JPH101687A - Electroviscous fluid - Google Patents

Electroviscous fluid

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JPH101687A
JPH101687A JP15273596A JP15273596A JPH101687A JP H101687 A JPH101687 A JP H101687A JP 15273596 A JP15273596 A JP 15273596A JP 15273596 A JP15273596 A JP 15273596A JP H101687 A JPH101687 A JP H101687A
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JP
Japan
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electrorheological fluid
electric field
molecule
viscosity
dielectric constant
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Pending
Application number
JP15273596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takehiko Nakajima
毅彦 中島
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Publication of JPH101687A publication Critical patent/JPH101687A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an electroviscous fluid, comprising a specific organic compound and capable of producing a high shear stress at a low electric field intensity without any temperature dependence of an electrorheological(ER) effect which is the ratio of the viscosity when applying an electric field to the basal viscosity or fluid characteristics and further providing the large ER effect and a large stress per power consumption. SOLUTION: This electroviscous fluid comprises an organic compound having a rigid rodlike structural part as a basic skeleton and a higher permittivity in the major axial direction of the molecule than that in the minor axial direction [e.g. a compound of the structure represented by formula I (A is the rigid rodlike structural part; Z is a group capable of increasing the dielectric anisotropy of the molecule; Y is a group capable of increasing the produced stress when applying an electric field thereto), concretely a compountd represented by formula II]. Furthermore, the fluid is obtained by dissolving the molecule in a solvent such as an insulating oil, e.g. a silicone oil or a fluorine-based oil when the molecule is a solid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電場を印加すること
により粘性を制御することができる電気粘性流体の改良
に関する。
The present invention relates to an improvement of an electrorheological fluid whose viscosity can be controlled by applying an electric field.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気粘性流体は、電場を印加することに
より粘性が急速かつ可逆的に変化する特性いわゆるウイ
ンズロー効果を有する流体である。このような電気粘性
流体は古くから知られており、例えば無機又は高分子の
様々な粒子を電気絶縁性液体に分散させた懸濁液が提案
されている。近年では、水分をまったく含まない粒子分
散系の電気粘性流体として、温度安定性に優れ、電場印
加時の粘度と無電場時の粘度すなわち基底粘度との比で
あるER効果も大きなものが得られている。
2. Description of the Related Art An electrorheological fluid is a fluid having a so-called Winslow effect in which the viscosity changes rapidly and reversibly when an electric field is applied. Such an electrorheological fluid has been known for a long time, and for example, a suspension in which various particles of inorganic or polymer are dispersed in an electrically insulating liquid has been proposed. In recent years, as a particle-dispersed electrorheological fluid containing no water, it has excellent temperature stability and a large ER effect, which is the ratio of the viscosity when an electric field is applied to the viscosity when no electric field is applied, that is, the base viscosity. ing.

【0003】このように、粒子を分散させた電気粘性流
体においては、粒子の沈降が問題となる。そのために、
粒子と分散媒との比重調整等により粒子沈降を防止しよ
うとしている。しかし、すべての温度領域で粒子と分散
媒との比重を一致させることは困難であり、大きな遠心
力が加わる装置等においては使用できなかった。また、
分散された粒子が、電気粘性流体を収容する容器や電極
を機械的に磨耗させるという問題もあるうえに、粒子同
士も互いに磨耗して劣化するという問題もあった。この
磨耗を低減する目的で分散させる粒子にポリマー系粒子
を用いることも提案されているが、上述した磨耗の問題
を完全に解決できるものではなかった。
As described above, in an electrorheological fluid in which particles are dispersed, sedimentation of particles becomes a problem. for that reason,
Attempts are made to prevent the particles from settling by adjusting the specific gravity of the particles and the dispersion medium. However, it is difficult to make the specific gravities of the particles and the dispersion medium equal in all temperature ranges, and it cannot be used in an apparatus to which a large centrifugal force is applied. Also,
In addition to the problem that the dispersed particles mechanically wear the container or electrode containing the electrorheological fluid, the particles also wear and deteriorate with each other. Although it has been proposed to use polymer-based particles as particles to be dispersed for the purpose of reducing the wear, it has not been possible to completely solve the above-mentioned problem of wear.

【0004】以上のような問題を解決するために、特開
平6−346080号公報には液晶性物質を用いた均一
系の電気粘性流体が提案されている。この液晶性の電気
粘性流体においては、均一系であるので、上述した粒子
沈降や磨耗等の問題を解決することができる。
In order to solve the above problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-346080 proposes a homogeneous electrorheological fluid using a liquid crystal substance. Since the liquid crystal electrorheological fluid is a homogeneous system, it can solve the above-mentioned problems such as particle settling and abrasion.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気粘性流体
に液晶性物質を使用した場合には、液晶が固体と液体と
の中間相であり、低温ほど固体に近付き高温では液体と
なるので、分子配向度が温度によって大きく変化する。
このため、上述したER効果や流体特性の温度依存性が
非常に大きくなるという問題があった。
However, when a liquid crystalline substance is used for the electrorheological fluid, the liquid crystal is an intermediate phase between the solid and the liquid. The degree of orientation varies greatly with temperature.
For this reason, there has been a problem that the temperature dependency of the ER effect and the fluid characteristics described above becomes very large.

【0006】また、電場印加時の発生応力を向上させる
ために、液晶性物質をポリマー化することも考えられる
が、ポリマー化することにより基底粘度が上昇するの
で、ER効果の向上には限界があった。
In order to improve the stress generated when an electric field is applied, it is conceivable to polymerize the liquid crystalline substance. However, since the polymerization increases the base viscosity, the improvement of the ER effect is limited. there were.

【0007】さらに、上述した従来の電気粘性流体にお
いては、実用レベルの剪断応力、例えば数KPaの剪断
応力を得るために、数Kv/mm程度の電場強度が必要
であり、高圧電源が必要となって、実用化に際してコス
トが高くなるという問題もあった。
Further, in the above-mentioned conventional electrorheological fluid, an electric field strength of about several Kv / mm is required to obtain a practical level of shear stress, for example, a shear stress of several KPa, and a high-voltage power supply is required. As a result, there is also a problem that the cost is increased in practical use.

【0008】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、温度依存性がなく、大きなER
効果を発揮し、小さな電場で大きな剪断応力を得ること
ができる電気粘性流体を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object the object of the present invention, which has no temperature dependence and a large
An object of the present invention is to provide an electrorheological fluid which exhibits an effect and can obtain a large shear stress with a small electric field.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明の電気粘性流体は、基本骨格として剛直
棒状構造部を備え、分子の長軸方向の誘電率が単軸方向
の誘電率より大きい有機化合物からなることを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, an electrorheological fluid according to a first aspect of the present invention has a rigid rod-like structure as a basic skeleton, and has a dielectric constant in a long axis direction of a molecule in a uniaxial direction. It is characterized by comprising an organic compound having a higher dielectric constant.

【0010】また、第2の発明は、第1の発明の電気粘
性流体において、剛直棒状構造部は、一部が窒素原子ま
たは酸素原子または硫黄原子によって置換され、長軸方
向の誘電率が単軸方向の誘電率より大きい環状構造基で
あることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the electrorheological fluid of the first aspect, the rigid rod-like structure is partially replaced by a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom, and has a simple dielectric constant in the major axis direction. It is a cyclic structure group having a larger dielectric constant in the axial direction.

【0011】また、第3の発明の電気粘性流体は、第1
の発明の有機化合物が溶媒に溶解していることを特徴と
する。
Further, the electrorheological fluid of the third invention is characterized in that
Wherein the organic compound of the invention is dissolved in a solvent.

【0012】また、第4の発明の電気粘性流体は、次の
分子構造式からなる有機化合物(a)、(b)、(c)
のうちの少なくとも一種を有することを特徴とする。
Further, the electrorheological fluid of the fourth invention is an organic compound having the following molecular structural formula (a), (b), (c):
Characterized by having at least one of the following.

【0013】[0013]

【化2】 Embedded image

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】図1には、本発明に係る電気粘性流体を構
成する分子の概念図が示される。なお、この分子は、液
晶性物質ではない有機化合物である。図1において、分
子は剛直で棒状の構造を持ち、その長軸方向の誘電率ε
1 が短軸方向の誘電率ε2 よりも大きくなっている。
FIG. 1 is a conceptual diagram of molecules constituting an electrorheological fluid according to the present invention. Note that this molecule is an organic compound that is not a liquid crystal substance. In FIG. 1, the molecule has a rigid and rod-like structure, and has a dielectric constant ε in its major axis direction.
1 is larger than the dielectric constant ε 2 in the minor axis direction.

【0016】このような分子によって構成された電気粘
性流体の動作が図2に示される。図2(a)に示される
ように、電気粘性流体に電場が印加されたときには、長
軸方向の誘電率ε1 が短軸方向の誘電率ε2 よりも大き
いために、電場方向に分子の長軸が配向し、図の矢印の
方向の剪断力に対して大きな剪断応力が発生し流体の粘
度が上昇する。この現象は、長軸方向の誘電率ε1 と短
軸方向の誘電率ε2 との差すなわち誘電異方性が大きい
ほど顕著である。従って、電場印加時の粘度を高くする
ためには、分子の誘電異方性を極力大きくする必要があ
る。
FIG. 2 shows the operation of an electrorheological fluid composed of such molecules. As shown in FIG. 2A, when an electric field is applied to the electrorheological fluid, the dielectric constant ε 1 in the major axis direction is larger than the dielectric constant ε 2 in the minor axis direction. The major axis is oriented, and a large shear stress is generated with respect to the shear force in the direction of the arrow in the figure, and the viscosity of the fluid increases. This phenomenon is more remarkable as the difference i.e. the dielectric anisotropy of the dielectric constant epsilon 2 of the long axis direction of the dielectric constant epsilon 1 and the minor axis direction is large. Therefore, in order to increase the viscosity when an electric field is applied, it is necessary to increase the dielectric anisotropy of the molecule as much as possible.

【0017】また、電場が除かれたときには、加えられ
た剪断力の方向に分子が配向し、剪断応力が減少して流
動抵抗が低減され、流体の粘度も低下する。
Further, when the electric field is removed, the molecules are oriented in the direction of the applied shear force, the shear stress is reduced, the flow resistance is reduced, and the viscosity of the fluid is also reduced.

【0018】以上のような原理により、電場を印加した
際には粘度が非常に高くなり、電場が除かれたときには
粘度が低くなる。しかも、電場が除かれた場合には、電
場を印加した際に生じる分子の配向がまったくなくなる
ので、液晶を使用した電気粘性流体に比べ基底粘度すな
わち電場をかけないときの粘度が低くなる。この結果、
電場印加時の粘度と基底粘度との比であるER効果が大
きい電気粘性流体を得ることができる。
According to the above principle, the viscosity becomes very high when an electric field is applied, and becomes low when the electric field is removed. In addition, when the electric field is removed, the orientation of molecules generated when the electric field is applied is completely eliminated, so that the base viscosity, that is, the viscosity when no electric field is applied, is lower than that of an electrorheological fluid using liquid crystal. As a result,
It is possible to obtain an electrorheological fluid having a large ER effect, which is the ratio between the viscosity when an electric field is applied and the base viscosity.

【0019】さらに、本発明に係る電気粘性流体は、液
晶性物質を使用していないので、ER効果や流体特性に
温度依存性がない。
Furthermore, since the electrorheological fluid according to the present invention does not use a liquid crystalline substance, the ER effect and fluid characteristics have no temperature dependence.

【0020】図3には、本発明に係る電気粘性流体に使
用される分子構造の例が示される。図3において、分子
構造中の中央部分Aは、その長軸方向において剪断力が
加わっても折れ曲がらない剛直な棒状の構造である剛直
棒状構造部を構成している。図3では、この剛直棒状構
造部Aが2つの環状構造基によって構成されているが、
必ずしも環状構造である必要はない。剛直棒状構造部A
がその長軸方向において曲がらない構造であれば他の分
子構造でもよい。
FIG. 3 shows an example of a molecular structure used in the electrorheological fluid according to the present invention. In FIG. 3, the central portion A in the molecular structure constitutes a rigid rod-like structure that is a rigid rod-like structure that does not bend even when a shearing force is applied in its longitudinal direction. In FIG. 3, the rigid rod-shaped structure portion A is constituted by two annular structural groups,
It does not necessarily have to be a ring structure. Rigid bar structure A
May have another molecular structure as long as it does not bend in the major axis direction.

【0021】上記剛直棒状構造部Aには、分子の誘電異
方性を大きくする基Zが長軸方向の少なくとも一端に結
合されている。この基Zにより、分子の長軸方向の誘電
率ε1 が短軸方向の誘電率ε2 よりも大きくなってい
る。また、この基Zを剛直棒状構造部Aの両端に、その
双極子モーメントが同方向を向くように結合させれば、
より誘電異方性を大きくすることができ好適である。
A group Z for increasing the dielectric anisotropy of the molecule is bonded to at least one end in the longitudinal direction of the rigid rod-shaped structure A. Due to this group Z, the dielectric constant ε 1 in the major axis direction of the molecule is larger than the dielectric constant ε 2 in the minor axis direction. Also, if this group Z is bonded to both ends of the rigid rod-shaped structure portion A such that the dipole moments are directed in the same direction,
It is preferable because the dielectric anisotropy can be further increased.

【0022】一方、剛直棒状構造部Aの他端側には、電
場を印加したときの発生応力を大きくするために、ある
程度の鎖長を稼ぐ目的で基Yを結合させることもでき
る。
On the other hand, a group Y can be connected to the other end of the rigid rod-shaped structure A for the purpose of increasing a certain chain length in order to increase the stress generated when an electric field is applied.

【0023】また、図3に示される分子が固体である場
合には、溶媒に溶解して電気粘性流体として使用する
が、この溶媒との親和性を高め溶解しやすくさせる目的
で基Yを結合させることもできる。この場合には、溶媒
として、例えばシリコンオイル、フッ素オイル、炭化水
素系オイル等の絶縁性オイルが使用されるので、これら
の絶縁性オイルと親和性の高い基を選択する。
When the molecule shown in FIG. 3 is a solid, it is dissolved in a solvent and used as an electrorheological fluid, but a group Y is bonded to the solvent to enhance affinity with the solvent and facilitate dissolution. It can also be done. In this case, as the solvent, an insulating oil such as a silicone oil, a fluorine oil, or a hydrocarbon oil is used. Therefore, a group having a high affinity for these insulating oils is selected.

【0024】なお、上述した誘電異方性を大きくする基
Zを剛直棒状構造部Aの長軸方向の一端に結合する代わ
りに、剛直棒状構造部A自身を長軸方向の誘電率ε1
大きくする構造としてもよい。このような例が図4に示
される。図4は、剛直棒状構造部Aを形成する2つの環
状化合物のうち一方がフェニルピリミジンとされた例で
ある。フェニルピリミジンは、剛直棒状構造部Aの長軸
方向に対して対象の位置に2つの窒素原子が配置され
る。このため、窒素原子の双極子モーメントが、図に示
す矢印の方向を向き、この合力ベクトルが長軸方向を向
く。従って、長軸方向の誘電率ε1 が短軸方向の誘電率
ε2 よりも大きくなり、分子の誘電異方性が大きくな
る。
Instead of connecting the above-described group Z for increasing the dielectric anisotropy to one end of the rigid rod-shaped structure A in the long axis direction, the rigid rod-shaped structure A itself has a dielectric constant ε 1 in the long axis direction. The structure may be made larger. Such an example is shown in FIG. FIG. 4 is an example in which one of the two cyclic compounds forming the rigid rod-shaped structure A is phenylpyrimidine. In phenylpyrimidine, two nitrogen atoms are arranged at target positions with respect to the long axis direction of the rigid rod-shaped structure portion A. Therefore, the dipole moment of the nitrogen atom points in the direction of the arrow shown in the figure, and the resultant vector points in the long axis direction. Therefore, the dielectric constant epsilon 1 of the long axis direction is larger than the dielectric constant epsilon 2 of the short axis direction, the dielectric anisotropy of the molecules increases.

【0025】このように、剛直棒状構造部Aの骨格とし
て使用されると共に、長軸方向の誘電異方性を大きくす
る構造を有するものとしては、図5(a)に示される上
述したフェニルピリミジンの他に、図5(b)に示され
るジオキサン及び図5(c)に示されるオルソエステル
等が考えられる。また、図示はしていないが、環状構造
の一部が硫黄原子によって置換された構造であってもよ
い。
As described above, the above-mentioned phenylpyrimidine shown in FIG. 5A is used as a skeleton of the rigid rod-shaped structure portion A and has a structure that increases the dielectric anisotropy in the major axis direction. In addition, dioxane shown in FIG. 5B and orthoester shown in FIG. 5C can be considered. Although not shown, a structure in which a part of the cyclic structure is substituted by a sulfur atom may be used.

【0026】図6には、以上に述べた点を考慮して、本
発明に係る電気粘性流体を構成する分子の剛直棒状構造
部Aに使用することができる分子構造の例が示される。
FIG. 6 shows an example of a molecular structure that can be used for the rigid rod-shaped structure portion A of the molecules constituting the electrorheological fluid according to the present invention in consideration of the above points.

【0027】剛直棒状構造部Aは、図6のaグループ、
bグループのような剛直分子構造が2つ以上連なって構
成される。図6のaグループには、分子構造自体には誘
電異方性のないものが示され、bグループには分子構造
内に誘電異方性を有するものが示されている。従って、
剛直棒状構造部Aを構成する際には、分子の誘電異方性
を大きくするために、bグループに示される剛直分子構
造から少なくとも1つ以上使用されるのが好ましい。
The rigid rod-shaped structure A is a group a in FIG.
It is composed of two or more rigid molecular structures such as group b. In FIG. 6, group a shows a structure having no dielectric anisotropy in the molecular structure itself, and group b shows a structure having a dielectric anisotropy in the molecular structure. Therefore,
In forming the rigid rod-shaped structure A, it is preferable to use at least one or more of the rigid molecular structures shown in group b in order to increase the dielectric anisotropy of the molecule.

【0028】図6に示された剛直分子構造を使用した剛
直棒状構造部Aの例が図7に示される。当然のことなが
ら、剛直棒状構造部Aとしては図7に示されるものに限
られず、剪断力が加わった時にその長軸方向で折れ曲が
らない構造であれば他の分子構造でもよい。
FIG. 7 shows an example of a rigid rod-shaped structure A using the rigid molecular structure shown in FIG. As a matter of course, the rigid rod-shaped structure portion A is not limited to the one shown in FIG. 7, and may have another molecular structure as long as it does not bend in the longitudinal direction when a shearing force is applied.

【0029】なお、図6及び図7において、分子構造中
にZで示された基は、前述したように誘電異方性を大き
くするための基である。
In FIGS. 6 and 7, the group represented by Z in the molecular structure is a group for increasing the dielectric anisotropy as described above.

【0030】次に、図7に示された剛直棒状構造部Aを
使用して本発明に係る電気粘性流体に使用される分子を
合成し、その性能を評価した結果を実施例として説明す
る。
Next, the results of synthesizing molecules used in the electrorheological fluid according to the present invention using the rigid rod-shaped structure portion A shown in FIG. 7 and evaluating the performance thereof will be described as examples.

【0031】実施例1.本実施例においては、以下に示
す分子構造を有する化合物を電気粘性流体として使用し
た。
Embodiment 1 In this example, a compound having the following molecular structure was used as an electrorheological fluid.

【0032】[0032]

【化3】 上記2−(4−メチルフェニル)−5、5ジメチル−
1、3ジオキサンにおいては、ジオキサン及びフェニル
基によって剛直棒状構造部が構成されている。
Embedded image 2- (4-methylphenyl) -5,5 dimethyl-
In 1,3 dioxane, a rigid rod-like structure is constituted by dioxane and a phenyl group.

【0033】この化合物を使用した本実施例に係る電気
粘性流体の基底粘度の温度依存性が図8に示される。図
8において、横軸に温度が、縦軸に基底粘度がそれぞれ
示される。図8からわかるように、25℃から100℃
の温度範囲において基底粘度が0.05Pa・s付近の
値を示しており、水と同様の低い粘度であることがわか
った。しかも、基底粘度に温度依存性がないこともわか
った。
FIG. 8 shows the temperature dependence of the base viscosity of the electrorheological fluid according to this example using this compound. In FIG. 8, the horizontal axis indicates temperature, and the vertical axis indicates base viscosity. As can be seen from FIG.
In the temperature range of, the base viscosity showed a value near 0.05 Pa · s, and it was found that the viscosity was as low as that of water. In addition, it was also found that the base viscosity had no temperature dependence.

【0034】図9には、本実施例に係る電気粘性流体の
剪断応力の温度依存性が示される。図9において、横軸
には印加される電場強度が、縦軸には各電場強度に対応
する電気粘性流体の剪断応力がそれぞれ示される。各電
場強度において、25℃、50℃、75℃、100℃の
4つの温度の剪断応力をそれぞれ測定した。図9からわ
かるように、いずれの温度においても、各電場強度に対
してそれぞれほぼ等しい剪断応力を示しており、この点
でも本実施例に係る電気粘性流体に温度依存性がないこ
とがわかる。
FIG. 9 shows the temperature dependence of the shear stress of the electrorheological fluid according to this embodiment. In FIG. 9, the horizontal axis indicates the applied electric field strength, and the vertical axis indicates the shear stress of the electrorheological fluid corresponding to each electric field strength. At each electric field strength, the shear stress at four temperatures of 25 ° C., 50 ° C., 75 ° C., and 100 ° C. was measured. As can be seen from FIG. 9, at all temperatures, the shear stress is almost equal for each electric field strength, and it is also understood that the electrorheological fluid according to the present embodiment does not have temperature dependency at this point.

【0035】図10には、本実施例に係る電気粘性流体
の流体特性が示される。図10において、横軸には剪断
速度が、縦軸には各剪断速度に対応する剪断応力がそれ
ぞれ示されている。図10では、印加される電場とし
て、0kv/mm、1kv/mm、2kv/mm、3k
v/mm、4kv/mmが採用されている。図10から
わかるように、各電場強度において、剪断応力は剪断速
度に依存しておらず、ほぼ一定の値となり、ビンガム挙
動を示している。
FIG. 10 shows the fluid characteristics of the electrorheological fluid according to the present embodiment. In FIG. 10, the horizontal axis indicates the shear rate, and the vertical axis indicates the shear stress corresponding to each shear rate. In FIG. 10, 0 kv / mm, 1 kv / mm, 2 kv / mm, 3 k
v / mm and 4 kv / mm are employed. As can be seen from FIG. 10, at each electric field strength, the shear stress does not depend on the shear rate, but becomes a substantially constant value, indicating a Bingham behavior.

【0036】実施例2.本実施例においては、以下に示
す分子構造を有する化合物を電気粘性流体として使用し
た。
Embodiment 2 FIG. In this example, a compound having the following molecular structure was used as an electrorheological fluid.

【0037】[0037]

【化4】 上記2−(4−シアノフェニル)−5、5ジメチル−
1、3ジオキサンにおいては、実施例1と同様に、ジオ
キサンおよびフェニル基によって剛直棒状構造部が形成
されている。また、フェニル基には誘電異方性を大きく
する基としてシアノ基(−CN)が結合されている。な
お、誘電異方性を大きくする基としては、シアノ基の他
に、−CF3 、−NH2 、−OH、−NO2 、−F、−
Cl、−Br、−SO2 CF3 等も考えられる。
Embedded image 2- (4-cyanophenyl) -5,5 dimethyl-
In 1,3 dioxane, as in Example 1, a rigid rod-shaped structure is formed by dioxane and a phenyl group. Further, a cyano group (—CN) is bonded to the phenyl group as a group that increases dielectric anisotropy. As the group to increase the dielectric anisotropy, in addition to the cyano group, -CF 3, -NH 2, -OH , -NO 2, -F, -
Cl, -Br, also conceivable -SO 2 CF 3 and the like.

【0038】図11には、本実施例に係る電気粘性流体
の基底粘度の温度依存性の測定結果が示される。本実施
例の化合物は、100℃以下の温度で固体であるので、
基底粘度は2点だけ測定ができた。図11に示されるよ
うに、基底粘度は0.1Pa・s程度であり、本実施例
の電気粘性流体の基底粘度もほぼ水と同程度であること
がわかった。
FIG. 11 shows the measurement results of the temperature dependence of the base viscosity of the electrorheological fluid according to the present embodiment. Since the compound of this example is solid at a temperature of 100 ° C. or less,
The base viscosity was measured at only two points. As shown in FIG. 11, the base viscosity was about 0.1 Pa · s, and the base viscosity of the electrorheological fluid of this example was found to be almost the same as that of water.

【0039】図12には、本実施例に係る電気粘性流体
の剪断応力の温度依存性が示される。図12において、
横軸には印加される電場強度が、縦軸に各電場強度に対
応する電気粘性流体の剪断応力がそれぞれ示される。図
12には、110℃及び125℃の2つの温度における
測定結果が示される。図12からわかるように、いずれ
の温度においても各電場強度に対する剪断応力がほぼ等
しくなっており、本実施例の電気粘性流体も剪断応力に
温度依存性がないことがわかった。
FIG. 12 shows the temperature dependence of the shear stress of the electrorheological fluid according to the present embodiment. In FIG.
The horizontal axis indicates the applied electric field strength, and the vertical axis indicates the shear stress of the electrorheological fluid corresponding to each electric field strength. FIG. 12 shows measurement results at two temperatures of 110 ° C. and 125 ° C. As can be seen from FIG. 12, the shear stress for each electric field strength was almost equal at any temperature, and it was found that the electrorheological fluid of the present example also had no temperature dependency in the shear stress.

【0040】なお、本実施例に係る電気粘性流体におい
ては、図12に示されるように、数百v/mmという低
い電場強度で2KPaをこえる大きな剪断応力が得られ
ている。実施例1の結果(図9)と比べても、本実施例
に係る電気粘性流体の剪断応力が極めて大きいことがわ
かる。これは、誘電異方性を大きくする基として使用さ
れているシアノ基が、分子の長軸方向の誘電率ε1 を上
げる効果が実施例1で使用されたメチル基に比べて極め
て大きいためであると考えられる。
In the electrorheological fluid according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, a large shear stress exceeding 2 KPa is obtained at a low electric field strength of several hundred v / mm. It can be seen that the shear stress of the electrorheological fluid according to the present embodiment is extremely large as compared with the result of Embodiment 1 (FIG. 9). This is because the cyano group is used as a base to increase the dielectric anisotropy, extremely large compared to the methyl group effects of increasing the dielectric constant epsilon 1 of the long axis direction is used in Example 1 molecule It is believed that there is.

【0041】従来の電気粘性流体においても、2KPa
程度の剪断応力を発生させるものはあったが、本実施例
の場合よりも1桁以上高い電場強度を必要としていた。
例えば、2KPa程度の剪断応力を得るためには、通常
1000v/mmから6000v/mm程度の電場強度
が必要であった。
Even in a conventional electrorheological fluid, 2 KPa
Some of them generated a shear stress of a degree, but required an electric field strength higher by one digit or more than in the case of this embodiment.
For example, in order to obtain a shear stress of about 2 KPa, an electric field strength of about 1000 v / mm to 6000 v / mm is usually required.

【0042】これに対して、本実施例においては、低い
電場強度で高い剪断応力を得ることができ、高電圧電源
を必要としなくなるので、装置に組み込んだ場合の装置
コストを大幅に削減することができる。
On the other hand, in the present embodiment, a high shear stress can be obtained with a low electric field strength, and a high-voltage power supply is not required. Can be.

【0043】図13には、本実施例に係る電気粘性流体
の流体特性が示される。図13において、横軸には剪断
速度が、縦軸には各剪断速度に対応する剪断応力がそれ
ぞれ示されている。図13では、印加される電場とし
て、0v/mm、100v/mm、200v/mm、3
00v/mm、400v/mmが採用されている。図1
3からわかるように、各電場強度において、剪断応力は
剪断速度に依存しておらず、本実施例に係る電気粘性流
体もビンガム挙動を示している。
FIG. 13 shows the fluid characteristics of the electrorheological fluid according to this embodiment. In FIG. 13, the horizontal axis shows the shear rate, and the vertical axis shows the shear stress corresponding to each shear rate. In FIG. 13, the applied electric fields are 0 v / mm, 100 v / mm, 200 v / mm, 3
00 v / mm and 400 v / mm are employed. FIG.
As can be seen from FIG. 3, at each electric field strength, the shear stress does not depend on the shear rate, and the electrorheological fluid according to the present example also shows Bingham behavior.

【0044】次に、実施例1及び実施例2で合成した化
合物による電気粘性流体と従来の電気粘性流体との性能
を比較した結果を示す。
Next, the results of comparing the performance of the electrorheological fluid of the compounds synthesized in Examples 1 and 2 with those of a conventional electrorheological fluid will be described.

【0045】図14には、印加される電場強度とER効
果との関係が示される。図14においては、実施例1の
測定結果が黒塗り丸、実施例2の測定結果が黒塗り四角
でそれぞれ示されており、他に液晶系、ポリマー分散
系、炭素質分散系の電気粘性流体(ERF)の測定結果
がそれぞれ示される。
FIG. 14 shows the relationship between the applied electric field strength and the ER effect. In FIG. 14, the measurement results of Example 1 are indicated by solid circles, and the measurement results of Example 2 are indicated by solid squares. In addition, the electrorheological fluids of liquid crystal system, polymer dispersion system, and carbonaceous dispersion system are shown. (ERF) measurement results are shown.

【0046】実施例1の場合には、電気粘性流体として
は挙動するものの、分子の誘電異方性があまり大きくな
いので、従来の電気粘性流体とほぼ同様の性能の電気粘
性流体となっている。しかし、実施例2においては、従
来例に比べ、極めて低い電場強度で非常に高いER効果
を得ることができている。これは、電場を印加したとき
の剪断応力が高いこと及び基底粘度が低いことによるも
のであるが、この特性により制御可能な範囲が広くな
り、広い分野で応用することが可能となると考えられ
る。
In the case of the first embodiment, although it behaves as an electrorheological fluid, the dielectric anisotropy of the molecules is not so large, so that the electrorheological fluid has almost the same performance as the conventional electrorheological fluid. . However, in the second embodiment, an extremely high ER effect can be obtained with an extremely low electric field intensity as compared with the conventional example. This is due to the high shear stress when an electric field is applied and the low base viscosity. However, it is considered that the controllable range is widened by this characteristic, and it can be applied in a wide range of fields.

【0047】図15には、各電気粘性流体の消費電力の
比較が示される。図15においては、電気粘性流体に電
場を印加したときの電圧×電流密度を横軸にとり、縦軸
に発生する最大の剪断応力を最大応力として示してい
る。図15からわかるように、実施例1、実施例2とも
他の従来例に比べて消費電力が小さくなっている。特に
実施例2においては、ポリマー分散ERF−B及び炭素
質分散ERFに比べて最大応力は若干低いものの、消費
電力が極めて低く、消費電力当たりの発生応力という点
で極めて優れている。この点でもコストの大幅な削減を
可能にできる。
FIG. 15 shows a comparison of the power consumption of each electrorheological fluid. In FIG. 15, the voltage × current density when an electric field is applied to the electrorheological fluid is plotted on the horizontal axis, and the maximum shear stress generated on the vertical axis is shown as the maximum stress. As can be seen from FIG. 15, both the first and second embodiments consume less power than the other conventional examples. Particularly, in Example 2, although the maximum stress is slightly lower than those of the polymer dispersed ERF-B and the carbonaceous dispersed ERF, the power consumption is extremely low, and the stress generated per power consumption is extremely excellent. In this respect, a significant cost reduction can be achieved.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気粘性流体として液晶物質を用いていないので、ER
効果や流体特性に温度依存性がなく、その適応範囲が大
幅に拡大する。
As described above, according to the present invention,
Since no liquid crystal material is used as the electrorheological fluid, ER
The effects and fluid properties are independent of temperature, and the applicable range is greatly expanded.

【0049】また、数100v/mmという低い電場強
度により約2KPaの剪断応力を発生することができ、
その際流れる電流も低いので、消費電力当たりの発生応
力が極めて大きい。さらに、基底粘度も低いのでER効
果も大きくすることができる。
Further, a shear stress of about 2 KPa can be generated by an electric field strength as low as several hundred v / mm,
Since the current flowing at that time is also low, the generated stress per power consumption is extremely large. Furthermore, since the base viscosity is low, the ER effect can be increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る電気粘性流体に使用される分子
の概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram of molecules used in an electrorheological fluid according to the present invention.

【図2】 本発明に係る電気粘性流体の動作の説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the electrorheological fluid according to the present invention.

【図3】 本発明に係る電気粘性流体に使用される分子
構造の概念図である。
FIG. 3 is a conceptual diagram of a molecular structure used in the electrorheological fluid according to the present invention.

【図4】 剛直棒状構造部自体に誘電異方性を有する分
子構造の例を示す図である。
FIG. 4 is a view showing an example of a molecular structure having a dielectric anisotropy in a rigid rod-like structure itself.

【図5】 剛直棒状構造部を構成する分子構造の例を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a molecular structure constituting a rigid rod-shaped structure.

【図6】 剛直棒状構造部を構成する分子構造の例を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a molecular structure constituting a rigid rod-shaped structure.

【図7】 剛直棒状構造部の例を示す図である。FIG. 7 is a view showing an example of a rigid rod-shaped structure.

【図8】 本発明の電気粘性流体の実施例1の基底粘度
の温度依存性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the temperature dependence of the base viscosity of Example 1 of the electrorheological fluid of the present invention.

【図9】 本発明の電気粘性流体の実施例1の剪断応力
の温度依存性を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing the temperature dependence of the shear stress of Example 1 of the electrorheological fluid of the present invention.

【図10】 本発明の電気粘性流体の実施例1の流体特
性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating fluid characteristics of an electrorheological fluid according to a first embodiment of the present invention.

【図11】 本発明に係る電気粘性流体の実施例2の基
底粘度の温度依存性を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing the temperature dependence of the base viscosity of Example 2 of the electrorheological fluid according to the present invention.

【図12】 本発明に係る電気粘性流体の実施例2の剪
断応力の温度依存性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing the temperature dependence of shear stress in Example 2 of the electrorheological fluid according to the present invention.

【図13】 本発明に係る電気粘性流体の実施例2の流
体特性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing fluid characteristics of an electrorheological fluid according to a second embodiment of the present invention.

【図14】 本発明に係る電気粘性流体の実施例1、実
施例2及び従来例のER効果を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing the ER effect of the electrorheological fluid according to the first and second embodiments of the present invention and a conventional example.

【図15】 本発明に係る電気粘性流体の実施例1、実
施例2及び従来例の消費電力を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing power consumption of the electrorheological fluid according to the first embodiment, the second embodiment, and the conventional example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 剛直棒状構造部。 A A rigid rod-shaped structure.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基本骨格として剛直棒状構造部を備え、
分子の長軸方向の誘電率が単軸方向の誘電率より大きい
有機化合物からなることを特徴とする電気粘性流体。
1. A rigid rod-like structure is provided as a basic skeleton,
An electrorheological fluid comprising an organic compound having a dielectric constant in a major axis direction of a molecule larger than a dielectric constant in a uniaxial direction.
【請求項2】 請求項1記載の電気粘性流体において、 前記剛直棒状構造部は、一部が窒素原子または酸素原子
または硫黄原子によって置換され、長軸方向の誘電率が
単軸方向の誘電率より大きい環状構造基であることを特
徴とする電気粘性流体。
2. The electrorheological fluid according to claim 1, wherein the rigid rod-like structure part is partially replaced by a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom, and the dielectric constant in a long axis direction is a dielectric constant in a uniaxial direction. An electrorheological fluid having a larger cyclic structure group.
【請求項3】 請求項1記載の有機化合物が溶媒に溶解
していることを特徴とする電気粘性流体。
3. An electrorheological fluid, wherein the organic compound according to claim 1 is dissolved in a solvent.
【請求項4】 次の分子構造式からなる有機化合物
(a)、(b)、(c)のうちの少なくとも一種を有す
ることを特徴とする電気粘性流体。 【化1】
4. An electrorheological fluid comprising at least one of the organic compounds (a), (b), and (c) having the following molecular structural formula. Embedded image
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112011105718B4 (en) 2011-10-06 2018-12-06 Ykk Corporation Woven lockstring and zipper

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DE112011105718B4 (en) 2011-10-06 2018-12-06 Ykk Corporation Woven lockstring and zipper

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