JPH0742473B2 - 電気粘性液体 - Google Patents
電気粘性液体Info
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- JPH0742473B2 JPH0742473B2 JP1171969A JP17196989A JPH0742473B2 JP H0742473 B2 JPH0742473 B2 JP H0742473B2 JP 1171969 A JP1171969 A JP 1171969A JP 17196989 A JP17196989 A JP 17196989A JP H0742473 B2 JPH0742473 B2 JP H0742473B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は電圧の印加によって粘性を増大する電気粘性液
体に関するものである。
体に関するものである。
[従来の技術] 電気粘性液体は、非導電性の油の中に微細に分割した誘
電性の固体が分散している懸濁液で、充分に強い電場の
作用の下で極めて速やかに、しかも可逆的に粘度が増加
する液体である。
電性の固体が分散している懸濁液で、充分に強い電場の
作用の下で極めて速やかに、しかも可逆的に粘度が増加
する液体である。
粘度を変化させるためには直流の電場だけでなく交流の
電場も使用することができ、必要な電流は非常に小さ
く、少ない電力によって液体からほぼ固定状態になるま
で大きな粘度変化をを与えるので、例えば、クラッチ、
バルブ、ショックアブソーバー、バイブレータ、各種防
振ゴム、アクチュエータ、ロボットアーム、制振材など
の装置や部品を制御するための構成要素として、電気粘
性液体は検討されて来た。
電場も使用することができ、必要な電流は非常に小さ
く、少ない電力によって液体からほぼ固定状態になるま
で大きな粘度変化をを与えるので、例えば、クラッチ、
バルブ、ショックアブソーバー、バイブレータ、各種防
振ゴム、アクチュエータ、ロボットアーム、制振材など
の装置や部品を制御するための構成要素として、電気粘
性液体は検討されて来た。
従来、電気粘性液体の構成要素の一つである固体粒子と
しては、米国特許第2,417,850号、第3,047,507号、第3,
397,147号、第3,970,573号、第4,129,513号、或は日本
国公告特許昭60−31211号、ドイツ公開特許第3,427,499
号に開示されているように、表面から水を吸収させ微細
化させたセルロース、デンプン、シリカゲル、イオン交
換樹脂、ポリアクリル酸リチウム等を、また他の構成要
素である液相としては、ハロゲン化ジフェニル、セバシ
ン酸ブチル、炭化水素油、塩素化パラフィン、シリコー
ン油等を使用したものが知られているが、実用性に乏し
く、実用価値のある極めて高性能且つ安定度の高い電気
粘性液体はいまだ存在しない。
しては、米国特許第2,417,850号、第3,047,507号、第3,
397,147号、第3,970,573号、第4,129,513号、或は日本
国公告特許昭60−31211号、ドイツ公開特許第3,427,499
号に開示されているように、表面から水を吸収させ微細
化させたセルロース、デンプン、シリカゲル、イオン交
換樹脂、ポリアクリル酸リチウム等を、また他の構成要
素である液相としては、ハロゲン化ジフェニル、セバシ
ン酸ブチル、炭化水素油、塩素化パラフィン、シリコー
ン油等を使用したものが知られているが、実用性に乏し
く、実用価値のある極めて高性能且つ安定度の高い電気
粘性液体はいまだ存在しない。
実用的な電気粘性液体に要求される特性としては、広い
温度範囲において大きな電気粘性効果を示し、電場がか
かった時の電力消費が少なく、電場が取り除かれた時に
は小さい粘性を持ち、且つ分散相が沈降せず長期的に安
定した特性を持続する事である。
温度範囲において大きな電気粘性効果を示し、電場がか
かった時の電力消費が少なく、電場が取り除かれた時に
は小さい粘性を持ち、且つ分散相が沈降せず長期的に安
定した特性を持続する事である。
しかしながら上記のように電気粘性効果の発現を促進す
るために水を吸収させた分散相では粒子間を流れる電流
も同時に増えてしまうため、電力消費に大きな問題があ
った。特にこの傾向は高温になるにつれて強まり、従来
の分散相を用いた電気粘性液体の使用温度の上限は70〜
80℃くらいで、それ以上の高温で使用すると電流が過剰
に流れてしまい消費電力が非常に高くなるとともに電気
粘性効果の発現力や応答性の低下などが時間とともに起
こり、自動車のエンジンルーム等、高温の雰囲気で使用
する装置・部品への応用は不可能であった。
るために水を吸収させた分散相では粒子間を流れる電流
も同時に増えてしまうため、電力消費に大きな問題があ
った。特にこの傾向は高温になるにつれて強まり、従来
の分散相を用いた電気粘性液体の使用温度の上限は70〜
80℃くらいで、それ以上の高温で使用すると電流が過剰
に流れてしまい消費電力が非常に高くなるとともに電気
粘性効果の発現力や応答性の低下などが時間とともに起
こり、自動車のエンジンルーム等、高温の雰囲気で使用
する装置・部品への応用は不可能であった。
さらに、このように水分を吸収させた分散相を含む水系
電気粘性液体は0℃以下の低温では水分の凝固により電
気粘性効果を発現しなくなる。
電気粘性液体は0℃以下の低温では水分の凝固により電
気粘性効果を発現しなくなる。
[発明が解決しようとする課題] このように電気粘性液体として機能するために分散相が
水分を含有する必要のある水系電気粘性液体は温度範囲
及び水の蒸発に伴う耐久性に本質的な問題を持ち、それ
らが長らく該液体が実用化しない理由となっていた。
水分を含有する必要のある水系電気粘性液体は温度範囲
及び水の蒸発に伴う耐久性に本質的な問題を持ち、それ
らが長らく該液体が実用化しない理由となっていた。
そのため、分散相に水分を必要としない実用化可能な非
水系の電気粘性液体の登場が待たれていた。このような
非水系の液体として最近米国特許第4,687,589号、ある
いは特開昭63−97694号、特開昭64−6093号に開示され
ている本質的に水分を含有しない液体や分散相を多層構
造にした液体も提案されてきたが、電気粘性効果が小さ
い、電力消費が大きい、交流電場でしか機能しないなど
の問題点もあり、現在のところ実用可能で充分な特性を
有する電気粘性液体が開発されているとは言いがたい。
水系の電気粘性液体の登場が待たれていた。このような
非水系の液体として最近米国特許第4,687,589号、ある
いは特開昭63−97694号、特開昭64−6093号に開示され
ている本質的に水分を含有しない液体や分散相を多層構
造にした液体も提案されてきたが、電気粘性効果が小さ
い、電力消費が大きい、交流電場でしか機能しないなど
の問題点もあり、現在のところ実用可能で充分な特性を
有する電気粘性液体が開発されているとは言いがたい。
非水系の電気粘性液体の発現機構の一つとして電場を印
加した際、分散相粒子中の電子または正孔の移動による
界面分極が起こり、分散相粒子が引き合い、粒子のブリ
ッジを形成し粘度を上昇させる事が考えられる。この事
から発明者らは電子または正孔の移動による界面分極に
必要なラジカル(不対電子)濃度が高く安定な、いわゆ
る低温処理炭素材料に注目し、非水系電気粘性液体の分
散相として使用する事を検討した。その結果直流及び交
流電場の印加により広い温度範囲で高い電気粘性効果を
示すが、電力消費量が少なく、且つ高い電気粘性効果を
長期間維持できる電気粘性液体の開発に至ったものであ
る。
加した際、分散相粒子中の電子または正孔の移動による
界面分極が起こり、分散相粒子が引き合い、粒子のブリ
ッジを形成し粘度を上昇させる事が考えられる。この事
から発明者らは電子または正孔の移動による界面分極に
必要なラジカル(不対電子)濃度が高く安定な、いわゆ
る低温処理炭素材料に注目し、非水系電気粘性液体の分
散相として使用する事を検討した。その結果直流及び交
流電場の印加により広い温度範囲で高い電気粘性効果を
示すが、電力消費量が少なく、且つ高い電気粘性効果を
長期間維持できる電気粘性液体の開発に至ったものであ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明は、直流又は交流電場の印加により広い温度範囲
で高い電気粘性効果を示すが、電力消費量は少なく、且
つ高い電気粘性効果を長期間維持できる電気粘性液体の
提供を目的としたもので、平均粒径0.01〜100ミクロン
の炭素質微粉末1〜60重量%の分散相と、室温における
粘度0.65〜500センチストークス(cSt)の電気絶縁油99
〜40重量%の液相とからなることを特徴とする電気粘性
液体により、この問題を解決した。
で高い電気粘性効果を示すが、電力消費量は少なく、且
つ高い電気粘性効果を長期間維持できる電気粘性液体の
提供を目的としたもので、平均粒径0.01〜100ミクロン
の炭素質微粉末1〜60重量%の分散相と、室温における
粘度0.65〜500センチストークス(cSt)の電気絶縁油99
〜40重量%の液相とからなることを特徴とする電気粘性
液体により、この問題を解決した。
本発明において電気粘性液体の分散相として好適な炭素
質微粉末としては炭素含有量80〜97重量%のものが好ま
しく、特に好ましくは90〜95重量%である。また炭素質
微粉末のC/H比(炭素/水素原子比)は1.2〜5のものが
好ましく、特に好ましくは2〜4である。
質微粉末としては炭素含有量80〜97重量%のものが好ま
しく、特に好ましくは90〜95重量%である。また炭素質
微粉末のC/H比(炭素/水素原子比)は1.2〜5のものが
好ましく、特に好ましくは2〜4である。
一般に電気粘性液体の分散相の電気抵抗は半導体領域に
ある事は古くから知られているが(W. M. Winslow: J.
Appl. Physics 20 1137 (1949)、炭素含有量が80重量
%以下で且つC/H比が1.2以下の炭素質微粉末は絶縁体で
あり、電気粘性効果を示す液体は殆ど得られない。
ある事は古くから知られているが(W. M. Winslow: J.
Appl. Physics 20 1137 (1949)、炭素含有量が80重量
%以下で且つC/H比が1.2以下の炭素質微粉末は絶縁体で
あり、電気粘性効果を示す液体は殆ど得られない。
一方、炭素含有量が97重量%以上で且つC/H比が5以上
のものは導電体に近く、電圧を印加しても過大電流を示
し、電気粘性効果を示す液体は得られない。
のものは導電体に近く、電圧を印加しても過大電流を示
し、電気粘性効果を示す液体は得られない。
具体的に電気粘性液体の分散相として好適な前記のC/H
比を持つ炭素質微粉末としては、コールタールピッチ、
石油系ピッチ、ポリ塩化ビニルを熱分解して得られるピ
ッチなどを微粉砕したもの、それらピッチ又はタール成
分を加熱処理して得られる各種メソフェーズからなる微
粉末、即ち加熱により形成される光学的異方性小球体
(球晶またはメソフェーズ小球体)を溶剤でピッチ成分
を溶解し分別することによって得られる微粉末、さらに
それを微粉砕したもの、ピッチ原料を加熱処理によりバ
ルクメソフェーズ(例えば日本国公開特許昭59−30887
号参照)とし、それを微粉砕したもの、また一部晶質化
したピットを微粉砕したもの、フェール樹脂などの熱硬
化性樹脂を低温で炭化したもの、熱分解ポリアクリロニ
トリルなど、いわゆる低温処理炭素微粉末が例示され、
さらに無煙炭、瀝青炭などの石炭類及びその熱処理物を
微粉砕したもの、ポリエチレン、ポリプロピレンまたは
ポリスチレンなどの炭化水素系ビニル系高分子とポリ塩
化ビニルまたはポリ塩化ビニリデンなどの塩素含有高分
子との混合物を加圧下で加熱することによって得られる
炭素球、またはそれを微粉砕したものなどが例示され
る。
比を持つ炭素質微粉末としては、コールタールピッチ、
石油系ピッチ、ポリ塩化ビニルを熱分解して得られるピ
ッチなどを微粉砕したもの、それらピッチ又はタール成
分を加熱処理して得られる各種メソフェーズからなる微
粉末、即ち加熱により形成される光学的異方性小球体
(球晶またはメソフェーズ小球体)を溶剤でピッチ成分
を溶解し分別することによって得られる微粉末、さらに
それを微粉砕したもの、ピッチ原料を加熱処理によりバ
ルクメソフェーズ(例えば日本国公開特許昭59−30887
号参照)とし、それを微粉砕したもの、また一部晶質化
したピットを微粉砕したもの、フェール樹脂などの熱硬
化性樹脂を低温で炭化したもの、熱分解ポリアクリロニ
トリルなど、いわゆる低温処理炭素微粉末が例示され、
さらに無煙炭、瀝青炭などの石炭類及びその熱処理物を
微粉砕したもの、ポリエチレン、ポリプロピレンまたは
ポリスチレンなどの炭化水素系ビニル系高分子とポリ塩
化ビニルまたはポリ塩化ビニリデンなどの塩素含有高分
子との混合物を加圧下で加熱することによって得られる
炭素球、またはそれを微粉砕したものなどが例示され
る。
この中でも、1018/g以上の高い芳香族ラジカル濃度を持
ち、105Ω・cm以上の電気抵抗を持つ炭素質微粉末が、
低い電力消費で高い電気粘性効果を示すという意味で好
ましい。
ち、105Ω・cm以上の電気抵抗を持つ炭素質微粉末が、
低い電力消費で高い電気粘性効果を示すという意味で好
ましい。
この意味から前記の具体例の中では、コールタールピッ
チを熱処理することにより生成する光学的異方性小球体
をピッチ成分から分別することにより得られる炭素質微
粉末を使用することが特に好ましい。
チを熱処理することにより生成する光学的異方性小球体
をピッチ成分から分別することにより得られる炭素質微
粉末を使用することが特に好ましい。
このコールタールピッチから得られる炭素質微粉末の製
法の概要を以下に述べる。コールタールピッチを350〜5
00℃で加熱処理した時にコールタールピッチの成分より
球状の光学的異方性小球体(球晶またはメソフェーズ小
球体)が成長する。(J. D. Brooks and G. H. Taylor,
Garbon 3, 185 (1965))この球晶の大きさは加熱温
度及び加熱時間によって決定されるが、所望の大きさに
なった段階で加熱を止め、キノリンやタール中油などの
溶媒で残存のコールタールピッチを溶解し瀘過すること
によりこの球晶を分別することができる。
法の概要を以下に述べる。コールタールピッチを350〜5
00℃で加熱処理した時にコールタールピッチの成分より
球状の光学的異方性小球体(球晶またはメソフェーズ小
球体)が成長する。(J. D. Brooks and G. H. Taylor,
Garbon 3, 185 (1965))この球晶の大きさは加熱温
度及び加熱時間によって決定されるが、所望の大きさに
なった段階で加熱を止め、キノリンやタール中油などの
溶媒で残存のコールタールピッチを溶解し瀘過すること
によりこの球晶を分別することができる。
この球晶は黒鉛類似構造を有し、且つ球状の炭素質微粉
末である。日本国公開特許昭60−25364号にに開示され
るように、該球晶の分別時にコールタールピッチ成分の
一部(例えばβ−レジン等)が球晶の表面に残るが、必
要があれば該球晶を不活性ガス雰囲気中、200〜600℃で
加熱処理(仮焼)することにより除去することができ、
また球晶の電気抵抗やラジカル濃度を変化させることが
できる。
末である。日本国公開特許昭60−25364号にに開示され
るように、該球晶の分別時にコールタールピッチ成分の
一部(例えばβ−レジン等)が球晶の表面に残るが、必
要があれば該球晶を不活性ガス雰囲気中、200〜600℃で
加熱処理(仮焼)することにより除去することができ、
また球晶の電気抵抗やラジカル濃度を変化させることが
できる。
前記球晶の粒径はコールタールピッチの加熱時間及び加
熱温度によってコントロールできる他、ジェットミルな
どによる粉砕処理によってさらに微細なものが得られ
る。また原料としてコールタールピッチ以外にも、構造
が類似の石油系ピッチやタール成分を同様に処理するこ
とにより、本発明で使用するに適した炭素質微粉末を得
ることができる。
熱温度によってコントロールできる他、ジェットミルな
どによる粉砕処理によってさらに微細なものが得られ
る。また原料としてコールタールピッチ以外にも、構造
が類似の石油系ピッチやタール成分を同様に処理するこ
とにより、本発明で使用するに適した炭素質微粉末を得
ることができる。
このようにして得られた炭素質微粉末に含まれる水分は
多くても1重量%以下であり、水分量は電気粘性効果に
ほとんど無関係であるが、該微粉末中の芳香族ラジカル
の濃度が高く電子または正孔の移動による界面分極によ
って電気粘性効果を示すと考えられるため、該微粉末を
分散相とすることによって、広い温度範囲で高い電気粘
性効果を示し、且つ電気粘性効果を長時間維持できる電
気粘性液体を得ることができる。
多くても1重量%以下であり、水分量は電気粘性効果に
ほとんど無関係であるが、該微粉末中の芳香族ラジカル
の濃度が高く電子または正孔の移動による界面分極によ
って電気粘性効果を示すと考えられるため、該微粉末を
分散相とすることによって、広い温度範囲で高い電気粘
性効果を示し、且つ電気粘性効果を長時間維持できる電
気粘性液体を得ることができる。
前記球晶からなら炭素質微粉末は光学的異方性を持つこ
とから導電率も異方性を示し、このことが該微粉末を分
散相とした電気粘性液体が低い消費電力を示すことに関
係するものと考えられる。
とから導電率も異方性を示し、このことが該微粉末を分
散相とした電気粘性液体が低い消費電力を示すことに関
係するものと考えられる。
一方、これらの炭素質微粉末は上記の仮焼温度などを変
化する事によりC/H比が変わり導電性が変化する。すな
わちC/H比が上昇すると共に電気粘性効果が高くなり、
同時に消費電流も増加する。そのため消費電流と電気粘
性効果が最適点を持つように炭素質微粉末の電気抵抗を
設定する必要がある。この意味でもっとも好ましい炭素
質微粉末の電気抵抗は107〜1010Ω・cmである。
化する事によりC/H比が変わり導電性が変化する。すな
わちC/H比が上昇すると共に電気粘性効果が高くなり、
同時に消費電流も増加する。そのため消費電流と電気粘
性効果が最適点を持つように炭素質微粉末の電気抵抗を
設定する必要がある。この意味でもっとも好ましい炭素
質微粉末の電気抵抗は107〜1010Ω・cmである。
さらに、電気粘性効果をある程度維持し、消費電流だけ
を下げる方法として前記した炭素質微粉末中の粒子の表
面の一部又は全部を電気絶縁性薄膜で被覆すると有効な
事を発明者は見出した。特にこの方法はC/H比及び炭素
含有量の高い炭素質微粉末に有効である。
を下げる方法として前記した炭素質微粉末中の粒子の表
面の一部又は全部を電気絶縁性薄膜で被覆すると有効な
事を発明者は見出した。特にこの方法はC/H比及び炭素
含有量の高い炭素質微粉末に有効である。
ここで電気絶縁性薄膜としては、有機、無機にかかわら
ず薄膜を炭素質微粉末表面に粒子径の10分の1以下の厚
さに形成できれば良いが、薄膜の最適な厚さは該炭素質
微粉末の導電率に左右される。すなわち炭素質微粉末の
導電率が高い場合は絶縁性薄膜は相対的に厚いほうが良
好で、逆に該微粉末の導電率が低い場合には絶縁性薄膜
は相対的に薄いことが、高い電気粘性効果を保ち、電圧
印加時の電流を低くするために必要である。
ず薄膜を炭素質微粉末表面に粒子径の10分の1以下の厚
さに形成できれば良いが、薄膜の最適な厚さは該炭素質
微粉末の導電率に左右される。すなわち炭素質微粉末の
導電率が高い場合は絶縁性薄膜は相対的に厚いほうが良
好で、逆に該微粉末の導電率が低い場合には絶縁性薄膜
は相対的に薄いことが、高い電気粘性効果を保ち、電圧
印加時の電流を低くするために必要である。
このような電気絶縁性薄膜は高分子溶液からの粉体への
コーティング、小径粒子を乾式で混合し粉体の表面で溶
融するハイブリダイゼーション、シラン処理等の表面処
理、スパッタリング真空蒸着、モノマーからの重合など
によって形成され、使用される電気絶縁性物質としては
ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂などの合成高分子物質、メチル
トリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ヘ
キサメチルジシラザン、トリメチルクロルシランなどの
シラン処理剤、カルボキシル基や水酸基を持ちジメチル
ポリシロキサンやフェニルメチルポリシロキサン構造を
主鎖とする変性シリコーンオイルまたはシリコーン界面
活性剤、シリカ、アルミナ、ルチルなどの無機化合物が
代表例として挙げられる。このようにして作成された、
電気絶縁性薄膜で被覆した炭素質微粉末を電気粘性液体
の分散相として用いることにより、高い電気粘性効果を
示すが、電気消費量の少ない電気粘性液体を得ることが
できる。
コーティング、小径粒子を乾式で混合し粉体の表面で溶
融するハイブリダイゼーション、シラン処理等の表面処
理、スパッタリング真空蒸着、モノマーからの重合など
によって形成され、使用される電気絶縁性物質としては
ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂などの合成高分子物質、メチル
トリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ヘ
キサメチルジシラザン、トリメチルクロルシランなどの
シラン処理剤、カルボキシル基や水酸基を持ちジメチル
ポリシロキサンやフェニルメチルポリシロキサン構造を
主鎖とする変性シリコーンオイルまたはシリコーン界面
活性剤、シリカ、アルミナ、ルチルなどの無機化合物が
代表例として挙げられる。このようにして作成された、
電気絶縁性薄膜で被覆した炭素質微粉末を電気粘性液体
の分散相として用いることにより、高い電気粘性効果を
示すが、電気消費量の少ない電気粘性液体を得ることが
できる。
電気粘性液体の分散相として好ましい粒径は、0.01〜10
0ミクロン、好ましくは0.1〜20ミクロン、さらに好まし
くは0.5〜5ミクロンの範囲であり、粒度分布はなるべ
くシャープなほうが好ましい。0.01ミクロン未満では電
場のない状態で初期粘度が著しく大きくなって電気粘性
効果による粘度変化が小さく、また100ミクロンを越え
ると液体の分散相としての十分な安定性が得られない。
0ミクロン、好ましくは0.1〜20ミクロン、さらに好まし
くは0.5〜5ミクロンの範囲であり、粒度分布はなるべ
くシャープなほうが好ましい。0.01ミクロン未満では電
場のない状態で初期粘度が著しく大きくなって電気粘性
効果による粘度変化が小さく、また100ミクロンを越え
ると液体の分散相としての十分な安定性が得られない。
液相を構成する電気絶縁油としては80℃の体積抵抗率10
11Ω・cm以上のものが好ましく、特に好ましくは1013Ω
・cm以上のものが好ましい。具体的には、炭化水素油、
エステル系油、芳香族系油、パーフルオロポリエーテル
やポリ三フッ化−塩化エチレンのようなハロゲン化炭化
水素油、ホスファゼン油やシリコーン油などを例示する
ことかできる。これらは単独で用いることができ、また
2種以上を併用することもできる。これらの電気絶縁油
の中でもボリジメチルシロキサンやボリメチルフェニル
シロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサ
ンなどのシリコーン油が、ゴム状の弾性を有する材料や
多くの高分子材料と直接接触する状態でも使用できると
いう点で優れている。
11Ω・cm以上のものが好ましく、特に好ましくは1013Ω
・cm以上のものが好ましい。具体的には、炭化水素油、
エステル系油、芳香族系油、パーフルオロポリエーテル
やポリ三フッ化−塩化エチレンのようなハロゲン化炭化
水素油、ホスファゼン油やシリコーン油などを例示する
ことかできる。これらは単独で用いることができ、また
2種以上を併用することもできる。これらの電気絶縁油
の中でもボリジメチルシロキサンやボリメチルフェニル
シロキサン、ポリメチルトリフルオロプロピルシロキサ
ンなどのシリコーン油が、ゴム状の弾性を有する材料や
多くの高分子材料と直接接触する状態でも使用できると
いう点で優れている。
電気絶縁油の粘度は25℃において0.65〜500センシスト
ークス(cSt)、好ましくは5〜200cSt、さらに好まし
くは10〜50cStの粘度を有するものを用いる。液相の粘
度が低すぎると揮発分が多くなり液相の安定性が悪くな
る。液相の粘度が高すぎると電場のないときの初期粘度
が高くなり電気粘性効果による粘度変化が小さくなる。
また適度に低粘度の電気絶縁油を液相とすることによっ
て分散相を効率良く懸濁させることができる。
ークス(cSt)、好ましくは5〜200cSt、さらに好まし
くは10〜50cStの粘度を有するものを用いる。液相の粘
度が低すぎると揮発分が多くなり液相の安定性が悪くな
る。液相の粘度が高すぎると電場のないときの初期粘度
が高くなり電気粘性効果による粘度変化が小さくなる。
また適度に低粘度の電気絶縁油を液相とすることによっ
て分散相を効率良く懸濁させることができる。
本発明の電気粘性液体を構成する分散相と液相の割合
は、前記炭素質微粉末からなる分散相の含有量が1〜60
重量%、好ましくは20〜50重量%であり、前記電気絶縁
油からなる液相の含有量が99〜40重量%、好ましくは80
〜50重量%である。分散相の量が1重量%未満では電気
粘性効果は小さく、60重量%を越えると電場がないとき
の初期粘度が著しく大きくなる。
は、前記炭素質微粉末からなる分散相の含有量が1〜60
重量%、好ましくは20〜50重量%であり、前記電気絶縁
油からなる液相の含有量が99〜40重量%、好ましくは80
〜50重量%である。分散相の量が1重量%未満では電気
粘性効果は小さく、60重量%を越えると電場がないとき
の初期粘度が著しく大きくなる。
本発明の電気粘性液体には、本発明の効果を著しく損な
わない範囲内で、他の分散相や界面活性剤、分散剤、無
機塩などの添加剤を併用または配合することができる。
わない範囲内で、他の分散相や界面活性剤、分散剤、無
機塩などの添加剤を併用または配合することができる。
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
[実施例1] コールタールピッチを450℃で不活性雰囲気中で熱処理
し、球晶を成長させた後、タール中油で抽出、瀘別を繰
り返し、ピッチ成分を除去、350℃で窒素気流中で再度
熱処理(仮焼)し、球晶からなる炭素質微粉末(炭素含
有量:93.78重量%,C/H比:2.35,電気抵抗:1.79×109Ω・
cm、電子スピン濃度:3.28×1019Ω・cm,水分含有量:0.4
重量%)を得た。この炭素質微粉末を分級して得た平均
粒径14ミクロンの炭素質微分末40重量%を液相成分であ
る25℃における粘度20cStのシリコーン油(東芝シリコ
ーン(株)製:TSF451−20)60重量%に良く分散し、懸
濁液として電気粘性液体を得た。
し、球晶を成長させた後、タール中油で抽出、瀘別を繰
り返し、ピッチ成分を除去、350℃で窒素気流中で再度
熱処理(仮焼)し、球晶からなる炭素質微粉末(炭素含
有量:93.78重量%,C/H比:2.35,電気抵抗:1.79×109Ω・
cm、電子スピン濃度:3.28×1019Ω・cm,水分含有量:0.4
重量%)を得た。この炭素質微粉末を分級して得た平均
粒径14ミクロンの炭素質微分末40重量%を液相成分であ
る25℃における粘度20cStのシリコーン油(東芝シリコ
ーン(株)製:TSF451−20)60重量%に良く分散し、懸
濁液として電気粘性液体を得た。
[実施例2] 実施例1における窒素気流中の熱処理(仮焼)を450℃
で行い、球晶からなる炭素質微粉末を得た。この炭素質
微粉末を分級して得られた平均粒径16ミクロンの炭素質
微粉末(その他の特性は第1表に示す)40重量%を液相
成分である25℃における粘度20cStのシリコーン油(東
芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60重量%に良く分
散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
で行い、球晶からなる炭素質微粉末を得た。この炭素質
微粉末を分級して得られた平均粒径16ミクロンの炭素質
微粉末(その他の特性は第1表に示す)40重量%を液相
成分である25℃における粘度20cStのシリコーン油(東
芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60重量%に良く分
散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
[実施例3] 実施例2と同様な方法で作製した炭素質微粉末をジェッ
トミルで粉砕分級して得られた平均粒径4ミクロンの炭
素質微粉末44重量%を液相成分である25℃における粘度
20cStシリコーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−
20)60重量%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体
を得た。
トミルで粉砕分級して得られた平均粒径4ミクロンの炭
素質微粉末44重量%を液相成分である25℃における粘度
20cStシリコーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−
20)60重量%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体
を得た。
[実施例4] 仮焼温度を200℃に設定した以外は実施例1と同様にし
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
[実施例5] 仮焼温度を500℃に設定した以外は実施例1と同様にし
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
[実施例6] 仮焼温度を600℃に設定した以外は実施例1と同様にし
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
て炭素質微粉末(諸特性は第1表に示す)を作成し、実
施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
[実施例7] 実施例2で得た炭素質微粉末をフェニルトリメトキシシ
ランのキシレン溶液中で80℃、6時間加熱還流後瀘別
し、表面をシラン処理した微粉末を得た。この微粉末40
重量%を、液相成分である25℃における粘度20cStのシ
リコーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60
重量%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得
た。
ランのキシレン溶液中で80℃、6時間加熱還流後瀘別
し、表面をシラン処理した微粉末を得た。この微粉末40
重量%を、液相成分である25℃における粘度20cStのシ
リコーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60
重量%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得
た。
[実施例8] 実施例6で得た炭素質微粉末をメチルトリメトキシシラ
ンのキシレン溶液中で80℃、6時間加熱還流後瀘別し、
表面をシラン処理した微粉末を得た。この微粉末40重量
%を、液相成分である25℃における粘度20cStのシリコ
ーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60重量
%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
ンのキシレン溶液中で80℃、6時間加熱還流後瀘別し、
表面をシラン処理した微粉末を得た。この微粉末40重量
%を、液相成分である25℃における粘度20cStのシリコ
ーン油(東芝シリコーン(株)製:TSF451−20)60重量
%に良く分散し、懸濁液として電気粘性液体を得た。
[実施例9] 市販のフェノール樹脂マイクロビースを窒素気流中で60
0℃で熱処理し、平均粒径約8ミクロンの炭素質微粉末
(諸特性は第1表に示す)を得た。この微粉末を用い、
実施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
0℃で熱処理し、平均粒径約8ミクロンの炭素質微粉末
(諸特性は第1表に示す)を得た。この微粉末を用い、
実施例1と同様な処方で電気粘性液体を得た。
[実施例10] 実施例2の炭素質微粉末40重量%を、25℃における粘度
10cStの三フッ化塩化エチレン重合体からなる油40重量
%と25℃における粘度5.2cStのナフテン系炭化水素油20
重量%を混合、分散し、懸濁液として電気粘性液体を得
た。
10cStの三フッ化塩化エチレン重合体からなる油40重量
%と25℃における粘度5.2cStのナフテン系炭化水素油20
重量%を混合、分散し、懸濁液として電気粘性液体を得
た。
[比較例1] 市販のポリアクリル酸ナトリウム微粉末40重量%を実施
例1と同一のシリコーン油60重量%に良く分散し、電気
粘性液体を得た。
例1と同一のシリコーン油60重量%に良く分散し、電気
粘性液体を得た。
[比較例2] 市販のシリカゲル微粉末13重量%を実施例1と同一のシ
リコーン油87重量%に分散し、電気粘性液体を得た。
リコーン油87重量%に分散し、電気粘性液体を得た。
実施例1,2,4〜6及び10ならびに比較例1,2の分散相の特
性値を第1表に示す。
性値を第1表に示す。
第1表で炭素重量%およびC/H比は元素分析値より求め
た。芳香族ラジカル濃度は電子スピン濃度として求め
た。電子スピン濃度の測定は中心磁場:331mT(ミリテス
ラ)、マイクロ波周波数9.233GHz(ギガヘルツ)の条件
で電子スピン共鳴(ESR)装置で行い、10mT以下の半値
幅を持つピーク強度から、濃度既知のTempolを標準物質
としてスピン濃度を定量した。電気抵抗は粉体は圧粉し
測定した。水分量はカールフィッシャー(Karl Fishe
r)法で250℃の揮発分から測定した。
た。芳香族ラジカル濃度は電子スピン濃度として求め
た。電子スピン濃度の測定は中心磁場:331mT(ミリテス
ラ)、マイクロ波周波数9.233GHz(ギガヘルツ)の条件
で電子スピン共鳴(ESR)装置で行い、10mT以下の半値
幅を持つピーク強度から、濃度既知のTempolを標準物質
としてスピン濃度を定量した。電気抵抗は粉体は圧粉し
測定した。水分量はカールフィッシャー(Karl Fishe
r)法で250℃の揮発分から測定した。
実施例1〜10及び比較例1〜2で得られた各電気粘性液
体について電気粘性効果の測定を行った。電気粘性効果
は二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間に直流電
圧を印加したときの、同一剪断速度(375sec-1)、温度
25℃及び80℃の剪断力で評価し、同時に内外円筒間に流
れる電流密度を測定した。(内円筒半径:34mm、外円筒
半径:36mm、内円筒高さ:20mm) 第2表に電場をかけない場合の剪断力To、直流電場2KV/
mmを印加した時の剪断力T、その差T−To、及び直流電
場2KV/mmを印加した時の電流密度を示す。
体について電気粘性効果の測定を行った。電気粘性効果
は二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間に直流電
圧を印加したときの、同一剪断速度(375sec-1)、温度
25℃及び80℃の剪断力で評価し、同時に内外円筒間に流
れる電流密度を測定した。(内円筒半径:34mm、外円筒
半径:36mm、内円筒高さ:20mm) 第2表に電場をかけない場合の剪断力To、直流電場2KV/
mmを印加した時の剪断力T、その差T−To、及び直流電
場2KV/mmを印加した時の電流密度を示す。
第2表において電場(2KV/mm)をかけた時の剪断力Tか
ら電場をかけない時の剪断力Toを引いた差T−Toは液体
の電気粘性効果の大小を表わす。即ち第1表のT−Toの
大なる液体が大きい電気粘性効果を示す。また電流密度
(μA/cm2)は、上記電場(2KV/mm)を発現するために
必要な電力に関係する。
ら電場をかけない時の剪断力Toを引いた差T−Toは液体
の電気粘性効果の大小を表わす。即ち第1表のT−Toの
大なる液体が大きい電気粘性効果を示す。また電流密度
(μA/cm2)は、上記電場(2KV/mm)を発現するために
必要な電力に関係する。
[作用] 第2表から明かなように、ほとんど水分を含有していな
い微粉末を分散相とした実施例1,2及び4では高温(80
℃)においても低い電流密度で電気粘性効果を発現する
が、水分を多く含有する微粉末を分散相とした比較例1
では大きな電流密度を必要とする。特に実施例2は比較
例1より低い電流密度で比較例1より大きな電気粘性効
果が得られている。
い微粉末を分散相とした実施例1,2及び4では高温(80
℃)においても低い電流密度で電気粘性効果を発現する
が、水分を多く含有する微粉末を分散相とした比較例1
では大きな電流密度を必要とする。特に実施例2は比較
例1より低い電流密度で比較例1より大きな電気粘性効
果が得られている。
また室温(25℃)におけるデータで見ると、粒子表面を
被覆した炭素質微粉末を分散相とした実施例7及び8で
は被覆していない炭素質微粉末を分散相とした実施例2
及び6よりもそれぞれ電流は大幅に減っているが電気粘
性効果はあまり落ちていない。
被覆した炭素質微粉末を分散相とした実施例7及び8で
は被覆していない炭素質微粉末を分散相とした実施例2
及び6よりもそれぞれ電流は大幅に減っているが電気粘
性効果はあまり落ちていない。
実施例9の熱硬化性樹脂炭化物もメソフェーズ小球体同
様に電気粘性効果を示しており、高いスピン濃度を持つ
非水系の特徴を備えている。
様に電気粘性効果を示しており、高いスピン濃度を持つ
非水系の特徴を備えている。
一方比較例2のシリカでは第2表のように電気粘性効果
を示すものの、第1表のようにラジカルは検出されず水
系の電気粘性液体であることが判る。
を示すものの、第1表のようにラジカルは検出されず水
系の電気粘性液体であることが判る。
実施例1の液体について交流電場2KV/mmを印加した場
合、25℃においてTは522g・cm、電流密度は66μA/cm2
であった。このように炭素質微粉末を分散相とする電気
粘性液体は交流でも機能し、直流より若干低い電気粘性
効果が得られる。
合、25℃においてTは522g・cm、電流密度は66μA/cm2
であった。このように炭素質微粉末を分散相とする電気
粘性液体は交流でも機能し、直流より若干低い電気粘性
効果が得られる。
次に実施例1及び比較例1の電気粘性液体について、高
温(120℃、50時間)で熱処理する前と熱処理した後で
の電気粘性効果の変化を回転粘度計により25℃で測定し
た結果を第1〜2図に示す。
温(120℃、50時間)で熱処理する前と熱処理した後で
の電気粘性効果の変化を回転粘度計により25℃で測定し
た結果を第1〜2図に示す。
第1図は実施例1の電気粘性液体を高温(120℃、50時
間)で熱処理する前(○印)と熱処理後(△印)の電場
の強さ(横軸:KV/mm)とトルク(縦軸:g・cm)との関係
を示す図、第2図は比較例1の電気粘性液体について同
様な測定を行った結果を示す図である。
間)で熱処理する前(○印)と熱処理後(△印)の電場
の強さ(横軸:KV/mm)とトルク(縦軸:g・cm)との関係
を示す図、第2図は比較例1の電気粘性液体について同
様な測定を行った結果を示す図である。
第1図のように実施例1では高温(120℃)での連続的
加熱を行っても電気粘性効果に変化はないが、比較例1
では第2図のように加熱処理後電気粘性効果の発現力が
低下している。
加熱を行っても電気粘性効果に変化はないが、比較例1
では第2図のように加熱処理後電気粘性効果の発現力が
低下している。
第3図は実施例2の電気粘性液体について1.5KV/mmの電
場を印加した場合(○印)と電場を印加しない場合(△
印)の回転粘度計のトルク(縦軸:g・cm)と測定温度
(横軸:℃)との関係を示す図、第4図は比較例1の電
気粘性液体について同様の測定を行った結果を示す図
で、これらの図より非水系の実施例2の液体は−50℃か
ら200℃まで機能するが、水系の比較例1の液体は0℃
以下では電気粘性効果を示さず、90℃以上では電流が流
れすぎて電気粘性効果の測定が不可能であることがわか
る。
場を印加した場合(○印)と電場を印加しない場合(△
印)の回転粘度計のトルク(縦軸:g・cm)と測定温度
(横軸:℃)との関係を示す図、第4図は比較例1の電
気粘性液体について同様の測定を行った結果を示す図
で、これらの図より非水系の実施例2の液体は−50℃か
ら200℃まで機能するが、水系の比較例1の液体は0℃
以下では電気粘性効果を示さず、90℃以上では電流が流
れすぎて電気粘性効果の測定が不可能であることがわか
る。
[発明の効果] 広い温度範囲で高い電気粘性効果を示すが、電力消費量
が少く、且つ高い電気粘性効果を長期間維持できる電気
粘性液体が得られる。
が少く、且つ高い電気粘性効果を長期間維持できる電気
粘性液体が得られる。
第1図は実施例1の電気粘性液体を高温(120℃、50時
間)で熱処理する前(○印)と熱処理後(△印)の電場
の強さ(横軸:KV/mm)とトルク(縦軸:g・cm)との関係
を示す図、第2図は比較例1の電気粘性液体について同
様な測定を行った結果を示す図である。 第3図は実施例2の電気粘性液体について1.5KV/mmの電
場を印加した場合(○印)と電場を印加しない場合(△
印)の回転粘度計のトルク(縦軸:g・cm)と測定温度
(横軸:℃)との関係を示す図、第4図は比較例1の電
気粘性液体について同様の測定を行った結果を示す図で
ある。
間)で熱処理する前(○印)と熱処理後(△印)の電場
の強さ(横軸:KV/mm)とトルク(縦軸:g・cm)との関係
を示す図、第2図は比較例1の電気粘性液体について同
様な測定を行った結果を示す図である。 第3図は実施例2の電気粘性液体について1.5KV/mmの電
場を印加した場合(○印)と電場を印加しない場合(△
印)の回転粘度計のトルク(縦軸:g・cm)と測定温度
(横軸:℃)との関係を示す図、第4図は比較例1の電
気粘性液体について同様の測定を行った結果を示す図で
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 101:02) C10N 20:02 20:06 A Z 40:14 (72)発明者 福山 良樹 東京都小平市小川東町3―5―8―104 (72)発明者 斎藤 翼 埼玉県所沢市上新井1265―2 (56)参考文献 特開 昭63−97694(JP,A) 特開 昭64−6093(JP,A)
Claims (3)
- 【請求項1】平均粒径0.01〜100ミクロン、炭素含有量8
0〜97重量%で且つC/H比(炭素/水素原子比)1.2〜5
の炭素質微粉末1〜60重量%の分散相と、室温における
粘度0.65〜500センチストークスの電気絶縁油99〜40重
量%の液相とからなることを特徴とする電気粘性液体。 - 【請求項2】炭素質微粉末がコールタールピッチ又は石
油系ピッチを熱処理することにより生成する光学的異方
性小球体をピッチ成分から分別したのち、不活性雰囲気
中で200〜600℃に加熱処理することにより得られるもの
である請求項第1項記載の電気粘性液体。 - 【請求項3】炭素質微粉末が電気絶縁性薄膜で被覆され
ているものである請求項第1項または第2項記載の電気
粘性液体。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21261588 | 1988-08-29 | ||
| JP63-212615 | 1988-08-29 | ||
| JP1-85783 | 1989-04-06 | ||
| JP8578389 | 1989-04-06 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9723696A Division JPH08253788A (ja) | 1996-04-19 | 1996-04-19 | 電気粘性液体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0347896A JPH0347896A (ja) | 1991-02-28 |
| JPH0742473B2 true JPH0742473B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=26426787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1171969A Expired - Fee Related JPH0742473B2 (ja) | 1988-08-29 | 1989-07-05 | 電気粘性液体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69225340T2 (de) * | 1991-12-27 | 1998-08-27 | Nippon Oil Co Ltd | Elektrorheologische Flüssigkeit mit karbonhaltigen Teilchen in anisotroper Form |
| US5536426A (en) * | 1993-05-21 | 1996-07-16 | Nippon Oil Company, Ltd. | Electrorheological fluid containing carbonaceous particles |
| US5693367A (en) * | 1995-03-24 | 1997-12-02 | Bridgestone Corporation | Process for producing a powder material for an electro-rheological fluid |
| JPH08253788A (ja) * | 1996-04-19 | 1996-10-01 | Bridgestone Corp | 電気粘性液体 |
| JP4046785B2 (ja) * | 1996-05-23 | 2008-02-13 | 大日本印刷株式会社 | 非導電性炭素質粉体及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0737626B2 (ja) * | 1986-10-14 | 1995-04-26 | 旭化成工業株式会社 | 電気粘性流体 |
| JPH07103392B2 (ja) * | 1987-06-29 | 1995-11-08 | 旭化成工業株式会社 | 電気粘性流体 |
-
1989
- 1989-07-05 JP JP1171969A patent/JPH0742473B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0347896A (ja) | 1991-02-28 |
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