JPH07252488A - 電気粘性流体 - Google Patents

電気粘性流体

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JPH07252488A
JPH07252488A JP4403694A JP4403694A JPH07252488A JP H07252488 A JPH07252488 A JP H07252488A JP 4403694 A JP4403694 A JP 4403694A JP 4403694 A JP4403694 A JP 4403694A JP H07252488 A JPH07252488 A JP H07252488A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度変化に対する安定性及び従来の含水系の
ものより低い含水量で同等の電界に置かれた際の増粘倍
率に優れる電気粘性流体を提供しようとするもの。 【構成】 高分子保護剤を含む金属コロイドを吸着させ
た固体粒子から成る分散相と、電気絶縁性の分散媒とを
具備すると共に、前記高分子保護剤は、親水性且つ有機
溶媒に可溶な両溶媒性であり、金属コロイドを吸着させ
た固体粒子には、水及び多価アルコールが吸着されたこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、電圧の制御によりそ
の粘性を変化させうる電気粘性流体に関し、さらに詳細
には、クラッチ、バルブ、ショック・アブソーバーなど
のアクチュエーターとして利用されうる電気粘性流体に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】電場の印加により流体の粘度が著しく増
大する現象はウィンズロー効果として古くから知られて
いる。従来、電気粘性流体の組成物として、電気絶縁性
の分散媒に固体粒子を分散・懸濁して得られる流体を中
心に多くの提案がなされている。固体粒子として例え
ば、ポリアクリル酸のような酸性基を持つ高吸収性樹脂
(特開昭53−93186)、イオン交換樹脂(特公昭
60−31211)、アルミナシリケート(特開昭62
−95397)等が知られている。これらの電気粘性流
体はいずれも親水性の固体粒子を含水させ、絶縁性の油
状媒体中に分散させたものである。
【0003】ところが、このような含水微粒子を用いた
従来の電気粘性流体は、温度が上昇するとイオン化が促
進され電流が増大したり水の移行により安定性が悪くな
ったりする問題がある。これらの課題の解決のために非
水系の電気粘性流体が提案されており、有機半導体微粒
子(特開昭61−216202)、導電・絶縁二重膜の
誘電体微粒子(特開昭63−97694)、メソフェー
ズカーボン(特開平3−157498)等が知られてい
る。
【0004】しかし、非水系の分散粒子を利用した電気
粘性流体は含水系の微粒子を利用するものと比べて多少
は温度変化に対する安定性に優れる反面、同一の電界に
置かれた場合に得られる剪断応力が相対的に小さく含水
系のものと同等の剪断応力を得るためには高い電圧を印
加しなければならず、こうすると電流値が高くなってし
まうという問題を有する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は温
度変化に対する安定性及び従来の含水系のものより低い
含水量で同等の電界に置かれた際の増粘倍率に優れる電
気粘性流体を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明では次のような技術的手段を講じている。
【0007】発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討
した結果、高分子保護剤を含む金属コロイドを吸着させ
た固体粒子から成る分散相と、電気絶縁性の分散媒とを
具備すると共に、前記高分子保護剤は、親水性且つ有機
溶媒に可溶な両溶媒性であり、金属コロイドを吸着させ
た固体粒子には、水及び多価アルコールが吸着されたこ
ととすると有効であることを見出し、この発明を完成す
るに至った。
【0008】すなわち、この発明の電気粘性流体は、金
属コロイドで表面処理した後に水と多価アルコールを吸
着させた分散粒子を電気絶縁性の分散媒に分散してなる
ものである。分散相として、金属コロイドで表面処理し
た固体粒子に多価アルコールとともに吸着させる水の量
は、できるだけ少なく微量とすることが好ましく、触媒
量程度の微量のものとすることができる。 (分散媒)この発明の電気粘性流体に用いられる分散媒
としての電気絶縁性の液体は、電気絶縁性であればいず
れのものでもよく、特別の制限を受けるものではない。
この種の電気絶縁性の流体としてシリコン・オイル、フ
ッ素オイル、植物油、ホスファーゲン・オイルなどが例
示される。分散相の固体粒子と電気絶縁性の分散媒の比
重は、同程度とした方が分散が均一になるので好まし
い。 (分散粒子)この発明の電気粘性流体に使用される分散
質として、公知の各種の多孔質の固体粒子を用いること
ができ、特別の制限を受けるものではない。この種の多
孔質の固体粒子としては、シリカゲル、ケイソウ土、ア
ルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、活性炭、イオ
ン交換樹脂、セルロースなどが例示される。
【0009】前記の固体粒子を用い、高分子保護剤を含
む金属コロイドを吸着させる。金属コロイドの金属粒子
は、貴金属を主体とすることができる。例えば銀、ロジ
ウム、パラジウム、白金、イリジウム、ルテニウム、オ
スミウム等を主体とすることができる。貴金属以外にも
銅やニッケル、鉄などを主体とすることができる。
【0010】高分子保護剤として、親水性且つ有機溶剤
に可溶な両溶媒性のものを用いることができる。例え
ば、ポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)を主体とする
ことができるが、それ以外にもポリアクリル酸、ポリメ
タクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリ無水マレ
イン酸などを用いることができる。 (多価アルコール)金属コロイドを吸着させた固体粒子
には、水と多価アルコールとを吸着させる。多価アルコ
ールとして分子内に2個以上の水酸基を有するものを用
いることができ、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などのポリエーテル
類、グリセリン、プロパンジオール、ブタンジオール、
ヘキサンジオール等の二価アルコール、三価アルコール
などを例示することができる。これらの成分は、固体粒
子に対して約1重量%以上で30重量%以下の範囲で用
いられ、好ましくは約5重量%以上で20重量%以下で
用いられる。1重量%未満とすると電気粘性効果が小さ
くなり、30重量%を越えると電流密度が増大し過ぎる
こととなるという不具合が生ずるからである。約5重量
%以上で20重量%以下とすると電流密度と電気粘性効
果のバランスが実用上に於いて特に優れている点で好ま
しい。
【0011】固体粒子の分散系の電気粘性流体に水と多
価アルコールとを併用添加するこの発明においては、多
価アルコールを用いることにより特に高温領域における
増粘効果と電流値の安定性の効果を発現させることがで
きる。これらの優れた効果が発現される機構について、
次のように考えられる。すなわち、固体粒子に吸着した
水は薄い水の膜を形成し、その極性により電場内におい
て誘電分極し、電場方向に架橋を形成し電場に対して垂
直方向に粘性が増大して電気粘性効果を発現する。この
ため、水の膜厚は電気粘性効果にとって重要なものであ
るが、水は蒸発しやすいために温度が上昇すると水の膜
厚が変わり、電気粘性効果が不安定となる。
【0012】この発明では、水とともに固体粒子との親
和性が強くまた電場の影響を受けやすい極性物として多
価アルコールを採用して吸着させている。多価アルコー
ルは固体粒子に安定に吸着し、固体粒子の表面に水とと
もにより安定した膜を形成する。したがって、従来より
も安定した固体粒子の表面の膜により、従来の含水系の
ものより低い含水量で従来のものと同等の電界に置かれ
た際の増粘倍率に優れる。また、多価アルコールは水と
比較して分子量が大きく沸点が高く蒸発しにくいので、
高温領域まで安定した電気粘性効果を発現できる。つま
り、従来のものよりも温度変化に対する安定性に優れ
る。
【0013】
【発明の効果】この発明の電気粘性流体は上述のような
構成を有するものであり、温度変化に対する安定性及び
従来の含水系のものより低い含水量で従来のものと同等
の電界に置かれた際の増粘倍率に優れる電気粘性流体を
提供できる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の構成を具体的な実施例によ
り詳細に説明する。 (実施例1)硝酸銀(関東化学試薬社製、特級)0.3
15gをメタノール125mlに、また、親水性且つ有
機溶媒に可溶な両溶媒性の高分子保護剤たるポリ(N−
ビニル−2−ピロリドン)(東京化成社製、商品名K−
15、分子量10,000)(以下、PVPと略記す
る)0.150gをメタノール100mlにそれぞれ溶
解させた後、前記硝酸銀メタノール溶液と前記PVPメ
タノール溶液とを混合し攪拌した−以下、溶液〔A〕と
いう−。
【0015】前記溶液〔A〕225mlを80℃で30
分間加熱還流を行った後、水酸化ナトリウムメタノール
溶液(水酸化ナトリウム0.0066gをメタノール2
5mlに溶解)を加え、さらに10分間加熱還流を行な
い、冷却して銀超微粒子(金属コロイド)分散液−以
下、溶液〔B〕という−を調整した。
【0016】そして、分散すべき固体粒子たるシリカゲ
ル粒子(Merk社製、商品名Kiessel Gel
60)10gを120℃で乾燥後、室温で溶液〔B〕2
50mlに浸漬し攪拌して銀超微粒子(金属コロイド)
をシリカゲル粒子に吸着させた。銀超微粒子(金属コロ
イド)を吸着させたシリカゲル粒子−以下、粒子〔C〕
という−を濾別し、80℃にて一昼夜乾燥させた。
【0017】前記粒子〔C〕10gを窒素ガスで置換し
たナス形フラスコに入れ、多価アルコールたるグリセリ
ン1gと脱水メタノール30mlとを混合・攪拌した溶
液を混合し、24時間振盪した。
【0018】その後、減圧下でメタノールを除去してグ
リセリンを吸着(粒子〔C〕に対する吸着量10重量%
〔以下「wt%」と記載〕)させた粒子〔C〕を90℃
にて乾燥し、さらに粒子〔C〕の重量に対し1.0wt
%の水分を吸着させた。そして、電気絶縁性の分散媒た
るフッ素オイル(ダイキン工業社製、商品名ダイフロイ
ル#1)に重量比10wt%で分散させ、電気粘性流体
を得た。 (実施例2〜8)実施例1と同様の手順により電気粘性
流体を得た。粒子〔C〕に吸着させた多価アルコールの
種類及び吸着量等を表1に示す。なお、実施例8のポリ
エチレングリコールの分子量は約10,000である。 (比較例1)実施例1と同様の手順により粒子〔C〕に
対し水を1.0wt%の吸着量で吸着させた電気粘性流
体を得た。但し、各比較例では多価アルコールは吸着さ
せていない。 (比較例2〜3)比較例1と同様の手順により電気粘性
流体を得た。粒子〔C〕への水分の吸着量を表2に示
す。 (比較例4)実施例1と同様の手順により、銀超微粒子
(金属コロイド)を吸着させていない乾燥シリカゲル粒
子に対し水を4.20wt%の吸着量で吸着させた電気
粘性流体を得た。比較例4及び5では多価アルコール及
び銀超微粒子(金属コロイド)は吸着させていない。 (比較例5)比較例4と同様の手順により電気粘性流体
を得た。前記シリカゲル粒子への水分の吸着量を表2に
示す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】上記のようにして得た各電気粘性流体をそ
れぞれ用い、電場の非印加時の流体粘度及び電場の印加
時の流体粘度、並びに電流密度(μ/cm2 )を測定し
た。 流体粘度の測定には、円心円二重円筒型粘度計(東
京計器社製)を用いた。なお、電界は直流電界(1.0
〜2.0kV/mm)とした。 電流密度は、絶縁抵抗計により測定した。
【0022】表3及び表4並びに図1乃至図3のグラフ
に、電気粘性流体への電場の非印加時の流体粘度に対す
る1.0〜2.0kV/mmの電場の印加時の流体粘度の
増粘倍率(倍)及び電流密度(μ/cm2 )を示す。
【0023】なお、図1のグラフには、実施例1〜3、
比較例1の印加電場(kV/mm)に対する増粘倍率
(倍)の関係を示す。図2のグラフには、実施例1〜
3、比較例1と2の電流密度(μ/cm2 )に対する増粘
倍率(倍)の関係を示す。図3のグラフには、実施例4
〜7、比較例2と3の電流密度(μ/cm2 )に対する増
粘倍率(倍)の関係を示す。
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】表3及び表4に示されるように、その固体
粒子の含水量が1.0wt%の実施例1の電気粘性流体
は、同等の含水量の比較例1のものよりも、電場の非印
加時の流体粘度に対する電場の印加時の流体粘度の増粘
倍率が4倍以上(2.0kV/mmの電場の印加時)大き
い。一方、実施例1のものは比較例1ものより増粘倍率
に非常に優れるのに対し、双方の電流密度は同様の値で
ある。すなわち、実施例1のものは比較例1と同等の電
流密度でありながら、それより非常に大きな増粘倍率を
有するという利点がある。つまり、従来の含水系のもの
より低い含水量で従来のものと同等の電界に置かれた際
の増粘倍率に優れ、換言するとアクチュエーターに適応
した場合の動力の伝動効率に優れるということが言え
る。
【0027】次に、実施例6と比較例3との電気粘性流
体を用いて耐熱劣化試験を行った。実施例6は上記粒子
〔C〕にトリエチレングリコールを20wt%、水分を
1.0wt%吸着させたものであり、比較例3は粒子
〔C〕に対し水分を4.40wt%の吸着量で吸着させ
たものである。図4のグラフに、それぞれの電気粘性流
体を90℃の恒温槽(開放系)に留置・保存した場合の
各保存時間に対する1.5kV印加時の電流密度の関係
を示す。
【0028】実施例6のものは24時間経過まではほぼ
安定であるのに対し、比較例3のものは1時間経過後に
は電流密度が低下し始めた。すなわち、この実施例のも
のは温度変化に対する安定性に優れるということが言え
る。
【0029】各比較例では含水量を増大させると増粘効
果が増加する反面に於いて、比較例3のように高温安定
性が悪くなるが、実施例6では含水量を低く抑えたまま
吸着安定性に優れるとともに高沸点の多価アルコールを
固体粒子に吸着することによって、優れた高温安定性を
発現しているという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1〜3、比較例1のものの印加電場(k
V/mm)に対する増粘倍率(倍)の関係を示すグラフ。
【図2】実施例1〜3、比較例1と2のものの電流密度
(μ/cm2 )に対する増粘倍率(倍)の関係を示すグラ
フ。
【図3】実施例4〜7、比較例2と3のものの電流密度
(μ/cm2 )に対する増粘倍率(倍)の関係を示すグラ
フ。
【図4】実施例6、比較例3のものを90℃の恒温槽
(開放系)に留置・保存した場合の各保存時間(H)に
対する1.5kV印加時の電流密度(μ/cm2 )の関係
を示すグラフ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10M 103:00 Z 103:06 E 103:02 Z 105:14 107:42 107:28) C10N 10:02 10:16 40:14 40:16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高分子保護剤を含む金属コロイドを吸着
    させた固体粒子から成る分散相と、電気絶縁性の分散媒
    とを具備すると共に、前記高分子保護剤は、親水性且つ
    有機溶媒に可溶な両溶媒性であり、金属コロイドを吸着
    させた固体粒子には、水及び多価アルコールが吸着され
    たことを特徴とする電気粘性流体。
  2. 【請求項2】 前記多価アルコールの吸着量が、金属コ
    ロイドを吸着させた固体粒子の約1重量%以上で30重
    量%以下の範囲である請求項1記載の電気粘性流体。
  3. 【請求項3】 前記電気絶縁性の分散媒が、油状媒体で
    ある請求項1又は2記載の電気粘性流体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305791B6 (cs) * 2014-12-16 2016-03-16 Technická univerzita v Liberci Způsob modifikace průmyslově dodávané chladicí a/nebo mazací procesní kapaliny užívané v průběhu třískového obrábění kovových materiálů

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ305791B6 (cs) * 2014-12-16 2016-03-16 Technická univerzita v Liberci Způsob modifikace průmyslově dodávané chladicí a/nebo mazací procesní kapaliny užívané v průběhu třískového obrábění kovových materiálů

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