JPS63256692A - 電気レオロジー流体 - Google Patents

電気レオロジー流体

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JPS63256692A
JPS63256692A JP63068341A JP6834188A JPS63256692A JP S63256692 A JPS63256692 A JP S63256692A JP 63068341 A JP63068341 A JP 63068341A JP 6834188 A JP6834188 A JP 6834188A JP S63256692 A JPS63256692 A JP S63256692A
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JP
Japan
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fluids
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liquid
fluid
raw
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JP63068341A
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English (en)
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ジェームス・エドワード・スタングルーム
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Original Assignee
II R FURIYUIDO DEV Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電場応答性流体として知られている、いわ
ゆる電気レオロジー（ＥＲ）流体（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｒ
ｈｅｏ！ｏｇｉｃａｌ　ｆ’１ｕｉｄ　）に関する。
ＥＲ原流体、最初にウィンスロウ（Ｗｌｎｓｌｏｖ）に
よって１９４７年に記述され、以来いくつかの特許の対
象となっている。ＥＲ原流体、ベースとなる液体に細分
した固体を入れたスラリーであり、それらが電場にさら
された時にそれらの流れ抵抗が増加する特性を有する。
この変化は、おおよそ電場に比例し、可逆的であってか
つ事実上瞬時に起こる。使用する電圧は高い（典型的に
は４３（Ｖ／＋ａｍまで）にもかかわらず総電力は非常
に低く、そのためＥＲ原流体固体電子制御と非常に広い
範囲の機械的装置との間の有用なインターフェースを提
供する。
広い範囲の固体物質がＥＲ原流体製造するために用いら
れる。ウィンスロウはシリカゲルを用いた。最近では、
アルギン酸、ポリメタクリル酸およびフェノールホルム
アルデヒド樹脂のようなイオン性ポリマーが、通常塩と
して使用されている。
同様に、広い範囲のベースとなる液体が使用されている
。ウィンスロウの最初のＥＲ原流体、炭化水素変圧器油
をベースとしていた。最近では、合成ハロゲン化物質が
使用されている。
ＥＲ原流体ベース液体は、それが疎水性であって、すな
わち水と全く混和することができないことが最少限必要
とされることは従来例によって良く知られている。実験
的な証拠は、ＥＲ効果が固体粒子内に吸着された水によ
るものであることを強く示唆している。しかしながら、
全ての疎水性液体が、ＥＲ原流体の使用に等しく適して
いるわけではない。望ましい特徴は以下の通りである。
（１）ベース液体はＥＲ原流体できるだけ活性化しなけ
ればならない。同じ固体を用いても異なったベース液体
を使用したＥＲ原流体活性（すなわち、電場を適用する
ことによって生じた流動特性の変化の程度）は著しく変
化する。明らかに、最終的なＥＲ原流体、できるだけ活
性であることが望ましい。
（２）ベース液体の密度は、固体の沈澱を防ぐために、
できるだけ固体の密度と等しくあるべきである。現在、
大部分のＥＲ原流体使用されている固体の密度は約１４
００Ｋｇ／　ｃｕ、ｍであり、したがって、これをベー
゛スとなる油の密度の大体の目標と見なすべきである。
（３）物質が長期の実用寿命および貯蔵寿命を有するよ
うに、ベース液体はＥＲ原流体特別な環境において化学
的に安定であるべきである。
（４）ベース液体は、広い液体温度領域、すなわち低い
凝固点と高い沸点を有するべきである。
（５）ベース液体は不燃性、もしくは少なくとも難燃性
であるべきである。
（６）無電界におけるＥＲ原流体れ自身の粘性を低くす
るために、ベース液体は低い粘性を有するべきである。
（７）ベース液体は普通のエンジニアリング素材を侵さ
ないものであるべきである。正常な使用において、金属
を侵す液体は比較的少ないが、プラスチック、特にオイ
ルシールに用いられるエラストマーを侵す液体は多い。
これはエンジニアリングに使用される流体には明らかに
望ましくないものである。
（８）ベース液体は、それ自身が効果的な潤滑剤である
べきである。
（９）ベース液体は、不利な生物学的効果を有するべき
ではない。
（１０）理想的には、ベース液体は無臭であるべきであ
る。潜在的なユーザーの間には、不慣れな臭いに対する
当然の疑惑があり、多くの人々はそれらに非常に敏感で
ある。
これまでに提供されたＥＲ原流体ベース液体は、これら
の基準のすべてを満たしてはいない。これらの中には以
下のものがある。
ａ）炭化水素 これらはウィンスロウによって使用された。これらは、
比較的不活性なＥＲ原流体与え、かつ密度が低すぎる（
　８００Ｋｊｊ／　ｃｕ、ａ＋）。軽いグレードのもの
は著しい揮発性と可燃性を有する傾向にある。
これらは顕著な匂いを有するが、これは不快なものでは
なく、比較的なじみのある匂いである。
ｂ）ハロゲン化芳香族炭イ水素 これらは非常に活性の高いＥＲ原流体つくる。
ポリ塩化ビフェニール（Ｐ　ＣＢ）は、初めは使用され
ていたが、それらの高い発癌性および突然変異誘発性が
知られるようになって廃棄された。以降の発展は以下の
通りである。
（ｉ）ハロゲン化ジフェニルメタン（および関連化合物
） これらは突然変異誘発性の発現がＰＣＢよりも少なく、
適当な密度を有している。適当な関連化合物を混合する
ことによって、液体領域を拡張することおよび粘性を減
少させることができる。これらのような化学的にＰＣＢ
に関連がある物質は、すべてが試験されているわけでは
ないが、生物学的活性について必然的に疑われる。これ
らすべての液体は、普通のエンジニアリングエラストマ
ーを侵すため、「ヴイトン（Ｖｉｔｏｎ）Ｊのような物
質のみを使用することができる。
（ｊｌ）ハロゲン化混合エーテル これらは、上記（ｉ）の廉価版を作る試みの中で開発さ
れたものであり、より広い液体領域を有する。典型的に
は、これらは、ペンタクロロフェニルのような高度にハ
ロゲン化された芳香族の「頭部」を有し、かつＮ−オク
チルのような脂肪族の「尾部」を有する。これらは、ジ
フェニルメタンの利点および不利な点の多くを有する。
（ｆｉｌ）ハロゲン化脂肪族炭化水素 例えば、塩素化パラフィンをＥＲ原流体使用する試みが
なされている。これらによって活性流体を得ることがで
き、これらは芳香族化合物より生物理的に危険が非常に
少ないものと考えられている。しかしながら、これら化
合物がアルカリ条件の下で加水分解を受け、塩酸を遊離
することはよく知られている。ＥＲ流体中の固体は、通
常強塩基（例えば、水酸化リチウム）と弱酸の塩であり
、したがってアルカリ性である（それらはまた、吸着水
を含んでいる）。さらに、固体の表面積が大きいので、
上記反応が生じるための理想的な表面を提供する。した
がって、これらの物質は実用および貯蔵面に疑問が残る
。
ハロゲン化炭化水素の多くは、不燃性または難燃性のい
ずれかである。多くのものは、多くの人々が気付く、強
くかつ好ましくない臭いを有し、さらにあるものは密室
においては危険なものとなり得る顕著な麻酔性を有する
。
フッ素化物質 現在、３種類のフッ素化液体を手頃な価格で商業的に入
手することができる。これらを以下に記す。
Ａ、過フッ素化ポリエーテル 典型的な例は、モンテジソン（Ｍ　ｏｎｔｅｄｉｓｏｎ
　）によって種々のグレードが供給されている「フォム
プリン（Ｆ　ｏｓｂｌｉｎ）　Ｊである。これらは非常
に密度が大きく（典型的には１８００−１９００に９　
／　ｃｕ、ｍ）、フレオンのような他のフッ素化物質以
外はいかなるものとも混和することができない。これら
をＥＲ原流体使用しようとする試みは失敗に終わった。
Ｂ、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＣＴＦＥ）典型
的な例は、フッカ−・ケミカル・カンパニーによって製
造された「フルオロループ（Ｆ　Ｉｕｏｒｏｌｕｂｅ　
）　Ｊであり、日本製の［フロンループ（Ｆ　Ｉｏｎｌ
ｕｂｅ　）　Ｊは同じ物質である。これらは、密度が大
きく（約１９００Ｋｇ／　ｃｕ、ａ＋）　、流動性の高
い液体であり、多くの炭化水素およびハロゲン化物質と
混和することができる。これらは、化学的に安定であり
、生物学的に不活性であり、不燃性であり、かつ事実上
無臭である。
Ｃ，フルオロシリコーン 通常供給されるものは、適度の密度（約１１００Ｋｇ／
ｃｕ、ｍ）の粘性液体であり、比較的少数の他の液体と
混和することができる。これらの他の性質はＣＴＦＥの
ものと似ている。
高い密度、低い粘性、広い液体領域、高い化学的安定性
および低い生物学的活性のようなこれらの魅力的な性質
の観点から、ＥＲ原流体ＣＴＦＥを使用する試みがなさ
れている。しかしながら、それらの密度を適当な範囲に
下げるためにそれらを希釈することが必要である。現在
に至るまで、２系統の希釈液が使用されている。
１）　ハロゲン化物質（上述） これらは、高活性で適度な密度のＥＲ原流体与える（Ｐ
ＣＢとの混合物はより早い特許の中で特に請求されてい
る）が、当然、ハロゲン化希釈液の問題のすべてをこう
むる。そのため、ＰＣＢとの混合物は、現在では非合法
である。
２）炭化水素 適正な密度と他の物理的特性を有する炭化水素とＣＴＦ
Ｅとの混合物の製造は難しくはない。しかしながら、実
際には、炭化水素を少量添加するだけでも最終ＥＲ流体
の活性は非常に減少することがわかる。
ＥＲ原流体のフルオロシリコーンの使用フルオロシリコ
ーンは、ＥＲ原流体ベース液体として広く用いられてい
るようには見えない。単純なシリコーン油を試験した。
それらをベースとしたＥＲ原流体炭化水素をベースとし
たものと同様の性質、すなわち、乏しい密度適合性と低
い活性を有する。
希釈していない市販フルオロシリコーンをベースとする
ＥＲ原流体高い活性を有するが、このベース液体は非常
に粘性が高く、かつ密度が低すぎるために実際の使用に
は適当ではない。これら両方の欠点は、理論的には、フ
ルオロシリコーンをＣＴＦＥと混合することによって減
少することができる。しかし、市販の物質は普通の温度
では混和することはできない。
この発明によると、親水性固体および疎水性液体成分を
包含する電気レオロジー流体であって、該疎水性液体成
分は平均分子量が２００−７００の範囲にあるフルオロ
シリコーンを含む電気レオロジー流体が提供される。
この発明の基礎は、上記範囲にまでフルオロシリコーン
の分子量を減少することが２つの望ましい効果を有する
ことの発見である。
■　それはフルオロシリコーンそれ自身の粘性を減少さ
せる。
■　それはフルオロシリコーンをＣＴＦＥと混和できる
ようにする。
さらに、低分子ｍ　（２００−７００）のフルオロシリ
コーン（ＬＭＦＳ）とＣＴＦＥとの混合物は、事実上Ｅ
Ｒ流体に理想的なベース液体となり、上に概略を示した
すべての基準を満たす。
（１）　この混合物から作られたＥＲ原流体、これまで
に作られた最も活性の高いものの中の１つである。
（２）　　ＣＴＦＥ１部に対してＬＭＦＳ約２部の混合
物は、通常使用される固体に適合する正確な密度（ある
場合には、多少の調節が必要であるかもしれない）を与
える。
（３）　両方の物質は化学的に非常に安定である。ＣＴ
Ｆ　Ｅは、「ゴーリング（ｇａｌｌｉｎｇ　）　Ｊ条件
（例えば、ねじ山において）でアルミニウムまたはマグ
ネシウム合金と接触することにより爆発することが知ら
れているが、これは避けることができる。
（４）　両方の物質は非常に広い液体領域を有している
。
（５）　　ＣＴ　Ｆ　Ｅはまったく燃焼せず、ＬＭＦＳ
は非常に高い引火点を有しているため、普通の使用にお
いては不燃性であると考えることができる。
（６）　混合物は、２０ｉＰａ、ｓのオーダーの低い粘
度を有する。
（７）　混合物は、普通に使用されるエンジニアリング
物質（エラストマーを含む）のいかなるものに対しても
事実上影響を与えない。油に侵される傾向にあることで
有名な天然ゴムでさえも、膨潤がかろうじて認められる
だけである。
（８）　両方の物質は良い潤滑剤である。この混合物で
濡れた容器は、不慣れなオペレーターによって落されそ
うである。
（９）　両方の物質は生物学的に不活性であると見なさ
れる。
（１０）　　ＬＭＦＳの臭いは検出不可能である。
ＣＴＦＥの臭いを検出することは非常に難しい。
そのため、事実上混合物は無臭である。
要約すると、この混合物は、ＥＲ原流体ベース液体とし
ての使用に非常に適しているように思われる。
化学的側面 両方の物質は、従来技術からよく知られている標準法に
よって作られる。これらの製造方法はこの発明を形成す
るものではない。この発明は、ＥＲ原流体ベース物質と
してＬＭＦＳおよびＬＭＦＳと他の物質との混合物を使
用することによって、驚くべき利益が得られることに関
する。
２つの適当な物質の特性は、単なる実施例とじて付記し
である。
好ましくは、ベース液体は、ハロゲン化炭化水素（以前
の特許において請求されたジフェニルメタンと関連ジア
リール物質の誘導体および混合芳香族エステルは別にす
る）、ハロゲン化脂肪族炭化水素またはフッ素化ポリマ
ーからなる群から選ばれる少なくとも１種の疎水性液体
をさらに含む。
前記疎水性液体は、塩化トリフルオロビニルのポリマー
であってもよい。２０℃での疎水性液体成分の密度は、
好ましくは、１２００ないし１８００Ｋｇ／　ｃｕ、ａ
＋である。固体成分は、デンプンまたはシリカゲルから
なることが好ましい。これに代わって、固体成分は、遊
離または少なくとも部分的に塩を形成した酸基を含む有
機ポリマーであってもよい。さらに、固体成分は、単糖
類または他のアルコールのホモまたはコポリマーからな
るものでもよい。
さらに、固体成分は、全体的もしくは部分的に塩を形成
していてもよいフェノールおよびアルデヒドで構成され
るコポリマーからなるものでもよい。
その性質にかかわりなく、固体成分の体積部分は、好ま
しくは、２０ないし６０体積％である。さらに、親水性
固体は、１ないし５０ミクロンの範囲の直径を有する粒
子の形態であることが好ましい。
以下は、単に実施例として与えられた、典型的な物質の
特性である。
によって供給された） 供給元識別名　　　　　　　Ｆ　Ｓ　Ｏ／　１８１２６
４外観　　　　　　　　　　　無色、透明液体臭い　　
　　　　　　　　　　　　　　無粘度（２５℃）　　１
９．８ｍ＋ｓ／ｓｅｅ　　（２３，４ｍＰａ、ｓ）屈折
率（２５℃）　　　　　　　　　　　１．３７４４密度
（２５℃）　　　　　　　　　１１８０／（ｇ／　ｃｕ
、１１塩素含有量　　　　　　　　　　　約２ｐｐＩ１
１流動点　　　　　　　　　　　　−７０℃未満引火点
　　　　　　　　　　　　　　　１０３℃発火点　　　
　　　　　　　　　　　３６０℃蒸気圧： 揮発度：　　（５０２１［のカップに１０９を入れ、２
００℃で４時間）１９％ 組成： この物質は、直鎖および環状のポリシロキサン、主にメ
チルトリフルオロプロピルシロキサンの混合物である。
直鎖はトリメチルシリル末端基を有する。環状ポリシロ
キサンは、シクロトリ、シクロペンタおよびシクロヘキ
サシロキサンと共に、主としてシクロテトラシロキサン
からなる。
ポリクロロトリフルオロエチレン 下記の物質は、日本のアサヒガラス社によって供給され
た「フロンループＪＦＬ−５００である。
フルオロループＦＳ−５と名付けられた同じ物質を米国
フッカ−・ケミカル舎コーポレーションから入手するこ
とができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）親水性固体成分および疎水性液体成分を包含する
    電気レオロジー流体であって、該疎水性液体成分が２０
    ０ないし７００の平均分子量を有するフルオロシリコー
    ンを含む電気レオロジー流体。
JP63068341A 1987-03-24 1988-03-24 電気レオロジー流体 Pending JPS63256692A (ja)

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