JPH0428794A - 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】 イ８発明の目的 ［産業上の利用分野］ 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。

［従来の技術］ 電気粘性流体は、疎水性で非導電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懸濁液で、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（
、少ない電力によって強力な力を与えるので、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、
防振ゴム、或はワークピ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
７号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油のような電気絶縁
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。

また電気粘性効果の改良を目的として、特開昭５３−９
３１８６号明細書に分散相微粒子としてポリアクリル酸
リチウムが提案されているが、ポリアクリル酸リチウム
が電気粘性効果を示すためには粒子が多量の水を含有し
ているか或は意図的に含有させることが不可欠であり、
そのため水による過度の導電性が避けられず、消費電力
の点で不利である。

特開昭６２−９５３９７号明細書には、表面上のＡｌ／
Ｓｔ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。従って、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、この電気粘性流体も消費
電力の点で不利である。

さらにＵＳＰ４．７４４．９１４号明細書（特開昭６３
−１８５８１２号）には、上記の水の問題点を解決すべ
く、−数式：　ＭＩＸ／Ｉｌ＋　［（ＡＩＯａ）ｘ（Ｓ
ｉＯｉ）ｙ］　・ｗＨ２０（式中、Ｍは平均電価数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１〜約５であり、そ
してＷ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一避けられない。

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（なる。そして凝集により
二次粒径が太き（なるため沈降が速（なり、その結果分
散相と液相が短時間で分離する問題が生じる。更に、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］ 本発明は電気粘性効果が大きく、且つ電力消費が小さい
電気粘性流体の開発を目的とする。

口１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、平均粒子径０．０１〜１００
μｍ％Ｓｉ／Ａｌ原子比８〜１０００、水分保有量１〜
１０重量％の非晶質アルミノシリケート粒子よりなる分
散相を１００重量部中１〜６０重量部及び室温における
粘度０，６５〜１０００センチトークス（ｃＳｔ）の電
気絶縁油よりなる液相を１００重量部中４０〜９９重量
部含有することを特徴とする。

非晶質のアルミノシリケート粒子は、珪酸ナトリウムと
アルミン酸ナトリウムまたは硫酸ナトリウムを直接アル
ミノシリケートの沈殿を生成させることにより得られる
ことは良（知られている。

かかる粒子も本発明で使用可能であるが、しかしこの方
法では生成したアルミノシリケート粒子の粒子径やポア
サイズなどを均一に制御することが困難であることも知
られている。

電気粘性流体の分散相粒子としては、適度の粒子径と適
度のポアサイズを有する粒子であることが沈降安定性を
向上させるために必要である。

アルミノシリケート粒子の粒子径やポアサイズなどを均
一に制御するためには、アルミナコーテッドシリカゾル
またはアルミノシリケートを被覆したシリカ粒子からな
るゾルを乾燥させる方法が好ましい。

アルミナコーテッドシリカゾルとは、特開昭４７−４２
６００号に開示されているようなシリカコア粒子表面に
アルミナを部分的に被覆したコロイド粒子からなる水性
ゾルで、球形の均一サイズの粒子が水中に分散したもの
であるため、スプレードライヤーで乾燥させることによ
り球形粒子が凝集し、適度のボアを持つ多孔性の非晶質
アルミノシリケート粒子が得られる。

非晶質のアルミノシリケート粒子のＳ　ｉ　／　Ａ　１
の原子比を制御するためには、前記アルミナコーテッド
シリカゾルに珪酸ナトリウム水溶液をイオン交換して得
た活性珪酸の水性コロイド溶液とアルミン酸ナトリウム
水溶液を加え、陽イオン交換樹脂でナトリウムイオンを
除去し熱処理することによってアルミナコーテッドシリ
カ粒子のアルミノシリケート表面層をさらに成長させて
Ａｌ２Ｏ８分率を増やす。逆にＳ　ｉ　０２分率を増や
すには、特開昭５６−１２０５１１号に開示されている
ようなアルミノシリケートを被覆したシリカゾルをスプ
レー乾燥してアルミノシリケート粒子を得ることができ
る。

分散相として使用する非晶質アルミノシリケート粒子の
電気粘性流体の分散相として適当な平均粒子径は０．０
１〜１００μｍ１好ましくは１〜１０μｍの範囲である
。０．０１μｍ未満では電場のない状態で初期粘度が著
しく大きくなりデバイスに適用できないし、１１００Ｉ
Ｌを越えると沈降が速くなり流体の分散相としての十分
な安定性が得られない。

また、非晶質アルミノシリケート粒子のＳｔ／Ａｌ原子
比は８〜１０００、好ましくは８〜２００、さらに好ま
しくは８〜５０である。

Ｓ　ｉ　／　Ａ　１原子比が８未満では粒子の負帯電が
太き（なり直流電圧を印加した時正電極への粒子の泳動
が起こるため直流電源を使用する用途には不向きである
。一方、Ｓ　ｉ　／　Ａ　ｌ原子比が１０００を越える
とＡＩ原子の効果が無くなりシリカ粒子を分散相とした
電気粘性流体と同様に電気粘性効果が小さくなる。

さらに、該アルミノシリケート粒子の水分保有量は１〜
１０重量％、好ましくは３〜５重量％の範囲で、１重量
％未満では大きな電気粘性効果が得られず、１０重量％
を越えると水分による導電性のため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、炭化水素油、エス
テル系油、ハロゲン化炭化水素油やシリコーン油等を例
示することができる。これらは単独で用いることができ
、また２種以上を併用することもできる。これらの電気
絶縁油の中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。

電気絶縁油は２５℃において０．６５〜１０００センチ
トークス（ｃＳｔ）、好ましくは５〜５０ｃＳｔ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（なり、また電気粘性効果による粘度変化が小さ（
なる。一方、液相の粘度が高すぎると流体の粘度が高く
なり、高すぎるとデバイスの要求特性に適合しない。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
相を効率よ（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
、非晶質アルミノシリケート粒子から成る分散相の含有
量が１００重量部中１〜６０重量部、好ましくは１０〜
４０重量部であり、前記電気絶縁油からなる液相の含有
量が１００重量部中４０〜９９重量部、好ましくは６０
〜９０重量部である。分散相の量が１重量部未満では電
気粘性効果が小さ（，６０重量部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、無機塩等の添加剤を配合するこ
ともできる。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本
発明は以下の実施例になんら限定されるものではない。

［実施例１］ 平均粒子径４．８ｎｍのアルミナコーテッドシリカゾル
（比重１．０９６．ｐＨ９，１７，粘度２．５ｃｐ、５
ｉｆｔ　１４．３重量％、　／ｌｊ２．００．５４重量
％、Ｎａｇ　００．４３重量％）をスプレードライヤー
で乾燥後さらに１５０℃で３時間乾燥して平均粒子径４
．５μｍ、５ｉＯ−９１，６重量％、Ａρ＊Ｏｓ３．５
重量％（Ｓｉ／Ａｌ原子比２４．２）、Ｎａ２Ｏ２，８
重量％、水分２．２０重量％のアルミノシリケートのパ
ウダーを得た。このアルミノシリケートが非晶質である
ことはＸ線回折により確認された。

このパウダー８１．８ｇに水１．１６ｇを添加し混合し
て水分含有量３．５７重量％としたパウダー８２．９６
ｇ　（２０，７重量部）を２５℃における粘度１０ｃＳ
ｔのシリコーン油（東芝シリコーン■製ＴＳＦ−４５１
−１０）３１７．０ｇ（７９，３重量部）に分散し、サ
ンドグラインダーにて２時間撹拌し実施例１の電気粘性
流体を得た。この電気粘性流体における分散相の平均粒
子径（遠心沈降法による測定値）は２．４１μｍであっ
た。

［実施例２］ 実施例１で用いたのと同じアルミナコーテッドシリカゾ
ル１３８０ｇに水１４４０ｇを加え、撹拌しながら珪酸
ナトリウム水溶液を陽イオン交換して得た活性珪酸の水
性コロイド溶液（Ｓ　ｉ　Ｏ□３．６重量％、ｐＨ２，
８）６００ｇを添加し、さらにアルミン酸ソーダ水溶液
（日本軽金属銖製５Ａ−２０：Ａｊ２ｓ　ｏｓ　２０重
量％、　Ｎ　ａｔ　Ｏ１８，２重量％）１９２ｇを添加
し、次いで陽イオン交換樹脂（アンバーライト１２０Ｂ
）５００ｇ（ウェット）を加え７０℃で６時間加熱した
。加熱終了後イオン交換樹脂を分離してアルミノシリケ
ートゾルを得た。このゾルは比重１．０４．　ｐＨ９，
７，粘度８２　ｃ　ｐ　、　Ｓ　ｉ　Ｏｘ　６　、０７
重量％、Ａｌ２Ｎ　ｏｚ　１．０９重量％、Ｎａ２００
．５０重量％であった。

このアルミノシリケートゾル２４００ｇと上記アルミナ
コーテッドシリカゾル１２１０ｇをよく混合した後８０
℃で５時間加熱処理した。得られたアルミノシリケート
ゾルは比重１．０４９．ｐＨ９，５，粘度３６　ｃ　ｐ
　、　Ｓ　ｉ　Ｏ＊　８　、８３重量％、ＡＡｘ　Ｏ−
０，９０６重量％、Ｎ　ａ　２００　。

４７６重量％であった。

このゾルを実施例１と同様に乾燥して平均粒子径４．５
μｍ、ＳｉＯｘ　８２．８重量％、Ａ１１ｚＯ，８，５
０重量％（Ｓｉ／Ａβ原子比８．５）Ｎａａｏｏ、４４
７重量％、水分４．２０重量％のアルミノシリケートの
パウダーを得た。このアルミノシリケートが非晶質であ
ることはＸ　！１回折により確認された。

このパウダー８３．５ｇ　（２０，９重量部）を実施例
１で使用したのと同じシリコーン油３１６５ｇ　（７９
，１重量部）に分散した後、実施例１と同様に処理して
実施例２の電気粘性流体を得た。この電気粘性流体にお
ける分散相の平均粒子径（遠心沈降法による測定値）は
２．２３μｍであった。

［比較例１］ シリカゲル（日本シリカ■製：ニブシルＶＮ−３）の水
分量を６重量％に調節したもの１３重量部を、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重量部
に分散、懸濁させて電気粘性流体を得た。

［比較例２］ 平均粒子径１μｍ、Ｓｉ／Ａｌの原子比２．５（水分含
有量２０重量％）のＮａ−Ｙ型結晶化ゼオライト粒子（
触媒化成工業■製）３０重量部を比較例１で使用したの
と同じシリコーン油７０重量部に良（分散し、懸濁液と
して電気粘性流体を得た。

［比較例３］ 平均粒子径１μｍ、Ｓｉ／Ａｌの原子比ｌの３Ａ型結晶
化ゼオライト粒子（ユニオン昭和■製）を真空下、２７
５℃で１０時間乾燥した後、真空中で１５時間冷却し室
温まで戻した。この時粒子の水分保有量は０．０２重量
％であった。この乾燥粒子４０重量部を実施例１で使用
したのと同じのシリコーン油６０重量部に良く分散し、
懸濁液として電気粘性流体を得た。

［比較例４］ 実施例１で使用したのと同じアルミナコーテッドシリカ
ゾル１３８０ｇに水１４４０ｇを加え、撹拌しながら珪
酸ナトリウム水溶液を陽イオン交換して得た活性珪酸水
性コロイド溶液（Ｓ　ｉ　Ｏｚ３．６重量％、ｐＨ２，
８）６００ｇを添加し、さらにアルミン酸ソーダ水溶液
（日本軽金属■製５Ａ−２０：Ａｆｆ、０．２０重量％
、Ｎａｔａ１８．２重量％）１９２ｇを添加し、次いで
陽イオン交換樹脂（アンバーライト１２０Ｂ）５００ｇ
（ウェット）を加え、７０℃で６時間加熱した。

加熱終了後イオン交換樹脂を分離して実施例２と同じア
ルミノシリケートゾル（比重１．０４．ｐＨ９，７，粘
度８２ｃｐ、５ｉＯａ　６．０７重量％、　Ａｘｇ　Ｏ
ｓ　１．０９重量％、Ｎａｇ　ｏｏ、５０重量％）を得
た。

このゾルを実施例１と同様に乾燥して平均粒子径５．９
μｍ、Ｓｉｎ、７６．５重量％、　Ａ４２゜Ｏｍ　１３
．７重量％（Ｓｉ／ＡＩ２原子比５．０）Ｎａｔ０６．
３重量％、水分３．４０重量％の非晶質アルミノシリケ
ートのパウダーを得た。このアルミノシリケートが非晶
質であることはＸ線回折により確認された。

このパウダー８２．８ｇを実施例１で用いたのと同じシ
リコーン油３１７．２ｇに分散した後、実施例１と同様
に処理して比較例４の電気粘性流体を得た。この電気粘
性流体における分散相の平均粒子径（遠心沈降法による
測定値）は２．４０μｍであった。

実施例１．２及び比較例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Ｔ０、電圧２ｋＶ
／ｍｍを印加した時の剪断力Ｔ、ダイナミックレンジ（
Ｔ−Ｔ、）／Ｔ、、及び電圧２ｋＶ／　ｍ　ｍを印加し
た時の電流密度を示す。

（以下余白） 第 表 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太き（、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、水分含有量の多い
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が消費電力が極めて大きい。

一方、結晶化ゼオライト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るものの、電気粘性効果が小さく
なってしまう。

さらに、実施例１．２と同様に出発原料としてアルミナ
コーテッドシリカゾルを用いた非晶質のアルミノシリケ
ートではあるが、Ｓ　ｉ　／　Ａ　１２原子比が実施例
１．２よりも小さいアルミノシリケートを分散相として
用いた比較例４の電気粘性流体は、粒子の負帯電が太き
（なり直流電圧を引加した時正電極への粒子のへ泳動が
起こり、分散相粒子の電極上での偏析が起こるため直流
電源を使用する用途には不向きであった。

ハ９発明の効果 大きな電気粘性効果を示すが消費電力は小さく且つ沈降
安定性に優れた電気粘性流体を得ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　平均粒子径０．０１〜１００μｍ、Ｓｉ／Ａｌ原子
   比８〜１０００、水分保有量１〜１０重量％の非晶質ア
   ルミノシリケート粒子よりなる分散相を１００重量部中
   １〜６０重量部及び室温における粘度０．６５〜１００
   ０センチトークス（ｃＳｔ）の電気絶縁油よりなる液相
   を１００重量部中４０〜９９重量部含有することを特徴
   とする電気粘性液体。 ２　上記非晶質アルミノシリケート粒子を得るための出
   発原料としてアルミナコーテッドシリカゾルを用いる請
   求項第１項記載の電気粘性流体。