JP6027831B2 - トルク発生機構用の粘性組成物 - Google Patents
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Description
しかしながら、粘性流体を用いる機構の回転式ダンパーは、粘性流体の粘度が温度に依存して変化するため、低温領域ほどトルクが大きくなり高温領域ほどトルクが小さくなる傾向がある。したがって、ダンパー機能も温度に依存して変動するという問題があった。
<1> 分散媒と、前記分散媒を吸収する核及び前記核を被覆する被覆層を有する複合粒子と、を含み、25℃における稠度が90以上410以下である、粘性組成物。
<2> 前記複合粒子は、前記核がシリコーンゴム粒子であり、前記被覆層がポリオルガノシルセスキオキサン樹脂からなる層である、前記<1>に記載の粘性組成物。
<3> 前記複合粒子は、平均粒径が0.5μm以上50μm以下である、前記<1>又は<2>に記載の粘性組成物。
<4> 前記分散媒がシリコーンオイルである、前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載の粘性組成物。
<5> 前記分散媒は、25℃における動粘度が10000cSt以下である、前記<1>〜<4>のいずれか1項に記載の粘性組成物。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本発明の粘性組成物(以下「本発明の組成物」とも称する。)は、分散媒と、前記分散媒を吸収する核及び前記核を被覆する被覆層を有する複合粒子と、を含み、25℃における稠度が90以上410以下である。ここで稠度は、JIS K2220に従い1/4稠度計にて不混和条件で測定した値である。
かかる構成の組成物は、室温(例えば23℃〜25℃)において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さい。
本発明の組成物は、例えば回転式ダンパー等のトルク発生機構に用いられる。
一般に、トルク発生機構用の分散媒は、温度依存的に粘度が変動し、温度が低いほど粘度の上昇率が大きい。これに対し、本発明の組成物においては、分散媒の大部分が複合粒子の核に吸収された状態で存在し、分散媒の一部が複合粒子の表面に存在しているために、分散媒が温度依存的な粘度の変動を示しにくく、その結果、本発明の組成物は、低温領域(例えば−30℃以上0℃以下)で用いても、温度によるトルク値の変化が小さいと考えられる。
組成物の稠度が90未満であると、複合粒子が粉体に近い状態にあり、いずれの温度においても実用上望まれるトルク値を得るのが難しい。
一方、組成物の稠度が410超であると、複合粒子に吸収されない分散媒が複合粒子の周囲に過剰に存在すると考えられ、分散媒が温度依存的な粘度の変動を示すので、室温において実用上望まれるトルク値を得るのが難しい。
本発明の組成物は、分散媒を含む。前記分散媒の種類は特に制限されないが、広い温度範囲(例えば−30℃〜80℃)で流動性を示す液体が望ましく、例えば回転式ダンパー用組成物に従来用いられてきた液体が挙げられる。具体的には、例えば、シリコーンオイル、ポリブテン、ポリ−α−オレフィン、アルキルベンゼン、ポリアルキレングリコール、ポリオールエステル等が挙げられる。これらは、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
上記の中でも、長期安定性や低吸湿性の観点から、非反応性のシリコーンが好ましい。
シリコーンオイルを構成するシリコーンの分子量は、500以上50000以下が好ましい。
融点が−30℃超であるアルキルベンゼン(−30℃以下の温度下では固体のアルキルベンゼン)であっても、他の種類のアルキルベンゼンと混合することによって−30℃の温度下で流動性を示すものであれば、前記分散媒として使用できる。
また、前記分散媒は、25℃における動粘度が10000cSt以下であると、複合粒子に吸収されやすく、好適である。
本発明において分散媒の動粘度は、粘弾性測定装置(Anton Paar社製)にて、測定治具としてパラレルプレートを用いて2Hzの条件で測定する。
前記分散媒としてのシリコーンオイルは、動粘度が低いほど複合粒子に吸収されやすい傾向があるので、25℃における動粘度の下限値は特に制限されない。例えば市販品のシリコーンオイルには動粘度(25℃)が100cSt、10cSt、1cSt等のシリコーンオイルがあり、このように動粘度(25℃)の比較的低いシリコーンオイルも本発明に用い得る。
本発明の組成物は、複合粒子を含む。前記複合粒子は、核と被覆層とを有し、前記核が、前記分散媒を吸収し得る物質で構成される。前記被覆層を構成する物質は、前記分散媒を吸収し得る物質で構成されていてもよく、前記分散媒を吸収しない物質で構成されていてもよい。
前記複合粒子は、核に分散媒を吸収させるため、被覆層に分散媒が通過する経路があることが好ましい。被覆層が核の表面の全体を覆っている場合は、被覆層が分散媒を吸収し得る物質で構成されているか、被覆層に分散媒が通過する孔があることが好ましい。被覆層が核の表面の一部を覆っている場合は、被覆層が核を被覆していない隙間から核に分散媒が吸収され得る。
核を構成する樹脂、及び、被覆層を構成する樹脂は、天然物でも合成物でもよく、分散媒と反応したり分散媒に溶解したりしない樹脂が好ましい。
被覆層を核より硬くする手段としては、例えば、核を構成する樹脂よりも架橋密度の高い樹脂で被覆層を構成する手段が挙げられる。
前記複合粒子の平均粒径は、上記の観点から、より好ましくは1μm以上40μm以下であり、更に好ましくは2μm以上30μm以下であり、更により好ましくは3μm以上20μm以下であり、特に好ましくは4μm以上15μm以下であり、最も好ましくは5μm以上12μm以下である。
前記複合粒子の平均粒径は、粒体の集団の全体積を100%として累積カーブを求めたときの50%径(中心径)を意味し、粒度分析計により測定する。
核は、前記分散媒を吸収する。分散媒を吸収するという性質を得るため、核は、例えば、架橋密度の低い樹脂で構成する。
架橋密度の低い樹脂を用いて分散媒を吸収するように核を構成するとき、例えばゴム硬度を指標にして核を構成する。核のゴム硬度が、20以上90以下の範囲であると、複合粒子の核として望ましい分散媒吸収性を発現し易い。ここで、ゴム硬度はJIS K6253に従って測定した値である。
樹脂の分子種及び架橋密度は、分散媒との親和性や分散媒の吸収性の観点で選択すればよい。
核を分散媒に浸漬させた後、分散媒から核を取り出し、質量を計測して、予め計測しておいた浸漬前の核の質量よりも増加していることにより、核が分散媒を吸収することを確認する。
被覆層は、核を被覆する。ここで、被覆とは、被覆層が核の表面の少なくとも一部を覆っている状態を意味する。被覆率(核の表面全体に対する被覆層によって被覆された表面の割合)は、特に制限されない。前記複合粒子の形状安定性、耐磨耗性、平滑性、接触する部材(例えば回転式ダンパー内部のローター)との滑り性等の観点から、被覆率は1%以上100%以下が好ましく、10%以上95%以下がより好ましく、30%以上90%以下が更に好ましい。
上記を実現するためには、被覆層を構成する樹脂として、核を構成する樹脂よりも架橋点の多い樹脂を選択すればよい。
前記複合粒子としては、分散媒の吸収性、形状安定性、耐熱性、耐寒性、耐磨耗性、平滑性、接触する部材との滑り性等に優れる点で、核がシリコーンゴム粒子であり、被覆層がポリオルガノシルセスキオキサン樹脂からなる層である、シリコーン複合粒子が好適である。
式(1):−(R1 2SiO)n−
式(1)中、nは、5〜5000の整数であり、好ましくは10〜1000の整数である。nが5以上であると線状オルガノポリシロキサンの特性が十分に発現され、nが5000以下であるとシリコーンゴム粒子の製造が容易である。
前記シリコーンゴム粒子は、その粒子中に、本発明の効果を損なわない範囲で、オルガノシラン、無機系の粒子、有機系の粒子を含有してもよい。
式(2):R2SiO3/2
即ち、平均粒径が例えば0.5μm以上50μm以下のシリコーンゴム粒子の水分散液に、アルカリ性物質又はアルカリ水溶液と、オルガノトリアルコキシシランとを添加し、触媒等の存在下、加水分解及び縮合反応をさせる。その反応終了後、加熱脱水、濾過、遠心分離等の方法により水分散液を濃縮した後、必要に応じて水洗を行い、加熱乾燥等によって水分を除去することにより、粉末として前記シリコーン複合粒子を得る。得られた粉末に凝集がある場合はジェットミル、ボールミル等の粉砕機で解砕し、更に必要に応じて篩等により分級し粒径分布を調整してもよい。製造方法の詳細は、特開平7−196815号公報に記載の方法を採用してよい。
前記シリコーン複合粒子の具体例としては、信越化学工業(株)製のKMP−600、KMP−601、KMP−602、KMP−605、X−52−7030等の市販品が挙げられる。
前記分散媒と前記複合粒子とを合わせて100質量%としたときの前記複合粒子の含有割合は、稠度90以上を実現する点で、例えば80質量%以下とし、稠度410以下を実現する点で、例えば20質量%以上とする。前記含有量は、分散媒の種類と複合粒子の種類の組み合せによっては、75質量%以下、70質量%以下、65質量%以下に調整したり、25質量%以上、30質量%以上、35質量%以上に調整したりする。
本発明の組成物をトルク発生機構に適用する場合は、室温において実用上望まれるトルク値を実現しやすく且つ温度によるトルク値の変化をより抑制する観点から、25℃における稠度の下限は、100以上が好ましく、110以上がより好ましく、120以上が更に好ましく、150以上が更により好ましく、25℃における稠度の上限は、400以下が好ましく、350以下がより好ましく、320以下が更に好ましく、300以下が更により好ましい。
本発明の組成物は、本発明の用途と効果を阻害しない限り、各種の添加剤を含有してよい。前記添加剤としては、酸化防止剤、ゲル化防止剤、染料、顔料、減粘剤、増粘剤、金属不活性化剤、界面活性剤などが挙げられる。前記添加剤は、例えば回転式ダンパー用組成物に従来用いられてきた物のなかから、目的に合わせて選定すればよい。
本発明の組成物の製造方法は、前記分散媒と前記複合粒子と、必要に応じて添加させる添加剤とを、均一に混合できればよく、その混合手段は特に限定されるものではない。混合手段は、組成物に空気などの気体が混入しない混合手段、または混入した空気などの気体を脱気可能な混合手段が望ましい。例えば、脱気装置を備えた撹拌混練機が好適である。
本発明の組成物を適用したトルク発生機構の例として、回転式ダンパーを説明する。
回転式ダンパーは、少なくとも、本発明の組成物が充填されたハウジングと、前記ハウジング内に回転可能に収容され外部から回転力が伝達される軸体及び制動板(ローター)とを備える。かかる構成の回転式ダンパーは、低温領域において温度によるトルク値の変動が小さく、ダンパー機能の温度安定性が高い。
前記回転式ダンパーは、各種ドアーの開閉機構、各種カバーの開閉機構、フック、ホルダー及び棚の回転機構などに用いられて、開閉部材の開閉動作および回転部材の回転動作に対してトルクを付与し、ダンパー機能を発揮する。
回転式ダンパー1は、ハウジング本体4とカバー2とが一体化してなるハウジング5、ハウジング5の内部に回動可能に収容された軸体3、及び軸体3に設けられ且つハウジング5の内部に収容された制動板(ローター)6を備える。
軸体3は、ハウジング5から突出した部分に、開閉機構の可動部(従動部)を制動するためのギアーやカムなど(いずれも不図示)が取り付けられる。ハウジング本体4は、取付部4aを備え、取付部4aには取付孔4bが形成されており、取付孔4bに螺子等が嵌め込まれることにより、ハウジング本体4は、開閉機構における固定部などに取り付け固定される。ハウジング5は、その内部に本発明の組成物が充填される。
図1〜3に例示される構成の回転式ダンパーは、例えば、自動車等の車両の室内に設けられカップや缶等の容器を保持するカップホルダーの蓋の開閉機構に用いられる。この用途の場合、23℃におけるトルク値が、例えば1.5mN・m〜23mN・m(好ましくは2.5mN・m〜23mN・m)の範囲にあることが望ましい。
本発明の組成物が充填される回転式ダンパーは、ほかに、自動車等の車両の室内に設けられる小物入れ及び灰皿;自動車のアシストグリップ;プリンター、DVDデッキ等の電子電気機器;等の開閉機構に用いることができる。
本発明の組成物は、トルク発生機構に充填して用いられる、トルク発生機構用の組成物として好適である。
トルク発生機構としては、回転式ダンパーのほかに、ピストンダンパー、フリーストップヒンジ、液封ダンパー等が挙げられる。
封入材としては、各種の装置に封入して使用される。該装置としては、例えば、自動車等の車両に搭載されるリミテッドスリップデファレンシャル、ビスカスカップリング;自動車等の車両やその他の動力伝達機構におけるトラクションドライブ、クラッチ;が挙げられる。また、封入材としては、自動車等の車両や各種の機器に搭載されるプッシュ式ボタン等の装置におけるシリコーンゴムの代用が挙げられる。
シール材としては、各種の装置や建築物の部材間に封入または塗布して使用され、具体的には例えば、ダストシール、防音シールが挙げられる。
クッション材や免震材としては、各種の装置や建築物の部材間に封入または塗布して使用される。
実施例、比較例、及び対照例で使用した分散媒および樹脂粒子は、下記のとおりである。
・シリコーンオイル(1):信越化学工業(株)製KF−96、動粘度(25℃)200cSt。
・シリコーンオイル(2):信越化学工業(株)製KF−96、動粘度(25℃)1000cSt。
・シリコーンオイル(3):信越化学工業(株)製KF−96、動粘度(25℃)5000cSt。
・シリコーンオイル(4):信越化学工業(株)製KF−96、動粘度(25℃)300000cSt。
・水添ポリイソブテン(1):日油(株)製パールリーム6、動粘度(25℃)35cSt。
・水添ポリイソブテン(2):日油(株)製パールリーム18、動粘度(25℃)30000cSt。
・シリコーン複合粒子(A):信越化学工業(株)製KMP−600、平均粒径5μm、比重0.99。核がシリコーンゴム粒子で、被覆層がポリオルガノシルセスキオキサン樹脂からなる層である、複合粒子。
・シリコーン複合粒子(B):信越化学工業(株)製KMP−601、平均粒径12μm、比重0.98。核がシリコーンゴム粒子で、被覆層がポリオルガノシルセスキオキサン樹脂からなる層である、複合粒子。
・シリコーンゴム粒子(C):信越化学工業(株)製KMP−597、平均粒径5μm、比重0.97。
・シリコーンレジン粒子(D):信越化学工業(株)製X52−1621、平均粒径5μm、比重1.30。
また、シリコーン複合粒子(A)、シリコーン複合粒子(B)の核と同じ素材のシリコーンゴム粒子についても上記と同様にして、シリコーンゴム粒子がシリコーンオイル(2)を吸収することを確認した。
[組成物の調製]
実施例1〜3、9、比較例1〜3に用いた材料とその組成比は、表1に示すとおりである。下記の操作により、シリコーンオイルと樹脂粒子とを所定量で含有する組成物を得た。
シリコーンオイルに樹脂粒子を複数回に分けて添加し、添加する度に真空撹拌・脱泡ミキサー(EME社製V−mini300)を用いて撹拌した。例えば、実施例3では、10ccガラス製サンプル管に600mgのシリコーンオイル(2)と150mgのシリコーン複合粒子(A)とを入れて撹拌(1550rpm、10分)し、続いて、シリコーン複合粒子(A)を150mgずつ加えて撹拌(1550rpm、10分)する操作を5回繰り返した。
実施例1〜3、9及び比較例1の組成物の温度を25℃に調整し、JIS K2220に従い、1/4稠度計にて不混和条件で稠度を測定した。その結果を表1に示す。
比較例1は、粉体に近い状態であり、即ち稠度が90未満の状態であり、実際には稠度が測定できなかった。
上記で得た各組成物を用いて、図1〜3に図示するような回転式ダンパー(ローター素材:ポリアセタール、ローター直径:11.2mm、クリアランス:200μm)を作製し、これを組成物のトルク値の測定に供した。
上記回転式ダンパーは、例えば、自動車等の車両の室内に設けられカップや缶等の容器を保持するカップホルダーの蓋の開閉機構に用いられる場合、23℃におけるトルク値が、1.5mN・m〜23mN・mの範囲にあることが望ましい。
その後、放置時の環境温度下、回転式ダンパーを回転速度20rpmで回転させ、トルク測定装置(ニフコ社製)を用いてトルク値を測定し、回転開始から6秒〜9秒の間のトルク値の平均値を求めた。そして、各温度間のトルク値の比を求めた。その結果を表1に示す。
参考例1は、実施例に用いたシリコーンオイル(2)自体の23℃におけるトルク値を示したものである。シリコーンオイル(2)単独では、23℃におけるトルク値が1.5mN・m〜23mN・mを満足しない。
したがって、本発明の組成物によれば、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さい粘性組成物が提供される。また、本発明の組成物を用いることで、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さいトルク発生機構が提供される。
材料及び混合比を表2に示すとおりに変更した以外は、実施例3と同様にして組成物を得て、同様にして稠度及びトルク値を測定した。その結果を表2に示す。表2には、実施例3の稠度及びトルク値を併記する。
したがって、本発明の組成物によれば、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さい粘性組成物が提供される。また、本発明の組成物を用いることで、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さいトルク発生機構が提供される。
材料及び混合比を表3に示すとおりに変更した以外は、実施例3と同様にして組成物を得て、同様にして稠度及びトルク値を測定した。ただし、トルク値の測定は、周囲温度80℃、23℃、0℃で行った。その結果を表3に示す。
したがって、本発明の組成物によれば、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さい粘性組成物が提供される。また、本発明の組成物を用いることで、室温において実用上望まれるトルク値を示し、低温領域において温度によるトルク値の変化が小さいトルク発生機構が提供される。
2 カバー
3 軸体
4 ハウジング本体
4a 取付部
4b 取付孔
5 ハウジング
6 制動板(ローター)
Claims (5)
- 分散媒と、前記分散媒を吸収するシリコーンゴム粒子及び前記シリコーンゴム粒子を被覆するポリオルガノシルセスキオキサン樹脂からなる被覆層を有する複合粒子と、を含み、25℃における稠度が90以上410以下である、トルク発生機構用の粘性組成物。
- 回転式ダンパー用の粘性組成物である、請求項1に記載の粘性組成物。
- 前記複合粒子は、平均粒径が0.5μm以上50μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の粘性組成物。
- 前記分散媒がシリコーンオイルである、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の粘性組成物。
- 前記分散媒は、25℃における動粘度が10000cSt以下である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の粘性組成物。
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