2021 Fiscal Year Research-status Report
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
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21K14449
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| Research Institution | National Institute of Occupational Safety and Health,Japan |
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Principal Investigator |
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)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 微粒子 / 静電場 / 誘導帯電 / 浮揚 / 移送 / 積層 / 紫外線 / 混合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
気相中で固体粒子が有する付着性をそのまま利用する積層造形技術は、一般に利用されているめっき法、蒸着法、溶射法と比べて低コストで、薬液使用による環境負荷や熱による材料変質、組成変化がないというメリットがある一方、粒子の分散状態を保持することが難しい。本研究では、電場と振動を利用した気相中の微粒子積層技術の確立を目指す。これにより、個々の粒子の帯電と運動を同時に制御し、分散させた状態で積層させることができるため、粒子を短時間で連続的に移送・供給するシステムにおける積層デザインが可能となる。2021年度の研究実績は以下の通りである。
1. 振動と電場により、粒子を同極性に誘導帯電させて連続供給する装置から排出されたミクロンサイズの帯電粒子を意図した位置に誘導するための電極構成について検討を行った。その結果、複数のメッシュ電極と静電加速器を備えたシステムにより、連続供給装置から排出された粒子を空間に均一に分散させたのち、ターゲット電極上に堆積させることに成功した。
2. 誘導帯電によって浮揚するための十分な電荷を獲得できない粒子の荷電法開発のため、外部電場中で紫外線に暴露された粒子を光電子放出により間接的に帯電させたのち浮揚させる実験を行った。その結果、電場と紫外線の併用によって粒子を帯電・浮揚させることに成功した。
3. 帯電粒子の積層による電荷蓄積を抑制するため、連続分散供給装置を2台用いてそれぞれの装置から逆極性に帯電させた粒子を混合させた結果、積層粒子が除電できる可能性が示唆された。
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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
複数のメッシュ電極と静電加速器を利用して、気相中で粒子を均一に積層させることに成功した。また、電場と紫外線照射の併用によって粒子の帯電量を増加されられることを見出した。さらに、逆極性に帯電させた粒子を混合し、帯電粒子を除電しながら積層させることで電荷蓄積を抑制できる可能性が示唆され、次年度研究に向けた重要な知見が得られた。これらは，目標達成に寄与する重要な成果であり，おおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、得られた知見を基に、粒子の連続供給装置2台から排出された粒子を所定の位置に積層させる新しい改良型システムを設計・製作する。粒子径や材質の異なる複数の粒子を用いて所定の位置に積層させる実験を行い、各パラメータが積層デザインに及ぼす影響を明らかにする。電場と粒子の運動を解析し、粒子の積層メカニズムを明らかにする。さらに、分散供給部と濃縮部との間に形成される不平等電場により、付着性・凝集性が高いサブミクロンおよびナノサイズの粒子を分散状態で積層させる方法を提案する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響により、学会への参加が全てオンライン形式となり、旅費および参加費の一部がかからなかった。次年度以降は、改良型システムの設計・製作費、粒子の撮影と帯電量評価に必要な計測装置を計上する。また、粒子径や材質の異なる様々な粒子を計上する。その他、現地開催の国際会議および国内学会での成果発表を行うために必要な参加費・旅費、および論文発表に必要な経費を計上する。
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