましょう。


今回は以上です。
最後までお読みくださり、ありがとうございました。

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