JP3603365B2

JP3603365B2 - 応力伝達用液晶化合物と応力伝達方法および応力伝達装置

Info

Publication number: JP3603365B2
Application number: JP3496095A
Authority: JP
Inventors: 紳一矢野; 祥一沓水; 登造山口
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JPH08226461A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、応力伝達に用いることができる、スメクティックＤ相（以下、単にＤ相ということもある。）を有し、動的粘弾性の温度依存性、電界依存性に特徴を有する液晶化合物、該液晶化合物を用いた応力伝達方法および応力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
クラッチ、ブレーキ、バルブ、ショックアブソーバーなどに利用できる粘性流体の一つとしてウィンズロー効果を示す流体がよく知られている。ウィンズロー効果とは、スピンドル油、トランス油、塩化パラフィン等の絶縁性分散媒中に固体粒子を分散、懸濁して得られる流体に外部電場を印加することで流体の粘度が増大するという現象をいう。しかし、従来知られていたセルロース、でんぷん、大豆カゼインを分散相として用いた流体では電界印加後に得られる粘度上昇が小さいという問題点があり、ウィンズロー効果をクラッチ、ブレーキ等の応力伝達装置に応用するために、その効果を高める方法としていくつかの提案がなされている。
【０００３】
たとえば、特開昭５０−９２２７８号公報には強酸性または強塩基性のイオン交換樹脂の微粒子を芳香族カルボン酸の高級エステル中に分散させたものが、また特開昭５８−５０１１７８号公報にはハロゲン化ジアリール化合物に親水性固体粒子を分散させたものが提案されているが、いずれも吸水性固体微粒子を用いたものであり、粒子表面の水の状態の変化により特性が不安定、耐久性が不十分であるという欠点がある。
また、特公平２−３８６３０号公報には芳香族化合物にケイ素の誘導体を導入した分散粒子を用いた例が、特開平３−２１５５９７号、特開平３−２７３０９４号、特開平３−２８７６４８号公報にはビニル芳香族化合物の重合体を分散相とした例が、さらに特開平４−２８７９３号公報にはスルホン酸基で置換された芳香族化合物を分散相にした例が示されている。
しかし、いずれも、分散相粒子を絶縁性分散媒中に分散させてなる組成物であって、電界印加時に生じる粘度上昇が応力伝達に充分なものであるとはいえず、また、ウィンズロー効果を利用する限り、分散粒子を改良しても、特性、耐久性、安定性が分散媒となる絶縁性分散媒の性質に依存し、さらに分散媒を用いることで分散粒子の沈降が起こるという本質的な欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特定の液晶化合物の相転移を利用することにより、応力伝達に充分な弾性率上昇または粘度上昇を有し、耐久性、安定性に優れた応力伝達用液晶化合物、それを用いた応力伝達方法および応力伝達装置を提供することにある。
すなわち、本発明は、従来の分散媒を用いたウィンズロー効果とは異なる技術であり、液晶の相転移を利用して、温度、電界などによってその化合物自体の弾性率、粘度などを変化させることでウィンズロー効果に期待される要求物性を達成し、主に応力伝達装置、トルク伝達装置、ブレーキ装置等に利用できる技術を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、これらの問題点を解決するため鋭意検討の結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は次に記した発明からなる。
〔１〕スメクティックＤ相を有する化合物であり、スメクティックＤ相で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）または動的粘度（η^＊）の少なくとも一方が、その化合物のスメクティックＤ相以外の液晶相または等方相で同じ条件で測定したせん断貯蔵弾性率または動的粘度の１００倍以上の大きさを有することを特徴とする応力伝達用液晶化合物。
〔２〕前記〔１〕記載の液晶化合物に温度変化を与えて、スメクティックＤ相以外の相からスメクティックＤ相に、またはその逆に相転移させ、その際に生じるせん断貯蔵弾性率、または動的粘度の変化を用いた応力伝達方法。
〔３〕前記〔１〕記載の液晶化合物に電界を印加して、スメクティックＤ相以外の相からスメクティックＤ相に、またはその逆に相転移させ、その際に生じるせん断貯蔵弾性率、または動的粘度の変化を用いた応力伝達方法。
〔４〕前記〔１〕記載の液晶化合物を用いた応力伝達装置。
【０００６】
次に、本発明を詳細に説明する。
本発明に使用される液晶化合物は、サーモトロピック液晶と呼ばれる芳香族化合物であり、ある温度範囲でスメクティックＤ相を発現する液晶化合物である。
スメクティックＤ相とは、液晶相の一種で、多くはスメクティックＣ相を呈する温度とスメクティックＡ相を呈する温度、またはスメクティックＣ相を呈する温度と等方性液体となる温度の間の範囲で観察され、偏光顕微鏡による観察で光学的に等方的に見える部分を持つ液晶相のことをいう（ＳｍｅｃｔｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ，Ｇ．Ｗ．ＧｒａｙａｎｄＪ．Ｗ．Ｇｏｏｄｂｙ，ＬｅｏｎａｒｄＨｉｌｌ１９８４）。
具体的には、下記のものを例示する事ができるが、これらに限定されるものではない。
【０００７】
【化２】

（式中、Ｘはニトロ基またはシアノ基であり、ｎは１５〜２６の整数である。）
該液晶化合物の合成法については、例えばＪ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９５７年号、３９３ページ、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９５５年号、１４１２ページなどに記載されている。
【０００８】
本発明に使用される液晶化合物は、スメクティックＤ相を発現する限り、他の液晶化合物と自由に混合して用いることができる。混合する相手の液晶化合物として、具体的には、ビフェニル基、フェニルベンゾエート基、ジフェニルケトン基を基本骨格とする液晶化合物が挙げられる。
【０００９】
本発明に使用される液晶化合物には必要に応じて難燃剤、熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤などの各種の添加剤を、スメクティックＤ相の発現を損なわない程度に添加することができる。
【００１０】
本発明に使用される方法では、スメクティックＤ相で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）または動的粘度（η^＊）の少なくとも一方が、スメクティックＤ相以外の液晶相または等方性相において同じ条件で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）もしくは動的粘度（η^＊）の１００倍以上である。該せん断貯蔵弾性率の比が１００倍以下であると、応力伝達のオン、オフが不十分となることがあり好ましくない。
また、さらに充分な応力伝達が得るためには、スメクティックＤ相でのせん断貯蔵弾性率の値は１０^６ｄｙｎｅ・ｃｍ^−２以上が好ましい。
【００１１】
スメクティックＤ相において、それより低い温度で発現する、たとえばスメクティックＣ相におけるより高いせん断貯蔵弾性率が認められる理由はまだ明らかでないが、分子が単に層状に配向するのではなく、シリンダー状に配向した分子集団がさらにある構造を取るような特殊な分子集合形態を取っているためと考えられる。
【００１２】
本発明の応力伝達方法は、本発明の液晶化合物に温度変化を与えて、または電界を印可して、スメクティックＤ相以外の相からスメクティックＤ相に、またはその逆に相転移させ、その際に生じるせん断貯蔵弾性率、または動的粘度の変化を用いた応力伝達方法である。
すなわち、一方（Ａ）から与えられた応力を他方（Ｂ）に直接伝達する方法または装置において、ＡとＢの間に本発明の液晶化合物を封入し、温度変化や電界の印加によって応力を伝える方法または装置である。
具体的には、クラッチのようなトルク伝達装置、ブレーキ装置、ショックアブソーバー装置などが挙げられる。
特に、電界の印加による方法としては、たとえば「機能材料」１４（３）号、２４ページに記されているような、電気粘性流体（ＥＲ流体）の利用方法と同様の使用が挙げられる。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を説明するが、これらは単なる例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
（１）物性の測定方法
せん断貯蔵弾性率（Ｇ’）、動的粘度（η^＊）の測定：レオメトリックス社製ダイナミックストレスレオメーターＤＳＲを用いて、パラレルプレートのジオメトリーで、プレートギャップを０．５５ｍｍ、プレート径４０ｍｍとし、温度を任意の温度に設定し、角周波数の範囲０．０１ｒａｄ／ｓｅｃ〜１００ｒａｄ／ｓｅｃで測定を行った。また、温度依存性は角周波数を６．２８ｒａｄ／ｓｅｃとし、昇温速度２℃／ｍｉｎ．で測定を行った。
【００１４】
応力の伝達の確認：上記の測定方法による、せん断貯蔵弾性率の値を目安とした。つまり、試料に加えられた応力を多く損失せず、応力が伝わる目安としてせん断貯蔵弾性率の絶対値が１０^６ｄｙｎｅ・ｃｍ^−２以上のものを優良（○）とし、それより小さいものを不良（×）とした。
応力の伝達のオン、オフの確認：スメクティックＤ相で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）もしくは動的粘度（η^＊）が、スメクティックＤ以外の液晶相または等方性相において同じ条件で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）もしくは動的粘度（η^＊）の１００倍以上ある場合を優良とした。
相転移の確認：ＩＴＯにより導電処理したガラスプレートを、処理面を内側にして、ギャップを２μｍとなるように重ね合わせ、液晶試料を封入した。そのようにして作成した測定セルに、ファンクションジェネレーターに接続した電極をつなぎ、そのセルをメトラー社製のホットプレートを用いて適当な温度に保ちながら偏光顕微鏡で観察した。
印可電圧として１ＫＨｚの交流（三角波）を用いた。
スメクティックＤ相への相転移は、電界を印加しない場合には他の液晶相が認められる温度（観察視野全面が明るいテクスチャー）で、試料に電界を印加し、全面の明るい視野の中にスメクティックＤ相特有の暗視野なドメインが成長することで確認した。スメクティックＤ相への相転移が起こった場合を○とし、起こらなかった場合を×とした。
【００１５】
用いた試料は、下記に示す化合物であり、ｎが１６のものをＡ−１、２２のものをＡ−２とした。また、ｎが１４のものをＢ−１とした。
【化３】

（ただし、Ａ−１はｎ＝１６、Ａ−２はｎ＝２２、およびＢ−１はｎ＝１４の化合物である。）
それぞれ、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９５７年号、３９３ページ、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９５５年号、１４１２ページに記載されている公知の方法で合成した。
【００１６】
実施例１、２
Ａ−１、Ａ−２について前記の要領でそれらの試料がスメクティックＤ相を呈する温度とそれ以外の相を呈する温度で、せん断貯蔵弾性率、動的粘度を測定した。それらの結果を表１、表２に示す。
【００１７】
実施例３、実施例４、比較例４
Ａ−１、Ａ−２、Ｂ−１についてそれぞれの試料がスメクティックＤ相を発現する温度において、前記の要領で電界による相転移の有無を観察した。それらの結果を表３に示す。
【００１８】
実施例５、実施例６
Ａ−１、Ａ−２について、せん断貯蔵弾性率と動的粘度の温度依存性を、前記の要領で測定した。Ａ−１のせん断貯蔵弾性率については図１に、動的粘度については図２に、Ａ−２のせん断貯蔵弾性率については図３に、動的粘度については図４にそれぞれ示した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
【表２】

【００２１】
【表３】

【００２２】
【発明の効果】
本発明の液晶化合物を用いた応力伝達方法および応力伝達装置は、従来のウィンズロー効果を用いたものの欠点であった分散媒の存在による欠点を、液晶の相転移による分子集合形態の変化を利用するということで解決した。特別に分散媒を用いないため、高いせん断弾性率が得られ、かつ液晶化合物の相転移を利用することで温度、電界による応答も速い。したがって、本発明の液晶化合物を用いることにより、温度、電気によって制御できる優れた応力伝達方法および応力伝達装置、たとえばトルク伝達装置、ブレーキ装置、ショックアブソーバー装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ−１の６．２８ｒａｄ／ｓｅｃで測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）の温度依存性を示す図。
【図２】Ａ−１の６．２８ｒａｄ／ｓｅｃで測定した動的粘度（η^＊）の温度依存性を示す図。
【図３】Ａ−２の６．２８ｒａｄ／ｓｅｃで測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）の温度依存性を示す図。
【図４】Ａ−２の６．２８ｒａｄ／ｓｅｃで測定した動的粘度（η^＊）の温度依存性を示す図。

Claims

スメクティックＤ相を有する化合物であり、スメクティックＤ相で測定したせん断貯蔵弾性率（Ｇ’）または動的粘度（η^＊）の少なくとも一方が、その化合物のスメクティックＤ相以外の液晶相または等方相で同じ条件で測定したせん断貯蔵弾性率または動的粘度の１００倍以上の大きさを有することを特徴とする応力伝達用液晶化合物。
スメクティックＤ相を有する化合物が、下記一般式で表される化合物であることを特徴とする請求項１記載の応力伝達用液晶化合物

（式中、Ｘはニトロ基またはシアノ基であり、ｎは１５〜２６の整数である。）
請求項１記載の液晶化合物に温度変化を与えて、スメクティックＤ相以外の相からスメクティックＤ相に、またはその逆に相転移させ、その際に生じるせん断貯蔵弾性率、または動的粘度の変化を用いた応力伝達方法。
請求項１記載の液晶化合物に電界を印加して、スメクティックＤ相以外の相からスメクティックＤ相に、またはその逆に相転移させ、その際に生じるせん断貯蔵弾性率、または動的粘度の変化を用いた応力伝達方法。
請求項１記載の液晶化合物を用いた応力伝達装置。
スメクティックＤ相におけるせん断貯蔵弾性率が１０^６ｄｙｎｅ・ｃｍ^−２以上の値であることを特徴とする請求項５記載の記載の応力伝達装置。