JPH0374494A

JPH0374494A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH0374494A
Application number: JP21019489A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kurihara; 正明栗原; Akio Inoue; 昭夫井上
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1991-03-29

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、電圧制御により粘性を変化できる電気粘性流
体、特に水分を含有しない粒子を電気絶縁性油状媒体に
分散させた流体であり、クラッチ、バルブ、ショックア
ブソーバ−等のアクチュエーターとして利用される。

［従来の技術］トランス油、スピンドル油、塩化パラフィン等の電気絶
縁性油状媒体中に、含水させたシリカ、デンプン、セル
ロース等の含水固体微粒子を分散させた流体に外部電界
をかけると流体の粘度が著しく増大する現象が見られる
。この現象はウィンズロ−効果こして古くから知られて
おり、クラッチ、バルブ、振動素子等への応用７＞＜１
９４０年代から検討されてきた。

ウィンズロ−効果を高める方法として、これまで多くの
提案がなされてきた。例えば含水させた強酸性あるいは
強塩基性のイオン交換樹脂の含水微粒子を芳香族カルボ
ン酸の高級アルキルエステル中に分散させたもの（特開
昭５０−９２２７８号）、また、ハロゲン化ジアリール
化合物あるいはシリコーン系オイルに含水した親水性固
体粒子を分散させたもの（特開昭５８−５０１１７８号
あるいは特開昭８１−４４９９８号）が優れた電気粘性
効果を示すことが知られている。

従来提案されてきた電気粘性流体のほとんどは、親水性
の固体粒子を含水させ、絶縁性の油状媒体中に分散させ
たものである。水の存在によって粒子表面に形成された
電気二重層が、外部からの高電圧の印加により自由イオ
ンの移動を起し分極を生じる。この分極電荷が静電引力
により粒子間に電界方向の架橋を生じ、これが架橋と直
角方向の剪断力に対して抵抗となり、粘度を増大する。

所謂電気二重層説に基づくものである。

ところで、このような含水微粒子を用いる従来の電気粘
性流体は温度上昇するとイオン化が促進され、電流が増
大し、−層温度が上昇するといった温度特性の不良の問
題、粒子内外への水の移行による安定性の不足、高電圧
印加による電極金属の溶解などの耐久性の不足など、水
の存在に起因する多くの問題点のため、大きな応用が期
待されているにもかかわらず実用化が阻まれている。

このような問題を避けるため、水の代わりに移動性イオ
ンを発生しやすい酸やアミンを非導電性粒子に含有させ
る方法（ＵＳＰ、３，４２７．２４７）、チタン酸カル
シウムなどの強誘電性物質からなる粒子を用いる方法［
Ｊ、Ａｐｐｌ、ｐｈｙｓ、、８８（１）８７（１９８７
）］　、ポリ（アセン−キノン）などの有機半導体粒子
を用いる方法（特開昭６１−２１８２０２号）などが提
案されているが、これらはいずれも昇温すると電流が著
しく増大したり、電気粘性効果が低いといった問題が残
り、実用には適さない。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、温度皺化による電流の変化が小さく、かつ、
充分な電気粘性効果を奏する電気粘性流体を提供しよう
とするものである。

［課題を解決するための手段］ウィンズロ−効果が外部電解による微粒子表面水の分極
に基づくものであるとすれば、水が存在しなくても、微
粒子表面に分極を生じさせる別の方法があれば、前述の
如き水の存在に基づく多くの問題を有しない新しい電気
粘性流体ができる可能性がある。

本発明者は、水の代わりとなる物質を粒子に含浸せしめ
るという着想を展開し、様々な系に関して鋭意検討を重
ねた結果、誘電体微粒子に非プロトン性の高誘電性物質
を含浸せしめることにより、優れた電気粘性効果を示す
ことを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、
本発明は電気絶縁性に優れた油状媒体に誘電体微粒子を
分散せしめた電気粘性流体において、誘電体微粒子が実
質的に水を含有せず、非プロトン性の高誘電性物質を含
有することを特徴とする電気粘性流体である。

本発明に使用される誘電体微粒子は、ポリスチレン、ポ
リアクリロニトリル、ポリアミド、フェノール樹脂、ポ
リエチレン、ポリアクリレート、ポリスチレン−ジビニ
ルベンゼン共重合体などの合成高分子、シリカ、シリカ
−アルミナ、アルミナなどの無機質、セルロース、デン
プン、タンパク質などの天然高分子であり、また、形状
は球状や楕円状のものが好ましく、特に球状が好ましい
。粒径は１μ−から数十μ鑓が好ましい。

非プロトン性の高誘電性物質とは、アセチルアセトン、
エチレングリコール、エビクロロヒドリン、エリトリト
ール、グリセリン、クロロアセトン、０−クロロニトロ
ベンゼン、ｍ−クロロニトロベンゼン、アセトアミド、
３−クロロ−１，２−プロパンジオール、２−メチル−
４ニトロアニリン、スクシノニトリル、０−二トロアニ
リン、ｐ−ニトロアニリン、０−ニトロトルエン、ｍ−
′ニトロトルエン、ｐ−ニトロトルエン、　ｌ−ニトロ
プロパン、２−ニトロプロパン、ｍ−ニトロベンジルア
ルコール、ニトロベンゼン、１，４−ブタンジオール、
フルフラール、１．２−プバンジオール、１．３−プロ
パンジオール、ペンゾニトル、ホルムアミド、エチレン
カーボネート、プロピレンカーボネートなどであり、中
でも誘電率３０以上の物質が好ましく、これらの物質と
しては、エチレングリコール、グリセリン、クロロアセ
トン、０−クロロニトロベンゼン、アセトアミド、３−
クロロ−１，２−プロパンジオール、２−メチル−４−
二トロアニリン、スクシノニトリル、０−ニトロアニリ
ン、ｐ−ニトロアニリン、ニトロベンゼン、１．４−ブ
タンジオール、フルフラール、ｌ、２−プロパンジオー
ル、１．３−プロパンジオール、エチレンカーボネート
、プロピレンカーボネートなどの環状カーボネートが挙
げられる。

また、これらの混合物も使用できる。

尚、酸などのプロトン性の高誘電性物質を誘電体微粒子
に含浸せしめた系に関しても検討したが、高温において
電流が増大するという問題が残り、電気粘性流体として
実用に適さないことが確認された。

非プロトン性の高誘電性物質の誘電体微粒子に対する含
浸率は、０．５〜１０ｖｔ％が好ましい。

より好ましい含浸率は１〜５ｖｔ％である。これは、含
浸率が０．５ｖｔ％未満では電気粘性効果が小さく、又
１０ｗｔ％を超えると電流が増大し、電気粘性流体とし
て、実用に適さないためである。

本発明でいう実質的に水を含有しない粒子εは、その水
の存在だけでは、電気粘性を示さない程度の量をいう。

具体的にはカールフィッシャー法によって水分を測定し
た際の粒子の水分率がｌｖｔ％以下、一般には、０．５
ｖｔ％以下のことである。

本発明で使用される油状媒体はシリコーン系オイルなど
電気絶縁性や電気破壊強度が高く、化学的に安定で誘電
体微粒子に含浸させた非プロトン性の高誘電性物質の溶
解性が低く、分散微粒子との比重差があまり大きくない
ものであれば、基本的に使用可能である。

本発明の誘電体微粒子の油状媒体との混合体積比率は１
対９９から５０対５０．好ましくは５対９５から４０対
６０の範囲で選ばれる。

［作　用］本発明の電気粘性流体は、従来のものの最大の欠点であ
った。水の存在に起因する温度上昇に伴う電流の著しい
増大、電極の腐食や長期安定性の不良などの問題を解決
し、小形で容易に電気制御できるバルブ、クラッチ、シ
ョックアブソーバ−など、種々のエレクトロメカニカル
アクチュエーターの実現を可能にするものである。

［実施例〕以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。本
実施例での電気粘性特性は同一中心軸をもつ内径４０ｍ
ｍのシリンダーと外径３８ｍｍのローターの間隙（１，
Ｏａ＋ｉ）に封入された試料流体間に、所定速度の剪断
をかけ、電圧を印加した際の発生剪断応力と電流を測定
する方法により評価したものである。尚、実施例中でい
う部は、重量部である。

実施例１平均粒径１０Ｑμ糟の強酸性カチオン交換樹脂粒子（三
菱化成製、ＭＣＩゲルＣＫＯ８Ｐ）をｌ／１０規定水酸
化ナトリウム水溶液に浸漬し、スルホン酸基をほぼ完全
にＮａ塩にした後、１２０℃で２日間真空乾燥した。カ
ールフィッシャー法による吸水率は０．５ｗｔ％以下で
あった。

脱水したプロピレンカーボネート５部を含む、脱水ジク
ロロエタン１００部と共に上記粒子１００部をドライボ
ックス中でナスフラスコ中に入れ、その後７０℃でロー
タリーエバポレーターを用いたジクロロエタンを減圧除
去し、プロピレンカーボネートのみを粒子に含浸付加し
た。

更に１００℃で２時間真空乾燥し、水及びジクロロエタ
ンを完全に除去した。カールフィッシャー法によるこの
粒子の含水率は０，３νｔ％以下であり、又重量変化よ
り、この粒子のプロピレンカーボネートの含浸率は約４
ｖｔ％であった。

次にこの粒子３０部を脱水乾燥したジメチルシリコーン
油（１００ｃｓｔｓ吸水率３０ｐｐｍ）７０部にドライ
ボックス中で分散させ、試料流体とした。

また、比較のためプロピレンカーボネート含浸の代わり
に大気中に放置し、２．０ｗｔ％の水分を吸着させた同
一のイオン交換樹脂粒子についても、同様にジメチルシ
リコーン油に分散させ、比較用試料流体とした。

印加電圧ＡＣ１，５ｋＶ、剪断速度２００ｓｅｃ−’の
条件で２５℃及び６０℃の電気粘性特性を測定し、表−
１の結果を得た。

表−１これら試料流体につき、印加電圧Ａ　Ｃ２，０ｋＶ　。

剪断応力２００ｓｅｃ”の条件で２５℃、８０”Ｃおよ
び９０℃の電気粘性特性を測定し、表２の結果を得た。

表　　２表１から本発明試料は比較用試料と比べて、発生剪断応
力は少し劣るが、従来の電気粘性流体で大きな問題であ
った昇温による電流値の上昇が明確に低下していること
がわかる。

実施例２平均粒径３μ膳の球状シリカ粒子（水沢化学工業、シリ
カＡ　Ｔ　Ｍ　−３００）を１２０℃で２日間真空乾燥
した後、この粒子に対して実施例１と同様にプロピレン
カーボネー１を５ｖｔ％含浸させた。これとは別に、比
較のため、プロピレンカーボネート含浸処理の代わりに
大気中に放置して、水分を８．５ｖｔ％吸着させた。

実施例１と同様にこれらの粒子３．０部をジメチルシリ
コーン油７０部に分散させて試料流体を得た。

実施例３実施例２で得られた本発明及び比較用試料に対し、９０
℃で２００ｓｅｃ″・の剪断速度を与え、３日間１．０
ｋＶのＡＣ電圧を印加し続けた後、印加電圧Ａ　Ｃ２，
０ｋＶで電気粘性特性を測定し、その変化を見た。結果
を表３に示す。

表　　３表３から本発明品は高温での耐久性にも優れることが分
かる。

実施例４平均粒径１０μｍの球状セルロース（旭化或工業工業、
アビセル）を乾燥メタノールに６時間浸漬した後濾別し
、加熱乾燥する操作を３回繰り返し、セルロース中の水
分を０．５ｗｔ％以下にした。脱水したエチレングリコ
ールのメタノール溶液を実施例１と同様にして、上記セ
ルロース粒子に８ｖｔ％含浸させた。この粒子１５部を
ヘキサフルオロプロピレン系のフッ素油（モンテエジソ
ン社、Ｐｏ■ｂｌｉｎ−Ｍ）　８５部に分散させて、試
料流体とした。

比較のため、エチレングリコールの代わりに水を用い、
同様にして比較用試料流体とした。

実施例２と同一の測定条件で電気粘性効果を測定し、表
４の結果を得た。

表　　４［発明の効果］以上説明したように、本発明の電気粘性流体は温度変化
による電流の変化が小さく、かつ安定した剪断応力を長
期間維持できる有用な電気粘性流体である。

Claims

【特許請求の範囲】

電気絶縁性に優れた油状媒体に、誘電体微粒子を分散せ
しめた電気粘性流体において、誘電体微粒子が実質的に
水を含有せず、非プロトン性の高誘電性物質を含有する
ことを特徴とする電気粘性流体。