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

级联电弧放电金属颗粒的产生及其运动控制

• 批准号: 14655104
• 负责人: 東山 禎夫
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655104/
• 关键词: カスケード型アーク放電; スパークギャップ; 連続火花点弧; アーク放電; 溶解金属; カスケード接続

本研究では、金属粒子を噴出するプリンタの開発を最終的な目標として、金属溶解のためにカスケード型アーク放電を利用する。これは、陰極と陽極との間に第3電極を挿入する構造であり、2つのアーク放電を直列回路で点呼させ、アークの熱と第3電極を流れる電流による熱で第3電極を発熱させる。この第3電極をノズル構造にして金属粒子を液化しようとするものである。直流アーク放電は放電自身の熱で放電路が揺らぎ、安定性に欠けるので、ここでは、電極系と並列に接続したキャパシタをカスケード型アークで放電する操作を断続的に行う方式を採った。前年度の研究において、カスケード型アーク放電をトリガする方法としてスパークギャップ法が適していることが明らかとなったので、今年度は、カスケード型アーク放電の基礎特性を調べた。スパークギャップから第3電極に印加されるパルス電圧により第3電極と陰極および陽極との間で同時に火花放電を起こしてカスケード型アーク放電をトリガする。トリガに必要なパルス電圧は、アーク放電のための電極系の充電電圧の大きさとギャップ長に依存し、ギャップ長が大きくなるほど、また、充電電圧が高くなるほど、高いパルス電圧を印加しないとトリガが成立しないことが判明した。また、スパークギャップと並列に高電圧キャパシタを接続し、火花放電時の放電電流を大きくするほど、パルス電圧が低くてもよいことがわかった。ギャップ長、キャパシタ容量、直列抵抗、充電電圧をパラメータとして、カスケード型アーク放電を1回だけ点弧させたときのピーク電流、持続時間および残留電圧を調べた。これらのパラメータを適当な値に設定し、カスケード型アーク放電をピーク電流15A、1発の持続時間100ms、2Hzで連続点弧させることに成功した。今後は、さらに高い周波数で連続点弧し、第3電極の発熱特性を把握するとともに、金属粒子液化への適用を図る予定である。

在这项研究中，最终目标是开发弹出金属颗粒的打印机，并将级联型弧排放用于金属熔化。这是一个结构，其中第三个电极在阴极和阳极之间插入，并且在串联电路中滚动两个电弧放电，并且第三个电极通过弧线和电流流过第三电极的热量加热。第三个电极用作液化金属颗粒的喷嘴结构。由于直流电弧排出会导致放电路径由于排放的热量而导致波动，并且排放路径的稳定性不足，因此我们采用了一种方法，其中级联型电弧由与电极系统并行连接的电容器放电。在上一年的研究中，据透露，火花隙方法适合触发级联弧排出的方法，因此今年我们研究了级联弧排放的基本特征。从火花隙施加到第三电极上的脉冲电压在第三电极，阴极和阳极之间同时引起火花放电，从而触发了级联型弧弧的放电。触发器所需的脉冲电压取决于电极系统的电极系统充电电压的大小和间隙长度，并且间隙长度越大，并且充电电压越高，除非施加较高的脉冲电压，否则无法实现触发器。还发现，通过与火花隙间隙并联连接高压电容器来增加火花放电过程中的放电电流越高，脉冲电压可能越低。使用间隙长度，电容器容量，串联电阻和充电电压作为参数，仅检查一次级联电弧排放时，峰值电流，持续时间和残余电压。这些参数设置为适当的值，并在15a的峰值电流下连续射击级联的弧排放，一杆的持续时间为100ms和2Hz。将来，该系统将在较高的频率上连续点燃，并且第三电极的热性能将被掌握，并将其应用于金属颗粒液化。