傾斜スケール磁気粒子流体の生体適合化による先進医工学への新展開

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工業用バルブや医療用シール等のMR流体流動システム設計のための基礎資料を提供することを目的として、磁場下にある最新の商用MR流体の詳細なレオロジー特性とオリジナルな可視化実験、圧力流れ場における矩形流路内流動構造の経時変化の実験解析、さらには、矩形流路内流量遮断特性から磁気機能性および流動制御特性を明らかにした。その結果、以下の結論を得た。1.MR流体の流動曲線や降伏応力の再現性を確認するために、回転粘度計のMR流体試料と接触する回転スピンドルの頂角、円板ギャップ表面粗さによるレオロジー特性への影響を詳細に明らかにした。静的な降伏応力はずり速度が小さい場合、表面粗さがあると滑面に比して大きく、強磁場下でせん断力は平板ギャップが大きいと増加する。これは、棒状クラスター端面と回転スピンドル表面との摩擦力やすべりが影響していると考えられる。2.圧力流れ場における流路内MR流体シールを破壊するためのピストン移動速度を0.5〜5mm/sに大きく変化させるために、平成18年度に製作したMRシールシステムを試作改良した。3.磁場下でピストン駆動速度を変化させた場合のMR流体流路の最上流部、シール下端部の圧力の経時変化により、シール形成による流動遮断、シール崩壊および流動、さらには、シール再形成のシナリオをリアルタイムで明らかにした。いずれのピストン駆動速度においても、印加磁場強度の増加と共にシール耐圧が増加し、その増加率は印加磁場強度の二乗にほぼ比例する。また、ピストン駆動速度の増加に対しても、シール耐圧は著しく増加する。これは、ピストン駆動速度の増加に伴い、磁場作用近傍のシール上流部で強磁性微粒子密度が局所的に増加することにより、より強固なクラスターが形成されたためと考えられる。