JPH03160094A - 易分散性電気粘性流体 - 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〕 電気粘性流体は、粘性を電気的に抑制できることから、
コンパクトで高性能なバルブやクラツチなどの新らしい
アクチェエーターとして、振動吸収装置、トルク伝達装
置、油圧抑制システムなどへの応用が期待されている．
本発明は長期間安定に使用できる電気粘性流体を提供す
るものである．〔従来の技術〕 電圧印加によりその粘度が瞬間的に変化する現象は電気
粘性効果と呼ばれる，　１９４０年代にウイリス・エム
・ウインズロー（Ｗｉｌｌｉｓ　Ｍ　Ｗｉｎｓｉｏｗ）
により、シリカやデンブンなどの親水性粒子を僅かに含
水させ、ケロシンやシリコーンなどの電気絶縁性の液体
に分散させた流体が極めて大きな電気粘性効果を示すこ
とが発見され、その後ウインズ口（Ｗｉｎｓｌｏｗ）流
体と呼ばれ、電気粘性流体の代表としてよく知られてい
る． その後、このような含水粒子を用いたウインズロー（Ｗ
ｉｎｓｌｏ＆４）流体の性能改良として、イオン交換樹
脂粒子を用いた流体（特開昭５０−　９２２７８号公報
）、界面活性剤と水又はアミンを含んだシリカ・アルミ
ナ粒子を用いた流体（米国特許第３．　３６７．　８７
２号）、水や金属イオン水溶液を眉間に含有し得るマイ
力などの積層構造粒子を用いた流体（特公昭４９−５１
１７号公報）、高温でも比較的安定な結晶水をもつ合成
ゼオライトを用いた流体（欧州特許第２６５．　２５２
号）などが提案されている．また実質的に非含水の粒子
を分散させた新らしいタイプの電気粘性流体として、ポ
リ（アセンーキノン）などの有機半導体粒子を用いた流
体（特開昭６１〜２１６２０２号公報）、表面を絶縁性
薄膜層で被覆した有機導電体粒子を用いた流体（特開昭
６３−９７６９４号公報）、硫酸リチウム・ヒドラジニ
ウムなどの異方導電性の結晶粒子を用いた流体（特開平
１〜１７０６９３号公報）などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題］ 従来提案されてきた電気粘性流体は、いずれも電気絶縁
性液体に誘電体粒子を分散させたものである．電気粘性
効果の面では優れた流体もあるが、現在なお実用化が遅
れている主な原因としては、これらの流体の温度特性と
粒子分散安定性の問題が挙げられる．前者に対しては結
晶水含有粒子や非含水粒子の使用などの改良が提案され
ている。

一方、後者に対してはこれまで、ハロゲン化ジアリール
誘導体（英国特許２，１００，７４０号）などの高比重
の液体や中空シリカ粒子（特開昭６１〜４４９９８号公
報）なとの低比重の粒子を用い粒子と液体の比重を近づ
ける方法、アミノ基などの極性基を有する可溶性の重合
体を分散媒質（液体）に添加する方法（特開昭６１〜４
４９９８号公報、特開昭６２−２５９７５２号公報）な
どが提案されているが、温度変化や長期安定性において
充分とは言えない。

本発明者らは、この問題に対し粒子と液体の比重を近づ
けるという従来の考え方では、次に述べる理由により粒
子の沈降を防止することは実用面では極めて難しいと判
断した．すなわち、電気粘性流体に一般的に使用されて
いる粒子の粒径や絶縁性流体の粘度の領域では、比較的
小さな温度の変化でも、粒子と絶縁性流体の熱膨張率の
相違に基づく比重差は、長時間での粒子の沈降や浮遊に
対して充分な大きさになることが実験的及び理論的にも
言えると判断したためである。この判断に基づき、本発
明者らは粒子の沈降を防止することより、たとえ粒子が
沈降しても安定して容易に再分散する流体とする方が賢
策と考え沈降粒子の再分散性について検討を重ねた． 多くの実験の結果、主成分粒子に対し僅かの微細粒子を
添加するだけで、沈降粒子の再分散性が著るしく向上し
、しかも電気粘性効果の低下が少ないことを見出し本発
明に到達した。すなわち本発明は、平均粒径１〜１　０
　０　ｕｍの主或分粒子と該主成分粒子に対して１．０
〜ＩＯ容量％の平均粒径０．　００５μｍ以上０．　３
μｍ未満の微細粒子とを電気絶縁性の液体に分散してな
る易分散性電気粘性流体にある。

本発明にいう主或分粒子とは、電気粘性効果の発現に直
接関与する誘電体粒子のことであり、そのような誘電体
粒子としては、いわゆるウインズロー（Ｗｉｎｓｌｏｗ
）型の含水タイプ粒子と非ウィンズロー（Ｗｉｎｓｌｏ
ｗ）型の非含水タイプ粒子があるがいずれでもよい。前
者には水酸基、スルホン基、アミド基などの親水性基を
有し水を吸着し易い、デンプン、セルロース、カゼイン
、イオン交換樹脂などの粒子、金属の酸化あるいは水酸
化物で微細孔や層間に水を保持し易い、シリカ、シリカ
アルミナ、アルミナ、水酸化アルミニウム、水酸化亜鉛
、酸化亜鉛、マイカ、ヒル石などの粒子、また結晶水と
して水を強固に保持し易いリン酸アルミニウム、硫酸セ
リウム、シリカアルミナ金属塩、硫酸リチウム・ヒドラ
ジニウムなどの粒子が代表例として挙げられる。後者に
はカーボン（ランプブラック）、硫化亜鉛、銅フタ口シ
アニン、ポリ（アセンーキノン）などの半導体粒子、チ
タン酸カリウム、酒石酸リチウムなどの強誘電体粒子、
アルミニウムやカーボンなどの誘電体粒子の表面に薄膜
絶縁層を形成した複合誘電体粒子等が代表例として挙げ
られる。これらの粒子の形状はサイコロ状や棒状あるい
は隣片状のものでもよいが、できるだけ角がなく丸みを
帯びた球状や楕円状のものがより好ましく、特に真球状
のものが最も好ましい。

平均粒径としては通常ｌμｍから１００μｍの粒子を用
いることができる。粒径が大きい方が低で電圧の印加で
より大きな粘性変化を発現させる傾向が見出された結果
、粘性効果の面ではより大きな粒径が好ましいが、粒径
の大きい粒子は分散の安定性や粒子の機械的強度，摩耗
などの面で好ましくない。両者のバランスから、より好
ましくは３〜５０μｍの粒子が用いられる。粒径分布と
しては電気粘性効果の面からはできるだけ単分散が好ま
しい。

一方、本発明にいう微細粒子とは、平均粒径が０．　０
０５μｍ以上０．３μｍ未満の粒子であり、主成分粒子
とは異なる成分の粒子で直接には電気粘性効果の発現に
は関与しない粒子であることが好ましいが、主成分粒子
と同じ成分の粒子であっても差しつかえない。

前者の具体例としては、ポリスチレン、ポリアクリロニ
トリル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマー粒子、酸
化マグネシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、窒
化ケイ素などの無機化合物粒子などが挙げられる。また
後者の具体例としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン
（チタニア）などの無機化合物粒子、ポリアミド、ポリ
アクリル酸、セルロースなどの有機高分子などが挙げら
れ、その外、主成分粒子として前述したものの中で粒径
、形状、表面組成などの異なる粒子も挙げられる。

粒子の再分散性の向上には、この微細粒子の粒径の影響
が大きく、０．３μｍ未満の平均粒径が好ましく、特に
０．１μｍ以下の超微細粒子の効果が大きく好ましいが
、一方０．　００５μｍより小さいと電気粘性流体とし
ての粘度が著しく高くなり、また再分散性向上効果も低
い．微細粒子が再分散性の向一ヒに極めて有効な原因に
ついては明らかではないが、絶縁性液体中で比較的安定
に均一分散する微細粒子が、主成分粒子との何らかの相
互作用で共沈し、主成分粒子単独では圧密化する沈降粒
子層の中で、あたかもフワフワとした微細粒子の雪海の
内に、大粒径の主或分粒子を散りばめた状態を保ってい
るためと考えられる．このような沈降層は加熱や撹拌な
どの物理的外力に対しては安定ではあるが、酸やアミン
などの添加で状態が変化し、微細粒子だけが液体に均一
に分散し再分散性が向上しなくなる場合もあるので注意
が必要である． 微細粒子の主成分粒子に対する割合は１．　０〜１０容
量％が適当である．１．０容量％以下であれば再分散性
向上の効果は低く、また逆に１０容量％以上であれば電
気粘性流体としての粘度の上昇や電圧印加時の応答性の
低下をもたらすことがあり好ましくない． 粒子の平均粒径及びその比率の測定には、コールター法
、レーザ回折法、沈降法、顕微鏡法などが適応できるが
、特に超微細粒子の粒径測定には遠心沈降法やレーザ散
乱法、電子顕微鏡法などが有効でる。

本発明に使用される電気絶縁性液体としては、ジメチル
シリコン、ジフエニルシリコンなどのシリコン油、オリ
ゴヘキサフルオロプロピレンオキサイド、オリゴトリフ
ルオロクロルエチレンオキシドなどのフルオロカーボン
油、プロモジフエニルメタン、トリクロロジフエニルエ
ーテルなどのハロゲン化芳香族油、フタル酸ジブチル、
トリメリット酸トリ２−エチルヘキシルエステルなどの
芳香族エステル油、アジピン酸イソデシルエステル、セ
バチン酸ブチルなどの脂肪族エステル、オリゴフエニレ
ンオキシドなどの芳香族エーテル、イソプロビリデンシ
クロヘキサン、イソドデカン、ｎ−デカン、ｎ−ヘキシ
ルベンゼンなどの鉱物油、綿実油、ひまし油などの天然
油などが用いられる。

本発明の全粒子の電気粘性流体に占める割合は、１〜５
０、好ましくは１０〜４０容量％の範囲で選ばれる．粒
子の割合が高くなると電圧印加による粘性変化の絶対値
は高くなるが、電気粘性流体自体の粘度が上昇して使用
上の障害をもたらしたり、電圧印加時と非印加時の粘度
の比（変化率）を低下させたりすることがあるので、５
０重量％が実用上の上限である． なお、電気粘性効果や電気絶縁性をあまり低下させない
範囲で、分散の安定向上や防錆、酸化防止などの目的で
電気粘性流体に添加剤を使用することができる． 〔作　用〕 誘電体粒子を絶縁性液体に分散させてなる電気粘性流体
は、一般に粒子の分散安定性が低く、粒子の沈降を生じ
るとともに沈降粒子が時間とともに固まり、再分散性が
低下する．本発明は、粒子の沈降が少なく、たとえ沈降
しても極めて容易に再分散する電気粘性流体を提供する
ものであり、小型で高性能なバルブ、クラッチ、ショッ
クアブゾーバなどの種々のエレクトロメカニカルなアク
チュエーターの実用化を促進するものである。

〔実施例〕

以下、実施例によって本発明の効果を具体的に説明する
． 本実施例での沈降粒子の再分散性は下記の方法で評価し
た．すなわち、試料電気粘性流体の一定量を、一定温度
の（１２０又は６０゜Ｃ）で２４時間静置加熱した後冷
却し、２５℃で一定期間（２又は６日）静置する．静置
後、沈降粒子層の厚さと流動性を測定し、次に試料をか
きまぜ沈降粒子を完全に分散させ、再度上記の温度で２
４時間静置加熱し２５゜Ｃで静置する操作を繰り返す．
この操作の回数と厚さ及び流動性の変化から再分散性を
評価する．なお流動性は沈降層を９０度傾けた際の層の
流れ易さを見て評価した．実施例中のＯ印は沈降層全体
が流動；Δ印は一部が流動せずに残存×印は沈降相が殆
んど流動せず；を示す．一方、電気粘性効果は、初回加
熱後に相当した試料を、同一中心軸をもつ内径４ｏｆｆ
ｌＩ１のシリンダーと外径３８鴫のロータの間隙（１．
０ｎｍ）に試料流体を封入し、２００ｓｅｃ−’の剪断
速度をかけながら一定電圧を印加した際の発生応力を測
定する方法で評価した。

実施例ｌ ２００℃で乾燥したシリカ超微細粒子（日本アエロジル
、“ＯＸ５０”，平均粒径４０ｎｍ）の所定量を超音波
ホモジナイザーを用いて分散させたジメチルシリコーン
（２０ｃｓｔ）に、吸水率を８重量％に調湿した、粒径
の揃った球状シリカ粒子（水沢化学“ＡＭ７５００Ｂ”
，平均粒径５μｍ）をシリカ粒子濃度が２０容量％とな
るよう分散し、第１表に示す試料電気粘性流体を得た。

なお上記の所定量は、シリカ粒子に対する添加量の設定
値から予め計算で求めたものである。

これらの試料につき６０°Ｃ加熱と２日間静置の繰り返
しによる沈降粒子の再分散性の評価と、ＤＣ２．　Ｏ　
ＫＶの電圧印加による電気粘性効果の評価を行なった。

結果を第１表に示した。

実施例２ 分級し粒径を揃えた球状アル短ニウム粒子（平均粒径２
０！ＩＩＩ、粒径１０μ信以下及び２５μ信以上の粒子
を含まず．）を炭酸ナトリウム１重量％水溶液中で６時
間かきまぜ、濾別し水洗した粒子を窒素ガス中で徐々に
昇温し４　０　０　’Ｃで３０分間加熱した．得られた
粒子は表面に酸化（一部水酸化）アルミニウムの薄い絶
縁膜が形戒されており、平均粒径は１７μ一であった． ２００゜Ｃで乾燥した超微細アルミナ粒子（日本アエロ
ジル、“＾１ｕｍｉｎｉｕａ＋　　ｏｘｉｄｅ　Ｃ’、
平均粒径２０ｎｓ＋）を超音波ホモジナイザーを用いて
分散したジメチルシリコーン（２０ｃｓｔ）に、上記ア
ルミニウム粒子を２０容量％となるよう分散さセ、第２
表に示す試料電気粘性流体を得た． これらの試料につき、１２０℃加熱と２口間静置の繰り
返しによる沈降粒子の再分散性の評価と、ＡＣ３．Ｏ　
ＫＶ　（５　０　Ｈ２　）の電圧印加による電気粘性効
果の評価を行ない、第２表の結果を得た．実施例３ 単分散に近い粒径５μ園のスチレンージビニルベンゼン
共重合体（日本合成ゴム、”ＭＰＰ”）を四塩化炭素中
でクロルスルホン酸と反応させた後、水酸化ナトリウム
水溶液で処理し充分に水洗して得たスルホン酸型強酸性
イオン交換樹脂（交換容１２．２ｓｅｇ／ａｆｆｉ）を
熱風乾燥させ、吸水率２．５重量％に！Ｐｉ湿し主成分
粒子とした．超微細粒子としてポリフッ化ビニリデン粒
子（ペンウオント社、“カイナー”、平均粒径０．２μ
ｓＩ）の所定量を超音波ホモジナイザーを用いて分散し
たセバチン酸ジブチルに上記粒子を２０容量％となるよ
う分散させ第３表に示す試料電気粘性流体を合威した．
これらの試料につき、６０゜Ｃ加熱と６日間静置の繰り
返しによる沈降粒子の再分散性の評価と、ＤＣ２．０κ
Ｖの電圧印加による電気粘性効果の評価を行ない第３表
の結果を得た． 実施例４ 実施例２で得られた表面処理アルミニウム粒子を、平均
粒径が２０，２００及び５００ｎｍのアルミナ粒子を分
散させたジメチルシリコーン（２０ｃｓｔ　）に、前者
が２０容量％及び後者が１容量％（５容量％対アルミニ
ウム粒子）となるよう分散し、３種の試料電気粘性流体
を合威した．これらの試料につき、１２０℃加熱と２日
間静置の繰り返し加熱による沈降粒子の再分散性の評価
と、ＡＣ３．０κｖ（５０Ｈｚ）の電圧印加による電気
粘性効果の評価を行ない、第４表の結果を得た．飄下余
白）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 平均粒径１〜１００μｍの主成分粒子と該主成分粒子に
   対して１．０〜１０容量％の平均粒径０．００５μｍ以
   上０．３μｍ未満の微細粒子を電気絶縁性の液体に分散
   してなる易分散性電気粘性流体。