JP2007291286A - 防振用ゴム組成物及び自動車サスペンション部品用防振ゴム - Google Patents

Abstract

【課題】低い動倍率と高い硬度を併有する防振用ゴム組成物、及びこれを用いた自動車サスペンション部品用防振ゴムを提供すること。
【解決手段】ゴム材料と繊維状充填材とを含有する防振用ゴム組成物である。繊維状充填材の含有量は、ゴム材料の含有量１００重量部に対して１５〜５０重量部である。繊維状充填材は、平均太さが２〜１００ｎｍであり、且つ平均アスペクト比が２０〜１０００である。
ゴム材料と繊維状充填材とを含有し、繊維状充填材の含有量が、ゴム材料の含有量１００重量部に対して１５〜５０重量部であり、繊維状充填材が、平均太さが２〜１００ｎｍであり、且つ平均アスペクト比が２０〜１０００である防振用ゴム組成物を含有して成る自動車サスペンション部品用防振ゴム。
【選択図】なし

Description

本発明は、防振用ゴム組成物及び自動車サスペンション部品用防振ゴムに係り、更に詳細には、例えば自動車の防振ゴムとして好適に用いられ、低い動倍率と高い硬度を併有する防振用ゴム組成物、及びこれを用いた自動車サスペンション部品用防振ゴムに関する。

振動・騒音対策における防振ゴムの役割は、振動伝達を遮断することである。
一般的には、防振ゴムは、そのばね定数の値が低いほど、即ち防振ゴムが軟らかいほど振動伝達の遮断性能に優れたものとなる。
一方、防振ゴムの役割としては、機械部品等の支持もあり、振動伝達の遮断性能に加えて、機械部品等の支持性能も要求されている。
防振ゴムは、あまりに軟らか過ぎると、機械部品等を支持する際に大きく撓んでしまう。その結果、支持位置が著しく変化し、防振ゴムが適用されている構造物（例えば自動車など）の基本的な性能に悪影響を与えてしまうおそれがある。

このため、一般的に自動車等に用いられる防振ゴムに要求されるばね的特性としては、支持性能、即ち支持剛性を示す静ばね定数が大きく、且つ振動伝導の遮断性能、即ち伝導される振動状態のばね定数である動ばね定数が小さいものが良いということになる。
したがって、上記静ばね定数と動ばね定数の比が小さいほど優れた防振ゴムであり、一般的に防振ゴムの性能は動倍率（動ばね定数／静ばね定数）を指標に表されている。

そこで、従来より、添加する充填材としてカーボンブラックを用い、そのカーボンブラックを改良することなどによって、低い動倍率と高い減衰性を有する防振ゴムや、一定静的弾性率当たりの動倍率が低い防振ゴムが提案されている（特許文献１及び２参照。）。
また、添加する充填材としてメタ型アラミド短繊維を用いることなどによって、静ばね定数が大きく、且つ動倍率の小さい防振ゴムが提案されている（特許文献３参照。）。
特開２０００−２４８１１８号公報 特開２００１−４９１４３号公報 特許第２６０６７６３号明細書

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の防振ゴムにおいては、カーボンブラックを充填材として用いているが、防振ゴムとして性能向上の限界に近づきつつあり、性能向上効果が小さいという問題点があった。
また、上記特許文献３に記載の防振ゴムにおいては、メタ型アラミド短繊維を充填材として用いているが、そのサイズが大きいため、添加量が限られ、補強効果が小さいという問題点があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えば自動車の防振ゴムとして好適に用いられ、低い動倍率と高い硬度を併有する防振用ゴム組成物、及びこれを用いた自動車サスペンション部品用防振ゴムを提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、所定の形状を有する繊維状充填材を所定の割合でゴム材料に含有させることなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の防振用ゴム組成物は、ゴム材料と繊維状充填材とを含有し、該繊維状充填材の含有量が、該ゴム材料の含有量１００重量部に対して１５〜５０重量部であり、該繊維状充填材は、平均太さが２〜１００ｎｍであり、且つ平均アスペクト比が２０〜１０００であることを特徴とする。

また、本発明の自動車サスペンション部品用防振ゴムは、上記本発明の防振ゴム組成物を含有して成ることを特徴とする。

本発明によれば、所定の形状を有する繊維状充填材を所定の割合でゴム材料に含有させることなどとしたため、例えば自動車の防振ゴムとして好適に用いられ、低い動倍率と高い硬度を併有する防振用ゴム組成物、及びこれを用いた自動車サスペンション部品用防振ゴムを提供することができる。

以下、本発明の防振用ゴム組成物について詳細に説明する。
上述の如く、本発明の防振用ゴム組成物は、ゴム材料と繊維状充填材とを含有し、該繊維状充填材の含有量が、該ゴム材料の含有量１００重量部に対して１５〜５０重量部であり、該繊維状充填材は、平均太さが２〜１００ｎｍであり、且つ平均アスペクト比が２０〜１０００であるものである。
このような防振用ゴム組成物は、低い動倍率と高い硬度を併有するものとなり、例えば自動車の防振ゴムとして好適に用いることができる。

まず、本発明においては、繊維状充填材の含有量が、ゴム材料の含有量を１００重量部としたときに１５〜５０重量部であることを要する。繊維状充填材の含有量が、ゴム材料の含有量を１００重量部としたときに１５重量部未満の場合には、動倍率と硬度が十分なものとならない。一方、繊維状充填材の含有量が、ゴム材料の含有量を１００重量部としたときに５０重量部を超える場合には、動倍率が低いものとならない。

また、本発明においては、繊維状充填材の含有量が、ゴム材料の含有量を１００重量部としたときに２０〜４０重量部であることが好ましく、２０〜３０重量部であることがより好ましい。繊維状充填材の含有量をこのような範囲とすると、得られる防振用ゴム組成物の硬度に対し、動倍率の低減効果が大きくなり易く、より好ましい場合がある。

次に、本発明においては、繊維状充填材の平均太さが２〜１００ｎｍであることを要する。繊維状充填材の平均太さが２ｎｍ未満の場合には、充填材の曲げ剛性が低いため、繊維状充填材が分散しにくくなり、十分な特性がでない。一方、繊維状充填材の平均太さが１００ｎｍを超える場合には、補強効果は大きく、硬度は高くなるが、動倍率が低いものとならない。低い動倍率と高い硬度を併有させ得るという観点からは、１０〜５０ｎｍであることが好ましく、１０〜３０ｎｍであることがより好ましい。

次に、本発明においては、該繊維状充填材は、平均アスペクト比が２０〜１０００であることを要する。繊維状充填材の平均アスペクト比（平均長さ／平均太さ）が２０〜１０００の場合には、粒状グラファイトの凝集体であるカーボンブラックや、繊維径の太いアラミド繊維などよりも少ない添加量で効果的に補強することができ、高い硬度を有する防振用ゴム組成物となる。
そして、組成物内に占める繊維状充填材の体積が小さくなるため、相対的にゴム材料の占める体積が大きくなり、ゴム材料自体の低動倍率を保持しやすく、低い動倍率を有する防振用ゴム組成物となる。
このような観点からは、該繊維状充填材は、平均アスペクト比が５０〜５００であることが好ましい。

また、本発明においては、繊維状充填材の平均長さが１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下であることがより好ましい。繊維状充填材の平均長さが１０μｍを超える場合には、動倍率が低減し難い場合がある。これは、繊維状充填材の剛直さや、充填材同士の絡まりに起因するものと推定される。

更に、本発明においては、繊維状充填材としては、上記の形状的な特徴を有するものであれば、ナノチューブやナノファイバー、針状結晶の種類やその材質など特に限定されるものではなく、例えば、酸化インジウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン等の酸化物のナノチューブ、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属のナノチューブなどを用いることもできる。
入手容易性などを考慮すると、カーボンナノチューブ、イモゴライトナノチューブ、イモゴライトナノファイバー、ベーマイト針状結晶、窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素炭素ナノチューブ、炭化ケイ素ナノファイバー、シリカナノチューブ又はシリカナノファイバーを用いることが好ましく、これらを単独で又は複数組合わせて用いることができる。

また、本発明においては、繊維状充填材としてカーボンナノチューブを用いる場合には、その平均太さが１０〜１００ｎｍのものを用いることが好ましい。
カーボンナノチューブは、他のナノチューブに比較すると比重が小さい傾向にあり、これを用いた場合には防振用ゴム組成物を軽量化することができる。また、平均太さが１０ｎｍ未満の場合には、カーボンナノチューブが凝集し易いため、防振用ゴム組成物を作製する際に分散させて含有させることが難しく、十分な補強をすることができず、高い硬度を有する防振用ゴム組成物が得難くなることがある。一方、平均太さが１００ｎｍを超える場合には、上述したように、補強効果は大きく、硬度は高くなるが、動倍率が低いものとならない。
このような観点から、その平均太さは、１０〜５０ｎｍであることがより好ましく、１０〜３０ｎｍであることが更に好ましい。

更に、本発明において、繊維状充填材としてカーボンナノチューブを用いる場合には、そのカーボンナノチューブの外形が、ほぼ直線状であることが望ましい。
ここで、「外形がほぼ直線状のカーボンナノチューブ」とは、カーボンナノチューブの形状が円筒形である場合、即ちカーボンナノチューブの軸が直線である場合に限られず、その一部に若干湾曲ないし屈曲した部位を有していてもよいことを意味する。
また、「若干湾曲ないし屈曲した」とは、カーボンナノチューブの軸の複数の任意の位置において、そのカーボンナノチューブの軸の一部を円弧とみなす円をそれぞれ仮定した場合に、その半径が最小の円における曲率半径が当該カーボンナノチューブの平均太さの１５倍以上であることをいい、好ましくは２０倍以上であることをいう。
また、カーボンナノチューブとして、外形がほぼ直線状のものを適用した場合には、より少ない添加量で硬度を高めることができる。これは、外形がほぼ直線状のカーボンナノチューブの方が硬度を高める効果が優れているためと考えられる。

一般に、カーボンナノチューブには、例えば、アーク放電法により作製したカーボンナノチューブのように、外形がほぼ直線状であるものや、ＣＶＤ法により作製した大抵の多層カーボンナノチューブのように、軸が曲線的な部位を有する（曲がった部位を有する）円筒形に近いものがある。
したがって、本発明において、繊維状充填材としてカーボンナノチューブを用いる場合には、アーク放電法により作製されたカーボンナノチューブを用いることが望ましい。

更にまた、本発明においては、ゴム材料として天然ゴムを用いることが望ましいが、必ずしもこれに限定されるものではない。天然ゴムは、防振ゴムの材料として強度や耐久性の性能が優れている。
また、上述の如き所定の繊維状充填材との相性が良く、従来のカーボンブラックを混練する場合と同様の手法で所定の繊維状充填材を混練することができ、所望の硬度及び動倍率を併有する防振用ゴム組成物を得ることができる。

次に、本発明の自動車サスペンション部品用防振ゴムについて詳細に説明する。
上述の如く、本発明の自動車サスペンション部品用防振ゴムは、上記本発明の防振用ゴム組成物を含有して成るものである。
上記防振用ゴム組成物は、例えば、従来から自動車などの構造物において防振ゴムが適用されている部分に適用することができるが、比較的高い硬度を必要とする自動車サスペンション周りの自動車サスペンション部品用防振ゴムとして好適に用いることができる。
自動車サスペンション部品用防振ゴムとしては、硬度が６０以上、具体的には、６０〜８０であることが好ましい。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ゴム材料として用いる天然ゴム（ＲＳＳ＃１）１００重量部に対して、酸化亜鉛（三井金属鉱業社製）を５重量部、アロマオイル（出光興産社製、アロマックス３）を５重量部、ステアリン酸（日本油脂社製）を１．５重量部、老化防止剤（大内新興化学社製、３Ｃ）を１重量部、老化防止剤（大内新興化学社製、ＴＭＤＱ）を１重量部、促進剤（大内新興化学社製、ＣＢＳ）を１重量部、硫黄（川越化学社製）を２重量部、マイクロクリスタリンワックス（大内新興化学社製）を１．５重量部、繊維状充填材として用いるカーボンナノチューブ（Ｓｈｅｎｚｅｎ Ｎａｎｏｔｅｃｈ Ｐｏｒｔ社製、Ｌ−ＭＷＣＮＴ−２０４０）を１５重量部の割合となるように添加して、混練し、１５０℃で１５分間加熱し、加硫して、本例の防振用ゴム組成物を得た。配合割合を表１に示す。

（実施例２〜７及び比較例１〜６）
表１に記載の配合割合となるようにした以外は、実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の防振用ゴム組成物を得た。
なお、上記各例の繊維状充填材の平均太さ、平均長さ及び曲率半径は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた観察によって測定した。測定値を配合割合と共に表１に示す。

また、実施例７において用いたベーマイト製の繊維状充填材は下記の要領で作製した。
まず、機械攪拌機を備えたポリテトラフルオロエチレン製ビーカーに塩化アルミニウム六水和物（１．０ｍｏｌ／Ｌ、４０ｍＬ、２５℃）を投入し、恒温槽で１０℃に保ちつつ、撹拌速度７００ｒｐｍで撹拌しながら、水酸化ナトリウム（５．１０ｍｏｌ／Ｌ、４０ｍＬ、２５℃）を約６分かけて滴下した。滴下終了後、更に１０分間撹拌し、撹拌終了後、溶液のｐＨを測定した。ｐＨは７．０８であった。
溶液をポリテトラフルオロエチレン製ライナーを備えたオートクレーブに投入して密栓し、オーブンで１２０℃、２４時間経時させた（第１の熱処理）。その後、オートクレーブをオイルバスへ移し、オイルバスで１８０℃、３０分間加熱した（第２の熱処理）。その後、オートクレーブを流水へ入れ、急速冷却（約１０℃）をした（第３の熱処理）。その後、オートクレーブを再びオーブンへ入れ、オーブンで１５０℃、１日間加熱した（第４の熱処理）。その後、オートクレーブを流水で冷やし、遠心分離（３００００ｒｐｍ、３０分間）で上澄みを除去し、遠心水洗３回、水／メタノール混合溶液（体積比：水／メタノール＝０．５／９．５）遠心洗浄を１回行なった。その後、凍結乾燥機を用いて乾燥させることにより無色結晶を得た。この無色結晶は、X線回折の結果、ベーマイトであることが判明した。また、ＴＥＭを用いて結晶のサイズを調べたところ、長軸長さ：１２０ｎｍ±３ｎｍ、短軸長さ：５ｎｍ±０．６ｎｍであり、アスペクト比が２４の針状であることが判明した。

［性能評価］
（硬さ評価）
ＪＩＳ Ｋ６２５３「加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの硬さ試験方法」により、硬さを測定した。得られた結果を表２に示す。

（動倍率評価）
上記各例の防振用ゴム組成物について、ＲＳＡ−ＩＩ［レオメトリックス社製］を用い、下記の条件で、動的弾性率（Ｅｄ１００）を測定した。また、ＪＩＳ Ｋ６３８５「防振ゴムの試験方法」により、静的弾性率（Ｅｓ）を測定した。そして、動倍率を次式（１）
（動倍率）＝（動的弾性率（Ｅｄ１００））／（静的弾性率（Ｅｓ））…（１）
から算出した。得られた結果を表２に併記する。

（動的弾性率測定条件）
・試験片 ：ＪＩＳ Ｋ６２５１の７号ダンベル
・周波数 ：１００Ｈｚ
・動的歪率 ：０．１％
・温度 ：室温

表２より、本発明の実施例に係る防振用ゴム組成物は、同等の硬さを有する比較例に係る防振用ゴム組成物に比べ、動倍率を下げることが分かる。
従って、本発明の防振用ゴム組成物は、要求性能に見合った硬度を出しつつ、動倍率を下げることが可能であり、高い防振性能を発揮することができる。
また、図１は、上記各例と参考例（特許文献１の実施例）とについての硬さと動倍率の関係を示すグラフである。同図に示すように、参考例と比較して、本発明の範囲に属する実施例１〜７は、低い動倍率と高い硬度を併有することが分かり、実施例１〜７の防振用ゴム組成物は、支持部材を支える剛性に優れていると共に、振動遮断特性に優れていることが分かる。
現時点においては、低い動倍率と高い硬度の双方の観点から、実施例５が最も良好な結果をもたらすものと思われる。

各例と参考例とについての硬さと動倍率の関係を示すグラフである。

Claims (8)

1. ゴム材料と繊維状充填材とを含有する防振用ゴム組成物であって、
   上記繊維状充填材の含有量が、上記ゴム材料の含有量１００重量部に対して１５〜５０重量部であり、
   上記繊維状充填材は、その平均太さが２〜１００ｎｍであり、且つその平均アスペクト比が２０〜１０００である、ことを特徴とする防振用ゴム組成物。
2. 上記繊維状充填材の含有量が、上記ゴム材料の含有量１００重量部に対して２０〜４０重量部であることを特徴とする請求項１に記載の防振用ゴム組成物。
3. 上記繊維状充填材は、その平均長さが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の防振用ゴム組成物。
4. 上記ゴム材料は、天然ゴムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の防振用ゴム組成物。
5. 上記繊維状充填材は、カーボンナノチューブ、イモゴライトナノチューブ、イモゴライトナノファイバー、ベーマイト針状結晶、窒化ホウ素ナノチューブ、窒化ホウ素炭素ナノチューブ、炭化ケイ素ナノファイバー、シリカナノチューブ、シリカナノファイバーから成る群より選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の防振用ゴム組成物。
6. 上記繊維状充填材は、平均太さが１０〜１００ｎｍのカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の防振用ゴム組成物。
7. 上記カーボンナノチューブの外形が、ほぼ直線状であることを特徴とする請求項５又は６に記載の防振用ゴム組成物。
8. 請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の防振用ゴム組成物を含有して成ることを特徴とする自動車サスペンション部品用防振ゴム。

Images