JPH04139299A

JPH04139299A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH04139299A
Application number: JP26002290A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Sakai; 一成酒井; Hiroyuki Tokuda; 博之徳田; Shuichi Maeda; 秀一前田; Toshiro Tanaka; 寿郎田中
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-13

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、外部電圧の印加によって粘性を増大し、大き
なせん断芯力を誘起する電気粘性流体に関するものであ
る。

（従来の技術）電気粘性流体とは、１９４７年にウィンズロウによって
発見されたもので、絶縁性の油状液体に固体粒子を分散
させてなり、外部電界により粘度が著しく増大する懸濁
液、すなわちウィンズロウ効果を生じる懸濁液を言う。

この電気粘性流体は、少ない電力によって流体の粘性を
大きく増大させ、またその応答性が非常に速いという特
徴を有し、クラッチ、ダンパー　ブレーキ、ショックア
ブソーバ−アクチユエーターなどへの応用が試みられて
いる。

固体粒子としては広い範囲のものが用いられる。

ウィンズロウは、でんぷん、シリカゲル等を用いたが、
より優れた電気粘性流体を与えるものとして、最近では
、スチレン−ジビニルベンゼン系イオン交換樹脂、アル
ギン酸、ポリアクリル酸塩等の高分子電解質、フタロシ
アニン、ポリアセンキノン等の有機半導体、結晶化ゼオ
ライト等の無機イオン性物質等が用いられている。

絶縁性の油状液体（以下油状液体と呼ぶ。）としてウィ
ンズロウは、トランス油、植物油、鉱物油等を用いたが
、その性質は改善の余地を多大に残す物であり実用価値
は乏しい。即ち、絶縁性の油状液体には以下の性質が望
まれる。

■できるだけ大きな電気粘性効果を発生させる。

■電圧印加時の電流値が小さく消費電力を小さく抑える
ことができる。

■固体粒子の沈降及び浮上を防止するため、油状液体は
、固体粒子にできるだけ近い比重を有することが望まし
い。大半の電気粘性流体に用いられる固体粒子はイオン
交換樹脂、ポリアクリル酸等の高分子電解質粒子であり
、これらは、１．２〜１．６の比重を有するので、油状
液体も１．２〜１．６の範囲の比重を有することが望ま
しい。

■広い温度範囲において液体領域を有する。

■毒性が無い。

■容易に合成することができ、また、原料が安価である
。

これまでに、改善された油状液体として、ａ）芳香族ポ
リカルボン酸の高級アルキルエステル（特公昭５２−３
０２７４号公報）、ｂ）フルオロシリコーン（特開平１
−１９８６９６号公報、特開昭６３−２５６６９２号公
報）等種々のものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、上記ａ）は電気粘性効果が小さく、またその比
重も１．０種度と小さく、粒子の沈降が問題となる。

さらに、上記ｂ）は大きな電気粘性効果を示すが、比重
が１．２５以下であり、高比重の分散質に対応できない
。また、電圧印加時の消費電力が大きいという問題点を
有する。

本発明の目的は、上記■〜■の性質を全て満たした油状
液体を提供することである。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意研究し
た結果、ハロゲン化芳香族またはハロケン化脂環式カル
ボン酸エステルを油状液体の必須成分として用いること
により、少ない消費電力により非常に大きな電気粘性効
果が得られ、また、粒子と油状液体の比重を一致させる
ことができるため、粒子の沈降及び浮上が起こらないこ
とを見いだし本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、油状液体中に微粒子を分散させて
なる電気粘性流体において、油状液体がハロゲン化芳香
族カルボン酸エステルまたはハロゲン化脂環式カルボン
酸エステルを必須の構成成分と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ハロゲン化芳香族カルボン酸エステ
ルまたはハロゲン化脂環式カルボン酸エステルとしては
、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、
ナフタレンジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリッ
ト酸等の芳香族カルボン酸の芳香環上の水素原子の一部
もしくは全部をフッ素、塩素、臭素、ヨウ素のハロゲン
原子に置き換えたハロゲン化芳香族カルボン酸のエステ
ルまたは、ナジック酸、テトラヒドロフタル酸、ヘキサ
ヒドロフタル酸等の脂環式カルボン酸の環上の水素原子
の一部もしくは全部をフッ素、塩素、臭素、ヨウ素のハ
ロゲン原子に置き換えたハロゲン化脂環式カルボン酸の
エステル及びヘット酸エステルであればいかなるもので
も良い。また、これらは１種または２種以上の混合物と
して使用することができる。

なかでも臭素化または塩素化されたフタル酸のエステル
及びヘット酸エステルが電気絶縁性の油状液体として優
れた性質を示す。

ハロゲン化芳香族カルボン酸のエステルまたはハロゲン
化脂環式カルボン酸エステルに使用される一部アルコー
ルとしては、メタノール、エタノール、プロパツール、
ｎ−ブタノール、インブタノール、ペンタノール、ｎ−
ヘキサノール、ｎ−ヘブタノール、インヘプタツール、
ｎ−オクタツル、インオクタツール、２−エチルへ牛す
／ル、ｎ−ノナノール、イソ７ナノール、ｎ−デカノー
ル、インデカノール、ｎ−ウンデカノール、イソウンデ
カノール、ｎ−ドデカノール、ｎ−トリデカノール、テ
トラデカノール、ペンタデカノール、ヘキ！サデカノー
ル、ステアリルアルコール、イソステアリルアルコール
、エイコサノール等の脂肪族フルコール、シクロへ牛す
ノール等脂Ｆｆｌ　式アルコール、ベンジルアルコール
等の芳香族アルコールを用いることができる。また、こ
れらは、１種または２種以上の混合物として使用するこ
とができる。

本発明のハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハ
ロゲン化脂環式カルボン酸エステルは、ハロゲン化芳香
族カルボン酸またはハロゲン化脂環式カルボン酸、もし
くはハロゲン化芳香族またはハロゲン化脂環式カルボン
酸無水物とｍ個アルコールを触媒の存在下、高温でエス
テル化反応を行うことにより合成する。

本発明に使用されるハロゲン化芳香族カルボン酸エステ
ルまたはハロゲン化脂環式カルボン酸エステルを必須成
分とする油状液体の体積固有抵抗は、ｌＸｌ０”Ω−ｃ
ｍ以上、好ましくは１×１０　＋２Ω・ｃｍ以上である
ことが望ましい。体［］有抵抗がｌＸｌ０１１以下であ
れば、電圧印加時の電流値が大きくなり過ぎる。

体積固有抵抗をｌＸｌ０”以上とするためには、エステ
ル化反応後の生成物中の不純物を、活性炭、活性白土ま
たはアルミナ系合成吸着剤等による通常の吸着処理によ
り精製除去する方法を用いる。

本発明に使用されるハロゲン化芳香族カルボン酸エステ
ルまたはハロゲン化脂環式カルボン酸エステルを必須成
分とする油状液体の比重は、１．２〜１．６の範囲が好
ましい。ハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハ
ロゲン化脂環式カルボン酸エステルを構成するｍ個アル
コールの種類を適時選択することにより、油状液体の比
重を調整し、分散させる微粒子の比重に一致させる。

本発明のハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハ
ロゲン化脂環式カルボン酸エステルを必須成分とする油
状液体は、２５℃において０．３〜１０Ｐｏｉｓｅ、好
ましくは０．５〜２Ｐｏｉｓｅの粘度を有することが望
ましい。０．３Ｐ。

ｉｓｅ以下であれば、微粒子と油状液体にわずかな比重
が存在する場合にも急速に粒子の沈降または浮上が進行
するという問題を生じ、１０Ｐｏ　ｉｓｅ以上では、無
電界の状態での電気粘性流体の粘度に対する電気粘性効
果による粘度変化の割合が相対的に小さくなるという問
題を生ずる。油状液体の粘度は、ハロゲン化芳香族また
はノ＼ロゲン化脂環式カルボン酸エステルを構成するｍ
個アルコールの種類を適時選択することにより任意に調
整することができる。

本発明のハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハ
ロゲン化脂環式カルボン酸エステルを必須成分とする油
状液体は、比重、粘度、電気粘性効果を最適化するため
に必要に応じ、含ハロゲン樹脂の加工分野で使用される
公知の可塑剤成分、例えば、ジー２−エチルヘキシルア
ジペートなどのアジピン酸エステル類、ジー２−エチル
へキシルフタレート、ジ−ｎ−オクチルフタレートなど
のフタル酸エステル類、トリー２−エチルヘキシルトリ
メリテートなどのトリメリット酸エステル類、テトラ−
２−エチルヘキシルピロメリテートなどのピロメリット
酸エステル類、エポキシ化ステアリン酸ブチル、エポキ
シ化大豆油などのエポキシ化脂肪酸エステル類、塩素化
パラフィン類、リン酸エステル類及びポリエステル系可
塑剤類を含有することができる。

本発明の電気粘性流体に用いる微粒子は、でんぷん、シ
リカゲル／スチレン−ジビニルベンゼン系イオン交換樹
脂、アルギン酸、ポリアクリル酸塩等の高分子電解質／
フタロシアニン、ポリアセンキノン等の有機半導体／結
晶化ゼオライト等の無機イオン性物質等いかなるもので
もかまわないが、高分子電解質のような１．２〜１．６
の範囲内の比重を有する微粒子が望ましい。

本発明の微粒子の絶縁性の油状液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。

混合された電気粘性流体に、電気絶縁性をあまり低下さ
せない範囲で分散安定剤、顔料分散剤、酸化防止剤など
の公知の各種の添加剤を使用することもできる。

本発明の電気粘性流体は、粒子の沈降及び浮上が起こら
ないｉため、長時間電圧を印加することなく、放置して
も粒子の再分散を必要としない。

従って１、クラッチ、ダンパー　ブレーキ、ショックア
ブソーバ−アクチュエーターなどに有用に応用できる。

（発明の効果）本発明の電気粘性流体は、少ない消費電力により非常に
大きな電気粘性効果が得られるため、長時間の電圧の印
加によっても熱の発生が少なく、経時変化の少ない安定
した特性が得られる。

（実施例）以下、実施例により本発明の詳細な説明するが、本発明
の範囲がこれらの実施例にのみ限定されるものではない
。

実施例１反応容器に、テトラブロモフタル酸無水物（以下ＴＢＰ
Ａと略す。）１３９２部、２−エチルヘキサノール１０
１４部、テトライソブ口ビルチタ不−ト（以下ＴＰＴと
略す。）４．２部、酢酸ソーダ７部を加え、攪拌しなが
ら窒素気流下で１７０〜２３０°Ｃにて１０時間エステ
ル化反応を行った。過剰のアルコールを減圧下に溜去し
、１００°Ｃで水酸化アルミナマグネシウムにより吸着
処理行った後濾過した。得られたテトラブロモフタル酸
ジー２−エチルヘキシルエステルは、酸価が０．　５．
２５℃における粘度が１２Ｐｏｆｓｅ１体積固有抵抗が
５Ｘ１０”Ω・Ｃｒｌ’ｌ、比重が１．５５であった。

本エステルを絶縁性の油状液体１とする。

実施例２ＴＢＰＡ１３９２部、ｎ−デシルアルコール１２３２部
、ＴＰＴ４．６部、酢酸ソーダ７部を用い実施例１と同
様の方法によりエステル化反応を行った。過剰のアルコ
ールを減圧下に溜去し、１００°Ｃにて活性白土により
吸着処理を行った後濾過した。得られたテトラフロモフ
タル酸ジーｎデシルエステルは、酸価が０．４．２５°
Ｃにおける粘度が２Ｐｏｉｓｅ、体積固有抵抗が１．５
×１０′２Ω・ｃｍ、比重が１．４３であった。本エス
テルを絶縁性の油状液体２とする。

実施例３テトラクロロフタル酸無水物８５８部、２−エチルヘキ
シルアルコール１０１４部、ＴＰＴ３Ｎ、酢酸ソーダ２
部を用い実施例１と同様の方法によりテトラクロロフタ
ル酸ジー２−エチルヘキシルエステルを得た。酸価が０
．１以下、２５°Ｃにおける粘度が３．０Ｐｏｉｓｅ、
体積固有抵抗が１．０ＸＩＯ”Ω−ｃｍ、比重が１．４
０であった。本エステルを絶縁性の油状液体３とする。

実施例４ヘット酸無水物１１１３部、２−エチルヘキシルアルコ
ール１０１４部、ＴＰＴｌ、８部、酢酸ソーダ２部を用
い実施例１と同様の方法によりヘット酸ジー２−エチル
へ牛シルエステルを得た。

酸価が０．２以下、２５°Ｃにおける粘度が３．５Ｐｏ
ｉｓｅ、体積固有抵抗が１．２Ｘ１０１２Ω・ｃｍ、比
重が１．４７であった。本エステルを絶縁性の油状液体
４とする。

比較例１トリメリット酸トリオクチルエステル（モノサイザーＷ
−７００、大日本インキ化学工業■製商品名）を絶縁性
の油状液体５とした。酸価が０．２以下、２５°Ｃにお
ける粘度が２Ｐｏｉｓｅ、体積固有抵抗がｌＸｌ０”Ω
・ｃｍ、比重が０．９９であった。

比較例２トーレ・シリコン■製フルオロシリコーンＦＳ−１２６
５を絶縁性の油状液体６とした。２５°Ｃにおける粘度
が３Ｐｏｉｓｅ、比重が１．２５であった。

［電気粘性効果の評価］スチレン・ジビニルベンゼン・スルフォン酸型の強酸性
陽イオン交換樹脂（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー製
、タウエックス５０Ｗ、２００〜４００メツシユパス）
のＮａ塩３０ｇを減圧下１３０°Ｃにて５時間乾燥して
得た微粒子を絶縁性の油状液体１〜６に３０重量％とな
るように混合分散させた。これらの混合液を同軸二重円
筒型回転粘度計の内外筒間に満たし、室温にてせん断速
度１００ｓｅｃ−’で内外筒間に２ＫＶの交流電圧を印
加することによって電気粘性効果を測定した。

粘度計は、内筒の外径が２０ｍｍ、長さが５０ｍｍ、外
筒の内径が２２ｍｍのものを用いた。また、電圧印加時
に系を流れた電流値を電流計を用いて測定し、その電流
値を粘度計の内筒の側面の面積で除することにより電流
密度を求めた。

表１に、発生したせん断芯力及び電流密度の測定結果を
示す。

表１表１より明かなように、絶縁性の油状液体１〜４を用い
た電気粘性流体は、非常に大きな電気粘性効果を発生し
、しかも、電流密度も小さいことがわかる。

［粒子の沈降及び浮上の評価］上記のイオン交換樹脂と絶縁性の油状液体１〜６の混合
液を試験管にそれぞれ１０　ｍ　ｌ測り取り、２４時間
静置した後のイオン交換樹脂の沈降及び浮上を目視にて
判定した。

絶縁性の油状液体１〜４よりなる混合液では、沈降及び
浮上が全く観察されなかった。絶縁性の油状液体５．６
よりなる混合液では、イオン交換樹脂が試験管の底に沈
降していた。

代理人　弁理士　高　橋　勝　利

Claims

【特許請求の範囲】１、電気絶縁性の油状液体中に微粒子を分散させてなる
電気粘性流体において、電気絶縁性の油状液体がハロゲ
ン化芳香族カルボン酸エステルまたはハロゲン化脂環式
カルボン酸エステルを必須成分とすることを特徴とする
電気粘性流体。２、ハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハロゲ
ン化脂環式カルボン酸エステルを必須成分とする電気絶
縁性の油状液体が１．２〜１．６の範囲の比重を有する
ことを特徴とする請求項１記載の電気粘性流体。３、ハロゲン化芳香族カルボン酸エステルまたはハロゲ
ン化脂環式カルボン酸エステルとして臭素化または塩素
化フタル酸エステルを使用することを特徴とする請求項
１または２記載の電気粘性流体。