JPH07292376A

JPH07292376A - 電気粘性流体

Info

Publication number: JPH07292376A
Application number: JP8845994A
Authority: JP
Inventors: Mikiro Arai; 幹郎新井; Motonori Oota; 元規太田; Nobuji Umamori; 布治馬守; Masahiko Hayafune; 正彦早舩
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明の電気粘性流体は、固体粒子における
粒径（対数目盛）−累積重量率分布において、累積重量
率７５％における粒径ｄ₇₅と累積重量率２５％における
粒径ｄ₂₅との比（ｄ₇₅／ｄ₂₅、但しｄ₇₅≧ｄ₂₅）が２．
０以下である固体粒子を電気絶縁性流体中に配合したも
のである。【効果】本発明の電気粘性流体は、分散質として粒径
分布の狭い固体粒子を使用することにより、より高い電
気粘性効果を発現するものであり、可変減衰ダンパ、エ
ンジンマウント、軸受ダンパ、クラッチ、バルブ、ショ
ックアブソーバー、表示素子等の電気的制御に適した電
気粘性流体である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変減衰ダンパ、エン
ジンマウント、軸受ダンパ、クラッチ、バルブ、ショッ
クアブソーバー、表示素子等の電気的制御に利用できる
電気粘性流体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧の印加により流体の粘度が変化する
電気粘性流体（ Electro-RheologicalFluid、Electrovi
scous Fluid、）は古くから知られている（Duff，A.W.P
hysical 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。

【０００３】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 Polarization of the Double Laye
r）を生じ、これが主因であるとしている（ Klass，D.
L.，et al.，J.of Applied Physics，Vol.38，No1(196
7)67）。これを電気二重層（electric double layer ）
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）＝０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、即ちＥＲ効果を発現するようになる。

【０００４】又、Winslow はパラフィンとシリカゲル粉
末、それに分極剤として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 Winslow効果と呼ばれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気絶縁性
流体中に固体粒子を配合した電気粘性流体において、よ
り電気粘性効果に優れる電気粘性流体の提供を課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電気粘性流体
は、固体粒子における粒径−累積重量率分布において、
累積重量率７５％における粒径ｄ₇₅と累積重量率２５％
における粒径ｄ₂₅との比（ｄ₇₅／ｄ₂₅、但しｄ₇₅≧
ｄ₂₅、以下、単にＤ値という）が２．０以下である固体
粒子を電気絶縁性流体中に配合したことを特徴とする。

【０００７】また、本発明の電気粘性流体は、固体粒子
における粒径−累積重量率分布において、Ｄ値が１．５
〜１．０である固体粒子を電気絶縁性流体中に配合した
ことを特徴とする。

【０００８】また、本発明の電気粘性流体は、上記の固
体粒子がシリカ微粒子であることを特徴とする。

【０００９】まず、本発明における固体粒子について説
明する。本発明における固体粒子は、シリカ微粒子（シ
リカゲル、シリカゾル等）、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、セルロース等が挙げられ、特にシリカ微粒子が好
ましい。

【００１０】これらの固体粒子は、平均粒径が約１０nm
〜２００μm 、好ましくは０．１μｍ〜５０μｍ、更に
好ましくは０．５μｍ〜５μｍの範囲のものが本発明に
おいては使用される。なお、粒径の大きなものは粉砕機
等により微粉化する。

【００１１】一般には、このような固体粒子は、粒径分
布を有しており、例えば粒径−累積重量率分布曲線によ
り示される粒度分布を有している。粒径−累積重量率分
布曲線とは、図１に例示されるように、粒径を対数目盛
で横軸にとり、累積の重量分配率を縦軸にとり、粒径と
累積の重量分配率との関係を表したものである。本発明
は、電気絶縁性流体に配合される固体粒子として、粒径
分布が狭く、粒径の揃ったものとすると、電圧印加時に
ブリッジを形成する固体粒子に電場が有効に作用し、よ
り高い電気粘性効果が得られることを見いだした。即
ち、固体粒子における粒径−累積重量率分布において、
Ｄ値が２．０以下、好ましくは１．５〜１．０である固
体粒子を電気絶縁性流体中に配合すると、より高い電気
粘性効果が得られ、Ｄ値が２．０を越えると、固体粒子
に電場が有効に作用せず、所期の電気粘性効果が得られ
ない。

【００１２】このようなＤ値を有する固体粒子は、粒径
の大きなものは粉砕機等により微粉化されて所定の平均
粒径とされた後に、ターボクラシファイアー、アキュカ
ット、ディスパーションセパレータ、スーパーセパレー
タ、ミクロブレックス、エルボージェット、バリアブル
インパクター等の分級機により分級して得られる。

【００１３】また、これらの固体微粒子は、電気粘性流
体中、０．１重量％〜５０重量％、好ましくは３重量％
〜３０重量％、更に好ましくは５重量％〜２０重量％の
割合で配合される。

【００１４】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、またポリ- α- オレフィン、ポリアルキレン
グリコール、シリコーン油、エステル、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
油、アルキルベンゼン、アルキルジフェニルエーテル、
アルキルビフェニル、アルキルナフタレン、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、特に
限定はされないが、粘度範囲は４０℃において３ｃＳｔ
〜３００ｃＳｔ、好ましくは５ｃＳｔ〜１００ｃＳｔの
ものが使用できる。

【００１５】また、本発明の電気粘性流体には、分極促
進剤が添加される。分極促進剤として、多価アルコール
又はその部分誘導体、酸、塩、塩基成分、アルカノール
アミン、水等が挙げられる。中でも多価アルコールが好
ましい。

【００１６】多価アルコールとしては、二価アルコー
ル、三価アルコール、例えば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、ペンタン
ジオール、ヘキサンジオール、エチレンオキサイド単位
を１〜１４有するポリエチレングリコール、一般式Ｒ
〔（ＯＣ₃Ｈ₆）_mＯＨ〕_n（式中、Ｒは水素又は多価
アルコール残基、ｍは１〜１７の整数、ｎは１〜６の整
数を表わす）、また、一般式Ｒ−ＣＨ（ＯＨ）（Ｃ
Ｈ₂）_nＯＨ（式中、Ｒは水素又はＣＨ₃（ＣＨ₂）_m
−基であり、ｍ＋ｎは２〜１４の整数を表わす）で示さ
れるもの等を挙げることができる。これらの中でも、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、トリプロピレングリコール及び
これらの混合物が特に好ましい。

【００１７】又、多価アルコールの部分誘導体として
は、少なくとも１つの水酸基を有する多価アルコールの
部分誘導体であり、上記多価アルコールの水酸基の内の
幾つかがメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、
アルキル置換フェニル基（フェニル基に置換されたアル
キル基の炭素数は１〜２５）等により置換された部分エ
ーテル類、またその水酸基の内の幾つかが酢酸、プロピ
オン酸、酪酸等によりエステル化された部分エステル類
が挙げられる。

【００１８】これらの多価アルコール又はその部分誘導
体は、固体粒子に対して１重量％〜１００重量％、好ま
しくは２重量％〜８０重量％の割合で使用するとよい。
添加量が１重量％未満であると電気粘性効果が低く、又
１００重量％を越えると電流が流れやすくなるので好ま
しくない。

【００１９】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（ＮＨ₄ ⁺、Ｎ₂Ｈ₅ ⁺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、多価アルコール部分誘
導体の系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、ＬｉＣｌ、Ｎ
ａＣｌ、ＫＣｌ、ＭｇＣｌ₂、ＣａＣｌ₂、ＢａＣ
ｌ₂、ＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＭｇＢｒ₂、Ｌｉ
Ｉ、ＮａＩ、ＫＩ、ＡｇＮＯ₃、Ｃａ( ＮＯ₃)₂、Ｎａ
ＮＯ₂、ＮＨ₄ＮＯ₃、Ｋ₂ＳＯ₄、Ｎａ₂ＳＯ₄、Ｎ
ａＨＳＯ₄、（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄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。塩
基として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、多価アルコール部分誘導体に溶解して解
離するものが好ましい。この種の塩基として、ＮａＯ
Ｈ、ＫＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ｎａ₂ＣＯ₃、ＮａＨＣ
Ｏ₃、Ｋ₃ＰＯ₄、Ｎａ₃ＰＯ₄、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もできる。

【００２０】また、その他の分極促進剤としてアルカノ
ールアミン、水等を挙げることができるが、水の使用に
おいては電流値が高くなることもあり、注意を要する。

【００２１】酸、塩、塩基成分、アルカノールアミン、
水等は、分極効果を増大させることができるものである
が、適宜、多価アルコール及び／又は多価アルコール部
分誘導体と組合せて使用してもよく、その添加量は電気
粘性流体全体で０重量％〜５重量％の割合で使用すると
よい。５重量％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。

【００２２】また、必要に応じて無灰分散剤を添加して
もよい。無灰分散剤を添加すると、固体粒子の分散性が
向上すると共に電気粘性流体の基底粘度を低下させるこ
とができ、電気粘性流体を用いる機械システムの応用範
囲を広げることができる。無灰分散剤としては、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挙げられる。中でもポリブテニルコ
ハク酸イミドが好ましい。これらは通常、電気粘性流体
全体で０重量％〜２０重量％、好ましくは０．１重量％
〜１０重量％の割合で使用される。

【００２３】また、必要に応じて界面活性剤を添加して
もよく、より分散性に優れるものとできる。界面活性剤
としては、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、
カチオン界面活性剤、両性界面活性剤を使用することが
できる。

【００２４】非イオン界面活性剤としては、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキ
ルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミ
ド、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコ
ール、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリ
コールエチレンジアミン、ポリオキシエチレン脂肪酸エ
ステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレング
リコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタ
ン脂肪酸エステル、エチレングリコール脂肪酸エステ
ル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、グリセリン
脂肪酸エステル、ペンタエリトリット脂肪酸エステル、
ソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、脂
肪酸エタノールアミド等が挙げられる。

【００２５】また、アニオン界面活性剤としては、脂肪
酸アルカリ塩、アルコール硫酸エステル塩、ポリオキシ
エチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシ
エチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、脂
肪酸多価アルコール硫酸エステル塩、硫酸化油、脂肪酸
アニリド硫酸エステル塩、石油スルホン酸塩、アルキル
ナフタリンスルホン酸塩、ジナフチルメタンスルホン酸
塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、ポリ
オキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル塩等が
挙げられる。

【００２６】更に、カチオン界面活性剤としては、弱カ
チオン性のカチオン界面活性剤として、例えばアルキル
アミン及びそのポリオキシアルキレン付加物として、例
えばオクチルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミ
ン、オレイルアミン、ステアリルアミン及びそのエチレ
ンオキシド５〜１５モル付加物、プロピレンオキシド５
〜１５モル付加物等が挙げられる。また、弱カチオン性
のカチオン界面活性剤として、高級アルキル基置換され
ていてもよいアルキレンジアミン、ジアルキレントリア
ミン等のポリアミン類のポリオキシアルキレン付加物と
して、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン
等のエチレンオキシド０〜１００モル付加物又はエチレ
ンオキシド０〜１００モルとプロピレンオキシド０〜１
００モルとのブロック又はランダム付加物、オレイルプ
ロピレンジアミン、ステアリルプロピレンジアミンのエ
チレンオキシド０〜１００モル付加物が挙げられる。更
に、弱カチオン性のカチオン界面活性剤として、高級脂
肪酸アミド等のポリオキシアルキレン付加物として、例
えばオレイン酸アミド、ステアリン酸アミドのエチレン
オキシド５〜１５モル付加物、プロピレンオキシド５〜
１５モル付加物等等が挙げられる。カチオン性の強いカ
チオン界面活性剤としては、デカノイルクロリド、アル
キルアンモニウム塩、アルキルベンジルアンモニウム
塩、アルキルアミン塩等があり、具体的には塩化セチル
トリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルア
ンモニウム、塩化ベヘニルトリメチルアンモニウム、塩
化ジステアリルジメチルアンモニウム、塩化ステアリル
ジメルベンジルアンモニウム、ステアリン酸ジエチルア
ミノエチルアミド、ココナットアミンアセテート、ステ
アリルアミンアセテート、ココナットアミン塩酸塩、ス
テアリルアミン塩酸塩等が挙げられる。カチオン性の強
いカチオン界面活性剤の場合には電気粘性流体の使用温
度が１００℃近くの高温となると導電性が高くなるの
で、上記の界面活性剤の中でも、特に弱カチオン性界面
活性剤を使用するのが好ましく、低温域から高温域まで
の広い温度範囲での作動において低導電性を維持するこ
とができる。

【００２７】界面活性剤の添加量は、電気粘性流体全体
に対して０重量％〜１０重量％、好ましくは０．１重量
％〜５重量％の割合で使用するとよく、１０重量％を越
えると導電性が高くなるので好ましくない。

【００２８】本発明の電気粘性流体には、必要に応じて
他の添加剤として酸化防止剤、腐食防止剤、摩耗防止
剤、極圧剤、消泡剤等が添加される。

【００２９】酸化防止剤は、電気絶縁性液体の酸化防止
と共に、分極促進剤である多価アルコール、多価アルコ
ール部分誘導体等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、分極促進剤、分散質等
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−ｔ−ブチルパ
ラクレゾール、４・４’−メチレンビス（２・６−ジ−
ｔ−ブチルフェノール）、２・６−ジ−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、電気粘性流体全体に対して０重量％〜
１０重量％、好ましくは０．１重量％〜２．０重量％使
用することができ、１０重量％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。

【００３０】また、腐食防止剤を添加してもよいが、分
極促進剤、分散質等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、イミダゾリン、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、1.3.4-チアジアゾリル-2.5- ビスジアルキ
ルジチオカルバメート、2-( アルキルジチオ) ベンゾイ
ミダゾール等、その他、β-(ｏ−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、電気粘性流体全体に対して０重量％〜１
０重量％、好ましくは０．０１重量％〜１．０重量％使
用するとよい。１０重量％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。

【００３１】

【作用及び発明の効果】本発明の電気粘性流体は、分散
質として粒径分布の狭い固体粒子を使用することによ
り、電圧印加時においてブリッジ形成した固体粒子に有
効に電場を作用させることができ、より高い電気粘性効
果を発現するものと考えられる。

【００３２】以下、本発明を実施例に基づいて説明す
る。

【００３３】

【実施例１】（固体粒子の調製）シリカ（富士シリシア化学（株）
製、サイリシア３１０）を、分級機（日清エンジニアリ
ング（株）製、ターボクラシファイアＴＣ−１５Ｎ）を
使用して分級処理し、粒径分布の指標Ｄ値が１．３、
１．５及び１．７の固体粒子を得、本発明における固体
粒子とした。

【００３４】また、シリカとして富士シリシア化学
（株）製、サイリシア３１０、同３５０、同４３０を混
合することにより、Ｄ値が２．２、及び２．７の固体粒
子を得、比較用の固体粒子とした。尚、上記のＤ値を有
する固体粒子の平均粒径は、いずれも１〜３μｍの範囲
のものである。

【００３５】（電気粘性流体の組成）・アルキルベンゼン〔粘度１７mm²/s （４０℃）〕・・・８３重量％・上記で作製したシリカ（Ｄ値＝１．３）・・・７重量％・トリエチレングリコール・・・２重量％・ポリブテニルコハク酸イミド・・・８重量％（電気粘性効果の測定）電極材料としては、ＳＵＳ３０
４を使用し、電極の大きさを巾２０ｍｍ×長さ５０ｍｍ
とし、電極間隔を１ｍｍとして対向させて、電気粘性流
体の評価装置とした。

【００３６】この装置において、両電極間に一定流量
（９０ｍｌ／ｍｉｎ．）の電気粘性流体を流しつつ、２
ＫＶ／ｍｍ（交流５０Ｈｚ）の電場を印加し、流体の流
量を上記の一定流量に保持するために必要な流体への差
圧（Ｋｇ／ｃｍ²）を測定した。結果を下記表１に示
す。

【００３７】

【実施例２】実施例１における電気粘性流体組成におけ
るシリカに代えて、上記で作製したＤ値が１．５のシリ
カを同量使用して、電気粘性流体を調製し、実施例１同
様に評価した。その結果を同じく表１に示す。

【００３８】

【実施例３】実施例１における電気粘性流体組成におけ
るシリカに代えて、上記で作製したＤ値が１．７のシリ
カを同量使用して、電気粘性流体を調製し、実施例１同
様に評価した。その結果を同じく表１に示す。

【００３９】

【比較例１】実施例１における電気粘性流体組成におけ
るシリカに代えて、上記で作製したＤ値が２．２のシリ
カを同量使用して、電気粘性流体を調製し、実施例１同
様に評価した。その結果を同じく表１に示す。

【００４０】

【比較例２】実施例１における電気粘性流体組成におけ
るシリカに代えて、上記で作製したＤ値が２．７のシリ
カを同量使用して、電気粘性流体を調製し、実施例１同
様に評価した。その結果を同じく表１に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】この表から、本発明の電気粘性流体は、粒
径分布の広い固体粒子を使用した電気粘性流体に比し
て、高い電気粘性効果が得られることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は固体粒子の粒径（対数目盛）−累積重
量率分布曲線を説明する図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ１０Ｍ 125:26 105:06 129:16 133:16）Ｃ１０Ｎ 20:00 Ｚ 20:06 Ｚ 40:04 (72)発明者早舩正彦埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目３番１号東燃株式会社総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固体粒子における粒径−累積重量率分布
において、累積重量率７５％における粒径ｄ₇₅と累積重
量率２５％における粒径ｄ₂₅との比（ｄ₇₅／ｄ₂₅、但し
ｄ₇₅≧ｄ₂₅）が２．０以下である固体粒子を電気絶縁性
流体中に配合したことを特徴とする電気粘性流体。