JPH08127790A

JPH08127790A - 電気レオロジー流体組成物とこれを用いた装置

Info

Publication number: JPH08127790A
Application number: JP26910494A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Edamura; 一弥枝村; Yasubumi Otsubo; 泰文大坪; Keita Okamura; 恵太岡村
Original assignee: Fujikura Kasei Co Ltd
Current assignee: Fujikura Kasei Co Ltd
Priority date: 1994-11-01
Filing date: 1994-11-01
Publication date: 1996-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】粒子の凝塊化が防止され、機能が長期間にわ
たって安定に維持される電気レオロジー流体組成物、お
よびこれを用いた力伝達制御装置を得る。【構成】電気絶縁性媒体２中に電気レオロジー効果を
有する粒子３を含有し、この電気絶縁性媒体２が互いに
相分離しかつ比重の異なる２種以上の媒体２ａ、２ｂか
らなり、この電気絶縁性媒体２の少なくとも１種２ｂが
前記の粒子３より比重が大きい電気レオロジー流体組成
物１。この流体組成物１を電極１１ａ−１１ｂ間に介在
させてなる力伝達制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクラッチ、ブレーキ、ダ
ンパ、ショックアブソーバ、アクチュエータ、バイブレ
ータなど、物理的な力の伝達を制御する装置に用いるこ
とができる電気レオロジー流体組成物（以下、「ＥＲ流
体」という）およびこれを用いた装置に関するものであ
り、特に長期間にわたって機能が安定に維持されるＥＲ
流体とこれを用いた装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電気レオロジー流体と呼ばれ
る組成物は知られている。この組成物は電気絶縁性媒体
の中にある種の固体粒子を分散させて得られる懸濁液状
の流体であって、これに電界を印加するとその粘度が増
大する性質を有する。このような、電界の印加によって
粘性が変化する効果はウインズロー効果または電気レオ
ロジー効果（以下、「ＥＲ効果」という）と呼ばれ、懸
濁液組成物を電極の間に挿入して電界を印加するとき、
電極間に生ずる電場の作用によって懸濁液組成物中に分
散している固体粒子が分極し、さらに分極に基づく静電
引力によって互いに電場方向に配位連結して鎖状体を形
成する結果、外部剪断力に抵抗する性質が現れると考え
られている。電気レオロジー流体組成物（ＥＲ流体）は
上記の性質を有するので、クラッチ、ブレーキ、ダン
パ、ショックアブソーバ、バルブ、アクチュエータ、バ
イブレータ、プリンタ、または振動素子などのような電
気制御による機器の動力断続用または制動用などとして
の応用が期待されている。

【０００３】しかし従来知られているＥＲ流体には様々
な問題があって、その実用化が阻まれていた。従来のＥ
Ｒ流体として例えば、シリコン油、塩化ジフェニル、ま
たはトランス油などの電気絶縁性油の中にシリカゲル、
セルロース、でんぷん、大豆カゼイン、イオン交換樹脂
などのような含水性の固体粒子を分散させたものが知ら
れている。しかしこれらは、電界印加時の剪断入力に対
する抵抗力（以下、「剪断応力」という）が実用化には
不十分であり、また高電圧を必要とし、消費電力が大き
く、固体粒子の吸湿性が大きいために時として異常電流
が流れたり、粒子が泳動して一方の電極に凝集したりす
るなどの問題があった。

【０００４】これらの問題を解決するために、例えば固
体粒子として半導体を含む電気伝導度の低い無機固体粒
子を電気絶縁油に分散させて使用するもの（特開平２−
９１１９４号公報）や、無機イオン交換体粒子を電気絶
縁油に分散させて使用するもの（特開平３−２００８９
７号公報）などが提案された。しかしこれらの粒子は分
散媒となる電気絶縁性油との比重差が大きいため短期間
のうちに沈澱・凝集し、再分散不可能な凝塊となって器
底に固着する問題があって実用化が困難であった。

【０００５】これらの問題を解決するものとして本発明
者らはさきに、有機高分子化合物からなる芯体とＥＲ効
果を有する無機物（以下、「ＥＲ無機物」という）を含
む表層とによって形成された無機・有機複合粒子を電気
絶縁性媒体（以下、単に「媒体」という）中に分散させ
てなるＥＲ流体を提案した（特開平５−３２４１０２号
公報、特願平５−１７５７０６号参照）。このＥＲ流体
はＥＲ効果を有する粒子（以下、「ＥＲ粒子」という）
の芯体が有機高分子化合物であるのでその比重を媒体の
比重に近付けることができ、粒子が沈澱・凝集する問題
が大幅に改善された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＥＲ粒
子が沈澱・凝集する問題に関して大幅な改善が図られた
が、それでもなお、実際的な環境下での長期間の貯蔵中
には、粒子が沈降したり浮上したりして分散状態が不均
一になる傾向が認められた。特に粒子が沈降した状態で
長期間静置されると、沈降粒子が器底に固着して再分散
が困難になる場合もあった。粒子が媒体とほぼ同等な比
重を有していてもなお沈降または浮上する現象は、分散
粒子と分散媒体との熱膨張係数の違いによるもので、程
度の差はあれ避けることができないものと考えられる。
そこで本発明者らはこの問題を解決すべく研究を進めた
結果本発明に到達したものであって、従って本発明は、
分散状態が不均一になっても容易に再分散が可能なＥＲ
流体、およびこれを用いた装置を提供することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、媒体中に
ＥＲ粒子を含有してなり、この媒体が互いに相分離しか
つ比重の異なる２種以上の媒体からなり、この媒体の少
なくとも１種が前記のＥＲ粒子より比重が大きいもので
あるＥＲ流体を提供することによって解決できる。この
ＥＲ粒子は、電気半導体性無機物、無機イオン交換体、
シリカゲル、炭素、またはこれらの少なくともいずれか
１種に金属ドーピングを施したもの、もしくは金属ドー
ピングの有無に拘らず、これらの少なくともいずれか１
種を他の支持体上に電気半導体層として施したものから
なる群から選ばれた少なくとも１種のＥＲ無機物を含む
ものであることが好ましい。このＥＲ粒子は、有機高分
子化合物からなる芯体とＥＲ無機物を含む表層とによっ
て形成された無機・有機複合粒子であることが好まし
い。前記の媒体は、その少なくとも１種がハロゲン元素
を含むものであることが好ましい。本発明はまた、上記
のいずれかのＥＲ流体を電極間に介在させてなる力の伝
達を制御する装置を提供する。

【０００８】

【作用】２種以上の媒体のうち、少なくとも１種がＥＲ
粒子より比重が大きいので、媒体中に分散しているＥＲ
粒子が静置中に沈降したとしても、この媒体の界面上に
浮遊するのみで器底に沈澱することはない。この界面上
に浮遊する粒子は凝塊化することなく、軽微な攪拌によ
って容易に再分散される。

【０００９】以下、本発明を、図面を用いて詳しく説明
する。図１は本発明の一実施例である力伝達制御装置を
示している。この力伝達制御装置（以下、単に「装置」
という）は、密閉ケース１０内に一対の対向する円盤形
電極１１ａ−１１ｂが離間して配設され、この電極１１
ａ、１１ｂにはそれぞれ回転軸１２ａ、１２ｂが取り付
けられていて、このそれぞれの回転軸は密閉ケース１０
の対向する壁面に設けられた液封軸受け１３ａ、１３ｂ
によって回転自在に軸受けされ、密閉ケース１０を貫通
して外部に延びている。

【００１０】この密閉ケース１０内の電極１１ａ−１１
ｂ間に介在するように、ＥＲ流体１が充填されている。
このＥＲ流体１は、媒体２の中にＥＲ粒子３を含有して
なるものであって、この媒体２は、互いに相分離しかつ
比重の異なる２種の媒体２ａおよび２ｂからなり、この
内の一方の媒体２ｂは比重がＥＲ粒子３より大きい。

【００１１】このＥＲ流体１に含まれるＥＲ粒子３は、
最初は媒体２の中に均一に分散されているが、長期間静
置されると、温度や比重などの影響で液面に浮上するも
の（３ａ）や沈降するもの（３ｂ）が生じることがあ
る。しかし、沈降するＥＲ粒子３ｂがあっても、媒体２
ｂはＥＲ粒子３より比重が大きいのでＥＲ粒子３は媒体
２ａと媒体２ｂとの界面４に浮遊し、密閉ケース１０の
底面に沈澱することはない。また、この静置状態が長期
間続いても、界面４に浮遊したＥＲ粒子３ｂは互いに凝
集して塊化することはなく、軽微な攪拌によって容易に
再分散される。同様に、浮上したＥＲ粒子３ａも、互い
に凝集して塊化することなく軽微な攪拌によって容易に
再分散される。

【００１２】いま、この装置の一方の回転軸１２ａを動
力（図示せず）に接続して回転すると、円盤形電極１１
ａは密閉ケース１０内で回転し、ＥＲ流体１を攪拌する
ことになる。この攪拌によって、ＥＲ流体１中のＥＲ粒
子３は、図２に示すように、液面に浮上したＥＲ粒子３
ａも界面に浮遊していたＥＲ粒子３ｂも直ちに均一に再
分散される。この状態のＥＲ流体１（電界無印加時）
は、流体としての流動性を有しているので、動力側の電
極１１ａが回転しても、電極１１ｂにはほとんど回転力
は伝達されない。回転軸１２ｂに出力されるトルクはゼ
ロかまたは微小である。

【００１３】次に電極１１ａの回転を続けたままこの電
極１１ａ−１１ｂ間に電界を印加すると、図３に示すよ
うに、ＥＲ流体１中のＥＲ粒子３は分極し、ＥＲ効果に
基づく静電引力によって互いに電場方向に配列連結して
鎖状体、または複数の鎖状体が密集して形成された柱状
体（以下、双方を一括して「鎖状体」という）５を形成
し、両電極１１ａ−１１ｂ間を力学的に接続するように
なる。この結果、動力側電極１１ａによってもたらされ
たトルクは受動側電極１１ｂに伝達され、回転軸１２ｂ
が相当なトルクをもって回転するようになる。すなわち
この装置は、電界のオン／オフによって力の伝達を制御
することができる。

【００１４】以下、本発明の各構成要素について説明す
る。本発明に用いることのできるＥＲ粒子は、ＥＲ効果
を有しかつ選択された２種以上の媒体のうち、少なくと
も１種の媒体より比重が小さいものであればいかなるも
のであってもよい。例えば従来からＥＲ効果を有するも
のとして知られているシリカゲル、炭素、セルロース、
でんぷん、大豆カゼイン、イオン交換樹脂、無機イオン
交換体、電気半導体性無機物の粒子なども使用可能であ
る。

【００１５】しかし、特に好ましいＥＲ粒子は、図４に
示すように、有機高分子化合物からなる芯体３１とＥＲ
無機物３２を含む表層３３とによって形成された無機・
有機複合粒子（３０）である。この無機・有機複合粒子
３０は表層３３がＥＲ無機物からなるので全体としてＥ
Ｒ効果を有しており、しかも芯体３１が比重が比較的小
さい有機高分子化合物からなるので、選択された２種以
上の媒体のうち、少なくとも１種の媒体より比重が小さ
いものを容易に得ることができる。

【００１６】この無機・有機複合粒子３０の比重は芯体
３１と表層３３の重量比に依存しているので、ＥＲ無機
物の比重が大きくても、有機高分子化合物からなる芯体
３１に対するその重量比を小さくすれば所望の比重のＥ
Ｒ粒子が得られる。従ってこの無機・有機複合粒子３０
にあっては、広範なＥＲ無機物の中から、その比重によ
って制限されることなく好適な特性を有するものを選択
することができる。

【００１７】上記の無機・有機複合粒子３０において、
表層を形成するＥＲ無機物３２と芯体３１を形成する有
機高分子化合物との重量比（％）は、上記のように、こ
れらによって形成される無機・有機複合粒子３０の比重
に係わって決定されるが、例えば（ＥＲ無機物）：（有
機高分子化合物）の重量比で（１〜６０）：（９９〜４
０）の範囲内、特に（４〜３０）：（９６〜７０）の範
囲内であることが好ましい。ＥＲ無機物の重量比が１％
未満では得られたＥＲ流体のＥＲ効果が不十分であり、
６０％を超えると、比重の調整が困難になると共に得ら
れたＥＲ流体に過大な電流が流れるようになる。

【００１８】無機・有機複合粒子３０の粒径は特に限定
されるものではないが、０．１μｍ〜５００μｍ、特に
５μｍ〜２００μｍ程度とすることが好ましい。０．１
μｍ未満ではこれを一定重量含むＥＲ流体の粘度が上昇
し、電界無負荷時の力伝達の遮断性が不十分となり、ま
た気泡を巻き込み易くなり好ましくない。５００μｍを
越えると、鎖状体形成には数ミリメートル以上の電極間
距離が必要となる。よって、同等の電界強度（ＫＶ／ｍ
ｍ）を印加するためには、通常１０キロボルト以上の超
高電圧を供給する電源装置が必要となり、装置が高価と
なるばかりか、耐超高電圧性の材質を装置に用いなくて
はならず、入手や装置設計上からも好ましくない。この
ときのＥＲ無機物３２の粒径は特に限定されるものでは
ないが、好ましくは０．００５μｍ〜１００μｍであ
り、さらに好ましくは０．０１μｍ〜１０μｍである。

【００１９】上記の芯体３１として使用し得る有機高分
子化合物の例としては、例えばポリ（メタ）アクリル酸
エステル、（メタ）アクリル酸エステル−スチレン共重
合物、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、
ニトリルゴム、ブチルゴム、ＡＢＳ樹脂、ナイロン、ポ
リビニルブチレート、アイオノマー、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、酢酸ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂
などの１種または２種以上の混合物、またはこれらのモ
ノマーまたはオリゴマー相互の、もしくは他のモノマー
またはオリゴマーとの共重合物を挙げることができる。
また、上記の有機高分子化合物として、水酸基、カルボ
キシル基、アミノ基などの官能基を含有するものも使用
することができ、このような官能基含有有機高分子化合
物はＥＲ効果を高めることができるので好ましいもので
ある。

【００２０】無機・有機複合粒子３０の表層として用い
るに適したＥＲ無機物は、電気半導体性無機物、無機イ
オン交換体、シリカゲル、炭素、またはこれらの少なく
ともいずれか１種に金属ドーピングを施したもの、もし
くは金属ドーピングの有無に拘らず、これらの少なくと
もいずれか１種を他の支持体上に電気半導体層として施
したものからなる群から選ばれた少なくとも１種であ
る。

【００２１】ここで、好ましい電気半導体性無機物の例
としては、（１）例えばＳｎＯ₂、アモルファス型二酸
化チタン（出光石油化学株式会社製）などの金属酸化
物、（２）例えば水酸化チタン、水酸化ニオブなどの金
属水酸化物、および（３）例えばＦｅＯ（ＯＨ）（ゲー
サイト）などの金属酸化水酸化物を挙げることができ
る。ここで、水酸化チタンとは、含水酸化チタン（石原
産業株式会社製）、メタチタン酸（別名βチタン酸、Ｔ
ｉＯ（ＯＨ）₂ ）およびオルソチタン酸（別名αチタン
酸、Ｔｉ（ＯＨ）₄ ）を含むものである。

【００２２】また、無機イオン交換体の例としては、例
えば（４）多価金属の水酸化物、（５）ハイドロタルサ
イト類、（６）多価金属の酸性塩、（７）ヒドロキシア
パタイト、（８）ナシコン型化合物、（９）粘土鉱物、
（１０）チタン酸カリウム類、（１１）ヘテロポリ酸
塩、および（１２）不溶性フェロシアン化物を挙げるこ
とができる。これらの詳細については、例えば特開平５
−３２４１０２号公報に記載されているのでここでは省
略する。

【００２３】ＥＲ無機物に金属ドーピングを施したもの
（１３）の例としては、アンチモンドーピング酸化錫な
どを挙げることができる。金属ドーピングは、ＥＲ無機
物の電気伝導度を上げたい場合に施される。また、他の
支持体上に電気半導体層としてＥＲ無機物を施したもの
（１４）の例としては、例えば支持体として酸化チタ
ン、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナなどの無機物
粒子、またはポリエチレン、ポリプロピレンなどの有機
高分子粒子を用い、これに電気半導体層としてアンチモ
ンドーピング酸化錫を施したものなどを挙げることがで
きる。

【００２４】これらのＥＲ無機物は、１種類だけではな
く、２種類またはそれ以上を混合して用いることもでき
る。無機・有機複合粒子３０の表層３３に用いるに特に
好適なＥＲ無機物は、（１）金属酸化物、（２）金属水
酸化物、（３）金属酸化水酸化物、（４）多価金属の水
酸化物、（１３）金属ドーピングＥＲ無機物、または
（１４）他の支持体上に電気半導体層としてＥＲ無機物
を施したものなどである。

【００２５】ＥＲ無機物を用いるに際しては、その電気
伝導度が室温にて１０³〜１０^-11Ω^-1ｃｍ^-1の範囲内
にあるものを選択することが好ましい。電気伝導度が１
０³Ω^-1ｃｍ^-1を越えると、これを含むＥＲ流体に過大
な電流が流れ、電力消費が大きいばかりでなく装置が過
熱される可能性がある。１０^-11Ω^-1ｃｍ^-1未満ではＥ
Ｒ効果が微弱であるために、十分な効果が得られない場
合がある。

【００２６】無機・有機複合粒子３０は上記以外の成分
を含んでいてもよい。その例としては例えば芯体に酸化
防止剤、充填剤、気泡、カプリング剤、カーボンブラッ
クなど、また表層には二硫化モリブデン、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどの減摩材、カーボンブラックやアミ
ン系化合物などの誘電率調整材などを挙げることができ
る。

【００２７】無機・有機複合粒子３０は種々な方法で製
造することができる。その一例として、例えば有機高分
子化合物からなる芯体３１の粒子とＥＲ無機物３２の微
粒子とをジェット気流で搬送して衝突させる方法があ
る。この場合は芯体粒子の表面にＥＲ無機物微粒子が高
速度で衝突し、固着して表層３３を形成する。また、別
の製法例としては、芯体粒子３１を気体中に浮遊させて
おき、ＥＲ無機物の溶液を霧状にしてその表面に噴霧す
る方法がある。この場合はその溶液が芯体粒子の表面に
付着した後、乾燥によって表層３３が形成される。

【００２８】無機・有機複合粒子３０を製造する好まし
い製法例は、芯体３１と表層３３とを同時に形成する方
法である。この方法は、例えば、芯体３１を形成する有
機高分子化合物のモノマーまたはオリゴマー（以下、単
に「モノマー」という）を重合媒体中で乳化重合、懸濁
重合または分散重合するに際して、ＥＲ無機物３２の微
粒子を上記モノマーまたは重合媒体中に存在させる方法
である。重合媒体としては水が好ましいが、水と水溶性
有機溶媒との混合物も使用でき、また有機系の貧溶媒を
使用することもできる。この方法によれば、重合媒体の
中でモノマーが重合して芯体粒子を形成すると同時に、
ＥＲ無機物微粒子２が芯体粒子の表面に層状に配向して
これを被覆し、表層３３を形成する。

【００２９】乳化重合または懸濁重合によって無機・有
機複合粒子を製造する場合には、モノマーの疎水性の性
質とＥＲ無機物の親水性の性質とを組み合わせることに
よって、ＥＲ無機物３２の微粒子の大部分を芯体粒子３
１の表面に配向させることができる。この芯体３１と表
層３３との同時形成方法によれば、有機高分子化合物か
らなる芯体粒子３１の表面にＥＲ無機物粒子３２が緻密
かつ強固に接着し、堅牢な無機・有機複合粒子が形成さ
れる。

【００３０】本発明に使用するＥＲ粒子の形状は特に限
定されるもではないが、ＥＲ流体の電界無負荷時の流動
性を高め、また粒子相互の固着を防ぐ観点から、その形
状は真球形であることが好ましい。芯体粒子３１が調節
された乳化・懸濁重合方法によって製造される場合は、
得られる無機・有機複合粒子３０の形状はほぼ真球形に
なる。

【００３１】上記のような各種の方法、特に芯体３１と
表層３３とを同時に形成する方法によって製造された無
機・有機複合粒子は一般に、その表層３３の全部または
一部分が有機高分子物質や、製造工程で使用された分散
剤、乳化剤その他の添加物質の薄膜で覆われていてＥＲ
効果が十分に発揮されない場合がある。この不活性物質
の薄膜は表層３３の表面を研磨することによって除去し
得る。従って本発明の好ましいＥＲ流体にあっては、そ
の表面を研磨した無機・有機複合粒子が用いられる。こ
の研磨方法については、特開平５−３２４１０２号公報
などに詳細が記載されているのでここでは省略する。無
機・有機複合粒子が芯体を形成した後で上記の表層を形
成する方法によって製造された場合は、表層の表面に不
活性物質が存在せず、かつＥＲ無機物のＥＲ効果が十分
に大きいので、研磨は必ずしも必要でない。

【００３２】本発明のＥＲ流体に用いる媒体としては、
従来のＥＲ流体に使用されているものがいずれも使用可
能である。例えば、塩化ジフェニル、セバチン酸ブチ
ル、芳香族ポリカルボン酸高級アルコールエステル、ハ
ロフェニルアルキルエーテル、トランス油、塩化パラフ
ィン、フッ素系オイル、またはシリコーン系オイル等、
電気絶縁性及び電気絶縁破壊強度が高く、化学的に安定
でかつ無機・有機複合粒子を安定に分散させ得るもので
あればいずれの流体も使用可能であり、またそれらの混
合物を使用することもできる。特にシリコーン系オイル
は電気的性能が良好で、化学的にも熱的にも安定であ
り、しかも粘度の選択幅が広いので好ましい媒体であ
る。

【００３３】本発明のＥＲ流体においては、互いに相分
離しかつ比重の異なる２種以上の媒体が用いられる。こ
の媒体の少なくとも１種以上がハロゲン元素を含むもの
であることが好ましい。ハロゲン元素を含む媒体は通常
比重が比較的大きく、しかも他の、比重が比較的小さい
媒体と相容性の乏しいものが見出し易い。また、特にフ
ッ素を多く含有する媒体は撥水撥油性を示すものが多
く、ハロゲン元素を含有しない他の媒体には、相容性を
示さないことが一般的である。ハロゲン元素を含む媒体
としては、塩素化絶縁オイル、臭素化オイル、フロン系
媒体なども使用できるが、特にフッ素を含有するフルオ
ロカーボン系やフルオロシリコーン系媒体は、地球環境
保護の面からも好適である。これらは各種のものが市販
されており容易に入手できる。

【００３４】２種以上の媒体の配合割合は特に限定され
るものではないが、このＥＲ流体に用いられるＥＲ粒子
より比重が大きい媒体の使用量は、このＥＲ流体を装置
に充填して静置したとき、この装置の底部を被い、沈降
したＥＲ粒子が装置の底部に実質的に沈澱しない程度と
する。従ってその好適な配合割合は、装置の底部形状に
よっても変化する。

【００３５】本発明に用いる媒体の粘度は、特に限定さ
れるものではないが、１ｃｓ〜３０００ｃｓの範囲内で
あることが好ましい。粘度が１ｃｓ未満の媒体は一般に
揮発し易く保存性に問題がある。３０００ｃｓを越える
と攪拌時に気泡を巻き込み易く、その気泡が抜け難く、
また電界応答性も低下する。

【００３６】本発明のＥＲ流体は上記のＥＲ粒子を上記
の媒体中に均一に分散するように攪拌して製造すること
ができる。この攪拌には液状分散媒に固体粒子を分散さ
せるいずれの形式の攪拌機を用いてもよい。この際、Ｅ
Ｒ粒子より比重が大きい媒体は、他の媒体中にＥＲ粒子
を分散させた後に加えてもよい。従って、例えば力伝達
制御装置の底部に予め所定量の比重が大きい媒体を仕込
んでおき、これに上記の分散液を注入する方法によっ
て、現場で本発明のＥＲ流体を調製することもできる。

【００３７】本発明のＥＲ流体におけるＥＲ粒子の含有
率は特に限定されるものではないが、１重量％〜７５重
量％、特に１０重量％〜６０重量％の範囲とすることが
好ましい。ＥＲ粒子が１重量％未満では十分なＥＲ効果
が得られず、７５重量％を越えると電界無印加時の流体
組成物の初期粘度が過大となり、使用が困難になる。

【００３８】上記のＥＲ流体を電極間に介在させてなる
装置は、長期間静置してもＥＲ粒子が器壁に沈澱して固
着することがないので、長期に渡って安定して作動する
ことができる。従ってこの装置はクラッチ、ブレーキ、
ダンパ、ショックアブソーバ、アクチュエータ、バイブ
レータなど、工業的な力伝達制御装置として有利に使用
できる。

【００３９】

【実施例】次に本発明の実施例を示す。（実施例１）無機・有機複合粒子を以下の方法で製造し
た。無機イオン交換体（ＥＲ無機物）である水酸化チタ
ン（一般名；含水酸化チタン、石原産業株式会社製、Ｃ
−ＩＩ）４０ｇ、アクリル酸ブチル３００ｇ、１，３−
ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇ及び重合
開始剤の混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散
安定化剤として含有する１８００ｍｌの水中に分散し、
６０℃で１時間攪拌下に懸濁重合を行った。得られた生
成物を濾過、酸洗浄し、さらに水洗後、乾燥して無機・
有機複合粒子からなるＥＲ粒子（１−Ａ）を得た。この
ものの平均粒径は１３．６μｍ、比重は１．１６（２５
℃）であった。

【００４０】媒体は、比重０．９６８（２５℃）のジメ
チルシリコーン油（東芝シリコーン株式会社製、ＴＳＦ
４５１−１００）と、これとの相容性に乏しい比重１．
８８（２５℃）のフッ素系不活性液体（住友スリーエム
株式会社製、フロリナートＦＣ−４３）とを重量比７：
３で混合したものを用い、これに上記のＥＲ粒子（１−
Ａ）をその含有率が３３重量％となるように分散し実施
例１のＥＲ流体を得た。

【００４１】実施例１のＥＲ流体を二重円筒型回転粘度
計に入れ、２５℃において内外円筒間に直流電圧（Ｅ＝
２ＫＶ／ｍｍ）を印加しかつ内筒電極に回転力を与え、
各剪断速度（ｓ^-1）における剪断応力（Ｐａ）および各
剪断応力測定時における内外円筒間の電流値（μＡ／ｃ
ｍ²）を測定した。また、電圧無印加時（Ｅ＝０）の各
剪断速度（ｓ^-1）における剪断応力（Ｐａ）も測定し
た。結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１の結果から、実施例１のＥＲ流体では
各剪断速度において電界の印加時に無印加時より剪断応
力が増大し、従って力の伝達力が増大したことがわか
る。

【００４４】（実施例２）実施例１で得られた無機・有
機複合粒子（１−Ａ）をジェット気流攪拌機（株式会社
奈良機械製作所製ハイブリダイザー）を用いて６０００
ｒｐｍで５分間ジェット気流攪拌し、表面研磨された無
機・有機複合粒子（２−Ａ）を得た。このものの平均粒
径は１３．７μｍ、比重は１．１５（２５℃）であっ
た。この無機・有機複合粒子（２−Ａ）を、実施例１と
同様のジメチルシリコーン油とフッ素系不活性液体とか
らなる媒体に分散して実施例２のＥＲ流体を得た。得ら
れたＥＲ流体について、実施例１と同様にＥＲ効果を測
定した。結果を表２に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２の結果から、電界無印加時（Ｅ＝０）
の剪断応力が実施例１の場合より低下しているのは、Ｅ
Ｒ粒子が表面研磨されて更に真球度が向上し、ＥＲ流体
の流動摩擦抵抗が減少した結果と考えられる。また電界
印加時（Ｅ＝２ＫＶ／ｍｍ）の剪断応力が実施例１の場
合より上昇しているのは、無機・有機複合粒子の表面が
研磨されてＥＲ無機物の活性表面が露出し、より強力な
ＥＲ効果が現れた結果と考えられる。すなわち、この表
面研磨によって力の伝達制御の幅が更に広がったことが
わかる。

【００４７】（実施例３）ＥＲ粒子として実施例２で得
られた無機・有機複合粒子（２−Ａ）を用い、ジメチル
シリコーン油の代わりに、比重が１．１６（２５℃）の
フッ素変性シリコーン油（信越化学工業株式会社製、Ｘ
−２２−８２２）を用いた以外は実施例１と同様にし
て、実施例３のＥＲ流体を得た。このフッ素変性シリコ
ーン油は、フッ素系不活性液体との相容性が乏しいもの
であった。得られたＥＲ流体について、実施例１と同様
にＥＲ効果を測定した。結果を表３に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】（実施例４）ＥＲ粒子として実施例２で得
られた無機・有機複合粒子（２−Ａ）を用い、フッ素系
不活性液体の代わりに、比重が１．２５（２５℃）のフ
ッ素変性シリコーン油（東レ・ダウコーニング・シリコ
ーン株式会社製、ＦＳ−１２６５・３００ｃｓ）を用い
た以外は実施例１と同様にして、実施例４のＥＲ流体を
得た。このフッ素変性シリコーン油はジメチルシリコー
ン油との相容性が乏しいものであった。得られたＥＲ流
体について、実施例１と同様にＥＲ効果を測定した。結
果を表４に示す。

【００５０】

【表４】

【００５１】（実施例５）ＥＲ粒子として、実施例１で
用いた水酸化チタン４０ｇのうち、３０ｇを電気半導体
性無機物であるアンチモンドープ酸化錫粉末（石原産業
株式会社製、ＳＮ−１００Ｐ）に替えた以外は実施例２
と同様に処理して表面研磨された無機・有機複合粒子
（５−Ａ）を得た。このものの平均粒径は１４．２μ
ｍ、比重は１．１７（２５℃）であった。この無機・有
機複合粒子（５−Ａ）を用いて、実施例１と同様にして
実施例５のＥＲ流体を得た。得られたＥＲ流体につい
て、実施例１と同様にＥＲ効果を測定した。結果を表５
に示す。

【００５２】

【表５】

【００５３】表５の結果から、ＥＲ粒子に含まれるＥＲ
無機物を代えても実質的に実施例２と同等の結果が得ら
れたことがわかる。

【００５４】以下に示す再分散性試験の対照として、比
較例のＥＲ流体を製造した。（比較例１）実施例２で得られた無機・有機複合粒子
（２−Ａ）を、実施例１で用いたジメチルシリコーン油
中に、その含有率が３３重量％となるように均一に分散
し、比較例１のＥＲ流体とした。（比較例２）実施例５で得られた無機・有機複合粒子
（５−Ａ）を、実施例１で用いたジメチルシリコーン油
中に、その含有率が３３重量％となるように均一に分散
し、比較例２のＥＲ流体とした。

【００５５】（再分散性試験）各実施例および各比較例
のＥＲ流体について、再分散性を試験した。それぞれの
ＥＲ流体試料を密栓付き透明容器に入れ、よく攪拌した
後、室温にて２週間静置し、静置後の状態を観察した。
観察結果を次に示す。実施例１：ＥＲ流体はフッ素系不活性液体からなる透明
な下層と、無機・有機複合粒子（１−Ａ）と媒体との混
和した不透明の中間層と、ジメチルシリコーン油からな
る透明な上層との３層に分離していた。実施例２：実施例１と同様な３層に分離していた。実施例３：透明な下層と不透明な上層との２層に分離し
ていた。比重が小さい媒体がＥＲ粒子と近似する比重を
有するため、比重が大きい媒体のみが層分離したもので
ある。実施例４：実施例１と同様に透明な下層と不透明な中間
層と透明な上層との３層に分離していた。実施例５：実施例１と同様に透明な下層と不透明な中間
層と透明な上層との３層に分離していた。比較例１：ＥＲ粒子が器底に沈澱・堆積し、ジメチルシ
リコーン油からなる透明な上層と分離していた。比較例２：ＥＲ粒子が器底に沈澱・堆積し、ジメチルシ
リコーン油からなる透明な上層と分離していた。

【００５６】上記の観察の後、この容器を静かに横転し
立て戻す攪拌サイクルを、容器内の各層が均一になるま
で繰り返し、そのサイクル数を測定した。結果および再
分散性の評価を表６に示す。

【００５７】

【表６】

【００５８】表６の結果から、試験した全てのＥＲ流体
について静置後に層分離が認められたものの、相容性に
乏しくかつ比重の異なる２種の媒体を有し、この媒体の
一方がＥＲ粒子より比重が大きい実施例１〜実施例５の
ＥＲ流体においては、いずれの場合もきわめて軽微な攪
拌によって容易に均一に再分散できたことがわかる。こ
れに対して媒体が単一である比較例の場合は、器底に沈
澱・堆積したＥＲ粒子がハードケーキ状に粘着し、強力
な攪拌を行わなければ、再分散は困難であった。

【００５９】

【発明の効果】本発明のＥＲ流体は、媒体が互いに相分
離しかつ比重の異なる２種以上の媒体からなり、この媒
体の少なくとも１種がＥＲ粒子より比重が大きいもので
あるので、静置中にＥＲ粒子が沈降したとしても、比重
が大きい媒体の界面上に浮遊するのみで器底に沈着する
ことはなく、従ってきわめて軽微な攪拌によって容易に
再分散することができる。本発明のＥＲ流体を電極間に
介在させてなる装置は、電界無印加時より電界印加時の
ほうが力の伝達力が大となるので外力の伝達を電界のオ
ン／オフによって制御することができ、かつこの装置を
長期間静置しても、外力の負荷によって直ちに正常な機
能を発現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の静置状態を示す断面図。

【図２】上記実施例の電界無印加時の作動状態を示す
断面図。

【図３】上記実施例の電界印加時の作動状態を示す断
面図。

【図４】本発明のＥＲ流体に用いられる無機・有機複
合粒子の一例を示す断面図。

【符号の説明】

１……ＥＲ流体２、２ａ、２ｂ……電気絶縁性媒体３、３ａ、３ｂ……ＥＲ粒子４……媒体界面５……連鎖体１０…密閉ケース１１ａ、１１ｂ……電極３０……無機・有機複合粒子３１……芯体３２……ＥＲ無機物３３……表層

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Ｃ１０Ｎ 20:06 Ａ 40:14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気絶縁性媒体中に電気レオロジー効果
を有する粒子を含有し、この電気絶縁性媒体が互いに相
分離しかつ比重の異なる２種以上の媒体からなり、この
電気絶縁性媒体の少なくとも１種が前記の粒子より比重
が大きいものである電気レオロジー流体組成物。
【請求項２】前記の粒子が、電気半導体性無機物、無
機イオン交換体、シリカゲル、炭素、またはこれらの少
なくともいずれか１種に金属ドーピングを施したもの、
もしくは金属ドーピングの有無に拘らず、これらの少な
くともいずれか１種を他の支持体上に電気半導体層とし
て施したものからなる群から選ばれた少なくとも１種の
電気レオロジー効果を有する無機物を含むものである請
求項１に記載の電気レオロジー流体組成物。
【請求項３】前記の粒子が、有機高分子化合物からな
る芯体と電気レオロジー効果を有する無機物を含む表層
とによって形成された無機・有機複合粒子である請求項
１または請求項２に記載の電気レオロジー流体組成物。
【請求項４】前記の電気絶縁性媒体の少なくとも１種
がハロゲン元素を含むものである請求項１ないし請求項
３のいずれか１項に記載の電気レオロジー流体組成物。
【請求項５】前記請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の電気レオロジー流体組成物を電極間に介在
させてなる力の伝達を制御する装置。