JPH05247255A - 電気応答性弾性体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】 Ａ．弾性率が１０⁵〜１０⁹ダイン／ｃｍ²で
ある電気絶縁性高分子材料に Ｂ．炭素質微粉体、 マトリックス相に微粒子が表面付近に多く中心側に少
ない状態に分散した微粒子不均一分散型複合粒子、 マトリックス相に微粒子が均一に分散した微粒子均一
分散型複合粒子、 マトリックス相に微粒子が分散した微粒子分散型複合
粒子、 二次元層状複合粒子よりなる微粉体、 から選ばれた少なくとも一種類以上の平均粒径が０．５
〜５００μｍであり電場の作用により電気分極する微粉
体を分散した電気応答性弾性体。 【効果】 電場の印加により粘弾性特性を大きく変化さ
せることができ、ダンパーなどのエネルギー吸収や防振
を目的とする一般産業用部品などの電気による直接制御
を可能にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電場の印加により粘弾性
特性が変化する電気応答性弾性体に関するものであり、
例えばダンパー、ショックアブソーバー、エンジンマウ
ントなどのエネルギー吸収や防振を目的とする一般産業
用部品や自動車用部品などに適用される電気応答性弾性
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、電気粘性流体を封入した防振
ゴムやダンパーは、入力に応じて印加する電場を変化さ
せることにより、バネ特性やロス特性を調節できる優れ
た機能を有するデバイスとして実用化が検討されてい
る。

【０００３】しかし、電気粘性流体を応用した防振ゴム
やダンパーを実用化するためには、電気粘性流体を完全
に封入シールする必要があり、更に長期間に亘って分散
微粒子が沈降・凝縮しない安定性の高い電気粘性流体が
必要であるが、媒質である絶縁オイルと分散微粒子の比
重差のため、この要求を満足する電気粘性流体は容易に
得られない現状にある。

【０００４】また、電場の印加により粘弾性特性を変化
させうる材料として電場屈曲性高分子ゲルも知られてい
るが、この電場屈曲性高分子ゲルは特殊な溶媒中で作用
するのみで、その用途は限られたものである。

【０００５】また最近、電場による弾性率可変材料が報
告されている（特開平３−９１５４１号公報）。この弾
性率可変材料は電気絶縁性高分子材料に電場の作用によ
り電気分極する微粉体が分散している材料であるが、こ
れに用いられている分散微粒子は、水の作用により分極
する親水性の微粒子、導電性高分子微粒子あるいは電場
の作用による電気分極が十分大きくない微粒子などであ
り、弾性率可変材料の製造時の水分の調整が難しく、し
かも温度依存性が大きく品質の安定性に欠ける材料であ
ったり、電場の印加時に過度の電流が流れる材料であっ
たり、十分な弾性率可変効果が得られない材料であった
りするものであり、その用途は同様に限られたものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情を
改善するためになされたもので、電気粘性流体における
オイルや電場屈曲性高分子ゲルにおける溶媒のような流
動性の高い液状媒質を用いず、電気絶縁性の高分子重合
体中に電場の作用により水の存在に依存せずに電気分極
する微粉体を分散させた電気応答性弾性体を提供するも
のであり、特に電場の印加により粘弾性特性が大きく変
化する実用性の高い安定な電気応答性弾性体を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、電気絶
縁性高分子材料に電場の作用により電気分極する微粉体
が分散してなる電気応答性弾性体において、 Ａ．弾性率が１０⁵〜１０⁹ダイン／ｃｍ²である電気絶
縁性高分子材料に Ｂ．炭素／水素原子比（Ｃ／Ｈ比）が１．２〜５であ
る炭素質微粉体、 マトリックス相に微粒子が表面付近に多く中心側に少
ない状態又は表面付近に少なく中心側に多い状態に分散
した微粒子不均一分散型複合粒子からなり、上記分散微
粒子の電気伝導度が上記マトリックス相の電気伝導度の
１／１０以下である微粉体、 マトリックス相に微粒子が均一に分散した微粒子均一
分散型複合粒子からなり、上記分散微粒子の電気伝導度
が上記マトリックス相の電気伝導度の１／１０以下であ
る微粉体、 マトリックス相に微粒子が分散した微粒子分散型複合
粒子からなり、上記分散微粒子の電気伝導度が上記マト
リックス相の電気伝導度の１０倍以上である微粉体、 二次元層状複合粒子よりなる微粉体、 の中から選ばれた少なくとも一種類以上の平均粒径が
０．５〜５００μｍである微粉体を分散微粒子として用
いることにより、電場の印加により粘弾性特性が大きく
変化する従来にない機能性材料を得ることができること
を知見し、本発明を完成するに至った。

【０００８】以下、本発明につき更に詳述すると、本発
明の電気応答性弾性体は、電気絶縁性高分子材料に電場
の作用により水の存在に依存せずに電気分極する微粒子
が分散してなるものである。

【０００９】ここで、本発明で用いる電気絶縁性高分子
材料は、室温あるいは使用温度で物理架橋あるいは化学
架橋により弾性的挙動を示し、柔軟性に富む高分子重合
体であることが望ましく、弾性率が１０⁵〜１０⁹ダイン
／ｃｍ²であり、好ましくは１０⁶〜１０⁸ダイン／ｃｍ²
の材料であり、具体的には、ブタジエンゴム、イソプレ
ンゴム、スチレン・ブタジエンゴム等の主鎖に不飽和炭
素結合を持つ架橋ゴム、シリコーンゴム、ホスファゼン
ゴム等の無機系架橋ゴム及びポリウレタン等の各種熱可
塑性ゴムなどが好ましく、更にそれらに軟化剤、添加剤
などを配合した架橋ゴム、あるいはそれらを発泡した架
橋ゴムなども好適に用いられる。

【００１０】一方、本発明で用いる微粉体は、 炭素／水素原子比（Ｃ／Ｈ比）が１．２〜５である炭
素質微粉体、具体的には、（１）コールタールピッチ、
石油系ピッチ、またはポリ塩化ビニルを熱分解して得ら
れるピッチなどを微粉砕したもの、（２）それらピッチ
又はタール成分を加熱処理して得られる炭素質メソフェ
ーズ小球体粉末、すなわち、加熱により形成される光学
的異方性小球体のピッチ成分を溶剤で溶解分別すること
によって得られる粉末、更にこれを微粉砕したもの、ピ
ッチ原料を加熱処理によりバルクメソフェーズ（例えば
特開昭５９−３０８８７号公報参照）とし、それを微粉
砕したもの、また一部晶質化したピッチを微粉砕したも
の、（３）フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を低温で
炭化したものなど、いわゆる低温処理炭素質粉末、
（４）無煙炭、歴青炭などの石炭類及びその熱処理物を
微粉砕したもの、（５）ポリエチレン、ポリスチレンな
どの炭化水素系ビニル高分子と塩化ビニル、塩化ビニリ
デンなどの塩素含有高分子との混合物を加圧下で加熱す
ることによって得られる炭素球又はそれを微粉砕したも
の、（６）ポリアクリロニトリルなどの残炭率の高い高
分子の炭化物など、で例示される微粉体、 残炭率の高い有機物粒子と金属化合物などの絶縁性材
料を含浸した後、炭化するなどの方法により得られる、
微粒子がマトリックス相の表面付近に多く、中心側に少
ない状態に分散した微粒子不均一分散型複合粒子、ある
いは高温で酸化物を生成する化合物を核とし、これをフ
ェノール樹脂などの残炭率の高い有機樹脂でコートした
粒子をつくり、この粒子を炭化処理するなどの方法によ
り得られる、微粒子がマトリックス相の表面付近に少な
く、中心側に多い状態に分散した微粒子不均一分散型複
合粒子からなり、上記マトリックス相の電気伝導度が好
ましくは１０^-10〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、上記分散微粒
子が半導体及び絶縁体から選ばれる少なくとも一種類の
材料より形成され、かつ、上記マトリックス相の電気伝
導度の１／１０以下である微粉体、 残炭率の高い有機物粒子と金属化合物などの絶縁性材
料を混合粉末化した後に炭化するなどの方法により得ら
れる微粒子均一分散型複合粒子からなり、上記マトリッ
クス相の電気伝導度が好ましくは１０^-10〜１０²Ｓｃｍ
^-1であり、上記分散微粒子が半導体及び絶縁体から選ば
れる少なくとも一種類の材料より形成され、かつ、上記
マトリックス相の電気伝導度の１／１０以下である微粉
体、 残炭率の高い有機物粒子と金属化合物などの絶縁性材
料を混合粉末化した後、炭化するなどの方法により得ら
れる微粒子分散型複合粒子からなり、上記マトリックス
相が半導体及び絶縁体から選ばれる少なくとも一種類の
材料より形成され、上記分散微粒子の電気伝導度が好ま
しくは１０^-10〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、かつ、上記マト
リックス相の電気伝導度の１０倍以上である微粉体、 二次元層状構造を有する層状粘土鉱物の層間に炭素質
材料又は炭化物材料を複合した微粒子よりなる微粉体、
例えば層状アルミノケイ酸塩や層状ポリケイ酸塩などの
二次元層状構造を有する物質の層間に残炭率の高い有機
化合物を挿入した後、炭化処理して得られる微粉体、の
中から選ばれる。

【００１１】上記〜の微粉体につき更に詳述する
と、Ｂ−のマトリックスより微粒子の電気伝導度が低
い微粒子不均一分散型複合粒子の微粉体において、マト
リックス相の電気伝導度は中位の導電性、好ましくは１
０^-10〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、より好ましくは１０^-10
〜１０⁰Ｓｃｍ^-1である。該マトリックス相を形成する
ための材料は、前記電気伝導度を示すものであれば有機
材料あるいは無機材料を問わず用いることができる。具
体的には、炭素質材料、炭化硼素，炭化アルミニウムな
どの炭化物材料、ポリアニリン，ポリアセンキノンなど
の有機半導体材料、酸化亜鉛，チタン酸カリウム，チタ
ン酸バリウムなどの酸化物系半導体材料などを例示する
ことができるが、好ましいものは炭素質材料である。中
でも、炭素含有率８０〜９９．９％の炭素質材料が好適
であり、更に好ましいものは９０〜９９％の炭素質材料
である。なお、残部は通常水素原子、酸素原子、窒素原
子から構成される。

【００１２】一方、このマトリックス相に分散される微
粒子は半導体及び絶縁体より選ばれる少なくとも一つの
材料であるが、その電気伝導度はマトリックス相に対し
てより低い値を有することが必須条件で、マトリックス
相のそれの１／１０以下であり、好ましくは１／１０〜
１／１０¹⁴、さらに好ましくは１／１０³〜１／１０¹⁴
である。これが１／１０より大きいと有効な複合粒子が
得られない。更に、該微粒子の電気伝導度は前記条件を
満足しつつ、１０^-2Ｓｃｍ^-1以下、特に１０^-6Ｓｃｍ^-1
以下であることが好ましい。

【００１３】該微粒子材料としては、例えば、アルミ
ナ，シリカ，酸化硼素，チタニア，酸化カルシウム，酸
化鉄，酸化錫，酸化亜鉛などの酸化物、炭化珪素，窒化
珪素，窒化アルミニウムなどの非酸化物等を挙げること
ができる。中でも、好ましいものは、シリカ、アルミ
ナ、チタニアなどである。

【００１４】なお、微粒子の大きさは好ましくは１ｎｍ
〜１μｍ、より好ましくは２ｎｍ〜０．５μｍの範囲が
好適である。また、複合粒子中の微粒子分散量は全体と
して好ましくは０．０１〜４０％、より好ましくは０．
１〜３０％である。０．０１％より少ない場合は本発明
の効果が得られないし、４０％より多い場合は複合粒子
を製造する場合に障害を伴う場合がある。本発明の複合
粒子を微粒子分散量を表面側に多く、中心側に少なく形
成する場合、表面側の分散量は０．１〜９９％、特に１
〜９５％、中心付近の分散量は０〜３０％、特に０〜２
５％とし、また表面側の分散量を中心付近の分散量の
１．５倍以上、特に３倍以上程度とすることが好まし
い。また、微粒子分散量を表面側に少なく、中心側に多
く形成する場合は、上記と逆の分散量とするのが好まし
い。

【００１５】ここで、Ｂ−の複合粒子を製造する方法
としては、微粒子がマトリックス相の表面側に多く分散
した複合粒子の場合は、下記（Ａ）〜（Ｄ）の方法を挙
げることができる。 （Ａ）フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチルシラ
ン樹脂，メラミン樹脂，エポキシ樹脂などの熱硬化性樹
脂や、ポリアクリロニトリルなどの熱可塑性樹脂を放射
線処理や不融化処理した樹脂などの有機物粒子に、エチ
ルシリケート，アルミニウムイソプロポキシド，チタニ
ウムイソプロポキシドなどの金属アルコキシド、フェロ
センなどの有機金属錯体、ジエタノールアミンと硼酸よ
り合成される硼酸エステルなどの有機化合物と無機酸か
らなるエステルなどの化合物を含浸させ、熱処理後、炭
化処理する方法。 （Ｂ）フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチルシラ
ン樹脂などの残炭率の高い有機物粒子の表面に、金属ア
ルコキシド、有機金属錯体、有機化合物と無機酸とのエ
ステルなどの化合物を付着させた後、更に残炭率の高い
液状有機化合物で被覆した微粒子を熱処理により炭化処
理する方法。 （Ｃ）フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチルシラ
ン樹脂などの残炭率の高い有機物粒子の表面に、金属ア
ルコキシド、有機金属錯体、有機化合物と無機酸とのエ
ステルなどの化合物に残炭率の高い液状有機化合物を混
合した混合物を付着させた後、熱処理により炭化処理す
る方法。 （Ｄ）フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチルシラ
ン樹脂などの残炭率の高い有機物粒子などを熱処理後、
その表面に、化学蒸着法（ＣＶＤ）などの方法で所望の
電気伝導性の微粒子を形成する化合物を付着させた後、
更に熱処理により炭化処理する方法。

【００１６】また、微粒子がマトリックス相の中心側に
多く分散した複合粒子の場合は、下記（Ｅ）の方法を用
いることができる。 （Ｅ）水に対し、低温で溶解度が小さく、高温で溶解度
が大きく、しかも高温度で酸化物を生成する化合物を核
とし、これをフェノール樹脂でコートとした状態の粒子
を作る。この粒子を温水の中に浸漬するなどの方法によ
り水を含浸させ、含浸終了後、上記化合物を核とするフ
ェノール樹脂粒子を炭化処理する。

【００１７】例えば、ほう酸及び好ましくは分散剤とし
て界面活性剤を含有した中でレゾール型フェノール樹脂
を造粒硬化させるることにより、ほう酸を核とした球状
のフェノール樹脂粒子を調製し、これを温水に２４時間
浸漬した後、水から取出し、乾燥する。その後、非酸化
性雰囲気に炭化処理する。これによって得られた粒子
は、導電性中位の炭素質材料をマトリックス相に、導電
性低位の酸化ほう素微粒子が中心側に多く表面側に少な
い状態で分散した不均一分散型複合粒子となる。

【００１８】また、Ｂ−の微粒子均一分散型複合粒子
の微粉体において、マトリックス相の電気伝導度は中位
の導電性、好ましくは１０^-10〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、
より好ましくは１０^-10〜１０⁰Ｓｃｍ^-1である。該マト
リックス相を形成するための材料は、前記電気伝導度を
示すものであれば有機材料あるいは無機材料を問わず用
いることができる。具体的には、炭素質材料、炭化硼
素，炭化アルミニウムなどの炭化物材料、ポリアニリ
ン，ポリアセンキノンなどの有機半導体材料、酸化亜
鉛，チタン酸カリウム，チタン酸バリウムなどの酸化物
系半導体材料などを例示することができるが、好ましい
ものは炭素質材料である。中でも、炭素含有率８０〜９
９．９％の炭素質材料が好適であり、更に好ましいもの
は９０〜９９％の炭素質材料である。なお、残部は通常
水素原子、酸素原子、窒素原子から構成される。

【００１９】一方、このマトリックス相に分散される微
粒子は半導体及び絶縁体より選ばれる少なくとも一つの
材料であるが、その電気伝導度はマトリックス相に対し
てより低い値を有することが必須条件で、マトリックス
相のそれの１／１０以下、好ましくは１／１０〜１／１
０¹⁴、さらに好ましくは１／１０³〜１／１０¹⁴であ
る。これが１／１０より大きいと有効な複合粒子が得ら
れない。更に、該微粒子の電気伝導度は前記条件を満足
しつつ、１０^-2Ｓｃｍ^-1以下、特に１０^-6Ｓｃｍ^-1以下
であることが好ましい。

【００２０】該微粒子材料としては、例えば、アルミ
ナ，シリカ，酸化硼素，チタニア，酸化カルシウム，酸
化鉄，酸化錫，酸化亜鉛などの酸化物、炭化珪素，窒化
珪素，窒化アルミニウムなどの非酸化物等を挙げること
ができる。また、マトリックス相を炭素質材料とする場
合、これより導電性低位の炭素質材料を微粒子として用
いることも可能である。微粒子材料の中でも、好ましい
ものは、シリカ、アルミナ、チタニアなどである。

【００２１】なお、微粒子の大きさは好ましくは１ｎｍ
〜１０μｍ、より好ましくは２ｎｍ〜５μｍの範囲が好
適である。また、複合粒子中の微粒子分散量は全体とし
て好ましくは０．１〜７０％、より好ましくは１〜６０
％である。０．１％より少ない場合には、該複合粒子の
電気特性は電気伝導度が制御されず、導電性中位のマト
リックス相とほぼ同一になり、本発明の効果が得られな
い。また、７０％より多い場合には、該複合粒子の電気
特性は導電性低位の微粒子に類似となり、好ましくな
い。

【００２２】ここで、Ｂ−の複合粒子の粉体を製造す
る方法としては、導電性中位のマトリックス相に相当す
る出発化合物（以下、マトリックス相化合物と略す）と
導電性低位の微粒子に相当する出発化合物（以下、微粒
子化合物と略す）とを混合し、この混合物をスプレード
ライなどの方法で造粒する方法、この混合物を硬化反応
などにより固化したのちボールミル等を利用して造粒方
法、造粒された粉体をさらに高温度で熱処理する方法、
あるいは混合物を一度熱処理を行なったのち造粒する方
法などを挙げることができる。目的とする粉体を製造す
るためには、出発化合物の組み合わせ、その混合方法、
造粒する方法、あるいは熱処理方法（熱処理の手段、熱
処理の雰囲気を含む）等の製造プロセスにおいて、両化
合物の形態、熱特性などの物理的特性により、下記
（Ｆ）〜（Ｈ）の特別な方法を採用することができる。 （Ｆ）該マトリックス相化合物が液状あるいは溶液状で
あり、該微粒子化合物を内包する状態、あるいは、該製
造プロセスにおいて液化し、該微粒子化合物を内包する
状態とした後、適当な方法にてゲル化あるいは硬化さ
せ、熱処理する方法。なお、該微粒子化合物は、該製造
プロセスで固体状の材料を選択する。 （Ｇ）該マトリックス相化合物および該微粒子化合物の
両化合物が液状あるいは溶液状にて混合され粉体を製造
する場合には、該微粒子化合物は、該マトリックス相化
合物よりも早くゲル化あるいは沈殿を形成するような材
料から選択し、さらに両化合物の量比等を選んで両化合
物を混合後、ゲル化あるいは硬化させ、造粒し、熱処理
する方法。 （Ｈ）該マトリックス相化合物および該微粒子化合物の
両化合物が固体状にて混合され粉体を製造する場合に
は、目的とする粉体を得る該製造プロセスの途中で該マ
トリックス相化合物が流動性をもつこと、および該微粒
子化合物がすべての該製造プロセスにおいて固体状であ
ることの条件を満たして、両化合物を混合し、必要に応
じて熱処理を行ない、その後に造粒する方法。

【００２３】上記（Ｆ）〜（Ｈ）の製造法によりＢ−
の粉体が得られるが、出発化合物の組み合わせによって
は、得られた粉体をさらに高温度で熱処理し、熱処理温
度、熱処理雰囲気を制御することにより粉体の導電率を
変化させることが望ましい。熱処理雰囲気の制御を例示
すれば、熱処理後も複合粒子に炭化物を多く残存させた
い場合には、通常不活性ガス雰囲気が選択されるが、特
に窒化物を複合粒子内部に生成させたい時は、ＮＨ₃ガ
ス、Ｎ₂ガス等の雰囲気が選択される。

【００２４】上記マトリックス相に相当する出発化合物
としては、フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチル
シラン樹脂などの残炭率の高い有機化合物などから選ば
れた少なくとも一つの化合物を用いることができる。

【００２５】一方、微粒子に相当する出発化合物として
は、エチルシリケート，アルミニウムイソプロポキシ
ド，チタニウムイソプロポキシドなどの金属アルコキシ
ド、フェロセンなどの有機金属錯体、ジエタノールアミ
ンと硼酸より合成される硼酸エステルなどの有機化合物
と無機酸からなるエステル、シリカ，アルミナ，チタニ
ア，その他の絶縁材料、半導体材料などから選ばれた少
なくとも一つの化合物を用いることができる。

【００２６】なお、上記残炭率の高い有機化合物と炭化
処理後これより導電性の高い炭素材料を生成するター
ル、ピッチなどの有機化合物とを組み合わせた場合で
も、前者の化合物が微粒子に相当し、後者の化合物がマ
トリックス相に相当する複合粒子からなるＢ−の粉体
を得ることができる。

【００２７】更に、Ｂ−のマトリックスより微粒子の
電気伝導度が高い微粒子不均一分散型複合粒子におい
て、マトリックス相に対する微粒子の分散態様は、微粒
子がマトリックス相に対し均一に分散する均一分散型複
合粒子であってもよく、また、微粒子がマトリックスの
表面側に多く、中心側に少ない状態、或いは微粒子がマ
トリックスの表面側に少なく中心側に多い状態の不均一
分散型複合粒子であってもよい。

【００２８】ここで、上記マトリックス相の電気伝導度
は低位の導電性を有する半導体及び絶縁体から選ばれる
少なくとも一つの材料であり、その電気伝導度は１０^-2
Ｓｃｍ^-1以下、特に１０^-6Ｓｃｍ^-1以下であることが好
ましい。該マトリックス相を形成するための材料は、例
えば、アルミナ，シリカ，酸化硼素，チタニア，酸化カ
ルシウム，酸化鉄，酸化錫，酸化亜鉛などの酸化物、炭
化珪素，窒化珪素，窒化アルミニウムなどの非酸化物等
を挙げることができる。中でも、好ましいものは、シリ
カ、アルミナ、チタニアなどである。

【００２９】一方、このマトリックス相に分散される微
粒子の電気伝導度はマトリックス相に対してより高い値
を有することが必須条件で、マトリックス相のそれの１
０倍以上、好ましくは１０ 〜１０¹⁴倍、更に好ましくは
１０³〜１０¹⁴である。これが１０倍より小さいと有効
な複合粒子が得られない。更に、該微粒子の電気伝導度
は前記条件を満足しつつ中位の導電性、好ましくは１０
^-10〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、より好ましくは１０^-10〜
１０⁰Ｓｃｍ^-1とすることが必要である。

【００３０】該微粒子材料としては前記電気伝導度を示
すものであれば有機材料あるいは無機材料を問わず用い
ることができる。具体的には、炭素質材料、炭化硼素，
炭化アルミニウムなどの炭化物材料、ポリアニリン，ポ
リアセンキノンなどの有機半導体材料、酸化亜鉛，チタ
ン酸カリウム，チタン酸バリウムなどの酸化物系半導体
材料などを例示することができるが、好ましいものは炭
素質材料である。中でも、炭素含有率８０〜９９．９％
の炭素質材料が好適であり、更に好ましいものは９０〜
９９％の炭素質材料である。なお、残部は通常水素原
子、酸素原子、窒素原子から形成される。また、これら
の炭素質材料を微粒子材料とする場合、これより導電性
低位の炭素質材料をマトリックス相として用いることも
可能である。

【００３１】なお、微粒子の大きさは好ましくは１ｎｍ
〜１μｍ、より好ましくは２ｎｍ〜０．５μｍの範囲が
好適である。また、複合粒子中の微粒子分散量は全体と
して１５〜９９．５％、好ましくは３０〜９０％であ
る。１５％より少ない場合には、本発明の複合粒子の電
気特性は電気伝導度が制御されず、導電性低位のマトリ
ックス相とほぼ同一になり、本発明の効果が得られず、
９９．５％より多い場合には、複合粒子の電気特性は導
電性中位の微粒子に類似となり、好ましくない。

【００３２】なお、微粒子を不均一分散させる場合、微
粒子を表面側に多く、中心側に少なくする際は、表面側
の分散量は０．１〜９９％、特に１〜９５％、中心付近
の分散量は０〜３０％、特に０〜２５％とし、また表面
側の分散量を中心付近の分散量の１．５倍以上、特に３
倍以上程度とすることが好ましい。また、微粒子分散量
を表面側に少なく、中心側に多く形成する場合は、上記
と逆の分散量とするのが好ましい。

【００３３】ここで、Ｂ−の複合粒子の粉体を製造す
る方法としては、導電性低位のマトリックス相に相当す
る出発化合物（以下、マトリックス相化合物と略す）と
導電性中位の微粒子に相当する出発化合物（以下、微粒
子化合物と略す）とを混合し、この混合物をスプレード
ライなどの方法で造粒する方法、この混合物を硬化反応
などにより固化したのちボールミル等を利用して造粒す
る方法、造粒された粉体をさらに高温度で熱処理する方
法、あるいは混合物を一度熱処理を行なったのち造粒す
る方法などを挙げることができる。目的とする粉体を製
造するためには、出発化合物の組み合わせ、その混合方
法、造粒方法、あるいは熱処理方法（熱処理の手段、熱
処理の雰囲気を含む）等の製造プロセスにおいて、両化
合物の形態、熱特性などの物理的特性により、下記
（Ｉ）〜（Ｋ）の特別な方法を採用することができる。 （Ｉ）該マトリックス相化合物が液状あるいは溶液状で
あり、該微粒子化合物を内包する状態、あるいは、該製
造プロセスにおいて液化し、該微粒子化合物を内包する
状態とした後、適当な方法にてゲル化あるいは硬化させ
熱処理する方法。なお、該微粒子化合物は、該製造プロ
セスで固体状の材料を選択する。 （Ｊ）該マトリックス相化合物および該微粒子化合物の
両化合物が液状あるいは溶液状にて混合され粉体を製造
する場合には、該微粒子化合物は、該マトリックス相化
合物よりも早くゲル化あるいは沈殿を形成するような材
料から選択し、さらに両化合物の量比等を選んで両化合
物を混合後、ゲル化あるいは硬化させ、造粒し、熱処理
する方法。 （Ｋ）該マトリックス相化合物および該微粒子化合物の
両化合物が固体状にて混合され粉体を製造する場合に
は、目的とする粉体を得る該製造プロセスの途中で該マ
トリックス相化合物が流動性をもつこと、および該微粒
子化合物がすべての該製造プロセスにおいて固体状であ
ることの条件を満たして、両化合物を混合し、必要に応
じて熱処理を行ない、その後に造粒する方法。

【００３４】上記（Ｉ）〜（Ｋ）の製造法によりＢ−
の粉体が得られるが、出発化合物の組み合わせによっ
て、得られた粉体をさらに高温度で熱処理し、熱処理温
度、熱処理雰囲気を制御することにより粉体の導電率を
変化させることが望ましい。熱処理雰囲気の制御を例示
すれば、熱処理後も複合粒子に炭化物を多く残存させた
い場合には、通常不活性ガス雰囲気が選択されるが、特
に窒化物を複合粒子内部に生成させたい時は、ＮＨ₃ガ
ス、Ｎ₂ガス等の雰囲気が選択される。

【００３５】上記マトリックス相に相当する出発化合物
としては、エチルシリケート，アルミニウムイソプロポ
キシド，チタニウムイソプロポキシドなどの金属アルコ
キシド、フェロセンなどの有機金属錯体、ジエタノール
アミンと硼酸より合成される硼酸エステルなどの有機化
合物と無機酸からなるエステルなどの液状化合物または
可溶性化合物から選ばれた少なくとも一つの化合物を用
いることができる。

【００３６】一方、微粒子に相当する出発化合物として
は、フェノール樹脂，フラン樹脂，ポリジメチルシラン
樹脂などの残炭率の高い有機化合物などから選ばれた少
なくとも一つの化合物を用いることができる。

【００３７】なお、上記残炭率の高い有機化合物とこれ
より導電性の高い炭化硼素，炭化アルミニウムなどの炭
化物材料、ポリアニリン，ポリアセンキノンなどの有機
半導体材料、タール、ピッチなどの有機化合物とを組み
合わせた場合でも、前者の化合物がマトリックス相に相
当し、後者の化合物が微粒子に相当する複合粒子からな
るＢ−の粉体を得ることができる。

【００３８】上述した微粉体を用いて電気応答性弾性体
を得る場合、微粉体〜の電気伝導度は特に制限され
ないが、粉体を成形して測定した電気伝導度は１０^-13
〜１０²Ｓｃｍ^-1であり、好ましくは１０^-12〜１０^-2Ｓ
ｃｍ^-1である。

【００３９】また、微粉体の平均粒径は０．５〜５００
μｍであり、好ましくは１〜２００μｍである。粉体微
粒子の平均粒径が５００μｍを越えると、媒質に均一に
分散させることが困難であり、０．５μｍ未満では電場
の印加による粘弾性特性の変化が小さくなるので好まし
くない。

【００４０】本発明の電気絶縁性高分子材料１００重量
部に対する分散微粒子の配合割合は好ましくは２０〜３
００重量部であり、より好ましくは３０〜２００重量部
である。分散微粒子の配合割合が２０重量部以下では電
場の印加による粘弾性特性の変化が小さく、３００重量
部を越える場合は粉体を弾性体に分散させることが困難
になる場合がある。

【００４１】このようにして得られた電気応答性弾性体
は、電場の印加により動的弾性率や損失正接（ｔａｎ
δ）などの粘弾性特性が大きく変化し、広範な温度で効
果を示す実用性の高い安定な材料である。

【００４２】通常、防振デバイスを含む振動系がその固
有振動数に相当する入力を受けた場合、系の共振効果の
ため振動系が逆に大きく振動する。そのため、この共振
効果を如何に小さくするかが防振デバイス設計の大きな
課題であるが、本発明による電圧印加により粘弾性特性
が大きく変化する材料を利用することによりこの問題が
容易に解決できる。例えば電圧印加による弾性率の大き
な変化を利用することにより固有振動数を移動すること
が可能になり、その入力に対する共振を防ぐことができ
る。また、ｔａｎδの変化を利用することにより共振効
果の大きさを制御できる。

【００４３】

【実施例】以下、実施例と比較例によりさらに本発明を
具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に何ら
制約されるものではない。

【００４４】〔実施例１〕ポリマー１００重量部当りオ
イルを３０重量部配合したイソプレンゴム組成物１００
重量部に対して、フェノール樹脂粒子にエチルシリケー
トを含浸した後に炭化することにより得られたシリカ微
粒子がマトリックス相の表面付近に多く中心側に少ない
状態に分散した微粒子不均一分散型複合粒子よりなる平
均粒径２０μｍの微粉体を１５０重量部分散させ、所定
の条件で加硫することにより、弾性率５．０×１０⁶ダ
イン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材料を作成した。この
材料に２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、レオメトリックス
社製ＲＤＳ−ＩＩ型粘弾性測定装置を用いて粘弾性の変
化を測定したところ、無電場時に比べて最大で貯蔵弾性
率（Ｇ’）が６倍に増大し、損失正接（ｔａｎδ）が４
５％に減少した。

【００４５】〔実施例２〕ポリマー１００重量部に対し
てオイルを５０重量部配合したイソプレンゴム組成物１
００重量部に対して、実施例１と同様に作成した平均粒
径が１７０μｍの微粉体を１５０重量部分散させ、所定
の条件で加硫することにより弾性率９．０×１０⁶ダイ
ン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材料を作成した。この材
料に室温で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、実施例１と同
様に粘弾性の変化を測定したところ、最大でＧ’が４倍
に増大し、ｔａｎδが７０％に減少した。

【００４６】〔実施例３〕信越化学社製の２液反応性シ
リコーンゴム（ＫＥ１２２５：弾性率３．４×１０⁶ダ
イン／ｃｍ²）１００重量部に実施例１と同じ微粉体を
１５０重量部分散させ、室温で硬化させることにより弾
性率４．５×１０⁶ダイン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材
料を作成した。この材料に室温で２ｋＶ／ｍｍの電圧を
印加し、実施例１と同様に粘弾性の変化を測定したとこ
ろ、最大でＧ’が５倍に増大し、ｔａｎδが５０％に減
少した。

【００４７】〔実施例４〕信越化学社製の２液反応性シ
リコーンゴム（ＫＥ１２２５：弾性率３．４×１０⁶ダ
イン／ｃｍ²）１００重量部に、コールタールピッチ成
分を加熱処理後溶剤で溶解分別し、更に熱処理すること
によって得られた平均粒径２０μｍの炭素質微粉体を１
２０重量部分散させ、室温で硬化させることにより弾性
率６．８×１０⁶ダイン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材料
を作成した。この材料に室温で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印
加し、同様に粘弾性の変化を測定したところ、最大で
Ｇ’が３倍に増大した。

【００４８】〔実施例５〕ポリマー１００重量部当りオ
イルを３０重量部配合したイソプレンゴム組成物１００
重量部に対して、水溶性フェノール樹脂に水酸化アルミ
ニウム粉末を分散させ、これにトルエンスルフォン酸を
添加してスプレードライした後に炭化することにより得
られた、アルミナ微粒子がマトリックス相に均一に分散
した微粒子均一分散型複合粒子よりなる平均粒径１０μ
ｍの微粉体を１５０重量部分散させ、所定の条件で加硫
することにより、弾性率５．６×１０⁶ダイン／ｃｍ²の
電気応答性弾性体材料を作成した。この材料に２ｋＶ／
ｍｍの電圧を印加し、実施例１と同様に粘弾性の変化を
測定したところ、最大で貯蔵弾性率（Ｇ’）が３倍に増
大し、損失正接（ｔａｎδ）が７０％に減少した。

【００４９】〔実施例６〕ポリマー１００重量部当りオ
イルを３０重量部配合したイソプレンゴム組成物１００
重量部に対して、水溶性フェノール樹脂に平均粒径１．
２μｍの黒鉛粉末を分散させ、これにトルエンスルフォ
ン酸を添加してスプレードライした、黒鉛微粒子がマト
リックス相に分散した微粒子分散型複合粒子よりなる平
均粒径１５．４μｍの微粉体を１２０重量部分散させ、
所定の条件で加硫することにより、弾性率８．６×１０
⁶ダイン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材料を作成した。こ
の材料に２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、実施例１と同様
に粘弾性の変化を測定したところ、最大でＧ’が２．４
倍に増大し、ｔａｎδが７５％に減少した。

【００５０】〔実施例７〕信越化学社製の２液反応性シ
リコーンゴム（ＫＥ１２２５：弾性率３．４×１０⁶ダ
イン／ｃｍ²）１００重量部に、平均粒径９．６μｍの
２次元層状複合粒子を１５０重量部分散させ、室温で硬
化させることにより弾性率５．２×１０⁶ダイン／ｃｍ²
の電気応答性弾性体材料を作成した。この材料に室温で
２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、同様に粘弾性の変化を測
定したところ、最大でＧ’が２倍に増大し、ｔａｎδが
８０％に減少した。

【００５１】なお、２次元層状複合粒子は次のようにし
て作成した。モンモリロナイト系の層状粘度鉱物粉体
（水澤化学工業（株）製）に第４級アンモニウム塩であ
るセシルトリメチルアンモニウムクロライド（東京化成
工業（株）製）を層状粘度鉱物の層間に挿入し、更にこ
の粉体をアクリロニトリル（関東化学工業（株）製）に
浸漬し、含浸させ、加熱処理して層状粘度鉱物層間のア
クリロニトリルを重合させて、ポリアクリロニトリルと
した。更に、この粉体をアセトン洗浄後、室温にて６時
間真空乾燥して、第４級アンモニウム塩とポリアクリロ
ニトリルが層状粘度鉱物の層間に存在する粉体を得た。
この粉体を空気中２００℃で３０時間予備熱処理した
後、アルゴンガス雰囲気中５００℃で１時間（昇温速度
５℃／分）熱処理しポリアクリロニトリルを炭化するこ
とによってカーボン／層状粘度鉱物複合粉体を得た。

【００５２】〔比較例１〕ポリマー１００重量部に対し
てオイルを５０重量部配合したイソプレンゴム組成物１
００重量部に対して、三菱化成工業株式会社のイオン交
換樹脂（ダイヤイオン）を自動乳鉢で１００μｍに粉砕
した微粉体を１００重量部分散させ、室温で硬化させる
ことにより弾性率４．２×１０⁶ダイン／ｃｍ²の電気応
答性弾性体材料を作成した。この材料に室温で２ｋＶ／
ｍｍの電圧を印加し、同様に粘弾性の変化を測定しよう
としたが、電流が流れすぎて測定不能であった。

【００５３】〔比較例２〕信越化学社製の２液反応性シ
リコーンゴム（ＫＥ１２２５：弾性率３．４×１０⁴ダ
イン／ｃｍ²）１００重量部に対して、共立窯業社製の
平均粒径１０μｍのチタン酸バリウム微粉体を１５０重
量部分散させ、室温で硬化させることにより弾性率４．
２×１０⁶ダイン／ｃｍ²の電気応答性弾性体材料を作成
した。この材料に室温で２ｋＶ／ｍｍの電圧を印加し、
実施例１と同様に粘弾性の変化を測定したが、Ｇ’及び
ｔａｎδ共に有意な変化を示さなかった。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、電場の印加により粘弾
性特性を大きく変化させることができる従来にない機能
性弾性材料が得られ、ダンパー、ショックアブソーバ
ー、エンジンマウントなどのエネルギー吸収や防振を目
的とする一般産業用部品や自動車用部品などの特性の電
気による直接制御を可能にし、部品の構造の簡素化を可
能にする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性高分子材料に電場の作用によ
   り電気分極する微粉体が分散してなる電気応答性弾性体
   において、 Ａ．弾性率が１０⁵〜１０⁹ダイン／ｃｍ²である電気絶
   縁性高分子材料に Ｂ．炭素／水素原子比（Ｃ／Ｈ比）が１．２〜５であ
   る炭素質微粉体、 マトリックス相に微粒子が表面付近に多く中心側に少
   ない状態又は表面付近に少なく中心側に多い状態に分散
   した微粒子不均一分散型複合粒子からなり、上記分散微
   粒子の電気伝導度が上記マトリックス相の電気伝導度の
   １／１０以下である微粉体、 マトリックス相に微粒子が均一に分散した微粒子均一
   分散型複合粒子からなり、上記分散微粒子の電気伝導度
   が上記マトリックス相の電気伝導度の１／１０以下であ
   る微粉体、 マトリックス相に微粒子が分散した微粒子分散型複合
   粒子からなり、上記分散微粒子の電気伝導度が上記マト
   リックス相の電気伝導度の１０倍以上である微粉体、 二次元層状複合粒子よりなる微粉体、 の中から選ばれた少なくとも一種類以上の平均粒径が
   ０．５〜５００μｍである微粉体を分散することを特徴
   とする電気応答性弾性体。