JPH06145682A

JPH06145682A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH06145682A
Application number: JP29959592A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kanbara; 誠神原; Hirotaka Tomizawa; 広隆富沢
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1994-05-27

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
固体微粒子を分散した電気粘性流体において、炭素数が
６〜５１のポリプロピレングリコールを配合したことを
特徴とする。【効果】本発明の電気粘性流体は、増粘効果に優れる
と共に電流値を低くすることができ、耐久性も良好で、
分散性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、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ているが、電流
が過剰に流れる、また固体微粒子の分散安定性が不安定
である、更に電気粘性効果の耐久性も不充分等の課題が
あることが判明した。

【０００６】本発明は、電気絶縁性流体にシリカ微粒子
を分散した電気粘性流体において、流れる電流量が低
く、また固体微粒子の分散安定性に優れ、更に耐久性の
高い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、電気絶縁性流体に固体微粒子を分散した電気粘性流
体において、炭素数が６〜５１のポリプロピレングリコ
ールを配合したことを特徴とする。

【０００８】まず、固体微粒子は、通常、粒径が約１０
nm〜２００μm のもので、例えばシリカゲル、シリカゾ
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。特にシリカ微粒子）が好ましく、水を溶媒と
するシリカゲル、シリカゾルを使用する場合、溶媒置換
等により水分を完全に除去して使用することが望まし
い。これらの固体微粒子は、電気粘性流体中、０．１重
量％〜５０重量％の割合で使用するのが好ましい。

【０００９】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。

【００１０】次に、本発明の電気粘性流体に添加される
ポリプロピレングリコールについて説明する。ポリプロ
ピレングリコールは、分極促進剤として作用するもの
で、炭素数６〜５１のものであり、中でもジプロピレン
グリコール、トリプロピレングリコール、テトラプロピ
レングリコール等炭素数３５までのものが好ましい。

【００１１】また、ポリプロピレングリコールのエーテ
ル誘導体またはそのエステル誘導体も挙げられる。ポリ
プロピレングリコール誘導体としては、その末端水酸基
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エーテル類
が挙げられ、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エス
テル類が挙げられる。

【００１２】ポリプロピレングリコール又はその誘導体
は、通常分散質に対して０．１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。

【００１３】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。

【００１４】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。中でもポリ
プロピレングリコール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、Ｌ
ｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＭｇＣｌ₂、ＣａＣｌ₂、
ＢａＣｌ₂、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＭｇＢ
ｒ₂、ＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＡｇＮＯ₃、Ｃａ( ＮＯ
₃)₂、ＮａＮＯ₂、ＮＨ₄ＮＯ₃、Ｋ₂ＳＯ₄、Ｎａ₂
ＳＯ₄、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。

【００１５】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、Ｎａ₂ＣＯ
₃、ＮａＨＣＯ₃、Ｋ₃ＰＯ₄、Ｎａ₃ＰＯ₄、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。

【００１６】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、ポリプロピレングリコール
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０．０
１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。

【００１７】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。

【００１８】酸化防止剤は、電気絶縁性液体の酸化防止
と共に、分極促進剤であるポリプロピレングリコールの
酸化を防止することを目的とするものである。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。

【００１９】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。

【００２０】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。これらは通常電気粘性流体全体で
０．１重量％〜２０重量％の割合で使用される。

【００２１】

【作用及び発明の効果】ポリプロピレングリコールは、
電気絶縁性流体に優れた溶解性を有し、電気粘性流体中
における固体微粒子への吸着により、固体微粒子の分散
性を改良するものと思われる。また、その添加量を多く
し、固体粒子への吸着量以上添加するとよく、この場合
には、何らかの原因により固体微粒子に吸着したポリプ
ロピレングリコールが消失したとしても、電気絶縁性流
体に溶解したポリプロピレングリコールによりその吸着
物が補給され、電気粘性効果の維持が図られ、その結
果、電気粘性流体の耐久性が高くなるものと思われる。
また、予期しないことであるが、ポリプロピレングリコ
ールは、水やエチレングリコール、プロピレングリコー
ルを分極剤として使用する場合に比して、電流値がより
低くなることが実験的に見出された。これにより、本発
明の電気粘性流体は、電流量が低く、耐久性に優れた電
気粘性効果を示すものである。

【００２２】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。

【００２３】

【実施例１】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・９２重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部ジプロピレングリコール・・・２重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００２４】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、二重円筒型回転粘度計
に充填し、４０℃で内外円筒間に電圧（ＡＣ２×１０⁶
Ｖ／ｍ）を印加し、同一剪断速度（６００ｓｅｃ^-1）に
おける増粘倍率を測定した。その結果を表１に示す。ま
た、上記で調製した電気粘性流体を１００ｍｍ高さの試
験管に入れ、室温で３０日間静置した後の沈澱高さを測
定した。その結果を同じく表１に示す。

【００２５】

【実施例２】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部ジプロピレングリコール・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００２６】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００２７】

【実施例３】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部トリプロピレングリコール・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００２８】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００２９】

【実施例４】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部トリプロピレングリコールモノエチルエーテル・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３０】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００３１】

【比較例１】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部水・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３２】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００３３】

【比較例２】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部エチレングリコール・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３４】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００３５】

【比較例３】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８８重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部プロピレングリコール・・・２重量部ポリブテニルコハク酸イミド・・・４重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３６】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００３７】

【比較例４】アルキルベンゼン〔粘度１６．７mm²/s （４０℃）〕・・・８２重量部シリカ微粒子（粒径１．４μｍ）・・・６重量部ジプロピレングリコール・・・１２重量部とを混合し、電気粘性流体を調製した。

【００３８】この電気粘性流体について、実施例１同様
に増粘倍率、及び沈澱高さを測定し、その結果を同様に
表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】表からわかるように、本発明の電気粘性流
体は、増粘効果に優れると共に電流値を低くすることが
でき、耐久性も良好で、分散性に優れるものである。

───────────────────────────────────────────────────── 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 129:08）Ｃ１０Ｎ 30:02 30:04 40:14

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を分散した
電気粘性流体において、炭素数が６〜５１のポリプロピ
レングリコールを配合したことを特徴とする電気粘性流
体。