JPH04120194A

JPH04120194A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH04120194A
Application number: JP24192890A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Arai; 新井　克矢; Makoto Kanbara; 誠神原; Hirotaka Tomizawa; 富沢　広隆
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1990-09-11
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1992-04-21

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、電圧印加により粘度を制御しうる電気粘性流
体に関し、可変減衰ダンノ（、エンジン１ウント、軸受
ダンパ、クラッチ、ノイルブ、ショつクアブソーバー等
の電気的制御に利用できる電り粘性流体に関する。

（従来の技術）電圧の印加により流体の粘度が変化する電気オ性流体（
Ｂｌｅｃｔｒｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ
ＳＢｌｅｃｔｒ（ｉｓｃｏｕｓ　Ｆｌｕｉｄ、　）は古
くから知られている（Ｄｕｌ＾、Ｗ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ
　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｖｏｌ　、　　４　、　　Ｎｏ、１（
１８９６）２３）。

電気粘性流体に関する当初の研究は、液体のみの系に注
目したものであり、効果も不充分なものであるが、その
後固体分散系の電気粘性流体の研究に移り、かなりの電
気粘性効果が得られるようになった。

電気粘性流体における増粘効果（ＥＲ効果）の発現メカ
ニズムとしては、例えばＫｌａｓｓは電気粘性流体中の
分散質である各粒子は、電場内で二層構造の誘電分極（
Ｉｎｄｕｃｅｄ　Ｐｏ１ａｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔ
ｈｅＤｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ）を生じ、これが主因で
あるとしている（に１ａｓｓ、　Ｄ、Ｌ、、　ｅｔ　ａ
ｌ、、　Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、
　Ｖｏｌ、３８．　Ｎｏ１（１９６７）　６７）　。こ
れを電気二重層（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｏｕｂｌｅ　１
ａｙｅｒ　）から説明すると、分散質（シリカゲル等）
の周囲に吸着したイオンは、Ｅ（電場）−〇の時は分散
質の外表面に均一に配置しているが、Ｅ（電場）−有限
値の時はイオン分布に片寄りが生じ、各粒子は電場内で
相互に静電気作用を及ぼし合うようになる。このように
して電極間において各粒子がブリッジ（架橋）を形成し
、応力に対して剪断抵抗力を発現、即ちＥＲ効果を発現
するようになる。

例えば、Ｗｉｎｓｌｏｗはパラフィンとシリカゲル粉末
、それに系を僅かに電導性にするために水を使用した電
気粘性流体を提案した（　Ｗｉｎｓｌｏｗ、　Ｗ、Ｍ、
。

Ｊ、ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ、　Ｖｏｌ
、２０（１９４９）１１３７）　。このＷｉｎｓｌｏｗ
の研究により電気粘性流体のもつ電気粘性効果はＷｉｎ
ｓｌｏｗ効果と呼ばれている。

このような固体分散系のＥＲ流体において、ＥＲ効果の
発現メカニズムに配慮しつつ、ＥＲ流体の粘度特性を向
上させる観点、安定性を向上させる観点から、例えば、
強誘電体粉体と少量の水分を吸着させた二酸化珪素系微
粉体を用いるもの（特開昭５３−１７５８５号）、又分
極剤である水に代えて多価アルコールを使用し、高温領
域でのＥＲ効果を高めるもの等が開発されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、多価アルコールを添加したＥＲ流体は、
使用につれて初期粘度（電圧を印加しない状態での粘度
）が上昇し、しかも高温領域ではその初期粘度の上昇が
著しくＥＲ効果を維持しえなくなくことが判明した。

本発明は、高温領域でのＥＲ効果を安定して維持すると
共に、特に初期粘度の上昇を防止しうるＥＲ流体の提供
を課題とする。

（問題点を解決するための手段）本発明の電気粘性流体は、電気絶縁性流体、多孔質固体
粒子、分散剤からなる電気粘性流体に、多価アルコール
の部分エーテル化物又は多価アルコールの部分エステル
化物から選ばれる少なくとも１種の物質を含有させるこ
とを特徴とする。

電気絶縁性流体としては、例えば鉱油、合成潤滑油があ
り、具体的にはパラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油、ポ
リ−α−オレフィン、ポリアルキレングリコール、シリ
コーン、ジエステル、ポリオールエステル、燐酸エステ
ル、珪素化合物、弗素化合物、ポリフェニルエーテル、
合成炭化水素等のオイルがあげられる。これらの電気絶
縁性流体の粘度範囲は４０℃において５ｃＳｔ〜３００
ｃＳｔのものが使用できる。

また、多孔質固体粒子は慣用のものが使用され、例えば
シリカゲル、含水性樹脂、ケイソウ土、アルミナ、シリ
カ−アルミナ、ゼオライト、イオン交換樹脂、セルロー
ス等を使用できる。これら多孔質固体粒子は、通常粒径
１０ｎｍ〜２００μｎのものが、ＥＲ流体全体でＯ，１
ｗｔ％〜５０ｗｔ％の割合で使用される。Ｏ，１ｗｔ％
未満ではＥＲ効果が少なく、また５０　ｗｔ％を越える
と分散性が悪くなるので好ましくない。

また多孔質固体粒子を均一かつ安定して分散させるため
に分散剤が使用されるが、例えばスルホネート類、フェ
ネート類、ホスホネート類、コハク酸イミド類、アミン
類、非イオン系分散剤等が使用され、具体的にはマグネ
シウムスルホネート、カルシウムスルホネート、カルシ
ウムホスホネート、ポリブテニルコハク酸イミド、ソル
ビタンモノオレート、ソルビタンセスキオレート等があ
る。

これらは通常、ＥＲ流体全体でＯ，１ｗｔ〜１０　ｗｔ
％の割合で使用されるが、多孔質固体粒子の分散性がよ
い場合には使用しなくてもよい。

次に、本発明における多価アルコールの部分エーテル化
物又は多価アルコールの部分エステル化物について説明
する。

多価アルコールの部分エーテル化物又は多価アルコール
の部分エステル化物としては、二価アルコール、三価ア
ルコールの低級アルキル部分エーテル、低級脂肪酸部分
エステル類を使用するとよい。多価アルコール成分とし
ては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコー
ル、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコール、グリセリン、プロパンジ
オール、ブタンジオール、ベンタンジオール、ヘキサン
ジオール等があり、部分エーテルとしてはその末端水酸
基の１つがメチル基、エチル基、プロピル基等により置
換されたモノエーテル類、また部分エステル類としては
その末端水酸基の１つが酢酸、プロピオン酸、酪酸等に
よりエステル化されたものを使用することができる。

多価アルコールの部分エーテル化物又は多価アルコール
の部分エステル化物（以下、多価アルコ−ル部分誘導体
という）は、高温領域でのＥＲ効果を向上させるもので
あり、通常多孔質固体粒子に対して１ｗｔ％〜１００ｗ
ｔ％、特に好ましくは２ｗｔ％〜８０ｗｔ％使用すると
よい。添加量が１ｗｔ％未満であるとＥＲ効果が少なく
、又１００ｗｔ％を越えると電流が流れやすくなるので
好ましくない。

尚、この多価アルコール誘導体と共にＥＲ効果を阻害し
ない程度に水を使用してもよいことは勿論である。

又、本発明のＥＲ流体には、分極剤として多価アルコー
ルの部分エステル化物を使用する場合には、多価アルコ
ールの部分エステル化物を加水分解しないものであるこ
とが必要である。又、分極促進剤として更に酸、塩、又
は塩基成分を添加することができる。

このような酸成分としては硫酸、塩酸、硝酸、過塩素酸
、クロム酸、リン酸、ホウ酸等の無機酸、或は酢酸、ギ
酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、シュウ酸
、マロン酸等の有機酸が使用される。

塩としては、金属又は塩基性基（ＮＨ，、Ｎ２Ｈ３＋等
）と酸基からなる化合物であり、これらはいずれでも使
用することができる。中でも多価アルコール部分誘導体
、または多価アルコール部分誘導体と水に溶解して解離
するもの、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属のハ
ロゲン化物などの典型的なイオン結晶を形成するもの、
あるいは有機酸のアルカリ金属塩などが好ましい。

この種の塩として、ＬｉＣｊ！、ＮａＣＣＫＣｊ！５Ｍ
ｇＣ１１、ＣａＣｊ！２、ＢａＣｊ！ｚ　、Ｌ　１Ｂｒ
ＳＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＭｇＢｒａ、Ｌｉｌ。

Ｎａｌ、ＫＩ、ＡｇＮＯｓ　、Ｃａ　（ＮＯ３）２、Ｎ
ａＮＯ２、ＮＨ４ＮＯ３、Ｋ２　Ｓ○、　、Ｎａ２５Ｏ
ａ　、Ｎａ２５Ｏａ、（ＮＨ，）　２Ｓｏ、あるいはギ
酸、酢酸、シュウ酸、コハク酸などのアルカリ酸金属塩
がある。

本発明で使用しうる塩基とは、アルカリ金属、或いはア
ルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、ア
ミン類などであり、多価アルコール部分誘導体、あるい
は多価アルコール部分誘導体と水の系に溶解して解離す
るものが好ましい。

この種の塩基として、ＮａＯＨ，ＫＯＨ，Ｃａ（ＯＨ）
！　、Ｎａａ　Ｃｏｗ　、ＮａＨＣＯｓ　、ＫｓＰＯ４
、Ｎａｓ　ＰＯ４、アニリン、アルキルアミン、エタノ
ールアミンなどがある。尚、前記した塩と塩基を併用す
ることができる。

酸、塩、塩基類は、分極効果を増大させることができる
ものであるが、多価アルコール部分誘導体と組合せ使用
することにより、より分極効果を増大させることができ
るものであり、ＥＲ流体全体で０．０ｂ＋ｔ％〜５ｗｔ
％の割合で使用するとよい。０．０１ｗｔ％未満である
とＥＲ効果が少なく、また５ｗｔ％を越えると通電しや
すくなり、消費電力が増大するので好ましくない。

また、本発明のＥＲ流体には、酸化防止剤及び／又は腐
食防止剤を添加することが好ましい。

酸化防止剤は、電気絶縁性液体の酸化防止と共に、分極
剤である多価アルコール部分誘導体の酸化を防止するこ
とを目的とするものである。

酸化防止剤としては、分極剤、多孔質固体粒子に不活性
なものを使用するとよく、慣用されるフェノール系、ア
ミン系酸化防止剤を使用することができ、具体的にはフ
ェノール系としては２・６−ジーｔ−ブチルパラクレゾ
ール、４・４′−メチレンビス（２・６−ジーｔ−ブチ
ルフェノール）、２・６−ジーｔ−ブチルフェノール等
、またアミン系としてはジオクチルジフェニルアミン、
フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルジフェニルア
ミン、Ｎ−ニトロソジフェニルアミン等を使用すること
ができ、ＥＲ流体全体に対して０．０１〜１０−ｔ％、
好ましくは０．１〜２，０ｗｔ％使用することができ、
０．０１ｗｔ％より少ないと酸化防止効果がなく、また
１０ｗｔ％を越えると色相悪化、濁りの発生、スラッジ
の発生、粘調性の増大等の問題がある。

また腐食防止剤としても、分極剤、多孔質固体粒子に不
活性なものを使用するとよく、具体的には窒素化合物で
はベンゾトリアゾールおよびその誘導体、イミダシリン
、ピリミジン誘導体等、イオウ及び窒素を含む化合物で
は、１．３．４−チアジアゾールポリスルフィド、ＩＪ
、４−チアジアゾリル−２゜５−ビスジアルキルジチオ
カルバメ−トルキルジチオ）ベンゾイミダゾール等、そ
の他、β−（０−カルボキシベンジルチオ）プロピオン
ニトリルまたはプロピオン酸等を使用することができ、
ＥＲ流体全体に対して０．００１〜１０ｗｔ％好ましく
は０．旧〜１．　０ｗｔ％使用するとよい。０．　００
１ｗｔ％より少ないと腐食防止効果がなく、また１０ｗ
ｔ％を越えると色相悪化、濁りの発生、スラッジの発生
、粘調性の増大等の問題がある。

又、ＥＲ効果に影響がない程度に摩耗防止剤、極圧剤、
消泡剤等の添加剤を配合してもよい。

〔作用〕

ＥＲ流体においては、多価アルコールを添加することに
より高温領域に至る広い温度範囲で安定した増粘効果を
奏することができるが、本発明は分極剤として多価アル
コールを含有したＥＲ流体は、使用するにつれ、電圧を
かけない状態での粘度が上昇し、特に高温時での使用に
よりその上昇が著しいことを見出したものである。

その詳細な理由は不明であるが、多価アルコールを添加
したＥＲ流体は、使用するにつれてゲル化現象が生じる
ことにより、粘度増加が生じるものと考えられ、本発明
は、多価アルコールの部分エーテル化物又は部分エステ
ル化物を使用することにより、高温領域に至る広い温度
範囲での粘度変化の応答性、再現性、増粘効果（電場０
時に対する電場印加時の増粘倍率）等に優れた効果を維
持すると共に、使用につれての電圧をかけない状態での
粘度上昇を防止することができ、より耐久性に優れたＥ
Ｒ流体となしえるものである。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は
これら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕鉱油　　　　　８９，２％シリカゲル　　　　　　　　　６　　％コハク酸イミド
　　　　　　　　４　　％トリエチレングリコールモノメチルエーテル　　　０，４％２、６−ジーｔ−ブチルフェノール　０．３％ベンゾト
リアゾール誘導体　　０．１％（単位重量％）を混合し、ＥＲ流体を調製した。

尚、これらのサンプルは４０℃で全て８０ｃＳｔとなる
ように鉱油の粘度を調整した。

次に、このＥＲ流体を４０℃と９０℃で、電圧の印加が
可能な回転粘度計を用いて、以下の項目について測定し
、ＥＲ流体としての評価を行った。

・応答性−交流電場を０から２．　Ｏ　Ｘ　１０’　（
Ｖ／＋ｍ）に変化させた時に、何秒で粘度が安定するかにより評価。

・再現性−交流電場を０→２．　Ｏ　Ｘ　１０’　（Ｖ
／ｍ）→０のサイクルを繰り返した時、電場１．４ｘ　
１０′′（Ｖ／ｍ）の時の粘度の変動割合により評価。

・耐久性−交流電場を２．Ｏ　ＸＩＯ’（Ｖ／＋ｍ）で
一定させた時、経時的な粘度の変化量（％）（測定時間５時間）で評価。

・増粘効果−電場０時と比較して、交流電場を１。

４　ｘ　１０’　（Ｖ／ｍ）とした時の粘度の倍率で評
価。

・ＯＶ粘度変化率−５時間の耐久試験前後の電圧Ｏｖの
状態での粘度の変化率（％）で評価。

結果を下表に示す。

〔実施例２〕実施例１のトリエチレングリコールモノメチルエーテル
に代えて、トリエチレングリコールモノアセテートを同
量使用してＥＲ流体を調製し、実施例１同様にＥＲ流体
としての性能を評価し、その結果を下表に示す。

〔比較例〕

実施例１のトリエチレングリコールモノメチルエーテル
に代えて、トリエチレングリコールを同量使用したＥＲ
流体を調製し、実施例１同様にＥＲ流体としての性能を
評価し、その結果を下表に示す。

（以下余白）表かられかるように、本発明のＥＲ流体は従来のＥＲ流
体同様の高温領域に至る広い温度範囲における応答性、
再現性、増粘効果、耐久性を示すと共に、ＯＶ粘度変化
率を低くすることができるものである。

（発明の効果）本発明のＥＲ流体は、高温領域に至る広い温度範囲にお
いて極めて応答性、再現性、耐久性、増粘効果に優れる
と共に、ＯＶ粘度変化率を低くすることができるので、
例えば粘度変化を利用した制御機器に有用であると共に
、その制御精度、特に高温使用下での制御精度を格段に
向上させることができるものである。

出願人東燃株式会社復代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気絶縁性流体、多孔質固体粒子、分散剤からな
る電気粘性流体に、多価アルコールの部分エーテル化物
又は多価アルコールの部分エステル化物から選ばれる少
なくとも１種の物質を含有させることを特徴とする電気
粘性流体。