JPH04161497A - 電気粘性液体 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は湿式シリカ粒子が電気絶縁性液体中に分散せれ
てなる電気粘性液体に関する。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］ 外部からの電圧の印加により粘度が変化する液体は、動
力伝達、衝撃吸収、バルブ効果などの作用を示すので近
年注目されている。

こうした電界により増粘作用を示す液体を総称して電気
粘性液体というが、中でもクラッチ、エンジンマウント
、ショックアブソーバ−などの実用度の高い用途に耐え
るためには、低い電圧により著しく降伏値の増大する液
体が必要とされる。

こうした液体は現在まで種々のものが提唱されている。

例えば、シリカ、アルミナ、タルク等の無機質多孔性粒
子を電気絶縁性液体に分散させたものが代表的である。

これらは何れも粒子表面に吸着している水による電気二
重層の形成により、外部の電界に対して粒子が配向し、
粘度が増大する（より詳しくは降伏値をもつビンガム流
体に転移する）と説明されている（以下この効果をＷｌ
ｎｓｌｏｖ効果と称す）。とりわけシリカを用いた電気
粘性液体は、使用温度が制約される（約１０℃〜８０℃
）、周辺機器への摩耗性がある、粒子の沈降性がある等
の不利もあるが、シリカの工業的供給性９品種改良性が
豊かであり、常温付近で使用され摺動運動の少ない機器
などの特定の使用分野では有用と思われる。シリカを用
いた電気粘性液体は米国特許第３．０４７．５０７号公
報、特開昭６１−４４９９８号公報に開示されているが
、これらは、何れもＩＦＩｎｓｌｏｗ効果の程度が低く
、実用上満足できるものではなかった。

本発明者は上記問題点を解消するために鋭意検討した結
果、上記のような電気粘性液体において、特定の湿式シ
リカを使用すれば上記問題点は大幅に解消されることを
見出し本発明に到達した。すなわち、本発明の目的は、
低い電圧により、著しく降伏値が増大する等電気粘性液
体として優れた特性を有する電気粘性液体を提供するに
ある。

［課題の解決手段とその作用コ かかる本発明は、 湿式シリカ粒子が電気絶縁性液体中に分散されてなる電
気粘性液体において、該湿式シリカ粒子の平均粒径が１
０〜５００μｍであり、該湿式シリカ粒子の４重量％懸
濁水のｐＨ（水素イオン濃度）が６．５以下であること
を特徴とする電気粘性液体に関する。

これについて説明するに、本発明に使用される湿式シリ
カ粒子は高いＨｎｓｌｏｗ効果を与えるために必要な成
分である。かかる湿式シリカ粒子は水ガラスを原料にし
て湿式下で酸を加えることによりシリカを形成させる方
法により製造されたシリカ粒子である。これらの湿式シ
リカ粒子は、粒子の表面にＷｌｎｓｌｏｖ効果発現に好
適な吸着水の層があること、および好適な粒子径を何す
ること等の理由により、電気粘性液体の分散相として好
適である。この平均粒径は１０〜５００μｍの範囲内で
あり、好ましくは５０〜２００μｍの範囲内である。こ
れは、粒子径が１０μｍ未溝であると粒子間の配向力は
大きい反面、粒子間力が小さくなり、十分な粘性が得ら
れなく、逆に５００μｍより大きくなると、配向力が鈍
り粘性効果が減少するとともに、粒子の大きさそのもの
の弊害が無視できなくなるためである。粒子の形状に関
してはなるべく真球状のものが好ましい。真球からの変
形度が大きいと、粒子間の有効接触面積が小さくなり、
凝集力が弱まるためである。粒径分布については、より
狭いほど好ましい。粒径分布が狭いほど粒子の配向力が
均一なため、効率のよい増粘効果が得られるためである
。なるべく真球状で粒径分布の狭いシリカ粒子の製造法
としては種々考えられるが、主に乾燥工程を工夫するこ
とで得られる。例えばスプレードライ法などが好適であ
る。

一方、上記の性状の他に湿式シリカ粒子中のイオン量も
Ｗｉｎｓｌｏｖ効果の大小を決める重要な因子である。

これについては定説がないが、発明者らは次のように推
測している。シリカ中に含まれるイオンの主なものはナ
トリウムイオンであるが、これは主に原料の水ガラス中
に含まれる不純物である固体酸を中和するために用いた
ナトリウムイオンの過剰分である。よってこのナトリウ
ムイオン量の大小によってシリカの液性が決定される。

発明者らの実験によれば、シリカ中の遊離しているイオ
ンの存在は粒子の配向の時間的遅延をもたらすと考えら
れる。端的な現象例としては、遊離イオンを含む湿式シ
リカを分散させた電気粘性液体に電界をかけ、一定ある
いは可変せん断速度でのせん断応力には不安定さが生じ
る。ランダムな状態の粒子が配向するのに要する時間が
、遊離イオンを含む粒子の場合、イオンの移動に時間が
かかるために、長くなり、その結果、動的な状況では不
安定さを生じるものと考えられる。このため、有効なＷ
ｉｎｓｌｏｗ効果を与える湿式シリカ粒子としてはナト
リウムイオン等の遊離イオン量の少ないものが好適であ
る。純粋の湿式シリカ粒子の液性は通常酸性側にある。

すなわち、酸性側のシリカが好適である。液性の基準と
しては該シリカ粒子を４重量％懸濁水の状態でｐＨを測
った場合、６．５以下であり、５．５以下であることが
より好適である。６．５を越える場合は有効なＷｌｎｓ
ｌｏｗ効果が与えられない。このような液性を有する湿
式シリカ粒子を得るためには、過剰のナトリウムイオン
を極力除去するか、原料の水ガラスに固体酸の含有量の
極めて少ない純粋なものを使用する必要がある。

本発明で使用する湿式シリカ粒子は以上のような性状を
満足するものであればよく、特に限定されるものではな
い。これらは市販の湿式シリカ粒子から選択することも
でき、例えば、日本シリカニ業株式会社製の商品である
“ニップシールＡＱ−８”等が該当する。

さて本発明の電気粘性液体は上記のような湿式シリカ粒
子を電気絶縁性液体中に分散させてなるものであるが、
電気絶縁性液体は、常温で液状であり、電気絶縁性を示
すものであればよく、特に限定されない。かかる電気絶
縁性液体としては、鉱油、セバシン酸ジブチル、塩化パ
ラフィン、フッ素オイル、シリコーン油等が挙げられる
。

これらの中で、電気絶縁性が大きいこと、温度による粘
度変化が小さいこと等の点でシリコーン油が好ましい。

かかるシリコーン油としては以下の式で示される化学構
造を有する液状ジオルガノポリシロキサンが例示される
。

ＲＲＲ （式中、Ｒは、メチル基、エチル基、プロピル基等のア
ルキル基、フェニル基等のアリール基で示される１価炭
化水素基である。Ｒの内の３０％以上はメチル基である
ことが好ましい。また、重合度ｎは特に限定されないが
、実用的粘度範囲の点でｎは１０００以下が好ましく、
より好ましくは１００以下である。このような構造をも
つシリコーン油は東し・ダウコーニング・シリコーン株
式会社製”　５Ｈ２００”を始めとして種々の市販品が
ある。

さらにシリコーン油の内で、より高いＷＩｎｓｌＯＷ効
果を助長し、かつ比重差による粒子の沈降を抑える効果
のある種類のものとしては、構造中にフルオロアルキル
基を含むジオルガノポリシロキサンが好ましい。具体的
には下記の構造式で示される。

ＲＲ２ＲＲ ＲＲＲＲ （式中、Ｒは前記と同じであり、Ｒ２は炭素数１０以下
のフルオロアルキル基、ｍおよびｐは１０００以下の整
数である）。

炭素数１０以下のフルオロアルキル基は、その構造は特
に限定されないが、合成のしやすさ等から３．３．３−
）リフルオロプロピル基が好ましい。！ｌｌｎｓｌｏｗ
効果を顕著に助長させるためには、１分子中のフルオロ
アルキル基の含有率が３０モル％以上であることが好ま
しい。また材料供給性、経済性の点ではＲの内の３０％
以上はメチル基であることが好ましい。また、重合度ｍ
は特に限定されないが、実用的粘度範囲の点でｍは１０
００以下が好ましく、より好ましくは１００以下である
。フルオロアルキル基がＷｌｎｓｌｏｗ効果の助長効果
を与える機構は明らかになっていないが、電気陰性原子
のフッ素原子と電気陽性原子のケイ素とが分子内に適当
な距離をおいて共存することから分子内に強い双極子が
生じ、この双極子が湿式シリカ粒子上の電気二重層と接
したときに二重層の分極を促進するものと推定できる。

さらにフッ素原子が含まれる液体は比重が大きくなる傾
向にあるため、シリカ粒子の沈降性を抑える効果が同時
に生まれる。このようなフルオロアルキル基を含むジオ
ルガノポリシロキサンは東し・ダウコーニング・シリコ
ーン株式会社製”ＦＳ１２６５”を始めとした市販品を
利用できる。

本発明による電気粘性液体は、上記のような湿式シリカ
粒子を上記のような電気絶縁性液体に分散させてなるも
のであるが、その分散量は０．１〜５０重量％の範囲内
であり、好ましくは１０〜４０重量％の範囲内である。

これは０、１重量％未溝になると十分な増粘効果が得ら
れなく、また５０重量％を越えると電気粘性液体の粘度
が著しく増大して実用上不向きであるからである。

以上のような本発明の電気粘性液体は、例えば、常温付
近で使用され、摺動運動の少ない機器などの特定の機器
用作動油として有用である。

［実施例コ 以下、実施例、比較例にて本発明の詳細な説明する。実
施例中、部とあるのは重量部を意味し、粘度は２５℃に
おける値であり、Ｃ８はセンチストークスである。

なお、電気粘性効果の測定は次の方法によった。

内径４２１嘗のアルミ製カップに被験液体を入れ、その
中に径４０１１１Ｊ　　長さ６０箇嘗のアルミ製ロータ
ーを沈めた。この円筒型セルを垂直方向にセットし、カ
ップを４０秒かけてせん断速度（Ｄ）ゼロから３３０８
りまで線形に加速した。

この時のローターにかかるトルクをトルクセンサーで検
知し、これをせん断応力（Ｓ）に換算してＸ−Ｙレコー
ダー上にＤ対Ｓ曲線を描かせた。さらにローターを電気
的に接地し、カップ側に直流電圧を印加して同様のＤ対
Ｓ曲線を描かせ、直線部分のＳ軸への外挿点をもって、
この電界強度での降伏値とした。また、せん断応力の安
定性および湿式シリカ粒子の沈降性を調べた。

実施例１ 平均粒径が１００μｍであり、４重量％の懸濁水のｐＨ
が５．５〜６．５である湿式シリカ粒子［日本シリカニ
業株式会社製、商品名ニップシールＡＱ−８３１５部を
粘度１００Ｃ８の脂肪族炭化水素系油口日本石油株式会
社製、ゴム膨潤油３号コ８５部に加えて攪拌することに
より、湿式シリカ粒子が脂肪族炭化水素系油中に分散し
た懸濁液である電気粘性液体を得た。

次いで、この液体の電気粘性効果の測定を行った。これ
らの測定結果を後記する第１表および第１図に示した。

実施例２ 平均粒径が１００μｍであり、４重量％の懸濁水のｐＨ
が５．５〜６．５である湿式シリカ粒子［日本シリカニ
業株式会社製、商品名ニップシールＡＱ−８］　１５部
を粘度１００Ｃ８の両末端トリメチルシロキシ基封鎖ポ
リジメチルシロキサン８５部に加えて攪拌することによ
り、湿式シリカがポリジメチルシロキサン中に均一に分
散した電気粘性液体を得た。

次いで、この液体の電気粘性効果の測定を行ったところ
後記する第１表に示す測定結果を得た。

実施例３ 実施例２において、粘度１ｏｏｃｓポリジメチルシロキ
サンの替わりに粘度３００Ｃ８の両末端トリメチルシロ
キシ基封鎖ポリ（メチル・３゜３．３−）リフルオロプ
ロピル）シロキサンを使用した以外は、実施例２と同様
にして電気粘性液体を得た。この液体の特性を実施例２
と同様にして測定した。これらの測定結果を後記する第
１表に示した。

比較例１ 実施例２において、平均粒径が１００μｍの湿式シリカ
粒子の替わりに、平均粒径が４μｍであり、４重量％の
懸濁水のｐＨが５．ｉ５〜６．５である湿式シリカ粒子
［日本シリカニ業株式会社製、商品名ニップシールＬ−
３００１を使用した以外は実施例２と同様にして電気粘
性液体を得た。この液体の特性を実施例２と同様にして
測定した。

これらの測定結果を第１表に併記した。

比較例２ 実施例２において、平均粒径が１００μｍの湿式シリカ
の替わりに、平均粒径８５μｍであり、４重量％懸濁水
のｐＨがｉｏ、ｏ〜１１．０である湿式シリカ粒子［日
本シリカニ業株式会社製。

商品名ニップシールＮＡ−Ｒ］を使用した以外は実施例
２と同様にして電気粘性液体を得た。

次いでこの液体の電気粘性効果の測定を行ったところ、
後記する第１表および第２図に示す結果を得た。

第１表 ［発明の効果コ 本発明の電気粘性液体は、湿式シリカ粒子の平均粒径が
１０〜５００μｍであり、該湿式シリカ粒子の４重量％
懸濁水の１）Ｈ（水素イオン濃度）が６．５以下である
ので、低い電圧により著しく降伏値が増大する、せん断
安定性に優れる等優れた電気粘性効果を発現するという
特徴第１図は実施例１で得られた電気粘性液体のせん断
速度とせん断応力の関係を示したものであり、第２図は
、比較例２で得られた電気粘性液体のせん断速度とせん
断応力の関係を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　湿式シリカ粒子が電気絶縁性液体中に分散されてな
   る電気粘性液体において、該湿式シリカ粒子の平均粒径
   が１０〜５００μｍであり、該湿式シリカ粒子の４重量
   ％懸濁水のｐＨ（水素イオン濃度）が６．５以下である
   ことを特徴とする電気粘性液体。 ２　電気絶縁性液体がシリコーン油である特許請求の範
   囲第１項記載の電気粘性液体。 ３　シリコーン油が、フルオロアルキル基を含むジオル
   ガノポリシロキサンである特許請求の範囲第２項記載の
   電気粘性液体。