JPH0823032B2 - 電気粘性流体 - Google Patents

電気粘性流体

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JPH0823032B2
JPH0823032B2 JP5297790A JP5297790A JPH0823032B2 JP H0823032 B2 JPH0823032 B2 JP H0823032B2 JP 5297790 A JP5297790 A JP 5297790A JP 5297790 A JP5297790 A JP 5297790A JP H0823032 B2 JPH0823032 B2 JP H0823032B2
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10MLUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M171/00Lubricating compositions characterised by purely physical criteria, e.g. containing as base-material, thickener or additive, ingredients which are characterised exclusively by their numerically specified physical properties, i.e. containing ingredients which are physically well-defined but for which the chemical nature is either unspecified or only very vaguely indicated
    • C10M171/001Electrorheological fluids; smart fluids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、電界の印加によって、その粘度が速やかに
増大する特徴を有し、例えばエンジンマウント、ショッ
クアブソーバ、ダンパ、クラッチ、バルブ等の作動流体
として利用可能な、電気粘性流体(エレクトロレオロジ
ー流体)に関するものである。
(背景技術) 従来から知られている電気粘性流体は、米国特許第30
47507号明細書等に開示されているような、電気絶縁性
の高い油状物質中に、吸水性若しくは親水性の固体微粒
子に水若しくは親水剤を付着・吸着せしめた粒子(誘電
体)を分散させた含水系の電気粘性流体と、特開昭61−
216202号公報に明らかにされている如き、半導電性の微
粒子を同様に油状物質に分散させた無水系の電気粘性流
体とに、大きく分類することが出来る。
而して、これら電気粘性流体のうち、含水系のもの
は、一般に、電界の印加による粘性の変化が大きい長所
を有する反面、100℃以上の高温では水分が蒸発してし
まうことから、使用不可となる問題を内在すると共に、
電流密度の温度依存性が大きいといった問題があること
が認められている。
この電流密度の温度依存性は、誘電体粒子表面の水分
が温度上昇に伴ってイオン化することに起因すると考え
られており、実際の機械装置の一般的な環境条件である
−20℃〜100℃の温度下において、高温側の消費電流
が、低温側の消費電流の100倍から1000倍にもなり、指
数関数的に増加することとなるのである。
これに対して、無水系の電気粘性流体は、水分の介在
を排除し、半導電性の微粒子を使用して、電気粘性効果
を得るものであるため、高温でも使用可能であり、ま
た、電流密度の温度依存性が小さく、温度変化に対して
流体性能が良好に維持される長所を有するものである。
しかしながら、電界の印加によって作動せしめられる粒
子が半導体であるが故に、含水系の電気粘性流体に比較
して、絶対的な電流量が大きく、常温域での消費電流の
低減が課題とされている。加えて、無水系の電気粘性流
体は、電界の印加による粘性の変化が小さい問題も内在
しているのである。
このように、従来の電気粘性流体は、含水系・無水系
共に、一長一短があり、その実用化を図る上において、
未だ解決されるべき幾つかの問題を有しているのが実状
である。
(解決課題) ここにおいて、本発明の解決課題とするところは、電
流密度の温度依存性が小さく、高温でも使用可能である
と共に、電界を印加していない時の初期粘度が低く、そ
れによって電界の印加時における粘性変化が大きい、実
用的な電気粘性流体を提供することにあり、また、それ
に加えて、従来の無水系の電気粘性流体に比して、消費
電流量が効果的に抑制される、実用的な電気粘性流体を
提供することにある。
(解決手段) そして、上記課題を解決するため、本発明にあって
は、シリコーンオイルの35〜55重量%と、フェノール樹
脂を原料とし、これを焼成して得られる、誘電率が10-1
〜10-5S/cmである縮合多環式系有機半導体粒子の45〜65
重量%とを混合して、該シリコーンオイル中に該有機半
導体粒子を分散せしめてなる無水系の電気粘性流体にし
て、かかるシリコーンオイルと有機半導体粒子の合計量
の100重量部に対して、燐を結合含有するチタネート系
カップリング剤を、5重量部以下の割合で、更に含有し
ている電気粘性流体を、その要旨とするものである。
また、このような本発明にあっては、有利には、前記
チタネート系カップリング剤において、そのTi原子の配
位数が、6となるように、その構造が選定されることと
なる。
(具体的構成) 要するに、本発明に従う電気粘性流体は、半導電性の
固体微粒子を用いた無水系の電気粘性流体であって、分
散媒としてのシリコーンオイルと、分散相としての有機
半導体粒子とが、均一に混合せしめられ、且つその混合
流体に対して、更に、添加剤として、燐を結合含有する
チタネート系カップリング剤が含有せしめられている、
三成分系の電気粘性流体として構成されるものである。
より具体的には、本発明に従う電気粘性流体におい
て、分散相として使用される有機半導体粒子は、電界の
印加時に、良好な電気粘性効果が得られるように、導電
率が10-1〜10-5S/cmに制御される必要がある。そして、
そのような粒子としては、フェノール樹脂を原料とし、
これを焼成して得られる、従来から公知の各種の縮合多
環式系の半導電性有機材料からなる粒子の中から適宜に
選択されたものが使用されるが、特にポリアセン系粒子
は好ましい例である。このポリアセン系粒子は、焼成温
度によって導電率が変化するフェノール樹脂からなる粒
子を、適当な温度条件にて焼成することによって、有利
に得ることが出来る。このような有機半導体粒子は、ま
た、ベルパールC−600(商品名;鐘紡株式会社製)等
としても市販されている。
そして、かかる有機半導体粒子は、45〜65重量%の高
い配合量において、分散媒としてのシリコーンオイルに
混合されるのであるが、このように高濃度で有機半導体
粒子を配合せしめることにより、無水系の電気粘性流体
でありながら、電界の印加による粘度変化が大きな電気
粘性流体が得られるのである。因みに、第1図は、有機
半導体粒子(ベルパールC−600)を、シリコーンオイ
ル中に20〜60重量%の割合で分散せしめた流体につい
て、無電界時及び電界(2KV/mm)印加時の粘度変化を測
定した結果を示すものであるが、有機半導体粒子を高濃
度で配合することにより、電界印加時の粘度が著しく向
上することが認められる。
しかしながら、シリコーンオイルと有機半導体粒子と
の二成分系の流体では、該粒子を高濃度で配合する場
合、かかる第1図からも明らかなように、無電界時の粘
度(初期粘度)も上昇することに避けられず、甚だしい
場合には、流動性自体が得られずに、使用不可となるこ
とがあり、また使用不可とならない場合でも、該電気粘
性流体を利用する装置の組立加工等が困難となる問題を
惹起する。加えて、かかる高濃度で半導電性の粒子を使
用することにより、電流密度が高くなり過ぎる問題も生
じるのである。
このため、本発明の電気粘性流体にあっては、上記の
シリコーンオイルと有機半導体粒子の組合せに、更に、
燐を結合含有するチタネート系カップリング剤を含有せ
しめた、三成分系として構成されるものであり、これに
より、電界印加時の粘度は該カップリング剤の添加前と
略同程度に高く維持されつつ、該電気粘性流体の初期粘
度は、添加前に比較して、1/3〜1/4程度にまで低下せし
められ得るのである。加えて、かかるカップリング剤の
添加により、電流密度も効果的に低下せしめられること
となったのである。なお、そのメカニズムは、明らかで
はないが、燐を結合含有するチタネート系カップリング
剤の添加により、有機半導体粒子の分散性が向上せしめ
られることによるものと考えられる。また、該カップリ
ング剤が隣を結合含有するものでない場合には、逆に、
初期粘度が上昇する等の問題を惹起することとなるた
め、使用することは出来ないのである。
かかるカップリング剤の具体例としては、イソプロピ
ルトリス(ジオクチルパイロホスフェート)チタネー
ト、ビス(ジオクチルパイロホスフェート)オキシアセ
テートチタネート、ビス(ジオクチルパイロホスフェー
ト)エチレンチタネート、テトライソプロピルビス(ジ
オクチルホスファイト)チタネート、テトラオクチルビ
ス(ジトリデシルホスファイト)チタネート、テトラ
(2,2−ジアリルオキシメチル−1−ブチル)ビス(ジ
トリデシル)ホスファイトチタネート等を挙げることが
出来る。
また、このようなカップリング剤の中でも、そのTi原
子の配位数が6であるものを使用する場合には、得られ
る電気粘性流体の電流密度が安定して低下され得て、消
費電流を低下せしめる効果も得ることが出来るところか
ら、本発明では有利に用いられるのである。
さらに、かかるカップリング剤は、少量で効果を発揮
するものであり、シリコーンオイルと有機半導体粒子と
の合計量の100重量部に対して、5重量部以下の割合で
配合されることとなる。その使用量が5重量部を越える
と、本発明の効果を充分に達成し得なくなったり、或い
は電界印加時の粘度が減少する等の問題を惹起する。
なお、本発明において、分散媒としてのシリコーンオ
イルは、特に限定されるものではなく、公知のものの中
から適宜に決定されることとなるが、安定した懸濁状態
を保つ上で、用いられる有機半導体粒子に対して、その
比重を可及的に近づけることが望ましい。
(実施例) 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更
に具体的に明らかにすることとするが、本発明が、その
ような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるも
のでないことは、言うまでもないところである。
また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上
記の具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限
りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修
正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべ
きである。
先ず、有機半導体粒子として、導電率が10-2〜10-4S/
cmのポリアセン粒子:ベルパールC−600(鐘紡株式会
社製)を用意し、その60重量%とシリコーンオイルの40
重量%とを混合して得られた電気粘性流体の100重量部
に対して、下記第1表に示す各種チタネート系カップリ
ング剤、或いはアルミニウム系カップリング剤を添加、
配合して、電気粘性流体A〜Jを作製した。なお、カッ
プリング剤の配合量は、0.5重量部、1重量部、3重量
部、5重量部の各割合とした。
得られた各電気粘性流体について、その初期粘度(無
電界時の粘度)を測定し、その結果を第2図及び第3図
に示した。なお、流体Hは、カップリング剤を3重量部
の割合で配合した時点で、また流体I及びJについて
は、カップリング剤を1重量部の割合で配合した時点
で、何れも流動性が著しく悪化したため、初期粘度の測
定を実施することが出来なかった。
かかる第2図より明らかなように、チタネート系のカ
ップリング剤であっても、隣を結合含有していないカッ
プリング剤を配合した流体Hは、かかるカップリング剤
の配合量が0.5重量部の場合には、初期粘度低下の効果
が得られるものの、1重量部の割合で配合する場合に
は、急激に粘度が上昇しており、該カップリング剤の配
合量の僅かな加減によって、流体粘度が大きく左右され
ることが分かる。
一方、隣を結合含有するチタネート系カップリング剤
を配合した流体、即ち、第2図に示される流体B、F及
び第3図に示される各流体は、何れも、その初期粘度が
500cP程度にまで低下せしめられており、且つカップリ
ング剤の配合量との関係において、安定して粘度低下の
効果が得られていることが分かる。
次に、流体A〜H及び流体Jについて、電界印加時の
電流密度を測定し、その結果を第4図に示した。なお、
この測定は、電気粘性流体を封入した内筒・外筒間に2K
V/mmの電界強度をかけて行なったものであり、また、カ
ップリング剤の配合量は、0.5重量部、1重量部、3重
量部の各割合とした。
かかる第4図によって、隣を結合含有してなるチタネ
ート系カップリング剤を配合した電気粘性流体(流体A
〜G)のうち、該カップリング剤中のTi原子の配位数が
4である流体A〜Dについては、電流密度低下の効果
が、カップリング剤の配合量に大きく依存していること
が分かる。一方、隣を結合含有し且つTi原子の配位数が
6であるカップリング剤を配合した流体E〜Gにあって
は、カップリング剤の配合量に拘わらず、安定して電流
密度低下の効果が得られており、Ti原子の配位数が6で
あるカップリング剤が、消費電流の低減を達成する上
で、より好ましいものであることが分かる。
なお、隣を結合含有しないチタネート系カップリング
剤を配合した流体Hは、該カップリング剤を3重量部添
加した時点で流動性が著しく悪化したため、測定を実施
することが出来なかった。また、アルミニウム系カップ
リング剤を添加した流体Jも、該カップリング剤を1重
量部の割合で配合した時点で同様の状態となった。
(発明の効果) 以上述べたところから明らかなように、本発明に従う
電気粘性流体にあっては、電流密度の温度依存性が低
く、高温でも使用可能であると共に、初期粘度が効果的
に低下せしめられ得、以て電界の印加前後で大きな粘度
変化が発揮されるものである。また、配合されるチタネ
ート系カップリング剤として、Ti原子の配位数が6のも
のを使用すれば、前記の特徴に加えて、更に消費電流低
減の効果も得られるのである。
このように、本発明に従う電気粘性流体は、従来の電
気粘性流体の問題を有利に解消するものであって、実使
用可能な電気粘性流体として大いに利用が期待されるも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、シリコーンオイルと有機半導体粒子の二成分
系の電気粘性流体における、粒子配合量と粘度との関係
を示すグラフであり、第2図及び第3図は、それぞれ、
実施例で得られた各電気粘性流体における、カップリン
グ剤の配合量と初期粘度との関係を示すグラフであり、
第4図は、実施例で得られた電気粘性流体A〜H及び流
体Jに関し、カップリング剤の配合量と電界印加時の電
流密度との関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 139:06 137:02 145:18) C10N 10:08 20:00 Z 40:14

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコーンオイルの35〜55重量%と、フェ
    ノール樹脂を原料とし、これを焼成して得られる、導電
    率が10-1〜10-5S/cmである縮合多環式系有機半導体粒子
    の45〜65重量%とを混合して、該シリコーンオイル中に
    該有機半導体粒子を分散せしめてなる無水系の電気粘性
    流体にして、かかるシリコーンオイルと有機半導体粒子
    の合計量の100重量部に対して、燐を結合含有するチタ
    ネート系カップリング剤を、5重量部以下の割合で、更
    に含有していることを特徴とする電気粘性流体。
  2. 【請求項2】前記チタネート系カップリング剤におい
    て、そのTi原子の配位数が、6であることを特徴とする
    請求項(1)記載の電気粘性流体。
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