JPH01164823A - 電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電圧により粘性制御が可能な電気粘性流体、
特に水を含有しない微粒子を成分とする電気粘性流体に
関するものであり、クラッチ、バルブ、ショックアブソ
ーバ−等のアクチュエーターとして利用される。

［従来の技術］ シリカ、デンプン、イオン交換樹脂等の含水微粒子を、
トランス浦、塩化パラフィン、シリコーン／ｌｔＩ等の
電気絶縁性油状媒体に分散させた流体は電圧印加により
瞬間かつ可逆的に大きく粘度変化する。この現象はウィ
ンズロ−効果として古くから知られ、クラッチ、バルブ
、振動子等への応用か検討されてきた。

ウィンズロ−効果は、粒子表面水により形成された電気
二重層が外部電界により分極し、粒子間に、静電引力に
よる電界方向に沿った架橋を生じるために発生すると考
えられている。従来このウィンズロ−効果を高める方法
として、例えば強酸性あるいは強塩基性のイオン交換樹
脂の微粒子を芳香族カルボン酸の高級エステル中に分散
させたもの（特開昭５０−９２２７８号参照）、また、
ハロゲン化ジアリール化合物に親水性固体粒子を分散さ
せたもの（特開昭５８−５０１１７８号参照）、珪酸ア
ルミニウム粒子をアミノ基含有ポリシロキサンを分散剤
としてシリコーン油に分散させたもの（特開昭８２−９
５３９７）等が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来提案されてきた電気粘性流体はいずれも吸水性の固
体微粒子を絶縁性の油状媒体に分散させるものであり、
粒子表面水が形成する電気２重層の分極現象を利用する
ものである。

ところで、このような吸水した固体微粒子を用いる従来
の電気粘性流体は、水の移行による安定性不足、高電圧
の印加による電極金属の溶解や水の電気分解によるガス
発生、温度上昇による電流量の増大など水の存在に帰因
する多くの問題点かあり、大きな応用が期待されている
にもかかわらず、実用化に到っていない。

本発明者らは、上記の問題に対し、水の存在以外に粒子
表面に容易に分極電荷を発生し得る他の方法かあれば新
しい電気粘性流体が得られる可能性かあると考え、非含
水系粒子の分極に関し耐熱性に優れる無機質固体粒子を
母材に多くの実験を重ねた結果到達したものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は金属のもつ優れた誘電分極性を活かし、かつ金
属のもつ問題点、例えば絶縁破壊性や沈降し易いという
問題を解決し、温度特性、耐熱性、耐久性等に優れた性
能をもつ新しい電気粘性流体に関するものである。すな
わち無機質固体粒子を中心にその表面に導電性薄膜層、
更にその表面に絶縁性薄膜層を形成した３層構造からな
る微粒子か、電気絶縁性に優れた油状媒体中に分散して
いる電気粘性流体である。

本発明に用いられる無機質固体粒子としては比重の小さ
なものが好ましく、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、マ
グネシウム、ベリリウム等の周期表第２、第３および第
４族Ａの軽量元素そのものあるいはその酸化物、窒化物
、炭化物等の化合物を中心成分とする粒子あるいは複合
化合物粒子が好ましい例として挙げられる（但し、アル
ミニウム及びマグネシウム単体は、それ自体導電体であ
るために除く）。特にケイ素、ホウ素、シリカ、窒化ホ
ウ素等は比重が小さく好ましい粒子である。

これらの粒子の形状はできるだけ丸みを帯びた、球状や
楕円状のものがよく、特に球状が最も好ましい。

粒径は数μＭから数十μｍが好ましく、特に粒径の小さ
い方が粒子の沈降や摺動摩耗の防止の面から好ましい。

しかし　１μｍ未満では粒子間の架橋形成が弱く好まし
くない。また粒径分布についてはできるだけ単分散に近
いものが安定な電気粘性特性を示し易い。

本発明の導電性薄膜層は、該層を表面に有する粒子が電
界下に置かれた際、粒子表面に大きな誘電分極が生じる
ように形成されたものであり、導電性が高いものが好ま
しく、電気抵抗は高くても１０５Ω・ｃｒｔ１以下であ
ることが必要である。

このような導電性薄膜物質としては金属、金属化合物、
有機導電体、カーボン等があげられる。薄膜形成には化
学メツキ、蒸着、溶液または粉体コーティング、表面反
応、表面重合等の方法が用いられ、導電層の厚さは、一
般には数μｍもあれば充分である。特に、金属メツキや
蒸着、硫化銅などの金属化合物の表面反応、ポリピロー
ルやポリアセチレンなど表面重合反応等で得られる高導
電性物質の場合には０．１μｍ程度の厚さでも、本発明
の目的に充分な誘電分極効果を示す。

導電層は粒子表面をできるたけ均一の厚さで、かつ粒子
全面を被覆することが好ましい。導電性物質のコーティ
ングや表面重合により導電層を形成する場合、一般に二
次粒子を発生し易いが、条件調整によりできるたけ抑え
ることが好ましい。

次に、電気絶縁性薄膜層とは、導電性薄膜上に形成され
た有機および無機の電気絶縁性物質からなる薄膜層であ
る。この電気絶縁性薄膜層を設けることによって、電界
下に置かれた上記粒子表面の導電性薄膜に生じた分極電
荷か、粒子間の接触で容易に電荷の中和を起したり、電
極間に導電路を形成し、度々スパークをともなった絶縁
破壊の原因になるのを防止することができる。

このような目的に使用できる有機および無機の絶縁性物
質としては、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリアクリ
ロニトリル、ポリフッ化ビニリデン等の有機合成高分子
物質、ワックス、アスファルト、ワニス等の有機天然高
分子物質、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バ
リウム等の無機化合物等が代表例として挙げられる。

一般に体積あるいは表面電気抵抗か１０８Ωあるいは１
０８Ωｃｍ以上で、できるだけ絶縁破壊強度や誘電率の
大きな物質が好ましい。

絶縁薄膜層の厚さは絶縁破壊させない限り、できるたけ
薄い方が好ましいか、耐摩耗性や均一性との関連から、
１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下で使用される。

絶縁性薄膜層の形成には、溶液または粉体コーティング
、表面重合、蒸着、表面反応等、公知の被覆方法が適用
できる。この場合も導電性薄膜層形成時と同様に、厚さ
が均一な全面被覆か好ましいか、被覆時の二次粒子の発
生をできるたけ防止することが必要である。このような
被覆方法としては、工業技術ライブラリー２５パマイク
ロカプセル”　（近藤朝士著、日刊工業新聞社）に紹介
された各種の方法、あるいは導電性薄膜層表面の酸化、
窒化等により絶縁化する方法、金属アルコキシドを表面
吸着させた後、加水あるいは加熱分解し金属酸化膜を形
成する方法などが、好ましい方法として使用できる。

無機質固体粒子の表面にこれらの導電性層および絶縁性
層の２層を積層させた３層構造粒子は実用上、これらの
層間にかなりの接着力か必要となるが、このためには粒
子表面の酸化、エツチングなどの物理的又は化学的処理
、カップリング剤、アンカーコート剤などの結合助剤の
使用が有効な場合が多い。

本発明に使用される油状媒体は従来の電気粘性流体で使
用されてきた塩化ジフェニル、セハチン酸ブチル、芳香
族ポリカルボン酸高級アルコールエステル、ハロフェニ
ルアルキルエーテル、トランス油、塩化パラフィン、フ
ッ素系オイル、シリコーン系オイル等は勿論、電気絶縁
性や絶縁破壊強度が高く、化学的に安定で、分散微粒子
と比重が近いものであれば何でも使用可能である。

本発明の誘電体微粒子の油状媒体との混合重量比率は５
対９５から６０対４０、好ましくは１０対９０から５０
対５０の範囲で選ばれる。

混合された電気粘性流体は、電気絶縁特性をあまり低下
させない範囲で分散の安定性や防錆、酸化防止等の目的
で添加剤を使用することができる。

［作　　用］ 本発明の電気粘性流体は従来のものの最大の欠点であっ
た、水の存在による長期安定性不良や電極の溶出、更に
は電気粘性特性の温度依存性の低下等の問題を解決し、
高温使用にも耐久性を有するものであり、コンパクトで
容易に電気制御できるバルブ、クラッチ、ショックアブ
ソーバ−等、種々のエレクトロ・メカニカル・アクチュ
エーターの実現を可能とするものである。

［実施例コ ＝　９− 以下、実施例をもって本発明をより詳細に示すが本実施
例での電気粘性特性は同一中心軸をもつ内径４０ｍｍの
シリンダーと外径３８ｍｍのロータの間隙（１，０ｍｍ
）に封入された試料流体間に、所定速度の剪断をかけ、
一定の交流（５０サイクル）電圧を印加した際の発生剪
断応力と電流を測定する方法により評価した。

なお実施例中で示す各成分の量は重量基準である。

実施例１ 球状シリカ粒子（平均粒径５μｍ）を感応化剤［奥野製
薬■、ＴＭＰセンシタイザーコ処理、水洗、活性化剤（
同上、ＴＭＰアクチベーター）処理、水洗の工程を順次
とった後、ニッケル無電解メツキ液（同上、トップニコ
ロン）を用い撹拌をしながら９０℃で３０分間、無電解
メツキ処理を行い、ニッケル層平均厚さ　０．２μｍの
メツキを粒子表面に施した。

次にこの粒子をイソプロポキシアルミニウム１ｗＬ％の
ｌ・ルエン溶液に浸漬し濾過により過剰−］〇　− の溶液を取り除いた後、０．５ｗｔ％の水を含む多量の
エタノール中に入れ軽く撹拌し、粒子表面にイソプロポ
キシアルミニウムの加水分解物であるアルミニウム酸化
物の被膜を形成した。

この粒子を濾別後、窒素雰囲気下３００℃で３０分熱処
理し、被膜強度を向上させた。

一連のアルミニウム酸化膜形成の工程を３回繰り返すこ
とによりこの絶縁膜の平均厚みは０．３μｍとなり、高
い絶縁破壊強度をもつ表面絶縁薄膜層を形成することが
できた。

このようにして得られた３層構造をもつシリカ粒子をジ
メチルシリコーンオイルに粒子濃度３０ｖＬ％で分散さ
せ電気粘性流体を得た。

印加電圧と剪断応力（増分）及び電流密度の関係を表１
に示す。

表　　１ １１一 実施例２ 実施例１の電気粘性流体を２．ＯＫＶの電圧を印加しな
がら　１２０℃で２４時間、剪断速度２００ｓｅｃ”で
剪断し続けた。２４時間加熱前後の室温での剪断応力及
び１２０℃加熱時の剪断応力はド記の如くほぼ一定であ
り、この電気粘性流体が極めて安定した電気粘性効果を
発揮することがわかる。

発生剪断応力［ｇ／ｃｍ　２］ 加熱前（室温）　　：　　　　　１．８加熱後（ｌ〆　
）・　　　　１．８ 加熱中（１２０６Ｃ）　　：　　　　　２．０なお比較
のため実施例１に用いたシリカを湿潤下に放置して吸水
率９ｗｔ％に調湿した後、同様にジメチルシリコーンオ
イルに粒子濃度３０ｗｔ％で分散させた従来型の電気粘
性流体は７０’Ｃ。

３時間の加熱で殆ど剪断応力を示さなくなった。

実施例３ 平均粒径５μｍの球状アルミナ （δＡ１２０３）表面に実施例１と同様にしてニッケル
を無電解メツキして約０．２μｍのニッケル導電薄膜層
を形成した。

この粒子をシランカップリング剤（東芝シリコーン■、
Ｔ　Ｓ　Ｌ　８３７０）で処理した後、この粒子１００
部にスチレン２４部、ジビニルスチレン１６部、過酸化
ジベンゾイル１部を混ぜ、アラビアゴム　５部を溶解し
た水５００部中に高速撹拌しながら注ぎ、粒子を激しく
分散させ８０℃で４時間重合を行った。得られた粒子は
ほぼ均一に厚さ約０．３μ■のポリマー薄膜で被覆され
ており、４Ｘ１．Ｏ１３Ω・Ｑｍの電気抵抗を示した。

この粒子２５部をフッ素系オイル（Ｄｕｐｏｎｔ社、Ｋ
ＲＹＴＯＸ　Ｌ４３Ａ　Ｙ　＞　７５部に分散し、電気
粘性特性を評価した。結果を表２に示す。

表　　２ なお本流体も　１２０℃で２４時間の電圧印加加熱試験
に対して安定した電気粘性効果を示した。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の電気粘性流体は本質的に
水を含有しないものであることから、高温の使用にも耐
え、また長期安定性もよく、バルブ、クラ′ツチ、振動
素子、振動吸収素子等のアクチュエーターにおいて、実
用性の高いものである。

特許出願人　旭化成工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無機質固体粒子を中心にその表面に導電性薄膜層、更に
   その表面に絶縁性薄膜層を形成した３層構造からなる微
   粒子が、電気絶縁性に優れた油状媒体中に分散している
   ことを特徴とする電気粘性流体。