ДЕТАЛЬ С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРЕНИЯ И СТРУКТУРА С ПЕРЕМЕННЫМ КОЭФФИЦИЕНТОМ ТРЕНИЯ
PART WITH VARIABLE FRICTION COEFFICIENT AND STRUCTURE WITH VARIABLE FRICTION COEFFICIENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к детали с переменным коэффициентом трения и структуре с переменным коэффициентом трения. Данная заявка испрашивает приоритет JP №2011-015797, поданной 27 января 2011 года, содержание которой включено в описание полностью ссылкой.
Уровень техники
Известно, что ER жидкости обладают электрореологическим эффектом (далее "ER"), кажущаяся вязкость которых повышается при приложении к ней электрического напряжения. Вязкость жидкости ER может быть обратимо и свободно изменена при варьировании напряжения, приложенного к ER жидкости и, кроме того, у нее превосходная способность реагировать на изменение напряжения. Жидкость ER обычно находится в состоянии, в котором частицы дисперсной фазы (ER частицы) диспергированы в электрически изолирующей дисперсионной среде, такой как силиконовое масло или подобной. Таким образом, если жидкость ER хранится в течение длительного времени, ER частицы осаждаются и агрегируются и сложнее получить стабильный ER эффект.
Следовательно, для предотвращения осаждения и агрегирования ER частиц, предлагается ER гель, который включает диэлектрическую дисперсионную среду с ER частицами, которые диспергированы в каркасе геля (например, см. патентный документ 1). Такой ER гель имеет состояние с низким коэффициентом трения, в котором область контакта уменьшается, так что ER частицы всплывают на его поверхность без приложения к нему напряжения, в отличие от этого, сила трения на поверхности возрастает по мере осаждения ER частиц в геле при приложении напряжения. Соответственно с ER устройством, в котором листообразный ER гель расположен между двумя электродами, можно электрически контролировать силу трения. По этой причине такое ER устройство предполагается использовать в устройстве, использующем силу трения, таком как гаситель колебаний (демпфер и т.п.), устройство для поглощения энергии удара (амортизатор и т.п.), запорное устройство (зажим и т.п.) и т.п.
[Патентный документ 1] JP №2008-266407
Раскрытие изобретения
В ER жидкости ER частицы легко осаждаются и агрегируются за счет изменения во времени, в дополнение к этому, существуют проблемы в том, что диэлектрическая дисперсионная среда легко проникает и уплотняет создаваемую структуру в ER частицах и т.п. Также в случае ER геля существует проблема в том, что диэлектрическая дисперсионная среда, образующая гель, мигрирует на поверхность ER геля.
Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных обстоятельств и целью настоящего изобретения является создание детали с переменным коэффициентом трения и структуры с переменным коэффициентом трения, которые обладают эффектом электрического контроля силы трения без проблемы просачивания диэлектрической дисперсионной среды.
Деталь с переменным коэффициентом трения первого аспекта изобретения включает: первую поверхность, вторую поверхность; изолирующую часть, состоящую из пористой листообразной основы, пористой пленки или листообразной основы со сквозными отверстиями и электропроводную часть, электрически соединяющую первую поверхность со второй поверхностью, электропроводная часть заполняет листообразную основу, пористую пленку или сквозные отверстия листообразной основы.
-9
1
-14
-1
2
В детали с переменным коэффициентом трения первого аспекта изобретения электрическая проводимость электропроводящей части предпочтительно составляет 1×10-1×10 (См/см), общая электрическая проводимость между первой поверхностью и второй поверхностью составляет 1×10-1×10 (См/см) и изолирующая часть и электропроводящая часть, по меньшей мере, с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть, должны быть расположены на первой поверхности.
2
В детали с переменным коэффициентом трения по первому аспекту изобретения предпочтительно, чтобы изолирующая часть и электропроводящая часть с площадью поверхности, по меньшей мере, 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть, должны быть расположены на второй поверхности. В детали с переменным коэффициентом трения по первому аспекту изобретения предпочтительно, чтобы материал электропроводящей части был, по меньшей мере, одним материалом, выбранным из группы, состоящей из электропроводящего органического полимера, соединений углерода, оксида металла, материала, включающего такой оксид металла, который допирован металлом, гидроксидом металла и ER частиц.
В детали с переменным коэффициентом трения по первому аспекту изобретения предпочтительно, чтобы отношение площади электропроводящей части, выходящей на первую поверхность ко всей первой поверхности, составляло 5-85% по площади.
В детали с переменным коэффициентом трения по первому аспекту изобретения предпочтительно, чтобы отношение площади электропроводящей части, выходящей на вторую поверхность ко всей второй поверхности, составляло 5-85% по площади.
В детали с переменным коэффициентом трения по первому аспекту изобретения предпочтительно, чтобы отношение площади электропроводящей части, выходящей на первую поверхность ко всей первой поверхности, составляло 5-85% по площади, и отношение электропроводящей части, выходящей на вторую поверхность ко всей второй поверхности, составляло 5-85% по площади.
Структура с переменным коэффициентом трения второго аспекта изобретения вызывает силы трения при подачи электрического напряжения между первой поверхностью и второй поверхностью вышеописанной детали с переменным коэффициентом трения.
Возможно создать деталь с переменным коэффициентом трения и структуру с переменным коэффициентом трения, которые обладают эффектом электрического контроля силы трения без проблемы миграции диэлектрической дисперсионной среды.
Краткое описание чертежей
Фиг.1А представляет вид сверху, показывающий осуществление детали с переменным коэффициентом трения.
Фиг.1В представляет вид, показывающий осуществление детали с переменным коэффициентом трения, и представляет поперечное сечение по линии А-А, показанной на фиг.1А.
Фиг.2А представляет вид сверху, показывающий другое осуществление детали с переменным коэффициентом трения, то есть пример детали с переменным коэффициентом трения с использованием изолирующей пористой пленки.
Фиг.2В представляет вид, показывающий другое осуществление детали с переменным коэффициентом трения, и представляет поперечное сечение по линии А-А, показанной на фиг.2А.
Фиг.3А представляет вид, показывающий осуществление электрода, который предпочтительно используют совместно с деталью с переменным коэффициентом трения, и является видом сверху электрода, в котором сформирована елочная структура.
Фиг.3В представляет вид, показывающий осуществление электрода, который предпочтительно используют совместно с деталью с переменным коэффициентом трения и вид сверху, показывающий электрод, в котором сформирована структура в виде лестницы.
Фиг.3С представляет вид, показывающий осуществление электрода, который предпочтительно используют совместно с деталью с переменным коэффициентом трения и вид сверху, показывающий электрод, в котором сформирована спиралевидная структура.
Фиг.4 представляет схему, иллюстрирующую способ оценки изменения силы трения, вызванного электрическим напряжением в примере.
Осуществление изобретения
Фиг.1А представляет вид сверху, показывающий осуществление детали с переменным коэффициентом трения, и фиг.1В представляет вид, показывающий осуществление детали с переменным коэффициентом трения, и представлено поперечное сечение по линии А-А, показанной на фиг.1А.
Деталь с переменным коэффициентом трения 10 осуществления включает первую поверхность 10а и вторую поверхность 10b и включает изолирующую часть 11 и электропроводящую часть 12, электропроводящую часть, электрически соединяющую первую поверхность 10а со второй поверхностью 10b.
В настоящем изобретении "электрическая проводимость изолирующей части" и "электрическая проводимость электропроводящей части" означают электрическую проводимость материала, используемого для формирования изолирующей части, и электрическую проводимость электропроводящего материала, используемого для формирования электропроводящей части соответственно.
Эти электрические проводимости представляют значения (См/см), определяемые методом измерения, описанным ниже. Образцы готовят перед выполнением метода измерения. В частности, 0,5 г материала, используемого для формирования изолирующей части или электропроводящей части, каждый помещают в приспособление для формовки таблеток (φ=10 мм, высота 25 мм). Затем дискообразные образцы формуют приложением давления к материалу 10 МПа в течение 10 секунд при нормальной температуре и при пониженном давлении с использованием ручного гидравлического насоса (Р-1В, изготовленный Riken Keiki Ltd.). После этого в качестве способа измерения электрической проводимости измеряют толщину (длина в направлении высоты) образцов, формованных вышеописанным способом, и величину электрического сопротивления (Q) между двумя плоскими поверхностями дискообразных образцов и электропроводности рассчитывают на основе следующей формулы.
(Электрическая проводимость изолирующей части или электропроводящей части)=(обратная величина электрического сопротивления)×(толщина образца)/(площадь поверхности поперечного сечения передней поверхности образца (круглой формы))
Измеряют расстояние между первой поверхностью 10а и второй поверхностью 10b и электрическое сопротивление (Ω) между первой поверхностью 10а и второй поверхностью 10b, и "электрическая проводимость между всей первой поверхностью 10а и всей второй поверхностью 10b" означает, что электрическая проводимость рассчитывается на основе следующей формулы
(Электрическая проводимость между всей первой поверхностью 10а и всей второй поверхностью 10b)=(обратная величина электрического сопротивления между первой поверхностью 10а и второй поверхностью 10b)×(расстояние между первой поверхностью 10а и второй поверхностью 10b)/(площадь поверхности поперечного сечения передней поверхности образца).
В приведенной выше формуле "площадь поверхности поперечного сечения передней поверхности образца" означает среднее значение площади поверхности первой поверхности 10а и площади поверхности 10b второй поверхности.
-9
-6
1
-4
0
Электрическая проводимость электропроводящей части 12 составляет 1×10 (См/см), предпочтительно ×10-1×101 (См/см) и более предпочтительно 1×10-1×10 (См/см).
-14
-1
-10
-1
Электрическая проводимость между всей первой поверхностью 10а и всей второй поверхностью 10b составляет 1×10-1×10 (См/см), предпочтительно 1×10-1×10(См/см).
-1
Если в каждом случае электрическая проводимость между всей первой поверхностью 10а и всей второй поверхностью 10b превышает верхний предел (т.е. 1×10(См/см)), электрическое сопротивление электропроводящей части 12 становится низким, электрод и электропроводящая часть 12 входят в состояние короткого замыкания при подаче электрического напряжения и, следовательно, не может быть обеспечена достаточная разность электрических потенциалов.
-14
С другой стороны, если в каждом случае электрическая проводимость между всей первой поверхностью 10а и всей второй поверхностью 10b меньше, чем нижний предел (т.е. 1×10), электрическое сопротивление электропроводящей части 12 становится высоким. Соответственно, величины тока в положении, близком к открытой части 12а, и положении, близком к открытой части 12b становятся низкими, трудно сконцентрировать силовые линии электрического поля в каждой из открытой части 12а и открытой части 12b, сложнее получить в достаточной степени эффект электрического контроля силы трения (трибоэлектрический эффект).
В качестве материала, используемого для создания электропроводящей части 12, могут быть выбраны органические электропроводящие полимеры, такие как полианилин, полипиррол, политиофен и т.п.; соединения углерода, такие как сажа, графит, графен, углеродные нанотрубки (CNT) и т.п.; оксиды металлов, такие как оксид олова, оксид титана, оксид цинка, оксид железа, оксид индия олова и т.п.; материал, содержащий оксид металла, которой допирован металлом; гидроксид металла, такой как гидроксид титана и т.п., ER частицы и т.п.
В качестве ER частиц могут быть использованы неорганические частицы, такие как силикагель и т.п.; органические частицы, такие как целлюлоза, крахмал, соевый казеин, полистирольная система ионообменной смолы и т.п.; композитные частицы для ER жидкости и т.п.
Композитные частицы для ER жидкости выполнены из неорганических или органических композитных частиц, или неорганических композитных частиц, которые состоят из ядра, сформированного из органических полимерных частиц (частиц акрилового типа, частиц полистирольной серии, частиц меламиновой серии и т.п.), либо неорганических частиц (частицы оксида титана, частицы на основе стекла и т.п.) и поверхностный слой, покрывающий ядро неорганическими соединениями, такими как оксид металла и т.п. с удельной электрической проводимостью.
-12
-14
-12
Электрическая проводимость изолирующей части 11 предпочтительно менее или равна 1×10 (См/см), более предпочтительно менее или равна 1×10 (См/см). Если электрическая проводимость изолирующей части 11 превышает верхний предел (т.е. 1×10), разница в электрической проводимости между изолирующей части 11 и электропроводящей части 12 становится низким. Следовательно, трудно сконцентрировать силовые линии электрического поля в каждой из открытой части 12а и открытой части 12b и трудно получить достаточный трибоэлектрический эффект.
В качестве материала, используемого для создания изолирующей части 11, выбраны, например, термопластичные смолы, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол, акрилатные смолы, полиэфирные смолы и т.п.; термореактивные смолы, такие как полиамидимид, полиэфиримид, полиимид, эпоксидная смола и т.п.; сшитый полимер, полученный из поливинилового спирта и алкоксисилана, тефлоновая смола (зарегистрированный товарный знак), и т.п.
Каждая изолирующая часть 11 и электропроводящая часть 12 выходят на первую поверхность 10а, на ней распределена электропроводящая часть 12, служащая в качестве множества открытых частей 12а.
2
2
В настоящем изобретении "одна открытая часть" означает одну часть, которая выходит на поверхность безотносительно к конфигурации и площади поверхности открытой части. "Электропроводящая часть с площадью поверхности, по меньшей мере, 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть является открытой" означает, что количество электропроводящих частей, площадь поверхности которых составляет 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть, составляет одну или более и электропроводящая часть с площадью поверхности за пределами этого диапазона, может быть или может не быть открыта.
2
"Размер площади на одну открытую часть" указывает значение (мкм), определенное измерением значения, измеренного с помощью цифрового микроскопа и т.п. В частности, площадь поверхности открытой части в детали с переменным коэффициентом трения с поверхностью 20 мм × 20 мм или более измеряется с использованием цифрового микроскопа (VHX-1000, производства KEYENCE CORPORATION), и площадь поверхности на одной открытой части вычисляется таким образом.
2
2
2
По меньшей мере, электропроводящая часть 12 (открытая часть 12а) с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть находится на первой поверхности 10а. Кроме того, открытая электропроводящая часть 12 (открытая часть 12а), чья площадь поверхности на одной открытой части предпочтительно составляет 1,77-1960 (мкм), более предпочтительно 3,14-707 (мкм).
2
Если площадь поверхности на одну открытую часть электропроводящей части 12 превышает верхний предел (т.е. 1960 (мкм)), электрические заряды в электропроводящей части 12 сильно перемещаются, и трудно сконцентрировать силовые линии электрического поля в открытой части 12а.
2
Если площадь поверхности одной открытой части электропроводящей части 12 менее нижнего предела (т.е., 1,77 (мкм)), то количество силовых линий электрического поля сконцентрированных в открытой части 12а является недостаточным.
Конфигурация открытой части 12а этим конкретно не ограничивается, могут быть различные формы, такие как круг, эллипс, многоугольник и т.п.
2
Доля площади всей электропроводящей части 12 (открытой части 12а) с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть во всей первой поверхности 10а предпочтительно составляет 5-85% по площади, более предпочтительно 10-85% по площади.
2
2
Если меньше, чем нижний предел доли площади (т.е. 0,785 (мкм)), поскольку площадь поверхности, на которой трибоэлектрический эффект уменьшается, трудно получить достаточное трение действием электричества. При превышении верхнего предела доли площади (т.е. 7850 (мкм)), невозможно создать достаточную разницу электрических потенциалов между первой поверхностью 10а и второй 10b поверхностью и поэтому трудно получить достаточный трибоэлектрический эффект.
В детали с переменным коэффициентом трения 10 осуществления, аналогично первой поверхности 10а, и изолирующая часть 11 и электропроводящая часть 12 находятся на второй поверхности 10b, на ней распределена электропроводящая часть 12, выполняющая функцию множества открытых частей 12b.
2
2
Все, площадь поверхности открытой части 12b, находящейся на второй поверхности 10b на одну открытую часть, и доля площади всей электропроводящей части 12 (открытой части 12b), с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть всей второй поверхности 10b, то же, что и у первой поверхности 10а. То есть доля площади всей электропроводящей части 12 (открытой части 12а), с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть во всей второй поверхности 10b, предпочтительно составляет 5-85% по площади более предпочтительно 10-85% по площади. В этом случае и на первой поверхности 10а, и на второй поверхности 10b реализуется вышеуказанная доля поверхности. Это означает, что в детали с переменным коэффициентом трения 10 можно электрически контролировать силу трения на каждой из первой поверхности 10а и второй поверхности 10b.
В частности, необходимо только реализовать вышеуказанные доли площади на одной из первой поверхности 10а и второй 10b поверхности.
Толщина детали с переменным коэффициентом трения 10 предпочтительно менее или равна 2000 мкм, более предпочтительно 1-1000 мкм, более предпочтительно 10-500 мкм.
Если толщина превышает верхний предел (т.е. 2000 мкм), необходимо более высокое прилагаемое напряжение при подаче напряжения, поэтому возможен пробой изоляции или электрический разряд под напряжением. Кроме того, становится необходимым дорогой и более крупный источник питания. Если толщина ниже нижнего предела (например, 1 мкм), трудно получить достаточную прочность материала относительно повреждений, которые возникают во время использования.
Способ изготовления детали с переменным коэффициентом трения 10
Деталь с переменным коэффициентом трения 10 осуществления может быть сформирована, например, диспергированием частиц, сформированных из материала, составляющего электропроводящую часть 12, в расплавленном материале составляющем материал изолирующей части 11 и проведением горячего формования и т.п. Альтернативно она может быть сформирована созданием цилиндрических сквозных отверстий с помощью электронного луча или т.п. и заполнением сквозных отверстий материалом электропроводящей части 12; и сквозные отверстия проходят через первую поверхность 10а и вторую поверхность 10b пластинчатого корпуса, сформированного из материала, составляющего изолирующую часть 11.
Процесс и эффект
В детали с переменным коэффициентом трения 10 осуществления, так как жидкости, такие как гель, силиконовое масло или подобное, например, ER жидкость или ER гель, не используется, отсутствует проблема просачивания изолирующей дисперсионной среды. [0025] В детали с переменным коэффициентом трения 10 осуществления, поскольку площадь поверхности открытой части 12а на одну открытую часть должна быть в заданном диапазоне открытой поверхности, при подаче напряжения силовые линии электрического поля вероятно будут сконцентрированы в открытой части 12а.
Из-за этого, в случае, когда деталь с переменным коэффициентом трения 10 расположена между парой электродов, электростатические силы притяжения действуют между первой поверхностью 10а и электродом, расположенным напротив первой поверхности 10а (противоэлектрод), в зависимости от приложенного напряжения. В результате можно электрически контролировать силу трения между деталью с переменным коэффициентом трения 10 и противоэлектродом.
Кроме того, деталь с переменным коэффициентом трения 10 осуществления имеет высокую прочность материала, поэтому обладает отличной формуемостью, например, формование листов, тогда как такое формование ER геля и т.п. затруднено.
Другое осуществление
Деталь с переменным коэффициентом трения изобретения не ограничивается осуществлением, представленным на фиг.1, например, электропроводящая часть может быть открыта на всей второй поверхности.
2
2
Кроме того, доля всей площади электропроводящей части, с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть на всей первой поверхности может быть такой же или отличаться от доли площади всей электропроводящей части с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть на всей второй поверхности.
-9
1
Кроме того, для детали с переменным коэффициентом трения изобретения пластинчатая пористая подложка или пористая пленка, которая служит в качестве изолирующей части, может быть заполнена электропроводящим материалом с электрической проводимостью 1×10-1×10 (См/см).
В качестве способа изготовления детали с переменным коэффициентом трения с использованием изолирующей пористой пленки может быть применен следующий метод. В частности, пластинчатая пористая основа или пористая пленка, выполненная из полиолефина, полиимида и т.п., пропитывается мономером, таким как анилин, пиррол и т.п. После полимеризации мономера при необходимости осуществляется обработка аммиаком, допирование и т.п., и электрическую проводимость регулируют до заданной электрической проводимости и тем самым можно легко изготовить деталь с переменным коэффициентом трения.
При изготовлении детали с переменным коэффициентом трения осуществления для увеличения смачиваемости мономера по отношению к пластинчатой пористой подложке или пористой пленке, предпочтительно проводить модификацию поверхности, такую как плазменная обработка, грунтовка и т.п.
Фиг.2А представляет вид сверху, показывающий другое осуществление детали с переменным коэффициентом трения, то есть пример детали с переменным коэффициентом трения с использованием изолирующей пористой пленки. Фиг.2В представляет поперечный разрез по линии А-А, показанной на фиг.2А
Деталь с переменным коэффициентом трения 20 осуществления включает изолирующую часть 21, выполненную из полиэтилена, и электропроводящую часть 22, выполненную из полианилина. Первая поверхность 20а электрически соединена со второй поверхностью 20b посредством электропроводящей части 22.
Каждая из изолирующих частей 21 и электропроводящих частей 22 находится на первой поверхности 20а, и на ней распределена электропроводящая часть 22, служащая в качестве множества открытых частей 22а, с различной конфигурацией.
2
2
Электропроводящая часть 22 (открытая часть 22а) с площадью поверхности, по меньшей мере, 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть находится на первой поверхности 20а. Кроме того, доля площади всей электропроводящей части 22 (открытая часть 22а) с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть, во всей первой поверхности 20а, составляет 10-85% по площади.
2
В детали с переменным коэффициентом трения 20, аналогично первой поверхности 20а, и изолирующая часть 21, и электропроводящая часть 22 находятся на второй поверхности 20b, на ней распределена электропроводящая часть 22, служащая в качестве множества открытых частей 22b. Площадь поверхности открытой части 22b, находящейся на второй поверхности 20b на одной открытой части, и доля площади всей площади электропроводящей части 22 (открытая часть 22b) с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть на всей второй поверхности 20b, такие же, как на первой поверхности 20а. Это означает, что в детали с переменным коэффициентом трения 20 можно электрически контролировать силу трения каждой из первой поверхности 20а и второй поверхности 20b.
В детали с переменным коэффициентом трения в соответствии с изобретением можно электрически контролировать силу трения в зависимости от прилагаемого электрического напряжения к детали с переменным коэффициентом трения.
В качестве способа использования детали с переменным коэффициентом трения возможен способ подачи электрического напряжения между первой поверхностью и второй поверхностью, способ подачи напряжения на любую из первой поверхности и второй поверхности.
В случае подачи электрического напряжения между первой поверхностью и второй поверхностью может быть применен способ запрессовки проводящего листового электрода на каждую первую поверхность и вторую поверхность или способ запрессовки металлического пластинчатого электрода на каждую первую поверхность и вторую поверхность и подачи электрического напряжения на электрод, запрессованный на каждой поверхности.
В случае подачи электрического напряжения на любую из первой поверхности и второй поверхности, предпочтительно использовать электроды, показанные на фиг.3А-3С и т.п.
Фиг.3А-3С представляют виды сверху, показывающие осуществления электродов, которые предпочтительно используют в сочетании с деталью с переменным коэффициентом трения. Фиг.3А показывает пластинчатый электрод, который сформирован на подложке 31 в форме елочки 32. Фиг.3В показывает пластинчатый электрод, который сформирован на подложке 31 в форме лестницы 33. Фиг.3С показывает пластинчатый электрод, который сформирован на подложке 31 в форме спирали 34. Источник питания 35 подключен к каждому пластинчатому электроду.
В качестве вышеописанного электрода предпочтительно используется электрод, сформированный из тонкой пленки (металлическая тонкая пленка), выполненной из металла, такого как медь, алюминий, никель, хром и т.п.
В качестве такой металлической тонкой пленки используется тонкая пленка, которая сформирована способом, таким как нанесение покрытия испарением, нанесение покрытия распылением и т.п.; способом нанесения электропроводящей пасты и ее сушкой; способом прикрепления металлической фольги; или подобными.
Кроме того, доля части металлического электрода на подложке 31 к площади поверхности подложки 31 необязательно составляет 19-98%.
Кроме того, вышеописанная деталь с переменным коэффициентом трения 10 используется в устройстве (структуре с переменным коэффициентом трения) с использованием силы трения, таком как устройство поглощения вибраций (демпфер и т.п.), устройство для поглощения энергии удара (бампер и т.п.), запорное устройство (зажим и т.п.) и т.п.
Вышеописанная структура с переменным коэффициентом трения снабжена вышеуказанной деталью с переменным коэффициентом трения 10 и источником питания 35, соединенным с первой поверхностью 10а и второй 10b поверхностью, составляющих деталь с переменным коэффициентом трения 10. В структуре с переменным коэффициентом трения, при подаче электрического напряжения источником питания 35 между первой поверхностью 10а и второй 10b поверхностью, возникает сила трения между деталью с переменным коэффициентом трения 10 и контактирующей частью, с которой деталь с переменным коэффициентом трения 10 находится в контакте. Возможно электрически контролировать силу трения контролем прилагаемого электрического напряжения между первой поверхностью 10а и второй поверхностью 10b, как указано выше.
Примеры
Здесь и далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры, которыми изобретение не ограничивается.
Сравнение прочности материала детали с переменным коэффициентом трения с ER гелем
Измеряют соответственно прочность материалов детали с переменным коэффициентом трения (EF лист) и ER геля (ERG лист). Результат показан в таблице 1.
В качестве прочности материала измеряют прочность на растяжение. Для измерения прочности на растяжение (МПа) используют прибор для испытания на растяжение (название прибора: TENSILON RTC-1210, производства Orientec). Прочность на растяжение измеряют со скоростью приложения напряжения 10 мм/мин, при температуре 25°С и относительной влажности 60%.
Образцы готовят, как описано ниже. Форма испытуемого образца является гантелеобразной формой №4.
Пример 1. Изготовление образца из EF листа (материал основы PVA/TEOS)
0
100 мл воды, очищенной ионным обменом, наливают в химический стакан, поливиниловый спирт 5 г (ПВА, производства Wako Pure Chemical Industries, Ltd степень полимеризации 1500) и допированный сурьмой порошок оксида олова 6 г (SN-100P, производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., электрическая проводимость которого составляет 1×10 См/см) постепенно добавляют к воде, очищенной ионным обменом при перемешивании магнитной мешалкой, перемешивают в течение 12 часов, и вышеуказанные материалы полностью растворяются в воде, очищенной ионным обменом.
Тетраэтоксисилан (TEOS) 0,5 мл добавляют к полученному водному раствору, как указано выше, кроме того, соляную кислоту 0,1 моль/л, служащую в качестве катализатора гидролиза, добавляют к нему и перемешивают, после этого вышеописанный водный раствор оставляют до исчезновения пузырьков. Затем проводят термическую обработку при 60°С в течение 150 минут, кроме того, влагу полностью удаляют проведением термообработки при 100°С в течение 60 минут, и таким образом получают EF лист (материал основы PVA/TEOS). Образец EF листа (материал основы PVA/TEOS) получают вырезанием из EF листа гантелеобразного образца в форме №4 для испытания на растяжение.
0
-8
Электрическая проводимость электропроводящей части полученного образца EF листа (материал основы PVA/TEOS) составляет 1×10 (См/см), и общая электрическая проводимость между одной из поверхностей (первая поверхность) EF листа и другой поверхностью (вторая поверхность) составляет 1×10 (См/см).
2
Каждая из частей материала основы (изолирующая часть) и часть оксида олова (электропроводящая часть) находятся на первой поверхности, и на ней находится электропроводящая часть с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть. Площадь поверхности на одну открытую часть измеряют с помощью цифрового микроскопа (VHX-1000, производства KEYENCE CORPORATION) (далее применяют таким же образом).
Каждая из частей материала основы (изолирующая часть) и часть оксида олова (электропроводящая часть) также находятся на второй поверхности.
Пример 2. Изготовление образца из EF листа (материал основы PS)
0
Полистирол 20 г (производства PS Japan Corporation, степень полимеризации 300) и допированный сурьмой порошок оксида олова 6 г (SN-100P, производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., электрическая проводимость 1×10 См/см) смешивают и нагревают до 130°С и выдерживают под давлением (10 МПа) в течение 1 минуты при 130°С. Затем давление сбрасывают для дегазации, снова применяют повышенное давление (30 МПа) к вышеуказанным смешанным материалам и выдерживают в течение 5 минут. После этого под давлением (30 МПа) EF лист (материал основы PS) получают охлаждением вышеуказанных смешанных материалов. Образец листа EF (материал основы PS) вырезают из EF листа в гантелеобразной форме №4 для испытания на растяжение.
0
-10
2
Электрическая проводимость электропроводящей части полученного образца EF листа (материал основы PS) составляет 1×10 (См/см) и общая электрическая проводимость между одной из поверхностей (первой поверхностью) EF листа и другой поверхностью (второй поверхностью) составляет 1×10 (См/см). Каждая часть материала основы (изолирующая часть) и часть оксида олова (электропроводящая часть) находятся на первой поверхности и на ней находится электропроводящая часть с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть.
Каждая часть материала основы (изолирующая часть) и часть оксида олова (электропроводящая часть) также находятся на второй поверхности.
Сравнительный пример 1. Изготовление образца ERG листа
ER частицы, используемые для ERG листа, получают, как описано ниже.
0
-6
Допированный сурьмой порошок оксида олова 30 г (SN-100P, производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., электрическая проводимость 1×10См/см), гидроксид титана, 10 г (производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., общее название: водный титан, С-II, электрическая проводимость 9,1×10 См/см), бутилакрилат 300 г, 1,3-бутиленгликольдиметилакрилат 100 г, инициатор полимеризации 2 г (азобисизовалеронитрил) смешивают и получают таким образом смесь.
Полученную смесь диспергируют в 1800 мл воды, содержащей 25 г трикальцийфосфата в качестве стабилизатора дисперсии, проводят суспензионную полимеризацию при ее перемешивании при 60°С в течение 1 часа, полученный продукт подвергают кислотной обработке, дегидратации и сушку проводят после промывки водой, получают неорганические-органические композитные частицы. Фталоцианин железа 1,5 г (производства SANYO COLOR Works, Ltd, "P-26") добавляют к 200 г частиц, обработку композита проводят в шаровой мельнице в течение 50 часов, затем обработку струйным потоком проводят с тангенциальной составляющей скорости 100 м/сек в течение 30 минут с помощью устройства для струйной обработки (производства Mitsui Mining Co., Ltd. "Mechano-Hybrid") и получают таким образом ER композитные частицы.
2
Далее диметилсиликоновое масло 400 г (производства Dow Corning Toray Co, Ltd, "SH-200 (100)" с кинетической вязкостью 100 мм/с при комнатной температуре (25°С), удельным весом 0,97/25°С, показателем преломления 1,402/25°С) вносят в 2-литровую разъемную колбу с трубкой ввода азота, индикатором температуры, мешалкой и в нем диспергируют приготовленные ранее ER композитные частицы 600 г, его нагревают до 110-120°С в токе азота, и дегидратацию ER композитных частиц проводят перемешиванием в течение 3 часов. Полученный раствор обезвоженных ER композитных частиц является смешанным раствором (А).
Затем проводят деаэрацию при пониженном давлении при комнатной температуре в течение 5 минут при перемешивании полученного смешанного раствора (А), соединение, представленное следующей химической формулой (1-1), соединение, представленное химической формулой (2-1), платиновый катализатор, добавка, регулирующая скорость отверждения (производства Dow Corning Toray Co, Ltd, LTV ингибитор отверждения), равномерно перемешивают с помощью лопастной мешалки и получают таким образом смесь (В).
2
В частности, платиновый катализатор является катализатором, который получают разбавлением комплекса платины с дивинилтетраметилдисилоксаном с содержанием платины 12,0% масс., SH-200 (10) (производства Dow Corning Toray Co, Ltd, диметилполисилоксан с кинетической вязкостью 10 мм/с при комнатной температуре (25°С), до достижения концентрации платины в ней 0,3% масс.
(Химическая формула)
Полученную смесь (В) загружают в металлическую форму размером 150 мм × 150 мм × 0,5 мм. Для выполнения отверждения ER композитных частиц, форму подвергают термообработке под действием электрического поля 2 кВ/мм, при 60°С в течение 15 минут и получают таким образом ERG-листовой отвержденный продукт.
Затем после корректировки количества содержащегося силиконового масла в ERG-листовом отвержденном продукте из ERG листового отвержденного продукта вырезают образец в гантелеобразной форме №4 для испытания на растяжение ERG листа
Таблица 1
Название материала
Прочность на растяжение (МПа)
Пример 1
EF Лист (материал основы PVA/TEOS)
33,17
Пример 2
EF Лист (Материал основы PS)
18,05
Пример сравнения 1
ERG Лист
0,69
Результаты, представленные в таблице 1, подтверждают, что EF листы примеров 1 и 2 имеют значительную прочность материала по сравнению с ERG листом сравнительного примера 1.
Кроме того, было подтверждено, что лист EF примера 1 имеет прочность материала, которая примерно в два раза выше, чем у листа EF примера 2. Таким образом, очевидно, что прочность материала может быть повышена выбором материала основы (изолирующая часть).
Изменение силы трения в зависимости от электрического напряжения
Оценивают изменение силы трения детали с переменным коэффициентом трения (EF лист) в зависимости от напряжения. Результат показан в таблице 2.
В этой оценке используют лист EF примера 3 и лист EF примера 4. EF лист примера 3 является EF листом для оценки размером 8 см в длину × 8 см в ширину × 1,3 мм толщиной и получен вырезанием из листа, изготовленного тем же способом, что и в вышеописанном примере 2 размером EF листа для оценки.
Лист EF примера 4 будет описан ниже.
Пример 4. Изготовление EF листа
0
-1
Когда получают EF лист примера 4,6 г допированного сурьмой порошка оксида олова (SN-100P, производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., электрическая проводимость 1×10 См/см), используемого при получении EF листа примера 1, заменяют на 1,5 г допированного сурьмой оксида олова, покрытого порошком оксида титана (ЕТ-500 W, производства ISHIHARA SANGYO KAISHA, LTD., электрическая проводимость 4,2×10 См/см), EF лист получают тем же способом, что и в случае примера 1. Этот EF лист вырезают по размеру вышеуказанного EF листа для оценки, получают EF лист примера 4.
-1
-14
Электрическая проводимость электропроводящей части EF листа (материал основы PVA/TEOS) примера 4 составляет 4,2×10 (См/см) и общая электрическая проводимость между одной из поверхностей (первая поверхность) EF листа и другой из поверхностей (вторая поверхность) составляет 1×10 (См/см).
2
Каждая часть материала основы (изолирующая часть) и часть оксида титана (электропроводящая часть) находятся на первой поверхности и на ней находится электропроводящая часть с площадью поверхности 0,785-7850 (мкм) на одну открытую часть.
Каждая часть материала основы (изолирующая часть) и часть оксида титана (электропроводящая часть) также находятся на второй поверхности.
Фиг.4 является схемой, иллюстрирующей способ оценки изменения силы трения, вызванного изменением электрического напряжения.
Как показано на фиг.4, электрод 42а, EF лист для оценки 41 и электрод 42b расположены слоями в таком порядке вблизи периферии подложки 45.
В качестве электрода 42а и электрода 42b соответственно используют пластинчатые электроды размером 6 см длины × 4 см ширины толщиной 1,0 мм.
Груз 43 100 г размещают на поверхности электрода 42b противоположной EF листу для оценки 41 так, чтобы нагрузка равномерно была распределена на электроде 42b. Кроме того, электрод 42b прикрепляют к пружинным весам 44 металлической проволокой 47. через направляющую 46, закрепленную в положении, противоположном указанной выше периферии. Металлический провод 47 соединен с электродом 42b и пружинными весами 44 так, чтобы проходить параллельно к поверхности подложки 45 между центральной частью боковой поверхности электрода 42b и направляющей 46 и так, чтобы проходить вертикально к поверхности подложки 45 между направляющей 46 и пружинными весами 44. Электрод 42а и электрод 42b соединены с источником питания 48.
При использовании устройства, показанного на фиг.4, в случае изменения величины электрического напряжения 0, 200, 400, 600 и 800 В, пружинные весы 44 перемещают в направлении, вертикальном к поверхности подложки 45 (направление стрелки) и измеряют значение (g) на пружинных весах 44, когда электрод 42b начинал двигаться.
Таблица 2
Напряжение (В)
0
200
400
600
800
Пример 3
110
123
139
173
185
Пример 4
110
120
130
170
240
Результаты, представленные в таблице 2, подтверждают, что может быть получен эффект, что возможен электрический контроль соответствующим подаваемым напряжением на EF листы примеров 3 и 4.
Промышленная применимость
Деталь с переменным коэффициентом трения изобретения применима в устройстве, таком как гаситель колебаний (демпфер и т.п.), силовая трансмиссия (сцепление и т.п.), запорное устройство (электростатический держатель, зажим и т.п.), устройство для поглощения энергии удара (бампер и т.п.) и т.п.