吸引力可変材料およびその製造方法、ならびに電気レオロジー素子
【課題】一旦成形した後でも、所望の形状に再成形できる吸引力可変材料の提供。
【解決手段】ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする吸引力可変材料。
【解決手段】ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする吸引力可変材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧印加による電極との吸引力および剪断応力が可変な、吸引力可変材料およびその製造方法、ならびに吸引力可変材料を備えた電気レオロジー素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより見かけの粘度（以下、単に「粘度」という。）が上昇する、いわゆる電気レオロジー（以下、「ＥＲ」という。）効果を利用したＥＲ素子は、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御などの各種装置への応用が期待される。
このようなＥＲ素子として、一対の電極の間にＥＲゲルが配されたＥＲ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、通常、ＥＲゲルを構成するシリコーンオイルなどの分散媒に、ＥＲ粒子が分散した分散液を少なくとも一対の電極を配した型などに注入し、分散液を硬化させて製造する。ＥＲゲルの製造の際に使用した型、および得られるＥＲゲルは、そのままＥＲ素子として用いる場合が多い。
【特許文献１】特開２００３−３２２１９６号公報
【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、特許文献１に記載のようなＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、硬化させた際の形状を保持するので、一旦成形されるとその形状を変形しにくく、他の装置へ再利用するのが困難であった。また、元の装置から取り出す際に破壊することがあり、再利用するには元の形状に復元したり、他の形状に変形したりする必要があるが、ＥＲゲルは一旦破壊されると再成形が困難であり、再利用には不向きであった。
【０００５】
本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、一旦成形した後でも、所望の形状に再成形できる吸引力可変材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の吸引力可変材料は、ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記電気絶縁性媒体は、シリコーンオイルを含み、かつ前記ハイドロジェンシリコーン架橋体と、前記シリコーンオイルとの質量比が、８０：２０〜１００：０であることが好ましい。
さらに、前記電気レオロジー粒子を、当該吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％含有することが好ましい。
【０００８】
また本発明の吸引力可変材料の製造方法は、前記吸引力可変材料の製造方法であって、電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を複数回に分けて徐々に混練することを特徴とする。
また、本発明の電気レオロジー素子は、前記吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の吸引力可変材料によれば、一旦成形した後でも、所望の形状に再成形できる。
従って、本発明の吸引力可変材料であれば、再利用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
［吸引力可変材料］
本発明の吸引力可変材料は、電気絶縁性媒体中に電気レオロジー粒子（以下、「ＥＲ粒子」という。）が分散している。
【００１１】
前記電気絶縁性媒体は、ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む。また、電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下である。
上記のようにして測定される応力は、電気絶縁性媒体の硬さを示す指標であり、応力が０．２０Ｎ以下であれば、電気絶縁性媒体が適度な弾性を有するようになり、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。応力が０．２０Ｎを超えると、電気絶縁性媒体が硬くなる傾向にあるので、後述するＥＲ粒子を混練することが困難となる。応力は０．１Ｎ以下が好ましい。
プローブタックテスターとしては、例えばテスター産業社製の「ＴＥ−６００１」などを用いることができる。
【００１２】
ところで、吸引力可変材料を粘土状に保持するためには、電気絶縁性媒体が適度な弾性と粘性を有するのが好ましく、硬すぎても柔らかすぎても吸引力可変材料を粘土状に保持するのが困難になる。
【００１３】
そこで、本発明においては、電気絶縁性媒体として傾斜角が２０°未満であるものを用いる。傾斜角とは、図１に示すように、直径Ｌが３０ｍｍ、高さＨが３５ｍｍの円柱状の容器１内に、該容器１内の上面ａから１５ｍｍの位置Ｐまで当該電気絶縁性媒体を充填した後（図１（ａ））、容器１を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面ｂと鉛直面ｃとがなす角αのことである（図１（ｂ））。
上記のようにして測定される傾斜角は、電気絶縁性媒体の柔らかさを示す指標であり、傾斜角が２０°未満であれば、電気絶縁性媒体が適度な粘弾性を有するようになり、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。また、後述するＥＲ粒子を高配合できる。傾斜角が２０°を超えると、電気絶縁性媒体が柔らかくなる傾向にあり、吸引力可変材料のＥＲ効果が発現しにくくなる。傾斜角は１０°以下が好ましく、０°となるのが最も好ましい。なお、傾斜角が０°とは、電気絶縁性媒体が流動せず（排出されず）、容器内に留まることを意味する。
【００１４】
ハイドロジェンシリコーン架橋体としては、シロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を有するアルキルシロキサンと、不飽和基含有化合物とを白金等の触媒を用いてヒドロシリル化させた反応物などが挙げられる。そのような反応物としては、例えば東レ・ダウコーニング社製の「ＳＥ１８８０」、「ＳＥ１８８５」、「ＳＥ１８８６」等、信越化学工業社製の「ＫＥ１０５６」、「ＫＥ１０５１」、「ＫＥ１０４Ｇｅｌ」等が挙げられる。また、絶縁性であれば、熱硬化性樹脂を硬化させて得られる硬化物を電気絶縁性媒体として用いてもよい。
熱硬化性樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性アクリル樹脂、シリコーン変性ウレタン樹脂、シリコーン変性ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、変性アクリル樹脂などが挙げられる。
【００１５】
電気絶縁性媒体は、ハイドロジェンシリコーン架橋体のみからなってもよく、シリコーンオイルをさらに含んでいてもよい。
シリコーンオイルをハイドロジェンシリコーン架橋体（以下、「架橋体」という。）と併用することで、電気絶縁性媒体の硬さが調節しやすくなる場合がある。また、吸引力可変材料のハンドリング性がより調節しやすくなる。
【００１６】
シリコーンオイルをさらに含む場合、架橋体と、シリコーンオイルとの質量比は、架橋体：シリコーンオイル＝８０：２０〜１００：０が好ましく、９０：１０〜１００：０がより好ましい。質量比が上記範囲内であれば、得られる吸引力可変材料を一旦成形した後でも再成形が可能となり、元の形状に復元したり、他の形状に変形したりでき、再利用が可能となる。
【００１７】
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイルなどが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
電気絶縁性媒体は、上述した架橋体、およびシリコーンオイル以外にも、必要に応じてシリカ、炭酸カルシウム、マイカ、クレー等の無機微粒子、ポリ４フッ化エチレン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂等の有機微粒子などを含んでもよい。
【００１９】
電気絶縁性媒体の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、１０〜４０質量％が好ましく、１５〜４０質量％がより好ましく、２０〜３５質量％が特に好ましい。電気絶縁性媒体の含有量が１０質量％以上であれば、十分なバインダー力を有し、吸引力可変材料の形状を維持できる。一方、電気絶縁性媒体の含有量が４０質量％以下であれば、必要以上に粘着力が強くならず、電場応答性を維持できる。
通常、ＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、粘着力が強くなると電圧を印加しなくても電極に吸着してしまい、電場応答性が低下しやすくなる傾向にある。しかし、本発明の吸引力可変材料であれば、電気絶縁性媒体の含有量を上記範囲内とすることで、粘着力を適度に調整できるので、電場応答性を維持できる。
【００２０】
ＥＲ粒子としては、上述した電気絶縁性媒体と共に使用され、ＥＲ効果を発現可能なものであれば特に制限されないが、例えばシリカゲルなどの無機粒子；セルロール、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂などの有機粒子；有機高分子化合物からなる芯体と、電気半導体性無機物粒子からなる表層とから形成された電気レオロジー流体用複合粒子（以下、「ＥＲ複合粒子」という。）や、ＥＲ複合粒子の表層に親和性表面処理が施され、電気絶縁性媒体との親和性が高められている電気レオロジー流体用複合粒子（以下、「親和性ＥＲ複合粒子」という。）などの複合粒子等が挙げられる。
なお、カーボン粒子は取り扱い性に劣る粒子であるため、本発明においては、カーボン粒子を徐いたＥＲ粒子を用いるのが好ましく、中でも複合粒子をＥＲ粒子として用いるのが好ましい。
【００２１】
ＥＲ粒子の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％が好ましく、６５〜８０質量％がより好ましい。ＥＲ粒子の含有量が上記範囲内であれば、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。また、ＥＲ粒子を高濃度に含有しつつ、かつＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが良好なものとなるので、吸引力可変材料に電圧を印加した際の剪断応力が向上し、電極との摩擦力が増加するのと共に、電極への吸引力をも付与することができる。なお、ＥＲ粒子の含有量が増加するに連れて剪断応力や吸引力も向上する傾向にあるが、ＥＲ粒子の含有量が必要以上に多くなると吸引力可変材料が粘土状になりにくくなったり、ＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが崩れ、電気絶縁性媒体のバインダー力が低下して凝集破壊が発生したりする場合があるので、ＥＲ粒子の含有量は上記範囲とするのが好ましい。
なお、本発明によれば、上述した特定の電気絶縁性媒体を用いるので、ＥＲ粒子を高濃度に含有させることができる。
【００２２】
本発明の吸引力可変材料には、上述した電気絶縁性媒体およびＥＲ粒子以外にも、その他の成分を含有させてもよい。
その他の成分としては、例えば粘度調整剤、分散安定剤、湿潤剤、硬化遅延剤などが挙げられる。
その他の成分の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、０〜１５質量％が好ましく、０〜１０質量％がより好ましい。
【００２３】
本発明の吸引力可変材料は、上述した電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を加え、練り込む（混練する）ことで製造できる。その際、ＥＲ粒子は少量ずつ複数回に分けて電気絶縁性媒体に練り込みながら加えるのが好ましい。具体的には、電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を２〜１０回に分けて徐々に混練するのが好ましい。
なお、ＥＲ粒子を複数回に分けて加える場合、各回のＥＲ粒子の添加量は同じであってもよく、異なっていてもよい。ただし、添加の回数が増えるに連れてＥＲ粒子は練り込みにくくなる傾向にあるので、添加の序盤では添加量を増やし、中盤から終盤にかけて添加量を減らすようにするのが好ましい。
【００２４】
このように電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を練り込むことで、粘土状の吸引力可変材料が得られる。また、ＥＲ粒子を複数回に分けて添加すれば、結果的に短時間でより均一に混練できるようになる。
本発明によれば、電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を練り込むといった、簡便な操作で吸引力可変材料を製造できると共に、高濃度のＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に配合できる。
【００２５】
ところで、従来のＥＲ素子はＥＲゲルを用いているので、硬化させた際の形状を保持するので、一旦成形されるとその形状を変形しにくく、他の装置へ再利用するのが困難であった。また、元の装置から取り出す際に破壊することがあり、再利用するには元の形状に復元したり、他の形状に変形したりする必要があるが、ＥＲゲルは一旦破壊されると再成形が困難であり、再利用には不向きであった。
しかし、本発明の吸引力可変材料は粘土状であるので、形状を自由に変形することができる。従って、電極を配した様々な形状の容器に吸引力可変材料を詰め込んでも、容器の形状に合わせて吸引力可変材料が充密されるので、電極とＥＲゲルとの間に空隙が生じる恐れがなく、安定したＥＲ効果を得られる。さらに、一旦破壊しても元の形状はもちろんのこと、所望の形状に自由に変形できるので、再利用が可能である。
【００２６】
また、ＥＲゲルは、通常、シリコーンオイルなどの分散媒に、ＥＲ粒子が分散した流体状の形態であるため、長期間静置しておくとＥＲ粒子が沈降・凝集することがあった。ＥＲ粒子の沈降・凝集は剪断応力のバラツキを誘発させることがある。
しかし、本発明の吸引力可変材料は、粘土状であるため、長期間静置させてもＥＲ粒子の沈降・凝集は起こりにくい。
【００２７】
以上説明したように、本発明の吸引力可変材料は、特定の電気絶縁性媒体を用いているので、粘土状に保持できる。従って、ＥＲ素子の容器の形状を限定することなくＥＲ素子に用いることができ、その際、電極との間で空隙を生じさせることなく容器に充密できる。
また、上述したように本発明の吸引力可変材料は、ＥＲ粒子を高濃度で含有できるので、電極への吸引力を向上できる。
【００２８】
［ＥＲ素子］
本発明のＥＲ素子は、上述した本発明の吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えた構成となっている。
一対の電極は吸引力可変材料を介して対向するように配置してもよく（両側電極）、例えば櫛歯電極などを用い吸引力可変材料上に配置してもよい（片側電極）。
また、電極と吸引力可変材料を配するＥＲ素子の容器の形状としては、特に制限されず、様々な形状の容器を用いることができる。
【００２９】
本発明のＥＲ素子は、電極と吸引力可変材料との間で空隙が生じることがないので、安定したＥＲ効果を得られる。
また、ＥＲ素子に用いる吸引力可変材料は電極への吸引力に優れるため、吸引力可変材料に電圧を印加すると、電極に接している部分の吸引力可変材料が吸引力の作用により電極に吸い付きやすくなる。その結果、電極との間での摩擦力が増加し、ＥＲ効果がより顕著に現れる。
【００３０】
このようなＥＲ素子は、例えばクラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御、固定装置、研磨装置など、従来検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
［試験１：摩擦力の測定１］
＜実施例１＞
（ＥＲ粒子の調製）
アンチモンドーピング酸化錫（石原産業社製、「ＳＮ−１００Ｐ」、電気伝導度：１．０×１００Ω−１／ｃｍ）３０ｇと、水酸化チタン（石原産業社製、一般名：含水チタン、Ｃ−ＩＩ、電気伝導度：９．１×１０−６Ω−１／ｃｍ）１０ｇと、アクリル酸ブチル３００ｇと、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇと、重合開始剤（アゾビスイソバレロニトリル）２ｇとを混合し、混合物を得た。
得られた混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定剤として含む水１８００ｍｌ中に分散し、６０℃で１時間撹拌下に懸濁重合を行い、得られた生成物を酸処理し、水洗後、脱水乾燥し、無機・有機複合粒子を得た。この粒子２００ｇに鉄フタロシアニン（山陽色素社製、「Ｐ−２６」）１．５ｇを加え、ボールミルにて５０時間複合化処理を行い、次いでこれを、ジェット気流処理機（三井鉱山社製、「メカノハイブリッド」）を用いて周速１００ｍ／秒で３０分間ジェット気流処理を行い、ＥＲ複合粒子を得た。
【００３２】
（電気絶縁性媒体）
電気絶縁性媒体として、ハイドロジェンシリコーン架橋体（架橋体Ａ：東レ・ダウコーニング社製、「ＳＥ１８８５」）を用いた。
電気絶縁性媒体の応力および傾斜角を以下のようにして求めた。結果を表１に示す。
応力；
プローブタックテスター（テスター産業社製、「ＴＥ−６００１」）を用い、荷重受台に直径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円柱状の容器内に充填した電気絶縁性媒体１４ｇを、直径５ｍｍのプローブに接触するように配置し、前記容器の上に９００ｇの分銅を乗せ、１分間静置した後、押し込み速度１ｍｍ／秒の条件で電気絶縁性媒体を押し込んだ場合と引き上げた場合のロードセルの値を読み取り、これを応力とした。
傾斜角；
直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで電気絶縁性媒体を充填した後（充填量：１４ｇ）、容器を９０°に横転させて、２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす角を測定し、これを傾斜角とした。
【００３３】
（吸引力可変材料の製造）
電気絶縁性媒体３０質量部に、添加量の合計が７０質量部になるようにＥＲ複合粒子を４回に分けて徐々に混練し、ＥＲ複合粒子の含有量が７０質量％の吸引力可変材料を得た。なお、１回目から４回目にかけて、添加量が減少するようにＥＲ複合粒子を電気絶縁性媒体に添加した。
【００３４】
（評価１：成形性の評価）
得られた吸引力可変材料が粘土状になるものを「○」、粘土状にならない場合やＥＲ複合粒子の全量を混練できなかった場合を「×」とした。結果を表１に示す。
【００３５】
（評価２：摩擦力の測定）
摩擦力の測定には、図２に示す摩擦力測定装置１０を用いた。摩擦力測定装置１０は、吸引力可変材料を支持する下部装置１１と、上部装置１２と、ロードセル１３とを有している。
まず、先に得られた吸引力可変材料１４を下部装置１１に配置し、さらに吸引力可変材料１４上に上部装置１２を乗せ、吸引力可変材料に接するように、かつ電極間隔が２ｍｍになるように、下部装置１１および上部装置１２の所定の位置にアルミニウム電極１５を各々取り付けた。なお、吸引力可変材料１４の電極接触面積を８０×４０ｍｍとした。
ついで、下部装置１１を架台１６に固定し、上部装置１２が移動速度０．１ｍｍ／ｓで水平方向にスライドできるように、ロードセル１３に取り付けた押し棒１３ａを上部装置１２のねじ部１２ａに接触させた。電極間に電界強度１．０ｋＶ／ｍｍの電圧を印加した状態で上部装置１２を２００秒間スライドさせたときの摩擦力を測定した。測定値を表１に示す。なお、吸引力可変材料が電極に張り付き、測定不能となった場合を「粘着不可」、吸引力可変材料が電極に張り付き、さらに亀裂が生じて測定不能になった場合を「破壊不可」とした。
【００３６】
＜実施例２〜４、比較例１〜６＞
表１、２に示す配合量（質量部）の架橋体Ａ、下記式（１）で示されるアルキルシロキサン、下記式（２）で示される不飽和基含有化合物、０価の白金触媒、およびシリコーンオイル（オイル：東レ・ダウコーニング社製、「ＳＨ−２００」、粘度１００ｃＳｔ）からなる電気絶縁性媒体を用いた以外は、実施例１と同様にして硬さの異なる吸引力可変材料を製造し、評価を行った。結果を表１、２に示す。
なお、電気絶縁性媒体は、各成分をプロペラ型撹拌機に投入し、回転速度２５０ｒｐｍで２分間撹拌した後、室温で１２時間静置させて調製した。また、アルキルシロキサン、不飽和基含有化合物、および白金触媒が含まれる場合は、ヒドロシリル化反応により電気絶縁性媒体中で反応物（架橋体Ｂ）として存在する。
【００３７】
【化１】
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
表１、２から明らかなように、各実施例で得られた吸引力可変材料は粘土状であり、適度な摩擦力を有していた。
一方、応力が０．２０Ｎを超えた電気絶縁性媒体を用いた比較例１の吸引力可変材料は、粘土状ではあったが、電気絶縁性媒体の弾性がやや不十分であったため、摩擦力の測定の際に吸引力可変材料が電極に張り付いてしまい、吸引力可変材料に亀裂が生じた。
応力が０．３０Ｎ以上の電気絶縁性媒体を用いた比較例２、５、６の場合は、電気絶縁性媒体が硬く、ＥＲ複合粒子の全量を混練することが困難であった。そのため、摩擦力の測定は行わなかった。
傾斜角が９０°の電気絶縁性媒体を用いた比較例３、４の吸引力可変材料は、粘土状ではあったが、電気絶縁性媒体が柔らかすぎ、比較例３の場合は吸引力可変材料が電極に張り付き、摩擦力を測定できなかった。一方、比較例４の場合は、吸引力可変材料が電極に張り付き、さらに亀裂が生じて摩擦力を測定できなかった。これらの結果は、ＥＲ効果を発現しないことを意味する。
【００４１】
［試験２：摩擦力の測定２］
＜吸引力可変材料の製造＞
以下のようにして、吸引力可変材料に使用する電気絶縁性媒体を調製した。
シリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社製、「ＳＥ１８８５」）２００ｇと、硬化速度調整剤（東レ・ダウコーニング社製、「ＬＴＶ用遅延剤３」）５ｇとを混合し、３０℃で１０時間硬化させて、電気絶縁性媒体を得た。得られた電気絶縁性媒体は応力が０．１Ｎ、傾斜角が０°であった。電気絶縁性媒体の応力および接触角の測定方法は、試験１の実施例１と同様である。
ついで、電気絶縁性媒体３０質量部に、添加量の合計が７０質量部になるようにＥＲ粒子を４回に分けて徐々に混練し、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％の吸引力可変材料を得た。なお、１回目から４回目にかけて、添加量が減少するようにＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に添加した。また、ＥＲ粒子としては、試験１の実施例１で調製したＥＲ複合粒子を使用した。
【００４２】
＜摩擦力の測定＞
試験１の実施例１と同様にして、吸引力可変材料の摩擦力を測定した。なお、電極１５間には、０ｋＶ／ｍｍから１．５ｋＶ／ｍｍまで、０．２５ｋＶ／ｍｍ刻みの電界強度にて電圧を印加した。各電圧における、時間の経過による摩擦力の変化を図３に示す。なお、０ｋＶ／ｍｍの電圧の場合を試験例２−１とし、以降順に試験例２−２、２−３、２−４、２−５、２−６、２−７とする。
【００４３】
その結果、図３から明らかなように、吸引力可変材料に電圧を印加しない０ｋＶ／ｍｍの場合（試験例２−１）は、摩擦力は発生せず、上部装置１２はスライドしやすいことが分かった。
一方、電圧を印加すると（試験例２−２〜２−７）、電界強度が大きくなるに連れて摩擦力が増加した。これは剪断応力の増加を意味し、ＥＲ効果が発現されていることが分かった。また、各電界強度においても、時間の経過と共に摩擦力が一定に保持されることも分かった。
【００４４】
［試験３：摩擦力の測定３］
＜試験例３−１＞
ＥＲ粒子の含有量が６０質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４５】
＜試験例３−２＞
ＥＲ粒子の含有量が６５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４６】
＜試験例３−３＞
試験２で測定した各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４７】
＜試験例３−４＞
ＥＲ粒子の含有量が７５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４８】
＜試験例３−５＞
ＥＲ粒子の含有量が８０質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４９】
＜試験例３−６＞
ＥＲ粒子の含有量が８５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００５０】
図４より明らかなように、各試験例において、吸引力可変材料に印加する電圧の電界強度が大きくなるに従い、摩擦力（剪断応力）が増加した。なお、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％の場合（試験例３−３）が最も大きな剪断応力を発現することが分かった。これは、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％からさらに増えるに連れて、電気絶縁性媒体のバインダー力が僅かに低下して凝集破壊が部分的に発生したものと推測できる。
試験３の結果より、試験２、３で製造した吸引力可変材料の場合、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％のときに、ＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが最適な状態であることが示唆できた。
【００５１】
［試験４：摩擦力の測定４］
図２に示す摩擦力測定装置１０において、上部装置１２に取り付けたアルミニウム電極１５の代わりに、鏡面加工を施し、表面抵抗を軽減させたアルミニウム電極を用いた以外は試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電界強度の電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図５にプロットした。
【００５２】
その結果、図５より明らかなように、吸引力可変材料に電界強度１．５ｋＶ／ｍｍの電圧を印加したときに、最大０．９ｋｇｆの摩擦力が得られた。この結果は先の（試験例３−３）には若干劣るものの、ＥＲ素子として何ら遜色のないＥＲ効果を発現できた。
試験４の結果より、本発明の吸引力可変材料によれば、電極表面の粗さに関係なく、電圧を印加することで摩擦力を発生させ、優れたＥＲ効果を発現できることが示唆できた。
【００５３】
［試験５：吸引力の測定］
吸引力可変材料の吸引力を測定した。吸引力可変材料としては、試験２で作製した吸引力可変材料を、１００×１００×１ｍｍの板状に形成したものを用いた。また、吸引力の測定には図６に示す吸引力測定装置２０を用いた。該吸引力測定装置２０は、吸引力可変材料を支持する容器２１と、上部電極部２２と、ロードセル２３とを有している。
図６に示すように、容器２１の下部に電極２５（下部アルミニウム電極２５ａ）を取り付け、下部アルミニウム電極２５ａ上に吸引力可変材料２４を配した。一方、電極２５（上部アルミニウム電極２５ｂ）を備えた上部電極部２２と、ロードセル２３とを絶縁性の電極棒２６を介して接続した。ついで、吸引力可変材料２４の上に、上部アルミニウム電極２５ｂが接触するように上部電極部２２を配置した。なお、吸引力可変材料２４の電極接触面積は１００×１００ｍｍ、上部アルミニウム電極２５ｂと下部アルミニウム電極２５ａの電極間距離は１ｍｍである。
電極間に電圧を印加した状態で、上部電極部２２を移動速度０．１ｍｍ／ｓで引き上げたときに発生する吸引力を測定した。なお、電極間には、０ｋＶ／ｍｍから２．５ｋＶ／ｍｍまで、０．５ｋＶ／ｍｍ刻みの電界強度にて電圧を印加した。
各電圧における吸引力の最大値を求め、その値を図７にプロットした。
上記測定を３回実施し、再現性を確認した。なお、図７において、１回目の測定結果を試験例５−１、２回目の測定結果を試験例５−２、３回目の測定結果を試験例５−３とする。
【００５４】
その結果、図７より明らかなように、吸引力可変材料に電圧を印加しない０ｋＶ／ｍｍの場合は、吸引力は発生しなかったが、電圧を印加すると、電圧の電界強度が大きくなるに連れて吸引力が増加する傾向にあった。この傾向は、再現あるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】傾斜角を説明する説明図である。
【図２】摩擦力測定装置の概略図である。
【図３】各電界強度の電圧における、時間の経過による摩擦力の変化を現すグラフである。
【図４】ＥＲ粒子の含有量の変化させたときの、各電界強度の電圧における摩擦力の最大値をプロットしたグラフである。
【図５】鏡面加工を施したアルミニウム電極を用いたときの、各電界強度の電圧における摩擦力の最大値をプロットしたグラフである。
【図６】吸引力測定装置の概略図である。
【図７】各電界強度の電圧における吸引力の最大値をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０：摩擦力測定装置、１１：下部装置、１２：上部装置、１３：ロードセル、１４：吸引力可変材料、１５：電極、１６：架台、２０：吸引力測定装置、２１：容器、２２：上部電極、２３：ロードセル、２４：吸引力可変材料、２５：電極、２６：電極棒。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧印加による電極との吸引力および剪断応力が可変な、吸引力可変材料およびその製造方法、ならびに吸引力可変材料を備えた電気レオロジー素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することにより見かけの粘度（以下、単に「粘度」という。）が上昇する、いわゆる電気レオロジー（以下、「ＥＲ」という。）効果を利用したＥＲ素子は、クラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御などの各種装置への応用が期待される。
このようなＥＲ素子として、一対の電極の間にＥＲゲルが配されたＥＲ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、通常、ＥＲゲルを構成するシリコーンオイルなどの分散媒に、ＥＲ粒子が分散した分散液を少なくとも一対の電極を配した型などに注入し、分散液を硬化させて製造する。ＥＲゲルの製造の際に使用した型、および得られるＥＲゲルは、そのままＥＲ素子として用いる場合が多い。
【特許文献１】特開２００３−３２２１９６号公報
【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、特許文献１に記載のようなＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、硬化させた際の形状を保持するので、一旦成形されるとその形状を変形しにくく、他の装置へ再利用するのが困難であった。また、元の装置から取り出す際に破壊することがあり、再利用するには元の形状に復元したり、他の形状に変形したりする必要があるが、ＥＲゲルは一旦破壊されると再成形が困難であり、再利用には不向きであった。
【０００５】
本発明は上記事情を鑑みてなされたもので、一旦成形した後でも、所望の形状に再成形できる吸引力可変材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の吸引力可変材料は、ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記電気絶縁性媒体は、シリコーンオイルを含み、かつ前記ハイドロジェンシリコーン架橋体と、前記シリコーンオイルとの質量比が、８０：２０〜１００：０であることが好ましい。
さらに、前記電気レオロジー粒子を、当該吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％含有することが好ましい。
【０００８】
また本発明の吸引力可変材料の製造方法は、前記吸引力可変材料の製造方法であって、電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を複数回に分けて徐々に混練することを特徴とする。
また、本発明の電気レオロジー素子は、前記吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の吸引力可変材料によれば、一旦成形した後でも、所望の形状に再成形できる。
従って、本発明の吸引力可変材料であれば、再利用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明について詳細に説明する。
［吸引力可変材料］
本発明の吸引力可変材料は、電気絶縁性媒体中に電気レオロジー粒子（以下、「ＥＲ粒子」という。）が分散している。
【００１１】
前記電気絶縁性媒体は、ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む。また、電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下である。
上記のようにして測定される応力は、電気絶縁性媒体の硬さを示す指標であり、応力が０．２０Ｎ以下であれば、電気絶縁性媒体が適度な弾性を有するようになり、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。応力が０．２０Ｎを超えると、電気絶縁性媒体が硬くなる傾向にあるので、後述するＥＲ粒子を混練することが困難となる。応力は０．１Ｎ以下が好ましい。
プローブタックテスターとしては、例えばテスター産業社製の「ＴＥ−６００１」などを用いることができる。
【００１２】
ところで、吸引力可変材料を粘土状に保持するためには、電気絶縁性媒体が適度な弾性と粘性を有するのが好ましく、硬すぎても柔らかすぎても吸引力可変材料を粘土状に保持するのが困難になる。
【００１３】
そこで、本発明においては、電気絶縁性媒体として傾斜角が２０°未満であるものを用いる。傾斜角とは、図１に示すように、直径Ｌが３０ｍｍ、高さＨが３５ｍｍの円柱状の容器１内に、該容器１内の上面ａから１５ｍｍの位置Ｐまで当該電気絶縁性媒体を充填した後（図１（ａ））、容器１を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面ｂと鉛直面ｃとがなす角αのことである（図１（ｂ））。
上記のようにして測定される傾斜角は、電気絶縁性媒体の柔らかさを示す指標であり、傾斜角が２０°未満であれば、電気絶縁性媒体が適度な粘弾性を有するようになり、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。また、後述するＥＲ粒子を高配合できる。傾斜角が２０°を超えると、電気絶縁性媒体が柔らかくなる傾向にあり、吸引力可変材料のＥＲ効果が発現しにくくなる。傾斜角は１０°以下が好ましく、０°となるのが最も好ましい。なお、傾斜角が０°とは、電気絶縁性媒体が流動せず（排出されず）、容器内に留まることを意味する。
【００１４】
ハイドロジェンシリコーン架橋体としては、シロキサン鎖のケイ素原子に結合した水素原子を有するアルキルシロキサンと、不飽和基含有化合物とを白金等の触媒を用いてヒドロシリル化させた反応物などが挙げられる。そのような反応物としては、例えば東レ・ダウコーニング社製の「ＳＥ１８８０」、「ＳＥ１８８５」、「ＳＥ１８８６」等、信越化学工業社製の「ＫＥ１０５６」、「ＫＥ１０５１」、「ＫＥ１０４Ｇｅｌ」等が挙げられる。また、絶縁性であれば、熱硬化性樹脂を硬化させて得られる硬化物を電気絶縁性媒体として用いてもよい。
熱硬化性樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、シリコーン変性アクリル樹脂、シリコーン変性ウレタン樹脂、シリコーン変性ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、変性アクリル樹脂などが挙げられる。
【００１５】
電気絶縁性媒体は、ハイドロジェンシリコーン架橋体のみからなってもよく、シリコーンオイルをさらに含んでいてもよい。
シリコーンオイルをハイドロジェンシリコーン架橋体（以下、「架橋体」という。）と併用することで、電気絶縁性媒体の硬さが調節しやすくなる場合がある。また、吸引力可変材料のハンドリング性がより調節しやすくなる。
【００１６】
シリコーンオイルをさらに含む場合、架橋体と、シリコーンオイルとの質量比は、架橋体：シリコーンオイル＝８０：２０〜１００：０が好ましく、９０：１０〜１００：０がより好ましい。質量比が上記範囲内であれば、得られる吸引力可変材料を一旦成形した後でも再成形が可能となり、元の形状に復元したり、他の形状に変形したりでき、再利用が可能となる。
【００１７】
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、フェニル変性シリコーンオイルなどが挙げられる。これらは１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１８】
電気絶縁性媒体は、上述した架橋体、およびシリコーンオイル以外にも、必要に応じてシリカ、炭酸カルシウム、マイカ、クレー等の無機微粒子、ポリ４フッ化エチレン樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル系樹脂等の有機微粒子などを含んでもよい。
【００１９】
電気絶縁性媒体の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、１０〜４０質量％が好ましく、１５〜４０質量％がより好ましく、２０〜３５質量％が特に好ましい。電気絶縁性媒体の含有量が１０質量％以上であれば、十分なバインダー力を有し、吸引力可変材料の形状を維持できる。一方、電気絶縁性媒体の含有量が４０質量％以下であれば、必要以上に粘着力が強くならず、電場応答性を維持できる。
通常、ＥＲ素子に用いられるＥＲゲルは、粘着力が強くなると電圧を印加しなくても電極に吸着してしまい、電場応答性が低下しやすくなる傾向にある。しかし、本発明の吸引力可変材料であれば、電気絶縁性媒体の含有量を上記範囲内とすることで、粘着力を適度に調整できるので、電場応答性を維持できる。
【００２０】
ＥＲ粒子としては、上述した電気絶縁性媒体と共に使用され、ＥＲ効果を発現可能なものであれば特に制限されないが、例えばシリカゲルなどの無機粒子；セルロール、でんぷん、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂などの有機粒子；有機高分子化合物からなる芯体と、電気半導体性無機物粒子からなる表層とから形成された電気レオロジー流体用複合粒子（以下、「ＥＲ複合粒子」という。）や、ＥＲ複合粒子の表層に親和性表面処理が施され、電気絶縁性媒体との親和性が高められている電気レオロジー流体用複合粒子（以下、「親和性ＥＲ複合粒子」という。）などの複合粒子等が挙げられる。
なお、カーボン粒子は取り扱い性に劣る粒子であるため、本発明においては、カーボン粒子を徐いたＥＲ粒子を用いるのが好ましく、中でも複合粒子をＥＲ粒子として用いるのが好ましい。
【００２１】
ＥＲ粒子の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％が好ましく、６５〜８０質量％がより好ましい。ＥＲ粒子の含有量が上記範囲内であれば、得られる吸引力可変材料を粘土状に保持することができる。また、ＥＲ粒子を高濃度に含有しつつ、かつＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが良好なものとなるので、吸引力可変材料に電圧を印加した際の剪断応力が向上し、電極との摩擦力が増加するのと共に、電極への吸引力をも付与することができる。なお、ＥＲ粒子の含有量が増加するに連れて剪断応力や吸引力も向上する傾向にあるが、ＥＲ粒子の含有量が必要以上に多くなると吸引力可変材料が粘土状になりにくくなったり、ＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが崩れ、電気絶縁性媒体のバインダー力が低下して凝集破壊が発生したりする場合があるので、ＥＲ粒子の含有量は上記範囲とするのが好ましい。
なお、本発明によれば、上述した特定の電気絶縁性媒体を用いるので、ＥＲ粒子を高濃度に含有させることができる。
【００２２】
本発明の吸引力可変材料には、上述した電気絶縁性媒体およびＥＲ粒子以外にも、その他の成分を含有させてもよい。
その他の成分としては、例えば粘度調整剤、分散安定剤、湿潤剤、硬化遅延剤などが挙げられる。
その他の成分の含有量は、吸引力可変材料１００質量％中、０〜１５質量％が好ましく、０〜１０質量％がより好ましい。
【００２３】
本発明の吸引力可変材料は、上述した電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を加え、練り込む（混練する）ことで製造できる。その際、ＥＲ粒子は少量ずつ複数回に分けて電気絶縁性媒体に練り込みながら加えるのが好ましい。具体的には、電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を２〜１０回に分けて徐々に混練するのが好ましい。
なお、ＥＲ粒子を複数回に分けて加える場合、各回のＥＲ粒子の添加量は同じであってもよく、異なっていてもよい。ただし、添加の回数が増えるに連れてＥＲ粒子は練り込みにくくなる傾向にあるので、添加の序盤では添加量を増やし、中盤から終盤にかけて添加量を減らすようにするのが好ましい。
【００２４】
このように電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を練り込むことで、粘土状の吸引力可変材料が得られる。また、ＥＲ粒子を複数回に分けて添加すれば、結果的に短時間でより均一に混練できるようになる。
本発明によれば、電気絶縁性媒体にＥＲ粒子を練り込むといった、簡便な操作で吸引力可変材料を製造できると共に、高濃度のＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に配合できる。
【００２５】
ところで、従来のＥＲ素子はＥＲゲルを用いているので、硬化させた際の形状を保持するので、一旦成形されるとその形状を変形しにくく、他の装置へ再利用するのが困難であった。また、元の装置から取り出す際に破壊することがあり、再利用するには元の形状に復元したり、他の形状に変形したりする必要があるが、ＥＲゲルは一旦破壊されると再成形が困難であり、再利用には不向きであった。
しかし、本発明の吸引力可変材料は粘土状であるので、形状を自由に変形することができる。従って、電極を配した様々な形状の容器に吸引力可変材料を詰め込んでも、容器の形状に合わせて吸引力可変材料が充密されるので、電極とＥＲゲルとの間に空隙が生じる恐れがなく、安定したＥＲ効果を得られる。さらに、一旦破壊しても元の形状はもちろんのこと、所望の形状に自由に変形できるので、再利用が可能である。
【００２６】
また、ＥＲゲルは、通常、シリコーンオイルなどの分散媒に、ＥＲ粒子が分散した流体状の形態であるため、長期間静置しておくとＥＲ粒子が沈降・凝集することがあった。ＥＲ粒子の沈降・凝集は剪断応力のバラツキを誘発させることがある。
しかし、本発明の吸引力可変材料は、粘土状であるため、長期間静置させてもＥＲ粒子の沈降・凝集は起こりにくい。
【００２７】
以上説明したように、本発明の吸引力可変材料は、特定の電気絶縁性媒体を用いているので、粘土状に保持できる。従って、ＥＲ素子の容器の形状を限定することなくＥＲ素子に用いることができ、その際、電極との間で空隙を生じさせることなく容器に充密できる。
また、上述したように本発明の吸引力可変材料は、ＥＲ粒子を高濃度で含有できるので、電極への吸引力を向上できる。
【００２８】
［ＥＲ素子］
本発明のＥＲ素子は、上述した本発明の吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えた構成となっている。
一対の電極は吸引力可変材料を介して対向するように配置してもよく（両側電極）、例えば櫛歯電極などを用い吸引力可変材料上に配置してもよい（片側電極）。
また、電極と吸引力可変材料を配するＥＲ素子の容器の形状としては、特に制限されず、様々な形状の容器を用いることができる。
【００２９】
本発明のＥＲ素子は、電極と吸引力可変材料との間で空隙が生じることがないので、安定したＥＲ効果を得られる。
また、ＥＲ素子に用いる吸引力可変材料は電極への吸引力に優れるため、吸引力可変材料に電圧を印加すると、電極に接している部分の吸引力可変材料が吸引力の作用により電極に吸い付きやすくなる。その結果、電極との間での摩擦力が増加し、ＥＲ効果がより顕著に現れる。
【００３０】
このようなＥＲ素子は、例えばクラッチ、バルブ、ダンパ、アクチュエータ、ロボット制御、振動制御、固定装置、研磨装置など、従来検討されている様々なＥＲデバイスに使用することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
［試験１：摩擦力の測定１］
＜実施例１＞
（ＥＲ粒子の調製）
アンチモンドーピング酸化錫（石原産業社製、「ＳＮ−１００Ｐ」、電気伝導度：１．０×１００Ω−１／ｃｍ）３０ｇと、水酸化チタン（石原産業社製、一般名：含水チタン、Ｃ−ＩＩ、電気伝導度：９．１×１０−６Ω−１／ｃｍ）１０ｇと、アクリル酸ブチル３００ｇと、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇと、重合開始剤（アゾビスイソバレロニトリル）２ｇとを混合し、混合物を得た。
得られた混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定剤として含む水１８００ｍｌ中に分散し、６０℃で１時間撹拌下に懸濁重合を行い、得られた生成物を酸処理し、水洗後、脱水乾燥し、無機・有機複合粒子を得た。この粒子２００ｇに鉄フタロシアニン（山陽色素社製、「Ｐ−２６」）１．５ｇを加え、ボールミルにて５０時間複合化処理を行い、次いでこれを、ジェット気流処理機（三井鉱山社製、「メカノハイブリッド」）を用いて周速１００ｍ／秒で３０分間ジェット気流処理を行い、ＥＲ複合粒子を得た。
【００３２】
（電気絶縁性媒体）
電気絶縁性媒体として、ハイドロジェンシリコーン架橋体（架橋体Ａ：東レ・ダウコーニング社製、「ＳＥ１８８５」）を用いた。
電気絶縁性媒体の応力および傾斜角を以下のようにして求めた。結果を表１に示す。
応力；
プローブタックテスター（テスター産業社製、「ＴＥ−６００１」）を用い、荷重受台に直径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円柱状の容器内に充填した電気絶縁性媒体１４ｇを、直径５ｍｍのプローブに接触するように配置し、前記容器の上に９００ｇの分銅を乗せ、１分間静置した後、押し込み速度１ｍｍ／秒の条件で電気絶縁性媒体を押し込んだ場合と引き上げた場合のロードセルの値を読み取り、これを応力とした。
傾斜角；
直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで電気絶縁性媒体を充填した後（充填量：１４ｇ）、容器を９０°に横転させて、２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす角を測定し、これを傾斜角とした。
【００３３】
（吸引力可変材料の製造）
電気絶縁性媒体３０質量部に、添加量の合計が７０質量部になるようにＥＲ複合粒子を４回に分けて徐々に混練し、ＥＲ複合粒子の含有量が７０質量％の吸引力可変材料を得た。なお、１回目から４回目にかけて、添加量が減少するようにＥＲ複合粒子を電気絶縁性媒体に添加した。
【００３４】
（評価１：成形性の評価）
得られた吸引力可変材料が粘土状になるものを「○」、粘土状にならない場合やＥＲ複合粒子の全量を混練できなかった場合を「×」とした。結果を表１に示す。
【００３５】
（評価２：摩擦力の測定）
摩擦力の測定には、図２に示す摩擦力測定装置１０を用いた。摩擦力測定装置１０は、吸引力可変材料を支持する下部装置１１と、上部装置１２と、ロードセル１３とを有している。
まず、先に得られた吸引力可変材料１４を下部装置１１に配置し、さらに吸引力可変材料１４上に上部装置１２を乗せ、吸引力可変材料に接するように、かつ電極間隔が２ｍｍになるように、下部装置１１および上部装置１２の所定の位置にアルミニウム電極１５を各々取り付けた。なお、吸引力可変材料１４の電極接触面積を８０×４０ｍｍとした。
ついで、下部装置１１を架台１６に固定し、上部装置１２が移動速度０．１ｍｍ／ｓで水平方向にスライドできるように、ロードセル１３に取り付けた押し棒１３ａを上部装置１２のねじ部１２ａに接触させた。電極間に電界強度１．０ｋＶ／ｍｍの電圧を印加した状態で上部装置１２を２００秒間スライドさせたときの摩擦力を測定した。測定値を表１に示す。なお、吸引力可変材料が電極に張り付き、測定不能となった場合を「粘着不可」、吸引力可変材料が電極に張り付き、さらに亀裂が生じて測定不能になった場合を「破壊不可」とした。
【００３６】
＜実施例２〜４、比較例１〜６＞
表１、２に示す配合量（質量部）の架橋体Ａ、下記式（１）で示されるアルキルシロキサン、下記式（２）で示される不飽和基含有化合物、０価の白金触媒、およびシリコーンオイル（オイル：東レ・ダウコーニング社製、「ＳＨ−２００」、粘度１００ｃＳｔ）からなる電気絶縁性媒体を用いた以外は、実施例１と同様にして硬さの異なる吸引力可変材料を製造し、評価を行った。結果を表１、２に示す。
なお、電気絶縁性媒体は、各成分をプロペラ型撹拌機に投入し、回転速度２５０ｒｐｍで２分間撹拌した後、室温で１２時間静置させて調製した。また、アルキルシロキサン、不飽和基含有化合物、および白金触媒が含まれる場合は、ヒドロシリル化反応により電気絶縁性媒体中で反応物（架橋体Ｂ）として存在する。
【００３７】
【化１】
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
表１、２から明らかなように、各実施例で得られた吸引力可変材料は粘土状であり、適度な摩擦力を有していた。
一方、応力が０．２０Ｎを超えた電気絶縁性媒体を用いた比較例１の吸引力可変材料は、粘土状ではあったが、電気絶縁性媒体の弾性がやや不十分であったため、摩擦力の測定の際に吸引力可変材料が電極に張り付いてしまい、吸引力可変材料に亀裂が生じた。
応力が０．３０Ｎ以上の電気絶縁性媒体を用いた比較例２、５、６の場合は、電気絶縁性媒体が硬く、ＥＲ複合粒子の全量を混練することが困難であった。そのため、摩擦力の測定は行わなかった。
傾斜角が９０°の電気絶縁性媒体を用いた比較例３、４の吸引力可変材料は、粘土状ではあったが、電気絶縁性媒体が柔らかすぎ、比較例３の場合は吸引力可変材料が電極に張り付き、摩擦力を測定できなかった。一方、比較例４の場合は、吸引力可変材料が電極に張り付き、さらに亀裂が生じて摩擦力を測定できなかった。これらの結果は、ＥＲ効果を発現しないことを意味する。
【００４１】
［試験２：摩擦力の測定２］
＜吸引力可変材料の製造＞
以下のようにして、吸引力可変材料に使用する電気絶縁性媒体を調製した。
シリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社製、「ＳＥ１８８５」）２００ｇと、硬化速度調整剤（東レ・ダウコーニング社製、「ＬＴＶ用遅延剤３」）５ｇとを混合し、３０℃で１０時間硬化させて、電気絶縁性媒体を得た。得られた電気絶縁性媒体は応力が０．１Ｎ、傾斜角が０°であった。電気絶縁性媒体の応力および接触角の測定方法は、試験１の実施例１と同様である。
ついで、電気絶縁性媒体３０質量部に、添加量の合計が７０質量部になるようにＥＲ粒子を４回に分けて徐々に混練し、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％の吸引力可変材料を得た。なお、１回目から４回目にかけて、添加量が減少するようにＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に添加した。また、ＥＲ粒子としては、試験１の実施例１で調製したＥＲ複合粒子を使用した。
【００４２】
＜摩擦力の測定＞
試験１の実施例１と同様にして、吸引力可変材料の摩擦力を測定した。なお、電極１５間には、０ｋＶ／ｍｍから１．５ｋＶ／ｍｍまで、０．２５ｋＶ／ｍｍ刻みの電界強度にて電圧を印加した。各電圧における、時間の経過による摩擦力の変化を図３に示す。なお、０ｋＶ／ｍｍの電圧の場合を試験例２−１とし、以降順に試験例２−２、２−３、２−４、２−５、２−６、２−７とする。
【００４３】
その結果、図３から明らかなように、吸引力可変材料に電圧を印加しない０ｋＶ／ｍｍの場合（試験例２−１）は、摩擦力は発生せず、上部装置１２はスライドしやすいことが分かった。
一方、電圧を印加すると（試験例２−２〜２−７）、電界強度が大きくなるに連れて摩擦力が増加した。これは剪断応力の増加を意味し、ＥＲ効果が発現されていることが分かった。また、各電界強度においても、時間の経過と共に摩擦力が一定に保持されることも分かった。
【００４４】
［試験３：摩擦力の測定３］
＜試験例３−１＞
ＥＲ粒子の含有量が６０質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４５】
＜試験例３−２＞
ＥＲ粒子の含有量が６５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４６】
＜試験例３−３＞
試験２で測定した各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４７】
＜試験例３−４＞
ＥＲ粒子の含有量が７５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４８】
＜試験例３−５＞
ＥＲ粒子の含有量が８０質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００４９】
＜試験例３−６＞
ＥＲ粒子の含有量が８５質量％になるように、ＥＲ粒子を電気絶縁性媒体に練り込んだ以外は、試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図４にプロットした。
【００５０】
図４より明らかなように、各試験例において、吸引力可変材料に印加する電圧の電界強度が大きくなるに従い、摩擦力（剪断応力）が増加した。なお、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％の場合（試験例３−３）が最も大きな剪断応力を発現することが分かった。これは、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％からさらに増えるに連れて、電気絶縁性媒体のバインダー力が僅かに低下して凝集破壊が部分的に発生したものと推測できる。
試験３の結果より、試験２、３で製造した吸引力可変材料の場合、ＥＲ粒子の含有量が７０質量％のときに、ＥＲ粒子と電気絶縁性媒体の配合バランスが最適な状態であることが示唆できた。
【００５１】
［試験４：摩擦力の測定４］
図２に示す摩擦力測定装置１０において、上部装置１２に取り付けたアルミニウム電極１５の代わりに、鏡面加工を施し、表面抵抗を軽減させたアルミニウム電極を用いた以外は試験２と同様にして吸引力可変材料を製造し、該吸引力可変材料に各電界強度の電圧を印加して摩擦力を測定した。
各電界強度の電圧における摩擦力の最大値を求め、その値を図５にプロットした。
【００５２】
その結果、図５より明らかなように、吸引力可変材料に電界強度１．５ｋＶ／ｍｍの電圧を印加したときに、最大０．９ｋｇｆの摩擦力が得られた。この結果は先の（試験例３−３）には若干劣るものの、ＥＲ素子として何ら遜色のないＥＲ効果を発現できた。
試験４の結果より、本発明の吸引力可変材料によれば、電極表面の粗さに関係なく、電圧を印加することで摩擦力を発生させ、優れたＥＲ効果を発現できることが示唆できた。
【００５３】
［試験５：吸引力の測定］
吸引力可変材料の吸引力を測定した。吸引力可変材料としては、試験２で作製した吸引力可変材料を、１００×１００×１ｍｍの板状に形成したものを用いた。また、吸引力の測定には図６に示す吸引力測定装置２０を用いた。該吸引力測定装置２０は、吸引力可変材料を支持する容器２１と、上部電極部２２と、ロードセル２３とを有している。
図６に示すように、容器２１の下部に電極２５（下部アルミニウム電極２５ａ）を取り付け、下部アルミニウム電極２５ａ上に吸引力可変材料２４を配した。一方、電極２５（上部アルミニウム電極２５ｂ）を備えた上部電極部２２と、ロードセル２３とを絶縁性の電極棒２６を介して接続した。ついで、吸引力可変材料２４の上に、上部アルミニウム電極２５ｂが接触するように上部電極部２２を配置した。なお、吸引力可変材料２４の電極接触面積は１００×１００ｍｍ、上部アルミニウム電極２５ｂと下部アルミニウム電極２５ａの電極間距離は１ｍｍである。
電極間に電圧を印加した状態で、上部電極部２２を移動速度０．１ｍｍ／ｓで引き上げたときに発生する吸引力を測定した。なお、電極間には、０ｋＶ／ｍｍから２．５ｋＶ／ｍｍまで、０．５ｋＶ／ｍｍ刻みの電界強度にて電圧を印加した。
各電圧における吸引力の最大値を求め、その値を図７にプロットした。
上記測定を３回実施し、再現性を確認した。なお、図７において、１回目の測定結果を試験例５−１、２回目の測定結果を試験例５−２、３回目の測定結果を試験例５−３とする。
【００５４】
その結果、図７より明らかなように、吸引力可変材料に電圧を印加しない０ｋＶ／ｍｍの場合は、吸引力は発生しなかったが、電圧を印加すると、電圧の電界強度が大きくなるに連れて吸引力が増加する傾向にあった。この傾向は、再現あるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】傾斜角を説明する説明図である。
【図２】摩擦力測定装置の概略図である。
【図３】各電界強度の電圧における、時間の経過による摩擦力の変化を現すグラフである。
【図４】ＥＲ粒子の含有量の変化させたときの、各電界強度の電圧における摩擦力の最大値をプロットしたグラフである。
【図５】鏡面加工を施したアルミニウム電極を用いたときの、各電界強度の電圧における摩擦力の最大値をプロットしたグラフである。
【図６】吸引力測定装置の概略図である。
【図７】各電界強度の電圧における吸引力の最大値をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０：摩擦力測定装置、１１：下部装置、１２：上部装置、１３：ロードセル、１４：吸引力可変材料、１５：電極、１６：架台、２０：吸引力測定装置、２１：容器、２２：上部電極、２３：ロードセル、２４：吸引力可変材料、２５：電極、２６：電極棒。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、
前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする吸引力可変材料。
【請求項２】
前記電気絶縁性媒体は、シリコーンオイルを含み、かつ前記ハイドロジェンシリコーン架橋体と、前記シリコーンオイルとの質量比が、８０：２０〜１００：０であることを特徴とする請求項１に記載の吸引力可変材料。
【請求項３】
前記電気レオロジー粒子を、当該吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の吸引力可変材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の吸引力可変材料の製造方法であって、
電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を複数回に分けて徐々に混練することを特徴とする吸引力可変材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする電気レオロジー素子。
【請求項１】
ハイドロジェンシリコーン架橋体を含む電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子が分散した吸引力可変材料であって、
前記電気絶縁性媒体は、プローブタックテスターを用い、押し込み速度１ｍｍ／秒で測定された応力が０．２０Ｎ以下であり、かつ直径３０ｍｍ、高さ３５ｍｍの円柱状の容器内に、該容器内の上面から１５ｍｍの位置まで当該電気絶縁性媒体を充填した後、容器を９０°に横転させて２４時間経過した後の電気絶縁性媒体表面と鉛直面とがなす傾斜角が２０°未満であることを特徴とする吸引力可変材料。
【請求項２】
前記電気絶縁性媒体は、シリコーンオイルを含み、かつ前記ハイドロジェンシリコーン架橋体と、前記シリコーンオイルとの質量比が、８０：２０〜１００：０であることを特徴とする請求項１に記載の吸引力可変材料。
【請求項３】
前記電気レオロジー粒子を、当該吸引力可変材料１００質量％中、６０〜９０質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の吸引力可変材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の吸引力可変材料の製造方法であって、
電気絶縁性媒体中に、電気レオロジー粒子を複数回に分けて徐々に混練することを特徴とする吸引力可変材料の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の吸引力可変材料と、該吸引力可変材料に電界を生じせしめる少なくとも一対の電極を備えたことを特徴とする電気レオロジー素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２０３３６７（Ｐ２００９−２０３３６７Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４７８００（Ｐ２００８−４７８００）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１５日 社団法人 日本フルードパワーシステム学会発行の「平成１９年秋季フルードパワーシステム講演会論文集」に発表
【出願人】（０００２２４１２３）藤倉化成株式会社 (124)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１５日 社団法人 日本フルードパワーシステム学会発行の「平成１９年秋季フルードパワーシステム講演会論文集」に発表
【出願人】（０００２２４１２３）藤倉化成株式会社 (124)
【Ｆターム（参考）】
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