JPH08143887A - 電気粘性流体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気粘性効果が大きく、且つ分散相の沈降が
少なく、再分散性を向上させる他、長期安定性、温度特
性、低初期粘度、低電流、電場の応答性に優れた電気粘
性流体を提供することを目的とする。 【構成】 分散相として真球状の形状をなす炭素質粉体
を、また、媒体相としてジメチルシロキサンとフルオロ
シロキサンとを用いたシリコーン油を使用し、その該分
散相／該媒体相の混合比が１〜５０／９９〜５０体積％
であり、且つ該油状媒体相中にアミノ変性シリコーンオ
イルを分散相である炭素質粉体に対し０．１〜２０重量
％含有させることを特徴とする電気粘性流体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電場の印加によって粘
性を増大する電気粘性流体に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気粘性流体は非導電性の油の中に微細
に分割した誘電性を有する固体が分散している懸濁液
で、十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流体である。

【０００３】実用的な電気粘性流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、電場を取り
除かれた場合には小さな粘性を持ち、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ことである。

【０００４】この電気粘性流体は当初、いわゆる含水粉
体を用いた含水系電気粘性流体が主体であったが、この
場合には広い温度範囲において十分な電気粘性効果が得
られず、使用温度の制限、温度上昇による使用電流の増
大、水分の移行による不安定化、高電圧印加時の電極金
属の腐食等多くの問題があり、実用化が困難であった
為、最近は専ら含水粒子を含まない非水系の電気粘性流
体のものが主流になっている。しかし尚困難な問題があ
り、実用化されるに至っていない。

【０００５】例えば、フェノール樹脂を原料とする炭素
質粉体を分散質とした電気粘性流体は、静置しておくと
分散質と分散媒の比重差の為に分散質である粉体が沈殿
してくる。沈降した粉体は更に自重により密になり、再
分散が困難なケーキ状沈殿物となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、分散相の沈降を少なくし、且つ電
気粘性効果が大きく、又長期安定性、温度特性、電場の
印加に対する応答性に優れた電気粘性流体を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するするための手段及び作用】本発明の主
旨は、まず、請求項１に記載の通り、分散相として炭素
質粉体を、媒体相として電気絶縁性を有する油状媒体中
に分散させた電気粘性流体において、該炭素質粉体が、
真球状の形状をなすものであり、媒体相として、５０〜
９０モル％のジメチルシロキサンと１０〜５０モル％の
３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロキサンと
の共重合体で体積抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の油状媒
体を使用し、該分散相／該媒体相の混合比が１〜５０／
９９〜５０体積％であり、且つ該油状媒体相中に変性シ
リコーンオイルを分散相である炭素質粉体に対し０．１
〜２０重量％含有させた電気粘性流体である。

【０００８】或は又、請求項２に記載の通り、分散相と
して炭素質粉体を、媒体相として電気絶縁性を有する油
状媒体中に分散させた電気粘性流体において、該炭素質
粉体が、真球状の形状をなすものであり、媒体相とし
て、５０モル以上９０モル未満のジメチルシロキサンと
１０モル％を越え５０モル％以下の３，３，３−トリフ
ルオロプロピルメチルシロキサンの共重合体で体積固有
抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の油状媒体とジメチルシロ
キサンの単独重合体である油状媒体との混合物で、混合
物中の３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロキ
サン単位の数とジメチルシロキサン単位の数の合計値に
対する３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロキ
サン単位の数の割合が０．１〜０．５の範囲の油状の媒
体を使用し、該分散相／該媒体相の混合比が１〜５０／
９９〜５０体積％であり、且つ該油状媒体相中に変性シ
リコーンオイルを分散相である炭素質粉体に対し０．１
〜２０重量％含有させた電気粘性流体である。

【０００９】更に請求項３に示した様に、前記真球状の
形状が、前記炭素質粉体の最大直径と最小直径の平均直
径に対する偏差が、それぞれの平均直径の３０％以内を
なすものであることを特徴とした電気粘性流体であり、
又請求項４の様に前記炭素質粉体が、炭化反応条件下に
おいて表面融着性を持たない物質からなることを特徴と
する請求項１または２記載の電気粘性流体としたことで
ある。すなわち、誘電性を有する炭素質粉体を分散させ
る為の油状分散媒中に、変性シリコーンを極少量添加し
たところ、いくつかのタイプの変性シリコーンが沈降抑
制、及び易再分散に有効であることが明らかとなり、同
時に初期粘度低減、電流低減、ＥＲ効果増大等の効果を
併せ持つことが判明し、本発明に至った。

【００１０】以下、本発明の詳細について説明する。本
発明の電気粘性流体は、主に分散相である炭素質粉末、
液相であるシリコーンオイル、添加剤である変性シリコ
ーンから構成されている。まず、本発明で最も重要な変
性シリコーンオイルについて説明する。変性シリコーン
オイルとしては、特に制限されず、各種変性シリコーン
オイル、下記の一般式１で代表される構造のものが使用
できる。

【００１１】

【数１】 ここで、一般式１中で各種変性シリコーンがどの様な官
能基（Ａ、Ｂ）を持つのかを表１に示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】以上の各種変性シリコーンオイルは、シリ
コーンオイルと親和性を持つところからこの各種変性シ
リコーンオイルが界面活性剤として働き、炭素質の分散
性を向上させるため、粉体の沈降を防止し、再分散性を
向上させ、更に液体の初期粘度を低減するが、それに加
えて電流低減効果を持ち合わせている点でアミノ変性シ
リコーンオイルが好適である。

【００１４】次に炭素質粉末について説明する。本発明
で使用する炭素質粉末の粒径として適当なのは０．０１
〜５０μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍである。５０
μｍ以上の場合は懸濁液として不安定であり、又、０．
０１μｍ以下になると電場を印加しない時の粘度が著し
く増加する。

【００１５】また、本発明の電気粘性流体用粉体は、炭
素質粉体であって、真球状の形状をなすものであるが、
好適な炭素質粉体としては、炭素含有量８０〜９７重量
％のものが好ましく、特に好ましくは８５〜９５重量％
である。また、炭素質粉体の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。

【００１６】一般に電気粘性流体の分散相の電気抵抗は
半導体領域にあることは古くから知られているが［Ｗ．
Ｍ．Ｗｉｎｓｌｏｗ：Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ
第２０巻、第１１３７頁（１９４９年）］、炭素含有量
が８０重量％未満で、且つＣ／Ｈ比が１．２未満の炭素
質粉体は絶縁体であり、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％を超え、且
つ、Ｃ／Ｈ比が５を超える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流体は
得られない。

【００１７】本発明の電気粘性流体用炭素質粉末として
好適な前記Ｃ／Ｈ比を有する具体的材料としては、フェ
ノール樹脂、セルロース、不飽和ポリエステル、フラン
樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、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
れるピッチなどが挙げられる。

【００１８】本発明の電気粘性流体用の真球状炭素質粉
末とは、電子顕微鏡で観察した粉体粒子が目視により真
球状の形状をなすことを意味し、好ましくは、１個の粉
体粒子の最大直径と最小直径の平均直径に対する偏差
が、それぞれ平均直径の３０％以内であり、更に好まし
くは２０％以内である。また、粉体粒子が理想的に滑ら
かな真球状をなすと仮定した時に、その表面からのずれ
である凹凸が、好ましくは、平均直径の１０％以内であ
り、平均直径の５％以内であることが更に好ましい。最
も好ましくは、粉体粒子の最大直径と最小直径の平均直
径に対する偏差が、それぞれ平均直径の１０％以内であ
り、且つ、理想的真球表面からのずれである凹凸が、平
均直径の３％以内の粉体粒子である。ここにおいて１個
の粉体粒子の平均直径とは、その粉体粒子の最大直径と
最小直径の平均値を指す。

【００１９】真球状炭素質粉体の製造方法としては、前
記ピッチを粉砕したものをエマルジョン法により真球状
に成形する方法のほか、真球状の熱硬化性樹脂を、窒
素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、真球状の形状
を保持するように熱処理により炭化する方法等が挙げら
れる。

【００２０】本発明の電気粘性流体用粉体を製造する場
合に用いられる原料としては、前記の物質がいずれも好
適に使用できるが、特に、炭化反応条件下において、表
面融着性を持たない物質を用いることが好ましい。本発
明について、表面融着性を持たない物質とは、炭化反応
における熱処理温度条件、例えば、１００〜５００℃等
の下において表面が熱溶融性を示さない物質を指し、球
状セルロース、高架橋度フェノール樹脂の如く、耐熱性
に優れ、物質自体が熱溶融性を示さないものの他、通常
の熱硬化性樹脂類の如く、ある程度の耐熱性は有する
が、熱処理によって表面が軟化するような物質に、表面
融着性を阻害する表面処理を行ったもの等が好ましく用
いられる。

【００２１】表面処理としては、例えば、球状に成形し
た熱硬化性樹脂を（１）湿式法で表面硬化する、（２）
乾式法で表面硬化する、（３）界面活性剤で表面処理す
る、（４）シリカやフッ素系物質等の耐熱性被膜を形成
する等の方法が挙げられる。表面処理の具体的例として
は、例えば、湿式法としては、真球状樹脂を、塩酸、硫
酸、しゅう酸等の酸水溶液中で熱処理する。乾式法とし
ては酸素雰囲気下で熱処理の不融化処理する。活性剤処
理としてはシリコーン系の界面活性剤に浸漬・乾燥す
る。耐熱性被膜形成法としてはエチルシリケート中に分
散し、表面をエチルシリケートで被覆した後、被覆した
球状樹脂を酸触媒と共に水中に分散し、加熱処理してエ
チルシリケートの加水分解反応を行わせ、表面にシリカ
被膜を形成する等が挙げられる。

【００２２】前記の如く、本発明の電気粘性流体用粉体
を製造する場合に用いられる原料として、炭化反応条件
下において表面融着性を持たない物質を用いることによ
り、炭化反応中に粉体の融着を防止することができるた
め、得られた粉体の均一性が良好であり、更に、炭化反
応後の解砕、粉砕の工程が不要となる等の利点を有する
ものである。

【００２３】最後に、液相を構成する電気絶縁油として
は、フルオロシリコーンオイルのような誘電率の高い液
相を用いることが考えられるが、誘電率の高い液相は導
電性の不純物を含んでいる為直流印加において粉体の電
気泳動が起きる傾向にあり、特に低粘度の液相ではこの
傾向が著しい。このことから誘電率はジメチルシリコー
ンオイルより高く、且つ電気抵抗はジメチルシリコーン
並みである上記一般式の構造を有するジメチルシロキサ
ンと３’３’３−トリフルオロプロピルメチルシロキサ
ンの共重合体からなる液相を用いる。

【００２４】該共重合体におけるトリフルオロプロピル
メチルシロキサン単位の割合は１０〜５０モル％、好ま
しくは２０〜４０モル％、ジメチルシロキサン単位の割
合は５０〜９０モル％、好ましくは６０〜８０モル％で
ある。トリフルオロプロピルメチルシロキサン単位の割
合が５０モル％を越えると導電性が増す為粉体の電気泳
動が起こり易くなり、一方１０モル％未満では誘電率が
小さく電気粘性効果の増大は僅かである。又液相を構成
する共重合体の体積固有低効率は１０¹¹Ω・ｃｍ以上、
好ましくは１０¹²Ω・ｃｍ以上である。１０¹¹Ω・ｃｍ
未満であると粉体の電気泳動が起こり易くなる。

【００２５】或は、上記共重合体よりなる液相の代わり
に、５０モル以上９０モル％未満のジメチルシロキサン
と１０モル％を越え５０モル％以下の３’３’３−トリ
フルオロプロピルメチルシロキサンの共重合体で体積抵
抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の油状媒体とジメチルシロキ
サンの単独重合体である油状媒体との混合物で、混合物
中の３’３’３−トリフルオロプロピルメチルシロキサ
ン単位の数とジメチルシロキサン単位の数の合計値に対
する３’３’３−トリフルオロプロピルメチルシロキサ
ン単位の数の割合が０．１〜０．５の範囲である液相
に、誘電体粒子よりなる分散相を懸濁せしめたものであ
っても良い。混合物中の３’３’３−トリフルオロプロ
ピルメチルシロキサン単位の数とジメチルシロキサン単
位の数の合計値に対する３’３’３−トリフルオロプロ
ピルメチルシロキサン単位の数の割合が０．５を越える
と導電性が増す為、粉体の電気泳動が起こり易くなり、
一方０．１未満では誘電率が小さく電気粘性効果の増大
は僅かである。

【００２６】本発明で用いる油状媒体の粘度は２５℃に
おいて０．６５〜１０００センチストークス（ｃＳ
ｔ）、好ましくは５〜２００ｃＳｔ、更に好ましくは５
〜５０ｃＳｔの粘度を有するものを用いる。油状媒体の
粘度が低過ぎると揮発分が多くなり、長期的安定性が悪
くなる。一方、油状媒体の粘度が高すぎると液体の粘度
が高くなり実用上好ましくない。又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よく懸濁
させることができる。

【００２７】以下、実施例を示して、更に本発明の詳細
を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではない。

【実施例】

［実施例１］実施例１の粉体を５０ｇ（３０体積％）、
フルオロシリコーン１１４．２５ｇに油状媒体の一部と
してアミノ変性シリコーンＸＦ４２−Ａ３３３５（東芝
シリコーン製、粘度：７００ｃＳｔ／２５℃、アミノ当
量：１８００ｇ／ｍｏｌ）を２５ｇ（粉体に対して０．
５重量％）（上記フルオロシリコーンと併せると７０体
積％）加え、十分撹拌してＥＲＦを作製する。これを容
量１００ｍｌ．内径２９ｍｍのメスシリンダーに入れ、
室温で３カ月間静置したときの沈降界面高さ、及びＥＲ
Ｆ作製直後のＥＲ特性を表２に示す。

【００２８】［実施例２］実施例１の粉体５０ｇ（３０
体積％）、フルオロシリコーンとシリコーンの１：１
（体積分率）混合オイル１１１．３０ｇに油状媒体の一
部としてアミノシリコーン（東芝シリコーン製、アミノ
変性シリコーンＸＦ４２−Ａ３３３５（粘度：７００ｃ
Ｓｔ／２５℃、アミノ当量：１８００／ｍｏｌ）を２５
ｇ（粉体に対して０．５重量％）（混合オイルと併せる
と７０体積％）加え、十分撹拌してＥＲＦを作製する。
これを１００ｍｌ、内径２９ｍｍのメスシリンダーに入
れ、室温で３か月静置した時の沈降界面高さ、及びＥＲ
Ｆ作製直後のＥＲ特性を表２に示す。

【００２９】［比較例１］フェノールを原料とし、真球
状の形状をなした炭素質粉体５０ｇ（３０体積％）、７
０モル％のジメチルシロキサンと３０モル％の３，３，
３−トリフルオロプロピルメチルシロキサンとの共重合
体で体積抵抗率が１．０×１０¹²Ω・ｃｍの油状媒体よ
りなる液相１１４．２５ｇ（７０体積％）を混合し十分
撹拌しＥＲＦを作製する。これを容量１００ｍｌ、内径
２９ｍｍのメスシリンダーに入れ、室温で３か月間静置
した後の沈降界面高さ、及び作製直後のＥＲＦに２ＫＶ
／ｍｍの電場を印加した時のＥＲ特性を表２に示す。粘
度の測定は二重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間
に直流電場を印加した時の剪断速度３６６／秒における
見かけの粘度を測定した。

【００３０】［比較例２］実施例１の粉体５０ｇ（３０
体積％）、７０モル％のジメチルシロキサンと３０モル
％の３．３，３，−トリフルオロプロピルメチルシロキ
サンの共重合体で体積抵抗率が１．０×１０¹²Ω・ｃｍ
の油状媒体とジメチルシロキサンの単独重合体である油
状媒体との混合物で、混合物中の３，３，３，−トリフ
ルオロプロピルメチルシロキサン単位の数とジメチルシ
ロキサン単位の数の合計値に対する３，３，３−トリフ
ルオロプロピルメチルシロキサン単位の数の割合が０．
１５である混合オイル（フルオロシリコーンとシリコー
ンの１：１（体積分率））１１１．５５ｇ（７０体積
％）を加え、十分撹拌してＥＲＦを作製する。これを１
００ｍｌ、内径２９ｍｍのメスシリンダーに入れ、室温
で３カ月静置した時の沈降界面高さ、及びＥＲＦ作製直
後のＥＲ特性を表２に示す。

【００３１】［比較例３］実施例１の粉体５０ｇ（３０
体積％）、ジメチルシリコーン（東芝シリコーン製シリ
コーンＴＳＦ４５１−１０ＥＲ（粘度１０ｃＳｔ）を１
２７．３２ｇ（７０体積％）加え、十分撹拌してＥＲＦ
を作製する。これを１００ｍｌ、内径２９ｍｍのメスシ
リンダーに入れ、室温で３か月静置した時の沈降界面高
さ、及びＥＲＦ作製直後のＥＲ特性を表２に示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】上記の詳細な説明のごとく、分散相とし
て炭素質粉体を、媒体相として電気絶縁性を有する油状
媒体中に分散させた電気粘性流体において、該炭素質粉
体が、真球状の形状をなすものであり、媒体相として、
５０〜９０モル％のジメチルシロキサンと１０〜５０モ
ル％の３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロキ
サンとの共重合体で体積抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の
油状媒体を使用し、該分散相／該媒体相の混合比が１〜
５０／９９〜５０体積％であり、且つ該油状媒体相中に
変性シリコーンオイルを分散相である炭素質粉体に対し
０．１〜２０重量％含有させることを特徴とする電気粘
性流体としたこと。

【００３４】或は又、分散相として炭素質粉体を、媒体
相として電気絶縁性を有する油状媒体中に分散させた電
気粘性流体において、該炭素質粉体が、真球状の形状を
なすものであり、媒体相として、５０モル以上９０モル
未満のジメチルシロキサンと１０モル％を越え５０モル
％以下の３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロ
キサンの共重合体で体積固有抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以
上の油状媒体とジメチルシロキサンの単独重合体である
油状媒体との混合物で、混合物中の３，３，３−トリフ
ルオロプロピルメチルシロキサン単位の数とジメチルシ
ロキサン単位の数の合計値に対する３，３，３−トリフ
ルオロプロピルメチルシロキサン単位の数の割合が０．
１〜０．５の範囲の油状の媒体を使用し、該分散相／該
媒体相の混合比が１〜５０／９９〜５０体積％であり、
且つ該油状媒体相中に変性シリコーンオイルを分散相で
ある炭素質粉体に対し０．１〜２０重量％含有させたこ
と。

【００３５】以上のように本発明により、従来の電気粘
性流体に比べて、広い温度範囲において大きな電気粘性
特性が得られ、しかも電場をかけない場合には低粘度で
あり、しかも分散沈降することなく、再分散性も可能と
なり、長期安定性を保ち、又、実際に電場を印加した時
の応答性も優れ且つ電力消費も少ない電気粘性流体を得
ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── 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 20:00 Ｚ 20:06 Ｚ 40:14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分散相として炭素質粉体を、媒体相とし
   て電気絶縁性を有する油状媒体中に分散させた電気粘性
   流体において、該炭素質粉体が、真球状の形状をなすも
   のであり、媒体相として、５０〜９０モル％のジメチル
   シロキサンと１０〜５０モル％の３，３，３−トリフル
   オロプロピルメチルシロキサンとの共重合体で体積抵抗
   率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の油状媒体を使用し、該分散相
   ／該媒体相の混合比が１〜５０／９９〜５０体積％であ
   り、且つ該油状媒体相中に変性シリコーンオイルを分散
   相である炭素質粉体に対し０．１〜２０重量％含有させ
   ることを特徴とする電気粘性流体。
2. 【請求項２】 分散相として炭素質粉体を、媒体相とし
   て電気絶縁性を有する油状媒体中に分散させた電気粘性
   流体において、該炭素質粉体が、真球状の形状をなすも
   のであり、媒体相として、５０モル以上９０モル未満の
   ジメチルシロキサンと１０モル％を越え５０モル％以下
   の３，３，３−トリフルオロプロピルメチルシロキサン
   の共重合体で体積固有抵抗率が１０¹¹Ω・ｃｍ以上の油
   状媒体とジメチルシロキサンの単独重合体である油状媒
   体との混合物で、混合物中の３，３，３−トリフルオロ
   プロピルメチルシロキサン単位の数とジメチルシロキサ
   ン単位の数の合計値に対する３，３，３−トリフルオロ
   プロピルメチルシロキサン単位の数の割合が０．１〜
   ０．５の範囲の油状の媒体を使用し、該分散相／該媒体
   相の混合比が１〜５０／９９〜５０体積％であり、且つ
   該油状媒体相中に変性シリコーンオイルを分散相である
   炭素質粉体に対し０．１〜２０重量％含有させることを
   特徴とする電気粘性流体。
3. 【請求項３】 前記真球状の形状が、前記炭素質粉体の
   最大直径と最小直径の平均直径に対する偏差が、それぞ
   れの平均直径の３０％以内をなすものであることを特徴
   とする請求項１又は請求項２記載の電気粘性流体。
4. 【請求項４】 前記炭素質粉体が、炭化反応条件下にお
   いて表面融着性を持たない物質からなることを特徴とす
   る請求項１、２または３項のいずれかに記載の電気粘性
   流体。