JPH02169695A - 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］ 電気粘性流体とは、粘性を電圧で制御できる流体のこと
であり、バルブやクラッチなどの新しいアクチエーター
として、振動吸収装置、トルク伝達装置、油圧制御シス
テムなどの用途での応用が期待されている。本発明は電
気粘性流体の性能の向にに係るものである。

［従来の技術］ シリカ、水酸化亜鉛、デンプンなどの粒子を僅かに含水
させケロシン、スピンドル油、トランス油などの電気絶
縁性液体に分散させた流体を電極間に挾み電圧をかける
と、流体の粘度が著るしく増大する現象はＷｌｎｓｌｏ
ｖ効果と呼ばれ、このような流体はＷｌｎｓｆｏｗ流体
と呼ばれ代表的な電気粘性流体として１９４０年代から
知られている。

Ｗｌｎｓｆｏｗ効果を高める方法として、その後、イオ
ン交換樹脂粒子を用いる方法（特開昭５０−９２２７８
号公報）、界面活性剤と水又はアミンを含んだシリカ・
アルミナ粒子を用いる方法（米国特許節３．３６７．８
７２号）、水や金属イオン水溶液を層間に含存し得るマ
イカなどの積層構造粒子を用いる方法（特公昭４９−５
１１７号公報）などが提案されている。また最近では実
質的に非含水の粒子を分散させた新しいタイプの電気粘
性流体として、ポリ（アセン−キノン）などのａ機半導
体粒子を用いる方法（特開昭８１−２１８２０２号公報
）、表面を絶縁性薄膜層で被覆した有機導電体粒子を用
いる方法（特開昭８３−９７６９４号公報）などが提案
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 電気粘性流体の性能としては、できるだけ低い印加電圧
で、できるだけ大きな粘性変化を示すことが望まれる。

分散させる粒子のｊ白文を高める方法や分極し易い粒子
を用いる方法は有効ではあるが、電気粘性流体自体の粘
度や電流量の上昇をもたらし好ましくない。本発明はこ
れらの問題を惹起せず、できるだけ大きな粘性変化を得
ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは粒子の粒径や粒径分布と粘性変化の関係を
検討し、粒径増大により粘性変化も増大する傾向を見出
したが、実験結果の再現性には問題があった。そこで多
くの結果を詳細に調べてみたところ、粘性変化の低い電
気粘性流体には微細粒子の混合している場合が多いこと
を見出し、微細粒子の混合が粘性変動の要因と考え、更
に詳しく検討した結果、本発明に到達した。

すなわち、本発明は電気絶縁性に優れた流体に誘導体粒
子を分散せしめた電気粘性流体において、該粒子が粒径
ｌμ−以下の微細粒子を全一粒子あたり１０ｗｔ％以上
含まないことを特徴とする電気粘性流体にある。

本発明が適応できる誘導体粒子は、所謂Ｗｌｎｓｌｏｗ
ｕの含水粒子タイプと非Ｗｌｎｓｌｏｖ型の非含水粒子
タイプのいずれでもよい。前者には水酸基、スルホン基
、アミド基などの親水性基を有し水を吸若し易い、デン
プン、セルロース、カゼイン、イオン交換樹脂などの粒
子、金属の酸化あるいは水酸化物で微細孔や層間に水を
保持し易い、シリカ、シリカアルミナ、アルミナ、水酸
化アルミニウム、水酸化亜鉛、酸化亜鉛、マイカ、ヒル
石などの粒子、また結晶水として水を強固に保持し易い
リン酸アルミニウム、硫酸セリウム、シリカアルミナ金
属塩などの粒子が代表例として挙げられる。後者にはカ
ーボン（ランプブラック）、硫化亜鉛、銅フタロシアニ
ン、ポリ（アセン−キノン）などの半導体粒子、チタン
酸カリウム、酒石酸リチウムなどの強誘電体粒子、アル
ミニウムやカーボンなどの導電体粒子の表面に薄膜絶縁
層を形成した複合誘電体粒子等が代表例として挙げられ
る。

これらの粒子の形状はサイコロ状や棒状あるいは鱗片状
のものでもよいが、できるだけ角がなく丸みを帯びた球
状や楕円状のものがより好ましく、特に真球状が最も好
ましい。

平均粒径としては通常２μＩから１００μｌの粒子を用
いることができるが、粒径の大きい方が低い電圧でより
大きな粘性変化を発現させる傾向を見出した結果、より
大きい粒径が好ましい。

ところで、一般に粒子の粒径は単分散であることは希で
あり、ある程度の分布をもっている。

本発明に用いられる粒子としてはより大きい粒径で、か
つ単分散のものが粘性変化の点で最も好ましいが、ある
程度の分布をもつものでも差しされりなく、粒子の分散
性の面からは逆に適度の分布をもつ方が好ましい場合が
多い。しかし、ここで重要なことは微細粒径、特に粒径
１μ瓜以ドの粒子を多くともｌＯνｔ％、好ましくは５
ｗｉ％混入させないことである。もし微細粒子を１Ｏｖ
ｔ％以１−混入させると粘性変化は微細粒子！１１独の
場合と同程度にまで低下する。例えば１１１分散に近い
含水シリカアルミナ粒子に、粒径１μ囚前後の同含水微
細粒子を５ｖｔ％程度混入させるだけで、粘性変化は微
細粒子単独に近い１７２程度にまで激減する。このよう
に僅かの微細粒子の混合により粘性変化が大きく低下す
る原因については定かではないが、電圧印加時の粒子架
橋を顕微鏡で観察すると、微細粒Ｔが大粒子と混成して
架橋を形成していることから、架橋の結合力の弱い微細
粒子部での結合の切断が、この原因と推定される。

なお粒径については粘性変化の面では大粒径が好ましい
が、大粒径になるにつれ、粒子の沈降性が急激に増大す
ることから、実用的には粘性変化と粒子分散性のバラン
スが必要である。

ところで、本発明にいう微細粒子の粒径及びその割合の
測定には、コールタ法、レーザ回折法、光子相関法、沈
降法、顕微鏡法などが方法が適用できるが、中でもマイ
コンによるデータ処理機能を備えた、コールタ法、遠心
沈降法、レーザ回折法による測定は商品であり微細粒子
を含む比較的広範囲の粒度分布をもつ粒子測定に都合が
よい。

一方、これらの粒子を分散させる絶縁性に優れた流体と
しては、ジメチルシリコン、ジフェニルシリコンなどの
シリコン油、オリゴヘキサフルオロプロピレンオキシド
、オリゴトリフルオロクロルエチレンオキシドなどのフ
ルオロカーボン油、ブロモジフェニルメタン、トリクロ
ロジフェニルエーテルなどのハロゲン化芳香族油、フタ
ル酸ジブチル、トリメリット酸トリ２エチルヘキシルエ
ステルなどの芳香族エステル１由、アジピン酸イソデシ
ルエステル 酸ブチルなどの脂肪族環式エステル、オリゴフェニレン
オキシドなどの芳香族エーテル、イソプロピリデンシク
ロヘキサン、イソドデカン、ｎデカン、ｎヘキシルベン
ゼンなどの鉱物油、綿実油、ひまし浦などの天然油など
が用いられる。

本発明の誘電体粒子の電気粘性流体に占める割合は、１
〜５０、好ましくは０〜４０　Ｖｏ１％の範囲で選ばれ
る。粒子の割合が高くなると電圧印加による粘性変化の
絶対値は高くなるが、電気粘性流体自体の粘度が上昇し
て使用上の障害をもたらしたり、電圧印加時と非印加時
の粘度の比（′！ｉ化率）を低下させたりすることがあ
るので、５０Ｖｏ１％が実用上の上限である。

なお、電気粘性効果や電気絶縁性をあまり低ドさせない
範囲で、分散の安定向上や防錆、酸化防１になどの目的
で電気粘性流体に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に比べて大幅に高い
粘性効果を示すものであり、小型で高性能なバルブ、ク
ラッチ、ショックアブシーバーなどの種々のエレクトロ
メカニカルなアクチュエーターの実現を促進するもので
ある。

［実施例］ 以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

本実施例での電気粘性特性は同一中心軸をもつ内径４０
ａ＋＋ｅのシリンダーと外径３８ＬＩｌ１１１のロータ
の間隙（　１．０ｍｍ）に試料流体を封入し、２００ｓ
ｅｃ−’の剪断速度をかけながら、交流電圧（５０Ｈｚ
）を印加した際の、発生剪断応力と電流を測定する方法
により評価したものである。

実施例１ 第１図のＡ及びＢに示した粒度分布をもつ大粒径シリカ
粒子Ａ（平均粒径５μＤＩ）及び微細粒径シリカ粒子Ｂ
（平均粒径１μｍ）を各々吸水率８ｖｔ％に調湿した後
、下記第１表に示す混合割合で全粒子濃度！５Ｖｏ１％
としてジメチルシリコーン油（　ｌｏｗｅｓｔ）に分散
させ、電気粘性流体を得た。

室温（２５℃）で２．ＯｋＶの電圧を印加した際のこれ
ら流体の電気粘性効果を第１２！１２に示した。

この結果から微細粒子Ｂを５ｗｔ％程度混合するだけで
発生剪断応力が大きく低下することがわかる。

第１表 実施例２ 第２図のＡに示した粒度分布をもつ球状アルミニウム粒
７’Ａ　（平均粒径３，０μｌ、粒径２．０μＩ以ドの
成分：　２５ｗｔ％）を精密空気分級機を用いて分級し
、２μ膳以ドの粒子成分を５ｗｔ％以ドに除去しＢに示
した粒度分布をもつ球状アルミニウム粒ｊＢ（’ｌ’均
拉径粒径５μｍ）を得た。

これらＡ及びＢの粒子を無水クロム酸ｔ．ｏｗｔ％、リ
ン酸［ｉ．Ｏｖｔ％及びフッ化ナトリウム０．５ｖｔ％
の水溶液からなるクロメート化液に浸漬し、３０℃で３
０分間かきまぜながら反応させ粒子表面に絶縁薄膜層を
形成した。次に水、メタノールの順で洗浄し、７０℃で
真空乾燥した。得られた粒子の粒径分布は粒子Ａでは若
干微細粒子部での減少がみられたが、全般的にはともに
クロメート処理前の粒径分布と殆ど大差のないものであ
った。

しばらくして得られたクロメート処理粒子Ａ及びＢをジ
メチルシリコーン油に各々粒子濃度１５Ｖｏ１９６とし
て分散し電気粘性流体Ａ及びＢを得た。

これら電気粘性流体の２５℃における印加電圧と電気粘
性特性の関係を第２表に示した。

第２表 この結果からも微細粒子を除去した流体Ｂの方が明らか
に優れた性能を示すことがわかる。

［発明の効果］ 以１．説明したように、本発明の電気粘性流体は、同一
電圧あるいは同一電流における発生剪断応力が人で各種
アクチュエーターの作動の信頼性を向」ニさせることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１に用いたシリカ粒子の粒径分布（累積
相対し！ｌｒ量ヒストグラム）を示すグラフ。 Ａは大粒径粒子、Ｂは微細粒径粒の粒径分布である。 第２図は実施例２に用いた球状アルミニウム粒子の粒径
分布を示すグラフ。 Ａは分級前、Ｂは分級により微細粒子を除去した後の粒
径分布を示す。 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　弁理ト　旭　　　　　宏 代理人　弁理１　　加々美　紀雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電気絶縁性に優れた流体に誘電体粒子を分散せしめた電
   気粘性流体において、該粒子が１μｍ以下の微細粒子を
   全粒子あたり１０ｗｔ％以上含まれないことを特徴とす
   る電気粘性流体。