JPH05193919A - 電気粘性流体用炭素質粉末の製造方法 - Google Patents

電気粘性流体用炭素質粉末の製造方法

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JPH05193919A
JPH05193919A JP4009686A JP968692A JPH05193919A JP H05193919 A JPH05193919 A JP H05193919A JP 4009686 A JP4009686 A JP 4009686A JP 968692 A JP968692 A JP 968692A JP H05193919 A JPH05193919 A JP H05193919A
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carbonaceous powder
powder
coal
carbonaceous
electrorheological fluid
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JP4009686A
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Takuji Haraoka
岡 卓 司 原
Takayuki Torii
居 孝 行 鳥
Katsuhiro Nagayama
山 勝 博 長
Hitomi Hatano
仁 美 羽多野
Noriyoshi Fukuda
田 典 良 福
Yuichi Ishino
野 裕 一 石
Takayuki Maruyama
山 隆 之 丸
Tasuku Saito
藤 翼 斎
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JFE Steel Corp
Bridgestone Corp
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Bridgestone Corp
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】電気粘性流体に使用され、電気粘性効果に極め
て優れた炭素質微粒子の製法の提供。 【構成】炭素質粉末に湿式の酸化処理を施すことを特徴
とする電気粘性流体用粉末の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】電気粘性流体とは流体に電場を印
加することにより、流体の見掛け粘度が迅速且つ可逆的
に変化する現象を呈する流体であり、一般には電気絶縁
性の優れた油状媒体に誘電体である微粒子を分散させる
ことにより構成されている。
【0002】この電気粘性流体の特徴は古くから知ら
れ、クラッチ、バルブ、衝撃吸収体等の低い電気的出力
により強力な力が必要な装置への応用が検討されてき
た。
【0003】本発明はかかる電気粘性流体に於いて優れ
た電気粘性効果を発揮し得る誘電性を持った新規な微粒
子の製造方法に関するものである。
【0004】
【従来の技術】電気粘性効果の発現機構は充分に解明さ
れていない。しかし、一般には外部電場により微粒子に
分極が生じ、この分極した粒子が静電引力により相互に
結合し架橋を生じる結果、粘度が増大すると言われてい
る。
【0005】これまでに検討された電気粘性流体として
は、例えば米国特許第2886151号、第30475
07号あるいは日本国公開特許昭53−17585、昭
53−93186、昭61−44998、昭61−25
9752、昭62−95397、平1−207396等
に開示されており、それらはスピンドル油、トランス
油、塩化パラフィン等の電気絶縁性の高い油状媒体中に
シリカゲル、デンプン、セルロース等の吸水性固体微粒
子を分散させたものであり、これらは、微粒子本体に吸
着された水分子の分極によって上記の効果を発現するも
のであるために、吸着水によって粒子の電導度が高くな
ってしまい、電場を印加した際に電流が流れすぎてエネ
ルギー効率が低いこと、長期使用時には固体微粒子から
の水の脱離による性能の経時変化が起きること、温度変
化に極めて不安定であること等、実用上の問題点が少な
くない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】こうした観点から鋭意
検討した結果、本発明者らは、炭素質粉末において、炭
素原子と水素原子の比、TGA(熱天秤)による重量減
少量、フリーカーボン量、酸素量、粒径を制御した炭素
質粉末が電気粘性流体用固体粒子として優れた性能を発
揮できることを見出した。すなわち、当該炭素質粉末を
使用することにより、電場を印加した際の電流を低くす
ることが可能であり、特性の経時変化が小さく、温度に
対しても安定な電気粘性流体を得ることが出来ることを
見出し特願平2−175432として出願した。
【0007】さらに、本発明者らは当該炭素質粉末の製
造方法に関して改良、検討した結果、さらに電圧印加時
の粘性変化を増加させることのできる粉末の改良方法を
見出し、本発明に到った。
【0008】即ち、本発明は電気粘性効果に極めて優れ
た微粒子の製造方法の提供を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】かくして本発明によれ
ば、炭素質粉末に湿式の酸化処理を施すことを特徴とす
る電気粘性流体用粉末の製造方法が提供される。
【0010】本発明の電気粘性流体粉末は、電気絶縁性
に優れた油状媒体に誘電体微粒子を分散せしめることに
より得られる電気粘性流体において誘電体微粒子として
使用される炭素質粉末である。
【0011】一般に電気粘性流体に要求される特性とし
ては、外部電界下でより大きな粘性変化を示すこと、エ
ネルギー効率の関係から流れる電流が可能な限り少ない
こと、固体微粒子が油状媒体中で沈降しないこと、さら
に長期的な使用や温度に対して安定であること、電界の
印加に対する応答性に優れること等があげられる。
【0012】こうした電気粘性流体に要求される特性と
炭素質粉末の性質との関連を詳細に検討した結果、当該
炭素質粉末の湿式の酸化処理が電圧印加時の粘性変化を
増大させる効果のあることが見出された。
【0013】すなわち、炭素質粉末を酸化剤を含有する
水中に浸漬し処理することで当該炭素質粉末を使用した
流体の電圧印加時の粘性変化を増加することができるこ
とが見出された。湿式酸化処理によって電圧印加時に粘
性変化の増加する理由は明瞭ではないが、湿式酸化処理
によって炭素質粉末の表面に極性基が増加することによ
って電圧印加時における炭素質粉末内の誘電分極を助長
する効果が有るのではないかと考えている。
【0014】以下本発明の構成につき詳述する。本発明
に於いて湿式酸化処理の対象とされる炭素質粉末は以下
に記載される方法で調製される。
【0015】即ち原料として石炭、石炭系タール、石炭
系ピッチ、石炭液化物、コークス類、石油、石油系ター
ル、石油系ピッチ、樹脂類またはこれらの混合物を用い
て、加熱処理することにより炭素質粉末が調製される。
【0016】炭素質粉末はできるだけ均質であることが
望ましいので、コールタール、ピッチ類はシリカ、アル
ミナ等の不純物を含有しており、この様な不純物は事前
に除去するのが好ましい他、元来コールタール、ピッチ
等に含まれるフリーカーボン(別名、遊離炭素)も予め
除去することが望ましい。フリーカーボンは例えばコー
クス炉において発生するタールが1000℃以上に加熱
され、気相熱分解を受けて生成すると言われている極め
て炭素化の進んだ無定形の微細炭素質粒子であり、この
様なフリーカーボンが炭素質粉末中に含有されていると
不均一性をもたらし期待される電気粘性効果を得にく
い。
【0017】必要に応じて遠心分離法、各種の溶剤を添
加することによる静置分離法等一般に工業的に実施され
ている方法でフリーカーボンの除去操作が行なわれた原
料は次に熱処理されて炭素質粉末が得られるが、この工
程はオートクレーブ、キルン、流動層、電気炉等を単独
又は併用して行なわれる。熱処理は最高温度が300〜
800℃の範囲で行われ、しかも得られる炭素質粉末の
炭素原子と水素原子の数の比(C/H)が1.70〜
3.50、好ましくは2.00〜3.50、特に好まし
くは2.20〜3.00となる様に熱処理が行われるこ
とが望ましい。この様な範囲のC/Hの値とすることは
極めて重要で、その結果優れた電気粘性効果を有する炭
素質粉末が得られしかも該粉末を配合した電気粘性流体
に多量の電流が流れるのを防ぐことができる。
【0018】更に必要に応じて粉砕、分級を行って最大
粒径を50μm以下、平均粒径を0.5〜40μm、特
に2〜40μm、更に2〜10μmに調製することが望
ましい。又分級の際に特に粒径1.59μm以下の微粒
子を5重量%以下に調整することが望ましい。ここで粒
径とは、コールタールカウンターでアパチャーチューブ
を用いて測定されるものである。
【0019】この様に調整することにより微粒子が安定
して油状媒体中に存在することができる。
【0020】粉砕及び分級はジェットミル、ボールミル
及び風力分級、篩分け、遠心分離、沈降分離など一般に
工業的に行われている方法が利用できる。なお粉砕、分
級による粒度調整工程は熱処理工程の前に行っても良い
し、後で行っても良いし、或いは前後で行っても良い。
【0021】以上の工程で製造された好ましくはC/H
の値を1.70〜3.50の範囲内とした炭素質粉末に
つき湿式酸化処理を行う。この湿式酸化処理により炭素
質粉末の誘電特性が飛躍的に向上する。この場合に用い
られる酸化剤は通常使用されるものでよく、過酸化水
素、硝酸、混酸(硫酸と硝酸の混酸)、発煙硫酸などが
あげられる。酸化剤を含む水溶液の濃度は特に制限はな
く、市販品をそのまま使用してもよいし、必要に応じて
希釈してもよい。また、使用量も粉末が完全に浸漬する
程度の量であればよい。処理温度は室温程度あるいは発
熱を避けるため必要に応じて冷却すればよい。処理後の
炭素質粉末は濾過、乾燥を行ない、未反応の酸化剤およ
び水分を除去する。
【0022】なお本発明に於ける湿式酸化処理は炭素質
粉末を製造する熱処理工程の後であればいずれの任意の
段階で行うことができる。
【0023】かくして得られた電気粘性流体用粉末は、
シリコンオイル、スピンドル油、塩化パラフィン等の電
気絶縁性の油状媒体に分散することにより、低い電流値
で優れた電気粘性効果を示し、温度安定性および長期安
定性を備える電気粘性流体が得られる。
【0024】
【実施例】以下に更に具体的な実施例で説明する。尚、
本発明は以下の実施例でもって何ら制約されるものでは
ない。
【0025】(実施例)フリーカーボンを含有しないコ
ールタールを20リットルのオートクレーブを使用して
450℃で熱処理した。得られた熱処理物をタール系中
油(沸点範囲120〜250℃)を使用し抽出・濾過し
た。かかる抽出・濾過残留物を内容積35リットルのバ
ッチ型の回転反応炉を使用し、温度490℃、5.0リ
ットル/分の窒素気流下で再熱処理を行い、さらに粉砕
後、風力分級機を使用してC/H=2.32平均粒径
3.0μmに調整した。上記炭素質粉末100重量部を
15%過酸化水素水300重量部に浸漬し、25℃にて
3日〜14日間処理を行った。処理後の炭素質粉末は濾
過により未反応の過酸化水素水を分離したのち、真空乾
燥機にて1torr以下の減圧下に80℃、5時間の乾
燥を行った。かかる炭素質粉末を電気絶縁性油状媒体で
ある室温で0.1ポイズのシリコンオイルに約36重量
%均一に分散させ電気粘性流体を得た。
【0026】この電気粘性流体に室温で2KV/mmの
電圧をかけ、このときの流体の粘性変化を測定し、その
電気粘性流体としての機能を評価した。粘度の測定は二
重円筒型回転粘度計を使用し、内外円筒間に直流電流を
印加した時の剪断速度366sec-1における見掛けの
粘度を測定した。
【0027】図1にこのようにして得られた電気粘性流
体の室温における性能試験結果を示した。図1において
横軸と縦軸は、この炭素質粉末の過酸化水素処理におけ
る処理時間(日)と過酸化水素水処理を行った炭素質粉
末を使用した電気粘性流体に電圧を印加した時の粘性の
変化量(ポイズ)を示す。
【0028】(比較例)過酸化水素処理を行わなかった
他は実施例に使用したものと同じ炭素質粉末を使用し、
200℃の空気中で酸化処理を2〜10時間行った。か
かる炭素質粉末を実施例と同じ方法で流体調製を行い、
電気粘性流体としての機能を評価した。その結果、酸化
時間にたいする粘性変化量の上昇もしくは減少は認めら
れなかった。
【0029】
【発明の効果】本発明は、従来ほとんど検討されていな
かった炭素質微粒子の電気粘性流体への適用を可能にし
たもので、本発明により製造された炭素質微粒子を使用
することにより極めて優れた電気粘性効果を有する電気
粘性流体を製造可能とした。当該炭素質粉末の製造時に
湿式酸化による処理工程を設けることで当該炭素質粉末
を使用した電気粘性流体に電圧を印加した際の粘性変化
値を上昇させることが可能になった。本発明は、従来の
電気粘性流体の問題点を解決し、電気粘性流体のクラッ
チ、バルブ、衝撃吸収体等の産業上の応用を可能にする
道を開くものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 炭素質粉末の過酸化水素処理時間(日)と過
酸化水素水処理を行った炭素質粉末を使用した電気粘性
流体に電圧を印加した時の粘性の変化量(ポイズ)を示
している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10N 70:00 (72)発明者 鳥 居 孝 行 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 長 山 勝 博 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 羽多野 仁 美 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 福 田 典 良 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 石 野 裕 一 東京都小平市小川東町3−1−1 (72)発明者 丸 山 隆 之 東京都小平市小川東町3−1−1 (72)発明者 斎 藤 翼 東京都小平市小川東町3−1−1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素質粉末に湿式の酸化処理を施すことを
    特徴とする電気粘性流体用粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】該炭素質粉末が、石炭、石炭系タール、石
    炭系ピッチ、石炭液化物、コークス類、石油、石油系タ
    ール、石油系ピッチ及び樹脂類よりなる群より選ばれる
    有機化合物に最高温度300〜800℃の熱処理を施し
    て調製されたものである請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】該炭素質粉末の炭素原子と水素原子の数の
    比(C/H)が1.70〜3.50であることを特徴と
    する請求項1又は2記載の製造方法。
  4. 【請求項4】酸化処理に用いられる酸化剤が、過酸化水
    素、硝酸、混酸又は発煙硫酸であることを特徴とする請
    求項1及至3いずれか記載の製造方法。
JP4009686A 1992-01-23 1992-01-23 電気粘性流体用炭素質粉末の製造方法 Pending JPH05193919A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5536426A (en) * 1993-05-21 1996-07-16 Nippon Oil Company, Ltd. Electrorheological fluid containing carbonaceous particles
US7393473B2 (en) * 2005-07-05 2008-07-01 Dowa Mining Co., Ltd. Method for producing a composite plated product

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5536426A (en) * 1993-05-21 1996-07-16 Nippon Oil Company, Ltd. Electrorheological fluid containing carbonaceous particles
US7393473B2 (en) * 2005-07-05 2008-07-01 Dowa Mining Co., Ltd. Method for producing a composite plated product

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Effective date: 20010424