(57)【要約】【課題】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提供すること。【解決手段】コロイダルダンパ１は、容器２と、容器２内に収容されていると共に、多数の細孔３を有した多孔質体４と、容器２内に収容されていると共に、無加圧時において実質的に細孔３への侵入が排除される一方、加圧時において細孔３へ侵入する液体７と、液体７に、減衰させるべき往復動の力Ｆを伝達し液体７を加圧する伝達手段８とを具備しており、ここで、多孔質体４の細孔３を規定する表面５及び多孔質体４の外面６は、液体７に対して疎液性を有している。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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細孔への侵入が排除される一方、加圧時において細孔へ侵入する液体と、この液体に、減衰させるべき往復動の力を伝達して液体を加圧する伝達手段とを具備しており、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容器内に収容されているコロイダルダンパ。
【請求項２】
比ＶＰ／ＶＬが０．３５以上であって１．５以下の範囲にある請求項１に記載のコロイダルダンパ。
【請求項３】
比ＶＰ／ＶＬが実質的に１である請求項１に記載のコロイダルダンパ。
【請求項４】
多孔質体は、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ｄ２を有する略球形粒状体からなる請求項１から３のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項５】
多孔質体は、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る請求項１から３のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項６】
多孔質体は、複数個の略球形粒状体の塊であり、この塊が少なくとも一個容器内に収容されている請求項１から５のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項７】
多孔質体は、容器内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る請求項１から６のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項８】
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請求項１から７のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項９】
細孔は、中空部から放射方向に伸びている請求項８に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１０】
細孔は、液体分子の平均自由行程をＬｐとすると、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を有している請求項１から９のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１１】
多孔質体の細孔を規定する表面は、疎液性物質で被覆されている請求項１から１０のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１２】
細孔における表面を含めて多孔質体の全表面は、疎液性物質で被覆されている請求項１から１０のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１３】
疎液性物質は、分子鎖の長い物質からなる請求項１１又は１２に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１４】
疎液性物質は、有機ケイ素化合物又は有機フッ素化合物からなる請求項１１から１３のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１５】
多孔質体は、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及び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のうちの少なくとも一つからなる請求項１から１４のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１６】
多孔質体は、シリカゲルからなる請求項１から１４のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１７】
液体は、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のうちの少なくとも一つからなる請求項１から１６のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１８】
液体は、水からなる請求項１から１６のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項１９】
伝達手段は、容器内を容器外と画成した収容室を形成するピストンを有しており、収容室に多孔質体と液体とが収容されている請求項１から１８のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項２０】
伝達手段は、容器内を二室に画成するピストンを有しており、二室の各室に多孔質体と液体とが収容されている請求項１から１８のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【請求項２１】
液体は予め加圧されている請求項１から２０のいずれか一項に記載のコロイダルダンパ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器内にシリカゲル等の多孔質体と水等の液体とを混在させて封入して、液体の表面張力に抗して多孔質体の細孔へ液体を侵入させて、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。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
例えば国際出願公開ＷＯ９６／１８０４０号公報及びＷＯ０１／５５６１６号公報に記載されている斯か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。
【０００３】
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侵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。
【０００４】
本発明者等は、コロイダルダンパについて鋭意研究を重ねた結果、多孔質体の細孔の容積と液体の体積との比に着目すれば好ましい特性を得られるという知見に基づいて本発明に至ったのであり、したがって、本発明の目的とするところは、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提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のコロイダルダンパは、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細孔への侵入が排除される一方、加圧時において細孔へ侵入する液体と、この液体に、減衰させるべき往復動の力を伝達して液体を加圧する伝達手段とを具備しており、ここで、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容器内に収容されている。
【０００６】
斯かるコロイダルダンパによれば、伝達手段により伝達された力でもって容器内に収容された液体が加圧されると、この加圧された液体は、その表面張力に抗して多孔質体の細孔に侵入し、伝達手段からの力がなくなると、容器内の液体は、その表面張力により多孔質体の細孔から排除される。この液体の加圧及び減圧サイクルにおいて伝達手段からのエネルギが消散される。
【０００７】
コロイダルダンパにおいて消散されるエネルギの効率（以下、消散エネルギ効率という）ηは、容器内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することが本発明者等によって知見され、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、多孔質体がシリカゲルであって、液体が水の場合に、実験によれば６０％以上の消散エネルギ効率ηが得られることが確認された。
【０００８】
コロイダルダンパにおいて、伝達手段を介して伝達されるエネルギをＥ０とし、コロイダルダンパで消散されるエネルギをＥとすると、消散エネルギ効率ηは、η＝１００・Ｅ／Ｅ０〔％〕となる。
【０００９】
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、反って、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。
【００１０】
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、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。多孔質体がシリカゲルであって、液体が水の場合に、比ＶＰ／ＶＬが０．３５以上であって１．５以下の範囲にあれば、６５％以上の消散エネルギ効率ηが得られ、また、比ＶＰ／ＶＬが実質的に１であると、７５％以上の消散エネルギ効率ηが得られることが実験により確認された。
【００１１】
本発明において、多孔質体としては、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及び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、ここで、シリカゲルからなる多孔質体を好ましい例として挙げることができる。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。
【００１２】
斯かる多孔質体の表面における細孔の平均径（直径）をｄ１とすると、多孔質体は、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、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。
【００１３】
多孔質体は、夫々が平均径ｄ２をもった略球形粒状体のものがばらばらになって多数個容器内にコロイド状に分散されて収容されていてもよいのであるが、これに代えて、複数個の略球形粒状体からなる塊を形成して、この塊の少なくとも一個を容器内に収容してコロイダルダンパを構成してもよい。
【００１４】
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、多孔質体は、中空部を有した略球形粒状体からなって、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、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。
【００１５】
本発明におけるコロイダルダンパでは、液体が加圧されると、この加圧された液体は、その表面張力に抗して多孔質体の細孔に侵入し、伝達手段からの力がなくなると、容器内の液体は、その表面張力により多孔質体の細孔から排除されるのであるが、好まし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、液体分子の平均自由行程をＬｐとすると、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、流体ダンパ及び空気ダンパとしてではなくコロイダルダンパとして好ましい結果が得られる。
【００１６】
換言すれば、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。
【００１７】
細孔を規定する多孔質体の表面は、液体の細孔への流出入において、濡れないこと、換言すれば、疎液性を有していることが、液体の細孔への流出入の可逆性を得る上で好ましい。容器内に多孔質体と共に収容される液体としては、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等を好ましい例として挙げることができる。前述した多孔質体とこれら液体の中から、多孔質体の細孔を規定する表面が使用する液体に対して疎液性を示すような組合わせを選択すればよい。例えば、液体として水銀を選択した場合は、多孔質体の材質はいずれであっても水銀に対して疎液性を示す。液体として水を選択した場合は、多孔質体として多孔質ＰＴＦＥや多孔質ポリスチレンを選択すると、液体（水）に対して疎液性を有するが、多孔質体としてシリカゲルを選択すると、シリカゲルが親水性のため、液体に対して疎液性を有しない。このように多孔質体自身が使用する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、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、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。
【００１８】
斯かる疎液性物質としては、有機ケイ素化合物、有機フッ素化合物等が例示され、具体的には、トリメチルクロロシラン、ジメチルオクタデシルクロロシラン等が挙げられるが、分子鎖の長い物質からなるものが好ましい。
【００１９】
前述のように多孔質体としてシリカゲルを、液体として水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。
【００２０】
多孔質体と液体とを収容する容器は、好ましくはシリンダ形状を有しており、斯かるシリンダ形状の容器において、伝達手段は、容器内を容器外と画成した収容室を形成するピストンを有しており、この場合、収容室に多孔質体と液体とが収容されるようになっているとよい。伝達手段としては、上記に代えて、容器内を二室に画成するピストンを有していてもよく、この場合には、二室の各室に多孔質体と液体とが収容されるようになっているとよい。
【００２１】
多孔質体の細孔に流体をより効果的に流入させて消散エネルギを大きくするために液体を所定の大きさで予め加圧しておくとよい。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流体が多量に流入してしまって、反って消散エネルギ効率ηが悪くなる。好ましい例では、７ｋＮ程度の力が伝達手段に生じるように液体を予め加圧しておくとよい。
【００２２】
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。
【００２３】
【発明の実施の形態】
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内に収容されていると共に、多数の細孔３を有した多孔質体４と、容器２内に収容されていると共に、無加圧時において実質的に細孔３への侵入が排除される一方、加圧時において細孔３へ侵入する液体７と、液体７に、減衰させるべき往復動の力Ｆを伝達し液体７を加圧する伝達手段８とを具備しており、ここで、多孔質体４の細孔３を規定する表面５及び多孔質体４の外面６、即ち細孔３を規定する表面５を含めて多孔質体４の全外面は、液体７に対して疎液性を有している。
【００２４】
容器２は、円板状の底部２１を一体的に有するシリンダ形状の本体２２と、一端が底部２１に閉鎖された本体２２の他端を閉鎖するように、ねじ、ピン等により本体２２の他端に固着された円板状の蓋体２３とを具備している。蓋体２３には、貫通孔２４が形成されている。
【００２５】
伝達手段８は、容器２内を容器２外と画成した収容室３１を形成するピストン３２と、ピストン３２に嵌着されたＯリング３３と、ピストン３２に一端が固着されいると共に、蓋体２３を摺動自在に貫通して容器２外に伸長したピストンロッド３４とを有しており、収容室３１に多孔質体４と液体７とが収容されている。
【００２６】
多孔質体４は、容器２内の収容室３１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４１からなり、各略球形粒状体４１は、シリカゲルからなって、略中央に中空部４２と複数の細孔３とを有しており、細孔３は、一端で中空部４２に開口し、他端で、略球形粒状体４１外に開口して、中空部４２から放射方向に伸びており、斯かる複数の細孔３から多孔質体４の多数の細孔３が構成されている。
【００２７】
多孔質体４を構成する多数の略球形粒状体４１の夫々の外面６及び細孔３の表面５は、疎液性物質であって分子鎖の長い物質である有機ケイ素化合物又は有機フッ素化合物で被覆されており、細孔３の平均径をｄ１とすると、略球形粒状体４１は、細孔３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。なお、中空部４２を規定する略球形粒状体４１の面もまた、斯かる疎液性物質で被覆されていてもよい。
【００２８】
液体７は、水からなっており、この水分子の平均自由行程をＬｐとすると、細孔３は、クヌッセン数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。
【００２９】
多孔質体４と液体７とは、多孔質体４の細孔３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、容器２内の収容室３１に収容されている。
【００３０】
以上のコロイダルダンパ１では、ピストンロッド３４に力Ｆが加えられると、この力Ｆがピストン３２を介して液体７に加えられて液体７が加圧される。この加圧でもって液体７は、その表面張力に抗して細孔３へ侵入し、これにより、図３に示すように収容室３１の容積を減少するようにピストン３２は移動される。
【００３１】
ピストンロッド３２へ付与された力Ｆがなくなると、表面張力に抗して細孔３へ侵入した液体７は、その表面張力により細孔３から排除されて、これにより、ピストン３２は前記と逆に収容室３１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。
【００３２】
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３への液体７の侵入でもって消費されるために、ピストンロッド３４の移動ストロークＳと力Ｆとの関係は、力Ｆによる液体７の加圧行程では、図４に示す曲線５１で表される一方、力Ｆの除去による液体７の減圧行程では、図４に示す曲線５２で表されることになる。即ち、コロイダルダンパ１は、伝達手段８を介して伝達されるエネルギＥ０を曲線５１と曲線５２とに囲まれる面積に相当するエネルギＥだけ消散させて、ピストンロッド３４を移動させる力Ｆを減衰させることになる。
【００３３】
ところで、種々の比ＶＰ／ＶＬについて実験より消散エネルギＥを求めて、この消散エネルギＥから消散エネルギ効率η＝１００・Ｅ／Ｅ０〔％〕を求めたところ、図５の曲線５５が得られた。
【００３４】
曲線５５から明らかであるように、比ＶＰ／ＶＬが０．２以上であって２．５以下であると、６０％以上の消散エネルギ効率ηが得られ、比ＶＰ／ＶＬが０．３５以上であって１．５以下の範囲にあれば、６５％以上の消散エネルギ効率ηが得られ、比ＶＰ／ＶＬが実質的に１であると、略７５％の消散エネルギ効率ηが得られることが確認できた。
【００３５】
上記のコロイダルダンパ１では、容器２内の収容室３１に、多数個の略球形粒状体４１を、塊にすることなしに、分散して収容して多孔質体４を構成し、しかも、斯かる多孔質体４と液体７とが収容される収容室３１を一個で形成したが、これに代えて、図６に示すように、容器２内に、ピストン３２により画成された収容室６１及び６２を設け、収容室６１及び６２の夫々に略球形粒状体４１の塊からなる多孔質体４と液体７とを収容してコロイダルダンパ１を構成してもよく、この場合、貫通孔２４を有しない蓋体２３を用いると共に、蓋体２３にＯリング６３を嵌着して収容室６２から液体７が容器２外に漏洩しないようにするとよい。
【００３６】
なお、収容室６１及び６２の夫々には、複数個の略球形粒状体４１の塊からなる多孔質体４を一個又は複数個収容してもよく、また、図６に示す収容室６１及び６２の夫々に複数個の略球形粒状体４１を塊にすることなしに分散して収容して、斯かる分散された複数個の略球形粒状体４１からなる多孔質体４をもってコロイダルダンパ１を構成してもよく、また一方、図１に示す収容室３１に複数個の略球形粒状体４１の塊からなる多孔質体４の一個又は複数個を収容してコロイダルダンパ１を構成してもよく、更には、略球形粒状体４１の塊からなる多孔質体４の一個又は複数個と、分散された複数個の略球形粒状体４１とを混在させて収容室３１又は収容室６１及び６２に収容してコロイダルダンパ１を構成してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、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提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい例の断面説明図である。
【図２】図１に示す例の略球形粒状体の断面説明図である。
【図３】図１に示す例の動作説明図である。
【図４】図１に示す例の動作説明図である。
【図５】図１に示す例の効果説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の好ましい他の例の断面説明図である。
【符号の説明】
１　コロイダルダンパ
２　容器
３　細孔
４　多孔質体
５　表面
６　外面
７　液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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