JP2010185577A - Colloidal damper - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、密閉空間にシリカゲル等の多孔質体と液体とを混在させて封入して、多孔質体の細孔へ液体を流出入させて機械的エネルギを消失させるようにしたコロイダルダンパに関する。 The present invention relates to a colloidal damper in which a porous body such as silica gel and a liquid are mixed and sealed in a sealed space so that the liquid flows into and out of the pores of the porous body to lose mechanical energy.
例えば国際公開第96/18040号パンフレット及び国際公開第01/55616号パンフレットに記載されているコロイダルダンパは、その動作周波数レンジが広い等の従来の流体ダンパと異なる種々の好ましい特性を有しているので、種々の分野への応用が期待されている。 For example, colloidal dampers described in WO 96/18040 pamphlet and WO 01/55616 pamphlet have various preferable characteristics different from conventional fluid dampers such as a wide operating frequency range. Therefore, application to various fields is expected.
しかしながら、コロイダルダンパは、液体の表面張力に抗して多孔質体の細孔へ液体を流入させて機械的エネルギを消失させるという新規な原理を利用したものであるために、その機械的エネルギの消失効率については未だよく解明されていないのが現状である。 However, the colloidal damper uses a novel principle that the liquid is allowed to flow into the pores of the porous body against the surface tension of the liquid and the mechanical energy is lost. The current situation is that the disappearance efficiency is not well understood.
本出願人は、容器と、この容器内に収容されていると共に多数の細孔を有した多孔質体と、容器内に多孔質体と混在して収容されていると共に無加圧時において実質的に多孔質体の細孔への流入が排除される一方、加圧時において多孔質体の細孔へ流入する液体と、減衰させるべき往復動力を液体に伝達して当該液体を減圧する伝達手段とを具備していると共に機械的エネルギを効率よく吸収できるコロイダルダンパを先に提案した(特願2002−204617号)。 The applicant of the present invention has a container, a porous body that is accommodated in the container and has a large number of pores, and is mixed with the porous body in the container and is substantially non-pressurized. In general, the flow into the pores of the porous body is eliminated, while the liquid flowing into the pores of the porous body at the time of pressurization and the reciprocating power to be attenuated are transmitted to the liquid and the liquid is depressurized. And a colloidal damper that can absorb mechanical energy efficiently (Japanese Patent Application No. 2002-204617).
提案に係るコロイダルダンパでは、液体として、水、不凍液、極性流体、水銀、溶融鉛等を含む溶融金属、溶融ウッドメタル等を含む溶融合金、溶融塩及び溶融フラックスを用いた。 In the proposed colloidal damper, water, antifreeze, polar fluid, molten metal including mercury, molten lead, molten alloy including molten wood metal, molten salt, and molten flux were used as the liquid.
ところで、用いる液体としては経済性、利用容易性の観点からは水が好ましいのであるが、水は通常0℃で凍結するために、液体として水を用いたコロイダルダンパは低温下では正常に動作しなくなる虞がある。 By the way, although water is preferable as a liquid to be used from the viewpoint of economy and ease of use, since water usually freezes at 0 ° C., a colloidal damper using water as a liquid operates normally at low temperatures. There is a risk of disappearing.
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、コロイダルダンパにおいて液体として水を用いても当該水に一定量以下のある種の不凍剤を混入させることにより−40℃までの低温下でも正常に動作することを見出したのであり、そこで本発明の目的とするところは、高い消散エネルギ効率ηを得ることができる上に経済性、利用容易性に優れて、しかも、低温下でも正常に動作させることのできるコロイダルダンパを提供することにある。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that even when water is used as a liquid in a colloidal damper, a certain amount of a certain amount of antifreeze is mixed into the water, even at low temperatures up to −40 ° C. Therefore, the object of the present invention is to obtain a high dissipative energy efficiency η and to be economical and easy to use, and to operate normally even at low temperatures. It is to provide a colloidal damper that can be used.
本発明の第一の態様のコロイダルダンパは、容器と、この容器と協働して容器内に密閉空間を形成すると共に容器に往復動自在に案内支持されたピストンと、密閉空間に収容されていると共に多数の細孔を有した多孔質体と、密閉空間に多孔質体と混在して収容されていると共に減圧において多孔質体の細孔から流出する一方、増圧において多孔質体の細孔へ流入する液体とを具備しており、ここで、液体は、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種以上を多くとも50容量%混入させた水からなる。 The colloidal damper according to the first aspect of the present invention is accommodated in a sealed container, a piston that cooperates with the container to form a sealed space in the container, and is guided and supported by the container so as to be able to reciprocate. In addition, the porous body having a large number of pores and the porous body are mixedly accommodated in the sealed space and are discharged from the pores of the porous body at a reduced pressure, while the porous body is reduced at a pressure increase. Where the liquid consists of water mixed with at least 50% by volume of at least one selected from ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin.
第一の態様のコロイダルダンパによれば、液体がエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種以上を多くとも50容量%混入させた水からなるために、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種が水に対する不凍剤となり、一つの実施例によれば最大で−40℃近辺までの低温下でも液体が凍結しないようになり、而して、低温下でも正常に動作させることのできる上に液体として主に水を用いるために経済性、利用容易性に優れ、加えて、主に水の表面張力を利用できるために高い消散エネルギ効率ηを得ることができる。 According to the colloidal damper of the first aspect, since the liquid is composed of water mixed with at least 50% by volume of at least one selected from ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin, ethanol, ethylene glycol, propylene At least one selected from glycol and glycerin is an antifreeze for water, and according to one embodiment, the liquid does not freeze even at low temperatures up to around −40 ° C. Thus, even at low temperatures In addition to being able to operate normally, water is mainly used as a liquid, so it is excellent in economic efficiency and ease of use. In addition, since the surface tension of water can be mainly used, high dissipation energy efficiency η can be obtained. it can.
例えば、エタノールを水に50容量%混入させた場合には、−32℃近辺までの低温下でも液体が凍結しないようになるが、エタノールの20℃での表面張力σが22.8mN/mであって水の20℃での表面張力σ(=72.8mN/m)よりもかなり小さいために消散エネルギ効率ηが他の不凍剤であるエチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンよりも低くなる。 For example, when 50% by volume of ethanol is mixed in water, the liquid does not freeze even at a low temperature around −32 ° C., but the surface tension σ of ethanol at 20 ° C. is 22.8 mN / m. Therefore, the dissipative energy efficiency η is lower than other antifreezes such as ethylene glycol, propylene glycol and glycerin because it is much smaller than the surface tension σ (= 72.8 mN / m) of water at 20 ° C.
また、エチレングリコールを水に50容量%混入させた場合には、−35℃近辺までの低温下でも液体が凍結しないようになるが、エチレングリコールの20℃での表面張力σが48.4mN/mであってエタノールよりかなり大きいために消散エネルギ効率ηがエタノールよりも高くなる。 Further, when 50% by volume of ethylene glycol is mixed in water, the liquid does not freeze even at a low temperature around −35 ° C., but the surface tension σ of ethylene glycol at 20 ° C. is 48.4 mN / Since m is much larger than ethanol, the dissipated energy efficiency η is higher than ethanol.
一方、プロピレングリコールを水に50容量%混入させた場合には、エタノールと同様に−32℃近辺までの低温下でも液体が凍結しないようになるが、プロピレングリコールの20℃での表面張力σが42.3mN/mであってエタノールよりかなり大きくエチレングリコールとほぼ同等であるために消散エネルギ効率ηがエタノールよりも高く、エチレングリコールとほぼ同等である。 On the other hand, when 50% by volume of propylene glycol is mixed in water, the liquid does not freeze even at a low temperature around −32 ° C. like ethanol, but the surface tension σ of propylene glycol at 20 ° C. Since it is 42.3 mN / m, which is considerably larger than ethanol and almost equivalent to ethylene glycol, the dissipated energy efficiency η is higher than ethanol and is almost equivalent to ethylene glycol.
グリセリンを水に50容量%混入させた場合には、−40℃近辺までの低温下でも液体が凍結しないようになり、グリセリンの20℃での表面張力σが63.4mN/mであってエタノール、エチレングリコール及びプロピレングリコールよりかなり大きく水とほぼ同等であるために消散エネルギ効率ηが他の不凍剤であるエタノール、エチレングリコール及びプロピレングリコールと比較してもっとも高く、水とほぼ同等の消散エネルギ効率ηが得られ、斯かる意味において不凍剤としてグリセリンがもっとも好ましい。 When 50% by volume of glycerin was mixed in water, the liquid did not freeze even at low temperatures up to around −40 ° C., and the surface tension σ of glycerin at 20 ° C. was 63.4 mN / m. Because it is much larger than ethylene glycol and propylene glycol and almost equivalent to water, the dissipation energy efficiency η is the highest compared to other antifreezes such as ethanol, ethylene glycol, and propylene glycol, and almost equal to water. Efficiency η is obtained, and glycerin is most preferred as an antifreeze in this sense.
液体は、本発明の第二の態様のコロイダルダンパのように、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種以上を多くとも40容量%含ませた水溶液からなっており、斯かるコロイダルダンパによれば、液体の凍結温度が−23℃付近となって上昇する一方、消散エネルギ効率ηが高くなる結果、消散エネルギ効率ηを重視する観点からは第二の態様のコロイダルダンパのようにすることが好ましい。 The liquid is an aqueous solution containing at least 40% by volume of at least one selected from ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin, like the colloidal damper of the second aspect of the present invention. According to the colloidal damper, while the freezing temperature of the liquid rises to around −23 ° C., the dissipated energy efficiency η increases. As a result, from the viewpoint of placing importance on the dissipated energy efficiency η, It is preferable to make it.
本発明の第三の態様のコロイダルダンパでは、多孔質体の細孔を規定する表面は液体に対して疎液性を有しており、多孔質体と液体とは、多孔質体の細孔の容積をVPとし、液体の体積をVLとすると、その比VP/VLが0.2以上であって2.5以下の範囲をもって密閉空間に収容されている。 In the colloidal damper according to the third aspect of the present invention, the surface defining the pores of the porous body is lyophobic with respect to the liquid, and the porous body and the liquid are the pores of the porous body. the volume and V P, when the volume of the liquid and V L, the ratio V P / V L are accommodated in the closed space with the range a to 2.5 or less than 0.2.
コロイダルダンパにおいて消散エネルギ効率ηは、密閉空間に収容された多孔質体の細孔の容積と液体の体積との比に依存し、多孔質体の細孔の容積をVPとし、液体の体積をVLとすると、比VP/VLが0.2以上であって2.5以下であると高い消散エネルギ効率ηが得られる。 The dissipated energy efficiency η in colloidal damper, depending on the ratio between the pore volume and the volume of liquid contained porous body in a closed space, the pore volume of the porous body and V P, the volume of the liquid the When V L, the ratio V P / V L is the high dissipated energy efficiency of 2.5 a from 0.2 to less η is obtained.
比VP/VLが0.2よりも小さくなると、急激に消散エネルギ効率ηが悪くなり、比VP/VLが2.5を超えても消散エネルギ効率ηの向上を期待し難く、却って大きな往動距離を得ることができない結果、例えば大振幅の機械的振動エネルギを効率よく吸収することができなくなる。 When the ratio V P / V L is smaller than 0.2, the dissipated energy efficiency η suddenly deteriorates, and even if the ratio V P / V L exceeds 2.5, it is difficult to expect improvement in the dissipated energy efficiency η. On the other hand, as a result of not being able to obtain a large travel distance, for example, mechanical vibration energy with a large amplitude cannot be absorbed efficiently.
本発明の第四の態様のコロイダルダンパのように、比VP/VLが0.35以上であって1.5以下の範囲にあれば、より高い消散エネルギ効率ηを得ることができる上に、比較的大きな振幅の振動エネルギを吸収することができて好ましく、本発明の第五の態様のコロイダルダンパのように、比VP/VLが実質的に1であると、大きな振幅の振動を最大の消散エネルギ効率ηをもって減衰させることができる。 As in the colloidal damper of the fourth aspect of the present invention, when the ratio V P / V L is in the range of 0.35 or more and 1.5 or less, higher dissipated energy efficiency η can be obtained. It is preferable that vibration energy with a relatively large amplitude can be absorbed, and when the ratio V P / V L is substantially 1 as in the colloidal damper according to the fifth aspect of the present invention, The vibration can be damped with maximum dissipation energy efficiency η.
多孔質体は、その表面における細孔の平均径(直径)をd1とすると、本発明の第六の態様のコロイダルダンパのように、細孔の平均径d1の10倍以上であって10000倍以下の範囲にある平均径(直径)d2を有する略球形粒状体からなっていると好ましく、本発明の第七の態様のコロイダルダンパのように、細孔の平均径d1の100倍以上であって5000倍以下の範囲にある平均径d2を有する略球形粒状体からなっているとさらに好ましい。具体的な例を示すと、富士シリシア化学社製の「Sylosphere C1504」(商品名)の平均径d2は4.0μm、平均径d1は13.4nmであり、富士シリシア化学社製の「Chromatorex BU0020」(商品名)の平均径d2は19.9μm、平均径d1は10.5nmであり、鈴木油脂工業社製の「ゴッドボールB−6C」(商品名)の平均径d2は2.3μm、平均径d1は13.1nmであり、鈴木油脂工業社製の「ゴッドボールB−25C」(商品名)の平均径d2は13.0μm、平均径d1は13.1nmである。 When the average diameter (diameter) of the pores on the surface is d1, the porous body is not less than 10 times the average diameter d1 of the pores and 10000 times as in the colloidal damper of the sixth aspect of the present invention. It is preferably made of a substantially spherical granular material having an average diameter (diameter) d2 in the following range, and is 100 times or more the average diameter d1 of the pores as in the colloidal damper of the seventh aspect of the present invention. More preferably, it is made of a substantially spherical granular material having an average diameter d2 in the range of 5000 times or less. As a specific example, “Sylosphere C1504” (trade name) manufactured by Fuji Silysia Chemical Co. has an average diameter d2 of 4.0 μm and an average diameter d1 of 13.4 nm, and “Chromatorex BU0020 manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd.” (Trade name) has an average diameter d2 of 19.9 μm and an average diameter d1 of 10.5 nm, and “God Ball B-6C” (trade name) manufactured by Suzuki Oil & Fats Co., Ltd. has an average diameter d2 of 2.3 μm. The average diameter d1 is 13.1 nm, and “God Ball B-25C” (trade name) manufactured by Suzuki Oil & Fat Co., Ltd. has an average diameter d2 of 13.0 μm and an average diameter d1 of 13.1 nm.
多孔質体は、本発明の第八の態様のコロイダルダンパのように、複数個の略球形粒状体の塊であってよく、この場合、この塊が少なくとも一個密閉空間に収容されていてもよく、これに代えて、多孔質体は、本発明の第九の態様のコロイダルダンパのように、密閉空間に分散して収容されている複数個の略球形粒状体からなっていてもよい。 The porous body may be a mass of a plurality of substantially spherical granular materials, like the colloidal damper of the eighth aspect of the present invention, and in this case, at least one mass may be accommodated in the sealed space. Instead of this, the porous body may be composed of a plurality of substantially spherical particles dispersedly housed in a sealed space, like the colloidal damper of the ninth aspect of the present invention.
多孔質体の細孔は、多孔質体内においてラビリンス(迷路)を構成するように配されていてもよいが、好ましくエネルギを消散させるには、多孔質体は、細孔の平均径d1よりも大きな径を有する少なくとも一個の中空部を有して、斯かる中空部に細孔が連通していることが好ましく、特に、本発明の第十の態様のコロイダルダンパのように、多孔質体は中空部を有した略球形粒状体からなり、細孔は、中空部を有した略球形粒状体において一端で中央中空部に開口し他端で略球形粒状体外に開口しているとよく、また斯かる多孔質体において、細孔は、本発明の第十一の態様のコロイダルダンパのように、中空部から放射方向に伸びているとよい。前者のラビリンス構造を有するものとしては、前述の富士シリシア化学社製の「Sylosphere」が、後者の中空部構造を有するものとしては、前述の鈴木油脂工業社製の「ゴッドボール」が例示される。 The pores of the porous body may be arranged so as to constitute a labyrinth (maze) in the porous body. However, in order to dissipate energy preferably, the porous body is smaller than the average diameter d1 of the pores. It is preferable to have at least one hollow part having a large diameter, and the pores communicate with the hollow part.In particular, like the colloidal damper of the tenth aspect of the present invention, the porous body is It consists of a substantially spherical granule having a hollow part, and the pore is preferably opened to the central hollow part at one end and to the outside of the substantially spherical granule at the other end in the substantially spherical granule having a hollow part. In such a porous body, the pores may extend radially from the hollow portion as in the colloidal damper of the eleventh aspect of the present invention. Examples of the former having the labyrinth structure include “Sylosphere” manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., and examples of the latter having the hollow structure include “God Ball” manufactured by Suzuki Yushi Kogyo Co., Ltd. .
本発明におけるコロイダルダンパの好ましい使用例では、通常、加圧された液体がその表面張力に抗して多孔質体の細孔に流入しており、液体が減圧されると、多孔質体の細孔に流入していた液体はその表面張力により多孔質体の細孔から流出するのであるが、高い消散エネルギ効率ηを得るためには、液体の細孔への流出入において、細孔を規定する多孔質体の表面を液体がスリップして連続的に流れることが好ましく、したがって、本発明の第十二の態様のコロイダルダンパのように、液体分子の平均自由行程をLpとすると、多孔質体の細孔は、クヌーセン数Kn=Lp/(d1・1/2)が0.01よりも大きく、0.1よりも小さくなる平均径d1を有していると好ましい結果が得られる。 In a preferred use example of the colloidal damper in the present invention, the pressurized liquid usually flows into the pores of the porous body against its surface tension, and when the liquid is depressurized, the fineness of the porous body is reduced. The liquid that has flowed into the pores flows out of the pores of the porous body due to the surface tension, but in order to obtain high dissipation energy efficiency η, the pores are defined in the flow of the liquid into and out of the pores. It is preferable that the liquid slips and continuously flows on the surface of the porous body. Therefore, as in the colloidal damper of the twelfth aspect of the present invention, when the mean free path of the liquid molecule is Lp, Preferred results are obtained when the body pores have an average diameter d1 where the Knudsen number Kn = Lp / (d1 · 1/2) is greater than 0.01 and less than 0.1.
換言すれば、多孔質体の細孔の平均径d1は、0.01よりも大きく、0.1よりも小さい値のクヌーセン数Kn=Lp/(d1・1/2)となるように、液体との関連で決定するのがよい。 In other words, the average diameter d1 of the pores of the porous body is a liquid so that the Knudsen number Kn = Lp / (d1 · 1/2) is larger than 0.01 and smaller than 0.1. It is better to decide in relation to
細孔を規定する多孔質体の表面は、液体の細孔に対する流出入において濡れないこと、換言すれば、疎液性を有していることが、液体の細孔に対する流出入の可逆性を得る上で好ましいのであり、本発明では多孔質体として主として水を含んだ液体に対して疎液性を有する多孔質PTFEや多孔質ポリスチレンが好ましいのであるが、これに限定されない。このように多孔質体自身が液体に対して疎液性を有しない場合は、多孔質体に疎液性を付与するために、本発明の第十三の態様のコロイダルダンパのように、少なくとも細孔を規定する多孔質体の表面を、実際的には、本発明の第十四の態様のコロイダルダンパのように、細孔における表面を含めて多孔質体の全表面を使用する液体に対して疎液性を有する疎液性物質で被覆して疎液化処理するとよい。 The surface of the porous body that defines the pores does not get wet when the liquid flows into and out of the liquid pores, in other words, has a lyophobic property. In the present invention, porous PTFE or porous polystyrene having lyophobic properties with respect to a liquid mainly containing water is preferable as the porous body, but is not limited thereto. Thus, when the porous body itself has no lyophobic property with respect to the liquid, in order to impart lyophobic properties to the porous body, at least as in the colloidal damper of the thirteenth aspect of the present invention. In practice, the surface of the porous body that defines the pores is changed to a liquid that uses the entire surface of the porous body, including the surface in the pores, like the colloidal damper of the fourteenth aspect of the present invention. On the other hand, the lyophobic treatment may be performed by coating with a lyophobic substance having lyophobic properties.
斯かる疎液性物質は、本発明の第十五の態様のコロイダルダンパのように、分子鎖が線形な物質、具体的には例えばSi(CH3)2CnH2n+1(但し、n=1〜22)のような有機ケイ素化合物若しくは例えばSi(CH3)2CnF2n+1(但し、n=1〜22)のような有機フッ素化合物からなるもの、又は本発明の第十六の態様のコロイダルダンパのように、分子鎖の長い物質、具体的には例えばSi(CH3)2CnH2n+1(但し、n=4〜22)のような有機ケイ素化合物若しくは例えばSi(CH3)2CnF2n+1(但し、n=4〜22)のような有機フッ素化合物からなるものが好ましいのであるが、いずれにしても本発明の第十七の態様のコロイダルダンパのように、有機ケイ素化合物又は有機フッ素化合物からなるものが好ましく、具体的には、トリメチルクロロシラン(Si(CH3)3)若しくはジメチルオクタデシルクロロシラン(Si(CH3)2C18H37)等からなる。 Such a lyophobic substance is a substance having a linear molecular chain, specifically, for example, Si (CH 3 ) 2 C n H 2n + 1 (where n = n ), like the colloidal damper of the fifteenth aspect of the present invention. 1-22) or an organic fluorine compound such as Si (CH 3 ) 2 C n F 2n + 1 (where n = 1 to 22), or the sixteenth aspect of the present invention A colloidal damper having a long molecular chain, specifically, an organosilicon compound such as Si (CH 3 ) 2 C n H 2n + 1 (where n = 4 to 22) or Si (CH 3 ), for example. It is preferable to use an organic fluorine compound such as 2 C n F 2n + 1 (where n = 4 to 22), but in any case, like the colloidal damper of the seventeenth aspect of the present invention, organic silicon Compound or organic Is preferably one made of a fluorine compound, specifically, trimethyl chlorosilane (Si (CH 3) 3) or dimethyl octadecyl chlorosilane (Si (CH 3) 2 C 18 H 37) made of such.
本発明において、多孔質体としては、その第十八の態様のコロイダルダンパのように、シリカゲル、アエロゲル、セラミックス、多孔質ガラス、ゼオライト、多孔質PTFE、多孔質蝋、多孔質ポリスチレン、アルミナ並びに黒鉛、木炭、フラーレン及びカーボンナノチューブを含むカーボンを好ましい例として挙げることができる。シリカゲルからなる多孔質体としては、具体的には、液体クロマトグラフィー用素材として用いられるシリカゲルが好適に使用でき、富士シリシア化学社製の「Sylosphere」、「スーパーマイクロビーズシリカゲル」、「マイクロビーズシリカゲル」、「Chromatorex」(いずれも商品名)、鈴木油脂工業社製の「ゴッドボール」(商品名)等が挙げられる。 In the present invention, as the porous body, as in the colloidal damper of the eighteenth aspect, silica gel, aerogel, ceramics, porous glass, zeolite, porous PTFE, porous wax, porous polystyrene, alumina and graphite Carbon including charcoal, fullerene and carbon nanotubes can be mentioned as a preferred example. As the porous body made of silica gel, specifically, silica gel used as a material for liquid chromatography can be preferably used. “Sylosphere”, “Super Micro Bead Silica Gel”, “Micro Bead Silica Gel” manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd. "Chromatorex" (all trade names), "God Ball" (trade name) manufactured by Suzuki Oil & Fats Co., Ltd., and the like.
多孔質体としてシリカゲルを、液体として主として水を含んだ液体を夫々使用する場合、使用できるシリカゲルとして具体的に、ジメチルオクタデシルクロロシランで疎液化処理された富士シリシア化学社製の「Chromatorex ODS−BU0020MT」(商品名:d2=19.9μm、d1=7.0nm)、ジメチルオクタデシルクロロシランで疎液化処理された富士シリシア化学社製の「Sylosphere C1504−ODS」(商品名:d2=4.0μm、d1=8.9nm)、トリメチルクロロシランで疎液化処理された富士シリシア化学社製の「Sylosphere C1504−DBA4.5」(商品名:d2=4.0μm、d1=12.8nm)、鈴木油脂工業社製の「ゴッドボール B−6C」、「ゴッドボール B−25C」(いずれも商品名)をジメチルオクタデシルクロロシランで疎液化処理したもの(前者ではd2=2.3μm、d1=8.7nm、後者ではd2=13.0μm、d1=8.7nm)等が挙げられる。 When silica gel is used as the porous body and a liquid mainly containing water is used as the liquid, specifically, “Chromatorex ODS-BU0020MT” manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., which has been subjected to a lyophobic treatment with dimethyloctadecylchlorosilane as the usable silica gel. (Product name: d2 = 19.9 μm, d1 = 7.0 nm), “Sylosphere C1504-ODS” (product name: d2 = 4.0 μm, d1 = 8.9 nm), “Sylosphere C1504-DBA4.5” (trade names: d2 = 4.0 μm, d1 = 12.8 nm) manufactured by Fuji Silysia Chemical Co., Ltd., which has been lyophobic treated with trimethylchlorosilane, "God Ball B-6C", "God B-25C "(both trade names) were lyophobized with dimethyloctadecylchlorosilane (d2 = 2.3 μm, d1 = 8.7 nm in the former, d2 = 13.0 μm, d1 = 8.7 nm in the latter) ) And the like.
コロイダルダンパの好ましい使用例では、密閉空間に収容されている液体は、通常では所定の大きさで予め加圧されているのであるが、この加圧の程度は、あまり大きすぎると多孔質体の細孔に予め液体が多量に流入してしまって、却って消散エネルギ効率ηが悪くなる。好ましい例では、直径10mmのピストンの場合で7kNから10kN程度の力がピストンに生じるように液体を予め加圧しておくとよい。 In a preferred use example of the colloidal damper, the liquid contained in the sealed space is normally pre-pressurized at a predetermined size. However, if the degree of pressurization is too large, A large amount of liquid flows into the pores in advance, and the dissipated energy efficiency η is deteriorated. In a preferred example, in the case of a piston having a diameter of 10 mm, the liquid is preferably pressurized in advance so that a force of about 7 kN to 10 kN is generated in the piston.
本発明によれば、高い消散エネルギ効率ηを得ることができる上に経済性、利用容易性に優れて、しかも、低温下でも正常に動作させることのできるコロイダルダンパを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a colloidal damper that can obtain high dissipative energy efficiency η, is excellent in economic efficiency and ease of use, and can be operated normally even at a low temperature.
次に本発明及びその実施の形態を、図に示す例を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明はこの例に何等限定されないのである。 Next, the present invention and its embodiments will be described in more detail with reference to the examples shown in the drawings. The present invention is not limited to this example.
図1及び図2において、本例のコロイダルダンパ1は、容器2と、容器2と協働して容器2内に密閉空間3を形成すると共に容器2に軸方向Xに往復動自在に案内支持されたピストン4と、密閉空間3に収容されていると共に多数の細孔5を有した多孔質体6と、密閉空間3に多孔質体6と混在して収容されていると共に減圧において細孔5から流出する一方、増圧において細孔5へ流入する液体7と、減衰させるべき軸方向Xの往復動の力Fをピストン4を介して液体7に伝達して液体7を加圧するピストンロッド8とを具備しており、ここで、多孔質体6の細孔5を規定する表面9及び多孔質体6の外面10、即ち細孔5を規定する表面9を含めて多孔質体6の全外面は、液体7に対して疎液性を有している。
1 and 2, the colloidal damper 1 of this example forms a sealed
容器2は、円板状の底部15を一体的に有するシリンダ形状の本体16と、一端が底部15で閉鎖された本体16の他端を閉鎖するように、ねじ、ピン等により本体16の他端に固着された円板状の蓋体17とを具備している。蓋体17には、貫通孔18が形成されている。ピストン4はシールリング19を具備しており、シールリング19は密閉空間3をシールして本体16の内周面に軸方向Xに摺動自在に接触している。ピストンロッド8は、ピストン4に一端で固着されていると共に蓋体17を軸方向Xに摺動自在に貫通して容器2外に伸長している。
The
多孔質体6は、密閉空間3に分散して収容されている複数個、本例では多数個の略球形粒状体25からなり、各略球形粒状体25は、シリカゲルからなっていると共に複数の細孔5と略中央に中空部26とを有しており、細孔5は、一端で中空部26に開口し、他端で略球形粒状体25外に開口して、中空部26から放射方向に伸びており、斯かる複数の細孔5から多孔質体6の多数の細孔5が構成されている。
The
多孔質体6を構成する多数の略球形粒状体25の夫々の外面10及び細孔5の表面9は、液体7に対して疎液性物質であって分子鎖が線形な物質である有機ケイ素化合物(例えばSi(CH3)2CnH2n+1(但し、n=1〜22))若しくは有機フッ素化合物(例えばSi(CH3)2CnF2n+1(但し、n=1〜22))、又は分子鎖の長い物質である有機ケイ素化合物(例えばSi(CH3)2CnH2n+1(但し、n=4〜22))若しくは有機フッ素化合物(例えばSi(CH3)2CnF2n+1(但し、n=4〜22))で被覆されており、細孔5の平均径をd1とすると、略球形粒状体25は、細孔5の平均粒径d1の10倍以上であって10000倍以下の範囲にある平均径d2を有している。略球形粒状体25の中空部26を規定する面27もまた、斯かる疎液性物質で被覆されていてもよい。
The
液体7はエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種以上を多くとも50容量%混入させた水からなっており、液体分子の平均自由行程をLpとすると、細孔5は、クヌーセン数Kn=Lp/(d1・1/2)が0.01よりも大きく、0.1よりも小さくなる平均径d1を有している。
The
多孔質体6と液体7とは、多孔質体6の細孔5の全容積をVPとし、液体7の体積をVLとすると、その比VP/VLが0.2以上であって2.5以下の範囲をもって、本例では比VP/VLが実質的に1となるように密閉空間3に収容されている。
The
以上のコロイダルダンパ1では、ピストンロッド8に力Fが加えられると、この力Fがピストン4を介して液体7に加えられて液体7が加圧され、この加圧でもって液体7は、その表面張力に抗して細孔5へ流入し、これにより、図3に示すように密閉空間3の容積を減少するようにピストン4は移動される一方、ピストンロッド8へ付与された力Fがなくなると、表面張力に抗して細孔5へ流入した液体7は、その表面張力により細孔5から流出されて、これにより、ピストン4は前記と逆に密閉空間3の容積を増大するように移動されて図1に示すように初期位置に復帰される。そしてコロイダルダンパ1では、力Fの仕事エネルギが細孔5への液体7の流入でもって消費されるために、ピストンロッド8を移動させる力Fを減衰させることになる。
In the above colloidal damper 1, when a force F is applied to the
ところで、図4に示す測定結果から、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール又はグリセリンを50容量%混入させた水からなる液体7の凍結温度は、−30℃以下(エタノール及びプロピレングリコールでは約−32℃、エチレングリコールでは約−35℃、グリセリンでは約−40℃)となり、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール又はグリセリンを40容量%混入させた水からなる液体7の凍結温度は−20℃以下となる結果、斯かるコロイダルダンパ1は低温下でも動作させることのできることが判明した。 By the way, from the measurement results shown in FIG. 4, the freezing temperature of the liquid 7 composed of water mixed with 50% by volume of ethanol, ethylene glycol, propylene glycol or glycerin is −30 ° C. or less (about −32 ° C. for ethanol and propylene glycol). As a result, the freezing temperature of the liquid 7 composed of water mixed with 40% by volume of ethanol, ethylene glycol, propylene glycol or glycerin is about −20 ° C. It has been found that such a colloidal damper 1 can be operated even at low temperatures.
また、実施例として、多孔質体としてシリカゲルを用い、エタノールを0容量%、25容量%及び50容量%混入させた水からなる各液体7、エチレングリコールを0容量%、10容量%、20容量%、30容量%、40容量%及び50容量%混入させた水からなる各液体7並びにグリセリンを0容量%、25容量%及び50容量%混入させた水からなる各液体7を夫々密閉空間3に収容したコロイダルダンパ1を準備し、これらの各種の液体7を収容したコロイダルダンパ1において周囲温度20℃でピストン4をストロークS(mm)だけ移動させた場合の液体7の圧力(内圧)Pを測定した。
Moreover, as an Example, each liquid 7 which consists of water which mixed silica with 0 volume%, 25 volume%, and 50 volume% using ethanol as a porous body, 0 volume%, 10 volume%, 20 volume of ethylene glycol %, 30%, 40% and 50% by volume of each liquid 7 mixed with water, and 0%, 25% by volume and 50% by volume of each liquid 7 mixed with 50% by volume of
図5にエタノールの場合を、図6にエチレングリコールの場合を、そして図7にグリセリンの場合を夫々示す。 FIG. 5 shows the case of ethanol, FIG. 6 shows the case of ethylene glycol, and FIG. 7 shows the case of glycerin.
図5に示すようにエタノールの場合には他の二者と比較してその混入比率を増大するにしたがって消散エネルギ(ストロークS−圧力P曲線で囲まれる面積に相当)が大きく減少し、図7に示すようにグリセリンの場合には他の二者と比較してその混入比率を増大しても消散エネルギが殆ど変化しなく、図6に示すようにエチレングリコールの場合にはその混入比率と消散エネルギとの関係において他の二者に対して中間の値を示すことが判明した。 As shown in FIG. 5, in the case of ethanol, the dissipated energy (corresponding to the area surrounded by the stroke S-pressure P curve) is greatly reduced as the mixing ratio is increased compared to the other two. In the case of glycerin, the dissipated energy hardly changes even when the mixing ratio is increased as compared with the other two, and in the case of ethylene glycol, the mixing ratio and the dissipation are as shown in FIG. It turned out to be an intermediate value for the other two in relation to energy.
斯かる結果は、エタノールの場合にはその混入比率を増大するにしたがって液体7の表面張力σが大きく減少し、グリセリンの場合にはその混入比率を増大しても液体7の表面張力σが殆ど変化しないことによるものと考えられる。
As a result, in the case of ethanol, the surface tension σ of the
以上のようにコロイダルダンパ1によれば、液体7がエタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種以上を多くとも50容量%混入させた水からなるために、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール及びグリセリンから選ばれた少なくとも一種が水に対する不凍剤となり、而して、低温下でも正常に動作させることのできる上に液体7として主に水を用いるために経済性、利用容易性に優れ、加えて、主に水の表面張力を利用できるために高い消散エネルギ効率ηを得ることができる。
As described above, according to the colloidal damper 1, since the
なお、密閉空間3には複数個の略球形粒状体25の塊からなる多孔質体6を一個又は複数個収容してもよく、また、略球形粒状体25の塊からなる多孔質体6の一個又は複数個と、分散された複数個の略球形粒状体25とを混在させて密閉空間3に収容してコロイダルダンパ1を構成してもよい。
The sealed
1 コロイダルダンパ
2 容器
3 密閉空間
4 ピストン
5 細孔
6 多孔質体
7 液体
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