2015 Fiscal Year Research-status Report
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
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26420087
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
富岡 淳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (40217526)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮永 宜典 関東学院大学, 理工学部, 講師 (00547060)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トライボロジー / メカニカルシール / 人工心臓 / 血液 / もれ量特性 / 摩擦特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成27年度は，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を行うために，実験的研究と理論的研究の2方面から取り組んだ．以下に，それぞれの概要をまとめる．
実験的研究においては，血液が血球成分および血漿成分から構成されることを考慮し，それぞれの成分の漏れ特性を明らかにする新しい漏れ量測定法を提案した．また，漏れ特性，摩擦特性および密封血液の溶血特性を明らかにし，血液の密封メカニズムについて考察した．さらに，定常流型補助人工心臓におけるメカニカルシールは，血液とC.W.を分離する液々分離型であることを考慮し，密封血液がしゅう動面に占める割合を実験的に求める手法を提案した．
理論的研究においては，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することを目的とする．平均流モデルは，しゅう動面における表面粗さの影響を流量係数に集約し，表面粗さ分布の設計指針を確率論的に得ることができるが，Patirの平均流モデルは平行なしゅう動面間において表面粗さの影響を十分に評価することができない．本研究においては，側方漏れと粗面の相対運動によって生じる付加的な圧力を表す係数を定義することによってこの課題を解決し，Patirの平均流モデルにおける流量係数と比較した．また，表面粗さ分布における自乗平均粗さ，歪みおよび尖りの値が流量係数に及ぼす影響を明らかにし，これらの統計量が示す表面粗さ形状の物理的な意味と流量係数の関係について考察した．さらに，平均流モデルにおいて，しゅう動面を構成する2面のそれぞれの表面粗さ分布を考慮する場合の流量係数の算出法を検討した．
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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
研究実績の概要でも述べたように，本研究は実験的研究と理論的研究の2方面から取り組んでいる．
まず，理論的研究の達成度としては，血球成分および血漿成分それぞれの成分の漏れ特性を明らかにする新しい漏れ量測定法を提案し，実験よりそのもれ量を定量的に測定した．本研究の成果を，2015年9月に開催された国際会議（International Tribology Conference, TOKYO 2015）で発表した．
一方，理論的研究の達成度としては，新しい平均流モデルを確立することを目的として，しゅう動面における表面粗さの影響を流量係数に集約し，表面粗さ分布の設計指針を確率論的に得ることに加えて，さらに側方漏れと粗面の相対運動によって生じる付加的な圧力を表す係数を定義することによってこの課題を解決した．本研究の成果は，現在発表準備中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は，平成26，27年度の得られた成果を基にして，しゅう動面における双方向もれ特性を明らかにする．
実験的研究においては，しゅう動面には血液と冷却水であるクーリングウォータが混在しているため，このメカニカルシールでは血液からクーリングウォータ側へのもれ量とクーリングウォータから血液側へのもれ量の双方向のもれが存在する．そのそれぞれのもれ量をイオンクロマトグラフィを用いた実験により定量的に把握する．次に，血液シール下特有の付着性生物の有無や摩耗特性を明らかにする．実験前後のしゅう動面のSEMによる表面観察および表面分析を行い，血液シール下特有の生成物や摩耗特性を明らかにする．
理論的研究においては，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する．
最後に，本研究の最終目的である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最少化の設計を行う．そのためには．ここまでに得られた結果を総合的に判断して行う必要がある．そのため，平成26，27年度に実施した研究すべてにおいて表面粗さをパラメータともれ量に着目し，その影響を明らかにしながら行う．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う．
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| Causes of Carryover |
本年度使用可能であった予算額（Ｂ）3,482,445円に対し，残額（Ａ）は31,563円であり，予算額に対する残額の割合は0.9％であり，1％以下である．これは，赤字にならない程度に全額を使ったとみなしてよい程度と判断している．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
上記残額と平成28年度分として請求した助成金を合わせた予算額で，平成28年度に計画している実験に必要な器具や消耗品を購入するとともに，理論解析で必要な設備を補充する計画である．さらに，本助成金で得られた成果を日本および海外の学会において発表し，また論文として残すために使用する予定である．
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