JP6113351B1 - 磁気粘弾性エラストマー組成物、その製造方法及びこれを組み込んだ振動吸収装置 - Google Patents

磁気粘弾性エラストマー組成物、その製造方法及びこれを組み込んだ振動吸収装置 Download PDF

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Abstract

【課題】磁気を印加したとき貯蔵弾性率の変化が高い磁気粘弾性エラストマー組成物、その製造方法及びこれを組み込んだ振動吸収装置を提供する。【解決手段】マトリックス樹脂(12)と磁性粉(11)を含む磁気粘弾性エラストマー組成物(10)であって、前記組成物を１００体積％としたとき、前記磁性粉(11)は３０〜７０体積％含み、前記磁気粘弾性エラストマー組成物(10)は日本ゴム協会標準規格(SRIS0101)アスカーＣ硬度が５〜６０である。前記磁性粉は平均粒子径２〜５００μｍが好ましく、前記マトリックス樹脂はオルガノポリシロキサンが好ましい。前記磁気粘弾性エラストマー組成物は、２００ｍＴの磁束密度の磁力を印加したとき、貯蔵弾性率が５倍以上変化するのが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は磁気粘弾性エラストマー(Magneto Rheological Elastomer)組成物に関する。さらに詳しくは、磁気を印加したとき貯蔵弾性率の変化の高い磁気粘弾性エラストマー組成物、その製造方法及びこれを組み込んだ振動吸収装置に関する。
磁界を印加することによりレオロジー特性が変化する流体は磁気レオロジー流体（ＭＲ流体）と呼ばれ、微細な磁性体紛などの磁気活性粒子を液体中に均一に分散させた非コロイド懸濁液として知られている。ＭＲ流体は衝撃吸収、動力伝達、姿勢制御をはじめ、車輛などのクラッチ、ダンパー、ショックアブソーバーや各種建造物用の制振支持装置、組み立てロボットの筋肉部分、液体流量制御用バルブ、各種音響装置、医療・福祉用ロボットハンドや介護ハンドなどに使用することができる。しかし、ＭＲ流体は取扱い性が不便であり、近年取扱い性の良いＭＲエラストマーが提案されている。
特許文献１には粘弾性樹脂材料にパーマロイ（Ｆｅ-Ｎｉ合金）等の磁性フィラーを分散させ、金型内で回転成形することにより磁場応答性組成物を得ることが提案されている。特許文献２には粘弾性樹脂材料に磁性フィラーを分散させ、磁場を印加した状態で硬化させることが提案されている。特許文献３には、磁性粒子を樹脂材料内で配向させることが提案され、特許文献４には配向させないことが提案されている。
特開２０１３−０６４４４１号公報 特開２０１３−１８１０９０号公報 特開２００８−１９５８２６号公報 特開２００８−０１３６３１号公報
しかし従来の磁気粘弾性組成物は、磁気を印加したとき貯蔵弾性率の変化が未だ十分でないという問題があった。
本発明は前記従来の問題を解決するため、磁気を印加したとき貯蔵弾性率の変化が高い磁気粘弾性エラストマー組成物、その製造方法及びこれを組み込んだ振動吸収装置を提供する。
本発明の磁気粘弾性エラストマー組成物は、マトリックス樹脂と磁性粉を含む磁気粘弾性エラストマー組成物であって、前記組成物を１００体積％としたとき、前記磁性粉は３０〜７０体積％含み、前記磁気粘弾性エラストマー組成物は日本ゴム協会標準規格(SRIS0101)アスカーＣ硬度が５〜６０であり、前記マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂であり、前記磁性粉は、硬化阻害を防ぐためのアルコキシシラン又はアルキルチタネートにより表面処理されている磁性粉を含み、かつ前記磁性粉はカルボニル鉄粉又はパーマロイ５０Ｆｅ−５０Ｎｉであることを特徴とする。
本発明の磁気粘弾性エラストマー組成物の製造方法は、下記組成のコンパウンドを硬化して、前記の磁気粘弾性エラストマー組成物を得ることを特徴とする。
（Ａ）ベースポリマー成分：１分子中に平均２個以上かつ分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有する直鎖状オルガノポリシロキサン
（Ｂ）架橋成分：１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが、前記Ａ成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して、１モル未満の量
（Ｃ）白金系金属触媒：Ａ成分に対して重量単位で０．０１〜１０００ppm
（Ｄ）磁性粉：オルガノポリシロキサンを２０〜８０体積％としたとき２０〜８０体積％
但し、前記磁性粉は、硬化阻害を防ぐためのアルコキシシラン又はアルキルチタネートにより表面処理されている磁性粉を含み、かつ前記磁性粉はカルボニル鉄粉又はパーマロイ５０Ｆｅ−５０Ｎｉである
本発明の振動吸収装置は、前記の磁気粘弾性エラストマー組成物を組み込んだ振動吸収装置であって、前記磁気粘弾性エラストマー組成物を振動部に配置し、磁力を印加したときの貯蔵弾性率の変化を利用して、前記振動部の振動を吸収することを特徴とする。
本発明は、磁気を印加したとき貯蔵弾性率の変化が高い磁気粘弾性エラストマー組成物を提供できる。貯蔵弾性率の変化が高いことは、振動吸収や制振効果が高いことを意味する。
図１は本発明の一実施例における磁気粘弾性エラストマー組成物シートの模式的断面図である。 図２は本発明の一実施例における磁気粘弾性エラストマー組成物シートの貯蔵弾性率の測定方法を示す説明図である。 図３は貯蔵弾性率を算出するための記号の説明図である。 図４は本発明の実施例４で得られた磁気粘弾性エラストマー組成物の貯蔵弾性率と周波数の特性を測定したグラフである。
本発明はマトリックス樹脂と磁性粉を含む磁気粘弾性エラストマー組成物である。磁性粉は軟磁性金属粉又は酸化物磁性粉（フェライト粉）があり、軟磁性金属粉としては、Ｆｅ−Ｓｉ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（ミューメタル）、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金（スーパーマロイ）、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｏ−Ｂ合金等の鉄系の合金粉、あるいはカルボニル鉄粉等があり、フェライト粉としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎフェライト、Ｍｇ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライト等のスピネル系フェライト、Ｗ型、Ｙ型、Ｚ型、Ｍ型等の六方晶フェライトがあるが、本発明においてはカルボニル鉄粉を使用するのが好ましい。
前記カルボニル鉄粉は、軟磁性鉄粉の一種として、また粉末工業製品としてそれ自体はよく知られている。カルボニル鉄粉は、カルボニル鉄（Fe(CO)5）して気化させ分解することによりＣＯを除去して得られる。このカルボニル鉄粉は、平均粒子径２〜１０μｍが好ましく、さらに好ましくは２〜８μｍである。粒子径の測定はレーザー回折光散乱法により、５０質量％粒子径を測定する。この測定器としては、例えば堀場製作所製社製のレーザー回折／散乱式粒子分布測定装置ＬＡ−９５０Ｓ２がある。
前記磁性粉は、前記組成物を１００体積％としたとき３０〜７０体積％含み、より好ましくは３５〜７０体積％含む。前記の範囲であれば、磁力を印加したとき貯蔵弾性率の変化が十分に高いものとなる。
マトリックス樹脂としては熱硬化性樹脂でもよいし熱可塑性樹脂でもよく、ゴムやエラストマーも含む。ゴムには、天然ゴム（ＡＳＴＭ略語ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、１，２−ポリブタジエン（１，２-ＢＲ）、スチレンーブタジエン（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ），二トリルゴム（ＮＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレンープロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化プリエチレン（ＣＳＭ）アクリルゴム（ＡＣＭ、ＡＮＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ）多硫化ゴム（Ｔ）、シリコーンゴム、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、ウレタンゴム（Ｕ）等があるがここに挙げた限りではない。熱可塑性エラストマー(TPE)にも適用できる。TPEとしては、一例としてスチレン系TPE,オレフィン系TPE,塩化ビニル系TPE,ウレタン系TPE,エステル系TPE,アミド系TPE,塩素化ポエチレン系TPE, Syn-1,2-ポリブタジエン系TPE, Trans-1,4-ポリイソプレン系TPE,フッ素系TPE等が挙げられる。前記において「系」とは、ホモポリマー又は共重合体等のことである。シリコーンゴムの架橋は付加反応でもよいし、過酸化物反応でもよい。以下においては付加反応による架橋で説明する。
前記マトリックス樹脂はオルガノポリシロキサンであるのが好ましい。オルガノポリシロキサンは耐熱性が高く、加工性も良いからである。オルガノポリシロキサンをマトリックスとする組成物は、ゴム、ゴムシート、パテ、グリースなどいかなるものであっても良い。
前記磁気粘弾性エラストマー組成物は日本ゴム協会標準規格(SRIS0101)アスカーＣ硬度で５〜６０であり、より好ましいアスカーＣ硬度で２０〜５０である。硬度が前記の範囲であれば、磁力を印加したとき貯蔵弾性率の変化が高い磁気粘弾性エラストマー組成物となる。本発明の磁気粘弾性エラストマー組成物は、０．２Ｔの磁束密度の磁力を印加したとき、貯蔵弾性率が５倍以上変化するのが好ましく、さらに好ましくは９倍以上である。前記の貯蔵弾性率の変化であれば実用的である。
マトリックス樹脂がオルガノポリシロキサンの場合は、下記組成のコンパウンドを硬化して得るのが好ましい。
（Ａ）ベースポリマー成分：１分子中に平均２個以上かつ分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有する直鎖状オルガノポリシロキサン
（Ｂ）架橋成分：１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが、前記Ａ成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して、１モル未満の量
（Ｃ）白金系金属触媒：Ａ成分に対して重量単位で０．０１〜１０００ppm
（Ｄ）磁性粉：オルガノポリシロキサンを２０〜８０体積％としたとき２０〜８０体積％（オルガノポリシロキサン１００重量部に対して２００〜３０００重量部）
（Ｅ）無機粒子顔料：マトリックス樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部
（１）ベースポリマー成分（Ａ成分）
ベースポリマー成分（Ａ成分）は、一分子中にケイ素原子に結合したアルケニル基を２個以上含有するオルガノポリシロキサンであり、アルケニル基を２個含有するオルガノポリシロキサンは本発明のシリコーンゴム組成物における主剤（ベースポリマー成分）である。このオルガノポリシロキサンは、アルケニル基として、ビニル基、アリル基等の炭素原子数２〜８、特に２〜６の、ケイ素原子に結合したアルケニル基を一分子中に２個有する。粘度は２５℃で10〜1000000ｍＰａ・ｓ、特に100〜100000ｍＰａ・ｓであることが作業性、硬化性などから望ましい。
具体的には、下記一般式（化１）で表される１分子中に平均２個以上かつ分子鎖末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有するオルガノポリシロキサンを使用する。側鎖はトリオルガノシロキシ基で封鎖された直鎖状オルガノポリシロキサンである。２５℃における粘度は10〜1000000ｍＰａ・ｓのものが作業性、硬化性などから望ましい。なお、この直鎖状オルガノポリシロキサンは少量の分岐状構造（三官能性シロキサン単位）を分子鎖中に含有するものであってもよい。
Figure 0006113351
式中、Ｒ1は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない非置換又は置換一価炭化水素基であり、Ｒ2はアルケニル基であり、ｋは０又は正の整数である。ここで、Ｒ1の脂肪族不飽和結合を有さない非置換又は置換の一価炭化水素基としては、例えば、炭素原子数１〜１０、特に１〜６のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、並びに、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基、シアノエチル基等が挙げられる。Ｒ2のアルケニル基としては、例えば炭素原子数２〜６、特に２〜３のものが好ましく、具体的にはビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、イソブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられ、好ましくはビニル基である。一般式（１）において、ｋは、一般的には0≦ｋ≦10000を満足する０又は正の整数であり、好ましくは5≦ｋ≦2000、より好ましくは10≦ｋ≦1200を満足する整数である。
Ａ成分のオルガノポリシロキサンとしては一分子中に例えばビニル基、アリル基等の炭素原子数２〜８、特に２〜６のケイ素原子に結合したアルケニル基を３個以上、通常、３〜３０個、好ましくは、３〜２０個程度有するオルガノポリシロキサンを併用しても良い。分子構造は直鎖状、環状、分岐状、三次元網状のいずれの分子構造のものであってもよい。好ましくは、主鎖がジオルガノシロキサン単位の繰り返しからなり、分子鎖両末端がトリオルガノシロキシ基で封鎖された、２５℃での粘度が10〜1000000ｍＰａ・ｓ、特に100〜100000ｍＰａ・ｓの直鎖状オルガノポリシロキサンである。
アルケニル基は分子のいずれかの部分に結合していればよい。例えば、分子鎖末端、あるいは分子鎖非末端（分子鎖途中）のケイ素原子に結合しているものを含んでも良い。なかでも下記一般式（化２）で表される分子鎖両末端のケイ素原子上にそれぞれ１〜３個のアルケニル基を有し（但し、この分子鎖末端のケイ素原子に結合したアルケニル基が、両末端合計で３個未満である場合には、分子鎖非末端（分子鎖途中）のケイ素原子に結合したアルケニル基を、（例えばジオルガノシロキサン単位中の置換基として）、少なくとも１個有する直鎖状オルガノポリシロキサンであって、上記でも述べた通り２５℃における粘度が10〜1,000,000ｍＰａ・ｓのものが作業性、硬化性などから望ましい。なお、この直鎖状オルガノポリシロキサンは少量の分岐状構造（三官能性シロキサン単位）を分子鎖中に含有するものであってもよい。
Figure 0006113351
式中、Ｒ3は互いに同一又は異種の非置換又は置換一価炭化水素基であって、少なくとも１個がアルケニル基である。Ｒ4は互いに同一又は異種の脂肪族不飽和結合を有さない非置換又は置換一価炭化水素基であり、Ｒ5はアルケニル基であり、ｌ，ｍは０又は正の整数である。ここで、Ｒ3の一価炭化水素基としては、炭素原子数１〜１０、特に１〜６のものが好ましく、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基、ベンジル基、フェニルエチル基、フェニルプロピル基等のアラルキル基、ビニル基、アリル基、プロペニル基、イソプロペニル基、ブテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基、オクテニル基等のアルケニル基や、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素、臭素、塩素等のハロゲン原子、シアノ基等で置換したもの、例えばクロロメチル基、クロロプロピル基、ブロモエチル基、トリフロロプロピル基等のハロゲン置換アルキル基やシアノエチル基等が挙げられる。
また、Ｒ4の一価炭化水素基としても、炭素原子数１〜１０、特に１〜６のものが好ましく、上記Ｒ1の具体例と同様のものが例示できるが、但しアルケニル基は含まない。Ｒ5のアルケニル基としては、例えば炭素数２〜６、特に炭素数２〜３のものが好ましく、具体的には前記式（化１）のＲ2と同じものが例示され、好ましくはビニル基である。
ｌ，ｍは、一般的には0＜ｌ＋ｍ≦10000を満足する０又は正の整数であり、好ましくは5≦ｌ＋ｍ≦2000、より好ましくは10≦ｌ＋ｍ≦1200で、かつ0＜ｌ／（ｌ＋ｍ）≦0.2、好ましくは、0.0011≦ｌ／（ｌ＋ｍ）≦0.1を満足する整数である。
（２）架橋成分（Ｂ成分）
本発明のＢ成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンは架橋剤として作用するものであり、この成分中のＳｉＨ基とＡ成分中のアルケニル基とが付加反応（ヒドロシリル化）することにより硬化物を形成するものである。かかるオルガノハイドロジェンポリシロキサンは、一分子中にケイ素原子に結合した水素原子（即ち、ＳｉＨ基）を２個以上有するものであればいずれのものでもよく、このオルガノハイドロジェンポリシロキサンの分子構造は、直鎖状、環状、分岐状、三次元網状構造のいずれであってもよいが、一分子中のケイ素原子の数（即ち、重合度）は2〜1000、特に2〜300程度のものを使用することができる。
水素原子が結合するケイ素原子の位置は特に制約はなく、分子鎖の末端でも非末端（途中）でもよい。また、水素原子以外のケイ素原子に結合した有機基としては、前記一般式（化１）のＲ1と同様の脂肪族不飽和結合を有さない非置換又は置換一価炭化水素基が挙げられる。
Ｂ成分のオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては下記構造のものが例示できる。
Figure 0006113351
Figure 0006113351
Figure 0006113351
上記の式中、Ｐｈはフェニル基、エポキシ基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、アルコキシ基の少なくとも１種を含む有機基である。Ｌは0〜1,000の整数、特には0〜300の整数であり、Ｍは1〜200の整数である。）
（３）触媒成分（Ｃ成分）
Ｃ成分の触媒成分は、本組成物の硬化を促進させる成分である。Ｃ成分としては、ヒドロシリル化反応に用いられる触媒として周知の触媒を用いることができる。例えば白金黒、塩化第２白金、塩化白金酸、塩化白金酸と一価アルコールとの反応物、塩化白金酸とオレフィン類やビニルシロキサンとの錯体、白金ビスアセトアセテート等の白金系触媒、パラジウム系触媒、ロジウム系触媒などの白金族金属触媒が挙げられる。Ｃ成分の配合量は、硬化に必要な量であればよく、所望の硬化速度などに応じて適宜調整することができる。Ａ成分に対して金属原子重量として０．０１〜１０００ppm添加する。
（４）磁性粉（Ｄ成分）
前記磁性粉は、アルコキシシラン又はアルキルチタネートにより表面処理しておくのが好ましい。この表面処理をしておくとシリコーンゴムの場合、硬化阻害を防ぐことができる。前記アルコキシシランは、Ｒ（ＣＨ3）aＳｉ（ＯＲ’）3-a（Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基、ａは０もしくは１）で示されるシラン化合物、もしくはその部分加水分解物が好ましい。Ｒ（ＣＨ3）aＳｉ（ＯＲ’）3-a（Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基、ａは０もしくは１）で示されるアルコキシシラン化合物（以下単に「シラン」という。）は、一例としてメチルトリメトキシラン，エチルトリメトキシラン，プロピルトリメトキシラン，ブチルトリメトキシラン，ペンチルトリメトキシラン，ヘキシルトリメトキシラン，ヘキシルトリエトキシシラン，オクチルトリメトキシシラン，オクチルトリエトキシラン，デシルトリメトキシシラン，デシルトリエトキシシラン，ドデシルトリメトキシシラン，ドデシルトリエトキシシラン，ヘキサデシルトリメトキシシラン，ヘキサデシルトリエトキシシシラン，オクタデシルトリメトキシシラン，オクタデシルトリエトキシシシラン等のシラン化合物がある。前記シラン化合物は、一種又は二種以上混合して使用することができる。表面処理剤として、アルコキシシランと片末端シラノールシロキサンを併用してもよい。ここでいう表面処理とは共有結合のほか吸着なども含む。
(５)その他の成分（Ｅ成分）
本発明の組成物には、必要に応じて前記以外の成分を配合することができる。例えばベンガラなどの無機顔料、フィラーの表面処理等の目的でアルキルトリアルコキシシランなどを添加してもよい。フィラー表面処理などの目的で添加する材料として、アルコキシ基含有シリコーンを添加しても良い。
本発明の振動吸収装置は、前記の磁気粘弾性エラストマー組成物を組み込んだ振動吸収装置であって、前記磁気粘弾性エラストマー組成物を振動部に配置し、磁力を印加したときの貯蔵弾性率の変化を利用して、前記振動部の振動を吸収する装置である。前記振動部は、衝撃部、動力伝達部、姿勢制御部、車輛のクラッチ、車輛のダンパー、車輛のショックアブソーバー、建造物用の制振支持装置、組み立てロボットの筋肉部分、液体流量制御用バルブ、音響装置、医療・福祉用ロボットハンド及び介護ハンドから選ばれる少なくとも一つの振動部であることが好ましい。具体的な装置については、図２−３で説明する。
以下図面により説明する。図１は本発明の一実施例における磁気粘弾性エラストマー組成物シートの模式的断面図である。この磁気粘弾性エラストマー組成物シート１０は、マトリックス樹脂１２に磁性粉１１が分散されている。
貯蔵弾性率の測定方法を、図２を参照しながら説明する。この貯蔵弾性率測定装置２０は、コイル部２２に印加する電流を発生させる直流安定化電源２１と、磁界を発生させ，鉄心２３，２４およびＭＲＥ２５ａ，２５ｂ内に閉磁路を形成するための磁気コイル２２と、ＭＲＥ２５ａ，２５ｂ断面に対して直角に挿通する磁束線が巡回する経路としての，上部側鉄心２３を含む。この上部側鉄心２３は粘弾性評価式における１自由度振動系の質量としての役割も兼ねる。下部側鉄心２４は２３と同じく，磁束線が巡回する経路である。ＭＲＥ２５ａ，２５ｂは１自由度振動系における粘弾性要素としてのＭＲＥ（測定サンプル）であり、上部側鉄心２３と下部側鉄心２４が，相対的に図の左右方向（せん断方向）へ変位することに伴う同方向の変形を想定し，その粘弾性を評価する。加速度計２６ａは上部鉄心２３に生じる水平方向の加速度を計測する。加速度計２６ｂは下部鉄心２４に生じる水平方向の加速度（振動入力加速度）を計測する。水平加振台２７は下部鉄心２４と結合され，同鉄心の上下方向変位を規制し，同鉄心を水平方向に加振する。電磁加振器２８は水平加振台２７と結合され，同加振台を水平方向に移動させる。電力増幅器２９は電磁加振器２８に電力を供給する。シグナルアナライザ３０は加速度計２６ａ，２６ｂで検出した加速度信号を周波数領域上にて伝達関数処理する。信号増幅器３１は加速度計２６ａ，２６ｂからの電圧信号を増幅する。
この貯蔵弾性率測定装置２０は、水平加振台２７の上に載せられたコイル２２，上部鉄心２３，下部鉄心２４，及びＭＲＥ（測定サンプル）２５ａ，２５ｂのうち、コイル２２と上部鉄心２３を合わせたものを質量、ＭＲＥ（測定サンプル：エラストマ）２５ａと２５ｂを２つの並列ばね要素とみなし、これらの質量とばね要素とから構成される１自由度振動系が、基礎部（水平加振台２７）において変位加振を受け、水平方向に振動する。変位加振は、水平加振台２７に連結された電磁加振器２８によって生成される。基礎部に取り付けられた加速度計２６ｂ，及び質量に取り付けられた加速度計２６ａによって、両者の加速度を同時に計測し、シグナルアナライザ３０の演算機能を利用して、周波数領域にて両者の加速度伝達関数を求める。粘弾性の指標として複素ばね係数を採用し、得られた伝達関数を用いて、下記の理論に従い複素ばね係数を求める。質量をm，質量の絶対変位をx，水平加振台の変位をu，ＭＲＥの複素ばね定数をk*とする。変位加振を受けて振動する系の運動方程式は次の数式（数１）のように表わせる。
Figure 0006113351
ここで複素ばね定数k*を、周波数依存性を考慮して次の数式（数２）のように定義する。
Figure 0006113351
式(2)において、k'(ω)はばね定数，η(ω)は損失係数，ωは角振動数である。また、jは虚数単位を表す。次に，式(1)をラプラス変換し、変位入力U(s)に対する応答変位X(s)の伝達関数G(s)=X / Uを求めると、次式（数３）が得られる。
Figure 0006113351
さらに、式(3)においてs = jωと置き換え、複素ばね定数の定義式(2)を代入すると、周波数領域における伝達関数G (jω)は次のように求められる。
Figure 0006113351
ここで、実測値として得られる加速度伝達関数の実部及び虚部を、それぞれGR，GIとおくと、伝達関数はG(jω) = GR + jGIのように表すことができる。GR，GIは式(4)の実部及び虚部と等しいと考え、これらを等値することにより、ばね定数k'(ω)と損失係数η(ω)は実測値から次式（数５〜６）を用いて計算される。
Figure 0006113351
Figure 0006113351
次に、図３を参照して、ばね定数k'(ω)から、貯蔵弾性率E'(ω)を算出する方法を示す。いま、粘弾性体は直方体形状とし、その厚さをt、幅をb、長さをaとする。粘弾性体は下面を拘束され、その天面は外力Fの作用を受けて、水平方向にdだけ変位するとする。
まず、荷重Fと変形量dとの間には次の関係が成り立つ。
Figure 0006113351
なお、周波数依存性を表すωの記号は省略する。次に、式(7)の関係を、弾性体に生じるせん断応力τとせん断ひずみγの関係に変換する。τとγとの間には、貯蔵弾性率E'を用いて次式の関係が成り立つ。
Figure 0006113351
ここで、τ，γはそれぞれ、図３の記号を用いて次のように表される。
Figure 0006113351
Figure 0006113351
式(7)を式(9)に代入してFを消去し、さらに式(9)、(10)を式(8)に代入することによって、E'は以下のように書き表すことができる。
Figure 0006113351
さらに、損失弾性率E''は貯蔵弾性率E'、損失係数ηを用いて、次のように計算できる。
Figure 0006113351
ＭＲＥ粘弾性の磁場依存性を調べるために、直流安定化電源２１からコイル２２に印加する電流を０〜２Ａ（磁束密度で０〜２００ｍＴ相当）と段階的に変化させながら、ランダム変位加振時の加速度伝達関数を計測し、各々の定電流値に対して式(5)及び(6)を用いてばね定数及び損失係数を算出した。
以下実施例を用いて説明する。本発明は実施例に限定されるものではない。
＜硬さ＞
日本ゴム協会標準規格(SRIS0101)に規定されているアスカーＣ硬度を測定した。
＜貯蔵弾性率＞
貯蔵弾性率は、図２及び図３と前記の図２及び図３を用いた説明文のとおり測定及び計算した。なお、図２及び図３と前記の図２及び図３を用いた説明文は、貯蔵弾性率の測定のみならず、本発明の振動吸収装置の一実施例にもなっている。
（実施例１〜４）
１．材料成分
（１）シリコーン成分
シリコーン成分として二液室温硬化シリコーンゴムを使用した。なお、二液ＲＴＶにはベースポリマー成分（Ａ成分）と架橋成分（Ｂ成分）と白金系金属触媒（Ｃ成分）が予め添加されている。
（２）磁性粉
実施例１：下記に記載のシラン処理後の平均粒子径10.5μｍのパーマロイ（50Fe-50Ni）を50体積％の割合で添加し、均一に混合した。
実施例２：パーマロイに換えて平均粒子径3.9-5.0μｍのカルボニル鉄粉とした以外は実施例１と同様とした。
比較例１：パーマロイに換えて平均粒子径10.8μｍのフェライト（Mn-Zn系鉄）とした以外は実施例１と同様とした。
比較例２：パーマロイに換えて平均粒子径30.1μｍのフェライト（Ni-Zn系鉄）とした以外は実施例１と同様とした。
（３）シラン処理
前記磁性粉にシランカップリング剤を１質量％の割合で添加し、均一になるまで撹拌する。撹拌した磁性粉をトレ―等に均一に拡げ１００℃で２時間乾燥させた。
２．シート成形加工方法
離型処理をしたポリエステルフィルム上に厚さ３ｍｍの金枠を置きコンパウンドを流し込み、もう一枚の離型処理をしたポリエステルフィルムを載せた。これを５ＭＰａの圧力で、１２０℃、１０分硬化し、厚さ３．０ｍｍのシリコーンゴムシートを成形した。得られたシリコーンゴムシートの物性は表１にまとめて示す。
Figure 0006113351
 表１から、カルボニル鉄が最も粘弾性変化が大きいことがわかった。
（実施例３〜６、比較例３〜４）
磁性粉体として平均粒子径3.9-5.0μｍのカルボニル鉄粉を使用し、表２に示すように添加量を変えて実験した。他の条件は実施例１と同様である。結果も合わせて表２にまとめて示す。
Figure 0006113351
表２から、貯蔵弾性率の変化は、硬度とカルボニル鉄粉の含有量に依存すると推測した。なお、カルボニル鉄粉60体積％では硬さが上昇し貯蔵弾性率の変化が低下した。カルボニル鉄80体積％では成型時の流動性が悪く成型不可であった。
図４は実施例４で得られた磁気粘弾性エラストマー組成物の貯蔵弾性率の周波数特性測定グラフである。
（実施例７〜１１、比較例５）
磁性粉体として平均粒子径3.9-5.0μｍのカルボニル鉄粉を使用し、加硫剤の添加量を操作してゴム硬度を変えた以外は実施例１と同様に実験した。条件と結果を表３にまとめて示す。
Figure 0006113351
表３から、カルボニル鉄が５０体積％、アスカーＣ硬度が１０〜５２のときが磁場印加時に貯蔵弾性率の変化が５倍以上あることがわかった。アスカーＣ硬度が６９ときは磁場印加時に貯蔵弾性率の変化が５倍未満である。
本発明の磁気粘弾性エラストマー組成物は、シート、ロッド、押し出し成型品、金型成形品、パテ材及びこれらの複合品など様々な形態の製品に適用できる。
１０ 磁気粘弾性エラストマー組成物シート
１１ 磁性粉
１２ マトリックス樹脂
２０ 貯蔵弾性率測定装置
２１ 直流安定化電源
２２ 磁気コイル
２３ 上部側鉄心
２４ 下部側鉄心
２５ａ，２５ｂ ＭＲＥ（測定サンプル）
２６ａ，２６ｂ 加速度計
２７ 水平加振台
２８ 電磁加振器
２９ 電力増幅器
３０ シグナルアナライザ
３１ 信号増幅器

Claims (9)

  1. マトリックス樹脂と磁性粉を含む磁気粘弾性エラストマー組成物であって、
    前記組成物を１００体積％としたとき、前記磁性粉は３０〜７０体積％含み、
    前記磁気粘弾性エラストマー組成物は日本ゴム協会標準規格(SRIS0101)アスカーＣ硬度が５〜６０であり、
    前記マトリックス樹脂は熱硬化性樹脂であり、
    前記磁性粉は、硬化阻害を防ぐためのアルコキシシラン又はアルキルチタネートにより表面処理されている磁性粉を含み、かつ前記磁性粉はカルボニル鉄粉又はパーマロイ５０Ｆｅ−５０Ｎｉであることを特徴とする磁気粘弾性エラストマー組成物。
  2. 前記アルコキシシランは、Ｒ（ＣＨ3）aＳｉ（ＯＲ’）3-a（Ｒは炭素数１〜２０のアルキル基、Ｒ’は炭素数１〜４のアルキル基、ａは０もしくは１）で示されるシラン化合物、もしくはその部分加水分解物である請求項１に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物。
  3. 前記熱硬化性樹脂はオルガノポリシロキサンである請求項１又は２に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物。
  4. 前記磁気粘弾性エラストマー組成物は、２００ｍＴの磁束密度の磁力を印加したとき、貯蔵弾性率が５倍以上変化する請求項１〜３のいずれかに記載の磁気粘弾性エラストマー組成物。
  5. 前記磁気粘弾性エラストマー組成物は、シート状である請求項１〜４いずれか１項に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物。
  6. 下記組成のコンパウンドを硬化して得ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物の製造方法。
    （Ａ）ベースポリマー成分：１分子中に平均２個以上かつ分子鎖両末端のケイ素原子に結合したアルケニル基を含有する直鎖状オルガノポリシロキサン
    （Ｂ）架橋成分：１分子中に平均２個以上のケイ素原子に結合した水素原子を含有するオルガノハイドロジェンポリシロキサンが、前記Ａ成分中のケイ素原子結合アルケニル基１モルに対して、１モル未満の量
    （Ｃ）白金系金属触媒：Ａ成分に対して重量単位で０．０１〜１０００ppm
    （Ｄ）磁性粉：オルガノポリシロキサンを２０〜８０体積％としたとき２０〜８０体積％
    但し、前記磁性粉は、硬化阻害を防ぐためのアルコキシシラン又はアルキルチタネートにより表面処理されている磁性粉を含み、かつ前記磁性粉はカルボニル鉄粉又はパーマロイ５０Ｆｅ−５０Ｎｉである
  7. 前記磁性粉は、オルガノポリシロキサン１００重量部に対して２００〜３０００重量部である請求項６に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物の製造方法。
  8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気粘弾性エラストマー組成物を組み込んだ振動吸収装置であって、
    前記磁気粘弾性エラストマー組成物を振動部に配置し、磁力を印加したときの貯蔵弾性率の変化を利用して、前記振動部の振動を吸収することを特徴とする振動吸収装置。
  9. 前記振動部は、衝撃部、動力伝達部、姿勢制御部、車輛のクラッチ、車輛のダンパー、車輛のショックアブソーバー、建造物用の制振支持装置、組み立てロボットの筋肉部分、液体流量制御用バルブ、音響装置、医療・福祉用ロボットハンド及び介護ハンドから選ばれる少なくとも一つの振動部である請求項８に記載の振動吸収装置。
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