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アーク陰極点のインテリジェントな特性の解明と金属表面クリーニングへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 14350390
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 材料加工・処理
研究機関秋田県立大学

研究代表者

武田 紘一  秋田県立大学, システム科学技術学部, 教授 (20315641)

研究分担者 丸田 薫  東北大学, 流体科学研究所, 助教授 (50260451)
杉本 尚哉  秋田県立大学, 講師 (20291784)
熊谷 誠治  秋田県立大学, 助手 (00363739)
研究期間 (年度) 2002 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
14,000千円 (直接経費: 14,000千円)
2005年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2004年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2003年度: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2002年度: 6,400千円 (直接経費: 6,400千円)
キーワードアーク / 陰極点 / 真空 / 仕事関数 / 酸化物除去 / 表面粗さ / 雰囲気圧力 / 電極間距離 / クリーニング
研究概要

真空中でのアーク陰極点は陰極表面上に酸化物が存在すると酸化物上に優先的に陰極点が形成され、陰極点の高いエネルギー密度で短時間に酸化物を蒸発させ酸化物を陰極金属表面から除去していく性質を有する。本研究ではアーク陰極点の特異な性質を把握し、その特異性の発現する理由を明らかにすると共に、これらの性質の応用について探索することを目的とした。
研究の主な成果を以下にまとめて示す。
(1)ケルビンプローブを用い陰極表面の仕事関数を測定することにより、金属表面の酸化物上に陰極点が選択的に形成され、酸化物を優先的に除去していく理由を検証した。金属酸化物が、金属より仕事関数が低く、電子放出が容易であることに原因があることが明らかになった。
(2)陰極点の酸化物除去速度の観察から、陰極点にはエネルギー密度の高い陰極点とエネルギー密度の低い2種類のモードが存在することを見いだした。前者は後者に比べ酸化物除去速度が速く、酸化物が除去されたあとの表面の粗度は小さい。
(3)2種類の異なるモードの陰極点は陰極面上に同時に存在する。どちらのモードが存在する確立が高いかは表面状態に依存する。NaOHやKOH溶液を表面に塗布すると高エネルギー密度の陰極点ができやすい。エチレングリコールを薄く塗布した表面でも同じことが起こる。
(4)アーク陰極点で酸化物を除去した金属(鋼材)表面は硬度が著しく上昇する。陰極点による酸化物蒸発除去過程で金属表面の薄い層が溶融状態になった後に急冷凝固されているためである。
(5)陰極と陽極の距離をある限界長より小さくすると酸化物除去のエネルギー効率が大きく上昇する(2倍以上)。陰極から噴出する蒸発分解した金属元素が陽極まで到達し陽イオンを形成し、陽極降下電圧を著しく減少させ、陽極におけるエネルギー損失を低下させるためであることが明らかになった。

報告書

(5件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2006 2005 2004 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (27件) 文献書誌 (11件)

  • [雑誌論文] Effect of pressure on the behavior of cathode spots in oxide removal by arc discharge2006

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      ISIJ International 46・2

      ページ: 335-338

    • NAID

      10017491546

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of electrode gap width in vacuum arc cleaning2006

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi
    • 雑誌名

      Thin solid Films 506-507

      ページ: 346-349

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of pressure on the behavior of cathode spots in oxide removal by arc discharge2006

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      ISIJ International vol.46, No.2

      ページ: 335-338

    • NAID

      10017491546

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of electrode gap width in vacuum arc cleaning2006

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi
    • 雑誌名

      Thin Solid Films vol.506-507

      ページ: 346-349

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Pressure on the Behavior of Cathode Spots in Oxide Removal by Arc Discharge2006

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda, H.Takahashi, M.Sugimoto, M.Tanaka, M.Ushio
    • 雑誌名

      ISIJ International 46.2

      ページ: 335-338

    • NAID

      110004059914

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of Electrode Gap Width in Vacuum Arc Cleaning2006

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, K.Takeda, M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 印刷中

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Cleaning characteristics of for organic contaminant on metal surface2005

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      JSME International Journal,B 48・3

      ページ: 405-410

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Cleaning characteristics of for organic contaminant on metal surface2005

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      JSME International Journal, B vol.48, No.3

      ページ: 405-410

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Cleaning Characteristics of Vacuum Arc for Organic Contaminant on Metal Surface2005

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto, K.Takeda
    • 雑誌名

      JSME International Journal S-B 48.3

      ページ: 405-410

    • NAID

      110004820198

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Grain structure in cathode spot trail in of vacuum arc discharge2004

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 457

      ページ: 168-173

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Change in cathode spot behavior in vacuum arc cleaning with application of polyethylene glycol2004

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 457

      ページ: 224-29

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Grain structure in cathode spot trail in of vacuum arc discharge2004

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Thin Solid Films vol.457

      ページ: 168-173

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Change in cathode spot behavior in vacuum arc cleaning with application of polyethylene glycol2004

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura
    • 雑誌名

      Thin Solid Films vol.457

      ページ: 224-229

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Change in Cathhode spot behavior in vacuum arc cleaning with application of polyethylene glycole2004

    • 著者名/発表者名
      T.Nakamura, K.Takeda, M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 457

      ページ: 224-229

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Influence of work function variation on metal surface cleaning by vacuum arc discharge2004

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto, K.Takeda
    • 雑誌名

      Proc.21st International Symposium on Discharge 2

      ページ: 579-582

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of pressure on cathode spots behavior in oxide removal by arc discharge2004

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, K.Takeda, M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Proc.21st International Symposium on Discharge 2

      ページ: 587-590

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of active elements on oxide removal by vacuum arc discharge2003

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      IEEE Trans. Plasma Science 31・5

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of active elements on oxide removal by vacuum arc discharge2003

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      IEEE Trans.Plasma Science vol.31, No.5

      ページ: 983-986

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Pressure on the cleaning action of cathode spots in low vacuum2002

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      Thin Solid Films 407

      ページ: 186-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] 真空アークによるステンレス表面酸化物の除去特性2002

    • 著者名/発表者名
      久保 裕也
    • 雑誌名

      電気学会論文誌A 122・1

      ページ: 163-168

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Removal of organic chemicals on metal surface by vacuum arc discharge2002

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      高温学会誌 28・3

      ページ: 84-87

    • NAID

      10007955803

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The stability of group cathode spot on the surface of hot rolled stainless steel2002

    • 著者名/発表者名
      S.Pozharov
    • 雑誌名

      Technical Physics 47・8

      ページ: 140-142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of Pressure on the cleaning action of cathode spots in low vacuum2002

    • 著者名/発表者名
      K.Takeda
    • 雑誌名

      Thin Solid Films vol 407

      ページ: 186-191

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Removal characteristics of the oxide layer on the stainless steel surface by vacuum arc2002

    • 著者名/発表者名
      Y.Kubo
    • 雑誌名

      T.IEE Japan vol.122-A, No.1

      ページ: 163-168

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Removal of organic chemicals on metal surface by vacuum arc discharge2002

    • 著者名/発表者名
      M.Sugimoto
    • 雑誌名

      J.Japanese Society of High Temperature vol.28, No.3

      ページ: 84-87

    • NAID

      10007955803

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] The stability of group cathode spot on the surface of hot rolled stainless steel2002

    • 著者名/発表者名
      S.Pozharov
    • 雑誌名

      Technical Physics vol.47, No.8

      ページ: 140-142

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effect of electrode gap width in vacuum cleaning

    • 著者名/発表者名
      H.Takahashi, K.Takeda, M.Sugimoto
    • 雑誌名

      Thin Solid Films (印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takeda, M.Sugimoto: "Effects of Active Elements on Oxide Removal by a Vacuum Arc"IEEE Transactions on Plasma Science. 31,No.5. 983-986 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sugimoto, K.Takeda et al.: "Grain structure in cathode spot trail of low vacuum arc discharge"Thin Solid Films. Xx, December(to be published). (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] T.Nakamura, K.Takeda et al.: "Change in cathode spot behavior in vacuum arc cleaning with application of polyethylene glycol"Thin Solid Films. Xx, December(to be published). (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Kubo, K.Takeda et al.: "Removal characteristics of oxide layer on carbon steel by low vacuum arc"16^<th> Symposium on Plasma Science for Materials. SPSM-16. 14-15 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sugimoto, K.Takeda et al.: "Vacuum arc cleaning of Metal Surface covered with organic contaminant"H15 秋田県立大学研究論文集. 4. 57-62 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] O.Solonenko, K.Takeda et al.: "Theoretical analysis and computer simulation of thermophysical process under removal of oxide layer on metal surface by vacuum arc"Proc. International Symposium on Plasma Chemistry. 16^<th>-Po.1.25. Po-125 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takeda, S.Takeuchi: "Effect of pressure on the cleaning action of cathode spot in low vacuum"Thin Solid Films. 407. 163-168 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 久保裕也, 武田紘一, 稲葉次紀, 岩尾徹: "真空アークによるステンレス表面酸化物の除去特性"電気学会論文誌A. 122A. 65-71 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sugimoto, K.Takeda: "Removal of organic chemicals on metal surface by vacuum arc discharge"高温学会誌. 28, 2. 84-87 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Takeda, M.Sugimoto: "Effect of active element on oxide removal by a vacuum arc"Proceedings of 20^<th> International Symposium on Discharge and Electrical Insulation in vacuum. July. 107-110 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.L.Pozharov, A.M.Mirkarimov, K.Takeda: "The stability of group cathode spot on the surface of hot rolled steels"Technical Physics (American Institute of Physics). 47,9. 140-142 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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