JP4867202B2 - Electrorheological sheet - Google Patents
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Description
本発明は、クラッチ、ダンパー、ショックアブソーバー等の動力伝達装置や制動装置等に使用できる電気レオロジー流体に関し、特に電気レオロジー粒子及び液状電気絶縁性媒体をゲル骨格中に分散させた電気レオロジーゲルを、電気絶縁性支持体中に埋設した電気レオロジーシートに関するものである。 The present invention relates to an electrorheological fluid that can be used in power transmission devices such as clutches, dampers, shock absorbers, and braking devices, and in particular, an electrorheological gel in which electrorheological particles and a liquid electric insulating medium are dispersed in a gel skeleton, The present invention relates to an electrorheological sheet embedded in an electrically insulating support.
電気レオロジー流体（ＥＲ流体）とは、電気絶縁性媒体中に特殊粒子を分散させた流体であって、電界を印加すると流体の粘度が著しく増大する流体のことである。このような性質は、電気レオロジー効果（ＥＲ効果）またはウィンズロー効果と呼ばれ、電極間に印加された電界により分散粒子に分極が生じ、さらにこの分極に基づく粒子間力によって、電極間で粒子が電荷方向に結合してクラスタと呼ばれる鎖状構造を形成し、これが流動抵抗となり粘性が変化すると考えられている。このような性質を持つＥＲ流体は、電界に対する応答性が良好であり、粘度変化の幅が広く、電界強度によって見かけの粘度が制御できることから、動力伝達素子や制動素子への応用が期待されている。 An electrorheological fluid (ER fluid) is a fluid in which special particles are dispersed in an electrically insulating medium, and the viscosity of the fluid increases significantly when an electric field is applied. Such a property is called an electrorheological effect (ER effect) or a Winslow effect. Polarization occurs in the dispersed particles due to an electric field applied between the electrodes, and the interparticle force based on the polarization causes the particles between the electrodes. Are combined in the direction of charge to form a chain structure called a cluster, which is considered to flow resistance and change viscosity. ER fluids with such properties have good response to electric fields, a wide range of viscosity changes, and apparent viscosity can be controlled by the electric field strength, so application to power transmission elements and braking elements is expected. Yes.
上述したように、代表的なＥＲ流体は、シリコーンオイル等の電気絶縁性媒体中に、粒子径が十数ミクロンの特殊粒子を分散させたものであるため、長期間静置しておくと粒子が沈降・凝集してしまい、ＥＲ効果の再現性が低下するという問題がある。また、流体であるため、使用の際にはシール構造が必要となることなどが、実用化への障害となっていた。 As described above, a typical ER fluid is obtained by dispersing special particles having a particle size of several tens of microns in an electrically insulating medium such as silicone oil. Has settled and aggregated, and the reproducibility of the ER effect is reduced. In addition, since it is a fluid, a seal structure is required for use, which has been an obstacle to practical use.
このような問題を解決するため、本発明者らは特開２００２−８０８８１に記載したように、ゲル中に液状電気絶縁性媒体と分散相粒子を分散させることによって、分散相粒子の沈降・凝集を防止した電気レオロジーゲル（ＥＲゲル）を提案した。しかし、このＥＲゲルは変形しやすいため、使用する際には、ＥＲゲルを一方の電極に固定しなければならず、ＥＲゲルを独立した可動部とすることはできなかった。また、ＥＲシートに大きな荷重が掛かる場合、ゲル骨格が破壊され液状となって流出してしまいＥＲ効果を発現しなくなる。そのためデバイスへの応用には限界があった。
本発明の目的は、電極に挟まれたＥＲシートを独立した可動部とすることができ、さらに、ＥＲシートに大きな荷重が掛かる場合でも、ゲル骨格が破壊されることなくＥＲ効果を発現するＥＲシートを提供することにある。 An object of the present invention is that an ER sheet sandwiched between electrodes can be an independent movable part, and even when a large load is applied to the ER sheet, an ER that exhibits an ER effect without breaking the gel skeleton. To provide a sheet.
本発明者らは、鋭意検討を行ったところ、予めＥＲゲルを埋設するための穴を設けた電気絶縁性支持体中に、ＥＲゲルを埋設させたＥＲシートを用いることにより、ＥＲシートを独立した可動部とすることができ、ＥＲシートに大きな荷重が掛かる場合でも、ゲル骨格が破壊されることなくＥＲ効果が発現されることを見出した。
本発明に係る電気レオロジーシートは、電気絶縁性支持体と、前記電気絶縁性支持体に埋設される電気レオロジーゲルと、を備える電気レオロジーシートであって、前記電気絶縁性支持体は、前記電気レオロジーゲルが埋設される複数の独立した穴を有することを特徴とする。
本発明に係る電気レオロジーシートは、電極間に設けられ、独立した可動部としてスライド可能であることを特徴とする。
本発明に係る電気レオロジーシートは、電気レオロジーシートが電極に対向する面において、電気レオロジーシートの面積に対し電気レオロジーゲルが占める面積の比が１０〜８５％であることが好ましい。
本発明に係る電気レオロジーシートは、電気レオロジーシートの厚さが０．１〜５０ｍｍであることが好ましい。
本発明に係る電気レオロジーシートにおいて、前記穴は、同じ形状で規則的に配置されていることが好ましい。
本発明に係る電気レオロジーシートにおいて、前記穴は、ハニカム状に配置されていることが好ましい。
本発明に係る電気レオロジーシートにおいて、前記電気絶縁性支持体は、前記電気絶縁性支持体の表面に設けられ、前記穴の外形より大きい幅で形成され、前記穴と連通する溝を有していることが好ましい。
As a result of intensive studies, the present inventors independently used an ER sheet in which an ER gel was embedded in an electrically insulating support in which a hole for embedding the ER gel was previously provided. It was found that the ER effect was exhibited without breaking the gel skeleton even when a large load was applied to the ER sheet.
The electrorheology sheet according to the present invention is an electrorheology sheet comprising an electrically insulating support and an electrorheological gel embedded in the electrically insulating support, wherein the electrically insulating support is the electrical insulating sheet. It has a plurality of independent holes in which the rheology gel is embedded.
The electrorheological sheet according to the present invention is provided between electrodes and is slidable as an independent movable part.
In the electrorheological sheet according to the present invention, the ratio of the area occupied by the electrorheological gel to the area of the electrorheological sheet on the surface of the electrorheological sheet facing the electrode is preferably 10 to 85%.
The electrorheological sheet according to the present invention preferably has a thickness of 0.1 to 50 mm.
In the electrorheology sheet according to the present invention, it is preferable that the holes are regularly arranged in the same shape.
In the electrorheological sheet according to the present invention, the holes are preferably arranged in a honeycomb shape.
In the electrorheological sheet according to the present invention, the electrically insulating support is provided on a surface of the electrically insulating support, and is formed with a width larger than the outer shape of the hole, and has a groove communicating with the hole. Preferably it is.
本発明におけるＥＲゲルは、電気絶縁性支持体に埋設されているため、強度が高く、独立した可動部として使用することができる。さらに、ＥＲシートに大きな荷重が掛かる場合でも、電気絶縁性支持体が大部分の荷重を支えるためゲル骨格が破壊されることなく、ＥＲ効果が発現される。従って、様々なデバイスへの応用が可能である。 Since the ER gel in the present invention is embedded in an electrically insulating support, it has high strength and can be used as an independent movable part. Furthermore, even when a large load is applied to the ER sheet, since the electrically insulating support supports most of the load, the ER effect is exhibited without destroying the gel skeleton. Therefore, application to various devices is possible.
以下、本発明について詳細に述べる。 The present invention will be described in detail below.
本発明のＥＲシートは、予めＥＲゲルを埋設するための穴を設けた電気絶縁性支持体に、ＥＲゲルを埋設したことを特徴とする。 The ER sheet of the present invention is characterized in that the ER gel is embedded in an electrically insulating support provided with a hole for embedding the ER gel in advance.
本発明におけるＥＲゲルは、ゲル骨格中にＥＲ粒子が分散された液状電気絶縁性媒体が封じ込まれた構造をしている。電気絶縁性支持体に埋設されたＥＲゲルは、その一部がＥＲシート表面に露出しており、電極と電気的に接触しており、電界を掛けることによりＥＲゲルと電極との界面に応力が発生する。 The ER gel in the present invention has a structure in which a liquid electrical insulating medium in which ER particles are dispersed in a gel skeleton is enclosed. Part of the ER gel embedded in the electrically insulating support is exposed on the surface of the ER sheet and is in electrical contact with the electrode, and stress is applied to the interface between the ER gel and the electrode by applying an electric field. Will occur.
本発明におけるＥＲ粒子は、液状電気絶縁性媒体中に分散してＥＲ効果を示すものであり、例えば、シリカゲル、セルロース、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂等のように、粒子の表面に水を吸着保存する固体粒子やカーボン粒子などが挙げられる。また、有機高分子化合物の芯材と電気半導体性無機物粒子の表層とからなる複合型粒子も用いることができる。このような複合型粒子は、所望により、表層をさらに表面処理し、液状電気絶縁性媒体との親和性を調節することが可能である。本発明におけるＥＲ粒子としては、安定したＥＲ効果、および良好な保存安定性が得られることから複合型粒子を用いることが好ましい。これら、複合型粒子については、例えば、特開２００１−０２６７９３号公報、特開平１０−１２１０８４号公報、特開平０９−０７９４０４号公報等に記載されている。 The ER particles in the present invention are dispersed in a liquid electrically insulating medium and exhibit an ER effect. For example, silica gel, cellulose, starch, soybean casein, polystyrene ion exchange resin, etc. Examples include solid particles and carbon particles that absorb and store water. Also, composite-type particles comprising a core material of an organic polymer compound and a surface layer of electrosemiconductor inorganic particles can be used. If desired, such a composite-type particle can be further surface-treated on the surface layer to adjust the affinity with the liquid electrically insulating medium. As the ER particles in the present invention, it is preferable to use composite particles because a stable ER effect and good storage stability can be obtained. These composite particles are described in, for example, JP-A No. 2001-026793, JP-A No. 10-121084, JP-A No. 09-079404 and the like.
本発明のＥＲゲル中におけるＥＲ粒子の含有量は３５〜９０ｗｔ％が必須であり、さらに、電界による剪断応力のコントロール性の点から、ＥＲゲル中におけるＥＲ粒子の含有量は５０〜９０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは６０〜９０ｗｔ％であり、さらに好ましくは４５〜６５ｗｔ％である。ＥＲ粒子の含有量が３５ｗｔ％未満の場合、相対的にゲル骨格または液状電気絶縁性媒体の含有量が多くなるため、十分なＥＲ効果が得られなかったり、保存安定性が低下する場合があり好ましくない。また、ＥＲ粒子の含有量が９０ｗｔ％を超えると、ＥＲゲルシートが硬くなりすぎて好ましくない。 The content of ER particles in the ER gel of the present invention is essential to be 35 to 90 wt%, and from the viewpoint of controllability of shear stress due to an electric field, the content of ER particles in the ER gel is 50 to 90 wt%. More preferably, it is 60-90 wt%, More preferably, it is 45-65 wt%. When the content of ER particles is less than 35 wt%, the content of the gel skeleton or the liquid electrically insulating medium is relatively increased, so that a sufficient ER effect may not be obtained or storage stability may be deteriorated. It is not preferable. Moreover, when content of ER particle | grains exceeds 90 wt%, an ER gel sheet will become hard too much and it is unpreferable.
本発明における液状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挙げられる。このうち、シリコーンオイルは電気絶縁性に優れ、物理的、化学的にも安定であり、さらに難燃性も高いため好ましく用いることができる。本発明における液状電気絶縁性媒体の粘度は限定されないが、好ましくは２５℃において１〜１０万ｍｍ２／ｓであり、特に５〜１０００ｍｍ２／ｓが好ましい。液状電気絶縁性媒体の粘度が１ｍｍ２／ｓ未満の場合、ＥＲゲルの保存安定性が低下するため好ましくない。一方、液状電気絶縁性媒体の粘度が１０万ｍｍ２／ｓを超えると、ＥＲゲル作製時に巻き込んだ気泡が抜け難く好ましくない。 Examples of the liquid electrically insulating medium in the present invention include silicone oil, diphenyl chloride, and trans oil. Of these, silicone oil is preferably used because it has excellent electrical insulation, is physically and chemically stable, and has high flame retardancy. The viscosity of the liquid electrically insulating medium is not limited in the present invention, preferably from 1 to 100,000 mm 2 / s at 25 ° C., in particular 5~1000mm 2 / s are preferred. When the viscosity of the liquid electrically insulating medium is less than 1 mm 2 / s, the storage stability of the ER gel is lowered, which is not preferable. On the other hand, when the viscosity of the liquid electrically insulating medium exceeds 100,000 mm 2 / s, it is not preferable because bubbles entrained during the preparation of the ER gel are difficult to escape.
本発明で用いられる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のいずれか１種または２種以上である。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。 Examples of the silicone oil used in the present invention include one or more of dimethyl silicone oil, fluorine-modified silicone oil, and phenyl-modified silicone oil. Examples of the fluorine-modified silicone oil include polysiloxane having a trifluoropropyl group (CF 3 C 2 H 4 —), polysiloxane having a nonafluorohexyl group (C 4 F 9 C 2 H 4 —), and cyclic poly Examples include siloxane compounds.
本発明のＥＲゲル中における液状電気絶縁性媒体の含有量は１〜５５ｗｔ％が好ましい。液状電気絶縁性媒体の含有量が１ｗｔ％未満であると、ＥＲゲルが硬くなりすぎて好ましくない場合がある。電気絶縁性媒体の含有量が５５ｗｔ％を超えると、液状電気絶縁性媒体が滲出する場合があり好ましくない。 The content of the liquid electrically insulating medium in the ER gel of the present invention is preferably 1 to 55 wt%. If the content of the liquid electrically insulating medium is less than 1 wt%, the ER gel may become too hard, which is not preferable. If the content of the electrically insulating medium exceeds 55 wt%, the liquid electrically insulating medium may ooze out, which is not preferable.
本発明におけるゲル骨格は限定されないが電気絶縁性のものが好ましい。特に、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ヒドロシリル化反応によって得られるポリシロキサン架橋体が好ましい。このポリシロキサン架橋体は、製造が容易であり、その骨格中にＥＲ粒子が分散された液状電気絶縁媒体を多量に保持することが可能である。 The gel skeleton in the present invention is not limited, but an electrically insulating one is preferable. In particular, a crosslinked polysiloxane obtained by a hydrosilylation reaction of hydrogen silicone and an unsaturated group-containing compound is preferred. This polysiloxane crosslinked body is easy to manufacture and can hold a large amount of a liquid electrical insulating medium in which ER particles are dispersed in the skeleton.
本発明で用いられるハイドロジェンシリコーンとしては、例えば下記式（Ａ）で示されるようにシロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を持つ時アルキルシロキサンが挙げられる。
（式中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のアリール基を示し、ｎは０〜５００の整数を示す。）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、ドデシル基等が挙げられ、アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられ、アリール基としては、例えば、フェニル基、トルイル基、ナフチル基等が挙げられる。また、Ｒ１で示される置換アルキル基としては、例えば、トリフルオロプロピル基、クロロプロピル基等のハロゲン化アルキル基、あるいは２−シアノエチル基等のようなシアノアルキル基等が挙げられる。これらの中で好ましくは、Ｒ１はメチル基であり、ｎは１０〜２００の整数であり、具体例としては、下記式（Ａ−１）〜（Ａ−３）で示されるものが挙げられる。
また、本発明で用いられる不飽和基含有化合物としては、例えば下記式（Ｂ）で示されるものが挙げられる。
（式中、Ｒ２は独立して水素原子、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、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、ヘテロ原子数が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、ｍは３以上の整数であり、Ｚはｍと同じ価数を持つ連結基であって、炭素原子、ケイ素原子、一置換３価ケイ素原子、炭素数１〜３０の脂肪族基、ヘテロ原子数が１〜６で炭素数１〜３０のヘテロ原子含有有機基、またはケイ素原子数２〜５０の直鎖状、分枝状または環状のアルキルシロキサン基のいずれかを示す。）
Ｒ２により示されるアルキル基には、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、ドデシル基等が挙げられ、アリール基には、例えば、フェニル基、トルイル基、ナフチル基等が挙げられる。Ｒ３により示されるアルキレン基には、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、オクチレン基、ドデシレン基等が挙げられ、アリールアルキレン基としては、例えば、フェニルメチレン基、フェニルエチレン基、フェニルエチリデン基等が挙げられる。ここで、Ｒ３について使用される「ヘテロ原子含有アルキレン基」とは、ヘテロ原子として、酸素、硫黄または窒素原子を含有する基であって、それらヘテロ原子を炭素原子と見なすことにより、全体をアルキレン基とすることができる基を意味する。そのようなヘテロ原子含有アルキレン基には、メチレンオキシメチレン基、メチレンオキシエチレン基、メチレンオキシプロピレン基、エチレンオキシプロピレン基、メチレンオキシエチレンオキシメチレン基、エチレンオキシエチレンオキシエチレン基、プロピレンオキシエチレンオキシプロピレン基、または、これらの酸素原子が硫黄または窒素原子で置き換えられたもの、およびこれらの酸素原子の一部が硫黄および／または窒素原子で置き換えられたものが挙げられる。Ｚにより示される脂肪族基としては、３価以上の直鎖状または分枝状のアルキル基が挙げられ、例えば、メチニル基、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基、オクチニル基、ドデシニル基などが挙げられる。ここで、Ｚについて使用される「ヘテロ原子含有有機基」とは、ヘテロ原子として、酸素、硫黄、または窒素原子を含有する脂肪族または芳香族の官能基を意味する。そのようなヘテロ原子含有有機基としては、メチレンオキシメチニル基、メチレンオキシエチニル基、メチレンオキシプロピニル基、エチレンオキシプロピニル基、メチレンオキシエチレンオキシメチニル基、エチレンオキシエチレンオキシエチニル基、プロピレンオキシエチレンオキシプロピニル基、フェニレンビス（メチルオキシエチニル）基、またはこれらの酸素原子が硫黄または窒素原子で置き換えられたもの、およびこれらの酸素原子の一部が硫黄および／または窒素原子で置き換えられたものが挙げられる。Ｚの一置換３価ケイ素原子には、例えば、アルキル基−Ｓｉ≡が挙げられ、具体例としてＣＨ３−Ｓｉ≡を挙げることができる。
(In the formula, R 2 independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and R 3 represents 1 carbon atom. Represents an alkylene group having ˜18, an arylalkylene group having 7 to 21 carbon atoms, a heteroatom-containing alkylene group having 1 to 6 heteroatoms and 1 to 12 carbon atoms, or a direct bond, and m is an integer of 3 or more. Z is a linking group having the same valence as m, and is a carbon atom, silicon atom, monosubstituted trivalent silicon atom, aliphatic group having 1 to 30 carbon atoms, 1 to 6 heteroatoms and 1 carbon atom. Any one of ˜30 heteroatom-containing organic groups or linear, branched or cyclic alkylsiloxane groups having 2 to 50 silicon atoms.)
Examples of the alkyl group represented by R 2 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an octyl group, and a dodecyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a toluyl group, and a naphthyl group. Is mentioned. Examples of the alkylene group represented by R 3 include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, an octylene group, a dodecylene group, and the like, and examples of the arylalkylene group include a phenylmethylene group, a phenylethylene group, And phenylethylidene group. Here, the “heteroatom-containing alkylene group” used for R3 is a group containing oxygen, sulfur or nitrogen atoms as heteroatoms, and these heteroatoms are regarded as carbon atoms. It means a group that can be a group. Such heteroatom-containing alkylene groups include methyleneoxymethylene, methyleneoxyethylene, methyleneoxypropylene, ethyleneoxypropylene, methyleneoxyethyleneoxymethylene, ethyleneoxyethyleneoxyethylene, propyleneoxyethyleneoxypropylene Groups, or those in which these oxygen atoms are replaced with sulfur or nitrogen atoms, and those in which some of these oxygen atoms are replaced with sulfur and / or nitrogen atoms. Examples of the aliphatic group represented by Z include a trivalent or higher linear or branched alkyl group, and examples thereof include a methynyl group, an ethynyl group, a propynyl group, a butynyl group, an octynyl group, and a dodecynyl group. It is done. Here, the “hetero atom-containing organic group” used for Z means an aliphatic or aromatic functional group containing an oxygen, sulfur, or nitrogen atom as a hetero atom. Such heteroatom-containing organic groups include methyleneoxymethynyl, methyleneoxyethynyl, methyleneoxypropynyl, ethyleneoxypropynyl, methyleneoxyethyleneoxymethynyl, ethyleneoxyethyleneoxyethynyl, propyleneoxyethylene An oxypropynyl group, a phenylenebis (methyloxyethynyl) group, or a group in which these oxygen atoms are replaced with sulfur or nitrogen atoms, and a group in which some of these oxygen atoms are replaced with sulfur and / or nitrogen atoms Can be mentioned. Examples of the monosubstituted trivalent silicon atom of Z include an alkyl group —Si≡, and specific examples include CH 3 —Si≡.
これらのうち、好ましくはＲ２は水素原子またはメチル基であり、Ｒ３は−ＣＨ２ＯＣＨ２−、−ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２−、または−ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ２−である。これら不飽和基含有化合物の具体例としては、下記式（Ｂ−１）〜（Ｂ−７）で示されるものが挙げられる。
上述した、ハイドロジェンシリコーンと不飽和基含有化合物のヒドロシリル化反応は、温度依存性の高い反応であり、加熱により反応を促進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、原料を適度な粘度をもたせた状態で混合でき、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、加熱温度としては５０〜１５０℃が好ましく、より好ましくは６０〜１２０℃である。 The hydrosilylation reaction between the hydrogen silicone and the unsaturated group-containing compound described above is a highly temperature-dependent reaction and can be accelerated by heating. This is a great advantage of the hydrosilylation reaction, and the raw materials can be mixed in a state having an appropriate viscosity, and after forming and heating, a polymer having a desired shape can be obtained at once. In this case, the heating temperature is preferably 50 to 150 ° C, more preferably 60 to 120 ° C.
このヒドロシリル化反応には触媒を使用することが好ましい。ヒドロシリル化反応に使用可能な触媒としては、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム等の化合物が知られているが、特に白金化合物が有用である。白金化合物の例としては、塩化白金酸、白金の単体、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−アルコラート触媒などが使用できる。白金触媒の場合、ＥＲゲルに対し０．０００１ｗｔ％程度添加することができる。 A catalyst is preferably used for the hydrosilylation reaction. As catalysts usable for the hydrosilylation reaction, compounds such as platinum, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and the like are known, and platinum compounds are particularly useful. Examples of platinum compounds include chloroplatinic acid, platinum alone, alumina, silica, carbon black and the like supported on solid platinum, platinum-vinylsiloxane complex, platinum-phosphine complex, platinum-phosphite complex, A platinum-alcolate catalyst or the like can be used. In the case of a platinum catalyst, about 0.0001 wt% can be added to the ER gel.
本発明におけるＥＲゲルは、ゲル骨格の架橋密度が下記式を満足する場合が好ましく、特に式１の下限が０．８で上限が１．２である場合が好ましい。
本発明のＥＲゲル中におけるゲル骨格の含有量は３〜６４ｗｔ％が好ましい。ゲル骨格の含有量が３ｗｔ％未満の場合、ＥＲゲルの流動性が高く、制動素子等に使用する際にシール構造が必要となる。一方、ゲル骨格の含有量が６４ｗｔ％を超えると、相対的にＥＲ粒子の含有量が減少し、十分なＥＲ効果を得ることができない。 The content of the gel skeleton in the ER gel of the present invention is preferably 3 to 64 wt%. When the content of the gel skeleton is less than 3 wt%, the fluidity of the ER gel is high, and a seal structure is required when used for a braking element or the like. On the other hand, when the content of the gel skeleton exceeds 64 wt%, the content of the ER particles relatively decreases, and a sufficient ER effect cannot be obtained.
ゲル骨格中に、ＥＲ粒子が分散された液状電気絶縁媒体を保持させるには、上記ヒドロシリル化後に含浸させても良いが、ヒドロシリル化前に、ＥＲ粒子を分散させた液状電気絶縁性媒体を、ハイドロジェンシリコーンおよび不飽和基含有化合物とに混合しておき、その後加熱によって反応させた方が好ましい。 In order to retain the liquid electrical insulating medium in which the ER particles are dispersed in the gel skeleton, the liquid electrical insulating medium in which the ER particles are dispersed before the hydrosilylation may be impregnated. It is preferable to mix with hydrogen silicone and an unsaturated group-containing compound and then react by heating.
また、ＥＲゲル中の液状電気絶縁性媒体は、上述した方法によりＥＲ粒子が分散された液状電気絶縁媒体をゲル骨格中に保持させた後、減圧下あるいは加圧下に圧搾あるいは吸引により抜き取って所望の量に調整してもよい。この方法は、特にＥＲゲル中の液状電気絶縁性媒体の含有量を少なくしたい場合に有効である。ＥＲ粒子分散時には、分散に十分な量の液状電気絶縁性媒体を使用し、ゲル骨格中に保持させた後に液状電気絶縁性媒体を抜き取ることで、均一にＥＲ粒子を配置させることができる。 The liquid electrical insulating medium in the ER gel is preferably obtained by holding the liquid electrical insulating medium in which ER particles are dispersed in the gel skeleton by the above-described method, and then extracting the liquid electrical insulating medium by squeezing or suctioning under reduced pressure or pressure. The amount may be adjusted. This method is particularly effective when it is desired to reduce the content of the liquid electrically insulating medium in the ER gel. At the time of ER particle dispersion, a sufficient amount of the liquid electric insulating medium for dispersion is used, and the ER particles can be uniformly arranged by extracting the liquid electric insulating medium after being held in the gel skeleton.
本発明のＥＲゲルを、電気絶縁性支持体に設けられた穴に埋設する方法は何ら限定されるものではないが、通常、印刷やコーティング等が用いられる。本発明のＥＲゲルを、電気絶縁性支持体に埋設する場合には、ＥＲゲルそのものを埋設しても良く、或いは、ヒドロシリル化前のＥＲ粒子を分散させた液状電気絶縁性媒体、ハイドロジェンシリコーン、及び不飽和基含有化合物の混合物を埋設した後に加熱してＥＲゲルとしても良い。 The method for embedding the ER gel of the present invention in the hole provided in the electrically insulating support is not limited at all, but printing, coating, etc. are usually used. When the ER gel of the present invention is embedded in an electrically insulating support, the ER gel itself may be embedded, or a liquid electrically insulating medium in which ER particles before hydrosilylation are dispersed, hydrogen silicone , And a mixture of unsaturated group-containing compounds may be embedded and then heated to form an ER gel.
上述したように、本発明のＥＲゲルは、ＥＲ粒子が分散された液状絶縁性媒体がゲル骨格中に保持されているため、長時間静置してもＥＲ粒子が沈降・凝集することがない。また、電界印加時にはＥＲ粒子がゲル骨格内部で配列してＥＲ効果が得られると考えられる。さらに、本発明のＥＲゲルは、制動素子等のデバイスに組み込む場合にもシール機構が不要である。 As described above, in the ER gel of the present invention, since the liquid insulating medium in which ER particles are dispersed is held in the gel skeleton, the ER particles do not settle and aggregate even if left for a long time. . Further, it is considered that the ER effect is obtained by arranging the ER particles in the gel skeleton when an electric field is applied. Furthermore, the ER gel of the present invention does not require a sealing mechanism when incorporated in a device such as a braking element.
また、本発明のＥＲゲルは、従来例に比べ電荷を運ぶ媒体である液状電気絶縁性媒体の含有量が少ないため、消費電力を少なくすることができる。 In addition, the ER gel of the present invention can reduce power consumption because the content of the liquid electrically insulating medium, which is a medium for carrying charges, is smaller than that of the conventional example.
本発明のＥＲシートに使用する、電気絶縁性支持体としては特に制限するものではないが、加工性の点から、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、フッ素樹脂等のプラスチック、及び紙等が好ましい。本発明における電気絶縁性支持体は、ＥＲゲルを保持しゲル骨格の破壊を防ぐものである。従って、本発明における電気絶縁性支持体は、本発明のＥＲシートが使用される環境（形状、ＥＲシートに掛かる荷重、温度等）を十分考慮して選択することが重要である。 Although it does not restrict | limit especially as an electrically insulating support body used for the ER sheet of this invention, From the point of workability, a polyethylene terephthalate (PET), a polypropylene (PP), a polyvinyl chloride (PVC), a fluororesin Such as plastic and paper are preferable. The electrically insulating support in the present invention retains the ER gel and prevents the gel skeleton from being destroyed. Therefore, it is important to select the electrically insulating support in the present invention in consideration of the environment (shape, load applied to the ER sheet, temperature, etc.) in which the ER sheet of the present invention is used.
本発明において、ＥＲゲルを埋設するために電気絶縁性支持体に設ける穴の形状としては、円形、楕円形、三角形、四角形、多角形等何れであっても良く、何ら制限されるものではない。特に、電気絶縁性支持体がハニカム構造の場合、ＥＲシートが電極に対向する面において、ＥＲゲルが占める面積の割合を大きくすることが可能である。 In the present invention, the shape of the hole provided in the electrically insulating support for embedding the ER gel may be any of a circle, an ellipse, a triangle, a rectangle, a polygon, and the like, and is not limited at all. . In particular, when the electrically insulating support has a honeycomb structure, it is possible to increase the proportion of the area occupied by the ER gel on the surface where the ER sheet faces the electrode.
本発明において、ＥＲゲルを埋設するために電気絶縁性支持体に設ける穴の大きさ、及び穴の数にについては特に制限するものではない。また、本発明において、ＥＲゲルを埋設するために電気絶縁性支持体に設ける穴の位置は特に制限されるものではなく、電極に対向する面に均一に配置されても良く、不均一に配置されてもよい。 In the present invention, the size of the holes provided in the electrically insulating support for embedding the ER gel and the number of holes are not particularly limited. Further, in the present invention, the position of the hole provided in the electrically insulating support for embedding the ER gel is not particularly limited, and may be uniformly arranged on the surface facing the electrode, or may be unevenly arranged. May be.
図２に、本発明におけるＥＲゲルを埋設するために電気絶縁性支持体に設ける穴の形状及び配置を例示した。図２のａは、同じ形状の穴を規則的に配置したものである。図２のｂは、ゲル充填穴をハニカム状に配置したものである。図２のｃは、ゲル充填穴に段差を設けたものであり、これにより電極との接触面積を大きくすることができる。図２のｄは、異なる大きさのゲル充填穴を規則正しく配置したものであり、図２のｅは、ランダムな大きさのゲル充填穴をランダムに配置したものである。 In FIG. 2 , the shape and arrangement | positioning of the hole provided in an electrically insulating support body in order to embed the ER gel in this invention were illustrated. FIG. 2 a shows a regular arrangement of holes having the same shape. B in FIG. 2, Ru Oh which was arranged gel-filled holes in a honeycomb shape. FIG. 2 c shows a step in which a step is provided in the gel filling hole, whereby the contact area with the electrode can be increased. D of FIG. 2, which has regularly arranged gel-filled holes of different sizes, e of FIG. 2 is obtained by placing a gel-filled holes in random sizes at random.
本発明のＥＲシートが電極に対向する面において、ＥＲゲルが占める面積の比は、１〜９９％が好ましいが、実用上、１０〜８５％がより好ましい。 In the surface where the ER sheet of the present invention faces the electrode, the ratio of the area occupied by the ER gel is preferably 1 to 99%, but more preferably 10 to 85% practically.
本発明おけるＥＲシートが十分なＥＲ効果を発生させるためには、２５０Ｖ／ｍｍ以上の電界強度を印可する必要がある。従って、２５０Ｖ／ｍｍ以上の電界強度を発生させることのできる電源を用いる限り、本発明におけるＥＲシートの厚さは特に限定されない。実用レベルから判断すると、ＥＲシートの厚さは０．１〜５０ｍｍが好ましい。 In order for the ER sheet in the present invention to generate a sufficient ER effect, it is necessary to apply an electric field strength of 250 V / mm or more. Therefore, the thickness of the ER sheet in the present invention is not particularly limited as long as a power source capable of generating an electric field strength of 250 V / mm or more is used. Judging from the practical level, the thickness of the ER sheet is preferably 0.1 to 50 mm.
本発明のＥＲシートは、ＥＲゲルが電気絶縁性支持体に埋設されており十分な強度を持たせることが可能である。そのため、従来のＥＲゲルシートの様に一方の電極に固定する必要がなく可動部として利用することが可能である。また、ＥＲシートに大きな荷重が掛かる場合であっても、その荷重の大部分を電気絶縁性支持体が支えるためゲル骨格が破壊され液状となることがなく、平面状、円筒状、半円筒状等の様々な形状のデバイスに応用することが可能である。 In the ER sheet of the present invention, the ER gel is embedded in the electrically insulating support and can have sufficient strength. Therefore, it is not necessary to fix to one electrode like a conventional ER gel sheet, and it can be used as a movable part. In addition, even when a large load is applied to the ER sheet, the gel skeleton is not broken and becomes liquid because the electrically insulating support supports most of the load, and is flat, cylindrical, semi-cylindrical It is possible to apply to devices of various shapes such as.
図１に、本発明のＥＲシートのデバイスへの応用例を示した。図１のｂは、一方の電極とＥＲゲルを埋設した電気絶縁性支持体が相対変位しないように固定し、他方の電極がＥＲゲルを埋設した電気絶縁性支持体と相対変位できるようにし、この相対変位する電極とＥＲゲルを埋設した電気絶縁性支持体間で剪断応力と取り出し利用する。図１のｃは、電極を固定し、電極間に挟まれたＥＲゲルを埋設した電気絶縁性支持体が変位し、剪断応力を取り出して使用する。図１のｄは、多段にして、電極及びＥＲゲルを埋設した電気絶縁性支持体が変位し、剪断応力を取り出して使用する。 FIG. 1 shows an application example of the ER sheet of the present invention to a device. B in FIG. 1, electrically insulating support having embedded one electrode and the ER gel was fixed so as not to relative displacement, the other electrode to allow electrical insulating support and relative displacement buried ER gel, The shearing stress is extracted and utilized between the electrode that is relatively displaced and the electrically insulating support in which the ER gel is embedded. C in FIG. 1, the electrodes were fixed, electrically insulating support having embedded ER gel sandwiched between electrodes is displaced, retrieve and use shear stress. D in Figure 1, in the multi-stage, electrically insulating support having buried electrodes and ER gels are displaced, retrieve and use shear stress.
以下、実施例に基づき本発明の具体例を示すが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be shown based on examples, but the present invention is not limited thereto.
（ＥＲ粒子の作製）
アンチモンドーピング酸化スズ（石原産業株式会社製、ＳＮ−１００Ｐ、電気伝導度：１．０×１００Ω−１／ｃｍ）３０ｇ、水酸化チタン（石原産業株式会社製、Ｃ−１１、電気伝導度：９．１×１０−６Ω−１／ｃｍ）１０ｇ、アクリル酸ブチル３００ｇ、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇ、およびアゾビスイソバレロニトリル（重合開始剤）２ｇとからなる混合物を、分散安定剤として第三リン酸カルシウム２５ｇを含有する蒸留水１８００ｍｌ中に分散し、撹拌しながら６０℃にて１時間懸濁重合を行った。得られた生成物を濾過し、酸処理後、水洗、脱水乾燥することによって、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（山陽色素株式会社製、Ｐ−２６）２ｇを加え、ボールミルにて７５時間複合化処理を行った後、さらにジェット気流攪拌機（株式会社奈良機械製作所製、ハイブリダイザー）を用いて風速７５ｍ／秒で２１０秒間ジェット気流処理を行い、ＥＲ粒子を得た。
(Production of ER particles)
Antimony-doped tin oxide (Ishihara Sangyo Co., Ltd., SN-100P, electrical conductivity: 1.0 × 10 0 Ω -1 / cm) 30 g, Titanium hydroxide (Ishihara Sangyo Co., Ltd., C-11, electrical conductivity) : 9.1 × 10 −6 Ω −1 / cm) 10 g, butyl acrylate 300 g, 1,3-butylene glycol dimethacrylate 100 g, and azobisisovaleronitrile (polymerization initiator) 2 g are dispersed. The dispersion was dispersed in 1800 ml of distilled water containing 25 g of tricalcium phosphate as a stabilizer, and suspension polymerization was performed at 60 ° C. for 1 hour with stirring. The obtained product was filtered, and after acid treatment, washed with water and dehydrated and dried to obtain inorganic / organic composite particles. 2 g of iron phthalocyanine (P-26, manufactured by Sanyo Dyeing Co., Ltd.) was added to 200 g of the particles, and the composite treatment was performed with a ball mill for 75 hours. Was used for 210 seconds at a wind speed of 75 m / sec to obtain ER particles.
上記ＥＲ粒子５０．０重量部、ジメチルシリコーンオイル（日本ユニカー株式会社製、Ｌ−４５（１００））３６．０重量部、前記式（Ａ−１）で示されるハイドロジエンシリコーン１３．１５重量部、前記式（Ｂ−１）で示される不飽和基含有化合物０．８５重量部、及び０価の白金触媒０．０００１重量部を、室温下で均一に混合した。 50.0 parts by weight of the ER particles, 36.0 parts by weight of dimethyl silicone oil (manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd., L-45 (100)), 13.15 parts by weight of the hydrogenated silicone represented by the formula (A-1) Then, 0.85 part by weight of the unsaturated group-containing compound represented by the formula (B-1) and 0.0001 part by weight of a zero-valent platinum catalyst were uniformly mixed at room temperature.
間隔が１ｍｍに保たれた２枚のアルミ板の間にこの混合物を流し込み、１００℃で１時間加熱処理した後、室温下で１日間放置して、縦７５ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＥＲゲルを作製した。 The mixture was poured between two aluminum plates maintained at a distance of 1 mm, heat-treated at 100 ° C. for 1 hour, and then allowed to stand at room temperature for 1 day to form an ER gel having a length of 75 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 1 mm. Produced.
（実施例１）
内径５ｍｍの円形金型を用いて、前記ゲルより直径５ｍｍ、厚さ１ｍｍの円形ゲルを型抜きしたものを２０個作製した。アクリル板（４０ｍｍ×３０ｍｍ×１ｍｍ）に、直径５ｍｍのＥＲゲル充填用の穴を等間隔に１０個設け、それぞれの穴に前記円形ゲルを埋設した電気レオロジーシートを２枚作製した。
Example 1
Using a circular mold having an inner diameter of 5 mm, 20 circular gels having a diameter of 5 mm and a thickness of 1 mm were cut out from the gel. Two electrorheological sheets were prepared in which 10 holes for ER gel filling with a diameter of 5 mm were provided at equal intervals on an acrylic plate (40 mm × 30 mm × 1 mm), and the circular gel was embedded in each hole.
（比較例１）
上述したＥＲゲルを裁断し、サイズが１０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍのシートを２枚作製した。
(Comparative Example 1)
The ER gel described above was cut to produce two sheets having a size of 10 mm × 20 mm × 1 mm.
（スライド式試験体）
図３〜４にスライド式試験体の構造を示す。片面に電極ａを貼り付けたアクリル板を２枚、表裏に電極ｂを貼り付けた板状電極、スペーサー及びボルトナットを準備した。スライド式試験体Ｉ型の場合の電極サイズは、電極ａ（４０ｍｍ×３０ｍｍ）、電極ｂ（４０ｍｍ×６０ｍｍ）とした。一方、スライド式試験体Ｉ型の場合の電極サイズは、電極ａ（１０ｍｍ×２０ｍｍ）、電極ｂ（１０ｍｍ×４０ｍｍ）とした。
(Sliding specimen)
The structure of a slide type test body is shown in FIGS. Two acrylic plates with electrodes a attached on one side, plate electrodes with electrodes b attached on the front and back, spacers, and bolts and nuts were prepared. The electrode size in the case of the slide type test body I type was electrode a (40 mm × 30 mm) and electrode b (40 mm × 60 mm). On the other hand, the electrode size in the case of the slide type test body I type was electrode a (10 mm × 20 mm) and electrode b (10 mm × 40 mm).
スライド式試験体Ｉ型の２枚の電極ａ上に、実施例１で作製した電気レオロジーシートを配置し、これらで板状電極及びスペーサーを挟みボルトとナットで固定した。同様に、スライド式試験体ＩＩ型の２枚の電極ａ上に、比較例１で作製したシートを配置し、これらで板状電極及びスペーサーを挟みボルトとナットで固定した。 The electrorheological sheet produced in Example 1 was placed on two electrodes a of the slide type test body I type, and the plate electrode and the spacer were sandwiched between them and fixed with bolts and nuts. Similarly, the sheet produced in Comparative Example 1 was placed on two electrodes a of the slide type test body II type, and the plate electrode and the spacer were sandwiched between them and fixed with bolts and nuts.
（剪断応力試験）
剪断応力の測定は、固定したスライド式試験体に電界を印加し、板状電極を押し込んだ時に発生する応力を測定した。図５に、高圧電源、メカニカルＸ−Ｙステージ、ロードセル、記録用コンピュータで構成された試験装置を示す。
(Shear stress test)
The shear stress was measured by applying an electric field to a fixed sliding test specimen and measuring the stress generated when the plate electrode was pushed. FIG. 5 shows a test apparatus composed of a high-voltage power supply, a mechanical XY stage, a load cell, and a recording computer.
スライド試験体に印可する電界強度は、０、１、２（ｋＶ／ｍｍ）の３段階とした。板状電極は、速度０．１０（ｍｍ／ｓｅｃ）で変位量１０ｍｍとなるまで押し込んだ。観測された剪断応力を図６〜７に示す。実施例、比較例のいずれの場合も、板状電極の変位量が１ｍｍ以降では安定した剪断応力が観測された。 The electric field strength applied to the slide specimen was set in three stages of 0, 1, 2 (kV / mm). The plate electrode was pushed in at a speed of 0.10 (mm / sec) until the displacement became 10 mm. The observed shear stress is shown in FIGS. In both the examples and comparative examples, stable shear stress was observed when the displacement of the plate electrode was 1 mm or more.
各電界強度で４回ずつ測定し、板状電極の変位量が１ｍｍ以降の剪断応力を平均値を図８〜９に示す。図８より、実施例の場合、すべての電界強度において測定回数を重ねても安定した剪断応力が観測された。一方、図９に示す比較例の場合、すべての電界強度において測定回数を重ねるにつれて剪断応力の低下が認められた。 8 to 9 are measured at each electric field strength, and the average value of the shear stress after the displacement of the plate electrode is 1 mm or more is shown in FIGS. From FIG. 8, in the case of the example, stable shear stress was observed even when the number of measurements was repeated for all electric field strengths. On the other hand, in the case of the comparative example shown in FIG. 9, a decrease in shear stress was observed as the number of measurements was repeated for all electric field strengths.
実施例の場合、ＥＲゲルが電気絶縁性支持体に埋設されているため、板状電極を繰り返し押し込んでもＥＲゲルが崩れることがなく安定した剪断応力が発生する。一方、比較例の場合、板状電極を繰り返し押し込むと次第にＥＲゲルが崩れ、その結果発生する剪断応力が小さくなる。 In the case of the examples, since the ER gel is embedded in the electrically insulating support, the ER gel does not collapse even when the plate electrode is repeatedly pressed, and a stable shear stress is generated. On the other hand, in the case of the comparative example, when the plate electrode is repeatedly pushed, the ER gel gradually collapses, and the resulting shear stress is reduced.
Claims (7)
前記電気絶縁性支持体に埋設される電気レオロジーゲルと、
を備える電気レオロジーシートであって、
前記電気絶縁性支持体は、前記電気レオロジーゲルが埋設される複数の独立した穴を有することを特徴とする電気レオロジーシート。 An electrically insulating support;
An electrorheological gel embedded in the electrically insulating support;
An electrorheology sheet comprising:
The electrorheological sheet, wherein the electrically insulating support has a plurality of independent holes in which the electrorheological gel is embedded .
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