HARIMATECHNOLOGY REPORT

防振ゴム用軟化剤の開発
Development of Softener for Anti-Vibration Rubber

甲斐遼太／南埜幸也／宮北奏紀／野村公太
Ryota KaiYukiya Minamino

Soki Miyakita

Kota Nomura

甲斐遼太

南埜幸也宮北奏紀野村公太

研究開発カンパニー 研究開発センター パインケミカル開発室
Pine Chemicals Development,R&D Center,R&D Company

1
はじめにゴムホース

その他

振動は、私たちの身近に発生する社会問題であるだけでなく、製品寿命を短くさせる点から工業的な課題にもなっスポンジ
製品

その他工業用品ている。

防振ゴム

例えば、エンジンやモーターなどの動力源（振動源）で生じた振動は、それ自体だけでなく、接地面を通じて伝わり、各部品を振動させる。その振動対策としてさまざまなアプローチがあり、振動伝搬の低減（防振）、共振の低減（制振）などが存在する。特に防振においては、ゴムやバネなどの弾性体を、振動源と接地面の間に挟むことによって柔ゴム板

3万3千トン(約12%)
ゴム
ベルト

総計：約135万トン
図1 主要ゴム製品の新ゴム消費量 (2018年度)

ストラットマウント

されてきている。

タイヤ、ホイールからの振動や衝撃が直接車体に伝わるのを防ぐその中でも、防振を目的として用いられるゴムを防振ゴムと呼ぶ。現在においても防振におけるゴムの役割は大きく、大変形可能・軽量・低熱伝導率・高摩擦係数・金属とエンジンマウントの接着が容易であるなど、そのさまざまな特徴から、代替エンジンからの振動が直接車体に伝わるのを防ぐの効かない材料として注目を集め続けている。
持性能）、振動の伝わりを抑えるはたらき（防振性能）、共79.4%

パッキン類

らかく支えるとともに、振動の伝わりを抑える技術が確立

防振ゴムの重要な性能として、ものを支えるはたらき（支タイヤ

図2 実際の車に使われている防振ゴム振を抑えるはたらき（制振性能）がある。私たちはその中（図2）。その他にも、室外機や精密機器と接地面の間に挟でも防振性能に注目し、特に性能に大きく寄与する要素とむことで振動による破損や騒音を防ぐ目的で用いられる。

して軟化剤の開発を行った。
本稿では、まず防振ゴムについて市場や物性の面から概要を述べ、その後、防振ゴム物性向上を目指した軟化剤の開発について報告する。

防振ゴムの構成要素は、主にゴム・充填剤・軟化剤の3種類に大別できる。これらの要素を柔軟に変更し、配合設計をすることで目的の物性を目指すことができる。
私たちは、防振ゴムに求められる性能のうち、特に防振性能に注目した。
防振性能の重要な評価指標として、「振動を受けた際の2
防振ゴムゴムの柔らかさ」がある。振動を受けた際にゴムが柔らかければ柔らかいほど、振動の伝わりを抑えるはたらきは向防振ゴムの消費量は、2018年度の統計において年間約上する。ゴムを柔らかくするにあたり、特に大きく寄与す3万3千トンである 。これはタイヤを除く主要ゴム製品のる要素は「軟化剤」である。軟化剤はゴムの加工をスムー中で約12%のゴム消費量であり、市場規模は小さくない（図ズにする加工助剤としてのはたらきもあるが、防振ゴムの1）。防振ゴムの主な用途としては、自動車用途が挙げられ、場合は主にゴムを柔らかくすることを目的に添加される。

エンジンマウントやストラットマウントなどに用いられる軟化剤について、詳しくは次章で述べる。

1)

12

Harima Quarterly No.152 2022 AUTUMN

3軟化剤

4動的粘弾性評価『新版 ゴム技術の基礎 改訂版』によると、軟化剤は①架開発品を含む複数の軟化剤種を用いて作製したゴム組成

橋ゴム製品の硬度の低下を主目的に、②カーボンブラック物の動的粘弾性測定を行った。また、その測定結果をもとや架橋用配合剤などのゴム中への混練と分散性の向上、③に防振ゴムとしての物性評価を行った。

圧延や押し出し時の加工性の改良、④未架橋生地の粘着性【評価方法】の増加による成形加工性の改善、⑤架橋ゴム製品のコスト

4-1 ゴム組成物の作製ダウンなどを目的に添加される配合剤である2)。
軟化剤のはたらきとして、ゴムとの高い相溶性によりゴム分子中に浸透し、潤滑剤として作用することでゴムを柔ゴム、充填剤、軟化剤をメイン配合としたゴム組成物をつくり、長方形のゴム組成物シートを作製した（図4）。
ゴム組成物シートに対し、測定温度範囲−60℃～100℃、測定周波数1 Hzおよび100 Hzにて引張歪を加え、動的粘らかくしていると考えられている。
現在、主に使われている軟化剤は鉱物油系軟化剤と植物油系軟化剤がある（表1）。鉱物油系軟化剤はさらに石油系とコールタール系に分類される。石油系軟化剤にはパラ弾性測定を行った。
なお、配合は特許（特開昭 56-115335）を参考に、設計を行った（表2）。

フィン系・芳香族系・ナフテン系があり、コールタール系

これは重量部で表記している。重量部とは、ゴム100g

軟化剤にはコールタールやクマロン・インデン樹脂がある。

に対して各配合剤量がどれくらいの比率で配合されている

一方、植物油系軟化剤は、ステアリン酸や菜種油などの脂かを表す単位である。

肪油系・パインタールやロジンなどの松樹系に分類される。
その他、最近では合成軟化剤も利用されている。
表1 軟化剤の分類
大分類

小分類

具体例

パラフィン系、芳香族系、ナフテン系
鉱物油系 石油系軟化剤
軟化剤 コールタール系軟化剤 コールタール、クマロン-インデン樹脂
植物油系 脂肪油系軟化剤
軟化剤
松樹よりの軟化剤
合成軟化剤

脂肪酸（ステアリン酸）、脂肪油（綿実油、菜種油）
パインタール、ロジン、サブ（ファクチス）合成樹脂軟化剤

フェノール・アルデヒド樹脂
液状ゴム（ポリブテン、液状BR、液状IR）

合成可塑剤

ジオクチルフタレート（DOP）、ポリエステル系
ジオクチルセバケート（DOS）
出典：『新版 ゴム技術の基礎 改訂版』
（日本ゴム協会編）

表2 配合例
配合物

重量部
(phr)

天然ゴム

40

臭素化ブチルゴム

60

充填剤

35

軟化剤

30

その他

7

図4 使用した配合剤例

4-2 性能評価の方法
防振ゴムの重要な性能として、支持性能、防振性能、制振性能がある。

現在防振ゴムに添加される軟化剤は、石油系軟化剤が多振動を与えていないときのゴムの硬さが支持性能、振動く、特に芳香族系が工業的によく利用されている傾向にあを与えたときのゴムの柔らかさが防振性能、そして室温付る。これは、芳香族系の軟化剤が特に安価なうえ、ゴムと近でのエネルギー損失率が制振性能に影響する。の相溶性が高いことが主な理由と考えられる。

周波数1 Hzで動的粘弾性を測定したときの貯蔵弾性率

本開発では、CTO(粗トール油)を原料として用いた。

(1 Hz E’)を静的ばね定数（Ks）、周波数100 Hzで測定しCTOとは、原料木材に松を用いた製紙工程において得られたときの貯蔵弾性率(100 Hz E’)を動的ばね定数（Kd）とし、る副生物であり、多くの樹脂成分が含まれていることから、それぞれ支持性能、防振性能の評価指標とした。また、それを用いた軟化剤は松樹よりの軟化剤に分類される。当KdをKsで割った値を動倍率とし、防振ゴム性能の評価指社はCTOの精留技術を保有しており、精留によって得ら標とした。つまり、振動時にゴムが柔らかい（Kdが小さい）れた各種分留物を由来とする化合物を用いた開発および、ほど、また、静止時にゴムが硬い（Ksが大きい）ほど、原料の安定供給を担保することができた（図3）。

動倍率の値は小さくなり、優れた防振ゴムであるといえる。
そして、周波数1 Hz・20℃時点での損失正接（tanδ）
を制振性能の評価指標とした。tanδは損失弾性率(E”)を原料（CTO）軟化剤貯蔵弾性率(E’)で割った値である。この値が大きいほどエネルギー損失が大きく、共振を抑えるはたらき（制振性能）が優れる（図5）
。

精留・加工

図3 精留・加工プロセス

支持性能および防振性能の関係性を示した図を記載する
（図6）
。
13

HARIMATECHNOLOGY REPORT

め、配合を変えずに動倍率を向上させるのは困難とされている。

動的ばね定数（Kd：100 Hz E’）

パラフィン(1.56)

ナフテン(1.63)

試作品①(1.67)

試作品②(1.44)

試作品③(1.40)※（ ）内は動倍率

良悪

損失弾性率（E”）

支持性能
図7 防振性能・支持性能評価

貯蔵弾性率（E’）

図5 動倍率および損失正接(tanδ)の導出式

5-2 ゴム種
次にゴム種を変えた場合の動的粘弾性測定結果を示す

硬（図8）。
また、試作品を用いた系での、各ゴム種による制振性能の違いを示す（図9）。
ゴム種として天然ゴム(NR)、臭素化ブチルゴム(BIIR)、

動倍率：
良化

動倍率：
悪化

溶液重合スチレンブタジエンゴム(S-SBR)、ブタジエンゴ
ム(BR)、天然ゴム-臭素化ブチルゴムブレンド(NR/BIIR)を用いた。
以降の検討では、市販の軟化剤のうち特に利用されるこ支持性能：良防振性能：良）

硬柔5
結果・考察

BIIR（1.75）

支持性能

軟化剤種としては鉱物油から芳香族系・パラフィン系・留物をそのまま用いたもの、試作品②と試作品③はCTO分留物に変性を行いゴムへの相溶性向上を狙ったものである。

制振性能（試作品②）
20℃ tanδ

品①、試作品②、試作品③とした。試作品①はCTO分※（ ）内は動倍率

図8 防振性能・支持性能評価

括弧内には動倍率の値を記載した。

択し、評価を行った。当社開発品3種類をそれぞれ試作BR（1.17）

良悪にはカーボンブラック（CB）を用いて実験を行った。

NR/BIIR（1.72）BR
NR
S-SBR（1.17）（1.2）（1.36） NR
芳香族系軟化剤（1.18）
試作品②Ks(1 Hz E')

動的粘弾性の測定結果を以下に示す（図7）。充填剤

ナフテン系、植物油から菜種油、当社開発品を3種類選

S-SBR（1.75）
NR/BIIR（1.44）

良5-1 軟化剤種

動的粘弾性測定結果
BIIR（2.34）

防振性能

図6 防振ゴム各性能の関係性を行った。

悪柔
静止時のゴムの硬さ（Ks）とが多い芳香族系軟化剤と、ハリマ試作品②について比較

Kd(100 Hz E')

振動時のゴムの硬さ（

支持性能：悪防振性能：悪Kd

NR

結果として試作品②③では他の軟化剤と比較してKd

14

芳香族(1.76)

Ks(1 Hz E')

静的ばね定数（Ks：1 Hz E’）tanδ＝菜種油(1.62)

良

動倍率＝

動的粘弾性測定結果
Kd(100 Hz E')

用環境上の制約で処方を変更できない場合がある。そのた防振性能

単に配合処方を変化させるだけで達成が可能であるが、使悪支持性能または防振性能のどちらかを向上させたい場合、

BIIR

図9

S-SBR

BR

制振性評価(20℃ tanδ)

NR/BIIRが小さく、優れた防振性能を示した。一方、試作品①は結果として、いずれのゴム種においても、ハリマ試作品

他の軟化剤と比較してKsが大きく、支持性能を良化す②は芳香族軟化剤と比較してKdが小さく、防振性能が大ることができた。ハリマ試作品②③においては、特に防幅に向上した。また、動倍率についても小さく優れた値を振性能が向上しただけでなく、動倍率も他の軟化剤より示した。

小さい値を示した。換言すると、優れた防振性能と一定動倍率について最も向上率が高かったのはBIIRであり、の支持性能を両立できている。この点において良好な軟最も低かったのはBRであった。これは軟化剤を添加する化剤であるといえる。

以前のゴムの密度に起因すると考えられる。BIIRはゴム密

Harima Quarterly No.152 2022 AUTUMN

度が高いが、軟化剤がゴム分子鎖同士の間に入ることで分を目的に使われるゴムを防振ゴムと呼ぶ。防振ゴムにとっ子が動きやすくなり、柔らかくなる。一方でBRはもともて重要な性能として、ものを支えるはたらき（支持性能）、とゴム密度が低くゴム分子が動きやすいため、軟化剤を添

振動の伝わりを抑えるはたらき（防振性能）、共振を抑え加することによるゴムの軟化効果が現れにくかったためとるはたらき（制振性能）がある。私たちはその中でも防振考えられる。

性能に注目し、特に性能に大きく寄与する要素として軟化

このことから、当社軟化剤は市販の軟化剤よりも、Kdを小さくして防振性能を向上させる効果があるが、動倍率を小さくして防振ゴム性能を向上させる効果についてはゴム種によって差があることが明らかとなった。

剤の開発を行った。
本検討の結果として、防振ゴムの性能を向上させる軟化剤の開発に成功した。
また、さまざまなゴム種や充填剤種についてもサンプルを作製し評価を行うことで、当社の軟化剤は市販の軟化剤5-3 充填剤種と比較して、特に防振性能の向上に強みを持つこと、向上次に充填剤種を変えた場合の動的粘弾性測定結果を示す（図10）。

効果の程度にはゴム種によって差があることを明らかにできた。また、当社軟化剤の性能向上効果は充填剤種の存在

また、試作品を用いた系での、各充填剤種による制振性能の違いを示す（図11）。に影響を受けないことが見出された。さらに、上記の検討によって、各種ゴム配合剤についてそれぞれの特性を把握

充填剤種としてはカーボンブラック（CB）、シリカ、マすることができた。このデータの蓄積により、防振性能だ

イカ、炭酸カルシウム、クレーを試行した。

けでなく支持性能や制振性能もある程度担保したい場合な悪

ど、お客様のさまざまな要求に応じて、配合設計も踏まえ動的粘弾性測定結果

防振性能

Kd(100 Hz E')

シリカ（1.94）

CB（1.72）

良マイカ
クレー （1.72） シリカ
CB（1.66） （1.44）
炭カル （1.74）
マイカ（1.77）（1.46）
クレー
芳香族系軟化剤
炭カル（1.46） （1.46）
試作品②Ks(1 Hz E')※（ ）内は動倍率

良

悪

支持性能
図10 動的粘弾性測定結果て軟化剤の提案を行うことが可能となった。
また、本稿に記載した試作品以外に、高い支持性能を示しつつ、優れた防振性能を維持できる軟化剤の存在を見出している。その軟化剤の化合物構造からヒントを得て、支持性能と防振性能を高いレベルで両立できる軟化剤の開発を進めている。

7
おわりに現代の防振技術において、ゴムが担う役割は非常に大き制振性能（試作品②）い。しかし、使用環境や条件によって要求される材料物性

20℃ tanδが大きく異なる。そのため、条件によって配合設計を柔軟に変更し、目的のゴム物性を達成できることが重要となる。
その点で、従来よりも優れた防振性能を示す軟化剤を開発できたことは、防振ゴムの用途拡大を可能にする点で価CB

シリカ

マイカ

炭カルクレー

図11 制振性評価(20℃ tanδ)

いずれの場合も、市販の軟化剤を用いた場合と比較して、値を提供できると考えている。
また、本検討で開発された軟化剤は、CTOの精留によって得られた分留物を原料としている。したがって、製品の安定供給を担保できるだけでなく、天然物由来の軟化剤当社軟化剤では優れた防振性能および動倍率を示した。

であり、カーボンニュートラルといえる。そのため、環境したがって、当社軟化剤は充填剤の存在に影響を受けず、問題に取り組むうえでも重要な開発ができたと考えている。

ゴムと相溶することで性能向上効果を発揮していることが今後は、防振性能・支持性能ともに両立できる軟化剤や、示唆された。

より安価で現在と同等以上の性能を発揮する軟化剤の開発など、より多くのお客様のご要望に応えられるよう、開発6まとめを進めていく予定である。
社会に貢献できるものづくりに向けて、一層精進していく所存である。

現代において振動は、私たちの身近に発生する社会問題であるだけでなく、製品寿命を短くさせる点から工業的な課題にもなっている。振動対策の一つに防振があり、防振〈参考文献〉
１）『タイヤ年鑑2019』RK通信社、2019、P24-27
２）『新版 ゴム技術の基礎 改訂版』日本ゴム協会、201915