JPH07173485A

JPH07173485A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH07173485A
Application number: JP32284893A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sakurai; 良桜井; Takao Ogino; 隆夫荻野; Tasuku Saito; 翼斎藤
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11

Abstract

(57)【要約】【目的】低い消費電力で、高い電気粘性効果を示
し、応答性、製造安定性に優れた電気粘性流体を提供す
る。【構成】炭素質粉体を、電気絶縁性を有する油状媒体
中に分散させた電気粘性流体であって、電流を印加した
ときに正又は負の電荷を帯びる不純物を実質的に含有し
ないことを特徴とする。前記不純物の量は、電気粘性流
体中に１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気粘性流体用粉体、
詳しくは、特定不純物を含有しない応答性、製造安定性
に優れる電気粘性流体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体は、電気制御によりその粘
弾性特性を大きく、しかも、可逆的に変化させることが
できる流体で、電場の印加により流体の見掛けの粘度が
大きく変わる現象がウインズロー効果として古くから知
られており、クラッチ、バルブ、エンジンマウント、ア
クチュエーター、ロボットアーム等の装置や部品を電気
的に制御するための構成要素としての応用が検討されて
きた。しかしながら、初期の電気粘性流体は澱粉等の粉
体を鉱油や潤滑油に分散させたにものであり、電気粘性
効果は発現されるものの、再現性に劣るという欠点があ
った。

【０００３】このため、電気粘性効果が高く、再現性に
優れた流体を得ることを目的として、分散質として用い
る粉体を中心に多くの提案がなされている。例えば、特
開昭５３−９３１８６号にはポリアクリル酸の如き酸基
をもつ高吸水性樹脂が、特公昭６０−３１２１１号には
イオン交換樹脂が、特開昭６２−９５３９７号にはアル
ミナシリケートが記載されている。これらはいずれも親
水性の固体粉体であり、これらを含水させて絶縁性の油
状媒体中に分散させたものであり、外部から高電圧を印
加したときに水の作用により粉体を構成する粒子に分極
が生じ、この分極により粒子間に電場方向の架橋が生じ
るため粘度が増大するといわれている。

【０００４】しかしながら、前記含水粉体を用いた含水
系電気粘性流体は、広い温度範囲において充分な電気粘
性効果が得られず、水分の蒸発や凍結を招かないための
使用温度の制限、温度上昇による使用電流の増大、水分
の移行による不安定化、高電圧印加時の電極金属の腐食
等の多くの問題があり、実用化は困難であった。

【０００５】この問題点を改良するため、含水粒子を用
いない非水系電気粘性流体が提案されている。例えば、
特開昭６１−２１６２０２号には、ポリアセンキノン等
の有機半導体粒子が、特開昭６３−９７６９４号、特開
平１−１６４８２３号には、有機又は無機固体粒子表面
に導電性薄膜を形成し、さらにその上に電気絶縁性薄膜
を形成した誘電体粒子、すなわち導電性／絶縁性の電気
特性を有する薄膜を必須とする薄膜被覆型複合粒子が記
載されている。さらに、電気特性の制御された分散質粉
体としては、表面処理金属粒子、金属被覆無機粉体等が
知られている。しかしながら、これらの粉体を用いた非
水系電気粘性流体は、いずれも低い消費電力において充
分な電気粘性効果が得られず、さらに、工業的製造が困
難である、交流電場においてしか機能しない等種々の問
題点を有し、未だ実用化されていなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この問題点を解決すべ
く、本発明者らは、先に特開平３−４７８９６号等によ
って特定炭素質微粉末と、特定粘度の電気絶縁油とから
なり、電気粘性効果が高く、消費電力が低い非水系電気
粘性流体を提案した。これらに所定の電流を印加するこ
とにより所望の粘性効果を得るものであるが、電気粘性
効果が計算した期待値に到達しない試料や、応答性が低
い試料がみられる場合があった。本発明は、前記電気粘
性流体の特性を生かしつつ、電気粘性効果、応答性、製
造安定性等を一層向上すべく改良を加えたものである。
すなわち、本発明の目的は、低い消費電力で、高い電気
粘性効果を示し、応答性、製造安定性に優れた電気粘性
流体を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電気粘性流体
は、炭素質粉体を、電気絶縁性を有する油状媒体中に分
散させた電気粘性流体であって、電流を印加したときに
正又は負の電荷を帯びる不純物（以下、イオン性の不純
物と称する）を実質的に含有しないことを特徴とする。

【０００８】

【作用】電気粘性流体においては、炭素質粉体、油状媒
体及び添加剤中に、電流を印加したときに正又は負の電
荷を帯びる不純物を実質的に含有しないため、電流を印
加した場合における不純物のイオン化に起因する粉体の
電気泳動、帯電した不純物の粉体への付着等が起こら
ず、応答性を損なうことなく、高い電気粘性効果が得ら
れ、不純物の混入がないため製造安定性が良好であると
いう優れた効果を奏するものである。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体例を挙げて詳細に説明す
る。

【００１０】本発明の電気粘性流体は、炭素質粉体を電
気絶縁性を有する油状媒体中に分散させたものであり、
好適な炭素質粉体としては、炭素含有量８０〜９７重量
％のものが好ましく、特に好ましくは８５〜９５重量％
である。また、炭素質粉体のＣ／Ｈ比（炭素／水素原子
比）は、１．２〜５のものが好ましく、特に好ましくは
２〜４である。粉体の形状は任意であるが、真球状の形
状をなすものが好ましい。

【００１１】一般に電気粘性流体の分散相の電気抵抗は
半導体領域にあることは古くから知られているが〔Ｗ．
Ｍ．Ｗｉｎｓｌｏｗ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ
第２０巻、第１１３７頁（１９４９年）〕、炭素含有量
が８０重量％未満で、且つ、Ｃ／Ｈ比が１．２未満の炭
素質粉体は絶縁体であり、電気粘性効果を示す液体は殆
ど得られない。一方、炭素含有量が９７重量％を超え、
且つ、Ｃ／Ｈ比が５を超えるものは導電体に近く、電圧
を印加しても過大電流を示し、電気粘性効果を示す流体
は得られない。

【００１２】本発明の電気粘性流体用粉体のとして好適
な前記Ｃ／Ｈ比を有する具体的材料としては、コールタ
ールピッチ、石油系ピッチ、ポリ塩化ビニルを熱分解し
て得られるピッチ等を微粉砕したもの、それらのピッチ
又はタール成分を加熱処理して得られる各種メソフェー
ズからなる微粉末、すなわち、加熱により形成される光
学的異方性小球体（球晶又はメソフェーズ小球体）を溶
剤でピッチ成分を溶解し、分別することによって得られ
る微粉末さらにそれを微粉砕したもの、ピッチ原料を加
熱処理によりバルクメソフェーズ（例えば、特開昭５９
−３０８８７号記載のもの）とし、それを微粉砕したも
の、また、一部晶質化したピッチを微粉砕したもの、さ
らに、フェノール樹脂、フラン樹脂、メラミン樹脂等の
熱硬化性樹脂を低温で炭化したものなどのいわゆる低温
処理炭素微粉末が例示され、さらに、無煙炭、瀝青炭等
の石炭類及びその熱処理物を微粉砕したもの、ポリエチ
レン、ポリプロピレン又はポリスチレン等の炭化水素
系、ビニル系高分子とポリ塩化ビニル又はポリ塩化ビニ
リデン等の塩素含有高分子との混合物を加圧下で加熱す
ることによって得られる炭素球、セルロース球、不飽和
ポリエステル球等が挙げられる。これら粉体は、電気粘
性流体に配合する前に、イオン性の不純物を予め除去す
ることが好ましい。

【００１３】粉体粒子の粒径は、平均直径が約０．０１
〜１００μｍであり、好ましくは０．１〜２０μｍさら
に好ましくは０．５〜５μｍの範囲である。

【００１４】分散媒である電気絶縁性を有する油状媒体
としては、８０℃における体積抵抗率が１０¹¹Ω・ｍ以
上のものが好ましく、特に１０¹³Ω・ｍ以上のものが好
ましい。具体的には、例えば、炭化水素油、エステル系
油、芳香族系油、シリコーン油等が挙げられる。これら
は単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよ
い。これのうち、ゴム状の弾性を有する材料や各種高分
子材料と直接接触させて用いても劣化を起こさないとい
う観点から、ジメチルポリシロキサンやメチルフェニル
ポリシロキサンの如きシリコーン油が好ましく用いられ
る。これらの油状媒体が前記イオン性の不純物を含有し
ている場合、８０℃における体積抵抗率が１０¹¹Ω・ｍ
以上の絶縁特性を得るのが困難となる。

【００１５】電気絶縁性を有する油状媒体は、その粘度
が２５℃において０．６５〜５００センチストークス、
好ましくは５〜２００センチストークス、さらに好まし
くは１０〜５０センチストークスのものが用いられる。
好適な粘度の分散媒を用いることにより、分散質である
粉体を効率よく安定に分散させることができる。油状媒
体の粘度が５００センチストークスを超えると電気粘性
流体の初期粘度が高くなり、電気粘性効果による粘度変
化が小さくなる。また、０．６５センチストークス未満
であると、揮発しやすくなり、分散媒の安定性が悪化す
る。

【００１６】前記炭素質粉体を電気絶縁性を有する前記
油状媒体中に分散させることにより、電気粘性流体を得
るものであるが、電気粘性流体中に、分散質である炭素
質粉体は１〜６０重量％、好ましくは２０〜５０重量％
含有され、分散媒である油状媒体は９９〜４０重量％、
好ましくは８０〜５０重量％含有される。分散質の量が
１重量％未満であると電気粘性効果が小さく、６０重量
％を超えると電圧を印加しないときの初期粘度が著しく
高くなる。

【００１７】本発明においては、電気粘性流体は、電流
を印加したときに正又は負の電荷を帯びる不純物を実質
的に含まないことが必要があるが、ここで、電流を印加
したときに正又は負の電荷を帯びる不純物とは、イオン
性の物質であって、例えば、ナトリウム、カルシウム、
錫、マンガン、白金等が挙げられる。これら不純物は、
炭素質粉体を合成するのに用いられる原料、触媒に由来
するものが多い。また、他の原料である油状媒体、添加
物に混入している場合もあり、最終生成物である電気粘
性流体中に実質的にこれらを含まないことが必要であ
る。ここで、実質的に含まないとは、電流を印加した際
にイオン化した不純物が電気粘性流体の性能に対して影
響を及ぼさない程度の存在は許容されることを意味する
ものであり、具体的数値を挙げれば、電気粘性流体全体
に対する不純物の総量が１０００ｐｐｍ以下であり、好
ましくは５００ｐｐｍ以下である。イオン性の不純物
は、炭素質粉体に対しては１０００ｐｐｍ以下であるこ
とが必要であり、５００ｐｐｍ以下であることが好まし
い。イオン性の不純物が５００ｐｐｍ以下である場合、
特に応答性が著しく向上するため好ましい。不純物を含
有しない粉体を得るには、（１）炭素質粉体の原料とし
て前記不純物を含まない物質を用い、製造工程において
も、触媒等の不純物が混入しないよう制御する方法、
（２）炭素質粉体の合成時に電気泳動を利用して不純物
を除去する方法、更に、（３）不純物の量が制御されて
いない通常の炭素質粉体を用いる場合、不純物を可溶化
する溶媒で洗浄し、ろ過を行って不純物を除去する方法
等が挙げられる。

【００１８】油状媒体に対しては、イオン性の不純物は
５００ｐｐｍ以下であることが必要であり、１００ｐｐ
ｍ以下であることが好ましい。イオン性の不純物が１０
０ｐｐｍ以下である場合、特に電気粘性効果に優れた電
気粘性流体が得られるため好ましい。油状媒体として、
高純度のシリコーン油を用いる場合は、イオン性の不純
物は定量分析の測定限界以下でありそのまま用いること
ができるが、通常の純度のシリコーン油や炭化水素油等
を用いる場合は、イオン交換によってイオン性の不純物
を除去してから用いることが必要である。

【００１９】電気粘性流体中のイオン性の不純物の定量
方法としては、ＩＣＰ−ＭＡＳＳ等の質量分析計、質量
分光器を用いて質量スペクトルを測定する方法が挙げら
れる。

【００２０】本発明の電気粘性流体には、本発明の効果
を損なわない範囲において、他の分散質粉体や、界面活
性剤、分散剤、無機塩類等の添加物を併用または配合す
ることができるが、これら、添加物についてもイオン性
の不純物を実質的に含有しないものを用いることが好ま
しい。

【００２１】以下に具体例を挙げて本発明をより詳細に
説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるもので
はない。

【００２２】特性評価（１）粒径の測定電気粘性流体用粉体の粒径を日機装株式会社製、ＭＩＣ
ＲＯＴＲＡＣＳＰＡ／ＭＫ−II型装置を用いて測定し
た。

【００２３】（２）電気粘性流体の特性初期並びに２ｋＶ電圧印加時の電気粘性流体の粘度、及
び２ｋＶ電圧印加時の電気粘性流体の電流密度をレオメ
トリックスファーイースト社製、ＲＤＳ−II型装置を用
いて、室温（約２５℃）で、剪断速度３５０／秒の条件
において測定した。

【００２４】（実施例１）レゾール型フェノール樹脂
（Ｃ１０ユニチカ製、イオン性不純物としてのフッ化
カルシウムを１０００ｐｐｍ含有）１０００ｇを、塩酸
（粉体に対して１重量％相当量）とともに水中で混合
し、１００℃にて８時間攪拌した後、ろ過、洗浄、乾燥
する。かくして得られた粉体を、アルゴン雰囲気中で６
００℃で５時間炭化して、フェノール樹脂に含有されて
いたカルシウムが溶解除去された、イオン性不純物が８
５ｐｐｍの炭素質球状粉体を得た。これを分級して平均
粒径約７．８μｍの電気粘性流体用粉体を得た。得られ
た炭素質粉体４０重量％を、分散媒である２５℃におけ
る粘度１０センチストークスのシリコーンオイル（東芝
シリコーン社製：ＴＳＦ４５１−１０、体積抵抗率：１
０¹³Ω・ｍ以上、イオン性の不純物含有量が定量分析の
測定限界未満であり、含有水分１００ｐｐｍ以下）６０
重量％によく分散し、電気粘性流体を得た。

【００２５】得られた電気粘性流体の初期粘度及び電圧
２ｋＶ／ｍｍ印加時の粘度並びに電流密度を測定し、そ
の結果を表１に示した。

【００２６】（実施例２）実施例１と同じ炭素質粉体４
０重量％を用いて、油状媒体として、汎用のイオン交換
膜によりイオン性の不純物を除去した、体積抵抗率が１
０¹²Ω・ｍで２５℃における粘度５５センチストークス
のホスファゼンオイル（大塚化学社製：ホスファロー
ル、イオン性の不純物含有量：１０００ｐｐｍがイオン
交換処理により１００ｐｐｍとなったもの）６０重量％
を用いて、実施例１と同様にして電気粘性流体を得た。
得られた電気粘性流体を実施例１と同様に評価し、その
結果を表１に示した。

【００２７】（比較例１）合成時に使用されるフッ化カ
ルシウム１０００ｐｐｍを含むレゾール型フェノール樹
脂（Ｃ１０ユニチカ製）１０００ｇを、そのまま、ア
ルゴン雰囲気中で６００℃で５時間炭化して、炭素質球
状粉体を得た。これを分級して平均粒径約７．８μｍの
電気粘性流体用粉体を得た。得られた炭素質粉体４０重
量％を、分散媒である２５℃における粘度１０センチス
トークスのシリコーンオイル（東芝シリコーン社製：Ｔ
ＳＦ４５１−１０、体積抵抗率：１０¹³Ω・ｍ以上、イ
オン性の不純物含有量が定量分析の測定限界未満であ
り、含有水分１００ｐｐｍ以下）６０重量％によく分散
し、電気粘性流体を得た。得られた電気粘性流体を実施
例１と同様に評価し、その結果を表１に示した。

【００２８】（比較例２）ピッチを熱処理して得られた
バルクメソフェーズを粉砕し、分級して平均粒径４．０
μｍの炭素質粉末を得た（イオン性の不純物含有量：５
０ｐｐｍ以下）。

【００２９】得られた炭素質粉体４０重量％を用いて、
油状媒体として、イオン性の不純物１５００ｐｐｍを含
み、体積抵抗率が１０⁸Ω・ｍで２５℃における粘度１
０センチストークスのシリコーンオイル６０重量％を用
いて、実施例１と同様にして電気粘性流体を得た。得ら
れた電気粘性流体を実施例１と同様に評価し、その結果
を表１に示した。

【００３０】（比較例３）合成時に使用されるフッ化カ
ルシウム１０００ｐｐｍを含むレゾール型フェノール樹
脂（Ｃ１０ユニチカ製）１０００ｇを、そのまま、ア
ルゴン雰囲気中で６００℃で５時間炭化して、炭素質球
状粉体を得た。これを分級して平均粒径約７．８μｍの
電気粘性流体用粉体を得た。得られた炭素質粉体４０重
量％を、油状媒体として、イオン性の不純物１５００ｐ
ｐｍを含み、体積抵抗率が１０⁶Ω・ｍで２５℃におけ
る粘度１０センチストークスのシリコーンオイル６０重
量％を用いて、実施例１と同様にして電気粘性流体を得
た。得られた電気粘性流体を実施例１と同様に評価し、
その結果を表１に示した。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１の結果より明らかなごとく、本発明の
電気粘性流体はいずれも、電圧印加時に充分な粘度が得
られ、初期粘度に比較して電圧印加時の粘度が高く、高
い電気粘性効果を示し、応答性も良好であった。一方、
イオン性の不純物を含有する比較例の電気粘性流体は、
初期粘度と電圧印加時の粘度の差が小さく、充分な電気
粘性効果は得られなかった。

【００３３】

【発明の効果】本発明の電気粘性流体は、前記構成とし
たので、低い消費電力で、高い電気粘性効果を示し、応
答性、製造安定性に優れるという効果を示した。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素質粉体を、電気絶縁性を有する油状
媒体中に分散させた電気粘性流体であって、電流を印加したときに正又は負の電荷を帯びる不純物を
実質的に含有しないことを特徴とする電気粘性流体。