JP4495392B2 - 電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス - Google Patents
電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス Download PDFInfo
- Publication number
- JP4495392B2 JP4495392B2 JP2002127489A JP2002127489A JP4495392B2 JP 4495392 B2 JP4495392 B2 JP 4495392B2 JP 2002127489 A JP2002127489 A JP 2002127489A JP 2002127489 A JP2002127489 A JP 2002127489A JP 4495392 B2 JP4495392 B2 JP 4495392B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gel
- cathode
- electrorheological
- group
- contact
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Fluid-Damping Devices (AREA)
- Lubricants (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気レオロジーゲルを備えた電気レオロジー素子およびこれを利用した電気レオロジーデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧を印加することにより見かけの粘度（以下、単に粘度という。）が上昇する、いわゆる電気レオロジー（以下、ＥＲという。）効果を発現するＥＲ流体が従来より知られている。ＥＲ流体は、印加する電圧を変化させることによってその粘度を可逆的かつ自由に変えることができ、しかも電圧の変化に対する応答性に優れていることから、このＥＲ流体を一対の電極間に配したＥＲ素子の形態で、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御などに使用することが期待されている。このようなＥＲ流体としては、例えば、電気絶縁性分散媒中に分散相粒子が分散した組成物がある。
【０００３】
電圧を印加することによりＥＲ流体の粘度が上昇し、電界に対して垂直方向の剪断応力が増加するのは、電圧を印加した場合にＥＲ流体中の分散相粒子が分極して分散相粒子間に電気的な引力が生じ、電界に沿って分散相粒子からなる鎖状構造が形成され、その結果、剪断変位に対する抵抗が発生するためと考えられている。このような印加電圧の変化にともなう剪断応力の変化を各種制御などに効果的に利用するためには、剪断変位を与える部材の表面とＥＲ流体とが滑らない状態であること必要と考えられ、例えば特開２０００−１４４１６５公報には、剪断変位を与える部材である電極のＥＲ流体と接する側の表面に、微細な凹凸を形成し、ＥＲ流体と電極の表面との滑りを抑制する方法が開示されている。
【０００４】
一方、本出願人らは特願２０００−２７２１３５で、ＥＲ効果を発現する新しい物質としてゲル状のものを出願している。このようなＥＲゲルは、ＥＲ流体のように分散相粒子が沈降してしまう問題が発生しないため、安定したＥＲ効果が得られ、また、保存安定性にも優れているという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＲゲルはゲル状であってＥＲ流体のようには流動性を有しないため、これにある程度以上の剪断変位を加えるとゲル構造が破壊されてしまうという問題があった。そのためＥＲゲルを使用する場合には、ゲル構造が破壊されないような、ゲルが変形する範囲内の剪断変位でしか使用できないという問題があった。その結果、得られるＥＲ効果が十分でなく、その用途が限定される傾向があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、大きな剪断変位を与えた場合であってもゲル構造が破壊されず、大きな剪断応力を発現することのできるＥＲ素子およびこれを使用したＥＲデバイスを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＲ素子は、一対の電極の間に、剪断変位が加えられる電気レオロジーゲルが配された電気レオロジー素子であって、少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面と、電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理されていることを特徴とする。
前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面が離型剤で被覆され、前記非固定化処理がなされていることが好ましい。
前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面および該表面と接する電気レオロジーゲルにおける表面のうち、少なくとも一方の表面に潤滑剤が塗布され、前記非固定化処理がなされていることが好ましい。
また、本発明の電気レオロジー素子は、一方の電極の電気レオロジーゲルと接触する表面と電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理され、他方の電極における前記電気レオロジーゲルと接する表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。
本発明のＥＲデバイスは、前記ＥＲ素子を備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＥＲ素子は、一対の電極の間に、ＥＲゲルが配されたＥＲ素子である。ここで、まず、本発明で使用されるＥＲゲルについて説明する。
【０００９】
［ＥＲゲル］
ＥＲゲルとしては、ＥＲ効果を発現可能なゲル状のものであれば特に制限はないが、ゲル骨格中に電気絶縁性媒体が分散し、この電気絶縁性媒体中に分散相粒子が分散した形態のものが挙げられる。
ゲル骨格を形成する物質としては特に制限はなく、例えば、ポリシロキサン架橋体、アクリル酸エステル系ポリマー架橋体、ポリスチレン系架橋体が挙げられる。これらのなかでは、特に電気絶縁性が優れ、その骨格内に電気絶縁性媒体を多量に保持可能であるポリシロキサン架橋体が好ましい。ポリシロキサン架橋体としては、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とのヒドロシリル化反応生成物が、製造の容易性から好ましい。
【００１０】
ここで、ポリシロキサン架橋体を構成するハイドロジェンシリコーンとは、例えばシロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を持つジアルキルポリシロキサンであって、下記式（１）で示される化合物が例示できる。
【化１】
式中、各Ｒ1は互いに独立して置換もしくは無置換の炭素数１〜１８のアルキル基、炭素数７〜２１のアラルキル基、または、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基を示す。また、ｎ1は０〜５００の整数である。
【００１１】
Ｒ1で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基などの無置換のものや、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基などのハロゲン化アルキル基、２−シアノエチル基のようなシアノアルキル基が例示できる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基などを例示でき、アリール基としては、フェニル基、トルイル基、ナフチル基などを例示できる。
これらの中では、Ｒ1はいずれもメチル基であることが好ましく、また、ｎ1は１０〜２００であることが好ましい。特に好ましくは、下記式（１−１）の化合物である。
【化２】
【００１２】
ポリシロキサン架橋体を構成する不飽和基含有化合物としては、ハイドロジェンシリコーンとヒドロシリル化反応し、ポリシロキサン架橋体を構成可能なものであれば制限はなく、下記式（２）で示される不飽和基を３つ以上含有する化合物が挙げられる。
【化３】
式中、Ｒ2は水素原子、置換もしくは無置換の炭素数１〜１８のアルキル基、または、置換もしくは無置換の炭素数６〜２０のアリール基を示し、好ましくは水素原子またはメチル基である。
Ｒ3は炭素数１〜１８のアルキレン基、炭素数７〜２１のアリールアルキレン基の他、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜１２のヘテロ原子含有アルキレン基、または、直接結合を示し、好ましくは、メチレン基や、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜１２のヘテロ原子含有アルキレン基（アルキレン基中の炭素原子の一部がＯ、Ｓ、Ｎなどで置き換えられたもの）である−ＣＨ2Ｏ−、−ＣＨ2ＯＣＨ2−、−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2−、−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ2−が例示できる。
【００１３】
このような不飽和基含有化合物の具体例を以下に示す。
【化４】
【化５】
【００１４】
ヒドロシリル化反応は、反応速度の温度依存性が大きいことから、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とを室温以下で混合し、その後加熱して反応を進行させることができる。これはヒドロシリル化反応の大きな利点であって、これらを適度な粘性で混合し、成形した後加熱すれば、一挙に所望の形状の重合物が得られる。この場合の加熱温度としては、５０℃から１５０℃程度、好ましくは６０℃から１２０℃程度である。
【００１５】
ヒドロシリル化反応を行う際には、例えば白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムなどやその化合物を触媒として使用することが好ましい。これらのなかでは、特に白金または白金化合物が適していて、具体例としては、白金、塩化白金酸の他、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの担体に固体白金を担持させたもの、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−ホスファイト錯体、白金アルコラート触媒が挙げられる。白金触媒の場合は、白金として、通常０．０５〜０．０００１質量％程度添加する。
【００１６】
ＥＲゲルを製造する際には、後述する電気絶縁性媒体と分散相粒子とを、ヒドロシリル化反応の前にハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物にあらかじめ混合しておくと、直接、ＥＲゲルが得られ好ましいが、ヒドロシリル化反応で得られたヒドロシリル化反応生成物に電気絶縁性媒体と分散相粒子とを含浸させてＥＲゲルを製造することもできる。前者の場合には、分散相粒子や電気絶縁性媒体中の水分がヒドロシリル化を阻害する場合があるので、事前に脱水して用いると好ましい。なお、ハイドロジェンシリコーンおよび不飽和基含有化合物の合計質量は、ＥＲゲル中、好ましくは０．５〜７０質量％、より好ましくは１〜３０質量％の範囲である。
【００１７】
また、ヒドロシリル化の進行が早すぎると、初期粘度が高くなってしまい、生成するＥＲゲルがＥＲ素子内部に均一に行き渡らないことがあるので、重合抑制剤の使用が必要となる場合がある。使用できる重合抑制剤としては、オルガノリン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭素化合物、アセチレン化合物、スルホキシド化合物、アミン化合物、及びマレイン酸エステルを挙げることが出来る。このうち、アセチレン化合物、ニトリル化合物、及びマレイン酸エステルは、ＥＲゲルをＥＲ素子に組み込んだ場合に悪影響を与えにくいので、好ましい重合抑制剤である。重合抑制剤を添加する場合、その量は、ＥＲゲルの全質量を基準として、０.０００１〜１.０質量％である。
【００１８】
ポリシロキサン架橋体の架橋密度としては、上記式（１）で示されるハイドロジェンシリコーンの分子量によりある程度決定されるが、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とが下記式（３）を満たす場合、好ましくは、下限が０．８で上限が１．２である場合には、ＥＲゲルとして適した架橋密度が得られる。なお、下記式（３）において化合物（１）とはハイドロジェンシリコーンであり、化合物（２）とは不飽和基含有化合物である。
【化６】
【００１９】
ＥＲゲルに使用される電気絶縁性媒体としては、シリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどが例示できるが、これらのなかでシリコーンオイルは、絶縁破壊電圧、体積抵抗率などの電気的特性に優れ、物理的、化学的に安定なため、長期にわたって安定した電気特性を発揮することができ、かつ、難燃性にも優れていることから好ましい。
【００２０】
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイルが挙げられ、これらを１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。フッ素変性シリコーンオイルとしては、例えば、トリフルオロプロピル基（ＣＦ3Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、ノナフルオロヘキシル基（Ｃ4Ｆ9Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、環状型ポリシロキサン化合物などがある。
【００２１】
このような電気絶縁性媒体の動粘度には特に制限はないが、好ましくは２５℃において１〜１０万ｍｍ2／ｓ、より好ましくは５〜５０００ｍｍ2／ｓである。動粘度が１ｍｍ2／ｓ未満では、ＥＲゲルの保存安定性が不十分となる場合があり、一方、１０万ｍｍ2／ｓを超えると、ＥＲゲルの製造工程においてこれを撹拌する際に気泡を巻き込み、この気泡が抜けなくなり、取扱性が低下する場合がある。
【００２２】
ＥＲゲルに使用される分散相粒子としては、電気絶縁性媒体とともに使用され、ＥＲ効果を発現可能なものであれば特に制限はないが、シリカゲル、セルロール、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂などからなる粒子の表面に水を吸着保有する固体粒子や、カーボン粒子などがある。そのほかには、有機高分子化合物からなる芯体と、電気半導体性無機物粒子からなる表層とから形成されたＥＲ流体用複合粒子（以下、ＥＲ複合粒子という。）、または、ＥＲ複合粒子の表層に親和性表面処理が施され、電気絶縁性媒体との親和性が高められているＥＲ流体用複合粒子（以下、親和性ＥＲ複合粒子という。）も使用可能であり、これらを使用すると、安定したＥＲ効果を発現し、保存安定性にも優れたＥＲゲルが得られる。これらＥＲ複合粒子および親和性ＥＲ複合粒子の詳細および製造方法は、例えば、特開２００１−０２６７９３公報、特開平１０−１２１０８４号公報、特開平０９−０７９４０４号公報などに記載されている。
また、分散相粒子の粒子径としては、１〜５０μｍの範囲が好ましい。
【００２３】
［ＥＲ素子］
図１は本発明のＥＲ素子１０の一形態であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。このＥＲ素子１０は一対の電極１１として、同心円状に形成された溝を有する円柱状の陽極１２と、一端が閉じた円筒形であって、陽極１２の溝にその周壁が嵌合する形状の陰極１３とを備えている。また、陽極１２と陰極１３とは同軸に配置されていて、軸１４を中心として互いに反対方向に相対回転可能となっている。この例では陽極１２は回転せず、陰極１３のみが回転する。なお、図中符号１５はハンドルであって、このハンドル１５を回すことによって、陰極１３を回転させることができる。また、この電極１１はアルミニウムなどの電子伝導体から形成されている。
【００２４】
この電極１１における陽極１２と陰極１３との間隙には、ＥＲ効果を発現可能な、上述したＥＲゲル２０が配されていて、陰極１３を軸１４を中心として回転させつつ陽極１２および陰極１３間に電圧を印加することによって、ＥＲ効果が発現され、印加された電圧に応じて、得られる剪断応力が変化するようになっている。すなわち、剪断応力は、この一対の電極１１に印加される電圧が大きくなるにしたがって大きくなり、電圧が小さくなるにしたがって小さくなる。なお、陽極１２と陰極１３との間隔であって、図中符号１６で示される部分には、樹脂製の絶縁スペ−サが介挿され、絶縁されている。
【００２５】
そして、このＥＲ素子１０においては、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面、すなわち、陰極の周壁の内表面１３ａおよび外表面１３ｂには離型剤が被覆され、これら表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル１２０とが固定されないような非固定化処理がなされ、滑動可能となっている。
一方、陽極１２におけるＥＲゲル２０と接する表面１２ａ（溝の内周面）には、詳しくは図２に示すように、溝の長さ方向に沿って全周にわたって凹凸が形成されて、この凹凸により陽極１２の表面１２ａでＥＲゲル２０が滑らないようにされている。この例で凹凸は、溝の両方の内周面に、それぞれ２４本の凹条１７が等間隔で形成されることにより設けられている。また、この例の陽極１２は、図３に示すように、２つの部材１２ｂ，１２ｃを嵌合させて製造されている。
なお、この例の一対の電極１１は、陽極１２の外径Ｄが３４ｍｍ、高さＨは１ｍｍ、有効極板面積は２．０８×１０-3ｍ2、電極間隔は０．５ｍｍとなっている。
【００２６】
このようなＥＲ素子１０は、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂに離型剤が被覆され、陰極１３とＥＲゲル２０とが滑るよう、非固定化処理がなされていて、一方、陽極１２においてＥＲゲル２０と接触する表面１２ａには凹凸が形成されてＥＲゲル２０がここに保持されるようになっている。よって、電圧が印加されていない場合には、陰極１３が回転してＥＲゲル２０に対して剪断変位が加えられても、陰極１３の表面にＥＲゲル２０が粘着せずに滑り、ＥＲゲル２０のゲル構造が破壊されてしまうことがない。
一方、電圧が印加されると、ＥＲゲル２０中の分散相粒子が分極して分散相粒子間に電気的な引力が生じ、電界に沿って分散相粒子からなるクラスタが形成される。その結果、このクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触する。そして、このような状態において陰極１３が軸１４を中心として回転するとともに、電界に対して垂直方向に剪断変位が加わると、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂとそこに強く接触した分散相粒子との間に強い摩擦力が生じ、その結果、大きな剪断応力が発生すると考えられる。
【００２７】
すなわち、このようなＥＲ素子１０においては、電圧が印加されていない場合に陰極１３が回転して剪断変位が加えられても、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂは離型剤で被覆され滑るので、ゲル構造が破壊されることはない。一方、電圧が印加されると分散相粒子からなるクラスタが形成され、このクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触し、その結果生じる摩擦力に起因して剪断応力が発生する。したがって、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、電圧が印加されていないときにはこの表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とが滑ってしまっても、電圧が印加された場合にはこのような滑りよりも上述した摩擦力の方が優勢となり、ＥＲ効果を発現できる。
【００２８】
陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに被覆される離型剤の具体例としては、例えば、下記の一般式（４）で表される有機ポリシロキサンと、アニオン性ポリマーとを反応させて得られる複合高分子をベースとするものが例示できる。
【化７】
式中、Ｒ1は互いに独立して炭素原子数１〜２４の炭化水素基、水酸基、炭素原子数１〜５のアルコキシ基またはトリメチルシロキシ基のいずれかを表し、Ｑは下記一般式（５）を示す。
【化８】
式中、Ｒ3は直接結合または炭素原子数２〜６のアルキレン基を表す。Ｘは、−（ＮＲ4Ｒ5）ｅＮＲ4 2、−（ＮＲ4Ｒ5）ｅＮ+Ｒ4 3Ａ-、−（ＮＲ4Ｒ5）ｅＮ（Ｒ4）ＣＯＲ6（Ｒ4は互いに独立して水素原子または炭素原子数１〜４のアルキル基を表し、Ｒ5は炭素原子数２〜６のアルキレン基を表し、Ｒ6は炭素原子数１〜４のアルキル基を表し、Ａ-は、Ｃｌ-、Ｂｒ-、Ｉ-またはＲ7ＣＯＯ-を表し、Ｒ7は水素原子基または炭素原子数１〜６の炭化水素基を表し、ｅは０〜６の整数を表す。）からなる群から選択される基を表す。
また、Ｒ2は互いに独立して前記Ｒ1またはＱに定義したものと同じ意味を表し、そしてｘおよびｙはいずれも平均で０〜２０００の数で、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦２０００である。ただしｙ＝０の場合はＲ2の少なくとも１つはＱである。
【００２９】
上記有機ポリシロキサンをさらに詳しく説明すると、上記式（４）中のＲ1として可能な炭素原子数１〜２４の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基や、フェニル基（以下、−Ｐｈとも表記する）、トリル基［−ＰｈＣＨ3］、キシリル基［−Ｐｈ（ＣＨ3）2］、フェネチル基［−Ｃ2Ｈ4Ｐｈ］、トリルエチレン基［−Ｃ2Ｈ4ＰｈＣＨ3］等の芳香族基が挙げられる。
Ｒ1の好ましいものは、メチル基またはエチル基であり、特に好ましいものはメチル基である。また、分子中の基Ｒ1は互いに独立している。すなわち、互いに同一であっても、相違していてもよい。
【００３０】
また、上記式（４）中のＱの好ましい具体例としては、下記式（５−１）〜（５−９）のものが例示できる。
【化９】
【００３１】
また、上記式（４）中のｘおよびｙは、いずれも平均で０〜２０００の数であり、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦２０００であるが、ｘ＋ｙはより好ましくは平均で５〜５００の数で、特に好ましくは平均で１０〜２００の数である。この範囲を外れると、アニオン性ポリマーとの反応生成物である複合高分子がゲル化を起こしやすいため、最終的に得られる離型剤の安定性が悪くなり、また、塗膜の均一性が悪化する。さらに、ｙのより好ましい範囲は平均で０〜５００、更に好ましくは０〜１００、最も好ましくは０〜５０である。
上記の有機ポリシロキサンは、常法により製造可能であるが、市販品、例えば、日本ユニカー株式会社より入手可能なＦＺ−３７０５、ＦＺ−３７０７またはＦＺ−３７１０、信越化学工業株式会社より入手可能なＫＦ−８５７、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社より入手可能なＳＦ−８４１７、ジーイー東芝シリコーン株式会社より入手可能なＴＳＦ−４７０２等を使用することができる。
【００３２】
有機ポリシロキサンと反応させるアニオン性ポリマーとは、アクリル酸基、メタクリル酸基、カルボン酸基等のアニオン（陰イオン）性基を持つポリマーであって、例えば下記（Ａ）〜（Ｇ）のものが挙げられる。
（Ａ）アクリル酸、メタクリル酸またはそれらの塩類の１つまたは複数のモノマーのホモポリマー（単独重合体）またはコポリマー（共重合体）。
（Ｂ）（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数と、（ｉｉ）モノエチレンモノマー類、例えば、エチレン、スチレン、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類の１つまたは複数との、コポリマー。
（Ｃ）（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数と、（ｉｉ）ビニルラクタム類、任意にポリオキシアルキレン化されたＣ６〜Ｃ２２のアルキルアリルエステル類またはアルキルメタリルエステル類、酢酸ビニルまたはＮ−アルキル（Ｃ３−Ｃ１０）アクリルアミド類から選択される１つまたは複数とのコポリマー。
【００３３】
（Ｄ）次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に記載のモノマーのコポリマー。
（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数。
（ｉｉ）モノエチレンモノマー類、例えば、エチレン、スチレン、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類の１つまたは複数。
（ｉｉｉ）ビニルラクタム類、任意にポリオキシアルキレン化されたＣ６〜Ｃ２２のアルキルアリルエステル類またはアルキルメタリルエステル類、酢酸ビニルまたはＮ−アルキル（Ｃ３−Ｃ１０）アクリルアミド類から選択される１つまたは複数。
（Ｅ）Ｃ４−Ｃ８モノ不飽和ジカルボン酸又はその無水物から誘導されるホモポリマーまたはコポリマー。
ここで、Ｃ４−Ｃ８モノ不飽和カルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸またはイタコン酸などが挙げられる。
（Ｆ）カルボキシラート基を含有するポリアクリルアミド。
（Ｇ）スルホ（スルホン酸）基を含有するポリマー。
例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸又はアクリルアミドアルキルスルホン酸単位を含有するホモポリマーまたはコポリマーが挙げられる。
【００３４】
これらのアニオン性ポリマーは、特に、マレイン酸アルキルエステルとメタクリル酸アルキルエステルとのコポリマー（共重合体）やビニルピロリドンと、及びビニルエーテル、アクリルアミド又はその誘導体と、及びアクリル酸、メタクリル酸又はそれらのエステルの不飽和モノマーとを有するコポリマーが挙げられ、さらに、約１０００〜１０００００の質量平均分子量を有する該コポリマーのポリビニルスルホン酸塩から選択することができる。
具体的には、プラスサイズＬ−５３（商品名、互応化学株式会社製）、プラスサイズＬ−６６３７Ｇ（商品名、互応化学株式会社製）、アニセットＢＥＭ−４２Ｓ（商品名、大阪有機化学工業株式会社製）、アニセットＨＳ−３０００（商品名、大阪有機化学工業株式会社製）等として市販されているものが使用可能である。
【００３５】
上述した一般式（４）で表される有機ポリシロキサンと、アニオン性ポリマーとの反応により複合高分子が得られるが、以下にその製法の一例の概略を記載する。
まず、上記有機ポリシロキサン１００質量部に対して、上記アニオン性ポリマー２０〜５０００質量部を反応させる。この使用範囲より有機ポリシロキサンの量が少ない（逆にアニオン性ポリマーの量が多い）と、得られる離型剤を使用しても、十分に非固定化処理できず、すなわち、滑りが十分でなく、剪断変位を与えた場合にＥＲゲル２０が破壊されやすくなる。一方、この範囲より上記有機ポリシロキサンが多い（逆にアニオン性ポリマーの量が少ない）と、得られる離型剤を使用した場合に、その表面とＥＲゲル２０とが滑りすぎたり、離型剤の膜強度が不十分となったりする。ここでの反応は、３０〜１５０℃にて１０分〜５時間の条件により達成される。
【００３６】
また、反応は溶媒中で行っても良い。使用可能な溶媒として、水；メタノール、エタノール、１−プロパノール、ｔ−ブタノール、エチレングリコール、１−メトキシ−２−エタノール等のアルコール；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル類；トルエン、キシレン等の芳香族類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリル等の窒素化合物、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物；環状ジメチルポリシロキサン等が挙げられる。特に、水、低級アルコール又は水と低級アルコールの混合物が好ましい。
【００３７】
こうして得られた上記の反応生成物（複合高分子）は、さらにアルカリ性化合物により適度なｐＨに中和して、中和複合高分子とすると、中和複合高分子自体や、これをベースとして含有する離型剤の貯蔵安定性が向上し、中和しない複合高分子より好適に用いることができる。
ここで好ましいｐＨの範囲は、エタノール／水＝１／１０（質量比）の混合溶媒により５質量％溶液とした場合、４〜１０であり、特には５〜９である。中和に使用されるアルカリ性化合物は特に限定されず、２−アミノ−２−メチルプロパノール、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオールまたはトリイソプロパノールアミン等が使用できるが、特に２−アミノ−２−メチルプロパノールが好ましい。
【００３８】
さらに、上記の複合高分子または中和複合高分子はそのまま用いてもよいが、溶剤により適当な濃度に希釈すると、離型剤として、この例において陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに均一に塗布でき、均一に薄い被膜を得ることが容易になり好ましい。使用可能な溶剤としては、上記の反応で使用したものが挙げられるが、その他、トリクロロフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタン等のフッ素化炭化水素、塩素化フッ素化炭化水素類やプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン等の低級炭化水素類（ＬＰＧ）、二酸化炭素等の液化ガス等も使用可能である。特に好ましい溶剤は、低級アルコールまたは低級アルコールと水の混合物が挙げられる。ここで、低級アルコールとしては、炭素原子数１〜６の物が好ましく、特に複合高分子または中和複合高分子の溶解性と毒性の少なさより、エタノール及び１−プロパノールが好ましく、エタノールが最も好ましい。また、低級アルコールと水の混合物の場合、その質量比が低級アルコール／水＝１／０．０１〜１／１００の範囲のものが好ましく、１／１〜１／１０のものが最も好ましい。
【００３９】
上記の複合高分子または中和複合高分子はこれらの溶剤で０．１〜５０質量％溶液にして用いると、均一な薄い被膜を得ることが容易となり好ましい。特に好ましい濃度は０．５〜１０質量％の溶液である。
さらに、この離型剤には、一般の離型剤に配合されている添加剤、例えば、腐食防止剤、保存剤、発泡防止剤、殺菌剤のような添加物を、本発明の効果が損なわれない範囲内で用いてもよい。
【００４０】
上記の反応生成物（複合高分子）をベースとする離型剤を電極の表面、この例では陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに塗布することによりこの表面１３ａ，１３ｂが被覆され、この表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とを、非固定化処理することができる。
ここで塗布方法は限定されず定法によることができる。たとえば、刷毛塗りやスプレー等が採用可能である。なお、この離型剤のなかで、溶剤が配合されているものは、塗布後、溶剤を揮発させてから使用することが好ましい。また、離型剤を塗布後、加熱してから使用すると、被膜が強固になり、長期間にわたって電極の表面（この例では陰極１３の表面１３ａ，１３ｂ）とＥＲゲル２０とが固定されない状態に維持することができる。加熱は、３０〜１００℃で１〜６０分間行うと好ましい。
このように、離型剤として、特に有機ポリシロキサンとアニオン性ポリマーとを反応させて得られる複合高分子をベースとするものを使用して、非固定化処理を行うと、離型性、潤滑性が高く、優れた効果を発現する。
【００４１】
以上説明したように、このようなＥＲ素子１０においては、陰極１３とＥＲゲル２０とが非固定化処理され、これらが滑るようにされていても、電圧が印加された場合にはこのような滑りよりも上述した摩擦力の方が優勢となり、ＥＲ効果を発現できるが、好ましくは、陰極１３とＥＲゲル２０との間には、非固定化処理がなされ、かつ、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂの表面粗さが制御され、ＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１〜０．００１ｍｍであって、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）が５〜０．００１ｍｍとなっていれば、より一層、優れたＥＲ効果を発現することができる。
すなわち、陰極１３とＥＲゲル２０とが離型剤の作用により非固定化処理され、かつ、その表面粗さが上記範囲であると、電圧が印加されていない時には離型剤の効果により、たとえ表面粗さが上記範囲となっていてもＥＲゲル２０が容易に滑り、一方、電圧が印加された時には、たとえ表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆されていても表面の粗さに分散相粒子が引っかかり、大きな摩擦力が発現すると考えられる。
【００４２】
表面粗さを上記範囲とするためには、離型剤を被覆する前または後にその表面を物理的な方法、すなわちエッチングなどで粗くする方法や、離型剤を塗布する際の塗布方法を適宜選択する方法などが挙げられる。これらの方法を適宜選択し、さらには組み合わせることにより、表面粗さを所望の範囲に制御することができる。
【００４３】
このようなＥＲ素子１０においては、上述したように、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、この表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とが固定されないよう、非固定化処理がなされているので、大きな剪断変位を与えた場合であってもゲル構造が破壊されず、従来のものよりも大きな剪断応力を発現することができる。したがって、このようなＥＲ素子１０によれば、大きな剪断応力が求められる用途にも使用することができる。
【００４４】
また、陰極１３とＥＲゲル２０とを非固定化処理する方法としては、上述したように陰極１３の表面１３ａ，１３ｂを離型剤で被覆する方法の他に、その表面１３ａ，１３ｂおよびこの表面１３ａ，１３ｂに接するＥＲゲル２０における表面のうち、少なくとも一方に潤滑剤を塗布する方法でもよい。
このような潤滑剤としては、ＥＲゲル２０に使用される電気絶縁性媒体としてすでに例示したシリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどの他、ポリα−オレフィンおよび高級アルコールエステル類が挙げられる。また、シリコーンオイルの具体例としては、さらにポリエステル変性シリコーンオイル、ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル、ポリオキシアルキレン−ポリジメチルシロキサン交互共重合体なども追加例示できる。さらに潤滑剤としては、ＥＲゲル２０に使用された電気絶縁性媒体と相溶しないものを選択して使用することが好ましく、例えばジメチルシリコーンオイルをＥＲゲル２０の電気絶縁性媒体として使用する場合には、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイル、ポリα−オレフィンや高級アルコールエステル類を潤滑剤として使用することが好ましい。
【００４５】
このように潤滑剤を、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂおよびこの表面１３ａ，１３ｂと接するＥＲゲル２０における表面のうち、少なくとも一方に塗布した場合であっても、上述したように陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂに離型剤を被覆した場合と同様に、電圧が印加されていない場合には陰極１３の表面１３ａ，１３ｂにＥＲゲル２０が粘着せずに滑り、一方、電圧が印加されると分散相粒子から形成されたクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触して、強い摩擦力が生じる。また、非固定化処理として、離型剤の被覆と、潤滑剤の塗布とを併用してもよい。
また、このように潤滑剤を使用した場合でも、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂの表面粗さが上述した範囲となっていれば、より一層、優れたＥＲ効果を発現することができる。表面粗さを上記範囲とする場合には、例えば、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂにエッチングなどの処理を施せばよい。
【００４６】
なお、以上説明した例では、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、凹凸は陽極１２の表面１２ａに形成されているが、反対に、陽極１２においてＥＲゲル２０と接触する表面１２ａが離型剤で被覆され、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂに凹凸が形成されていてもよい。また、陽極１２の表面１２ａとＥＲゲル２０とが非固定化処理されて固定されておらず、かつ、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０も非固定化処理されて固定されておらず、凹凸がいずれにも形成されていない形態であってもＥＲ効果は発現可能である。しかしながら、陽極１２か陰極１３のいずれか一方の表面とＥＲゲル２０とが非固定化処理されて、かつ、他方におけるＥＲゲル２０と接する表面には上述の例のように凹凸が形成されＥＲゲル２０が滑らないようになっていると、より効果的に、大きなＥＲ効果を利用できるため好ましい。なお、形成される凹凸は、上述の例では、溝の長さ方向、すなわち、ＥＲゲル２０に加えられる剪断変位に対して垂直方向に延びた多数の凹条１７からなり、剪断変位が加えられた場合でもＥＲゲル２０をその表面に効果的に保持できるように形成されているが、このようにＥＲゲル２０を保持可能であれば、その凹凸の形状、凹凸の間隔、本数などには制限はない。
また、陰極１３や陽極１２の表面１３ａ，１３ｂ，１２ａとＥＲゲル２０とを非固定化処理する方法としては、表面１３ａ，１３ｂ，１２ａを離型剤で被覆する方法や潤滑剤を使用する方法に限定されない。
【００４７】
また、一対の電極１１として、陽極１２は回転せず、陰極１３のみが回転する形態のものを例示したが、反対に陽極１２が回転するものであってもよいし、陽極１２と陰極１３の両方が互いに反対方向に回転するものであってもよい。
また、この例では、一対の電極１１として、同軸に配置された陽極１２と陰極１３とからなるもの、いわゆるシリンダーモデルの電極１１が示されているが、電極１１の形態には制限はなく、板状の陽極１２および陰極１３の間にＥＲゲル２０が挟持された図４に示す形態など、あらゆる形態ものを使用できる。
【００４８】
このようなＥＲ素子１０にあっては、一対の電極１１の間にＥＲゲル２０が配されたものであって、少なくとも一方の電極１１とＥＲゲル２０とが非固定化処理されているので、従来はＥＲゲル２０のゲル構造が破壊されるために加えることができなかったような大きな剪断変位を加えた場合であっても、ゲル構造が破壊されずに、大きな剪断応力を発現することができる。したがって、このＥＲ素子１０は、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御など、従来より検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができるうえ、例えばパソコンに使用するマウスのなどのＥＲデバイスにも利用することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。
［実施例１］
（ＥＲゲル原料である混合溶液Ａの製造方法）
まず、以下のようにして、ＥＲゲルに使用する分散相粒子を製造した。
アンチモンドーピング酸化錫（石原産業社製、ＳＮ−１００Ｐ、電気伝導度：１．０×１０0Ω-1／ｃｍ）３０ｇと、水酸化チタン（石原産業社製、一般名：含水チタン、Ｃ−ＩＩ、電気伝導度：９．１×１０-6Ω-1／ｃｍ）１０ｇと、アクリル酸ブチル３００ｇと、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇと、重合開始剤（アゾビスイソバレロニトリル）２ｇとを混合し、混合物を得た。
この混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定剤として含む水１８００ｍｌ中に分散し、６０℃で１時間撹拌下に懸濁重合を行い、得られた生成物を酸処理し、水洗後、脱水乾燥し、無機・有機複合粒子を得た。この粒子２００ｇに鉄フタロシアニン（山陽色素社製Ｐ−２６）２ｇを加え、ボールミルにて７５時間複合化処理を行い、ついでこれをジェット気流処理機（奈良機械製作所社製、ハイブリタイザー）を用いて周速７５ｍ／秒で２１０秒間ジェット気流処理を行い、分散相粒子のＥＲ複合粒子を得た。
【００５０】
さらに、こうして得られたＥＲ複合粒子３００ｇと、ジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製、室温（２５℃）における動粘度が１００ｍｍ2／ｓ、比重０．９７／２５℃、屈折率１．４０２／２５℃）６００ｇとを、窒素導入管、温度計、撹拌装置を備えた２Ｌのセパラブルフラスコに仕込み、窒素気流下で１１０〜１２０℃に加熱し、３時間撹拌することで、ＥＲ複合粒子の脱水を行った。得られた脱水ＥＲ複合粒子の溶液を混合溶液Ａとする。
【００５１】
（離型剤Ａの製造方法）
２４質量部のプラスサイズＬ−６６３７Ｇ（商品名、互応化学社製、アクリル樹脂の３０質量％エタノール溶液アニオン性ポリマーであり、溶質（固形分）換算で酸価１５０ｍｇＫＯＨ／ｇのもの。）を、７３質量部のエチルアルコールに投入し、室温にて撹拌して溶解させた。ついで、下記の化学式（６）で表されるアミノ基含有ポリシロキサン３質量部を添加し、室温で撹拌混合した。
【化１０】
【００５２】
さらに窒素ガス雰囲気下で撹拌しながら、８０℃で加熱還流を３時間行い、複合高分子のエタノール溶液を得た。得られた複合高分子溶液に下記測定条件においてｐＨが８となるように２−アミノ２−プロパノールを添加および撹拌した。得られた混合物にエチルアルコールを添加して下記の測定方法による固形分を５０質量％に調整した。これを離型剤Ａとして使用した。
（ｐＨ測定条件）
複合高分子溶液並びに２−アミノ２−プロパノール溶液の混合物及び混合溶媒（エチルアルコール／水＝１／１０（質量比）との質量比が５／９５の混合物を調整し、ｐＨ（２５℃）を測定した。
（固形分測定条件）
試料１ｇをアルミ皿に取り、１０５℃の電気炉内に１時間置いた後の残分を固形分とした。
【００５３】
（ＥＲ素子）
上述の方法で得られた混合溶液Ａを使用して、図１〜３で示した形態のＥＲ素子１０を得た。
なお、この例の一対の電極１１は、陽極１２の外径Ｄが３４ｍｍ、高さＨは１ｍｍ、有効極板面積は２．０８×１０-3ｍ2、電極間隔は０．５ｍｍであり、ＥＲ素子１０の陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂには、上述の方法で得られた離型剤Ａをスプレー法で塗布し、ついで７０℃、３０分の条件で硬化させ被覆し、非固定化処理を行った。
一方、陽極１２におけるＥＲゲル２０と接する表面１２ａには、図１〜３に示したように、剪断応力に対して垂直方向に延びた凹条１７が両方の内周面に、それぞれ２４本ずつ形成されたものを使用した。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．０μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１０μｍであった。
【００５４】
そして、上述のようにして得られた混合溶液Ａと、電気絶縁性媒体のジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）と、式（１−１）で示される化合物と、式（２−１）で示される化合物および白金触媒Ａをプロペラミキサーで均一に混合した後、このＥＲ素子１０における所定の場所に流し込み、１００℃、６０分間加熱することによりゲル化させた。
さらに、ゲル化後、一旦陰極１３をＥＲゲル２０から引き抜き、ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤としてジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製）を塗布し、その後、ＥＲゲル２０を所定の場所に戻した。
すなわち、本実施例１においては、非固定化処理として、離型剤Ａおよび潤滑剤を併用した。
なお、白金触媒Ａとは、白金濃度が１２．０質量％である白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を、Ｌ−４５（１０）（商品名、日本ユニカー株式会社製の室温（２５℃）における動粘度が１００ｍｍ2／ｓのジメチルポリシロキサン）で、白金濃度０．３質量％に希釈することで得られたものである。
以上の配合比率を表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
そして、このＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。電圧は０．５ｋＶおよび１ｋＶとした。また、電圧を印加していない０Ｖにおいても、剪断変位と剪断応力の関係を測定した。
図５に、剪断変位と剪断応力との関係をプロットしたグラフを示す。
また、表２に、実施例１〜３および比較例１のＥＲ素子についてまとめる。
【００５７】
【表２】
【００５８】
図５に示すように、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、このように０Ｖ、０．５ｋＶ、１ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００５９】
［実施例２］
ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤を塗布しなかった以外は実施例１と同様にしてＥＲ素子１０を得た。そして、ＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．３μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１２μｍであった。
その結果、実施例１の場合と同様に、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、実施例１と同様に０Ｖ、０．５ｋＶ、１．５ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００６０】
［実施例３］
実施例１と同様に、非固定化処理として、ＥＲ素子１０の陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂに、離型剤Ａをスプレー法で被覆、硬化した。さらに、ゲル化後のＥＲゲル２０から一旦陰極１３を引き抜き、ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤としてジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製）を塗布し、その後、ＥＲゲル２０を所定の場所に戻した。
すなわち、本実施例３においては、実施例１と同様に、非固定化処理として、離型剤Ａおよび潤滑剤を併用した。
一方、本実施例３においては、陽極１２として、その表面に凹条１７が全く形成されていないものを使用した。それ以外については実施例１と同様にして、ＥＲ素子１０を得た。そして、ＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。なお、印加した電圧は１ｋＶおよび２ｋＶとした。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．２μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１１μｍであった。
図６に、剪断変位と剪断応力との関係をプロットしたグラフを示す。
図６に示すように、実施例１の場合と同様に、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、０Ｖ、１ｋＶ、２ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００６１】
［比較例］
陰極とＥＲゲル、陽極とＥＲゲルのいずれの間にも、非固定化処理が施されておらず、また、陰極および陽極のいずれにも凹条が形成されていないものを使用した以外は実施例１と同様にしてＥＲ素子を得た。そして、ＥＲ素子の陰極を軸を中心として回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。
なお、陰極の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は０．３μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は２μｍであった。
その結果、図７に示すように、電圧を印加しない０Ｖの際でも、剪断変位を加えることによって摩擦が生じ、剪断応力が発生していることがわかった。また、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加するが、剪断変位が１ｍｍとなる前に頭打ちとなり、その際の剪断応力も実施例１〜３と比較すると非常に小さかった。
そして、このように、０Ｖ、１ｋＶ、２ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子の陽極から陰極を取り外し、ＥＲゲルの状態を観察したところ、ゲル構造が破壊されていて、そのために、上述したように剪断変位を加えていっても剪断応力が増加せず、頭打ちとなったことが示唆された。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＥＲ素子にあっては、一対の電極の間に、ＥＲゲルが配されたＥＲ素子であって、少なくとも一方の電極とＥＲゲルとが非固定化処理されているので、ＥＲゲルに対して大きな剪断変位を与えた場合であっても、ゲル構造が破壊されず、大きな剪断応力を発現することができる。また、この際、非固定化処理がなされた側の電極におけるＥＲゲルと接触する表面のＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１〜０．００１ｍｍであって、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）が５〜０．００１ｍｍであると、電圧が印加されていない時には非固定化処理の効果により、たとえ表面粗さが上記範囲となっていてもＥＲゲルが容易に滑り、一方、電圧が印加された時には、たとえ非固定化処理がなされていても表面の粗さに分散相粒子が引っかかり、大きな摩擦力が発現すると考えられる。
このように本発明のＥＲ素子はその性能に優れているため、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御など、従来より検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができるうえ、例えばパソコンに使用するマウスのなどのＥＲデバイスにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＥＲ素子の一例を示す（ａ）斜視図と（ｂ）縦断面図である。
【図２】 図１のＥＲ素子の分解図である。
【図３】 図１のＥＲ素子の陽極の分解図である。
【図４】 本発明のＥＲ素子の他の一例を示す断面図である。
【図５】 実施例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【図６】 実施例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【図７】 比較例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ＥＲ素子
１１ 電極
１２ 陽極
１２ａ 陽極におけるＥＲゲルと接触する表面
１３ 陰極
１３ａ 陰極におけるＥＲゲルと接触する表面
１３ｂ 陰極におけるＥＲゲルと接触する表面
２０ ＥＲゲル
【発明の属する技術分野】
本発明は電気レオロジーゲルを備えた電気レオロジー素子およびこれを利用した電気レオロジーデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧を印加することにより見かけの粘度（以下、単に粘度という。）が上昇する、いわゆる電気レオロジー（以下、ＥＲという。）効果を発現するＥＲ流体が従来より知られている。ＥＲ流体は、印加する電圧を変化させることによってその粘度を可逆的かつ自由に変えることができ、しかも電圧の変化に対する応答性に優れていることから、このＥＲ流体を一対の電極間に配したＥＲ素子の形態で、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御などに使用することが期待されている。このようなＥＲ流体としては、例えば、電気絶縁性分散媒中に分散相粒子が分散した組成物がある。
【０００３】
電圧を印加することによりＥＲ流体の粘度が上昇し、電界に対して垂直方向の剪断応力が増加するのは、電圧を印加した場合にＥＲ流体中の分散相粒子が分極して分散相粒子間に電気的な引力が生じ、電界に沿って分散相粒子からなる鎖状構造が形成され、その結果、剪断変位に対する抵抗が発生するためと考えられている。このような印加電圧の変化にともなう剪断応力の変化を各種制御などに効果的に利用するためには、剪断変位を与える部材の表面とＥＲ流体とが滑らない状態であること必要と考えられ、例えば特開２０００−１４４１６５公報には、剪断変位を与える部材である電極のＥＲ流体と接する側の表面に、微細な凹凸を形成し、ＥＲ流体と電極の表面との滑りを抑制する方法が開示されている。
【０００４】
一方、本出願人らは特願２０００−２７２１３５で、ＥＲ効果を発現する新しい物質としてゲル状のものを出願している。このようなＥＲゲルは、ＥＲ流体のように分散相粒子が沈降してしまう問題が発生しないため、安定したＥＲ効果が得られ、また、保存安定性にも優れているという利点を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＲゲルはゲル状であってＥＲ流体のようには流動性を有しないため、これにある程度以上の剪断変位を加えるとゲル構造が破壊されてしまうという問題があった。そのためＥＲゲルを使用する場合には、ゲル構造が破壊されないような、ゲルが変形する範囲内の剪断変位でしか使用できないという問題があった。その結果、得られるＥＲ効果が十分でなく、その用途が限定される傾向があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、大きな剪断変位を与えた場合であってもゲル構造が破壊されず、大きな剪断応力を発現することのできるＥＲ素子およびこれを使用したＥＲデバイスを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のＥＲ素子は、一対の電極の間に、剪断変位が加えられる電気レオロジーゲルが配された電気レオロジー素子であって、少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面と、電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理されていることを特徴とする。
前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面が離型剤で被覆され、前記非固定化処理がなされていることが好ましい。
前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルと接する表面および該表面と接する電気レオロジーゲルにおける表面のうち、少なくとも一方の表面に潤滑剤が塗布され、前記非固定化処理がなされていることが好ましい。
また、本発明の電気レオロジー素子は、一方の電極の電気レオロジーゲルと接触する表面と電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理され、他方の電極における前記電気レオロジーゲルと接する表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。
本発明のＥＲデバイスは、前記ＥＲ素子を備えていることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＥＲ素子は、一対の電極の間に、ＥＲゲルが配されたＥＲ素子である。ここで、まず、本発明で使用されるＥＲゲルについて説明する。
【０００９】
［ＥＲゲル］
ＥＲゲルとしては、ＥＲ効果を発現可能なゲル状のものであれば特に制限はないが、ゲル骨格中に電気絶縁性媒体が分散し、この電気絶縁性媒体中に分散相粒子が分散した形態のものが挙げられる。
ゲル骨格を形成する物質としては特に制限はなく、例えば、ポリシロキサン架橋体、アクリル酸エステル系ポリマー架橋体、ポリスチレン系架橋体が挙げられる。これらのなかでは、特に電気絶縁性が優れ、その骨格内に電気絶縁性媒体を多量に保持可能であるポリシロキサン架橋体が好ましい。ポリシロキサン架橋体としては、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とのヒドロシリル化反応生成物が、製造の容易性から好ましい。
【００１０】
ここで、ポリシロキサン架橋体を構成するハイドロジェンシリコーンとは、例えばシロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を持つジアルキルポリシロキサンであって、下記式（１）で示される化合物が例示できる。
【化１】
【００１１】
Ｒ1で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基などの無置換のものや、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基などのハロゲン化アルキル基、２−シアノエチル基のようなシアノアルキル基が例示できる。アラルキル基としては、例えばベンジル基、フェネチル基などを例示でき、アリール基としては、フェニル基、トルイル基、ナフチル基などを例示できる。
これらの中では、Ｒ1はいずれもメチル基であることが好ましく、また、ｎ1は１０〜２００であることが好ましい。特に好ましくは、下記式（１−１）の化合物である。
【化２】
ポリシロキサン架橋体を構成する不飽和基含有化合物としては、ハイドロジェンシリコーンとヒドロシリル化反応し、ポリシロキサン架橋体を構成可能なものであれば制限はなく、下記式（２）で示される不飽和基を３つ以上含有する化合物が挙げられる。
【化３】
Ｒ3は炭素数１〜１８のアルキレン基、炭素数７〜２１のアリールアルキレン基の他、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜１２のヘテロ原子含有アルキレン基、または、直接結合を示し、好ましくは、メチレン基や、ヘテロ原子数１〜６で炭素数１〜１２のヘテロ原子含有アルキレン基（アルキレン基中の炭素原子の一部がＯ、Ｓ、Ｎなどで置き換えられたもの）である−ＣＨ2Ｏ−、−ＣＨ2ＯＣＨ2−、−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2−、−ＣＨ2ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＣＨ2−が例示できる。
【００１３】
このような不飽和基含有化合物の具体例を以下に示す。
【化４】
ヒドロシリル化反応は、反応速度の温度依存性が大きいことから、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とを室温以下で混合し、その後加熱して反応を進行させることができる。これはヒドロシリル化反応の大きな利点であって、これらを適度な粘性で混合し、成形した後加熱すれば、一挙に所望の形状の重合物が得られる。この場合の加熱温度としては、５０℃から１５０℃程度、好ましくは６０℃から１２０℃程度である。
【００１５】
ヒドロシリル化反応を行う際には、例えば白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムなどやその化合物を触媒として使用することが好ましい。これらのなかでは、特に白金または白金化合物が適していて、具体例としては、白金、塩化白金酸の他、アルミナ、シリカ、カーボンブラックなどの担体に固体白金を担持させたもの、白金−ビニルシロキサン錯体、白金−ホスフィン錯体、白金−ホスファイト錯体、白金アルコラート触媒が挙げられる。白金触媒の場合は、白金として、通常０．０５〜０．０００１質量％程度添加する。
【００１６】
ＥＲゲルを製造する際には、後述する電気絶縁性媒体と分散相粒子とを、ヒドロシリル化反応の前にハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物にあらかじめ混合しておくと、直接、ＥＲゲルが得られ好ましいが、ヒドロシリル化反応で得られたヒドロシリル化反応生成物に電気絶縁性媒体と分散相粒子とを含浸させてＥＲゲルを製造することもできる。前者の場合には、分散相粒子や電気絶縁性媒体中の水分がヒドロシリル化を阻害する場合があるので、事前に脱水して用いると好ましい。なお、ハイドロジェンシリコーンおよび不飽和基含有化合物の合計質量は、ＥＲゲル中、好ましくは０．５〜７０質量％、より好ましくは１〜３０質量％の範囲である。
【００１７】
また、ヒドロシリル化の進行が早すぎると、初期粘度が高くなってしまい、生成するＥＲゲルがＥＲ素子内部に均一に行き渡らないことがあるので、重合抑制剤の使用が必要となる場合がある。使用できる重合抑制剤としては、オルガノリン化合物、ベンゾトリアゾール化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭素化合物、アセチレン化合物、スルホキシド化合物、アミン化合物、及びマレイン酸エステルを挙げることが出来る。このうち、アセチレン化合物、ニトリル化合物、及びマレイン酸エステルは、ＥＲゲルをＥＲ素子に組み込んだ場合に悪影響を与えにくいので、好ましい重合抑制剤である。重合抑制剤を添加する場合、その量は、ＥＲゲルの全質量を基準として、０.０００１〜１.０質量％である。
【００１８】
ポリシロキサン架橋体の架橋密度としては、上記式（１）で示されるハイドロジェンシリコーンの分子量によりある程度決定されるが、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物とが下記式（３）を満たす場合、好ましくは、下限が０．８で上限が１．２である場合には、ＥＲゲルとして適した架橋密度が得られる。なお、下記式（３）において化合物（１）とはハイドロジェンシリコーンであり、化合物（２）とは不飽和基含有化合物である。
【化６】
ＥＲゲルに使用される電気絶縁性媒体としては、シリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどが例示できるが、これらのなかでシリコーンオイルは、絶縁破壊電圧、体積抵抗率などの電気的特性に優れ、物理的、化学的に安定なため、長期にわたって安定した電気特性を発揮することができ、かつ、難燃性にも優れていることから好ましい。
【００２０】
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイルが挙げられ、これらを１種単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。フッ素変性シリコーンオイルとしては、例えば、トリフルオロプロピル基（ＣＦ3Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、ノナフルオロヘキシル基（Ｃ4Ｆ9Ｃ2Ｈ4−）を有するポリシロキサン、環状型ポリシロキサン化合物などがある。
【００２１】
このような電気絶縁性媒体の動粘度には特に制限はないが、好ましくは２５℃において１〜１０万ｍｍ2／ｓ、より好ましくは５〜５０００ｍｍ2／ｓである。動粘度が１ｍｍ2／ｓ未満では、ＥＲゲルの保存安定性が不十分となる場合があり、一方、１０万ｍｍ2／ｓを超えると、ＥＲゲルの製造工程においてこれを撹拌する際に気泡を巻き込み、この気泡が抜けなくなり、取扱性が低下する場合がある。
【００２２】
ＥＲゲルに使用される分散相粒子としては、電気絶縁性媒体とともに使用され、ＥＲ効果を発現可能なものであれば特に制限はないが、シリカゲル、セルロール、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂などからなる粒子の表面に水を吸着保有する固体粒子や、カーボン粒子などがある。そのほかには、有機高分子化合物からなる芯体と、電気半導体性無機物粒子からなる表層とから形成されたＥＲ流体用複合粒子（以下、ＥＲ複合粒子という。）、または、ＥＲ複合粒子の表層に親和性表面処理が施され、電気絶縁性媒体との親和性が高められているＥＲ流体用複合粒子（以下、親和性ＥＲ複合粒子という。）も使用可能であり、これらを使用すると、安定したＥＲ効果を発現し、保存安定性にも優れたＥＲゲルが得られる。これらＥＲ複合粒子および親和性ＥＲ複合粒子の詳細および製造方法は、例えば、特開２００１−０２６７９３公報、特開平１０−１２１０８４号公報、特開平０９−０７９４０４号公報などに記載されている。
また、分散相粒子の粒子径としては、１〜５０μｍの範囲が好ましい。
【００２３】
［ＥＲ素子］
図１は本発明のＥＲ素子１０の一形態であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図である。このＥＲ素子１０は一対の電極１１として、同心円状に形成された溝を有する円柱状の陽極１２と、一端が閉じた円筒形であって、陽極１２の溝にその周壁が嵌合する形状の陰極１３とを備えている。また、陽極１２と陰極１３とは同軸に配置されていて、軸１４を中心として互いに反対方向に相対回転可能となっている。この例では陽極１２は回転せず、陰極１３のみが回転する。なお、図中符号１５はハンドルであって、このハンドル１５を回すことによって、陰極１３を回転させることができる。また、この電極１１はアルミニウムなどの電子伝導体から形成されている。
【００２４】
この電極１１における陽極１２と陰極１３との間隙には、ＥＲ効果を発現可能な、上述したＥＲゲル２０が配されていて、陰極１３を軸１４を中心として回転させつつ陽極１２および陰極１３間に電圧を印加することによって、ＥＲ効果が発現され、印加された電圧に応じて、得られる剪断応力が変化するようになっている。すなわち、剪断応力は、この一対の電極１１に印加される電圧が大きくなるにしたがって大きくなり、電圧が小さくなるにしたがって小さくなる。なお、陽極１２と陰極１３との間隔であって、図中符号１６で示される部分には、樹脂製の絶縁スペ−サが介挿され、絶縁されている。
【００２５】
そして、このＥＲ素子１０においては、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面、すなわち、陰極の周壁の内表面１３ａおよび外表面１３ｂには離型剤が被覆され、これら表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル１２０とが固定されないような非固定化処理がなされ、滑動可能となっている。
一方、陽極１２におけるＥＲゲル２０と接する表面１２ａ（溝の内周面）には、詳しくは図２に示すように、溝の長さ方向に沿って全周にわたって凹凸が形成されて、この凹凸により陽極１２の表面１２ａでＥＲゲル２０が滑らないようにされている。この例で凹凸は、溝の両方の内周面に、それぞれ２４本の凹条１７が等間隔で形成されることにより設けられている。また、この例の陽極１２は、図３に示すように、２つの部材１２ｂ，１２ｃを嵌合させて製造されている。
なお、この例の一対の電極１１は、陽極１２の外径Ｄが３４ｍｍ、高さＨは１ｍｍ、有効極板面積は２．０８×１０-3ｍ2、電極間隔は０．５ｍｍとなっている。
【００２６】
このようなＥＲ素子１０は、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂに離型剤が被覆され、陰極１３とＥＲゲル２０とが滑るよう、非固定化処理がなされていて、一方、陽極１２においてＥＲゲル２０と接触する表面１２ａには凹凸が形成されてＥＲゲル２０がここに保持されるようになっている。よって、電圧が印加されていない場合には、陰極１３が回転してＥＲゲル２０に対して剪断変位が加えられても、陰極１３の表面にＥＲゲル２０が粘着せずに滑り、ＥＲゲル２０のゲル構造が破壊されてしまうことがない。
一方、電圧が印加されると、ＥＲゲル２０中の分散相粒子が分極して分散相粒子間に電気的な引力が生じ、電界に沿って分散相粒子からなるクラスタが形成される。その結果、このクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触する。そして、このような状態において陰極１３が軸１４を中心として回転するとともに、電界に対して垂直方向に剪断変位が加わると、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂとそこに強く接触した分散相粒子との間に強い摩擦力が生じ、その結果、大きな剪断応力が発生すると考えられる。
【００２７】
すなわち、このようなＥＲ素子１０においては、電圧が印加されていない場合に陰極１３が回転して剪断変位が加えられても、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂは離型剤で被覆され滑るので、ゲル構造が破壊されることはない。一方、電圧が印加されると分散相粒子からなるクラスタが形成され、このクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触し、その結果生じる摩擦力に起因して剪断応力が発生する。したがって、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、電圧が印加されていないときにはこの表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とが滑ってしまっても、電圧が印加された場合にはこのような滑りよりも上述した摩擦力の方が優勢となり、ＥＲ効果を発現できる。
【００２８】
陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに被覆される離型剤の具体例としては、例えば、下記の一般式（４）で表される有機ポリシロキサンと、アニオン性ポリマーとを反応させて得られる複合高分子をベースとするものが例示できる。
【化７】
【化８】
また、Ｒ2は互いに独立して前記Ｒ1またはＱに定義したものと同じ意味を表し、そしてｘおよびｙはいずれも平均で０〜２０００の数で、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦２０００である。ただしｙ＝０の場合はＲ2の少なくとも１つはＱである。
【００２９】
上記有機ポリシロキサンをさらに詳しく説明すると、上記式（４）中のＲ1として可能な炭素原子数１〜２４の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基及びドデシル基等のアルキル基や、フェニル基（以下、−Ｐｈとも表記する）、トリル基［−ＰｈＣＨ3］、キシリル基［−Ｐｈ（ＣＨ3）2］、フェネチル基［−Ｃ2Ｈ4Ｐｈ］、トリルエチレン基［−Ｃ2Ｈ4ＰｈＣＨ3］等の芳香族基が挙げられる。
Ｒ1の好ましいものは、メチル基またはエチル基であり、特に好ましいものはメチル基である。また、分子中の基Ｒ1は互いに独立している。すなわち、互いに同一であっても、相違していてもよい。
【００３０】
また、上記式（４）中のＱの好ましい具体例としては、下記式（５−１）〜（５−９）のものが例示できる。
【化９】
また、上記式（４）中のｘおよびｙは、いずれも平均で０〜２０００の数であり、かつ、０≦ｘ＋ｙ≦２０００であるが、ｘ＋ｙはより好ましくは平均で５〜５００の数で、特に好ましくは平均で１０〜２００の数である。この範囲を外れると、アニオン性ポリマーとの反応生成物である複合高分子がゲル化を起こしやすいため、最終的に得られる離型剤の安定性が悪くなり、また、塗膜の均一性が悪化する。さらに、ｙのより好ましい範囲は平均で０〜５００、更に好ましくは０〜１００、最も好ましくは０〜５０である。
上記の有機ポリシロキサンは、常法により製造可能であるが、市販品、例えば、日本ユニカー株式会社より入手可能なＦＺ−３７０５、ＦＺ−３７０７またはＦＺ−３７１０、信越化学工業株式会社より入手可能なＫＦ−８５７、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社より入手可能なＳＦ−８４１７、ジーイー東芝シリコーン株式会社より入手可能なＴＳＦ−４７０２等を使用することができる。
【００３２】
有機ポリシロキサンと反応させるアニオン性ポリマーとは、アクリル酸基、メタクリル酸基、カルボン酸基等のアニオン（陰イオン）性基を持つポリマーであって、例えば下記（Ａ）〜（Ｇ）のものが挙げられる。
（Ａ）アクリル酸、メタクリル酸またはそれらの塩類の１つまたは複数のモノマーのホモポリマー（単独重合体）またはコポリマー（共重合体）。
（Ｂ）（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数と、（ｉｉ）モノエチレンモノマー類、例えば、エチレン、スチレン、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類の１つまたは複数との、コポリマー。
（Ｃ）（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数と、（ｉｉ）ビニルラクタム類、任意にポリオキシアルキレン化されたＣ６〜Ｃ２２のアルキルアリルエステル類またはアルキルメタリルエステル類、酢酸ビニルまたはＮ−アルキル（Ｃ３−Ｃ１０）アクリルアミド類から選択される１つまたは複数とのコポリマー。
【００３３】
（Ｄ）次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に記載のモノマーのコポリマー。
（ｉ）アクリル酸またはメタクリル酸の１つまたは複数。
（ｉｉ）モノエチレンモノマー類、例えば、エチレン、スチレン、ビニルエステル類、アクリル酸エステル類またはメタクリル酸エステル類の１つまたは複数。
（ｉｉｉ）ビニルラクタム類、任意にポリオキシアルキレン化されたＣ６〜Ｃ２２のアルキルアリルエステル類またはアルキルメタリルエステル類、酢酸ビニルまたはＮ−アルキル（Ｃ３−Ｃ１０）アクリルアミド類から選択される１つまたは複数。
（Ｅ）Ｃ４−Ｃ８モノ不飽和ジカルボン酸又はその無水物から誘導されるホモポリマーまたはコポリマー。
ここで、Ｃ４−Ｃ８モノ不飽和カルボン酸としては、マレイン酸、フマル酸またはイタコン酸などが挙げられる。
（Ｆ）カルボキシラート基を含有するポリアクリルアミド。
（Ｇ）スルホ（スルホン酸）基を含有するポリマー。
例えば、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸又はアクリルアミドアルキルスルホン酸単位を含有するホモポリマーまたはコポリマーが挙げられる。
【００３４】
これらのアニオン性ポリマーは、特に、マレイン酸アルキルエステルとメタクリル酸アルキルエステルとのコポリマー（共重合体）やビニルピロリドンと、及びビニルエーテル、アクリルアミド又はその誘導体と、及びアクリル酸、メタクリル酸又はそれらのエステルの不飽和モノマーとを有するコポリマーが挙げられ、さらに、約１０００〜１０００００の質量平均分子量を有する該コポリマーのポリビニルスルホン酸塩から選択することができる。
具体的には、プラスサイズＬ−５３（商品名、互応化学株式会社製）、プラスサイズＬ−６６３７Ｇ（商品名、互応化学株式会社製）、アニセットＢＥＭ−４２Ｓ（商品名、大阪有機化学工業株式会社製）、アニセットＨＳ−３０００（商品名、大阪有機化学工業株式会社製）等として市販されているものが使用可能である。
【００３５】
上述した一般式（４）で表される有機ポリシロキサンと、アニオン性ポリマーとの反応により複合高分子が得られるが、以下にその製法の一例の概略を記載する。
まず、上記有機ポリシロキサン１００質量部に対して、上記アニオン性ポリマー２０〜５０００質量部を反応させる。この使用範囲より有機ポリシロキサンの量が少ない（逆にアニオン性ポリマーの量が多い）と、得られる離型剤を使用しても、十分に非固定化処理できず、すなわち、滑りが十分でなく、剪断変位を与えた場合にＥＲゲル２０が破壊されやすくなる。一方、この範囲より上記有機ポリシロキサンが多い（逆にアニオン性ポリマーの量が少ない）と、得られる離型剤を使用した場合に、その表面とＥＲゲル２０とが滑りすぎたり、離型剤の膜強度が不十分となったりする。ここでの反応は、３０〜１５０℃にて１０分〜５時間の条件により達成される。
【００３６】
また、反応は溶媒中で行っても良い。使用可能な溶媒として、水；メタノール、エタノール、１−プロパノール、ｔ−ブタノール、エチレングリコール、１−メトキシ−２−エタノール等のアルコール；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類；酢酸エチル、酢酸イソブチル等のエステル類；トルエン、キシレン等の芳香族類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、アセトニトリル等の窒素化合物、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物；環状ジメチルポリシロキサン等が挙げられる。特に、水、低級アルコール又は水と低級アルコールの混合物が好ましい。
【００３７】
こうして得られた上記の反応生成物（複合高分子）は、さらにアルカリ性化合物により適度なｐＨに中和して、中和複合高分子とすると、中和複合高分子自体や、これをベースとして含有する離型剤の貯蔵安定性が向上し、中和しない複合高分子より好適に用いることができる。
ここで好ましいｐＨの範囲は、エタノール／水＝１／１０（質量比）の混合溶媒により５質量％溶液とした場合、４〜１０であり、特には５〜９である。中和に使用されるアルカリ性化合物は特に限定されず、２−アミノ−２−メチルプロパノール、２−アミノ−２−メチル−１，３−プロパンジオールまたはトリイソプロパノールアミン等が使用できるが、特に２−アミノ−２−メチルプロパノールが好ましい。
【００３８】
さらに、上記の複合高分子または中和複合高分子はそのまま用いてもよいが、溶剤により適当な濃度に希釈すると、離型剤として、この例において陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに均一に塗布でき、均一に薄い被膜を得ることが容易になり好ましい。使用可能な溶剤としては、上記の反応で使用したものが挙げられるが、その他、トリクロロフロロメタン、ジクロロジフロロメタン、ジクロロテトラフロロエタン等のフッ素化炭化水素、塩素化フッ素化炭化水素類やプロパン、ｎ−ブタン、イソブタン等の低級炭化水素類（ＬＰＧ）、二酸化炭素等の液化ガス等も使用可能である。特に好ましい溶剤は、低級アルコールまたは低級アルコールと水の混合物が挙げられる。ここで、低級アルコールとしては、炭素原子数１〜６の物が好ましく、特に複合高分子または中和複合高分子の溶解性と毒性の少なさより、エタノール及び１−プロパノールが好ましく、エタノールが最も好ましい。また、低級アルコールと水の混合物の場合、その質量比が低級アルコール／水＝１／０．０１〜１／１００の範囲のものが好ましく、１／１〜１／１０のものが最も好ましい。
【００３９】
上記の複合高分子または中和複合高分子はこれらの溶剤で０．１〜５０質量％溶液にして用いると、均一な薄い被膜を得ることが容易となり好ましい。特に好ましい濃度は０．５〜１０質量％の溶液である。
さらに、この離型剤には、一般の離型剤に配合されている添加剤、例えば、腐食防止剤、保存剤、発泡防止剤、殺菌剤のような添加物を、本発明の効果が損なわれない範囲内で用いてもよい。
【００４０】
上記の反応生成物（複合高分子）をベースとする離型剤を電極の表面、この例では陰極１３の表面１３ａ，１３ｂに塗布することによりこの表面１３ａ，１３ｂが被覆され、この表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とを、非固定化処理することができる。
ここで塗布方法は限定されず定法によることができる。たとえば、刷毛塗りやスプレー等が採用可能である。なお、この離型剤のなかで、溶剤が配合されているものは、塗布後、溶剤を揮発させてから使用することが好ましい。また、離型剤を塗布後、加熱してから使用すると、被膜が強固になり、長期間にわたって電極の表面（この例では陰極１３の表面１３ａ，１３ｂ）とＥＲゲル２０とが固定されない状態に維持することができる。加熱は、３０〜１００℃で１〜６０分間行うと好ましい。
このように、離型剤として、特に有機ポリシロキサンとアニオン性ポリマーとを反応させて得られる複合高分子をベースとするものを使用して、非固定化処理を行うと、離型性、潤滑性が高く、優れた効果を発現する。
【００４１】
以上説明したように、このようなＥＲ素子１０においては、陰極１３とＥＲゲル２０とが非固定化処理され、これらが滑るようにされていても、電圧が印加された場合にはこのような滑りよりも上述した摩擦力の方が優勢となり、ＥＲ効果を発現できるが、好ましくは、陰極１３とＥＲゲル２０との間には、非固定化処理がなされ、かつ、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂの表面粗さが制御され、ＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１〜０．００１ｍｍであって、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）が５〜０．００１ｍｍとなっていれば、より一層、優れたＥＲ効果を発現することができる。
すなわち、陰極１３とＥＲゲル２０とが離型剤の作用により非固定化処理され、かつ、その表面粗さが上記範囲であると、電圧が印加されていない時には離型剤の効果により、たとえ表面粗さが上記範囲となっていてもＥＲゲル２０が容易に滑り、一方、電圧が印加された時には、たとえ表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆されていても表面の粗さに分散相粒子が引っかかり、大きな摩擦力が発現すると考えられる。
【００４２】
表面粗さを上記範囲とするためには、離型剤を被覆する前または後にその表面を物理的な方法、すなわちエッチングなどで粗くする方法や、離型剤を塗布する際の塗布方法を適宜選択する方法などが挙げられる。これらの方法を適宜選択し、さらには組み合わせることにより、表面粗さを所望の範囲に制御することができる。
【００４３】
このようなＥＲ素子１０においては、上述したように、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、この表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０とが固定されないよう、非固定化処理がなされているので、大きな剪断変位を与えた場合であってもゲル構造が破壊されず、従来のものよりも大きな剪断応力を発現することができる。したがって、このようなＥＲ素子１０によれば、大きな剪断応力が求められる用途にも使用することができる。
【００４４】
また、陰極１３とＥＲゲル２０とを非固定化処理する方法としては、上述したように陰極１３の表面１３ａ，１３ｂを離型剤で被覆する方法の他に、その表面１３ａ，１３ｂおよびこの表面１３ａ，１３ｂに接するＥＲゲル２０における表面のうち、少なくとも一方に潤滑剤を塗布する方法でもよい。
このような潤滑剤としては、ＥＲゲル２０に使用される電気絶縁性媒体としてすでに例示したシリコーンオイル、塩化ジフェニル、トランスオイルなどの他、ポリα−オレフィンおよび高級アルコールエステル類が挙げられる。また、シリコーンオイルの具体例としては、さらにポリエステル変性シリコーンオイル、ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル、ポリオキシアルキレン−ポリジメチルシロキサン交互共重合体なども追加例示できる。さらに潤滑剤としては、ＥＲゲル２０に使用された電気絶縁性媒体と相溶しないものを選択して使用することが好ましく、例えばジメチルシリコーンオイルをＥＲゲル２０の電気絶縁性媒体として使用する場合には、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイル、ポリα−オレフィンや高級アルコールエステル類を潤滑剤として使用することが好ましい。
【００４５】
このように潤滑剤を、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂおよびこの表面１３ａ，１３ｂと接するＥＲゲル２０における表面のうち、少なくとも一方に塗布した場合であっても、上述したように陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂに離型剤を被覆した場合と同様に、電圧が印加されていない場合には陰極１３の表面１３ａ，１３ｂにＥＲゲル２０が粘着せずに滑り、一方、電圧が印加されると分散相粒子から形成されたクラスタの両末端に位置する分散相粒子が、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂと陽極１２の表面１２ａに強く接触して、強い摩擦力が生じる。また、非固定化処理として、離型剤の被覆と、潤滑剤の塗布とを併用してもよい。
また、このように潤滑剤を使用した場合でも、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂの表面粗さが上述した範囲となっていれば、より一層、優れたＥＲ効果を発現することができる。表面粗さを上記範囲とする場合には、例えば、陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂにエッチングなどの処理を施せばよい。
【００４６】
なお、以上説明した例では、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂが離型剤で被覆され、凹凸は陽極１２の表面１２ａに形成されているが、反対に、陽極１２においてＥＲゲル２０と接触する表面１２ａが離型剤で被覆され、陰極１３においてＥＲゲル２０と接触する表面１３ａ，１３ｂに凹凸が形成されていてもよい。また、陽極１２の表面１２ａとＥＲゲル２０とが非固定化処理されて固定されておらず、かつ、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂとＥＲゲル２０も非固定化処理されて固定されておらず、凹凸がいずれにも形成されていない形態であってもＥＲ効果は発現可能である。しかしながら、陽極１２か陰極１３のいずれか一方の表面とＥＲゲル２０とが非固定化処理されて、かつ、他方におけるＥＲゲル２０と接する表面には上述の例のように凹凸が形成されＥＲゲル２０が滑らないようになっていると、より効果的に、大きなＥＲ効果を利用できるため好ましい。なお、形成される凹凸は、上述の例では、溝の長さ方向、すなわち、ＥＲゲル２０に加えられる剪断変位に対して垂直方向に延びた多数の凹条１７からなり、剪断変位が加えられた場合でもＥＲゲル２０をその表面に効果的に保持できるように形成されているが、このようにＥＲゲル２０を保持可能であれば、その凹凸の形状、凹凸の間隔、本数などには制限はない。
また、陰極１３や陽極１２の表面１３ａ，１３ｂ，１２ａとＥＲゲル２０とを非固定化処理する方法としては、表面１３ａ，１３ｂ，１２ａを離型剤で被覆する方法や潤滑剤を使用する方法に限定されない。
【００４７】
また、一対の電極１１として、陽極１２は回転せず、陰極１３のみが回転する形態のものを例示したが、反対に陽極１２が回転するものであってもよいし、陽極１２と陰極１３の両方が互いに反対方向に回転するものであってもよい。
また、この例では、一対の電極１１として、同軸に配置された陽極１２と陰極１３とからなるもの、いわゆるシリンダーモデルの電極１１が示されているが、電極１１の形態には制限はなく、板状の陽極１２および陰極１３の間にＥＲゲル２０が挟持された図４に示す形態など、あらゆる形態ものを使用できる。
【００４８】
このようなＥＲ素子１０にあっては、一対の電極１１の間にＥＲゲル２０が配されたものであって、少なくとも一方の電極１１とＥＲゲル２０とが非固定化処理されているので、従来はＥＲゲル２０のゲル構造が破壊されるために加えることができなかったような大きな剪断変位を加えた場合であっても、ゲル構造が破壊されずに、大きな剪断応力を発現することができる。したがって、このＥＲ素子１０は、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御など、従来より検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができるうえ、例えばパソコンに使用するマウスのなどのＥＲデバイスにも利用することができる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明について実施例を示して具体的に説明する。
［実施例１］
（ＥＲゲル原料である混合溶液Ａの製造方法）
まず、以下のようにして、ＥＲゲルに使用する分散相粒子を製造した。
アンチモンドーピング酸化錫（石原産業社製、ＳＮ−１００Ｐ、電気伝導度：１．０×１０0Ω-1／ｃｍ）３０ｇと、水酸化チタン（石原産業社製、一般名：含水チタン、Ｃ−ＩＩ、電気伝導度：９．１×１０-6Ω-1／ｃｍ）１０ｇと、アクリル酸ブチル３００ｇと、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇと、重合開始剤（アゾビスイソバレロニトリル）２ｇとを混合し、混合物を得た。
この混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定剤として含む水１８００ｍｌ中に分散し、６０℃で１時間撹拌下に懸濁重合を行い、得られた生成物を酸処理し、水洗後、脱水乾燥し、無機・有機複合粒子を得た。この粒子２００ｇに鉄フタロシアニン（山陽色素社製Ｐ−２６）２ｇを加え、ボールミルにて７５時間複合化処理を行い、ついでこれをジェット気流処理機（奈良機械製作所社製、ハイブリタイザー）を用いて周速７５ｍ／秒で２１０秒間ジェット気流処理を行い、分散相粒子のＥＲ複合粒子を得た。
【００５０】
さらに、こうして得られたＥＲ複合粒子３００ｇと、ジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製、室温（２５℃）における動粘度が１００ｍｍ2／ｓ、比重０．９７／２５℃、屈折率１．４０２／２５℃）６００ｇとを、窒素導入管、温度計、撹拌装置を備えた２Ｌのセパラブルフラスコに仕込み、窒素気流下で１１０〜１２０℃に加熱し、３時間撹拌することで、ＥＲ複合粒子の脱水を行った。得られた脱水ＥＲ複合粒子の溶液を混合溶液Ａとする。
【００５１】
（離型剤Ａの製造方法）
２４質量部のプラスサイズＬ−６６３７Ｇ（商品名、互応化学社製、アクリル樹脂の３０質量％エタノール溶液アニオン性ポリマーであり、溶質（固形分）換算で酸価１５０ｍｇＫＯＨ／ｇのもの。）を、７３質量部のエチルアルコールに投入し、室温にて撹拌して溶解させた。ついで、下記の化学式（６）で表されるアミノ基含有ポリシロキサン３質量部を添加し、室温で撹拌混合した。
【化１０】
さらに窒素ガス雰囲気下で撹拌しながら、８０℃で加熱還流を３時間行い、複合高分子のエタノール溶液を得た。得られた複合高分子溶液に下記測定条件においてｐＨが８となるように２−アミノ２−プロパノールを添加および撹拌した。得られた混合物にエチルアルコールを添加して下記の測定方法による固形分を５０質量％に調整した。これを離型剤Ａとして使用した。
（ｐＨ測定条件）
複合高分子溶液並びに２−アミノ２−プロパノール溶液の混合物及び混合溶媒（エチルアルコール／水＝１／１０（質量比）との質量比が５／９５の混合物を調整し、ｐＨ（２５℃）を測定した。
（固形分測定条件）
試料１ｇをアルミ皿に取り、１０５℃の電気炉内に１時間置いた後の残分を固形分とした。
【００５３】
（ＥＲ素子）
上述の方法で得られた混合溶液Ａを使用して、図１〜３で示した形態のＥＲ素子１０を得た。
なお、この例の一対の電極１１は、陽極１２の外径Ｄが３４ｍｍ、高さＨは１ｍｍ、有効極板面積は２．０８×１０-3ｍ2、電極間隔は０．５ｍｍであり、ＥＲ素子１０の陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂには、上述の方法で得られた離型剤Ａをスプレー法で塗布し、ついで７０℃、３０分の条件で硬化させ被覆し、非固定化処理を行った。
一方、陽極１２におけるＥＲゲル２０と接する表面１２ａには、図１〜３に示したように、剪断応力に対して垂直方向に延びた凹条１７が両方の内周面に、それぞれ２４本ずつ形成されたものを使用した。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．０μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１０μｍであった。
【００５４】
そして、上述のようにして得られた混合溶液Ａと、電気絶縁性媒体のジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）と、式（１−１）で示される化合物と、式（２−１）で示される化合物および白金触媒Ａをプロペラミキサーで均一に混合した後、このＥＲ素子１０における所定の場所に流し込み、１００℃、６０分間加熱することによりゲル化させた。
さらに、ゲル化後、一旦陰極１３をＥＲゲル２０から引き抜き、ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤としてジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製）を塗布し、その後、ＥＲゲル２０を所定の場所に戻した。
すなわち、本実施例１においては、非固定化処理として、離型剤Ａおよび潤滑剤を併用した。
なお、白金触媒Ａとは、白金濃度が１２．０質量％である白金ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体を、Ｌ−４５（１０）（商品名、日本ユニカー株式会社製の室温（２５℃）における動粘度が１００ｍｍ2／ｓのジメチルポリシロキサン）で、白金濃度０．３質量％に希釈することで得られたものである。
以上の配合比率を表１に示す。
【００５５】
【表１】
そして、このＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。電圧は０．５ｋＶおよび１ｋＶとした。また、電圧を印加していない０Ｖにおいても、剪断変位と剪断応力の関係を測定した。
図５に、剪断変位と剪断応力との関係をプロットしたグラフを示す。
また、表２に、実施例１〜３および比較例１のＥＲ素子についてまとめる。
【００５７】
【表２】
図５に示すように、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、このように０Ｖ、０．５ｋＶ、１ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００５９】
［実施例２］
ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤を塗布しなかった以外は実施例１と同様にしてＥＲ素子１０を得た。そして、ＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．３μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１２μｍであった。
その結果、実施例１の場合と同様に、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、実施例１と同様に０Ｖ、０．５ｋＶ、１．５ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００６０】
［実施例３］
実施例１と同様に、非固定化処理として、ＥＲ素子１０の陰極１３におけるＥＲゲル２０と接する表面１３ａ，１３ｂに、離型剤Ａをスプレー法で被覆、硬化した。さらに、ゲル化後のＥＲゲル２０から一旦陰極１３を引き抜き、ＥＲゲル２０における陰極１３に接触するゲル表面に、非固定化処理のための潤滑剤としてジメチルシリコーンオイル Ｌ−４５（１００）（日本ユニカー株式会社製）を塗布し、その後、ＥＲゲル２０を所定の場所に戻した。
すなわち、本実施例３においては、実施例１と同様に、非固定化処理として、離型剤Ａおよび潤滑剤を併用した。
一方、本実施例３においては、陽極１２として、その表面に凹条１７が全く形成されていないものを使用した。それ以外については実施例１と同様にして、ＥＲ素子１０を得た。そして、ＥＲ素子１０の陰極１３を軸１４を中心として一方向に回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。なお、印加した電圧は１ｋＶおよび２ｋＶとした。
また、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は１．２μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は１１μｍであった。
図６に、剪断変位と剪断応力との関係をプロットしたグラフを示す。
図６に示すように、実施例１の場合と同様に、電圧を印加しない０Ｖの際には、剪断変位を加えても剪断応力はほとんど発生せず、陰極１３の表面１３ａ，１３ｂでＥＲゲル２０は滑り、摩擦力が発生していないことがわかった。一方、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加し、ＥＲ効果が発現されていることがわかった。また、得られた剪断応力の値も非常に大きかった。
そして、０Ｖ、１ｋＶ、２ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子１０の陽極１２から陰極１３を取り外し、ＥＲゲル２０の状態を観察したが、ゲル構造は破壊されていなかった。
【００６１】
［比較例］
陰極とＥＲゲル、陽極とＥＲゲルのいずれの間にも、非固定化処理が施されておらず、また、陰極および陽極のいずれにも凹条が形成されていないものを使用した以外は実施例１と同様にしてＥＲ素子を得た。そして、ＥＲ素子の陰極を軸を中心として回転させて剪断変位を加えるとともに、電圧を印加し、その際の剪断変位に対する剪断応力をロードセルにより測定した。
なお、陰極の表面１３ａ，１３ｂのＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）は０．３μｍで、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）は２μｍであった。
その結果、図７に示すように、電圧を印加しない０Ｖの際でも、剪断変位を加えることによって摩擦が生じ、剪断応力が発生していることがわかった。また、電圧を印加すると、剪断変位にともなって剪断応力が増加するが、剪断変位が１ｍｍとなる前に頭打ちとなり、その際の剪断応力も実施例１〜３と比較すると非常に小さかった。
そして、このように、０Ｖ、１ｋＶ、２ｋＶにおいて、剪断変位をそれぞれ０〜４ｍｍまで加える操作を行った後、ＥＲ素子の陽極から陰極を取り外し、ＥＲゲルの状態を観察したところ、ゲル構造が破壊されていて、そのために、上述したように剪断変位を加えていっても剪断応力が増加せず、頭打ちとなったことが示唆された。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＥＲ素子にあっては、一対の電極の間に、ＥＲゲルが配されたＥＲ素子であって、少なくとも一方の電極とＥＲゲルとが非固定化処理されているので、ＥＲゲルに対して大きな剪断変位を与えた場合であっても、ゲル構造が破壊されず、大きな剪断応力を発現することができる。また、この際、非固定化処理がなされた側の電極におけるＥＲゲルと接触する表面のＪＩＳ Ｚ０６０１に規定された最大高さ粗さ（Ｒｚ）が１〜０．００１ｍｍであって、粗さ曲線要素の平均長さ（ＲＳｍ）が５〜０．００１ｍｍであると、電圧が印加されていない時には非固定化処理の効果により、たとえ表面粗さが上記範囲となっていてもＥＲゲルが容易に滑り、一方、電圧が印加された時には、たとえ非固定化処理がなされていても表面の粗さに分散相粒子が引っかかり、大きな摩擦力が発現すると考えられる。
このように本発明のＥＲ素子はその性能に優れているため、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御など、従来より検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができるうえ、例えばパソコンに使用するマウスのなどのＥＲデバイスにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のＥＲ素子の一例を示す（ａ）斜視図と（ｂ）縦断面図である。
【図２】 図１のＥＲ素子の分解図である。
【図３】 図１のＥＲ素子の陽極の分解図である。
【図４】 本発明のＥＲ素子の他の一例を示す断面図である。
【図５】 実施例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【図６】 実施例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【図７】 比較例において測定された剪断変位と剪断応力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ＥＲ素子
１１ 電極
１２ 陽極
１２ａ 陽極におけるＥＲゲルと接触する表面
１３ 陰極
１３ａ 陰極におけるＥＲゲルと接触する表面
１３ｂ 陰極におけるＥＲゲルと接触する表面
２０ ＥＲゲル
Claims (5)
- 一対の電極の間に、剪断変位が加えられる電気レオロジーゲルが配された電気レオロジー素子であって、
少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルに接する表面と、電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理されていることを特徴とする電気レオロジー素子。 - 前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルに接する表面が離型剤で被覆され、前記非固定化処理がなされていることを特徴とする請求項１に記載の電気レオロジー素子。
- 前記少なくとも一方の電極の電気レオロジーゲルに接する表面および該表面と接する電気レオロジーゲルにおける表面のうち、少なくとも一方の表面に潤滑剤が塗布され、前記非固定化処理がなされていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気レオロジー素子。
- 一方の電極の電気レオロジーゲルに接する表面と電気レオロジーゲルとの間が非固定化処理され、他方の電極における前記電気レオロジーゲルと接する表面には、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電気レオロジー素子。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の電気レオロジー素子を備えていることを特徴とする電気レオロジーデバイス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002127489A JP4495392B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002127489A JP4495392B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003322196A JP2003322196A (ja) | 2003-11-14 |
| JP4495392B2 true JP4495392B2 (ja) | 2010-07-07 |
Family
ID=29541584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002127489A Expired - Fee Related JP4495392B2 (ja) | 2002-04-26 | 2002-04-26 | 電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4495392B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4504048B2 (ja) * | 2004-03-09 | 2010-07-14 | 藤倉化成株式会社 | 電気レオロジーゲルの製造方法 |
| JP4763327B2 (ja) * | 2005-04-05 | 2011-08-31 | 東芝機械株式会社 | 研磨材、研磨工具、研磨装置、研磨材の製造方法、研磨工具の製造方法、及び研磨方法 |
| JP6452359B2 (ja) * | 2014-09-09 | 2019-01-16 | 国立大学法人信州大学 | ゲルアクチュエータを用いたクラッチ機構 |
| WO2017094894A1 (ja) * | 2015-12-04 | 2017-06-08 | 旭化成株式会社 | 電気粘性流体および電気デバイス |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01260710A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電気粘性流体の作動方法 |
| JPH03144715A (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-20 | Tonen Corp | 電気粘性流体の粘度制御方法 |
| JPH03282023A (ja) * | 1990-03-29 | 1991-12-12 | Tonen Corp | 電気粘性流体用電極 |
| JPH04185918A (ja) * | 1990-11-16 | 1992-07-02 | Tonen Corp | 電気粘性流体適用装置 |
| JPH04211931A (ja) * | 1990-02-09 | 1992-08-03 | Bridgestone Corp | 複合弾性材料 |
| JPH04366605A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-18 | Bridgestone Corp | 形状保持装置 |
| JPH06300080A (ja) * | 1993-04-13 | 1994-10-25 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | アクティブダイナミックダンパ |
| JP2000144165A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Fujikura Kasei Co Ltd | 電気レオロジー素子 |
-
2002
- 2002-04-26 JP JP2002127489A patent/JP4495392B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01260710A (ja) * | 1988-04-12 | 1989-10-18 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 電気粘性流体の作動方法 |
| JPH03144715A (ja) * | 1989-10-30 | 1991-06-20 | Tonen Corp | 電気粘性流体の粘度制御方法 |
| JPH04211931A (ja) * | 1990-02-09 | 1992-08-03 | Bridgestone Corp | 複合弾性材料 |
| JPH03282023A (ja) * | 1990-03-29 | 1991-12-12 | Tonen Corp | 電気粘性流体用電極 |
| JPH04185918A (ja) * | 1990-11-16 | 1992-07-02 | Tonen Corp | 電気粘性流体適用装置 |
| JPH04366605A (ja) * | 1991-06-13 | 1992-12-18 | Bridgestone Corp | 形状保持装置 |
| JPH06300080A (ja) * | 1993-04-13 | 1994-10-25 | Toyo Tire & Rubber Co Ltd | アクティブダイナミックダンパ |
| JP2000144165A (ja) * | 1998-11-10 | 2000-05-26 | Fujikura Kasei Co Ltd | 電気レオロジー素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003322196A (ja) | 2003-11-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR940008392B1 (ko) | 전기점성 유체 | |
| JP3183111B2 (ja) | 半導電性シリコーンゴムロール用半導電性シリコーンゴム組成物 | |
| US6015777A (en) | Silicone greases and methods for their production | |
| JPH07103392B2 (ja) | 電気粘性流体 | |
| CN1088020A (zh) | 触变磁流变材料 | |
| JPH0737626B2 (ja) | 電気粘性流体 | |
| US4321295A (en) | Modified graphite and process for using same | |
| JP4495392B2 (ja) | 電気レオロジー素子およびこれを備えた電気レオロジーデバイス | |
| US6645403B1 (en) | Multiphase electrorheological fluid | |
| JPS583322B2 (ja) | 固体電気絶縁体の外表面の電気絶縁性を改良する方法 | |
| JPH0423890A (ja) | 電気粘性流体組成物 | |
| Zhao et al. | A Stiffness Tunable Self-Healing Composite Comprising PDMS and Titanium Dioxide | |
| JP4504048B2 (ja) | 電気レオロジーゲルの製造方法 | |
| JP4867202B2 (ja) | 電気レオロジーシート | |
| US5164105A (en) | Electroviscous fluid | |
| JPH01164823A (ja) | 電気粘性流体 | |
| JP2761774B2 (ja) | 電気粘性流体 | |
| EP0483774A1 (en) | Electroviscous fluid | |
| JP4717989B2 (ja) | 電気レオロジーゲル | |
| US5480725A (en) | Fusing member having tin-filled, addition cured layer | |
| JP2022044134A (ja) | 誘電膜並びにそれを用いた高分子アクチュエータ部材及びアクチュエータ | |
| KR100963081B1 (ko) | 내유성 도전성 실리콘고무 조성물 및 그 경화물 | |
| Yavuz et al. | Synthesis, characterization, and partial hydrolysis of polyisoprene‐co‐poly (tert‐butyl methacrylate) and electrorheological properties of its suspensions | |
| JPH01260710A (ja) | 電気粘性流体の作動方法 | |
| JPH02284991A (ja) | 電気レオロジー性流体組成物、それに使用する粒状材料及びその製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20041022 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20041117 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20041022 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050304 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080701 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080822 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090414 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090527 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100316 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100409 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4495392 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130416 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140416 Year of fee payment: 4 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R360 |
|
| R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |