JPH0525489A - 電気粘性流体 - Google Patents

電気粘性流体

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JPH0525489A
JPH0525489A JP3184496A JP18449691A JPH0525489A JP H0525489 A JPH0525489 A JP H0525489A JP 3184496 A JP3184496 A JP 3184496A JP 18449691 A JP18449691 A JP 18449691A JP H0525489 A JPH0525489 A JP H0525489A
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liquid crystal
fluid
solid particles
acid
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JP3184496A
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Hirotaka Tomizawa
広隆 富沢
Makoto Kanbara
誠 神原
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Tonen General Sekiyu KK
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Tonen Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の電気粘性流体は、液晶又は液晶を含
有する電気絶縁性流体を分散媒とし、固体粒子を分散質
とすることを特徴とする。 【効果】 本発明の電気粘性流体は、低温での条件下で
の増粘効果に優れるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電圧印加により粘度を
制御しうる電気粘性流体に関し、可変減衰ダンパ、エン
ジンマウント、軸受ダンパ、クラッチ、バルブ、ショッ
クアブソーバー、表示素子等の電気的制御に利用できる
電気粘性流体に関し、特に低温下での使用に耐えうる電
気粘性流体に関する。
【0002】
【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( Electro-RheologicalFluid、Electrovi
scous Fluid、)は古くから知られている(Duff,A.W.P
hysical 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。
【0003】電気粘性流体における増粘効果(ER効
果)の発現メカニズムとしては、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 ofthe Double Laye
r)を生じ、これが主因であるとしている( Klass,D.
L.,et al.,J.of Applied Physics,Vol.38,No1(196
7)67)。これを電気二重層(electric double layer )
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(架橋)を形成し、応力に対し
て剪断抵抗力を発現、即ちER効果を発現するようにな
る。
【0004】又、Winslow 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 Appli
ed Physics,Vol.20(1949)1137)。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 Winslow効果
と呼ばれている。
【0005】このような電気粘性流体における電気絶縁
性流体としては、通常、鉱油、合成油等が使用されてい
るが、この種の流体は例えば−20℃といった低温では
粘度が増加し、電気粘性効果が低下するという問題を有
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に低温で
の電気粘性効果を維持しうる電気粘性流体の提供を課題
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の電気粘性流体
は、液晶又は液晶を含有する電気絶縁性流体を分散媒と
し、固体粒子を分散質とすることを特徴とする。
【0008】まず、本発明の電気粘性流体における分散
媒は、液晶又は液晶を含有する電気絶縁性流体である。
【0009】使用する液晶には特に限定はなく、ネマチ
ック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶のい
ずれでもよく、分散媒を液晶のみから構成してもよく、
また液晶を電気絶縁性流体中に1重量%〜99重量%含
有させて分散媒としてもよい。
【0010】電気絶縁性流体としては、特に限定はされ
ないが例えば鉱油、合成潤滑油があり、具体的にはパラ
フィン系鉱油、ナフテン系鉱油、ポリ- α- オレフィ
ン、ポリアルキレングリコール、シリコーン、ジエステ
ル、ポリオールエステル、燐酸エステル、珪素化合物、
弗素化合物、ポリフェニルエーテル、合成炭化水素等の
オイルがあげられる。これらの電気絶縁性流体の粘度範
囲は40℃において5 〜300cStのものが使用できる。
【0011】また、分散質としては固体粒子が使用さ
れ、多孔質固体粒子、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することがで
きる。また分散質として液晶ポリマーを使用してもよ
い。これら固体粒子は、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 50wt%を越えると分散性が
悪くなるので好ましくない。
【0012】また、電気絶縁性流体中に固体粒子を均一
かつ安定して分散させるために、分散剤を添加してもよ
い。分散剤は慣用のものが使用されるが、例えばスルホ
ネート類、フェネート類、ホスホネート類、コハク酸イ
ミド類、アミン類、非イオン系分散剤等が使用され、具
体的にはマグネシウムスルホネート、カルシウムスルホ
ネート、カルシウムホスホネート、ポリブテニルコハク
酸イミド、ソルビタンモノオレート、ソルビタンセスキ
オレート等がある。これらは通常、0.1 〜10 wt%が使
用されるが、固体粒子の分散性がよい場合には使用しな
くてもよい。
【0013】また、本発明における分散媒における液晶
物質は電界の存在下で分極作用を有するが、必要に応じ
て多価アルコールを添加してもよい。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、トリ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。
【0014】また、必要に応じて酸、塩基、塩類を添加
してもよい。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。
【0015】また塩としては金属または塩基性基(NH
4 + 、N2 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。なかでも多価
アルコール、または多価アルコールと水に溶解して解離
するもの、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、LiCl,NaCl,KCl,Mg
Cl2 ,CaCl2 ,BaCl2 ,LiBr,NaB
r,KBr,MgBr2 ,LiI,NaI,KI,Ag
NO3 ,Ca( NO3 )2 ,NaNO2 ,NH4
3 ,K2 SO4 ,Na2 SO4, NaHSO4 ,(N
4 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。
【0016】塩基は、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、多価アルコール、あるいは多価アルコールと
水の系に溶解して解離するものが好ましい。この種の塩
基として、NaOH,KOH,Ca(OH)2 ,Na2
CO3 ,NaHCO3 ,K3 PO4 ,Na3 PO4 ,ア
ニリン、アルキルアミン、エタノールアミンなどがあ
る。なお、前記した塩と塩基を併用することができる。
【0017】酸、塩、塩基類は、分極効果を増大させる
ことができるものであるが、多価アルコール及び/又は
多価アルコール部分誘導体と組合せ使用することによ
り、より分極効果を増大させることができるものであ
り、電気粘性流体全体で0.01wt%〜5wt%の割合で使用
するとよい。0.01wt%未満であるとER効果が少なく、
また5wt %を越えると通電しやすくなり、消費電力が増
大するので好ましくない。又、本発明の電気粘性流体に
は、酸、塩、又は塩基成分を添加するする場合には、多
価アルコールの部分エステル化物が加水分解しないもの
であることが必要である。
【0018】本発明の電気粘性流体には、必要に応じて
他の添加剤として酸化防止剤、腐食防止剤、摩耗防止
剤、極圧剤、消泡剤等を添加される。
【0019】酸化防止剤としては、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、具体
的にはフェノール系としては2・6−ジ−t−ブチルパ
ラクレゾール、4・4’−メチレンビス(2・6−ジ−
t−ブチルフェノール)、2・6−ジ−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を使用
することができ、電気粘性流体全体に対して0.01〜10wt
%、好ましくは 0.1〜2.0wt %使用することができ、0.
01wt%より少ないと酸化防止効果がなく、また10wt%を
越えると色相悪化、濁りの発生、スラッジの発生、粘調
性の増大等の問題がある。
【0020】また、腐食防止剤を添加してもよく、具体
的には窒素化合物ではベンゾトリアゾールおよびその誘
導体、イミダゾリン、ピリミジン誘導体等、イオウ及び
窒素を含む化合物では、1.3.4-チアジアゾールポリスル
フィド、1.3.4-チアジアゾリル-2.5- ビスジアルキルジ
チオカルバメート、2-( アルキルジチオ) ベンゾイミダ
ゾール等、その他、β-(o−カルボキシベンジルチオ)
プロピオンニトリルまたはプロピオン酸等を使用するこ
とができ、電気粘性流体全体に対して 0.001〜10wt%好
ましくは0.01〜1.0wt %使用するとよい。0.001wt %よ
り少ないと腐食防止効果がなく、また10wt%を越えると
色相悪化、濁りの発生、スラッジの発生、粘調性の増大
等の問題がある。
【0021】
【作用及び発明の効果】液晶は異方性があり、液体であ
りながら結晶性を有している。一般に、液晶は電場の存
在下でその双極子モーメントのために一定方向に配向
し、その粒子の並びのためにレオロジー的変化を生じて
見かけの粘度が増加することが知られているが、その電
気粘性効果は小さく、作動流体への適用については検討
されていなかった。
【0022】しかしながら、本発明者等は、液晶又は液
晶を含有する電気絶縁性流体を分散媒とし、固体粒子を
分散質とすると通常の電気絶縁性流体に固体粒子を分散
させて形成される電気粘性流体に比して増粘効果の大き
な電気粘性流体となしえることを見出した。その機構に
ついての詳細は不明であるが、固体粒子に形成される電
気2重層に基づく電気粘性効果に液晶自身の配向に基づ
く電気粘性効果が加成され、より強められるのではない
かと推測している。特に、液晶を使用しない通常の電気
絶縁性流体を使用した電気粘性流体は、常温以下の低温
において、その電気粘性効果が著しく低下するが、液晶
の使用により、低温でも電気粘性効果が維持されるため
に、極めて使用温度範囲の広い電気粘性流体とすること
ができる。
【0023】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。
【0024】
【実施例1】下記組成の電気粘性流体を調整し、試料油
1(粘度42cSt (40℃))とした。
【0025】 (1) ネマチック液晶(富士色素社製)(粘度21cSt (40℃)) ・・・・ 85.0重量部 (2) シリカゲル ・・・・ 6.0重量部 (3) トリエチレングリコール ・・・・ 2.0重量部 (4) アルケニルコハク酸イミド(商品名ASA−168P−TEPA、東邦化学 社製) ・・・・ 7.0重量部
【0026】
【実施例2】下記組成の電気粘性流体を調整し、試料油
2(粘度46cSt (40℃))とした。
【0027】 (1) アルキルベンゼン(粘度25cSt ) ・・・・ 44.7重量部 (2) ネマチック液晶(富士色素社製)(粘度21cSt (40℃)) ・・・・ 40.0重量部 (3) シリカゲル ・・・・ 6.0重量部 (4) トリエチレングリコール ・・・・ 2.0重量部 (5) ポリイソブテニルコハク酸イミド(商品名ECA4360J、エクソンケミ カル社製) ・・・・ 7.0重量部 (6) 2,6−ジ−t−ブチルフェノール(商品名エチル703、エチルコーポレ ーション社製) ・・・・ 0.3重量部
【0028】
【比較例1】下記組成の電気粘性流体〔粘度40cSt
(40℃)〕を調整し、比較油1とした。
【0029】 (1) アルキルベンゼン(粘度25cSt ) ・・・・ 84.7重量部 (2) シリカゲル ・・・・ 6.0重量部 (3) トリエチレングリコール ・・・・ 2.0重量部 (4) ポリイソブテニルコハク酸イミド(商品名ECA4360J、エクソンケミ カル社製) ・・・・ 7.0重量部 (5) 2,6−ジ−t−ブチルフェノール(商品名エチル703、エチルコーポレ ーション社製) ・・・・ 0.3重量部
【0030】
【比較例2】ネマチック液晶(富士色素社製)(粘度2
1cSt (40℃))単独を比較油2とした。
【0031】上記で調製した試料油1、2、及び比較油
1、2について、0℃と40℃で、電圧の印加が可能な
回転粘度計を用いて、以下の項目について測定し、電気
粘性流体としての評価を行った。
【0032】・増粘効果−電場0(V/m) 時と比較して、
交流電場を2.0 ×106 (V/m) とした時の粘度の倍率で評
価。
【0033】結果を下表に示す。
【0034】
【表1】
【0035】表からわかるように、本発明の電気粘性流
体は、低温において増粘効果に優れたものである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 液晶又は液晶を含有する電気絶縁性流体
    を分散媒とし、固体粒子を分散質とする電気粘性流体。
JP3184496A 1991-07-24 1991-07-24 電気粘性流体 Pending JPH0525489A (ja)

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JP3184496A JPH0525489A (ja) 1991-07-24 1991-07-24 電気粘性流体
EP92916174A EP0567649B1 (en) 1991-07-24 1992-07-24 Electroviscous fluid
PCT/JP1992/000944 WO1993002166A1 (fr) 1991-07-24 1992-07-24 Fluide electrovisqueux
DE69220478T DE69220478T2 (de) 1991-07-24 1992-07-24 Elektroviskose Flüssigkeit
US08/030,022 US5387370A (en) 1991-07-24 1992-07-24 Electroviscous fluid

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08245976A (ja) * 1995-03-13 1996-09-24 Nitta Ind Corp アクチュエータ用作動流体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH08245976A (ja) * 1995-03-13 1996-09-24 Nitta Ind Corp アクチュエータ用作動流体

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