JPH06313179A - 電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一般式（Ｉ）で表されるフッ素基含有芳香族
化合物に誘電体粒子を分散させてなる電気粘性流体であ
る。 Ｒ−（Ｏ−Ｒｆ）ｎ （Ｉ） 〔ここで、Ｒは炭素数６〜６０個のｎ価の芳香族基、ｎ
は１〜４の整数、Ｒｆはフルオロカーボン基またはその
部分置換体、Ｒｆ中の炭素原子の数は１〜２５でありか
つＲｆ中のフッ素原子の数／炭素原子の数の比は０．６
以上である。なお、ｎが２以上の場合には、一般式
（Ｉ）で表される化合物は複数の種類のＯ−Ｒｆ基より
構成されていてもよい。〕 【効果】 誘電体粒子をフッ素基含有芳香族化合物に分
散させた本発明の電気粘性流体は粒子分散安定性、電気
粘性効果、潤滑性等に優れ、振動吸収、トルク伝達、サ
ーボ制御等のアクチュエーターとして利用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘電体粒子を分散させた
電気粘性流体の媒体に関するものであり、本媒体を用い
た電気粘性流体は電気粘性効果、粒子分散安定性、潤滑
性等に優れ、振動吸収、トルク伝達、サーボ制御などの
アクチュエーターとして利用される。

【０００２】

【従来の技術】電圧の印加により粘性が大きく瞬間的か
つ可逆的に変化する電気粘性流体は、１９４０年代より
シリカやでんぷんなどの含水微粒子を絶縁油に分散させ
たいわゆるＷｉｎｓｌｏｗ流体（ＵＳＰ２４１７８５
０）としてよく知られている。その後、この流体の性能
を改良するため分散させる誘電体粒子の改良を中心に多
くの提案がなされてきた。例えば、含水微粒子として、
界面活性剤と水またはアミンを含んだシリカやアルミナ
粒子（ＵＳＰ３３６７８７２）、イオン交換樹脂粒子
（特開昭５０−９２２７８）やゼオライト粒子（特開平
２−３７１１）、水の代わりに有機電解質を含有させた
（特開平１−２８４５９５）、また水や電解質を含まな
い、いわゆる非含水粒子として、ポリキノリンやポリア
ニリンのような有機半導体粒子（ＧＢ２１７０５１
０）、表面に絶縁層を形成した導電体粒子（特開昭６４
−６０９３）、液晶ポリマー粒子（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ ｔｈｅ２ｎｄ Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｅ
ＲＦ，２３１，１９８９）、ヒドラジン硫酸塩などの異
方導電性粒子（ＵＳＰ４７７２４０７）、ポリエーテル
化合物からなる粒子（ＥＰ３２６０１Ａ１）などが挙げ
られる。

【０００３】このように、電気粘性流体に関しては、粒
子を中心に改良が検討されてきたが、分散媒体について
の改良は比較的行われていない。電気粘性流体の研究の
初期には分散媒体としてケロシン、トランス油、スピン
ドル油、カストル油、高級パラフィン等が使用されてき
たが、その後、シリコーン、塩化ビフェニル、フッ素系
油、ドデカセン、セバチン酸ブチル、フタル酸ジブチ
ル、芳香族脂肪酸高級アルキルエステル（特開昭５０−
９２２７８）、ハロゲン化芳香族化合物（特開昭６０−
２０９２４２）、フッ素変性シリコーン（特開平１−１
９８６９６）、ファスファゼン（特開平３−１３９５９
９）等が検討されてきた。

【０００４】中でも、シリコーンは電気的（抵抗値、絶
縁破壊強度、誘電率等）、熱的（高温・低温安定性、沸
点、凝固点、密度等）、化学的（耐酸化性、吸水性、溶
解性、引火性、反応性、腐食性、電気分解性、毒性、安
全衛生性等）、機械的（粘度、粘度指数、剪断速度特
性、潤滑性、耐磨耗性、圧縮性等）、経済的（コスト、
原料供給安定性等）にもバランスのとれた分散媒体とし
て最もよく使用されている。

【０００５】ところで、粒子分散系の電気粘性流体にお
ける大きな問題の一つに、粒子の沈降分離と凝集固化が
あり、実用の障害となっている。この問題を解決するた
めに粒子と媒体の密度（一般に後者が低い）を近づける
目的で、中空体や多孔体にして密度を下げた粒子（特開
平１−１７２４９６）を使用する方法、臭素やフッ素等
の比重の高いハロゲン原子を含有する化合物からなる高
密度の分散媒体（特開昭６０−２０９２４２）を使用す
る方法等が、また粒子間の静電気的反発力を利用する目
的で、荷電性の流体（特開昭６２−９５３９７）や超微
細粒子（特開平３−１６００９４）を分散媒体中に添加
する方法等が提案されている。

【０００６】電気粘性流体用の分散媒体として、上述の
ようにシリコーンは優れた性能を持っているが、シリコ
ーン類の密度は通常０．９５〜１．０〔ｇ／ｃｍ³ 〕程
度であり、誘電体粒子に比べて一般に低い。そのため、
フッ素原子を含む置換基をシリコーン鎖に結合して密度
を高めた変性シリコーンを用いる方法（特開平１−１９
８６９６）が考えられている。また、アミノ変性シリコ
ーンを通常のジメチルシリコーンに添加して粒子間に反
発力を持たせて粒子の凝集・沈降を抑制する方法（特開
昭６２−９５３９７）等も考えられている。しかし、前
者の方法ではフッ素の含有率に限界があり、密度をあま
り大きくすることが難しく、また高価なものになる。ま
た後者の方法では短期的には優れた性能を示すものの長
期的には安定な効果を持続しがたい。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電気
的、熱的、化学的（安全衛生性含む）、機械的、経済的
にも優れ、変性シリコーン等に変わる高密度で粒子分散
安定性に優れた分散媒体を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来、高密度で電気的、
熱的、化学的（安全衛生性含む）、機械的にも優れた絶
縁油としてはパーフルオロカーボン（例えば、クライト
ックス：デュポン社）、パーフルオロエーテル（例え
ば、フォンブリン：日本モンテエジソン社）等のフッ素
系油が挙げられるが、いずれも極めて高価であり、また
密度が高すぎて流動抵抗が高くなりすぎる嫌いがある。
本発明者らは電気粘性流体の媒体として優れた上記の特
性をもつフッ素系媒体に着目し、フッ素原子を含有する
分子鎖を適度に結合した各種の絶縁製油を合成し、鋭意
検討した結果、本発明に到達したものである。

【０００９】即ち、本発明は、一般式（Ｉ）で表される
フッ素基含有芳香族化合物に誘電体粒子を分散させてな
る電気粘性流体である。 Ｒ−（Ｏ−Ｒｆ）ｎ （Ｉ） 〔ここで、Ｒは炭素数６〜６０個のｎ価の芳香族基、ｎ
は１〜４の整数、Ｒｆはフルオロカーボン基またはその
部分置換体、Ｒｆ中の炭素原子の数は１〜２５でありか
つＲｆ中のフッ素原子の数／炭素原子の数の比は０．６
以上である。なお、ｎが２以上の場合には、一般式
（Ｉ）で表される化合物は複数の種類のＯ−Ｒｆ基より
構成されていてもよい。〕次に一般式（Ｉ）で表される
フッ素基含有芳香族化合物について、その内容を以下詳
細に説明する。

【００１０】Ｒは炭素数６〜６０個、より好ましくは６
〜２０個の芳香族基であり、芳香族環あるいはそれに芳
香族環以外の置換基や連結基を含んでいてもよい。Ｒの
代表的な具体例としては、フェニル基、フェニレン基等
の〔化１〕で示される芳香族基が挙げられる。

【００１１】

【化１】

【００１２】また、置換基や連結基の代表的な具体例と
しては、アルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基、エー
テル基、エステル基、水酸基等が挙げられる。一方、Ｒ
ｆはフルオロアルケニル基、フルオロアリール基、フル
オロアラルキル基等が挙げられる。これらフルオロカー
ボン基のフッ素原子または水素原子の一部がハロゲン原
子やアミノ基、ニトリル基等で置換されていてもよい。
ｎは１〜４の整数であるが、とりわけ、電気粘性流体の
媒体としては１〜２が好ましい。（なお、本発明に用い
ることができるこれらフッ素基含有芳香族化合物につい
ては特願平４−５４１９２参照） フッ素系油はシリコーン系油に比べて機械的特性、特に
潤滑性がよく、本発明のフッ素基含有芳香族化合物もこ
の特性に優れており、これを媒体に用いた本発明の電気
粘性流体は、振動吸収やトルク伝達、サーボ制御等のア
クチュエーターに使用した場合、特に電圧を印加しない
際の機械的特性に優れた性能が期待される。

【００１３】本発明に適用される誘電体粒子とは、電界
の印加により、粒子の表面にイオンや電子の分極を生じ
る粒子であり、本発明のフッ素基含有芳香族化合物に分
散させて電気粘性効果を発現できる粒子であればいずれ
でもよい。このような誘電体粒子としては、従来公知の
粒子分散系電気粘性流体に用いられている、イオン性基
や親水性基、構造水等をもつ含水系粒子、粒子の表面あ
るいは内部に電解質を含有する非含水系粒子、半導体粒
子や表面絶縁化導電性粒子あるいは内部に異方導電性粒
子などの部分導電性をもつ非含水系粒子、その他電界の
印加により、粒子の表面にイオンや電子の分極が生じる
構造をもつ複合粒子などが挙げられる。これらの粒子の
粒径は、０．１〜１００μｍ程度であり、多くの場合１
〜２０μｍである。

【００１４】なお、本発明に用いられるフッ素基含有芳
香族化合物は単独で使用しても、また複数種混合し使用
してもよく、さらにまた、フッ素基を含有しない、例え
ば、フェニルアルカンやフェニルアルキルエーテル等
の、本発明のフッ素基含有芳香族化合物と相溶する他種
の分散媒体と混合して使用することもできる。以下、実
施例をもって本発明を具体的に説明する。なお、電気粘
性効果の測定は、プレート間に電圧が印加できるように
改造したパラレルプレート型の回転粘度計（レオロジ社
製 ３００）を用い、電極間にＤＣ１．０ｋｖ／ｍｍの
電圧を印加して、剪断速度２００ｓｅｃ^-1で行った。

【００１５】

【実施例】以下実施例で説明する。

【００１６】

【実施例１】２ｗｔ％の水分を含有させたスルホン酸基
含有カチオン交換樹脂粒子（ＭＣＩＧＥＬ ＣＫ１０
Ｓ、三菱化成製、粒径：約１２μｍ、比重：約１．３、
Ｎａ塩型）を〔化２〕に示すフッ素基含有芳香族化合物
（比重：約１．３６、４０℃粘度：２６ＣＳ）に粒子濃
度２０ｖｏｌ％で分散させ電気粘性流体を得た。

【００１７】

【化２】

【００１８】一方、同一粒子を同一濃度でフッ素変性シ
リコーン（ＦＣ１２６５、東レシリコーン、比重：１．
２５、２５℃粘度：３００ＣＳ）に分散させて比較試料
とした。電気粘性効果は、後者が１６００Ｐａあるのに
対し前者は２２００Ｐａと大きな値を示した。また更
に、これらの電気粘性流体を２５℃で３カ月間静置させ
た後、粒子の沈降状態と再分散性を調べたところ、両者
ともに僅かな粒子沈降と相分離が見られたが、後者は前
者に比べ粒子の凝集が少なく手で軽く振るとより容易に
再分散した。

【００１９】

【実施例２】１２０℃で２４時間乾燥した合成ゼオライ
ト（ＴＳＺ６２３、東レ製、粒径：約１０μｍ、比重：
２．４）を粒子濃度２０ｖｏｌ％となるよう〔化３〕−
〔化５〕で示す各種のフッ素基含有芳香族化合物に分散
した流体について、電気粘性効果及び２５℃で３カ月間
静置した後の粒子の沈降状態と再分散性を調べ、表１の
結果を得た。

【００２０】

【化３】

【００２１】

【化４】

【００２２】

【化５】

【００２３】なお、比較のためジメチルシリコーン（Ｄ
ＭＳ）に同様に分散させた流体についても調べた。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】誘電体粒子をフッ素基含有芳香族化合物
に分散させた本発明の電気粘性流体は粒子分散安定性、
電気粘性効果、潤滑性等に優れ、振動吸収、トルク伝
達、サーボ制御等のアクチュエーターとして利用され
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式（Ｉ）で表されるフッ素基含有芳
   香族化合物に誘電体粒子を分散させてなる電気粘性流
   体。 Ｒ−（Ｏ−Ｒｆ）ｎ （Ｉ） 〔ここで、Ｒは炭素数６〜６０個のｎ価の芳香族基、ｎ
   は１〜４の整数、Ｒｆはフルオロカーボン基またはその
   部分置換体、Ｒｆ中の炭素原子の数は１〜２５でありか
   つＲｆ中のフッ素原子の数／炭素原子の数の比は０．６
   以上である。なお、ｎが２以上の場合には、一般式
   （Ｉ）で表される化合物は複数の種類のＯ−Ｒｆ基より
   構成されていてもよい。〕