JP6914337B2 - 電気レオロジー効果を示す非水系懸濁液およびそれを用いるダンパー - Google Patents
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Description
また、本発明の一実施形態により、低温においても所望の減衰力を得ることができる前記非水系懸濁液を用いるダンパーを提供することができる。
本実施形態の非水系懸濁液は、その内部または表面に少なくとも一種のイオンを有する有機高分子からなる粒子が非水性液体に分散した、電気レオロジー効果を示す非水系懸濁液であって、該非水系懸濁液を通した一対の電極間に5kV/mm電圧印加時に、該電極間に流れる電流密度(μA/cm2)のアレニウスの式における頻度因子の対数値が20以上であることを特徴とする。
上記粒子における平均粒径としては、1μm〜20μmの範囲が挙げられ、1μm〜10μmの範囲が好ましい。
尚、上記の平均粒径は、レーザー回折・散乱式測定装置を用いて測定した値を表す。
上記有機高分子からなる粒子の濃度は、非水系懸濁液の総質量に基づき、30〜60質量%の範囲であり、40〜60質量%の範囲が好ましい。
上記イオンとしては、リチウムイオン、亜鉛イオン等が好ましく、また、リチウムイオンが好ましい。
本実施形態の非水系懸濁液に添加し得る乳化剤としては、非水性液体中に可溶性で、そして例えばアミド、イミダゾリン、オキサゾリン、アルコール、グリコール又はソルビトールから誘導される界面活性剤が挙げられる。非水性液体に可溶性のポリマーもまた使用することができる。適宜なポリマーは例えば、0.1から10重量%のN及び/又はOH並びに25から83重量%のC4−C24−アルキル基を含有し、そして5000から1000000の範囲の重量平均の分子量を有するものである。これらのポリマー中のN及びOH−含有化合物は例えば、アミノ、アミド、イミド、ニトリロ、5−及び/又は6−員のN含有複素環あるいはアルコールであり、そして、アクリル酸もしくはメタクリル酸のC4−C24−アルキルエステルを含有することができる。前記の、N及びOH−含有化合物の例は、メタクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、tert.−ブチルアクリルアミド、マレイン酸イミド、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン及びメタクリル酸2−ヒドロキシエチルである。前記のポリマーは概括的に、低分子量の界面活性剤に比較して、それらを使用して調製された系が沈降動態に関してより安定であるという利点を有する。アミノ変性シリコーンあるいはフッ素変性シリコーンなどの変性シリコーンオイルも使用可能である。
上記有機高分子からなる粒子がポリウレタン粒子である場合、頻度因子の対数値が20以上となる非水系懸濁液を与え得るポリウレタン粒子は、(A)NCO/OH当量比が0.6〜0.9となるようにポリオールとイソシアネートとを反応させて得たポリウレタン粒子、又は(B)ICP−MS測定によるイオン量が400ppm以上であるポリウレタン粒子となる。
上記(A)のポリウレタン粒子を得るためのポリオールとしては、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブチレングリコール、ジヒドロキシジフェニルプロパン、グリセリン、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、スクロース、ジプロピレングリコール、ジヒドロキシジフェニルメタン、ジヒドロキシジフェニルエーテル、ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、アミノフェノール、アミノナフトール、フェノールホルムアルデヒド縮合物、フロログルシン、メチルジエタノールアミン、エチルジイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ビス(p−アミノシクロヘキサン)、トリレンジアミン、ジフェニルメタンジアミン、ナフタレンジアミンなどにエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシドなどを1種又は2種以上付加させて得られるポリエーテルポリオール、
エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,3−または1,4−ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールF、p−キシリレングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリットなどのエチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、スチレンオキシド付加物などの1種又は2種以上と、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、ピメリン酸、セバシン酸、シュウ酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸などの1種または2種以上とからのポリエステルポリオール、または、プロピオラクトン、ブチロラクトン、カプロラクトンなどの環状エステルを開環重合したポリオール;さらに上記ポリオールと環状エステルとより製造したポリエステルポリオール、及び上記ポリオール、2塩基酸、環状エステル3種より製造したポリエステルポリオール、
1,2−ポリブタジエンポリオール、1,4−ポリブタジエンポリオール、ポリクロロプレンポリオール、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体ポリオール、ポリジメチルシロキサンジカルビノール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール及びヒマシ油のようなリシノール酸エステル、前記のポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールに、アクリロニトリル、スチレン、メチルメタクリレート等のエチレン性不飽和化合物をグラフト重合させて得たポリマーポリオール、等が挙げられるが、ポリエーテルポリオールが好ましい。
上記の様にNCO/OH当量比を1未満とすると、得られるポリウレタン粒子の硬化度が下がるが、これにより、ポリウレタン粒子とイオンの相互作用が弱くなり、イオンが動きやすくなってイオンの移動性が改善し、また、可動イオン数が増加し、そのため、低温においてもポリウレタン粒子の分極が起こりやすくなり、結果として、低温においても良好な降伏応力が得られたものと考えられる。
但し、下記(B)のポリウレタン粒子のように、高いイオン濃度とすれば、NCO/OH当量比が0.9を超える場合であっても、イオンの移動性の改善、可動イオン数の十分な増加を得ることができる。
上記(A)のポリウレタン粒子が有するイオン量は特に限定されないが、ICP−MS測定による該ポリウレタン粒子が有するイオン量が300ppm以上であるのが好ましい。
上記(B)のポリウレタン粒子を得るためのポリオールとしては、上記(A)のポリウレタン粒子を得るためのポリオールと同様のものを用いることができ、また、上記(B)のポリウレタン粒子を得るためのイソシアネートとしては、上記(A)のポリウレタン粒子を得るためのイソシアネートを用いることができる。
上記(B)のポリウレタン粒子は、上述のように、多くのイオンを有するため、電圧が印加された際のイオンの移動によるポリウレタン粒子の分極が大きく、そのため、低温においても該分極が起こりやすくなり、結果として、低温においても良好な降伏応力が得られたものと考えられる。
上記イオンとして、上述のような、リチウムイオン、亜鉛イオン、クロムイオン、銅イオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、鉄イオン、マンガンイオン、タングステンイオンのようなイオン半径の小さなイオンを用いることで、イオンの移動性を高め、可動イオン数を増加させることができる。これはイオン半径の小さいイオンは、ポリマー中を動きやすくなるからである。
上記(B)のポリウレタン粒子のように、400ppm以上という高いイオン濃度とするためには、特に、リチウムイオンが好ましい。
上記(B)のポリウレタン粒子を得るための、具体的なポリオールとイソシアネートとにおけるNCO/OH当量比の範囲としては、0.6〜1.0の範囲、0.9〜1.0の範囲等が挙げられ、また、NCO/OH当量比が、1である場合が挙げられる。
本実施形態の非水系懸濁液は、典型的には、有機高分子からなる粒子を、リチウム、亜鉛、クロム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、タングステン等の塩、例えばハロゲン化物、及び、乳化剤等と共に、非水性液体中に懸濁させることにより調製することができる。
上記有機高分子からなる粒子がポリウレタン粒子である場合は、シリコーンオイル等の非水性液体に、ポリオールと、リチウム、亜鉛、クロム、銅、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、タングステン等の塩、例えばハロゲン化物を添加し((B)のポリウレタン粒子では、ICP−MS測定によるポリウレタン粒子におけるイオン量が400ppm以上となる量を添加する。)、塩が溶解するまで攪拌し、乳化剤等を添加し、そこに硬化剤としてイソシアネートを添加し((A)のポリウレタン粒子では、NCO/OH当量比が0.6〜0.9となる量を添加する。)、加熱により反応することにより調製することができる。
加熱温度としては、50℃〜100℃が挙げられ、加熱時間としては、1〜48時間程度が挙げられる。
このようにして得られた本実施形態の非水系懸濁液は、低温においても良好にER効果を示す。
電極の表面に配置される高抵抗膜としては、比抵抗が109〜1014Ωcmの範囲となる膜、1012〜1014Ωcmの範囲となる膜等が挙げられる。
このような膜としては、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、メラミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂からなる膜を挙げることができる。なお、高抵抗膜は、電極間の抵抗膜を高める目的を達成すればよく、2つの電極それぞれに設けても良いし、一方の電極に設けても良い。一方の電極に設ける場合には、厚みを2つの電極それぞれに設けた場合の厚みと比して2倍にすることが望ましい。
イオン(M+)を有する有機高分子粒子が非水性液体中に分散した本実施形態の非水系懸濁液が、2つの電極の間に配置され、そして、本実施形態の非水系懸濁液と接する電極表面には高抵抗膜が形成されている。そして、2つの電極間に電圧が印加された場合、本実施形態の非水系懸濁液の流動特性が変化し、これにより、減衰力が得られることとなる。
図2及び図3は、本実施形態のダンパーの1例を示している。図2において、シリンダ装置としてのダンパー1は、内部に封入する作動流体として本実施形態の非水系懸濁液2を用いた減衰力調整式の油圧緩衝器(セミアクティブダンパー)として構成されている。ダンパー1は、例えば、コイルばねからなる懸架ばね(図示せず)と共に、車両用のサスペンション装置を構成する。なお、以下の説明では、ダンパー1の軸方向の一端側を「下端」側とし、軸方向の他端側を「上端」側として記載するが、ダンパー1の軸方向の一端側を「上端」側とし、軸方向の他端側を「下端」側としてもよい。
調整弁21は、減衰力を発生するもの(減衰力調整バルブ)である。調整弁21は、電極通路19を介してロッド側油室Bとリザーバ室Aとを連通する第1通路、より具体的には、電極通路19からボトムバルブ13を通過してリザーバ室Aに連通する第1通路に設けられている。ここで、第1通路は、保持部材側通路17と放射状通路14Eと環状通路14Fとにより構成されており、電極通路19と共にロッド側油室Bとリザーバ室Aとの間を連通する通路である。そして、調整弁21は、ボトムバルブ13の第1通路、より具体的には、バルブボディ14の環状通路14Fの下流側(下流端)に設けられている。換言すれば、調整弁21は、環状通路14Fの下流端の開口を塞ぐように設けられている。
降伏応力の測定結果から、−20℃の低温でも、降伏応力1000Pa以上が得られることが分った(−10℃における降伏応力は、4500Pa)。しかしながら、温度60℃において、電流密度は100μA/cm2を超えており、そのため、懸濁液1を用いてダンパーを構成する場合、60℃で所望の減衰力(ER効果)を得るためにはダンパーに多量の電力の印加が必要となることが分った。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液2)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として450ppmであった。また、以下でも説明するが、懸濁液2の頻度因子の対数値は24.3となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
降伏応力の測定結果から、懸濁液2は、−20℃の低温でも、降伏応力1000Pa以上が得られることが分った(−10℃における降伏応力は、3000Pa)。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液2)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として3ppm及び亜鉛イオンとして300ppm(総計303ppm)であった。また、以下でも説明するが、懸濁液3の頻度因子の対数値は26.6となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
図5に、この非水性懸濁液に、5kV/mmの電圧を印加した場合の降伏応力および電流密度と温度の関係を示した。降伏応力は、2つの電極間に非水性懸濁液を配置したダンパー(図2、3に記載のダンパーであって、電極表面に高抵抗膜を有さないダンパー)において、電極間に電圧(5kV/mm)を印加し、電極間に流れる非水系懸濁液の入口と出口の圧力差を測定して求めた。また、電極間に流れる電流値を電極表面積で除することにより電流密度を求めた。
降伏応力の測定結果から、−20℃の低温でも、降伏応力1000Pa以上が得られることが分った(−10℃における降伏応力は、2500Pa)。しかしながら、温度60℃において、電流密度は100μA/cm2を超えており、そのため、懸濁液3を用いてダンパーを構成する場合、60℃で所望の減衰力(ER効果)を得るためにはダンパーに多量の電力の印加が必要となることが分った。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液2)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として3ppm及び亜鉛イオンとして300ppm(総計303ppm)であった。また、以下でも説明するが、懸濁液4の頻度因子の対数値は22.3となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
降伏応力の測定結果から、懸濁液4は、−20℃の低温でも、降伏応力1000Pa以上が得られることが分った(−10℃における降伏応力は、1500Pa)。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液5)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として3ppm及び亜鉛イオンとして300ppm(総計303ppm)であった。また、以下でも説明するが、懸濁液5の頻度因子の対数値は−2.3となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
図6に、この非水性懸濁液に、5kV/mmの電圧を印加した場合の降伏応力および電流密度と温度の関係を示した。降伏応力は、2つの電極間に非水性懸濁液を配置したダンパー(図2、3に記載のダンパーであって、電極表面に高抵抗膜を有さないダンパー)において、電極間に電圧(5kV/mm)を印加し、電極間に流れる非水系懸濁液の入口と出口の圧力差を測定して求めた。また電極間に流れる電流値を電極表面積で除することにより電流密度を求めた。
降伏応力の測定結果から、0℃未満の低温では、降伏応力が低く、ダンパーに適用するために必要な1000Paが得られなかった(−10℃における降伏応力は、150Pa)。電流密度は、温度が高くなるにつれて上昇したが、ダンパー使用温度である80℃において100μA/cm2以下であり、ダンパーに適用可能な電流密度であった。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液6)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として3ppm及び亜鉛イオンとして300ppm(総計303ppm)であった。また、以下でも説明するが、懸濁液6の頻度因子の対数値は14.5となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
降伏応力の測定結果から、懸濁液6は、0℃未満の低温では、降伏応力が低く、ダンパーに適用するために必要な1000Paが得られなかった(−10℃における降伏応力は、368Pa)。
堀場製作所製レーザー回折・散乱式測定装置を用い測定した非水性懸濁液(懸濁液7)中の粒子の平均粒径は5μmであった。また、非水系懸濁液生成後のICP−MS(誘導結合型プラズマー質量分析)測定で、イオン量を測定したところ、リチウムイオン量として3ppm及び亜鉛イオンとして300ppm(総計303ppm)であった。また、以下でも説明するが、懸濁液7の頻度因子の対数値は17.4となる。尚、この非水系懸濁液でのポリウレタン粒子濃度は約50質量%となる。
降伏応力の測定結果から、懸濁液7は、0℃未満の低温では、降伏応力が低く、ダンパーに適用するために必要な1000Paが得られなかった(−10℃における降伏応力は、750Pa)。
図7から、頻度因子の対数値が20以上であれば、1000Pa以上の降伏応力が得られることが分った。
また、5kV/mm電圧印加時の、各懸濁液における60℃の降伏応力(Pa)と、電極間に流れる電流密度(μA/cm2)のアレニウスの式における頻度因子の対数値との相関を図8に示した。
図8から、頻度因子の対数値が20以上で、−10℃の場合と同様に降伏応力が急激に増加することが分った。
以上より、懸濁液における、5kV/mm電圧印加時の、電極間に流れる電流密度(μA/cm2)のアレニウスの式における頻度因子の対数値が20以上であれば、−10℃の降伏応力(Pa)が1000Pa以上となることが分った。
測定結果を図9に示したが、該図と図4との比較から、−20℃の低温での降伏応力の低下は殆ど無いにも拘らず、60℃以上での電流密度が十分低くなっていることがわかる。これは、電極間の非水系懸濁液の電気抵抗に、メラミン樹脂の電気抵抗が重畳され高抵抗となったため、同じ5kV/mmの電圧が印加された場合でも、電流が低く抑えられたからであると考えられる。
測定結果を図10に示したが、該図と図5との比較から、−20℃の低温での降伏応力の低下はそれほど大きくないにも拘らず、60℃以上での電流密度が十分低くなっていることがわかる。これは、電極間の非水系懸濁液の電気抵抗に、フェノール樹脂の電気抵抗が重畳され高抵抗となったため、同じ5kV/mmの電圧が印加された場合でも、電流が低く抑えられたからであると考えられる。
Claims (5)
- その内部または表面に少なくとも一種のイオンを有する有機高分子からなる粒子であり、NCO/OH当量比が0.6〜0.9となるようにポリオールとイソシアネートとを反応させて得たポリウレタン粒子が非水性液体に分散した、電気レオロジー効果を示す非水系懸濁液であって、
一対の電極間に5kV/mmの電圧を印加した時に、該非水系懸濁液を介して該電極間に流れる電流密度(μA/cm2)のアレニウスの式における頻度因子の対数値が20以上である
非水系懸濁液。 - 請求項1に記載の非水系懸濁液であって、
前記有機高分子からなる粒子は、ICP−MS測定によるイオン量が300ppm以上であるポリウレタン粒子である
非水系懸濁液。 - その内部または表面に少なくとも一種のイオンを有する有機高分子からなる粒子であり、ICP−MS測定によるイオン量が400ppm以上かつNCO/OH当量比が0.6〜1.0となるようにポリオールとイソシアネートとを反応させて得たポリウレタン粒子が非水性液体に分散した、電気レオロジー効果を示す非水系懸濁液であって、
一対の電極間に5kV/mmの電圧を印加した時に、該非水系懸濁液を介して該電極間に流れる電流密度(μA/cm 2 )のアレニウスの式における頻度因子の対数値が20以上である
非水系懸濁液。 - 請求項3に記載の非水系懸濁液であって、
前記有機高分子からなる粒子は、リチウムイオンを有する
非水系懸濁液。 - ダンパーであって、
2つの電極と、
前記2つの電極間に配置された請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の非水系懸濁液と、
前記電極のうちの少なくとも一方の電極の、前記非水系懸濁液と接触する表面に配置された高抵抗膜と
を備えるダンパー。
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