2018 Fiscal Year Research-status Report
Dynamics of electromagnetic particles and its application for industry
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17K06276
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
川本 広行 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50318763)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 静電力 / 粒子 / 帯電 / 個別要素法 / レーザープリンター / ルナダスト / 宇宙 / ソーラーパネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電磁力によって粉粒体の運動を精密に制御し，工学的な価値を得るシステムには，レーザープリンターや集塵機をはじめとして様々なものがある．しかしながら粉粒体には，流体力学のような厳密な理論体系はなく，工学の現場では，経験に大きく依存する開発が行われている．また，静電力を利用して粒子の操作を行う際に問題となる粒子の帯電(分布)や付着力に関しては，いまだ不明な点が多い．本研究はこのような現状を打破し，工学的に利用可能な理論とシミュレーション技法，および計測法を構築し，さらにこれらを具体的な問題へ適用して，この分野の産業の発展に寄与することを目的としている．
今年度はこの研究の2年目であり，まず計測技術の開発を行った．モデルや計算結果の妥当性を評価し，さらに計算だけでは解明できない事象を把握するために,画像処理技術を導入して，定量的な評価が可能な計測技術を開発した．
つぎに，本研究成果を具体的に下記のような工学問題に適用する研究を行った．応用の第一は，レーザープリンターである．この技術は，電磁力によるトナー粒子の運動制御がキーであり，現実の問題に直接適用できる技術を開発した．応用の第二は，宇宙開発への応用である．粒子が関与するこの他の問題として，月面や火星・小惑星上に存在する粒子のサンプルリターンやISRU (In-Situ Resource Utilization) のための粒子搬送・分別，宇宙服や機器に付着するダストのクリーニングなどがあり，本研究をこれらの解決に応用した．応用の第三は，上記の月面での静電クリーナーを地上のソーラーパネルに付着する粉塵のクリーニングに応用する研究である．これは，降雨がなく水が貴重で屋外作業が過酷な中東の砂漠地帯で切望されている技術であり，申請者(川本)は中東Qatarのプロジェクトにメンターとして参画し，プロジェクトをサポートした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
計測技術の開発：モデルや計算結果の妥当性を評価し，さらに計算だけでは解明できない事象を把握するために，対象を詳細に観測する技術を開発した．具体的には，(1) 高速度顕微鏡カメラによる動的なその場 (in-situ) 観測， (2) デジタルマイクロスコープによる静的な形状測定，および (3) 粒子の運動追跡による流体と粒子運動の連成測定である．
工学問題への応用：上記の研究成果を具体的に下記の工学問題に適用した．具体的には，(1) 電子写真：粉粒体が問題となる現像・転写プロセスに本研究の成果を適用した．このテーマは産業界の要請が高いので，現場の技術者と連携した研究を行った．(2) 宇宙開発: ルナダストがソーラーパネルやレンズに堆積して機能劣化することを防ぐための静電クリーナー，月面や火星・小惑星上に存在する粒子の採取(サンプルリターン)，ISRU (In-Situ Resource Utilization) のための粒子搬送・分別，宇宙服や機器に付着するダストのクリーニングなど，粉粒体が関与する問題へ，JAXAと連携して，本研究の成果を適用した． (3) メガソーラー: 現在申請者(川本)がメンターとして参画している中東カタールの研究プロジェクトと連携して，砂漠の実環境における性能評価と改良を行った．
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は本研究の最終年度であり，これまでの研究の不足部を補い，研究を集大成し，最後に，得られた研究成果を国内外に発表する．また，以下のような外部からの要請に答えるための活動も行う．すなわち，電子写真技術に関しては，国内精密機器メーカーへ技術移管する．また，某自動車メーカーや家電会社等から，粒子の静電操作に関する技術支援の依頼があるので，本研究の成果を技術移転する．宇宙開発への応用に関しては，JAXAと連携し，特に最近注目されている月面からの氷粒子のサンプリングに本研究を応用する研究を行う．メガソーラーに関しては，カタールのプロジェクトに協力し，その実用化を目指す．
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| Causes of Carryover |
購入予定消耗品の年度内入荷が危ぶまれたため、次年度（令和元年）に購入するものとした。
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