JPH03157498A - 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（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の改良に関するもので
、エンジンンマウント、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−効果として古くから知られている。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
、外部から高電圧を印加時、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ゆえに、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６２−９５３９
７では粉体の沈殿防止又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ＵＳＰ３．４２７．２４７にみられるように電気粘
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。

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、従来の含水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（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）
。

しかしながら非水系電気粘性流体においては、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添加は開示されていな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば水系電気粘性流体においては、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ＵＳＰ３．４２７．２４７に開示されているが、これ
らの添加剤はイオン化可能な水素を多く含んでおり、非
水系電気粘性流体に添加した場合には水素イオンにより
電流値が増加するため好ましくない。

このように、近年有望視されている非水系電気粘性流体
に関して、性能を損なわない添加剤は全く知られていな
い。本発明の目的は、他の性能を損なわないで電気粘性
効果を上昇させる手段を提供することにある。

［課題を解決するための手段〕 本発明に関わる電気粘性流体は、電気絶縁性に優れた油
状媒体中に水分の含有量が１重量％未満で表面又は内部
の酸素原子含有量が１０重量％未満の有機又は無機質粉
体を分散させた非水系電気粘性流体であって、エーテル
結合を有する化合物を０．０１〜１０重量％含有してい
ることを特徴とする。

発明者らは、電気粘性流体を構成する基本成分である、
電気絶縁性に優れた油状媒体（オイル）と粉体の関係及
び非水系での電気粘性効果の発現の機構と第三成分の関
係を鋭意検討した結果本発明に至った。

即ち、電気粘性効果は流体の誘電率を大きくすれば高ま
ることが知られているが、水系の電気粘性流体において
は系の誘電率を上げると遊離した水のイオン化を促し電
流が増加する。また一般に電気粘性流体に使用される絶
縁オイルは、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１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、多くの場合その比
誘電率は１から３と低い。

これらの極性の低いオイル中において部分的に極性を有
する化合物はオイルとの極性の差によりミセルを形成し
て存在しているが、このような極性を有する化合物の中
にはその極性の強さとミセル中での分子の立体的な相互
作用の組合せにより高電場が、流体に印加されたとき各
分子の立体的な配向を変化させるものが存在する。この
様な化合物としてエーテル結合を有する化合物は、酸素
を中心とする結合部位の極性のためにミセルを形成して
おり、高電場印加時にはその立体配向を変化させること
により系の微視的な誘電率等の環境を変化させ、大きな
電流増加を伴うことなく電気粘性効果を高めることを発
見し本発明に至った。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明において用いられる非水系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ことを目的とした
水の添加を必要としないものである。

このような非水系電気粘性流体を製造するためには、電
気絶縁性の油状媒体として、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、絶縁油の種類は特に限定されない。

分散層として用いる有機質又は無機質粉末は。

表面又は内部の酸素原子含有量が１０重量％未満で、水
分の含有量がか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１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、
コールタールピッチ、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
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。

本発明に用いられるエーテル結合を有する化合物とは、
分子中にエーテル結合を官能基としてもつ化合物、又は
分子の主鎖としてエーテル結合をもつ化合物である。例
えばエチレンオキシド変性シリコーン、エチレンオキシ
ド・プロピレンオキシド変性シリコーンのようなシリコ
ーン系界面活性剤、ノニルフェノールのエチレンオキシ
ド付加物、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共
重合物、テトラエチレングリコール（ＴＥＧ）などが挙
げられる。

エーテル結合を有する化合物としては、沸点７０℃以上
のものが好ましく、特に１００℃以上のものが好ましい
。

このようなエーテル結合を有する化合物の１種又は２種
以上を、０，０１〜１０重量％、好ましくは０．０１〜
２重量％、前記の非水系電気粘性流体に添加する。添加
量に関しては、１０重量％以上の添加を行った場合電気
粘性効果を上げることはできるが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。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くなるのでよい。

添加方法は、絶縁性油に上記エーテル結合を有する化合
物を１種又は数種混合してから分散層として用いる有機
質又は無機質粉末を添加しても、あるいは電気粘性流体
を製造直後にエーテル結合を有する化合物を添加しても
、いずれでもよく、その添加方法は特に限定されない。

以下実施例により本発明の構成と効果を具体的に述べる
が、本発明はこれらの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ンフェーズカーボン
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、酸素含有量０．８重量％、水分０．２重量％
）１０ｇを、シリコーン油（東芝シリコーン■製：ＴＳ
Ｆ４５１−１０）１９ｇに分散させて流体を製造した。

エーテル結合を有する化合物としてエチレンオキシドと
プロピレンオキシドの両方で変性したポリシロキサン（
日本ユニカー−製シリコーン系界面活性剤：Ｌ−７２０
）を添加剤としてこの流体に０．５重量％添加し分散さ
せ、電気粘性流体を作製した。

［実施例２］ エーテル結合を有する化合物としてエチレンオキシド変
性シリコーン（日本ユニカー−製シリコーン系界面活性
剤：　ＦＺ２１１０）Ｏ，１重量％を実施例１で調製し
た流体２９ｇに添加し電気粘性流体を作製した。

［実施例３］ エーテル結合を有する化合物としてエチレンオキシド変
性シリコーン（日本ユニカー味製シリコーン系界面活性
剤：ＦＺ２１７１）とテトラエチレングリコール（ＴＥ
Ｇ）とを５；３の割合にて混合したもの０．８重量％を
実施例１で調製した流体２９ｇに添加し電気粘性流体を
作製した。

［実施例４］ エーテル結合を有する化合物としてノニフェノールのエ
チレンオキシド付加物（三洋化成工業■製：ノニボール
）０．５重量％を実施例１で調製した流体２９ｇに添加
し、電気粘性流体を作製した。

［実施例５］ エーテル結合を有する化合物としてエチレンオキシドと
プロピレンオキシドの共重合体（三洋化成工業■製：ニ
ューボール）０．５重量％を実施例１で調製した流体２
９ｇに添加し、電気粘性流体を作製した。

［比較例１］ 実施例１において調製したエーテル結合を有する化合物
無添加の試料を比較例１とした。

［比較例２〕 エーテル結合を有する化合物のかわりに、アミン類であ
るジェタノールアミン０．６重量％を実施例１で調製し
た流体２９ｇに添加し、電気粘性流体を作製した。

［比較例３］ エーテル結合を有する化合物のかわりに、アミン類であ
るトリエタノールアミン０．６重量％を実施例１で調製
した流体２９ｇに添加し、電気粘性流体を作製した。

実施例１〜５および比較例１〜３で得られた各電気粘性
流体について電気粘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１．内外円筒間
にＯ〜２　Ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍの電圧を印加したときの
剪断速度３６６ｓｅｃ−’、温度２５℃における粘度で
評価した。

第１表に電圧無印加時の粘度、２ｋＶ／ｍｎｎの電圧を
印加したときの粘度及びその差を示した。

この差が大きいほど電気粘性効果が優れていることにな
る。また電圧２　ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍ印加時の電流値も
示した。

第１表から、エーテル結合を持つ各種の化合物が添加さ
れた各実施例の電気粘性流体においては無添加の比較例
１の電気粘性流体に比べて電気粘性効果が太き（なって
いることが認められ、非水系粘性流体においてはエーテ
ル結合を持つ化合物の添加により電気粘性効果が上昇す
ることが明かに示されている。一方各実施例の電気粘性
流体に２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加した時の電流値は無添
加の比較例１の電気粘性流体に２　ｋ　Ｖ　／　ｍ　ｍ
の電圧を印加した時の電流値とほぼ同じであった。

これに対し、水系電気粘性流体に添加した場合は電気粘
性効果を高める効果があるとされているアミン類を非水
系電気粘性流体に添加した比較例２と比較例３では電圧
を印加した時の電流値が著しく増加し好ましくないこと
は明かであり、さらに比較例２のように、アミン類の添
加によって電気粘性効果が必ずしも上昇しないことも明
かになった。

第１表 また第１図に実施例１及び比較例１の電気粘性流体につ
いて、印加電圧と粘度との関係について示した。横軸は
印加電圧（ｋＶ／ｍｍ）、縦軸は電圧（０〜２　ｋ　Ｖ
　／　ｍ　ｍ　）をかけた場合の粘度と電圧をかけない
場合の粘度（Ｐ：ボイス）の差であり、流体の電気粘性
効果の大きさを示す。第１図において目印及び実線は実
施例１の電気粘性流体のデータ、◇印及び点線は比較例
１の電気粘性流体のデータである。

第１図でも示されるように、電圧を印加した全ての場合
にわたって、エーテル結合を持つ化合物を添加した実施
例１の電気粘性流体は、添加してい比較例１の電気粘性
流体に比べ、電気粘性効果が向上している。

［発明の効果］ 近年有望視されている非水系電気粘性流体に関して、電
圧印時の電流値を増加させることなく、電気粘性効果を
上昇させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図に実施例１及び比較例１の電気粘性流体について
、印加電圧と粘度との関係について示した図である。横
軸は印加電圧（ｋＶ／ｍｍ）、縦軸は電圧（Ｏ〜２ｋＶ
／ｍｍ）をかけた場合の粘度と電圧をかけない場合の粘
度（Ｐ：ボイズ）の差、目印及び実線は実施例１の電気
粘性流体のデータ、◇印及び点線は比較例１の電気粘性
流体のデータを示す。

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水分の含有量が１重量
   ％未満で表面又は内部の酸素原子含有量が１０重量％未
   満の有機又は無機質粉体を分散させた非水系電気粘性流
   体であって、エーテル結合を有する化合物を０．０１〜
   １０重量％含有していることを特徴とする電気粘性流体
   。