耐圧性能の明確化による安全性と製造コストを両立したガラスセルの製作

• Project/Area Number: 22H04204
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: 2140:Mechanics of materials, production engineering, design engineering, fluid engineering, thermal engineering, mechanical dynamics, robotics, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kato Takuya 東北大学, 多元物質科学研究所, 技術一般職員
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥480,000 (Direct Cost: ¥480,000)
• Keywords: ガラス加工 / ガラスセル / 耐圧試験

Outline of Research at the Start

本研究は、石英ガラスおよびホウケイ酸ガラス製のガラスセルの製作において、設計段階でのＣＡＥによる強度計算ならびに製作した試作品の耐圧測定を行うことで、これまで明確でなかった耐圧性能と適切な製作条件を導く。これにより実験での安全性と材料や製作時間といった製作コストの効率化を図り、実験に最適なガラスセルを設計・製作する。本研究で得られた結果をガラスセルを使用する研究者、製作するガラス加工技術者と共有することで、ガラス加工技術の発展を図る。

Outline of Final Research Achievements

本研究ではガラスセルの製作にあたり、新たに設計段階でCAE（コンピューターによる工学支援システム）による強度計算を取り入れ、ガラスの厚さや溶着箇所の形状などの製作条件を系統的に変化させ、応力シミュレーションを行った。応力の分布や発生する応力の値など、シミュレーションの結果をもとに試作品を製作し、水圧テストポンプによる破壊テストで耐圧性能を明確にすることで、安全性や製作コストが適切な製作条件を導いた。

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究におけるガラスセルの耐圧性能の明確化は、実験での安全性を向上させ、適切な製作条件を導く事を可能とした。これにより実験中の思わぬ怪我や事故の抑制を図るとともに、これまで研究や製作を進めるうえで大きな負担となっていた、材料費や製作時間などの製作コストも軽減させ、研究活動をより活発化し、新たな技術の発展に繋がることが期待され、社会的にも学術的にも意義があることと考える。