JPH02284992A

JPH02284992A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH02284992A
Application number: JP10699789A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Tomizawa; 富沢　広隆; Makoto Kanbara; 誠神原; Masahiko Hayafune; 早船　正彦
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-11-22
Also published as: EP0395359A1; DE69003434T2; DE69003434D1; EP0395359B1

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、電圧印加により粘度を制御しうる電気粘性流
体に関し、特に電圧印加に応じて低温領域から高温領域
において粘度変化が迅速、かつ可逆的であり、しかも長
期に安定で増粘効果の大きく、クラッチ、バルブ、シ’
Ｊ７クアブソーバー等の機械装置の電気的制御に利用で
きる電気粘性流体に関する。

（従来の技術）電圧の印加により流体の粘度が変化する電気粘性流体（
Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ
、　Ｒｌｅｃｔｒｏｖｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｕｉｄ、以下
、ＥＲ流体という）は古くから知られている（Ｄｕｆｆ
、　Ａ、Ｗ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖ。

１　、４　、　Ｎｏ、１（１８９６）２３）　、　ＥＲ
流体に関する当初の研究は、液体のみの系に注目したも
のであり、効果も不充分なものであるが、その後固体分
散系のＥＲ流体の研究に移り、かなりの電気粘性効果が
得られるようになった。例えば、Ｗｉｎｓｌｏｅ＋はパ
ラフィンとシリカゲル粉末、それに系を僅かに電導性に
するために水を使用したＥＲ流体を提案した（　Ｗｉｎ
ｓｌｏｗ、　Ｗ、Ｍ、、　Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｊｅｄ　
Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖ。

１．２０（１９４９）１１３７）　、このＷｒｎｓｌｏ
−の研究によりＥＲ原流体もつ電気粘性効果は、ＥＲ効
果又は−ｉｎｓｌｏｗ効果と呼ばれている。

一方、ＥＲ原流体おける増粘効果（ＥＲ効果）の発現メ
カニズムの解明も進み、例えばに１ａｓｓはＥＲ流体中
の分散質である各粒子は、電場内で二層構造の誘電分極
（Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　
ｔｈｅ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ）を生じ、これが主
因であるとしている（　Ｋｌａｓｓ、　Ｄ、Ｌ、、　ｅ
ｔ　ａｌ、、　Ｊ、ｏｒ　Ａｐｐｌｉｅｄ　ＰｈｙＳｉ
ｃｓ、　Ｖｏｌ、３８．　Ｎｏ１（１９６７）　６７）
　、これを電気二重Ｊ！（ｅｌｅｃｔｒｊｃ　ｄｏｕｂ
ｌｅ　１ａｙｅｒ　）から説明すると、分散質（シリカ
ゲル等）の周囲に吸着したイオンは、Ｅ（電場）−〇の
時は分散質の外表面に均一に配置しているが、Ｅ（電場
）−有限値の時はイオン分布に片寄りが生じ、各粒子は
電場内で相互に静電気作用を及ぼし合うようになる。こ
のようにして電極間において各粒子がブリッジ（架橋）
を形成し、応力に対して剪断抵抗力を発現、即ちＥＲ効
果を発現するようになる。

前記した固体分散系のＥＲ原流体おいて、ＥＲ効果の発
現メカニズムに配慮しつつ、ＥＲ原流体粘度特性を向上
させる観点、安定性を向上させる観点から種々の提案が
なされている０例えば、強誘電体粉体と小量の水分を吸
着させた二酸化珪素系微粉体を用いるもの（特開昭５３
−１７５８５号）等が知られている。

（発明が解決しようとする課８）しかしながら、従来のＥＲ原流体電圧印加による迅速か
つ可逆的な粘度変化の応答性の点、ＥＲ効果の再現性の
点、増粘効果の小さい点、長期に亘る安定的なＥＲ効果
の維持の点等において未だ充分なものであるとはいえな
い。特に従来のＥＲ原流体水分を含有するものは、８０
℃以との高温領域では水が蒸発し増粘効果が低下してく
るという問題があり、また８０℃以下でも粒子表面の水
の移行による安定性不足、高電界の印加による電極金属
（銅等）の溶出による耐久性の問題、更には温度上昇に
よるイオン化促進とそれによる電流増大、更に一層の温
度上昇といった温度特性の不安定さ停水の存在に起因す
る多くの問題がある。

本発明者等は、分極剤として水の代りに多価アルコール
を使用することにより１００℃の高温領域までＥＲ効果
を安定して維持しうろこと、更にこの多価アルコールに
無ｔａｔａ、有機酸、塩、塩基を添加することにより、
更にＥＲ効果の安定性、増粘効果を向上させることがで
きることを見いだし、先に提案したところである。

本発明はこのＥＲ原流体更に発展させるものであって、
１００℃の高温領域までＥＲ効果を安定して維持すると
共に、特に耐久性を向上させることができるＥＲ原流体
提供を課題とする。

（問題点を解決するための手段）そのために本発明のＥＲ原流体、分散媒としての電気絶
縁性流体、分散質としての多孔質固体粒子、分極剤とし
て酸又は塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の物質、
及び多価アルコールと水から選ばれる少なくとも１種の
物質からなる電気粘性流体において、酸化防止剤及び、
又は腐食防止剤を添加したことを特徴とするものである
。

電気絶縁性流体としては、例えば鉱油、合成潤滑油があ
り、具体的にはナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油、ポ
リ−α−オレフィン、ポリアルキレングリコール、シリ
コーン、ジエステル、ポリオールエステル、燐酸エステ
ル、珪素化合物、弗素化合物、ポリフェニルエーテル、
合成炭化水素等のオイルがあげられる。これらの電気絶
縁性流体の粘度範囲は４０℃において５〜３００ｃｐの
ものが好ましい。

本発明のＥＲ原流体使用される分散質としての多孔質固
体粒子は、慣用のものが使用され、例えばシリカゲル、
含水性樹脂、ケイソウ土、アルミナ、シリカ−アルミナ
、ゼオライト、イオン交換樹脂、セルロース等を使用で
きる。これら多孔質固体粒子は、通常粒径Ｉｏｎｓ〜２
００μ−のものが、０゜１〜５０−ｔ％の割合で使用さ
れる。Ｏ，１ｗｔ％未満ではＥＲ効果が少なく、また５
０−ｔ％以上であると分散性が悪くなるので好ましくな
い。

また本発明のＥＲ原流体おいては、電気絶縁性流体中に
多孔質固体粒子を均一かつ安定して分散させるために分
散剤を使用することができる。これら分散剤は慣用のも
のが使用されるが、例えばスルホネート［、フェネート
Ｉ、ホスホネートａ、コハク酸イミド類、アミン類、非
イオン系分散剤等が使用され、具体的にはマグネシウム
スルホネート、カルシウムスルホネート、カルシウムホ
スホネート、ポリブテニルコハク酸イミド、ソルビタン
モノオレート、ソルビタンセスキオレート等がある。こ
れらは通常、０．１〜１０　ｗｔ％が使用されるが、多
孔質固体粒子の分散性がよい場合には使用しなくてもよ
い。

また多価アルコール成分と酸又は、塩、塩基成分は、そ
れぞれ単独に使用してもＥＲ効果を改善することができ
るが、多価アルコール成分は高温領域でのＥＲ効果を向
上させることができ、また酸又は、塩、塩基成分は分極
効果を増大させることできるものである。またこれらの
成分を併用することができ、分極効果を増大させること
により高温領域でのＥＲ効果を増大させるという相乗効
果を奏するものである。

多価アルコールとしては二価アルコール、三価アルコー
ルが有効であり、エチレングリコール、グリセリン、プ
ロパンジオール、ブタンジオール、ヘキサンジオール等
を使用するとよく、通常多孔質固体粒子に対して１〜３
０ｗ　ｔ％、特に好ましくは２〜１５ｗｔ％使用すると
よい。１ｗｔ％未満であるとＥＲ効果が少なく、また３
０−ｔ％を越えると電流が流れやすくなるので好ましく
ない。

また酸としては硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸、クロム酸
、リン酸、ホウ酸等の無機酸、或は酢酸、ギ酸、プロピ
オン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、シュウ酸、マロン酸
等の有機酸を使用することができる。

また塩としては金属または塩基性基（Ｎ　Ｈ４、Ｎ、Ｈ
，’等）と酸基からなる化合物であり、これらはいずれ
でも使用することができる。なかでも多価アルコール、
または多価アルコールと水に溶解して解離するもの、例
えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物
などの典型的なイオン結晶を形成するもの、あるいは有
機酸のアルカリ金属塩などが好ましい、この種の塩とし
て、ＬｉＣｌ、ＮａＣ１，ＫＣＩ、ＭｇＣＩｔ　、Ｃａ
Ｃ１！　、ＢａＣ１ｚ　、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ
、ＭｇＢｒｚ　、Ｌｉ　Ｔ、Ｎａ　Ｉ、Ｋｌ、ＡｇＮＯ
ｓ　、Ｃａ（Ｎｏ２　）ｚ　　、ＮａＮ０ｔ　、ＮＨａ
　ＮＯ，、に、　Ｓ０４　、Ｎａ、ＳＯ４，ＮａＨ３Ｏ
４（ＮＨ，）Ｚ　ＳＯ４あるいはギ酸、酢酸、シュウ酸
、コハク酸などのアルカリ酸金属塩がある。

本発明で使用する塩基とは、アルカリ金属あるいはアル
カリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アミ
ン類などであり、多価アルコール、あるいは多価アルコ
ールと水の系に溶解して解離するものが好ましい、この
種の塩基として、ＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｃａ　　（ＯＨ）
ｔ　、Ｎａ、Ｃｏｔ　。

ＮａＨＣＯｓ　＋　Ｈ３ＰＯ４、Ｎａｘ　Ｐｏ４＋　ア
ニリン、アルキルアミン、エタノールアミンなどがある
。なお、本発明において、前記した塩と塩基を併用する
ことができる。

酸、塩、塩基類は、通常電気粘性流体全体に対して０．
０１〜５ｗｔ％の割合で使用するとよい、　０．０１ｗ
ｔ％未満であるとＰＲ効果が少なく、また５ｗｔ％以上
であると通電しやすくなり、消費電力が増大するので好
ましくない。

本発明はこのＥＲ流体系に、更に酸化防止剤及び、又は
腐食防止剤を添加することを特徴とするものである。

酸化防止剤は電気絶縁性液体の酸化防止と共に、分極剤
である多価アルコールの酸化を防止し、酸化生成物によ
る導電性の増加を防止することを目的として添加される
。また腐食防止剤は高電圧下での電極（銅等）の腐食に
よる金属イオンの生成による導電性の増加を防止するこ
とを目的とするものである。

酸化防止剤としては、分極剤、多孔質固体粒子に不活性
なものを使用するとよ（、慣用されるフェノール系、ア
ミン系酸防止剤を使用することができができ、具体的に
はフェノール系としては２・６−ジーｔ−ブチルパラク
レゾール、４・４゛−メチレンビス（２・６−ジーｔ−
ブチルフェノール）、２・６−ジーｔ−ブチルフェノー
ル等、またアミン系としてはジオクチルジフェニルアミ
ン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニ
ルアミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン等を使用する
ことができ、電気絶縁性液体全体に対して０．０１−　
１０ｗｔ％、好ましくは０．１−２．０ｗｔ％使用する
ことができ、０．０１ｗｔ％以下であると酸化防止効果
がなく、また１０ｗｔ％以上であると色相悪化、濁りの
発生、スラッジの発生、粘調性の増大等の問題がある。

また腐食防止剤としても、分極剤、多孔質固体粒子に不
活性なものを使用するとよく、具体的には窒素化合物で
はベンゾトリアゾールおよびその誘導体、イミダシリン
、ピリミジン誘導体等、イオウ及び窒素を含む化合物で
は、１．３．４−チアジアゾールポリスルフィド、１．
３．４−チアジアゾリル−２゜５−ビスジアルキルジチ
オカルバメート、２−（アルキルジチオ）ベンゾイミダ
ゾール等、その他、β−（０−カルボキシベンジルチオ
）プロピオンニドゾルまたはプロピオン酸等を使用する
ことができ、電気絶縁性液体全体に対して０．００１〜
１０ｗｔ％、好ましくは０．０１〜１．０ｗｔ％使用す
ることができ、０゜００１ｗｔ％以下であると腐食防止
効果がなく、また１０ｗｔ％以上であると色相悪化、濁
りの発生、スラッジの発生、粘調性の増大等の問題があ
る。

尚、本発明のＥＲ流体系においてＥＲ効果を阻害しない
程度に水を使用してもよいことは勿論である。

（作用）本発明のＥＲ原流体、分散媒としての電気絶縁性流体、
分散質としての多孔質固体粒子、酸又は塩、塩基の１種
、及び多価アルコール、水の１種からなるＥＲ原流体お
いて、酸化防止剤及び、又は腐食防止剤を添加すること
により、高温領域に至る広い温度範囲で粘度変化の応答
性、再現性、増粘効果（電場０時に対する電場印加時の
増粘倍率）等に優れた効果を奏すると共に、特に耐久性
に優れた効果を奏するＥＲ原流体なしえるものである。

本発明者等においてこれらの優れた効果を奏するメカニ
ズムについては充分に解明されていないが、次のように
推論している０本発明らが先に提案したＥＲ原流体、従
来のＥＲ原流体おける分極剤である水の代りに多価アル
コール、及び酸、塩、塩基を使用するものであり、高温
領域に至る広い温度範囲で安定し増粘効果を奏するもの
である。

しかしながらこのＥＲ原流体分散媒、分散剤、多価アル
コールの酸化による酸化生成物の生成、及び高電圧下で
の電極の腐食による導電性物質の増加により耐久性に課
題を有するものである。

そのため本発明においては、上記ＥＲ流体系に分極剤、
多孔質固体粒子等のＢＲ流体構成成分に不活性である特
定の酸化防止剤、及び／又は腐食防止剤を添加すること
により、通常考えられる電気絶縁性液体の酸化防止機能
のみでなく、ＥＲ流体全体として−の耐久性を著しく向
上させることができ、優れたＥＲ原流体なしえることを
見いだしたものである。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は
これら実施例に限定、されるものではない。

（実施例１〜３）／（比較例）ＣＥＲ流体の調整）鉱油シリカケルエチレングリコール酢酸コハク酸イシド８９、１％６　　　％０、４％０、５％４　　　％（単位重量％）を混合したものを流体とする。

この流体を用いて、下記第１表に示される各種のＥＲ原
流体調整した。

実施例１実施例２実施例３実施例４流体、ｆＩＩ化防止剤（Ａ）：１６食防止剤（ａ）＝　
９９．７　　：　０．３　　：　　　　　（ｗｔ％）流
体：酸化防止剤（八）：腐食防止剤（ａ）＝　９９．９
　：　　　　：　　０．１　　（ｗｔ％）流体二酸化防
止剤（ａ）：ｒ６食防止剤（ａ）＝　９９．６　　：　
　０．３　　：　　０．１　　（ｗｔ％）流体二酸化防
止剤（Ｂ）：腐食防止剤（ｂ）＝　９９．６　：　　０
．３・：　　０．１（ｗｔ％）のみ尚、これらのサンプルは４０℃で全て８０ｃｐとなるよ
うに鉱油の粘度を調整した。また上記表において酸化防
止剤（Ａ）は２．６−ジーｔ−ブチルフェノール、（Ｂ
）はジオクチルジフェニルアミンを使用し、また腐食防
止剤（ａ）　（ｂ）は、ベゾトリアゾール誘導体を使用
した。

（操作条件とＥＲ原流体評価項目）ＥＲ？ＪＬ体を４０℃と９０℃で、電圧の印加が可能な
回転粘度計を用いて、以下の項目について評価した。

・応答性−電場をＯから２×１０６（ν／ｓ）に変化さ
せた時に、何秒で粘度が安定するかにより評価。

・再現性−電場をＯ＝　２　ＸＩＯ’（Ｖ／ａ）　−０
のサイクルを繰り返した時、１！場１．４　ＸＩＯ”（
Ｖ／＋）の時の粘度の変動割合（％）により評価。

・耐久性−電場を２　Ｘ　１０’　（Ｖ／ｍ）で一定さ
せた時、経時的な粘度の変化量（％）（測定時間５時間）で評価。

・増粘効果−電場０時と比較して、？ｉｌｔ場を１．４
×１０６（ν／ＩＩ＋）とした時の粘度の倍率で評価。

結果を第２表に示す。

第２表（発明の効果）本発明のＥＲ原流体、高温領域に至る広い温度範囲にお
いて極めて応答性、再現性、増粘効果に優れると共に、
測定時間５時間後においても２％しか粘度が変化せず、
従来のものに比較して格段に優れた耐久性を有している
。

従って、本発明のＥＲ原流体、例えば粘度変化を利用し
た制御機器に有用であると共に、その制御精度、特に高
温使用下での制御精度を格段に向上させることができる
ものである。

出　願　人　　東亜燃料工業株式会社弁　理　士　　内田亘彦（外５名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）分散媒としての電気絶縁性流体、分散質としての
多孔質固体粒子、分極剤として酸又は塩と塩基から選ば
れる少なくとも１種の物質、及び多価アルコールと水か
ら選ばれる少なくとも１種の物質からなる電気粘性流体
において、酸化防止剤及び、又は腐食防止剤を添加した
ことを特徴とする電気粘性流体。
（２）分散媒としての電気絶縁性流体、分散質としての
多孔質固体粒子、分極剤として酸又は塩と塩基から選ば
れる少なくとも１種の物質、及び多価アルコールと水か
ら選ばれる少なくとも１種の物質、更に分散剤からなる
電気粘性流体において、酸化防止剤及び腐食防止剤を添
加したことを特徴とする電気粘性流体。