JPH04348192A - 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】

【０００１】

【産業の利用分野】本発明は、電気制御によりその粘性
特性を大きく、しかも可逆的に変えることができ、エン
ジンマウント、ショックアブソーバー、バルブ、アクチ
ュエーター、クラッチなどの機械装置の電気制御に好適
に利用される電気粘性（Ｅｌｅｃｔｒｏ　　Ｒｈｅｏｌ
ｏｇｉｃａｌ）流体に関する。

【０００２】

【従来の技術】油状媒体にある種の物質を分散させた流
体に電場を印加することにより、その見かけ粘度が大き
く変化する現象は、ウィンズロー効果として古くから知
られている。このようなウィンズロー効果を示す初期の
流体は、デンプンやスターチなどを鉱油や潤滑油に分散
させたものであるが、これらの流体は、電気粘性効果の
重要性を認識する上では十分であったが、効果の再現性
が欠如しており、各種の分野でその効果を利用すること
は不可能であった。

【０００３】そこで、電気粘性効果が高く、再現性の良
好な流体を得るため、これまで微粉体を中心として盛ん
に研究が行われ、多くの提案がなされている。例えば、
ポリアクリル酸のような酸基を有する高吸水性樹脂微粒
子（特開昭５３−９３１８６号公報）、イオン交換樹脂
（特公昭６０−３１２１１号公報）、アルミナシリケー
ト（特開昭６２−９５３９７号公報）などを用いたもの
が提案されている。

【０００４】これらの電気粘性流体は、いずれも親水性
の微粉体を含水させ、絶縁性の油状媒体中に分散させた
ものであり、これらの電気粘性効果は、外部から高電圧
を印加した時、水の作用により微粉体に分極が生じ、こ
の分極により粒子間に電場方向の架橋が生じて流体の粘
度が増大するとものと考えられている。

【０００５】このような水の作用による電気粘性流体の
研究がこれまで行われてきたが、近年例えばポリアセン
キノンなどの有機半導体微粒子を用いた流体（特開昭６
１−２１６２０２号公報）、有機固体粒子の表面に導電
性薄膜層を形成し、更にその上に電気絶縁性薄膜層を形
成した誘電体微粒子を用いた流体（特開昭６３−９７６
９４号公報）、空洞部分を有する誘電体微粒子を用いた
流体（特開平１−１７２４９６号公報）など強誘電体物
質や半導体粒子を用いた水分を含まない非水系電気粘性
流体が提案されてきている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような非水系電気
粘性流体は、従来の流体における水の存在による種々の
欠陥、例えば水イオンの存在により電圧印加時に流れる
電流値の増大又は電気依存性が大きくなるなどの欠点を
解消する可能性が大きく期待され、更に研究が進められ
ている。即ち、ウィンズロー効果が外部電圧による微粒
子表面の分極に基ずくものであると仮定し、微粒子表面
に分極を生じさせる別の方法、とりわけ誘電体微粒子の
検討が盛んに行われている。しかしながら、従来提案さ
れてきた単層の化合物からなる半導体粒子又は表面に絶
縁層を形成した微粒子等を用いる非水系電気粘性流体は
、水を添加して引き起こされる電気粘性効果に比較して
効果が小さかったり、直流では電気泳動が生じてしまっ
たり、安定性が十分でない場合があるなどの欠点を有し
ている。

【０００７】従って、このような欠点を解消することが
可能な新規な非水系電気粘性流体の開発が望まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記要望に応えるため、鋭意検討を重ねた結果、これまで
提案されてきた誘電体物質や半導体粒子を用いる方法で
は、電気粘性効果をこれ以上向上させること、直流通電
下においての電気泳動の発生を確実に防止すること、十
分な安定性を確保することなどの要望をすべて満足する
ことは困難であるという結論に達した。そこで、従来よ
り知られている誘電体物質や半導体粒子の他に電気粘性
効果を生じる粒子を見出すべく、更に検討を重ねた結果
、ポリアニリンを熱処理することにより得られる炭素質
粒子が、水を含んでいなくても有効な電気粘性効果を生
じ、これを油状媒体に分散することにより、新規な電気
粘性流体が得られることを知見し、本発明を完成したも
のである。

【０００９】従って、本発明は、電気絶縁性を有する油
状媒体中に、ポリアニリン粉末を熱処理して得られた炭
素質粉体を分散してなることを特徴とする電気粘性流体
を提供するものである。

【００１０】以下、本発明につき更に詳しく説明すると
、本発明の電気粘性流体は、上述したように、電気絶縁
性を有する油状媒体中にポリアニリン粉末を熱処理して
得た炭素質粉体を分散させたもので、電気粘性効果を得
るための水の添加を必要としない非水系電気粘性流体で
ある。

【００１１】上記ポリアニリン粉末は、アニリンを電気
的又は化学的に酸化重合させることにより得ることがで
き、この場合その手法にとくに制限はなく、アニリンに
重合するに至る電位を何らかの方法により与えてやれば
よい。具体的には、電気的酸化重合によりポリアニリン
を得る場合、アニリンモノマーを含む溶液中に作用極及
び対極となる一対の電極板を浸漬し、両極間にアニリン
の酸化電位以上の電圧を印加するか、またはアニリンが
重合するに十分な電圧が確保できるような条件の電流を
通電してやればよく、これにより作用極上にポリアニリ
ンが生成するものである。また、化学的酸化重合法では
、アニリンモノマーを含む溶液中に酸化還元電位がアニ
リンの重合電位程度となる酸化剤、例えば（ＮＨ４）２
Ｓ２Ｏ８、ＭｎＯ２、ＰｂＯ２、ＦｅＣｌ３などを投与
すればよい。

【００１２】ここで、ポリアニリンを電気的又は化学的
酸化重合により得る場合、重合原料のアニリンと共にＨ
ＢＦ４、Ｈ２ＳＯ４、ＨＣｌ、ＨＣｌＯ４などの酸を混
在させると、酸の負イオンがドーパントとして合成され
るポリアニリン中に取り込まれ、良導電性のポリアニリ
ンが得られることが知られている。例えば重合原料のア
ニリンをＨＢＦ４を混在させた状態で酸化重合して得ら
れるポリアニリンは通常下記式（Ａ）〜（Ｄ）に示した
ように、ベンゾノイド＝アミン状態（式Ａ）、ベンゾノ
イド＝アンモニウム状態（式Ｂ）、ドープ＝セミキノン
ラジカル状態（式Ｃ）及びキノイド＝ジイミン状態（式
Ｄ）の４種のポリアニリンが混在した状態になり、この
ようなドープ＝セミキノンラジカル状態（式Ｃ）を含ん
だポリアニリンが良導電性を示すことが知られているが
、これらの混合比は最終的に電気粘性効果に特に影響す
ることはなく、本発明においては、いずれの混合比のも
のも使用することができる。

【００１３】

【化１】

【００１４】このようなポリアニリンの合成法としてよ
り具体的な例を挙げると、電気的酸化重合法によるポリ
アニリンの合成方法としては、作用極及び対極としてス
テンレススチール、白金、カーボン等の良導電性物質か
らなる板や多孔質材などを用い、これらをＨ２ＳＯ４，
ＨＢＦ４等の酸及びアニリンモノマーを含む電解溶液中
に浸漬し、両極間に０．１〜１００ｍＡ／ｃｍ２程度の
電流を通電して、作用極側にポリアニリンを重合析出さ
せる方法などが例示され、また化学的酸化重合法による
ポリアニリンの合成方法としては、酸化剤として過硫酸
アニモニウム［（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ８］０．５モル／リ
ットルをＨ２ＳＯ４１モル／リットル及びアニリン０．
４モル／リットルを含む水溶液中に投与し、過硫酸アン
モニウムのもつ酸化還元電位２．０Ｖ（標準電極対比）
によりアニリンを酸化重合させ、ポリアニリンを重合析
出させる方法などが例示される。なお、このときの反応
は下記は反応式で表すことができる。

【００１５】

【化２】

【００１６】なお、上記方法により酸を混在させてポリ
アニリンを合成する際、酸の種類によって得られるポリ
アニリンの構造状態が異なり、例えばＨＢＦ４を用いた
場合はフィブリル状に、Ｈ２ＳＯ４を用いた場合には粒
状となり、また微粉状となる場合もある。本発明におい
ては、適宜な粉末化プロセスや造粒プロセスによって処
理することにより、これらのいずれのものも使用するこ
とができるが、特に合成時に適度な粒度分布を持つよう
な条件で重合を行うことが好ましい。また、この場合、
ポリアニリン粉末の粒度としては、特に制限されるもの
ではないが、平均粒径で０．０５〜２００μｍ、特に１
〜１００μｍとすることが好ましい。

【００１７】次に、上述したように、このポリアニリン
を熱処理することにより炭素質粉体を得るが、この場合
の処理温度に特に制限はなく、必要な電気粘性効果と電
流値に応じて適宜設定されるが、通常は２５０〜８００
℃、特に４５０〜６００℃とすることが好ましい。処理
温度が２５０℃未満であると、ポリアニリンの合成条件
によっては、十分な電気粘性効果が得られない場合があ
り、一方８００℃を超えると導電率が高くなり過ぎて電
流が流れ過ぎるようになってしまう場合がある。また、
処理温度以外の条件については、昇温速度、処理時間、
処理温度等のいずれの条件についても特に制限はなく、
適宜設定することができる。例えば、処理雰囲気に関し
ては、非酸化性雰囲気とすることが好ましいが、４００
℃未満の処理温度においては酸化性雰囲気とすることも
でき、更に酸化性雰囲気と非酸化性雰囲気とを組み合わ
せることも可能である。なお、ポリアニリンを熱処理す
ることにより得られる炭素質粉体の残炭率は２０〜８０
％、特に２５〜７０％とすることが好ましい。

【００１８】本発明の電気粘性流体は、このようにして
得られた炭素質粉体を電気絶縁性を有する油状媒体に分
散したものであるが、この場合上記油状媒体としては、
特に制限はなく、シリコーン油、鉱物油、変圧器油、パ
ラフィン油、ハロゲン化芳香族油など電気絶縁性を有す
るものであればいずれのものも使用することができる。

【００１９】また、分散条件に特に制限はないが、特に
分散時の炭素質粉体は、適度な粒度分布を有し、平均粒
径０．０５〜２００μｍ、特に１〜１００μｍ程度であ
ることが好ましい。この場合、ポリアニリン粉末の粒度
を上記好適範囲に制御しておけば、通常は好適な平均粒
径を有する炭素質粉体が上記熱処理により得られるが、
熱処理により得られた炭素質物質の平均粒径が極端に小
さかったり、又は極端に大きかったりした場合には、適
宜な手段により造粒したり、粉末化したりすることがで
きる。

【００２０】更に、炭素質粉体の分散量は、得られる電
気粘性流体の用途等により適宜設定され、必要とする粘
度変化量などに応じて適宜変更される。なお、分散方法
には特に制限はなく、炭素質粉体を均一に分散し得る乾
式の方法であればいずれの方法も採用することができる
。

【００２１】

【実施例】以下、実施例，比較例を示して本発明を具体
的に説明するが、本発明は下記実施例に制限されるもの
ではない。

【００２２】［実施例１］アニリン０．４モル／リット
ル及びＨ２ＳＯ４１．０モル／リットルを含む水溶液１
リットル中に過酸化アンモニウム０．５モルを投与し、
５時間撹拌して重合を行った。得られた懸濁液を濾過し
、固相分を乾燥してポリアニリン粉末４０ｇを得た。

【００２３】このポリアニリン粉末を窒素雰囲気中、３
℃／分の昇温速度で５３０℃まで加熱し、１時間焼成処
理して、図１に示した粒度分布を有する残炭率６８％の
炭素質粉体を得た。

【００２４】得られた炭素質粉体５０ｇをシリコーン油
（東芝シリコーン（株）製　　ＴＳＦ４５１−１０）１
５０ｇに分散させて電気粘性流体を得た。

【００２５】この電気粘性流体について、電気粘性効果
の測定を行った。電気粘性効果は、二重円筒型粘度計を
使用し、内外円筒間に０−２ｋＶの電圧を印加した時の
せん断速度３６６ｓｅｃ−１、温度２５℃における粘度
で評価した。結果を表１に示す。

【００２６】［実施例２］市販のアニリンブラック（東
洋色材工業（株）製　　Ｎｏ．１３アニリンブラック）
を窒素雰囲気中、３℃／分の昇温速度で４８０℃まで加
熱し、１時間焼成処理して、図２に示した粒度分布を有
する残炭率６８％の炭素質粉体を得た。

【００２７】得られた炭素質粉体５０ｇをシリコーン油
（東芝シリコーン（株）製　　ＴＳＦ４５１−１０）１
５０ｇに分散させて電気粘性流体を調製し、実施例１と
同様の方法で電気粘性効果を測定した。結果を表１に示
す。

【００２８】［比較例１］市販のアニリンブラック（東
洋色材工業（株）製　　Ｎｏ．１３アニリンブラック）
５０ｇをそのままシリコーン油（東芝シリコーン（株）
製　　ＴＳＦ４５１−１０）１５０ｇに分散させて電気
粘性流体を調製し、実施例１と同様の方法で電気粘性効
果を測定した。結果を表１に示す。

【００２９】［比較例２］実施例１で製造したものと同
様のポリアニリン粉末５０ｇを熱処理を行わずにそのま
まシリコーン油（東芝シリコーン（株）製　　ＴＳＦ４
５１−１０）１５０ｇに分散させて電気粘性流体を調製
し、実施例１と同様の方法で電気粘性効果を測定した。 結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】 ＊　　８００Ｖを超えると測定不能なため、８００Ｖで
測定した

【００３１】表１の結果から、本発明の電気粘性流体が
良好な電気粘性効果を有することが確認された。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電気粘性
流体は、良好な電気粘性効果を有する全く新規な非水系
電気粘性流体である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で用いた炭素質粉体の粒度分布を示す
グラフである。

【図２】実施例２で用いた炭素質粉体の粒度分布を示す
グラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電気絶縁性を有する油状媒体中に、ポ
   リアニリン粉末を熱処理して得られた炭素質粉体を分散
   してなることを特徴とする電気粘性流体。