2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K03916
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
田中 豊 法政大学, デザイン工学部, 教授 (70179795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂間 清子 青山学院大学, 理工学部, 助教 (70773539)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 油圧 / 作動油 / 気泡 / 体積弾性係数 / 気泡分離除去 / 流れの数値解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
油圧動力伝達システムの作動媒体として用いられる作動油には気泡が含まれており，この気泡はいわゆるスポンジ効果により油の剛性を低下させ，システムの応答性を損ない，振動・騒音や機器破損の原因ともなる．しかしながら，作動油中にどの程度の気泡量が含有していると機器の性能を損ない故障に至るかの定量的な指標は明らかとなっていない．これは現状では，作動油中の気泡含有量を実時間で精度よく測定したり，調整したりすることが極めて難しいためである．
本研究課題の目的は，これまでに申請者らが独自に開発した装置による油中気泡の分離除去技術と作動油中の含有気泡量の測定技術を組み合わせ，作動油中の気泡含有量を高精度で任意に調整できる「高精度な気泡量制御システム」を実現することである．
平成30年度は，油中気泡含有量の調整制御実験用油圧回路を設計し，放気口の開閉に高速電磁弁を設置した構造を持つ気泡分離除去装置および油圧回路配管を製作した．この作動油循環システムを対象に，作動油中に分散した気泡が流入する気泡分離除去回路の流入側ラインと，わずかな作動油を含む分離除去された気泡が流出する放気側ラインや流出側の流れの様子，油流量や気泡量などを測定することで，油中気泡の含有量の調整制御性能を実験的に検討した．また油の剛性の数学モデルを用いた油中気泡含有量の測定方法を実験油圧回路に適用した．
実験の結果，放気口の開閉により油中気泡の含有量の調整が可能であることが明らかとなった．また油の剛性の数学モデルより油中気泡含有量の同定が可能であることも明らかとなった．しかし，気泡含有量が多い場合，既存の実験装置では，数学モデルより同定した気泡含有量の精度には課題があることも明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成30年度は，申請者らが開発した装置による油中気泡の分離除去技術と作動油中の含有気泡量の測定技術を組み合わせ，作動油中の含有気泡量を体積含有率 1 ～ 40 %の範囲で±1 %の目標精度で任意に調整できる高精度な気泡量制御システムを実現し，油中気泡量が要素機器やシステムに与える影響を定量的に明らかにするという本申請課題の目標を達成するために必要な個別の技術成果が得られた．特に気泡分離装置の放気口を開閉することにより，油中の気泡含有量を調整できることが明らかとなったことは，本申請課題の目標の達成に大きな収穫であった．一方，油中の気泡含有量が多い場合（10%以上），提案した油の剛性の数学モデルでは十分な精度で油中気泡含有量を同定できないことが明らかとなり，次年度は，測定装置の改良や数学モデルの修正を行う必要があるという課題も明らかとなった．
なお本申請に関わる高精度な気泡量制御システム手法は研究協力者の企業との共同出願により「エア含有率コントロール」として特許申請を準備中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本申請課題のコア技術として，気泡分離装置の物理パラメータや作動油の流動条件が気泡分離性能に大きな影響を与えることが明らかとなっている．平成31年度（令和元年度）は，これまでの流れの数値解析の研究成果を踏まえ，放気口に開閉部を持つ気泡分離装置による流れの数値解析モデルを新たに構築し，作動油や気泡に見立てた粒径の異なる粒子流れの数値解析を実施して，開閉周期や時間が油中気泡含有量の調整制御性能に与える影響を数値解析的に明らかにする．
また平成30年度に明らかとなった，油中の気泡含有量が多い場合（10%以上），油の剛性の数学モデルでは十分な精度で油中気泡含有量を同定できない課題を解決するため，気泡含有量が多い場合の油を加圧する実験装置を試作し，圧力と体積の変化率から等価体積弾性係数を同定する実験を行い，油の剛性の数学モデルの修正を試みる．新たに構築するこの数学モデルを用いて，油中気泡の含有量を精度よく同定できることを明らかにする．
これらの油中含有気泡量の制御調整方法や精密測定方法の成果を踏まえ，油圧システム内の油中気泡の含有量についての調整精度を評価する．
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| Causes of Carryover |
平成30年度前半で，油中の気泡含有量が多い場合（10%以上）の実験では油の剛性の数学モデルが十分な精度で油中気泡含有量を同定できない課題が見出された．これらの課題を解決するため，新たな数学モデルを構築するにあたり，高精度流量計（KRACHT社製：550千円）を新たに購入する必要が生じた．次年度分で計画した物品費の一部金額と合わせた額により，新たな購入を行う計画のために，次年度使用額（188千円）が生じた．
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