富岡 淳 (トミオカ ジュン)

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所属

理工学術院 基幹理工学部

職名

教授

ホームページ

http://www.f.waseda.jp/tomioka/

兼担 【 表示 / 非表示

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所等 【 表示 / 非表示

  • 2020年
    -
    2022年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

学位 【 表示 / 非表示

  • 工学博士

所属学協会 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    米国人工臓器学会

  •  
     
     

    日本人工臓器学会

  •  
     
     

    ライフサポート学会

  •  
     
     

    日本設計工学会

  •  
     
     

    日本トライボロジー学会

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研究分野 【 表示 / 非表示

  • 機械要素、トライボロジー

  • 設計工学

論文 【 表示 / 非表示

  • 修正平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑解析(第2報,歪みと尖りの影響)

    富岡淳, 大籔美貴子, 湯澤央恵, 宮永宜典

    設計工学   53 ( 8 ) 595 - 604  2018年08月

  • 修正平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑解析(第1報,二乗平均平方根粗さの影響)

    富岡淳, 大籔美貴子, 湯澤央恵, 宮永宜典

    設計工学   53 ( 8 ) 581 - 594  2018年08月

  • A Proposal for the Measurement Method of Plasma Component Leakage and Blood Cell Component Leakage in Mechanical Seals under Blood Sealing

    Jun TOMIOKA, Mikiko OYABU, Kohei FUKUI, Kento SAITO, Norifumi MIYANAGA

    設計工学   53 ( 3 ) 251 - 260  2018年03月

  • Blood sealing properties of magnetic fluid seals

    Jun Tomioka, Norifumi Miyanaga

    TRIBOLOGY INTERNATIONAL   113   338 - 343  2017年09月  [査読有り]

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    Shaft seals for rotary blood pumps have strong demands for low friction, very little leakage, and long-term use. Magnetic fluid seals have attracted attention as promising candidates for this purpose owing to their properties of having zero leakage, no wear, and relatively small viscous friction at the same time. In this study, the sealing performance including the maximum sealing pressure and the sealing durability under blood sealing is discussed. In addition, hemolysis tests for blood sealed by magnetic fluids are performed from the viewpoint of biological compatibility. The magnetic fluid seals are found to have adequate sealing durability and pressure resistance in the blood. In addition, hemolysis of blood sealed with the organic-solvent magnetic fluid seals is maintained below 0.5%.

    DOI

  • Effect of acid washing of SiC particles on dispersing and friction properties of Ni-P-SiC composite plating

    Norifumi Miyanaga, Shigeaki Minamikawa, Jun Tomioka

    Key Engineering Materials   739   143 - 147  2017年

     概要を見る

    This study investigated the effect of acidic solutions used in the washing process of SiC particles on the dispersibility of the particles in a nickel matrix. In addition, the friction behavior of the composite plating was investigated by sliding friction tests. As the results, by washing SiC particles with a HCl solution, the particles appeared in clumps and the rougher surface was created. On the other hand, by a HNO3 solution, the particles appeared with the homogeneous distribution, and thus the surface deposited was smoother. The Ni-P-SiC composite plating shows the lower friction force especially in the range of the slow sliding speed.

    DOI

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書籍等出版物 【 表示 / 非表示

  • 役にたつ機械製図第2版―学生からエンジニアまで―

    林洋次, 富岡淳, 神野秀基, 関谷弘志, 中村昌雄, 丹羽三樹弥, 藤尾昇, 本田康裕, 山本隆司, 若林克彦

    朝倉書店  2013年09月

  • 最新 材料の力学

    邉吾一, 藤井透, 川田宏之, 青木義男, 大窪和也, 粕谷平和, 片山傅生, 末益博志, 高橋清造, 竹村兼一, 田中和人, 田中達也, 陳玳珩, 富岡淳, 橋本純, 福田弘, 森山裕幸, 康井義明, 依田満夫

    培風館  2008年04月

  • 役にたつ機械製図—学生からエンジニアまで—

    林洋次, 富岡淳, 神野秀基, 中村昌雄, 丹羽三樹弥, 藤尾昇, 本田康裕, 柳内雅雄, 山本隆司, 若林克彦

    朝倉書店  2004年09月

  • 標準 材料の力学

    邉吾一, 藤井透, 川田宏之, 青木義男, 大窪和也, 大瀧誠一, 粕谷平和, 片山傅生, 宗宮詮, 高橋清造, 竹村兼一, 谷本敏夫, 富岡淳, 中田政之, 成田吉弘, 福田弘, 康井義明, 依田満夫

    日刊工業新聞社  2001年03月

共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 新しい平均流モデルを用いた人工心臓用メカニカルシールの血液密封特性の解明

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    平成29,30年度の得られた成果を基にして,令和元年度は,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルの確立を目指した.すなわち,この問題を解決するために, 従来の平均流モデルで考慮されていなかった以下の係数:(1)側方漏れを表すせん断流量係数,(2)粗面の相対運動によって生じる付加的な流体膜圧力を表す修正係数,を導入した.これによって,この問題の解決を目指した.さらに,表面粗さ分布における統計的性質,すなわち「自乗平均粗さ」,「歪み」および「尖り」が流量係数に及ぼす影響を検討した.コンピュータによって任意の統計的性質をもつ表面粗さ分布を作成し,統計的性質を表すそれぞれのパラメータが表面粗さ形状に及ぼす影響を明らかにした.また,流量係数,流体膜圧力の修正係数およびその他の係数の算出法を検討した.また,新しい平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑特性解析手法の確立を目指した.すなわち,メカニカルシールしゅう動面で発生する圧力,摩擦力,漏れ量が予測できるようにした.提案した修正平均流モデルを用いて,しゅう動面のすきまの大きさ,漏れ量および摩擦係数を求めるメカニカルシールの潤滑特性解析手法の確立を目指した.これらの潤滑特性の解析結果を従来の平均流モデルを用いる場合と比較し,本解析手法の有効性を検討した.以上の研究を通し,血液シール下におけるメカニカルシールの潤滑特性を明らかにした.また,この研究を,各種条件を設計パラメータとして行い,人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面の潤滑特性を明らかにし,シールしゅう動面の設計に有用な指針を得ることを目標とした.さらに,ここまでに得られた研究成果を取りまとめ,その成果の発表を行った

  • ホップ分岐現象を考慮した気体潤滑軸受の設計法に関する研究

    研究期間:

    2017年04月
    -
    2020年03月
     

     概要を見る

    気体潤滑システムは,気体を潤滑剤として利用するために,クリーンかつ低摩擦で運転することができる.そのため,測定部以外の摩擦を嫌う精密測定機器や超高速回転機械などへの利用が拡大している.大型機器には静圧軸受が用いられているが,空間や静粛性に制約がありコンプレッサーが設置できない場合には動圧軸受が用いられている.近年、回転機械で求められるすべり軸受の作動環境はますます過酷になってきており、加えて生活必需品やインフラ設備では、不測の事態が生じた際にも、安全に運転されるかもしくは安全に停止できることが求められている。このような要求のなかでジャーナル軸受は、高速運転時に自励振動を引き起こすため,これを防ぐ設計方法の確立が必要になってくる.また,本研究で対象としているジャーナル気体軸受では,軸・軸受間の接触によって、即座に焼付きに至るため,特に注意が必要となる.本研究では,ジャーナル軸受における非線形分岐現象に注目し、これを軸受設計の一指針として生かすことを目的としている.①計算コード開発:前年までに解析コードの開発を行ったが,本年はこれを有限幅気体軸受に拡張した.②分岐現象の実験的検証:試験軸受の設計・試作が完了し,一通りの実験を行った.へリングボーン溝の影響について,さらなる実験的検討を行う予定である.③研究成果の公表:国内学会,国際学会において,研究成果報告をおこなった.また,国際的な論文誌にて研究成果を発表した

  • ジャーナル軸受のホップ分岐現象の解明とその応用に関する研究

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

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    本研究ではジャーナル軸受のホップ分岐現象を検討し,安定解析に応用した.また,安定限界近傍における分岐の種類や周期解を求め,油膜の非線形性をより詳細にとらえた安定限界特性解析を行った.その結果,subcritical bifurcationと呼ばれる領域では安定限界に達する前でも,振動振幅が周期解より大きくなった途端,振幅は急激に増加した.一方,supercritical bifurcationと呼ばれる領域では,安定限界速度以上でも,振幅は周期解に沿うように徐々に増加する現象が見られた.これらの結果は実験によっても確かめることができた

  • 血液密封用メカニカルシールのもれ量最少化を目指した設計

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

     概要を見る

    本研究では,血液シール下特有の潤滑特性を解明することで,人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面からのもれ量を最少化する設計指針を得ることを目的とした,まず,新しいもれ量測定法を用いて,血球成分および血漿成分それぞれのもれ特性を明らかにした.さらに,平行なしゅう動面間における新しい平均流モデルを確立した.最後に,新しい平均流モデルを用いたメカニカルシールの潤滑特性解析手法を確立した.実験結果と理論解析を比較することによって,本解析手法の妥当性を検討した

  • 血液のレオロジー特性の同定と血液シール用メカニカルシールの表面粗さの設計

    研究期間:

    2011年04月
    -
    2014年03月
     

     概要を見る

    赤血球の変形能は血液のレオロジー特性に大きな影響を及ぼすとおもわれるので,赤血球を固定化することによってその変形能を奪い,血液のレオロジー特性および溶血特性を検討した.また,血液は有形成分と無形成分から構成され,血液密封用メカニカルシールにおける血液の漏れはいずれの成分か不明であるので,二通りの漏れ量測定を行い,血液密封用メカニカルシールの密封特性を検討したメカニカルシールにも表面粗さを設計するために,二方向の流量を考慮した平均流モデルを提案する.また,しゅう動面が平行なメカニカルシールにも表面粗さによって圧力が生じることを示し,圧力の修正係数を定義した潤滑特性解析方法を示した

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講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Measurements of Frictional Properties of Ni-P-SiC Composite Plating in Water

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    the 2018 International Conference on Engineering Tribology and Applied Technology  

    発表年月: 2018年11月

  • Effects of Flow Properties of Lithium Soap Greases on Bearing Torque

    Norifumi Miyanaga, Mitsumi Nihei, Jun Tomioka

    the 2018 International Conference on Engineering Tribology and Applied Technology  

    発表年月: 2018年11月

  • Measurements of Friction Characteristics of Ni-P-SiC Plating under Water Lubrication

    Norifumi Miyanaga, Shigeaki Minamikawa, Jun Tomioka

    6th Asia International Conference on Tribology (ASIATRIB 2018)  

    発表年月: 2018年09月

  • Influence of Variability of Flow Factors on Lubrication Characteristics of Mechanical Seals

    Jun Tomioka, Mikiko Oyabu, Nakae Yuzawa, Norifumi Miyanaga

    6th Asia International Conference on Tribology (ASIATRIB 2018)  

    発表年月: 2018年09月

  • Stability Analysis of Hydrodynamic Journal Bearings using a Mass-conserving Cavitation Algorithm

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    6th Asia International Conference on Tribology (ASIATRIB 2018)  

    発表年月: 2018年09月

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特定課題研究 【 表示 / 非表示

  • 表面粗さの方向性を考慮した人工心臓用メカニカルシールの血液密封特性の解明

    2020年  

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    本研究では,血液シール下特有の潤滑特性を解明するために,表面粗さの方向性を考慮した新しい平均流モデルを用いた人工心臓用メカニカルシールの血液密封特性を明らかにし,シールしゅう動面の設計に関する設計指針を得ることを目的とした.具体的には,血液が血球成分と血漿成分から構成されることを考慮した新しい漏れ量測定法の確立を目指すとともに,表面粗さ分布の方向性を考慮した新しい平均流モデルを誘導した.さらに,それに基づく流体潤滑特性解析手法を確立し,人工心臓用メカニカルシールの血液密封特性の解明を目指す.また,理論解析と実験を比較検討することにより,提案した理論の妥当性を検証した.

  • 粘弾性流体に潤滑されたジャーナル軸受けの安定化に関する研究

    2011年  

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    本研究では,潤滑剤の粘弾性特性がジャーナル軸受の運転安定限界に及ぼす影響について明らかにすることを目的とし,線形マックスウェルモデルに基づく潤滑方程式を誘導した.さらにこの式をジャーナル軸受に適用した.得られた潤滑方程式は圧力の時間微分項を含んでいるため,ジャーナルの微小旋回運動を仮定した摂動法を用いて線形化し,油膜係数を得た.その後,フルビッツの安定判別法を用いて,潤滑油の粘弾性特性がジャーナル軸受の安定運転限界特性に及ぼす影響を検討した.得られた結果を以下に示す.(1)潤滑剤の粘弾性特性は,ジャーナル軸受の線形弾性係数のうち主対角成分であるk1およびk4に影響を及ぼすことがわかった.(2)潤滑剤の粘弾性特性は,ジャーナル軸受の線形減衰係数のうち連成成分であるb2およびb3に影響を及ぼすことがわかった.(3)粘弾性流体潤滑ではニュートン流体潤滑に比べて,偏心率がε<0.3程度で安定領域が広がっており,また,0.3≦ε≦0.7程度では不安定領域が広がることがわかった.(4)軸剛性が小さくなるほど不安定領域が広がる傾向があったが,これらは粘弾性流体潤滑の方がニュートン流体潤滑に比べて顕著であった.(5)軸受幅径比が大きくなるほど粘弾性流体潤滑の影響を受けるため,低偏心率での安定領域の拡大や中偏心率での不安定領域の拡大が顕著であった.(6)一方,マックスウェルモデルに基づくレオロジー方程式を差分化することで数値解析に適した潤滑方程式を誘導した.また,この式を運動方程式とともに直接解くことで粘弾性流体潤滑されたジャーナル軸受の軸心軌跡を計算した.(7)粘弾性流体潤滑の場合,低偏心率域では,ニュートン流体潤滑の場合と比較して安定領域が広がり,速度変数βがより小さくなるまで安定な軸心軌跡が得られた.しかし,中偏心率域では不安定領域が広がるため,ニュートン流体潤滑と比較して速度変数βがより大きな値で軸心軌跡が発散し始めた.このような傾向は,摂動法により得られた安定限界線図とよく一致していた.

  • 血液密封用メカニカルシールのしゅう動面間距離の測定方法の確立

    2010年  

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    定常流型人工心臓においては血液の軸シールが非常に重要である.そこで,これまで血液密封用メカニカルシールの摩擦と漏れに代表される潤滑特性に関して研究を行ってきた.このメカニカルシールの摩擦,漏れ特性は,しゅう動面間距離と密接に関係しており,メカニカルシールの潤滑特性を明らかにすると同時に,しゅう動面間距離を把握しておくことは重要といえる.しかし定常流型人工心臓における血液密封用メカニカルシールは非常に小さく,またサブマイクロメートル単位の高精度な測定が要求されるため,しゅう動面間距離の測定は困難であり現在まで行われてこなかった.そこで本研究では,これらの問題を解決し,血液密封用メカニカルシールのしゅう動面間距離の測定方法を確立することを目的とした.本研究では,シールリングと一体となった回転軸における軸方向の変位を測定することにより,しゅう動面間距離を間接的に算出することを試みた.回転軸が静止しているとき,シールリングはシートリングに接しているが,回転軸を駆動させるとシールリングの位置は軸方向に移動し,二つの端面の間にすきまが生じる.したがって,このシールリングの変位を測定すれば,しゅう動面間距離に換算することができる.測定の結果,以下の結論を得た.(1)シールリングにおける軸方向の変位を測定することによって,しゅう動面間距離を間接的に算出することができた.(2)しゅう動面におけるすべり速度が大きくなるとともに,しゅう動面間距離は増大した.(3)しゅう動面における密封流体が高粘度であるほど,しゅう動面間距離は増大した.(4)流体潤滑領域では,しゅう動面間距離が増大するとともに摩擦トルクおよび摩擦係数は大きくなる.無次元しゅう動面間距離と摩擦係数のあいだには,累乗関数的な関係がみられた.

  • 最適支持剛性を有するヘリングボーン動圧気体軸受システムの構築

    2009年  

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    一般に,動圧軸受は高速回転域において自励振動が発生して安定性に乏しいため,超高速回転の実現には外部支持要素の設計が重要であると思われる.しかし,軸受を外部要素によって支持する安定化法は実用レベルで多く利用されているものの,理論的および実験的な詳細な検討は少なく十分でない.そこで,外部弾性・減衰要素で支持されたときのヘリングボーン動圧気体軸受の高速安定性について,理論的,実験的に検討し,さらなる超高速回転体の開発に対する設計指針を得る必要があるものと考えられる.そこで本研究では,外部弾性・減衰要素に粘弾性レオロジーモデルを適用し,その弾性係数および減衰係数をさまざまに変化させ,最適支持剛性を有するヘリングボーン動圧気体軸受システムの構築を目的とした.その結果,以下の結論を得た.(1)軸受を弾性要素のみで支持し,減衰要素を付加させなかった場合,弾性係数が小さくなるほど安定限界が低くなり,軸受を剛体支持したよりも安定性が向上することはない.(2)外部要素の弾性係数が潤滑の剛性に対して大きくなると,外部弾性・減衰要素による軸受支持の効果がほとんど見られない. (3)外部要素と潤滑膜の剛性が比較的近い値になると,安定限界が複雑に変化して外部要素の影響が大きく現れる.このとき,減衰比を0.2から0.6程度に設計することによって,ヘリングボーン動圧気体軸受の運転安定領域を大幅に広げることができ,安定限界を剛体支持された場合に比べて3倍以上にまで高めることができる.(4)外部要素の弾性係数の値が潤滑膜の剛性に対して小さくなると,剛体支持の場合に比べて安定限界を2倍程度まで向上させることが可能である.このとき,減衰比が大きくなるほど安定限界値が大きくなる傾向がある.(5)ヘリングボーン動圧気体軸受を外部要素で支持した場合,一度自励振動が発生しても,さらに高速運転することで自励振動が消滅し,安定運転できる軸受支持条件が存在する.

  • 超高速回転を支えるヘリングボーン動圧気体軸受の開発

    2007年  

     概要を見る

    超高速回転体の開発は,発電機やコンプレッサ等のターボ機械の超小型化を可能にする.現在,このような超高速回転体の支持軸受には,静圧型の空気軸受が多く用いられている.しかしながら,静圧型の空気軸受では,圧縮空気源などの大掛かりな付帯設備装置を必要とする.そのため,支持軸受として動圧型の軸受を用いた方が,静圧型を用いた場合よりも軸受構造上の利点を生かした小型化が見込めると思われる.その一方で,一般に動圧軸受では,潤滑膜の特性に起因する自励振動によるホワール不安定性のために,超高速回転の実現は大変困難である. そこで本研究では,ホワール不安定性が比較的少ないとされるヘリングボーン動圧気体軸受が超高速回転の実現に有効であることを提案し,開発することを目的とした.そのために,へリングボーン溝形状,軸駆動用タービン,圧縮空気供給用ノズル位置の影響等を検討した.さらに,超高速回転による軸の遠心膨張の影響はかなり大きくなるものと思われる.そこで,解析においては,軸の遠心膨張を考慮し,理論解析には線形法と非線形軌道法を用いた.また,実験を行ない,理論解析結果と比較検討した.その結果,以下の結論を得た.(1) 線形法を用いた検討の結果,遠心膨張を考慮すると,回転数が高くなるにつれて膜厚さが減少して溝の効果が最適化されることによって,遠心膨張を考慮しないときよりも安定性が向上したが,それ以上に回転数が高くなると最適値から遠ざかることにより不安定化した.(2) 非線形軌道法による解析結果は,線形法において安定であった領域の点ではつり合い点に収束,安定限界付近の点ではリミットサイクル,不安定領域の点では発散し,両解析結果はよく一致した.また,両解析から得られた周波数比の値もよく一致した.(3) 実験結果は本解析により得られた値とよく一致しており,遠心膨張を考慮した本研究によって超高速回転を支持するヘリングボーン動圧気体軸受の動特性が明らかになった.

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現在担当している科目 【 表示 / 非表示

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