針対平板電極系における針電極の放電連成振動

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650235
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: 川本 広行 早稲田大学, 理工学部, 教授 (50318763)
• Keywords: 気体放電 / コロナ放電 / 火花放電 / 連成振動 / 静電力 / 針対平板電極 / 強制振動

Research Abstract

針対平板電極系放電場は,避雷,高電圧機器の絶縁対策などで工学的に重要な場であり,電気的な特性に関して古くから多くの研究が行われている.最近ではレーザプリンタのオゾンレスを実現するための,のこぎり歯帯電器やブラシ帯電器などへの応用が注目されている.しかしブラシ帯電や磁気ブラシ帯電では電極が極端に低剛性であり,放電に伴う静電力によって電極の変形や特異な振動を生じる恐れがある.そのため針対平板電極系放電場における低剛性針電極の電磁力学特性を明らかにすることを目的とした力学特性に関する研究を行った.本研究によって以下のことが明らかになった.
1 コロナ放電開始電圧以下の静電場では,電極が互いに吸引する方向の印加電圧の2乗に比例する静電力が作用する.静電力の大きさは針電極の極性によらない.コロナ放電開始電圧後の静電力は,正負ともに,印加電圧を高くするにしたがってコロナ開始前とは反対の,針電極を押し上げる向きに働く.コロナ放電時の静電力の向きが逆転するのは,コロナ風の影響が大きい.正負コロナともに,針の直径やギャップは静電力にはほとんど影響を及ぼさない.
2 火花放電時に針電極が振動する放電連成振動が観測された.この振動は,コロナ放電時における電極間の(コロナ風に起因すると考えられる)反発力が,火花放電時に吸引力に転じることによって生じる強制振動であると考えられる.しかし,火花放電時にこのような吸引力が生じるメカニズムは不明であり,その解明は今後の課題である.
3 振動の周波数は,系の固有振動数よりわずかだけ低い.
4 火花放電時の吸引力は火花放電パルスの間で一定の値をとるというステップ関数的なモデルによって運動を再現できる.この吸引力はmNのオーダである.
5 印加電圧(もしくはギャップ)が大きいほど吸引力が大きい.

Research Products

• [Publications] 川本 広行: "針対平板電極系放電場における針電極の静力学特性"日本機械学会論文集(C編). 67巻・657号. 1385-1392 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Kawamoto: "Statics of Pin Electrode in Pin-to-Plate Discharge System"Journal of Imaging Science and Technology. Vol.45,No.6. 556-564 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Kawamoto et al.: "Dynamics of Pin Electrode in Pin-to-Plate Gas Discharge System Used for Ozone-less Charger in Laser"10th ICPE:10th The International Conference on Precision Engineering. 694-698 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Kawamoto et al.: "Dynamics of Pin Electrode in Pin-to-Plate Discharge System"IS&T's NLP17: International Conference on Digital Printing Technologies. 682-689 (2001)
• [Publications] Hiroyuki Kawamoto et al.: "Static and Dynamic Phenomena of Pin Electrode in Pin-to-Plate Discharge System"Proceedings of the 3rd. IFToMM International Micromechanism. 69-74 (2001)
• [Publications] 川本 広行 他: "機械工学便覧"日本機械学会(発表予定).