JPH01266193A - 電気粘性流体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、クラッチのエネルギー伝達等に用いられる電
気粘性流体に関し、更に詳しくは零電場下の粘性は低（
、加電場下の粘性が高い、優れた電気粘性流体に関する
。

［従来技術］ 電気粘性流体とは、外部電場の作用により粘度を掻めて
速やかにしかも著しく増大できる。絶縁性の油の中に固
体粒子を分散させた懸濁液をいう。

この電気粘性流体は、粘度を変化させるためには直流電
場だけでなく交流電場も使用することができ、電場下の
電流密度も非常に低い。

そのため、電気粘性流体は小さな電力によって強い力を
発生でき２例えば、クラッチ、バルブ。

ショックアブソーバ、エンジンマウントなど、エネルギ
ーの伝達や吸収の用途に使用できる。

なお、この電気粘性流体は、電場を負荷するこ□　とに
より油中に分散する固体粒子が帯電して、その静電引力
により固体粒子同士が凝集し、大きな塊となることによ
って粘度が増大するものである。

ところで、電気粘性流体は５その望ましい性質として、
零電場下での粘度は低いが、加電場状態では著しく高い
粘度を示さなければならない、−般に電気粘性流体中の
固体粒子の割合は体積分率で３０〜４０％であり、零電
場下での粘度には電気粘性流体に使用される油自身の粘
度が大きく反映する。また、電場の作用による粘度増加
率は。

固体粒子と油の組み合わせによって著しく異なり。

油の種類に影響される。

従来より電気粘性流体の油としては、流動パラフィン、
塩化パラフィン、ポリ塩化ビフェニル。

セバシン酸ブチル、ジオクチルフタレートなどが知られ
ている。しかし、これらの油とシリカなどの固体粒子か
らなる電気粘性流体の零電場下での粘度は非常に高い、
そこで、低粘度を与える油として種々のジアリール誘導
体が提案されている（特表昭５８−５０１１７８号公表
公報参照）。

また、電気粘性流体の零電場下での粘度を下げる方法と
して、上記の油自体の種類を検討する他に、ソルビタン
モノオレート、ソルビタンモノステアレートなどの流動
化剤を１〜１０％添加する方法も提案されている（特開
昭５１−３３７８３号公報参照）。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、上記前者のジアリール誘導体を用いる方
法の場合には、この物質の合成に複雑な合成法と長時間
を要し、また製造コストも上昇する０例えば、この合成
法としてはクロルベンゼンとホルムアルデヒドとの濃硫
酸存在下におけるシック反応（米国特許筒３，０２８，
４３６号）などを用いる。また１合成時の収率があまり
高くないために、未反応物や副生成物が混入しやすく。

作製した電気粘性流体の特性の低下や安定性の欠如をも
たらす。

一方、上記後者の流動化剤添加法は、電気粘性流体中に
過度の電流が流れるうえに、電場の作用による粘度増加
率が橿めて低いものとなってしまう。

また、塩化パラフィンのみを油とする電気粘性流体は、
加電場状態で非常に高い粘度を示すものの、零電場下で
の粘度も高い、そこで、加電場状態での特徴を失わずに
零電場下での粘度低下が望まれる。その方法として塩化
パラフィンに界面活性剤などの流動化剤を１〜１０％添
加することが考えられるが、この場合は、加電場状態で
の高粘度が維持できないうえに過電流が発生する。電気
粘性流体の性能は固体粒子同志、油同志、および固体粒
子と油の３つの相互作用により決定されるので、上記方
法が不適当である原因として、塩化パラフィンとは全く
化学構造の異なる流動化剤が混入されて流体の性能を決
める相互作用の減少が生じたことが考えられる。一般に
異物が混入すると相互作用が減少する傾向があるので５
できるだけその減少を抑制する工夫が必要となる。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み５人手容易な
溶媒を用い零電場下の粘性は低く、加電場状態の粘性が
高い、優れた電気粘性流体を提供しようとするものであ
る。

〔課題の解決手段〕

本発明は、塩化パラフィンと臭化アルキルとからなる混
合溶媒に、固体粒子を均一に分散させてなることを特徴
とする電気粘性流体にある。

本発明において注目すべきことは、電気粘性流体に用い
る油として塩化パラフィン及び臭化アルキルの混合溶媒
を用いることにある。

塩化パラフィンは、炭素数（Ｃ）が１８〜２８の長鎖の
炭化水素において、水素（Ｈ）が塩素（Ｃｌ）に重量で
１５〜５０％置換されたものが良い。

塩素置換率が１５％未満の場合には、加電場状態で十分
な粘度増加が得られず、また、５０％を越えると、塩化
パラフィン自身が高粘度の液体、又は固体であり、電気
粘性流体を作製することが困難となる。

次に、臭化アルキルは次の一般式で表される臭素（Ｂｒ
）化合物である。

Ｃｍ　Ｈｘｘ＋ｚ−ｙＢ　ｒ。

上式において、Ｘは８ないし１２．ｙはｌ又は２の臭化
アルキルを用いることが好ましい。

また、この臭化アルキルは１種又は２種以上を併用する
こともできる。

また、臭化アルキルは、塩化パラフィンとの混合物中に
体積分率で３０〜７０％含有させることが好ましい０体
積分率が３０％未満のときは、零電場下で低粘度の電気
粘性流体を得難く、また７０％を越えるときには低粘度
化は達成されるものの、加電場状態における粘度増加が
妨げられる。

本発明において使用される固体粒子は、対イオンをＬＬ
”、Ｎａ’　又はに１とするカルボキシル基やスルホン
酸基を有するものであって１粒径１〜１５０ミクロンの
高分子電解質であればいずれも良いが、高分子電解質粒
子がその重量に対して５〜１５％の水を含有しているこ
とを必要とする。

含水率が５％未満では、実用に供しうる程度に十分な粘
度増加が得られず、１５％を越えると過電流が発生する
８本発明の好ましい例によれば、含有水率８〜１１％の
、アクリル酸、メタクリル酸。

マレイン酸の金属塩ポリマー、ポリーＰ−スチレンスル
ホン酸ナトリウム、ポリーＰ−スチレンスルホン酸カリ
ウム、ナトリウムカルボキシメチルセルロース等がある
。また本発明の実施に好適な他の固体粒子は２価の陽イ
オンを対イオンとするポリカルボン酸であり５例えば含
水率８〜１１％のポリアクリル酸マグネシウム、ポリア
クリル酸カルシウム、ポリマレイン酸亜鉛などである。

電気粘性流体中における固体粒子と油の配合割合は、固
体粒子が体積分率で２５〜４０％とすることが好ましい
。２５％未満では加電場状態で十分な粘度増加が得られ
ず、４０％を越えると零電場下で高粘度の流体となり好
ましくない。

〔作用及び効果〕

本発明の電気粘性流体は、驚くべきことに、零電場下で
の粘性は数ポイズという極めて低い値を示し、一方加電
場状態では著しく高い粘性を示す。

また、かかる高粘性とするための電流密度も小さく、低
い電力によって大きな力を産み出すことができる。また
５前記臭化アルキルは合成も容易で。

コストも低い、更に９本発明の電気粘性流体はシリコー
ン油、ジオクチルフタレートなどの従来の油を用いた電
気粘性流体において生ずる。固体粒子と油との分離もな
く、極めて安定性のある流体である。

また、第２請求項記載の発明によれば、上記効果の他、
−層優れた粘性変化を有する電気粘性流体とすることが
できる。

〔実施例〕

本発明にかかる電気粘性流体５種類（下表、阻ｌ〜５）
、及び比較例としての電気粘性流体５種類（下表ＮａＣ
１−Ｃ３）を作製し、それらについて性能を評価した。

即ち、電気粘性流体の性能評価は、二重円筒レオメータ
（岩本制作所製）を用いて行った。評価に当たっては、
直径１６ミリメードルの内筒（表面積１７ｃｊ）と内径
１８ミリメートルの外筒の間に電気粘性流体を入れた後
、外筒を一定速度（０〜２００ｓｅｃ−’）で回転させ
た。この状態において、内筒と外筒の間に直流電圧Ｏ〜
２ＫＶを印加して、内筒にかかるトルクを検出した。性
能は。

剪断速度とトルクから計算した剪断応力の関係において
、その傾きから求めた零電場下での粘度η（ポイズ）、
直流電圧２ＫＶを印加したときの５５　ｓ　ｅ　ｃ−’
における剪断応力の増加量Ｓ　（ＫＰａ）、及び内筒表
面積で規格した電流密度！（μＡ／ｃｊ）により評価し
た。

本発明の実施例にかかるＮ１１ｌ〜５の電気粘性流体は
、下記のごとく、固体粒子としてＰＭＡ（詳細は後述す
る）を、また塩化パラフィンと混合する臭化アルキルは
臭化ドデカン、臭化オクタン等を用いた。また、Ｎａ４
，５は２種類の臭化アルキルを併用したものである。

また、比較例としてのｋｃ１〜Ｃ５は、下記のごとく、
固体粒子として上記と同様のＰＭＡを用い、これと塩化
パラフィンのみ、或いは塩化パラフィンと塩化デカン等
、トリオクチルトリテートとソルビタンモノラウレート
との混合物、シリコーン油のみを混合したものである。

各電気粘性流体において使用したＰＭＡ、及び油の種類
、油とＰＭＡの配合割合を以下に示す。

（実施例　ｌ） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ 塩化パラフィン・・・　８ｄ 臭化ドデカン・・・・１２ｍ （実施例　２） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ 塩化パラフィン・・・１０成 臭化オクタン・・・・１ｏｄ （実施例　３） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ 塩化パラフィン・・・１０ｍ１ ジブロムデカン・・・１０ｄ （実施例　４） ＰＭＡ・・・・・・・１５ｇ 塩化パラフィン・・・　８Ｍ１ 臭化オクタン・・・・　６ｄ ジブロムデカン・・・　６　ｒｘｌ （実施例　５） ＰＭＡ・・・・・・・１５ｇ 塩化パラフィン・・・　８ｄ 臭化デカン・・・・・　９ｄ 臭化ドデカン・・・・　３ＩＩＩｌ！ （比較例　Ｃ１） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ 塩化パラフィン・・・２０ｄ （比較例　Ｃ２） ＰＭＡ　・　・　・　・　・　・　・　１２ｇ塩化パラ
フィン・・・ｌＯｄ 塩化デカン・・・・・ｌ〇− （比較例　Ｃ３） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ ジオクチルフタレート・・２０ｄ （比較例　Ｃ４） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ トリオクチルトリメリテート ・・・　・２０ｄ ソルビタンモノラウレート ・・・０．５ｄ （比較例　Ｃ５） ＰＭＡ・・・・・・・１２ｇ シリコーン油・　・　・　・２０ａｅ 上記の各電気粘性流体で使用した固体粒子は。

粒径７４〜１０５μｍ、含水率８．５％のメタクリル酸
ナトリウム・アクリルアミド共重合体（ＰＭＡ）である
。このＰＭＡは次のように合成した。

まずメタクリル酸ナトリウムとアクリルアミドをモル比
で４＝１の割合で水？８液中で重合した後。

生成物を１２０°Ｃ１窒素雰囲気下で加熱脱水し。

更にボールミルにて所定の大きさに＄５１砕した。次に
、得られた粉末を１２０°Ｃで再び３時間加熱した後、
２５’Ｃ，５０％湿度の恒温恒温下に放置して吸水させ
た。

上記の各電気粘性流体についての測定結果を５下表に示
す。

上記より知られるごとく１本発明にががるＮｃｈｌ〜５
の電気粘性流体は、零電場下の粘度力月、８〜５．２ボ
イズであり、一方加電場状態での前段応力の増加量は０
．９２〜１．３０を示し、また加電場状態の電流密度は
低い、つまり、低電力において高粘度を呈する。

これに比して、比較例におけるＰＭＡと塩化パラフィン
とを用いたＮｌｌＣｌは、加電場状態での粘性が高いも
のの、零電場下の粘性が著しく高く。

又、下電場状態の電力も大きい、更に、ｋｃ２゜Ｃ５は
零電場下の粘性が低いが、加電場状態の粘性も本発明品
に比してかなり低い、また、ＮａＣ５゜Ｃ４は零電場下
の粘性が高く加電場状態の電力も大きい、特に、Ｃ４は
極めて大きい電力を要する。

以上より１本発明にかかる電気粘性流体は、その粘性が
零電場下では低く、加電場状態では著しく高くなる優れ
た性能を有することが分る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）塩化パラフィンと臭化アルキルとからなる混合溶
   媒に、固体粒子を均一に分散させてなることを特徴とす
   る電気粘性流体。
2. （２）第１請求項に記載の電気粘性流体において、臭化
   アルキルは臭素置換数が１個又は２個、炭素数が８〜１
   ２個の臭化アルキルであって、混合溶媒は該臭化アルキ
   ルの少なくとも１種類を含有し、かつ該臭化アルキルは
   混合溶媒中に体積分率で３０ないし７０％含有されてい
   ることを特徴とする電気粘性流体。