JPH02150494A - 電気粘性液体 - Google Patents

電気粘性液体

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JPH02150494A
JPH02150494A JP63302227A JP30222788A JPH02150494A JP H02150494 A JPH02150494 A JP H02150494A JP 63302227 A JP63302227 A JP 63302227A JP 30222788 A JP30222788 A JP 30222788A JP H02150494 A JPH02150494 A JP H02150494A
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JP
Japan
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liquid
weight
electrorheological
viscosity
crystallized zeolite
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JP63302227A
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English (en)
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Yoshiki Fukuyama
良樹 福山
Yuichi Ishino
裕一 石野
Toshiyuki Osaki
俊行 大崎
Takayuki Maruyama
隆之 丸山
Tasuku Saito
翼 斎藤
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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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］ 本発明は電圧の印加によって粘性を増大する電気粘性液
体に関するものである。
［従来の技術］ 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、十分に強
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、プラスチックまたは固体の状態とな
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な（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
、少ない電力によっ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、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。
電気粘性液体の分散相としてはＵＳＰ３．０４７．５０
７号明細書に多くの物質が提案されており、その中で好
適な物質としてシリカゲルが挙げられている。
又、分散媒体としてはシリコーンオイルのような電気絶
縁油が用いられる。しかし分散相としてシリカゲルを用
いた電気粘性液体は電気粘性効果が小さく、実用のため
には不十分なものであった。
また、電気粘性効果の改良を目的として特開昭５３−９
３１８６明細書に分散相微粒子としてポリアクリル酸リ
チウムが提案されたが、この電気粘性効果には粒子が多
量の水を含有しているかあるいは意図的に含有させるこ
とが不可欠であり、そのため水による過度の導電性が避
けられず、消費電力の点で不利である。
特開昭６２−９５３９７明細書には、表面上のＡ　ｌ　
／　Ｓ　ｉ原子比が０．１５〜０．８０で１〜２５重量
％の水分を有する珪酸アルミニウムを分散相として用い
る電気粘性液体が開示されており、その実施例の中で多
くの結晶化ゼオライトを分散相とする電気粘性液体が挙
げられている。
一般に結晶化ゼオライトは、 一般式：　Ｍ　ＩＸ／Ｉｌ＋　［（Ａｔｏｍ）ＩＩ　（
ＳｔＯ＊ｌｙ］　・ｗ　ＨＪ（式中、Ｍは水素イオンま
たは平均電価数ｎ（Ｄ金属陽イオンまたは金属陽イオン
の混合物であり、Ｘ及びｙは整数、Ｗは結晶水のモル数
である）で表され、ＳｉとＡｌの原子比（ｙ／ｘ）が小
さい程親水性となることが知られている。特開昭６２−
９５３９７明細書の実施例の中の結晶化ゼオライトの場
合、表面組成よりも全体組成の方がＡＩが多くなってい
る為、表面上の原子比Ａ　ｌ　／　Ｓ　ｉが０．１５〜
０．８０は上記式中のｙ　／　ｘが約１〜約６．７の範
囲内に対応すると考えることができる。上記のように、
この組成の結晶化ゼオライトは親水性で、結晶中に多量
の水を含んでいる。
したがって、その水により過度の導電性が生じるため、
この電気粘性液体も消費電力の点で不利である。
さらに、ＵＳＰ４．７４４．９１４号明細書（特開昭６
３−１８５８１２）には、上記の水の問題点を解決すべ
く、 一般式：　Ｍ　＋１１／Ｉ１１　［（Ａｌ０ｉ）　ｗ　
（ＳｉＯｚ）ｙｌ　・ｗ　ＨａＯ（式中、Ｍは平均電価
数ｎの金属陽イオンまたは金属陽イオンの混合物、Ｘ及
びｙは整数であり、Ｘに対するｙの比は約１〜約５であ
り、モしてＷは不定である）で、吸着水を実質的に含ま
ない結晶化ゼオライトを分散相として用いる電界反応性
流体が開示されている。
吸着水を除く手段として、同明細書中には、非導電性流
体および粒状結晶化ゼオライトを、使用中こうむるであ
ろう温度よりも高い温度のもとて十分なガス抜きと水分
除去するに必要な時間処理することが記載されている。
同明細書の特徴としては、分散相に吸着水を実質的に含
まない粒状結晶化ゼオライトを採用すると、高電圧の存
在下、１００℃を越える温度で有害な水の放出なしに可
逆性の粘度上昇を示すことである。しかし、もともと含
水量の多い親水性の結晶化ゼオライトを水分除去処理を
すると、ゼオライト粒子表面が非常に活性となり、二次
凝集を形成し易くなる。電気粘性液体に高電圧を印加す
ると、分散相粒子が分極のため連結した構造となるが、
二次凝集があると核連結構造の再配列が起こり、電圧印
加時の粘度が安定するのに数分を要し、電気粘性効果の
特徴である速やかな応答性が得られな（なる、これは、
イオンの移動が速い高温においてはさほど問題にならな
いが、イオンの移動が遅い低温域で顕著に現れる。その
ためこの電界反応性流体は、乾燥工程を付加しなければ
ならないこと、および最も多く使用されるであろう室温
での用途に対して応答性の点で不利である。
［発明、が解決しようとする課題］ 本発明は、乾燥工程を必要とせず、電圧の印加および除
去に対して極めて速やかに応答し、かつ大きな電気粘性
効果および小さな電力消費を示す電気粘性液体の開発を
目的とする。
［課題を解決するための手段］ 本発明の電気粘性液体は、 一般式：　Ｍ　Ｉｌｌ／Ｉ１１　［（ＡｌＯ＊ｌ　ｘ　
（ＳｉＯｚｌ　ｙｌ−Ｗ　ＨａＯ（式中、Ｍは水素イオ
ンまたは平均電価数ｎの金属陽イオンまたは金属陽イオ
ンの混合物であり、Ｘ及びｙは整数、Ｗは結晶水のモル
数である）を有し、ＳｉとＡｌの原子比、即ちｙ　／　
ｘの値がｌＯ〜２００、水分保有量が０．０５〜１０重
量％で平均粒子サイズ０、Ｏ１〜２０ｕｍの結晶化ゼオ
ライト１〜６０重量％の分散相と、室温における粘度０
．６５〜５００センチストークス（ａＳｔ）の電気絶縁
油４０〜９９重量％の液相とがら構成されていることを
特徴とする。
上記の一般式を有し、ｙ／ｘの値がｌＯ〜２００、好ま
しくは３０〜１２０の結晶化ゼオライトは疎水性で、無
処理の状態で水分保有量が０．０５〜１０重量％の範囲
内、好ましい状態では１〜５重量％の範囲内にあり、導
電性が小さく、かつ大きな電気粘性効果を示すので、乾
燥工程を必要としない点で好ましい。したがって、乾燥
による二次凝集の問題も解決できる。
また、本発明で使用する結晶化ゼオライトは、製造方法
により粒子のサイズや形状のコントロールが容易であり
、電気粘性液体としての重要な性質である沈降性を改善
できる。該結晶化ゼオライトの電気粘性液体の分散相と
して適当な平均粒子サイズは０．０１〜２０μｍ、好ま
しくは０．３〜５μｍの範囲で、０．０１ｇｍ未満では
電場のない状態で初期粘度が著しく大きくなって電気粘
性効果による粘度変化が小さく、また２０μｍを趣える
と液体の分散相として十分な安定性が得られない。
一般式　Ｍ　ｌｘ／ｎ＋　［（Ａｌ０ｚｌ−（ＳｉＯｚ
ｌ　ｙｌ　’ｗ　Ｈ＊０におけるｙ／ｘの値が１０未満
では水による導電性が大きくなり水分を除去するために
乾燥工程が必要となるし、２００を越えると水が極めて
少な（なり大きな電気粘性効果が得られない。このより
なｙ／ｘの値を有する結晶化ゼオライトとしてはＺＳＭ
−５型が知られている。
液相な構成する電気絶縁油としては、炭化水素油、エス
テル油、芳香族系油やシリコーン油などを例示すること
が出来る。これらは単独で用いることができ、また２種
以上を併用することもできる。これらの電気絶縁油のな
かでもポリジメチルシロキサンやポリメチルフェニルシ
ロキサンなどのシリコーン油が、ゴム状の弾性を有する
材料と直接接触する状態でも使用できるという点で優れ
ている。
電気絶縁油の粘度は２５℃において０．６５〜５００セ
ンチストークス（ｃＳｔ）であり、好ましくは１０〜５
０ｃＳｔの粘度を有するものを用いる。液相の粘度が低
すぎると揮発分が多くなり電気粘性効果による粘度変化
が小さくなる。また適度に低粘度の電気絶縁油を液相と
することによって分散相を効率良く懸濁させることがで
きる。
本発明の電気粘性液体を構成する分散相と液相の割合は
、前記結晶化ゼオライトから成る分散相の含有量が１〜
６０重量％、好ましくは２０〜５０重量％であり、前記
電気絶縁油からなる液相の含有量が４０〜９９重量％、
好ましくは５０〜８０重量％である。分散相の量が１重
量％未満では電気粘性効果が小さく、６０重量％を越え
ると電場がないときの初期粘度が著しく太き（なる。
以下実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１ 平均粒子サイズ３μｍ％Ｓ　ｉ　／　Ａ　１の原子比１
００（水分含有量３．１重量％）のＨ−ＺＳＭ−５型詰
晶化ゼオライト粒子（触媒化成■製）４０重量％を、液
相成分である２５℃における粘度２０ｃＳｔのシリコー
ン油（東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５１−２０）６０
重量％に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た
。
実施例２ 平均粒子サイズ１μｍ、Ｓｉ／Ａｌの原子比３５．５（
水分含有量４重量％）のＨ−ＺＳＭ−５型詰晶化ゼオラ
イト粒子（触媒化成Ｈ製）４０重量％を、液相成分であ
る２５℃における粘度２゜ｃＳｔのシリコーン油（東芝
シリコーン■１ＪＴｓＦ−４５１−２０）６０重量％ニ
良（分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
実施例３ 平均粒子サイズ２μｍ、Ｓｉ／Ａｌの原子比１３（水分
含有量４．５重量％）＋７）Ｈ−ＺＳＭ−５型詰晶化ゼ
オライト粒子（触媒化成■製）４０重量％を、液相成分
である２５℃における粘度２゜ｃＳｔのシリコーン油（
東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５１−２０）６０重量％
ニ良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
比較例１ シリカゲル（日本シリカ■製：ニブシルＶＮ−３）の水
分量を６重量％に調節したもの１３重量％を、液相成分
である２５℃における粘度２０ｃＳｔのシリコーン油（
東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５１−２０）８７重量％
に分散、懸濁させて電気粘性液体を得た。
比較例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１００重量部に水
分を５重量部含有させたのち、粉砕、分粒して得られた
平均粒子サイズ約１０μｍのポリアクリル酸リチウム４
０重量％を、液相成分である２５℃における粘度２０ｃ
Ｓｔのシリコーン油（東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５
１−２０）６０重量％に分散、懸濁させて電気粘性液体
を得た。
比較例３ 平均粒子サイズ１μｍ、ｓｉ／Ａｔの原子比５．５（水
分含有量１３重量％）のＮａ−Ｍｏ１ｄｅｎｉｔｅ型結
晶化ゼオライト粒子（触媒化成■製）４０重量％を、液
相成分である２５℃における粘度２０ｃＳｔのシリコー
ン油（東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５１−２０）６０
重量％に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た
。
比較例４ 平均粒子サイズ１μｍ、Ｓｉ／Ａｌの原子比２．５（水
分含有量２０重量％）のＮａ−Ｙ型結晶化ゼオライト粒
子（触媒化成■製）３０重量％を、液相成分である２５
℃における粘度２０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコ
ーン■製ＴＳＦ−４５１−２０）７０重量％に良く分散
し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
比較例５ 比較例４で使用した平均粒子サイズｌｌ１ｍ、Ｓ　ｉ　
／　Ａ　ｌの原子比２．５（水分含有量２０重量％）の
Ｎａ−Ｙ型結晶化ゼオライト粒子（触媒化成■製）を真
空下、２７５℃で５時間乾燥したのち、真空中で１５時
間冷却し、室温まで戻した。
この乾燥粒子３０重量％を、液相成分である２５℃にお
ける粘度２０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコーン■
製ＴＳＦ−４５１−２０）７０重量％に良く分散し、懸
濁液として電気粘性液体な得た。
実施例１〜３および比較例１〜５でえられた各電気粘性
液体について、電気粘性効果の測定を行った。電気粘性
効果は二重円筒型回転粘度計を使用して、内外円筒間に
０〜２　ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍの電圧を印加した時の剪断
速度３６６ｓｅｃ−’、温度２５℃の剪断力で評価し、
同時に内外円筒間に流れる電流を測定した。
第１表に電圧をかけない場合の剪断力Ｔ０、電圧２ｋＶ
／ｍｍを印加した時の剪断力Ｔ、及び電圧２　ｋ　Ｖ　
／　ｍ　ｍを印加した時の電流密度を示す。
（以下余白） 第１表 また第１図は実施例１および比較例５の各電気粘性液体
の応答性を２５℃で２　ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍの電圧を印
加した時および電圧を取り除いた時の回転粘度計の剪断
力の変化の状態で表わした図で、Ａは実施例１．Ｂは比
較例５の電気粘性液体のデータであり、Ｅは電圧印加時
間を示す。
第１表に示されるように、実施例１〜３で得られた各電
気粘性液体は電気粘性効果が太き（、消費電力も小さい
。
これに対して、シリカゲル分散相を用いた比較例１の電
気粘性液体は消費電力は少ないものの、電気粘性効果が
劣る。また、ポリアクリル酸リチウム分散相を用いた比
較例２の電気粘性液体は消費電力が大きくなっている。
さらに、水分含有量の多い結晶化ゼオライトを用いた比
較例３．４の各電気粘性液体は消費電力が極めて大きい
。
一方、比較例４で使用１７た結晶化ゼオライト粒子を乾
燥して水分を除去した粒子を用いた比較例５の電気粘性
液体は、水分の除去により消費電力は小さ（なり、かつ
剪断力は大きく変化するものの、第１図に示すように２
　ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍの電圧を印加した時の剪断力が不
安定で、しかも電圧を取り除いた時の剪断力の応答が遅
い。この原因としては、水分除去処理によるゼオライト
粒子の二次凝集が考えられる。
これに対して、乾燥工程を必要としない本発明の結晶化
ゼオライトを用いた実施例１の電気粘性液体は、電圧変
化時の剪断力が瞬時に応答している。
［発明の効果］ 乾燥工程を必要とせず、電圧の印加および除去に対して
極めて速やかに応答し、かつ大きな電気粘性効果および
小さな電力消費を示す電気粘性液体が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施例１および比較例５の各電気粘性液体の
応答性を２５℃で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加した時およ
び電圧を取り除いた時の回転粘度計の剪断力の変化の状
態で表わした図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 一般式：Ｍ＿（＿ｘ＿／＿ｎ＿）［（ＡｌＯ＿２）＿ｘ
    （ＳｉＯ＿２）＿ｙ］・ｗＨ＿２Ｏ（式中、Ｍは水素イ
    オンまたは平均電価数ｎの金属陽イオンまたは金属陽イ
    オンの混合物であり、ｘ及びｙは整数、ｗは結晶水のモ
    ル数である）を有し、ＳｉとＡｌの原子比、即ちｙ／ｘ
    の値が１０〜２００、水分保有量が０．０５〜１０重量
    ％で平均粒子サイズ０．０１〜２０μｍの結晶化ゼオラ
    イト１〜６０重量％の分散相と、室温における粘度０．
    ６５〜５００センチストークス（ｃＳｔ）の電気絶縁油
    ４０〜９９重量％の液相とから構成されていることを特
    徴とする電気粘性液体。
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