Dimethicone 1000 cStは、一般に25°Cで指定されるシリコーン流体の粘度グレードを示します。この表記から減衰力、閉鎖時間、回転抵抗が定まるわけではありません。これらの特性は、使用温度における流体の動粘度、減衰機構の形状、動作速度によって決まります。そのため、有効な仕様では、定められた条件下で測定した力–速度応答またはトルク–回転速度応答と粘度グレードを関連付けます。

まず区別すべきなのは、センチストークスで表される動粘度と、多くの減衰計算で用いられる粘度（粘性係数）です。次に、管理された条件下で測定された流体の特性と、流体を充填したアセンブリの挙動を区別する必要があります。どちらかを混同すると、室温での試験では適切に感じられても、始動時に動きが遅すぎたり、繰り返し動作後に抵抗が低下したりする部品につながることがあります。

1000 cStという表記が実際に示すもの

動粘度は、粘度（粘性係数）と密度の関係を表します。1センチストークスは1平方ミリメートル毎秒に等しいため、1000 cStは1000 mm²/sに相当します。ただし、測定温度が示されていなければ、この数値は不完全です。25°Cで報告された値を、40°Cで報告された値と直接比較することはできません。

多くの機械計算で必要となる換算式は次のとおりです。

粘度（粘性係数） = 動粘度 × 密度

動粘度をcSt、密度をg/cm³で表すと、結果はmPa·s単位の粘度（粘性係数）になります。計算例として、同じ温度で動粘度が1000 cSt、密度が0.97 g/cm³の流体の場合、粘度（粘性係数）は970 mPa·s、すなわち0.97 Pa·sです。この例の密度は仮定値であり、すべてのジメチコンのグレードに共通する仕様ではありません。

「1000 cSt」には許容差も必要です。公称グレードの表記だけでは、許容されるロット範囲、報告値が代表値かどうか、各ロットが試験されるかどうかは分かりません。技術データシートと分析証明書は目的が異なります。前者はグレードの特性を説明し、後者は試験が実施される場合にロットごとの結果を記録します。

Dimethiconeは一般に、ポリジメチルシロキサン（PDMS）を指します。粘度の表記だけを合わせても、分子量分布、揮発分、添加剤、特定の減衰機構への適合性が同一であることは確認できません。

粘度が運動抵抗に変わる仕組み

単純なせん断隙間では、ある面が別の面に対して動くことで流体抵抗が生じます。隙間が均一で端部の影響が無視できるニュートン流体の層流では、次の式が有用な近似となります。

F = μAv/h

ここで、Fは抵抗力、μは粘度（粘性係数）、Aはせん断面積、vは面の相対速度、hは流体膜の厚さです。この関係から、粘度の数値だけでは減衰を予測できないことが分かります。接液面積が大きくなると力は増加し、隙間が大きくなると力は減少します。寸法の変更によって、流体グレードの変更による影響が相殺されることもあります。

これらの仮定の下では、動的粘度を2倍にすると、一定速度における抵抗力も2倍になります。隙間を半分にしても力は2倍になります。これらはモデル上の関係であり、漏れ、シール、圧力駆動流、形状変化によって追加の抵抗が生じる完成ダンパーで、必ず同じ結果になるとは限りません。

ロータリーダンパーも同じ物理原理に従いますが、局所的な面速度は半径に応じて増加します。そのため、トルクは粘度や隙間だけでなく、作動面の半径分布にも左右されます。同じ量の流体を含むアセンブリでも、その流体が占める作動形状が異なれば、発生するトルクは大きく異なることがあります。

圧力駆動の絞り流れは、単純なせん断隙間とは挙動が異なります。狭い流路の層流では、わずかな寸法変化でも圧力損失が大きく変化する場合があります。慣性、入口損失、乱流の影響が大きくなると、抵抗は粘度に比例しなくなります。そのため、管理されていない流路寸法を補う目的で高粘度の流体を選ぶと、アセンブリ間で結果にばらつきが生じるおそれがあります。

温度によって使用時のグレードが変わる

シリコーン流体は、一般に多くの従来型鉱物油よりも温度による粘度変化が小さいものの、温度が上がると粘度は低下します。設計では、低温始動時や繰り返し動作後に到達する温度を含め、実際の使用温度範囲にわたる粘度を考慮する必要があります。

室温での単一測定では、その範囲を確認できません。一般的な耐熱性の説明よりも、対象グレード固有の粘度–温度データの方が有用です。化学的安定性、経時劣化時の粘度維持、温度に対する即時の粘度変化は、それぞれ別の特性です。

直線運動では、減衰によって散逸する機械的動力は、おおよそ力と速度の積です。回転運動では、トルクと角速度の積になります。このエネルギーは熱に変わります。そのため、短時間の実験室でのストローク試験と、連続的な繰り返し試験では、周囲温度が同じ状態から開始しても、抵抗が異なる場合があります。

温度調整では、部品内部の流体も考慮する必要があります。チャンバー内の空気が設定温度に達しても、特に大型ハウジングや断熱性のある部品を含むアセンブリでは、内部流体が熱平衡に達したとは限りません。

測定された抵抗が粘度に追従しなくなる場合

改質されていないPDMS流体は、中程度の使用条件であれば、ニュートン流体としての近似が有用な場合が多くあります。それでも、対象となるせん断速度範囲で検証する必要があります。単純な隙間では、せん断速度はおおよそ面速度を隙間で割った値です。そのため、非常に小さな隙間を適度な速度で動かすと、開放容器内で勢いよく動かした場合より、はるかに高いせん断速度になることがあります。

材料にフィラー、増粘剤、その他の改質剤が含まれる場合、単一の粘度測定値だけでは分かることが限られます。せん断依存性のある挙動を把握するには、流動曲線と測定手順の定義が必要です。過度なせん断や温度への曝露によって応答が変わることもあるため、低せん断時の粘度測定値から無制限に外挿するのは信頼できません。

シール摩擦についても区別が必要です。動き始めに大きな力が必要で、その後の運動抵抗が小さい場合は、静摩擦またはシールの固着が原因である可能性があります。流体粘度を上げると粘性抵抗は増加しますが、初動時の固着が必ず改善するとは限りません。複数の速度で抵抗を記録すると、こうした影響を切り分けやすくなります。速度にほぼ依存しない成分は摩擦を示唆し、速度とともに増加する成分は粘性減衰と整合します。

空気がある場合は、異なる挙動が現れます。混入した気泡によって圧縮性が高まり、抵抗の発生が遅れたり、ばねのような動きが生じたり、方向転換後に応答が不安定になったりします。補給が制限されると、急速な動作時に局所的なキャビテーションが発生することもあります。こうした挙動への対策には、充填、エア抜き、圧力、流路設計の検討が必要です。粘度を変更するだけでは原因を特定できません。

減衰の安定性を左右する適合性

流体は、シール、プラスチック、コーティング、接着剤、および残留する加工材料と適合する必要があります。耐薬品性チャートはスクリーニングに役立ちますが、特定の組み合わせが想定される曝露条件下で寸法、機械的強度、シール性能を維持できるかどうかは、アセンブリ試験で確認します。

シリコーンエラストマーには特に注意が必要です。一部のシリコーン流体はシリコーンエラストマーを膨潤させることがあります。適合性はエラストマーの配合、硬化系、温度、曝露時間によっても異なります。材料名だけでは、適切なシールの組み合わせを裏付ける証拠として不十分です。

表面張力が低いシリコーン流体は、小さな隙間や表面に広がりやすい性質があります。短時間の試験では十分に封じ込められているように見えても、長期保管や繰り返しの温度サイクルによって移行することがあります。シャフト部やハウジング接合部に油が確認された場合は、粘度だけでなく、シール経路と圧力条件も調べる必要があります。

代替品や汚染を評価する際には、化学物質の特定が重要です。2-Ethyl-1,3-hexanediol CAS#94-96-2は化学合成や抽出などに使用される有機ジオールであり、PDMSとは化学的に異なります。密度、液体の外観、沸点範囲から、シリコーン充填アセンブリと同等の減衰挙動や適合性があるとは判断できません。置き換えには用途に応じた根拠が必要です。

グレード比較を有意義にする測定

粘度測定値には、測定方法、温度、単位、許容範囲を明記する必要があります。校正済みの毛細管測定では、管理された流動挙動から動粘度を求めます。回転式測定では、加えた運動と抵抗トルクの関係から粘度を求めます。測定には、流体に適した装置、温度管理、手順が必要です。異なる方法による値は、測定条件を考慮せずに互換性があるものとして扱うべきではありません。

温度の影響を受ける比較では、試料が熱平衡に達するのに十分な時間が必要です。気泡、汚染、取り扱い履歴によって、本来は公称グレードの差ではない違いが生じることがあります。保管した基準試料があれば、材料の変化と測定のドリフトを区別するのに役立ちます。

次に、アセンブリ試験で、実験室で測定した特性と意図する動作を関連付けます。

1. 応答を機械的な指標で定義します。指定した回転速度での抵抗トルク、指定した直線速度での力、または管理された荷重下での移動時間などです。
2. 再現可能な充填条件を定めます。特に流路を常に液中に保つ必要がある場合、流体量、ヘッドスペース、気泡の除去、アセンブリの向きが結果に影響します。
3. 必要な温度範囲と速度範囲全体で測定します。実使用で始動と連続動作の両方が発生する場合は、両方を含めます。
4. 該当する繰り返し動作および保管条件にさらした後、基準測定を再度行い、流体の損失や接触材料の変化がないか確認します。

移動時間だけでは、変化の原因が分からないことがあります。たとえば、ばね駆動の機構では、ばねトルク、摩擦、流体抵抗が組み合わさります。閉鎖時間が長くなった場合、粘度の上昇、駆動トルクの低下、シール摩擦の増加のいずれも原因となり得ます。動作と併せてトルクまたは力を記録すると、比較結果をより適切に解釈できます。

粘度と形状のどちらを変更するか

必要な使用範囲全体で抵抗が一貫して低く、機構が粘性流動の影響を主に受ける場合は、高粘度グレードへの変更が妥当な開発変数となります。比較には、基準温度での公称cSt値だけでなく、各使用温度における粘度（粘性係数）を用いる必要があります。

低温時の抵抗がすでに過大である一方、高温時の抵抗が不足する場合、公称粘度を上げると低温条件がさらに悪化します。このような場合は、流体の粘度–温度曲線と機構の温度応答を調べる必要があります。初動時だけ抵抗が過大なら、シール摩擦が有力な手掛かりです。同一仕様のアセンブリ間でばらつきが大きい場合は、別のグレードを選ぶ前に、隙間、充填状態、漏れを調べる必要があります。

したがって、Dimethicone 1000 cStの妥当な仕様では、流体の受入れ範囲とアセンブリの性能要件を組み合わせます。図面と試験手順で、関連する形状、充填条件、温度、動作、許容抵抗を定めます。これにより、流体ロットや部品寸法の変更を、同じ機能要件に照らして測定できます。