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親水性複合材料を用いた低トルク回転軸シールの設計開発

研究課題

研究課題/領域番号 18J11590
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
研究機関熊本大学

研究代表者

本田 拓朗  熊本大学, 大学院自然科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード回転軸シール / 親水性素材 / シールリップ / 繊維強化
研究実績の概要

本研究は,従来の回転軸シールでは適用が困難な防水回転軸仕様に対して,親水性素材からなるシールリップを回転軸シールとして設計開発し,性能評価を行った.
シールリップの主材料として採用したポリビニルホルマール(PVF)は親水性連続多孔質構造を呈し,伸縮性に富む素材である.この素材をシールリップとして用いた場合の長所である,回転軸への密着性と水環境下での境界潤滑性を生かしつつ,低弾性率ゆえの高速回転・高水圧条件下での形状変形を抑制するために繊維強化を行った.強化繊維の選定にあたっては,親水性を示す主材料との材料接着性・親和性を考慮した上で,同様に親水性を示す繊維材料の中からセルロース繊維を候補とした.
繊維長や繊維径の大きさや由来原料の異なるセルロース繊維を準備し,主材料との配合濃度を調製し,材料合成を行った.材料物性値の変化を把握するために各試料片について引張試験を行い,ヤング率を導出した.繊維強化の効果として,約10%前後の弾性率の向上が確認され,重量比10%までは配合濃度に比例して物性値が増加することが示された.繊維のサイズ・形状に関しては,綿花状やパルプ状と比較して繊維サイズの小さいナノセルロース繊維の場合は,配合作業も容易で且つ,材料ムラの少ない均質な材料を獲得できた.
各シールリップ材料について,連続耐久シール性能評価試験を行った.回転停止と加減速を含む両方向回転を周期的に繰り返す条件とし,常時設定水圧0.5MPaを負荷した.比較対象として用いた従来のシールでは機能発揮が困難な条件においても,親水性シールリップからなる回転軸シール(繊維強化なし)についてはシール機能を示し,さらに繊維強化を施したことにより低トルク化と寿命延長を実現した.これまでの実験結果より,ナノセルロース繊維を重量比5%配合したシールリップにおいて摩擦トルク・シール寿命の観点から良好な性能が得られている.

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

報告書

(1件)
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Use of hydrated material for dynamic seal faces in shaft seal2019

    • 著者名/発表者名
      Yuki YOSHIOKA, Takuro HONDA, Keiji KASAMURA, Yuta NAKASHIMA, Hidehiko HIGAKI, Yoshitaka NAKANISHI
    • 雑誌名

      Mechanical Engineering Letters

      巻: 5 号: 0 ページ: 19-00001-19-00001

    • DOI

      10.1299/mel.19-00001

    • NAID

      130007633262

    • ISSN
      2189-5236
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biomimetic Shaft Seal for Ocean Current or Tidal Power Generation2018

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Y, Nakashima Y, Yoshioka Y, Honda T
    • 雑誌名

      2018 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications

      巻: - ページ: 199-204

    • DOI

      10.1109/icrera.2018.8566721

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydrated seal lip for live center in machine tools2018

    • 著者名/発表者名
      Akiyama T, Yoshioka Y, Honda T, Nakashima Y, Nakanishi Y
    • 雑誌名

      Frontiers in mechanical engineering

      巻: -

    • DOI

      10.3389/fmech.2018.00014

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 接触式シールによる防水軸機構の開発 -第1報-2018

    • 著者名/発表者名
      本田拓朗,中島雄太,日垣秀彦,中西義孝
    • 学会等名
      トライボロジー会議2018秋 伊勢
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 高耐圧仕様防水軸封機構の開発2018

    • 著者名/発表者名
      本田拓朗,吉岡祐輝,中島雄太,日垣秀彦,中西義孝
    • 学会等名
      日本機械学会2018年度年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Low-friction composites for seal lips operated in water boundary lubrication2018

    • 著者名/発表者名
      Honda T,Yoshioka Y,Kasamura K,Nakashima Y,Higaki H,Nakanishi Y
    • 学会等名
      The 18th Nordic Symposium on Tribology
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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