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誘導帯電現象を利用した気相中の微粒子積層技術の研究

研究課題

研究課題/領域番号 21K14449
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分27010:移動現象および単位操作関連
研究機関独立行政法人労働者健康安全機構労働安全衛生総合研究所

研究代表者

庄山 瑞季  独立行政法人労働者健康安全機構労働安全衛生総合研究所, 電気安全研究グループ, 任期付研究員 (30631741)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワード粉体 / 電場 / 誘導帯電 / 輸送 / 積層 / 分散 / 微粒子 / 静電場 / 浮揚 / 紫外線 / 移送 / 混合 / 粒子 / 帯電
研究開始時の研究の概要

本研究では、誘導帯電現象を利用して気相中で同極性に帯電・分散させた微粒子の運動を複数の外部電場で制御し、意図した位置に静電沈着によって積層させる技術の確立を目的とする。
従来技術を応用して気相中で誘導帯電させた多数の粒子をクーロン力によって浮揚させ、分散状態を維持したまま複数の電場で移送したのち静電沈着による積層造形を行う。また、付着性・凝集性が高く気相中でのハンドリングが難しいナノ粒子への適用法を構築する。
これにより、革新的な積層造形技術が確立し、従来材料の高付加価値化が促進される。また、粒子自体の複合化や表面改質への応用に加え、クリーンな製造プロセスによる循環型社会の実現が期待できる。

研究成果の概要

粉体による気相中の積層造形技術は低コストで環境負荷が少なく材料の変質も避けられるが、粒子の分散状態を保つのが難しい。本研究では、電場と振動を利用した微粒子の積層技術を考案し、粒子の帯電と運動を制御して分散状態で積層することに成功した。多層網電極と静電加速電極を用いて粒子を輸送・堆積させる実験を行い、粒子の分散輸送効率と電場中の運動を解析し、粒子径に応じた電極構成と電場強度の選択が重要であることを解明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

帯電粒子の運動制御に関する従来研究は接触帯電現象を利用するものが多く、粒子の獲得電荷が小さいので、多数の異種粒子を同極性に帯電・浮揚させてそれらの運動を電場空間で同時に制御することが難しかった。本研究では、個々の粒子に安全かつ効率的に同極性の電荷を付加出来る誘導帯電現象を利用するため、気相中で材料の損傷なく固体粒子を分散させた状態で積層させることができる。また、付着性・凝集性が高く気相中でのハンドリングが難しい数ミクロンサイズの粒子にも適用できるもので、革新的な積層造形技術の確立や従来材料の高付加価値化の促進に繋がる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 粉体混合による放電抑制の可能性2023

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季
    • 雑誌名

      労働安全衛生研究

      巻: 16 号: 1 ページ: 83-86

    • DOI

      10.2486/josh.JOSH-2022-0023-KE

    • ISSN
      1882-6822, 1883-678X
    • 年月日
      2023-02-28
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] A novel mixing method for levitated particles using electrostatic fields2022

    • 著者名/発表者名
      Shoyama M., S. Nishida, S. Kai, M. Yasuda, K. Choi and S. Matsusaka
    • 雑誌名

      Advanced Powder Technology

      巻: 33 号: 11 ページ: 103812-103812

    • DOI

      10.1016/j.apt.2022.103812

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effective Use of External Electric Field for Charging and Levitation of Particles under UV Irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Shoyama, Taiki Sugaya, Shuji Matsusaka
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Industry Applications

      巻: - 号: 4 ページ: 5287-5291

    • DOI

      10.1109/tia.2022.3167376

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 電場を利用した粒子の帯電と粉体操作への応用2021

    • 著者名/発表者名
      松坂 修二,庄山 瑞季
    • 雑誌名

      粉砕

      巻: 65 号: 0 ページ: 3-10

    • DOI

      10.24611/micromeritics.2022005

    • NAID

      130008129293

    • ISSN
      0429-9051, 2432-2075
    • 年月日
      2021-12-15
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effects of Direction and Strength of External Electric Field on Particle Charging and Levitation under UV Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Shoyama, Taiki Sugaya, Shuji Matsusaka
    • 雑誌名

      Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting (IAS)

      巻: - ページ: 1-4

    • DOI

      10.1109/ias48185.2021.9677386

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 電場を利用した粉体の帯電とハンドリング2023

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季
    • 学会等名
      静電気学会 静電気基礎研究委員会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ダストの静電除去およびハンドリング2023

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季
    • 学会等名
      第二回 月-地球圏ダスト環境ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 複合電場と振動を利用した粒子の新しい連続分散供給と混合2022

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季
    • 学会等名
      粉体工学会 2022年度 春季研究発表会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 電場による乾式粉体の均質輸送と積層造形2022

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季,太田昌宏,安田正俊,松坂修二
    • 学会等名
      第46 回静電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 静電運動制御を利用した乾式粉体の輸送と積層2022

    • 著者名/発表者名
      庄山瑞季,太田昌宏,安田正俊,松坂修二
    • 学会等名
      化学工学会 第53回秋季大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Transport and deposition of fine particles using electrostatic acceleration in a powder process2022

    • 著者名/発表者名
      M. Ota, M. Shoyama, M. Yasuda and S. Matsusaka
    • 学会等名
      9th World Congress on Particle Technology
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrostatic mixing and neutralization of particles using electrostatic fields2022

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Shoyama, Kwangseok Choi, Shuji Matsusaka
    • 学会等名
      International Workshop of Industrial Safety and Health (WISH2022)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 粒子の付着強度分布に及ぼす電場と湿度の影響2021

    • 著者名/発表者名
      西川 諒, 庄山 瑞季, 松坂 修二
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 紫外線照射と電場による誘電性粒子の帯電と浮揚機構の検討2021

    • 著者名/発表者名
      下畠 佑太, 菅谷 太輝, 庄山 瑞季, 松坂 修二
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 誘導帯電を利用した気相中の粒子混合2021

    • 著者名/発表者名
      太田 昌宏, 西田 周平, 甲斐 壮太, 庄山 瑞季, 松坂 修二
    • 学会等名
      化学工学会第52回秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Novel Continuous Particle Mixing System using Electrostatic Levitation by Induction Charging2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Shoyama, Shuhei Nishida1, Sota Kai, Masatoshi Yasuda, Shuji Matusaka
    • 学会等名
      The 8th Asian Particle Technology Symposium
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Direction and Strength of External Electric Field on Particle Charging and Levitation under UV Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Shoyama, Taiki Sugaya, Shuji Matsusaka
    • 学会等名
      2021 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2025-01-30  

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