JPH0316910A - 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〕 本発明は電気粘性流体に関するものであり、詳しくは、
電気絶縁性液体４申に分散される微粒子として、その表
面が特定の方法によって、電気絶縁性被膜で均一に被覆
された微粒子を用いることを特徴とする電気粘性流体に
関するものである。

電気粘性流体とは、印加電圧の作用（ＱＦＦ，ＯＮ（電
圧変化））によってその見掛けの粘度が迅速かつ可逆的
に変化する、いわゆる電気粘性効果を示す液体である。

〔従来技術〕

電気粘性流体は、導電性微粒子を電気絶縁性液体中に分
散してなるものであり、その電気粘性効果発現のメカニ
ズムは次のように考えられている。

すなわち、電気粘性流体に電圧を印加した際、電極間に
生じる電場の作用により、分散粒子は分極し、更に、該
分極に基づく静電引力により互いに凝集し、その結果と
して、電気粘性効果が発現される。

従来、このような原理に基づく電気粘性流体の．分散粒
子としては、電解質溶液を含有する粒子や半導体粒子な
どが知られている。

ところで、金属や導電性カーボンなどの良導体粒子も、
これが凝集した際に粒子間でショートすることのないよ
うに、その表面に電気絶縁性物質の被膜を設けるならば
、分散粒子として使用し得ると考えられる。

また、従来の電気粘性流体においても、消費電力を小さ
くする上で、抵抗率は大きいことが望ましいが、湛度、
電気絶縁性液体の種類、微粒子の導電率、あるいは印加
電圧の大きさによっては、抵抗率が低下することがある
ので、このよ５１よ電気絶縁性物質の被膜は作動条件の
最適範囲の拡大上、望ましいものである。

〔従来技術の問題点〕

しかしながら、電気粘性流体に使用される粒子は、長期
間にわたっての分散安定性を確保する必要性から、例え
ば、０．７〜／００μｍの粒径のものが使用されるので
あるが、このような微粒子の表面に凝集を招くことなく
電気絶縁性物質の適当Ａ膜厚の被膜を均一に設けること
は困難であり実際、そのような微粒子を電気絶縁性液体
に分散してなる電気粘性流体の例は知られて℃・ない。

〔発明の構或〕

本発明は上記実情の基になされたものであり、その要旨
は、導電性微粒子を電気絶縁性液体中？分散してなる電
気粘性流体であって、前記微粒子が、金属アルコキサイ
ドまたはその誘導体の加水分解・重合反応によってその
表面に電気絶縁性被膜を形成したものであることを特徴
とする電気粘性流体に存ずる。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明で用いる導電性微粒子とは、電解質溶液等の揮発
性物質を含有しない導電性微粒子をさし、その電気伝導
度は、通常／θ−１０Ω−１−α−１以上、好ましくは
／０−５０−１・（ｌｍ−’以上である。

具体的には、金属、半導体、導電性カーボン、固体電解
質、導電性樹脂等が使用可能であるが、代表的なものと
しては、アル■ニウム、半導体シリコン、グラファイト
、β−アルミナなどが挙げられる。該導電性微粒子の粒
径は、粒子が後述の電気絶縁性液体中に安定に分散され
るかぎり特に限定されｔよいが、平均粒径で０．０／〜
夕００μｍより好ましくは０，　／〜／００μｍのもの
が用いられる。本発明で使用される金属アルコキサイド
又はその誘導体としては、＝　３ 乙　一 「ＭｅｔａｌＡ口＜ｏｘｉｄｅｓ　　（　Ｄ．Ｃ．Ｂｒ
ａｄｌｅｙ，Ｒ．Ｃ．Ｍｅｈｒｏｔｒａ，　Ｄ．　Ｐ．
　Ｇａｕｒ共著）　Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ／９
ｇク」に記述されている種々のアルコキサイドが使用可
能であるが、代表的なものとしてはＳ　ｉ，　Ｔ　ｉ，
　Ｚｒ等のアルコキサイド又は、アルキル基、ビニル基
等を含むその誘導体やＢａ−　Ｔ　ｉ　，　Ｓ　ｒ　−
　Ｔ　ｉ．　，　Ｐ　ｂ−Ｔ　ｉ　，　Ｐ　ｂ−Ｔ　ｉ
　−　Ｚ　ｒ　，Ｌ　ｉ　−　Ｎ　ｂ等の複合アルコキ
サイド又はその誘導体が挙げられる。その中でも特に、
反応速度、取り扱いの容易さ、工業規模での入手の容易
さなどから８１のメトキシ、エトキシ、プロボキシ、ブ
ｌ・キシ等の低級アルコキサイドが好適に用いられる。

又、これらアルコキサイドが、微粒子を被覆することに
支障を生じない限り、部分的に加水分解して、複量化し
て（・でも良い。

金属アルコキサイドの加水分解は、一般にアルコキサイ
ドを溶解したアルコール溶液とアルコル水溶液とを混合
することによって行なわれるが、アルコール水溶液中に
前記微粒子を分散させ、加水分解速度を適宜調整するこ
とによって、電気絶縁性被膜を前記微粒子の表面に析出
させることができる。加水分解速度は、通常、反応系内
のアルコキサイドと水のモル比、濃度および必要に応じ
て加えられる触媒（酸又はアルカリ）量等によって調整
される。電気絶縁性被膜を得るための条件は、前記微粒
子の種類、粒度分布やアルコキサイドの種類によって異
なるため一概には決定できな〜・が、例えばＳ　ｉ．　
（　ＯＣ２Ｈ５　）４　，　Ｔ　ｉ　（○Ｃ２Ｈ５　）
４　，　Ｚ　ｒ　（　ＯＣ２Ｈ５　）４の場合は、通常
、［：　Ｈ２　０　］　／　Ｃアルコキザイド〕が／〜
／００、アルコキザイドの濃度（ｍｏ１％）がｏ，　ｏ
　ｔ　−　ｓ、水の濃度（ｍｏ１％）が０．７〜／Ｏの
範囲から選ばれる。又、この反応はさらにアルコキザイ
ドのアルコール溶液を加えることにより繰り返すことが
可能であり、反応回数を増やすことにより膜厚を厚くす
ることもできる。

電気絶縁性被膜の膜厚は直接測定することは困難である
が、微粒子の添加量、粒径、アルコキサイドの添加量か
ら計算することができる。

被膜の膜厚は通常、ＱθＳ〜／μｍの範囲から選ばれ、
粒子／アルコキサイドの添加量比や加水分解の反応回数
を増減することにより適当な膜厚を得ることができる。

表面に電気絶縁性物質の被膜を形成された微粒子は、ア
ルコール溶液中から適当な方法により分離し、乾燥して
合或時の揮発成分を完全に除去する。この際の温度は粒
子が焼結しない様、ｂｏｏ℃程度以下、特に望ましくは
／Ｏθ〜３００℃程度である。

次に、本発明において使用するのに好適な電気絶縁性液
体はシリコーン油、トランス油、エンジンオイル、エス
テル、２価アルコールなど上記微粒子を安定、に分散で
き、かつ絶縁抵抗の高いものが適当である。

電気絶縁性液体に対し前記微粒子の量は通常＆ｖｏｌ％
〜夕θｖｏｌ％が用いられ、好ましくは／　Ｏ　ｖｏｌ
％〜１１　０　ｖｏｌ％である。分散方法はボールミル
や超音波分散で代表される一般的な混合分散方法が使用
できる。

このような方法により表面を電気絶縁性物質で被覆した
導電性粒子を電気絶縁性液体中に分散させてなる流体に
電界を印加するならば、電気絶縁性被膜により粒子相互
の絶縁が保たれるため、粒子は電荷の移動により分極し
、前述のメカニズムにより電気粘性効果を示すことが可
能となるのである。

電気粘性効果の測定方法は共軸２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
（　／　４　２　ｓｅｃ−”　）における剪断応力の増
加量を求め粘度変イしに換算した。

電気粘性流体は印加する電圧により流動特性を制御でき
るので、今後コンピュター制御めメカトロニクス分野へ
の展開が期待される。具体的な応用例について幾つかの
例を上げる。自動車産業においてはクラッチ、トルクコ
ンバータ、バルブ、ショックアブソバー　ブレーキシス
テム、パワーステアリング等の応用部品が考えられてい
る。また産業用ロボットの分野においても、各種アクチ
ュエータに応用されつつある。

以下、実施例により本発明を具体的に説明す？が、本発
明はその要旨を越えないかぎり、以下の実施例に限定さ
れるものではない。

〔実施例／〕

アルミニウム粉（平均粒径３ｏμｍ）／！ｒｇをエタノ
ールλク友９　ｕ　９、！ｇｗｔ％アンモニア水３０．
ｇｔｊｉ，蒸留水．２　＋，　００ｇを混合した溶液に
加え、これにエチルシリヶート２友６６ｇ、エタノール
９λ！Ａｊｊを混合した溶液を加え、４時間攪拌を続げ
た。この混合液を静置し上澄みを捨て、残った粒子なｇ
ｊｔ′ＣＡ時間真空乾燥させた。得られた粒子を走査型
電子顕微鏡、エネルギー分散型Ｘ線分析装置で観察した
ところ、アルミニウム粉の表面にはシリヵ９被膜が形成
されていた。被膜の膜厚は直接測定することは困難であ
るが、粒子を直径３０μｍの球、添加したエチルシリケ
ートが全てシリヵとして粒子表面に均一に析出したと仮
定して計算すると０．／／μｍとなった。

前記シリカで被覆されたアル■ニウム粉ｉ　ｏ．ｏ　ｏ
　，！９　ヲシリコーンオイル（東レ　シリコ？ンｓＨ
２００　　／Ｏｃｓ）３２．３３ｆｊに加え，プラスチ
ックボール■ルを用いて分散混合した。

こうして得られた本発明の電気粘性流体について、共軸
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（／Ａ２ｇ−’）における剪
断応力を測定（電極間距Ｍ　／　ｍｕ，　ｉ＆　ｓ　ｓ
℃）した結果、電界を印加しない場合の八度′（初期粘
度）２．７ボイズが、／．ｌＩＫＶ−π『１の電界を印
加するとｌ３．！ポイズ〔比較例／〕 アルミニウム粉（平均粒径３ｏμｍ　）　／　０．０　
０ｇリコーンオイル３２．３３ｆｉに加え、プラスチッ
クボールミルを用いて分散混合した。得られた流体に０
．　’ｌ　ＫＶ−ｍｍ−’の電界を印加するとショート
し、電気粘性効果を示さなかった。

〔実施例２〕 半導体シリコン（平均粒径２ｓμｍ　）　／よθＯｇに
実施例／と同様の方法でシリヵの被膜な形威した。実施
例／の場合と同様に被膜の膜厚を計算したところθ．／
／μｍであった。

該粒子／０．０θｇをシリコーンオイル／　Ａ，　３　
９ｇに加え、分散混合した。

こうして得られた本発明の電気粘性流体につＬ・て実施
例／と同様の測定を行なった結果、初期粘度０．ｇボイ
ズが／，　Ａ　ＫＶ−ｍｍ−”の電界を印加するとグ．
ｇポイズに増加した。／．乙ＫＶ−ｍｍ−’印加時の抵
抗率はλ．Ｏ×／０９Ω・のであった。

〔比較例４〕 半導体シリコン（平均粒径４Ｓμｍ　）　／　０．　０
　０ｇをシリコーンオイル／　４．　０　３　ｇに加え
、分散混合した。

得られた流体は初期粘度０．４ポイズがｏ．ｇＫＶ・ｍ
ｍ−’の電界を印加すると＋，ｇボイズに増加したが、
／　ＫＶ−ｒｕｎ−”の電界を印加するとショートした
。０．　ｇ　ＫＶ−ｍｍ−’印加時の抵抗率はク．ク×
／θ７Ω・粧であった。

〔実施例３〕 グラファイト（平均粒径／０μｌ　）　／　ｔ．　０　
０ｇに実施例／と同様の方法でシリカの被暎を形威した
。実施例／の場合と同様に被膜の膜厚を計算したところ
ｏ．Ｏｇμｍであった。

該粒子ｊ，　ｏ　ｏ　ｇをシリコーンオイルＪ　３．　
．３！ｉｇに加え、分散混合した。

こうして得られた本発明の電気粘性流体について、実施
例／と同様の測定を行なった結果、初期粘度／．／ボイ
ズが、２，　Ｏ　ＫＶ−ｍｍ−’の電界を印加するとク
．乙ポイズに増加した。：ｌ，ＯＫＶ・ｍｍ−’印加時
の抵抗率は２＃Ｘ／０９Ω・鼾であった。

〔比較例３〕 グラファイト（平均粒径／Ｏμｍ）ｈ，ｏθｇをシリコ
ーンオイル．２　３．３　ｊ　９に加え、分散混合した
。

得られた流体にθＨ　２　ＫＶ−ｍｍ−’の電界を印加
するとショートし、電気粘性効果を示さなかった。

〔実施例グ〕

β−アルミナ（平均粒径／Ｏμｍ）／ｋ，００ｇに実施
例／と同様の方法でシリカの被膜な形−１１− −１２ 威した。実施例／の場合と同様に被膜の膜厚を計算した
ところ０．０ｇμｍであった。

該粒子／θ：ｏｏｇをシリコーンオイル／　ｇ，　２　
．！ｌ−ｇに加え、分散混合した。

こうして得られた本発明の電気粘性流体は、２Ｓ℃で測
定を行なった結果、初期粘度／，０ボイズが、ユ．　Ｏ
　ＫＶ−ｍｕ−”の電界を印加すると／．！ｉポイズに
増加した。この時の抵抗率は９．７×／　０９Ω・備で
あった。また７．２θ℃で測定を行なった結果、初期粘
度０，　２ポイズがｕ．ＯＫＶ・ｍｍ−’の電界を印加
すると、乙クポイズに増加した。この時の抵抗率は’７
，　？　Ｘ　／　０９Ω・αであった。

〔比較例グ〕

β−アルミナ（平均粒径／Ｏμｎ−ｒ）／ｏ．００ｇを
シリコーンオイル／乙，ｓｌＩｇに加え、分散混合した
。こうして得られた電気粘性流体は４３℃で測定を行な
った結果、初期粘度θ．２ボイズが２，　Ｏ　ＫＶ−ｍ
ｍ−’の電界を印加するとｏ．　ｇポイズに増加した。

この時の抵抗率は友１，×／０９Ω・薇であった。また
／２０℃で測定を行なった結果、初期粘度Ｏ．ｌポイズ
がユ．ｏＫ■・朋−１の電界を印加すると＋，ｒポイズ
に増加した。この時の抵抗率は３，ＯＸ／０９Ω・αで
あった。

〔発明の効果〕

本発明は上述のごとく、従来の先行技術で開示されてち
・る組或物にくらべて、広い温度範囲におＬ・て安定な
電気粘性効果を示す電気粘性流体を与える。

【図面の簡単な説明】

第／図は本発明の実施例／の電気粘性流体の印加電界に
たち・する増粘効果を示すグラフであり、横軸は印加電
圧（　ＫＶ−ｍｒｒｒ−’　）、縦軸は粘度（　ｐｏｉ
ｓｅ　）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）揮発成分を含まない導電性微粒子を電気絶縁性液
   体中に分散してなる電気粘性流体であって、前記微粒子
   の表面に、金属アルコキサイド又はその誘導体の加水分
   解・重合反応による電気絶縁性の被膜を形成したことを
   特徴とする電気粘性流体。