JPH03113129A - 電気粘性流体用電極 - 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、電圧印加により粘度を制御しうる電気粘性流
体への電圧印加用電極に関し、クラッチ、バルブ、ショ
ックアブソーバ−等の機械装置の電気的制御に利用でき
る電気粘性流体への電圧印加用電極に関する。

（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（
Ｂｌａｃｔｒｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ
、　Ｂｌｅｃｔｒｏｖｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｕｉｄ、）は
古くから知られている（Ｄｕｆｆ＾、Ｉｔ、Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖｏｌ　、　４　、　Ｎｏ、１
（１８９６）２３）。

電気粘性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
後固体分散系の電気粘性流体の研究に移り、かなりの電
気粘性効果が得られるようになった。

例えば、Ｗｉｎｓｌｏｗ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電
気粘性流体を提案した（　Ｗｉｎｓｌｏｗ、　Ｗ、Ｍ、
。

Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ
、２０（１９４９）１１３７）　。このＷｉｎｓｌｏｗ
の研究により電気粘性流体のもつ電気粘性効果は、ＥＲ
効果又はＷｉｎｓｌｏｗ効果と呼ばれている。

一方、電気粘性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進み、例えばＫｌａｓｓは電気粘
性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
、、　ｅｔ　ａｌ、、　Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ、３Ｂ、　　ＮｏＨ１９６７）
　６７）　ｏ　これを電気二重層（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　
ｄｏｕｂｌｅ　１ａｙｅｒ　）から説明すると、分散質
（シリカゲル等）の周囲に吸着したイオンは、Ｅ（電場
）＝０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。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の電気粘性流体への電圧印加用電極
として、銅等の金属板電極が使用されているが、電気粘
性流体に電圧を印加すると、電気粘性流体は電気絶縁性
流体からなるとしても、分散質粒子の双極子形成に伴う
ブリッジ形成等により一定の電流が流れ電気化学反応が
必然的に生じる。そのため、従来の電気粘性流体装置は
電圧を印加しつづけると ■　分極促進剤として使用されている水、多価アルコー
ル等の電気化学的消耗等により、電気粘性流体が電気化
学的劣化を受けて増粘効果が減少する、 ■　電気化学反応等により金属電極の溶出、また腐蝕が
生じ、電気粘性流体装置の耐久性を悪くする 等、耐久性に大きな問題があり、電気粘性流体装置への
銅等の金属板電極の使用には大きな制約となっている。

本発明は、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本発明の電気粘
性流体用電極は、電気粘性流体への電圧印加用電極、特
に電気絶縁性流体及び多孔質固体粒子を主成分とする電
気粘性流体への電圧印加用電極において、電気粘性流体
との接触面に絶縁層を積層したことを特徴とする。

電極形成材料としては、銅、アルミニウム、金、白金、
銀、鉄、亜鉛、パラジウム、オスミウム、イリジウム、
ニッケル、鉛、タンタル等の金属電極を使用することが
できる。

電極は、電気粘性流体装置用電極としての一定の剛性を
有することが必要であり、プレート状の金属板が使用さ
れる。

次に、この電極を被覆する絶縁層は、無機絶縁層又は有
機絶縁層とするとよい。

無機絶縁層形成材料としては、酸化ジルコニウム／酸化
イツトリウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸
化カルシウム、二酸化珪素、シランカップリング剤、ア
ルミナ、チタニア、酸化トリウム等の酸化物、炭化珪素
、炭化チタン、炭化タングステン、炭化硼素（Ｂ、Ｃ）
、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化タンタル等
の炭化物、窒化珪素等の窒化物、その外ダイアモンド、
１−Ｃ（ａ　−Ｄｉａｍｏｎｄ　）等を使用することが
できる。

これら無機絶縁層は、ＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐ。

ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法、プラズマＣＶＤ法、
イオンビームＣＶＤ法、スラリー塗布法、スピンキ苓ス
ト法、Ｌ　Ｐ　Ｄ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により積層することができる。

有機絶縁層としては、絶縁性ポリマーを使用するが、電
気粘性流体に対する耐油性、また１５０℃での高温状態
での作動される場合もあるので、耐熱性が要求される。

このような有機絶縁層形成材料としては、例えばポリア
ミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、
ポリエチレンテレフタレート、強化型ポリエチレンテレ
フタレート等の熱可塑性エンジニアリングプラスティッ
ク、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイ
ド、ポリ了りレート、ポリアミドイミド、ポリエーテル
イミド、ポリエーテルエーテルケトン等の非架橋型熱可
塑性エンジニアリングプラスティック、ポリイミド、ボ
リアリレート、フッ素樹脂等の非架橋型圧縮成形エンジ
ニアリングプラスティック、更にポリアミノビスマレイ
ミド、ポリトリアジン、架橋ポリアミドイミド、ポリビ
ニルフェノール／エポキシ、フリーデルタラット樹脂／
エポキシ、耐熱エポキシ等の架橋型エンジニアリングプ
ラスティック、またこれらプラステイツクのブレンド体
（例えばポリマーアロイ、また共重合体）、更にグラス
ファイバーや無機物質のウィスカー（例えばカーボンフ
ァイバー）で強化したものを形成材料として使用するこ
とかできる。

これらの有機絶縁層は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法、
スプレー塗布法、スピンキャスト法、静電塗布法、デイ
ツプ法、刷毛塗布法により形成することができる。また
プラスチックフィルムを接着剤を使用して貼着しても形
成される。

また乾性油をコーティングして焼き付けて形成される、
所謂エナメル被覆、ポリビニルホルマールをコーティン
グして焼き付けたホルマール被覆等の絶縁層としてもよ
い。

電極が平板型であって、絶縁材料としてアルミナ、又は
アルミナ−シリカを使用する場合にはＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、ＰＶＤ法を使用して絶縁層を形成するとよ
く、又窒化珪素（プレセラミックポリマー（ＰＣＰ））
を使用する場合にはスピンキャスト、スプレー塗布法、
刷毛塗布法、浸漬法等により、更にポリイミド、ポリア
ミドイミド、ＰＰΔ（ポリパラバン酸）フェス等のエン
ジニアリングプラスティックを使用する場合にはスピン
キャスト、スプレー塗布法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により
、またフッ素樹脂塗料、エポキシ−フェノール樹脂塗料
等の耐熱、耐候、電気絶縁性塗料を使用する場合にはス
ピンキャスト、スプレー塗布、また静電塗布法を使用し
て絶縁層を形成するとよい。

電極が、曲面等を有する複雑な形状を有する場合には、
特にポリイミド、ＰＰＡワニス等のエンジニアリングプ
ラスティックをスプレー塗布法、デイツプ法等により積
層するか、又はフッ素樹脂塗料、エポキシ−フェノール
樹脂塗料等を静電塗布法、スプレー塗布法、デイツプ法
等により積層するとよい。

無機絶縁層、有機絶縁層共に電極上に積層される膜厚は
、０，０１μｍ〜５０μｍとするとよく、好ましくは０
．１μｍ〜２０μｍの膜厚とするとよい。

絶縁層の膜厚が薄いと製膜時にピンホールやクラックが
生じ、絶縁効果が無くなるので、少なくとも０．０１μ
ｍ以上の膜厚が必要である。また膜厚が余り厚いと粒子
と電極の静電気作用が抑えられ、また絶縁層での電圧ロ
スが大きく電気粘性流体へ効果的に電圧配分がされない
ので５０μｍを越えるのは好ましくない。

電気粘性流体における電気絶縁性流体としては、特に限
定はされないが例えば鉱油、合成潤滑油があり、具体的
にはパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、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５〜３００ｃＳｔのものが使用できる。

また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１０ｎｍ〜２００μｍのものが、０．１
〜５０ｗｔ％の割合で使用される。

０、１ｗｔ％未満ではＥＲ効果が少なく、また５０　ｗ
ｔ％を越えると分散性が悪くなるので好ましくない。

また電気粘性流体においては、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
を使用してもよい。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、塩、又は塩基成分を添加
してもよいが、その場合絶縁層としては耐アルコール性
、耐酸性を有するものを使用するとよい。多価アルコー
ル成分と酸、塩、又は塩基成分は、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。またこの二成分を併用することができ、高温領
域でのＥＲ効果と共に、分極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
を使用するとよい。

また酸成分としては硫酸、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、吉菫酸、シュウ酸、マロ
ン酸等の有機酸が使用される。

また塩としては金属または塩基性基（Ｎ　Ｈ４、Ｎ２Ｈ
，＋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、ＭｇＣｌ２．ＣａＣ
ｌ２．ＢａＣＩｚ、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、Ｍｇ
Ｂｒｚ　、Ｌｉ　Ｉ、Ｎａ　Ｉ、ＫＩ、ＡｇＮＯ３、Ｃ
ａ（Ｎ○ｓ　）２　　、Ｎ　ａ　ＮＯ２、ＮＨ＜　ＮＯ
３，に２　ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４，ＮａＨ３Ｏ４（ＮＨ
，）、Ｓｏ、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
ン頚などであり、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）　
２．Ｎａｚ　ＣＯｓ　。

ＮａＨＣＯ−、Ｋｓ　ＰＯ−、Ｎａ−ＰＯ−、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。０．０１ｗｔ
％未満であるとＥＲ効果が少なく、また５ｗｔ％を越え
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。

また酸化防止剤を添加してもよい。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く、慣用されるフェノール系、ア
ミン系酸化防止剤を使用することができ、具体的にはフ
ェノール系としては２・６ジーｔ−ブチルバラクレゾー
ル、４・４゛　−メチレンビス（２・６−ジーｔ−ブチ
ルフェノール）、２・［３−ジ−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
とができる。

尚、電気粘性流体系において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） 分散媒としての電気絶縁性流体、分散質としての多孔質
固体粒子からなる電気粘性流体への電圧印加用電極にお
いて、本発明の電気粘性流体用電極は電気粘性流体との
接触面に絶縁層を積層したことにより、耐久性に優れた
ＥＲＩ置となしえるものである。

電気粘性流体に電圧が印加されると、電気粘性流体を構
成する電気絶縁性流体中においてシリカゲル等の固体粒
子が分極し、電極間において固体粒子によるブリッジを
形成する。このブリッジ形成により電気粘性流体は印加
電圧に比例した増粘効果を生じ、応力に対して剪断抵抗
力を発揮するものである。このような電気粘性流体にお
いては、固体粒子の分極を促進するために導電性である
分極促進剤が添加されるが、逆にそのために電気化学反
応が生じ、電気粘性流体、電極等の寿命に悪影響を与え
る。従来は電気粘性流体における固体粒子のブリッジに
とって、一定の電流が流れることによりその結合が強ま
るものと推測されているために、この電気化学反応はＥ
Ｒ装置にとって不可避の問題として考えられていた。

本発明者等は固体粒子の分極形成、並びにブリッジ形成
にとって必ずしも電流が流れる必要はなく、電極に絶縁
層を積層しても電気粘性流体はＥＲ効果を発揮すること
を見出した。但し絶縁層があまり厚いと粒子と電極間の
静電気作用が弱まり、又絶縁層における電圧ロスが大き
く、電気粘性流体にかかる電圧を高くすることができな
いので、５０μｍ以下の膜厚とするとよい。

このように絶縁層を電極上に積層することにより、電気
粘性流体、電極の寿命を大幅に改良することができ、従
来のＥＲ装置の問題を解決しえるものである。

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〕 銅電極上に乾性油をスプレー塗布法により塗布し、１５
０℃で焼付を行い、エナメル質の絶縁層を５μｍの膜厚
で形成した。

〔実施例２〕 銅電極上に、ポリテトラフルオロエチレンを、１．１．
１−）リクロロエタン、１．１．２−トリクロロ１，２
．２−）リクロロエタン、テトラブチルチタネートの混
合液に溶解し、その溶液をスプレー塗布法により塗布し
、３５０℃で溶融させ、膜厚２０μｍの絶縁層を形成し
た。

〔実施例３〕 ＳＵＳ電極上に窒化珪素（平均分子ｆｆ１１５００〜１
７００のポリシラザン）２０重量％を含有するキシレン
を溶媒とする溶液を、浸漬法により塗布し、６００℃で
焼成させ、膜厚１．０μｍの絶縁層を形成した。

〔実施例４〕 アルミ基板上に、厚さ５μｍのポリエチレンテレフタレ
ートフィルムを、エポキシ接着剤により接着し、膜厚１
０μｍの絶縁層を形成した。

次に、本発明の電気粘性流体用電極を適用する電気粘性
流体の組成例を示す。

鉱油　　　　　　　　８９重量％ シリカゲル　　　　　　６重量％ エチレングリコール　　０．５重量％ 酢酸　　　　　　　　　０．　５重量％コハク酸イミド
　　　　４重量％ 尚、これらのサンプルは４０℃で全て８０ｃＳｔとなる
ように、鉱油の粘度を調整した。

（操作条件と電気粘性流体の評価項目）電気粘性流体を
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測定し、評価した。

・応答性−交流電場を０から２．　Ｏｘ　１０’　（Ｖ
／ｍ）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−交流電場を０−２．　ＯＸ　１０８（Ｖ／ｍ
）→Ｑのサイクルを繰り返した時、電場２．ＯＸ　１０
’　（Ｖ／ｍ）の時の粘度の変動割合により評価。

・耐久性−交流電場を２．　ＯＸ　１０６（Ｖ／ｍ）で
一定させた時、経時的な粘度の変化量（％） （測定時間５０時間）で評価。

・増粘効果−電場０時と比較して、交流電場を２゜Ｏｘ
　１０’　（Ｖ／ｍ）とした時の粘度の倍率で評価。

（結果） 結果を下表に示す。

尚、下表において絶縁層を積層しないで銅電極のみの場
合を比較例として示す。

（以下余白） また電極についても、測定後変化は全く見られなかった
。

（発明の効果） 本発明の電気粘性流体用電極は、高温領域に至る広い温
度範囲において極めて耐久性があるものであり、またこ
の電極を使用することにより測定時間５０時間後におい
ても殆ど粘度が変化せず、耐久性のある電気粘性流体装
置となしえるものである。

従って、本発明の電気粘性流体用電極は、例えば粘度変
化を利用した制御機器への適用に有用であると共に、耐
久性の格段に優れたＥＲ装置とすることができるもので
ある。

出　　願　　人　　東　燃　株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気粘性流体への電圧印加用電極において、電気
   粘性流体との接触面に絶縁層を積層したことを特徴とす
   る電気粘性流体用電極。
2. （２）上記電気粘性流体が、電気絶縁性流体及び多孔質
   固体粒子を主成分とするものである請求項１記載の電気
   粘性流体用電極。