JPH02169025A - 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】 ［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。

Ｃ従来の技術］ 電気粘性液体は、親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
体の粘度が増加する機能性材料である。

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、少ない電力によって大きな粘−度変化を与λるので
、例えばクラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ−、パ
イブレーク−５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。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、電気粘性液体の構成要素の一つである固体粒子と
しては１表面から水を吸収させ微細化させたセルロース
、デンプン、シリカゲル、イオン交換樹脂、ポリアクリ
ル酸リチウム等を、また他の構成要素である液相として
はＰＣＢ、セバシン酸ブチル、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知られているが
、実用性に乏しく、実用価値のある極めて性能且つ安定
度の高い電気粘性液体はいまだ存在しない。

実用的な電気粘性液体に要求される特性としては、大き
な電気粘性効果を示し、電場がかかった時の電力消費が
少なく、かつ電場が取り除かれた時には小さい粘性を持
つことである。

しかしながら上記のように電気粘性効果の発現を促進す
るために水を吸収させた分散相では粒子間を流れる電流
も同時に増えてしまうため、電力消費に大きな問題があ
った。特にこの傾向は高温になるにつれて強まり、従来
の分散相を用いた電気粘性液体の使用温度の上限は７０
〜８０℃くらいで、それ以上の高温で使用すると電流が
過剰に流れてしまい消費電力が非常に高（なるとともに
水分蒸発による電気粘性効果の発現力や応答性の低下な
どが時間とともに起こるため、高温の雰囲気で使用され
る場合はもちろん室温付近で使用される場合においても
、過剰の電流が流れることと水分の蒸発による性能変化
が起こることは、従来の水分を吸収させた分散相を含む
電気粘性液体の実用化への障害であった。

そのため、水分を含むことによる性能低下がな（、電気
消費量が少な（、かつ高い電気粘性効果を示す電気粘性
液体の開発が望まれていた。

［課題を解決するための手段］ したがって本発明は水分をほとんど含まず、高い電気粘
性効果を示すが、電力消費量は少ない電気粘性液体の提
供を目的としたもので、電気絶縁性薄膜で被覆された炭
素含有量８５重量％以上で平均粒径０１０１〜１００ミ
クロンの炭素微粒子を分散相とし、室温における粘度１
〜５００センチストークス（ｃＳｔ）の電気絶縁油を液
相とすることを特徴とする電気粘性液体によってこの目
的を達成した。

本発明における炭素含有量８５重量％の炭素微粒子とし
てはカーボンブラックのような無定形炭素微粒子、コー
ルタールピッチやＰＶＣ等から生成されるメソフェーズ
カーボンマイクロビーズ、メソフェーズカーボンマイク
ロビーズを熱処理した黒鉛マイクロビーズ、無煙炭等の
石炭の微粉砕物、フェノールホルムアルデヒド樹脂マイ
クロビーズ等の熱硬化性樹脂マイクロビーズの炭化物な
どがあり、これらの中である種のものはそのまま電気粘
性液体の分散相として利用できるものであるが、一般に
は電気粘性効果があまり発現しないか、又は電流が著し
く多く流れるため、これらの炭素微粒子をそのまま分散
相として用い高性能の電気粘性液体を得ることは難しい
。

しかしながら本発明者らは、この中で電流が著しく流れ
る分散相については炭素微粒子の表面を電気絶縁性薄膜
で被覆することにより電圧印加時の電流は著しく減少さ
せることは出来るが、電気粘性効果はあまり減少しない
ことを見出した。

ここで電気絶縁性薄膜としては、有機、無機にかかわら
ず薄膜を炭素微粒子表面に形成できれば良いが、薄膜の
最適な厚さは該炭素微粒子の導電率に左右される。すな
わち炭素微粒子の導電率が高い場合は絶縁性薄膜は相対
的に厚いほうが良好で、逆に該微粒子の導電率が低い場
合は絶縁性薄膜は相対的に薄いことが、高い電気粘性効
果を保ち、電圧印加時の電流を低くするために必要であ
る。また炭素含有量が８５重量％以下の炭素微粒子は導
電率が低く電気粘性効果をほとんど示さない。

このような電気絶縁性薄膜は高分子溶液からの粉体への
コーティング、小径粒子を乾式で混合し粉体の表面で溶
融するハイブリダイゼーション、シラン処理等の表面処
理、スパッタリング真空蒸着、モノマーからの重合など
によって形成され、使用される電気絶縁性物質としては
ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂
などの合成高分子物質、メチルトリメトキシシラン、フ
ェニルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、
トリメチルクロルシランなどのシラン処理剤、カルボキ
シル基や水酸基を持ちジメチルポリシロキサンやフェニ
ルメチルポリシロキサン構造を主鎖とする変性シリコー
ンオイル、シリカ、アルミナ、ルチルなどの無機化合物
が代表例として挙げられる。

このようにして作成された電気絶縁性薄膜で被覆した炭
素微粒子を電気粘性液体の分散相として用いることによ
り、水分をほとんど含まず、粒子内の炭素質の導電性に
よる分極作用によって高い電気粘性効果を示すが、電気
消費量の少ない電気粘性液体を得ることができる。

電気粘性液体の分散相として好ましい粒子径は０．０１
〜１００ミクロンの範囲である。０．０５ミクロン未満
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１００ミクロ
ンを越えると液体の分散相としての十分な安定性が得ら
れない。

液相を構成する電気絶縁油としては、炭化水素油、エス
テル系油、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が、電気絶縁油が該電気
絶縁層を溶解しないように電気絶縁油と電気絶縁層の組
合せを選択する必要がある。

電気絶縁油の粘度は２５℃において１〜５００センチス
トークス（ｃＳｔ）であり、好ましくはｌＯ〜５０ｃＳ
ｔの粘度を有す不ものを用いる。

液相の粘度が低すぎると揮発分が多（なり液相の安定性
が悪（なる。液相の粘度が高すぎると電場のない時の初
期粘度が高くなり、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
、該炭素微粒子からな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９９〜４０重量％、好ましく
は８０〜５０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
がない時の初期粘度が著しく大きくなる。

本発明の電気粘性液体には、本発明の効果を損なわない
範囲内で、他の分散相や界面活性剤１分散剤、無機塩な
どの添加剤を配合することができる。

以下実施例により本発明を具体的に説明する。

実施例１ コールタールピッチを原料としたメンフェーズカーボン
マイクロビーズ（平均粒子径１６，５μｍ）を窒素気流
中４５０℃で熱処理し、炭素含有ｆｆ１９３．４重量％
とじた炭素微粒子をフェニルトノメトキシシランのキシ
レン溶液中で８０℃、６時間加熱還流後濾別し、表面を
シラン処理した微粉末を得た。この微粉末４０重量％を
液相成分である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシリコ
ーン油（東芝シリコーン■製：　ＴＳＦ４５１−１０）
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 コールタールピッチを原料としたメンフェーズカーボン
マイクロビーズ（平均粒子径１９，３μｍ）を窒素気流
中６００℃で熱処理し、炭素含有１ｆｆ１９４．４重量
％とじた炭素微粒子をメチルトリメトキシシランのキシ
レン溶液中で８０℃、６時間加熱還流濾別し表面をシラ
ン処理した微粉末を得た。この微粉末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：ＴＳＦ４５１−２０）６０
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３ コールタ−ルビ カーボンマイクロビーズ（平均粒子径１４．５μｍ）を
窒素気流中７００℃で熱処理し、炭素含有量９５、５重
量％とした炭素微粒子に、平均粒子径０．２５μｍのポ
リメチルメタクリレート球状微粒子を重量比１００：５
の割合で加え，この混合物を奈良製作所製ハイブリダイ
ザ−に投入し。

ポリメチルメタクリレ−１・の薄膜層によってコーティ
ングされた炭素微粉末を得た。この微粉末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（（７）製；ＴＳＦ４５１−２
０）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４ 実施例１で用いたシラン処理後の炭素微粉末を１３０℃
で２時間加熱し、実施例１と同様な処方で電気粘性液体
を得た。

比較例１ 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％量含有させたのち、粉砕、分粒して得られ
た平均粒子径的１００μｍ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：ＴＳＦ４５
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２ 実施例３で用いた薄膜層をコーティングする前の炭素微
粉末４０重思％を液相成分である２５℃における粘度２
０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ
４５１−２０）ｓｏ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３ 比較例１で用いたポリアクリル酸リチウム微粉末を１．
３０℃で２時間乾燥させて水分量０．５重量％とし、比
較例１と同様な処方で電気粘性液体を得た。

実施例１〜４及び比較例１〜３で得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なった。電気粘性
効果は二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間に電
圧を印加したときの、同一剪断速度（３７５ｓｅｃ−’
）、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。

Ｔｏ　：電場をかけない時の剪断力 Ｔ　：電場（Ｉｋｖ／ｍｍ）をかけた時の剪断力第１表
に電圧をかけない場合の剪断力Ｔｏ、電圧ＩＫＶ／ｍｍ
を印加した時の剪断力Ｔ、その差Ｔ−Ｔｏ、および電圧
ＩＫＶ／ｍｍを印加した時の電流密度を示す。

［イ乍用］ 第１表において電場（ＩＫＶ／ｍｒｎ）をかけた時の剪
断力Ｔから電場をかけない時の剪断力ＴＯを引いた差Ｔ
−Ｔｏは液体の電気粘性効果の大小を表す。即ち第１表
のＴ−Ｔｏの大なる液体が大きい電気粘性効果を示す。

同時に電場（１，ＫＶ／ｍｍ）をかけた時の電流密度の
大小は電気粘性効果を発現するための消費電力を示す。

第１表のように実施例１〜２はいずれも比較例１よりも
高い電気粘性効果を示し、消費電力も同じレベルである
。乾燥によって水分をほとんど含まない状態になっても
、実施例４のように電気粘性効果はほとんど変化しない
。

一方、比較例１も高い電気粘性効果を示し、消費電力も
少ないが、水分を含むため比較例３のように乾燥により
電気粘性効果は示さなくなる。

また比較例２のように絶縁薄膜で被覆しない場合は過大
電流が流れるが、実施例３のように絶縁薄膜で被覆する
ことにより消費電力が低減でき電気粘性液体として動作
する。

［発明の効果］ 水分含有量の多少による性能変化がなく、電力消費量が
少な（、かつ電気粘性効果を示す電気粘性液体が得られ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気絶縁性薄膜で被覆された炭素含有量８５％重量以上
   で平均粒径０．０１〜１００ミクロンの炭素微粒子を分
   散相とし、室温における粘度１〜５００センチストーク
   ス（ｃＳｔ）の電気絶縁油を液相とすることを特徴とす
   る電気粘性液体。