JPH02292393A - 電気レオロジー性流体組成物、粒状材料及びその製造方法 - Google Patents

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】 本発明は電気粘性（ＥＶ）流体組成物（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｖｉｓ−ｃｏｕｓ（ＥＶ）　ｆｌｕｉｄ　ｃｏｍｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）　（これは電気レオロジー性（ＥＲ）流体
（ｅ　ｌｅｃ　ｔｒｏｊｈｅｏ　ｌｏｇ　ｉｃａ　１　
（ＥＲ　）ｆ　ｌｕ　ｉｄ　）としても知られている〕
及びその製造方法に関する。本発明は更に、電気レオロ
ジー性流体装置（ｅｌｅｃｔｒｏＡｈｅｏｌｏｇｉｃａ
ｌ　ｆｌｕｉｄ　ａｐｐａｓａｔｕｓ）（ＥＲ装置）、
すなわち、流体に加わる剪断応力に抗して電場を印加さ
れる時に電気レオロジー性（ＩＩ：Ｒ）流体が事実上の
固化（ｖｕｔｕａｌ　ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
を起こすことを利用して作動する装置における前記ＥＲ
流体組成物の使用に関する。

ＥＲ装置の例としては、駆動作用を行なう表面（ｄｒｉ
ｖｉｎｇ　ｓｕｒｆａｃｅ）と駆動作用を受ける表面（
ｄｒｉｖｅｎ　ｓｕｒｆａｃｅ）との間で流体に加わる
剪断応力に抗して、固化後の流体による力の伝達を行な
う装置、例えばＥＲクラッチ内のトルク伝達のごとき、
固化された流体による力の伝達を行うための装置があり
、またＥＲ流体等を使用するＥＲダンパーのごとき、固
体プラグ（ｓｐｏｉｄ　ｐｒｕｇ）上に働く油圧作動圧
力（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ）の
剪断応力に抗して流体の固化による力の伝達により弁を
閉鎖する装置が挙げられる。

ＥＲ装置は一般的に知られており、そしてかかる装置を
使用する際に印加される電場は典型的にはｄ．　ｃ．　
（直流）電場である。

高い電気抵抗をもつ流体中に、塩の形にされた酸基を含
有する有機重合体を分散してなる分散体（ｄｉｓｐｅｒ
ｓｉｏｎ）からなるＥＶ流体組成物は、例えば液圧クラ
ッチ又はダンパーについて知られている。

ｄ．　ｃ，電場を印加する慣用のｄ．　ｃ．　Ｅ　Ｒ装
置においては、慣用のＥＲ流体の静的な降伏応力（ｓｔ
ａｔｉｃ−ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｓｓ）は印加電場強度
が増大するにつれて増大し、従ってＥＲ流体は、該流体
が静的な“電場印加”　（“ｌｏｃｋｅｄ−ｏｎ”）を
されて、“固体”である状態で使用される用途では、例
えばクラッチ内のトルク伝達体としての用途では有用で
ある。

しかしながら、ＥＲ流体はその作動を行うのには若干の
ｄ．　ｃ．電導度を必要とするものと思われるものであ
り、かかる流体について．の絶縁破壊値（ｂｒｅａｋ　
ｄｏｗｎ　ｖａｌｕｅ）以上の強い電場においては、こ
のｄ．　ｃ．電導度が著しく増大し、ＥＲ流体を通して
アーク放電（ａｒｃｉｎｇ）が生ずる。

慣用のＥＲ流体は、通常はそれの降伏応力／印破壊電圧
（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｂｒｅａｋｄｏｗｎ　ｖｏｌ
ｔａｇｅ）が比較的低い。

降伏応力／印加電場強度の比が前記したごとく低いとい
うことは、使用時のＥＲ流体に比較的大きな電位傾度（
ｇｒａｄｉｅｎｔ）を適用しなければならないこと及び
電場印加用の対峙された電極が向き合う表面積が大きく
なければならず且つそれら２つの電極は互いに近く接近
していなければならないことを意味する。このことと、
比較的ｄ．　ｃ．導電率が高いことにより、実際に、電
力消費量が望ましくない大きさとなり従って装置が過熱
されるという結果が生ずる（電気エネルギーが熱エネル
ギーに変化する）。

ＥＲ装置、例えばＥＲクラッチ及びダンパーは、電気的
な加熱のため及びダンバーの場合には、吸収された機械
的エネルギーの熱への転化のために、しばしば、中度に
高い作動温度（例えば５０℃以上）を有し得る。

ＥＲ流体のｄ．　ｃ．導電率は温度と共に著しく増大し
、そして指数的に増大することさえあるから、その結果
、実際に使用される際に、電力消費量の増大と装置温度
の上昇との悪循環が継続して惹起される。典型的には、
ｄ．　ｃ．装置内のかかるＥＲ流体はそれのいわゆる倍
加温度（ｄｏｕｂｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａ−ｔｕｒｅ
）（すなわち、導電率を倍増させる作動温度増加分２が
約６℃である。

許容され得る適度の電力消費量においては、ＥＲ流体の
長時間作動で劣化の起る温度以下の温度で平衡温度が達
せられず、劣化温度を越えることもある。

温度平衡が流体についての絶縁破壊条件以下で生起しな
い場合には、ｄ．　ｃ．導電率と電力消費量は電力供給
源の容量能力を越えるまで、及び／又はＥＲ装置及び／
又は流体が電気的に作動できなくなるまで増大する。

比較的高い降伏応力／印加電場強度比と比較的低いｄ．
　ｃ．導電率と比較的高い破壊電圧とを有するＥＲ流体
であって“静的１なｄ．　ｃ．　Ｅ　Ｒ装置内で使用す
るためのＥＲ流体を提供することは望ましいことである
。

かかる性質を兼備するＥＲ流体は、良好な静的な性能（
ｓｔａｔｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を要求される
“電場印加（　ｌｏｃｋｅｄ−ｏｎ　）された”ＥＲク
ラッチのごとき用途に用いるのに明らかに有用である。

上述したこととは別に定常的な（ｓｔｅａｄｙ）ｄ．ｃ
，電場においては、ｄ．　ｃ．装置内の慣用のＥＲ流体
は、該流体の動的剪断応力（ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｈｅａ
ｒ　ｓｔｒｅｓｓ）が剪断速度と共に著しく減少しそし
て剪断速度と共に指数的に減少することさえあり得ると
いう点〔このような性質は降伏点を越えた時の固体物質
の塑性挙動（ｐｌａｓｔｉｃ　ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）に
や一類似している〕で、しばしば、不良な動的性能（ｄ
ｙｎａｍｔｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）を有する。

かかるｄ．　ｃ．装置内のかかるＥＲ流体は、すでに剪
断力下にあるＥＲ流体が良好な動的ＥＲ性能を有するこ
とを要求されるＥＲダンパーのごとき用途においてはそ
の使用が明らかに制限される。

剪断速度の増大につれて著しく減少することのない、比
較的高い剪断応力／印加電場速度比と比較的低い導電率
と比較的高い破壊電圧とを有する、ＥＲ流体であって“
動的”なＥＲ装置用途で使用するためのＥＲ流体を提供
することは望ましいことである。

本発明者らが知見したところによればａ．Ｃ．（交番）
印加電位の印加下に使用されるある種のＥＲ流体は、特
に、このａ．　Ｃ．電位を印加するのに用いる電極の少
なくとも１つが該流体から絶縁されている場合に、上記
の望ましい諸性質を有することを認めた。すなわち、例
えば、かかる動的なＥＲ装置の用途に使用されるＥＲ流
体は、それの剪断応力が剪断速度の増大するにつれて、
僅かにそして多分は有意な程度にさえ増大するという点
において、良好ば動的性能を有する。

かかるＥＲ流体は良好な動的性能が要求される、ＥＲダ
ンパーのごとき用途において明らかに有用である。

本発明は ａ）静的及び／又はｄ．　ｃ．を使用する用途及び／又
は ｂ）動的及び／又はａ．　ｃ．を使用する用途に使用し
得る、かつ、前記したごとき欠点を有していないＥＲ流
体を提供する。

従って本発明によれば、非水性極性吸着質（ａｄｓｅｒ
ｂａｔｅ）を含有する高アルミナ・交換体アルミナ珪酸
塩（ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ａｌｕｍｓｎ４ｔｓｉｌｉｃ
ａｔｅ）を電気抵抗の大きな流体ビヒクル中に分散させ
た分散体からなるＥＲ流体組成物が提供される。

本明細書中で使用される“吸着質”　（“ａｄｓｏｒ−
ｂａｔｅ”）という用語はアルミノ珪酸塩構造体上及び
／又はアルミノ珪酸塩構造体中に吸着（ａｄｓｏｒｂ）
、配位（ｃｏｅｒｄｉｎａｔｅ）及び／又は吸収（ａｂ
ｓｏｒｂ）される任意の物質を意味する。

本明細書において“交換体アルミノ珪酸塩”（　”ｅｘ
ｃｈａｎｇｅｒ　ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ　”
　）という用語は、 ａ）実験式： （Ａｌ　ｓＯａ）ｂ（ＳｊＯｔ）ｃ （式中のｂ及びＣは任意の数値であるが、但し、ｂ／ｃ
の比はｌを越えないものとする）の部分（ｍｏｉｅｔｙ
）　；と ｂ）　　１価又は２価の主族（ｍａｉｎ　ｇｒｏｕｐ）
金属カチオン、水素イオン又は場合により置換されてい
るアンモニウムイオン；とからなる任意の無機材料を意
味する。

これらの無機材料（交換体アルミノ珪酸塩）のあるもの
においては、イオンは交換可能である。

この無機材料としては例えばゼオライト、雲母及びバー
ミキュライトが挙げられる；該無機材料は天然材料であ
るか又は合成材料であることができまた該材料は商業的
に入手されるものであるか又はかかる材料から例えばイ
オン交換により誘導され得るものであり得る。更にこの
無機材料にはカチオンが２種又はそれ以上のカチオン種
の混合物からなりかつこれらのカチオン種の比率が無限
に変動し得る（ｉｎｆｉｎｉｔｅｌｙ　ｖａｒｉａｂｌ
ｅ）混合物である？機材料も包含される。

“高アルミナ”　（“ｈｉｇｈ　ａｌｕｍｉｎａ”）と
いう用語は、ｂ：ｃの比が１：１−１＋９の範囲にある
任意の交換体アルミノ珪酸塩を意味する。結晶質材料で
あることが好ましい。高アルミナ・交換体アルミナ珪酸
塩の例は後記する。

本発明のＥＶ流体中で使用される粒状分散相（ｐａｒｔ
ｉｃｕｌａｔｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｅ　ｐｈａｓｅ）又は
該分散相中に含有されている交換体アルミナ珪酸塩は本
発明の要旨の一つである。

ｌ７ 本発明のアルミノ珪酸塩の範囲に包含される：′ゼオラ
イトは、実験式： Ｍａｃ（ＡＡ’　＊Ｏｓ）ｂ■　（ＳｉＯｔ）ｃ−Ｑａ
　　　　（　１　）（式中、 Ｍは１価又は２価の主族（ｍａｉｎ　ｇｒｏｕｐ）金属
カチオン、水素又はアンモニウムイオンである；Ｑは非
水性極性吸着質である； ａはＭが２価のときはｌであり、Ｍが１価のときは２で
ある； ｂ′，ｃ′及びｄは任意の数値であるが、但し、ｂ′／
ｃ′の比は１：ｌを越えることができｔものであり、Ｃ
′は１以下ではないものとする）を有する結晶質無機材
料である。

例えばアルミノ珪酸塩として天然及び市販のゼオライト
及びこれらのゼオライトからＭａのイオン交換又は水と
Ｑとの直接的交換により得られる材料が挙げられる。（
ゼオライトは不安定な水を含有する、既知のイオン交換
性のかつ吸水性の材料である。） 上記の定義中にはＭａＯがその定義中に包含されるＭａ
Ｏ種のｒ種又はそれ以上の混合物からなりかつこれらの
ＭａＯ種の比率が無限に変動し得る混合物である材料も
包含される。

本発明のＥＲ流体は良好なＥＲ特性、例えばｄ．Ｃ．印
加電位についての良好な静的降伏応力／印加電位比及び
／又はａ．　Ｃ．印加電位についての良好な動的降伏応
力／印加電位比を育する。

印加電位との関連で使用される場合“ｄ．　ｃ．”は本
質的に定常的な印加電位を意味する。

印加電位との関連で使用される場合、“ａ．　Ｃ．は本
質的に周期的に変動し得る電位（Ｏ電位に関して対称的
であるか又は非対称的）を意味する。

本発明の流体中の適当な高アルミナ・交換体・アルミノ
珪酸塩としては、カチ才ン塩がＩＡ族又はｎＡ族金属、
例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム
又はカルシウム又はこれらの混合物、特にカリウム又は
カルシウムであるのが挙げられる。

適当な高アルミナ・交換体・アルミノ珪酸塩としては、
更に、カチオン種がｎＢ族金属であるものも挙げられる
。かかるカチオンの例としては亜鉛カチオン及び亜鉛カ
チオンと他の適当なカチオンとの混合物が挙げられる。

本発明の粒状材料においては、カチオンは、通常分散相
のｌ〜５０重量％を形成する。

興味のある交換体・アルミノ珪酸塩の一つの群において
は、ｂ二〇の比はｌ：１〜ｌ：５、特に、ｌ：１〜ｌ：
３である。

本発明のアルミノ珪酸塩中の吸着質は交換体・アルミノ
珪酸塩の構造体上への吸着、該構造体への配位及び／又
は該構造体中への吸収を行わせることのできる任意の極
性、非水性吸着質であることができ、そして、該吸着質
は純粋なガス又は液体又はその混合物であるか又は例え
ばガス又は極性固体の溶液であることができかつ無機物
質又は有機物質であり得る。

典型的には非水性吸着質は純粋なものであるが、無機塩
の非水性溶液でもあり得る。

かかる塩の例としては前記したカチオンの任意のものと
硫酸又は塩酸との塩又は有機カルボン酸又はスルホン酸
との塩が挙げられる。

アルミノ珪酸塩構造体中に吸着、配位及び／又は吸収さ
れる極性吸着質の正確な物理的状態は明らかではない。

しかしながら、かかる結合を行うことのできる適当な吸
着質としてはガス、例えばアンモニア及びエチレンオキ
シド及びプロピレンオキシドのごときアルキレンオキシ
ド、及び、液体、例えば極性有機液体、例えばテトラヒ
ド口フラン及びジオキサンのごとき環式エーテル、エチ
ルアミン、工チレンジアミン及びアニリンのごとき非環
式アミン及びピロリドン、ピペリジン、ピペラジン及び
モルホリンのごとき環式アミンが挙げられる。

従って、室温及び大気圧下での標準状態の吸着質との関
連において使用される“ガス”及び“液体”という用語
は、例えば水を含有するゼオライトについて慣用されて
いるごとく、本発明のアルミノ珪酸塩中の関連する吸着
質の全ての物理的状態を意味している。

アルミノ珪酸塩中に含有されている吸着質の量は、極性
吸着質が水である場合、通常、分散相の１−１０重量％
、好ましくは、１〜５重量％であるが、この含有量はよ
り大きな値まで、例えば３０重量％まで、極めて広い範
囲で変動させ得る。

しかしながら、極性吸着質含有量がある値より大きい場
合には、対応するＥＲ流体のｄ．　ｃ，導電率が増大す
るという不利益が生ずることが認められた。

その結果、電力消費量と低印加ｄ．　ｃ．電圧下で絶縁
破壊を生ずる傾向が増大する；例えば電力消費量の場合
、５０％以上まで増大する。このため、良好な値の静的
降伏応力／印加ｄ．　ｃ．電位の比が対応のＥＲ流体中
で保持される傾向にあるとしても、（通常の、静的な）
ｄ．ｃ．用途について極性吸着質含有量を上記したごと
きより高い含有量にすることが妨げられている。

従って、ｄ．　ｃ．印加電位を使用する用途については
、好ましい流体は低いｄ．　ｃ．導電率、従って、しば
しば、低い極性吸着質含有量を有する。

しかしながら、各々の適当な又は最適な極性吸着質含有
量は流体の所望の特性、特定の分散相及び特定のＥＶ流
体ビヒクルに応じて広い範囲で変動させ得る。

しかしながら、各々の場合の吸着質含有量は日常試験に
よって決定し得る。

例えば、動的用途（装置）についての好ましいＥＲ流体
は迅速な動的電圧印加（ｅｎｅｒｇ　ｉｓａｔ　ｉｏｎ
　）応答時間を有する。かかる望ましい迅速な応答時間
１ｆ は、しばしば、より高いｄ．　ｃ，導電率に併なわれる
ものでありそして、かかるより高いｄ．　ｃ．導電率は
ＥＲ流体分散相の極性吸着質の含有量をより大きくする
ことによって付与され得る。

極性吸着質及び／又は各々の関連する分散相粒子及び／
又は分散相又は粒子の変換体アルミノ珪酸塩をＥＶ流体
の残部から、例えば本発明の対応のＥＶ流体のビヒクル
に不溶性の疎水性流体、ゲル又はワックスによりあるい
はコークスの表面層により封入（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔ
ｅ）　Ｌた場合には、ｄ．　ｃ．印加電位を使用する用
途についてもより高い極性吸着質含有量（従って、より
高いｄ．　ｃ，導電率）が許容される。

前記したごとく、動的用途についてはａ．　Ｃ．印加電
位を使用することがしばしば好ましい。

かかる用途においては流体のｄ．　ｃ．導電度とこれに
伴う電力の損失は余り大きな影響を与えない。

このことは、特に電位を印加する電極の少なくとも１つ
が流体から絶縁されている場合にあてはまる。この方法
に従って電極間に定常印加（　ｄ．　ｃ，　）電位を印
加して本発明の流体を使用した場合には、ＲＥ効果は認
められない；その理由は少なくとも１個の電極上の絶縁
層の抵抗が電流の導通を制限する原因となりそして流体
を通じて流れる極めて小さい電流量はＥＲ効果を生じさ
せるのには不十分であることになる。

周期的に変化する（すなわち“ａ．ｃ．”）電位を相互
に絶縁されている電極間に印加した場合には、ＥＲ流体
中に誘発される電流はＥＲ効果を生ぜしめるのに十分で
ある。

このＥＲ効果は同一のｄ．　ｃ．電位を用いたときに得
られるものに匹敵する。しかしながら、見掛電流が使用
時の流体中を流れるが、その大きさは流体のｄ．　ｃ．
抵抗によるよりも、装置のインピーダンスによって制限
される。

従って、均等な剪断応力についての電力消費量は通常減
少し、その結果、流体のｄ．　ｃ．導電率が電力消費に
与える影響が制御される。

特に、ＥＲ流体の分散相が電極の少くとも１つ上の絶縁
体により関連する電気回路の残部から絶縁されている場
合には、かかるａ．　Ｃ．印加電位についてより高い極
性吸着質含有量が許容され、かつ好ましいことでさえあ
り得る。

しかしながら、一般的には、分散相の交換体アルミノ珪
酸塩の全極性吸着質含有量は１０重量％以下であること
が好ましい。

本発明の交換体アルミノ珪酸塩の全てにおいて、極性吸
着質はしばしば交換可能でありかつ吸着質非含有材料（
水非含有材料を含む）を ｉ）非水性吸着質について望ましい蒸気分圧においてガ
ス又は液体としての関連する極性吸着剤又は空気と平衡
化するか、又は ｉｉ）　ＥＲ流体の分散相又はその成分のごとく、制御
された非水性極性吸着質含有量を有する流体のビヒクル
と平衡化することにより調節し得る。

通常、吸着質非含有材料は対応する水含有材料（例えば
少なくとも部分的に水和された材料）を十分に乾燥させ
ることにより調製される。

かかる乾燥は、通常、加熱及び／又は減圧下でかつ場合
によりＰ，０，のごとき乾燥剤の存在下で行われる。

後記するごとく、本発明の粒子（粒状材料）はのかかる
特殊な粒子は、特に、より大きな粒子と比較して、乾燥
時間がより短いため好ましいものである。

特定の高アルミナ・交換体アルミノ珪酸塩としては、例
えば水を式（Ｉ）中に示すごとき非水性極性吸着質Ｑと
間接的に交換しついで必要に応じ慣用の方法に従ってＭ
ａのイオン交換を行うことによりゼオライトＡ及びＸ　
（Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｂｉｄｅ社製）及びＹ　（Ｓｔｒｅ
ｍ社製品）から誘導し得る、本発明の流体のための材料
のごときゼオライトが挙げられる。か《して、例えば、
Ａ系列の誘導体においてシウム，Ｃａ（ゼオライト５Ａ
から）であり得る。

同様に、ゼオライトＸ誘導体中のＮａｔを必要に応じて
、同一のカチオンと交換し得る。勿論、Ｍａを２個又は
それ以上のイオンと交換することにより本発明の範囲に
包含される“混合”ゼオライトを調製し得る。これらの
ゼオライトは立方体粒子構造（ｃｕｂｉｃ　ｐａｒｔｉ
ｃｌｅ　ｍｏｓｐｈｏｌｏｇｙ）を有する。

ＥＲ流体の分散相又はその成分として好ましい交換体ア
ルミノ珪酸塩としては低いｄ．　ｃ．導電率を有するも
のが挙げられる。かかる交換体アルミノ珪酸塩は再現性
のあるかつ制御可能な操作パラメーター及び良好な、静
的降伏応力及び／又は動的剪断応力／印加ｄ．　ｃ．又
はａ．　Ｃ．電圧比を有するかつ電力消費量の低い流体
を与える。

かかる材料（交換体アルミノ珪酸塩）は静的及び／又は
ｄ．　ｃ．操作について、特に適している。このことは
特にｄ．　ｃ．操作において対応するＥＶ流体の絶縁破
壊電圧が高いという点から云い得る。

一般的に低い非水性吸着質含有量（この吸着質含有量は
、好ましい吸着軍含有量であるとして前記したものに類
似している）を有するこれらの交換体アルミノ珪酸塩の
他に、交換体アルミノ珪酸塩としてＭａＯがＣａＯであ
る式（Ｉ）のゼオライト、特に、ゼオライト５Ａ誘導体
が挙げられる。

好ましい交換体アルミノ珪酸塩分散相又はかかる分散相
の交換体アルミノ珪酸塩成分の他の好ましい群は、高め
られた温度で良好な、静的降伏応力及び／又は動的剪断
応力／印加ｄ．　ｃ．又はａ．　ｃ．電圧の比を有する
流体を与えるものである。

かかる温度は、例えば４０℃以上の温度、例えば５０〜
１００℃あるいは５０〜１５０℃であり得る。

かかるＥＲ流体の分散相又は成分は、流体それ自体が通
常かかる高い温度を有する（例えばクラッチ流体として
使用した場合に流体中に発生する熱のために）か又は使
用環墳が通常かかる高い温度を有する、幾つかの典型的
作動環境中で使用するのに好ましい。

かかる交換体アルミノ珪酸塩としては、前記式ＣＩ）に
おいてＭａＯがＫ．Ｏであるゼオライト、特に、ゼオラ
イト３Ａ（カリウム）誘導体が挙げられる；このゼオラ
イトは、極性吸着質含有量として望ましいものとして前
記に示したものに類似する低い極性吸着質含有量を有す
る。

前記したごとく、ＥＲ流体分散相の導電率（特にｄ．　
ｃ．導電率）は温度の上昇と共に増大する傾向があり、
その結果、電力消費が増大しかつｄ．　ｃ．を用いる操
作では、絶縁破壊電圧が低下する。

従って、良好な静的降伏応力及び／又は動的剪断応力／
印加ｄ，　ｃ．又はａ．　Ｃ．電圧の比を有する材料（
交換体アルミノ珪酸塩）の範囲内に好ましい群の材料が
存在する。

高められた温度においても低いｄ．　ｃ．導電率を有す
る材料がある。

かかる材料としては、前記したごとき、ＭａＯがκ，０
である本発明の交換体アルミノ珪酸塩、特にゼオライト
３Ａ誘導体が挙げられる。

好ましい交換体アルミノ珪酸塩分散相又は分散相の成分
の別の群としては広い温度範囲に亘って、良好な降伏応
力及び／又は動的剪断応力／ｄ，ｃ．又はａ．　Ｃ．印
加電圧の比を有するものが挙げられる。

かかる温度範囲は、例えば広い範囲の操作環境下で使用
される温度範囲、すなわち０〜１００℃又はθ〜１５０
℃であり得る。

かかる材料としてはＭａＯが該ＭａＯの定義中に包含さ
れる種の２種又はそれ以上の混合物である、式（Ｉ）の
単一ゼオライト材料が挙げられる。

本発明のＥＶ流体分散相中に異るゼオライト型交換体ア
ルミノ珪酸塩が存在しそして該アルミノ珪酸塩中に異っ
た種のＭａＯが存在する場合、これらの交換体アルミノ
珪酸塩は相互混合物の形で及び／又は少なくとも一方が
少なくとも他方の上に存在する被覆物として、すなわち
、コア表面及び／又はコア表面付近で濃縮された状態で
、ＥＶ流体分散相の各粒子中に存在する。

これとは別に、分散相は粒子の組の混合物から体アルミ
ノ珪酸塩からなる。

上記、いずれの形式の混合物においても２つの種のＭａ
Ｏがしばしば使用されるが、この場合、その一方のＭａ
Ｏとしては所望の温度範囲の下限値に近ずくにつれて良
好な性能を示すものが選ばれ、他方のＭａＯとしては上
記温度範囲の上限値に近ずくにつれて良好な性能を示す
ものが選ばれる。

しかしながら、これらのＭａＯの選択は更に前記温度範
囲の上限値における２種の材料（交換体アルミノ珪酸塩
）の熱安定性に基づいて行われるであろう。

上記したごとき材料は要求される特定の適用方法によっ
て決定されるであろうが、かかる材料としては、例えば
、ＭａＯがＣａＯ及びＫ，０である単一の種又は２つの
種例えばＣａＯとＫ．Ｏの両者を含有するゼオライトＡ
誘導体又はゼオライト５Ａと３Ａの混合物が挙げられる
。

２つのＭａＯ種を含有するかかる材料のいずれ″におい
ても、２種のＭａＯ種の各々は、それぞれ、全ＭａＯの
含有量の１〜９９重量％及び９９〜１重量％の量で存在
し得る。

特定の比率は、勿論、所望の温度条件に対する正確な性
能及び使用する特定のイオン又は材料によって変動する
であろう。

かかる種（２種のＭａＯを含有する交換体アルミノ珪酸
塩）の全てにおいて、分散相の全吸着質含有量は、前記
アルミノ珪酸塩について好ましい値として示した値に類
似していることが望ましい。

前記したごとく、大部分のＥＲ流体のｄ．　ｃ．導電率
はその作動温度が上昇するにつれて、その多《を日常操
作条件下で実際に使用し得ないものにする程度まで増大
する。これらの流体中には迅速電圧印加応答時間のごと
き他の望ましい特性を有し得る流体が包含される。

本発明者らは本発明の流体をａ．　ｃ．　Ｅ　Ｒ装置内
で使用することにより多くのかかる流体の典型的な倍加
温度（ｄｏｕｂｌｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）が
著しく増大することを知見した。

この温度倍加は典型的には約６℃〜約２５℃である。

この温度増加により、過度の電力消費を伴うことなしに
多くのかかる流体によって到達し得る実用操作温度の範
囲が増大する。

かかる材料としては、従って、前記で定義したＭａＯの
範囲に包含されるカチオン種がＣａである材料が挙げら
れる。

前記した分散相材料のいずれも、少なくともｌ種の交換
体アルミノ珪酸塩と少なくとも１種の他の材料からなる
ことが有利である。

この場合も、分散相材料の成分は、相互混合物の形で及
び／又は少なくとも一つの成分が少なくとも一つの他の
材料上に存在する被覆物として、すなわち、コア表面上
及び／又はコア表面付近で濃縮された状態で存在し得る
。後者の場合、交換体アルミノ珪酸塩は、多くの場合、
表面成分として存在するであろう。

前記他の材料は交換体アルミノ珪酸塩と両立し得るかつ
従って、得られる分散相がビヒクルの特性及び対応する
ＥＶ流体の所望の特性と両立し得るような任意の材料で
あり得る。

後者の材料の場合、全分散相のアルミナ含有量及び極性
吸着質含有量が、交換体アルミノ珪酸塩自体について適
当であり、かつ好ましいとして先に示した含有量に類似
していることが好ましい。

交換体アルミノ珪酸塩が相互混合物であるか又は分散相
又は粒子中の他の材料上の被覆物又は該材料のコアとし
て存在する場合、交換体アルミノ珪酸塩含有量は、通常
、他の材料の成分の含有量より非常に大きいであろう。

その含有量は例えば分散相の８〜１００重量％であり得
る。

しかしながら、アルミノ珪酸塩（例えばゼオライト）の
最適割合は特定のＥＲ流体により、上記の割合から極め
て大きく変動し得る。またアルミノ珪酸塩の最適割合は
特定の所望のＥＶ効果によっても前記の割合から大きく
変動し得る。これらの最適割合は日常試験により容易に
決定し得る。

かかる分散相材料の全てについて、分散相の全吸着質含
有量は前記で好ましいものとして示した含有量に類似し
ていることが好ましい。

本発明のＥＶ流体の分散相粒子中の他の材料の適当なも
のとしては導体及び慣用の不活性な被覆用及びコア用材
料が挙げられる。

導体としては例えばカーボン、例えば本発明のアルミノ
珪酸塩のコア上にその場で形成させたコークスの被覆が
挙げられる（しかしながら、この導体は対応するＥＶ流
体を不利な程度にまで、より導電性にせしめるという理
由で余り好ましいものではない。） 不活性材料としてはセルロース誘導体、アルミナ及びシ
リカのごとき材料が挙げられる。

分散相は前記分散相粒子と他の粒子との混合物からなる
ことができ、そして上記の他の粒子は流体にＥＲ特性を
付与することができるものであることが好ましい。

かかる他の粒子種も勿論、極性吸着質又は異る極性吸着
質を含有し得る。かかる吸着質はいずれも極性吸着質で
あることが好ましい。

分散相中の全極性吸着質含有量は前記したち１′のに類
似していることが好ましいであろう。

分散相の全ての粒子が不安定な極性吸着質を含有してい
る場合、分散相の極性吸着質は、対応するＥＶ流体の操
作安定性に関して本質的に均質であることが望ましい。

他の粒子種中の適当な材料としては有機オン交換樹脂が
挙げられる。

本発明のＥＲ流体組成物中の分散相の割合は該組成物の
特定の用途及び使用されるビヒクルによって決定される
：その理由はこれらによって所望のあるいは許容され得
る粘度が決定されるからである。従って、分散相である
ＥＲ流体の割合は日常試験により決定され得る。

しかしながら、一般的には、分散相の割合は、全組成物
の１５〜６５重量％であろう。

ビヒクルの種類に応じて２０〜６５重量％であることが
多くの用途について適当である。

ある種の用途についてはより高いか又はより低い粘度が
許容され得るか又は必要であり、したがて、ある種の用
途についてはより高いか又はより低い分散相の割合も許
容され得るか又は必要である。

分散相が表面処理されているか又はビヒクルが非常に低
い粘度を有しているか又は高い操作温度を使用する場合
には、より高い割合も使用し得る；但し、これによって
流体の非一電場（ｎｏ−ｆｉｅｌｄ）及び／又は常温粘
度が不利な又は実施不能な程度まで上昇しないことを条
件とする。

比較的低いｄ．　ｃ．又はａ．　Ｃ．電位傾度及び／又
は電流密度において、高い静的降伏応力及び／又は動的
剪断応力が得られる場合には、より低い割合、例えば１
５〜２５重量％の割合が適当であり得る。

かかる割合は本発明の好ましい流体をその大部分の適当
な（静的、動的、ｄ．　ｃ．又はａ．　Ｃ．　）用途に
使用する際に適当であり得る。

本発明の流体組成物の分散相粒子は０．１〜５０ミクロ
ン、好ましくは０．１〜２０ミクロン、特に２ミクロン
以下の平均幅寸法（ｍｅａｎ　ｃｒｏｓｓ　ｄｉｍｅｎ
ｓｉｏｎ）を有することが適当である。

しかしながら、この平均幅寸法は寸法範囲の上限値にお
いては、最小使用時電場間隔（ｍｉｎｉｍｕｍｉｎ−ｕ
ｓｅ　４ｉｅｌｄ　ｇａｙ）に依存する。

この間隔は最大の粒子幅寸法の少なくとも１０倍である
べきである。

これに対して０．１ミクロン以下の粒子幅　寸法は下記
の理由で回避することが最善である；すなわち ａ）対応するＥＶ流体の物理的特性に対して望ましくな
い影響を与える；及び ｂ）より大きな粒子と比較して乾燥分散相が通常より高
い潜在的毒性（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｔｏｘｃｉｔｙ）
を有する。

本発明の対応するＥＶ流体が再現性のあるかつ制御可能
なパラメーターを有するためには粘度分析は狭いことが
有利である。

本発明の流体において適当なビヒクル又はその成分とし
ては、塩素化Ｃ，。一，。パラフィンのごときハロゲン
化高級脂肪族化合物が挙げられる。この脂肪族化合物は
典型的にはＣＩＯ−ｌ１ｔ　Ｃ１４−１？ｔ　Ｃｌｇ−
，Ｓ及びＣｌ４−１。のごとき炭化水素留分である。こ
れらは典型的には２５〜６０重量％、例えば２９〜３３
％及び４９〜５３％の塩素含有量を有するであろう。そ
の例としてはセレクロール（Ｃｅｒｅｃｌｏｒ　；　ｌ
　Ｃ　Ｉ社登録商標）系列ものが挙げられる。適当なビ
ヒクル材料としては、更に、ハロゲン化ビニル系重合体
、例えばポリ（トリフルオ口塩化ビニル）〔例えばフル
オロループ（Ｆｌｕｏｒｏｌｕｂｅ）ＦＳ　−　５　：
　Ｈｏｏｋｅｒ社製品〕及びパーフルオロポリエーテル
例えばフォムブリンＣｆｏｍｂｌｉｍ）　（Ｍｏｎｔｅ
ｄｉｓｉｏｉ社製品）が挙げられる。

シクロヘキサン、四塩化炭素及びクロロホルムのごとき
低級脂肪族化合物もビヒクル成分として適当である。

他の適当なビヒクル又はその成分としては場合により置
換されている芳香族炭化水素例えばトルエン及びキシレ
ンが挙げられる。

上記した適当なビヒクル成分より導電性が大きいという
理由から余り好ましくないある種の芳香族ビヒクルとし
て、例えばニトロベンゼン、クロルベンゼン、ブロムベ
ンゼン及びＯ−ジクロルンベンゼンが挙げられる。

芳香族ビヒクルとしては、更に、ｐ−クロルトルエン及
びポリ塩素化ビフエニル留分、例えばアロクレル（Ａｒ
ｏｃｌｅｒ）１２４２（Ｍｏｎｓａｎｔｏ社登録商標）
が挙げられる。

シリコーン類、特にポリジアルキルシロキサン及びビス
（塩素化フェニル）シリコーンのごとき置換芳香族シリ
コーンは特に好ましいビヒクル又はビヒクル成分である
。その例としては、シリコーンオイルＣ　１１１／５０
　（　Ｉ　Ｃ　１社製品）が挙げられる。

最初に述べたハロゲン化高級脂肪族化合物及び特にシリ
コーンは、これらが他のビヒクル／成分より一般的に毒
性が低いという理由で好ましいことは理解されるであろ
う。

上記のビヒクルはいずれは、単独であるいは（これらが
相溶性を示す程度までの割合の）混合物として使用し得
る。

ＥＲ流体の分散を最適なものにすること及び（密度に関
係する）ビヒクルの粘度によって組成物の粘度を不都合
に上昇させないことが好ましい。

この目的を達成するためには、ビヒクルの密度が分散相
の密度より著しく異っていないことが有利であり、両者
は密度が一致していることが好ましい。このことを達成
するためには、ビヒクルが少なくとも２種の成分の混合
物、すなわち分散相より密度の高い一方の成分と分散相
より密度の低い他方の成分との混合物であり得る。

密度と粘度は温度と共に広く変動するので、前記の密度
の一致は所望の操作温度で行わせるべきである。

本発明の好ましいゼオライト材料は１．５〜２．２の相
対密度を有しており、好ましいビヒクルは０．８〜１．
３の相対密度を有している（いずれも２５℃で）。

表面処理された（例えば表面活性剤で処理された）分散
相を使用しかつビヒクル中にゲル化剤を包含させ、その
結果、ＥＲ流体組成物が分散相の沈降を防止する作用を
する静止粘度（ｒｅｓｔ　ｖｉｓｃｏ−ｓｉｔｙ）を有
するが、ＥＲ流体として使用するのは十分に低い粘度を
有するようにすることにより、分散を最適なものにする
ことができる。

ＥＲ流体組成物はソルビタンモノー又はセスキオレエー
トのごとき流動化剤（ｆｌｕｉｄｉｚｅｒ）も包含し得
るが、ＥＲ流体の粘度は前記したごとき方法で調節する
ことが好ましい。

本発明には本発明の組成物を（例えば液圧クラッチ又は
ダンパー内の印加電場内で）ＥＶ流体として使用するこ
とも包含される。

ＥＶ流体としてのかかる組成物の調製と使用は慣用の方
法に従って行われる。

本発明の交換体アルミノ珪酸塩は後記実施例ｌの方法に
従って調製し得る；本発明の組成物は後記実施例２の方
法に従って調製し得る。

一般的には、実施例においては、アルミノ珪酸塩は下記
の方法で調製される：すなわちａ》本質的に吸着質を含
有していない（例えば無水）アルミノ珪酸塩を周囲温度
及び周囲圧力下で非水性極性流体と平衡化させる（７，
ｇｕｉｌｉｂ＃ａｔｅ）ついで ｂ）場合により、上記の生成物から極性吸着質を部分的
に除去する。原料アルミノ珪酸塩は市販のイオン交換性
アルミノ珪酸塩から、慣用の方法でイオン交換を行いつ
いで洗浄しついで加熱及び／又は減圧下で乾燥すること
により調製し得る。

本発明のＥＲ流体に印加される操作電位傾斜は１〜２０
、例えば２〜ｌＯＫＶｍｍ−’の範囲であることが好都
合である。

動的用途に゛ついては、印加電位は前記したごときａ．
　Ｃ．電位であることが適当であり得る。

かかるａ．　Ｃ．電位は周期的である任意な形式で変動
させ得る。すなわち、この電位は地電位に関；して任意
の波形、例えば正弦波形、正方形又は鋸歯形（三角形）
の形で変動する電位であり得る。

電位は、同様に、地電位（ｅａｒｔｈ）に関しての任意
の平均電位において、地電位に関して電位が変動する正
又は負の電位、例えばパルスｄ．　ｃ．　（ｊｕｌｓｅ
ｄｄ．　ｃ．　）であり得る。

印加変動電位仄地電位に関しての任意の平均電位におい
て同一の大きさ（ｍａｇｎ　ｉ　ｔｕｄｅ　）と波形を
有するａ．Ｃ．電位であるか又はパルスＤ．　Ｃ．電位
であるかに拘わらず、所与のＥＲ流体のＥＲ効果に差異
は認められない。

期待され得るごとく、ＥＲ効果は印加ａ．　ｃ．電位傾
斜と共に増大する。また、ＥＲ効果は所与の最大入力電
位で入力される電力と共に増大する。すなわち、所与Ｏ
最大印加電位について、ＥＲ効果は波形が三角形から正
弦波形そして正方形へと変化するにつれて増大する。

周期的に変動する電位について適当な周波数は本発明の
ＥＲ流体を使用すべきＥＲ装置によって著しく変動する
であろう。

例えば中及び高周波数においては、表皮効果、インダク
タンス、ビックアップ及び伝達障害に伴う問題が著しく
増大する。その結果、全ての電気部品を厳重に選別する
必要性が著しく増大する。

これらの工学的問題は、例えばある種の専門的用途に使
用されるダンバー（例えば宇宙船用）については許容さ
れ得るが、自動車には許容され得ない。

一般的には、周波数は１〜６０００Ｈｚ、例えば１〜２
０００Ｈｚの範囲であることが適当であり得る。

一般的に適用可能な周波数は、通常、１〜６００Ｈｚ，
例えば１　〜２００Ｈｚ　，好ましくは３　〜１５０Ｈ
Ｚ　，特に５〜ｌｏＯＨｚである。

本発明者は例えば動的用途においてａ．　Ｃ．印加電位
を用いた場合、本発明の流体は特定の周波数において顕
著な最大剪断応力を示すことを認めた。

最大剪断応力を示す周波数は本発明のＥＲ流体の望まし
い操作周波数を決定するための別の要因であり得る。

かかる周波数は実際、この周波数を使用するＥ装置の応
答を制御するのに使用し得る。

前記したごとく、特定の使用態様においては、本発明の
流体に、少なくとも１個の電極が電気絶縁表面被覆を有
する電極間で、印加ａ．　Ｃ．電位を印加することがで
きる。

ここで、“絶縁表面被覆”という用語は、装置内のＥＲ
流体について２５℃で５　Ｘ　１０−’オームー１，ｃ
ｍ−’以下の導電率を与えるかかる電極上の被覆を意味
する。

前記したごとき、使用される実際のフィールド周波数に
おいては、ＥＲ効果は、同一条件下で同一ｄ．ｃ．電位
を用いて達成されるものに匹敵する。

本発明のＥＲ流体に前記したごときａ．　Ｃ．電位を印
加するのに適当な装置は英国特許出願８９２６０６５．
　４号明細書に記載されている。

変動電位は必要な電位、周波数及び波形を発生すること
のできる任意の適当な装置により印加し得る。

一般的には、インピーダンスは比較的高く、従って、前
記したごとき要因を考慮に入れると、大部分の実際的な
ＥＲ用途において大型の電力源は一般的には重要ではな
い。

工業用高電圧信号発生器はしばしば適当であり得る。

本発明の実施例を以下に示す。

Ｘ皿五ユ 本発明のＥＶ流体用のアルミノ珪酸塩の調製を第■表に
示す。下記のゼオライトはＵｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ
社の商品番号で示されている。

第　　Ｉ　　表 ゼオライトをビヒクル中に慣用の方法で分散させること
により、下記の組成物を調製した。

実ＩＬ主 ０．５ｍの間隙を横切る印加電圧に対する前記組成物の
降伏応力及び降伏応力での電流密度を測定した。

この試験は英国特許第１，　５０１，　６３５号明細書
に記載のリグ上で同明細書記載の方法で行った。

本発明のＥＲ流体の性能は動的にも試験し得る。

装置はＥＲクラッチ形であり、一対の同軸的に設置され
たシリンダー状電極クラッチ部材からなる：外部クラッ
チ部材は静止させ、内部クラッチ部材は回転させた。

内部クラッチ部材は中実銅製シリンダーであり、場合に
より絶縁塗料で被覆されている；内部クラッチ部材は該
部材と同軸的に隣接している、中空スチールシリンダー
からなる外部クラッチ部材内に収容されている。

クラッチ部材の寸法は変動し得るが、例えば内部部材は
長さが２５．６４ｍ，直径が４９．　６４ｍｍであるこ
とができ、場合により、厚さ０．１２ｍｍの自己接着性
ＰｖＣテープの絶縁被膜で被覆されている。

外部部材は、２つの部材の間の半径間隙（ｒａｄｉｃａ
ｌＰ ｇａｙ　）が内部部材上に前記ＰＶＣテープが存在しな
いときはｌ．　２０ｗｕｎであり、ＰｖＣテープが存在
するときは１．　０８ｍｍになるような寸法を有する。

２つの電極間のＥＲ流体は前記実施例に示す組成物から
選ばれたものである。

内部部材を変速電動機によりフィードバック制御を行い
ながら回転させ、伝達されたトルクを回転トルク変換器
を使用して測定する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電気抵抗の大きい流体ビヒクル中に分散させたアル
   ミノ珪酸塩の分散体からなる電気レオロジー性流体組成
   物において、上記アルミノ珪酸塩が ａ）実験式： （Ａｌ＿２Ｏ＿３）＿ｂ（ＳｉＯ＿２）＿ｃ（式中のｂ
   及びＣは任意の数値であるが、但し、ｂ／ｃの比は１：
   １〜１：９の範囲内にあるものとする）で示される部分
   ； ｂ）１価又は２価の主族金属カチオン、水素イオン又は
   置換されていてもよいアンモニウムイオン；及び ｃ）非水性、極性吸着質； からなることを特徴とする電気レオロジー性流体組成物
   。 ２、アルミノ珪酸塩は結晶質である請求項１記載の組成
   物。 ３、アルミノ珪酸塩は実験式： ＭａＯ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）＿ｂ＿′（ＳｉＯ＿２）＿ｃ
   ＿′Ｑ＿ｄ（ I ）（式中、 Ｍは１価又は２価の主族金属カチオン、水素又はアンモ
   ニウムイオンである； Ｑは非水性極性吸着質である； ａはＭが２価のときは１であり、Ｍが１価のときは２で
   ある； ｂ′、ｃ′及びｄは任意の数値であるが、但し、ｂ′／
   ｃ′の比は１を越えることがでないものであり、ｃ′は
   １以下ではないものとする）を有する結晶質ゼオライト
   である請求項１記載の組成物。 ４、カチオンは I Ａ族又はIIＡ族金属からなる請求項
   ３記載の組成物。 ５、カチオンはリチウム、ナトリウム、カリウム、マグ
   ネシウム又はカルシウム又はこれらの混合物である請求
   項４記載の組成物。 ６、カチオンはIIＢ族金属からなる請求項３記載の組成
   物。 ７、カチオンは亜鉛又は亜鉛と他のカチオンとの混合物
   からなる請求項６記載の組成物。 ８、分散相内のアルミノ珪酸塩は分散相の０．０５〜１
   ０重量％のアンモニア又はエチレンジアミンを含有する
   請求項１記載の組成物。 ９、請求項１に記載の実験式： （Ａｌ＿２Ｏ＿３）＿ｂ（ＳｉＯ＿２）＿ｃの部分を含
   有するアルミノ珪酸塩からなる、電気レオロジー性流体
   の分散相として使用するための粒状材料。 １０、アルミノ珪酸塩のイオン交換を行いついで所望に
   応じてアルミノ珪酸塩から水を除去することにより、請
   求項１に記載の実験式： （Ａｌ＿２Ｏ＿３）＿ｂ（ＳｉＯ＿２）＿ｃで示される
   部分を含有するアルミノ珪酸塩を得ることを特徴とする
   、請求項９に記載の粒状材料の製造方法。