JP2925783B2 - 均一系の電気粘性流体 - Google Patents
均一系の電気粘性流体Info
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- JP2925783B2 JP2925783B2 JP12106591A JP12106591A JP2925783B2 JP 2925783 B2 JP2925783 B2 JP 2925783B2 JP 12106591 A JP12106591 A JP 12106591A JP 12106591 A JP12106591 A JP 12106591A JP 2925783 B2 JP2925783 B2 JP 2925783B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は均一系の電気粘性流体に
関するものであり、振動吸収やトルク伝達などのアクチ
ュエーターとして利用される。
関するものであり、振動吸収やトルク伝達などのアクチ
ュエーターとして利用される。
【０００２】
【従来の技術】電気粘性流体とは、電圧印加により粘性
が瞬間的に大きくかつ可逆的に変化する流体のことであ
る。このような流体としては既に１９４０年代より、含
水微粒子を絶縁油に分散させた、いわゆるＷｉｎｓｌｏ
ｗ流体（米国特許第２４１７８５０号明細書）があり、
また最近では、有機半導体粒子を分散させた流体（英国
特許第２１７０５１０号明細書）や表面に絶縁性薄膜を
形成した導電性粒子を分散させた流体（特開昭６４−６
０９３号公報）などが提案されている。これら従来の電
気粘性流体はいずれも微粒子を絶縁油に分散させたもの
であり、短期的には優れた性能を示すものの、粒子の沈
降分離や沈降粒子の凝集粘土化が避けがたく実用化の大
きな障害の一つになっている。
が瞬間的に大きくかつ可逆的に変化する流体のことであ
る。このような流体としては既に１９４０年代より、含
水微粒子を絶縁油に分散させた、いわゆるＷｉｎｓｌｏ
ｗ流体（米国特許第２４１７８５０号明細書）があり、
また最近では、有機半導体粒子を分散させた流体（英国
特許第２１７０５１０号明細書）や表面に絶縁性薄膜を
形成した導電性粒子を分散させた流体（特開昭６４−６
０９３号公報）などが提案されている。これら従来の電
気粘性流体はいずれも微粒子を絶縁油に分散させたもの
であり、短期的には優れた性能を示すものの、粒子の沈
降分離や沈降粒子の凝集粘土化が避けがたく実用化の大
きな障害の一つになっている。
【０００３】粒子分散系でなく、均一な流体系で電気粘
性効果を得ようとする試みも少なくなく、たとえば、ニ
トロメタンやニトロベンゼンなどの極性液体〔Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ，１６ ｐ．１７７５（１９７７）〕、コ
レステック液晶混合物やメトキシベンジリデンブチルア
ニリン（ＭＢＢＡ）などの低分子液晶〔Ｃｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎ，ｐ．３８６５（１９６９）や Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ，１７ ｐ．１５２５（１９７８）〕につ
いて電気粘性効果が研究され、後者については英国公開
特許第２２０８５１５Ａ号明細書にも提案されている。
また最近では、強誘電性ポリマーを用いたポリ（ＶＤＦ
−ＴｒＦＥ）溶液での研究〔第３９回高分子討論会予稿
集１８Ｕ０７（１９９０）〕も報告されている。
性効果を得ようとする試みも少なくなく、たとえば、ニ
トロメタンやニトロベンゼンなどの極性液体〔Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ，１６ ｐ．１７７５（１９７７）〕、コ
レステック液晶混合物やメトキシベンジリデンブチルア
ニリン（ＭＢＢＡ）などの低分子液晶〔Ｃｏｍｍｕｎｉ
ｃａｔｉｏｎ，ｐ．３８６５（１９６９）や Ｊａｐａ
ｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ，１７ ｐ．１５２５（１９７８）〕につ
いて電気粘性効果が研究され、後者については英国公開
特許第２２０８５１５Ａ号明細書にも提案されている。
また最近では、強誘電性ポリマーを用いたポリ（ＶＤＦ
−ＴｒＦＥ）溶液での研究〔第３９回高分子討論会予稿
集１８Ｕ０７（１９９０）〕も報告されている。
【０００４】液晶性物質は電圧印加により分子配向し、
粘度特性においても電圧印加により異方性を生じ、粘性
を増大させることから、液晶性物質を前述の如く電気粘
性流体へ適用することが検討されているが、粘性増加は
小さく殆ど顧みられていない。
粘度特性においても電圧印加により異方性を生じ、粘性
を増大させることから、液晶性物質を前述の如く電気粘
性流体へ適用することが検討されているが、粘性増加は
小さく殆ど顧みられていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は液晶物質の高
速応答性や低電圧制御性などの優れた特徴を活かしつ
つ、大きく粘性変化する液晶系の流体を開発し、電気粘
性流体に応用し、粒子沈降の問題のない均一系の電気粘
性流体を得ることを目的とするものである。
速応答性や低電圧制御性などの優れた特徴を活かしつ
つ、大きく粘性変化する液晶系の流体を開発し、電気粘
性流体に応用し、粒子沈降の問題のない均一系の電気粘
性流体を得ることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】従来検討されてきた液晶
性物質はいずれも低分子の液晶そのものであり、電圧印
加して分子（ドメイン）を配向させても、ドメイン間の
結合力は小さく、その為に全体としての粘度は大して増
大しない。そこで本発明者らは高分子液晶に着目した。
性物質はいずれも低分子の液晶そのものであり、電圧印
加して分子（ドメイン）を配向させても、ドメイン間の
結合力は小さく、その為に全体としての粘度は大して増
大しない。そこで本発明者らは高分子液晶に着目した。
【０００７】ある種の物質に溶媒を加えて溶液化し、そ
の溶液の濃度がある濃さに達すると液晶相が形成される
ライオトロピック液晶は既に知られている。ライオトロ
ピック液晶は、濃度が低い領域では溶液は等方性である
が濃度の増加につれて粘度の上昇がみられる。ある濃度
を越えると等方性と光学異方性を示す液晶相が存在し、
濃度が増すにもかかわらず粘度が急に落ち込む領域が現
れる。さらに濃度が増すと液晶相のみとなり再び粘度が
上昇する挙動をする。ライオトロピック液晶は、芳香族
ポリアミドの溶液やヒドロキシプロピルセルロースの溶
液を用いた液晶紡糸、あるいは、電子ビームを照射して
照射像の記録・再生の試み（テレビ学技報７（５），
ｐ．５３（１９８３））等で知られているが、電気粘性
効果については未だ記載されているものはなかった。
の溶液の濃度がある濃さに達すると液晶相が形成される
ライオトロピック液晶は既に知られている。ライオトロ
ピック液晶は、濃度が低い領域では溶液は等方性である
が濃度の増加につれて粘度の上昇がみられる。ある濃度
を越えると等方性と光学異方性を示す液晶相が存在し、
濃度が増すにもかかわらず粘度が急に落ち込む領域が現
れる。さらに濃度が増すと液晶相のみとなり再び粘度が
上昇する挙動をする。ライオトロピック液晶は、芳香族
ポリアミドの溶液やヒドロキシプロピルセルロースの溶
液を用いた液晶紡糸、あるいは、電子ビームを照射して
照射像の記録・再生の試み（テレビ学技報７（５），
ｐ．５３（１９８３））等で知られているが、電気粘性
効果については未だ記載されているものはなかった。
【０００８】本発明者らは、このライオトロピック液晶
相に電圧を印加することにより、液晶相が配向し著しく
粘度が上昇することを見いだし本発明に達した。すな
ち、本発明は、１０8 Ωｃｍ以上の電気抵抗値をもつラ
イオトロピック液晶からなる電気粘性流体である。本発
明にいうライオトロピック液晶を構成する溶質として
は、アラミド、複素環化合物、セルロースおよびその誘
導体、ポリアミドヒドラジドやポリヒドラジド、ポリペ
プチド、ポリホスファゼン、ポリイソシアネート、親水
性と疎水性ブロックを併せもつ両親媒性ブロック共重合
体、生体内に存在するリボ核酸やデオキシリボ核酸など
である。その中でも、セルロースおよびその誘導体、ポ
リペプチド、親水性と疎水性ブロックを併せもつ両親媒
性ブロック共重合体が好ましい。
相に電圧を印加することにより、液晶相が配向し著しく
粘度が上昇することを見いだし本発明に達した。すな
ち、本発明は、１０8 Ωｃｍ以上の電気抵抗値をもつラ
イオトロピック液晶からなる電気粘性流体である。本発
明にいうライオトロピック液晶を構成する溶質として
は、アラミド、複素環化合物、セルロースおよびその誘
導体、ポリアミドヒドラジドやポリヒドラジド、ポリペ
プチド、ポリホスファゼン、ポリイソシアネート、親水
性と疎水性ブロックを併せもつ両親媒性ブロック共重合
体、生体内に存在するリボ核酸やデオキシリボ核酸など
である。その中でも、セルロースおよびその誘導体、ポ
リペプチド、親水性と疎水性ブロックを併せもつ両親媒
性ブロック共重合体が好ましい。
【０００９】本発明者らは、ライオトロピック液晶を構
成する溶質と溶媒の組み合わせを種々検討して、ある組
み合わせで非常に大きな電気粘性効果を発現することを
初めて見いだした。ところがライオトロピック液晶すべ
てについて電気粘性効果が発現しているわけではなかっ
た。電気粘性効果が発現しないライオトロピック液晶に
ついて詳細に検討したところ、多大な電流が流れている
ことが判明し、本発明者らは、ライオトロピック液晶の
絶縁性について着目し鋭意研究を重ねた結果、ある電気
抵抗値以上をもつライオトロピック液晶が電気粘性効果
を発現することを見いだした。すなわち、本発明は、ラ
イオトロピック液晶を構成する溶質と溶媒のよい組み合
わせにより１０8 Ωｃｍ以上の電気抵抗値以上をもつラ
イオトロピック液晶からなる電気粘性流体である。本発
明に使用するライオトロピック液晶は１０8 Ωｃｍ以
上、好ましくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗値のものが
使用できる。また、電気を通しやすくする不純物が極力
少ないものが好ましい。
成する溶質と溶媒の組み合わせを種々検討して、ある組
み合わせで非常に大きな電気粘性効果を発現することを
初めて見いだした。ところがライオトロピック液晶すべ
てについて電気粘性効果が発現しているわけではなかっ
た。電気粘性効果が発現しないライオトロピック液晶に
ついて詳細に検討したところ、多大な電流が流れている
ことが判明し、本発明者らは、ライオトロピック液晶の
絶縁性について着目し鋭意研究を重ねた結果、ある電気
抵抗値以上をもつライオトロピック液晶が電気粘性効果
を発現することを見いだした。すなわち、本発明は、ラ
イオトロピック液晶を構成する溶質と溶媒のよい組み合
わせにより１０8 Ωｃｍ以上の電気抵抗値以上をもつラ
イオトロピック液晶からなる電気粘性流体である。本発
明に使用するライオトロピック液晶は１０8 Ωｃｍ以
上、好ましくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗値のものが
使用できる。また、電気を通しやすくする不純物が極力
少ないものが好ましい。
【００１０】ライオトロピック液晶を構成する溶媒は一
般に極性の高いものが多く電気を通しやすい。本発明に
用いられる溶媒としては、溶質を溶解し、かつ、高い絶
縁性を有する、好ましくは１０8 Ωｃｍ以上、より好ま
しくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗をもつ溶媒が好まし
い。たとえば、水素結合力で剛直なヘリカル構造を形成
し、コレステリック液晶相を示すポリペプチドの場合に
は、ジオキサン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、
クロロホルムなどが使われる。スメクティック液晶相を
示すスチレン／エチレンオキシド両親媒性ブロック共重
合体の場合には、エチルベンゼン、ニトロメタンなどが
使われる。セルロース誘導体であるアセチルセルロース
の場合にはジオキサンなどが、シアノエチルセルロース
の場合にはアクリロニトリル、ジメチルスルホキシド
（以後ＤＭＳＯという。）などが、エチルセルロースの
場合にはクロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、
トリクロロエタンなどが、ヒドロキシプロピルセルロー
スの場合には塩化メチレン、ＤＭＳＯ、ジオキサン、ア
セトニトリルなどが、セルローストリカルバニレートの
場合にはＤＭＳＯ、ジオキサンなどが使われる。いずれ
の場合もライオトロピック液晶を構成する溶媒は、単独
で用いてもよいし、単独に用いる溶媒を混合して用いる
ことができる。
般に極性の高いものが多く電気を通しやすい。本発明に
用いられる溶媒としては、溶質を溶解し、かつ、高い絶
縁性を有する、好ましくは１０8 Ωｃｍ以上、より好ま
しくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗をもつ溶媒が好まし
い。たとえば、水素結合力で剛直なヘリカル構造を形成
し、コレステリック液晶相を示すポリペプチドの場合に
は、ジオキサン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、
クロロホルムなどが使われる。スメクティック液晶相を
示すスチレン／エチレンオキシド両親媒性ブロック共重
合体の場合には、エチルベンゼン、ニトロメタンなどが
使われる。セルロース誘導体であるアセチルセルロース
の場合にはジオキサンなどが、シアノエチルセルロース
の場合にはアクリロニトリル、ジメチルスルホキシド
（以後ＤＭＳＯという。）などが、エチルセルロースの
場合にはクロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素、
トリクロロエタンなどが、ヒドロキシプロピルセルロー
スの場合には塩化メチレン、ＤＭＳＯ、ジオキサン、ア
セトニトリルなどが、セルローストリカルバニレートの
場合にはＤＭＳＯ、ジオキサンなどが使われる。いずれ
の場合もライオトロピック液晶を構成する溶媒は、単独
で用いてもよいし、単独に用いる溶媒を混合して用いる
ことができる。
【００１１】本発明にいうライオトロピック液晶は、液
晶性を示し、かつ、絶縁性が高く、１０8 Ωｃｍ以上、
より好ましくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗であればよ
く、形成液晶相の種類および溶質の濃度はとわない。
晶性を示し、かつ、絶縁性が高く、１０8 Ωｃｍ以上、
より好ましくは１０9 Ωｃｍ以上の電気抵抗であればよ
く、形成液晶相の種類および溶質の濃度はとわない。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例における電気粘性効果は、同
一中心軸をもつ内径２０ｍｍのシリンダーと外径１９ｍ
ｍのローターの間隙（０．５ｍｍ）をもつセル内に試料
を封入し、所定の温度に保持しながら、シリンダーを回
転させ試料に一定の剪断速度を与え、電圧を印加した際
の発生剪断応力と電流値を測定する方法により評価し
た。
一中心軸をもつ内径２０ｍｍのシリンダーと外径１９ｍ
ｍのローターの間隙（０．５ｍｍ）をもつセル内に試料
を封入し、所定の温度に保持しながら、シリンダーを回
転させ試料に一定の剪断速度を与え、電圧を印加した際
の発生剪断応力と電流値を測定する方法により評価し
た。
【００１３】
【実施例１】ポリ（γ−ベンジル−Ｌ−グルタメート）
（以後ＰＢＬＧという、ＰＯＬＹＳＣＩＥＮＣＥＳ，Ｉ
ＮＣ製、Ｍｗ１５〜３０万）を１，４−ジオキサンに溶
質濃度２５ｗｔ％で溶解し試料溶液とした。これを測定
用セル内に封入し２０℃で、剪断速度４００ｓｅｃ-1、
印加電圧ＤＣ０〜２ｋＶ／ｍｍの条件で電気粘性効果を
測定した。表１に結果を示すが、低電圧でも良好な電気
粘性効果を示すことがわかる。なお、試料流体を２枚の
偏光板に挟み、一方の偏光板を９０°ひねった際の光の
透過状態の変化から、本試料流体は明瞭な液晶相を示す
ことが確認された。また、試料溶液の電気抵抗は１０9
Ωｃｍ以上であった。
（以後ＰＢＬＧという、ＰＯＬＹＳＣＩＥＮＣＥＳ，Ｉ
ＮＣ製、Ｍｗ１５〜３０万）を１，４−ジオキサンに溶
質濃度２５ｗｔ％で溶解し試料溶液とした。これを測定
用セル内に封入し２０℃で、剪断速度４００ｓｅｃ-1、
印加電圧ＤＣ０〜２ｋＶ／ｍｍの条件で電気粘性効果を
測定した。表１に結果を示すが、低電圧でも良好な電気
粘性効果を示すことがわかる。なお、試料流体を２枚の
偏光板に挟み、一方の偏光板を９０°ひねった際の光の
透過状態の変化から、本試料流体は明瞭な液晶相を示す
ことが確認された。また、試料溶液の電気抵抗は１０9
Ωｃｍ以上であった。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【実施例２】実施例１で使用したＰＢＬＧをジクロロメ
タンに溶質濃度２５ｗｔ％で溶解し、実施例１と同様に
電気粘性効果を測定し、表２に示す結果を得た。実施例
１と比較すると同一印加電圧でより大きく粘性変化する
ことがわかる。また、実施例１では印加電圧を上げてい
くと発生応力が単純増加するのに対し、本試料流体で
は、０．４ｋＶ／ｍｍ程度までの低い電圧領域では粘度
が逆に低下する現象が観察された。なお本試料流体も実
施例１の方法で明瞭な液晶相を示すことが確認された。
また、試料溶液の電気抵抗は１０9 Ωｃｍ以上であっ
た。
タンに溶質濃度２５ｗｔ％で溶解し、実施例１と同様に
電気粘性効果を測定し、表２に示す結果を得た。実施例
１と比較すると同一印加電圧でより大きく粘性変化する
ことがわかる。また、実施例１では印加電圧を上げてい
くと発生応力が単純増加するのに対し、本試料流体で
は、０．４ｋＶ／ｍｍ程度までの低い電圧領域では粘度
が逆に低下する現象が観察された。なお本試料流体も実
施例１の方法で明瞭な液晶相を示すことが確認された。
また、試料溶液の電気抵抗は１０9 Ωｃｍ以上であっ
た。
【００１６】
【表２】
【００１７】
【比較例】シアノエチルセルロースをジメチルホルムア
ミドに溶質濃度２５ｗｔ％で溶解し試料溶液とした。実
施例１の方法で明瞭な液晶相を示すことが確認された。
しかし、試料溶液の電気抵抗は６×１０6 Ωｃｍであ
り、これを測定用セル内に封入し２０℃、剪断速度４０
０ｓｅｃ-1で、ＤＣ ０．２ｋＶ／ｍｍを印加したが異
常な電流が流れて、電気粘性効果を測定できなかった。
ミドに溶質濃度２５ｗｔ％で溶解し試料溶液とした。実
施例１の方法で明瞭な液晶相を示すことが確認された。
しかし、試料溶液の電気抵抗は６×１０6 Ωｃｍであ
り、これを測定用セル内に封入し２０℃、剪断速度４０
０ｓｅｃ-1で、ＤＣ ０．２ｋＶ／ｍｍを印加したが異
常な電流が流れて、電気粘性効果を測定できなかった。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、従来提案されてきた粒子分散
系の電気粘性流体の大きな欠点の一つであった粒子の沈
降分離の問題のない、優れた応答性をしめす均一系の電
気粘性流体である。バルブ、クラッチ、ブレーキ、トル
クコンバーターなどのコンパクトで電子制御で作動する
新しいアクチュエータに、上記の問題なく長期間安定に
使用することが可能となる。特に、高精度のサーボ制御
システム系への展開が期待される。
系の電気粘性流体の大きな欠点の一つであった粒子の沈
降分離の問題のない、優れた応答性をしめす均一系の電
気粘性流体である。バルブ、クラッチ、ブレーキ、トル
クコンバーターなどのコンパクトで電子制御で作動する
新しいアクチュエータに、上記の問題なく長期間安定に
使用することが可能となる。特に、高精度のサーボ制御
システム系への展開が期待される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C10M 171/00 C09K 19/38 C10M 107/44 C10N 40:14 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (1)
- 【請求項１】 １０8 Ωｃｍ以上の電気抵抗値をもつラ
イオトロピック液晶からなる電気粘性流体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12106591A JP2925783B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 均一系の電気粘性流体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12106591A JP2925783B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 均一系の電気粘性流体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04348194A JPH04348194A (ja) | 1992-12-03 |
| JP2925783B2 true JP2925783B2 (ja) | 1999-07-28 |
Family
ID=14801976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12106591A Expired - Fee Related JP2925783B2 (ja) | 1991-05-27 | 1991-05-27 | 均一系の電気粘性流体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2925783B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0625565B1 (en) * | 1993-05-21 | 1997-12-29 | Nippon Oil Co., Ltd. | Electro rheological fluid |
| JPH07238290A (ja) * | 1994-03-01 | 1995-09-12 | Nippon Oil Co Ltd | 電気粘性流体 |
| JP3407049B2 (ja) * | 1995-03-13 | 2003-05-19 | ニッタ株式会社 | アクチュエータ用作動流体 |
| US8993494B2 (en) | 2010-12-01 | 2015-03-31 | Empire Technology Development Llc | Compositions comprising reverse micelles and methods for their use |
-
1991
- 1991-05-27 JP JP12106591A patent/JP2925783B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04348194A (ja) | 1992-12-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990427 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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