JPH03139597A - 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］ 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ｆＥｌｅｃｔ
ｒｏ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｌ流体に関するもので、
エンジンマウント、ショックアブソーバ−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。

［従来の技術］ 電場の印加により見かけの粘度が太き（変わる現象はウ
ィンズロ−効果として古（から知られている。初期の流
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、その電気粘性効果の重要性を認識する上
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
、外部から高電圧な印加時、水の作用により微粉体に分
極を生じる。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。

そしてその電気粘性効果は、用いた粉体と油状媒体との
組合せにより異なる故に、電圧印加時により高い粘性変
化を示す組合せの提案がなされている。このような粉体
と油状媒体との組合せ以外に、特開昭６２−９５３９７
では、粉体の沈殿防止或は分散を目的として絶縁油及び
水を含んだ粉体以外の第三成分の添加も検討され、最近
ではＵＳＰ　３，４２７゜２４７にみもれるように、電
気粘性効果の上昇を目的として第三成分を添加する発明
も提案されている。

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６３−９７６９
４）などが提案されている。非水系電気粘性流体は従来
の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０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
ーボン微粉体が優れた電気粘性効果を示すことを発見し
た（特願昭６３−２１２６１５）　、　Ｌかし非水系の
電気粘性流体に関する先行技術においては、水系の電気
粘性流体に見られるような電気粘性流体の安定化或は高
性能化を目的とした第三成分の存在は開示されていない
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の様に、これら水系電気粘性流体若しくは非水系電
気粘性流体に関して、高電圧を印加したときの粘性変化
を大きく改善する方法は少なく、特に近年有望視されて
いる非水系電気粘性流体に関しては例が見られない、ま
た水系に関しては、添加剤としてアミン、酸等を添加し
て電気粘性効果を高めようとする工夫がＵＳＰ３，４２
７．２４７に開示されているが、無添加の場合に比較し
て電気粘性効果の上昇は達成されているが、電流値も大
きく増大するという欠点を有していた。

本発明は、このような電気粘性効果を高めようとすると
電流値も増大するといった従来の水系電気粘性流体に用
いる添加剤の欠点を克服するとともに、非水系にも効果
を有する添加剤を提供することにあり、その目的とする
ところは、従来知られていない、電気粘性効果を安定に
上昇させた電気粘性流体を提供することにある。

Ｌ課題を解決するための手段】 発明者らは、電気粘性流体に添加可能な、絶縁性の高い
有機化合物、無機化合物或はそれらの複合材を鋭意検討
した結果本発明に到達した。

即ち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０例えば、鉱物油、シリコーン油、芳香族油
などが挙げられるが、一般にその比誘電率は１から３と
低い、この絶縁油中へ、絶縁油と異なる成分で、室温で
の比誘電率が４以上の化合物を少量添加し、電気粘性効
果を検討したところ、分子内にＰ＝Ｎ構造を有する化合
物が少量粘電気粘性流体に添加されると、電気粘性効果
を安定に上昇できることを発見し本発明に到った。

本発明に係る電気粘性流体は、電気絶縁性に優れた油状
媒体中に有機又は無機質粉体を分散させた電気粘性流体
において、Ｐ＝Ｎ結合を含む化合物を０．００１重量％
以上添加したものである。

以下に本発明の詳細を述べる。

本発明において用いられる電気粘性流体は、電気絶縁性
に優れた油状媒体中に有機又は無機質粉体を分散させた
ものであり、電気粘性効果を得るために水を添加した流
体或は水の添加を必要としない流体の両者を用いること
ができる。

電気粘性流体を製造するためには、絶縁オイル（油状媒
体）として、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るが、本発明
ではどのような絶縁油を用いても効果を得ることができ
、特に絶縁油の種類を限定しないが、これらの電気絶縁
油の中でもポリジメチルシロキサンやポリメチルフェニ
ルシロキサンなどのシリコーン油が、ゴム状の弾性を有
する材料と直接接触する状態でも使用できるという点で
優れている。

電気絶縁油の粘度は２５℃において０．６５〜１０００
センチストークス（ｃＳｔ）　、好ましくは５〜−５０
ｅＳｔの粘度を有するものを用いる。

液相の粘度が低過ぎると揮発分が多くなり、液相の安定
性が悪くなる。液相の粘度が高過ぎると電場のないとき
の初期粘度が高（なり電気粘性効果による粘度変化が小
さくなる。また適度に低粘度の電気絶縁油を液相とする
ことによって分散相を効率良く懸濁させることができる
。

有機又は無機質粉体に関しても、電気粘性効果を示す粉
体であれば、その種類、粒度、組成に関して限定しない
。

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。

本発明の電気粘性流体の分散相としては好適な炭素質微
粉末について更に説明すると、炭素含有量８０〜９７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、
コールタールピッチ、石油系ピッチ、ポリ塩化ビールを
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
ン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（球晶またはメンフェーズ小球体）
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。

本発明の電気粘性液体を構成する分散相と液相の割合は
、分散相の含有量が１〜６０重量％、好ましくは１０〜
５０重量％であり、前記電気絶縁油からなる液相の含有
量が９９〜４０重量％、好ましくは９０〜５０重量％で
ある。分散相の量が１重量％未満では電気粘性効果は小
さく、６０重量％を超えると電場がないときの初期粘度
が著しく太き（なる。

分散相として好ましい粒径は、０．０１〜１００ミクロ
ン、好ましくは０．１〜２０ミクロン、さらに好ましく
は０．５〜５ミクロンの範囲である。０．０１ミクロン
未満では電場のない状態で初期粘度が著しく大きくなっ
て電気粘性効果による粘度変化が小さ（、また１００ミ
クロンを越えると液体の分散相としての十分な安定性が
得られない。

本発明において用いられるＰ＝Ｎ結合を含む化合物とは
、一般にはホスファゼンと呼ばれる化合物群であり、大
別すれば下記３種類の構造が知られている′。

■Ｐ＝Ｎ結合を３単位以上分子の中に持ち環状構造を有
する化合物群 ■Ｐ＝Ｎ結合が連続して繰り返し鎖状構造を有する化合
物群 ■Ｐ＝Ｎ結合により３次元網目構造を有する化合物群 ■の化合物群に属する化合物の例をあげれば、（ＰＮＦ
、）ｓ　、　（ＰＮＰ、１４、（ＰＮＦ＊）ｆｉ［ｎ＜
１４］等の側鎖基がＦ原子の三量体、四量体、ｎ量体の
化合物、（ＰＮＣｌａｌｓ、（ＰＮ（：Ｉｔ）４、（Ｐ
Ｎ（：ＩＪ。［ｎ＜１４］等の側鎖基がＣＩ原子の三量
体、四量体、ｎ量体の化合物、（ＰＮＢｒｘｌ　ｓ、（
ＰＮＢｒｌ）　４、（ＰＮＢｒｘｌ−［ｎ＜１４］等の
側鎖基がＢｒ原子の三量体、四量体、ｎ量体の化合物、
（ＰＮＩり、　、　（ＰＮＩ＊１．　、（ＰＮＩ＊）。

［ｎ＜１４］等の側鎖基が工原子の三量体、四量体、ｎ
量体の化合物、或はこれらのハロゲン原子を側鎖に持つ
化合物の側鎖基の一部或はすべてが有機化合物で置換さ
れた化合物を挙げることができる。

この有機化合物を側鎖に持つ化合物はハロゲン原子を含
む三量体、四量体、ｎ量体の化合物を、例えば（：Ｆｓ
ＣＨ＊ＯＮａ　、　Ｃ５ＨｓＯＮａのような求核試薬で
置換して得ることができる。しかし合成方法としていか
なる方法、手段がとられようとも、化合物の構造がＰ＝
Ｎ結合を３単位以上分子の中にもち環状構造を有するな
らば同様の効果を得ることができる。

しかし好ましくは、これら環状化合物は側鎖基がＣＦｓ
ＣＨＪ−１ＣＦ、ＣＦ、Ｃ１，０−等のハロゲンを含ん
だ脂肪族アルコキシ基、ｃｓｎｓｏ−１ＲＣ，Ｈ，０−
（Ｒ：脂肪族炭化水素、ハロゲン、芳香族炭化水素）等
の各種フェノキシ基、ＣＦｓＣＨＪＨ−、ＣＦｓＣＦｍ
ＣＨ＊ＮＨ−等のハロゲンを含んだ脂肪族アミノ基、Ｃ
，Ｈ＠ＮＨ−ＲＣ，Ｈ，ＮＨ−（Ｒ：脂肪族炭化水素、
ハロゲン、芳香族炭化水素）等の各種芳香族アミノ基で
置換された化合物群が、耐久性等を考慮すると望ましい
。

■の化合物群に属する化合物の例を挙げれば、（ＰＮＰ
り、［ｎ＞１３］、（ＰＮＣ１＊ｌ。Ｉｎ＞１３］　、
（ＰＮＢｒ＊）ａ［ｎ＞１３］、（ＰＮＩ＊ｌ１１［ｎ
＞１３］等の側鎖基がハロゲン原子で主鎖がＰ＝Ｎで構
成された高分子、これらハロゲン原子を側鎖に持つ高分
子の側鎖基の一部或はすべてが有機化合物で置換された
主鎖がＰ＝Ｎで構成された高分子を挙げることができる
。

この有機化合物を側鎖に持つ高分子は、ハロゲン原子を
含む高分子を、例えばＣＦｍＣＨ＊ＯＮａ％Ｃ５ＨｓＯ
Ｎａのような求核試薬で置換して得ることができる。し
かし合成方法としていかなる方法、手段がとられようと
も、高分子の構造がＰ＝Ｎ結合な主鎖に持った鎖状構造
を有するならば同様の効果をえることができる。

しかし好ましくは、これら鎖状高分子は側鎖基がＣＦ、
ＣＨＨＯ２１ＣＦＩＣＦ、Ｃｌｌ０−等のハロゲンを含
んだ脂肪族アルコキシ基、ｃａｎｓｏ−１ＲＣｓＨ４０
−（Ｒ：脂肪族炭化・水素、ハロゲン、芳香族炭化水素
）等の各種フェノキシ基、ＣＦｓＣＨＮＮＨ−、ＣＦｓ
ＣＦｉＣＨｔＮＨ−等のハロゲンを含んだ脂肪族アミノ
基、Ｃ，Ｈ，ＮＨ−ＲＣ，Ｈ４ＮＨ−（Ｒ：脂肪族炭化
水素、ハロゲン、芳香族炭化水素）等の各種芳香族アミ
ノ基で置換された化合物群が、耐久性等を考慮すると好
んで選ばれる。

■の化合物群は、Ｐ＝Ｎを含む化合物群■、■の合成過
程もしくは窒化リン化合物の合成過程で得られる、一般
には各種溶媒に不溶の化合物で固体である０合成過程に
も依存するが、元素としてＰ、Ｎが主成分であるり、そ
の他は合成原料に含まれていた元素の一部である。

これら■、■及び■の化合物群より選ばれる液体又は固
体の化合物を電気粘性液体壜こ０．００１重量％以上、
好ましくは０．０１重量％以上３０重量％以下、さらに
好ましくは０．０３重量％以上１０重量％以下添加して
電気粘性流体を製造する。この添加方法に関しては、た
とえば電気粘性流体製造時に添加する方法、電気粘性流
体を製造した後添加する方法、粉体をホスファゼン誘導
体にてマイクロカプセル化してから添加する方法など、
いろいろ考えられるが、本発明はこれらいかなる方法を
採用しても効果を得ることができるので、以下に示す実
施例による添加方法は本発明になんら制限を加えるもの
ではない。

本発明の電気粘性液体には、本発明の効果な損なわない
範囲内で界面活性剤、分散剤などの添加剤を配合するこ
とができる。

［実施例１］ 非水系−粉体として、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、水分０．２重量％）１
００ｇを、シリコーン油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ
４５１−１０）１９０ｇに分散させて流体を製造した。

この流体１００ｇに（ＰＮ（ＯＣ＊Ｈｓｌｔ）ｍを０．
３５ｇ添加して乳鉢にて３０分間混合して電気粘性流体
とした。

［実施例２］ 添加剤として（ＰＮ　（ＯＣｓＨｓ）　ｘ）　ｍを前記
炭素質粉末をシリコーン油に分散させた流体１００ｇに
対し３．３２ｇ添加して電気粘性流体を実施例１と同様
に作成した。

［実施例３］ 添加剤として（ＰＮ　（ＯＣＲ，ＣＦ、１　り　ｌを前
記炭素質粉末をシリコーン油に分散させた流体１００ｇ
に対し０．６ｇ添加して電気粘性流体を実施例１と同様
に作成した。

［実施例４］ 平均粒径サイズ７μｍで水分含有率４．４％の３Ａ型ゼ
オライト（昭和ユニオン■製）粉体４０ｇ、粘度１０ｃ
ｐのシリコーン油（東芝シリコーン■製：ＴＳＦ４５１
−１０）６０ｇとをよ（混合し水系電気粘性流体を製造
した。この流体１００ｇに（ＰＮ　ｆｏｃ、ｕ＠ｌ　、
）　、を０．３ｇ添加し、乳鉢にて、３０分間混合した
。

［実施例５］ 添加剤として（ＰＮ　（ＱＣ−Ｈｓｌ　−１−を実施例
４の３Ａ型ゼオライトをシリコーン油に分散した流体１
００ｇに対し３ｇ添加して電気粘性流体を実施例４と同
様に作成した。

［比較例１］ 実施例１における［ＰＮ（ＯＣａＨｓ）ｉ）ｍ無添加の
試料を比較例１とした。

［比較例２］ 実施例４における（ＰＮｆＯＣａＨｓ）ｉｌｓ無添加の
試料を比較例２とした。

実施例１〜３及び比較例１、ならびに実施例４〜５及び
比較例２で得られた各電気粘性流体について電気お性効
果の測定を行った。電気粘性効果は、２重円筒型回転粘
度計を使用して内外円筒間に０〜２　Ｋ　Ｖ　／　ｍ　
ｍの電圧を印加したときの粘度変化を示した。

この結果から明かなように、ホスファゼン誘導体の少量
添加により電圧印加時の粘度が上昇していることから、
ホスファゼン誘導体の添加効果は明かである。

さらに、水系電気粘性流体、非水系電気粘性流体のいず
れの流体にも添加効果がみられることから、ホスファゼ
ンの添加は電気粘性流体のいずれの種類にも電気粘性向
上効果を発揮する。

（以下余白） 第１表 ［発明の効果］ 電流値の増大を伴うことなく電気粘性効果が上昇した電
気粘性流体が得られる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　電気絶縁性に優れた油状媒体中に有機又は無機質粉体
   を分散させた電気粘性流体において、ｐ＝Ｎ結合を含む
   化合物を０．００１重量％以上添加した電気粘性流体。