JPH08113791A - 電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】均一で安定性に優れた電気粘性流体を提供す
る。 【構成】フレキシブルな分子鎖単位の重合体からなる主
鎖に、ニトリル基およびベンゼン骨格を各々少なくとも
一つ以上含む非液晶性の官能基を複数個結合した化合物
を主成分とした電気粘性流体 【効果】作動温度範囲が広く安定性やコスト的に優れた
均一系の電気粘性流体として、振動吸収、トルク伝達、
機械制御などのアクチュエ−タ−に利用することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な電気粘性流体に関
するものであり、長期間安定に大きな電気粘性効果を発
現する均一系の電気粘性流体として、振動吸収、トルク
伝達、ダンパ−、機械位置決め制御などのアクチュエー
ターとしての用途に利用される。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体は、Ｗｉｎｓｌｏｗの発明
以降約半世紀、水を含んだ粒子や絶縁薄膜で表面被覆し
た導電性粒子あるいは半導体粒子など誘電体粒子を絶縁
油に分散させた、いわゆる分散系の流体が数多く提案さ
れてきた。しかしこれらの流体は粒子の分散安定性が悪
く粒子沈降という本質的な問題があり実用には至ってい
ない。

【０００３】一方、粒子を用いない均一系の電気粘性流
体も古くから、極性液体、液晶、ポリマ−溶液など数々
研究されてはきたが、それらの電気粘性効果は極めて小
さく顧みられなかった。最近、分散系の電気粘性流体の
難しさが明らかになるにつれて、改めて均一系の流体の
可能性が見直され、粒子を用いない均一系の電気粘性流
体に関する報告や特許が発表され始め、例えば、ポリベ
ンジルグルタメ−トをジオキサンに溶解させたリオトロ
ピック液晶（特開平４−２６６９９７号公報）、連鎖に
複数個の液晶性基を結合したサ−モトロピック液晶性化
合物（特開平５−３２９８８号公報）を用いた流体で
は、従来の分散系に勝る大きな電気粘性効果が得られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のライオトロピッ
ク液晶やサ−モトロピック液晶を用いた電気粘性流体
は、確かに大きな電気粘性効果を示すが、リオトロピッ
ク液晶はそれに用いられる溶媒は一般に極性が高く導電
性であり、また揮発性が高いものが多く実用には制限が
ある。また後者のサ−モトロピック液晶を用いたもの
は、電気絶縁性や耐久性に優れるものの、一般に作動温
度範囲が狭い傾向がある。また両者は一般に原料が高価
で製造に多くの工程を要するためコスト的にも高くなる
という問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、サ−モト
ロピック液晶からなる上記電気粘性流体の問題点を解決
するため、液晶性基について鋭意検討を重ねていたとこ
ろ、意外にも液晶性基でなくともフレキシブルな連鎖に
ある種の比較的簡単な官能基を結合することにより大き
な電気粘性効果の発現する事実を見つけ、本発明に到達
した。即ち、本発明は、フレキシブルな分子鎖単位の重
合体からなる主鎖に、ニトリル基およびベンゼン骨格を
各々少なくとも一つ以上含む非液晶性の官能基が複数個
結合された化合物を主成分とする電気粘性流体にある。

【０００６】本発明に言う、ニトリル基およびベンゼン
骨格を含む非液晶性の官能基を、フレキシブルな分子鎖
単位の重合体からなる主鎖に結合させた化合物の代表的
な分子構造としては、（ａ）側鎖型化合物、（ｂ）主鎖
型化合物、（ｃ）両端型化合物が挙げられる。ニトリル
基およびベンゼン骨格を含む非液晶性の官能基は、フレ
キシブルな分子鎖単位からなる主鎖重合体に、（ａ）の
場合には側鎖に、（ｂ）の場合には主鎖に、（ｃ）の場
合には両端に、直接あるいは結合基を介して結合され
る。

【０００７】本発明でいうフレキシブルな分子鎖単位と
は、１）ジメチルシロキサン、フェニルメチルシロキサ
ンなど−ＳｉＲ₁ Ｒ₂ Ｏ−（ここでＲ₁ 、Ｒ₂ はアルキ
ル基あるいはフェニル基を示す。）で表されるシロキサ
ン、２）オキシエチレン、オキシプロピレン、オキシブ
チレンなど−ＯＣ_m Ｈ_2m−（ここでｍは１から５の整
数）で表されるオキシアルキレン、３）テトラフルオロ
オキシエチレン、トリフルオロオキシエチレン、ヘキサ
フルオロオキシプロピレン、など−ＯＣ_m Ｈ_2m-nＦ_n −
（ここでｍは１から３の整数、ｎは２ｍまたはそれ以下
で０以外の整数）で表されるフルオロオキシアルキレ
ン、４）メチレン、エチレン、プロピレンなど−Ｃ_m Ｈ
_2m−（ここでｍは１から８の整数）で表されるアルキレ
ンなどである。特に１）から３）は低温でもフレキシブ
ル性に富み好ましい。本発明のフレキシブルな分子鎖単
位の重合体は、これらの分子鎖単位の単独重合体または
異種の分子単位と共重合体である。重合度としては２か
ら３００、好ましくは２から１００、より好ましくは５
から１００である。

【０００８】また、本発明に言うニトリル基およびベン
ゼン骨格を含む非液晶性の官能基とは、液晶性を示すい
わゆるメソゲン（松本正一、「液晶エレクトロニク
ス」、オ−ム社、に代表例が記載されている。）とは異
なる官能基であり、例えば化学式１に示される分子構造
が代表として挙げられる。

【０００９】

【化１】

【００１０】側鎖型化合物の場合、これらの分子鎖単位
は、１）に示した構造では、Ｒ₁ またはＲ₂ の一部は直
接あるいは結合基を介してニトリル基およびベンゼン骨
格を含む非液晶性の官能基が置換されている。また、上
記２）から４）に示した構造ではＨの一部が直接あるい
は結合基を介して官能基が置換されており、また更に残
りのＨの一部は、メチル基、エチル基、フェニル基など
で置換されていてもよい。

【００１１】一方、主鎖型化合物や両端型化合物の場
合、１）〜４）のいずれの分子鎖単位においても分子鎖
中へのニトリル基およびベンゼン骨格を含む非液晶性の
官能基の結合は直接あるいは結合基を介して結合され
る。一つの主鎖に結合される官能基の数は、一つである
と電気粘性効果の向上は不十分であるので、二つ以上で
あることが好ましく、できるだけ多いことが電気粘性効
果の点からより好ましい。フレキシブルな分子鎖単位の
数と官能基の数の比は、前者が１０に対して後者が３以
上であることが好ましく、できるだけ多い方がより良
い。また官能基の比率から見て、両端型よりは側鎖型や
主鎖型がより好ましい。

【００１２】上述の結合基としては、−Ｃ_n Ｈ_2n−（こ
こでｎは１から２０の整数）、−Ｏ−、−ＣＯＯ−、−
ＣＯＮＨ−などの基が代表例として挙げられる。さらに
上記の分子鎖単位は、必要に応じて、エステル基、アミ
ド基、フェニレン基などを介在させた分子鎖単位を結合
させ、異なる種類のフレキシブルな主鎖を形成させるこ
ともできる。

【００１３】本発明の、フレキシブルな分子鎖単位の重
合体からなる主鎖に、ニトリル基およびベンゼン骨格を
各々少なくとも一つ以上含む非液晶性の官能基を複数個
結合した化合物は、電気粘性流体としてこれを単独に用
いてもよいが、分散媒体や希釈剤、例えば、本化合物と
同一のフレキシブルな分子鎖単位からなる重合体、フレ
キシブルな分子鎖とは親和性があるが、非液晶性の分子
鎖とは親和性が低い化合物等で分散あるいは希釈して使
用することもできる。分散あるいは希釈して用いる場
合、本発明の化合物は、３０重量％以上の主成分として
使用することが好ましい。

【００１４】

【実施例】以下、実施例をもって本発明を具体的に説明
し補足する。なお、電気粘性流体の基本的特性である電
気粘性効果の測定は下記の方法に従った。 （電気粘性効果の測定方法）プレ−ト間に電界が印加で
きるように改造されたパラレルプレ−ト型の回転粘度計
を用い、電極間に試料を挟み、所定の温度と所定の剪断
速度で試料に剪断を与え、所定の電圧を印加した際の剪
断応力と電流値を測定した。電気粘性効果は電圧印加に
よる剪断応力の増分で評価した。本実施例では、パラレ
ルプレートの電極径は３２ｍｍ、電極間隔は０．５０ｍ
ｍ、剪断速度は２００ｓｅｃ^-1、印加電圧は直流０〜２
ｋｖ／ｍｍであった。

【００１５】

【実施例１】 １）官能基部の合成 ４−ヒドロキシベンジルシアニド１２．０Ｇ，無水炭酸
カリウム３１．１ｇ、メチルエチルケトン１５０ｍｌを
混合して、アリルブロマイド１１．７ｍｌを加えて８０
℃で３時間加熱撹拌した。放冷後反応混合物を水にあ
け、生成物をジエチルエ−テルで抽出した。乾燥、濃縮
後、得られた粗生成物をシリカカラムクロマトで精製
し、化学式２に示す化合物Ａを１５．５ｇ得た。

【００１６】

【化２】

【００１７】２）側鎖型化合物の合成 化学式３で示される平均組成を持つジメチルシロキサン
・モノメチルヒドロジェンシロキサンのランダム共重合
体４．０ｇ、化合物Ａ３．９ｇをテトラヒドロフラン６
０ｍｌに溶解させ、少量の塩化白金酸触媒を加えて６０
℃で２時間反応させた。赤外吸収スペクトルと高速液体
クロマトグラフによる分析で化合物Ａがほぼ完全に消失
し、シロキサン共重合体に反応していることが確認され
た。続いて１−ペンテン２．０ｇｗｏ添加し、未反応の
Ｓｉ−Ｈ基を完全に潰した後、メタノ−ル４００ｍｌで
精製した。

【００１８】

【化３】

【００１９】３）電気粘性効果の測定 ３０℃で測定した電気粘性効果の結果を表１に示した。
このような簡単な分子構造の化合物で液晶高分子並の大
きな電気粘性効果が得られた。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明は従来提案されてきたライオトロ
ピック液晶やサーモトロピック液晶を用いた均一系の電
気粘性流体の大きな欠点の１つであった、作動温度範囲
やコストの問題を解決する安定性に優れた電気粘性流体
にある。バルブ、クラッチ、トルクコンバ−タ−などの
コンパクトで電子制御で作動する新しいアクチュエ−タ
−に長期間安定して使用することができる。特に高精度
の機械制御システム系への展開に有益である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１０Ｎ 40:14

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレキシブルな分子鎖単位の重合体から
   なる主鎖に、ニトリル基およびベンゼン骨格を各々少な
   くとも一つ以上含む非液晶性の官能基が複数個結合され
   た化合物を主成分とする電気粘性流体。
2. 【請求項２】 フレキシブルな分子鎖単位が、シロキサ
   ン、アルキレンエ−テル、パ−フルオロアルキレンエ−
   テルであることを特徴とする請求項１の電気粘性流体。