JPH07157784A - 電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の電気粘性流体に比べて同じ電界強度で
より大きな誘起せん断応力を得ることができ、より大き
な電界強度を印加することができて著しく大きな誘起せ
ん断応力を得ることが可能であって、粘性の変化幅が大
きく、実用的な電気粘性流体を提供する。 【構成】 電気絶縁性の媒質中に分散粒子として分極性
微粒子を分散させた電気粘性流体において、分極性微粒
子にアルミナまたはアルミナ水和物を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧の印加により粘性
を制御できる電気粘性流体に関し、印加電圧に応じた粘
性変化を利用して、電圧の印加により粘性を制御するこ
とによって、伝達トルクを制御できるクラッチ、伝達特
性を制御できる防振部品あるいは油圧回路素子、などへ
の適用をなしうる電気粘性流体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体（ＥＲＦ）は、電気絶縁性
の油状媒質中に分極性の微粒子を分散させた懸濁液であ
り、電圧を印加すると、媒質中の分散粒子が分極を生ず
ることによって微粒子間に引力が働き、この結果とし
て、印加する電圧の大きさに応じて液体の粘性が変化す
る懸濁液である。そして、このような印加電圧に応じた
粘性変化を利用して、電圧の印加により粘性を制御する
ことによって、伝達トルクを制御できるクラッチ、伝達
特性を制御できる防振部品あるいは油圧回路素子、など
への適用をなしうるものとなる。

【０００３】従来、電気粘性流体の媒質としては、シリ
コーン系オイル，塩化パラフィンなどのハロゲン化パラ
フィン，鉱油，塩化ジフェニル，セバチン酸ブチル，ト
ランスオイルなどが用いられている。

【０００４】また、電気粘性流体の分散粒子としては、
少なくとも表面に水分を含む含水系の微粒子と、実質的
に水分を含まない非水系の微粒子が用いられている。

【０００５】このうち、含水系の微粒子としては、シリ
カなどの無機微粒子あるいはイオン交換樹脂（例えば、
特開昭５０−９２２７８号）などの有機微粒子が用いら
れている。このような含水系の微粒子は、表面に吸着し
た水分が電圧の印加により分極する現象を利用する電気
粘性流体である。

【０００６】また、非水系の微粒子としては、ポリアニ
リン，ポリ（アセン−キノン）などの有機半導体微粒子
（特開昭６１−２１６２０２号）、金属などの導電性微
粒子の表面を電気絶縁性膜で被覆した複合体微粒子（特
開平１−１６４８２３号）が知られているが、これらは
微粒子そのものの分極を利用する電気粘性流体である。

【０００７】そして、シリカを用いた電気粘性流体に代
表される含水系の電気粘性流体は、高価な有機半導体を
利用する電気粘性流体に比べて安価に得られ、また、導
電性微粒子の表面を絶縁膜で被覆する複合型電気粘性流
体に比べても、複合粒子の製造工程が複雑なために高価
なものとなる複合型電気粘性流体よりも含水系の電気粘
性流体の方が安価に得られる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
表面に水分を吸着させた分散粒子を利用する含水系電気
粘性流体においては、次のような問題点があった。

【０００９】含水系電気粘性流体は、高温において水分
のイオン化傾向の増大により電流が急増すること、高電
圧印加時に電流が急激に増大すること、水分が気化する
と電気粘性効果を示さなくなること、などの問題点があ
る。これに対し、吸着させる水分量を減じることによっ
て、電流を抑制することは可能であるが、粘性の変化の
度合いも小さくなるため、すなわち粘性の変化幅が小さ
くなるため、実用的ではない。

【００１０】また、シリカ等を分散粒子とする含水系電
気粘性流体は、クラッチ，ダンパーなどの装置に利用す
るには、粘性の変化幅が不足しているという問題点があ
ることから、このような問題点を解消することが課題で
あった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、上記した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、従来の電気粘性流体に比べ
て同じ電界強度でより大きな誘起せん断応力を得ること
ができ、より大きな電界強度を印加することができるた
め著しく大きな誘起せん断応力を得ることが可能であっ
て、粘性の変化の度合すなわち粘性の変化幅が大きく、
実用に際して十分な粘性を得ることができる実用的な電
気粘性流体を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、電気絶縁性の媒質中に分散粒子として
分極性微粒子が分散している電気粘性流体において、分
極性微粒子がアルミナまたはアルミナ水和物であるよう
にしたことを特徴としており、実施態様においては、分
極性微粒子が遷移−アルミナ粒子、例えばγ−アルミナ
粒子であるようにし、同じく、実施態様において、γ−
アルミナ粒子の分極性微粒子の表面に０．１〜２０重量
％の水分が吸着しているようにすることを特徴としてい
る。

【００１３】さらに、別の実施態様においては、分極性
粒子がアルミナ水和物であるベーマイトを用いるように
したことを特徴としている。

【００１４】本発明に係わる電気粘性流体では、分極性
微粒子として、アルミナまたはアルミナ水和物を用いる
ようにしているが、このうち、アルミナとして用いるこ
とができる遷移−アルミナのなかで、例えば、γ−アル
ミナは、アルミナ水和物が過熱脱水により安定なα−ア
ルミナに変化する過程で生じる準安定種であり、アルミ
ナ水和物を空気中において５００℃に過熱して得られ
る。このγ−アルミナは、その粉末Ｘ線回折図がスピネ
ル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）に似ていることから、スピネル類
似構造と考えられている。

【００１５】このγ−アルミナは、価格の低い原料を熱
処理するのみで得られるため、安価であり、そしてま
た、高温安定性に優れ、高い比表面積を有することか
ら、自動車用触媒や化学工業，石油精製工業の触媒担体
として広く利用されている。

【００１６】また、本発明の分極性微粒子として用いる
ことができるアルミナ水和物であるベーマイトは、ボー
キサイト中に広く分布するアルミナの一水和物であり、
これも同様に過熱脱水によりγ−アルミナを経て安定な
α−アルミナを生成する。このベーマイトは結晶性がよ
く、結晶型は斜方晶であることが明らかにされており、
ＡｌＯ_６の八面体が陵共有してジグザグに連なった巨大
平面を有しており、この平面同士が水素結合で連なった
構造となっている。

【００１７】ベーマイトはアルミナを得るための工業的
な原料として利用されているため、安価な材料である。

【００１８】発明者は、上記γ−アルミナを含めた遷移
−アルミナの表面に水酸基が多く存在し、この水酸基に
より水分子が水素結合して粒子表面に維持されること、
および上記アルミナ水和物であるベーマイトが水素結合
により結晶が成り立っていること、結晶に含まれる水が
１００℃程度の温度では容易に脱水しないこと、に着目
し、遷移−アルミナおよびベーマイトの物性について鋭
意検討を進めた結果、本発明に至ったものである。

【００１９】電気粘性流体の分散粒子に利用するための
アルミナまたはアルミナ水和物としては、サブミクロン
から数十ミクロンまでの粒径を持つ粉末が利用できる
が、分散性を考慮すると数ミクロンの粒径を有するアル
ミナまたはアルミナ水和物の粉末が好ましい。そして遷
移−アルミナを用いる場合には、この遷移−アルミナ微
粒子の表面に水素結合により吸着させる水分量は、数重
量％から数十重量％の範囲で可能であるが、電流を増加
させないためには０．１〜２０重量％、とくに１０重量
％未満とすることが好ましい。

【００２０】また、アルミナまたはベーマイト微粒子の
濃度としては、通常の電気粘性流体と同様に、数体積％
から６０体積％程度の濃度まで、適用部品に要求される
粘性特性に合わせて利用することができる。

【００２１】電気絶縁性の分散媒としては、シリコーン
系オイル，塩化パラフィンなどのハロゲン化パラフィ
ン，鉱油，塩化ジフェニル，セバチン酸ブチル，トラン
スオイルなどの種々の流体を使用することができるが、
安定性や安全性を考えると、シリコーン油を使用するの
が好ましい。また、ハロゲン化パラフィンなどの比重の
比較的大きな流体を用いると分散性が改善される。しか
しながら、今後の検討から、さらに優れた分散媒が開発
された場合には、それらが利用できるのはやぶさかでは
ない。

【００２２】このようにして、表面に水素結合により吸
着した水分を有する遷移−アルミナ微粒子またはベーマ
イト微粒子を分散質とする電気粘性流体の構成とするこ
とにより、安価でかつ低電流で、しかも高温特性に優れ
る安定な電気粘性流体を得ることができる。

【００２３】このため、今世紀半ばに電気粘性流体が発
見されて以来、４０年以上が経過しているにもかかわら
ず実用化されていなかった電気粘性流体において、実際
に実用的な電気粘性流体を提供することができ、したが
って、クラッチ，油圧回路，防振装置などの適用範囲が
広く、工業的にも大きなメリットをもたらすものであ
る。

【００２４】

【発明の作用】本発明に係わる電気粘性流体は、上述し
た構成としたものであるから、従来の電気粘性流体に比
べて同じ電界強度であってもより大きな誘起せん断応力
が得られることとなり、また、従来の電気粘性流体に比
べて電流が著しく小さいため、従来の電気粘性流体では
印加することができなかった高電圧領域まで電圧を印加
することができるので、従来よりもさらに大きな誘起せ
ん断応力が得られることとなり、粘性の変化幅が大きい
と共に、その際に必要な電力も少なくてすむ電気粘性流
体となる。

【００２５】

【実施例】実施例１ 分極性微粒子として遷移−アルミナ微粒子のうちγ−ア
ルミナ微粒子を用い、このγ−アルミナ微粒子にはＣＯ
ＮＤＥＡ社製のＳＢａ−２００を使用した。そして、こ
のγ−アルミナ微粒子を減圧下において８０℃で２４時
間乾燥した後、３重量％の水分を微粒子表面に均一に吸
着させ、その後、十分に乾燥したシリコーン油（動粘
度；１０センチストークス）に３３重量％分散させて、
電気粘性流体を調製した。

【００２６】次いで、この電気粘性流体に対し電圧を印
加できるように改良した回転粘度計を用いて、この電気
粘性流体に電圧を印加した場合の２５℃と８０℃とにお
ける誘起せん断応力の電界強度依存性および電流密度の
電界強度依存性について測定した。

【００２７】実施例２ 実施例１と同様にして得たγ−アルミナをダイキン工業
製のフッ素系オイル『デムナム』に２２重量％分散させ
て、電気粘性流体を調製した。次いで、この電気粘性流
体について実施例１と同様にして２５℃と８０℃とにお
ける誘起せん断応力の電界強度依存性を測定した。

【００２８】実施例３ 実施例１と同様にして得たγ−アルミナをダイキン工業
製のフッ素系オイル『ダイフロイル』に２０重量％分散
させて、電気粘性流体を調製した。次いで、この電気粘
性流体について実施例１と同様にして２５℃と８０℃と
における誘起せん断応力の電界強度依存性を測定した。

【００２９】実施例４ 分極性微粒子としてベーマイト微粒子を用い、１２０℃
で２４時間乾燥した後、十分に乾燥したシリコーン油
（動粘度；１０センチストークス）に５０重量％分散さ
せて、電気粘性流体を調製した。

【００３０】次いでこの電気粘性流体に対し、電圧を印
加できるように改良した回転粘度計を用いて、この電気
粘性流体に電圧を印加した場合の２５℃と８０℃とにお
ける誘起せん断応力の電界強度依存性および電流密度の
電界強度依存性について測定した。

【００３１】比較例１ 分極性微粒子として水沢化学製シリカ微粒子を用い、こ
の微粒子を減圧下において８０℃で２４時間乾燥した
後、６重量％の水分を微粒子表面に均一に吸着させ、そ
の後、十分に乾燥したシリコーン油（動粘度；１０セン
チストークス）に２０重量％分散させて、電気粘性流体
を調製した。次いで、この電気粘性流体について実施例
１と同様にして２５℃と８０℃とにおける誘起せん断応
力の電界強度依存性および電流密度の電界強度依存性に
ついて測定した。

【００３２】比較例２ 分極性微粒子としてアルコア製α−アルミナ微粒子（１
２００℃で焼成済みのもの）を用い、この微粒子を減圧
下において８０℃で２４時間乾燥した後、０．６重量％
の水分を微粒子表面に均一に吸着させ、その後、十分に
乾燥したシリコーン油（動粘度；１０センチストーク
ス）に３３重量％分散させて、電気粘性流体を調製し
た。次いで、この電気粘性流体について実施例１と同様
にして２５℃と８０℃とにおける誘起せん断応力の電界
強度依存性および電流密度の電界強度依存性を測定し
た。

【００３３】測定結果１ 図１は実施例１，２，３と比較例１，２の電気粘性流体
について２５℃における粘性特性である発生した誘起せ
ん断応力（縦軸）の印加した電界強度（横軸）依存性を
示すグラフである。いずれの電気粘性流体においても電
界強度を大きくしていくにしたがって誘起せん断応力は
大きくなるが、実施例１，２，３はいずれも比較例１，
２を大きく上回る誘起せん断応力の増加した値を示して
いる。なお、比較例２は電流が大きく４ｋＶ／ｍｍ以上
の電界強度を印加することができなかった。

【００３４】測定結果２ 図２は実施例１，２，３と比較例１，２の電気粘性流体
について８０℃における粘性特性である発生した誘起せ
ん断応力（縦軸）の印加した電界強度（横軸）依存性を
示すグラフである。８０℃においても実施例１，２，３
は比較例１，２を大きく上回る誘起せん断応力の増加し
た値が得られる。なお、比較例１では、２ｋＶ／ｍｍ以
上の電界強度において電流が大きく、電圧を印加するこ
とができなかった。同様に、比較例２でも、４ｋＶ／ｍ
ｍ以上の電界強度において電流が大きく、電圧を印加す
ることができなかった。

【００３５】測定結果３ 図３は実施例１と比較例１，２の電気粘性流体について
電流密度（縦軸）の電界強度（横軸）依存性を示したグ
ラフである。実施例１では、２５℃と８０℃のいずれの
温度でも電流密度が急激に上昇することはなく、電界強
度６ｋＶ／ｍｍにおいても電流密度５μＡ／ｃｍ^２程度
とごく小さな値を示している。

【００３６】一方、比較例１では２５℃においても電界
強度が大きくなるにしたがい急激な電流密度の増大がみ
られる。また、８０℃では、この傾向がさらに顕著にな
り、高い電界強度は印加できず、したがって、大きな誘
起せん断応力の変化は得られない。ただし、比較例２で
は、比較例１とは反対に、２５℃の方が８０℃より電流
が大きくなっていた。これは、比較例２ではα−アルミ
ナを分散粒子として用いているため、表面に吸着してい
る水分の結合力が弱く、８０℃でもこの水分が系の外へ
出てしまうために電流が小さくなるものと思われた。

【００３７】測定結果４ 図４は、実施例４と比較例１の電気粘性流体について２
５℃における粘性特性である発生した誘起せん断応力
（縦軸）の印加した電界強度（横軸）依存性を示すグラ
フである。

【００３８】いずれの電気粘性流体においても、電界強
度を大きくしていくにしたがって誘起せん断応力は大き
くなるが、実施例４は比較例１を大きく上回る誘起せん
断応力の増加した値を示している。

【００３９】測定結果５ 図５は、実施例４と比較例１の電気粘性流体について８
０℃における粘性特性である発生した誘起せん断応力
（縦軸）の印加した電界強度（横軸）依存性を示すグラ
フである。

【００４０】８０℃においても、実施例４は比較例１を
大きく上回る誘起せん断応力の増加した値が得られる。

【００４１】なお、比較例１では２ｋＶ／ｍｍ以上の電
界強度において電流が大きく、電圧を印加することがで
きなかった。

【００４２】測定結果６ 図６は、実施例４と比較例１の電気粘性流体について電
流密度（縦軸）の電界強度（横軸）依存性を示すグラフ
である。

【００４３】実施例４では、２５℃での電流密度は電界
強度５ｋＶ／ｍｍにおいて５μＡ／ｃｍ^２程度とごく小
さな値を示している。また、８０℃においても電流密度
の増加はそれほど大きくない。そして、２５℃および８
０℃とも電界強度の増加に対する電流密度の上昇は緩や
かなカーブを描いている。一方、比較例１では２５℃に
おいても電界強度が大きくなるに従って急激な電流密度
の増大が見られる。また、８０℃ではこの傾向がさらに
顕著になり、高い電界強度は印加できず、したがって大
きなせん断応力の変化は得られない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係わ
る電気粘性流体においては、電気粘性流体の分散質とし
てアルミナまたはアルミナ水和物を用いることとしてい
ることにより、従来の電気粘性流体に比べて同じ電界強
度でより大きな誘起せん断応力を得ることができる。ま
た、従来の電気粘性流体に比べて電流が著しく小さいた
め、従来の電気粘性流体では印加することができなかっ
た高電圧領域まで電圧を印加することができるため、極
めて大きな誘起せん断応力を得ることも可能であり、そ
の際に必要な電力も少なくてすむという特長を有してお
り、したがって、粘性の変化の度合すなわち粘性の変化
幅がかなり大きなものとなり、クラッチ，油圧回路，防
振装置など、より大きなせん断応力が必要とされる装置
に対しても適用範囲が広がるので、工業的に大きなメリ
ットをもたらすものであるという著しく優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１，２，３および比較例１，２
の電気粘性流体について、２５℃における誘起せん断応
力の電界強度依存性を調べた結果を示すグラフである。

【図２】本発明の実施例１，２，３および比較例１，２
の電気粘性流体について、８０℃における誘起せん断応
力の電界強度依存性を調べた結果を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例１および比較例１，２の電気粘
性流体について、電流密度の電界強度依存性を調べた結
果を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例４および比較例１の電気粘性流
体について、２５℃における誘起せん断応力の電界強度
依存性を調べた結果を示すグラフである。

【図５】本発明の実施例４および比較例１の電気粘性流
体について、８０℃における誘起せん断応力の電界強度
依存性を調べた結果を示すグラフである。

【図６】本発明の実施例４および比較例１の電気粘性流
体について、電流密度の電界強度依存性を調べた結果を
示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉 山 龍 男 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気絶縁性の媒質中に分散粒子として分
   極性微粒子が分散している電気粘性流体において、分極
   性微粒子がアルミナまたはアルミナ水和物であることを
   特徴とする電気粘性流体。
2. 【請求項２】 分極性微粒子が遷移−アルミナ粒子であ
   ることを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
3. 【請求項３】 分極性微粒子がγ−アルミナ粒子である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気粘性流体。
4. 【請求項４】 分極性微粒子の表面に０．１〜２０重量
   ％の水分が吸着していることを特徴とする請求項２また
   は３に記載の電気粘性流体。
5. 【請求項５】 分極性微粒子がベーマイトであることを
   特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。