(57)【要約】　　　（修正有）【課題】降伏応力の高いエレクトロレオロジー流体の提供。【解決手段】電気絶縁性の疎水性液体中に懸濁された複合材料の粒子を含むエレクトロレオロジー流体であって、前記複合粒子はＭ1xＭ22-2xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2の形態の金属塩であって、Ｍ1はＢa，Ｓr，Ｃaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択され、並びに複合粒子はさらに尿素、ブチルアミドおよびアセトアミドからなる群から選択されたプロモーターを含む。 【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
　電気絶縁性の疎水性液体中に懸濁された複合材料の粒子を含むエレクトロレオロジー流体であって、前記複合粒子はＭ1xＭ22-2xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2の形態の金属塩であり、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択され、並びに前記複合粒子はさらに尿素、ブチルアミドおよびアセトアミドからなる群から選択されたプロモーターを含むエレクトロレオロジー流体。
【請求項２】
　ｘは０．９４から０．９６である請求項１に記載のエレクトロレオロジー流体。
【請求項３】
　複合粒子を前記電気絶縁性の流体中に０．０５から０．５の体積分率で懸濁した請求項１に記載のエレクトロレオロジー流体。
【請求項４】
　プロモーターは複合粒子の０．１から０．３重量パーセントを構成する請求項１に記載のエレクトロレオロジー流体。
【請求項５】
　プロモーターは複合粒子の０．１８から０．２２重量パーセントを構成する請求項４に記載のエレクトロレオロジー流体。
【請求項６】
　前記疎水性液体はシリコーン油、鉱油、エンジン油および炭化水素油からなる群から選択された０．５から０．１の粘度をもつ油である請求項１に記載のエレクトロレオロジー流体。
【請求項７】
　電気絶縁性の疎水性液体中に０．０５から０．５の体積分率で懸濁された複合材料の粒子を含むエレクトロレオロジー流体と、前記エレクトロレオロジー流体に１０００Ｈｚより低い周波数でＤＣ電場またはＡＣ電場を印加する手段とを具備するエレクトロレオロジーシステムであって、前記複合粒子はＭ1xＭ22-xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2の形態の金属塩であり、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択され、並びに前記複合粒子はさらに尿素、ブチルアミドおよびアセトアミドからなる群から選択されたプロモーターを含むエレクトロレオロジーシステム。
【請求項８】
　Ｍ1イオンを含む第１の溶液、Ｍ2イオンを含む第２の溶液、Ｔiイオン、希シュウ酸およびプロモーターを含む第３の溶液を一緒に混合することを含むエレクトロレオロジー流体のための複合材料の製造方法であって、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択され、プロモーターは尿素、ブチルアミド、およびアセトアミドからなる群から選択される、複合粒子の製造方法。
【請求項９】
　複合粒子を超音波タンカー中で３０℃から８０℃の温度で合成する請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
　粒子を３０℃から１５０℃の温度で使用前に乾燥させる請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、懸濁液の状態にある粒子からなる新規なエレクトロレオロジー流体、および特に比較的高い降伏応力をもつ流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
　エレクトロレオロジー流体(ＥＲ)は、レオロジー特性を外部電場の印加によって変化させることができるコロイド懸濁液である。特に、１〜２ｋＶ/ｍｍオーダーの電場を加えると、ＥＲは固体様の挙動、つまりせん断応力を伝える能力を示すようになる。この液体様から固体様の挙動への転換は、１〜１０ｍｓオーダーと非常に早く、そして電場を取り除くと可逆性を示す。
【０００３】
　ＥＲ流体は、電気的な制御装置と機械システムとの間の単純、静寂、迅速なインターフェースを提供する可能性をもっているので興味深い。従って、自動車のクラッチ、ＡＢＳブレーキ、衝撃の吸収、振動の減衰および超小型電子機械システムを含む多数の潜在的な用途を持っている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　しかしながら、現在までのＥＲ流体についての問題は、降伏強さが多数の実用的用途にとって低すぎるということである。既知のＥＲ流体の降伏強さは、典型的には１ｋＶ／ｍｍで３ｋＰａしかなく、ＥＲ流体の大部分の潜在的用途にとっては不十分である。この従来技術における低い降伏応力は、従来のＥＲ流体が固体粒子と流体との間の誘電性の差異に基礎を置いており、外部電場の印加の下で分極電荷を生じさせることが原因であると考えられる。このアプローチの主な欠点は、粒子と流体との間の大きな誘電性の差異が、大きな電流およびブレークダウンを生じさせることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　本発明によれば、電気絶縁性の疎水性液体中に懸濁された複合材料の粒子を含むエレクトロレオロジー流体を提供する。ここで、複合粒子はＭ1xＭ22-2xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2の形態の金属塩であって、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択される。前記複合粒子はさらに尿素、ブチルアミドおよびアセトアミドからなる群から選択されたプロモーターを含む。
【０００６】
　別の広い側面から見ると、本発明はまた、電気絶縁性の疎水性液体中に０．０５から０．５の体積分率で懸濁された複合材料の粒子を含むエレクトロレオロジー流体と、前記エレクトロレオロジー流体に１０００Ｈｚより低い周波数でＤＣ電場またはＡＣ電場を印加する手段とを具備するエレクトロレオロジーシステムを提供する。ここで、前記複合粒子はＭ1xＭ22-xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2の形態の金属塩であり、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択される。そして前記複合粒子はさらに尿素、ブチルアミドおよびアセトアミドからなる群から選択されたプロモーターを含む。
【０００７】
　さらに別の側面から見ると、本発明は、Ｍ1イオンを含む第１の溶液、Ｍ2イオンを含む第２の溶液、Ｔiイオン、希シュウ酸およびプロモーターを含む第３の溶液を一緒に混合することを含むエレクトロレオロジー流体のための複合粒子を製造する方法を提供する。ここで、Ｍ1はＢa，ＳrおよびＣaからなる群から選択され、Ｍ2はＲb，Ｌi，ＮaおよびＫからなる群から選択され、プロモーターは尿素、ブチルアミド、およびアセトアミドからなる群から選択される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
　本発明のいくつかの実施例を例として、および添付した図面に関して説明する。
【０００９】
　粒子製造の例
　本発明の実施例に使用する粒子の製造を、ここで例として説明する。
【００１０】
　粒子は、式Ｍ1xＭ22-2xＴiＯ(Ｃ2Ｏ4)2／尿素（またはブチルアミド、またはアセトアミド）で形成され、ここでｘは好ましくは０．９４から０．９６である。この式においてＭ1はバリウム、ストロンチウムまたはカルシウムがよく、Ｍ2はリチウム、ルビジウム、ナトリウム、またはカリウムからなる群から選択されたアクチベータである。尿素はブチルアミドまたはアセトアミドによって置換され得る。具体的な例としては、以下の含量で塩化バリウムおよび塩化ルビジウムを使用するものがここで与えられる。
【表１】
2004131724.tif 000002
　第１に、塩化ルビジウムを蒸留水に室温で溶解し、塩化バリウムを蒸留水に５０℃ないし７０℃の温度範囲で溶解する。同時にシュウ酸を超音波タンカー下で水に６５℃で溶解した。シュウ酸の完全な溶解には１時間は必要である。塩化チタニウム(ＩＶ)も溶液として調製した。塩化チタニウム(ＩＶ)は水と激しく反応するので、使い捨てのプラスチックドロッパーを使ってゆっくりと該液体を水に加えるとよい。
【００１１】
　次に、このように調製された各溶液を、超音波バス中において６５℃で１０分間、混合および処理し、一方で尿素を添加して白色コロイドを形成させ、その後、室温まで冷却した。水で洗浄およびろ過した後、沈殿を乾燥させ（３０℃から１５０℃で）あらゆる微量な水を除去した。生じた乾燥白色粉末は、プロモーター（尿素またはブチルアミドまたはアセトアミド）をもつアモルファス状の塩である金属（Ｍ1＝Ｂa，Ｓr，またはＣaおよびＭ2＝Ｒb，Ｌi，ＮaまたはＫ）チタンオキソシュウ酸エステルである。
【００１２】
　図１は、上記実験手順に従って形成された粒子のＴＥＭイメージを示す。平均粒子サイズはおよそ７０ｎｍであり、粒子はクロスリンクしてクラスターを形成している。
【００１３】
　上記手順に従って調製された粒子を０．０５から０．５０、より好ましくは０．１０から０．３５の体積分率でシリコーン油と混合し、ＥＲ流体を形成した。他の使用可能な油として、鉱油、エンジン油および炭化水素油を含む。油は０．５から１ＰaＳまでの範囲の粘性をもつのがよい。生じたＥＲ流体は、その後、２つの平行な電極で形成されたセルを使用して特性評価を行った。誘電率測定をＨＰ４１９２Ａ　ＬＦインピーダンスアナライザーで行い、一方でレオロジー特性を１ｍｍのギャップ幅をもつプレート／プレート粘度計（Ｈａａｋｅ　ＲＳ１）によって測定した。全ての実験データは、Ｒｈｅｏｗｉｎのソフトウェアを使って収集した。
【００１４】
　以下の議論において、本発明の実施例に従って形成した多数の材料例に、比較として本発明に従わないで形成された例を加えた。これらの例として以下の名称を使用した。
【００１５】
　ＢＴＲ−Ｕ：　この粒子はＢaＣl2，ＴiＣl4およびＲbＣlを含み、プロモーターとし
て尿素をもつ。
【００１６】
　ＢＴＲ−Ｂ：　この粒子はＢaＣl2，ＴiＣl4およびＲbＣlを含み、プロモーターとして
ブチルアミドをもつ。
【００１７】
　ＢＴＲ−Ａ：　この粒子はＢaＣl2，ＴiＣl4およびＲbＣlを含み、プロモーターとして
アセトアミドをもつ。
【００１８】
　ＳＴＲ−Ａ：　この粒子はＳrＣl2，ＴiＣl4およびＲbＣlを含み、プロモーターとして
アセトアミドをもつ。
【００１９】
　図２(ａ)および(ｂ)は、どのように粒子の誘電率(図２(ａ))および導電率(図２(ｂ))が全体として広く類似しているかを示す。
【００２０】
　図３(ａ)および(ｂ)は、それぞれ静的降伏応力および電流密度を、印加したＤＣ電場の関数として示した。図３(ａ)は、全ての粒子に関して降伏応力は電場とともに増加し、およそ３．５ｋＶ／ｍｍで３０から４０ｋＰａになることを示す。図３(ａ)でわかるように、ＢＴＲ−Ｕの静的降伏応力は、わずか１ｋＶ／ｍｍで１０ｋＰａに達し、３．５ｋＶ／ｍｍの電場強度でおよそ５０ｋＰａまで高くなった。
【００２１】
　図４(ａ)および(ｂ)は、図３(ａ)および(ｂ)に類似しているが、サンプルＢＴＲ−Ｕを、尿素プロモーターの無い状態で形成した対応するサンプルＢＴＲ、尿素プロモーターを含むがＭ２アクチベータを含まない対応するサンプルＢＴＵ、並びにＭ２アクチベータおよびプロモーターの両方とも無い状態で形成したサンプルＢＴと比較したものである。サンプルＢＴＲ−Ｕは静的降伏応力に関しては圧倒的に最高の性質を示すことが解り、続いてＢＴ−Ｕ、および次にＢＴＲと続いた。Ｍ２およびプロモーターの両方ともに無いサンプルＢＴは有効なエレクトロレオロジー特性を示さなかった。
【００２２】
　図５(ａ)および(ｂ)は、印加したＡＣ電場中の図２および図３のサンプルに関する（ａ）静的降伏応力および(ｂ)電流密度を示す。全てのサンプルは、良好な降伏応力特性を示し、サンプルＳＴＲ−Ａは最高であった。
【００２３】
　図６は、上記ＳＴＲ−Ａと同じ手法で形成するがＭ２としてリチウムをもつＳＴＬ−Ａの２つのサンプルの（ａ）静的降伏応力および（ｂ）電流密度をプロットしたものである。２つのサンプルは、それぞれ０．２０および０．３０の体積分率でシリコーン油中に懸濁した。両サンプルは許容できる結果を示したが、０．３０の体積分率でのサンプルは５ｋＶ／ｍｍの印加したＤＣ電場でほぼ２倍の静的降伏応力を示した。
【００２４】
　図７は、種々の重量パーセントのプロモーター（この場合は尿素）をもつＢＴＲ−Ｕの４つのサンプルに関して、（ａ）静的降伏応力および（ｂ）電流密度をプロットしたものである。図７から、およそ０．１８から０．２２の重量パーセントが好ましいことが解った。
【００２５】
　最後に、図８は２つのサンプルＳＴＲ−ＵおよびＢＴＲ−Ｕの静的降伏応力を、１ｋＶ／ｍｍの電場強度で周波数の関数としてプロットしたものである。両方の例ともに、多少の低下はあるものの、少なくとも１ｋＨｚまでは良好な静的降伏応力を示した。サンプルＳＴＲ−Ｕに関しては、値が比較的均一であった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例で使用する粒子のＴＥＭイメージである。
【図２】（ａ）周波数の関数としての本発明の実施例の誘電率、および（ｂ）周波数の関数としての導電率のプロットを示す。
【図３】（ａ）印加したＤＣ電場の関数としての本発明の実施例の静的降伏応力、および（ｂ）対応する電流密度のプロットを示す。
【図４】（ａ）印加したＤＣ電場の関数としての本発明の実施例の静的降伏応力、および（ｂ）対応する電流密度のプロットを示す。
【図５】（ａ）印加したＡＣ電場の関数としての本発明の実施例の静的降伏応力、および（ｂ）対応する電流密度のプロットを示す。
【図６】（ａ）印加したＤＣ電場の関数としての本発明の実施例の静的降伏応力、および（ｂ）対応する電流密度のプロットを示す。
【図７】異なる重量パーセントの尿素プロモーターをもつ本発明による実施例の４つのサンプルに関して、印加したＤＣ電場の関数としての（ａ）静的降伏応力および（ｂ）電流密度のプロットを示す。
【図８】本発明の２つの実施例に関して、周波数の関数としての静的降伏応力をプロットを示す。
【図１】
2004131724.tif 000003
【図２】
2004131724.tif 000004
【図３】
2004131724.tif 000005
【図４】
2004131724.tif 000006
【図５】
2004131724.tif 000007
【図６】
2004131724.tif 000008
【図７】
2004131724.tif 000009
【図８】
2004131724.tif 000010