JPH05331480A

JPH05331480A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH05331480A
Application number: JP13885492A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Miyamoto; 哲夫宮本; Hidehiro Sakate; 英博坂手; Makoto Kanbara; 誠神原; Hirotaka Tomizawa; 広隆富沢
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の電気粘性流体は、電気絶縁性流体に
固体微粒子及び多価アルコール類を配合した電気粘性流
体において、カチオン性界面活性剤を０．０１重量％〜
１０重量％含有させたことを特徴とする。【効果】本発明の電気粘性流体は、特に、直流電圧を
印加して作動されるに際して、電圧に応じた増粘性が安
定して得られるものであり、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、有用
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、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、特に直流電圧の印加に際して安定
した増粘特性が得られ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 of the 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、それに分極剤として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）。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。
しかしながら、水の存在による電気分解等の作用により
電気粘性効果が低下するという問題がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そのため、最近、分極
剤として水に代えて、多価アルコール類を添加して電気
粘性効果の持続性を図ることが提案され、交流電場にお
いて安定した電気粘性流体がえられているが、直流電場
を使用して作動させる場合には電場を印加し続けると電
圧に応じた増粘性が安定して得られず、作動が不安定と
なるという問題が生じる。

【０００６】本発明者等は、この原因について検討した
結果、シリカ微粒子表面のシラノール基と多価アルコー
ルとの相互作用により、シリカ微粒子がマイナスに帯電
して電気泳動性を示し、各粒子がうまくブリッジ（架
橋）を形成せず、プラス極に集まったり、また剪断力に
より塊ごと剥離したりして電気粘性効果を不安定にする
現象を示すことを見出した。

【０００７】本発明は、電気絶縁性流体にシリカ微粒
子、多価アルコール類を分散した電気粘性流体におい
て、直流電場を使用して作動させても、電圧に応じた増
粘性が安定して得られる電気粘性流体の提供を課題とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電気粘性流体
は、電気絶縁性流体に固体微粒子及び多価アルコール類
を配合した電気粘性流体において、カチオン性界面活性
剤を０．０１重量％〜１０重量％含有させたことを特徴
とする。

【０００９】まず、固体微粒子は、固体微粒子の表面に
例えば水酸基等の官能基を有するもので、通常、粒径が
約１０nm〜２００μm のもので、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。特にシリカゲル（シリカ微粒子）が好ましく、電気
粘性流体中、０．１重量％〜５０重量％の割合で使用す
るとよく、５０重量％を越えると電気粘性効果がなくな
るので好ましくない。

【００１０】カチオン性界面活性剤としては、非イオン
性のカチオン性界面活性剤として、例えばアルキルアミ
ン及びそのポリオキシアルキレン付加物として、例えば
オクチルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、
オレイルアミン、ステアリルアミン及びそのエチレンオ
キシド５〜１５モル付加物、プロピレンオキシド５〜１
５モル付加物等が挙げられる。

【００１１】また同じく、非イオン性のカチオン性界面
活性剤として、高級アルキル基置換されていてもよいア
ルキレンジアミン、ジアルキレントリアミン等のポリア
ミン類のポリオキシアルキレン付加物として、例えばエ
チレンジアミン、ジエチレントリアミン等のエチレンオ
キシド０〜１００モル付加物又はエチレンオキシド０〜
１００モルとプロピレンオキシド０〜１００モルとのブ
ロック又はランダム付加物、オレイルプロピレンジアミ
ン、ステアリルプロピレンジアミンのエチレンオキシド
０〜１００モル付加物が挙げられる。

【００１２】更に同じく、非イオン性のカチオン性界面
活性剤として、高級脂肪酸アミド等のポリオキシアルキ
レン付加物として、例えばオレイン酸アミド、ステアリ
ン酸アミドのエチレンオキシド５〜１５モル付加物、プ
ロピレンオキシド５〜１５モル付加物等等が挙げられ
る。

【００１３】イオン性のカチオン性界面活性剤として
は、デカノイルクロリド、アルキルアンモニウム塩、ア
ルキルベンジルアンモニウム塩、アルキルアミン塩等が
あり、具体的には塩化セチルトリメチルアンモニウム、
塩化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ベヘニル
トリメチルアンモニウム、塩化ジステアリルジメチルア
ンモニウム、塩化ステアリルジメルベンジルアンモニウ
ム、ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド、ココナ
ットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、
ココナットアミン塩酸塩、ステアリルアミン塩酸塩等が
挙げられる。

【００１４】イオン性のカチオン性界面活性剤やカチオ
ン性の強い界面活性剤の場合には、電気粘性流体の使用
温度が１００℃近くの高温となると導電性が高くなるの
で、上記の界面活性剤の中でも、特に弱カチオン性界面
活性剤を使用するのが好ましく、低温域から高温域まで
の広い温度範囲での作動において低導電性を維持するこ
とができる。

【００１５】カチオン性界面活性剤の含有量は、電気粘
性流体中、０．０１重量％〜１０重量％、好ましくは
０．１重量％〜５重量％の割合で使用するとよく、１０
重量％を越えると導電性が高くなるので好ましくない。

【００１６】本発明における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、またポ
リ-α- オレフィン、ポリアルキレングリコール、シリ
コーン油、エステル、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、弗素油、アルキルベン
ゼン、アルキルジフェニルエーテル、アルキルビフェニ
ル、アルキルナフタレン、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、粘度範囲は40℃におい
て５〜３００ｃＳｔのものが使用できる。

【００１７】本発明の電気粘性流体には、分極促進剤と
して、例えば多価アルコール又はその部分誘導体を添加
するとよい。

【００１８】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、例えばエチレングリコール、ジエ
チレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエ
チレングリコール、ポ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、ペンタンジオ
ール、ヘキサンジオール等を挙げることができる。これ
らの中でも、トリエチレングリコール、テトラエチレン
グリコール、ポリエチレングリコールが特に好ましい。

【００１９】又、多価アルコールの部分誘導体として
は、少なくとも１つの水酸基を有する多価アルコールの
部分誘導体であり、上記多価アルコールの末端水酸基の
内の幾つかがメチル基、エチル基、プロピル基、アルキ
ル置換フェニル基（フェニル基に置換されたアルキル基
の炭素数は１〜２５）等により置換された部分エーテル
類、またその末端水酸基の内の幾つかが酢酸、プロピオ
ン酸、酪酸等によりエステル化された部分エステル類が
挙げられる。

【００２０】これらの多価アルコール又はその部分誘導
体は、通常分散質に対して１重量％〜１００重量％、好
ましくは２重量％〜８０重量％使用するとよい。添加量
が１重量％未満であるとＥＲ効果が少なく、又１００重
量％を越えると電流が流れやすくなるので好ましくな
い。尚、この多価アルコール類と共にＥＲ効果を阻害し
ない程度に水を使用してもよいことは勿論である。

【００２１】又、更に酸、塩、又は塩基成分を添加して
もよい。このような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。

【００２２】塩としては、金属又は塩基性基（Ｎ
Ｈ₄ ⁺、Ｎ₂Ｈ₅ ⁺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。中でも多価
アルコール、多価アルコール部分誘導体の系に溶解して
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、ＮＨ₄ＮＯ₃、
Ｋ₂ＳＯ₄、Ｎａ₂ＳＯ₄、ＮａＨＳＯ₄、（ＮＨ₄）
₂ＳＯ₄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。

【００２３】塩基としてはアルカリ金属或いはアルカリ
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、多価アルコール部分誘導
体、或いは多価アルコール及び／又は多価アルコール部
分誘導体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、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＨＣＯ₃、Ｋ₃ＰＯ₄、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。尚、前記した塩と塩基を併用することもで
きる。

【００２４】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０．０１重量％〜５重量％の割
合で使用するとよい。０．０１重量％未満であるとＥＲ
効果が少なく、また５重量％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
の電気粘性流体に酸、塩、又は塩基成分を添加する場合
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。

【００２５】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、分散剤、極圧剤、消泡剤等を添加される。

【００２６】酸化防止剤は、電気絶縁性液体の酸化防止
と共に、分極促進剤である多価アルコール、多価アルコ
ール部分誘導体等の酸化を防止することを目的とするも
のである。

【００２７】酸化防止剤としては、分極促進剤、分散質
等に不活性なものを使用するとよく、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
重量％〜１０重量％、好ましくは０．１重量％〜２．０
重量％使用することができ、０．０１重量％より少ない
と酸化防止効果がなく、また１０重量％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。

【００２８】また、腐食防止剤を添加してもよいが、分
極促進剤、分散質等に不活性なものを使用するとよく、
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重
量％〜１０重量％、好ましくは０．０１重量％〜１．０
重量％使用するとよい。０．００１重量％より少ないと
腐食防止効果がなく、また１０重量％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。

【００２９】多孔質固体粒子をさらに均一かつ安定して
分散させるために分散剤を使用してもよく、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
キオレート等が挙げられる。中でもポリブテニルコハク
酸イミドが好ましい。これらは通常ＥＲ流体全体で０．
１重量％〜２０重量％の割合で使用される。

【００３０】

【作用及び発明の効果】電気粘性流体においてシリカ微
粒子表面のシラノール基と多価アルコールとの相互作用
により、シリカ微粒子がマイナスに帯電して電気泳動性
を示し、各粒子がうまくブリッジ（架橋）を形成せず、
プラス極に集まったり、また剪断力により塊ごと剥離し
たりして電気粘性効果を減ずる現象を示すが、カチオン
性界面活性剤を添加することにより、その詳細な理由は
不明であるが、カチオン性界面活性剤がマイナス帯電し
たシリカ微粒子表面に吸着し、粒子の荷電状態を調整し
て電気泳動性を無くし、直流電圧を印加し続けても、形
成されたブリッジを破壊しない作用を示すものと考えら
れる。

【００３１】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。

【００３２】

【実施例１】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８１．７７重量部トリエチレングリコール・・・２重量部シリカゲル（粒径１．４μｍ）・・・７重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・７．６重量部オレイルアミンのエチレンオキシド１５モル付加物・・・１．６３重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３３】この電気粘性流体に直流電場を印加し続け
た場合の電圧に応じた増粘性について試験するために、
上記で調製した電気粘性流体を、直流電圧の印加が可能
なショックアブソーバーに充填し、４０℃の温度条件
下、ピストンスピードを１０ｃｍ／ｓ（平均６ｃｍ／
ｓ）に一定として往復運動させながら、電圧を０Ｖ→２
ＫＶ／ｍｍ→０Ｖとして一定時間印加し、ピストンスピ
ードを一定に保持するのに必要な力を圧力センサーによ
り検出し、プロッターにより出力させた。この波形は、
一定の直流電圧を印加した場合のピストンの往復毎の減
衰力の推移、即ち増粘性の推移を示す。

【００３４】得られた出力波形を図１に示す。縦軸は減
衰力を示し、横軸は時間を示す。出力波形は図面の左か
ら右に走査したもので、０Ｖからスタートすると波形図
は一定の減衰力を示しつつ推移するが、電圧を印加（Ｏ
Ｎ）すると減衰力は急に増大し、電圧印加を継続してい
る間、その増大した減衰力が変化しない状態で推移し、
電圧を切る（ＯＦＦ）と、電圧印加前の状態の減衰力に
直ちに復帰することがわかる。尚、電流値は１ｍＡ以下
であり、後述する比較例１の場合に比して殆ど上昇して
いない。

【００３５】同じく、上記試験を１００℃の温度条件下
で実施した場合に得られる波形を図２に示す。高温条件
下でも安定し、高い減衰力を示すことがわかる。尚、電
流値は３０ｍＡ以下であり、殆ど上昇していない。

【００３６】

【実施例２】実施例１におけるオレイルアミンのエチレ
ンオキシド１５モル付加物に代えて、デカノイルクロリ
ドを使用し、同様に電気粘性流体を調製した。

【００３７】この電気粘性流体について、実施例１同様
に４０℃の温度条件下での減衰特性を試験した。その結
果を図３に示す。実施例１同様に安定した減衰力を示す
ことがわかる。尚、この電気粘性流体について、実施例
１同様に１００℃の温度条件下での減衰特性を試験した
が、その出力波形は、電圧印加時では一定せず、高温条
件下では不安定なものであった。

【００３８】

【比較例】実施例１の組成において、オレイルアミンの
エチレンオキシド１５モル付加物を除いて同様に電気粘
性流体を調製した。この電気粘性流体について、実施例
１同様に４０℃の温度条件下での減衰特性を試験した。
その結果を図４に示す。その出力波形は、電圧印加時で
は一定せず、低温条件下でも不安定なものであることが
わかる。尚、電流値は１ｍＡ以下であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気粘性流体の４０℃での増粘安定性
を示す図である。

【図２】本発明の電気粘性流体の１００℃での増粘安定
性を示す図である。

【図３】本発明の他の電気粘性流体の４０℃での増粘安
定性を示す図である。

【図４】比較例の電気粘性流体の４０℃での増粘安定性
を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 125:26 129:08 131:12 149:14）Ｃ１０Ｎ 30:02 40:14 (72)発明者富沢広隆埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１号東燃株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性流体に固体微粒子及び多価ア
ルコール類を配合した電気粘性流体において、カチオン
性界面活性剤を０．０１重量％〜１０重量％含有させた
ことを特徴とする電気粘性流体。