JPH03124794A - 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】 イ８発明の目的 の１ 本発明は、電圧制御によりその粘弾性特性を大きくしか
も可逆的に変えることが可能な電気粘性（Ｅｌｅｃｔｒ
ｏ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｌ流体、特に実質的に水分
を含有しない非水系電気粘性流体であって、ゴムや樹脂
などからの抽出成分に対する安定性が改良された電気粘
性流体に関するもので、エンジンンマウント、シ目ツク
アブソーバ−、バルブ、アクチュエーター　クラッチな
どの機械装置の電気制御に利用される。

【土立垣ｌ 電場の印加により流体の見かけの粘度が大きく変わる現
象はウィンズロ−効果として古くから知られている。初
期の電気粘性流体はデンプンやスターチなどを鉱油や潤
滑油に分散させたものであり、電気粘性効果の重要性を
認識させる上では十分であったが、再現性が欠如してい
た。

電気粘性効果が高く再現性の良い流体を得るため、これ
まで分散相として用いる微粉体を中心に多くの提案がな
されている。例えば、ポリアクリル酸のような酸基をも
つ高吸水性樹脂微粒子（特開昭５３−９３１８６）　、
イオン交換樹脂（特公昭６Ｏ−３１２１１）、アルミナ
シリケート（特開昭６２−９５３９７）等が知られてい
た。

これらの電気粘性流体はいずれも親水性の固体微粉体に
含水させ絶縁性の油状媒体中に分散させたものであり、
外部から高電圧を印加した時に、水の作用により微粉体
に分極を生じ、この分極により粒子間に電場方向の架橋
が生じるため粘度が増大すると言われている。

しかしこれらの含水微粉体を用いた電気粘性流体では、
水分の蒸発や凍結を招かないための使用温度の制限、温
度上昇による著しい電流の増大、水分の移行による安定
性の不足或は高電圧印加時における電極金属の溶解など
多くの問題があり、電気粘性流体の実用性の上で大きな
障害となっている。

近年強誘電体物質や半導体粒子を用いた水分を含まない
非水系電気粘性流体が提案されている。

例えばボリアセンキノンンなどの有機半導体微粒子を用
いる流体（特開昭６ｌ−２１６２０２）　、有機固体粒
子の表面に導電性薄膜層を形成した上にさらに電気絶縁
性薄膜層を形成した誘電体微粒子（特開昭６３−９７６
９４）などが提案されている。

非水系電気粘性流体は従来の含水系電気粘性流体におけ
る水の存在による種々の欠陥を克服する可能性が大きく
期待され、多くの研究が進められている。

本発明者らもこの方向で研究を進めた結果、光学的異方
性を有するカーボン微粉体が非水系で優れた電気粘性効
果を示すことを発見した（特願昭６３−２１２６１５）
。

しかしこれら非水系電気粘性流体においても、従来の水
分を含む電気粘性流体にない新たな問題があり、その用
途が制限されることが明らかとなった。

［発明が解決しようとする課題］ 前記の新たな問題というのは、非水系の電気粘性流体を
ゴムや樹脂などを構成要素として含む機械装置に用いた
場合、その無電場での粘度（初期粘度）が次第に上昇す
るため機械装置の特性を大きく低下させるという問題で
ある。このような初期粘度の上昇は従来の含水系電気粘
性流体には見られない現象であるが（後述の参考側参照
）、非水系の電気粘性流体に共通する問題であることが
明らかとなった。

発明者らは、含水系の電気粘性流体では見られなかった
、ゴム、樹脂、或はそれらの複合材料等を構成要素とし
て含む機械装置に非水系電気粘性流体を用いたときに発
生する粘度上昇を検討した結果、ゴム、樹脂等に添加さ
れている成分が次第に電気粘性流体中に抽出され、この
抽出成分により粘度上昇が生じ初期特性の変化すること
を発見し、対策を鋭意検討した。

一般に電気粘性流体に使用される絶縁油は、その要求さ
れる電気特性を満たすために極性の低い化合物が用いら
れている。この絶縁油中へ絶縁油と異なる成分が抽出さ
れると絶縁油の粘度特性が変化する。この粘度特性の変
化は抽出成分に依存し、絶縁油よりも粘度の高い抽出成
分の場合には絶縁油の粘度上昇を引き起こす。さらに室
温で固体である成分で絶縁油と溶解度定数（ＳＰ値）が
僅かにに異なるものである時には、微量抽出されても絶
縁油がバター状に変化することもある。

一般に、ゴム、樹脂、或はこれらの複合材料には実用に
際し劣化防止、その他特性向上の目的で様々な化合物が
添加されている。これらの添加成分以外にも、ゴム、樹
脂、或はこれらの複合材料を構成する高分子に含まれる
低分子量未反応物も絶縁油に抽出される可能性がある。

よってゴム、樹脂、或はこれらの複合材料を構成要素と
して含む機械装置に電気粘性流体を使用した時に、電気
粘性流体に用いられた絶縁油がゴム、樹脂、或はこれら
の複合材料に含まれる成分を抽出し、粘度特性が変化す
る。

水系の電気粘性流体では一般に、水を吸着させる必要か
ら水との親和性の高い原子である酸素の含有率が高い粉
末、例えば珪酸アルミニウムが用いられている（特開昭
６２−９５３９７）。そしてこの粉体の内部或は外部に
１〜２５重量％含まれる極性の高い水により電気粘性効
果が示されるわけであるが、この水の作用は、電気粘性
効果を引き出すだけでなく、粘度上昇を引き起こすよう
な原因までも取り除いていることが見出された。

例としてゴムを構成要素として含む機械装置中で電気粘
性流体を用いた場合を説明すると、ゴムに含まれるワッ
クス等の室温にて固体となる化合物、多くは高分子であ
るが、それらが電気粘性流体に用いられる極性の低い絶
縁油により抽出されると、もし水が存在しないならば抽
出成分である極性の低いワックスは、極性の低い絶縁油
が良溶媒であるために分子が十分にのびきった状態とな
る。さらに室温においてワックスは固体であるので一部
が結晶化し疑似架橋点を形成し粘度上昇を生じる。

しかし、もしここで水のような極性の高い分子が存在し
たならば、高分子の鎖が電荷を帯び、あたかも貧溶媒に
入れられたように伸びていた分子が縮み、疑似架橋点を
形成せず沈殿する。それゆえ初期粘度の変化は僅かであ
り問題とならなかったが、非水系電気粘性流体の場合に
は、水が添加されていないために、ゴムに含まれるワッ
クスが流体中に０．５重量％以下抽出されてもバター状
となり、初期粘度が大きく上昇し、実用上問題となる。

本発明はこのような非水系の電気粘性流体に特有な問題
を解決するべくなされたもので、その目的とするところ
は、ゴムや樹脂などと接触する状態で使用する機械装置
に用いても特性変化が少な（実用性の高い電気粘性流体
を提供することにある。

口１発明の構成 〔課題を解決するための手段〕 本発明の非水系電気粘性流体は、水分の含有率が１重量
％未満で構成原子として酸素原子含有率が１０重量％未
満の有機質又は無機質粉末を電気絶縁性の油状媒体中に
分散させた電気粘性流体であって、親水性基を有する化
合物を０．０１重量％以上１０重量％以下含有している
ことを特徴とする。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明の対象となる非水系電気粘性流体は、酸素原子含
有率が１０重量％未満の有機質または無機質粉末を電気
絶縁性の油状媒体中に分散させたものであり、電気粘性
効果を得ることを目的とした水の添加を必要としないも
のである。

一般に電気絶縁性の油状媒体としてはシリコーン油、鉱
物油、変圧器油、パラフィン油、ハロゲン化芳香族油等
が用いられているが、本発明はどのような絶縁油を用い
た場合でも効果があり、特に油の種類は限定されない。

分散層として用いる有機質又は無機質粉末は、水が０．
１重量％未満、好ましくは０．５重量％以下で優れた電
気粘性効果を示す粉体であれば、その種類、粒度、組成
に関して限定されない。

具体的には非酸化物系セラミックス粉体（例えばＳｉＣ
，ＴｉＣ，Ｂ４　Ｃ）、上記を変性した粉体（例えばＢ
を固溶したＳｉＣ粉体）、炭素質微粉末などが挙げられ
る。

本発明の非水系電気粘性流体の分散相として好適な炭素
質微粉末について更に説明すると、炭素含有量８０〜９
７重量％のものが好ましく、特に好ましくは９０〜９５
重量％である。また炭素質微粉末のＣ／Ｈ比（炭素／水
素原子比）は１．２〜５のものが好ましく、特に好まし
くは２〜４のものである。

前記のＣ／Ｈ比を持つ炭素質微粉末を具体的に示すと、
コールクールピッチ、石油系ピッチ、ポリ塩化ビニルを
熱分解して得られるピッチなどを微粉砕したもの、それ
らピッチ又はタール成分を加熱処理して得られる各種メ
ソフェーズからなる微粉末、即ち加熱により形成される
光学的異方性小球体（球晶またはメソフェーズ小球体）
を溶剤でピッチ成分を溶解し分別することによって得ら
れる微粉末、さらにそれを微粉砕したもの、ピッチ原料
を加熱処理によりバルクメソフェーズ（例えば特開昭５
９−３０８８７号参照）とし、それを微粉砕したもの、
また一部品質化したピッチを微粉砕したもの、フェノー
ル樹脂などの熱硬化性樹脂を低温で炭化したものなど、
いわゆる低温処理炭素微粉末が例示され、さらに無煙炭
、瀝青炭などの石炭類及びその熱処理物を微粉砕したも
の、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリスチレン
などの炭化水素系ビニル系高分子とポリ塩化ビニルまた
はポリ塩化ビニリデンなどの塩素含有高分子との混合物
を加圧下で加熱することによって得られる炭素球、また
はそれを微粉砕したものによって得られる炭素球、また
はそれを微粉砕したものなどが例示される。

本発明において用いられる親水性基を有する化合物とは
、分子の一部もしくは分子全体が親水性の官能基により
構成された化合物であり、界面活性剤の特性を表現する
ＨＬＢ値で表わせば、その値が０．００３以上であれば
よ（，０，０３以上であれば好ましく、さらに好ましく
は０．２以上で２０以下の化合物である。

このような親水性基を構成する原子団しては、エーテル
結合、ケトン、アルデヒド、エステル、酸無水物、酸ハ
ロゲン化物、アミド化合物等に含まれるカルボニル基、
水酸基、アミノ基、スルフォン基を挙げることができる
。

これらの原子団を有する化合物としては、エチレンング
リコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリ
コールなどのポリエーテル類、エチレンオキシド、プロ
ピレンオキシド等で変性されたシリコーン類、ラウリン
酸、バルミチン酸などの脂肪酸又はそれらの脂肪酸とア
ルコールとのエステル類、メタノール、エタノール、ラ
ウリルアルコール、オレイルアルコール等のアルコール
類、ピリジン等の含窒素化合物類、石油スルフォネート
、ドデシルベンゼンスルフオン酸カルシウムなどの油溶
性スルフォン酸塩、液状ポリメタクリレートなどのポリ
マーをあげることができる。

これらの化合物から選ばれる１種あるいは複数の組合せ
の添加剤を、０．０１重量％以上１０重量％以下、好ま
しくは０．０１重量％以上２重量％以下非水系電気粘性
流体に添加する。

親水性基を有する化合物として、石油スルフォネート、
ドデシルベンゼンスルフオン酸カルシウムなどの油溶性
スルフォン酸塩のようなイオン性の基を含む化合物も本
発明と同様の粘度上昇を抑える効果を有するが、好まし
くは非イオン性の化合物を選んだ方が高電圧を印加した
ときに電流値への影響を少な（できるので好ましい、し
かし電流値の上昇がないならば化合物中にイオン性の基
を含んでいても差し支えない。

添加量に関しては、１０重量％以上の添加を行なった場
合、粘度上昇を抑えることができても、電圧を印加した
ときに電流値が大きくなり好ましくない。粘度上昇を抑
えるのに必要な最低量が好ましい。このような理由から
上限は１０重量％であり、好ましくは２重量％以下の添
加が電流値への影響が小さ（なるのでよい。

添加方法は、予め絶縁性油に上記添加剤を１種あるいは
数種混合して用いても、あるいは電気粘性流体を製造直
後に添加してもいずれでもよく、その添加方法を特に限
定しない。本発明の効果を得るためには、本発明に記述
した化合物を、本発明に記述した添加量だけ非水系電気
粘性流体に添加されればよ（、ゴム、樹脂、その他一般
のプラスチックスと接触させて流体を用いたときに、抽
出成分による粘度上昇を抑えることができる。

以下実施例により本発明の実施態様及び効果な具体的に
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］ コールタールピッチを原料としたメソフェーズカーボン
を窒素気流中で熱処理して製造した平均粒径３ミクロン
の炭素質粉末（炭素含有量９３゜７８重量％、Ｃ／Ｈ比
２．３５、酸素原子含有量０．８重量％、水分含有量０
．２重量％）１００ｇを、シリコーン油（東芝シリコー
ン■製：ＴＳＦ４５１−１０）１９０ｇに分散させて電
気粘性流体を製造した。この流体１００ｇに、親水性基
を有する化合物として、エチレンオキシドで変性したシ
リコン（ＨＬＢ値＝２：日本ユニカー味製シリコン界面
活性剤ＦＺ２１７１）を０．７ｇ添加して本発明の電気
粘性流体とした。

第１図に、エチレンオキシド変性シリコン無添加の電気
粘性流体（ロ印：従来技術）及びエチレンオキシド変性
シリコンを添加した電気粘性流体（十印：本発明）への
印加電圧と、それにともなう粘度変化を示す。第１図に
おいて横軸は印加電圧（ＫＶ）、縦軸は電気粘性流体の
粘度（Ｐ：ボイズ）を表わす。

第１図から明らかなように、口印と十印は完全に重なっ
ており、変性シリコンを添加しても電気粘性効果への影
響はない。また変性シリコンを添加した電気粘性流体の
２ＫＶ電圧印加時の電流値は０．５ｍＡで、無添加の場
合と同じであった。

この変性シリコンを添加した電気粘性流体中に第２表に
示した配合のゴムを電気粘性流体と同重量添加し、１０
０℃で３日間抽出を行った。このゴム抽出前後で初期粘
度を測定したところ、第１表に示すように大きな変化は
見られず、電気粘性効果にも影響がなかった。

［比較例１］ 実施例１において示した変性シリコンを添加しない電気
粘性流体中に、第２表に示した配合のゴムを電気粘性流
体と同重量添加し、１００℃で３日間抽出を行った。こ
のゴム抽出前後で初期粘度は第１表に示すように０．８
Ｐから３．ＯＰへ変化した。

実施例１と比較例１から、親水性基を有する化合物を添
加した効果は明らかである。

［実施例２］ 添加剤として実施例１で用いたのと同じＨＬＢ値が２の
変性シリコンとテトラエチレングリコールとを５：３の
割合で混合したものを電気粘性流体に対し０．８重量％
添加した以外は実施例１と同様にして電気粘性流体を製
造した。

実施例１と同様に、第２表に示した配合のゴムを電気粘
性流体と同重量添加し、１００℃で３日間抽出を行って
、ゴム抽出前後で初期粘度を測定したところ、第１表に
示す結果となり、無添加の場合と比較してゴム抽出前後
で初期粘度の変化が著しく小さい流体となった。

［実施例３］ 添加剤として液状ポリメタクリレート界面活性剤〔三洋
化成株製アクループ８０６）を電気粘性流体に対し０．
５重量％添加した以外は実施例１と同様にして電気粘性
流体を製造し、電気粘性効果を実施例１と同様にゴム抽
出前後にて測定したところ、第１表の結果となり、ゴム
抽出前後で初期粘度に大きな変化は見られなかった。

［参考例］ 平均粒径サイズ１μｍの３Ａ型結晶化ゼオライト粉体（
ユニオン昭和■製：水分４．４重量％）４０ｇを、シリ
コーン油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ４５１−１０）
９０ｇに分散させて電気粘性流体を製造した。

この電気粘性流体中に第２表に示した配合のゴムを電気
粘性流体と同量添加し、１００℃で３日間抽出を行った
。このゴム抽出前後で初期粘度を測定したところ、第１
表に示すように大きな変化はみられず、電気粘性効果に
も影響なかった。

この参考例から、水系電気粘性流体中には、本発明にて
記述した親水性基を有する化合物の必要がないことが示
された。

（以下余白） 第１表 （１４５℃で２０分間加硫） ハ０発明の効果 ゴムや樹脂などと接触する状態で使用する機械装置に用
いても特性変化が少な（実用性の高い非水系電気粘性流
体が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、エチレンオキシド変性シリコン無添加の電気
粘性流体（ロ印：従来技術）及びエチレンオキシド変性
シリコンを添加した電気粘性流体（十印：本発明）への
印加電圧と、それに伴う粘度変化を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）水分の含有率が１重量％未満で構成原子として酸
   素原子含有率が１０重量％未満の有機質又は無機質粉末
   を電気絶縁性の油状媒体中に分散させた電気粘性流体で
   あって、親水性基を有する化合物を０．０１重量％以上
   １０重量％以下含有していることを特徴とする非水系電
   気粘性流体。
2. （２）親水性基を構成する原子団としてエーテル結合、
   カルボニル基、水酸基、アミノ基、スルフォン基のいず
   れかを含む化合物を添加することを特徴とする請求項第
   １項記載の非水系電気粘性流体。