KR20190075916A - 댐퍼 고무 부재 및 토셔널 댐퍼 - Google Patents

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Abstract

사용 표준 온도에서의 손실 계수가 크고 또 저온으로부터 고온까지의 손실 계수의 저하가 적은 댐퍼 고무 부재 및 이 댐퍼 고무 부재를 가진 토셔널 댐퍼를 제공한다.
토셔널 댐퍼(10)의 허브(11)와 관성링(12) 사이에 장착되는 댐퍼 고무 부재(13)는 토셔널 댐퍼(10)에 장착되기 전의 상태에 있어서 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)가 0.33 이상이고, 고온측 사용 온도에서의 손실 계수(tanδh)와 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)의 손실 계수비(tanδh/tanδi)가 0.86 이상이며, 저온측 사용 온도에서의 저장 탄성률(E'pl)과 사용 표준 온도에서의 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)가 6.9 이하이다.

Description

댐퍼 고무 부재 및 토셔널 댐퍼
본 발명은 차량의 엔진의 크랭크 샤프트나 캠 샤프트 등의 회전축에 장착되어 상기 회전축의 비틀림 진동을 흡수하는 토셔널 댐퍼(torsional damper)에 이용하기에 적절한 댐퍼 고무 부재 및 이를 이용한 토셔널 댐퍼에 관한 것이다.
차량의 엔진의 크랭크 샤프트나 캠 샤프트 등의 회전축의 회전을 피(被)구동 기기로 전달하는 토셔널 댐퍼는 회전축에 부착되는 허브와, 이 허브의 직경 방향 바깥쪽에 배치되는 관성링을 가지며, 허브 외주면과 관성(慣性)링 내주면의 간극부에는 고무 부재가 개재하고 있다. 이 고무 부재는 차량의 주행 시에 발생되는 회전축의 비틀림 진동을 줄여서 회전축의 파손을 방지하며 엔진의 소음이나 진동을 낮게 하는 역할을 한다.
특허문헌 1에는 에틸렌·프로필렌 고무를 포함하는 고무 조성물을 가교해서 얻어지며, -40℃ 내지 150℃에서의 손실 계수(tanδ)가 0.35를 초과하는 댐퍼용 고무 부재가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 에틸렌·프로필렌·디엔 고무(EPDM)를 주 재료로 하고, 손실 계수의 온도 의존성이 50℃에서의 온도 변화 당 15% 이내의 변화률이 되도록 설정된 고무 부재를 가황 접착한 러버 댐퍼 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 3에는 토셔널 댐퍼의 허브와 관성링에 가교되고, 약 120℃ 내지 140℃의 고온 분위기에서도 우수한 내열성을 나타내는 토셔널 댐퍼용 EPDM 조성물이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 2007-009073호 공보 일본 특개평 11-210832호 공보 일본 특허 제 4140415호 명세서
토셔널 댐퍼에 적용되는 고무 부재는 토셔널 댐퍼의 실제 사용 시의 표준적인 온도(사용 표준 온도라고도 함)에서의 손실 계수(tanδ)가 높고, 또 고온측에서도 손실 계수(tanδ)의 저하가 적어지도록 설계할 필요가 있다.
그러나, 기존의 댐퍼 고무 부재는 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδ)를 높게 설계하면, 고온측에서의 손실 계수(tanδ)의 저하가 현저하게 되어 고온 사용 시에 토셔널 댐퍼의 비틀림 진동 저감 효과가 충분히 얻어지지 않게 된다는 문제가 있었다.
본 발명의 하나의 목적은 사용 표준 온도에서의 손실 계수가 크고, 또 고온측에서의 손실 계수 저하가 적은 댐퍼 고무 부재 및 이를 사용한 토셔널 댐퍼를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 저온 영역으로부터 고온 영역에 걸쳐 뛰어난 비틀림 진동 저감 특성을 보이는 댐퍼 고무 부재 및 이를 사용한 토셔널 댐퍼를 제공하는 데 있다.
본원에서 개시되는 발명들 중 대표적인 것의 개요를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 댐퍼 고무 부재는 토셔널 댐퍼에 사용되는 댐퍼 고무 부재로서, 상기 토셔널 댐퍼에 장착되기 전의 상태에 있어서 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)가 0.33 이상이고, 고온측 사용 온도에서의 손실 계수(tanδh)와 상기 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)의 손실 계수비(tanδh/tanδi)가 0.86 이상이며, 저온측 사용 온도에서의 저장 탄성률(E'pl)과 상기 사용 표준 온도에서의 저장 탄성률('pi)의 비(E'pl/E'pi)가 6.9 이하이다.
본 발명의 토셔널 댐퍼는 회전축에 장착되며 상기 회전축과 일체적으로 회전되는 댐퍼 허브와 상기 댐퍼 허브에 고무 부재를 개재해서 장착된 관성링을 가지고, 상기 댐퍼 허브와 상기 관성링 사이에 개재된 상기 댐퍼 고무 부재는 사용 표준 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)가 0.27 이상이고, 고온측 사용 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)와 상기 사용 표준 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)의 손실 계수비(tanδph/tanδpi)가 0.62 이상이다.
본원에서 개시되는 발명들 중 대표적인 것에 의해 얻어지는 효과를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면 사용 표준 온도에서의 손실 계수가 크고, 또 고온측에서의 손실 계수 저하가 적은 댐퍼 고무 부재 및 이를 사용한 토셔널 댐퍼를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 저온 영역으로부터 고온 영역에 걸쳐 뛰어난 비틀림 진동 저감 특성을 보이는 댐퍼 고무 부재 및 이를 사용한 토셔널 댐퍼를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 토셔널 댐퍼를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 토셔널 댐퍼의 일부 파단 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 토셔널 댐퍼의 조립 방법을 나타낸 일부 파단 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 토셔널 댐퍼의 댐퍼 고무 부재를 구성하는 댐퍼 고무 조성물에 포함되는 카본 블랙의 양과 손실 계수(tanδ)의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 나타낸 토셔널 댐퍼의 댐퍼 고무 부재를 구성하는 고무 조성물에 포함되는 카본 블랙의 요오드 흡착량 및 DBP 흡유(吸油)량의 최적 범위를 나타낸 그래프이다.
이하에 본 발명의 실시형태를 도면에 의거해서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태인 토셔널 댐퍼를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 토셔널 댐퍼의 일부 파단 사시도이다.
본 실시형태의 토셔널 댐퍼(10)는 자동차 엔진의 크랭크 샤프트 첨단에 장착되어 해당 크랭크 샤프트의 회전을 얼터네이터(alternator)나 파워 스티어링 등의 피구동 기기로 전달하기 위해 사용되는 것으로서 댐퍼 허브(11)와 관성링(12)과 고리 형상의 댐퍼 고무 부재(13)를 구비한다.
댐퍼 허브(11)는 직경 방향으로 연장되는 디스크부(11a)와 이 직경 방향 중앙부에 일체로 형성된 보스(boss)부(11b)를 가지고, 보스부(11b)가 크랭크 샤프트 첨단에 체결되어 중심축(C)을 중심으로 회전 구동된다. 댐퍼 허브(11)는 FC250, FCD450 등의 주철로 이루어진다.
관성링(12)은 댐퍼 허브(11)의 직경 방향 외측에 배치되어 있으며, 그 외주면에 벨트가 걸리는 풀리(pulley)홈(12a)이 형성되어 동력 전달용 풀리(pulley)를 구성하고 있다. 관성링(12)은 FC250 등의 주철로 이루어진다.
댐퍼 허브(11)와 관성링(12) 사이에 개재하는 고리 형태의 댐퍼 고무 부재(13)는 댐퍼 허브(11)의 중심축(C)과 동축(同軸)의 외주면과, 이 외주면에 대향하는 관성링(12)의 내주면의 간극부에 삽입되며, 자동차의 주행 중에 발생되는 크랭크 샤프트의 비틀림 진동을 줄여서 파손을 방지하고, 엔진 진동의 소음이나 진동을 낮게 한다.
본 실시형태의 토셔널 댐퍼(10)에 사용되는 댐퍼 고무 부재(13)는 토셔널 댐퍼(10)에 장착되기 전의 상태에 있어서 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)가 0.33 이상이고, 고온측 사용 온도에서의 손실 계수(tanδh)와 상기 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)의 손실 계수비(tanδh/tanδi)가 0.86 이상이며, 저온측 사용 온도에서의 저장 탄성률(E'pl)과 상기 사용 표준 온도에서의 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)가 6.9 이하라는 특성을 지닌다.
여기서 사용 표준 온도란 실제 사용 시의 표준적인 온도를 의미하고, 대표적인 예로서는 60℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 측정 온도, 및 댐퍼 고무 부재(13)를 토셔널 댐퍼(10)에 장착했을 경우에는 60℃±5℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 표면 측정 온도를 들 수 있다. 또, 고온측 사용 온도란 실제 사용 시에 상정될 온도를 의미하고, 대표적인 예로서는 120℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 측정 온도, 및 댐퍼 고무 부재(13)를 토셔널 댐퍼(10)에 장착했을 경우에는 120℃±5℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 표면 측정 온도를 들 수 있다. 그리고 저온측 사용 온도란 한냉지에서의 실제 사용 시의 표준적인 온도이고, 대표적인 예로서는 -30℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 측정 온도, 및 댐퍼 고무 부재(13)를 토셔널 댐퍼(10)에 장착했을 경우에는 -30℃±5℃에서의 댐퍼 고무 부재(13)의 표면 측정 온도를 들 수 있다.
손실 계수(tanδ, 손실 탄젠트라고도 함)는 댐퍼 고무 부재(13)의 동적 점탄성(=손실 탄성율/저장 탄성률)으로부터 측정되는 수치로서, 이 수치가 클수록 댐퍼 고무 부재의 진동 저감 성능이 높은 것을 의미한다. 또, 손실 계수비는 손실 계수(tanδ)의 온도 의존성을 나타내는 지표로서, 고온측 사용 온도에서의 손실 계수(tanδh)와 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)의 손실 계수비(tanδh/tanδi)가 크다(1에 가깝다)는 것은 사용 표준 온도로부터 고온측 사용 온도까지의 온도 범위에서의 손실 계수(tanδ)의 온도 의존성이 작은 것, 다시 말하면 온도 변화에 따른 손실 계수(tanδ)의 저하가 적은 것을 의미한다.
그리고 저장 탄성률비는 저온 영역으로부터 통상 사용 온도까지의 저장 탄성률 변화의 정도를 나타내는 것으로서, 저장 탄성률비가 작을수록(예를 들어 6.9 이하) 저온에서 진동 저감성능을 유지할 수 있다는 것을 의미한다.
상기와 같은 특성을 가진 본 실시형태의 댐퍼 고무 부재(13)는 에틸렌·프로필렌·디엔 삼원 코폴리머(EPDM) 100중량부에 대해 카본블랙 100중량부 이상, 프로세스 오일 50중량부 이상이 각각 첨가되며, 또 상기 EPDM의 폴리머 분율이 20중량％ 이상 40중량％ 이하인 댐퍼 고무 조성물을 통상적인 방법에 의해 소정의 형상(본예에서는 원통형)으로 가황 성형함으로써 얻어진 것이다.
댐퍼 고무 조성물 중의 카본블랙량과 댐퍼 고무 부재의 손실 계수(tanδ) 사이에는 상관 관계가 있어, 도 4에 나타내는 바와 같이 카본블랙량의 증가에 비례해서 손실 계수(tanδ)도 또한 커진다. 따라서 댐퍼 고무 조성물에는 EPDM 100중량부에 대해 카본블랙 100중량부 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.
또, 카본블랙의 입경과 댐퍼 고무 조성물의 손실 계수(tanδ) 사이에도 상관 관계가 있어, 카본블랙의 입경이 작을수록 손실 계수가 커진다.
다시 말하면 카본블랙의 요오드 흡착량이 많을수록 카본블랙의 입경이 작게 되어 댐퍼 고무 조성물의 손실 계수가 커진다. 또, DBP(가소제:디부틸 프타레이트(Dibutyl phthalate)) 흡유량이 많을수록 카본블랙의 스트럭처(structure)가 커져 전도성이 향상시키므로 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 장착 시 토셔널 댐퍼의 대전을 방지하며 내구성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 요오드 흡착량 및 DBP 흡유량에 대해서는 후술하는 바와 같이 요오드 흡착량 및 DBP 흡유량이 소정의 범위인 카본블랙을 사용하는 것이 바람직하다(도 5 참조).
또, 후술하는 바와 같이 토셔널 댐퍼의 내구성을 향상시키기 위해 300% 신장 시의 모듈러스(modulus)(Mpa)와 50% 신장 시의 모듈러스(Mpa)의 비(300% 신장 시 모듈러스/50% 신장 시 모듈러스)를 비교적 크게(예를 들어 7.2 이상) 하는 것이 바람직하다. 300% 신장 시의 모듈러스(Mpa)와 50% 신장 시의 모듈러스(Mpa)의 비(300% 신장 시 모듈러스/50% 신장 시 모듈러스의 비)가 7.2보다 작을 경우에는 외력 인가 시의 댐퍼 고무 부재의 왜곡이 커져 내구 시에 댐퍼 고무 부재가 파손될 수 있다.
댐퍼 고무 조성물에는 가황제로서 과산화물, 공가교제(co-crosslinking agent) 등이 함유된다.
과산화물로서는
1,1- 비스(tert-부틸퍼옥시)시클로헥산,
2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산,
2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥신-3,
2,5-디메틸-2,5-디(벤조일퍼옥시)헥산,
1,3-디(2-tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠,
디-tert-부틸퍼옥시드,
디큐밀퍼옥시드,
N-부틸-4,4-디(tert-부틸퍼옥시)발레레이트,
tert-부틸큐밀퍼옥시드,
등이 사용될 수 있다.
공가교제로서는
트리알릴이소시아네이트,
에틸렌글리콜디메타크릴레이트,
트리메틸올프로판트리메타크릴레이트,
트리알릴시아누레이트,
퀴논디옥심,
폴리부타디엔,
등이 사용될 수 있다.
또, 댐퍼 고무 조성물에는 상술한 성분 이외에도 주지된 고무 첨가제(프로세스 오일(광물유), 가소제, 아연화, 스테아르산아연, 노화 방지제 등)가 포함된다.
본 실시형태의 토셔널 댐퍼(10)는 상기와 같은 댐퍼 고무 조성물을 가황 성형해서 고리 형태의 댐퍼 고무 부재(13)를 제작한 후, 도 3에 나타내는 바와 같이 댐퍼 허브(11)의 보스부(11b)가 연직 방향이 되도록 댐퍼 허브(11)와 관성링(12)을 받침대(도시하지 않음) 상에 배치한 상태로 프레스 등의 압입(壓入) 지그를 사용해서 댐퍼 허브(11)의 외주면과 관성링(12)의 내주면의 간극부(14)에 댐퍼 고무 부재(13)를 압입함으로써 제조할 수 있다. 이와 같이 해서 제조된 부품을 압입형 토셔널 댐퍼라고 한다.
댐퍼 허브(11)와 관성링(12)의 간극부(14)에 댐퍼 고무 부재(13)를 압입할 때의 압력은 댐퍼 고무 부재(13)의 압축률이 10% 이상 50% 이하로 되는 것 같은 압력인 것이 바람직하다. 댐퍼 고무 부재(13)의 압축률이 10% 미만인 경우에는 토셔널 댐퍼(10)의 슬립 토크가 소망이 값으로 되지 않아 동력이 벨트로 전달되기 어려워진다. 또, 50%보다 큰 압축률인 경우에는 댐퍼 고무 부재(13)에 응력 집중이 발생해서 내구성이 열화되므로 바람직하지 못하다.
또, 댐퍼 고무 부재(13)의 압축률은 10% 이상 30% 미만인 것이 더욱 바람직하다. 압축률이 상기 범위 내이면 특히 내구 시험에 있어서 관성링(12) 혹은 댐퍼 허브(11)와의 마찰로 인한 고무 마모분(粉)의 발생을 억제할 수 있으므로 양호한 내구성을 얻을 수 있다. 그 위에 압입성이 양호하므로 안정된 치수 정밀도를 구현할 수 있다.
토셔널 댐퍼(10)의 제조 방법으로서는 상술한 압입법 이외에도 댐퍼 고무 부재(13)를 구성하는 댐퍼 고무 조성물을 댐퍼 허브(11)와 관성링(12)의 간극부(14)에 주입해서 가열하는 가황 접착법이 있다. 가황 접착법에 의해 제조된 부품을 가황 접착형 토셔널 댐퍼라고 한다.
가황 접착법에 의하면 압입법에 비해 댐퍼 고무 부재 본래의 특성을 발휘하기 쉽지만 접착 불량을 야기하기 쉬우므로 댐퍼 허브(11)나 관성링(12)과의 접착력을 높이기 위한 조정이 필요하게 된다. 압입법에서는 댐퍼 고무 부재(13)가 압축되므로 댐퍼 고무 조성물 본래의 특성이 다소 희생되지만 압입이라는 간이한 공정에 의해 접착 불량을 줄일 수 있다는 장점이 있다.
(실시예)
다음으로 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
<댐퍼 고무 부재의 제조>
(댐퍼 고무 조성물의 조정 공정)
우선, 3.5리터 반바리 믹서(Bunbury mixer)에 EPDM 100중량부를 투입하고 회전수 40rpm로 1분간 소련(素練)한 후 카본 블랙 100중량부, 프로세스 오일 50중량부, 아연화 5중량부, 스테아르산아연 1중량부, 노화 방지제 2중량부를 투입해서 2분간 혼련하고, 이어서 1분간 혼련(混練)한 후 혼련물을 반바리 믹서로부터 배출했다. 계속해서 배출된 혼련물을 롤 간격 5mm로 한 12인치 롤에 들러 감아 시트 형태로 성형하고 성형된 반죽을 실온에서 12시간 이상으로 내버려 두었다.
다음으로 상기 반죽을 롤 간격 4mm로 한 6인치 롤에 들러 감고 과산화물로서 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산 3.5중량부 및 공가교제로서 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 2중량부를 혼련해서 뒤집기를 좌우으로 3회씩 실시하고, 계속해서 둥글리기를 5회 실시한 후 시트 형태로 성형했다.
(댐퍼 고무 조성물의 가황 공정)
다음으로 상기 시트를 금형에 장착하고 180℃에서 10분간 프레스 가황을 실시해서 두께가 2mm의 고무 시트를 제작한 후 150℃의 항온조에서 6시간 가열 처리를 실시했다.
또, 댐퍼 고무 조성물의 조성비를 바꾼 것 이외에는 상기와 동일한 방법으로 표1, 표2에 나타내는 실시예2 내지 실시예11 및 비교예1의 댐퍼 고무 부재(시험편)를 제작했다. 단, 실시예1 내지 실시예7, 실시예11, 비교예1에서는 요오드 흡착량 및 DBP 흡유량이 도 5에 나타내는 범위에 있는 카본 블랙1을 사용했으나, 실시예8에서는 카본 블랙2, 실시예9에서는 카본 블랙3, 실시예10에서는 카본 블랙4를 각각 사용했다. 또, 실시예1 내지 실시예11, 비교예1에서 사용한 가황 전의 댐퍼 고무 조성물을 각각 조성물1 내지 11, 비교 조성물1로 한다. 또, 조성물1 내지 11, 비교 조성물1에 의해 제작된 댐퍼 고무 부재를 시험편1 내지 11, 비교 시험편1로 한다.
<댐퍼 고무 부재의 평가>
1. 하기 조건에 따라 JIS K6394에 의거해서 각 댐퍼 고무 부재(시험편1 내지 시험편11, 비교 시험편1)의 60℃에서의 손실 계수(tanδi), 120℃에서의 손실 계수(tanδh)와 손실 계수비(tanδh/tanδi), 및 -30℃에서의 저장 탄성률(E'pl)과 60℃에서의 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)를 각각 측정했다. 결과를 표1, 표2에 나타낸다.
측정기:우에시마 제작소사 제조 점탄성 아날라이저 YR-7130
변형 방법:인장
주파수:100Hz
진폭:±1%
프리로드:480mN
시험편 형상:가황 성형 후의 시트 형태 고무 부재로부터 채취한 20mm(잡기 간격)×4mm(폭)×2mm(두께)의 단책(短冊) 형상편
2. JIS K6253에 의거해서 듀로미터(Durometer)A를 사용하고 1초 이내에 판독하는 방식으로 각 댐퍼 고무 부재(시험편1 내지 시험편11, 비교 시험편1)의 경도를 측정했다. 결과를 표1, 표2에 나타낸다.
3. JIS K6251에 의거해서 각 댐퍼 고무 부재 시험편(실시예1 내지 실시예11, 비교예1)의 인장 강도(Mpa), 신장(％) 및 모듈러스(modulus)(300% 신장 시의 모듈러스, 50% 신장 시의 모듈러스 및 그들의 비)를 측정했다. 결과를 표1, 표2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
<압입형 토셔널 댐퍼의 평가>
토셔널 댐퍼(실시예1a 내지 실시예11a, 비교예1a)에 장착된 댐퍼 고무 부재의 표면 온도가 60℃에서의 손실 계수(tanδpi), 댐퍼 고무 부재의 표면 온도가 120℃에서의 손실 계수(tanδph) 및 손실 계수비(tanδph/tanδpi) 및 저온성(-30℃/60℃ Fn비)을 고주파 진동 시험기에 의한 공진 스위프(sweep)법(고유 진동수 측정)으로 측정했다. 저온성(-30℃/60℃ Fn비)이란 -30℃에서의 고유 진동수와 60℃에서의 고유 진동수의 비이며, 저온 시의 비틀림 진동 특성에 영향을 끼친다.
<측정 조건>
·고무 온도:60±5℃, 120±5℃, -30±5℃
·가진 진폭:±1.7×10-3rad(±0.1°)
·스위프 속도:100Hz/min
2. 시판 중인 비틀림 진동 시험기를 사용해서 하기 측정 방법 및 측정 조건에 따라 토셔널 댐퍼(실시예1a 내지 실시예11a, 비교예1a)의 크랭크 비틀림 저감 효과 및 내구성 평가를 실시했다. 크랭크 비틀림 저감 효과에 대해서는 비교예1a 에 비해 더욱 효과가 있었던 것을 「○(동그라미)」로 하고 비교예1a 에 비해 높은 효과가 있었던 것을 「◎ (이중 동그라미)」로 했다. 내구성에 대해서는 규정 횟수 이전에 고무의 파손이 있었던 것을 「×(벌점)」으로 하고, 규정 횟수 이후에 고무부의 표면에 요철이 있었던 것을 「△(삼각)」으로 하며, 규정 횟수 이후에 근소한 고무 마모분의 부착이 있었던 것을 「○(동그라미)」로 하고, 규정 횟수 이후에 고무부의 외관에 이상이 없었던 것을 「◎(이중 동그라미)」로 했다. 결과를 표1, 표2에 나타낸다.
<측정 방법>
·분위기 온도가 100℃의 항온조 내에서 댐퍼 고무 부재의 온도를 안정시킨다.
·허브를 고정한 상태로 토셔널 댐퍼를 일정 하중으로 좌우로 비틀림 진폭을 가한다.
<측정 조건>
·분위기 온도:±5℃
·가진 진폭(부하 토크):내구 초기의 댐퍼 고무 부재의 전단 왜곡이 30% 이상으로 되는 부하토크
·가진 주파수:10Hz
·내구 횟수:1×107회
<가황 접착형 토셔널 댐퍼의 평가>
상기 댐퍼 고무 부재 시험편(실시예1 내지실시예11, 비교예1)의 가황 이전의 댐퍼 고무 조성물을 가황제와 함께 댐퍼 허브와 관성링의 간극부에 주입·가열하는 가황 접착법에 의해 토셔널 댐퍼를 제작했다. 다시 말하면 상기 조성물1 내지 11, 비교 조성물1을 댐퍼 허브와 관성링의 간극부에 주입·가열함으로써 토셔널 댐퍼를 제조했다. 그리고 표1, 표2에 나타내는 바와 같이 실시예1b 내지 11b, 비교예1b로서 조성물1 내지 11, 비교 조성물1을 사용한 가황 접착형 토셔널 댐퍼의 평가를 실시했다.
상기 압입형 토셔널 댐퍼의 평가에 사용한 방법과 동일한 방법에 의해 댐퍼 허브와 관성링의 간극부에 접착 형성된 토셔널 댐퍼(실시예1b 내지 실시예11b, 비교예1b)의 댐퍼 고무 부재의 표면 온도가60℃에서의 손실 계수(tanδpi), 표면 온도가 120℃에서의 손실 계수(tanδph) 및 손실 계수비(tanδph/tanδpi)를 각각 측정함과 동시에 크랭크 비틀림 저감 효과 및 내구성의 평가를 실시했다. 크랭크 비틀림 저감 효과 및 내구성의 평가에 대해서는 상기 압입형 토셔널 댐퍼의 경우와 동일한 방법으로 실시했다. 또, 크랭크 비틀림 저감 효과에 대해서는 비교예1b와 비해 평가했다. 결과를 표1, 표2에 나타낸다.
<tanδ와 진동 저감 특성의 관계에 대해>
표1, 표2에 나타내는 바와 같이 실시예1a 내지 실시예11a의 압입형 토셔널 댐퍼는 비교예1a의 압입형 토셔널 댐퍼에 비해 크랭크 비틀림 저감 효과가 컸다. 또, 실시예1b 내지 실시예11b의 가황 접착형 토셔널 댐퍼도 또한 비교예1b 에 비해 크랭크 비틀림 저감 효과가 컸다. 즉, 비교예1a,1b의 토셔널 댐퍼의 경우 60℃에서의 손실 계수가 0.33 미만으로 되었고, 크랭크 비틀림 저감 효과가 실시예1a 내지 실시예11a 및 실시예1b 내지 실시예11b에 비해 떨어졌다.
그리고 압입형 토셔널 댐퍼(실시예1a 내지 실시예11a) 및 가황 접착형 토셔널 댐퍼(실시예1b 내지실시예11b)의 경우에는 손실 계수가 원래의 댐퍼 고무 부재 단체(댐퍼 고무 부재 시험편, 실시예1 내지 실시예11)에 비해 약간 저하되었다. 이와 같이 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 장착함으로써 장착 이전에 비해 손실 계수가 약간 저하되었지만 압입형 및 가황 접착형 모두 댐퍼 고무 부재의 표면 온도가 60℃에서의 손실 계수가 0.27 이상이 되었으며 우수한 비틀림 진동 저감 특성을 나타내는 것으로 판명되었다.
또, 압입형 토셔널 댐퍼(실시예1a 내지 실시예11a) 및 가황 접착형 토셔널 댐퍼(실시예1b 내지 실시예11b)의 경우에는 댐퍼 고무 부재의 표면 온도가 60℃에서의 손실 계수(tanδpi), 표면 온도가 120℃에서의 손실 계수(tanδph) 및 손실 계수비(tanδph/tanδpi)가0.62 이상이었으며 고온 영역에 있어서도 우수한 비틀림 진동 저감 특성을 나타내는 것으로 판명되었다.
<모듈러스와 내구성에 대해>
표1, 표2에 나타내는 바와 같이 압입형 토셔널 댐퍼(실시예1a 내지 실시예11a) 및 가황 접착형 토셔널 댐퍼(실시예1b 내지 실시예11b) 양쪽에 있어서 각각 비교예1a,1b에 비해 내구성이 높았다. 이에 반해 비교 시험편1의 300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비가 7.2 미만으로 되었으며 실시예1 내지 실시예11의 시험편1 내지 11에 비해 상기 비가 낮았다.
이상의 고찰에 따라 300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비가 7.2 이상인 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 장착함으로써 우수한 내구성을 나타내는 것으로 판명되었다.
또, 표1, 표2에 나타내는 바와 같이 내구성은 300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비에 추가해서 300% 신장시 의 모듈러스 및 50% 신장 시의 모듈러스가 클수록 양호한 내구성을 나타낸다.
이상의 관점에서 300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비가 7.2 이상이고 300% 신장 시의 모듈러스가 9.0 이상인 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 사용하는 것이 바람직하다. 또, 내구성의 평가가 높은 실시예2, 3, 4, 8, 9로부터 300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비를 9.6 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 300% 신장 시의 모듈러스 및 50% 신장 시의 모듈러스에 대해서는 300% 신장 시의 모듈러스를 13.2 이상으로 하고 50% 신장 시의 모듈러스를 1.32 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
<저장 탄성률과 저온 효과에 대해>
실시예1 내지 실시예11의 댐퍼 고무 부재는 댐퍼 고무 부재의 저온 사용 온도에서의 저장 탄성률(E”pl)과 표준 사용 온도에서의 저장 탄성률(E”pi)의 비(E”pl/E”pi)가 6.9 이하로 된다. 이에 반해 비교예1의 댐퍼 고무 부재는 상기 비(E”pl/E”pi)가 6.9를 초과하며, 저장 탄성률이 실시예1 내지 실시예11보다 떨어졌다.
여기서 조성물1 내지 조성물11의 EPDM 폴리머 중의 에틸렌 중량 비율은 58%이고 이에 반해 비교 조성물1의 EPDM 폴리머 중의 에틸렌 중량 비율은 62%이다. EPDM 폴리머 중의 에틸렌 중량 비율이 높아지면 저장 탄성률(E'pl)과 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)이 커져 저온 특성이 악화된다.
이상의 고찰로부터 댐퍼 고무 부재의 저온측 사용 온도에서의 저장 탄성률(E'pl)과 사용 표준 온도에서의 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)가 6.9 이하인 실시예1 내지 실시예11의 댐퍼 고무 부재는 저온 영역에서도 우수한 저장 탄성률을 나타내고, 저온에서도 진동 저감 성능을 유지할 수 있다. 이와 같은 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 장착함으로써 토셔널 댐퍼의 저온성(-30℃/60℃ Fn비)이 향상되는 것으로 반명되었다.
<댐퍼 고무 조성물에 대해서>
이하, 댐퍼 고무 조성물에 대해 바람직한 범위를 설명한다.
(a) EPDM 폴리머에 대해
상기 실시예에서는 폴리머로서 EPDM을 사용했다. 그리고 EPDM으로서 에틸렌 중량 비율이 55% 이하인 제1 그레이드와 유전(油展) 오일량이 40중량부 이상인 유전 그레이드를 혼합해서 에틸렌 중량 비율 58%로 했다. 여기서 댐퍼 고무 조성물의 오일 첨가량(프로세스 오일량)은 유전 그레이드의 폴리머에 포함된 오일을 차감한 양으로 한다. 제1 그레이드(1G), 유전 그레이드(OG) 및 프로세스 오일량(PO)의 각 중량부의 관계는 아래와 같다. 유전 그레이드의 폴리머를 사용함으로써 프로세스 오일량을 억제할 수 있어 폴리머나 카본 블랙의 분산성을 향상시킬 수 있다.
유전 EPDM 그레이드를 배합해서 사용할 경우에는 제1 그레이드의 EPDM 폴리머와 유전 EPDM그레이드의 유전 오일을 제외한 EPDM 폴리머의 합계가 100중량부가 되도록 환산한다.
제1 그레이드(1G)의 첨가량(중량부수)을 A로 했을 때 유전 그레이드(OG)의 첨가량(중량부수) B는 (100-A)×D/100이다.
여기서 D는 사용한 유전 그레이드의 EPDM 폴리머를 100중량부로 했을 때의 폴리머와 유전 오일을 합계한 중량부수이다.
또, 유전 그레이드(OG)를 사용했을 경우의 프로세스 오일 첨가량(중량부수) C는 (유전 EPDM을 사용하지 않을 경우의 프로세스 오일 첨가량)-(A+B-100)이 된다.
또, 실시예1 내지 실시예11(조성물1 내지 조성물11)과 비교예1(비교 조성물1)의 비교로부터 프로세스 오일은 50중량부 이상인 것이 바람직하다.
또, EPDM 폴리머 중량비율(폴리머 분율이라고도 함)은 20% 이상 40% 이하인 것이 바람직하다. EPDM 폴리머 중량비율이 20% 미만인 경우에는 고무 조성물의 접착성이 상승해서 제조 시의 반죽 가공성이 악화된다. 한편 EPDM 폴리머 중량비율이 40%보다 크면 손실 계수가 저하된다.
여기서 EPDM 폴리머 중량비율[％]=EPDM 폴리머 중량부수÷중량부수 합계×100이다.
(b) 카본 블랙에 대해
상술한 바와 같이 댐퍼 고무 조성물중의 카본 블랙량과 댐퍼 고무 부재의 손실 계수(tanδ) 사이에는 상관 관계가 있어 카본 블랙량의 증가에 비례해서 손실 계수(tanδ)도 커진다. 따라서 댐퍼 고무 조성물에는 EPDM 100중량부에 대해 카본 블랙 100중량부 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.
또, 카본 블랙의 입경과 댐퍼 고무 조성물의 손실 계수(tanδ) 사이에도 상관 관계가 있어 카본 블랙의 입경이 작을수록 손실 계수가 커진다. 다시 말하면 카본 블랙의 요오드 흡착량이 많을수록 카본 블랙의 입경이 작게 되어 손실 계수가 커진다.
또, DBP 흡유량이 많을수록 카본 블랙의 스트럭처(structure)가 커져 전도성이 향상시키므로 댐퍼 고무 부재를 토셔널 댐퍼에 장착 시 토셔널 댐퍼의 대전을 방지해서 내구성을 향상시킬 수 있다.
예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이 요오드 흡착량이 70mg/g 이상 185mg/g 이하이고 DBP 흡유량이 40ml/100g 이상 120ml/100g 이하인 카본 블랙을 사용하는 것이 바람직하다.
또, 내구성의 관점에서 실시예2, 실시예3, 실시예4, 실시예8, 실시예9에 나타내는 바와 같이 카본1, 카본2, 카본3을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
따라서 요오드 흡착량이 80mg/g 이상 185mg/g 이하이고 DBP 흡유량이 75ml/100g 이상 112ml/100g 이하인 카본 블랙을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
여기서 도 5의 요오드 흡착량 및 DBP 흡유량의 수치는 중심치를 나타내며 각각 ±7mg/g(ml/100g)의 허용 범위를 가진다.
(c) 가황제에 대해
가황제로서는 과산화물, 공가교제 등이 첨가된다. 가황제의 첨가 및 가열로 인한 가교 반응에 의해 댐퍼 고무 부재가 형성된다.
이상으로 본 발명의 댐퍼 고무 부재 및 토셔널 댐퍼에 대해 상세하게 설명했으나 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고 그 요지로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경이 가능한 것은 말할 나위도 없다. 예를 들면 본 발명의 토셔널 댐퍼는 크랭크 샤프트뿐만 아니라 엔진의 캠 샤프트 등과 같은 다양한 회전축의 비틀림 진동을 적게 하기 위해 적용할 수 있고, 외주면에 풀리홈이 형성되어 있지 않은 타입의 관성링을 가진 토셔널 댐퍼나, 보스부를 갖추지 않는 허브를 가진 토셔널 댐퍼 등에 적용할 수도 있다.
10 : 토셔널 댐퍼
11 : 댐퍼 허브
11a : 디스크부
11b : 보스(boss)부
12 : 관성링
12a : 풀리 홈
13 : 댐퍼 고무 부재
14 : 간극부

Claims (7)

  1. 토셔널 댐퍼에 사용되는 댐퍼 고무 부재로서,
    상기 토셔널 댐퍼에 장착되기 전의 상기 댐퍼 고무 부재는 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)가 0.33 이상이고, 고온측 사용 온도에서의 손실 계수(tanδh)와 상기 사용 표준 온도에서의 손실 계수(tanδi)의 손실 계수비(tanδh/tanδi)가 0.86 이상이며,
    저온측 사용 온도에서의 저장 탄성률(E'pl)과 상기 사용 표준 온도에서의 저장 탄성률(E'pi)의 비(E'pl/E'pi)가 6.9 이하인 댐퍼 고무 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼 고무 부재는 고무 조성물을 가황 성형한 것으로서,
    상기 고무 조성물은 EPDM 100중량부에 대해 카본 블랙 100중량부 이상, 프로세스 오일 40중량부 이상이 각각 첨가되고, 상기 EPDM의 폴리머 분율이 20% 이상 40% 이하인 댐퍼 고무 부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고무 조성물에 첨가된 상기 카본 블랙은 요오드 흡착량이 70mg/g 이상 185mg/g 이하이고, DBP 흡유량이 40ml/100g 이상 120ml/100g 이하인 댐퍼 고무 부재.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    300% 신장 시의 모듈러스와 50% 신장 시의 모듈러스의 비가 7.2 이상인 댐퍼 고무 부재.
  5. 회전축에 장착되며 상기 회전축과 일체적으로 회전되는 댐퍼 허브와,
    상기 댐퍼 허브에 댐퍼 고무 부재를 개재해서 장착된 관성링
    을 가진 토셔널 댐퍼로서,
    상기 댐퍼 고무 부재로서 청구항1에 기재된 댐퍼 고무 부재를 사용한 토셔널 댐퍼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 댐퍼 고무 부재는 상기 댐퍼 허브와 상기 관성링 사이에 10% 이상의 압축률로 압입(壓入)되는 토셔널 댐퍼.
  7. 회전축에 장착되며 상기 회전축과 일체적으로 회전되는 댐퍼 허브와,
    상기 댐퍼 허브에 댐퍼 고무 부재를 개재해서 장착된 관성링
    을 가진 토셔널 댐퍼로서,
    상기 댐퍼 허브와 상기 관성링 사이에 개재된 상기 댐퍼 고무 부재는 사용 표준 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)가 0.27 이상이고, 고온측 사용 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)와 상기 사용 표준 표면 온도에서의 손실 계수(tanδpi)의 손실 계수비(tanδph/tanδpi)가 0.62 이상인 토셔널 댐퍼.
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