2021 Fiscal Year Research-status Report
大気圧プラズマを応用した多層塗装における対象界面で剥離させ易くする手法の提案
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20K04944
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| Research Institution | National Institute of Technology(KOSEN), Oshima College |
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Principal Investigator |
中村 翼 大島商船高等専門学校, 電子機械工学科, 准教授 (10390501)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 崇寿 大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 准教授 (30508867)
竹下 慎二 和歌山工業高等専門学校, 電気情報工学科, 准教授 (30616800) [Withdrawn]
稲垣 歩 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (50633400)
浅地 豊久 新居浜工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (70574565)
太田 孝雄 奈良工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (80353267)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 塗装剥離 / ストリーマ / 熱応力 / 架橋反応 / 微小区間での剥離 / プラズマ発生用ポータブル高電圧電源 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度（2年目）も新型コロナウイルスの感染対策により，当初予定した実地検証等を見送った。そこで前年度に引き続き，1. 塗装が剥離し易くなるメカニズムを解明して本システムの有用性を検証する根拠データの取得，2. 研究課題名にもある「多層塗装における対象界面で剥離させ易くする手法」を提案するためのデータ検証，の2項目を進行させた。
項目1は，前年度に得られた結果を踏まえ，今年度はひずみゲージを用いた実験により，断続的にプラズマを照射する事で塗膜の内部応力を計測し，その結果から母材との界面でどのような変化が生じ，塗装が剥離し易くなるのか検証を重ねた。結果から，断続的にプラズマを照射した事で，規則性や周期性は見られなかったが，内部応力が増減，すなわち塗膜が膨張と収縮を繰り返していることを確認した。内部応力が小さくなるケースでは，ひずみが大きくなるため，塗膜は膨張する。これは，プラズマを照射したことによる熱エネルギーが起因していると推測する。その後，素地と塗膜の線（熱）膨張係数の違いにより，塗装と素地の界面に及ぼす影響で得られた結果，塗膜と素地界面の微小区間で剥離が生じる。この微小区間の剥離が起こることで，塗膜-素地界面で残留応力が解放され，内部応力の増加につながったと考察した。
項目2については，一例として，プラズマ照射時間を60 s，印加電圧を12 kVとし，プラズマ照射距離を変化させた時の結果から，剥離に必要な荷重に着目すると，プラズマ照射距離が3, 6, 10 mmと離れるにつれ，塗装を剥離させる荷重が約3, 2.9, 2.4 kNと減少していた。プラズマを照射していない時の剥離荷重（約2.7 kN）と比較して，剥離に必要な荷重が増減する結果となったため，プラズマ照射のパラメータを調整することで，塗装を剥離し易くも，剥離し難くすることも可能であると考える。
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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
令和３年度（2年目）までの研究成果から，プラズマを塗装した表面に照射することで，その塗装が剥離し易くなる要因を裏付ける成果が得られた。またプラズマ照射のパラメータを調整することで，塗装を剥離し易くも，剥離し難くすることも可能であることがわかったため，これらの結果を踏まえ，多層塗装における任意の界面で剥離させ易くする手法を提案・検証していく。また引き続き初年度に実地検証を行う予定であった，高速度カメラによる電子雲もしくはイオン雲の撮影，それらの持つ運動エネルギーを算出する準備を進めている。
また産業応用した際の生産性を考慮して，ポータブル高電圧電源の容量の拡充を念頭に，高電圧電源の設計・製作を進めているが，半導体不足の影響で電子部品の納入が滞っているため，新たに設計した高電圧電源を用いた生産性向上の検討は実施できていない。
最後に，国内・国際会議での発表に向けた準備も進めており，令和3年10月22日に行われた国際会議（6th STI-Gigaku 2021）で口頭発表（オンライン），ならびに同年12月9-11日で開催された国際会議（APSPT-12）で口頭発表（オンライン）した。また令和3年度（第12回） 電気学会九州支部高専研究講演会（R4年3月）において，電源設計・製作に関する内容で発表した。
以上の事から，研究の目的の達成度は「おおむね順調に進展している。」と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度の研究成果として，プラズマを塗装した表面に照射することで，その塗装が剥離し易くなるメカニズムをひずみゲージを用いた塗装の内部応力の変化から検証した。その結果，熱入力が起因した塗膜と素地界面の微小区間での剥離，塗膜-素地界面での残留応力解放，塗膜の凝集によって、内部応力が増減することが分かった。 また，プラズマ照射のパラメータを調整することで，塗装を剥離し易くも，剥離し難くすることも可能であるため，それらの成果等を踏まえ，令和４年度は，多層塗装における任意の界面で剥離させ易くする手法を発案し，実験および検証を重ねていく。また初年度に実地検証を行う予定であった，高速度カメラによる電子雲もしくはイオン雲の撮影，それらの持つ運動エネルギーを算出する準備も進める。これにより，これまでの研究成果との整合性が高くなり，より定量的なメカニズム解明につながる。
次にポータブル高電圧電源の容量拡充を目的とし，新たに設計・製作している高電圧電源の進捗状況としては，半導体不足の影響で電子部品の納入が滞っているため，試作や生産性向上の検討は実施できていない。そのため完成を待つまでの間，必要とされるプラズマの生成および検証実験を引き続き行っていく予定である。なお検証実験に関しては，昨年度と同様に，当初予定していた容量800VAよりも小容量の既存する高電圧電源（150 VA程度）を使用して，これまでに得られた実験結果と同様の成果・傾向が得られるのかを引き続き実験により検証していくと同時に研究データを積み重ねていく。
最後に，これまでの研究成果を国内・国際会議等で発表することや，オープンキャンパス等の機会を利用して小中高の生徒が分かり易く理解できるような出前授業等を企画していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症の影響により，申請時当初に予定していた実地実験や学会発表等がオンラインで実施されたことにより，出張費の支出がなかった。
また購入を予定していた電子部品が半導体不足により，納期が長期（年度をまたいだ）になったため，当該年度での執行ができず，次年度（R4年度）使用額が生じた。
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Research Products
(4 results)
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[Presentation] Design and Production of Reactor for Atmospheric Pressure Plasma Generation Without use of Helium2021
Author(s)
Kaya YOSHIHARA, Yuki ABE, Syunsei TSUNEMORI, Masaya TSUBAKI, Tsubasa NAKAMURA, Kosei NOZAWA, Tomoki TSURUMIYA, Atsushi UCHIDA, Ayumu INAGAKI, Mitsuhiro TANIWAKI, Toyohisa ASAJI, Kazumasa TAKAHASHI, Toru SASAKI, Takashi KIKUCHI
Organizer
The 6th International Conference on “Science of Technology Innovation”
Int'l Joint Research
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[Presentation] Plasma Generation and Diagnosis for Practical Application of Paint Peeling off System using Atmospheric Pressure Plasma2021
Author(s)
Masaya TSUBAKI, Yuki ABE, Syunsei TSUNEMORI, Kaya YOSHIHARA, Tsubasa NAKAMURA, Kosei NOZAWA, Tomoki TSURUMIYA, Atsushi UCHIDA, Ayumu INAGAKI, Toyohisa ASAJI, Kazumasa TAKAHASHI, Toru SASAKI, Takashi KIKUCHI
Organizer
The 6th International Conference on “Science of Technology Innovation”
Int'l Joint Research
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