2023/03/22 更新

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トミオカ　ジュン
富岡　淳
Scopus 論文情報  
論文数: 46  Citation: 477  h-index: 10

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所属
理工学術院 基幹理工学部
職名
教授
学位
工学博士
ホームページ
http://www.f.waseda.jp/tomioka/

所属学協会

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研究分野

  • 設計工学 / 機械要素、トライボロジー
 

論文

  • 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

    　概要を見る

    <p>The aim of this research is to establish the modified average flow model for applying to mechanical seals with parallel sealing faces. In the first paper, the effects of the root mean square roughness on the lubrication characteristics were investigated by the model, assuming that the probability density function of the roughness follows the normal distribution. In this paper, the flow factors are evaluated for smoothly finished surfaces with the several different skewness and kurtosis. The lubrication characteristics of mechanical seals are calculated by using these factors. The results show that as skewness decreases, the film thickness and frictional coefficient decrease. In addition, the flow rate has the lowest value at certain skewness. On the other hand, the film thickness, flow rate and frictional coefficient decrease as kurtosis decreases.</p>

    DOI CiNii

  • 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

    　概要を見る

    <p>The purpose of this study is to propose a modified average flow model that can be used for mechanical seals with parallel sealing faces, and clarify their lubrication characteristics. The general average flow model established by Patir et al. could not consider the effects of surface roughness between parallel faces. In the present model, the flow factors with considering side leakage effects between parallel lubricating faces are implemented. In addition, the model allows one to consider the additional expected hydrodynamic pressure generated owing to the relative motion of rough surfaces. The flow factors are evaluated as the average for several different surfaces with the same statistical properties. In this first report, the effects of the root mean square roughness on the lubrication characteristics are investigated, assuming that the probability density function of the roughness follows the normal distribution. The results show that as the root mean square roughness increases, the flow rate increases. In addition, the optimal roughness for the friction coefficient is changed with the rotational speed.</p>

    DOI CiNii

  • 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]

    　概要を見る

    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

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    9
    被引用数
    (Scopus)

  • 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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    2
    被引用数
    (Scopus)

  • Stability Analysis of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings for Ultra High-Speed Rotations

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing   4 ( 3 ) 156 - 161  2016年08月

  • Effect of support stiffness and damping on stability characteristics of herringbone-grooved aerodynamic journal bearings mounted on viscoelastic supports

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    TRIBOLOGY INTERNATIONAL   100   195 - 203  2016年08月  [査読有り]

    　概要を見る

    Journal bearings mounted on viscoelastic supports are often used to improve the stability. However, proper support conditions have not been established especially for herringbone-grooved aerodynamic journal bearings. This study aims to make clear the effect of support stiffness and damping on the stability characteristics of the bearings. For that purpose, the linear perturbation analysis and the nonlinear transient analysis are performed for various viscoelastic support conditions. This investigation reveals that the groove configuration that gives the highest threshold speed of whirl instability changes with the viscoelastic support conditions. This investigation also reveals that it is possible to stabilize the bearings by viscoelastic supports. However, the threshold speed for lower damping support conditions decreases rather than that for rigid support condition. (C) 2016 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI

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    22
    被引用数
    (Scopus)

  • Stability Threshold of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings with Considering Frequency Dependence of External Stiffness and Damping Elements

    MIYANAGA Norifumi, TOMIOKA Jun

    設計工学   51 ( 6 ) 427 - 440  2016年06月

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    Herringbone-grooved aerodynamic journal bearings supported by external stiffness and damping elements such as O-rings offer the higher stability. In the previous paper the authors presented the stability charts of the bearing systems using the liner Voigt model simulating external stiffness and damping elements. However, the effect of bearing-support-elements on the stability of the bearing systems is not fully clarified because of their frequency dependence. In addition, the nonlinearity has prevented comparisons between theoretical and experimental results. This study, therefore, investigates the effect of the frequency dependence of bearing-support-elements (O-rings) on the stability threshold of the herringbone-grooved aerodynamic journal bearings. This paper, first of all, clarifies the dynamic properties of O-rings under bearing supporting up to 8 kHz and proposes new empirical formulae for their stiffness and damping coefficients. Subsequently, the stability threshold of the bearing systems is calculated using the empirical formulae and compared with the experimental one. Results show that the stiffness coefficients increase exponentially with the frequency while the damping coefficients decrease and then converge on constant. The predicted stability threshold has good agreement with the experiments.

    CiNii

  • Effects of hematocrit of the sealed blood on the leakage characteristics of blood cell component and plasma component in a mechanical seal

    Jun Tomioka, Mikiko Oyabu, Norifumi Miyanaga

    Tribology Online   11 ( 5 ) 568 - 574  2016年

    　概要を見る

    The purpose of this study is to find out the effects of hematocrit of the sealed blood on the leakage characteristics of blood cell components and plasma components in a mechanical seal, which separates blood from cooling water. The hematocrit was controlled to 0, 10, 20, 30 and 40%. Each component leakage was obtained by measuring the increase in the potassium ion concentration and the sodium ion concentration in the cooling water. It was revealed that each component leakage became larger with the increase of the hematocrit in the three-hour measurement. When changing the hematocrit from 20% to 30%, the volume percentage of the blood cell component leakage remarkably increased by 7.7 times. The friction characteristics of the mechanical seal under blood sealing and the hemolytic properties of the sealed blood were also studied. There is a typical trend under the mixed lubrication condition where the friction torque decreased with each of the sealed blood as the rotational speed increased. The hemolytic index of the sealed blood after the measurement experiments of the blood leakage increased with the increase of the hematocrit.

    DOI

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  • Effect of dynamic properties of support O-rings on stability of herringbone-grooved aerodynamic journal bearings

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    Tribology Online   11 ( 2 ) 272 - 280  2016年

    　概要を見る

    This paper discusses the stability of herringbone-grooved aerodynamic journal bearings supported by rubber O-rings. In this research, the dynamic stiffness and the damping properties of the O-rings are identified in a variety of operating and design conditions. The identification results are fitted with the empirical formulae previously proposed, and the distributions of the dynamic properties in a variety of support conditions are obtained. It is theoretically investigated how the stability of the bearing system changes with the dynamic properties. The bearing tests are also performed to verify the analytical results with the empirical formulae. The empirical formulae used here was reasonable for simulating the dynamic properties of the O-rings in a variety of bearing support conditions. The comparisons between the analysis and experiments verified the effectively of analyzing the stability of the bearing system by using the empirical formulae.

    DOI

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    2
    被引用数
    (Scopus)

  • An Analysis of the Lubrication Characteristics of Mechanical Seals with Parallel Sealing Faces Using an Average Flow Model

    Mikiko OYABU, Jun TOMIOKA

    Key Engineering Materials   656-657   615 - 612  2015年07月

  • 血液密封下のメカニカルシールにおける血漿成分および血球成分の漏れ量測定方法の提案

    富岡淳, 大籔美貴子, 福井康平, 齋藤健斗, 宮永宜典

    設計工学   50 ( 4 ) 194 - 199  2015年04月

  • Investigations of cylindrical and conical whirl instabilities on hydrodynamic journal bearings

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    Key Engineering Materials   656-657   688 - 693  2015年

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    Hydrodynamic journal bearings induced serious shaft vibrations called oil whirl. Since they often give severe damages to the mechanical systems, it is important to fully understand the phenomenon to avoid the occurrence by the proper bearing design. This study theoretically and experimentally investigated both cylindrical and conical whirl instabilities, which can be appeared in journal bearings, and their relation was discussed. As the result, the span length of the bearings had a significant effect on the vibration mode. The transitional state in which the cylindrical and conical whirl instabilities alternately appeared was observed.

    DOI

    Scopus

  • Development of herringbone-grooved aerodynamic journal bearing systems for ultra-high-speed rotations

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    Key Engineering Materials   656-657 ( 656-657 ) 652 - 657  2015年

    　概要を見る

    It is absolutely important for ultra-compact rotational machineries to achieve sable shaft rotation at ultra-high-speed. This paper discussed herringbone-grooved aerodynamic journal bearing systems developed for the purpose. In this system, the bearings are supported by rubber-O-rings for accurate and stable operations. To grasp the possibility for stabilization, two types of O-rings with different stiffness and damping properties under bearing supporting were tested in the experiment. As the results, the bearing system demonstrated the maximum rotational speed over 460,000 rpm without unstable phenomenon called whirl. However, the difference in rubber O-rings definitely affected the stability of the bearing system.

    DOI

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    2
    被引用数
    (Scopus)

  • Study of Stability-Boundary-Circles within the Bearing Clearance Using the Nonlinear Orbit Method

    Jun TOMIOKA, Norifumi MIYANAGA, Yuichi USHIO, Makoto MIKAMI

    設計工学   49 ( 4 ) 217 - 223  2014年04月

  • Effect of surface roughness of mechanical seals for rotary blood pumps under blood sealing

    Jun Tomioka, Norifumi Miyanaga

    JOURNAL OF ADVANCED MECHANICAL DESIGN SYSTEMS AND MANUFACTURING   8 ( 1 )  2014年  [査読有り]

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    A miniature mechanical seal with the cooling water circulating system has been developed as a solution of the shaft seal problems in rotary blood pumps. The present paper describes the effect of the surface roughness in the sealing gap on the shaft seal problems under blood sealing. The sealing surface roughness of tested three seat rings were designed to be Ra=0.009, 0.088 and 0.170 mu m. The frictional loss torque in the sealing gap and the leakage of the blood and the cooling water were measured in this work. Results show that the maximum frictional loss torque measured in the seat ring of Ra=0.009 mu m, and the frictional loss torque decreased as the surface roughness increased. The leakage rate of the cooling water is larger than that of the blood in all seat rings, even though the blood chamber has higher pressure. The sealing characteristics between under the blood and water sealing were different. Moreover, the best surface roughness in the torque and the leakage characteristics were also different. Thus, it is important to study under blood sealing in the design of the surface roughness of the mechanical seals for rotary blood pumps.

    DOI

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    7
    被引用数
    (Scopus)

  • Stability Threshold of Herringbone Grooved Aerodynamic Journal Bearings with External Stiffness and Damping Elements

    Jun Tomioka, Norifumi Miyanaga

    JOURNAL OF ADVANCED MECHANICAL DESIGN SYSTEMS AND MANUFACTURING   7 ( 6 ) 876 - 887  2013年  [査読有り]

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    Herringbone grooved aerodynamic journal bearings have better stability characteristics than plane aerodynamic journal bearings. In addition, the use of flexibly supported bearings is one of the efficient way to improve the bearing stability. Therefore, the combination bearing systems have prospects of realization of ultra-high-speed operations. The purpose of this work is to evaluate the effect of external stiffness and damping elements on the bearing stability. The Voigt rheological model was used for the external elements, in which the stiffness and the damping were treated as the linear elements. It was clarified that the stability boundary of the herringbone grooved aerodynamic journal bearings supported by suitable stiffness and damping elements can be heightened more than three times compared with the rigidly supported bearings.

    DOI

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    6
    被引用数
    (Scopus)

  • 507 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響 : 第3報 歪みの影響(OS7-2 オーガナイズドセッション《精密/微細加工と評価》)

    大藪 美貴子, 富岡 淳

    茨城講演会講演論文集 : Ibaraki district conference   2012 ( 20 ) 121 - 122  2012年08月

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    The surface roughness of sealing face has effects on the characteristics of mechanical seals. An average flow model has been applied to the lubrication problems considering those effects. However, that model is limited to a type of normally-distributed surface roughness despite of a number of lapped surfaces which have non-normal distribution. Therefore, this study focuses on the skewness of surface roughness and investigates the effects of that on the correction factors in the average flow model. As a result, the smallest pressure flow factors were obtained under negative skewness. The pressure flow factor has effects on the leakage rate of mechanical seals, so that the surface roughness has negative skewness results in small leakage.

    CiNii

  • 723 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響(第2 報 尖りの影響)(GS 機素・潤滑・設計)

    大籔 美貴子, 富岡 淳

    東海支部総会講演会講演論文集   2012 ( 61 ) "723 - 1"-"723-2"  2012年03月

    CiNii

  • 軸受支持Oリングの温度特性を考慮したヘリングボーン動圧気体軸受の安定性

    宮永 宜典, 富岡 淳

    設計工学   46 ( 9 ) 530 - 535  2011年09月

    CiNii

  • 軸受支持要素の温度特性を考慮したヘリングボーン動圧気体軸受の安定性(第1報, 実験的検討)

    横山 真平, 宮永 宜典, 富岡 淳

    設計工学   46 ( 8 ) 414 - 416  2011年08月

    CiNii

  • 外部弾性・減衰要素の周波数依存性を考慮したヘリングボーン動圧気体軸受の安定性

    宮永 宜典, 富岡 淳

    設計工学   46 ( 4 ) 231 - 238  2011年04月

    CiNii

  • Effect of surface roughness of mechanical seals under blood sealing

    Jun Tomioka, Norifumi Miyanaga

    LUBRICATION SCIENCE   22 ( 10 ) 443 - 452  2010年11月  [査読有り]

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    A miniature mechanical seal with cooling water circulating system has been developed as a shaft seal for rotary blood pumps. The present paper describes the establishment of the experimental methods under blood sealing and the estimation of the effect of the surface roughness on the shaft seal problems, especially in the increase of the friction and the leakage. Micro-leakage rates of the blood and the cooling water were measured by an ion chromatography. In this method, the ion concentration was converted into the leakage rate. The frictional loss torque was measured by a torque meter. Results are provided with three types of surface roughness, Ra = 0.009 mu m, Ra = 0.088 mu m and Ra = 0.170 mu m. It is shown that as the surface roughness increases the leakage decreases while the frictional loss torque increases under blood sealing. The best surface roughness in the torque and the leakage characteristics were different. Copyright (C) 2010 John Wiley & Sons, Ltd.

    DOI

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    10
    被引用数
    (Scopus)

  • 非線形軌道法を用いたジャーナル軸受内の安定領域の検討

    富岡 淳, 宮永 宜典, 牛尾 裕一, 三上 誠

    設計工学   45 ( 11 ) 563 - 568  2010年11月

    CiNii

  • 血液シール下における定常流型人工心臓用メカニカルシールの表面粗さの影響(機械要素,潤滑,設計,生産加工,生産システムなど)

    富岡 淳, 宮永 宜典

    日本機械学會論文集. C編   76 ( 769 ) 2332 - 2339  2010年09月

    　概要を見る

    A miniature mechanical seal with the cooling water circulating system have been developed as a solution of the shaft seal problems in rotary blood pumps. The present paper describes the effect of the surface roughness in the sealing gap on the shaft seal problems under blood sealing. The sealing surface roughness of tested three seat rings were designed to be Ra=0.009μm, Ra=0.088μm and Ra=0.170μm. The frictional loss torque in the sealing gap and the leakage of the blood and the cooling water were measured in this work. Results show that the maximum frictional loss torque measured in the seat ring of Ra=0.009μm, and the frictional loss torque decreased as the surface roughness increased. The leakage rate of the cooling water is larger than that of the blood in all seat rings, even though the blood chamber has higher pressure. The sealing characteristics between under blood and water sealing were different. Moreover, the best surface roughness in the torque and the leakage characteristics were also different. Thus, it is important to study under blood sealing in the design of the surface roughness of the mechanical seals for rotary blood pumps.

    CiNii

  • 外部弾性・減衰要素に支持されたヘリングボーン動圧気体軸受の運転安定限界特性(機械要素,潤滑,設計,生産加工,生産システムなど)

    富岡 淳, 宮永 宜典

    日本機械学會論文集. C編   76 ( 767 ) 1812 - 1818  2010年07月

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    Herringbone grooved aerodynamic journal bearings have better stability characteristics than plane aerodynamic journal bearings. In addition, the use of the flexibly supported bearings is one of the efficient way to improve the bearing stability. Therefore, the combination bearing systems have prospects of realization of ultra-high-speed operations. The purpose of this work is to evaluate the effect of the external stiffness and damping elements on the bearing stability. The Voigt rheological model was used for the external elements, in which the stiffness and the damping were treated as the linear elements. It was cleared that the stability boundary of the herringbone grooved aerodynamic journal bearings supported by the suitable stiffness and damping elements can be heightened more than three times compared with the rigidly supported bearings.

    CiNii

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書籍等出版物

  • 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

講演・口頭発表等

  • 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

  • Measurements of Hydrodynamic Lubrication Properties on Dimple-type Textured Surfaces

    Norifumi Miyanaga, Terunao Kishida, Jun Tomioka

    6th Asia International Conference on Tribology (ASIATRIB 2018)  

    発表年月： 2018年09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

    日本設計工学会北陸支部平成30年度研究発表講演会  

    発表年月： 2018年06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

    日本設計工学会九州支部，日本図学会九州支部2018年度研究発表講演会  

    発表年月： 2018年06月

  • EFFECTS OF DIMPLE TEXTURE ON HYDRODYNAMIC LUBRICATION OF PARALLEL PLATE BEARINGS

    Norifumi Miyanaga, Terunao Kisida, Jun Tomioka

    The 18th Nordic Symposium on Tribology (NORDTRIB 2018)  

    発表年月： 2018年06月

  • FRICTIONAL PROPERTIES OF NI-P-SIC COMPOSITE COATINGS IN WATER LUBRICATION

    Norifumi Miyanaga, Mitsumi Nihei, Shigeaki Minamikawa, Jun Tomioka

    The 18th Nordic Symposium on Tribology (NORDTRIB 2018)  

    発表年月： 2018年06月

  • 円筒型スクイーズ軸受の液膜部の粘度およびスクイーズ振動が液膜係数に及ぼす影響

    富岡淳, 橋本涼, 朴成宰, 宮永宜典

    日本設計工学会2018年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2018年05月

  • 油潤滑ステップスラスト軸受におけるリンギング現象の発生条件の検討

    富岡淳, 徐沢林, 宮永宜典

    日本設計工学会2018年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2018年05月

  • 横振動が気体潤滑ヘリングボーンジャーナル軸受の潤滑特性に及ぼす影響

    富岡淳, 安田有佑, 藤岡正樹, 宮永宜典

    日本設計工学会2018年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2018年05月

  • 血液密封用メカニカルシールにおけるクーリングウォータおよび密封溶液の漏れ特性とその潤滑特性

    富岡淳, 宮下和也, 畑中啓輔, 宮永宜典

    日本設計工学会2018年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2018年05月

  • Calculations of Bearing Performance by using the Cavitation Algorithm

    Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

    The 4th International Conference on Design Engineering and Science, ICDES 2017  

    発表年月： 2017年09月

  • 強制油膜破断機能付き油潤滑ジャーナル軸受の潤滑特性

    富岡淳, 松岡修史, 大熊勇生, 宮永宜典

    日本設計工学会2017年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2017年06月

  • 軸受系の傾斜角度が気体潤滑へリングボーンジャーナル軸受の潤滑特性に及ぼす影響

    富岡淳, 石川雄紀, 湯川達人, 宮永宜典

    日本設計工学会2017年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2017年06月

  • 3D-CADによる円筒型スクイーズ軸受装置の装置係数の検討とスクイーズ振動が液膜係数に及ぼす影響

    富岡淳, 田牧祐一, 伊藤僚, 宮永宜典

    日本設計工学会2017年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2017年06月

  • 正負両圧力発生機構を持つ溝付きスラスト軸受の潤滑特性

    富岡淳, 御舩剛, 前田和義, 宮永宜典

    日本設計工学会2017年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2017年06月

  • 密封血液中の血液抗凝固剤の存在の考慮とクーリングウォータ量を半減させた時のメカニカルシールの潤滑特性

    富岡淳, 栗田悠平, 山本英美, 宮永宜典

    日本設計工学会2017年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2017年06月

  • Effect of Acid Washing of SiC Particles on Dispersing and Friction Properties of Ni-P-SiC Composite Plating

    Norifumi MIYANAGA, Shigeaki MINAMIKAWA, Jun TOMIOKA

    the 2016 International Conference on Engineering Tribology and Applied Technology  

    発表年月： 2016年11月

  • Blood Sealing Properties of Magnetic Fluid Shaft Seals

    Jun TOMIOKA, Norifumi MIYANAGA

    the 43th Leeds-Lyon Symposium on Tribology  

    発表年月： 2016年09月

  • ヘリングボーンスラスト気体軸受における溝形状が軸の浮上特性に及ぼす影響

    富岡淳, 神林憲人, 大橋弘明, 宮永宜典

    日本設計工学会2016年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2016年05月

  • 円筒型軸受のスクイーズ振動が液膜の状態と液膜係数に及ぼす影響

    富岡淳, 小幡周平, 金子大地, 宮永宜典

    日本設計工学会2016年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2016年05月

  • 密封血液のヘマトクリット値がメカニカルシールの潤滑特性に及ぼす影響

    富岡淳, 大籔美貴子, 湯沢央恵, 星野元季, 宮永宜典

    日本設計工学会2016年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2016年05月

  • 磁気スラスト軸受で支持されたヘリングボーンジャーナル気体軸受の潤滑特性

    富岡淳, 鳥居尚喜, 森田悠太郎, 宮永宜典

    日本設計工学会2016年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2016年05月

  • 油潤滑ジャーナル軸受における給油角度の変化が油膜の状態およびオイルホワール発生に及ぼす影響

    富岡淳, 土居可尚, 田村重典, 宮永宜典

    日本設計工学会2016年度春季大会研究発表講演会  

    発表年月： 2016年05月

  • へリングボーンジャーナル気体軸受の潤滑特性

    鳥居尚喜, 森田悠太郎, 富岡淳

    日本機械学会関東支部関東学生会第55回学生員卒業研究発表講演会  

    発表年月： 2016年03月

  • 溝形状がへリングボーンスラスト気体軸受の浮上特性に及ぼす影響

    神林憲人, 大橋弘明, 富岡淳

    日本機械学会関東支部関東学生会第55回学生員卒業研究発表講演会  

    発表年月： 2016年03月

  • Stability Characteristics of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings Mounted on Viscoelastic Supports

    Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

    the 42th Leeds-Lyon Symposium on Tribology, Lyon, France  

    発表年月： 2015年09月

  • Stability of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings Supported by Rubber O-rings

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    International Tribology Conference, TOKYO 2015  

    発表年月： 2015年09月

  • Effects of Hematocrit of the Sealed Blood on the Leakage Characteristics of Blood Cell Component and Plasma Component in a Mechanical Seal

    Jun Tomioka, Mikiko Oyabu, Norifumi Miyanaga

    International Tribology Conference, TOKYO 2015  

    発表年月： 2015年09月

  • Stability Analysis of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings for Ultra High-Speed Rotations

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    2015 4th International Conference on Advance in Mechanics Engineering (ICAME2015), Madrid, Spain  

    発表年月： 2015年07月

  • エッチングにより溝加工を施した気体潤滑へリングボーンスラスト軸受の浮上特性

    富岡淳, 日野岳要, 鈴木啓扶, 宮永宜典

    日本設計工学会2015年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2015年05月

  • 密封血液のヘマトクリット値がメカニカルシールにおける血球成分および血漿成分の漏れ特性に及ぼす影響

    富岡淳, 大薮美貴子, 荻島和也, 山口亮, 宮永宜典

    日本設計工学会2015年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2015年05月

  • シール面内側と外側の圧力差および圧力和が人工心臓用メカニカルシールの潤滑特性に及ぼす影響

    富岡淳, 大薮美貴子, 福井康平

    日本設計工学会2015年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2015年05月

  • 円筒型軸受のスクイーズ振動が液膜係数に及ぼす影響

    富岡淳, 自見亮佑, 鈴木友寿, 宮永宜典

    日本設計工学会2015年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2015年05月

  • DYNAMIC CHARACTERISTICS OF HERRINGBONE GROOVED AERODYNAMIC JOURNAL BEARINGS WITH VISCOELASTIC SUPPORT

    Jun Tomioka  [招待有り]

    The 6th Advanced Forum on Tribology 2015, Wuhan, China  

    発表年月： 2015年04月

  • 血球成分が血液密封下におけるメカニカルシールの漏れ量に及ぼす影響

    富岡淳, 大薮美貴子, 宮永宜典

    日本機械学会北陸信越支部第52期総会・講演会  

    発表年月： 2015年03月

  • しゅう動面における表面粗さ分布の統計的性質がメカニカルシールの潤滑特性に及ぼす影響の理論的検討

    大薮美貴子, 富岡淳

    日本機械学会北陸信越支部第52期総会・講演会  

    発表年月： 2015年03月

  • Dynamic Characteristics of Herringbone Grooved Aerodynamic Journal Bearings with Viscoelastic Support

    Jun TOMIOKA  [招待有り]

    2015 Waseda-IITH Joint Workshop (2015年IITHハイデラバード合同ワークショップ)  

    発表年月： 2015年03月

  • 血液密封下のメカニカルシールにおける血漿成分および血球成分の漏れ特性

    富岡淳, 大籔美貴子, 福井康平, 齋藤健斗, 宮永宜典

    トライボロジー会議2014秋盛岡  

    発表年月： 2014年11月

  • 血液密封下のメカニカルシールにおける血漿成分および血球成分の漏れ量測定方法の提案

    富岡淳, 大籔美貴子, 福井康平, 齋藤健斗, 宮永宜典

    日本設計工学会2014年度秋季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年10月

  • 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（第3報，表面粗さ分布における尖りの影響）

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会2014年度秋季研究発表講演  

    発表年月： 2014年10月

  • Development of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearing Systems for Ultra-High-Speed Rotations

    Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

    2014 Machining, Materials and Mechanical Technology (IC3MT)  

    発表年月： 2014年09月

  • Investigations of Cylindrical and Conical Whirl Instabilities on Hydrodynamic Journal Bearings

    Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

    2014 Machining, Materials and Mechanical Technology (IC3MT)  

    発表年月： 2014年09月

  • An Analysis of the Lubrication Characteristics of Mechanical Seals with Parallel Sealing Faces Using an Average Flow Model

    Mikiko OYABU, Jun TOMIOKA

    2014 Machining, Materials and Mechanical Technology (IC3MT)  

    発表年月： 2014年09月

  • 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（第２報，表面粗さ分布における歪みの影響）

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会中国支部講演会  

    発表年月： 2014年06月

  • 軸受支持粘弾性体の温度特性が気体潤滑ヘリングボーンジャーナル軸受の軸受特性に及ぼす影響

    富岡淳, 宮永宜典, 福島正也, 古田育生, 川原立大

    日本設計工学会2014年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年05月

  • 油潤滑ジャーナル軸受のシリンドリカルおよびコニカルホワールの同時計測

    富岡淳, 宮永宜典, 田口浩徳, 新井一輝, 森谷安幸

    日本設計工学会2014年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年05月

  • 電気伝導計とイオンクロマトグラフィを用いた血液密封用メカニカルシールの密封特性

    富岡淳, 大籔美貴子, 内田恒, 斉藤健斗, 菅野剛史, 宮永宜典

    日本設計工学会2014年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年05月

  • 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（第１報 解析方法の提案）

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会2014年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年05月

  • 赤血球の固定化が血液のレオロジー特性および溶血特性に及ぼす影響

    富岡淳, 大籔美貴子, 稲村健太, 宮永宜典

    日本設計工学会2014年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2014年05月

  • Linear and Nonlinear Stability Analysis of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings with Viscoelastic Support Elements

    Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

    World Tribology Congress 2013, Torino, Italy  

    発表年月： 2013年09月

  • Stability Analysis of Journal Bearings Lubricated by Viscoelastic Fluids

    Jun Tomioka, Hirotsugu Hayashi, Norifumi Miyanaga

    World Tribology Congress 2013, Torino, Italy  

    発表年月： 2013年09月

  • ジャーナル軸受のシリンドリカルおよびコニカルホワールの同時計測（第2報，理論解析および実験結果との比較）

    富岡淳, 宮永宜典, 高岡洋平

    日本設計工学会北陸支部平成25年度研究発表講演会  

    発表年月： 2013年06月

  • ジャーナル軸受のシリンドリカルおよびコニカルホワールの同時計測（第1報，実験）

    富岡淳, 宮永宜典, 田中翔, 下川宏平

    日本設計工学会中国支部講演会  

    発表年月： 2013年06月

  • メカニカルシールにおける新しい平均流モデルの検討

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会2013年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2013年05月

  • 粘弾性要素に支持されたヘリングボーン動圧気体軸受の安定性の検討

    宮永宜典, 富岡淳

    日本設計工学会2013年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2013年05月

  • 粘弾性流体で潤滑されたジャーナル軸受の安定解析手法の検討

    富岡淳, 林洋次, 宮永宜典

    日本設計工学会2013年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2013年05月

  • メカニカルシールにおける平均流モデルの提案

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会四国支部平成24年度研究発表講演会  

    発表年月： 2013年05月

  • 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響（第３報，歪みの影響）

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本機械学会第20回茨城講演会  

    発表年月： 2012年08月

  • 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響 : 第3報 歪みの影響

    OYABU Mikiko, TOMIOKA Jun

    日本機械学会第20回茨城講演会 : Ibaraki district conference  

    発表年月： 2012年08月

  • 平均流モデルにおける修正係数に表面粗さの統計学的性質が及ぼす影響

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本設計工学会平成24年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2012年05月

  • 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響(第2 報 尖りの影響)

    OYABU Mikiko, TOMIOKA Jun

    日本機械学会東海支部第61期総会講演会  

    発表年月： 2012年03月

  • 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響（第1報，自己相関関数の影響）

    大籔美貴子, 富岡淳

    日本機械学会北陸信越支部第49期総会・講演  

    発表年月： 2012年03月

  • 表面粗さの統計学的性質が平均流モデルにおける修正係数に及ぼす影響(第2 報 尖りの影響)

    OYABU Mikiko, TOMIOKA Jun

    日本機械学会東海支部第61期総会講演会  

    発表年月： 2012年03月

  • Stability Threshold of Herringbone-Grooved Aerodynamic Journal Bearings with Considering Deformation Ratio of Support O-rings

    Norifumi Miyanaga, Jun TOMIOKA

    the international tribology conference Hiroshima 2011  

    発表年月： 2011年11月

  • Evaluating Blood Inflow to the Sealing Face of a Mechanical Seal for Rotary Blood Pumps

    Jun TOMIOKA, Mikiko Oyabu

    the International Tribology Conference Hiroshima 2011  

    発表年月： 2011年11月

  • 粘弾性支持されたヘリングボーン動圧気体軸受のコニカルホワール特性

    宮永宜典, 富岡淳

    日本設計工学会北陸支部平成23年度研究発表会  

    発表年月： 2011年06月

  • 定常流型人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面間距離の計測

    富岡淳, 大籔美貴子

    日本設計工学会平成23年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2011年05月

  • 超高速回転体を支持するヘリングボーン動圧気体軸受の温度計測

    宮永宜典, 富岡淳

    日本機械学会関西支部第86期定時総会講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 粘弾性流体潤滑ジャーナル軸受の安定解析

    富岡淳, 林洋次, 宮永宜典

    日本機械学会関西支部第86期定時総会講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 流体膜における二種の溶液の構成が液々分離型メカニカルシールの摩擦特性に及ぼす影響

    富岡淳, 大籔美貴子

    日本機械学会東海支部第60期総会・講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 軸受支持要素の非線形性がヘリングボーン動圧気体軸受の安定性に及ぼす影響

    宮永宜典, 富岡淳

    日本機械学会東海支部第60期総会講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 粘弾性流体で潤滑されたジャーナル軸受の運転安定限界特性（第2報，非線形軌道法を用いた解析）

    富岡淳, 林洋次, 宮永宜典

    日本機械学会東海支部第60期総会講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 軸受支持Oリングのつぶし率がヘリングボーン動圧気体軸受の安定性に及ぼす影響

    宮永宜典, 富岡淳

    日本機械学会北陸信越支部第48期総会・講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • 粘弾性流体で潤滑されたジャーナル軸受の運転安定限界特性（第1報，摂動法による解析）

    富岡淳, 林洋次, 宮永宜典

    日本機械学会北陸信越支部第48期総会・講演会  

    発表年月： 2011年03月

  • しゅう動面に二種の溶液が存在するメカニカルシールの摩擦特性に関する実験的検討

    富岡淳, 大籔美貴子

    日本設計工学会東北支部平成２２年度研究発表講演会  

    発表年月： 2010年12月

  • 軸受支持Oリングの温度依存性がヘリングボーン動圧気体軸受の安定性に及ぼす影響

    宮永宜典, 富岡淳

    日本設計工学会東北支部平成２２年度研究発表講演会  

    発表年月： 2010年12月

  • 非線形軌道法を用いたジャーナル軸受内の安定領域の検討

    富岡淳, 宮永宜典, 牛尾裕一, 三上誠

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

  • 外部弾性・減衰要素に支持されたヘリングボーン動圧気体軸受のコニカル安定性

    宮永宜典, 富岡淳

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

  • 軸受支持要素の温度特性を考慮したヘリングボーン動圧気体軸受の安定性（第2報，理論的検討）

    宮永宜典, 富岡淳

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

  • 軸受支持要素の温度特性を考慮したヘリングボーン動圧気体軸受の安定性（第1報，実験的検討）

    富岡淳, 宮永宜典, 横山真平

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

  • 血液シール下におけるメカニカルシールしゅう動面の温度計測

    富岡淳, 宮永宜典, 相馬周平

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

  • 表面粗さを考慮したメカニカルシールしゅう動面の潤滑特性

    富岡淳, 大籔美貴子

    日本設計工学会平成22年度春季研究発表講演会  

    発表年月： 2010年05月

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 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
     

    　概要を見る

    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

  • 人工臓器素材開発

    文部科学省 

    研究期間:

    1996年
    -
    2000年
     

  • 生体模倣部品開発プロジェクト

    文部科学省 

    研究期間:

    1999年
    　
    　
     

  • 国際規格対応の心臓代用弁多機能評価シュミレータの開発

    科学研究費助成事業(早稲田大学)  科学研究費助成事業(試験研究(B))

    研究期間:

    1994年
    -
    1996年
     

    　概要を見る

    本研究では,生体内における人工弁の耐久性を加速耐久試験においていかに再現するかを検討し,国際規格対応の信頼性の高い装置を開発することを目的とした.その第一歩としてJelly-Fish弁(以下JF弁)を用いて,装置性能を向上させるという方法を採用した.1994年度の動物実験において,約1年間の駆動後人工心臓のJF弁の膜にクリープ破断が生じた.そこで,その結果の再現に必要な加速耐久試験に要求される条件を求めた.
    加速耐久試験には試験弁が水中シリンダ内を10-20Hzで往復する中国製試験機(TH-2200)の成果を用いた.試験は室温(20℃)で,弁閉鎖期の最大荷重5.2N(生体内の約120%),力積2.5×10^<-2>(生体内の約2%)の力学条件下で行ったが,クリープ変形をJF弁の膜に見ることはできなかった.そこで力学的環境は不変だが材料の温度上昇に伴うヤング率の現象効果を考慮して同実験を行った.その結果,ヤング率低下傾向の大きなポリスチレン(膜厚900μm)を動物実験で確認したものと同等のクリープ変形を再現することに成功した.
    一方,破断位置については動物実験と異なった.動物実験ではスポ-クの間の扇形部分において破断を生じていたが,加速試験では弁葉がリム内周およびスポ-クと接触する点において破断が生じていた.しかし,これと並行してJF弁の2本のスポ-クに挟まれた部分を取り上げて有限要素法により応力解析した結果,動物実験の結果も加速試験の結果も歪みが大きく生じる部分で破断している点では一致することを確認した.以上より,生体に用いた際のJF弁の破断特性を加速耐久試験で短期間に実現するための条件をある程度確立する基礎を得られた.

  • 潤滑剤の非線形粘弾性特性がジャーナル軸受の安定性に及ぼす影響

    　概要を見る

    潤滑剤の諸特性を改善するために多量の高分子重合物を添加した潤滑油は,粘弾性挙動を示すことが知られている.この粘弾性挙動が軸の安定性に及ぼす影響を,理論的に明らかにすることが本研究の目的である.研究方法としては,まず粘弾性モデルとして線形2要素モデルを用い,基礎方程式を流体潤滑理論に適用し潤滑方程式を得て,さらにこれを無限長幅ジャーナル軸受に適用し,非線形偏微分方程式を得る.圧力の線形近似と,軸の微少振動を正弦波と仮定した「近似解法1」,圧力の線形近似を高次の項まで考慮した「近似解法2」の2通りの解き方によりこの方程式を解いて圧力,油膜力,油膜係数を求める.ここで中央にロータを持ち両端で軸受に支えられている弾性軸の系を考え,その振動方程式から導かれた特性方程式に油膜係数を代入して安定限界線図を求める.その結果,「近似解法1」から油膜係数について,弾性係数は粘弾性流体の方がニュートン流体よりも高くなり,粘性係数については逆に粘弾性流体の方が低くなった.また安定限界線図から潤滑剤として粘弾性流体を用いると中偏心率では不安定領域が広がり,低偏心率及び高偏心率では逆に安定領域が広がった.「近似解法2」では近似の次数が低いときには「近似解法1」と同じような結果を得ることができたが,高くなると結果が不安定になった

  • 生体血管と類似特性を有する粘弾性管の三次元成形ワークステーションを用いた自動製作

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    本研究は,シンガポール国立大学との共同研究の柱である三次元成形ワークステーションの2つの応用例に対して,それぞれの実績の概要を以下に示す.1.生体血管の機械的特性を模擬した粘弾性管の製作の基礎研究シンガポール国立大学で開発された回転型成形機を用いて生体血管を模擬した大動脈弓モデルを製作するとを目的とし,シリコン製大動脈弓の製作条件の検討と,生体血管の機械的特性を模擬した管の製作及び材料の検討という2つの方向から取り組んだ.大動脈弓の製作において従来の1軸のみの回転での刷毛塗りによる方法では肉厚の均一化,及び再現性に限界があった.そこで2軸を3次元的に回転させる回転型成形機を用いて肉厚が1[mm]程度で均一な大動脈弓を製作することを目指した.Major軸・Minor軸の回転数,及び塗布量が大動脈弓の肉厚に与える影響を検討した結果,それぞれ0.02[rpm],8[rpm],20[g]×3[回](3時間間隔に塗布)の組み合わせが最適な製作条件であるとの結論を得た.その大動脈弓では標準偏差と平均値の比として表現した肉厚のバラツキが従来約30[%]だったのに比べ20[%]以内に抑えることができ,再現性が向上した.また,生体血管のコンプライアンス特性は体積増加率が低い範囲では圧力の増加量は小さく、高い範囲では大きくなるという傾向を持つ.これまで生体血管の機械的特性を模擬するためにシリコンの多層構造の管を製作してきたが特性を忠実に模擬するのは至っていない.そこでシリコンとは全く特性の異なるスポンジを用いて内層が比較的軟らかいシリコン,中層がスポンジ,外層が比較的硬いシリコンという3層構造の管を試作しその特性を調べた.その結果,体積増加率が40[%]までは外層の特性が現れ,このときの平均コンプライアンス値は0.41[1/mmHg]となった一方,体積増加率が40[%]以降では内層の特性が徐々に現れ0.36[1/mmHg]となり,生体血管の平均コンプライアンス特性に近い傾向になった.2.抗血栓性材料による血液ポンプの内部コーティング法の確率に向けての基礎検討血液の流れを渦状にすることで淀みを少なくし,血栓形成をできるだけ防ぐ目的で作られた旋回渦流型補助人口心臓がある.しかしこのポンプにおいても,血液室内のハウジングと血液を流動させるために空気圧駆動で上下するダイアフラムとの間(D-H Junctionという)で血栓が形成される場合がある.この血栓の生じる原因をD-H Junction部の接着部分における段差にあると考え,ポンプ内面を一体コーティングすることでこの段差を解消することを考えた.本研究では抗血栓性材料であるセグメント化ポリウレタン(ミラクトラン E-380)による適正コーティング条件を求めることを目的とし,そのコーティング作業に用いられる回転型成形機の最適運転条件を求めた.この回転型成形機は,互いに垂直な二軸を回転させることにより三次元的な挙動を制御でき,かつ温度調節が可能な装置である.いくつかの試行の結果,Major軸1.00[rpm],Minor軸1.25[rpm]の回転数,オ-ブン内温度50℃の条件において,ダイアフラムの膜厚のばらつきが0.48%と最も均一なコーティングが得られることがわかった.またin-vitroにおける水力学的特性試験により,コーティング処理がポンプの特性に与える影響は極めて微少であることもわかった.さらに,このコーティング処理を行ったポンプと未処理ポンプの抗血栓性を比較するために血液温度37℃,流量5[L/min]を条件にin-vitroにおける血栓形成試験を行った.その結果,コーティング処理を行ったものの方が,血栓を殆ど生じないという結果が得られた.以上のごとく本研究では当初の目標を達成したばかりか三次元成形ワークステーションの幅広い応用の可能性まで明らかにすることができた

  • 人工臓器の耐久性・生体適合性を早期に予測するシステムの開発

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    人工臓器の耐久性を正確に早期に予測するために、人工心臓用高分子弁(Jellyfish弁)を対象として研究を進めた。その理由は、この弁を人工心臓に組み込み、慢性動物実験を行ったところ、世界最長の312日の使用で弁葉が破断したという例があり、これが現実の耐久性を示すよい指標となると考えたからである。有限要素法による解析の結果、中心から7mmの位置に補強のリムを設けた新しいJellyfish弁の設計を提唱した。その新弁の流体力学的特性評価を行ったところ、従来弁と同等の流体力学的特性を有していることが判明した。そこで次に、従来の弁と新弁の耐久性を比較する加速耐久試験を行った。高分子製人工弁の加速耐久試験方法に関しては、ISOでもまだ企画が確立されておらず急務になっている。基礎実験の結果、加速耐久試験では応力の集中するスポークのエッジ上で弁葉が脆性破壊しているのに対して、慢性動物実験ではひずみの集中するスポークとスポークの間で弁葉が延性破壊していることがわかり、両者の破壊メカニズムは根本的に異なることが分かった。そこで加速耐久試験と慢性動物実験での大きな違いと考えられていた(1)弁閉鎖瞬間のスポークと弁葉の摩擦量の大きさ、(2)弁葉材料の粘弾性特性の違いの影響を考慮し、(1)開閉時の弁葉に作用する最大荷重、(2)作動流体の温度に着目してさらに加速耐久試験を行った。その結果、作動流体の温度を60℃に設定した条件では、弁閉鎖時の最大荷重を1/4(4n)に設定することで初めて慢性動物実験結果と同じスポークとスポークの間で弁葉を破断させることに成功した。したがって、高分子製人工弁の加速耐久試験では、弁閉鎖時の最大荷重及び作動流体の温度は最重要設定項目であることが本研究を通じて明らとなり、現状のISO基準に拡張を促す基礎データを入手できた。なお、新型の弁は従来のものより6倍以上の耐久性が確認されたので、現在長期使用人工心臓に組み込んだ動物実験にてその性能を確かめている

  • 心臓外科治療支援を目的とした血液循環シミュレータの開発

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    本研究は、生体の心機能を模擬した心臓外科の治療支援が行えるような性能を有する、機械式血液循環シミュレータ(Mock Circulatory System;MCS)の開発を最終目的とした。まず、生体の心機能を把握するため、ヤギを用いた急性動物実験を行い、薬物投与により心収縮力を変化させ、左心室圧-容積関係から収縮性の指標であるEmaxを算出した。このヤギの実験によりコントロール基準時、収縮力増強剤投与時、および収縮力減少剤投与時のEmaxはそれぞれの14.8,25.3,22.2mmHg/mzとなった。その生体心の収縮、拡張能力をMCS上において模擬するため、Emaxと拡張末期圧-容積関係に応じて一回拍出量を変化させる駆動プログラムを製作した。これにより負荷に依存するMCSの左心室ポンプが実現した。さらに、補助循環時においても左心室ポンプは負荷依存性を示すことが確認できた。次に、人工血管置換時の心臓の血液拍出機能の評価を試みる作業を行った。開発した動脈血管モデル部には人工血管を装着でき、人工血管置換による動脈系の心機能に対する負荷定量化を試みた。まず、イヌを用いた急性動物実験を行い、大動脈弓部から腹部大動脈にかけてバイパスした人工血管と生体大動脈の血流を交互に遮断することにより、心仕事を比較した。生体大動脈に比べて、人工血管内の血流灌流時には、動脈血流の特性インビーダンスは高値を示し、このときの左室の一回拍出ポンプ仕事は増大した。この動物実験系をMCSにて再現したところ両者は極めて類似した傾向を得た。以上より、今回開発したMCSは心臓外科の治療支援に有用であることが証明でき、人工血管置換のシミュレーションのみならず、大動脈弁置換のシミュレーションなどにも広く応用しうることが判明した

  • 血液の軸シールに関する研究

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    定常流型人工心臓をより長期間使用するうえで大きな問題となっているのは,軸周辺部での血栓の生成,血液の漏洩と発熱などである.これらを解決するために,生体適合性が高く,小型・長寿命・高性能な血液密封機構を開発・研究する必要がある.本研究は,人工心臓用に開発されたメカニカルシールを対象として,血液の軸シール特性を明らかにすることを目的とする.実験では,密封溶液としてHt値を40[%]に調整した豚の血液・Mg水溶液,冷却水としてMg水溶液・純水を用いて実験を行った.実験後,密封溶液および冷却水のサンプルを酸分解で処理し,ICP(誘導型結合プラズマ)発光分析器を用いてCaとMgの濃度を測定することによって漏れ量を算出した.実験の結果,クーリングウォータの漏れ量の方が,密封溶液の漏れ量より約0.008[ml/h]多いことがわかった.また,メカニカルシール摺動面を通じての漏れ量は,約0.025[ml/h]で時間比例的に増えることがわかった.そして,双方向とも少量であり,本研究で用いたメカニカルシールは血液ポンプ用として充分な密封能力を持つ事が分かった.さらに,ICP発光分析器を用いた手法は,漏れ量測定の評価方法として最適である事が分かった

  • 血液の密封を目的としたメカニカルシールの潤滑特性

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    本研究では,血液の密封を目的としたメカニカルシールの潤滑特性を明らかにし,定常流型人工心臓用メカニカルシールにおけるしゅう動面の表面粗さが軸シール特性に及ぼす影響を検討することを目的とする.このメカニカルシールは,しゅう動面の潤滑,冷却,洗浄の目的でクーリングウォータ循環システムを搭載している.本研究では,しゅう動面の表面粗さがRa=0.009μm, Ra=0.088μm, Ra=0.170μmのメカニカルシールを用い,漏れ量,摩擦損失トルク,しゅう動面の温度変化を測定した.漏れ量は,イオンクロマトグラフィにより測定した.摩擦損失トルクはトルクメータにより測定し,温度変化はシートリング内に設置した温度計により測定した.得られた結論を以下に示す.1.Ra=0.009μmのシートリングでは,しゅう動面間が非常に狭くなるため流体摩擦の影響が大きく,摩擦損失トルクおよび温度上昇が大きかった.一方,Ra=0.170μmのシートリングでは,局所的な混合潤滑も影響により,摩擦損失トルクおよび温度上昇が大きくなった.Ra=0.088μmのシートリングでは,すべての実験条件において摩擦トルクが最も小さくなり,トルク特性の観点からみれば現在使用されているRa=0.088μmのシートリングが最も優れていた.2.温度特性はトルク特性とよく似た傾向を示し,温度変化はRa=0.088μmのシートリングで最も低くなった.また,そのときの温度変化は0.3K以下に抑えられた.3.Ra=0.009μmのシートリングを使用した場合,しゅう動面間が非常に狭くなり,シール面に対して両サイドの圧力差の影響を受けにくくなり,血液漏れ量および血液中へのクーリングウォータの漏れ量をともに少なく抑えることができた.漏れ量は,密封溶液漏れ量,クーリングウォータ漏れ量ともに0.03/ml/3hであった

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現在担当している科目

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他学部・他研究科等兼任情報

  • 理工学術院   大学院基幹理工学研究科

学内研究所・附属機関兼任歴

  • 2022年
    -
    2024年

    理工学術院総合研究所   兼任研究員

特定課題制度（学内資金）

  • 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  

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    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．

  • 冷却システムを備えた血液ポンプ用メカニカルシールの潤滑特性

    2006年  

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    　冷却システムを備えた血液ポンプ用メカニカルシールの潤滑特性を検討するために，インペラを取り外したシールしゅう動面のみを検討できる実験装置を開発した．それを用いて，しゅう動面での摩擦損失トルク，温度変化，漏れの観点から，人工心臓用メカニカルシールのしゅう動面の表面粗さが軸シール特性に及ぼす影響について検討した．実験には，表面粗さRa=0.009&micro;m，Ra=0.088&micro;mおよびRa=0.170&micro;mの3種類を用いた．得られた結論を以下に示す．（１）Ra=0.009&micro;mのシートリングでは，しゅう動面間が非常に狭くなるため流体摩擦の影響が大きく，摩擦損失トルクおよび温度上昇が大きかった．一方，Ra=0.170&micro;mのシートリングでは，局所的な混合潤滑も影響により，摩擦損失トルクおよび温度上昇が大きくなった．Ra=0.088&micro;mのシートリングでは，すべての実験条件において摩擦トルクが最も小さくなり，トルク特性の観点からみれば現在使用されているRa=0.088&micro;mのシートリングが最も優れていた．（２）シールしゅう動面の温度変化を計測する手法を確立し，しゅう動面の温度特性を検討した結果，温度特性はトルク特性とよく似た傾向を示し，温度変化はRa=0.088&micro;mのシートリングで最も低くなった．また，そのときの温度変化は0.3K以下に抑えられた．よって，温度特性の観点からみれば現在使用されているRa=0.088&micro;mのシートリングが最も優れていた．（３）Ra=0.009&micro;mのシートリングを使用した場合，しゅう動面間が非常に狭くなり，シール面に対して両サイドの圧力差の影響を受けにくくなり，血液漏れ量および血液中へのクーリングウォータの漏れ量をともに少なく抑えることができた．漏れ量は，密封溶液漏れ量，クーリングウォータ漏れ量ともに0.03 ml/3hであった．そのため，漏れ量の観点からは現在使用されているRa=0.088&micro;mのシートリングよりも，Ra=0.009&micro;mのシートリングのほうが優れていた．

  • 定常流型補助人工心臓の軸シールに関する研究

    2003年  

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    軸シール部の冷却・洗浄を目的に開発された「Cool-Seal-System」を搭載した定常流型補助人工心臓をさらに小型化・長寿命・高信頼とするためには，血液による摩擦損失トルクの上昇，密封流体およびC.W.(クーリングウォータ)の漏洩の問題を解決する必要がある．そこで，本研究では，定常流型補助人工心臓用メカニカルシールの摺動面粗さに注目し，Ra=0.009，Ra=0.088，Ra＝0.170のシートリング，およびRa＝0.093のシールリングを用いて，摺動面の表面粗さが人工心臓用メカニカルシールの潤滑特性に及ぼす影響を，トルク特性，密封特性の両観点から調査することを目的とした． メカニカルシールの漏れ量に関しては，血中たんぱく質の影響により血液をそのまま用いての測定が困難なため，血液相当液としてMgCl2水溶液を用い，チャンバ内圧力100[mmHg]，回転数3000[rpm]，マグネット反発力3.0[N]とし，C.W.側(純水中)に漏れ出したMg元素濃度をイオンクロマトグラフィ－により測定した．トルク特性に関しては，チャンバ内にHt値30%のブタ血液，C.W.に純水を用いて，回転数を1000～8000[rpm]，マグネット反発力3.0～5.0[N]に変化させ，摺動面にかかる摩擦損失トルクの大きさを測定した． 実験結果より，シールの漏れ量は摺動面粗さに依存し，粗さの増加とともに漏れ量も増加し，Ra=0.170での漏れ量は約0.16[ml/3ｈ]であった．摩擦損失トルクの最低値は表面粗さが最も大きいRa=0.170で最も低くなり，その大きさは約2.5[mN･m]であった．これにより，定常流型補助人工心臓用メカニカルシールの潤滑特性向上には，摺動面の表面粗さを考慮した設計が重要であることがわかった．

  • 潤滑剤の非線形粘弾性特性がジャーナル軸受の運転安定限界特性に及ぼす影響

    1997年  

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    潤滑剤の諸特性を改善するために多量の高分子重合物を添加した潤滑油は、非線形の粘弾性挙動を示すことが知られている。しかし、ジャーナル軸受によって支持された軸の安定性に関する研究は、潤滑剤としてニュートン流体を用いた場合のみで、そのレオロジ方程式の複雑さから粘弾性流体に対する研究はほとんどなされていない。そこで本研究では、粘弾性流体に対する潤滑方程式の解法として微小振動の過程を用いた線形化手法による解析を提案し、潤滑剤の粘弾性特性がジャーナル軸受の運転安定限界特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とする。　本研究では、粘弾性モデルとしてばねとダッシュポットが直列に結合されたマックスウェルモデルを用いる。マックスウェルモデルに対するレオロジ方程式と、連続の条件式、および力の釣り合い条件式を連立させることにより、粘弾性流体に対する潤滑方程式を得る。この潤滑方程式を解くために、ジャーナルの微小振動を仮定し、油膜の弾性係数および粘性係数に対応する微分方程式の誘導を行い、これより油膜係数を算出する。この結果をもとに微小振動時の油膜力を求め、ジャーナルの運動方程式と連立させることによってその特性方程式を求め、これを解くことによりジャーナルの運転安定限界特性を求める。　その結果、潤滑剤の粘弾性特性がジャーナル軸受の安定限界に及ぼす影響として、粘弾性流体ではニュートン流体に比較して、低偏心率では不安定領域が広がり、高偏心率では逆に安定領域が広がるという結論を得た。研究成果の発表1998年５月富岡淳、柴崎健一、折橋健治、林洋次、粘弾性流体で潤滑された有限幅ジャーナル軸受の動特性、平成10年度日本設計工学会春季発表講演会

  • 非線形粘弾性流体で潤滑されたジャーナル軸受の自励振動に関する研究

    1996年  

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    　近年、高速回転や高荷重など過酷な条件下で使用されている滑り軸受では、潤滑剤の諸特性を改善するために多量の高分子重合物を添加した潤滑油が使用されている。この種の潤滑油は非線形の粘弾性挙動を示すことが知られている。しかし、この非線形粘弾性挙動が、ジャーナル軸受などの滑り軸受において特に問題となる自励振動に及ぼす影響は明らかではない。　そこで本研究では、潤滑剤の非線形粘弾性挙動が、ジャーナル軸受の安定限界曲線およびオイルホワール発生時におけるジャーナルの軸心軌跡に及ぼす影響を明らかにする事を目的とする。　解析において、微小振動の仮定を用いる場合と用いない場合の2とおりを検討し比較した。　まず、微小振動の仮定を用いる場合は、油膜の弾性係数および粘性係数に対応する微分方程式の誘導を行い、これより油膜係数を算出する。この結果をもとに微小振動時の油膜力を求め、ジャーナルの運動方程式と連立させることによって特性方程式を導き、これを解くことにより軸受の安定限界曲線を求めた。　次に、微小振動の仮定を用いない場合は、非線形粘弾性流体に対するレイノルズ方程式を直接解くことにより油膜力を求め、これとジャーナルの運動方程式とを連立させ、時間に関する高次差分法を導入することにより、ジャーナルの軸心軌跡を求め、軸受の安定特性を求めた。　その結果、いずれの解析においても、低偏心率の場合は潤滑剤として粘弾性流体を用いた方がニュートン流体より安定域が増大し、高偏心率の場合は逆の傾向を示すという結論が得られた。

  • 非線形マックスウェル流体で潤滑されたジャーナル軸受の動特性に関する研究

    1995年  

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    潤滑剤の諸特性を改善するために多量の高分子重合物を添加した潤滑油は，粘弾性挙動を示すことが知られている。この粘弾性挙動が軸の安定性に及ぼす影響を，理論的に明らかにすることが本研究の目的である。 研究方法としては，粘弾性モデルとして非線形マックスウェルモデルを用い，基礎方程式を流体潤滑理論に適用し潤滑方程式を得て，さらにこれを無限長幅ジャーナル軸受に適用し，非線型偏微分方程式を得る。圧力の線形近似と，軸の微少振動を正弦波と仮定した「近似解法1」，圧力の線形近似を高次の項まで考慮した「近似解法2」の2通りの解き方によりこの方程式を解いて，圧力，油膜力，油膜係数を求める。ここで中央にロータを持ち両端で軸受に支えらている弾性軸の系を考え，その振動方程式から導かれた特性方程式に油膜係数を代入して安定限界線図を求める。 その結果，「近時解法1」から油膜係数について，弾性係数は粘弾性流体の方がニュートン流体よりも高くなり，粘性係数については逆に粘弾性流体の方が低くなった。また安定限界線図から潤滑剤として粘弾性流体を用いると中偏心率では不安定領域が広がり，低偏心率及び高偏心率では逆に安定領域が広がった。「近似解法2」では，近似に次数が低いときには「近似解法1」と同じ結果を得ることが出来たが，高くなると結果が不安定になった。

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