JPH01304189A - 電気粘性液体 - 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】 イ４発明の目的 ・　の１ 本発明は電圧の印加によりて粘性を増大する電気粘性液
体に関するものである。

【及重韮１ 電気粘性液体は、疎水性で非導電性の油の中に微細に分
割した親水性の固体が分散している懸濁液で、充分に強
い電場の作用の下で極めて速やかに、しかも可逆的に液
体の粘度が増加し、あたかもプラスチックまたは固体の
状態になるものである。

粘度を変化させるためには直流の電場だけではなく交流
の電場も使用することができ、必要な電流は非常に小さ
く、少ない電力によりて強力な力を与えるので、例えば
、クラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ−、バイブレ
ータ−１防振ゴム、或はワークピースを正常な位置に保
持するシステムを制御するための電気−機械のインター
フェイス等における構成要素として使用することができ
る。

電気粘性液体を利用する多くの構成要素において、電気
粘性液体はゴム状の弾性を有する材料と直接接触する状
態で使用される。

従来、電気粘性液体の構成成分の−っである固体微粒子
としては、表面に水を吸着させたセルロース、デンプン
、シリカゲル、イオン交換樹脂等を、また他の構成成分
である分散媒体としては、塩化ビフェニール、セバシン
酸ジブチル、トランス油、塩化パラフィン、シリコーン
油等を使用したものが存在するが、実用価値に乏しく、
使用可能な実用価値のある極めて高性能かつ安定度の高
い電気粘性液体は未だ存在しない状況である。

電気粘性液体が実用に供せられていない主たる理由は、
一般に分散相となる微粉末の比重が液相成分の比重より
も大きい等の理由により、長期間放置した時相分離を起
こして沈降し、再び分散させるのが困難な沈殿物を形成
するためである。

このような問題を解決する手段として、比重の小さい微
粉体を採用するか、比重の大きい液相成分を採用するか
して、分散相と液相との比重差を小さくする方法がある
。

前者の場合、微粉末はデンプンなどの有機物に限定され
電気特性の長期的な安定性に欠ける。

後者の場合、電気粘性効果を改良するため日本特開昭５
３−９３１８０に開示されている如く分散相として例え
ばボッアクリル酸リチウムの微粒子を使用する時には、
この微粒子の比重は約１．４程度もあるので、液相成分
としてハロゲン化ジフェニールやハロゲン化パラフィン
などの比重が大きいものを採用しなければならないが、
電気粘性液体を利用する多くの構成要素において電気粘
性液体はゴム状の弾性を有する材７４と直接接触する状
態で使用されるため、塩化ジフェニールや塩化パラフィ
ンなどを使用する電気粘性液体はゴム状弾性材料に対し
て劣化、膨潤、場合によっては溶解などの悪影響を及ぼ
してしまうので、上記のようなゴム状の弾性を有する材
料と直接接触する状態で使用する構成要素には適してい
ない。

さらに、塩化ジフェニールや塩化パラフィンのようなハ
ロゲン化物は、熱、力等の刺激によりハロゲン化水素を
発生し、電気粘性液体を利用する多くの構成要素におい
て用いられる金属類を腐食してしまう。

日本特開昭６１−４４９９８では、この点を解決するた
めにシリカゲルとシリコーン油を基にし、分散剤として
アミノ官能性、ヒドロキシ官能性、アセトキシ官能性、
又はアルコキシ官能性のポリシロキサンを用いた電気粘
性液体が提案されているが、長期間にわたって静置した
時に分散相の粒子が沈降して相分離を起こし、再び分散
させるのに労力を要するなど、上述の沈降性に関しては
依然として実用に耐えないのが実情であった。

、日が　゛　よ゛と　　口 本発明は、長期間にわたって安定で、且つ高い電気応答
性を示し、さらにゴム状弾性材料と直接接触させて使用
することができる電気粘性液体を提供する事を目的とす
る。

口１発明の構成 １、′占　゛　　た　の 本発明に係る電気粘性液体は、オルガノシリカゾルと比
重０．９０〜１．３０の非反応性のシリコーン油又は変
性シリコーン油との混合物で、５〜４５重量％のＳＩＯ
，を含有していることを特徴とする。

本発明に用いられるオルガノシリカゾルは、アルカリ金
属を５ｉＯａ／Ｍｅ、Ｏ（Ｍｅは１価アルカリ金属原子
）のモル比として５〜５０００、場合によっては無限大
になる程度含み（好ましくは１５〜１０００）、シリカ
粒子径１〜１５００ｍｐ（好まし・〈は、５〜５００ｍ
μ）、分散媒体としてはメタノール、エタノール、Ｉ−
プロパツール、ｔ−ブタノール、エチレングリコールや
ポリエチレングリコール等のグリコール類、アセトン、
ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン等の親水性
の有機溶剤単独またはこれらの混合溶剤、若しくは上記
親水性有機溶剤と疎水性有機溶剤の混合溶剤より選ばれ
たものが好ましく用いられる。

またオルガノシリカゾルの固形分はＳ　Ｉ　Ｏ＊として
５〜６０重量％、好ましくは１０〜５０重量％であるこ
とが、非反応性のシリコーン油又は変性シリコーン油と
の混合物である電気粘性液体中にＳｉ・０２を５〜４５
重量％供給するために必要である。

本発明の電気粘性液体に用いられるべき分散媒体として
は、非反応性のシリコーン油又は変性シリコーン油が好
ましく用いられ、これらの例としては、ポリジメチルシ
ロキサン、ポリメチルフェニルシロキサン、ポリジフェ
ニルシロキサン、ポリメチルクロロフェニルシロキサン
、ポリメチル長鎖アルキルシロキサン、ポリメチルシア
ノプロピルシロキサン、ポリメチル−３，３，３−トリ
フルオロメチルシロキサンより選ばれたユニットの単独
若しくは共重合体の少なくとも一つ又はそれらの混合物
より選ばれたものが用いられる。

また該分散媒体として用いる非反応性のシリコーン油又
は変性シリコーン油の比重は、０．９０〜１．３０、好
ましくは０．９１〜１．１０、更に好ましくは０．９３
〜１．０５である事が望ましい。該シリコーン油又は変
性シリコーン油の中で非反応性の物の比重が０．９０以
下でも１．３０以上でも電気粘性液体の安定性は満足な
ものでなくなってしまう。

また該分散媒体として用いる非反応性のシリコーン油又
は変性シリコーン油の粘度は、室温において３〜３００
センチボイス（ｃｐ）、好ましくは５〜２５０センチボ
イズ（ｃｐ）、更に好ましくは５〜５０センチボイズ（
ｃｐ）の粘度を有する物を用いる事が必要である。該分
散媒体の粘度か適当な範囲にある場合、その粘度は低い
ほど、該分散媒体を用いた電気粘性液体の粘度も低くな
り、結果として電気応答による粘度変化のダイナミック
レンジを大きくする事、すなわち電気粘性液体に高い電
気応答性を付与することができる。

該分散媒体の粘度が３センチボイズ（ｃｐ）以下だと分
散媒体を熱安定性が極端に悪くなってしまい、３００セ
ンチボイズ（ｃｐ）以上だと初期粘度が高くなってしま
い、結果として電気応答性が悪くなってしまう。

本発明の電気粘性液体においては、上述した比重０．９
０〜１．３０の非反応性のシリコーン油又は変性シリコ
ーン油中にオル、ガノシリカゾルから供給されるＳｉｎ
、を均−且つ安定に分散させるために、適当な分散安定
剤を用いることが重要である。

本発明において分散安定剤は次のような役割を果たす、
即ち、 ア、電気粘性液体における分散相の沈降に暴く相分離の
原因となる、ゾル中の存在している微粒子問における凝
集を防ぎ、結果として電気粘性液体の安定性を高める役
割。

イ、電気粘性液体中に存在する微量の塩基成分により引
き起こされるゾル中の存在している微粒子の劣化もしく
は溶解を防ぎ、結果として電気粘性液体の安定性を高め
る役割。

の２点である。

このような役割を果たす分散安定剤としては、下記の（
ａ）〜（ｆ）の様な物が使用できる。

（ａ）少なくとも１種類以上の 一般式 ％式％（） で表される珪素元素を分子内に含有する化合物。

上記の珪素元素を分子内に含有する化合物としては、上
記一般式（Ｉ）及び（ＩＩ）に於けるＴ１換基Ｘか疎水
性の構造であることが必要である。

疎水性の置換基としては、（Ｉ）の構造に対してはメチ
ル基、エチル基、ｎ−プロピル基、１−プロピル基、ｎ
−ブチル基、ｉ−ブチル基、Ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル
基、ｎ−ペンチル基、ｎ　−ヘキシル基、Ｃ−ヘキシル
基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、
ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ステアリル基等の飽和
炭化水素基、ビニル基、アリル基等の不飽和炭化水素基
、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ビフェニル基
等の芳香族炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ポリシ
ロキサンの構造等を有する１官能性の疎水性Ｗ換基が代
表的なものであり、（ｎ）の構造に対してはメチレン基
、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペ
ンタメチレン基、オクタメチレン基、プロピレン基、エ
チリデン基等の飽和炭化水素基、ビニレン基、プロペニ
レン基等の不飽和炭化水素基、フェニレン基、ナフチレ
ン基等の芳香族炭化水素基、ハロゲン化炭化水素基、ポ
リシロキサンの構造等を有する２官能性の疎水性置換基
が代表的なものである。

（ｂ）塩基性の反応基を持つ変性シリコーン油。

塩基性の反応基を持つ変性シリコーン油としては、 一般式 Ｒ”　＝　　−ＣＨ＊ＣＨＪＨｔ又は−（：ＨｉＣＨｉ
ＮＨ（：Ｈ＊ＣＨ＊ＮＨ＊Ｒ２＝　　−ＯＲ（Ｒ−−Ｈ
，Ａｌｋｙｌ又はＡｒｙｌ）で表される３つの構造ユニ
ットの内の少なくとも■を有するもの又は■と■及び／
又は■との組み合わせを有するもの、或はそれらの混合
物より選ばれたものが用いられる。

また該アミノ変性シリコーン油の粘度は、室温において
５〜３００センチボイズ（ｃｐ）、好ましくは８〜２５
０センチボイズ（ｃｐ）、更に好ましくは５〜５０セン
チボイズ（ｃｐ）の粘度を有する物を用いる事が必要で
ある。該アミノ変性シリコーン油の粘度が５センチボイ
ズ（ｃｐ）以下だと分散安定性能が極端に悪くなってし
まい、３００センチボイズ（ｃｐ）以上だと初期粘度が
高くなってしまい、結果として電気応答性が悪くなって
しまう。

（Ｃ）ポリエチレングリコール構造及び／又はポリプロ
ピレングリコール構造を分子内に持つ変性シリコーン油
。

該変性シリコーン油としては、 一般式 ％式％ で表される３つの構造ユニットの内の少なくとも■を有
するもの又は■と■及び／又は■との組み合わせを有す
るもの、或はそれらの混合物より選ばれたものが用いら
れる。

また該変性シリコーン油の粘度は、室温において５〜３
００センチボイス（ｃｐ）、好ましくは８〜２５０セン
チボイス（ｃｐ）、更に好ましくは５〜５０センチボイ
ズ（ｃｐ）の粘度を有する物を用いる事が必要である。

該変性シリコーン油の粘度が５センチボイス（ｃｐ）以
下だと分散安定性能が極端に悪くなってしまい、３００
センチボイス（ｃ　ｐ）以上だと初期粘度が高くなって
しまい、結果として電気応答性が悪くなってしまう。

（ｄ）アルコール類又はグリコール類。

これらの例としては、メタノール、エタノール、■−プ
ロパツール、ｎ−プロパツール、ｎ−ブチルアルコール
、エチレングリコール、トリメチレングリコール、プロ
ピレングリコール、ポリエチレングリコール、ヒドロキ
シエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレー
ト、ポリビニルアルコールアクリレート、ポリビニルア
ルコールメタクリレート、ポリビニルアルコールジアク
リレート、ポリビニルアルコールジメタクリレート、ア
リルオキシポリビニルアルコール、ジアリルオキシポリ
ビニルアルコール等の水酸基構造を分子内に有するもの
が挙げられる。

（ｅ）ポリエチレングリコール構造及び／又はポリプロ
ピレングリコール構造を分子内に持つオリゴマー。

これらの例としては、ポリエチレングリコール。

ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールア
クリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレ
ート、ポリエチレングリコールメタクリレート、メトキ
シポリエチレングリコールメタクリレート、ポリエチレ
ングリコールジアクリレート、メトキシポリエチレング
リコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメ
タクリレート、メトキシポリエチレングリコールジメタ
クリレート、アリルオキシポリエチレングリコール、メ
トキシアリルオキシポリエチレングリコール、ジアリル
オキシポリエチレングリコール等が挙げられる。

（ｆ）長鎖アルキルアミン又はポリアミンの４級アンモ
ニウム塩。

上記した（ａ）〜（ｆ）の分散安定剤は、それぞれ単独
でも、併用しても構わない。

また本発明の電気粘性液体には、オルガノシリカゾル中
に存在している微粒子表面の荷電の量を制御し、結果と
して電気粘性液体の性能を高める役割を果たす荷電増量
剤を混合する事ができる。

微粒子表面に電気粘性液体を高める為に荷電構造を付与
する役割を果たす荷電増量剤としては、アンモニウム塩
構造、フォスフオニウム塩構造で代表されるカチオン構
造、カルボン酸金属塩、スルフォン酸金属塩、燐酸金属
塩で代表されるアニオン構造のいずれかもしくは両方の
構造を有しているものが好ましく用いられる。

該荷電増量剤の具体例としては、 一般式　　Ｘ−３１→０Ｒ）３　　　（ｍ）で表される
珪素元素を分子内に含有する化合物で、置換基Ｘが、ア
ンモニウム塩構造、フォスフオニウム塩構造で代表され
るカチオン構造、カルボン酸金属塩、スルフォン酸金属
塩、隣酸金属塩で代表されるアニオン構造のいずれか、
もしくは両方の構造を有しているか、もしくは有する可
能性を持つ物、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレ
ート及びその４級塩、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメ
タクリレート及びその４級塩、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノ
エチルアクリルアミド及びその４級塩、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルアミノエチルメタクリルアミド及びその４級塩、Ｎ、
Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリレート及びその４級
塩、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノプロピルメタクリレート及
びその４級塩、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリ
ルアミド及びその４級塩、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノプロ
ピルメタクリルアミド及びその４級塩、アリルアミン及
びその４級塩、アクリルアミド及びその誘導体、メタク
リルアミド及びその誘導体、アクリロイルモルフォリン
で代表されるアミン若しくは４級アンモニウム塩の誘導
体が挙げられる。

電気粘性液体の性能向上という観点より、上記荷電増量
剤と前記した分散安定剤は、それぞれ−方だけの使用に
際しても、もちろんその結果は発揮されるが、両者の併
用時に最もその効果を認識することができる。

また分散安定剤と荷電増量剤の種類は、本発明の主旨に
外れない範囲で上記具体例に拘束されるものではない。

該分散安定剤と荷電増量剤のトータルの量は、ゾル中の
固形分１００重量部に対して３〜８０重量部であること
が望ましく、好ましくは５〜５０重量部、さらに好まし
くは８〜４０重量部である事が望ましい、この量が３重
量部以下でも８０重量部以上でもでも、電気粘性液体の
安定性が実用に酎えない物となる。

また分散安定剤と荷電増量剤の比率は、１００：０〜５
：９５、好ましくは９０：１０〜１５：８５、更に好ま
しくは８０　：　２０〜３０　：　７０である。分散安
定剤の比率が０％たと電気粘性液体の安定性が実用に耐
えない物となる。

本発明の電気粘性液体において分散相の量は、５〜４５
重量％、好ましくは１０〜４０重量％、さらに好ましく
は１５〜３５重量％であることが必要である。分散相の
是が５重量％未満たと電気粘性効果が乏しく、４５重量
％を越えると初期粘度が高くなってしまい、結果として
電気応答性が悪くなってしまう。

実施例 以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に
説明するが、本発明の要旨を越えない限り、以下の実施
例に限定されるものではない。

え胤■」 市販の、室温で粘度２０ｃｐ、比重０．９５のシリコー
ン油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ４５１−２０）６０
ｇにアミノ変性シリコーン油（ＴＳＦ４７００：東芝シ
’Ｊ：ｒ−：／■製）１０ｇを混合したシリコーン混合
油に、１−プロパツールを分散媒とした固形分４０重量
％のオルガノシリカゾル（日産化学■製）７５ｇにオク
タデシルジメチル（３−（）リメトキシシリル）プロピ
ル〕アンモニウムクロリド（トーμ・シリコーン■製：
ＡＹ４３−０２１）５ｇ迄徐々に添加して得られた混合
液を少量づつ徐々に添加して電気粘性液体を得た。

１１■ユ 市販の、室温で粘度１０ｃｐ、比重０．９５のシリコー
ン油（東芝シリコーン輛製：ＴＳＦ４５１−２０）Ｂｏ
ｇにアミノ変性シリコーン油（ＴＳＰ４７００：東芝シ
リコーン■製）Ｌｏｇな混合したシリコーン混合油に、
ｎ−ブチルアルコールを分散媒とした固形分４０重量％
のオルガノシリカゾル（日産化学■製）１５ｇ及びメタ
ノールを分散媒とした固形分４０重量％のオルガノシリ
カゾル（日産化学輛製）６０ｇにオフデジタルジメチル
［３−（トリメトキシシリル）プロピル〕アンモニウム
クロリド（トーレ・シリコーン■製：ＡＹ４３−０２１
）５ｇを徐々に添加して得られた混合液を少量づつ徐々
に添加した後、１昼夜室温にて放置しメタノール分を乾
燥させ電気粘性液体を得た。

比」Ｌ泗」２ 市販されているポリアクリル酸を水酸化リチウムで中和
して得られたポリアクリル酸リチウム１ｏＯ重量部に水
分を３０重量部含有させ粉砕分粒して得られた平均粒径
約１０μｍの含水ポリアクリル酸リチウム３０重量％を
、室温において粘度２０ｃｐ、比重０．９５のシリコー
ン油（東芝シリコーン輛製：ＴＳＦ４５１−２０）に分
散させ懸濁液とした。

塩１九ｌ 市販されている粒径２００ｍμのシリカ粉体を分散剤と
してアミノ変性ポリシロキサンを用い。

室温において粘度２０ｃｐ、比重０．９５のシリコーン
油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ４５１−２０）に分散
させ懸濁液とした。

左１五１ 各サンプルの粘度測定は二重円筒回転型粘度計を使用し
、内外円筒間に電圧を印加し、同一剪断速度（３７５ｓ
ｅｃ−’）における当該粘度計の軸力（トルク）で表し
た値を第１表に示した。

第　　１　　表 ＊１ニ一定の剪断速度における電場の強さＥとトルクＴ
との関係を示した第１図において、Ｔｏは電場をかけて
いない時のトルク、Ｓは印加電場に対するトルクの変化
の割合、Ｅ、は臨界電場を表し、Ｅｏ以下では電気粘性
効果は観測されない。

また、沈降性の評価はメスシリンダーに電気粘性液体を
入れ３日間室温にて放置し、その沈降状況を目視にて評
価した。評価した値は第２表に示した通りである。

第　　２　　表 第１表及び第２表で明らかなように、本発明の電気粘性
液体は、沈降・分離などの現象が極端に制御され、初期
粘度も低く、結果として安定性に非常に優れ、かつ電気
応答性にも優れる。

ハ１発明の効果 本発明の電気粘性液体は、長期間にわたって安定で、優
れた電気応答性を示し、且つゴム状の弾性を示す材料な
膨潤・溶解させる油又は溶剤を含まないために、ゴム状
弾性材料と直接接触する状態で使用することができ、更
に分散相が軽量な為電気粘性液体の軽量化をも可能にし
、各種デバイスに有用に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一定の剪断速度における電場の強さＥとトルク
Ｔとの関係を示す図で、Ｔｏは電場をかけていない時の
トルク、Ｓは印加電場に対するトルクの変化の割合、Ｅ
ｏは臨界電場を表し、Ｅ。 以下では電気粘性効果は観測されない。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. オルガノシリカゾルと比重０．９０〜１．３０の非反応
   性のシリコーン油又は変性シリコーン油との混合物で、
   ５〜４５重量％のＳｉＯ＿２を含有していることを特徴
   とする電気粘性液体。