JPH04183793A

JPH04183793A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH04183793A
Application number: JP31082890A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Arai; 新井　克矢; Makoto Kanbara; 誠神原; Hirotaka Tomizawa; 富沢　広隆
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-30

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、電気粘性流体と、該電気粘性流体を挟んで電
気的に対向配置され、かつ絶縁層で被覆された画電極と
からなる電気粘性流体適用装置に使用される電気粘性流
体であって、クラッチ、バルブ、ショックアブソーバ−
等の機械装置の電気的制御に利用できる電気粘性流体に
関する。

（従来の技術）電圧の印加により流体の粘度が変化する電気粘性流体（
Ｂｌｅｃｔｒｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ
、　６１ｅｃｔｒｏｖｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｕｉｄ、　）
は古くから知られている（Ｄｕｆｆ。

＾、Ｗ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖｏｌ　、
　４　、　Ｎｏ、１（１８９６）２３）。

電気粘性流体に関する当初の研究は、液体のみの系に注
目したものであり、効果も不充分なものであるが、その
後固体分散系の電気粘性流体の研究に移り、かなりの電
気粘性効果が得られるようになった。

例えば、Ｗ＋ｎｓｌｏｗはパラフィンとシリカゲル粉末
、それに系を僅かに電導性にするために水を使用した電
気粘性流体を提案した（　Ｗｉｎｓｌｏｗ、　Ｗ、Ｍ、
。

Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ
、２０（１９４９）１１３７）　ｏこのＷｉｎｓｌｏｗ
の研究により電気粘性流体のもつ電気粘性効果は、ＥＲ
効果又はＷｉｎｓｌｏｗ効果と呼ばれている。

一方、電気粘性流体における増粘効果（ＥＲ効果）の発
現メカニズムの解明も進み、例えばＫｌａｓｓは電気粘
性流体中の分散質である各粒子は、電場内で二層構造の
誘電分極（Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ
　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ）を生じ、
これが主因であるとしている（に１ａｓｓ、　Ｄ、Ｌ、
、　ｅｔ　ａｔｌ、Ｊ、ｏｆ＾ｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ、　Ｖｏｌ、３８．　　ＮｏＨ１９６７）　６７
）　。これを電気二重層（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｏｕｂ
ｌｅ　１ａｙｅｒ　）から説明すると、分散質（シリカ
ゲル等）の周囲に吸着したイオンは、Ｅ（電場）＝０の
時は分散質の外表面に均一に配置しているが、Ｅ（電場
）＝有限値の時はイオン分布に片寄りが生じ、各粒子は
電場内で相互に静電気作用を及ぼし合うようになる。

このようにして電極間において各粒子がブリッジ（架ｗ
ｅ＞を形成し、応力に対して剪断抵抗力を発現、即ちＥ
Ｒ効果を発現するようになる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、従来の電気粘性流体は電気絶縁性流体中
に多孔質固体粒子を分散させることにより構成され、電
気粘性流体に電圧を印加することにより多孔質固体粒子
を分極させ、そのダイポール間の繋がりにより増粘効果
を奏するに至ることを基本的な理論としている。

そのため、この種電気粘性流体系には分極促進剤として
の水、多価アルコール、又は酸、塩、塩基等が添加され
るが、これらはいずれも高誘電性物質又は導電性物質で
あり、基油である電気絶縁性流体とは相反する物性をい
ずれも有するものである。そのため、分極促進剤を添加
してＥＲ効果を高めようとすると必然的に被電気分解性
が高くなり、電極を損傷するとか、又、不純物の生成に
伴うＥＲ装置の短寿命、電源負荷の増大という問題が生
じざるを得ない。

本発明者は、先に電気粘性流体適用装置において、電極
を絶縁層で被覆することによりこの問題の解決を図りう
ることを見出して出願したが、電気絶縁性流体と多孔質
固体粒子とは基本的には比重差があるという課題を残す
ものである。

本発明は、この電極層を絶縁層で被覆した電気粘性流体
適用装置に適用する電気粘性流体の改良を課題とし、多
孔質固体粒子の分散性を改良すると共に、従来のＥＲ流
体とは全く発想を相違した電気粘性流体の提供を課題と
する。

（問題点を解決するための手段）本発明の電気粘性流体は、電気粘性流体と、該電気粘性
流体を挟んで電気的に対向配置され、少なくとも一方の
電極が絶縁層で被覆された電極からなる電気粘性流体適
用装置に使用される電気粘性流体であって、該電気粘性
流体が、高誘電性流体又は非絶縁性流体、及び多孔質固
体粒子を主成分とする。　　　　゛〔作用及び発明の効果〕絶縁層で被覆された画電極からなる電気粘性流体適用装
置に使用される電気粘性流体においては、多孔質固体粒
子の分散媒は、従来の鉱油、パラフィン等の低誘電性か
つ電気絶縁性流体である必要は全くなく、鉱油、パラフ
ィン等に比較して多孔質固体粒子とより比重差の少ない
、例えば水等の高誘電性流体とすることができ、これに
より、より分散性を向上させることができ、しかも電極
が絶縁層で被覆しであるために両電極間に電圧を印加し
ても導通することなく水中に良好に分散している多孔質
固体粒子のダイポール形成により増粘現象を生じるさせ
ることができることを見出したものである。

〔実施例〕

以下、本発明の電気粘性流体について、具体的に説明す
る。

電極形成材料としては、銅、アルミニウム、金、白金、
銀、鉄、亜鉛、パラジウム、オスミウム、イリジウム、
ニッケル、鉛、タンタル等の金属電極を使用することが
できる。

次に、この電極を被覆する絶縁層は、無機絶縁層又は有
機絶縁層とするとよい。

無機絶縁層形成材料としては、酸化ジルコニウム／酸化
イツトリウム、酸化ベリリウム、酸化マグネシウム、酸
化カルシウム、二酸化珪素、シランカップリング剤、ア
ルミナ、チタニア、酸化トリウム等の酸化物、炭化珪素
、炭化チタン、炭化タングステン、炭化硼素（Ｂ、Ｃ，
、炭化ジルコニウム、炭化バナジウム、炭化タンタル等
の炭化物、窒化珪素等の窒化物、その外ダイアモンド、
１−Ｃ（ａ　−Ｄｉａｍｏｎｄ　）等を使用することが
できる。

これら無機絶縁層は、ＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖ
ａｐ。

ｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　）法、プラズマＣＶＤ法、
イオンビームＣＶＤ法、スラリー塗布法、スピンキャス
ト法、Ｌ　Ｐ　Ｄ　（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により積層することができる。

有機絶縁層としては、絶縁性ポリマーを使用するが、非
絶縁性流体に対する耐性、またＥＲ装置は１５０℃での
高温状態での作動される場合もあるので、耐熱性が要求
される。このような有機絶縁層形成材料としては、例え
ばポリアミド、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタ
レート、ポリエチレンテレフタレート、強化型ポリエチ
レンテレフタレート等の熱可塑性エンジニアリングプラ
スティック、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサ
ルファイド、ボリアリレート、ポリアミドイミド、ポリ
エーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン等の非架
橋型熱可塑性エンジニアリングプラスティック、ポリイ
ミド、ボリアリレート、フッ素樹脂等の非架橋型圧縮成
形エンジニアリングプラスティック、更にポリアミノビ
スマレイミド、ポリトリアジン、架橋ポリアミドイミド
、ポリビニルフェノール／エポキシ、フリーデルタラフ
ト樹脂／エポキシ、耐熱エポキシ等の架橋型エンジニア
リングプラスティック、またこれらプラスティックのブ
レンド体（例えばポリマーアロイ、また共重合体）、更
にグラスファイバーや無機物質のウィスカー（例えばカ
ーボンファイバー）で強化したものを形成材料として使
用することかできる。

これらの有機絶縁層は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法、
スプレー塗布法、スピンキャスト法、静電塗布法、デイ
ツプ法、刷毛塗布法により形成することができる。また
プラスチックフィルムを接着剤を使用して貼着しても形
成される。

また乾性油をコーティングして焼き付けて形成される、
所謂エナメル被覆、ポリビニルホルマールをコーティン
グして焼き付けたホルマール被覆等の絶縁層としてもよ
い。

電極が平板型であって、絶縁材料としてアルミナ、又は
アルミナ−シリカを使用する場合にはＣＶＤ法、プラズ
マＣＶＤ法、ＰＶＤ法を使用して絶縁層を形成するとよ
く、又窒化珪素（プレセラミックポリマー（ＰＣＰ））
を使用する場合にはスピンキャスト、スプレー塗布法、
刷毛塗布法、浸漬法等により、更にポリイミド、ポリア
ミドイミド、ＰＰＡ（ポリパラバン酸）ワニス等のエン
ジニアリングプラスティックを使用する場合にはスピン
キャスト、スプレー塗布法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法により
、またフッ素樹脂塗料、エポキシ−フェノール樹脂塗料
等の耐熱、耐候、電気絶縁性塗料を使用する場合にはス
ピンキャスト、スプレー塗布、また静電塗布法を使用し
て絶縁層を形成するとよい。

電極が、曲面等を有する複雑な形状を有する場合には、
特にポリイミド、ＰＰＡワニス等のエンジニアリングプ
ラスティックをスプレー塗布法、デイツプ法等により積
層するか、又はフッ素樹脂塗料、エポキシ−フェノール
樹脂塗料等を静電塗布法、スプレー塗布法、デイツプ法
等により積層するとよい。

無機絶縁層、有機絶縁層共に電極上に積層される膜厚は
、０．０１μｍ〜１０００μｍとするとよく、好ましく
は０．０１μｍ〜５０μｍ１更に好ましくは０．１μｍ
〜２９μｍの膜厚とするとよい。

絶縁層の膜厚が薄いと、製膜時にピンホールやクラック
が生じ、絶縁効果が無くなるので、少なくとも０．０１
μｍ以上の膜厚が必要である。また膜厚が余り厚いと粒
子と電極の静電気作用が抑えられ、また絶縁層での電圧
ロスが大きく電気粘性流体へ効果的に電圧配分がされな
いので１０００μｍを越えるのは好ましくない。

電気粘性流体における高誘電性流体或いは非絶縁性流体
としては、水、多価アルコール、酢酸、蟻酸等の有機酸
、エチレンカーボネート或いはプロピレンカーボネート
、スルホラン、テトラヒドロフラン、Ｎ、　Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド等含酸素化合物又は含窒素化合物、硫酸
、塩酸、硼酸等　゛の無機酸等があげられる。

また、分散質としての多孔質固体粒子は慣用のものが使
用され、例えばシリカゲル、含水性樹脂、ケイソウ土、
アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、イオン交換
樹脂、セルロース等を使用できる。これら多孔質固体粒
子は、通常粒径１０ｎｍ〜２００μｍのものが、０．１
〜５０ｗｔ％の割合で使用される。

０、１ｗｔ％未満ではＥＲ効果が少なく、また５０　ｗ
ｔ％を越えると分散性が悪くなるので好ましくない。

また、高誘電性流体又は非絶縁性流体中に多孔質固体粒
子を均一かつ安定して分散させるために、固体粒子によ
っては界面活性剤を使用するとよく、その場合には流体
と相溶性のあるものを選択するとよい。

このような界面活性剤としては、例えばポリオキシエチ
レン誘導体等の非イオン型、例えばポリオキシエチレン
ノニルフェニルエーテル等、又、アンモニウム塩等のカ
チオン型、例えばセチルトリメチルアンモニウムプロミ
ド、スルホン酸基等を有するアニオン型、例えばドデシ
ル硫酸ナトリウム等、或いは両性型を用いることができ
る。

これらは通常、０．１〜１０−ｔ％が使用されるが、多
孔質固体粒子の分散性がよい場合には使用しなくてもよ
い。

分極を更に高めるために、基油とは別の物質として、多
価アルコール、水、酸、塩、又は塩基成分を少なくとも
１積置上記合してもよい。

多価アルコールとしては二価アルコール、三価アルコー
ルが有効であり、エチレングリコール、グリセリン、プ
ロパンジオール、ブタンジオール、ヘキサンジオール等
を使用するとよい。

また酸成分としては硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸、クロ
ム酸、リン酸、ホウ酸等の無機酸、或は酢酸、ギ酸、プ
ロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、シュウ酸、マロ
ン酸等の有機酸が使用される。

また塩としては金属または塩基性基（ＮＨ，”、Ｎ２Ｈ
５＋等）と酸基からなる化合物であり、これらはいずれ
でも使用することができる。例えば、アルカリ金属、ア
ルカリ土類金属のハロゲン　′化物などの典型的なイオ
ン結晶を形成するもの、あるいは有機酸のアルカリ金属
塩などが好ましい。

この種の塩として、ＬｉＣ１，ＮａＣ１，ＫＣＩ。

ＭｇＣ１ｚ、ＣａＣ１ａ、ＢａＣ１ｚ、ＬｉＢｒ。

ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＭｇＢｒｚ、　　Ｌｉ　　Ｉ、Ｎａ
　Ｉ。

Ｋ　Ｉ、ＡｇＮＯｓ　、Ｃａ（ＮＯ３）２　　、ＮａＮ
Ｏ２、ＮＨ４ＮＯ３、に２　　ＳＯ４、Ｎａｚ　　ＳＯ
４゜ＮａＨ３Ｏ１，（ＮＨ４）２　ＳＯ４あるいはギ酸
、酢酸、シュウ酸、コハク酸などのアルカリ酸金属塩が
ある。

本発明で使用する塩基とは、アルカリ金属あるいはアル
カリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、アミ
ン類などであり、この種の塩基として、ＮａＯＨ，ＫＯ
Ｈ，Ｃａ　　（ＯＨ）２　、Ｎａｘ　ＣＯｓ　、ＮａＨ
ＣＯｓ　、に３　ＰＯ４、Ｎａ３ＰＯ３，アニリン、ア
ルキルアミン、エタノールアミンなどがある。

多価アルコール成分と酸、塩、又は塩基成分は、それぞ
れ単独に使用してもＥＲ効果を改善することができるが
、多価アルコール成分は高温領域でのＥＲ効果を向上さ
せることができ、また酸成分は分極効果を増大させるこ
とできるものである。

またこの二成分を併用することができ、高温領域でのＥ
Ｒ効果と共に、分極効果を増大させるという相乗効果を
奏するものである。

また、高誘電性流体又は非絶縁性流体が、酸化を受けや
すい媒体の場合には、酸化防止剤を添加してもよい。酸
化防止剤は高誘電性流体又は非絶縁性流体との相溶性が
あること、及び高誘電性流体又は非絶縁性流体、分極剤
、多孔質固体粒子に不活性であることが必要であるが、
例えば慣用されるフェノール系、アミン系酸化防止剤を
使用することができる。

具体的にはフェノール系としては、２・６−ジーｔ−ブ
チルパラクレゾール、４・４°　−メチレンビス（２・
６−ジーｔ−ブチルフェノール）、２°６−ジーｔ−ブ
チルフェノール等、またアミン系としてはジオクチルジ
フェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アル
キルジフェニルアミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン
等、又フェノチアジン及びその誘導体を使用することが
でき、更に腐食防止剤を添加してもよ（、具体的にはベ
ンゾ）　ＩＪアゾール及びその誘導体が挙げられ以下、
実施例により本発明を説明する。

〔実施例〕

まず、本発明の電気粘性流体の組成例を示す。

水　　　　　　　　　９６重量％シリカゲル　　　　　　３重量％エチレングリコール　　０．５重１％酢酸　　　　　　　　　０．　５重量％次に、本発明の
電気粘性流体を使用するＥＲ装置における電極について
、その形成方法により説明する。

〔形成例１〕銅電極上に乾性油をスプレー塗布法により塗布し、１５
０℃で焼付を行い、エナメル質の絶縁層を５μｍの膜厚
で形成した。

〔形成例２〕銅電極上に、ポリテトラフルオロエチレンを、１．１．
１−）リクロロエタン、１．１．２−トリクロロ１，２
．２−）リクロロエタン、テトラブチルチタネートの混
合液に溶解し、その溶液をスプレー塗布法により塗布し
、３５０℃で溶融させ、膜厚２０μｍの絶縁層を形成し
た。

〔形成例３〕５ＬＩＳ電極上に窒化珪素（平均分子量１５００〜１７
００のポリシラザン）２０重量％を含有するキシレンを
溶媒とする溶液を、浸漬法により塗布し、６００℃で焼
成させ、膜厚１．０μｍの絶縁層を形成した。

〔形成例４〕アルミ基板上に、厚さ５μｍのポリエチレンテレフタレ
ートフィルムを、エポキシ接着剤により接着し、膜厚１
０μｍの絶縁層を形成した。

（操作条件と電気粘性流体の評価項目）電気粘性流体を
４０℃と９０℃で、電圧の印加が可能で、上記形成例で
作製した電極を有する回転粘度計を用いて、以下の項目
について評価した。

・応答性−交流電場を０から２．ＯＸＩＯ’（Ｖ／ｍ）
に変化させた時に、何秒で粘度が安定するかにより評価。

・再現性−交流電場を０−２．　ＯＸ　１０Ｆ′（Ｖ／
ｍ）　−０のサイクルを繰り返した時、電場２．ＯＸ　
１０６（Ｖ／ｍ）の時の粘度の変動割合により評価。

・耐久性〜交流電場を２．　ＯＸ　１０６（Ｖ／ｍ）で
一定させた時、経時的な粘度の変化量（％）（測定時間５０時間）で評価。

・増粘効果−電場０　（Ｖ／ｍ）時と比較して、交流電
場を２．　ＯＸ　１０’　（Ｖ／ｍ）とした時の粘度の
倍率で評価。

（結果）結果を下表に示す。

（以下余白）この表から、電気絶縁性流体を使用しなくてもＥＲ効果
を奏することがわかる。

出　　願　　人　　東　燃　株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気粘性流体と、該電気粘性流体を挟んで電気的
に対向配置され、少なくとも一方の電極が絶縁層で被覆
された電極からなる電気粘性流体適用装置に使用される
電気粘性流体であって、該電気粘性流体が、高誘電性流
体又は非絶縁性流体、及び多孔質固体粒子を主成分とす
ることを特徴とする電気粘性流体。