JPH0291195A - 高温安定性、応答性及び増粘効果に優れた電気粘性流体 - Google Patents

高温安定性、応答性及び増粘効果に優れた電気粘性流体

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JPH0291195A
JPH0291195A JP63240897A JP24089788A JPH0291195A JP H0291195 A JPH0291195 A JP H0291195A JP 63240897 A JP63240897 A JP 63240897A JP 24089788 A JP24089788 A JP 24089788A JP H0291195 A JPH0291195 A JP H0291195A
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fluid
porous solid
water
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Makoto Kanbara
誠 神原
Hirotaka Tomizawa
富沢　広隆
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Tonen 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電場（電圧）の印加により粘度を制御するこ
とができる電気粘性流体に関し、更に詳しくは、電場（
電圧）の印加に追随し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
増粘効果の大きい電気粘性流体に関するものである。
（従来の技術） 電場（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。
Ｅｌｅｃｔｒｏｖｉｓｃｕｓ　Ｆｌｕｉｄなどと呼ばれ
、略して［Ｒ流体ともいわれている。）は古くから知ら
れているものである。即ち、ＥＲ流体は、既に１９世紀
の終りに発見されている（Ｃｕｆｆ、＾、Ｗ、、ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ　ＲｅｖｉｅｗＶｏｌ、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、効果も不十分なものであった。その後、
液体のみの系の研究から固体分散系の流体の研究に移り
、かなりの電気粘性効果が得られるようになった。例え
ば、唱ｎｓｌｏｗ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（Ｗ＋ｎｓｌｏｗ、Ｗ、Ｍ、、　Ｊ、ｏｆ　
Ａｐｐｌｉｅｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、２０（１
９４９）１１３７）　。この唱ｎｓｌｏｗの研究により
、ＥＲ流体のもつ電気粘性効果は、ＥＲ効果とか唱ｎｓ
ｌｏｗ効果と呼ばれるようになっている。
一方、ＥＲ流体における増粘効果（ＥＲ効果）の発現メ
カニズムの解明もすすみ、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
　ｔｈｅＤｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ）を起し、これが主
因であるとしている（Ｋｌａｓｓ、［）、Ｌ、、ｅｔ　
ａｌ、、Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ。
Ｖｏｌ、３８．Ｎｏｌ　（１９６７）６７）。
これを、電気二重層（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｏｕｂｌｅ
　１ａｙｅｒ）から説明すると、分散質（シリカゲルな
ど）の周囲に吸着したイオンは、Ｅ（電場）＝０のとき
は分散質の外表面に均一に配置しているが、Ｅ（電場）
＝有限値のとき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分散質の各粒子がブリッジ
（架橋）を形成し、外部応力に対して剪断抵抗力を発現
、即らＥＲ効果を発現するようになる。
前記した固体粒子分散系のＥＲ流体において、ＥＲ効果
の発現メカニズムに配慮しつつＥＲ流体の粘度特性を向
上させる観点、安定性を向上させる観点などから種々の
提案がなされている。例えば、強誘電性粉体と少量の水
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５３−１７５８５Ｍ＞　、分散相としての１〜ｉ　５
ｗｔ％の水分を含有するシリカゲルと液相としてのシリ
コーン油とから成る分散系の安定化を図るために官能基
を有する高分子量の分散剤を用いるものく特開昭６１−
４４９９８号）、分散質をセルロース結晶子集合物とし
、この系に水溶性電解質を添加するもの（特公昭５７−
４７２３４号）、などが提案されている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、種々の提案にも拘らず、従来のＥＲ流体
は電場（電圧）の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、増粘効果が小さ
い点、長期に亘る安定的なＥＲ効果の維持の点、などに
おいて未だ十分なものであるとはいえない。
特に、これらのＥＲ流体には水が使用されているため、
８０℃以上の高温領域では水がどんどん蒸発し増粘効果
が低下してくるという難点、また８０℃以下でも一定電
圧下で粘度が変化し、不安定であるという難点を抱えて
いる。
本発明者らは、前記したＥＲ流体の問題点を解決すべく
鋭意検討した結果、水を多価アルコールで置換すること
により１００℃の高温領域までＥｌｔ効果を安定に維持
することができること、その際、塩と塩基から選ばれる
少なくとも１種の化合物を添加することによりＥＲ効果
の安定性や増粘効果を飛躍的に向上させることができる
ことを見い出した。
本発明は、広い温度領域に亘って固体粒子分散系のＥＲ
流体のＥＲ効果を、前記した多価アルコール成分ならび
に塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物のイガ
用によりさらに安定化させること及び増粘効果を大きく
することを目的とするものである。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 本発明をｍ脱すれば、本発明は、 分散媒としての電気絶縁性液体、分子１１．質としての
多孔質固体粒子、多価アルコールまたは多価アルコール
と水、そして塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化
合物から成ることを特徴とした、あるいはこれら成分に
ざらに分散剤を加えて成ることを特徴とした高温安定性
、応答性及び増粘効果に優れた電気粘性流体（ＥＲ流体
）に関するものである。
以下、本発明の構成について詳しく説明する。
本発明の［Ｒ流体に使用される分散媒としての電気絶縁
性液体は、電気絶縁性であればいずれでも良く、特別の
制限を受けるものではない。
この種の電気絶縁性液体としては、例えば、鉱油や合成
潤滑油があり、より具体的には、ナフテン系鉱油、パラ
フィン系鉱油、ポリアルファーオレフィン、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、リン酸工ステル、ケイ素化合物、フッ素化合
物、ハロゲン化芳香族液体、ポリフェニルエーテル、合
成炭化水素などがあげられる。これら電気絶縁性液体の
粘度範囲は、４０’Ｃにおいて５〜３００ＣＩ）のもの
が好ましい。
本発明のＥＲ流体に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、特別の制限を受ける
ものではない。
この種の多孔質固体粒子としては、例えば、シリカゲル
、含水性樹脂、ケイソウ上、アルミナ、シリカ−アルミ
ナ、ゼオライト、イオン交換樹脂、セルロースなどがあ
る。
これらの多孔質固体粒子は、通常、粒径１０ｎｍ〜２０
０、、のものが０．１〜ｓｏｗｔ％の割合で使用される
。
０、１ｗｔ％未満ではＥＲ効果が少なく、また５０ｗｔ
％を越えると分散性が悪くなるので好ましくない。
本発明において、多孔質固体粒子の分散媒中での分散状
態を均一かつ安定にするために、分散剤を用いることか
できる。
この種の分散剤としては、慣用のものを使用することが
でき、例えば、スルホネート類、フェネート類、ホスホ
ネート類、コハク酸イミド類、アミン類、非イオン系分
散剤など、より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、カルシウムフェネート、カル
シウムホスボネート、ポリブテニルコハク酸イミド、ン
ルビタンモノオレート、ソルビタンセスキオレートなど
がある。これら分散剤は通常、０．１〜１０ｗｔ％の割
合で使用される。ただし、分散剤を使用しなくても固体
粒子の分散性が良い場合は、使用しなくてもよい。
次に、本発明のＥＲ流体の構成成分において最大の特徴
である、「多価アルコール」成分と「塩と塩基から選ば
れる少なくとも１種の化合物」成分について説明する。
前記したように、本発明者らは、これら成分をそれぞれ
単独に使用することにより、ＥＲ効果を改善できるとい
う知見を得ている。即ち、従来のＥＲ流体、典型的には
、鉱油、水、固体粒子からなるＥＲ流体において、前記
「水」を「多価アルコール」に置換すると、特に高温領
域（８０℃以上）においてＥＲ効果を向上させることが
できる。また、「塩と塩基から選ばれる少なくとも１種
の化合物」成分を従来のＥＲ流体に添加することにより
、安定的に増粘効果を向上させることができる。なお、
後者の場合、「塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の
化合物」成分が多価アルコール成分に可溶性なものが好
ましいことはいうまでもないことである。
前記した「多価アルコール」成分としては、二価アルコ
ール、三価アルコールが有用であり、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、
ヘキサンジオールなどが使用される。
本発明で使用する塩とは、金属または塩基性基（Ｎｌｌ
＋、Ｎ、ｌｌ、など）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、アルカリ土金属のハロ
ゲン化物などの！ＩｔＩ型的なイオン結晶を形成するも
の、お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、ＮａＣｌ、にＣ１，Ｈ（
ｌｌｃ１２　、ＣａＣ１ｘ、　ＢａＣｌ、ＬｉＢｒ、　
ＮａＢｒ、ＫＢｒ、）ＩｇＢｒ　、Ｌｉｔ、　Ｎａｌ、
に１゜八（ＪＮＯｉ　、Ｃａ（Ｎ０３　）２　、ＨａＮ
Ｏｘ、ＮＨ＋ＮＯａ、にｚｓＯ４，ＮａｚＳＯ４ＮａＨ
３Ｏ今、（聞今）２ｓＯ＋、あるいはギ酸、酢酸、シュ
ウ酸、コハク酸などのアルカリ金属塩がある。
本発明で使用する塩基とは、アルカリ金属おるいはアル
カリ土金属の水酸化物、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、Ｎａ０ｔｌ、　ＫＯｔｌ　Ｃａ（
Ｏｌｌ）ａ　。
ＮａｚＣ０３，Ｎａ１ｌＣＯ３，ＫｓＰＯ＋、Ｎａ５Ｐ
Ｏ＋、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。
前記した「多価アルコール」成分は、通常、多孔質固体
粒子に対して１〜３０ｗｔ％、及び「塩と塩基から選ば
れる少なくとも１種の化合物」成分は、通常、流体全体
に対して０．０１〜５ｗｔ％の割合で使用される。「多
価アルコール」成分の使用割合において１ｗｔ％未満で
はＥＲ効果が少なく、また、３０ｗｔ％を越えると電流
が流れやすくなるので好ましくない。一方、「塩と塩基
から選ばれる少なくとも１種の化合物」成分の使用割合
において０、０１ｗｔ％未満では［Ｒ効果が少なく、ま
た５ｗｔ％を越えると電流が流れ消費電力が増大するの
で好ましくない。
本発明において、前記した「多価アルコール」成分と１
塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物」成分の
イバ用において、高電圧を印加し高粘度効果を発現させ
るうえで、例えば、エチレングリコールとヨウ化ナトリ
ウム（Ｎａｌ）の系が好ましいものである。
本発明において、従来より電気粘性流体に使用されてい
る水を、高温安定性などの特性を損わない程度に用いる
ことができる。水は多価アルコールと同様に分散質であ
る多孔質固体粒子に吸着し、その極性により電場内で誘
電分極を起す。本発明において、前記した水の使用割合
は、分散質である多孔質固体粒子に対して０〜２０ｗｔ
％である。水を多量に使用すると高温安定性、消費電力
の増大などで好ましくない。
（作　用） 固体粒子分散系のＥＲ流体に「多価アルコール」成分と
「塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物」成分
を併用するという本発明の技術的構成により、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、経時
的安定性及び増粘効果（電場０時に対する電場印加時の
増粘の倍率）等において優れた効果を発現させることが
できる。
本発明者らにおいて、これらの優れた効果が発現される
メカニズムについて十分に理論的解明がなされていない
が、次のように推察している。
従来のＥＲ流体、典型的には鉱油、水、固体粒子からな
るＥＲ流体において、そのＥＲ効果の原因は次のように
考えられている。即ち、固体粒子に吸着した水は薄い水
の膜を形成し、その極性により電場内において誘電分極
し、電場方向に伸ばされて相互に架橋（ブリッジ）を形
成しはじめる。そして架橋（ブリッジ〉が電極間に完成
するとともに電場に対して垂直方向に粘性が増加し、こ
れがＥＲ効果となってあられれる。
従って、水の膜厚は［Ｒ効果の発現にとって極めて重要
なものであるが、水は分子■か低く、かつ蒸発しやすい
ため、外部環境、特に外部温度の変動により水の膜厚が
容易に変動し、これがＥＲ効果の不安定要因となる。
本発明においては、水のかわりに固体粒子と親和性が強
く、また電場の影響を受けやすい極性液体として、エチ
レングリコールやグリセリンなどの多価アルコールを使
用するものであるが、この場合、多価アルコールは水と
比較して分子量が大きく、蒸発しにくく、さらに固体粒
子に高温まで安定的に吸着するため、固体粒子の表面に
膜厚変動の少ない安定した膜を形成する。本発明におい
ては、この膜の安定性や膜の誘電分極特性が系に存在す
る「塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物」成
分により更に強められ、このことが起因して高温領域に
至る広い温度範囲において安定で増粘効果の大きなＥＲ
流体が得られるものと考えられる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて詳しく説明するが、本
発明はこれら実施例のものに限定されるものではない。
なお、下記に示される各成分の使用割合は全て重量％で
ある。
（実施例１〜４）／（比較例１〜４） （ｉ）　　ＥＲ流体の調製 下記、第１表に示される組成割合で各種のＥＲ流体を調
製した。
なお、鉱油は各［Ｒ流体が４０’Ｃで全て８０ｃｐにな
るように粘度を調製した。また、シリカゲルは直径的１
Ｐのものを用いた。
（以下余白） （１：）　　実験条件とＥＲ流体の評価項目［Ｒ流体を
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１．４ｘｌＯ６（Ｖ
／ｍ）に変化させたとぎ、何秒で粘度が安 定するかにより評価した。
・再現性・・・・・・電場をＯ→、１．４ｘ１０６　　
（Ｖ／ｍ）→０のナイクルを繰返したとき、電場 ＝Ｏのときの粘度の変動割合（％） より評価した。
・安定性・・・・・・電場を１．４Ｘ１０６　　（Ｖ／
ｍ）で一定させたとぎ、経時的な粘度の変化１ （％）　（測定時間１時間）で評価 した。
・増粘効果・・・・・・電場０時と比較して、電場を１
．４ｘ１０６　　（Ｖ／ｍ）としたときの粘度の倍率で
評価した。
結果 結果を第２表に示す。
〔発明の効果〕
本発明の電気粘性流体（ＥＲ流体）は、高温領域に至る
広い温度範囲において極めて安定性が良く、かつ増粘効
果も大ぎい。また、本発明のＥＲ流体は応答性、再現性
についても従来のものと比較して格段に優れている。
従って、本発明のＥＲ流体は、例えば粘度変化を利用し
た制御機器に有用であるとともに、その制御精度、特に
高温使用下にお【プる制御精度を飛躍的に向上させるこ
とができる。
特許出願人　東亜燃料工業株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、分散媒としての電気絶縁性液体、分散質としての多
    孔質固体粒子、多価アルコールまたは多価アルコールと
    水、及び塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物
    、からなることを特徴とする高温安定性、応答性及び増
    粘効果に優れた電気粘性流体。 ２、分散媒としての電気絶縁性液体、分散質としての多
    孔質固体粒子、多価アルコールまたは多価アルコールと
    水、塩と塩基から選ばれる少なくとも１種の化合物、及
    び分散剤、からなることを特徴とする高温安定性、応答
    性及び増粘効果に優れた電気粘性流体。
JP63240897A 1988-05-12 1988-09-28 高温安定性、応答性及び増粘効果に優れた電気粘性流体 Pending JPH0291195A (ja)

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JP63240897A JPH0291195A (ja) 1988-09-28 1988-09-28 高温安定性、応答性及び増粘効果に優れた電気粘性流体
DE89304794T DE68908469T2 (de) 1988-05-12 1989-05-11 Elektrorheologische Flüssigkeiten.
EP89304794A EP0342041B1 (en) 1988-05-12 1989-05-11 Electro-rheological fluid
US07/714,900 US5266229A (en) 1988-05-12 1991-06-14 Stable electro-rheological fluid having a high viscosity-increasing effect

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