カスケード型アーク放電による金属微粒子の生成とその運動制御

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14655104
• Research Institution: Yamagata University
• Principal Investigator: 東山 禎夫 山形大学, 工学部, 教授 (50144209)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 俊之 山形大学, 工学部, 助手 (10282237) ; 南谷 靖史 山形大学, 工学部, 助教授 (10323172)
• Keywords: アーク放電 / 溶解金属 / カスケード接続

Research Abstract

本研究の最終目的は、金属粒子を噴出するプリンタの開発であり、金属融解としてカスケード型アーク放電を利用する。今年度は、装置の設計を行い、電極部の試作を行なった。カスケード型アーク放電は、電圧が印加された2つの電極の間に第3電極を挿入し、第3電極の2箇所で同時にアーク放電を起こすとともに第3電極を流れる電流で発熱させるものである。この第3電極をノズル構造にして金属粒子を液化し、液滴として噴出させようとするものである。実際には、カスケード型アーク放電の放電形態は未解明な部分が多く、その基礎特性の把握が必要である。
ここでは、3つの電極にタングステン製の棒状電極を用い、電極間に器壁を設けて放電の安定化を図る構造にした。アーク放電の点弧は、第3電極にパルス状の電圧を印加し、2つの電極との間で同時に火花放電を起こす形式を採用した。第3電極から伸びる放電は器壁の端部を介して2つのタングステン電極に到達し、その経路をアーク放電の経路として安定なカスケード型アーク放電を起こす。パルス電圧によるカスケード型アーク放電の点弧は、2つの方向に同時に火花放電が伸びることが必要条件である。そのパルス電圧の立ち上がり時間が長いと、火花放電は1方向でしか起こらないことが明らかになった。速い立ち上がりの高電圧パルスを印加するロータリーギャップの試作を行い、数十nsで立ち上がるパルス電源として利用できることを確認した。アーク放電を持続させるための電源回路を含む全体のシステムの構築と、第3電極の発熱特性、金属粒子液化特性の把握が次年度の検討課題である。