JPH03181597A

JPH03181597A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH03181597A
Application number: JP32050389A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Fukuyama; 良樹福山; Ikuo Kurachi; 育夫倉地; Tasuku Saito; 翼斎藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1989-12-12
Filing date: 1989-12-12
Publication date: 1991-08-07

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　発明の目的星１三巳兜１」しΔ号本発明は電圧の印加によって粘性を増大する電気粘性流
体に関するものである。

え＆旦韮Ｉ電気粘性流体は、疎水性で非電導性の油の中に微細に分
割した親水性の固体が分散しているεｆ濁液で、十分に
強い電場の作用の下で極めて速やかに、しかも可逆的に
液体の粘度が増加し、プラスチックまたは固体の状態と
なるものである。

粘度を変化させるためには直流の電場だけで（ｉなく交
流の電場も使用することができ、必要な電流は非常に小
さく、少ない電力によって強力なカを与えるので、例え
ば、クラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ−、バイブ
レータ−１防振ゴム、或はフークビースを正常な位置に
保持するシステムを制御するための電気−機械のインタ
ーフェイス等における構成要素として使用することがで
きる。

電気粘性流体の分散相としてはＵＳＰ３．０４７．５０
７ｑ明細書に多くの物質が提案されており、その中で好
適な物質としてシリカゲルが挙げられている。

また、分散媒体としてはシリコーンオイルのような電気
絶縁油が用いられる。しかし、分散相としてシリカゲル
を用いた電気粘性流体は電気粘性効果が小さく、実用の
ためには不十分なものであった。

特開昭６２−９５３９７号明細書には、表面上のＡＩ／
Ｓｉ原子比が０．１５〜０．８０で１〜２５重量％の水
分を有する珪酸アルミニウムを分散相として用いる電気
粘性流体が開示されている。しかしこの組成の珪酸アル
ミニウムは親水性で、粉体中に多量の水を含んでいる。

したがって、電気粘性効果は大きいものの、その水によ
り過度の導電性が生じるため、この電気粘性流体は消費
電力の点で不利である。

さらに、ＵＳＰ４．７４４．９１４号明細書（特開昭６
３−１８５８１２）には、上記の水の問題点を解決すべ
く、−・数式：　Ｌｘｚｎ＋　［（ＡｌＯｚ）ｘｆｓｉ
０２）Ｙｌ・ｗＨｚ。

（式中、Ｍは平均電荷数ｎの金属陽イオンまたは金属陽
イオンの混合物、Ｘ及びｙは整数であり、Ｘに対するｙ
の比は約ｉ〜約５であり、そして・Ｎは不定である）で、吸着水を実質的に含まない結晶化ゼオライトを分散
相として用いる電界反応性流体が開示されている。吸着
水を除く手段として、同明細書中には、非導電性流体及
び粒状結晶化ゼオライトを、使用中こうむるであろう温
度よりも高い温度のもとて十分なガス抜きと水分除去す
るに必要な時間処理することが記載されている。しかし
、結晶化ゼオライトは水分の存在下で大きな電気粘性効
果を発現するため、上記のような十分な水分除去をした
場合、電気粘性効果の低下は避けられない。

また、もともと含水量の多い親・水性の結晶化ゼオライ
トを水分除去処理をすると、ゼオライト粒子表面が非常
に活性となり、二次凝集を形成し易くなる。そして凝集
により二次粒径が大きくなるため、沈降が速くなり、そ
の結果分散相と液相が短期間で分離する問題が生じる。

さらに上記電界反応性流体が大気中に放置されると、電
気絶縁油を介して分散相である結晶化ゼオライト粒子が
水を再吸着し、電気粘性効果及び電流特性の十分な安定
性が得られない。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、大きな電気粘性効果を示し、かつ電力消費が
小さい電気粘性流体の開発を目的としたものである。

口３発明の構成［課題を解決するための手段］本発明の電気粘性流体は、二次元層状構造を有する物質
の眉間に有機化合物を挿入した平均粒子サイズ０１〜】
ＯＬＬｍ、水分保有量０．０１〜４重量％の層間化合物
１〜６０重量％よりなる分散相と、室温における粘度０
，６５〜５００センチスト−クス（ｃＳｔ）の電気絶縁
油４０〜９９重量％よりなるｔ皮相とから構成されてい
ることを特徴とする。

本発明で使用する二次元層状構造を有する物質として代
表的なりのは層状アルミノケイ酸塩又は層状ポリケイ酸
塩であるが、これ以外にもＴｉＳ２、ＮｂＳｅ２．　Ｍ
Ｏ５２などのカルコゲン化物、ＦｅＰＳ３．　Ｎｌ０５
ｅｚなどの金属カルコゲン化物、Ｆｅｎｃｅ、　Ｔｉ０
Ｃ１，ＶＯＣＩ。

Ｃｒ０Ｃ１などのオキシハロゲン化物、Ｍｏ０３、■２
０５などの酸化物、リン酸ジルコニウム、グラファイト
等が挙げられる。

層状アルミノケイ酸塩としてはカオリナイト、デイツカ
イト、ナクライト、ハロイサイト、アンチボライト、ク
リソタイル、パイロフィライト、スフメタイト、白雲母
、マーガライト、タルク、バーミキュライト、金雲母、
ザンソフイライトそして緑泥石等が挙げられる。スフメ
タイトは同型置換により、さらにモンモリロナイト、バ
イデライト、ノントロライト、サボナイト、ヘクトライ
トそしてソーゴナイトに分類され、中でも一般式％式％で表されるモンモリロナイトは、国内でも多量に産出さ
れる点で好ましい。また、モンモリロナイトは交換性陽
イオンの種類によりベントナイト、酸は白土に分類され
る。これら全ての層状アルミノケイ酸塩の交換性陽イオ
ンはプロトンと交換することもできる。

層状ポリケイ酸塩としてはα−ＮａｚＳ１□０６、β−
Ｎａ２Ｓｉ□０５．　ＫＨＳ　ｌ　ｚｏ５．　ＮａＨ３
ｌ　２０８　・３ＨｉＯ，ＮａｚＳｉｎＯｗ−５Ｌｏ、
　Ｎａａｓｌ、ａｏ＋ｙ・ＸＨＪ、ＮａａＳｌｚＯｚｅ
’ＸＨ２Ｏ、Ｎａ２５ｉｚｏＯ４＋　・ＸＨｘＯ１Ｈ２
ＳｉｚＯｓ、ＨｚＳｉ４０ｅｘＨｚＯ１Ｈ２Ｓｉａ０１
　？　・ｘＨｚＯ１Ｈ２ＳＩＩ４０ｉｏ’ｘＨ２Ｏそし
てＨ２Ｓ１２００４１ＸＨｚＯなどが挙げられるが、こ
れらに限られるものではない。

上記のような二次元層状構造を有する物質の層間に挿入
する有機化合物としては、カチオン系の表面活性剤が代
表的なものであるが、これ以外にもアミン、ピリジン、
ホスフィン、ベンゼン、ヒドラジン、アクリロニトリル
等が挙げられる。

カチオン系の表面活性剤としてはＡｌｋｙｉｔｒｉｎ＋
ｅｔｈｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　
Ａｌｋｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｂ
ｒｏｍｉｄｅ、　Ａｌｋｙｌ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｅｔ
ｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　Ａｌｋ
ｙｌ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ
　ｂｒｏｍｉｄｅ、　Ｍｅｔｈｙｌ−ｄｏｄｅｃｙｌ　
ｂｅｎｚｙｌｔｒｉｍｅｔｈｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　
ｃｈｌｏｒｉｄｅ等のアルキル第４級アンモニウム塩（
アルキル基の炭素数ｌＯ〜１８が好ましい）や、Ｔｒｉ
ｍｅｔｈｙｌ−ｄｏｄｅｃｙｌ−ｔｈｉｏｍｅｔｈｙｌ
ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　Ｄｉｍｅｔｈ
ｙｌ−ｏｘｙｅｔｈｙｌ−ｄｏｄｅｃｙｌｔｈｉｏｍｅ
ｔｈｙｌ　　ａｍｍｏｎｉｕｍ　　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、
　　Ｍｅｔｈｙｌｄｉｅｔｈｙｌ−ｏｃｔｙｌ−ｔｈｉ
ｏｅｔｈｙｌ　　ａｍｍｏｎｉｕｍ　　ｉｏｄｉｄｅＴ
ｒｉｍｅｔｈｙｌ−ｄｅｃｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉ
ｎｏｅｔｈｙｌ　　ａｍｍｏｎｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ、
　　Ｄｏｄｅｃｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ａｍｉｎｏｅｔｈ
ｙｌ−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｉ○ｄ
ｉｄｅ等の炭素以外の元素を有するアルキル第４級アン
モニウム塩を用いても良いし、また　Ａｌｋｙｌ−ｄｉ
ｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍｃｈｌ
ｏｒｉｄｅ、　Ａｌｋｙｌ−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−３４−
ｄｉｃｈｌｏｒｏｂｅｎｚｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈ
ｌｏｒｉｄｅ、　Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｐｈｅｎｙｌ−ｂ
ｅｎｚｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　Ｍ
ｙｒｉｓｔｏ−ａｍｉｄｅ−ｐｒｏｐｙｌｄｉｍｅｔｈ
ｙｌ−ｂｅｎｚｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉ
ｄｅ。

Ｄｉｉｓｏｂｕｔｈｙｌ−ｐｈｅｎｏｘｙ−ｅｔｈｏｘ
ｙｅｔｈｙｌ　ｄｉｍｅｔｈｙｂｅｎｚｙｌ　ａｍｍｏ
ｎｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　Ｄｉｉｓｏｂｕｔｈｙ
ｌ−ｃｒｅｓｏｘｙ−ｅｔｈｏｘｙ−ｅｔｈｙｌ、ｄｉ
ｍｅｔｈｙｌ−ｂｅｎｚｙｌ　ａｍｍｏｎｉｕｍｃｈｌ
ｏｒｉｄｅ等のアルキル・ペンデル第４級アンモニウム
塩（アルキル基の炭素数１０〜１８が好ましい）や、さ
らには、ｌ−ｔ（ｅｘａｄｅｃｙｌ−ｐｙｒｉｄｉｎｉ
ｕｍｃｈｌｏｒｉｄｅ、　Ｌａｕｒｙｌ−ｃｏｌａｍｉ
ｎｏ−ｆｏｒｍｙｌ−ｍｅｔｈｙｌ−ｐｙｒｉｄｉｎｉ
ｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ、　２−Ｄｏｄｅｃｙｌ−ｉｓ
ｏｑｕｉｏｌｊｎｉｕｍｂｒｏｍｉｄｅ、　２−Ｔｒｉ
ｄｅｃｙｌ−１−（２−ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌｌｂ
ｅｎｚｙｌ−ｉｍｉｄａｚｏｌｉｎｉｕｍ　　ｃｈｌｏ
ｒｉｄｅ、　　Ｄｉｍｅｔｈｙｌ−ｔｕｂｏｃｕｒａｒ
ｉｎｅ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ等の窒素環を有する第４級ア
ンモニウム塩等があるが、それらに限られたものではな
い。

二次元層状構造を有する物質の層間に有機化合物を挿入
する手段としては、有機化合物またはその水溶液に二次
元層状構造を有する浸漬するだけで良い。

カチオン系の表面活性剤のような有機化合物が層状構造
物質の層間に挿入されると、もともと電荷補償のために
層間に存在していた水相性無機陽イオンと交換する。す
ると、表面活性剤の親油基が層表面を覆うために疎水化
して、絶縁油中で膨張するようになる。したがって水に
よる導電性を小さくし、かつ注降性を改善できる。

このように処理することにより得られた眉間化合物の電
気粘性流体の分散相として適当な平均粒子サイズは０．
１〜ｌｏＬＬｍ、好ましくは０．３＝　５１ｔ　ｍの範
囲である。０．１μｍ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
小さく、また１０μｍ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。

さらに、該層間化合物の水分保有量は０．０１〜４重量
％で、好ましくは０．０５〜１重里％である。０．０１
重量％未満では大きな電気枯は効果が得られず、４重量
％を越えると水による’Ｅ　Ｎ性のための消費電力が大
きくなる。

液相を構成する電気絶縁油としては、炭１′ヒ水士油、
エステル油、芳香族系油やシリコーン油などを例示する
ことが出来る。これらは単独で用いることができ、また
二種以上を併用することちできる。これらの電気絶縁油
のなか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０．６５〜５００セ
ンチストークス（ｃＳｔ）であり、好ましくは１０〜５
０ｃＳｔの粘度を有するものを用いる。液相の粘度が低
すぎると揮発分が多くなり液相の安定性が悪くなる。ま
た液相の粘度が高過ぎると電場のない時の初期粘度が高
くなり電気粘性効果による粘度変化が小さくなる。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。

本発明の電気粘性流体を構成する分散相と液相の割合は
、前記層間化合物から成る分散相の含有量が１〜６０重
量％、好ましくは２０〜５０重量％であり、前記電気絶
縁油からなる液相の含有量が４０〜９９重量％、好まし
くは５０〜８０重量％である。分散相の量が１重量％未
満では電気粘性効果が小さく、６０重量％を越えると電
場がない時の初期粘度が著しく大きくなる。

また、本発明の電気粘性流体は、本発明の効果を損なわ
ない範囲で他の分散相や界面活性剤、分散剤、無機塩な
どの添加剤を配合することもできる。

以下、実施例により５本発明をさらに詳細に説明する。

［実施例１］カチオン系の表面活性剤であるヘキサデシルトノメチル
アンモニウムクロライド（東京化成工業（閑製）の０．
０５ｍｏｌ／１水溶液に層状構造を持つ平均粒径１．９
μｍのベントナイト３０ｇを加え２４時間放置してベン
トナイト層間のＮａイオンをカチオン系表面活性剤と交
換した。これを吸引濾過、乾燥して層間化合物とした。

このとき粒子の水分保有量は０．２重量％であった。こ
の粒子４０重量％を、液相成分である２５℃における粘
度１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリコーン■製ＴＳ
Ｆ−４５１−１０）６０重量％に良く分散し、懸濁液と
して電気粘性流体を得た。

［実施例２］カチオン系の表面活性剤であるベンジルジメチルテトラ
デシルアンモニウムクロライド（東京化成工業和製）の
０．０５ｍｏｌ／１水溶液に層状構造を持つ平均粒径１
．９ｇｍのベントナイト３０ｇを加え２４時間放置して
ベントナイト層間のＮａ”イオンをカチオン系表面活性
剤と交換したこれを吸引濾過、乾燥して層間化名物とし
た。

このとき粒子の水分保有量は０．２重量％であった。こ
の粒子４０重量％を、液相成分である２５℃における粘
度１０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリ’：Ｊ−ンｆｍ
製ＴＳＦ−４５１−１０）６０＠量％に良く分散し、歴
濁戚として電気粘性流体を得た。

［比較例１］シリカゲル（日本シリカ（即製：ニブシルＶＮ−３）の
水分量を６重量％に調節したもの１３重量％を、液相成
分である２５℃における粘度２０ｃＳｔのシリコーン油
（東芝シリコーン＠製ＴＳＦ−４５１−２０）８７重量
％に分散、懸濁させて電気粘性流体を得た。

［比較例２］平均粒径ＩＬＬｍ、水分保有量２０重量％、Ａ１／　Ｓ
　ｉ原子比０．４のＮａ−Ｙ型組晶化ゼオライｌ−粒子
（触媒化成工業和製）３０！ｉ量％を、液相成分である
２５℃における粘度２０ｃＳｔのシリコーン油（東芝シ
リコーン（閑製Ｔ　Ｓ　Ｆ　−４５１，−２０）７０重
量％に良く分散し、懸濁液として電気粘性流体を得た。

［比較例３］平均粒径６　μｍ、　Ｓ　ｉ　／Ａ　Ｉ原子比１の３Ａ
型結晶化ゼオライト粒子（ユニオン昭和和製）を真空下
、２５０℃で１０時間乾燥した後、真空中で１５時間冷
却して室温まで戻した。この時粒子の水分保有量は０．
０３重量％であった。この粒子４０重量％を、液相成分
である２５℃における粘度１０ｃＳｔのシリコーン油（
東芝シリコーン（（２）製ＴＳＦ−４５１−１０）６０
重量％に良く分赦し、懸濁液として電気粘性流体を得た
。

［比較例４］眉間にカチオン系の表面活性剤を挿入していない平均粒
径２．５μｍ、水分保有量８重量％のベントナイト粒子
３０！ｉ％を、浦和成分である２５℃における粘度１０
ｃＳｔのシリコーン油（東芝シリ：Ｉ−ン（ｍ製ＴＳＦ
−４５１，−１０）７０重量％に良く分散し、直濁液と
して電気粘性流体を得た。

実施例１．２および比較例１〜４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
効果は二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の直流電圧を印加した時
の剪断速度３６６ｓｅｃ−’、温度２５℃の剪断力で評
価し、同時に内外円筒間に流れる電流を測定した。

第１表に電圧をかけない場合の剪断力ＴＯ１電圧２　ｋ
　Ｖ　／　ｍ　ｍを印加した時の剪断力Ｔ、ダイナミッ
クレンジ（Ｔ−Ｔｏ）／Ｔｏ、および電圧２ｋ　Ｖ　／
　ｍ　ｍを印加した時の電流密度を示す。

第１表（Ｔ−Ｔｏ）／Ｔｏの値が大きいほど電気粘性効果が優
れていることを意味する。

第１表に示されるように、実施例１．２で得られた各電
気粘性流体は電気粘性効果が大きく、消費電力も小さい
。

これに対して、シリカゲル分散相を用いた比較例１の電
気粘性流体は電気粘性効果が小さく、また水分含有量の
多いＮａ−Ｙ型結晶化ゼオライトを用いた比較例２の電
気粘性流体は電気粘性効果は非常に大きいものの消費電
力が極めて大きい。

一方結晶化ゼオライド粒子を乾燥して水分を除去した粒
子を用いた比較例３の電気粘性流体は、水分の除去によ
り消費電力は小さくなったが、反面、電気粘性効果が大
きく低下し非常に小さい値となってしまった。

また、層間にカチオン系の表面活性剤を挿入していない
ベントナイトを単独に分散相として用いた比較例４の電
気粘性流体は、消費電力が非常に大きくなった。

ハ１発明の効果大きな電気粘性効果を示し、かつ電力消費が小さい電気粘性流体が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）二次元層状構造を有する物質の層間に有機化合物
を挿入した平均粒子サイズ０．１〜１０μｍ、水分保有
量０．０１〜４重量％の層間化合物１〜６０重量％より
なる分散相と、室温における粘度０．６５〜５００セン
チストークス（ｃＳｔ）の電気絶縁油４０〜９９重量％
よりなる液相とから構成されていることを特徴とする電
気粘性流体。
（２）二次元層状構造を有する物質が層状アルミノケイ
酸塩または層状ポリケイ酸塩であることを特徴とする請
求項第１項記載の電気粘性流体。
（３）層状構造物質の層間に挿入する有機化合物がカチ
オン系の表面活性剤であることを特徴とする請求項第１
項記載の電気粘性流体。