せん断粘稠性を有するコロイド状流体
【課題】せん断粘稠性を有する流体、該流体の製造方法、該流体を用いた力制御装置の提供。
【解決手段】せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体により、上記課題を解決する。
【解決手段】せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体により、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断粘稠性を有するコロイド状流体に関する。特に、本発明は、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、応力が加えられたときに粘度が上昇し、加えられる応力が大きいほど粘度が高くなる特性、即ちダイラタンシー性を有する流体が開示されている（特許文献１〜特許文献３）。
例えば、特許文献１及び３は、真球に近い微粒子を用いてダイラタンシー性を有する流体を提供することを開示している。また、特許文献２は、ダイラタンシー性を有する流体、即ちシリコーン化合物を用いる、複写機の紙搬送部用ダンパを開示している。
【特許文献１】特開平１０−３３０６２７号公報。
【特許文献２】特開２０００−１６６３６号公報。
【特許文献３】特開２００４−２３１７６８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの文献に開示されるダイラタンシー性を有する流体は、粘性にのみ着目している。一方、ダンパなどの緩衝器；制振・防振装置；トルクコンバータ等の伝達器；などの力制御装置においては、粘性のみに着目するだけではなく、外力に抗する反発力を発現する弾性をも有する流体特性が強く求められている。これらの力制御装置に用いられる流体が、粘性と共に、弾性を有することにより、力制御装置自体をコンパクトに且つ高性能に設計することができる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、せん断粘稠性を有する流体を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的以外に、又は上記目的に加えて、せん断粘稠性を有する流体を用いた力制御装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記目的以外に、又は上記目的に加えて、せん断粘稠性を有する流体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、次の発明を見出した。
【０００６】
＜１＞ せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体。
＜２＞ 上記＜１＞において、ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下であるのがよい。
＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞において、ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、１０以上１５０以下であるのがよい。
【０００７】
＜４＞ 上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子が、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するのがよい。
＜５＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍であるのがよい。
＜６＞ 上記＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．８〜１０倍であるのがよい。
【０００８】
＜７＞ 上記＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、せん断粘稠性は、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲がせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲、例えばＡ〜５Ａまでの範囲、例えばＡ〜２Ａまでの範囲であるのがよい。
＜８＞ 上記＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載されるコロイド状流体を有する力制御装置。
＜９＞ 上記＜８＞において、力制御装置は、緩衝器；制振・防振装置；力伝達器；及び制御器からなる群から選ばれるのがよい。緩衝器として、ダンパ、ショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキなどを挙げることができるがこれに限定されない。力伝達器として、トルクコンバータ及びクラッチなどを挙げることができるが、これに限定されない。制御器として、ブレーキなどを挙げることができるが、これに限定されない。
【０００９】
＜１０＞ 上記＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載されるコロイド状流体の製造方法であって、該方法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する、上記方法。
＜１１＞ 上記＜１０＞において、下層沈降部を、分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程をさらに有するのがよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、せん断粘稠性を有する流体を提供することができる。
また、本発明により、上記効果以外に、又は上記効果に加えて、せん断粘稠性を有する流体を用いた力制御装置を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果以外に、又は上記効果に加えて、せん断粘稠性を有する流体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、せん断粘稠性を有するコロイド状流体を提供する。特に、本発明は、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体を提供する。本願において、「のみから本質的になる」とは、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみであることを意味し、せん断粘稠性に影響を及ぼさない物質がコロイド状流体に含まれていてもよいことを意味する。
【００１２】
本願において、せん断粘稠性とは、せん断応力の増大下において複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が上昇変化する特性をいう。ここで、複素弾性率とは、容器中の流体が、せん断応力によって往復運動及び／又は振動運動するときの抵抗力を示し、損失弾性率（粘性項：Ｇ”）と貯蔵弾性率（弾性項：Ｇ’）との間において、以下の関係を有する。
【００１３】
【数１】
【００１４】
上述の式からわかるように、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）は、流体の弾性的性質も加味されており、流動が一方向の抵抗力を表現する粘度よりも、流体デバイス設計、特にダンパ、ショックアブソーバ等の後述する力制御装置への応用に関して有用である。即ち、せん断応力の増大下に複素弾性率の絶対値|Ｇ＊|が増加することは、振動外力の増大に対して、ある外力値で急に大きな抵抗力が発現することを意味する。このため、上述のように、ダンパやショックアブソーバなどの力制御装置への応用に有用である。
【００１５】
本発明において、特に次のような特性を有するせん断粘稠性であるのがよい。即ち、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲はせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲であるのがよい。なお、せん断応力始点値Ａ及びせん断応力終点値１０Ａにおける「Ａ」の値は、流体によって異なる。
【００１６】
せん断応力範囲は、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、即ち用いる装置の特性と目的に対応して、より狭い範囲とすることができる。例えば、目的とするせん断応力値を境として、その前後で複素弾性率の絶対値が大きく変化する流体は、クラッチ機構などに用いることができる。この場合、目的せん断応力値の前後で力伝達をＯｎ−Ｏｆｆすることが可能となる。また、せん断応力範囲を比較的広範囲とすることもできる。即ち、徐々に増加するせん断応力に対応して、複素弾性率の絶対値が徐々に上昇変化する流体は、ショックアブソーバ機構などに用いることができる。この場合、付加されるせん断応力に対応して、自らダンピング性能を可変とする、インテリジェントなショックアブソーバ機構などを提供することができる。
したがって、せん断応力範囲を、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、例えばせん断応力始点値Ａ〜せん断応力終点値５Ａとすることができる。また、せん断応力範囲を、例えばせん断応力始点値Ａ〜せん断応力終点値２Ａとすることができる。なお、１０Ａ、５Ａ、２Ａとは、せん断応力始点値を「Ａ」とした場合、その値のそれぞれ１０倍、５倍、２倍の値を意味する。
このように、複素弾性率が、上述の狭いせん断応力範囲で、上述のように増加方向に大きく変化することにより、後述する力制御装置に有用となる。
【００１７】
本発明における「せん断粘稠性」について、図を用いて、より詳細に説明する。上述のように、せん断粘稠性とは、せん断応力の増大下において複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が上昇変化する特性をいう。したがって、せん断応力が増大する状況下で、|Ｇ＊|が上昇するのであれば、せん断応力の増大の範囲は限定されない。例えば、図１は、後述の実施例におけるコロイド状流体Ｂについてのせん断粘稠性を示す図であるが、この図１のように、せん断応力の広い範囲において、複素弾性率が上昇し続けるものも、「せん断粘稠性」を有する。また、図２は、後述の実施例におけるコロイド状流体Ｎについてのせん断粘稠性を示す図であるが、この図２のように、せん断応力の狭い範囲において、複素弾性率が上昇変化するものも、「せん断粘稠性」を有する。
【００１８】
また、本発明のコロイド状流体は、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上であるのが好ましい場合がある。また、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化は、あるせん断応力範囲に存在するのがよく、例えばせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲、せん断応力始点値Ａからせん断応力終点値５Ａまでの範囲、せん断応力始点値Ａからせん断応力終点値２Ａまでの範囲にあるのがよい。
【００１９】
このことを上述の図１及び図２を用いて説明する。図１において、せん断応力始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）において、流体Ｂは、複素弾性率の絶対値が約１Ｐａである。流体Ｂは、Ａ１の１０倍のせん断応力：１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が約６Ｐａである。始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）〜終点値Ａ２、即ち１０Ａ１（せん断応力：１００Ｐａ）において、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が約６倍上昇変化している。したがって、流体Ｂは、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が６倍であり、該変化が生じるせん断応力範囲が始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）〜終点値１０Ａ１（せん断応力：１００Ｐａ）とすることができる。
【００２０】
また、図２において、せん断応力始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）において、流体Ｎは、複素弾性率の絶対値が約１２Ｐａである。流体Ｎは、Ａ３の１．８倍のせん断応力：７５０Ｐａ（Ａ４）において、複素弾性率の絶対値が約５０Ｐａである。始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）〜終点値Ａ４、即ち１．８Ａ３（せん断応力：７５０Ｐａ）において、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が約４．２倍上昇変化している。したがって、流体Ｎは、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が約４．２倍であり、該変化が生じるせん断応力範囲が始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）〜終点値１．８Ａ３（せん断応力：７５０Ｐａ）とすることができる。
【００２１】
本発明において、ウイスカ粒子は、針状粒子であり、その短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下、好ましくはで１０以上１５０以下あるのがよい。
【００２２】
ウイスカ粒子として、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を挙げることができるが、これに限定されない。
【００２３】
本発明において、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍、好ましくは０．８〜１０倍であるのがよい。ここで、容積濃度とは、コロイド状流体全容積中のウイスカ粒子の容積をいう。また、ウイスカ粒子の嵩容積とは、粒子の空気中の嵩密度を該粒子の真密度で除したものをいう。なお、容積濃度の単位は、（ｃｍ３／ｃｍ３）などで表すことができる。また、嵩容積の単位も、（ｃｍ３／ｃｍ３）等で表すことができる。
コロイド状流体におけるウイスカ粒子の容積濃度が、上述の範囲にあることにより、該流体はせん断粘稠性を示す。
【００２４】
本発明のコロイド状流体は、ウイスカ粒子を分散し得る分散媒を有する。分散媒として、用いるウイスカ粒子を分散しうるものであれば、特に限定されない。例えば、分散媒として、水、各種有機溶媒、油、シリコーンオイルなどを挙げることができるが、特に限定されない。また、分散媒は、上述の混合物であってもよい。
【００２５】
本発明のコロイド状流体は、「コロイド状流体」であることを要する。即ち、２液に分離するもの、上澄層を有するような不均一な流体は、「コロイド状流体」に含まれない。
【００２６】
本発明のコロイド状流体は、ウイスカ粒子及び分散媒の他、せん断粘稠性を損なわない範囲で、各種の添加剤を有してもよい。例えば、本発明のコロイド状流体は、分散剤、分散安定剤、界面活性剤、分散助剤、再凝集防止剤、粘度調整剤、着色剤、防腐・防黴剤などを有してもよい。
【００２７】
上述の本発明のコロイド状流体は、例えば次のように製造することができる。但し、これに限定されない。
即ち、本発明のコロイド状流体の製法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する。
【００２８】
また、得られた下層沈降部は、上述のように、そのままコロイド状流体として用いることができるが、さらに、分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で該下層沈降部を希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程を有してもよい。
なお、上記方法において、ウイスカ粒子、分散媒などは、上述と同様のものを用いることができる。また、上述のように、各種の添加剤を有してもよい。各種の添加剤は、分散前駆体を得る工程と同時に、又はその後、又はコロイド状流体を得る工程と同時に、又はその後、添加することができる。
【００２９】
上述する本発明のコロイド状流体は、力制御装置に応用することができる。即ち、本発明は、上述のコロイド状流体を有する力制御装置を提供する。
力制御装置として、ダンパ、ショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキなどの緩衝器；制振・防振装置；トルクコンバータ及びクラッチなどの力伝達器；ブレーキなどの制御器；を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３０】
本発明の装置は、コロイド状流体のせん断粘稠性により、次のように用いることができる。
＜ダンパやショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキ等の緩衝器＞
小さな外部力の場合には、緩衝器中のせん断粘稠性流体は通常液体と同様に、外部応力に応じた流動抵抗を示す。外部力が、せん断粘稠性を示すように設計された応力値となると、せん断粘稠性流体の流動抵抗は著しく増加し、優れた緩衝性を示す。即ち、設計値よりも小さな外部力の場合にはスムーズに駆動するが、外部力が設計値となるとせん断粘稠性流体は大きな流動抵抗となって、優れた緩衝機能を発揮する。
【００３１】
＜制振・防振装置＞
建物の耐震性を高める方法として、建物の柱と柱の間に斜めに渡す補強材である「筋交い」を用い、建物の剛性を向上させる場合がある。しかし、大地震等による大きな振動の場合、剛性を上げたことで振動エネルギーの吸収ができず、梁や柱など構造物の破壊に繋がることがある。この問題を解決するため、「筋交い」などに制震（制振）装置を配置し、大きな振動エネルギーを、制震装置中のせん断粘稠化流体の流動抵抗が著しく増加することで吸収する。これによって建物の振動を制限し、且つ梁や柱など構造物へのダメージを抑える。
【００３２】
＜トルクコンバータやクラッチのような力伝達器＞
近接して相対移動する２個の物体間に配置され、高いずり速度のもとでは高いトルクを伝達し、低いずり速度のもとでは空回り状態となり伝達しない。
【００３３】
＜ブレーキ等のような制御器＞
外力の大小により、制動制御が可能となる。人力式車椅子の場合、下り坂では下り方向に働く重力による車輪の回転力にブレーキをかけながら下るのが普通である。しかし、手腕力に劣る老人や障害者には、ブレーキを操作することは困難な場合が多い。大きな外力には抵抗となり、小さな場合にはスムーズに駆動するブレーキがあれば、この問題は解決する。即ち、大きな外力＝重力の場合には、せん断粘稠性流体は大きな抵抗となってブレーキ機能を発揮し、重力に抗して人力が加えられ下り方向への車輪が回転制御されるときには、せん断粘稠性は小さく、ブレーキ機能とはならずに、スムーズに車輪は回転可能となる。よって、外力の大小に感応してブレーキ機能が調整可能な制御器が可能となる。
【００３４】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
表１記載のウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子を、少量の分散剤（カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）)とともに良く撹拌・分散した後、１５分間超音波撹拌を行った。その後、３０００Ｇで４時間遠心分離した後、上澄み液をデカンタし、表２記載のコロイド状流体Ａを、０．３４２体積濃度（３４．２ｖｏｌ％）を得た。
このコロイド状流体Ａを水で希釈して、０．２１８体積濃度（２１．８ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｂを得た。また、これらコロイド流体の体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。
【００３６】
また、得られたコロイド状流体Ａ及びＢの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値を測定した。測定温度は２５℃であり、測定には外筒半径１１ｍｍ、内筒半径１０ｍｍ、高さ３０ｍｍの二重円筒センサー部を有するレオメータ（独Haake社製 RheoStress 75）を用いた。センサー部に測定するコロイド状流体を充填し、０．５Ｈｚの一定周波数下で、せん断応力（振動応力）を１Ｐａから３００Ｐａまで増加させながら、動的粘弾性測定モードで、複素弾性率の絶対値を測定した。コロイド状流体Ａ及びＢの測定結果を、それぞれ図３及び図４に示す。
【００３７】
図３から、コロイド状流体Ａは、せん断応力が約３０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
また、図４から、コロイド状流体Ｂは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約６Ｐａへと）変化していることがわかる。
図３及び図４から、コロイド状流体Ａ及びＢは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載のウイスカ状炭酸カルシウム粒子を用いた以外、実施例１と同様に、０．３５１体積濃度（３５．１ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｃを得た。
このコロイド状流体Ｃを水で希釈して、０．１８０体積濃度（１８．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｄを得た。
コロイド流体Ｃ及びＤについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｃ及びＤの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図５及び図６に示す。
【００３９】
図５から、コロイド状流体Ｃは、せん断応力が約７０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
また、図６から、コロイド状流体Ｄも、せん断応力約７０〜８０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
図５及び図６から、コロイド状流体Ｃ及びＤは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例３】
【００４０】
少量の分散安定剤（ポリビニルアルコール溶液)を、少量の分散剤とともに、分散媒である水へ混合した以外、実施例１と同様に、０．２９０体積濃度（２９．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｅを得た。
コロイド流体Ｅ及びＦについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｅ及びＦの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図７及び図８に示す。
【００４１】
図７から、コロイド状流体Ｅは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図８から、コロイド状流体Ｆは、せん断応力約５０〜１００Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（約０．０８Ｐａから約０．５Ｐａ）がわかる。
図７及び図８から、コロイド状流体Ｅ及びＦは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例４】
【００４２】
実施例３のウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、実施例２で用いたウイスカ状炭酸カルシウム粒子を用いた以外、実施例３と同様に、０．２６８体積濃度（２６．８ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｇを得た。
このコロイド状流体Ｇを水で希釈して、０．２０５体積濃度（２０．５ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｈを得た。
コロイド流体Ｇ及びＨについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｇ及びＨの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図９及び図１０に示す。
【００４３】
図９から、コロイド状流体Ｇは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約２Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図１０から、コロイド状流体Ｈは、せん断応力約１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
図９及び図１０から、コロイド状流体Ｇ及びＨは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例５】
【００４４】
実施例３で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載の気相法炭素繊維２を用い、少量の分散剤としてＣＭＣの代わりに高分子型活性剤（花王株式会社製、商品名：デモールＰ）を用いた以外、実施例１と同様に、１５分間超音波撹拌を行った。その後、室温で１週間自然放置後、上澄み液をデカンタし、０．１５０体積濃度（１５．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｉを得た。
このコロイド状流体Ｉを水で希釈して、０．０９５体積濃度（９．５ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｊを得た。
コロイド流体Ｉ及びＪについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｉ及びＪの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１１及び図１２に示す。
【００４５】
図１１から、コロイド状流体Ｉは、せん断応力約５０Ｐａ〜約２００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約２９Ｐａから約７０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図１２から、コロイド状流体Ｊは、せん断応力約２Ｐａ〜２０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１．９Ｐａから約４．１Ｐａへと）変化していることがわかる。
図１１及び図１２から、コロイド状流体Ｉ及びＪは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例６】
【００４６】
実施例５で用いた気相法炭素繊維２の代わりに、表１記載の気相法炭素繊維１を用いた以外、実施例５と同様に、０．０８４体積濃度（８．４ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｋを得た。
このコロイド状流体Ｋを水で希釈して、０．０４２体積濃度（４．２ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｌを調製した。
コロイド流体Ｋ及びＬについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｋ及びＬの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１３及び図１４に示す。
【００４７】
図１３から、コロイド状流体Ｋは、せん断応力約１Ｐａ〜２．５Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（１５００Ｐａから４５０００Ｐａ）がわかる。
また、図１４から、コロイド状流体Ｌは、せん断応力約１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約８Ｐａから約４０Ｐａ）変化していることがわかる。
図１３及び図１４から、コロイド状流体Ｋ及びＬは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例７】
【００４８】
実施例５で用いた気相法炭素繊維２を、１００ｃｐｓのジメチルシリコン油とともに良く撹拌・分散した後、１５分間超音波撹拌を行った。その後、３０００Ｇで４時間遠心分離した後、上澄み液をデカンタし、０．０６３体積濃度（６．３ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｍを得た。
このコロイド状流体Ｍを、１００ｃｐｓのジメチルシリコン油で希釈して、０．０４０体積濃度（４．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｎを得た。
コロイド流体Ｍ及びＮについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｍ及びＮの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１５及び図１６に示す。
【００４９】
図１５から、コロイド状流体Ｍは、せん断応力約２．４Ｐａ〜４．２Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（約９８，０００Ｐａから１，２００，０００Ｐａ）がわかる。
また、図１６から、コロイド状流体Ｎは、せん断応力約４２０Ｐａ〜７５０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１２Ｐａから約５０Ｐａ）変化していることがわかる。
図１５及び図１６から、コロイド状流体Ｍ及びＮは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【００５０】
（比較例１）
実施例１で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載の球状コロイダルシリカ粒子を用いた以外、実施例１と同様に、０．２９０体積濃度（２９．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｏを得た。
このコロイド状流体Ｏを水で希釈して、０．０５体積濃度（５．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｐを得た。
また、実施例７で用いた気相法炭素繊維２を球状コロイダルシリカ粒子に代えた以外、実施例７と同様に、０．２００体積濃度（２０．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｑを得た。
コロイド流体Ｏ、Ｐ及びＱについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｏ、Ｐ及びＱの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１７及び図１８に示す。なお、コロイド流体Ｐの複素弾性率の絶対値は、用いたレオメータの測定限界０．０１Ｐａ以下であり、測定不能であったため、図示しない。
【００５１】
図１７から、コロイド状流体Ｏは、せん断応力の値が増加すると共に複素弾性率の絶対値が漸減することがわかる。
また、図１８から、コロイド状流体Ｑも、せん断応力の値が増加すると共に複素弾性率の絶対値が漸減することがわかる。なお、コロイド状流体Ｑは、せん断応力約１０Ｐａ〜２０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく減少することがわかる。
図１７及び図１８から、コロイド状流体Ｏ及びＱは、せん断粘稠性を有しないことがわかる。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】コロイド状流体Ｂのせん断粘稠性を示すグラフであり、本発明における「せん断粘稠性」について説明する図である。
【図２】コロイド状流体Ｎのせん断粘稠性を示すグラフであり、本発明における「せん断粘稠性」について説明する図である。
【図３】コロイド状流体Ａのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図４】コロイド状流体Ｂのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図５】コロイド状流体Ｃのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図６】コロイド状流体Ｄのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図７】コロイド状流体Ｅのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図８】コロイド状流体Ｆのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図９】コロイド状流体Ｇのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１０】コロイド状流体Ｈのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１１】コロイド状流体Ｉのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１２】コロイド状流体Ｊのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１３】コロイド状流体Ｋのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１４】コロイド状流体Ｌのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１５】コロイド状流体Ｍのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１６】コロイド状流体Ｎのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１７】コロイド状流体Ｏのせん断応力と複素弾性率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１８】コロイド状流体Ｑのせん断応力と複素弾性率の絶対値との関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断粘稠性を有するコロイド状流体に関する。特に、本発明は、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、応力が加えられたときに粘度が上昇し、加えられる応力が大きいほど粘度が高くなる特性、即ちダイラタンシー性を有する流体が開示されている（特許文献１〜特許文献３）。
例えば、特許文献１及び３は、真球に近い微粒子を用いてダイラタンシー性を有する流体を提供することを開示している。また、特許文献２は、ダイラタンシー性を有する流体、即ちシリコーン化合物を用いる、複写機の紙搬送部用ダンパを開示している。
【特許文献１】特開平１０−３３０６２７号公報。
【特許文献２】特開２０００−１６６３６号公報。
【特許文献３】特開２００４−２３１７６８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの文献に開示されるダイラタンシー性を有する流体は、粘性にのみ着目している。一方、ダンパなどの緩衝器；制振・防振装置；トルクコンバータ等の伝達器；などの力制御装置においては、粘性のみに着目するだけではなく、外力に抗する反発力を発現する弾性をも有する流体特性が強く求められている。これらの力制御装置に用いられる流体が、粘性と共に、弾性を有することにより、力制御装置自体をコンパクトに且つ高性能に設計することができる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、せん断粘稠性を有する流体を提供することにある。
また、本発明の目的は、上記目的以外に、又は上記目的に加えて、せん断粘稠性を有する流体を用いた力制御装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、上記目的以外に、又は上記目的に加えて、せん断粘稠性を有する流体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、次の発明を見出した。
【０００６】
＜１＞ せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体。
＜２＞ 上記＜１＞において、ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下であるのがよい。
＜３＞ 上記＜１＞又は＜２＞において、ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、１０以上１５０以下であるのがよい。
【０００７】
＜４＞ 上記＜１＞〜＜３＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子が、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有するのがよい。
＜５＞ 上記＜１＞〜＜４＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍であるのがよい。
＜６＞ 上記＜１＞〜＜５＞のいずれかにおいて、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．８〜１０倍であるのがよい。
【０００８】
＜７＞ 上記＜１＞〜＜６＞のいずれかにおいて、せん断粘稠性は、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲がせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲、例えばＡ〜５Ａまでの範囲、例えばＡ〜２Ａまでの範囲であるのがよい。
＜８＞ 上記＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載されるコロイド状流体を有する力制御装置。
＜９＞ 上記＜８＞において、力制御装置は、緩衝器；制振・防振装置；力伝達器；及び制御器からなる群から選ばれるのがよい。緩衝器として、ダンパ、ショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキなどを挙げることができるがこれに限定されない。力伝達器として、トルクコンバータ及びクラッチなどを挙げることができるが、これに限定されない。制御器として、ブレーキなどを挙げることができるが、これに限定されない。
【０００９】
＜１０＞ 上記＜１＞〜＜７＞のいずれかに記載されるコロイド状流体の製造方法であって、該方法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する、上記方法。
＜１１＞ 上記＜１０＞において、下層沈降部を、分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程をさらに有するのがよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、せん断粘稠性を有する流体を提供することができる。
また、本発明により、上記効果以外に、又は上記効果に加えて、せん断粘稠性を有する流体を用いた力制御装置を提供することができる。
さらに、本発明により、上記効果以外に、又は上記効果に加えて、せん断粘稠性を有する流体の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、せん断粘稠性を有するコロイド状流体を提供する。特に、本発明は、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体を提供する。本願において、「のみから本質的になる」とは、せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみであることを意味し、せん断粘稠性に影響を及ぼさない物質がコロイド状流体に含まれていてもよいことを意味する。
【００１２】
本願において、せん断粘稠性とは、せん断応力の増大下において複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が上昇変化する特性をいう。ここで、複素弾性率とは、容器中の流体が、せん断応力によって往復運動及び／又は振動運動するときの抵抗力を示し、損失弾性率（粘性項：Ｇ”）と貯蔵弾性率（弾性項：Ｇ’）との間において、以下の関係を有する。
【００１３】
【数１】
【００１４】
上述の式からわかるように、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）は、流体の弾性的性質も加味されており、流動が一方向の抵抗力を表現する粘度よりも、流体デバイス設計、特にダンパ、ショックアブソーバ等の後述する力制御装置への応用に関して有用である。即ち、せん断応力の増大下に複素弾性率の絶対値|Ｇ＊|が増加することは、振動外力の増大に対して、ある外力値で急に大きな抵抗力が発現することを意味する。このため、上述のように、ダンパやショックアブソーバなどの力制御装置への応用に有用である。
【００１５】
本発明において、特に次のような特性を有するせん断粘稠性であるのがよい。即ち、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲はせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲であるのがよい。なお、せん断応力始点値Ａ及びせん断応力終点値１０Ａにおける「Ａ」の値は、流体によって異なる。
【００１６】
せん断応力範囲は、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、即ち用いる装置の特性と目的に対応して、より狭い範囲とすることができる。例えば、目的とするせん断応力値を境として、その前後で複素弾性率の絶対値が大きく変化する流体は、クラッチ機構などに用いることができる。この場合、目的せん断応力値の前後で力伝達をＯｎ−Ｏｆｆすることが可能となる。また、せん断応力範囲を比較的広範囲とすることもできる。即ち、徐々に増加するせん断応力に対応して、複素弾性率の絶対値が徐々に上昇変化する流体は、ショックアブソーバ機構などに用いることができる。この場合、付加されるせん断応力に対応して、自らダンピング性能を可変とする、インテリジェントなショックアブソーバ機構などを提供することができる。
したがって、せん断応力範囲を、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、例えばせん断応力始点値Ａ〜せん断応力終点値５Ａとすることができる。また、せん断応力範囲を、例えばせん断応力始点値Ａ〜せん断応力終点値２Ａとすることができる。なお、１０Ａ、５Ａ、２Ａとは、せん断応力始点値を「Ａ」とした場合、その値のそれぞれ１０倍、５倍、２倍の値を意味する。
このように、複素弾性率が、上述の狭いせん断応力範囲で、上述のように増加方向に大きく変化することにより、後述する力制御装置に有用となる。
【００１７】
本発明における「せん断粘稠性」について、図を用いて、より詳細に説明する。上述のように、せん断粘稠性とは、せん断応力の増大下において複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が上昇変化する特性をいう。したがって、せん断応力が増大する状況下で、|Ｇ＊|が上昇するのであれば、せん断応力の増大の範囲は限定されない。例えば、図１は、後述の実施例におけるコロイド状流体Ｂについてのせん断粘稠性を示す図であるが、この図１のように、せん断応力の広い範囲において、複素弾性率が上昇し続けるものも、「せん断粘稠性」を有する。また、図２は、後述の実施例におけるコロイド状流体Ｎについてのせん断粘稠性を示す図であるが、この図２のように、せん断応力の狭い範囲において、複素弾性率が上昇変化するものも、「せん断粘稠性」を有する。
【００１８】
また、本発明のコロイド状流体は、本発明のコロイド状流体を用いる装置に依存して、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が２倍以上、例えば５倍以上、例えば１０倍以上であるのが好ましい場合がある。また、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化は、あるせん断応力範囲に存在するのがよく、例えばせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲、せん断応力始点値Ａからせん断応力終点値５Ａまでの範囲、せん断応力始点値Ａからせん断応力終点値２Ａまでの範囲にあるのがよい。
【００１９】
このことを上述の図１及び図２を用いて説明する。図１において、せん断応力始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）において、流体Ｂは、複素弾性率の絶対値が約１Ｐａである。流体Ｂは、Ａ１の１０倍のせん断応力：１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が約６Ｐａである。始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）〜終点値Ａ２、即ち１０Ａ１（せん断応力：１００Ｐａ）において、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が約６倍上昇変化している。したがって、流体Ｂは、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が６倍であり、該変化が生じるせん断応力範囲が始点値Ａ１（せん断応力：約１０Ｐａ）〜終点値１０Ａ１（せん断応力：１００Ｐａ）とすることができる。
【００２０】
また、図２において、せん断応力始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）において、流体Ｎは、複素弾性率の絶対値が約１２Ｐａである。流体Ｎは、Ａ３の１．８倍のせん断応力：７５０Ｐａ（Ａ４）において、複素弾性率の絶対値が約５０Ｐａである。始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）〜終点値Ａ４、即ち１．８Ａ３（せん断応力：７５０Ｐａ）において、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）が約４．２倍上昇変化している。したがって、流体Ｎは、複素弾性率の絶対値（|Ｇ＊|）の上昇変化が約４．２倍であり、該変化が生じるせん断応力範囲が始点値Ａ３（せん断応力：約４２０Ｐａ）〜終点値１．８Ａ３（せん断応力：７５０Ｐａ）とすることができる。
【００２１】
本発明において、ウイスカ粒子は、針状粒子であり、その短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下、好ましくはで１０以上１５０以下あるのがよい。
【００２２】
ウイスカ粒子として、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を挙げることができるが、これに限定されない。
【００２３】
本発明において、ウイスカ粒子のコロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍、好ましくは０．８〜１０倍であるのがよい。ここで、容積濃度とは、コロイド状流体全容積中のウイスカ粒子の容積をいう。また、ウイスカ粒子の嵩容積とは、粒子の空気中の嵩密度を該粒子の真密度で除したものをいう。なお、容積濃度の単位は、（ｃｍ３／ｃｍ３）などで表すことができる。また、嵩容積の単位も、（ｃｍ３／ｃｍ３）等で表すことができる。
コロイド状流体におけるウイスカ粒子の容積濃度が、上述の範囲にあることにより、該流体はせん断粘稠性を示す。
【００２４】
本発明のコロイド状流体は、ウイスカ粒子を分散し得る分散媒を有する。分散媒として、用いるウイスカ粒子を分散しうるものであれば、特に限定されない。例えば、分散媒として、水、各種有機溶媒、油、シリコーンオイルなどを挙げることができるが、特に限定されない。また、分散媒は、上述の混合物であってもよい。
【００２５】
本発明のコロイド状流体は、「コロイド状流体」であることを要する。即ち、２液に分離するもの、上澄層を有するような不均一な流体は、「コロイド状流体」に含まれない。
【００２６】
本発明のコロイド状流体は、ウイスカ粒子及び分散媒の他、せん断粘稠性を損なわない範囲で、各種の添加剤を有してもよい。例えば、本発明のコロイド状流体は、分散剤、分散安定剤、界面活性剤、分散助剤、再凝集防止剤、粘度調整剤、着色剤、防腐・防黴剤などを有してもよい。
【００２７】
上述の本発明のコロイド状流体は、例えば次のように製造することができる。但し、これに限定されない。
即ち、本発明のコロイド状流体の製法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する。
【００２８】
また、得られた下層沈降部は、上述のように、そのままコロイド状流体として用いることができるが、さらに、分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で該下層沈降部を希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程を有してもよい。
なお、上記方法において、ウイスカ粒子、分散媒などは、上述と同様のものを用いることができる。また、上述のように、各種の添加剤を有してもよい。各種の添加剤は、分散前駆体を得る工程と同時に、又はその後、又はコロイド状流体を得る工程と同時に、又はその後、添加することができる。
【００２９】
上述する本発明のコロイド状流体は、力制御装置に応用することができる。即ち、本発明は、上述のコロイド状流体を有する力制御装置を提供する。
力制御装置として、ダンパ、ショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキなどの緩衝器；制振・防振装置；トルクコンバータ及びクラッチなどの力伝達器；ブレーキなどの制御器；を挙げることができるが、これらに限定されない。
【００３０】
本発明の装置は、コロイド状流体のせん断粘稠性により、次のように用いることができる。
＜ダンパやショックアブソーバ、サスペンション、ブレーキ等の緩衝器＞
小さな外部力の場合には、緩衝器中のせん断粘稠性流体は通常液体と同様に、外部応力に応じた流動抵抗を示す。外部力が、せん断粘稠性を示すように設計された応力値となると、せん断粘稠性流体の流動抵抗は著しく増加し、優れた緩衝性を示す。即ち、設計値よりも小さな外部力の場合にはスムーズに駆動するが、外部力が設計値となるとせん断粘稠性流体は大きな流動抵抗となって、優れた緩衝機能を発揮する。
【００３１】
＜制振・防振装置＞
建物の耐震性を高める方法として、建物の柱と柱の間に斜めに渡す補強材である「筋交い」を用い、建物の剛性を向上させる場合がある。しかし、大地震等による大きな振動の場合、剛性を上げたことで振動エネルギーの吸収ができず、梁や柱など構造物の破壊に繋がることがある。この問題を解決するため、「筋交い」などに制震（制振）装置を配置し、大きな振動エネルギーを、制震装置中のせん断粘稠化流体の流動抵抗が著しく増加することで吸収する。これによって建物の振動を制限し、且つ梁や柱など構造物へのダメージを抑える。
【００３２】
＜トルクコンバータやクラッチのような力伝達器＞
近接して相対移動する２個の物体間に配置され、高いずり速度のもとでは高いトルクを伝達し、低いずり速度のもとでは空回り状態となり伝達しない。
【００３３】
＜ブレーキ等のような制御器＞
外力の大小により、制動制御が可能となる。人力式車椅子の場合、下り坂では下り方向に働く重力による車輪の回転力にブレーキをかけながら下るのが普通である。しかし、手腕力に劣る老人や障害者には、ブレーキを操作することは困難な場合が多い。大きな外力には抵抗となり、小さな場合にはスムーズに駆動するブレーキがあれば、この問題は解決する。即ち、大きな外力＝重力の場合には、せん断粘稠性流体は大きな抵抗となってブレーキ機能を発揮し、重力に抗して人力が加えられ下り方向への車輪が回転制御されるときには、せん断粘稠性は小さく、ブレーキ機能とはならずに、スムーズに車輪は回転可能となる。よって、外力の大小に感応してブレーキ機能が調整可能な制御器が可能となる。
【００３４】
以下、実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】
表１記載のウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子を、少量の分散剤（カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）)とともに良く撹拌・分散した後、１５分間超音波撹拌を行った。その後、３０００Ｇで４時間遠心分離した後、上澄み液をデカンタし、表２記載のコロイド状流体Ａを、０．３４２体積濃度（３４．２ｖｏｌ％）を得た。
このコロイド状流体Ａを水で希釈して、０．２１８体積濃度（２１．８ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｂを得た。また、これらコロイド流体の体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。
【００３６】
また、得られたコロイド状流体Ａ及びＢの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値を測定した。測定温度は２５℃であり、測定には外筒半径１１ｍｍ、内筒半径１０ｍｍ、高さ３０ｍｍの二重円筒センサー部を有するレオメータ（独Haake社製 RheoStress 75）を用いた。センサー部に測定するコロイド状流体を充填し、０．５Ｈｚの一定周波数下で、せん断応力（振動応力）を１Ｐａから３００Ｐａまで増加させながら、動的粘弾性測定モードで、複素弾性率の絶対値を測定した。コロイド状流体Ａ及びＢの測定結果を、それぞれ図３及び図４に示す。
【００３７】
図３から、コロイド状流体Ａは、せん断応力が約３０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
また、図４から、コロイド状流体Ｂは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約６Ｐａへと）変化していることがわかる。
図３及び図４から、コロイド状流体Ａ及びＢは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例２】
【００３８】
実施例１で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載のウイスカ状炭酸カルシウム粒子を用いた以外、実施例１と同様に、０．３５１体積濃度（３５．１ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｃを得た。
このコロイド状流体Ｃを水で希釈して、０．１８０体積濃度（１８．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｄを得た。
コロイド流体Ｃ及びＤについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｃ及びＤの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図５及び図６に示す。
【００３９】
図５から、コロイド状流体Ｃは、せん断応力が約７０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
また、図６から、コロイド状流体Ｄも、せん断応力約７０〜８０Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していることがわかる。
図５及び図６から、コロイド状流体Ｃ及びＤは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例３】
【００４０】
少量の分散安定剤（ポリビニルアルコール溶液)を、少量の分散剤とともに、分散媒である水へ混合した以外、実施例１と同様に、０．２９０体積濃度（２９．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｅを得た。
コロイド流体Ｅ及びＦについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比も表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｅ及びＦの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図７及び図８に示す。
【００４１】
図７から、コロイド状流体Ｅは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図８から、コロイド状流体Ｆは、せん断応力約５０〜１００Ｐａ近辺において、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（約０．０８Ｐａから約０．５Ｐａ）がわかる。
図７及び図８から、コロイド状流体Ｅ及びＦは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例４】
【００４２】
実施例３のウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、実施例２で用いたウイスカ状炭酸カルシウム粒子を用いた以外、実施例３と同様に、０．２６８体積濃度（２６．８ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｇを得た。
このコロイド状流体Ｇを水で希釈して、０．２０５体積濃度（２０．５ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｈを得た。
コロイド流体Ｇ及びＨについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｇ及びＨの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図９及び図１０に示す。
【００４３】
図９から、コロイド状流体Ｇは、せん断応力１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約２Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図１０から、コロイド状流体Ｈは、せん断応力約１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１Ｐａから約１０Ｐａへと）変化していることがわかる。
図９及び図１０から、コロイド状流体Ｇ及びＨは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例５】
【００４４】
実施例３で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載の気相法炭素繊維２を用い、少量の分散剤としてＣＭＣの代わりに高分子型活性剤（花王株式会社製、商品名：デモールＰ）を用いた以外、実施例１と同様に、１５分間超音波撹拌を行った。その後、室温で１週間自然放置後、上澄み液をデカンタし、０．１５０体積濃度（１５．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｉを得た。
このコロイド状流体Ｉを水で希釈して、０．０９５体積濃度（９．５ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｊを得た。
コロイド流体Ｉ及びＪについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｉ及びＪの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１１及び図１２に示す。
【００４５】
図１１から、コロイド状流体Ｉは、せん断応力約５０Ｐａ〜約２００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約２９Ｐａから約７０Ｐａへと）変化していることがわかる。
また、図１２から、コロイド状流体Ｊは、せん断応力約２Ｐａ〜２０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１．９Ｐａから約４．１Ｐａへと）変化していることがわかる。
図１１及び図１２から、コロイド状流体Ｉ及びＪは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例６】
【００４６】
実施例５で用いた気相法炭素繊維２の代わりに、表１記載の気相法炭素繊維１を用いた以外、実施例５と同様に、０．０８４体積濃度（８．４ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｋを得た。
このコロイド状流体Ｋを水で希釈して、０．０４２体積濃度（４．２ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｌを調製した。
コロイド流体Ｋ及びＬについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｋ及びＬの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１３及び図１４に示す。
【００４７】
図１３から、コロイド状流体Ｋは、せん断応力約１Ｐａ〜２．５Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（１５００Ｐａから４５０００Ｐａ）がわかる。
また、図１４から、コロイド状流体Ｌは、せん断応力約１０Ｐａ〜１００Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約８Ｐａから約４０Ｐａ）変化していることがわかる。
図１３及び図１４から、コロイド状流体Ｋ及びＬは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【実施例７】
【００４８】
実施例５で用いた気相法炭素繊維２を、１００ｃｐｓのジメチルシリコン油とともに良く撹拌・分散した後、１５分間超音波撹拌を行った。その後、３０００Ｇで４時間遠心分離した後、上澄み液をデカンタし、０．０６３体積濃度（６．３ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｍを得た。
このコロイド状流体Ｍを、１００ｃｐｓのジメチルシリコン油で希釈して、０．０４０体積濃度（４．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｎを得た。
コロイド流体Ｍ及びＮについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｍ及びＮの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１５及び図１６に示す。
【００４９】
図１５から、コロイド状流体Ｍは、せん断応力約２．４Ｐａ〜４．２Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく変化していること（約９８，０００Ｐａから１，２００，０００Ｐａ）がわかる。
また、図１６から、コロイド状流体Ｎは、せん断応力約４２０Ｐａ〜７５０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が２倍以上（約１２Ｐａから約５０Ｐａ）変化していることがわかる。
図１５及び図１６から、コロイド状流体Ｍ及びＮは、せん断粘稠性を有することがわかる。
【００５０】
（比較例１）
実施例１で用いたウイスカ状ホウ酸アルミニウム粒子の代わりに、表１記載の球状コロイダルシリカ粒子を用いた以外、実施例１と同様に、０．２９０体積濃度（２９．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｏを得た。
このコロイド状流体Ｏを水で希釈して、０．０５体積濃度（５．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｐを得た。
また、実施例７で用いた気相法炭素繊維２を球状コロイダルシリカ粒子に代えた以外、実施例７と同様に、０．２００体積濃度（２０．０ｖｏｌ％）のコロイド状流体Ｑを得た。
コロイド流体Ｏ、Ｐ及びＱについての体積濃度と、用いたウイスカ状粒子の嵩容積の比を表２に示す。また、得られたコロイド状流体Ｏ、Ｐ及びＱの、せん断応力下での複素弾性率の絶対値の測定を実施例１と同様に行った。その結果を図１７及び図１８に示す。なお、コロイド流体Ｐの複素弾性率の絶対値は、用いたレオメータの測定限界０．０１Ｐａ以下であり、測定不能であったため、図示しない。
【００５１】
図１７から、コロイド状流体Ｏは、せん断応力の値が増加すると共に複素弾性率の絶対値が漸減することがわかる。
また、図１８から、コロイド状流体Ｑも、せん断応力の値が増加すると共に複素弾性率の絶対値が漸減することがわかる。なお、コロイド状流体Ｑは、せん断応力約１０Ｐａ〜２０Ｐａにおいて、複素弾性率の絶対値が大きく減少することがわかる。
図１７及び図１８から、コロイド状流体Ｏ及びＱは、せん断粘稠性を有しないことがわかる。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】コロイド状流体Ｂのせん断粘稠性を示すグラフであり、本発明における「せん断粘稠性」について説明する図である。
【図２】コロイド状流体Ｎのせん断粘稠性を示すグラフであり、本発明における「せん断粘稠性」について説明する図である。
【図３】コロイド状流体Ａのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図４】コロイド状流体Ｂのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図５】コロイド状流体Ｃのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図６】コロイド状流体Ｄのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図７】コロイド状流体Ｅのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図８】コロイド状流体Ｆのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図９】コロイド状流体Ｇのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１０】コロイド状流体Ｈのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１１】コロイド状流体Ｉのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１２】コロイド状流体Ｊのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１３】コロイド状流体Ｋのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１４】コロイド状流体Ｌのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１５】コロイド状流体Ｍのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１６】コロイド状流体Ｎのせん断粘稠性を示すグラフである。
【図１７】コロイド状流体Ｏのせん断応力と複素弾性率の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１８】コロイド状流体Ｑのせん断応力と複素弾性率の絶対値との関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体。
【請求項２】
前記ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下である請求項１記載のコロイド状流体。
【請求項３】
前記ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、１０以上１５０以下である請求項１又は２記載のコロイド状流体。
【請求項４】
前記ウイスカ粒子が、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜３のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項５】
前記ウイスカ粒子の前記コロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍である請求項１〜４のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項６】
前記ウイスカ粒子の前記コロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．８〜１０倍である請求項１〜５のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項７】
前記せん断粘稠性は、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲がせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲である請求項１〜６のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載のコロイド状流体を有する力制御装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項記載のコロイド状流体の製造方法であって、該方法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する、上記方法。
【請求項１０】
前記下層沈降部を、前記分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程をさらに有する請求項９記載の方法。
【請求項１】
せん断粘稠性を発現する物質がウイスカ粒子のみから本質的になる、せん断粘稠性を有するコロイド状流体。
【請求項２】
前記ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、７以上２００以下である請求項１記載のコロイド状流体。
【請求項３】
前記ウイスカ粒子の短軸ａと長軸ｂとの長さの比ｂ／ａが、１０以上１５０以下である請求項１又は２記載のコロイド状流体。
【請求項４】
前記ウイスカ粒子が、炭素繊維、カーボンファイバ、カーボンナノファイバ、カーボンナノチューブ、炭酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム及びチタン酸カリウムからなる群から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜３のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項５】
前記ウイスカ粒子の前記コロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．５〜１２倍である請求項１〜４のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項６】
前記ウイスカ粒子の前記コロイド状流体における容積濃度が、該ウイスカ粒子の嵩容積の０．８〜１０倍である請求項１〜５のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項７】
前記せん断粘稠性は、負荷するせん断応力と該せん断応力に対する複素弾性率の絶対値との関係において、該絶対値が２倍以上に上昇するせん断応力範囲が存在し、且つ該せん断応力範囲がせん断応力始点値Ａからせん断応力終点値１０Ａまでの範囲である請求項１〜６のいずれか１項記載のコロイド状流体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載のコロイド状流体を有する力制御装置。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項記載のコロイド状流体の製造方法であって、該方法は、
ウイスカ粒子を分散媒に分散し分散前駆体を得る工程；及び
該分散前駆体を遠心力又は自然沈降により得られる下層沈降部をコロイド状流体として得る工程；を有する、上記方法。
【請求項１０】
前記下層沈降部を、前記分散媒と同じであっても異なってもよい分散媒で希釈して該希釈物をコロイド状流体として得る工程をさらに有する請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００７−１１７９２９（Ｐ２００７−１１７９２９Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３１５７５１（Ｐ２００５−３１５７５１）
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００２３１５８９）ニスカ株式会社 (568)
【出願人】（３９５０１６６１５）有限会社新技術マネイジメント (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月３１日（２００５．１０．３１）
【出願人】（０００２３１５８９）ニスカ株式会社 (568)
【出願人】（３９５０１６６１５）有限会社新技術マネイジメント (2)
【Ｆターム（参考）】
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