2015 Fiscal Year Research-status Report
層流摩擦ポンプの高効率化に向けた設計検討とマイクロ化の実現
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26420808
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡本 光司 東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (70376507)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | マイクロ流体機械 / 層流摩擦ポンプ / 境界層 / 小形ポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，ロータ直径80mmの層流摩擦ポンプを対象に，回転絞り流路を装着した場合の作動試験を継続して行った．前年度の結果より，絞り流路を装着したロータ単体では，事前に行った数値解析の予想通りの効果が得られていたのに対し，システム全体として運転した場合には，予想に反して全体効率が悪くなるという状況にあり，その原因として，（１）ロータを出た後の流路内での損失増加，及び（２）ケーシング抵抗の増大，の２点が考えられ，それらについての確認と検討を行った．
まず，（１）について具体的な検討を進めるために，ロータを出た後のディフューザ及びスクロール部分の流れ場構造を明らかにするために，油膜法及び油点法を用いて流れ場構造を詳細に観察できるように実験装置の改修を行った．これは，前年度に行ったタフト法では，流路の大きさに対してタフトを十分小さくできず，大まかな流れ場しか観察できなかったためである．その結果，回転絞り流路非装着時の性能損失の大きな原因のひとつと考えられていた部分的逆流については，回転絞り流路の装着によって抑制されていたものの，事前に予想されていないような流れの剥離及び巻き込みがスクロール内に生じており，これが効率改善を妨げている可能性があることが明らかとなった．また，回転絞り流路の出口流路高さについて，現在の1mm幅とした場合，流路抵抗損失が予想より大きい可能性があることが分かり，これをパラメタとした追加部品の製作及び実験を行う必要があることが明らかとなった．
一方（２）については，現在ケーシング部の部分的なセットアップ変更などによって，抵抗が大きい部分がある程度絞り込めつつあるが，構造的に直接計測が不可能な部分が多く，引き続き調査が必要である．
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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
今年度は，回転絞り流路を用いた場合の作動試験を進め，流れ場の詳細な計測を実施した点については，予定通りである．一方，ケーシング抵抗の低減については，もう少し時間がかかるものと思われ，そのために微細溝付のディスクの試験を実施できずにいる．
直径10mm程度のロータ試験機については，予定を前倒しして，既に準備を始めている．まず３Dプリンタでの試作を検討するにあたり，構造強度の情報が不足しているため，まずは強度試験用のロータの試作と運転を行うこととし，駆動用のエアスピンドルや強度試験用ロータの設計など，準備を進めている．
以上を総合すると，概ね予定通りの進捗とみなすことができる．
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| Strategy for Future Research Activity |
直径80mmロータの試験機については，今後適切な回転絞り流路の再設計，ケーシング抵抗を低減できるようなケーシング形状の再設計を行い，装置全体としての効率改善を目指す．その後，これにあわせて設計した微細溝付ディスクを組み合わせ，その効果を確かめる．
直径10mm程度のロータ試験機については，まずは３Dプリンタで試作したロータの強度試験を行い，それに基づいてロータの設計試作を行う．一方，ケーシングについては直径80mmのロータ試験機で得られた知見に基づいて設計を行い，装置全体の作動試験を行う．
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| Causes of Carryover |
事前の予想とは異なる流れ場が観察されたため，適切な回転絞り流路形状の決定には追加の試験が必要になったこと，またケーシング抵抗の改善案については抵抗が増大している部分の特定に至っていないことから，装置改修のための再設計に時間がかかっているため，装置改修のために計上していた金額の一部とそれに合わせて使用する計測機器の金額が差額として生じた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験装置の改修及びそれに伴って使用する計測機器（圧力センサなど）の購入に使用する予定である．
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