JPH01266191A - 電気粘性液体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は電圧の印加によって粘性を増大する″電気粘・
ｈ液体に関するものである。

（従来の技術） 電気粘性液体は、疎水性で非導電性の油の中に微細に分
割した親水性の固体が分散している懸濁液で、充分に強
い電場の作用の下で陽めて速やかに、しかも可逆的に液
体の粘度が増加し、プラスチックまたは固体の状態とな
るものである。

粘度を変化させるためには直流の電場だけでなく交流の
電場も使用することができ、必要な電’ｆｌｉは非常に
小さ（、少ない電力によって強力な力を与えるので、例
えば、クラッチ、水圧弁、ショックアブソーバ−、パイ
ブレーク、防振ゴムまたはワークピースを正常な位置に
保持するシステムを制御するための電気−機械のインタ
ーフェイス等における構成要素として使用されている。

（発明が解決しようとする問題点） 従来、電気粘性液体の分散相構成成分としては固体微粉
末が用いられているが、この固体微粉末としでは、表面
に水を吸着させ、微細化させたセルロース、デンプン、
シリカゲル、イオン交換樹脂などが知られている。また
他の成分である液相構成成分としてはＰＣＢ、セバシン
酸ブチル、トランス油、塩化パラフィン、シリコーン油
などが知られている。しかし、これらのものは実用価値
に乏しく、使用可能な実用価値のある極めて高性能且つ
安定度の高い電気粘性液体は未だ存在しない。

電気粘性液体が未だ実用に供せられていない理由は、一
般に分散相となる固体微粉末の比重が液相成分の比重よ
りも大きいために、長い期間放置した時に相分離を起こ
して沈降し、再び分散させるのが困難な沈殿を形成する
ためである。

このような問題を解決する手段として、比重の小さい固
体微粉末を採用し液相成分との比重差を小さくする方法
および比重の大きい液相成分を採用し固体微粉末との比
重差を小さくする方法がある。

しかし、前者の方法の場合、固体微粉末がデンプンなど
の有機物に限定されることから、電気特性の長期的な安
定性に欠けるために実用性に乏しい。

したがって、電気粘性効果の改良を目的とする場合には
特開昭５３−９３１８６号公報に開示されているように
、ある程度比重の大きな固体微粉末を使用せざるを得な
い、しかし、前記公報で分散相微粉末として用いられて
いるポリアクリル酸リチウムは、その比重が約１．４〜
１．５であるため、−船釣に電気絶縁油として使用され
ている比重の軽い炭化水素系油は使用できない。

そこで、電気粘性効果の改良を目的としである程度比重
の大きい固体微粉末を用いる場合には、後者の方法が採
用されている。この後者の方法の例としては、特開昭５
８−５０１１７８号公報に開示されている方法がある。

しかし、前記公報では人体に極めて有害であるとして、
その使用が禁止されているＰＣＢに構造が類似のハロゲ
ン化ジフェニルメタンなどの比重の大きい化合物な液相
として採用しており、この技術は実用性の点て満足でき
るものではない。

また電気粘性液体を利用する多くの構成要素において、
電気粘性液体はゴム状の弾性を有する材料と直接接触す
る状態で使用されるため、液相としてゴム状弾性材料な
膨潤または変質させないシリコーン油などの電気絶縁油
を採用することが考えられる。特開昭６１−４４９８８
号公報では、この観点からシリカゲルを分散相とし、シ
リコーン油を液相として、さらに分散剤としてアミノ官
能性、ヒドロキシ官能性、アセトキシ官能性またはアル
コキシ官能性のポリシロキサンを用いた電気粘性液体を
提案している。しかし、シリカゲルとシリコーン油の比
重差が大きい事から、長期間にわたって静置した時の分
散相の粒子が沈降して相分離を起こし、再び分散させる
のが困難である。

また特公昭６０−３１２１１号公報では微粉末化したイ
オン交換樹脂を分散相として用いる方法が開示されてい
る。しかし、この技術は樹脂が架橋されたスチレン重合
体を基本骨格としているため、シリコーンオイルとの親
和性がな（、−旦相分離してしまうと再分散させるのが
困難であり、これらの液体も依然として実用に耐えない
のが現状である。

したがって本発明は、上記の問題点を解消し、長い期間
にわたって安定で、且つ高い電気粘性効果を示す電気粘
性液体を開発することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の電気粘性液体は、０．１〜２０重量％の水分を
含有する平均粒子径が０．０５〜ｌｏ。

μｍである、主鎖がオキシアルキレン鎖からなる非イオ
ン性重合体微粉末または主鎖にエステル基を有する非イ
オン性重合体微粉末からなる分散相、１〜６０重量％：
および２５℃における粘度が０．６５〜５００ｃＳｔの
電気絶縁油からなる液相、４０〜９９重量％：から構成
されることを特徴とする。

また、本発明の電気粘性液体は１分散相構成成分として
前記非イオン性重合体微粉末に代えて、ポリオキシアル
キレン鎖とポリシロキサン鎖かもなる共重合体によって
表面処理されたポリオルガノシルセスキオキサン微粉末
を用いることを特徴とする。

分散相を構成する非イオン性重合体微粉末の一つは、主
鎖がオキシアルキレン鎖からなり、末端がヒドロキシ基
またはエステル基によって封鎖されているものである。

非イオン性重合体の主鎖を構成するオキシアルキレン単
位としては、オキシエチレン単位、オキシプロピレン単
位、オキシイソブチレン単位、オキシトリメチレン単位
、オキシテトラメチレン単位などを例示することができ
る。

この非イオン性重合体としては、主鎖がオキシエチレン
単位である重合体またはオキシエチレン単位およびオキ
シプロピレン単位である共重合体で、末端基がヒドロキ
シル基であるものまたは脂肪酸とのエステルであるもの
が好ましい。

主鎖にオキシアルキレン鎖を有する非イオン性重合体は
、多官能性の架橋剤により架橋されているものが好まし
い。

分散相を構成する非イオン性重合体微粉末の別の一つは
、主鎖にすくなくとも一つのエステル基が結合する非イ
オン性重合体微粉末である。

この非イオン性重合体としては、アクリル酸メチルエス
テル、アクリル酸エチルエステル、アクリル酸プロピル
エステル、アクリル酸ブチルエステル、アクリル酸ペン
チルエステル、アクリル酸ヘキシルエステル、アクリル
酸へブチルエステル、アクリル酸オクチルエステルなど
のアクリル酸アルキルエステルおよびそれらに対応する
メタクリル酸アルキルエステルの重合体または共重合体
：ポリ酢酸ビニル：エチレン、プロピレンまたはブタジ
ェンと酢酸ビニルとの共重合体ニアクリル酸アルキルエ
ステルまたはメタクリル酸アルキルエステルと酢酸ビニ
ルとの共重合体：マレイン酸アルキルエステルまたはフ
マル酸アルキルエステルの重合体：マレイン酸アルキル
エステルまたはフマル酸アルキルエステルとアクリル酸
アルキルエステル、メタアクリル酸アルキルエステルま
たは酢酸ビニルとの共重合体：などを例示することがで
きる。これらのなかでも液相の構成成分としてシリコー
ン油や炭化水素油などのような比重の小さいものを用い
る場合にはエチレンと酢酸ビニルの共重合体、ブタジェ
ンと酢酸ビニルとの共重合体が好ましい。

主鎖にエステル基が結合する非イオン性重合体の平均分
子量はとくに制限されないが、２０．０００以上が好ま
しい。

非イオン性重合体微粉末は、いずれのものも０．１〜２
０重量％、好ましくは０．５〜５重量％の水分を含むも
のである。この水分含有量が、０．１重量％未溝の場合
は、はとんど電気粘性効果は示さず、２０重量％を超え
る場合は、電力消費が過剰となる。

非イオン性重合体微粉末の平均粒子径は、い丁れのもの
も０．０５〜１００μｍであり、好ましくは１〜２０μ
ｍである。この平均粒子径が０．０５μｍ未満の場合は
、電場のない状態の初期粘度が著しく太き（なって電気
粘性効果が小さく、１００μｍを超えると液体の分散相
として十分な安定性が得られない。

分散相の構成成分としては、前配非イオン性重合体に代
えて、ポリオキシアルキレン鎖とポリシロキサン鎖から
なる共重合体で表面処理されたポリオルガノシルセスキ
オキサン微粉末を用いることができる。

ポリオルガノシルセスキオキサン微粉末は、−船人［Ｒ
５１Ｏ３八ｌｐ（式中、Ｒは置換または　　　。

非置換の１価の炭化水素基を示し、ｐは該ポリオルガノ
シルセスキオキサンが固体状を呈するに十分な数を示す
）で表されるものである。

前記式中の基Ｒとしてはメチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、
オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基のような
アルキル基ニジクロペンチル基、シクロヘキシル基のよ
うなシクロアルキル基：２−フェニルエチル基、２−フ
ェニルプロピル基のようなアラルキル基：フェニル基、
トリル基のようなアリール基；ビニル基、アリル基のよ
うなアルケニル基、γ−クロロプロピル基、γ−メタク
リロキシプロピル基、γ−グリシドキシプロピル基、３
，４−エポキシシクロヘキシルエチル基のような置換炭
化水素基などが例示されるが１合成の容易さと得られる
ポリメチルシルセスキオキサン微粉末の耐熱性が優れて
いる点からメチル基が好ましい。

このポリオルガノシルセスキオキサン粉末は、例えば特
開昭６０−１３８１３号公報に記載の方法で製造するこ
とができる。

ポリオルガノシルセスキオキサン粉末の平均粒子径はと
くに制限されず表面処理後の粒子径に関連して決定され
るものであるが、通常は１０１００ｎ下のものが好まし
い。

表面処理剤であるブロックないしクラフト共重合体は、
ポリオキシアルキレン鎖とポリシロキサン鎖からなる直
鎖状または分岐状の共重合体で。

ブロック共重合体、ポリシロキサン鎖を幹としたグラフ
ト共重合体、ポリオキアルキレン鎖を幹としたグラフト
共重合体のいずれであっても差し支えない。また、たと
えばポリシロキサン鎖を中心としたターブロック共重合
体のポリシロキサン鎖に、さらにポリオキシアルキレン
鎖がグラフトしたものであっても差し支えない。

ポリオキシアルキレン鎖とポリシロキサン鎖の結合点は
、５ｉ−０−Ｃ結合によっても差し支えないが、この結
合は加水分解を受けやすいので、長期間の安定性を得る
ためには、ケイ素原子と酸素原子の間にメチレン基、ト
リメチレン基、テトラメチレン基、−（ＣＨ，）、ＣＯ
−基、−（ＣＨ２）ＯＣＨ，ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２−基な
どが存在することが好ましく、合成が容易なことからト
リメチレン基がとくに好ましい。

ポリオキシアルキレン鎖を構成するオキシアルキレン単
位としてはオキシエチレン単位、オキシプロピレン単位
、オキシトリメチレン単位、オキシテトラメチレン単位
などを例示することができる。このポリアルキレン鎖は
、前記単位の１種類または２種類以上で構成することが
できる。

表面処理された微粉末に適度の親水性を与えるには、ポ
リオキシアルキレン鎖がポリオキシエチレン鎖、または
オキシエチレン単位とオキシプロピレン単位から成るラ
ンダムまたはブロック共重合体鎖であることが好ましい
、ポリオキシアルキレン鎮の末端基としては、水酸基：
メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基のようなアルコキ
シ基：などを例示することができる。

ポリシロキサン鎖においてケイ素原子に結合する有機基
としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基
、ペンチル基、ヘキシル基のようなアルキル基：ビニル
基、アリル基のようなアルケニル基、フェニル基のよう
なアリール基：γ−クロロプロピル基、γ−アミノプロ
ピル基のような置換炭化水素基のを例示することができ
る。有機基は、これらの１種類または２種類以上が結合
していてもよいが、合成が容易なことからメチル基が好
ましい。

共重合体の平均分子量はとくに限定されないが、処理効
果および取扱の容易なことから、１．０００〜２０．０
００の範囲が好ましい。ポリシロキサン鎖を幹とするク
ラフト共重合体の場合、ポリオキシアルキンレン鎖が結
合するシロキサン単位の数は１〜１０、残余のシロキサ
ン単位の数は５〜６０であることが好ましい。

ブロックないしグラフト共重合体によってポリオルガノ
シルセスキオキサン微粉末を処理するには、該微粉末の
表面を共重合体でコーティングした状態にすることがで
きる方法であれば、いかなる方法でも適用することがで
きる。例えば、微粉末を共重合体中に加えて吸着させる
方法、さらにこの混合物をボールミル、乳鉢などによっ
て解砕しつつ表面処理を行う方法、共重合体を溶解しつ
る溶媒と共重合体から溶液を調製し、これに微粉末を加
えて共重合体を吸着させる方法、上記の溶液に微粉末を
分散させたのち、共重合体を加えて微粉末に吸着させる
方法などがある。ここで用いる溶媒としては、共重合体
の溶解性と処理微粉末の使用目的にもよるが、水、メタ
ノール、エタノール、エチレングリコールなどが例示さ
れる。

溶媒は使用目的に応じて除去してもしなくてもよし）。

表面処理に用いるブロックないしクラフト共重合体の量
は、微粉末の比表面積によっても異なるが、通常、微粉
末に対して１〜３０重量％を用いる。

表面されたポリメチルシルセスキオキサン微粉末は、０
．１〜２０重量％、好ましくは０．５〜５重量％の水分
を含むものである。この水分含有量が前記範囲外の場合
には上記と同じ理由で好ましくない。

表面処理されたポリメチルシルセスキオキサン微粉末の
平均粒子径は０．０５〜１００μｍであり、好ましくは
１〜２０μｍである。平均粒子径が前記範囲外の場合に
は上記と同じ理由で好ましくない。

液相な構成する電気絶縁油としては、炭化水素油、エス
テル系油、芳香族系油やシリコーン油などを例示するこ
とができる。これらは単独で用いることができ、また２
以上を併用することもてきる。これらの電気絶縁油のな
かでもポリジメチルシロキサンやポリメチルフェニルシ
ロキサンなどのシリコーン油が、ゴム状の弾性を有する
材料と直接接触する状態でも使用できるという点で優れ
ている。

この電気絶縁油としては、その比重が分散相の比重に近
いことが分散相を構成する微粉末の沈降の問題を解決す
るため好ましい。

電気絶縁油の粘度は２５℃において０．６５〜５００ｃ
Ｓｔであり、好ましくはｌＯ〜５０ｃＳｔの粘度を有す
るものを用いる。液相の粘度が低すぎると揮発分が多く
なり、流体の安定性が悪（なる、液相の粘度が高すぎる
と電場のない時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。また適度に低粘度の電気絶
縁油を液相とすることによって分散相を効率良く懸濁さ
せることができる。

本発明の電気粘性液体を構成する分散相と液相の割合は
、前記分散相を構成する微粉末からなる分散相の含有量
が１〜６０重量％、好ましくは２０〜５０重量％であり
、前記電気絶縁油からなる液相の含有量が４０〜９９重
量％、好ましくは５０〜８０重量％である。分散相成分
の量が１重量％未満では電気粘性効果は小さく、６０重
量％を超えると電場がない時の初期粘度が著しく大きく
なる。

本発明の電気粘性液体には１本発明の効果を損なわない
範囲内で界面活性剤１分数剤、無機塩−なとの添加剤を
配合することができる。

（実施例） 以下実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ ポリエチレングリコール系高吸水性高分子化合物（住友
化学製：スミカゲルＲ−３ＯＲ）の水分含有量を約１重
量％に調製したものを粉砕し、分粒して平均粒子径約Ｌ
ｏｕｍの微粉末を得た。この微粉末２９重量％量を、フ
タル酸ジ２−エチルヘキシル７３重量％量に分散、懸濁
させて、電気粘性液体を得た。

実施例２ スチレンと酢酸ビニルの共重合体からなる平均粒子径約
５μｍの真球状微粉末（三井石油化学製：ケミバールＶ
−２００）３６重量％量を、シリコーン油（東芝シリコ
ーン製、ＴＳＦ４５１−２０：以下、同様である）６４
重量％量に分散、懸濁させて電気粘性液体を得た。

実施例３ 特開昭６０−１３８１３号公報に記載の方法により製造
した平均粒子径２μｍのポリメチルシルセスキオキサン
微粉末１００重量部を自動乳鉢にとり、次式： で示される表面処理剤６重量部および水１０重量部を加
えて、常温で２時間撹拌して表面処理されたポリメチル
シルセスキオキサン微粉末を得た。

この微粉末３０重量％量をシリコーン油７０重量％量に
分散、懸濁させて電気粘性液体を得た。

実施例４ 表面処理剤として次式： で示されるものを用いたほかは、実施例１と同様にして
電気粘性液体を得た。

比較例１ シリカゲル（日本シリカ製、ニブシルＶＮ−３）の水分
量を６重量％に調節したもの１３重量％量を、シリコー
ン油８７重量％量に分散、懸濁させて電気粘性液体を得
た。

比較例２ 表面処理されていないポリメチルシルセスキオキサン微
粉末（東芝シリコーン製：トスパール１２０）４０重量
％量を、シリコーン油６０重量％量に分散、懸濁させて
電気粘性液体を得た比較例３ 市販されているポリアクリル酸を水酸化リチウムで中和
して得られたポリアクリル酸リチウム１００重量部に水
分を５重量％量含有させたのち、粉砕、分粒して得られ
た平均粒子径約１０μｍのポリアクリル酸リチウム４０
重量％量を、シリコーン油６０重量％量に分散、懸濁さ
せて電気粘性液体を得た。

試験例 実施例２．３および比較例１．３で得られた各電気粘性
液体液体について、下記の試験を行った。

犬脆五 電気粘性液体のなかにプレートを吊し重量を測定するこ
とにより行った。

轡メ　　　ｔ　　　シ店 二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間に電圧を印
加したときの同一剪断速度（３７５ｓ−１）における剪
断力で評価した。

沈降性の試験結果を第１図に示す、第１図において、横
軸は製造後の経過時間（ｍｉｎ）の対数、縦軸は沈降度
（全（沈降しない場合はＯ１全部沈降した場合は１）を
表す、また、図中○印（Ａ線）は実施例２およσΔ印（
Ｂ線）は実施例３の電気粘性液体を表し、◇印（Ｃ線）
は比較例■および０印（Ｄ線）は比較例３の電気粘性液
体を表す。

電気粘性効果の試験結果を第２図に示す。第２図は一定
の剪断速度における電場の強さとトルクの関係を示した
もので、第２図において横軸は電場の強さＥ　（ｋＶ／
ｃ＋ａ）　、縦軸はトルク（ｇ−ｃｎ＋）を表す０図中
の各記号の意味は第１図と同じである。

また、前記試験以外にも、各実施例および比較例の電気
粘性液体の電場をかけていない時のトルク（Ｔ、）、印
加電場に対するトルクの変化の割合（Ｓ）および限界電
場（Ｅ、）を第１表に示す。この各特性値は第３図に示
す方法により求めた。

第３図は第２図に示されるような電場の強さとトルクの
関係を特徴づけるパラメーターの解析例を表すもので、
図中Ｔ０、ＳおよびＥｏの意味は前記のとおりである。

第　　１　　表 第１図から明らかなとおり、実施例２および３の電気粘
性液体の電気粘性液体は沈降速度が小さくほとんど相分
離を起こさないが、比較例１および３の電気粘性液体は
、急速に固体微粉末が沈降してしまうので電気粘性液体
としての実用は困難である。

第２図から明らかなとおり、電気応答性に関しては実施
例２および３の電気粘性液体は初期粘度が低く、また電
気粘性効果のダイナミックレンジは大きい、比較例１の
電気粘性液体は、電気粘性効果はあるものの、電圧をか
けない場合の粘度が高く電気粘性効果のダイナミックレ
ンジは小さい。比較例３の電気粘性液体は、電気粘性効
果は大きいが、長期の安定性が低い。

また第１表から明らかなとおり、表面処理しない比較例
２は電気粘性効果を示さないが、実施例１〜４のものは
いずれも優れた電気粘性効果を示した。

［発明の効果］ 本発明の電気粘性液体は、分散相成分の沈降がほとんど
な（、長時間にわたって優れた電気応答性を維持できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気粘性液体中の分散相の沈降性の様
子を示す図であり、第２図は電気粘性液体中で測定され
た一定の剪断速度における電場の強さとトルクの関係を
示す図であり、第３図は第２図で得られる電場の強さと
トルクの関係を特徴づけるパラメーターの解析例を示す
図である。 第１図 トルク（９・ｃｍ） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）０．１〜２０重量％の水分を含有する平均粒子径
   が０．０５〜１００μｍである、主鎖がオキシアルキレ
   ン鎖からなる非イオン性重合体微粉末または主鎖にエス
   テル基を有する非イオン性重合体微粉末からなる分散相
   、１〜６０重量％：および ２５℃における粘度が０．６５〜５００ｃＳｔの電気絶
   縁油からなる液相、４０〜９９重量％：から構成される
   ことを特徴とする電気粘性液体。
2. （２）分散相構成成分として非イオン性重合体微粉末に
   代えて、ポリオキシアルキレン鎖とポリシロキサン鎖か
   らなる共重合体によって表面処理されたポリオルガノシ
   ルセスキオキサン微粉末を用いる請求項１記載の電気粘
   性液体。