氏名

トミオカ ジュン

富岡 淳

職名

教授 (https://researchmap.jp/read0206448/)

所属

(基幹理工学部)

連絡先

URL等

WebページURL

http://www.f.waseda.jp/tomioka/(研究室紹介)

研究者番号
40217526

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院基幹理工学研究科)

学内研究所等

理工学総合研究センター

兼任研究員 1989年-2006年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2006年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

所属学協会

日本機械学会

日本トライボロジー学会

日本設計工学会

ライフサポート学会

日本人工臓器学会

米国人工臓器学会

研究分野

科研費分類

工学 / 機械工学 / 設計工学・機械機能要素・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)p.581 - 5942018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)p.595 - 6042018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)p.251 - 2602018年03月-

Blood sealing properties of magnetic fluid seals

Tomioka, Jun; Miyanaga, Norifumi

Tribology International113p.338 - 3432017年09月-

DOIScopus

詳細

ISSN:0301679X

概要:© 2017 Elsevier Ltd 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%.

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 Materials739p.143 - 1472017年06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 International100p.195 - 2032016年08月-

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

Norifumi Miyanaga and Jun Tomioka

International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing4(3)p.156 - 1612016年08月-

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)p.427 - 4402016年06月-

CiNii

詳細

ISSN:0919-2948

概要: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.

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

Miyanaga, Norifumi; Tomioka, Jun

Tribology Online11(2)p.272 - 2802016年01月-

DOIScopus

詳細

ISSN:1881218X

概要:Copyright © 2016 Japanese Society of Tribologists.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.

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

Tomioka, Jun; Oyabu, Mikiko; Miyanaga, Norifumi

Tribology Online11(5)p.568 - 5742016年01月-

DOIScopus

詳細

ISSN:1881218X

概要:Copyright © 2016 Japanese Society of Tribologists.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.

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

Mikiko OYABU, Jun TOMIOKA

Key Engineering Materials656-657p.615 - 6122015年07月-

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

Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

Key Engineering Materials656-657(656-657)p.652 - 6572015年07月-

Investigations of Cylindrical and Conical Whirl Instabilities on Hydrodynamic Journal Bearings

Norifumi MIYANAGA, Jun TOMIOKA

Key Engineering Materials656-657p.688 - 6932015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)p.194 - 1992015年04月-

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)p.217 - 2232014年04月-

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

Tomioka, Jun;Miyanaga, Norifumi

JOURNAL OF ADVANCED MECHANICAL DESIGN SYSTEMS AND MANUFACTURING8(1)2014年03月-

DOIWoS

詳細

ISSN:1881-3054

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

Tomioka, Jun;Miyanaga, Norifumi

JOURNAL OF ADVANCED MECHANICAL DESIGN SYSTEMS AND MANUFACTURING7(6)p.876 - 8872013年-

DOIWoS

詳細

ISSN:1881-3054

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 conference2012(20)p.121 - 1222012年08月-

CiNii

詳細

概要: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.

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)p."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)p.530 - 5352011年09月-

CiNii

詳細

ISSN:09192948

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)p.414 - 4162011年08月-

CiNii

詳細

ISSN:09192948

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)p.231 - 2382011年04月-

CiNii

詳細

ISSN:09192948

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)p.563 - 5682010年11月-

CiNii

詳細

ISSN:09192948

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)p.2332 - 23392010年09月-

CiNii

詳細

ISSN:03875024

概要: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.

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)p.1812 - 18182010年07月-

CiNii

詳細

ISSN:03875024

概要: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.

Effect of surface roughness of mechanical seals under blood sealing

Tomioka, Jun;Miyanaga, Norifumi

LUBRICATION SCIENCE22(10)p.443 - 4522010年-

DOIWoS

詳細

ISSN:0954-0075

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

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 Technology2018年11月

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 Technology2018年11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)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)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)2018年09月

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

Norifumi Miyanaga1, Shigeaki Minamikawa, Jun Tomioka

6th Asia International Conference on Tribology (ASIATRIB 2018)2018年09月17日

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)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)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2018年06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2018年05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 20172017年09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2017年06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 Technology2016年11月

Blood Sealing Properties of Magnetic Fluid Shaft Seals

Jun TOMIOKA, Norifumi MIYANAGA

the 43th Leeds-Lyon Symposium on Tribology2016年09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2016年05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2016年05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2016年03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2016年03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 20152015年09月

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

Norifumi Miyanaga, Jun Tomioka

International Tribology Conference, TOKYO 20152015年09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, France2015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, Spain2015年07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2015年05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2015年05月

DYNAMIC CHARACTERISTICS OF HERRINGBONE GROOVED AERODYNAMIC JOURNAL BEARINGS WITH VISCOELASTIC SUPPORT

Jun Tomioka

The 6th Advanced Forum on Tribology 2015, Wuhan, China招待有り2015年04月

Dynamic Characteristics of Herringbone Grooved Aerodynamic Journal Bearings with Viscoelastic Support

Jun TOMIOKA

2015 Waseda-IITH Joint Workshop (2015年IITHハイデラバード合同ワークショップ)招待有り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2015年03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2014年11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2014年10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2014年10月

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

Mikiko OYABU and Jun TOMIOKA

2014 Machining, Materials and Mechanical Technology (IC3MT)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)2014年09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)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2014年06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2014年05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2014年05月

Stability Analysis of Journal Bearings Lubricated by Viscoelastic Fluids

Jun Tomioka, Hirotsugu Hayashi, Norifumi Miyanaga

World Tribology Congress 2013, Torino, Italy2013年09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, Italy2013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2013年06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2013年05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

OYABU Mikiko;TOMIOKA Jun

日本機械学会第20回茨城講演会 : Ibaraki district conference2012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)

大籔美貴子,富岡淳

日本機械学会第20回茨城講演会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)

大籔美貴子,富岡淳

日本機械学会東海支部第61期総会講演会2012年03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 20112011年11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 20112011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2011年05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2011年03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2011年03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2010年12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2010年12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2010年05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2010年05月

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:

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

2011年-0月-2014年-0月

配分額:¥5460000

研究種別:

血液の密封を目的としたメカニカルシールの潤滑特性

配分額:¥3900000

研究種別:

血液の軸シールに関する研究

配分額:¥3300000

研究種別:

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

配分額:¥12900000

研究種別:

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

配分額:¥15300000

研究種別:

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

配分額:¥4500000

研究種別:

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

配分額:¥1000000

研究種別:試験研究(B)

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

1994年-1996年

研究分野:胸部外科学

配分額:¥9100000

研究種別:

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

2014年-0月-2017年-0月

配分額:¥5200000

研究種別:

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

2017年-0月-2020年-0月

配分額:¥4810000

研究種別:

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

2017年-0月-2020年-0月

配分額:¥4680000

研究種別:

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

2014年-0月-2017年-0月

配分額:¥5070000

研究資金の受入れ状況

提供機関:文部科学省

人工臓器素材開発1996年-2000年

提供機関:文部科学省

生体模倣部品開発プロジェクト1999年-1999年

学内研究制度

特定課題研究

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年度

研究成果概要: 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... 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。

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年度

研究成果概要: 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... 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。

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年度

研究成果概要: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...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

定常流型補助人工心臓の軸シールに関する研究

2003年度

研究成果概要: 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)... 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.

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年度

研究成果概要: 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... 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=0.009µm,Ra=0.088µmおよびRa=0.170µmの3種類を用いた.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)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=0.088µm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.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=0.088µmのシートリングが最も優れていた.(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.そのため,漏れ量の観点からは現在使用されているRa=0.088µmのシートリングよりも,Ra=0.009µmのシートリングのほうが優れていた.

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年度

研究成果概要: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...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.

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年度

研究成果概要: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...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年度

研究成果概要: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...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.

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年度

研究成果概要: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...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.

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
機械科学と航空宇宙技術 15前再基幹理工学部2019春学期
機械科学と航空宇宙技術 15前再 【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
機械設計法F基幹理工学部2019春学期
機械設計法F  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019春学期
機械製図法F 基幹理工学部2019秋学期
機械製図法F  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019秋学期
ゼミナール 15前再基幹理工学部2019通年
ゼミナール 15前再  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019通年
卒業論文基幹理工学部2019通年
卒業論文  【前年度成績S評価者用】基幹理工学部2019通年
機械設計法A 基幹理工学部2019春学期
機械製図法A基幹理工学部2019秋学期
修士論文(機械科学)大学院基幹理工学研究科2019通年
トライボロジー研究大学院基幹理工学研究科2019通年
トライボロジー1大学院基幹理工学研究科2019春学期
トライボロジー2大学院基幹理工学研究科2019秋学期
トライボロジー演習A大学院基幹理工学研究科2019春学期
トライボロジー演習B大学院基幹理工学研究科2019秋学期
トライボロジー演習C大学院基幹理工学研究科2019春学期
トライボロジー演習D大学院基幹理工学研究科2019秋学期
トライボロジー研究大学院基幹理工学研究科2019通年
機械科学演習A 大学院基幹理工学研究科2019春学期
機械科学演習B 大学院基幹理工学研究科2019秋学期