JP2534169B2 - Electrorheology-fluid composition - Google Patents

Electrorheology-fluid composition

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JP2534169B2 JP3196017A JP19601791A JP2534169B2 JP 2534169 B2 JP2534169 B2 JP 2534169B2 JP 3196017 A JP3196017 A JP 3196017A JP 19601791 A JP19601791 A JP 19601791A JP 2534169 B2 JP2534169 B2 JP 2534169B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,電気レオロジー流体組
成物に関し、さらに詳しくは、電圧によって粘性を著し
く変化させることが可能であり、さらには流動性を全く
示さないゲル状態にまで変化させることが可能で、本質
的に水分を必要とせず、広い温度領域で作動可能で、ク
ラッチ、バルブ、ダンパー、ブレーキ、ショックアブソ
ーバー、アクチュエーター等ヘ応用が考えられる電圧応
答性に優れた電気レオロジー流体組成物に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrorheological fluid composition, and more specifically, to a gel state in which the viscosity can be remarkably changed by an electric voltage, and further, no fluidity is exhibited. Electro-rheological fluid composition that can be applied to clutches, valves, dampers, brakes, shock absorbers, actuators, etc. It is about.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気レオロジー流体は、電気粘性流体、
電気応答流体とも呼ばれているものであり、通常は、液
体状態であり、流動性を示すが、高電圧の印加により著
しく粘度が上昇、さらには流動性を全く示さないゲル状
態にまで変化する機能性流体である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Electrorheological fluids are electrorheological fluids,
It is also called an electrically responsive fluid, and it is usually in a liquid state and shows fluidity, but when a high voltage is applied, the viscosity rises significantly, and it changes to a gel state that does not show fluidity at all. It is a functional fluid.

【0003】このような流体としては、これまである種
の高分子溶液、各種粒子を分散させた懸濁液が提案され
ているが、前者は印加電圧に対する粘度増加率が小さ
く、電気レオロジー流体として充分な機能を示さず、こ
れまで主として後者の粒子分散系流体を中心に検討がな
されている。
As such a fluid, a certain polymer solution and a suspension in which various particles are dispersed have been proposed so far, but the former has a small increase rate of viscosity with respect to an applied voltage and is an electrorheological fluid. Since it does not exhibit a sufficient function, the latter particle dispersion fluid has been mainly studied so far.

【0004】粒子分散系の電気レオロジー流体は、高分
子溶液系に比べれば比較的良好な電圧印加による粘度増
加、即ちウィンズロー効果を示し、これまで、特定量の
表面シラノール基を有するシリカを油性媒体中に分散さ
せた流体組成物(特公昭45−10048公報)、水分
を吸着したイオン交換樹脂を分散させた組成物(特開昭
48−17806号公報)、チタン酸バリウムとシリカ
微粉末を分散させた組成物(特公昭58−32197号
公報)、含水フェノール樹脂分散系(特開昭58−17
9259号公報)、結晶ゼオライトを分散させた組成物
(特開昭63−185812号公報)の他、セルロー
ス、澱粉、大豆カゼイン等を分散させたものも知られて
いる。
Particle-dispersed electrorheological fluids exhibit a relatively good increase in viscosity due to voltage application, that is, the Winslow effect, as compared with polymer solution systems. So far, silica having a specific amount of surface silanol groups has been oily. A fluid composition dispersed in a medium (Japanese Examined Patent Publication No. 45-10048), a composition dispersed an ion-exchange resin that adsorbs water (Japanese Patent Laid-Open Publication No. 48-17806), barium titanate and silica fine powder. Dispersed composition (Japanese Patent Publication No. 58-32197), water-containing phenol resin dispersion system (JP-A-58-17)
9259), a composition in which crystalline zeolite is dispersed (JP-A-63-185812), and a composition in which cellulose, starch, soybean casein, etc. are dispersed are also known.

【0005】これら公知の電気レオロジー流体組成物
は、印加電圧によって粘度変化するものの、いまだその
変化率は充分なものとは言えない。また、電圧印加によ
り流動性のある状態から、動力伝達も可能な強度のある
ゲル状態にまで変化しうる電気レオロジー流体が望まれ
ているものの、電圧を印加した状態でゲルにまで変化し
うるものは、電圧をかけない状態でも極めてチクソトロ
ピックで粘度が高いものであったり、電圧をかけない状
態で充分な流動性を有するものは、電圧をかけてもゲル
化することができなかったり、満足な特性を示すものは
得られていない。
Although these known electrorheological fluid compositions change in viscosity depending on the applied voltage, the rate of change is not yet sufficient. Further, although an electrorheological fluid that can change from a fluid state to a gel state with strength capable of transmitting power by applying a voltage is desired, a gel that can change to a gel when a voltage is applied is desired. Is extremely thixotropic and highly viscous even when no voltage is applied, or one that has sufficient fluidity when no voltage is applied cannot be gelated even if an electric voltage is applied, or is satisfactory. It has not been possible to obtain such characteristics.

【0006】さらに、上記の組成物は、本質的に吸着水
分を必要とし、従って、その作動温度域は0℃〜80℃
程度であり、高温での長時間の使用には耐えず、極めて
限定された用途にのみ応用可能なものであった。この問
題を解決するためには、本質的に水分の存在を必要とし
ない電気レオロジー流体が提案されているが、種々の欠
点を有し、実用化可能なものは得られていない。
Furthermore, the above composition essentially requires adsorbed moisture, and therefore its operating temperature range is from 0 ° C to 80 ° C.
However, it could not be used for a long time at a high temperature, and was applicable only to a very limited use. In order to solve this problem, an electrorheological fluid which does not essentially require the presence of water has been proposed, but it has various drawbacks and no practical one has been obtained.

【0007】例えば、特開昭61−216202号公報
においては、ポリ(アセン−キノン)ポリマー等の有機
半導体を分散させた電気レオロジー流体が提案されてい
るが、流体の導電性が高く、消費電力の大きさ、ジュー
ル熱の発生等の問題があり、また電気レオロジー効果が
充分とは言えず、実用化困難なものである。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-216202 proposes an electrorheological fluid in which an organic semiconductor such as poly (acene-quinone) polymer is dispersed. However, the fluid has high conductivity and power consumption is high. There is a problem such as the size of the magnetic field and the generation of Joule heat, and the electrorheological effect is not sufficient, which makes it difficult to put into practical use.

【0008】また、特開昭64−6093号公報には、
導電性粒子表面上に電気絶縁性薄膜を形成した誘電体微
粒子を油状媒体中に分散せしめてなる電気レオロジー流
体が提案されている。この方法では導電性粒子として金
属、合金、カーボンブラックその他種々の多くのものを
挙げているものの、実際にはアルミニウムのような金属
や導電性炭素含有プラスチックが用いられているだけ
で、電気絶縁性薄膜も特定のものが具体的に使用されて
いるだけである。その具体的に示された技術内容による
と、この方法においては、水分の存在しない系での電気
レオロジー効果が示されているものの、直流電場では電
気レオロジー効果が発現されず、特開平1−26071
0号公報に開示されているように、交流電圧あるいは直
流パルス電圧下でのみ電気レオロジー効果が発現する。
また、金属粒子の使用は、微細な粒子の使用が極めて困
難であり、高比重の粒径の大きい粒子の使用は、電気レ
オロジー流体の保存安定性を著しく阻害し、金属粒子の
酸化も進行する可能性があり、実用化可能な組成物とは
言い難い。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 64-6093,
An electrorheological fluid has been proposed in which dielectric particles having an electrically insulating thin film formed on the surface of conductive particles are dispersed in an oil medium. In this method, although many kinds of metals, alloys, carbon black and others are listed as conductive particles, in practice, only metal such as aluminum or conductive carbon-containing plastic is used, and the electrical insulating property is improved. As for the thin film, only a specific one is specifically used. According to the technical contents specifically shown, this method shows an electrorheological effect in a system in which water does not exist, but the electrorheological effect is not exhibited in a DC electric field, and therefore, the method disclosed in JP-A-1-26071.
As disclosed in Japanese Patent No. 0, the electrorheological effect is exhibited only under an AC voltage or a DC pulse voltage.
Further, the use of metal particles is extremely difficult to use fine particles, and the use of particles having a high specific gravity and a large particle diameter markedly impairs the storage stability of the electrorheological fluid and promotes the oxidation of the metal particles. There is a possibility that it cannot be said to be a practical composition.

【0009】特開平2−169025号公報において
は、電気絶縁性薄膜で被覆された炭素微粒子を分散相と
する電気レオロジー流体が開示されている。本系も、吸
着水分の存在しない系での電気レオロジー効果の発現が
期待されるものではあるが、炭素微粒子と各種有機高分
子、無機酸化物等の電気絶縁性薄膜とは本来界面親和性
に欠けるものであり、せん断応力下での使用が前提とな
る電気レオロジー流体においては、長期使用中の電気絶
縁性薄膜の剥離が問題となり、実用化が困難な流体であ
る。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 2-169025 discloses an electrorheological fluid containing carbon fine particles coated with an electrically insulating thin film as a dispersed phase. This system is also expected to exhibit an electrorheological effect in a system in which there is no adsorbed water, but the carbon fine particles and the electrically insulating thin films of various organic polymers, inorganic oxides, etc. originally have interfacial affinity. In the electrorheological fluid that is lacking and is premised to be used under shear stress, peeling of the electrically insulating thin film during long-term use becomes a problem, and it is a fluid that is difficult to put into practical use.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従
来、本質的に吸着水分を必要とせず、作動温度領域が広
く、長期間安定に使用可能な電気レオロジー流体が望ま
れておりながら、この要求特性を満足するものはこれま
でには得られていない。
As described above, there has been a demand for an electrorheological fluid that does not essentially require adsorbed moisture, has a wide operating temperature range, and can be used stably for a long period of time. Up to now, the one satisfying the required characteristics has not been obtained.

【0011】本発明は、本質的に水分を必要としない系
であって、電気レオロジー効果の発現が可能で、流体の
導電性が低く、消費電力も少なく、直流、交流電場のい
ずれにおいても作動可能で、せん断応力下での長時間の
使用にも耐えられる、微細粒子からなる保存安定性の良
好な電気レオロジー流体組成物を得ようとするものであ
る。
The present invention is essentially a system that does not require water, is capable of exhibiting an electrorheological effect, has low conductivity of fluid, consumes less power, and operates in both DC and AC electric fields. The present invention intends to obtain an electrorheological fluid composition comprising fine particles and having good storage stability, which is possible and can withstand long-term use under shear stress.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、固体粒子が電
気絶縁性媒体に分散してなる電気レオロジー流体におい
て、固体粒子が、半導体酸化物粒子表面上に、金属アル
コキシドを使用した化学液相法でつくられた電気絶縁性
酸化物層が形成されたものであることを特徴とする電気
レオロジー流体組成物によって、上記の課題を解決し
た。
The present invention SUMMARY OF], in electrorheological fluid with solid particles are dispersed in the electrically insulating medium, solid particles in the semi-conductor oxide particles on the surface, chemical liquid using a metal alkoxide The above problems have been solved by an electrorheological fluid composition characterized in that an electrically insulating oxide layer formed by the phase method is formed.

【0013】前記した特開昭64−6093号公報に
は、導電性粒子として用いられるものの中に酸化インジ
ウム、酸化第2鉄を挙げ、また電気絶縁性薄膜として用
いられるものの中にシリカ、アルミナを挙げているが、
酸化物を有するものとして具体的に挙げられているのも
は金属アルミニウム粒子の表面に酸化アルミニウムの層
を形成したものだけで、導電性粒子と電気絶縁性薄膜と
の両方に酸化物を用いたものは具体的に挙げられておら
ず、またそのものについてどのような技術的機能を果し
うるか説明されておらず、まったく認識もされていな
い。
In the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 64-6093, indium oxide and ferric oxide are listed as the conductive particles, and silica and alumina are listed as the electrically insulating thin film. I have mentioned,
Only those having a layer of aluminum oxide formed on the surface of metal aluminum particles are specifically mentioned as having an oxide, and the oxide was used for both the conductive particles and the electrically insulating thin film. Nothing is specifically mentioned, what kind of technical function it can perform, or it is not recognized at all.

【0014】しかるに、本発明は、固体粒子として、半
導体酸化物からなる粒子とその上に形成された酸化物か
らなる電気絶縁性層との組合せによるものを採用すると
きには、特開昭64−6093号公報及び特開平1−2
60710号公報に示されているように交流又は直流パ
ルスでは作動するが、直流ではほとんど作動しないとい
う欠点がなくて、直流においても有効に作動しうるとい
う、新しい働きをする新規な電気レオロジー流体組成物
を開発したものである。この作用、機能を異にする点で
本発明は前記両公報記載の電気レオロジー流体の発明と
別の発明ということができるものである。
However, according to the present invention, when solid particles having a combination of particles made of a semiconductor oxide and an electrically insulating layer made of an oxide formed on the solid particles are adopted, Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-6093 and JP-A 1-2-2
No. 60710, a new electrorheological fluid composition having a new function that works with an AC or DC pulse, but does not have the disadvantage that it hardly works with a DC, and can also work effectively with a DC. It is a product developed. The present invention is different from the inventions of the electrorheological fluids described in both of the above publications in that the functions and functions are different.

【0015】また、本発明は、優れた電気レオロジー効
果を発現させ、また流体の導電率を低く保つために、前
記電気絶縁性酸化物層が金属アルコキシドを原料とする
化学液相法で形成されたものとしている。特開昭64−
6093号公報のように、金属アルミニウム粒子の表面
を反応させて酸化アルミニウム薄膜を形成させるさいに
は密着性のよい薄膜が得られるが、半導体酸化物粒子の
上に設けられる電気絶縁性酸化物層を構成する酸化物
は、その性質上前記粒子を構成する酸化物と物質が異な
るため、前記電気絶縁性酸化物層は前記粒子とは別に形
成するのが普通であるので、その酸化物層は密着性の良
いものであることが好ましい。化学液相法については後
述する。
Further, according to the present invention, the electrically insulating oxide layer is formed by a chemical liquid phase method using a metal alkoxide as a raw material in order to exert an excellent electrorheological effect and to keep the conductivity of the fluid low. I am supposed to. JP-A-64-
As in 6093 JP, but thin good adhesion is obtained to again to form an aluminum oxide thin film by reacting the surface of the metallic aluminum particles, electrically insulating oxide provided on a semi-conductor oxide particles Since the oxide forming the layer is different in substance from the oxide forming the particles, the electrically insulating oxide layer is usually formed separately from the particles. Is preferably one having good adhesion. The chemical liquid phase method will be described later.

【0016】本発明に使用される半導体酸化物粒子と
、半導性を示す酸化物粒子であり、次のようなものが
例示される
[0016] and is that semi conductor oxide particles used in the present invention is an oxide particles showing a semiconductive, something like the following may be exemplified.

【0017】半導性の酸化物としては、SnO2 、Zn
O、CdO、MnO、FeO、CoO、Cu2 O、Mn
Fe2 4 、NiFeO4 、NbO、NbO2 、Ti2
3 、Ti3 5 、Ti4 7 、Ti5 9 等が例示さ
れる。
As the semiconductive oxide, SnO 2 , Zn
O, CdO, MnO, FeO, CoO, Cu 2 O, Mn
Fe 2 O 4 , NiFeO 4 , NbO, NbO 2 , Ti 2
O 3 , Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 , Ti 5 O 9 and the like are exemplified.

【0018】又、不純物の金属イオンをドープして導電
率を高めた酸化物半導体も有用であり、次のものが例示
される。Nb、TaをドープしたTiO2 、Alをドー
プしたZnO、La、TaをドープしたBaTiO3
SbをドープしたSnO2 、LiをドープしたNiO、
BaをドープしたBi2 3 、MgをドープしたCr2
3 、SrをドープしたLaCrO3
Further, an oxide semiconductor doped with an impurity metal ion to increase the conductivity is also useful, and the following are exemplified. Nb, Ta-doped TiO 2 , Al-doped ZnO, La, Ta-doped BaTiO 3 ,
Sb-doped SnO 2 , Li-doped NiO,
Ba 2 -doped Bi 2 O 3 and Mg-doped Cr 2
O 3, LaCrO 3 doped with Sr.

【0019】これらの半導体酸化物は、電気レオロジー
流体としての使用条件下、その物性を経時的に変化する
ことが少なく、好適なものである。これらの半導体酸化
物粒子は、電気レオロジー流体の保存安定性の観点から
微細な粒子が好ましく、平均粒径0.01μ〜50μ
m、より好ましくく0.05μm〜30μmの粒子が使
用される。
[0019] These semi-conductor oxide, under use as an electrorheological fluid, less likely to change its physical properties over time, is suitable. These semi-conductor oxide particles, fine particles are preferable from the viewpoint of storage stability of the electrorheological fluid, the average particle diameter 0.01μ~50μ
m, more preferably particles of 0.05 μm to 30 μm are used.

【0020】これらの半導体酸化物粒子表面上に形成さ
る電気絶縁性酸化物層としては、結晶質のセラミックス
でも非晶質のガラスであっても、また他の状態のもので
もよいが、前記両者のいづれかの状態にあるものが好ま
しい。このような電気絶縁性酸化物としては、Si
2 、Al2 3 、TiO2 、ZrO2 、MgO、Ca
O、Ga2 2 、HfO2 、CuO等の単一金属の酸化
物の他、MgAl2 4 、LiNbO3 、KNbO3
ムライト等の複成分から成る金属酸化物の他、各種単、
多成分系ガラスが例示される。
[0020] These semi-conductor oxide particles formed monkey electrically insulating oxide layer on the surface, be amorphous glass in ceramics crystalline, or may be of other state, but the Those in either state are preferable. Such electrically insulating oxides include Si
O 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , MgO, Ca
Oxides of single metals such as O, Ga 2 O 2 , HfO 2 , CuO, MgAl 2 O 4 , LiNbO 3 , KNbO 3 ,
In addition to metal oxides composed of multiple components such as mullite, various single and
A multi-component glass is exemplified.

【0021】これらの電気絶縁性酸化物薄膜は半導体酸
化物粒子表面上に形成されるが、粒子を構成する物質
(芯物質)及び薄膜を構成する物質がともに酸化物であ
り、充分な強度を発現する界面親和性を有する。このこ
とは、せん断応力下での使用が前提となる電気レオロジ
ー流体においては好ましいことであり、長期間安定な電
気レオロジー効果を発現するのに有効に寄与する。
[0021] These electrically insulating oxide thin film is formed on a semi-conductor oxide particle surface, a substance is both oxide constituting the material (core material) and thin film constituting the particles, sufficient strength It has a surface affinity for expressing. This is preferable in the electrorheological fluid that is premised on use under shear stress, and effectively contributes to exhibiting a stable electrorheological effect for a long period of time.

【0022】また、これらの電気絶縁性酸化物薄膜の厚
さは、電気レオロジー流体の導電率を著しく上昇させ
ず、絶縁破壊電圧を低下させない範囲でできる限り薄い
方が好ましく、通常0.5μm以下、より好ましくは
0.2μm以下である。
The thickness of these electrically insulating oxide thin films is preferably as thin as possible within a range that does not significantly increase the conductivity of the electrorheological fluid and does not reduce the dielectric breakdown voltage, and is usually 0.5 μm or less. , And more preferably 0.2 μm or less.

【0023】この電気絶縁性酸化物薄膜は、その誘電率
が低い場合、電気レオロジー効果を発現させるために
は、その膜厚を極めて薄くする必要がある。この極めて
薄い膜厚は、電気レオロジー流体の絶縁破壊電圧の低
下、せん断応力下での長期使用時の誘電率の上昇等を引
き起す。従って、より好ましい電気絶縁性酸化物薄膜
は、その比誘電率が5以上のものであり、そのような酸
化物としては、Al2 3 、TiO2 、CuO、ZrO
2 、Cr2 7 、BaTiO3 等が例示される。これら
比誘電率の高い酸化物を使用した場合、その膜厚さを比
較的厚くしても電気レオロジー効果が発現し、上記の問
題が回避される。
When the electrically insulating oxide thin film has a low dielectric constant, it is necessary to make the film extremely thin in order to exert the electrorheological effect. This extremely thin film thickness causes a decrease in the dielectric breakdown voltage of the electrorheological fluid, an increase in the dielectric constant during long-term use under shear stress, and the like. Therefore, a more preferable electrically insulating oxide thin film has a relative dielectric constant of 5 or more, and examples of such oxides include Al 2 O 3 , TiO 2 , CuO, and ZrO.
2 , Cr 2 O 7 , BaTiO 3 and the like are exemplified. When these oxides having a high relative dielectric constant are used, the electrorheological effect is exhibited even if the film thickness is made relatively thick, and the above problems are avoided.

【0024】この電気絶縁性酸化物薄膜を半導体粒子表
面上に形成する方法としては、電気絶縁性酸化物微粉体
をコーティングした後、加熱、固着する方法、均一溶液
から電気絶縁性酸化物層を形成する方法、PVD(物理
的蒸着法)、CVD(化学蒸着法)等気相から酸化物層
を形成する方法等、種々の方法を挙げることができる
が、形成される膜が厚くなり過ぎることがなく、薄く均
一に形成可能でなおかつ生産性に優れる方法として化学
液相法が好ましい。
[0024] The electrically insulating oxide thin film as a method for forming on a semi-conductor particle surface was coated electrically insulating oxide fine powder, heating, fixation methods, electrically insulating oxide layer from a homogeneous solution There are various methods such as a method for forming an oxide layer from a vapor phase such as PVD (physical vapor deposition method) and CVD (chemical vapor deposition method), but the formed film becomes too thick. The chemical liquid phase method is preferable as a method that can form a thin and uniform film without being formed and is excellent in productivity.

【0025】この化学液相法とは、金属塩、有機金属化
合物等、電気絶縁性酸化物の構成金属元素を含有する化
合物の均一溶液を出発物質とし、濃縮、乾燥等の化学的
変化を伴わない方法で、酸化物の構成金属元素を含有す
る固体層を形成したり、沈殿剤の添加による不溶性化合
物の形成、加水分解、重縮合等の反応を利用して酸化物
の構成金属元素を含有する固体層を形成した後、この固
体層を加熱によって酸化物層に変換する方法を示す。
The chemical liquid phase method uses a uniform solution of a compound containing a constituent metal element of an electrically insulating oxide, such as a metal salt or an organic metal compound, as a starting material and involves chemical changes such as concentration and drying. Method to form a solid layer containing the constituent metal element of the oxide, or to form a solid layer containing the constituent metal element of the oxide by utilizing reactions such as formation of an insoluble compound by addition of a precipitant, hydrolysis, polycondensation, etc. A method of forming a solid layer for heating and then converting the solid layer into an oxide layer by heating will be described.

【0026】この化学液相法の中でも金属アルコキシド
を出発物質とするものは、形成される膜の均一性、界面
の親和性、生産性に優れ、特に好ましい方法である。こ
の金属アルコキシドを用いて粉体表面として酸化物膜を
形成する方法としては、粉体工学会誌、第27巻、第1
70頁(1990年)、J.Materials Sc
ience.第22巻 第1677頁(1987年)、
日本セラミックス協会学術論文誌第96巻 第698頁
(1988年)等の方法を応用することが可能である。
Among the chemical liquid phase methods, the method using a metal alkoxide as a starting material is excellent in the uniformity of the formed film, the affinity of the interface and the productivity, and is a particularly preferable method. As a method of forming an oxide film on the powder surface using this metal alkoxide, the journal of Powder Engineering, Vol. 27, No. 1
70 (1990), J. Materials Sc
ience. Vol. 22, pp. 1677 (1987),
It is possible to apply a method such as the Journal of the Ceramic Society of Japan, Volume 96, page 698 (1988).

【0027】すなわち、その方法を具体的に述べると、
水と混和性を有しない有機溶媒中に吸着水を有する粉体
を分散させ、粉体表面上の水分により金属アルコキシド
を加水分解する方法、水と混和性を有する有機媒体中に
粉体を分散させ、これに金属アルコキジを添加し、さら
に水を供給することにより金属アルコキシドを加水分解
する方法等が例示される。
That is, specifically describing the method,
A method in which a powder having adsorbed water is dispersed in an organic solvent that is not miscible with water, and the metal alkoxide is hydrolyzed by water on the surface of the powder. The powder is dispersed in an organic medium that is miscible with water. And a method of hydrolyzing the metal alkoxide by adding metal alkoxide and adding water thereto.

【0028】上記した方法により、半導体酸化物粒子表
面上に形成された固体層は、適当な温度で加熱処理する
ことにより、芯物質に強固に付着した電気絶縁性酸化物
層が形成される。金属アルコキシドを使用した場合、加
水分解後、酸化物、水和酸化物、あるいは水酸化物の層
が形成されるが、酸化物層が形成される場合であって
も、電気レオロジー流体に使用したときの吸着水分の影
響を除くために適当な温度で加熱処理される。この加熱
処理により水和酸化物及び水酸化物は電気レオロジー効
果に影響を及ぼすような多量の水分を含有することのな
い酸化物に変化する。この加熱処理における温度は、半
導体酸化物粒子と表面の電気絶縁性酸化物層との固相反
応を起こさず、また吸着水分が除去される温度の範囲に
適宜設定され、40℃から1000℃の範囲が例示され
る。
[0028] By the above method, the semi-conductor oxide particle surface solid layer formed on, by a heat treatment at a suitable temperature, electrically insulating oxide layer which firmly adheres to the core substance is formed . When a metal alkoxide is used, an oxide, hydrated oxide, or hydroxide layer is formed after hydrolysis, but even when an oxide layer is formed, it is used in an electrorheological fluid. Heat treatment is performed at an appropriate temperature to eliminate the influence of adsorbed moisture. By this heat treatment, hydrated oxides and hydroxides are converted into oxides that do not contain a large amount of water that affects the electrorheological effect. The temperature in the heat treatment, without causing the solid phase reaction with semi <br/> conductor oxide particles and the surface of the electrically insulating oxide layer, also appropriately be set in a range of temperature at which adsorbed moisture is removed, 40 An example is a range of 0 ° C to 1000 ° C.

【0029】本発明の電気レオロジー流体に用いられる
電気絶縁媒体は、電気的絶縁性を有する高沸点物質であ
れば、特に制限はなく、通常よく使用されるものとし
て、石油系潤滑剤、トランス油、シリコーン油、セバシ
ン酸ジブチル、塩化パラフィン、臭化アルキル、芳香族
ポリカルボン酸のアルキルエステル、ハロフェニルアル
キルエステル、ハロフェニルアルキルエーテル、フッ素
系オイル等が例示される。
The electric insulating medium used in the electrorheological fluid of the present invention is not particularly limited as long as it is a high-boiling substance having an electric insulating property, and commonly used petroleum-based lubricants and transformer oils. , Silicone oil, dibutyl sebacate, chlorinated paraffin, alkyl bromide, alkyl ester of aromatic polycarboxylic acid, halophenyl alkyl ester, halophenyl alkyl ether, fluorine oil and the like.

【0030】この電気絶縁性媒体への半導体酸化物粒子
表面上に電気絶縁性酸化物層を形成した固体粒子の添加
量は10〜50体積%とするのが好ましい。10体積%
未満の場合、電圧印加に対する粘度変化率が小さく、電
気レオロジー流体として特性が低い。50体積%を越え
る場合、電圧を印加しない通常時の粘度も高くチクソト
ロピックな挙動を示すようになり不適当である。
The amount of the solid particles forming an electrically insulating oxide layer on a semi-conductor oxide particles on the surface to the electrically insulating medium is preferably 10 to 50% by volume. 10% by volume
When it is less than the above, the rate of change in viscosity upon application of voltage is small, and the properties as an electrorheological fluid are poor. When it exceeds 50% by volume, the viscosity in the normal state when no voltage is applied is high and a thixotropic behavior is exhibited, which is unsuitable.

【0031】また、この固体粒子を電気絶縁性媒体に分
散する手法は、通常の手法を用いることが可能であり、
ボールミル、アトライター、三本ロール、乳バチ等によ
る分散が可能である。
As a method for dispersing the solid particles in an electrically insulating medium, a usual method can be used.
It can be dispersed with a ball mill, attritor, three rolls, bees, etc.

【0032】[0032]

【作用】本発明の電気レオロジー流体は、半導体酸化物
粒子表面に電気絶縁性酸化物層が形成されている固体粒
子を用いているために、従来具体的に知られている金属
粒子表面上に電気絶縁性酸化物薄膜層が形成されている
固体粒子や導電性合成樹脂粒子上に電気絶縁性合成樹脂
薄膜層を有する固体粒子を用いる場合と異なって、直流
電場でも電気レオロジー効果が発現する。この効果が生
ずる作用機構は明らかではないが、粒界層コンデンサー
が導電性の粒の周囲の誘電体層に電荷を蓄積するのと同
様の機構で効率よく半導体粒子表面上の電気絶縁性酸化
物層に電荷が蓄積され、電界内で強い誘電分極相互作用
が起こり、良好な電気レオロジー効果が発揮されるもの
と考えられる。そして、それにより吸着水分の存在しな
い系で電気レオロジー効果が得られるため、水分の存在
に伴う欠点が生じない。また、固体粒子全体が酸化物か
らなるため、それを含む電気レオロジー流体は、導電粒
子が経時的に変化することがなく、表面層と導電粒子の
界面ハクリの問題もなく、長時間安定に使用される。
[Action] electrorheological fluid of the present invention, due to the use of solid particles electrically insulating oxide layer on a semi-conductor oxide particle surface is formed, conventionally specifically known on the metal particle surface Unlike the case of using solid particles having an electrically insulating oxide thin film layer formed thereon or solid particles having an electrically insulating synthetic resin thin film layer on a conductive synthetic resin particle, an electrorheological effect is exhibited even in a DC electric field. . This effect occurs action mechanism is not clear, grain boundary layer capacitors electrically insulating on efficiency good Ku semiconductors particle surface in the same mechanism and storing charge in the dielectric layer surrounding the grains of electrically conductive It is considered that charges are accumulated in the oxide layer, a strong dielectric polarization interaction occurs in the electric field, and a good electrorheological effect is exhibited. As a result, an electrorheological effect can be obtained in a system in which adsorbed water does not exist, so that the defects associated with the existence of water do not occur. In addition, since the solid particles consist entirely of oxide, the electrorheological fluid containing it does not change with time of the conductive particles, and there is no problem of interface peeling between the surface layer and the conductive particles. To be done.

【0033】[0033]

【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
する。ただし、本発明はこれらの実施例のみに限定され
るものではない。 実施例1 遠心沈降法で求めた平均粒径が4.0μmの、BET比
表面積50.9m2 /gのSnO2 粉50gをメタノー
ル100g中に分散させ、これにテトラメトキシシラン
4gを添加し、室温で24時間攪拌した。その後、水
1.9gをメタノール10gに溶解したものを添加し、
さらに24時間反応させた。これを吸引濾過することに
より分散粒子を集め、50℃で乾燥することにより、S
iO2 でコーティング処理されたSnO2 粉末を得た。
原料のSnO2 に対する重量増加率は1. 3%で、得ら
れた粉末のBET比表面積は55.3m2 /g、X線回
析パターンは原料のSnO2 と全く等しいものであっ
た。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. Example 1 50 g of SnO 2 powder having a BET specific surface area of 50.9 m 2 / g and an average particle size of 4.0 μm determined by centrifugal sedimentation method was dispersed in 100 g of methanol, and 4 g of tetramethoxysilane was added thereto. The mixture was stirred at room temperature for 24 hours. Then, a solution prepared by dissolving 1.9 g of water in 10 g of methanol was added,
The reaction was continued for another 24 hours. The dispersed particles are collected by suction filtration, and dried at 50 ° C. to obtain S
SnO 2 powder coated with iO 2 was obtained.
Weight increase rate for SnO 2 ingredients at 1. 3%, BET specific surface area of the resulting powder 55.3m 2 / g, X-ray diffraction pattern was quite equal to the SnO 2 ingredients.

【0034】得られたSiO2 で被覆されたSnO2
子を東芝シリコーン(株)製シリコンオイルTSF−4
51−100に乳バチで分散し、上記固体粒子が30体
積%分散している電気レオロジー流体を調製した。
The obtained SiO 2 -coated SnO 2 particles were used as a silicone oil TSF-4 manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd.
51-100 was dispersed with milk bees to prepare an electrorheological fluid in which 30% by volume of the solid particles were dispersed.

【0035】この得られた電気レオロジー流体中の水分
を、熱重量分析における室温から200℃までの重量減
少率で求めたところ0.5%であり、この電気レオロジ
ー流体中には通常電気レオロジー効果に影響を及ぼす程
の水分は含まれていなかった。
The water content in the obtained electrorheological fluid was determined by the weight loss rate from room temperature to 200 ° C. in thermogravimetric analysis and was found to be 0.5%. In this electrorheological fluid, the usual electrorheological effect was obtained. It did not contain enough water to affect

【0036】この電気レオロジー流体のレオロジー測定
は、振動板型レオメーターを用いた。これは、固定台と
それに平行な振動板との間隙に試料液体をはさみ、振動
板を一定の力で振動させたときの振動変位から試料の粘
弾性を測定する装置である。
The rheology of this electrorheological fluid was measured using a diaphragm type rheometer. This is an apparatus for measuring the viscoelasticity of a sample from a vibration displacement when a sample liquid is inserted in a gap between a fixed base and a diaphragm parallel to the fixed table and the diaphragm is vibrated with a constant force.

【0037】測定周波数45Hzの動的測定を行い、試
料膜厚を150μmとし、これに0〜0.23kV/m
mの直流電場を加えた時の電気レオロジー挙動について
調べた。粘弾性測定の結果、ここで用いた分散系につい
ては、ひずみ、電圧によらず常にG1 <0.2G2 (G
1 :貯蔵弾性率、G2 :損失弾性率)となり、弾性効率
は非常に小さいことがわかった。そこで、実験結果はす
べて複素弾性率の絶対値|η*|で表わすことにする。
|η*|は次の式で表わされる。
Dynamic measurement was carried out at a measurement frequency of 45 Hz, the sample film thickness was set to 150 μm, and 0 to 0.23 kV / m
The electrorheological behavior when a DC electric field of m was applied was investigated. As a result of the viscoelasticity measurement, the dispersion system used here was always G 1 <0.2G 2 (G
1 : Storage elastic modulus, G 2 : Loss elastic modulus), and the elastic efficiency was found to be very small. Therefore, all the experimental results will be represented by the absolute value of the complex elastic modulus | η * |.
| Η * | is represented by the following equation.

【0038】|η*|=|G*|/ω =〔(G1 2 +(G2 2 0.5 /ω (ただし、|G*|は複素弾性率の絶対値、ωは角周波
数)電場をかける前の|η*|は、せん断応力によら
ず、ほぼ一定で、1.4×102 Pa(ただし、Paは
パスカル)のせん断応力時に|η*|=1.9Pa・S
(ただし、Pa・Sはパスカル・秒)であったのが、
0.23kV/mmの電圧の印加により3.2Pa・S
に上昇し、良好な電気レオロジー効果を示した。また、
この直流電圧印加時の電流値は0.2μA/cm2 であ
った。 実施例2 実施例1と同じSnO2 粉50gを70℃、85RH%
の雰囲気下に放置して吸湿させ、51.3gの吸湿Sn
2 を得た。これをステアリルアミンの濃度0.002
mol/リットルのn−ヘキサン溶液100mlに分散
させた14.4gのチタンテトライソプロポキシドを添
加し、SnO2の表面吸着水で加水分解させた。40℃
で3時間反応させた後、吸引濾過により粉末を分離し、
600℃で1時間焼成し、TiO2 層で被覆されたSn
2 粒子を調製した。原料のSnO2 に対する重量の増
加率は5.7%で、得られた粉末のBET比表面積は2
5.4m2 /gであった。また、X線回析パターンは原
料のSnO2 にTiO2 (アナターゼ)のパターンがわ
ずかに認められるものであった。
| Η * | = | G * | / ω = [(G 1 ) 2 + (G 2 ) 2 ] 0.5 / ω (where | G * | is the absolute value of the complex elastic modulus and ω is the angular frequency) ) | Η * | before applying an electric field is almost constant irrespective of shear stress, and at the time of shear stress of 1.4 × 10 2 Pa (where Pa is Pascal), | η * | = 1.9 Pa · S
(However, Pa · S is Pascal · second)
3.2 Pa · S by applying a voltage of 0.23 kV / mm
And showed a good electrorheological effect. Also,
The current value when this DC voltage was applied was 0.2 μA / cm 2 . Example 2 50 g of the same SnO 2 powder as in Example 1 was added at 70 ° C. and 85 RH%.
Left in the atmosphere of 5 to absorb 51.3 g of Sn
O 2 was obtained. Stearylamine concentration 0.002
14.4 g of titanium tetraisopropoxide dispersed in 100 ml of a mol / liter n-hexane solution was added and hydrolyzed with water adsorbed on the surface of SnO 2 . 40 ° C
After reacting for 3 hours, the powder is separated by suction filtration,
Sn baked at 600 ° C for 1 hour and coated with a TiO 2 layer
O 2 particles were prepared. The weight increase rate with respect to SnO 2 of the raw material was 5.7%, and the BET specific surface area of the obtained powder was 2
It was 5.4 m 2 / g. Further, the X-ray diffraction pattern was such that a slight pattern of TiO 2 (anatase) was found in the raw material SnO 2 .

【0039】得られた粒子を東芝シリコーン(株)製シ
リコーンオイルTSF−451−100に乳バチで分散
し、上記固体粒子が25体積%分散した電気レオロジー
流体を調製した。この電気レオロジー流体を実施例1の
振動板型レオメータで評価した結果、せん断応力1×1
2 Pa時の電場をかける前の|η*|=2Pa・Sで
あったものが、0.23kV/mmの直流電圧の印加に
より|η*|=4.7Pa・Sに上昇し、良好な電気レ
オロジー効果を示した。また、この電圧印加時の電流値
は3μA/cm2 であった。 比較例1 実施例1、2で使用したSnO2 粉を何ら処理すること
なく、同じシリコンオイルに分散し、SnO2 を30体
積%含む電気レオロジー流体を調製した。実施例1、2
と同様に振動板型レオメータで評価した結果、電場をか
ける前の1.0×102 Paのせん断応力時の|η*|
=2.2Pa・Sであったものが、0.23kV/mm
の直流電圧印加により10Pa・Sまで増加したが、4
00μA/cm2 もの電流が流れ、電気レオロジー流体
としては使用不可能なものであった。 実施例3 実施例2で調製した電気レオロジー流体を電極板間距離
1mmの二重円筒管型レオメーターで評価した。結果を
図1に示す。縦軸は、せん断応力σ(Pa)を、横軸
は、せん断速度dγ/dt(S-1)を表わす。電場をか
けない状態(0.kVmm-1)ではニュートン流動性に
近い挙動を示したものが、2kV/mmの電圧の印加に
より、ビンガム流体の挙動を示し、1.9×103 Pa
の高い降伏応力を示す優れた電気レオロジー効果が認め
られた。
The obtained particles were dispersed in a silicone oil TSF-451-100 manufactured by Toshiba Silicone Co., Ltd. with a dairy bee to prepare an electrorheological fluid in which 25% by volume of the above solid particles were dispersed. When this electrorheological fluid was evaluated with the diaphragm type rheometer of Example 1, the shear stress was 1 × 1.
It was | η * | = 2Pa · S before applying an electric field at 0 2 Pa, but it increased to | η * | = 4.7Pa · S by applying a DC voltage of 0.23 kV / mm, which is good. It showed a strong electrorheological effect. The current value when this voltage was applied was 3 μA / cm 2 . Comparative Example 1 The SnO 2 powder used in Examples 1 and 2 was dispersed in the same silicone oil without any treatment to prepare an electrorheological fluid containing 30% by volume of SnO 2 . Examples 1, 2
As a result of evaluation with a diaphragm type rheometer in the same manner as above, | η * | at a shear stress of 1.0 × 10 2 Pa before applying an electric field
= 2.2 Pa · S, but 0.23 kV / mm
Was increased to 10 Pa · S by applying the DC voltage of
A current as high as 00 μA / cm 2 flows, and it cannot be used as an electrorheological fluid. Example 3 The electrorheological fluid prepared in Example 2 was evaluated with a double cylindrical tube type rheometer with a distance between electrode plates of 1 mm. The results are shown in FIG. The vertical axis represents shear stress σ (Pa), and the horizontal axis represents shear rate dγ / dt (S -1 ). In the state where no electric field is applied (0. kVmm -1 ), the behavior was close to Newtonian fluidity, but when the voltage of 2 kV / mm was applied, the behavior of Bingham fluid was exhibited and 1.9 × 10 3 Pa.
An excellent electrorheological effect indicating a high yield stress of was found.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、本質的に水分を必要と
しない系で、電気レオロジー効果を生じ、直流、交流電
場のいずれにおいても作動可能で、電圧によって粘性を
著しく変化させることができるものであって、電圧応答
性に優れており、せん断応力下での長時間の使用に耐え
られるものである。このため、本発明の電気レオロジー
流体は、クラッチ、バルブ、ダンパー、ショックアブソ
ーバー、アクチュエーター等に用いてきわめて有効であ
って、工業的に非常に実用性がある。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, an electrorheological effect is produced in a system essentially not requiring water, it can be operated in both a direct current and an alternating electric field, and its viscosity can be remarkably changed by voltage. It has excellent voltage responsiveness and can withstand long-term use under shear stress. Therefore, the electrorheological fluid of the present invention is extremely effective for use in clutches, valves, dampers, shock absorbers, actuators, etc., and has industrial very practical utility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、実施例2で調製した電気レオロジー流
体のレオメーターによる評価結果を表わすグラフを示
す。
FIG. 1 is a graph showing the evaluation results of an electrorheological fluid prepared in Example 2 by a rheometer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10N 10:10 C10N 10:14 10:14 10:16 10:16 20:06 A 20:06 40:04 40:04 40:14 40:14 9329−3J F16D 35/00 631D ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication C10N 10:10 C10N 10:14 10:14 10:16 10:16 20:06 A 20:06 40 : 04 40:04 40:14 40:14 9329-3J F16D 35/00 631D

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 固体粒子が電気絶縁性媒体に分散してな
る電気レオロジー流体において、固体粒子が、半導体酸
化物粒子表面上に、金属アルコキシドを使用した化学液
相法でつくられた電気絶縁性酸化物層が形成されたもの
であることを特徴とする電気レオロジー流体組成物。
1. A electrorheological fluid with solid particles are dispersed in the electrically insulating medium, solid particles in the semi-conductor oxide particles on the surface of an electrically insulating made of chemical liquid phase method using a metal alkoxide An electrorheological fluid composition, wherein a conductive oxide layer is formed.
【請求項2】 前記半導体酸化物粒子表面上に形成され
た電気絶縁性酸化物層が比誘電率5以上の電気絶縁物か
らなることを特徴とする請求項1記載の電気レオロジー
流体組成物。
2. A pre-Symbol electrorheological fluid composition according to claim 1, wherein the semi-conductor oxide particles electrically insulating oxide layer formed on the surface is characterized in that it consists of a relative dielectric constant of 5 or more electrical insulator Stuff.
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