2019-10-08 우주 항공 연구 개발 기구, 카스가 전기 주식회사
국립 연구 개발 법인 우주 항공 연구 개발 기구(이사장：야마카와 히로시/이하, JAXA)와 카스가 전기 주식회사(대표이사 사장：니시카와 타다시간/이하, 카스가 전기)는, 공동으로 종래의 진공제전기술과 비교해서 100배 이상의 속도로 진공중의 대전한 물체를 제전 할 수 있는 제전기의 개발에 세계에서 처음으로 성공했습니다.게다가 카스가 전기는, 이 공동 연구의 성과인 기술을 이용해, 우주 기술을 활용한 스핀오프 제품으로서 「마이크로파 플라스마제전처리 시스템」을 개발했습니다.
향후, JAXA는, 장래의 지속적인 우주 탐사 활동의 실현을 응시해 본성과를 이용해 정전기에 의한 진공하에서의 더스트 제어의 연구를 진행시켜 나갑니다.카스가 전기는, 국내외에 고기능 필름재의 진공 증착 장치를 시작으로 한 님 들인 고진공 산업 기기용의 제전기로서 본시스템의 판매를 실시할 예정입니다.
＜공동 연구의 배경·개요＞
우주 탐사에서는 달표면이나 소행성 표면에 존재하는 더스트(미립자)가 기기에 부착하면 고장이나 기기 능력의 저하를 부르기 위해, JAXA는, 우주 탐사 이노베이션(innovation) 허브의 사업에 대하고, 더스트 제어의 일환으로서 진공중에서의 대전 문제를 취급해 왔습니다.또 카스가 전기는, 방전이나 더스트 부착을 일으켜 제품 비율 저하의 원인이 되는 진공중에서의 대전을 억제하기 위해서 진공하에서 작동하는 제전기의 연구를 실시해 왔습니다.
거기서, JAXA는 그림 1시매 2의 이온 엔진 중화기*1에 이용한 마이크로파 플라스마원*2을 진공하에서의 제전기로서 이용하는 것을 카스가 전기에 제안해, 양자는 본플라스마원의 제전능력의 평가를 실시하기 위해, 2017년 8월에 공동 연구 계약을 체결했습니다.
본공동 연구로 JAXA는 소형 플라스마원의 기술의 제공과 제전기에 적절한 플라스마원의 개발을 실시해, 카스가 전기는 제전기술에 관한 지견과 진공중에서의 제전능력의 측정 기술의 제공을 실시했습니다.본공동 연구에 의해, 개발한 제전기는 자외선 이오나이자
＜「마이크로파 플라스마제전처리 시스템」의 개요＞
본시스템의 제전기술은, 마이크로파 플라스마원을 진공조에 설치해, 플라스마원으로 생성한 이온과 전자에 의해 대전한 물체를 수동적으로 제전 하는 것입니다.플라스마원은 질량이나 크기, 전력 제한이 어려운 우주기로 이용하는 것을 전제로 하고 있기 때문에, 소형이고 고진공하에서도 동작하는 것을 특징으로 하고 있습니다.또 대기 폭로에 제한이 없게 취급이 용이한 마이크로파 플라스마원을 이용하고 있고 있어 장시간 작동시키는 이온 엔진의 특성상 5만 시간 이상의 동작 시험을 클리어 한 것입니다.
도 1 매 2로 실제로 사용되고 있는
이온 엔진 중화기(붉은 환의 부분)
도 2 마이크로파 플라스마제전처리 시스템
*1 이온 엔진 중화기：마이너스의 전하를 가지는 전자를 방출해, 이온 빔을 전기적으로 중화 하는 장치
*2 마이크로파 플라스마원：전파의 하나인 마이크로파와 자석을 이용해 플라스마를 생성하는 장치
*3 자외선 이오나이자：진공중의 미량인 가스를 자외선에 의해 이온화 해, 대전한 물체를 제전 하는 장치
2019-10-08 宇宙航空研究開発機構,春日電機株式会社
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構（理事長：山川 宏／以下、JAXA）と春日電機株式会社（代表取締役社長：西川 正幹／以下、春日電機）は、共同で従来の真空除電技術と比べて100倍以上の速度で真空中の帯電した物体を除電することができる除電器の開発に世界で初めて成功しました。さらに、春日電機は、この共同研究の成果である技術を利用し、宇宙技術を活用したスピンオフ製品として「マイクロ波プラズマ除電処理システム」を開発しました。
今後、JAXAは、将来の持続的な宇宙探査活動の実現を見据え、本成果を用いて静電気による真空下でのダスト制御の研究を進めていきます。春日電機は、国内外に高機能フィルム材の真空蒸着装置をはじめとした様々な高真空産業機器用の除電器として本システムの販売を行う予定です。
＜共同研究の背景・概要＞
宇宙探査では月面や小惑星表面に存在するダスト（微粒子）が機器に付着すると故障や機器能力の低下を招くため、JAXAは、宇宙探査イノベーションハブの事業において、ダスト制御の一環として真空中での帯電問題を取り扱ってきました。また春日電機は、放電やダスト付着を引き起こし歩留まり低下の原因となる真空中での帯電を抑制するために真空下で作動する除電器の研究を行ってきました。
そこで、JAXAは図1に示すはやぶさ２のイオンエンジン中和器*1に用いたマイクロ波プラズマ源*2を真空下での除電器として用いることを春日電機に提案し、両者は本プラズマ源の除電能力の評価を行うため、2017年8月に共同研究契約を締結しました。
本共同研究でJAXAは小型プラズマ源の技術の提供と除電器に適したプラズマ源の開発を行い、春日電機は除電技術に関する知見と真空中での除電能力の測定技術の提供を行いました。本共同研究により、開発した除電器は紫外線イオナイザー*3などの従来の真空除電技術に対して100倍以上の速度で正または負に帯電した物体を除電できることを示しました。この成果を用いて、春日電機は地上転用として図2に示すマイクロ波プラズマ除電処理システム開発しました。
＜「マイクロ波プラズマ除電処理システム」の概要＞
本システムの除電技術は、マイクロ波プラズマ源を真空槽に設置し、プラズマ源で生成したイオンと電子により帯電した物体を受動的に除電するものです。プラズマ源は質量や大きさ、電力制限の厳しい宇宙機で用いることを前提としているため、小型で高真空下でも動作することを特徴としています。また大気暴露に制限のなく取り扱いが容易なマイクロ波プラズマ源を用いていており、長時間作動させるイオンエンジンの特性上5万時間以上の動作試験をクリアしたものです。
図1 はやぶさ２で実際に使われている
イオンエンジン中和器（赤い丸の部分）
図2 マイクロ波プラズマ除電処理システム
*1 イオンエンジン中和器：マイナスの電荷をもつ電子を放出し、イオンビームを電気的に中和する装置
*2 マイクロ波プラズマ源：電波の１つであるマイクロ波と磁石を用いてプラズマを生成する装置
*3 紫外線イオナイザー：真空中の微量なガスを紫外線によりイオン化し、帯電した物体を除電する装置