JPH0388896A

JPH0388896A - 電気レオロジー流体および該流体に有用な粒子の製造方法

Info

Publication number: JPH0388896A
Application number: JP10513090A
Authority: JP
Inventors: Barritt E Troughton Jr; イー・バリット・トルートン．ジュニア; Theodore G Duclos; ゼオドア・ジー・ダクロス; Anna Marie Thuer; アンナ・マリー・ツアー; J David Carlson; ジェイ・デビッド・カールソン; Joseph E Bares; ジョセフ・イー・バレス; Lynn C Yanyo; リン・シー・ヤンコ; Stephen Randall Holmes Farley; ステフェン・ランドール・ホルムス‐フェアリー; Debra Nell Acker; デブラ・エヌ・アッカー
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1989-04-20
Filing date: 1990-04-20
Publication date: 1991-04-15
Also published as: EP0394049A1

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、電界の存在下においてレオロジー的性質が著
しく変化する流体組成物に関し、特に本発明は、いわゆ
るＫＲ流体に使用するのに特に適した性質を有する複合
粒子、およびかかる流体と該流体に使用する粒子の調製
方法に関する。

〔従来の技術〕

電界の存在下で流動性、又はレオロジーを著しく変える
流体は数十生前から知られている。かかる流体の初期の
研究は、ウィンスロー（Ｗ、Ｍ。

Ｗｌｎｓｌｏｗ）によって行なわれ、そのいくつかが米
国特許第２．４１７．８５０号および第３，０４７，５
０７号に報告されている。今日、かがる流体は一般に「
電気レオロジー（ｅｌｅｏｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａ
ｌ）　（ＥＲ）Ｊ流体と呼ばれている。

ウィンスローは、液体（連続相）における固体（分離、
微粒子、分散又は不連続相）の懸濁液のあるものが大き
な可逆的電気レオロジー作用を示すことを立証した。こ
れらのＥＲ作用（又は効果）は一般に次の通シである：
電界の存在したい場合に電気レオロジー流体はｆ９ぼニ
ュートン学説の挙動を示し、特にＲＥ流体のせん断応力
（単位面積当ジに加えた力）はせん断速度（単位厚さ当
シの相対速度）に正比例する。電界が印加されると、降
伏応力現象を示し、せん断応力が電界の強さの増大と共
に増す降伏値を越える１で、せん断が起きない。この現
象は見掛は粘度が数桁以上の増大として現われる。従っ
て、ＥＲ流体は最初液体であるが、電界を加えるとあた
かも固体となったような挙動をとる。

ＥＲ流体は、電界が印加筐たは開放されるときに１ミリ
セカンド（ｍｓａｏ）の桁の極めて短い時間でその％性
を極めて迅速に変えることができる。

電気信号に迅速に応答するＥＲ流体は、その特異の特性
を利用して応答時間が移動する機槍部品の慣性によって
限定される機械系に代用することができる。従って、特
に迅速応答を必要とする電気レロオジー機株系は電子制
御装置と機械装置の間にインタフェースさせることがで
きる。

電子制御装置と機械表直間に迅速応答インタフェースを
提供する能力ため、電気レオロジー流体作用を利用した
種々の装置が提供されている。従って、ＥＲ流体は電気
機械クラッチ、流体光てんエンジン・マウント、可動部
品を有さない高速弁、振動制御用能動ダンパー等のよう
た種々の機械装置用に示唆されてきた。ＢＲ流体で作動
するように設計されている機械装置の例としては、本出
願の譲受人の所有する米国特許第４．７２０，０８７号
および第４，７３３，７５８号に開示されているマウン
トが含璽れる。

流体と懸濁粒子の広範囲の組合せによって電気レオロジ
ー効果を示すことができる。例えば、次の米国特許に開
示されている：マーチネック（Ｔ。

Ｗ、’Ｍａｒｔｉｎａｋ　による１９６８年８月１３日
付は第３．３９７．１４７号；スタンブルーム（Ｊ、Ｅ
。

８ｔａｆｉｇｒＯＯｍによる１９８５年３月５日付は第
４．５０２，９７３号；ゴセンス（Ｊ、　Ｇｏｓｓｅｎ
ｓ）による１９８７年５月２６日付は第４，６６８，４
１７号ニブロックら（Ｂｌｏｏｋ　ｅｔ　ａｌ、）の１
９８７年８月１８日付は第４，６８７．５８９号；フィ
リスコ（Ｆ、Ｆ、　Ｆｉｕｓｋｏ）　　の１９８８年５
月１７日付は第一４，７４４，９１４号；およびカール
ソン（Ｊ、Ｄ。

Ｃａｒｌｓｏｎ）の１９８８年９月２０付は第４，７７
２，４０７号。！た、ササダら（Ｔ、５ａｓａｄａ＊　
Ｔ、Ｋ１５ｈｉ　ａｎｄＫ、Ｋａｍｉｊ　Ｏ）の研究［
ＥｎｔＩＺｌｅｄ、　ａＯｎ　ｔｈｅＥｌｏｚｒｏｖｉ
ｓｃｏｕｓ　　Ｅｆｆｅｃｔ　　ｏｎ　　Ｃｏ１１ｏｉ
ｄａｌ　Ｌｉｑｕｉｄｓ”。

ｐｐ、２２９−２３１．］　　も関連している。弁上に
よる１９８６年１０月１４日付は特願昭６１−２４１，
９２９号〔発明の名称：導電性粘性流体〕も関連してい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在のＥＲ原流体いくつかの欠点がある。例えば、それ
らの多くは室温においても高いり、０゜導電率を示す。

この導電率は一般に温度の上昇と共に急速に増す、従っ
て流体の使用できる温度を著しく限定する。また、それ
らの多くは比較的低い絶縁耐力を有し、火花を生じる。

多くのＥＲ原流体おいて、微粒子相が迅速に沈降して厚
い泥状の堆積物を生成して、流体を多くの用途に対して
無用にさせる。

従って、本発明は優れたＥＲ原流体提供することを主目
的としている。

本発明の別の目的は優れたｇＲ流体に有用た粒子の製造
方法を提供することである。

本発明の別の目的は、次の特性の少なくとも１つ、望壕
しくは全てを有するＥＲ原流体提供することである二室
温における低り、Ｏ，導電率；動作温度における温度上
昇に対して導電率の上昇が低い又は実質的に零；比較的
広い温度範囲に渡ってＥＲ効果を示す能力；および粒子
の沈降が実質的に無い。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の新規ｇＲ流体は、連続液体相と分散微粒子相を
特徴とし、分散微粒子相は少なくとも導電性表面を有す
る微粒子本体を電気絶縁性制御材料でコーティングする
ことによって調製される、そしてその粒子本体およびそ
の電気絶縁性制御被膜は液体相の密度と本質的に同一の
平均密度を有する複合粒子を提供するように選択する。

〔実施例〕

図面を参照すると、第１図はＥＲ原流体使用するのに特
に適した複合粒子Ｐを示す。図示の複合粒子Ｐは異なる
４つの領域を有する。後で明らかにたるけれども、さら
に少ない数の領域で足シる。

第１図において、参照番号１は電気制御層を提供する最
外領域を示す。該領域１は薄い電気的に比較的非導ｔＵ
＝又は絶縁性の被膜によって提供されることが望！しい
。参照番号２は電気制御層１の下側にある導電性層を示
す。参照番号３はコア４を包む殻である。コア４は上の
層１．２および３によって囲１れている。

後で洋間に検討するように、各領域は特定の作用をする
。要約すると、コア４（又はコア４が中空のときのｆｆ
３）は複合粒子の本体を提供し、複合粒子Ｐの浮力を調
節する。導電性層２は複合粒子を迅速に分極化させる。

制御層ｌは、印加した電界によって粒子Ｐを迅速に分極
させたから隣接する粒子Ｐの導電性層を相互に隔離する
。

コア４は、例えば空気のようた気体；パラフィン油や他
の低密産油のようた液体；プラスチックやゴムのような
固体、或いは真空１でも全ての材料にすることができる
。コア４は複合粒子を懸濁させる連続相のキャリヤー液
体の密度より低い低密度にしたければならたい。これは
、コア４の浮力が粒子の他の成分の重量とバランスして
複合粒子を連続液相において本質的に中立浮遊性にさせ
るために必要である。コアは最大寸法を約ｏ、ｏｏｉ〜
約１０μの範囲内にあるように小さくする必要がある。

そして球状であることが望ましい。

第１図の実施例における殻３はコア４の容器を形成して
複合粒子の構造強度の大部分を与える。

殻３はコア４が中空のときにコア４を画定する手段を提
供すると共に残シの層に対する基負とたる。

殻３は、微小気球の場合にガラスやポリマー、そして固
体又は中空の微小球の場合にセラミックスや金属又はポ
リスチレンのような広範囲の材料から作る。コア４が中
空微小球のときには、ＥＲ原流体ＲＲ流体のレオロジー
研究以外の目的に使用するとセラミック微小球は破壊す
る傾向があるので、セラミックよりも金属が望捷しい。

導電層２は複合粒子Ｐを分極させる。核層は広範囲の導
電材料からたりうるが、銅、銀、アルミニウム、ニッケ
ル、等のようた金属が望ましい。

導電層２は半金属、例えば黒鉛、半導体、例えばシリコ
ンやゲルマニウムからたりうる。そして核層２は無電解
めっきのような種々の手段によって提供することができ
る。層２はコア４より密度が高いが、比較的薄いので、
他の層と組み合せると浮遊平衡する。導電性層２は複合
粒子Ｐの機械的強度に加わる。

外の制御層ｌの主たる機能は、１つの複合粒子Ｐ１　と
もう１つの隣接複合粒子Ｐ、（第４図）の導電層２間の
電気的相互作用を制御することである。外の制御層１は
ＥＲ原流体液相と殻３間の電気的相互作用を制御する作
用もする。制御層ｌはキャリヤー流体に対して電気を導
くが、隣接粒子Ｐの導電層に対して絶縁する。制御層ｌ
は高抵抗率と高電気破壊強度を有すると共に疎水性にす
べさである。

外の制御層ｌは導電性２の性質に依存して広範囲の材料
から構成させることができる。外の制御層ｌはキャリヤ
ー液体のように導ｌｌ１ｃ性であるが、より導電性であ
ることが望ましい。両者は電気的に比較的非導電性であ
る。例えば、導電性２がアルミニウムのとき、外制御層
１はアルミニウム層の表面を水中で沸騰させることによ
り酸化させることによって調製した酸化アルミニウムに
することができる。一方、その外制御層１は必要た電気
的性質を有する材料の溶液から析出させることによって
提供される。制御層１に対する望ましいコーティング材
料は後述の実施例に記載したようたオルトケイ酸テトラ
エチル（ＴＥ０１）の溶液によって付加される。他のシ
ラン基のコーティング材料はオルトケイ酸テトラメチル
およびオルトケイ酸テトラブチルを含む。他の金属アル
コキシド基のコーティング材料はチタン酸塩、クロム酸
塩およびジルコン酸アルミニウムを含む。これらのグル
ープは加水分解性の金属錯体とみたされる。

複合粒子の４つの領域ｌ〜４は、ＥＲ原流体伴う主な問
題点を解決する複合粒子Ｐを協同して提供する。

従来のＥＲ原流体主な問題点は、粒子と粒子を懸濁した
筐１にさせようとする絶縁液体間の密度の相違による粒
子の沈降である。本発明は１種々の異なる領域を構成す
る材料およびそれらの量を選んで、懸濁させる液体の密
度と本質的に同一の全平均密度を有する複合粒子Ｐを提
供することによって前記密度の相違を解決している。こ
れは−般に連続相の懸濁液体媒質の密度よりも実質的に
軽い、すなわち低密度であるコア領域４を提供すること
によって達成される。

密度の整合を得るためのこれ筐での試みは異たる種類の
粒子毎に異たる懸濁液体を選択することによって行なわ
れてきた。これは達成が困鼎であると共に、少なくとも
極めて不便である。その困難は、性質の最良の組合せを
示す粒子が炭化水素およびシリコーン油のような最も安
くかつ最も容易に使用される懸濁用液体ようも密度が高
いことから生じる。さらに密度の高い懸濁用流体が使用
されたが、これらは極めて高コスト、毒性（ＰＣＢおよ
び臭素化液体）およびＥＲ原流体含有する装置に通常存
在する他の材料との不適合性のようた問題に苦しんでい
る。

本発明はこれらの問題を目的に応じて各領域に対して材
料およびその量を選ぶことによって解決した。従って、
コア４および導電層２（それは複合粒子の最も密度の高
い成分である傾向にある）に対して、複合粒子Ｐの密度
が懸濁用液体の密度に合うようにコア４の大きさおよび
密度、そして各層の厚さを調節することによって各々を
構成する量を予め選ぶ。

従来のＥＲ原流体もう１つの大きな問題は、系における
ＥＲ効果の発見が殆んど常にそれを室温で試験すること
によってされているために、それらが２５℃近傍を中心
にして狭い温度範囲内で一般に最良に作用することであ
る。ＫＲ現象が現在理解されているように、従来のＥＲ
原流体高温および低温の両極端においてそれぞれ不十分
であるが、基本の機構は両極端において同一である。低
温において、従来のＥＲ原流体電界に対する反応が極め
て遅くなう、十分速く反応できないから不満足たもので
ある。高温において、従来のＥＲ原流体非常に導電性に
なるためよくない、そしてそれらＫＥＲ効果を全く失う
ときもある。

これらの両極端の温度において従来のＥＲ流体が失敗す
る理由は、粒子および懸濁又はキャリヤー液体内の電荷
キャリヤー・コンダクタンスが温度に依存して変化する
ためと考えられる。低温におけるコンダクタンスは低下
して、粒子を徐々に分極させ、従ってＥＲの作用をゆつ
くジ示すと考えられる。高温においては２つのことが生
じる。

第１は、コンダクタンスが極めて高くなるため、流体の
全導電率が高くたジアークが生じやす＜　ｔｘる。第２
は、粒子が活性化剤を必要とする場合、活性化剤（例え
ば、水）は高温にたると追い出されて、流体をＥＲの釣
合から見て不活性なものにする。

本発明はこれらの温度に関係した問題点を制御層１およ
び導電層又は導体２０組成および厚さの結果として解決
した。例えば、導体２は、複合粒子を迅速に分極化させ
るのに必要に値よりも著しく導電性にする。従って、導
体２の導電率の温度依存変化はＥＲ流体の反応速度に影
響しない。制御Ｎ１１は高絶縁性に作られるから、導電
層２における多数の電荷キャリヤーの複合粒子から複合
粒子へのホッピングを防ぐ。絶縁又は制御層ｌはその間
の高電界降下の観点から高い電気破壊強度を有すること
が望ましい。ＥＲ流体用の高電気破壊強度は少なくとも
約４．　Ｑ　ｋｖ／ｗｍと見なされる。

これらの複合粒子を利用するＥＲ流体におけるＢＲ効果
の強さは昇給縁制御層ｌの破壊強度に正比例する。試験
は、ケイ酸塩やオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥ０１）
を主成分とした塗工粒子を含有するＥＲ流体の絶縁破壊
強度は金属コーテッド中空球上の厚さ５００Ａの１コー
トの場合の１３５ｋｖ／　ｗから各々が５００大厚の５
コートの場合の４．０　ｋｖ７ｗｍへとＴＥ０１を主成
分としたコーティングの数と共に増大することを示した
。かかる粒子は実施例Ｉ−Ｗに従って調製することがで
きる。

ＥＲ流体に有用た粒子の別の実施態様を第２図に示す。

図示のように、参照番号１１は制御領域又は相対的絶縁
層を表わし、１２は導電層を表わし、１４はコアを表わ
す。この実施態様における領域１１．１２および１４は
第１図の領域ｌ、２および４に関連して説明する。しか
しながら、第２図に示した実施態様において、導電性層
１２は気体、液体筐た固体にすることができるコア１４
の殻又は容器を形成する。実施例１〜６に記載したよう
に種々のコーティングが塗布される。

第３図に示した別の実施態様において、参照番号２１Ｖ
ｉ制御領域又は相対絶縁層を表わし、参照番号２２は複
合粒子のコアも形成する導電性執域を表わす。第３図に
示した構造を有する被合粒子は、水のような高イオン導
体の微小滴を絶縁性スキン又は殻に封止したり、或いは
ゼロライト粒子を篭気Ｐ３縁層でコーティングすること
によって調製される。かかる複合粒子は、実際例■に記
載したようにアルミニウム粒子上にケイ酸塩のコーティ
ングを塗布することって作られている。ケイ酸塩のコー
ティングは酸性またｒＩｉ塩基性の条件下でケイ素又は
金属アルコキシドから塗布される。コーティングには多
官能性アルコキシドからの置換基を含む可能性がある。

それらのコーティングはエタノールのようた溶媒から塗
布される。

本発明の複合粒子の理論的実証の説明は簡単である。第
１に、粒子は高粒子内伝導性をもたたければならない、
たぜたらばこれによって粒子Ｆｉｅ高量の誘導分極を極
めて迅速に果せるからである。

同時に、粒子内伝導は全電流および有害た電力消費をも
たらすから、粒子内伝導を限定する必要がある。本発明
はこれらの問題点を粒子間に電気絶縁バリヤーを挿入、
すたわち各校を電気絶縁層でコーティングすることによ
って粒子間の伝導を制限させたから内部的に高伝導性の
複合粒子を提供することによって解決している。かかる
絶縁層はＢＲ流体において電界誘導降伏応力をもたらす
ところの粒子間の求引力を得る必要がある、そして絶縁
層をできる限シ薄く、望筐しくは粒子の最長軸、例えば
球状複合粒子の直径の約１％以下にすることが望！しい
。

粒子の沈降問題を解決するには．キヤリヤー流体におい
てできる限や中立に近い浮力をもった複合粒子を提供す
ることが望ましい。これは粒子の各部の役目を分けるこ
とによって遠戚される、すなわち粒子の１つの領域に密
度又は浮力を制御させ、別の領域に粒子内の導電率を制
御させ、さらに別の領域に粒子内の絶縁を制御させる。

これらの機能を分割することによって、それぞれを提供
する領域を妥協することなく独立して制御および最適に
することができる。従って、粒子の体積の大部分を構成
するコア領域は密度および電気的性質に関係たく形状並
びに機械的強度のような構造上のことを制御する。同様
に、粒子内の導電率を制御する領域は、その機能を果た
すだけでよい、たぜならば高密度のために与えられる過
剰の質量は全てより軽いコアを提供することによって釣
う合わせれるからである。粒子内の伝導を制御する領域
は粒子を相互に電気的に絶縁するだけでよい。

本発明に従って製造されたＥＲ流体の物性は、第１図に
示した本発明の複合粒子が示されている第４図〜第６図
に模式的に示した単純たシステムから良く観察できるで
あろう。第４図〜第６図には導電層を表わし、３ｉはコ
ア４二を画定する殼を表わす。参照番号６と７はそれぞ
れ電極である。

システムは絶縁懸濁液体８によって四重れると共にそれ
ぞれ２つの電極６．７の間に配置された２つの複合粒子
からなる。

第５図に示すように電極６と７の間に電位差が与えられ
ているとき、各複合粒子の導体ｐ＠　２　ａ内の見掛は
電荷は再分布される。この再分布は各導体層２二内の電
位が平衡に達する筐で生じる。これが生じているとき、
第６図に示すように等電位線を引くことができる。等電
位線は各複合粒子の絶縁コーティング１五と懸濁液体８
が零に等しい導電率および１に等しい誘電率を有すると
仮定して引かれている。局部電界は電位の勾配に比例す
るから、複合粒子の周囲の電界分布は等電位線から決定
することができる。言い換えると、第６図に示した電界
は等電位線の間隔が広い所ようも狭い所が高くたる。第
６図と第７図に示すように、複合粒子が相互にそして電
極と接触する場所で最密である。従って、電界はこれら
の接触点近くで最高である。

電界の分布がわかると、粒子の境界に作用する電気力は
第８図に示した閉鎖表面の回シのマックスウェルの応力
テンソルを積分することによってわかる（　Ｆ　＝　０
．５　ｆ　ｓε、Ｅ２ｄｓ）　６図示の構造において、
複合粒子へのそれぞれの方向の力は釣り合っていて、複
合粒子への正味の力は存在したい。

そして電界を加えたとき粒子は移動しない。

ＥＲ流体に見られる降伏応力は電界を印加した後に生じ
るそして流体は電界に対して垂直方向にせん断を受ける
か、又は電界に平行に引っ張られる。降伏応力の摩点は
第４図〜第８図から見ることができる。電極が相互にせ
ん断を受ける、筐たは引き離されると、複合粒子間、又
は複合粒子と電極間の最高の力は電極が移動する前に打
ち勝たねばｋらむい。その力が打ち勝つと、電極は移動
して、プレートを移動させるのに必要た力は増加しない
。実際のＥＲ流体混合物において、複合粒子の連鎖は多
くの複合粒子のつながったものであって、多くの連鎖が
存在する。実際のＥＲ流体温合物に見られる降伏応力は
多くの連鎖の破断および再形成の測定結果である。懸濁
用液体は一定の粘度をもっているから、！極が速く移動
すると、電極を移動さすのに必要な力は粘性抗力が電気
力に加わるので実際には高くたる。

制御コーティングｌａの厚さは複合粒子および電極に作
用する力の大きさを決定する。コーティング（被膜）が
極めて薄いと、複合粒子間の等電位線は極めて接近する
。電界は非常に高くたる。

極めて高い力に限定するには、被膜は最小限に薄くする
必要がある。しかしたから、電極に所定の電位が印加さ
れる場合には、コーティング材料の破壊強度によって決
筐る制御被膜の厚さへの限定は低い。従って、低印加電
位において薄い制御被膜を有する複合粒子は、高印加電
位において厚い被膜をもった複合粒子と同一の降伏応力
を示す筈である。被膜の電気破ｍｆ＋ｇ！度によって、
そして多分複合粒子の半径、絶縁被膜の誘電率、懸濁用
液体の誘電率および絶縁被膜の摩耗特性によって決する
最適の制御被膜厚さがあると考えられる。制御被膜の誘
電率は懸濁用筐たはキャリヤー液体の誘電率と少なくと
も同じ高さにすべきである、一般に複合粒子は球形であ
って、約ｏ、ｉ〜Ｚｏ。

μ、ＷｔＬ＜Ｈ約０．１〜２．０μの直径を有する。

複合粒子は球について記載してきたが、それらはスピン
ドルのような他の形をとることもできる。

金属をコーティングした微小球の調製法は、例えば１９
８６年１月１５日付はヨーロツノ〈特許出願公開第０．
１６７．８３４号に開示されている、そして種々の形状
を有する金属をコーティングした粒子の調製法は次の刊
行物に開示されている：ＲＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａ
ｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｕｎｉｆｏｒｍｌ
ｙＣｏａｔｅｄ　Ｉｎｏｒｇａｎｉｏ　Ｃｏ１Ｌｏｉｄ
ａｌ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ’ｂｙ　Ｇａｒｇ　ｅｔ　ａ
ｌ、　ｉｎ　Ｌａｎｇｍｕｉｒ、　１９８８．　ｖｏｌ
。

４、１１１１１１．　ｐＩ）、　３８−４４゜絶縁層は
球形複合粒子の全直径の約１％以下の厚さをもつ必要が
ある。絶縁層が実施例Ｉに記載したようなケイ酸塩又は
ＴＥ０１を主成分としたコーティング法で形成するとき
の厚さは０．００１〜１．０μの範囲内にすることがで
きる。その厚さはコート（塗膜）の数の調節、或いはコ
ーティング溶液におけるＴＥ０１の濃度を調節すること
によって制御することができる。その絶縁被膜は連続に
する必要がある。

連続相の液体は電気レオロジー流体に使用される又は使
用できる流体にすることができる。かかる流体は比較的
高い、望ましくは約２．０〜９．０の範囲内の誘電率お
よび約０．７〜２．０の比重をもつべきである。過フッ
素化ポリエーテル（Ｍｏｎｚｅｄｉｓｏｎ社によって商
品名「ＧＡＬＤＥＮＤ−１０」で販売されている）のよ
うな重い液体もあるけれども、この種の最も一般的た軽
い液体は炭化水素油およびシリコーン油である。本願と
同一の出願人による米国特許第４，７７２，４０７号に
開示されている液体も使用できる。絶縁キャリヤー液体
に水の存在は本発明では必要ないので、絶縁キャリヤー
液体は、望ましくは本質的に無水にする。

連続相を形成する絶縁液体は複合粒子間に絶縁作用を与
えるけれども、この作用は複合粒子上の絶縁層によって
提供される絶縁作用とは異なる。

言い換えると、粒子上の絶縁層は粒子を絶縁キャリヤー
流体に浸漬した結果として粒子上に存在する膜又はコー
ティングとは異なる。従って、複合粒子の絶縁層の絶縁
値はキャリヤー流体の対応値とは異たる。

ＥＲレスポンス用に調製した流体の評価はしばしば２工
程法で行たう。第１工程において、流体を試験して８１
作用が存在するか否かを決定する。

８１作用が観察される場合には、流体における８１作用
の比較をするためのさらによい基準を与える第２工程の
試験を行なう。

第１の工程において、約３１１ｍの間隔を有してノ）ン
ドルから延在する一対の平行棒からなる握りプローブを
一定量の調製ＥＲ流体に挿入する。それらの平行棒の間
に約２５００〜３０００Ｄ、Ｏ。

電圧をかける。プローブは約６ワツトの電力定格を有す
る。８１作用は、プローブを電圧を印加した周囲のＥＲ
原流体ら取シ出したときにＥＲ原流体棒の間および回シ
にゲル状の塊を形成するとき、および電圧を遮断してゲ
ル軟塊が棒から流れるときに存在すると見たされる。

第２の工程において（それは米国特許第４７７２＋！０
７号に詳述されている）、ＫＲ流体を側部が一定の間隔
をもった平行電極を形成するチャンネルに通す。圧力変
換器が流動チャンネルの入口および出口端部間の圧力降
下を印加電圧の関数として測定する。流量を低く保つこ
とによって、圧力降下への粘性寄与を無視できるように
する。上記特許の第１２欄、第１３〜３６行に開示され
ている式に従って誘導降伏応力を計算する。計算された
降伏応力は各種流体における８１作用を比較する基準と
して使用することができる。

本発明は、説明のためだけに示し、本発明の範囲を限定
せんとするものではない次の特定の実施例からさらに容
易に理解できるであろう。

グ２５℃において活性化パラジウム溶液９００Ｍ中で中空
のアルミニウムケイ酸塩微小球５０ｇを１時間かくはん
する。

活性化パラジウム溶液は塩化パラジウムの塩酸溶液１８
．９扉ｌ、３７％の塩酸１００−および水２００　ｍｌ
を混合することによって調製する。これに二水和塩化ス
ズ（Ｉ［１２，３８１１を添加し、得られた溶液を１２
分間かくはんする。その溶液に、二水和塩化スズ（Ｉ［
）５７．１　ｊｌ　、スズ酸ナトリウム７、ＯＩおよび
３７％塩酸２００　ａｔからなる溶液を添加する。混合
した溶液は４９〜６５℃に３時間加熱し、続いてｔｒｉ
の体積比の水で希釈する。得られた活性化溶液は１．０
以下のｐＨをもった酸性である。

処理された微小球はろ逗してフルオロホウ酸ですすぐ。

それらの微小球は次に２５℃の無電解ニッケルめっき溶
液へかくはんし乍ら添加する。１０分後、蒸留水１００
ｄに溶解させた２５Ｊｌの次亜リン酸浴液を添加してめ
っき速度を上げる。それらの粒子はろ過して蒸留水です
すぐ。ニッケルをコーティングした微小球の精製は蒸留
水中で行ない、こわれた微小球、沈降した金属ニッケル
および浮遊ニッケル微小球はろ過によって集める。乾燥
によって薄縁色の粒子となる。電子顕微鏡による粒子の
検査は無電解析出によって付加された金属ニッケル層の
厚さは約２μであることを示した。

粒子の直径は約１５０５ｍであった。

絶縁用ケイ酸塩層によるニッケル微小球のコーティング
は、それらの微小球を先ず２５℃において２１０ｍのエ
タノール中ジェチルホスファートエチルトリエトキシシ
ラン３ｄ％ｍ留水７１−および濃ＮＨ，ＯＨ９＋Ｒ１か
らなるプライマー溶液中で１時間かくはんすることによ
って行たう。このプライマー・コーティングはニッケル
と次のケイ酸塩層間の満足な接着を保証する。それらの
粒子は次にオルトケイ酸テトラエチル１２Ｍ、エタノー
ル１４０ｍ、、ｉ留水５４１Ｌｔおよび濃ＮＨ，ＯＨ６
ａｔの溶液中で１時間かくはんする。後者の工程を〈シ
返して第２のケイ酸塩コーティングを提供する。

それらの複合粒子は次にろ過し、エタノールですすぎ、
ろ過し、１２０’Ｃのオープン中で１．５時間乾燥する
。その複合粒子は自由流動性である。ケイ酸コーティン
グの厚さは約２０００Ｘである。

複合粒子の３３重量％の懸濁液を５０　ａｓのシリコー
ン油中で調製する。この懸濁液は低導電率をもったＥＲ
レスポンスを示す。対照試験において、無コーテイング
のニッケル微小球はＥＲレスポンスを示さず、かつ同一
の電圧範囲における試験中に発生した火花によって示さ
れたように高伝導性である。

実施例π 実施例工におけるようにニッケル微小球を調製する。実
施例工の工程に続いて、ニッケル微小球上に２コートの
代ジにケイ酸塩の４コートを提供する。ケイ酸塩コーテ
ィングの全厚さは１０００〜４０００Ａである。同じシ
リコーン油におけるこれらのさらに重いコーテッド複合
粒子の３３重量％懸濁液は、実施例Ｉのケイ酸塩コーテ
ッド微小球よりも広い電圧領域に渡ってＥＲ作用を示す
。

実施例工におけるように調製したニッケル微小ＥＪ１０
ｊｌを酸化カルボキシル化ポリエチレンノトルエン１０
０＋ｊｌ〜５Ｉからなるかくはん溶液へ８０℃で添加す
る。１時間のかくはん後、複合粒子はろ過によって収集
し、トルエンですすぎ、空気中で乾燥する。１０　ａｓ
のシリコーン油中複合粒子１０％の懸濁液はＥＲ作用を
示し、火花を発生したいことがわかった。

アルミニウム・コーテッド中空微小球１０ｊｌをエタノ
ール１４０−中オルトケイ酸テトラエチル１２１１１４
、蒸留水５４−および濃ＮＨ，ＯＨ５＋Ｊ）＞らｔｌる
溶液中で１時間かくはんする。得られた複合粒子はろ過
し、エタノールですすぎ、ろ過そしてオープン中で１時
間乾燥してエタノールを除去する。それらの複合粒子は
自由流動する。

前記のコーティング工程に続いて複合粒子の一部に第２
のケイ酸塩コーティングを施す。複合粒子の別の部分に
同じコーティング工程を用いてさらに４つのコートを与
える。

ケイ酸塩コーティングを形成するためにオルトケイ酸テ
トラエチルの１．２および５のコートで処理されたアル
ミニウム・コーテッド中空微小球３３重量％からなる１
００Ｓシリコーン油懸濁液はＥＲ作用を示す。ＴＥ０１
の５コーテイング処理のアルミニウム・コーテッド微小
球の懸濁液はさらに少りいコーテッドのアルミニウム微
小球の場合よりも広い電圧範囲に渡ってＥＲ作用を示す
。

未処理のアルミニウム・コーテッド微小球での対照試験
はＥＲレスポンスを示さず、同一電圧範囲で発生した火
花によって示されるように高伝導性である。ケイ酸塩コ
ーティングの厚さは１コート当シ約５００〜１００ＯＡ
である、中空アルミニウム微小球を蒸留水中で１時間沸騰させて
酸化アルミニウム被膜を与える。１０ｃｓのシリコーン
油中複合粒子１′ｏ重量％の懸濁液は電気火花を発生す
るととｆｌくＥＲレスポンスを与える。対照試験におい
て、処理をしないアルミニウム微小球はＥＲレスポンス
を示さず、同一電圧範囲における試験中に発生した電気
火花によって示されるように高伝導性である。

ド中空微小球メルカプトプロピルトリメトキシシラン１２１ｄをエタ
ノール２８〇−中へ添加し１５分間かくはんする。蒸留
水１０８ＷＬｔと濃Ｎｕ◆０Ｈ１２−を添加し、溶液が
透明になる１でかくはんする。その溶液に銀コーテッド
中空微小球を添加し１時間かくはんする。

次にそれらの微小球は実施例工のようにオルトケイ酸テ
トラエチル（ＴＥ０１）を使用して２回処理する。かく
処理した粒子はろ過し、エタノール中ですすぎ、ろ過そ
して１２０℃のオープン内で一晩乾燥する。得られた複
合粒子は自由流動性である。

１０　ａｓのシリコーン油１７．４１１中複合粒子８．
８１の懸濁液はＥＲレスポンスを示し、被膜の破壊電圧
以下の低導電率である。対照試験において、非処理の中
空微小球はＥＲレスポンスを示さず、高伝導性である。

直径４０μのアルミニウム粒子に次の方法で０．０５〜
０．２５μの厚さのケイ酸塩被膜をコーティングする。

アルミニウム粒子６０Ｉにエタノール２３Ｑｍ／を添加
する。この混合体へ水１０８＋１１７、濃ＮＨ，０Ｈ１
ｚ−およびオルトケイ酸テトラエチル２４−を添加する
。各成分を添加した後、その混合体を５秒間振とうし、
次に全ての成分を添加した後で混合体を１時間かくはん
する。粒子をろ過し、水中で５回すすぐ。次に粒子を真
空オーブン中１５０℃で１〜３日間乾燥する。それらの
粒子は次に室温に冷却し、１０　ａｓのＧＡＬＤＥＮ　
（商品名）流体３０重量％と混合してＫＲ流体を生成し
た。その工程を反復して２つのコーティングを塗布した
。

２つのコーティング（被膜）の全厚さは５００〜ｚｓｏ
ｏｉ（ｏ、ｏｓ〜０．２５μ）であった。

得られたＥＲ原流体比較的非伝導性でＲＲレスポンスを
示すことがわかった。そのＥＲ原流体長時間の高高乾燥
の結果として本質的に無水にｋる。

同様の効果が同じように処理した同一サイズのケイ素粒
子を使用して得られた。

オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥ０１）の溶液から電気
制御コーティングを塗布することから、２．３の利点が
生じる。重要なオリ点は被膜の厚さが調節できることに
ある。もう１つの利点は、　ＴＥ０１で採水性物質にコ
ーティングして粒子の水分の吸収を防止すると共にＲＲ
流体の望筐しい寄与であるさらに電気制御層を提供でき
ることである。例えば、望ましい疎水性剤はオクタデシ
ルトリアルコキシシランのようた化合物の有機金属アル
キルシラン基の構成員を含む。

以上の説明から、本発明は既知ＥＲ流体の欠点をもたｆ
Ｌい優れた電気レオロジー流体を提供すると共に、多く
の流体用の新規複合粒子および該複合粒子並びに流体の
製造方法を提供することは明白である。好適な実施態様
およびその製造法を詳細に説明したが、特許請求の範囲
に規定した本発明の意図および範囲を逸脱することなく
種々の改良、変更および変化がありうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様に従って作った複合粒子の
拡大横断面略図；第２図は本発明の別の実施態様に従っ
て作った複合粒子の拡大横断面略図；第３図は本発明の
さらに別の実施態様に従って作った拡大横断面略図；第
４図は２つの電極間に配置された第１図の複合粒子を示
す匍単装置略図；第５図は電極間に電位差を与えた第４
図の装置；第６図は第５図の装置において誘導された等
電位線；第７図は第５図および第６図に示した装置にお
ける粒子の制御被膜内の等電位線；および第８図は第５
図、第６図および第７図におけるマックスウェルの応力
テンソルの積分を説明するために用いた表面を示す。図面の浄書（内容に変更なし）０発明者デブラ・エヌ・アツカアメン・リカ合衆国フロリダ州オーモンド・ビーチ。シュア−・ブールバード２４５オーシャ一１０７’２− 手（方式）％式％（１、事件の表示平底２年松敏殿殿）願第１０５１３０　号発明−一幻の名称、指寞寓＝＊区分電気レオロジー流体および該流体に有用な粒子の製造方
法３゜補正する者事件との関係　特許出願人屯代理人６゜補正により増加する請求項の数発明

Claims

【特許請求の範囲】

１．キヤリヤー液体の連続相と被分散微粒子の不連続相
からなる電気レオロジー流体において、前記微粒子相が
迅速な粒子内分極をさせることができる導電性表面と、
該表面上にあつて粒子内の伝導を実質的に防ぎ乍ら前記
分極をさせる電気制御被膜を有する粒子本体を画定する
手段を含み；該粒子本体が前記導電性表面と制御被膜を
除いて、前記キヤリヤー液体の密度より低い密度を有し
；前記導電性表面および制御被膜の厚さおよび密度は前
記キヤリヤー液体の密度と本質的に同一の平均密度を有
する複合微粒子本体を提供するように選ぶことを特徴と
する電気レオロジー流体。
２．前記粒子本体が中空であつて、前記電気制御被膜に
よつて封止される請求項１記載の電気レオロジー流体。
３．前記粒子本体がコア構造と、該コア構造上の殼と、
該殼上の導電性材料の少なくとも１層を含む請求項１記
載の電気レオロジー流体。
４．前記粒子画定手段が前記導電性表面を提供する伝導
性殼を有する中空微小球を含む請求項１記載の電気レオ
ロジー流体。
５．前記キャリヤー液体が比較的非導電性であり、前記
制御層が同様に比較的導電性である請求項４記載の電気
レオロジー流体。
６．前記制御被膜は前記キヤリヤー液体に対して電気を
伝導するが、前記殼を前記キヤリヤー液体から電気的に
絶縁する請求項５記載の電気レオロジー流体。
７．前記制御被膜は加水分解性金属錯体の溶液から析出
する請求項１記載の電気レオロジー流体。
８．前記導電性表面が金属によつて提供される請求項１
記載の電気レオロジー流体。
９．前記粒子本体が気体を含む請求項１記載の電気レオ
ロジー流体。
１０．連続液体キヤリヤー相に不連続微粒子相が懸濁し
ている電気レオロジー流体において、前記微粒子相が前
記連続相の密度よりも低い密度を有する粒子および少な
くとも１つの導電性表面を電気絶縁材料の少なくとも１
層でコーテイングすることによつて調製され、該電気絶
縁材料の性質および量が粒子の導電性表面に関してキヤ
リヤー液体の密度と本質的に同一の平均密度を有する複
合粒子を提供するように選定されることを特徴とする電
気レオロジー流体。
１１．前記電気絶縁層が加水分解性金属錯体の溶液から
のコーテイングによつて前記殼の上に形成される請求項
１０記載の電気レオロジー流体。
１２．前記加水分解性金属錯体はシラン基のコーテイン
グ材料および金属アルコキシド基のコーテイング材料か
らなる群から選ぶ請求項１１記載の電気レオロジー流体
。
１３．前記シラン基のコーテイング材料がオルトケイ酸
テトラエチル、オルトケイ酸テトラメチル、およびオル
トケイ酸テトラブチルからなる群、または他のシリコー
ン・アルコキシドから選択される請求項１２記載の電気
レオロジー流体。
１４．前記金属オルコキシドのコーテイング材料がチタ
ン酸塩、クロム酸塩およびジルコン酸アルミニウムから
なる群から選択される請求項１２記載の電気レオロジー
流体。
１５．前記粒子が球形で中空であり、前記制御被膜が前
記コーテツド粒子の直径の約１％以下の厚さを有する請
求項１０記載の電気レオロジー流体。
１６．前記電気絶縁層が約１０，０００Å以下の厚さを
有する請求項１０記載の電気レオロジー流体。
１７．前記粒子が１００μ以下の最大寸法を有する請求
項１０記載の電気レオロジー流体。
１８．連続絶縁液体相に不連続微粒子相が懸濁している
電気レオロジー流体において、前記微粒子相が導電性材
料と電気絶縁材料をコーテイングした中空粒子本体を含
み、導電性材料および電気絶縁材料の性質および量が相
互におよび粒子本体に関して絶縁液体の密度と本質的に
同一の平均密度を有する複合粒子を提供するように選択
されることを特徴とする電気レオロジー流体。
１９．前記中空粒子本体がセラミツク、金属またはポリ
マー材料から形成されている請求項１８記載の電気レオ
ロジー流体。
２０．前記中空粒子本体が球形であつて約１００μ以下
の全寸法を有する請求項１８記載の電気レオロジー流体
。
２１．中空粒子本体の密度が、導電性および絶縁コーテ
イングを除いて、前記絶縁液体相の密度より低い請求項
１８記載の電気レオロジー流体。
２２．中空コアおよび導電性表面をもつた殼を有する粒
子と該粒子の導電性表面上の電気絶縁性材料の被膜を含
む微粒子相からなり、前記導電性材料および電気絶縁材
料およびその量が中空コアの密度に関して絶縁液体の密
度と本質的に同一の全密度を有する複合粒子を提供する
ように選択され、前記電気絶縁被膜が前記導電性層上に
加水分解性金属の溶液からの析出によつてコーテイング
され、前記導電性層が金属材料によつて提供されること
を特徴とする不連続微粒子相が連続絶縁液体相に懸濁し
ている電気レオロジー流体。
２３．金属の殼を有するコアと、該コアの上に加水分解
性金属錯体の溶液から析出によつてコーテイングされた
電気絶縁性材料の層からなることを特徴とする電気レオ
ロジー流体に有用な粒子。
２４．前記加水分解性金属錯体はシランおよび金属アル
コキシドからなる群から選択される請求項２３記載の粒
子。
２５．前記コアが中空である請求項２３記載の粒子。
２６．約１００μ以下の最大寸法と約１０，０００Å以
下の絶縁被膜厚さを有する請求項２３記載の粒子。
２７．前記コアが中空、前記殼が球形、前記導電層が金
属、そして前記電気絶縁被膜がオルトケイ酸テトラエチ
ルの溶液からの析出によつて提供される請求項２３記載
の粒子。
２８．前記絶縁被膜上にさらに疎水性被膜を含む請求項
２３記載の粒子。
２９．前記疎水性被膜が有機金属アルキル・シラン基の
化合物によつて提供される請求項２８記載の粒子。
３０．絶縁液体キヤリヤーと協同の請求項２３記載の粒
子。